(57)【要約】【課題】本発明に係る補強方法は、木造建築物における既存梁の補強方法であって、既存梁の下面に第一の繊維プレートを取り付ける工程と、第一の繊維プレートを取り付けた既存梁に、既存梁の両端から所定の長さ前記既存梁の中央に向かって第一の繊維シートを巻き付ける工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木造建築物における既存梁の補強方法であって、
前記既存梁の下面に第一の繊維プレートを取り付ける工程と、
前記第一の繊維プレートを取り付けた前記既存梁に、前記既存梁の両端から所定の長さ前記既存梁の中央に向かって第一の繊維シートを巻き付ける工程と、
を含むことを特徴とする木造建築物補強方法。
【請求項２】
前記所定の長さは、前記既存梁の長さの略１／３であること、
を特徴とする請求項１に記載の木造建築物補強方法。
【請求項３】
前記木造建築物補強方法は、さらに、
既存柱の側面に第二の繊維プレートを取り付ける工程と、
前記第二の繊維プレートを取り付けた前記既存柱に、前記既存柱の下端から所定の長さ中央に向かって、第二の繊維シートを巻き付ける工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の木造建築物補強方法。
【請求項４】
前記第一の繊維プレート、前記第二の繊維プレート、前記第一の繊維シート、前記第二の繊維シートは炭素繊維からなること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の木造建築物補強方法。
【請求項５】
木造建築物における既存梁の補強構造であって、
前記既存梁の下面に取り付ける第一の繊維プレートと、
前記第一の繊維プレートを取り付けた前記既存梁に、前記既存梁の両端から所定の長さ中央に向かって、巻き付ける第一の繊維シートと、
既存柱の側面に取り付ける第二の繊維プレートと、
前記第二の繊維プレートを取り付けた既存柱に、前記既存柱の下端から所定の長さ中央に向かって、巻き付ける第二の繊維シートと、
を備えることを特徴とする木造建築物補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造建築物の補強方法および木造建築物の補強構造に関し、特に既存建築物の改修に伴い既存梁および既存柱を補強する木造建築物の補強方法および木造建築物の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存建築物の改修に伴い、間取りを変更する等の改修のために、間柱等の柱を抜くことがある。当該柱を抜いた際には、耐震補強を施す必要がある。
【０００３】
当該改修に伴う耐震補強にあたっては、たとえば、曲げ剛性のより強い梁に入れ替える、既存梁の下方に補助梁を入れて合成梁にする、または、既存梁の両側から鉄骨梁で挟んで補強する補強方法が考えられる。また、当該柱を抜いたことによって、他の柱がこれらの梁の荷重を受けなくてはならないため、新たに荷重を受けられるよう、他の柱においても柱脚の固定度を上げる金物を取り付ける等の補強方法が考えられる。
【０００４】
特許文献１には、木造家屋の柱材、梁材及び基部材で構成される枠構造の側面側に金属板で構成された補強金具を固定し、枠構造を強化して木造家屋の耐震性等の強度を高める木造家屋の枠構造を補強する補強金具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３６６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の発明では、例えば、補強金具は金属材を用いるため重量が大きく、その分の荷重を考慮する必要がある。さらに、施工にあたって、木造家屋の枠構造の梁スパン等に併せて補強金具を作製し、取り付ける必要があり、その施工簡易性に問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、既存建築物の改修に伴い既存梁および既存柱を補強する木造建築物の補強方法および木造建築物の補強構造にあたって、軽量で施工簡易性のよい木造建築物の補強方法および木造建築物の補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る木造建築物の補強方法は、木造建築物における既存梁の補強方法であって、既存梁の下面に第一の繊維プレートを取り付ける工程と、第一の繊維プレートを取り付けた既存梁に、既存梁の両端から所定の長さ既存梁の中央に向かって第一の繊維シートを巻き付ける工程とを含む。
【０００９】
さらに、本発明に係る木造建築物の補強方法において、所定の長さは、既存梁の長さの略１／３であることとしてもよい。
【００１０】
さらに、本発明に係る木造建築物補強方法は、既存柱の側面に第二の繊維プレートを取り付ける工程と、第二の繊維プレートを取り付けた既存柱に、既存柱の下端から所定の長さ既存梁の中央に向かって、第二の繊維シートを巻き付ける工程とを含んでもよい。
