(57)【要約】【課題】コンクリート部材に設置する高延性材の厚さを薄くしても所要強度を得つつ優れた施工性が得られる構築物の設計法の提供。【解決手段】前記構築物の各コンクリート部材１１は、大地震以外の条件に対して予め定められている性能規定および仕様規定に従ってそれぞれの諸元を各別に定めるとともに、これら各諸元に応じた仕様規定に従ってそれぞれの耐震性能を各別に定めることで、あたかも耐火設計と同様な手順で耐震設計ができるようにして設計作業の迅速化を図ることができる。この結果、構築物の新設時の設計・既存構築物の改修設計において、大地震に対する安全性確保の観点からの要請が構築物の柱壁の配置および各コンクリート部材の諸元を決めてしまうことが、大幅に少なくなり、従来技術に比べ、使用性、デザイン性に優れ、施工コストも安価な、構築物を建設できる。【選択図】図１
2019015167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築物の設計法において、前記構築物の各コンクリート部材は、大地震以外の条件に対して予め定められている性能規定および仕様規定に従ってそれぞれの諸元を各別に定めるとともに、これら各諸元に応じた仕様規定に従ってそれぞれの耐震性能を各別に定めることを特徴とする構築物の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構築物の構造要素である柱、梁壁等のコンクリート部材（以下、単に「コンクリート部材」という。）を、高延性材で被覆すること（以下、「耐震被覆」という。）により、構築物に所要の耐震性を付与する技術である。具体的には、高靱性接着剤を用いて高延性材をコンクリート部材表面に接着することにより、該コンクリート部材に所要の耐震性能を付与する方法において、高靱性接着剤の界面剥離エネルギー、接着強度、および高延性材のヤング率、厚さの関係を合理的に定める方法に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート部材を構成する主要材料の一つであるコンクリートは、砂と砂利と水とセメントとを原料とするものであり、押されてもなかなか潰れないものの、引っ張られるとひびがはいり、ばらばらになったり、ずれて壊れてしまう性質がある。
【０００３】
このため、コンクリートは、通常、鉄筋を埋め込んだ鉄筋コンクリートとして使用することで、引張力に対する抵抗力が付与され、ひびの入ったコンクリートがばらばらになるのを抑えることができるとされてきた。
【０００４】
一方、コンクリート部材を構成する主要材料の他の一つである鋼材は、むき出しにした状態にしておくと、錆びてぼろぼろになるので、その表面を保護する必要があるほか、押されると曲がって抵抗力が急になくなって座屈という現象をおこすので、これを防止する必要もある。さらに、コンクリートと鉄とが一体として働くためには、鉄とコンクリートとの間で力を伝えること（付着）が必要である。
【０００５】
このため、コンクリート部材を作成する仕様を定めた基準書等では、鉄筋の周りをコンクリートで覆うことが規定されており、通常の条件であれば、４ｃｍほどの厚さが必要であると定められている。このような４ｃｍほどの厚さのかぶり層からなるコンクリート部分は、かぶりコンクリート、あるいは単に「かぶり」と称されている。
【０００６】
すなわち、上記したかぶり層には、鉄筋が入っていないので、引張力に抵抗できないという構造的な弱点がある。このため、大きな地震で繰り返し引張力を受ければ、かぶり層はひびだらけになり崩落する。また、かぶり層は、地震がこなくても、乾燥・温度変化、あるいはアルカリ骨材反応などの異常反応で崩落するし、仮に崩落しなくても老朽化や中小の地震で劣化して強度が落ちると、鉄との間で力を伝える能力（付着力）も落ちる。
【０００７】
このため、鉄筋コンクリートで造った柱や梁等のコンクリート部材は、いくら太くても、また、内部に大量の鉄筋や鉄骨を入れてあっても、結局のところ、４ｃｍ程度の厚さのかぶり層の存在でその耐久性と耐震性とが決まってしまうことになる。つまり、従来から存在する鉄筋コンクリートは、かぶり層が劣化・崩落すれば、その全体が崩壊することが避けられない宿命にあるといえる。
【０００８】
しかも、鉄は、一旦限界を超えて曲がってしまうと、そのままの形になって元には戻らない塑性という性質をもっており、これがコンクリート部材を作成する代表技術である鉄筋コンクリートの構造的弱点となっている。
【０００９】
