(57)【要約】【課題】既存建物に対して耐震壁を効率的かつ安価に施工する。【解決手段】既存建物の構面の内周部に鉄骨材からなる補強フレーム５を固着材６により一体に固着し、補強フレームの内側に接合部材４を接合し、補強フレームの内側に、炭素繊維補強プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる長尺中空帯板状の成型パネル３を多数並べて配置してその両端部を接合部材に接着するとともに、隣接する成型パネルどうしを互いに接着して耐震壁を形成する。補強フレームをＨ形鋼とし、接合部材を対のアングル材とし、そのアングル材により成型パネルの端部を挟み込んだ状態で接着するとともにボルト締結する。成型パネルの中空部に補強リブを形成したり発泡材を充填しても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存建物に対する耐震補強のために柱と梁に囲まれた構面内に設置される耐震壁の構造であって、
前記構面の内周部に鉄骨材からなる補強フレームが一体に固着され、該補強フレームの内側に、炭素繊維補強プラスチックからなる長尺中空帯板状の成型パネルが多数並べられて配置されて、それら成型パネルが前記補強フレームに接合された接合部材を介して該補強フレームに接合されるとともに、隣接する成型パネルどうしが互いに接着されてなることを特徴とする耐震壁の構造。
【請求項２】
請求項１記載の耐震壁の構造であって、
補強フレームが樹脂系接着材またはモルタル系グラウト材により既存建物と一体に固着されていることを特徴とする耐震壁の構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の耐震壁の構造であって、
補強フレームはＨ形鋼からなるとともに、接合部材は成型パネルの端部を両面側から挟み込む対のアングル材からなり、該接合部材が前記補強フレームに対してボルト締結により接合されるとともに、該接合部材に対して成型パネルの端部が接着されるとともにボルト締結されて接合されてなることを特徴とする耐震壁の構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の耐震壁の構造であって、
成型パネルはその中空部に補強リブが形成されてなることを特徴とする耐震壁の構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の耐震壁の構造であって、
成型パネルはその中空部に発泡材が充填されてなることを特徴とする耐震壁の構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の構造の耐震壁を既存建物の柱と梁に囲まれた構面内に設置することによって耐震補強を行う工法であって、
前記構面の内周部に補強フレームを固着材により一体に固着するとともに、該補強フレームの内側に接合部材を接合し、前記補強フレームの内側に、炭素繊維補強プラスチックからなる長尺中空帯板状の成型パネルを多数並べて配置して、それら成型パネルを前記接合部材に対して接合するとともに隣接する成型パネルどうしを互いに接着することにより、それら成型パネルの全体により耐震壁を形成して前記接合部材および前記補強フレームを介して前記構面の内側に設置することを特徴とする耐震補強工法。
【請求項７】
請求項６記載の耐震補強工法であって、
既存建物が鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造であることを特徴とする耐震補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は既存建物を対象とする耐震補強のための耐震壁の構造および耐震補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、既存建物に対する耐震補強のための手法としては、柱と梁とにより囲まれた構面内に鉄筋コンクリート造の頑強な耐震壁や鉄骨ブレースを増設することが最も一般的である。
しかし、鉄筋コンクリート造の頑強な耐震壁を増設することは、そのための鉄筋コンクリート工事にかなりの工期を要するものであるし、補強後には建物の重量が大きく増大してしまう点で好ましくない。また、鉄骨ブレースを追加する場合は長尺かつ大重量の鉄骨材を現場に搬入して設置する作業が必要であり、その施工は必ずしも容易ではない。
そして、いずれの場合も耐震壁や鉄骨ブレースを既存躯体に対して確実堅固に接合して構造的に一体化するために既存躯体に対するアンカーの施工が必要であるが、その作業の際には大きな騒音と振動の発生を伴うことが不可避であるので、従来においては既存建物を使用しながら（居住しながら）工事を行う際の大きな問題点であった。
【０００３】
そのため、たとえば特許文献１に示されるように、繊維強化複合材すなわちＦＲＰからなるブロック状の耐震エレメントを多数連結することによって耐震壁を構成するという手法も提案されている。これによれば、個々の耐震エレメントを十分に小型軽量とでき、また現場での耐震エレメントどうしの連結作業や既存躯体に対する接合作業も比較的簡易に行うことが可能であることから、鉄筋コンクリート造の耐震壁や鉄骨ブレースを増設する場合に比べれば効率的な施工が可能であると考えられる。