【００１１】
さらに、本発明に係る木造建築物の補強方法において、第一の繊維プレート、第二の繊維プレート、第一の繊維シート、第二の繊維シートは炭素繊維からなってもよい。
【００１２】
本発明に係る木造建築物の補強構造は、木造建築物における既存梁の補強構造であって、既存梁の下面に取り付ける第一の繊維プレートと、第一の繊維プレートを取り付けた既存梁に、既存梁の両端から所定の長さ既存梁の中央に向かって、巻き付ける第一の繊維シートと、既存柱の側面に取り付ける第二の繊維プレートと、第二の繊維プレートを取り付けた既存柱に、既存柱の下端から所定の長さ既存梁の中央に向かって、巻き付ける第二の繊維シートとを備える。
【００１３】
本発明に係る木造建築物の補強方法は、木造建築物における既存梁の補強方法であって、既存梁の下面に第一の繊維プレートを取り付ける工程と、第一の繊維プレートを取り付けた既存梁に、既存梁の両端から所定の長さ中央に向かって第一の繊維シートを巻き付ける工程とを含むため、繊維プレートおよび繊維シートによって、軽量で施工簡易性よく、かつ、また、繊維プレートを取り付けた既存梁を繊維シートで巻き付けることで繊維プレートの既存梁からの剥がれを防止しつつ木造建築物を補強することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る木造建築物の補強方法および木造建築物の補強構造は、軽量な繊維シートを用いることで軽量で施工簡易性のよい補強方法および補強構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る補強方法および補強構造を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る補強構造の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る補強構造の断面図および平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る補強構造を模式的に示す軸組図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る補強構造の曲げ強度試験の形態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施態様について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（補強方法および補強構造の概略）
はじめに、本実施形態に係る補強方法および補強構造の概略について説明する。
図１は、本発明に係る補強方法および補強構造の一例を示す正面図である。図１（ａ）に示すように、既存木造建築物が、基礎（不図示）上に設けられた土台７００と、土台７００上に設置された既存柱３００ａ、３００ｂと、改修等により撤去する既存柱６００と、既存梁２００と、既存梁２００に直交する既存梁８００ａ、既存梁８００ｂとが含まれて構成するものとする。なお、既存柱３００ａ、３００ｂについて、以下、特に区別の必要がなければ既存柱３００と総称する。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示すように、既存柱６００を改修等により撤去した場合、本実施形態に係る補強方法では、既存梁２００の下面に第一の繊維プレート１００を取り付けることで補強構造を実現する。ここで「繊維プレート」とは、既存梁、既存柱の上面、下面、側面等の表面に対して取り付ける高強度補強繊維から成る板をいい、一例として、炭素繊維等をエポキシ樹脂等の硬化性樹脂により成形した板等をいう。
【００１９】
また、別の一例として、高強度補強繊維として炭素繊維の他にアラミド繊維等を用いてもよい。ここで、第一の繊維プレート１００、第二の繊維プレート１０１、第一の繊維シート１０２、第二の繊維シート１０３に用いる高強度補強繊維について、炭素繊維はアラミド繊維等と比較して、切削性、引張強度の面で優れているため、曲げ応力への耐力および施工簡易性の観点では炭素繊維を用いることが好ましい。また、ここで「第一の繊維プレート」は、特に既存梁の下面等の表面に対して取り付ける繊維プレートをいう。既存梁２００に第一の繊維プレート１００を取り付ける方法として、例えば、（１）第一の繊維プレートの切断・接着面の清掃、（２）下処理（サンダー掛け（既存梁２００表面のサンダーケレン））、（３）第一の繊維プレートの貼り付け（接着剤を第一の繊維プレート１００に塗布し、第一の繊維プレート１００を既存梁２００に接着）、（４）仕上げ（必要に応じて塗装、モルタル等の仕上げを施工）といったような方法で取り付けることができる。このような構成とすることで、既存梁の曲げ応力に対して、第一の繊維プレート自体は軽量のためその荷重への考慮を少なく、簡易的に施工して補強を行うことが出来、既存梁２００のたわみを抑えることが出来る。
【００２０】