すなわち、鉄筋コンクリートの柱や壁（コンクリート部材）には、地震の揺れを受けるといろいろな力が作用し、コンクリート部分を押す力には抵抗するものの、引っ張る力にはほとんど抵抗できないため、鉄筋がこれを受け持つことになる。しかし、鉄筋は、一旦限界を超えて変形すると、元には戻らないことから、鉄筋回りのコンクリートを壊してしまうことになる。また、鉄筋は、曲げ剛性および圧縮剛性を有するので、コンクリートの圧縮ストラット（圧縮力伝達機構）に抵抗し、コンクリートを破壊してしまうか、自らが塑性化するか、破断するか、あるいはコンクリートとの付着を失ってしまう。鉄板巻きや連続繊維巻きも同様のメカニズムで補強効果を喪失する。このため、大地震では、鉄筋や連続繊維の近傍からコンクリートが壊れ始め、これが繰り返されると、柱や壁が壊れ、結局建物が潰れてしまう危険性がある。
【００１０】
つまり、現代都市を形づくっている鉄筋コンクリート製のコンクリート部材は、経年劣化し大地震で崩落するかぶり層と、固くて塑性化する鉄という、二つの構造的弱点を抱えていることになる。
【００１１】
一方、既存建物等を含む構築物の耐震強度を向上させる従来技術としては、大別して、鉄筋コンクリート壁、柱などを増設したり、増し打ちしたりする方法、鉄骨ブレースなどを新設し構築物の変形を抑えることにより倒壊を免れようとする方法（例えば特許文献１）、および、免震・制震装置を設置して、地震動の入力を低減しようとする方法があるが、いずれも、前記構造的弱点に直接対処しているものではない。
また、構造物を新規に建設する際の設計および既存構築物の改修設計（以下、単に「設計」という。）においては、大地震に対する設計基準、あるいは耐震診断基準が、構築物全体を対象とした複雑な非線形の数値計算を伴うものであり、この計算の実施、およびこの結果の評価に専門家の多大な労力を要するという課題がある。また、構築物の形状や部材の諸元が大地震に対する前記計算によって決まってしまい、設計において使用性等を犠牲にした上、コスト増を甘受せざるを得ない場合が多いという課題がある。
構築物全体を対象とした従来の耐震化方法の実証には、実大構築物に対して実際の地震に相当する大きさや繰り返し回数をもった荷重を積荷する効果確認実験を行うために巨大な積荷装置を必要とする。しかし、兵庫県三木市に建設された大型振動台でも、兵庫県南部地震のマグニチュード（Ｍ）７クラスの観測地振動を再現できるに過ぎず、新想定のＭ９クラスの地震動の再現には更に巨大な装置の建設を必要とし事実上不可能である。構造物全体を対象とした従来の耐震化方法および設計方法は、新想定の地震動に対しては、実証実験が不可能であるという基本的な課題がある。
また、鉄板、連続繊維などで柱を巻き立てる方法があり、これらの手法は、一見、部材そのものの耐震強度を向上させる方法ではあるとしても、これらも、鉄板の塑性化、繊維の破断などにより、効果が失われる課題がある。
以上から、従来技術は、２１世紀に想定されている各種のマグニチュード９クラスの地震動に対して十分な耐震性を構築物に与える方法であるとは確認できない。
【００１２】
特許文献１の開示技術は、既存の梁柱フレームの耐震補強として鉄骨ブレースを増設する工法であって、梁柱フレームとその内面へ組み入れた鉄骨ブレースとの各接触面の間へ接着材を注入して接着することを特徴とするものである。
【００１３】
ところで、特許文献１の開示手法を含む従来からある構造物全体を対象とした耐震化方法については、おおよそ次の４つステップを経ることにより行われている。
１．既存の建物を調査し、設計図面の有無、設計図面との整合性、コンクリート強度の測定を行う。
２．上記情報は、データとしてコンピュータに入力され、構造耐震指標（Ｉｓ値）等を算定し、基準値（通常は０．６）を上回れば、新耐震基準なみの強度ありと判定する。
３．Ｉｓ値が基準を下回った場合には、壁を増設したりブレースを入れる等の補強工法を加えて再度計算し、基準値を上回るようにする。
４．上記した壁増設やブレースを設置する工事を行う。
【００１４】
この場合に行われる耐震工事は、壁や柱のコンクリートを砕いたり、これにボルトを打ち込んだり、表面を荒くしたり、滑らかにしたり、角を丸くしたりする工事を伴うので、騒音、粉塵、振動が激しい。また、鉄板やブレース材などの重量物を建物内部に持ち込み、溶接を行うことも多い。刺激臭のある溶剤を使う場合もある。しかも、窓や天井、床を壊すことがほとんどである。このため、耐震工事の影響は、工事のある階だけでなく、全館にでてしまう結果、「耐震工事は、とても大変だ。」というイメージが一般に浸透する結果となっている。
【００１５】
