(57)【要約】【課題】曲げ耐力、せん断耐力に不足が発生している梁の補強を行うための梁の耐震補強構造および梁の耐震補強工法を提供する。【解決手段】鉄骨鉄筋コンクリート造の梁４の室外側側面に、梁４の主筋が減るカットオフ部分または梁４の鉄骨継手部分を補強位置として補強鋼板１０を水平方向に配置させた状態で固定してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の梁の片側側面に、梁の主筋が減るカットオフ部分または梁の鉄骨継手部分を補強位置として補強鋼板を水平方向に配置させた状態で固定してなることを特徴とする梁の耐震補強構造。
【請求項２】
前記梁はラーメン構造の梁であり、前記補強鋼板は梁の下端部の室外側側面に取り付けられたものである請求項１に記載の梁の耐震補強構造。
【請求項３】
前記補強鋼板は柱際部分を補強するように梁の長手方向の両端部に取り付けられたものである請求項２に記載の梁の耐震補強構造。
【請求項４】
前記梁は柱際部分において充腹型鉄骨、中央部において非充腹型鉄骨を用いて形成された鉄骨鉄筋コンクリート造であり、補強鋼板は充腹型鉄骨と非充腹型鉄骨の繋ぎ目部分を補強するように、充腹型鉄骨と非充腹型鉄骨の部分に渡って取り付けられてなる請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の梁の耐震補強構造。
【請求項５】
前記補強鋼板は梁に対して接着剤とアンカーで固定されたものである請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の梁の耐震補強構造。
【請求項６】
鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の梁の片側側面に、補強鋼板を水平方向に配置し、梁の主筋が減るカットオフ部分または梁の鉄骨継手部分からなる補強位置を避けて配置されたアンカーと接着剤によって固定することを特徴とする梁の耐震補強工法。
【請求項７】
前記梁はラーメン構造の梁であり、補強鋼板を梁の下端部の室外側側面でかつ梁の長手方向の両端部において前記補強位置を補強するように設ける請求項６に記載の梁の耐震補強工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建築物に施される梁の耐震補強構造および梁の耐震補強工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築基準法の改正に伴って鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建築物の耐震基準が強化され、１９８０年以前に建造された建築物の中には、耐震補強を施す必要が生じているものもある。建築物の耐震基準としては部材の曲げ耐力およびせん断耐力に関する基準があり、それぞれの建物に対して耐震性能が不足している部分については必要な耐震補強工事が行われている。
【０００３】
下記特許文献１は、柱部材などの躯体の表面を削って形成された凹部に、アンカーボルトによって鉄板を固定する補強方法を提案している。このような補強方法による耐震補強工事を行う場合、建築物の使用中に施工する必要があるので、建築物の使用者（たとえば住民）に大きな影響を与えることなく施工することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２１３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、梁の一面を切削して凹部を形成するなど、煩雑で時間のかかる施工を行うので、建築物の使用者（住民など）に負担をかけるだけでなく、施工にかかる費用が増大するという問題があった。なお、柱にしても梁にしても、耐震性能を向上するには、躯体の曲げ耐力、せん断耐力のどちらの耐力が不足しているのかを確認して、不足のある部分の強度を補うために必要十分な補強工事を施す必要があり、この耐震補強工事にかかる費用と時間をできるだけ少なくすることが望まれている。特に、鉄筋コンクリート造のように塑性破壊するものの曲げ耐力としては、部材内に生じるせん断力に対する耐力が重要であり、これが基準を上回っている必要がある。
【０００６】
