(57)【要約】【課題】壁とその両側の柱とからなる両側柱付き壁のせん断終局強度の計算値を過大評価せず、且つ実際のせん断終局強度に近い値を求められるようにする。【解決手段】建築物の既設躯体の隣り合う柱２と梁３とによって囲まれた領域に構築される壁４及び柱２のコンクリートの圧縮強度をそれぞれの水平断面積で重み付けした加重平均Ｆcを求め、柱２及び壁４によって構成される両側柱付き壁５のせん断終局強度Ｑsuを加重平均Ｆcから求める。【選択図】図１
2018109317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の既設躯体の隣り合う柱とそれら柱の間に架設された梁とによって囲まれた領域に構築される壁及び前記柱のコンクリートの圧縮強度をそれぞれの水平断面積で重み付けした加重平均を求め、前記柱及び前記壁によって構成される両側柱付き壁のせん断終局強度を前記加重平均から求めることを特徴とする両側柱付き壁の設計方法。
【請求項２】
前記加重平均を次式（１）に当て嵌めることによって前記両側柱付き壁のせん断終局強度を求めることを特徴とする請求項１に記載の両側柱付き壁の設計方法。
【数１】
2018109317.tif 000013
【請求項３】
請求項１又は２に記載の設計方法によって設計された両側柱付き壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両側柱付き壁の設計方法及び両側柱付き壁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、既設躯体の柱と梁によって囲まれた開口部に耐力壁を設置する方法が開示されている。具体的には、開口部の内周面に多数のスタッドジベルを設置し、その開口部に壁筋を配筋し、その開口部の内周部にスパイラル筋を配筋し、その開口部内にコンクリートを打設する。この場合、壁と周囲の柱梁との接合強度が高く、壁は柱や壁と一体成形物とみなせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３６３３８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、開口部に施工する壁を薄型化するために、その壁のコンクリートに高強度ものを選定することが考えられる。そのため、壁のコンクリートの強度は既設躯体のコンクリートの強度に等しくないのが一般的である。壁が柱梁と一体成形物とみなすので、その一体成形物の強度評価を行う場合、壁と柱梁のうち強度の低い方のコンクリートの圧縮強度を用いてその一体成形物のせん断終局強度を算出する。壁と柱梁のうち強度の高い方のコンクリートの圧縮強度を用いずに、強度の低い方のコンクリートの圧縮強度を用いたのは壁と柱梁の強度を過大評価しないためである。
ところが、壁と柱梁のうち強度の低い方のコンクリートの圧縮強度を用いてその一体成形物のせん断終局強度を算出すると、その計算値は実際のせん断終局強度からかけ離れたものとなってしまう。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、壁とその両側の柱とからなる両側柱付き壁のせん断終局強度の計算値を過大評価せず、且つ実際のせん断終局強度に近い値を求められるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の態様は、建築物の既設躯体の隣り合う柱とそれら柱の間に架設された梁とによって囲まれた領域に構築される壁及び前記柱のコンクリートの圧縮強度をそれぞれの水平断面積で重み付けした加重平均を求め、前記柱及び前記壁によって構成される両側柱付き壁のせん断終局強度を前記加重平均から求めることを特徴とする両側柱付き壁の設計方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、壁及び柱のコンクリートの加重平均から両側柱付き壁のせん断終局強度を求めたので、求めたせん断終局強度は実際のせん断終局強度と比較しても過大評価したものでない。更に、求めたせん断終局強度は実際のせん断終局強度に近い値となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、評価される両側柱付き壁の正面図である。
【図２】図２は、II−II断面図である。
【図３】図３は、開口を有する両側柱付き壁の正面図である。
【図４】図４は、評価される両側柱付き壁よりも上階を示した概略図である。
【図５】図５は、試験体の柱梁の配筋図である。