また、このようにして行われる耐震工事は、費用的にみても新築コストの何割もかかり、その工事期間も半年以上を要するので、対象建物が庁舎であればプレハブを建てて仮移転する必要があるし、テナントビルであればテナントを退去させる必要がある。対象建物が校舎である場合には、夏休みをまるまる使って施設を閉鎖したた状態のもとで行われることになるものの、ひと夏だけでは完了しない場合も多い。
【００１６】
しかも、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災は、種々の負担が強いられる耐震工事をそもそも行う必要があるのか、さらには、果たしてそれに見合うだけの効果があるのか、という問い直しを改めて突きつけるような事例を続出させている。
【００１７】
例えば、東日本大震災で、東北新幹線高架橋脚（柱）を鉄板巻きで補強した箇所において、周囲の梁が破壊し、上部の架線を支持する柱と架線とが大きく損傷した事例がある。これは、鉄板巻き補強の結果、柱の剛性が高まったため、損傷が周囲の梁に移り、上部構造の振動が増幅されたことが原因であると考えられている。
【００１８】
また、東日本大震災で、東北新幹線高架橋脚（柱）を連続繊維巻きで補強した箇所において、繊維が引きちぎられたとの報告がある。アラミド繊維、炭素繊維などを樹脂含浸によりＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）とした所謂連続繊維補強は、コンクリートの変形に対する追随性に乏しく、地震時に繊維が破断して効果がなくなることを示した事例である。また、同震災で、東北大学青葉山キャンパスで、鉄骨ブレース、増設壁、および連続繊維補強等の方法で、耐震補強済みの３建物が大破し、内部の研究設備が激しく損傷し、取り壊して立て替えを余儀なくされた。
【００１９】
そもそも、構造体として破壊しないというのは、現代の建物にとっては、あくまでも前提条件にすぎない。内部の設備や什器が損壊すれば、結局、取り壊して建て替えせざるを得なくなった事例が多数報告されている。現代の耐震化法および設計方法は、方法論的にも、実際上も、この点についての効果は保証できていない。つまり、現代の耐震化法には、費用や工事の負担に見合うとはいえない不都合がある。
【００２０】
本発明者は、このような従来手法にみられた問題点に鑑み、これを解決するものとして特許文献２の「耐震・断熱被覆コンクリート構造およびこれを用いた構造物」を既に提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平１１−７１９０６号公報
【特許文献２】特開２０１４−７４２６４号公報
【００２２】
すなわち、特許文献２の開示技術は、組み合わされた鉄筋の外側にかぶり層が形成されるように前記鉄筋回りにコンクリートを打ち込んでなる既設または新設の棒状または面状の鉄筋コンクリート材（コンクリート部材）を被覆対象部材とし、前記かぶり層には、耐損傷性と耐久性とを付与すべく、その表面に塗布されたウレタン系の高靱性接着剤を介してポリエステル繊維をベルト状またはシート状に織成してなる高延性材をその内部に空気層を保持させた状態のもとで、外力が作用した際にその構成糸相互の位置ずれを可能に設置することで、柱や壁などとして使用されている鉄筋コンクリート材（コンクリート部材）自体が地震により壊されてしまうのを効果的に阻止できるようにしたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかし、特許文献２の開示技術においては、既設または新設の棒状または面状の鉄筋コンクリート材（コンクリート部材）からなる被覆対象部材に所要の強度を付与すべくポリエステル繊維をベルト状またはシート状に織成してなる高延性材を設置するものではあったが、所要の強度を得るためには高延性材の厚さを厚くする必要があることから、それだけ、材料費、施工手間がかかる上に、仕上がった部材の外径寸法がそれだけ大きくなるという不都合があった。
【００２４】
特許文献２の開示技術および本発明は、従来の耐震化方法、耐震設計法、および耐震診断法が、部材が地震の作用によって破壊すること自体を放置して、構造物全体の耐震化を図ろうとしており、この実証実験が不可能であるという基本的な課題を解決しようとするものである。
【００２５】
本発明は、従来技術にみられた上記課題に鑑みてなされたものであり、高延性材の単位厚さ当たりの剥離限界強度を大きくできる高靱性接着剤を用いることで、補強対象であるコンクリート部材に貼り付ける高延性材の厚さを薄くしても所要強度を得ながら優れた施工性を発揮させることができるようにした構築物の設計方法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】
【００２６】
