(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第１フランジと、この第１フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第２フランジとを備えて、全体として断面Ｆ字状のＦＲＰ材で一体に形成したことを特徴とする梁の補強部材。
【請求項２】
梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第１フランジと、この第１フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第２フランジとを備えて、全体として断面Ｆ字状にＦＲＰ材で一体に形成された補強部材を、梁を挟んでその両側に対向配置するとともに、それぞれのウエブを梁の両側面に、かつ、それぞれの第１フランジを梁の下面に接着剤を介して貼り付けたことを特徴とする補強部材を用いた梁の補強方法。
【請求項３】
上記補強部材を梁の長さ方向に沿って複数配列するとともに、これら補強部材の繋ぎ目位置を梁の両側でずらすようにしたことを特徴とする請求項２に記載の補強部材を用いた梁の補強方法。
【請求項４】
上記ウエブを上記梁にボルト締結するとともに、互いに対向する上記第１，第２フランジ間にボルト締結力を作用させるようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の補強部材を用いた梁の補強方法。
【請求項５】
上記第１フランジと上記第２フランジとの間に形成される空間部分に耐火被覆材を充填したことを特徴とする請求項２〜４のいずれかの項に記載の補強部材を用いた梁の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、梁を補強するための補強部材およびこれを用いた梁の補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存建物の耐震対策として、柱や梁等の構造部材の外側に補強部材を取り付ける方法がある。この補強部材としては従来の鉄骨材等に代えて、近年では軽量で高強度のＦＲＰ（繊維強化樹脂）材が注目されつつある。このＦＲＰを用いた補強部材は、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維をメッシュ状に編成し、このメッシュ状強化繊維に樹脂を含浸させて、シート状あるいは薄板状として形成される。このようなシート状補強部材を、例えば既存梁の外側に接着剤によって貼り付けることにより、梁強度を増大することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来のＦＲＰシートを用いた補強部材にあっては、メッシュ状に編成された強化繊維がその縦横方向に大きな引張り強度を発揮するが、該補強部材がシート（薄板状）であるためその剛性が低いものとなっている。従って、上記ＦＲＰシートを既存梁に貼り付けた場合は、該既存梁の強度（耐力）をある程度増加させることができるものの、該既存梁のたわみ変形に対しては曲げ剛性を高める顕著な効果を望むことはできないという課題があった。
【０００４】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、ＦＲＰ材を用いて梁の外側形状に沿うように所定厚みをもった型材として構成することにより、梁の曲げ剛性をも高めることができる梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の梁の補強部材は、梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第１フランジと、この第１フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第２フランジとを備えて、全体として断面Ｆ字状のＦＲＰ材で一体に形成したことを特徴とする。
【０００６】
この構成では、補強部材が断面Ｆ字状の型材となっており、ウエブを梁の側面に取り付けるとともに、第１フランジを梁の下面に取り付けることにより、上記補強部材を梁の外側形状に沿った状態で取付けることができる。このため、上記補強部材が梁から大きく突出するのを防止でき、既存梁を補強した場合に本来の階高の減少が最小限に抑制される。また、このように補強部材が梁の外側形状に沿って取付けられるにもかかわらず、該梁の下面に対応する部分には第１フランジに加えて第２フランジが設けられることにより、該補強部材の曲げ剛性を決定する断面係数や断面２次モーメントなどの断面性能を増大させることができる。更に、補強部材が軽量なＦＲＰ材であるため、自重による既存構造物への影響も少ない。
【０００７】
また、本発明の補強部材を用いた梁の補強方法は、梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第１フランジと、この第１フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第２フランジとを備えて、全体として断面Ｆ字状にＦＲＰ材で一体に形成された補強部材を、梁を挟んでその両側に対向配置するとともに、それぞれのウエブを梁の両側面に、かつ、それぞれの第１フランジを梁の下面に接着剤を介して貼り付けたことを特徴とする。