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであり、曲げ耐力、せん断耐力が不足している梁の補強を行うための梁の耐震補強構造および梁の耐震補強工法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、第１発明は、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の梁の片側側面に、梁の主筋が減るカットオフ部分または梁の鉄骨継手部分を補強位置として補強鋼板を水平方向に配置させた状態で固定してなることを特徴とする梁の耐震補強構造を提供する（請求項１）。
【０００８】
前記構成の梁の耐震補強構造によれば、梁の片側側面に固定された補強鋼板が応力を分散して受け止めることができるので、積載物によって生じる梁の鉛直荷重、および、建築物の変形によって生じる水平荷重のいずれからも梁を効率的に守ることができる。梁の片側側面に補強鋼板を固定する工事は比較的容易に行なうことができ、耐震補強を必要十分な補強部材により短い工期にて実施できるので、建造物の所有者・使用者および周辺住民への負担を必要最小限に抑えることができる。
【０００９】
梁の片側側面に固定された補強鋼板は、曲げ荷重のみならず、せん断の応力が加わったときに、その応力を既存部材に伝達できるので、当該梁全体の曲げおよびせん断応力に対する強度を大幅に引き上げることができる。補強鋼板は応力伝達を円滑に行うために、補強鋼板の厚さ、長さ、高さおよびアンカーの計、本数、ピッチ（間隔）を適切に算出する必要があり、梁の危険断面位置から、左右両側に必要とされる補強鋼板の長さを算出し、その算出された鋼板の長さに対して少なくとも２倍の長さを有するものである。
【００１０】
また、補強鋼板の高さや厚さを増すことにより、さらに強靱な補強を施すことができる。加えて、円滑な応力伝達のためには補強鋼板の厚さは加わる応力に対してコンクリートよりも十分に高い強度を持つことができる厚さが必要である。
【００１１】
前記梁はラーメン構造の梁であり、前記補強鋼板は梁の下端部の室外側側面に取り付けられたものである場合（請求項２）には、梁の下端部のしかも室外側の側面に補強鋼板を取り付けるだけで耐震補強を行うことができる。したがって、住民などが建造物を使用している最中に容易かつ迅速に施工できる。
【００１２】
前記補強鋼板は柱際部分を補強するように梁の長手方向の両端部に取り付けられたものである場合（請求項３）、梁の長手方向の両端部に位置する柱際部分が補強鋼板によって補強されているので、地震によって発生する水平荷重を受けるときに、梁の柱との接合部に上下方向の応力が集中したとしても、この柱際部分に取り付けてある補強鋼板により、応力が集中する部分を効率的に補強することができる。
【００１３】
なお、鉄骨鉄筋コンクリート造または鉄筋コンクリート造の場合、梁の端部においては梁主筋を環状に連結するあばら筋が密に配筋されて耐力の向上を図り、梁の中央部においてはあばら筋が疎に配筋されたり、鉄筋の本数を変えて配置されているなど、構造を変えることによりコストダウンを図ることがあり、この構造変更部に応力が集中することがあるが、梁の長手方向に取り付けた補強鋼板はこの構造変更部に渡って配置されることになるので、必要な部分に集中して効果的な補強を施すことができる。
【００１４】
前記梁は柱際において充腹型鉄骨、中央部において非充腹型鉄骨を用いて形成された鉄骨鉄筋コンクリート造であり、補強鋼板は充腹型鉄骨と非充腹型鉄骨の繋ぎ目部分を補強するように、充腹型鉄骨と非充腹型鉄骨の部分に渡って取り付けられてなる場合(請求項４）には、充腹型鉄骨と相対的に耐力の低い非充腹型鉄骨の繋ぎ目部分（継手部）に応力が集中したとしても、この継ぎ目部分に渡るように補強鋼板が取り付けられているので、この継手部において梁が降伏することを防止できる。また、鉄骨断面や使用材料の違い等により梁端部の鉄骨と中央部の鉄骨に耐力差がある場合にも適用できる。
【００１５】
なお、充腹型鉄骨はフランジおよびウェブともに鉄板で構成されたＨ型鋼からなり、非充腹型鉄筋は、ウェブがフランジとなる上下の弦材との間で略三角形の貫通部を形成するように組み合わされてなるラチス形、平鋼を弦材にほぼ直角に取り付けた格子形など種々の形態が考えられる。
【００１６】
前記補強鋼板は梁に対して接着剤とアンカーで固定されたものである場合（請求項５）には、接着剤によって梁の面に密着するだけでなくアンカーを用いて補強鋼板を梁に強固に固定することができる。接着剤はたとえば寸法安定性、耐水性、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂である。アンカーは鉄骨および鉄筋のいずれにも干渉しない位置に打設する必要がある。アンカー打設位置は非破壊検査等を行って決定する必要がある。