本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、構築物の設計法において、前記構築物の各コンクリート部材は、大地震以外の条件に対して予め定められている性能規定および仕様規定に従ってそれぞれの諸元を各別に定めるとともに、これら各諸元に応じた仕様規定に従ってそれぞれの耐震性能を各別に定めることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、構築物を設計するに際し、所要の耐震化に必要な高延性材の仕様を予め大地震以外の条件に対して計算等で定めたコンクリート部材の諸元に応じて一覧表等の仕様規定にしたものを用いるので、あたかも耐火設計と同様な手順で耐震設計ができるようにして設計作業の迅速化を図ることができる。この結果、構築物の新設時の設計、および既存構築物の改修設計において、従来技術に比べ、大地震に対する安全性確保の観点からの要請が、構築物の柱壁の配置、および各コンクリート部材の諸元を決めてしまうことが、大幅に少なくなり、従来技術に比べ、使用性、デザイン性に優れ、施工コストも安価な、構築物を建設することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】梁等の棒状のコンクリート部材がひび割れを伴って曲げ変形する際の状態例を模式的に示す説明図。
【図２】図１のひび割れを伴う曲げ変形をミクロ的に示す説明図。
【図３】コンクリート部材がひび割れを伴ってせん断変形する際の状態を模式的に示す説明図であり、そのうちの（ａ）は、コンクリート部材が壁状を呈する場合を、（ｂ）は、コンクリート部材が柱状を呈する場合をそれぞれ示す。
【図４】図３のひび割れを伴うせん断変形をミクロ的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、高靱性接着剤と高延性材との性能を組み合わせることで実現される構築物の設計方法により構成されている。
【００３０】
具体的には、補強対象であるコンクリート部材が接着界面で破壊することを避け、かつ、所定の粘り強さ（剥離限界ひび割れ幅）を維持しながら、補強材として用いる高延性材の厚さを抑えることができるようにすること、および所要の耐震性能を有するコンクリート部材、およびこれで構成された耐震化構造物を得ることができるという特徴がある。なお、本明細書において高延性材とは、ポリエステル繊維をベルト状若しくはシート状に織成してなる補強材をいい、高靱性接着剤とは、ウレタン系の一液性、無溶剤、湿気硬化タイプの剥離限界変位の大きい従来公知の接着剤をいうものとする。また、補強対象であるコンクリート部材とは、かぶりコンクリートを含む鉄筋コンクリートのようにひび割れ（亀裂）を伴って破壊する構築物を構成している構造要素をいうものとする。
【００３１】
この場合、コンクリート部材の変形モードには、図１および図２に示す曲げ変形と、図３および図４に示すせん断変形とが含まれる。
【００３２】
すなわち、図１は、高靱性接着剤１３を介して高延性材１２がその側面に貼り付けられている梁(コンクリート部材）１１が、ひび割れｃを伴って曲げ変形する際の状態を模式的に描いたものである。この場合、図１の応力の状態を模式的に示す図２からも明らかなように、高延性材１２は、コンクリート部材１１内部に発生し該コンクリート部材１１が負担する圧縮力には抵抗せず、引張力のみを負担して、曲げ変形に対する復元力を与えることで曲げ補強が実現する。従来技術である連続繊維補強や鉄板貼り付け補強では、圧縮力にも抵抗してしまうために、コンクリート部材が破壊されたりすることで補強効果が限られていた。
【００３３】
また、図３は、高靱性接着剤１３を介して高延性材１２がその表面１１ａに貼り付けられているコンクリート部材１１がひび割れｃを伴ってせん断変形する際の状態を模式的に示したものである。この場合、図３の状態をミクロ的に示す図４からも明らかなように、高延性材１２は、図３（ａ）に示す壁状のコンクリート部材１１や図３（ｂ）に示す柱状のコンクリート部材１１にひび割れｃを伴って作用するせん断変形に伴う引張応力を負担し、コンクリート部材１１が負担する圧縮応力と協力し復元力を与えるように作用してコンクリート部材１１を補強できることになる。
【００３４】
以下に概説する既往の研究によれば、高延性材１２をコンクリート部材１１の表面１１ａに高靱性接着剤１３で貼り付けて行われるコンクリート部材補強方法において、単位幅当たりの剥離限界強度（高靱性接着剤１３が剥離限界で高延性材１２に発生する単位幅当たりの張力ｑｆｅ）は、次の「数１」の式で表すことができる。
【数１】