【図６】図６は、試験体の後打ちアンカーの配置図である。
【図７】図７は、試験体の壁の配筋図である。
【図８】図８は、実験装置の正面図である。
【図９】図９は、載荷履歴の説明図である。
【図１０】図１０は、実験結果及び計算結果を示したグラフである。
【図１１】図１１は、壁が既設壁と増設壁の積層体である場合の両側柱付き壁の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【０００９】
１．両側柱付き壁について
図１は、建築物の評価対象階の両側柱付き壁５を建築物の柱梁架構１とともに示す図である。柱梁架構１は建築物の既設躯体の隣り合う柱２，２と隣り合う梁３，３とからなる。柱２，２が鉛直に立設され、梁３，３が柱２，２間に水平に架設され、これにより柱梁架構１が矩形枠状に設けられている。柱２，２及び梁３，３は鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造である。
【００１０】
壁４が既設の柱梁架構１の内側に構築されることによって、柱梁架構１が壁４によって補強される。壁４の上端及び下端が梁３，３にそれぞれ接合され、壁４の両側の側部が柱２，２にそれぞれ接合されている。壁４は鉄筋コンクリート造である。壁４の壁筋はダブル配筋又はシングル配筋である。ダブル配筋とは、格子状に配筋された縦筋と横筋との組が壁４の厚さ方向に二組あることいい、シングル配筋とは、その組が一組であることをいう。
【００１１】
壁４のコンクリートの圧縮強度は柱２，２及び梁３，３のコンクリートの圧縮強度に等しくない。例えば、柱２，２及び梁３，３のコンクリートが普通コンクリートであり、壁４のコンクリートが高強度コンクリートであり、壁４のコンクリートは柱２，２及び梁３のコンクリートよりも高圧縮強度である。逆に、壁４のコンクリートが柱２，２及び梁３のコンクリートのよりも低圧縮強度であってもよい。なお、壁４とその両側の柱２，２とからなる構造体を「両側柱付き壁５」という。
【００１２】
壁４は、予め施工された柱梁架構１の内側に構築されるものである。具体的には、建築物の躯体が既設躯体であり、その既設躯体の柱梁架構１の内側に壁４が新たに増設されたものである。
【００１３】
壁４の構築の際には、アンカー筋工法によって壁４が柱２，２及び梁３，３に接合される。ここで、アンカー筋工法とは、柱梁架構１の内周面に後打ちアンカーを設けて、壁筋を配筋し、更に型枠を設置した上で、壁４のコンクリートを打設する工法である。
【００１４】
２．両側柱付き壁の評価方法・設計方法
評価対象階の両側柱付き壁５の評価方法・設計方法について説明する。
両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuを算出することによって、両側柱付き壁５を評価する。ただし、図３に示すように壁４が１又は複数の開口６を有する場合、式（２）によって求められる開口６による低減率γを次式（１）に乗じて算定する。
【００１５】
【数１】
2018109317.tif 000003
【００１６】
【数２】
2018109317.tif 000004
【００１７】
【数３】
2018109317.tif 000005
【００１８】
上記の式（１）において、Fcは、壁４，柱２，２のコンクリートの圧縮強度をそれぞれの水平断面積で重み付けした加重平均である。具体的には、Fcは次式（３）の通りである。
【００１９】
【数４】
2018109317.tif 000006
【００２０】
両側柱付き壁５に作用するせん断力が以上のように算出したせん断終局強度Qsu未満であれば、両側柱付き壁５が終局的なせん断破壊をしないことがわかる。つまり、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuが所定の目標値以上であれば、両側柱付き壁５の設計が適切であることが分かる。目標値とは、両側柱付き壁５に作用すると想定される最大せん断力であり、例えば地震時に両側柱付き壁５に作用すると想定されるせん断力である。従って、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuが所定の目標値以上になるように、両側柱付き壁５を設計・構築する。例えば、建築物の躯体が既設躯体であるので、柱２の設計変更によって両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuの向上を図ることが困難であるので、壁４のコンクリートの種類及び強度を選定することによって、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuが所定の目標値以上になるように両側柱付き壁５を設計し、その設計に従って壁４を構築する。