【特許文献１】特許第２９１４１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示される耐震エレメントは平面部の周縁部にフランジ部を設けた形態のものであるので、そのような耐震エレメントは必ずしも容易にかつ安価に製作できるものではなくかなりのコスト高とならざるを得ない。また、それら耐震エレメントどうしの連結はフランジ部どうしをボルト締結することで行うものであることから、多数の耐震エレメントどうしを連結するためには当然に多大な手間を要し、必ずしも効率的な施工を望めないものである。
【０００５】
以上のことから、特許文献１に示されるようなＦＲＰ製のブロック状の耐震エレメントによる耐震補強手法は基本的に有効であるとは考えられるものの、コストおよび施工性の点では未だ改良の余地を残しており、それを真に有効なものとして広くその普及を図るためには十分なコストの削減と施工性の改善が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、既存建物に対する耐震補強のために柱と梁に囲まれた構面内に設置される耐震壁の構造であって、前記構面の内周部に鉄骨材からなる補強フレームが一体に固着され、該補強フレームの内側に、炭素繊維補強プラスチックからなる長尺中空帯板状の成型パネルが多数並べられて配置されて、それら成型パネルが前記補強フレームに接合された接合部材を介して該補強フレームに接合されるとともに、隣接する成型パネルどうしが互いに接着されてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の耐震壁の構造であって、補強フレームが樹脂系接着材またはモルタル系グラウト材により既存建物と一体に固着されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の耐震壁の構造であって、補強フレームはＨ形鋼からなるとともに、接合部材は成型パネルの端部を両面側から挟み込む対のアングル材からなり、該接合部材が前記補強フレームに対してボルト締結により接合されるとともに、該接合部材に対して成型パネルの端部が接着されるとともにボルト締結されて接合されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の耐震壁の構造であって、成型パネルはその中空部に補強リブが形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の耐震壁の構造であって、成型パネルはその中空部に発泡材が充填されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の構造の耐震壁を既存建物の柱と梁に囲まれた構面内に設置することによって耐震補強を行う工法であって、前記構面の内周部に補強フレームを固着材により一体に固着するとともに、該補強フレームの内側に接合部材を接合し、前記補強フレームの内側に、炭素繊維補強プラスチックからなる長尺中空帯板状の成型パネルを多数並べて配置して、それら成型パネルを前記接合部材に対して接合するとともに隣接する成型パネルどうしを互いに接着することにより、それら成型パネルの全体により耐震壁を形成して前記接合部材および前記補強フレームを介して前記構面の内側に設置することを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の耐震補強工法であって、既存建物が鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は炭素繊維補強プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる高強度かつ高剛性の成型パネルを連結することで高剛性の耐震壁を施工するものであって、その成型パネルは単なる長尺中空帯板状の小型軽量かつ安価なものであり、それら成型パネルを既存建物の構面内に順次並べて互いに接着していくことのみで無アンカー工法による耐震壁の施工が可能であり、したがって在来工法に比べて十分なコストダウンと施工性の改善を実現できて工期短縮と工費削減を十分に図ることができ、既存建物を使用しながらの工事も可能となる。
特に、補強フレームとしての鉄骨材を構面内に固着してその内周部に接合部材として対のアングル材をボルト締結により接合し、各成型パネルをその接合部材に対して接着するとともにボルト締結することによって、無アンカー工法であっても既存躯体に対する耐震壁の接合強度を十分に確保することができる。
また、中空の成型パネルはそれ自体で十分に高強度、高剛性とできるが、さらに中空部に補強リブを形成したり発泡材を充填することにより、成型パネルの座屈耐力を高めてより高剛性の耐震壁とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１は本実施形態の構造の耐震壁を鉄筋コンクリート造あるいは鉄骨鉄筋コンクリート造の既存建物における既存の柱１および梁２により囲まれる構面内に設置した状態を示すものである。