また、図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る補強方法では、一例として、既存柱３００ａ、既存柱３００ｂの側面それぞれに第二の繊維プレート１０１ａ、第二の繊維プレート１０１ｂそれぞれを取り付けてもよい。また、別の一例として、既存柱３００ａ、３００ｂの側面のいずれか一方に、当該既存柱に対応する第二の繊維プレート１０１ａ、第二の繊維プレート１０１ｂのいずれかを取り付けてもよい。
【００２１】
ここで「第二の繊維プレート」とは、特に、既存柱３００の側面等の表面に対して取り付ける繊維プレートをいう。なお、第二の繊維プレート１０１ａ、第二の繊維プレート１０１ｂについて、以下、特に区別の必要がなければ第二の繊維プレート１０１と総称する。既存柱３００に第二の繊維プレート１０１を取り付ける方法は、既存梁２００に第一の繊維プレート１００を取り付ける方法と同様である。なお、図１（ｂ）においては、土台７００部分から第二の繊維プレート１０１を貼り付けるよう取り付けているが、既存柱３００の下端から所定の長さ第二の繊維プレートを貼り付けるよう取り付けてもよい。このような構成とすることで、第二の繊維プレートは、既存柱６００が受けていた荷重を負担し曲げに対する強度を高めるよう、既存柱３００を補強することができ、既存柱の座屈等を防止することができる。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る補強方法は、第一の繊維プレート１００を取り付けた既存梁２００に、既存梁２００の両端から所定の長さ中央に向かって第一の繊維シート１０２ａ、１０２ｂを巻き付ける。なお、既存２００の両端ではなく片側の端部からのみでもよい。ここでいう「繊維シート」とは、高強度補強繊維から成る織物をいい、一例として、炭素繊維、アラミド繊維等から成るクロスをいう。また、ここで「第一の繊維シート」とは、特に、第一の繊維プレート１００を取り付けた既存梁２００に巻き付ける繊維シートをいう。第一の繊維プレート１００を取り付けた既存梁２００に第一の繊維プレート１００を巻き付ける方法として、例えば、（１）下処理、（２）プライマー塗布、（３）含浸接着樹脂下塗、（４）第一の繊維シートを既存梁２００に巻き付けるよう貼り付け、（５）ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）化（含浸、脱泡）、（６）含浸接着樹脂上塗、（７）仕上げといったような方法で巻き付けることができる。このような構成とすることで、第一の繊維シートによる曲がり応力に対する補強効果に加えて、既存梁からの第一の繊維プレートの剥がれを防止することができる。
【００２３】
ここで、既存梁２００の両端からの「所定の長さ」とは、補強対象の枠構造等に合わせて決定すればよく、例えば、既存梁２００の長さの略１／３としてもよい。なお、この略１／３とは、本発明に係る木造建築物の補強方法において、厳密に１／３である必要はなく、また、１／３に限定されず、本発明の課題を解決できる程度の範囲を含むことを意味する。この様な構成とすることで、繊維シートを用いるための費用に対する補強効果についてバランスよく取ることができる。
【００２４】
また、図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る補強方法では、第二の繊維プレート１０１を取り付けた既存柱３００に、既存柱３００の下端から所定の長さ中央に向かって、第二の繊維シートを巻き付けてもよい。第二の繊維プレート１０１を取り付けた既存柱３００に第二の繊維シートを巻き付ける方法は、第一の繊維プレート１００を取り付けた既存梁２００に第一の繊維プレート１００を巻き付ける方法と同様である。このような構成とすることで、第二の繊維プレートは、既存柱６００が受けていた荷重を負担し曲げに対する強度を高めるよう、既存柱３００を補強する効果に加えて、既存柱からの第二の繊維プレートの剥がれを防止することができる。
【００２５】
なお、図１に示す例では、木造建築物の改修において既存柱６００のみを撤去した場合を取りあげて説明したが、加えて、土台７００および布基礎（不図示）においても既存柱の撤去に伴い一部撤去する場合においては、土台７００または布基礎の少なくともいずれか一方の断面に繊維プレートを貼り付けるよう取り付けて、土台または基礎部分の補強を行ってもよい。
【００２６】
（補強構造の説明）
次に、本実施形態に係る補強構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る補強構造の一例を示す斜視図である。本実施形態に係る補強構造では、図２（ａ）に示すように、既存梁２００の下面に第一の繊維プレート１００を取り付ける。また、図２（ａ）に示すように、一例として、既存柱３００の側面の少なくとも一面に既存柱３００の上端から所定の長さ第二の繊維プレート１０１を取り付けてもよい。このような構成をすることで、既存梁２００を軽量かつ施工簡易性よく補強することができる。
【００２７】