【０００８】
この方法は、請求項１に示す補強部材を梁に取り付ける補強方法であって、該補強部材を梁の両側に対を成して取り付けるようにして、第１フランジ同士および第２フランジ同士によってほぼ梁の下面を覆うようにしている。そして、ウエブおよび第１フランジがそれぞれ接着剤を介して梁に取付けられることにより、該補強部材を、大きな接着面積を確保しつつその全体に亘って一様に梁と一体化することができる。
【０００９】
更に、上記補強部材を梁の長さ方向に沿って複数配列するとともに、これら補強部材の繋ぎ目位置を梁の両側でずらすことが好ましい。
成形性や運搬性の関係上、補強部材は梁長より短い長さで通常形成されるが、この短尺となった補強部材は複数を梁の長さ方向に沿って配列することにより、長尺の梁の全長を覆うようにして取り付けることができる。この場合、補強部材の繋ぎ目部分の補強効果が懸念されるが、本方法では、該繋ぎ目位置を梁の両側でずらすようにしていて、これにより梁の一方の側の繋ぎ目の反対側に、梁の他方の側の補強部材の一般部分を位置させることができる。
【００１０】
更にまた、上記ウエブを上記梁にボルト締結するとともに、互いに対向する上記第１，第２フランジ間にボルト締結力を作用させることが好ましい。
この方法では、補強部材は、ウエブと、第１，第２フランジとの上下２箇所でボルトを介して締め付け固定されるため、梁の側面に接着されるウエブの接着性が高められる。
【００１１】
また、上記第１フランジと上記第２フランジとの間に形成される空間部分に耐火被覆材を充填することが好ましい。
この方法では、火災が発生した場合に、梁の曲げ、すなわちたわみ変形を受けるという意味において梁の補強で最も重要な第１フランジに当該火災の影響が及ぶことを防止して、補強性能が劣化することを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図３は本発明の梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法の一実施形態を示し、図１は補強部材の斜視図、図２は補強部材の取付け状態を示す縦断面図、図３は補強部材の取付け状態を示す底面図である。
【００１３】
本発明の補強部材１０は特に既存梁１１に取付けられて、階高の減少を抑制しつつ梁の曲げ剛性を高めるようにしたもので、その基本とする構造は、梁１１の側面１１ａ，１１ｂに沿う方向に配置されるウエブ１０ａと、梁１１の下面１１ｃに沿う方向に配置される第１フランジ１０ｂと、この第１フランジ１０ｂと所定間隔δを設けて平行に配置される第２フランジ１０ｃとを備えて、全体として断面Ｆ字状のＦＲＰ材で一体に形成されている。
【００１４】
また、その補強部材１０を用いた基本的な補強方法としては、該補強部材１０の第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃのウエブ１０ａからの突出幅Ｗ1を梁幅Ｗ2の半分以下とし、該補強部材１０を梁１１の両側に突き合わせ状態で対向配置するとともに、それぞれのウエブ１０ａを梁１１の両側面１１ａ，１１ｂに、かつ、それぞれの第１フランジ１０ｂを梁１１の下面１１ｃに接着剤１２を介して取り付けることにある。
【００１５】
即ち、本実施形態の補強部材１０は図１に示すように、例えば炭素繊維など一般周知のさまざまな高強度繊維材が適用されるＦＲＰ（繊維強化樹脂）材によって形成され、該補強部材１０は図２に示すように既存梁１１の両側を挟んで１対設けられ、それぞれの補強部材１０が対向配置される。上記補強部材１０は、鉛直方向に配置されるウエブ１０ａと、該ウエブ１０ａの下端部の片側に水平方向を指向して平行配置される第１フランジ１０ｂおよび第２フランジ１０ｃとを備える。この場合、第１フランジ１０ｂは上方に配置され、第２フランジ１０ｃは下方に配置され、両者間に所定の間隔δが設けられる。そして、これらウエブ１０ａおよび第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃはＦＲＰ材で形成される。また、これら補強部材１０はそれぞれに所定の厚みを持たせるために、強化繊維を複数層に積層しつつ樹脂を含浸することなどにより厚肉化して形成され、該補強部材１０は全体として断面Ｆ字状の型材として形成される。
【００１６】
上記ウエブ１０ａは、図１，図２に示したようにこれの上端と第１フランジ１０ｂとの間の高さＨ1が、上記既存梁１１の梁せいＨ2と略等しくなるように形成される一方、上記第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃの突出幅Ｗ1が、上記既存梁１１の幅Ｗ2の略半分（この場合、半分以下であればよい。）となるように形成される。また、補強部材１０は上記既存梁１１の長さより短い長さＬを単位長さとして形成される。
【００１７】
そして、上記補強部材１０は図２に示したように既存梁１１の両側に１対配置され、それぞれの第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃの先端が相互に向かい合うようにして配置され、それぞれのウエブ１０ａは既存梁１１の両側面１１ａ，１１ｂに接着剤１２を介して貼り付けられるとともに、第１フランジ１０ｂは既存梁１１の下面１１ｃに接着剤１２を介して貼り付けられる。