本実施形態の耐震壁は、炭素繊維補強プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる多数の成型パネル３が一体に接着されて形成されたものであり、少なくともその耐震壁の上下の周縁部が接合部材４および補強フレーム５を介して上下の梁２に対して無アンカー工法により構造的に一体に接合されることによって耐震補強効果を得るものである。
【００１５】
本実施形態における成型パネル３は、炭素繊維補強プラスチックを素材とする引き抜き成型品であって、図４に示すようにその外観は矩形断面の細長い長尺中空帯板状をなすものとされ、十分に軽量でありながら優れた強度と剛性を有するものであり、しかも公知の引き抜き成型法により安価に大量生産できるものである。
成型パネル３の形状や寸法は施工するべき耐震壁の大きさやそれに要求される強度に応じて設定すれば良いが、断面の寸法としてはたとえば幅寸法（図４（ｂ）におけるａ寸法）を３００ｍｍ程度、厚み寸法（同、ｂ寸法）を８０ｍｍ程度、肉厚寸法（同、ｔ寸法）は２〜１０ｍｍ程度とすることが良い。成型パネル３の長さ寸法は施工するべき耐震壁の高さ寸法に応じて、つまりそれを設置するべき構面の内法高さ寸法と補強フレーム５の高さ寸法を考慮して設定すれば良く、一般には２．５〜３ｍ程度とされるが、そのような長さのものであっても１枚の成型パネル３の質量は数ｋｇ〜数十ｋｇ程度であって十分に軽量なものであり、作業員が一人で容易に持ち運ぶことができるものである。
なお、成型パネル３としては図４（ａ）、（ｂ）に示すように単なる中空のものでも良いが、座屈強度の増強のためにたとえば（ｃ）に示すように中空部に補強リブ３ａを設けたり、それに代えて、あるいは（ｄ）に示すように補強リブ３ａを設けたうえでさらに中空部に発泡材３ｂあるいはコンクリート等を充填しても良い。
【００１６】
本実施形態においては、上記の成型パネル３を既存建物の構面内に隙間なく順次並べていき、それぞれの成型パネル３の上下両端部を上下の接合部材４に対して接着により接合するとともに、隣接する成型パネル３の側面どうしも互いに接着することによって、それら多数の成型パネル３を幅方向に一体に連結して全体として１面の耐震壁を形成し、それを接合部材４および補強フレーム５を介して構面内に設置するものである。その耐震壁の構造の詳細についてその施工手順とともに図２〜図３を参照して詳述する。
【００１７】
まず、耐震壁を設置するべき構面の内周部に鉄骨材からなる補強フレーム５を取り付ける。その補強フレーム５は、左右の柱１の側面に添う縦材５ａと、上側の梁２の下面および下側の梁２の上面に添う横材５ｂからなるもので、それら縦材５ａおよび横材５ｂとしてはいずれもＨ形鋼を使用し、図１に示すように柱１および梁２との間に樹脂系接着材（たとえばエポキシ樹脂系接着材）やモルタル系グラウト材（たとえば無収縮モルタル）からなる固着材６を充填することによって、通常のあと施工アンカーを設けることなく固着材６の固着力のみで補強フレーム５全体を既存躯体に対して構造的に一体化する。
補強フレーム５としてＨ形鋼を使用する場合、その断面寸法は適宜で良いが、たとえば耐震壁の負担力が４ＭＮとした場合における一例としてはＨ−２５０×２５０×１９×１４、あるいはＨ−２５０×２５０×１６×２２等が好適に採用可能である。いずれにしても補強フレームの枠組部材には圧縮力が作用するのみで引っ張り力は作用しないので、図２（ａ）に示すように縦材５ａと横材５ｂとの接合は圧縮力を伝達可能な状態で突き合わせて単にボルト締結すれば良い。
また、図３に示すように２本の横材５ｂを梁２のスパン中間部で連結するような場合には、双方のフランジどうしをメタルタッチにより単に突き当てるのみで圧縮力の伝達が可能であるから、それらのずれ止めのためにウェブどうしを接合プレート７を介して簡易にボルト締結することで十分である。なお、そのように横材５ｂどうしを連結する場合には、その連結部においては図示しているように接合部材４を連結する必要はなく分断状態としておいて良い。
【００１８】
上記の補強フレーム５の内側には、成型パネル３を固定するための接合部材４をボルト締結により接合する。本実施形態においては接合部材４として図２（ｂ）に示すように成型パネル３の端部を両面側から挟み込む対のアングル材（等辺山形鋼）を使用し、各アングル材の一片を補強フレーム５の横材５ｂとしてのＨ形鋼のフランジに密着させて高力ボルト８によりボルト締結し、それらアングル材の他片を各成型パネル３の端部に密着させることによって、それら対のアングル材により成型パネル３の端部を両側から挟み込む状態で保持するものとする。接合部材４としてアングル材を用いる場合には、たとえばＬ−１００×７５×１０等が好適に採用可能である。
【００１９】