【００１７】
第２発明は、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の梁の片側側面に、補強鋼板を水平方向に配置し、梁の主筋が減るカットオフ部分または梁の鉄骨継手部分からなる補強位置を避けて配置されたアンカーと接着剤によって固定することを特徴とする梁の耐震補強工法を提供する（請求項６）。梁の片側側面に補強鋼板を固定するだけの耐震補強工法は極めて簡単な耐震補強であるから、それだけ施工コストを削減することができ、工期を短くすることもできる。
【００１８】
前記梁はラーメン構造の梁であり、補強鋼板を梁の下端部の室外側側面でかつ梁の長手方向の両端部において前記補強位置を補強するように設ける場合(請求項７）には必要とされる部分のみに絞った耐震補強を施すことにより、施工にかかる工期や部材を可能な限り削減しながら、必要十分な補強を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
前述したように、本発明によれば、補強鋼板を梁の片側側面に配置して固定するだけの簡易な施工でありながら応力の分散を効率的に行って必要充分な耐震補強を施すことができる。梁の室外側側面で、かつ梁の下端部に補強鋼板を設けるだけであるから、建造物を使用者が使用している状態で補強工事を行うことができる。
【００２０】
梁の主筋が減る部分（カットオフ部分）や梁の鉄骨継手部分を集中的に補強することにより、より少ない部材、より短い工期で必要充分な耐震補強を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る梁の耐震補強方法によって形成される梁の耐震補強構造の例を示す図である。
【図２】前記梁の耐震補強構造の詳細な構成を示す断面図である。
【図３】前記梁の耐震補強構造の要部構成を別の角度から見た状態を示す図である。
【図４】前記梁の耐震補強構造の強度を確認するための強度試験の例を示す図である。
【図５】前記梁の耐震補強構造の強度を測定した結果を示す図である。
【図６】第２実施形態にかかる梁の耐震補強構造の構成を示す図である。
【図７】前記梁の耐震補強構造の強度を確認するための強度試験の例を示す図である。
【図８】前記梁の耐震補強構造の強度を測定した結果を示す図である。
【図９】第３実施形態にかかる梁の耐震補強構造の構成を示す透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１〜図３に示す第１実施形態に係る梁の耐震補強構造は、建築物２において梁の耐震補強工法によって形成されるものである。本実施形態において柱３および梁４はＨ型鋼からなる鉄骨５，６と、この鉄骨５，６の周りに配筋された鉄筋７（図２，図３に図示）と、鉄骨５，６および鉄筋７をコンクリート８によって覆うことにより形成されるものであり、９は柱３と梁４によって支えられた状態で梁４の上面を覆うように形成されたスラブである。この鉄骨５，６、鉄筋７、コンクリート８からなる建築物２は鉄骨鉄筋コンクリート造であり、本実施形態の建造物２は柱３と梁４によってスラブ９を支えるラーメン構造の建物である。そして、１０は梁４の側面に固定された補強鋼板である。
【００２３】
前記鉄骨６は柱３の近傍に位置する柱際部分４ＡにおいてはＨ型鋼によって形成される充腹型鉄骨１１と、この充腹型鉄骨１１に連接される非充腹型鉄骨１２とからなり、この非充腹型鉄骨１２によって梁４の中間部の軽量化を図っている。
【００２４】
図２に一部取り出して断面にして示すように、充腹型鉄骨１１は肉厚ｔ１のフランジ１１Ａとウェブ１１ＢからなるＨ形鋼であり、非充腹型鉄骨１２は上下にそれぞれ一対配置された断面略Ｌ字状の弦材１２Ａと、上下の弦材１２Ａの間に角度θを形成するように斜めに配置されたラチス材１２Ｂとを備え、弦材１２Ａとの間に略三角形の貫通部１２Ｃを形成するように組み合わせたラチス形である。また、弦材１２Ａの肉厚ｔ２は前記充腹型鉄骨の肉厚ｔ１よりも薄く形成されている。なお、本発明は鉄骨６の構成を本実施形態に示すものに限定されるものではなく、非充腹型鉄骨１２として幅の広い平鋼を弦材１２Ａの間にほぼ直角に取り付けてなる格子形など種々のものを用いてもよいことはいうまでもない。また、詳細な図示は省略するが充腹型鉄骨１１と非充腹型鉄骨１２は継板などの継手部６Ａによって連結される。