【００１８】
また、上記補強部材１０が貼り付けられる際、既存梁１１の両側面１１ａ，１１ｂの上端部にはアンカーボルト１３が植設されており、ウエブ１０ａの上端部がアンカーボルト１３に挿通されてナット１３ａが締め付けられるとともに、ウエブ１０ａの下端部間には第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃ間の間隔δ部分に位置してボルト１４が挿通され、これにナット１４ａが締め付けられる。従って、既存梁１１の両側に配置された補強部材１０は、上記アンカーボルト１３および上記ボルト１４によりウエブ１０ａが既存梁１１の両側面１１ａ，１１ｂに強く圧接されることになる。この場合、上記アンカーボルト１３に代えて既存梁１１を貫通するボルトを用いることもできる。
【００１９】
ところで、上記補強部材１０は図３に示すように既存梁１１の長さ方向に複数個が繋ぎ合わされて、該既存梁１１の全長を覆うように取付けられる。このとき、既存梁１１の端部に、補強部材１０の単位長さＬに不足する狭いスペース部分が形成された場合には、該補強部材１０を適宜長さに切断して取付けることになる。
【００２０】
ここで、上記補強部材１０を既存梁１１の長さ方向に複数繋ぎ合わせた場合に、相互に隣接する補強部材１０間には繋ぎ目１５が生じるが、既存梁１１の両側に生ずるそれぞれの繋ぎ目１５の位置を、梁１１の長さ方向にずらす（オフセット量ｆ）ようにしている。
【００２１】
本実施形態の作用を以下に述べると、上記補強部材１０はＦＲＰ材によって断面Ｆ字状の型材として形成され、該補強部材１０がＦＲＰの特徴である軽量化によって接着剤１２による貼り付けが可能となる。そして、補強部材１０のウエブ１０ａと第１フランジ１０ｂとを、既存梁１１の側面１１ａ，１１ｂと下面１１ｃとに接着剤１２を介して貼り付けて、既存梁１１と一体化するようになっている。このとき、補強部材１０は第１，第２の２つのフランジ１０ｂ，１０ｃを設けて断面Ｆ字状としたことにより、単に第１フランジ１０ｂのみで断面Ｌ字状に形成した場合に比較して、第２フランジ１０ｃとウエブ１０ａの下端部とからなる小さなＬ字状断面部分が第１フランジ１０ｂの下方に付加されるため、この付加部分によって断面係数や断面２次モーメントなどの断面性能を増大することができる。つまり、既存梁１１はその耐力のみならず曲げ剛性も高められる。また、補強部材１０が軽量なＦＲＰ材であるため、自重による既存構造物への影響を少なくして既存梁１１の耐力を大きく確保することができる。
【００２２】
また、上記補強部材１０を既存梁１１に貼り付ける際、ウエブ１０ａの上端部はアンカーボルト１３を介して既存梁１１に締付け固定され、かつ、該ウエブ１０ａの下端部は第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃ間に挿通されるボルト１４を介して締付け固定されるため、ウエブ１０ａをより高い圧着力で既存梁１１に押し付けることができるため、接着剤１２を介して既存梁１１の側面１１ａ，１１ｂに接着されるウエブ１０ａの接着性を高め、ひいては補強部材１０と既存梁１１との結合強度を更に増大することができる。
【００２３】
ところで、このように補強部材１０を貼り付けることにより、既存梁１１の曲げ剛性を効果的に増大できるにもかからわず、該既存梁１１の下方には第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃが配置されるのみであるため、補強部材１０が既存梁１１から下方へ大きく突出するのを防止して、本来の階高が減少されてしまうのを抑制することができる。
【００２４】
また、上記第１フランジ１０ｂ，１０ｃの突出幅Ｗ1を既存梁１１の梁幅Ｗ2の半分程度としたことにより、補強部材１０を既存梁１１の両側に対を成して取り付けることができる。このとき、既存梁１１の下面１１ｃを、対向する第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃの突き合わせによってほぼ覆うことができる。従って、対向されるそれぞれの補強部材１０のウエブ１０ａおよび第１フランジ１０ｂが、既存梁１１の両側面１１ａ，１１ｂおよび下面１１ｃに貼り付けられることにより、該補強部材１０は大きな接着面積を確保しつつその全体に亘って一様に既存梁１１と一体化される。このため、補強部材１０は既存梁１の曲げ力を広い面積で均等に受け持つことができるため、いずれかの補強部材１１に部分的に過大な応力が発生するのを防止して、該補強部材１０に剥離などが発生することを防止でき、その耐久性を大幅に向上することができる。
【００２５】
そして、上記補強部材１０は成形性や運搬性を考慮して、既存梁１１より短い単位長さＬに形成される。そしてこれら補強部材１０を既存梁１１の長さ方向に複数繋ぎ合わせて取付ける際に生じる繋ぎ目１５を、既存梁１１の両側で相互にずらしたので、これにより既存梁１１の一方の側の繋ぎ目１５の反対側に、既存梁１１の他方の側の補強部材１０の一般部分を位置させることができる。従って、既存梁１１全長にわたって適切な補強を行うことができ、繋ぎ目１５による曲げ剛性の低下を抑えることができる。