2019015167.tif 000003
ただし、
Ｇｆ：高靱性接着剤の界面剥離エネルギー                  ［Ｎ／ｍｍ］
Ｅｆ：高延性材の有効ヤング率                            ［Ｎ／ｍｍ２］
ｔ：高延性材の厚さ                                          ［ｍｍ］
【００３５】
すなわち、「数１」の式によれば、高延性材１２の有効ヤング率Ｅｆと厚さｔとを一定にすれば、高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーＧｆが大きいほど、高延性材１２の有効ヤング率Ｅｆが大きいほど、大きな強度が得られるという事実が明らかになる。
【００３６】
しかし、界面剥離エネルギーＧｆは、コンクリート部材１１が破壊する程大きくなる必要はないので次の「数２」の式で示される値以下でよい。また、接着強度τｆと界面剥離エネルギーＧｆとの関係から、高延性材１２が剥離する限界のコンクリート部材１１のひび割れ幅ΔｄＡが決まるので、「数３」の式の条件により、これを確保することができる。
【数２】
2019015167.tif 000004
ただし、
εｐｕ：コンクリート部材の圧縮ストラット（圧縮力伝達機構）の終局ひずみで、通常１％とする。［無次元］
【数３】
2019015167.tif 000005
ただし、
τｆ：高靱性接着剤の平均接着強度                          ［Ｎ／ｍｍ２］
ΔｄＡ：コンクリート部材の許容剥離限界ひび割れ幅、通常２ｍｍとする。
［ｍｍ］
【００３７】
さらに、次の「数４」の式の条件により、コンクリート部材１１のせん断強度τＢよりも高靱性接着剤１３の強度を低く抑えることにより、剥離時にコンクリート部材１１を抉る破壊が生ずることを避けることができる。
【数４】
2019015167.tif 000006
【００３８】
図１〜図４に示すように、コンクリート部材１１の表面１１ａに高靱性接着剤１３で接着された高延性材１２の強度は、次の「数５」の式で表される。
【数５】
2019015167.tif 000007
ただし、
σｆｐ：コンクリート部材の曲げ変形とせん断変形に対する高延性材の強度
［Ｎ／ｍｍ２］
εｐ：高延性材の強度発現時のひずみ                          ［無次元］
【００３９】
ここで、高延性材１２の強度発現時のひずみεｐは、次の「数６」の式で表される。
【数６】
2019015167.tif 000008
ただし、
εｆｅ：高延性材の剥離限界ひずみ（ｂｆ≧ｂｆｎｅｓ）              ［無次元］
εｆｕ：高延性材の破断ひずみ
【００４０】
この場合、高延性材１２の剥離限界ひずみεｆｅは、次の「数７」の式で表せる。
【数７】
2019015167.tif 000009
【００４１】
「数１」の式は、「数５」の式の高延性材１２の強度発現時のひずみεｐに「数７」の式の剥離限界ひずみεｆｅを代入し、両辺に高延性材１２の厚さｔを乗じて得られるもので、高延性材１２が破断せず、コンクリート部材１１が破壊しないという仮定のもとで高延性材１２に発現する強度である。「数２」の式は、「数７」の式の剥離限界ひずみεｆｅにコンクリート部材１２の圧縮ストラットの終局ひずみεｐｕを代入し、高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーＧｆについて解いて得られたものであり、高延性材１２が剥離するまで、コンクリート部材１１が破壊しないという条件を表している。ただし、図２および図４に示す応力状態では、コンクリート部材１１の圧縮ひずみと高延性材１２の引張ひずみの絶対値はほぼ等しいといえるので、これを仮定している。
また、高延性材１２が剥離するときのコンクリート部材１１のひび割れ幅ΔｄＡは、次の「数８」の式で表される。これを高靱性接着剤１３の平均接着強度τｆ：について解いたものが「数３」の式である。
【数８】
2019015167.tif 000010
ただし、
ｍｂ：、界面接着力の分布形状から決まる定数で１とできる。    ［無次元］
【００４２】
したがって、剥離限界のひび割れ幅ΔｄＡを許容値以下に抑えるならば、上記した「数３」の式の条件が必要になる。コンクリート部材１１の補強の粘り強さを保持することは、補強上重要な要件であるので、この条件を置いている。コンクリート部材１１が構造物であれば、一般的にΔｄＡ＝２ｍｍとすれば、十分である。これを「数８」の式に代入したものが、「数３」の式の右辺である。
【００４３】