【００２５】
図３に示すように、前記鉄筋７は鉄骨６の長手方向に配筋された主筋７Ａと、この主筋７Ａを環状に連結するあばら筋（スターラップ）７Ｂとからなり、このあばら筋７Ｂは梁４の柱際部分（長手方向両端部）４Ａにおいては密に配筋されている。
【００２６】
前記スラブ９は梁４の上面に平面状に形成されたコンクリート面であり、室内側のスラブ９Ａと、室外側の片持ちスラブ９Ｂとを有する。また、３Ａは室内と室外を仕切る壁である。
【００２７】
補強鋼板１０は接着剤とアンカー１０Ａによって梁４の室外側側面の下端部に固定されるものであり、補強鋼板１０の長さ１０Ｌ（図２参照）は、アンカーボルト１０Ａの強度・径よって必要となる補強鋼板１０を梁４に固定するために必要な長さと補強必要範囲を加算した長さの２倍とする。
【００２８】
補強鋼板１０の肉厚１０Ｄおよび補強鋼板１０の幅（高さ）１０Ｗは、耐力向上に必要な設定とする。また、補強鋼板１０の幅方向の中心部分にはアンカーボルト１０Ａを挿入する穴が開設されている。
【００２９】
従って梁４に対する補強鋼板１０の固定は、まず、前記鉄筋７（７Ａ，７Ｂ）および鉄骨６のいずれにも干渉することなく、補強鋼板１０の穴の位置に合わせた間隔で並ぶアンカーの取り付け位置を非破壊検査によって確認して行う。次いで、確認した位置にアンカーボルト１０Ａ固定用の下穴を形成し、下穴内を清掃した後に、下穴内にケミカルアンカーまたはメカニカルアンカーを打設することによってアンカーボルト１０Ａを形成する。
【００３０】
補強鋼板１０と梁４の接合面には例えばエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、補強鋼板１０の穴にアンカーボルト１０Ａを挿入するようにして梁４に補強鋼板１０を貼り合わせ、かつ、アンカーボルト１０Ａにナット１０Ｂ（図３のみに図示）を締め付けることにより、強固に固定する。
【００３１】
このように構成された耐震補強構造１は接着剤とアンカーボルト１０Ａによって梁４の室外側の側面下端部分に補強鋼板１０が強固に固定され、補強鋼板１０の長手方向に応力の分散を行うことができるので補強を施すことができ、曲げ耐力が大幅に向上する。なお、梁４の上面にはスラブ９が形成されているのでこれが補強となるため、補強鋼板１０を取り付ける位置は梁４の側面下端のみとすることも可能である。
【００３２】
加えて、本実施形態において補強鋼板１０を取り付ける側面は梁４の室外側の側面である。したがって、建築物２が使用状態であるときに、住民などが住んでいる状態であっても、その室外側から補強工事を行うことができる。
【００３３】
また、既に詳述したように鉄骨６は柱際部分４Ａにおいては十分に高い耐力を有する充腹型鉄骨１１であり、梁４の中間部においては比較的に耐力が低い非充腹型鉄骨１２であるから、これらの鉄骨１１，１２の継手部６Ａにおいては耐力の違いがあり、この柱際部分４Ａに補強鋼板１０を設けることによりピンポイントの補強を施すことができ、必要十分な耐震補強工事を行うことができる。
【００３４】
図４は補強鋼板１０を設けることによって向上する曲げに対する耐力を確認するための強度試験の例を示し、図５は強度測定結果を示す図である。図４において、図１〜図３と同じ符号を伏した部材は同一または同等のサンプルである。
【００３５】
図４に示す柱３は実験施設において固定されており、梁４のサンプルの自由端部に両矢印４ｕｄに示すように、上下方向の任意の大きさの力を加えると共にその移動量を測定し、梁４の自由端部に上下方向の力を加えた時の移動量を測定することにより、梁４の耐力がどの程度向上しているかを確認することができる。なお、この強度試験においてはあえて梁４の上端にスラブ９を設けていないので、補強鋼板１０を設けていない側（上端部）に加えられる力（この場合下向きの力）おいては補強していない梁４の耐力を測定することができる。すなわち、１５は梁４の主筋が減るカットオフ部分または梁４の鉄骨継手部分からなる補強位置（いわゆる梁の強度が変わる危険断面位置。以下、「補強位置１５」）であり、補強鋼板１０はこの補強位置１５に取り付けられたことによる耐力の向上を測定するものである。なお、補強位置１５にちょうど重なる位置にはアンカー１０Ａを打設しないように構成している。
【００３６】