また、図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る補強構造では、第一の繊維プレート１００を取り付けた既存梁２００に、既存梁２００の両端から所定の長さ中央に向かって第一の繊維シート１０２を巻き付けてもよい。この際、第一の繊維シート１００の対引張り強度側を考慮して巻くとよい。具体的には、一例として、既存梁２００の下面と同様に、既存梁２００に巻き付けた第一の繊維シート１００の下方側においても既存梁２００の長手方向と同じ方向に引張り応力が働くため、当該引張り応力に対して当該下方側（対引張り強度側）を、例えば、第一の繊維シート１００の繊維方向が当該引張り応力方向に沿うように巻いてもよい。なお、第一の繊維プレート１００の既存梁２００に対する巻き付ける態様については、図２（ｂ）では説明を簡単にするため数回程度巻いている態様を記載しているが、補強対象の既存梁２００のスパン等の枠構造の寸法等に従って第一の繊維シートの幅を選択し、当該幅に応じて巻き回数等を選択すればよい。
【００２８】
また、ここで、既存梁２００の両端から「所定の長さ」とは、補強対象の枠構造等に合わせて決定すればよく、例えば、既存梁２００の長さの１／３としてもよい。この様な構成とすることで、繊維シートを用いるための費用に対する補強効果についてバランスよく取ることができる。さらに、既存柱を撤去した場合において、既存梁２００の柱との接合部から１／３の長さの部分に応力集中が働く為、既存梁２００の長さの１／３とすることが好ましい。
【００２９】
また、図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る補強構造では、第二の繊維プレート１０１を取り付けた既存柱３００に、既存柱３００の上端から所定の長さ中央に向かって、第二の繊維シート１０３を巻き付けてもよい。
【００３０】
なお、図２（ｂ）に示す例では、本実施形態に係る補強構造では、既存梁２００と既存柱の山形プレート４００で接合した接合部に第一の繊維シート１０２および第二の繊維シート１０３を巻き付けない態様としているが、当該接合部の補強が必要な際には、当該接合部に第一の繊維シート１０２または第二の繊維シート１０３の少なくともいずれか一方を巻き付けてもよい。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る補強構造の一例を示す既存梁２００および既存梁２００に取り付けた第一の繊維プレート１００に係る断面図および平面図である。
【００３２】
図３（ａ）は、既存梁２００および既存梁２００に取り付けた第一の繊維プレート１００の断面図である。図３（ａ）に示すように、第一の繊維プレート１００は、既存梁２００の下面に取り付ける。この様な構成とすることで、既存梁２００の曲げ応力に対して補強することができる。
【００３３】
図３（ｂ）および図３（ｃ）は、既存梁２００および既存梁２００に取り付けた第一の繊維プレート１００を下方から見た平面図である。図３（ｂ）は、既存梁２００に対し第一の繊維プレート１００を一枚貼り付けるよう取り付けた例であり、図３（ｃ）は、既存梁２００に対し第一の繊維プレート１００ａ、１００ｂとして複数枚貼り付けるよう取り付けた例である。具体的には、既存梁２００が梁幅１２０ｍｍ、梁せい２４０ｍｍの場合、第一の繊維プレート１００の幅を５０ｍｍとして一枚貼り付けてもよい。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る補強構造の一例を示す既存柱３００および既存柱３００に取り付けた第二の繊維プレート１０１に係る軸組図である。図４（ａ）は、補強対象の既存梁および既存柱から成る枠構造を正面から見たときの軸組図である。本実施形態に係る補強構造において、当該軸組は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、既存柱３００、第二の繊維プレート１０１、土台４０１、捨てコンクリート４０２、割栗石４０３、布基礎４０４、捨てコンクリート４０５、割栗石４０６を含んで構成される。
【００３５】
本実施形態に係る補強構造では、具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、地盤面（ＧＬ）の位置に該当する布基礎４０４の位置から、土台４０１を介して既存柱３００の下端から５００ｍｍの長さまで第二の繊維プレート１０１を貼り付けるよう取り付けてもよい。また、本実施形態に係る補強構造では、具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、既存柱３００の柱幅１２０ｍｍ、土台４０１の高さ１２０ｍｍ、捨てコンクリート４０２および割栗石４０３を合せた高さが３００ｍｍ、捨てコンクリート４０２から布基礎４０４の上端までの高さが２００ｍｍの場合、幅５０ｍｍ、長さ１，１２０ｍｍの第二の繊維プレート１０１を取り付けてもよい。このような構成とすることで、既存柱３００の柱脚の補強、既存柱３００と土台４０１の接合部および土台４０１と布基礎４０４の接合部に対する補強を簡易的に同時に行うことができる。