つまり、高靱性接着剤１３は、界面剥離エネルギーＧｆが大きく、その平均接着強度τｆが補強対象であるコンクリート部材１１のせん断強度τＢ以下であることに特徴がある。
【００４４】
因みに、一般コンクリートのせん断破壊強度は、圧縮強度の１／６〜１／４程度であり、一般の建築物に使われているコンクリートは、圧縮強度が、２１Ｎ／ｍｍ２であるので、これらをコンクリート部材とすれば、せん断破壊強度は、３〜５Ｎ／ｍｍ２程度となり、このことは、次の「数９」の式として示すことができる。
【数９】
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【００４５】
次に、高延性材１２と高靱性接着剤１３との性能を組み合わせた実施形態例について説明する。
【００４６】
用いる高延性材１２の種別については、既に製品化されている高延性材Ａ（本出願人会社の製品名「ＳＲＦ２１００」），高延性材Ｂ（同製品名「ＳＲＦ３１００」），高延性材Ｃ（同製品名「ＳＲＦ４１００」），高延性材Ｄ（同製品名「ＳＲＦ５１００」）を用いる。それぞれの厚さ、有効ヤング率等は、表１に示すとおりである。
【００４７】
【表１】
2019015167.tif 000012
【００４８】
また、高靱性接着剤１３の種別については、既に製品化されている表２の接着剤Ａ（本出願人会社の製品名「ＳＲＦ２０」），接着剤Ｂ（同製品名「ＳＲＦ３０」）と、今回新たに開発した表３の接着剤Ｃ（同製品名「ＳＲＦ４０」を予定），接着剤Ｄ（同製品名「ＳＲＦ６０」を予定），接着剤Ｅ（同商品名「ＳＲＦ９０」を予定）とを用いる。
【００４９】
【表２】
2019015167.tif 000013
【００５０】
【表３】
2019015167.tif 000014
【００５１】
高延性材１２と高靱性接着剤１３とは、例えば表４に示すように組み合わせる。ただし、計算に用いる高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーＧｆには、設計上の安全率として０．７を乗じている。
【００５２】
【表４】
2019015167.tif 000015
【００５３】
また、高延性材１２を重ねて用いて厚く使う場合における厚さと高靱性接着剤１３との組み合わせについては、例えば表５のようにする。なお、高延性材１２の種別については、いずれもヤング率が同じなので高延性材Ａ〜Ｄのいずれであってもよい。また、高延性材１２は、その厚さが厚くなると「数２」の式から計算される高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーＧｆの上限が大きくなるので、例えば表５のように高靱性接着剤Ｅを使った方が、「数５」〜「数７」で計算される強度σｆｐが大きくとれるので、界面剥離エネルギーＧｆが比較的小さくコストが高めな例えば高靱性接着剤Ａを使用する場合に比べて経済的な選択が可能となる。
【００５４】
【表５】
2019015167.tif 000016
【００５５】
すなわち、表５によれば、高延性材１２の厚さに応じて、高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーＧｆが大きいものを使うことで、例えば界面剥離エネルギーＧｆの小さな高靱性接着剤Ａを使う場合に比べて、効率よく（高延性材１２の強度発現時のひずみεｐを大きくして）使うことができることが判明する。
【００５６】
以上に述べたように、高延性材１２と高靱性接着剤１３との性能を組み合わせることにより、補強対象であるコンクリート部材１１が破壊することを避け、かつ、所定の粘り強さ（剥離限界ひび割れ幅）を維持しながら、補強材として用いる高延性材１２の厚さｔを抑えられることが判明する。
【００５７】
また、高延性材１２は、引張剛性以外の剛性がコンクリート部材１１に比べて十分に小さく、コンクリート部材１１の圧縮ひずみにより、剥離したり、コンクリート部材１１を破壊したりすることを避け、コンクリート部材１１の圧縮応力と高延性材１２が負担する引張応力とで、コンクリート部材１１に対し曲げ変形、せん断変形に対する復元力を付与するという効果を得ることができる。
【００５８】
また、本発明で用いられる高延性材１２は、破断ひずみが大きいので、大きな変形を受けても補強効果を持続させることができる。
【００５９】
つまり、本発明で用いられる高靱性接着剤によれば、界面剥離エネルギーＧｆが大きいため、「数２」の式からも明らかなように剥離限界強度が大きくなるという効果が得られるほか、接着強度が部材１１のせん断強度より小さいので、大きな変形を受けて一部が剥離しても補強効果を持続させることができ、さらには、「数８」の式からも明らかなように大きなひび割れ幅に達するまで剥離開始しないという効果も得ることができる。