【００２１】
上述のように壁４，柱２，２のコンクリートの圧縮強度をそれぞれの水平断面積で重み付けして得られる加重平均Fcを利用して、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuを算出したので、せん断終局強度Qsuは両側柱付き壁５の実際のせん断終局強度に近い値となる。よって、両側柱付き壁５の強度評価を正確に行える。
【００２２】
加重平均Fcを用いて算出したせん断終局強度Qsuは両側柱付き壁５の実際のせん断終局強度よりも低いので、せん断終局強度Qsuを用いた両側柱付き壁５の強度評価は安全側に見積もったものである。つまり、せん断終局強度Qsuを用いた評価は、両側柱付き壁５の強度を過大評価したものではなく、適切なものである。なお、加重平均Fcを用いて算出したせん断終局強度Qsuは両側柱付き壁５の実際のせん断終局強度よりも低いことについては、後述する。
【００２３】
３．両側柱付き壁の評価方法（比較例）
比較例では、式（１）中のFcをFc’に代えた上で、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsu’を算出することによって、両側柱付き壁５を評価する。Fc’は、柱２のコンクリートの圧縮強度と壁４のコンクリートの圧縮強度のうち低い方である。柱２，壁４のコンクリートのうち低い方の圧縮強度Fc’を式（１）に当て嵌めたのは、両側柱付き壁５を安全側に評価するためである。従って、圧縮強度Fc’から求めたせん断終局強度Qsu’は、両側柱付き壁５の実際のせん断終局強度よりもとても小さく見積もった値となる。
【００２４】
４．加重平均Fcを用いた評価の妥当性についての検討
（１）実験
以下の条件Ａ〜Ｅに相当する５体の試験体１０を作製した。図５は試験体１０の柱２，２及び梁３，３の配筋図であり、図６は壁４を施工する際のアンカー筋工法に用いる後打ちアンカーの配置図であり、図７は壁４の配筋図である。
【００２５】
【表１】
2018109317.tif 000007
【００２６】
試験体１０の作製手順は以下の通りである。柱２，２及び梁３，３を水平に横置きになるように、柱２，２及び梁３，３の配筋及び型枠を設置し、コンクリートを打設した。その後、上側の梁３と下側の梁３との間に配置したＰＣ鋼棒を緊張することによって、後述のように実験時に負荷する軸力Nの７割程度の軸力を柱２に負荷した。その後、後打ちアンカーの打ち込み、壁筋・スパイラル筋の配筋及び型枠の建て込みを経て、壁４のコンクリートを打設した。
【００２７】
試験体１０は１層１スパンであり、その縮尺率は約1/3とした。
柱２は、せん断破壊型として設計・計画した。上側の梁３は、加力に対して主筋の降伏やひび割れを防止する剛梁として設計・計画した。下側の梁３にも十分な耐力と剛性をもたせた。柱２，２及び梁３，３のコンクリートの目標圧縮強度は18N/mm2とし、実測した圧縮強度は表１の通りである。
壁４の配筋は在来工法とほぼ同様とした。壁４の周辺部には、後打ちアンカー及び割裂防止用のスパイラル筋を配置した。縦アンカー筋は有機系ガラスカプセル型とし、横アンカー筋は有機系注入型とした。また、柱２，２及び梁３，３の内面を粗面化して、柱２，２及び梁３，３に対する壁４のコンクリートの接合強度高めた。壁４のコンクリートの目標圧縮強度については、条件Ａを18 N/mm2、条件Ｂ，Ｄを36 N/mm2、条件Ｃ，Ｅを45 N/mm2とし、実測した圧縮強度は表１の通りである。
【００２８】
図８は、試験体１０にせん断力を載荷するための実験装置２０である。
まず、試験体１０を実験装置２０に設置し、ＰＣ鋼棒の緊張による初期軸力を漸減させつつ、鉛直油圧ジャッキ２１によって柱２，２の圧縮軸力を軸力N（表１参照）にまで漸増させた。軸力Nは、柱２，２及び梁３，３のコンクリートの圧縮強度に対して0.125程度の比率である。この軸力は、実際の建物の自重によって軸力が柱に生じるので、それを考慮したものである。なお、ＰＣ鋼棒の緊張による初期軸力から鉛直油圧ジャッキ２１による軸力に移行した後には、ＰＣ鋼材を撤去した。
【００２９】