【００３６】
図４（ｂ）は、本実施形態に係る補強構造において、補強対象の既存梁および既存柱から成る枠構造を真横から見たときの軸組図である。図４（ｂ）に示すように、一例として、既存柱３００の建築物の外側の側面に第二の繊維プレート１０１を貼り付けるよう取り付けてもよい。本実施形態に係る第二の繊維プレート１０１によれば、このように外側の側面に取り付けても外観に影響なく補強することができる。
【００３７】
（補強効果の算出）
本発明の一実施形態に係る補強効果の算出験を行った。当該算出方法は、以下のとおりである。
当該試験では、木造矩形断面梁の梁部材（表１および表２では、単に「木材」とする）として、梁せい２４０ｍｍ、梁幅１２０ｍｍの米松を使用し、補強仕様として当該梁の下面に炭素繊維から成る繊維プレートを２本貼り付けて当該繊維プレートによる補強効果を算出した。当該補強仕様において図心の計算は表１に示すとおりであり、当該計算により図心位置（ｙｏ＝Ｓ／Ａ’）は、１０９．３３ｍｍである。
【００３８】
【表１】
2018127795.tif 000003
【００３９】
また、上記図心の計算に基づき、当該補強仕様による補強後の断面２次モーメントは表２に示すとおりである。
【００４０】
【表２】
2018127795.tif 000004
【００４１】
上記断面２次モーメントの計算に基づき、繊維プレートによる補強効果は、剛比Ｉ／Ｉｏで求められ、Ｉ／Ｉｏ＝１．２７となり、これらの補強効果の算出により補強前より補強後が曲げモーメントに対する梁の変形に対する強度について剛比として約１．３倍の強度があることを導き出せる。
【００４２】
（補強効果の試験）
本発明の一実施形態に係る補強効果に係る試験を行った。当該試験において木造梁部材の曲げ試験を実施し、曲げ剛性の向上効果を確認した。当該試験においては、梁、木造矩形断面梁の木材として、梁せい２４０ｍｍ、梁幅１２０ｍｍの米松を使用し、当該梁の下面に炭素繊維から成る繊維プレート（幅５０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を１本貼り付けて図５に示すような曲げ試験機５００を用いて曲げ試験を行った。
【００４３】
図５は、補強構造の曲げ強度試験の形態を示す概念図であり、曲げ試験機５００は、油圧ジャッキ５０１、クレビス５０２、Ｈ鋼フレーム５０３ａ、Ｈ鋼フレーム５０３ｂ、ローラー５０４ａ、ローラー５０４ｂ、ローラー５０４ｃ、ローラー５０４ｄ、変位計５０５ａ、変位計５０５ｂ、ロードセル５０６を含んで構成し、油圧ジャッキ５０１によって力を発生させ、クレビス５０２、Ｈ型フレーム５０３ａおよびローラー５０４ａ、ローラー５０４ｂを介して試験体である梁材２００または梁材２００に炭素繊維プレート１００を取り付けた部材に荷重を与えて試験を行った。
【００４４】
当該試験の結果、許容応力度設計の範囲（たわみ１２ｍｍ以下）において、補強により曲げ剛性が向上することが実証され、たわみおよび耐荷重の改善への有効性が実証された。また、当該試験の曲げ剛性の実験値に基づき無補強と補強後の剛比は１．３倍であり、上記補強効果の算出で求めた解析値の剛比（１．２７倍）と比較すると１．０２であり、実験結果を算出による解析で精度よく追えるため、設計可能性についても実証された。
【００４５】
本発明の一実施形態に係る補強効果に係る別の算出を行った。当該算出においては、木造梁部材を梁幅１０５ｍｍ、梁せい２１０ｍｍの米松を使用し、スパン３．６４ｍ、ピッチ１．８２ｍとして構成した。また、荷重条件としては、固定荷重５０ｋｇ／ｍｍ２、積載荷重３００ｋｇ／ｍｍ２とし、補強仕様として当該梁部材の下面に炭素繊維プレートを２枚貼り付けた場合を想定して断面性能を算出した。当該算出の結果、炭素繊維プレートによる補強前と補強後の断面算定（算定値／許容値）について表３に示すとおり、曲げ耐力が向上し、たわみ軽減が可能であることが導き出された。
【００４６】
【表３】
2018127795.tif 000005
【００４７】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。上記実施形態および各種変形例に示す構成を適宜組み合わせることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１００  第一の繊維プレート
１０１  第二の繊維プレート
１０２  第一の繊維シート
１０３  第二の繊維シート
２００  既存梁
３００  既存柱
４００  山形プレート
５００  曲げ試験機
【図１】
2018127795.tif 000006
【図２】
2018127795.tif 000007
【図３】
2018127795.tif 000008
【図４】
2018127795.tif 000009
【図５】
2018127795.tif 000010