【００６０】
したがって、上記した高延性材１２と高靱性接着剤１３とは、高延性材１２のヤング率Ｅｆおよび厚さと、高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーＧｆとが、コンクリート部材１１の圧縮終局ひずみと「数３」の式が成立するように組み合わせることでコンクリート部材１１の圧縮終局ひずみになる限界で剥離限界強度に達することになるので、界面剥離エネルギーＧｆが大きい高価な接着剤を用いる場合に比べて安価な接着剤を選択できることになる。
【００６１】
また、本発明が適用される構築物のコンクリート部材補強方法によれば、高延性材１２を高靱性接着剤１３を介してコンクリート部材１１に設置する際に、高延性材１２のヤング率、厚さと、高靱性接着剤１３の界面剥離エネルギーとが、コンクリート部材１１の圧縮ストラット（圧縮力伝達機構）の終局ひずみとの間で、所定の算式の関係が成立する状態にして組み合わせることで、コンクリート部材１１の圧縮終局になる限界で剥離限界強度に達する条件、つまり界面剥離エネルギーが比較的小さくてより安価な高靱性接着剤であってもその条件を満たすことができることから、用いる高靱性接着剤に対しての経済的な選択肢をそれだけ多様化することができることになる。
【００６２】
しかも、コンクリート部材１１に発生する大きなひび割れ幅に対しても復元力（強度）を保持させたり、高延性材１２の破断、コンクリート部材１１の破壊で効果が一気に失われる危険性を小さくしたり、コンクリート部材１１の内部応力伝達と干渉することを小さくすることで、コンクリート部材１１自体をＭ９クラスの地震の作用に相当する大きさや繰り返し回数の変形を受けても事実上破壊しないようにすることができる。なお、図１および図２のように高延性材１２を貼り付けた場合には、大きな変形を受け、「数６」の式に示すようにコンクリートの圧縮ストラットが終局に達するとコンクリート部材１１の強度が低下し圧縮ストラットが徐々に圧縮破壊することは避けられない。しかし、「数４」の式に示すように高靱性接着剤１３の強度を調整した効果により、前記破壊に伴う高延性材１２の剥離が、コンクリートを広範囲に破壊することを避け、まだ破壊しない部分のコンクリートを高延性材１２と高靱性接着剤１３とが一体化し、コンクリートの大半が圧潰しない限り、コンクリート部材１１が全体として破壊することを防止できる。この結果、事実上、落ちない梁、落ちない壁ができる。また、特許文献２の図１に示すように、柱の周囲を周回するように高延性材を設置した場合には、内部のコンクリートが圧潰した後も、高延性材が破断しない限り潰れない柱とすることが可能である。さらに、高延性材１２を薄くすることもできるので、それだけ材料費や施工手間を軽減したり、仕上がった部材の当初の形状や寸法をほとんど変えることなく補強施工することができる。
【００６３】
さらに、本発明が適用される構築物の耐震化部材は、高靱性接着剤と高延性材とが奏する性能を用いて補強したコンクリート部材１１を、実験装置にセットして、予め定めた方向と大きさ、および繰り返し回数の変形を載荷して、破壊しないことを確認した部材である。実験装置は、現在、建築研究所、京都大学等々の研究機関が保有しているコンクリート部材実験用の加力装置と反力壁とでよい。載荷する変形は、耐震部材試験方法として、過去の震災事例、今後想定する地震の作用等を考慮して定めて文書化することができる。現在行われているコンクリート部材実験は、５０分の１程度の部材角までであり、繰り返し回数も各サイクル３回程度までであるが、これを遙かに超える大きさの変形や繰り返し回数の試験を前記文書に規定したとしても、現有の実験装置で実施可能である。なお、土木構造物では、高さが１００ｍを超えるような巨大な柱脚などの部材を用いるが、この場合には、１０分の１程度のスケールモデルを相似則を用いて実験することができる。
【００６４】
つまり、上記構築物の耐震化部材は、構築物の部材の主要材料である鉄筋コンクリートの損傷と破壊自体とを防止することで、大地震の作用が直接部材に加わっても、損傷が小さく、破壊しない部材を生み出すという効果を奏する。
【００６５】
この結果、コンクリート部材補強方法は、従来の想定を大幅に上回る新想定の地震の作用に対して、構造物全体の実大実験が不可能であるという現実を踏まえ、現有の施設と設備とで可能なスケールの実験を用いて大地震に対する耐震性の確認を行うことを可能にするという効果を奏することになる。
【００６６】