水平加力用油圧ジャッキ２２を用いて上側の梁３に片側からの圧縮力を負荷することによって、両側柱付き壁５にせん断力を付与した。具体的には、層間変形角Ｒ=δ／ｈ（δ：加力高さの水平変位、ｈａ：下側の梁３の天端からの加力高さ（ｈａ=1040mm））で求められる目標所定値Ｒ=0.5×10-3rad.で１サイクル、Ｒ=1.0×10-3rad.(1／1000)、2.0×10-3rad.(1/500)、4.0×10-3rad.(1/250)、6.0×10-3rad.(1/167)で各２サイクルずつ繰り返す正負交番繰返して載荷し、その後は両側柱付き壁５が破壊するまで正側に載荷した。その載荷履歴を図９に示す。
そして、両側柱付き壁５の破壊時のせん断力をせん断終局強度とした。その結果を表２及び図１０に示す。
【００３０】
【表２】
2018109317.tif 000008
【００３１】
（２）実施例
上述の実験の条件Ａ〜Ｅと同一の条件で、壁４，柱２，２のコンクリートの圧縮強度をそれぞれの水平断面積で重み付けして、それらの加重平均Fcを算出した（表３参照）。算出した加重平均Fcを式（１）に当て嵌めて、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuを算出した。その結果を表２に示す。
【００３２】
【表３】
2018109317.tif 000009
【００３３】
（３）比較例
上述の条件Ａ〜Ｅで、式（１）中のFcをFc’に代えた上で、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsu’を算出した。その結果を表２及び図１０に示す。条件Ａ〜ＥにおけるFc’を表３に示す。
【００３４】
（４）検討結果
表２及び図１０から明らかなように、条件Ａ〜条件Ｅの何れにおいても、加重平均Fcから算出したせん断終局強度Qsuは実験値よりも低い。そのため、せん断終局強度Qsuを用いた両側柱付き壁５の強度評価は安全側に評価したものである。
【００３５】
また、条件Ａ〜条件Ｅの何れにおいても、加重平均Fcから算出したせん断終局強度Qsuは、Fc’から算出したせん断終局強度Qsu’と比較しても、実験値に近い。よって、せん断終局強度Qsuによって両側柱付き壁５の強度評価を正確に行える。
【００３６】
５．他の評価式
（Ａ）  式（１）の代わりに次の式（４）に対して加重平均Fcを当て嵌めて、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuを求めてもよい。式（５）中のFcをFc’に代えた上で、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsu’を算出した場合と比較して、式（４）を利用して加重平均Fcから算出したせん断終局強度Qsuは実際のせん断終局強度に近い。また、せん断終局強度Qsuは実際のせん断終局強度よりも低いので、せん断終局強度Qsuによる強度評価は安全側に評価したものである。
【００３７】
【数５】
2018109317.tif 000010
【００３８】
（Ｂ）  式（１）の代わりに次の式（５）に対して加重平均Fcを当て嵌めて、両側柱付き壁５のせん断終局強度Qsuを求めてもよい。式（５）を利用して加重平均Fcから算出したせん断終局強度Qsuも実際のせん断終局強度に近い。
【００３９】
【数６】
2018109317.tif 000011
【００４０】
（Ｃ）  図１１の水平断面図に示すように、壁４が既設壁４ａと増設壁４ｂの積層体である場合、加重平均Fcを次式（６）により計算する。
【００４１】
【数７】
2018109317.tif 000012
【００４２】
この場合、式（６）によって求めた加重平均Fcを当て嵌める式は式（１）、（４）、（５）の何れであってもよい。式（１）、（４）、（５）の中では、式（４）が好ましい。
【００４３】
柱２及び既設壁４ａが既に施工されたものであるため、増設壁４ｂのコンクリートの種類及び強度を選定することによって、式（１）、（４）又は（５）によって計算したせん断終局強度Qsuが所定の目標値以上になるように両側柱付き壁５を設計し、その設計に従って増設壁４ｂを構築する。
【符号の説明】
【００４４】
１…柱梁架構，  ２…柱，  ３…梁，  ４…壁，  ５…両側柱付き壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018109317.tif 000022
【図１０】
2018109317.tif 000023
【図１１】
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