そして、上記の接合部材４により各成型パネル３の端部を挟み込む前に、それらの密着面全体をエポキシ樹脂系接着材等の強力な接着材９により接着することにより、成型パネル３の上下両端部を接合部材４に対して相対移動しないように剛接合して構造的に一体化させる。そのようにして各成型パネル３を１枚ずつ順次接合部材４に対して接着して接合していきつつ、隣接する成型パネル３の側面どうしも同様の接着材９により接着していって、最終的には構面全体に多数の成型パネル３を隙間なく取り付ける。
その際、各成型パネル３の端面（小口面）と補強フレーム５とを当接させる必要はなく成型パネル３の長さ寸法は特に厳密に管理する必要もない。
また、接合部材４としての対のアングル材の双方を横材５ｂに予め取り付けてそれらの間に成型パネル３の端部を差し込んでいくことでも良いが、それよりも、一方のアングル材のみを予め取り付けておいて、それを定規としてそのアングル材に対して各成型パネル３の端部を押し付けるようにして接着していき、全ての成型パネル３を並べて接着した後に、他方のアングル材を取り付けて成型パネル３の端部全体を挟み込むようにすると作業性が良いし、接着面に対する接着材の塗布も確実に行うことができる。
【００２０】
なお、接合部材４に対する成型パネル３の上下両端部の接合を上記のように接着材９による接着に加えて、必要であれば図示しているように接合部材４と成型パネル３とを貫通するボルト１０による締結を併用しても良く、それにより成型パネル３と接合部材４との接合強度の増強を図ることができるし、その締結力によって接合部材４と成型パネル３との接着面を確実に密着させることができるので接着強度の増強も図ることができる。
また、一般にこの種の耐震壁による耐震補強は層間変形に対する補強効果を主目的とするものであるから、耐震壁の上下両縁部を上下の梁２に対して相対回転不能に剛接合するだけで通常は十分であり、耐震壁の両側部は柱１に対して接合する必要はないが、必要であれば耐震壁の両側部も柱１に対して接合しても良く、その場合には上下両縁部と同様にして柱１に対して剛接合すれば良い。すなわち、図２（ａ）、（ｃ）に示しているように柱１の側面に固着した補強フレーム５の縦材５ａの内側にも接合部材４をボルト締結し、その接合部材４に対して成型パネル３の側部を挟み込む前に接着材９により接着し、必要であればさらにボルト１０により締結すれば良い。いずれにしても補強フレーム５の縦材５ａと耐震壁との間にはクリアランスがあって差し支えない（つまり、縦材５ａに対して耐震壁の側面を密着させる必要はない）ので、そのクリアランスの範囲で成型パネル３の幅方向の割り付けを調整することができる。
【００２１】
以上により、各成型パネル３の全体で１面の耐震壁が形成され、その耐震壁はＣＦＲＰによる高強度の成型パネル３が強力な接着材９により一体化されたものであるので、全体で耐震壁として機能するに十分な強度を有するものとなる。そして、その耐震壁の上下の周縁部はそれぞれ上下の接合部材４に対して接着材９による強力な接着力によって剛接合され、それら接合部材４は補強フレーム５に対して高力ボルト８によるボルト締結による摩擦接合により剛接合され、補強フレーム５は既存躯体である梁２に対して固着材６の固着力により一体化されているから、耐震壁を既存躯体に対して直接的にアンカーせずとも（つまり無アンカー工法によることでも）この耐震壁を既存躯体に対して構造的に一体化させることができ、十分な耐震補強効果が得られる。
【００２２】
上記構造の耐震壁を上記手順により施工することにより、補強フレーム５としての小断面のＨ形鋼と、接合部材４としてのアングル材と、小型軽量の成型パネル３とを順次組み立てていくことのみで高剛性の耐震壁の施工が可能であることから、従来の鉄筋コンクリート造の耐震壁や鉄骨ブレースを施工する場合に比較して施工性を格段に改善することができ、十分な工期短縮と工費削減を実現することができる。
特に、既存躯体に対するアンカーの施工が不要であるので従来工法のように大きな騒音と振動が発生することがなく、また現場でのコンクリート工事はもとより溶接工事もなく、したがって既存建物を使用しながら（居住しながら）の工事も可能となる。
【００２３】
また耐震壁の主体となる炭素繊維補強プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる成型パネル３は十分に高強度、高剛性であるので、それを一体に接着することで高剛性の耐震壁を施工できることはもとより、各成型パネル３は十分に小型軽量のものであって作業員が１人で持ち運べるものであり、その設置作業も基本的には単に並べて接合部材４に対して接着するとともに成型パネル３どうしを相互に接着していくだけで良いので、現場においては重機はもとより何ら特殊な装置類や特殊技能は必要とせず、しかも必要であれば成型パネル３を現場にて所望長さに自由に切断することもできるし、その際には厳密な寸法精度も要求されないことから、特許文献１に示されているような特殊なブロック形状の耐震エレメントをボルト締結により組み立てる場合に比べて施工性を十分に改善することができる。