さらに、耐震性構築物は、上記コンクリート部材補強方法によって所要の耐震性を確認したコンクリート部材で構築物を構成することにより、所要の耐震性を有した構築物を造るものである。
【００６７】
これを、我が国の建築物を例にとって実施形態を示せば、以下のようになる。まず、現行の耐震規準のうち、大地震に対する検討以外の部分（一次設計まで）に準拠して、建築物の諸元を定める。次に、この建築物の梁、柱、壁等の構造部材に対して、高延性材と高靱性接着剤とを用いた耐震補強を行い、上記コンクリート部材補強方法で耐震性を確認した耐震化部材を当てはめる。以上を設計基準図書に記載して、これに従って施工を行えばよい。
【００６８】
また、本発明に係る構築物の設計方法は、構築物を設計する際に、予め大地震以外の条件に対して各コンクリート部材１１の諸元を計算等で各別に定めておき、これら各コンクリート部材１１のそれぞれの諸元に応じて所要の耐震化に必要な高延性材１２の仕様を一覧表にしたものを用いて各別に定める方法である。
【００６９】
この場合における耐震化部材の確認実験は、予め行っておき、柱、壁等の寸法、内部の配筋等の諸元に応じて、例えばコンクリート部材１１が鉄筋コンクリート製柱であれば、高延性材１２等の設置仕様を次の表６に一例として示すような一覧表にしておけば、設計が迅速化できる。つまり、あたかも、耐火設計と同様な手順で耐震設計ができることになる。なお、表６の例においては、構築物の部材に現れる各種の諸元がさらに羅列され、これに応じた耐震被覆（高延性材、高靱性接着剤）が記載されることになる。表６は、建築物の鉄筋コンクリート製の柱を例にとって、本発明に係る構築物の設計法の仕様規定の形態を示している。同表の諸元の欄には、建築物の柱の寸法（幅ｂ、せいＤ、内法比ｈ０／Ｄ）、および材料の諸元（コンクリート強度Ｆｃ、主筋、および横筋の材質と量（鉄筋比））が記載されている。
本発明方法で、構築物を設計するには、以下の手順に従う。まず、当該建築物が満足することを要求される全条件（法的制約、経済的制約、建築主の意思等）のうち、大地震に対する安全確保以外の各条件を満たすよう、建築物の形状、間取り、柱壁の配置、諸元等を決定する。次に、その各コンクリート部材の諸元に応じて、表６の例にあるような仕様規定に従って耐震被覆の仕様（材料、厚さ）を決定することで設計が完了する。
【００７０】
【表６】
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【００７１】
つまり、本発明に係る構築物の設計方法は、構築物を設計するに際し、所要の耐震化に必要な高延性材１２の仕様を予め大地震以外の条件に対して計算等で定めたコンクリート部材１１の諸元に応じて一覧表等の仕様規定にしたものを用いるので、あたかも耐火設計と同様な手順で耐震設計ができるようにして設計作業の迅速化を図ることができる。この結果、構築物の新設時の設計、および既存構築物の改修設計において、従来技術に比べ、大地震に対する安全性確保の観点からの要請が、構築物の柱壁の配置、および各コンクリート部材１１の諸元を決めてしまうことが、大幅に少なくなり、従来技術に比べ、使用性、デザイン性に優れ、施工コストも安価な、構築物を建設することが可能になる。
すなわち、本発明は、我が国に代表される地震国の設計基準と、地震危険度を考慮しない地域の諸国の設計基準との差異を、中小地震に対する規定と大地震に対する耐震被覆の仕様規定のみに留めることを可能にする技術である。
さらに、本発明は、地震国においても、あたかも地震が発生しない地域に建設するかの如く、使用性、機能性、デザイン性、コストを追求した建築物やインフラ施設などの構築物を、安価に設計・施工して、それが、新想定のＭ９クラスの大地震で倒壊しないことを構築物全体を対象とした実大実験や非線形計算を用いることなく確認することを可能にする技術である。
大地震は、自然現象であり、この構築物に対する作用は、人知の及ぶ範囲を超えている。本発明の方法で設計、建設した部材および構築物も、当然、将来発生する大地震で破壊する危険性は残る。本発明の技術は、所要の耐震性能を、各々の部材に対して定義し、実験で確認することにより、個々の部材が破壊することを放置し、構築物全体の計算で良しとする従来技術に比べ前記危険性をより詳細に評価し認識し、これに対処することを可能にするものである。
【符号の説明】
【００７２】
１１  コンクリート部材
１１ａ  表面
１２  高延性材
１３  高靱性接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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