【００２６】
図４は他の実施形態を示し、上記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。即ち、図４は補強部材の取付け状態の縦断面図で、この実施形態では補強部材１０を既存梁１１の両側に対向して取り付けた際に、互いに向かい合う第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃ間に空間部Ｓが形成されるが、該空間部Ｓに不燃材や難燃材からなる耐火被覆材１６を充填したものである。該耐火被覆材１６としては、例えばガラス繊維やセラミック繊維等が用いられる。
【００２７】
従って、この実施形態では万が一に火災が発生した場合にも、該耐火被覆材１６によって高熱が第１フランジ１０ｂに影響するのを遮断することができる。これにより、既存梁１１に接着された第１フランジ１０ｂを保護することができるため、補強部材１０の強固な接着状態を保持して該補強部材１０による既存梁１１の補強効果を維持することができる。
【００２８】
ところで、上記各実施形態では補強部材１０を既存梁１１の両側に対向配置した場合を開示したが、これに限ることなく第１，第２フランジ１０ｂ，１０ｃの突出幅Ｗ1を梁幅Ｗ2と略等しくして、該補強部材１０を既存梁１１の側面１１ａ，１１ｂの一方と底面１１ｃとをＬ字状に覆うようにして取り付けることによっても、階高の減少を抑えつつ既存梁１１の曲げ剛性の増大効果を図ることができる。また、上記各実施形態では既存梁１１を補強する場合を示したが、勿論、新築される梁に対して本発明の補強部材１０を用いてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の梁の補強部材は、ＦＲＰ材によってウエブと、平行配置される第１，第２フランジとによって断面Ｆ字状の型材として形成されるので、ウエブを梁の側面に取り付けるとともに、第１フランジを梁の下面に取り付けることにより、該補強部材が梁から下方へ大きく突出するのを防止して、本来の階高が減少されることを抑制することができる。また、このように補強部材が梁の外側形状に沿って取付けられるにもかかわらず、該梁の下面に対応する部分には第１フランジに加えて第２フランジを設けたので、補強部材の断面性能を増大でき、梁の耐力のみならず曲げ剛性をも十分に高めることができる。更に、補強部材が軽量なＦＲＰ材であるため、自重による補強後の重量増加が少なく梁の耐力を大きく保つことができる。
【００３０】
また、本発明の補強部材を用いた梁の補強方法は、梁を挟んでその両側に１対の補強部材を対向配置したので、向かい合う補強部材の第１フランジ同士および第２フランジ同士によって、梁の下面を覆うことができる。そして、対向されるそれぞれの補強部材のウエブおよび第１フランジを接着剤を介して梁に取付けることにより、該補強部材を、大きな接着面積を確保しつつその全体に亘って一様に梁と一体化することができるため、補強部材は梁の曲げ力を広い面積で均等に受け持つことができる。
【００３１】
更に、梁の長さ方向に補強部材を複数配列した場合の繋ぎ目の位置を、梁の両側でずらしたので、これにより梁の一方の側の繋ぎ目の反対側に、梁の他方の側の補強部材の一般部分を位置させることができる。従って、梁全長にわたって適切な補強を行うことができ、繋ぎ目による曲げ剛性の低下を抑えることができる。
【００３２】
更にまた、上記ウエブを上記梁にボルト締結するとともに、互いに対向する上記第１，第２フランジ間にボルト締結力を作用させることにより、ウエブを梁の側面に強く圧接することができ、接着されるウエブの接着性を高めて、補強部材と梁との結合強度を更に増大することができる。
【００３３】
また、上記第１フランジと上記第２フランジとの間に形成される空間部分に耐火被覆材を充填することにより、火災が発生した場合に、梁の曲げ、すなわちたわみ変形を受けるという意味において梁の補強で最も重要な第１フランジに当該火災の影響が及ぶことを防止して、補強部材による梁の補強効果を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す補強部材の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す補強部材の取付け状態の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す補強部材の取付け状態の底面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す補強部材の取付け状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０  補強部材
１０ａ  ウエブ
１０ｂ  第１フランジ
１０ｃ  第２フランジ
１１  梁
１１ａ，１１ｂ  側面
１１ｃ  下面
１２  接着剤
１３  アンカーボルト
１４  ボルト
１５  繋ぎ目
１６  耐火被覆材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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