勿論、成型パネル３は単なる長尺中空帯板状の部材であるので公知の引き抜き成型法により安価に大量生産できるものであるし、成型パネル３以外には補強フレーム４としての汎用のＨ形鋼と接合部材４としての汎用のアングル材を用いるだけであるので、特許文献１に示されている特殊な耐震エレメントを用いる場合に比べて十分なコストダウンを実現することができる。
【００２４】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されることなくたとえば以下に列挙するような様々な設計的変形や応用が可能である。
【００２５】
上記実施形態では各成型パネル３の側面どうしを単に接着材９による接着力で直接的に接着して一体化するものとしたが、それに加えて図５に示すように各成型パネル３どうしを接合プレート１１を介して連結することも考えられる。その場合、接合プレート１１としては鋼板やＣＦＲＰ成型板を使用してそれを隣合う成型パネル３にまたがるように積層して接着すれば良い。
また、そのように接合プレート１１を接着したうえでさらに図示しているようにボルト締結を併用すれば、接着面に十分な面圧を与えてより十分な接合強度が得られる。その場合には（ｃ）に示すように成型パネル３のボルト挿通位置に中実部３ｃを形成しておくと成型パネル３の変形を防止しつつ十分な面圧を与えることができる。
【００２６】
上記実施形態では各成型パネル３を縦姿勢で配置してそれらを横方向に並べるものとしたが、あるいは各成型パネル３を横姿勢で配置して上下方向に積み重ねる状態で並べて一体に接着することでも良い。その場合は積み重ねた一連の成型パネルの最上部および最下部のものを上下の梁２に対して剛接合すれば良い。
また、上記実施形態では１種類の成型パネル３のみを使用したが、成型パネル３の大きさや仕様は所要強度や施工性、製作コストを考慮して任意に設定すれば良いことは言うに及ばず、耐震壁を施工するべき構面の大きさや形状によっては、形状や寸法、仕様の異なる複数種類の成型パネルを組み合わせて使用して最適な割り付け調整をすることも可能である。ただし、いずれにしても成型パネルは公知の引き抜き成型法により容易に製作し得る形状と仕様として可及的に安価に製作可能なものとすべきである。
さらに、全ての成型パネルをＣＦＲＰのみとするのではなく、両端パネルのみにたとえばコンクリートを充填して軸剛性を高めたり、両端パネルを鋼管にすることも可能である。
【００２７】
補強フレーム５や接合部材４としてはＨ形鋼やアングル材に限るものではなく、それらの素材や形状、寸法は、成型パネル３を既存躯体に対して確実堅固に剛接合できる限りにおいて任意であって、たとえばチャンネル材（溝型鋼）や角形鋼管を採用したり、補強フレーム５と接合部材４とを予め一体に形成あるいは組み付けておいたり、補強フレーム５に接合部材４の機能を持たせる（換言すれば、接合部材４に補強フレーム５の機能を持たせる、あるいは両者の機能を併せ持つ部材を使用する）ことも可能である。
【００２８】
既存躯体としての柱１や梁２に対する補強フレーム５の接合や、補強フレーム５と接合部材４との接合、接合部材４と成型パネル３との接合の形式も、基本的に接着やボルト締結によることを基本として無アンカー工法により所望の接合強度が得られる限りにおいて適宜で良く、たとえば補強フレームに対する接合部材の接合も高力ボルトにより締結することに加えて、あるいはそれに代えて、接着により行うことも考えられる。
また、耐震壁を施工するための具体的な手順も、現場状況や施工条件、成型パネルの大きさや仕様、製作コスト等の諸条件に応じて最も効率的な施工を行えば良く、たとえば可能であれば成型パネル３を１枚ずつ順次取り付けていくことに代えて、搬送や取り扱いに支障を来さない範囲で複数の成型パネル３の側面どうしを予め接着してそれを一括して接合部材４に取り付けたり、あるいは複数の成型パネル４を接合部材４で予め連結してそれを一括して補強フレーム５に取り付けるといった手順も考えられる。
さらに、既存躯体と補強フレームとの一体化は、補強フレーム内のパネル設置工事が完了した後に無収縮モルタル等を充填する手順で進めても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の耐震壁の構造の一実施形態を示す図である。
【図２】同、要部（図１におけるII部）の詳細図である。
【図３】同、要部（図１におけるIII部）の詳細図である。
【図４】同、成型パネルの構成例を示す図である。
【図５】同、他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  柱
２  梁
３  成型パネル
３ａ  補強リブ
３ｂ  発泡材
３ｃ  中実部
４  接合部材（アングル材）
５  補強フレーム（Ｈ形鋼）
５ａ  縦材
５ｂ  横材
６  固着材
７  接合プレート
８  高力ボルト
９  接着材
１０  ボルト
１１  接合プレート
【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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