図５に示す測定結果１６が示すように、せん断力がマイナスのとき（すなわち下向きの力を加えたとき）には、梁４の補強を施さない側のせん断力が１００ｋＮ程度であるときに、梁４のひずみが大きくなっているのに対し、補強鋼板１０を取り付けた側のせん断耐力は約１８０ｋＮ程度まで向上している。
【００３７】
つまり、梁４の下端でしかも室外側の側面だけの補強であっても、約２倍弱の耐力の向上が見込めることが理解できる。したがって、耐震診断によって梁の曲げ耐力がわずかに不足する程度の建築物２については、第１実施形態に示す程度の補強鋼材１０を用いた簡易な耐震補強工事を行うだけで十分である。
【００３８】
上述の実施形態において、補強鋼板１０にはあらかじめアンカーボルト１０Ａを挿入するための穴を開設してある例を示しているが、アンカーボルト１０Ａの打設位置に合わせて施工時に穴を形成するものであってもよいことはいうまでもない。また、アンカーボルト１０Ａの打設位置は柱３との距離および梁４の下端部からの距離によって定められてもよいことはいうまでもない。
【００３９】
図６は第２実施形態の梁の耐震補強構造２０の構成を示す図である。本実施形態の梁の耐震補強構造２０が図１〜図５に示す第１実施形態と異なる点は、補強鋼板２１の幅２１Ｗが第１実施形態の補強鋼板１０の幅１０Ｗに比べて２倍程度（すなわち梁４の幅４Ｗの半分程度）にしていることと、これに伴ってアンカーボルト２１Ａ、およびナット２１Ｂの数も倍になっている点である。
【００４０】
図７は第２実施形態の梁の耐震補強構造２０によって向上する曲げに対する耐力を確認するための強度試験の例を示し、図８は強度測定結果を示す図である。その他の点は図４，図５と同じであるから重複説明を省略する。
【００４１】
図８に示す測定結果２２が示すように、第２実施形態の梁の耐震補強構造２０を取り付けることにより補強を施した側のせん断耐力は約２００ｋＮを超えており、補強しない場合の２倍の耐力の向上を見込むことができる。従って、より強靱な補強を必要とする部分については補強鋼板１０，２０の幅１０Ｗ，２０Ｗを変えることにより対応することができる。同様に本明細書においては説明を省略するが、補強鋼板１０，２１の肉厚を変えることによっても補強できる耐力を向上させることも容易に考えられる。
【００４２】
また、上述の実施形態では鉄骨鉄筋コンクリート造の建造物に対して補強工事を行う例を示しているが、本発明は補強を施す建物の構造を鉄骨鉄筋コンクリート造に限定されるものではない。すなわち、例えば鉄骨コンクリート造、鉄筋コンクリート造など、その他の構成の建造物においても適用可能である。
【００４３】
図９は第３実施形態の梁の耐震補強構造３０の構成を示す図であり、鉄筋３１，３２よりなる骨子に、コンクリート３３をかぶせてなる柱３４および梁３５からなる、鉄筋コンクリート造の建造物の梁３５の片側側面に補強鋼板３６を固定してなる。なお、鉄筋３２は長手方向に配筋される主筋３２Ａとこの主筋３２Ａを環状に連結するあばら筋３２Ｂとかならなり、３６Ａはいずれの鉄筋３２Ａ，３２Ｂにも干渉しない位置に打設されたアンカーボルトである。そのほかの点については既に詳述した補強鋼板１０，２１と同様である。
【００４４】
尚、本実施形態では、梁の曲げ耐力を向上するための補強方法について説明したが耐震補強に当っては、梁のせん断耐力も合わせて向上させる必要がある場合もある。その場合、図６では、梁の中央部分（Ｗで示す）には、補強鋼板は無いが、適宜、補強鋼板を連続して追加しても良い。
【００４５】
本実施形態に示すように鉄筋コンクリート造の建造物においても梁３５の柱際部分３５Ａにおいては主筋本数が多く曲げ耐力の向上を図っているものの、梁の中央部分においては主筋本数が少なく配筋されている建造物があるが、耐震基準の変更に伴ってこのような部分で補強が必要となった場合にも、本発明の梁の耐震補強構造３０によって容易に補強工事を施すことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１，２０，３０  梁の耐震補強構造
３  柱
４  梁
４Ａ，３５Ａ  柱際部分
１０，２１，３６  補強鋼板
１０Ａ、２１Ａ，３６Ａ  アンカー
１１  充腹型鉄骨
１２  非充腹型鉄骨
【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】
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