淺沼組技術研究報告№23(2011)

１．無収縮高流動コンクリートを用いた外付け耐震補強工法－補強した鉄筋コンクリート造門型フレームの載荷実験－
Development of Retrofit Method using Shrinkage Compensating
HighFluidity Concrete Filled External Steel Frames－ Cyclic Loading Tests －佐藤 尚隆＊１ 森 浩二＊１ 中澤 敏樹＊１

要 旨
外付け補強鉄骨フレームと既存建物との接合部を、あと施工アンカーと発泡作用を持つアルミニウム粉末を添加した無収縮高流動コンクリートを用いた湿式接合とする外付け耐震補強工法を開発した。補強された鉄筋コンクリート造フレームの耐震性能と接合部の性能を確かめるために、模型試験体で繰り返し載荷実験を行った。
実験結果より、無収縮高流動コンクリートを用いることにより既存躯体と外付け補強鉄骨フレームとの接合部のせん断抵抗特性は良好であることを確認した。
キーワード：無収縮高流動コンクリート／耐震補強／外付け／鉄骨に間柱を有する間柱試験体とブレースを有するブレース

１．はじめに建築物の耐震補強工事では建物を使いながらの施工に架構試験体の 2 種類である。このうち、間柱試験体 No.2対するニーズが高まっている。そのニーズに応えるため

は鉄骨と RC 躯体との接合部の接合鉄筋量を減らし接合の一つの方法として、建物の外側に補強架構を取り付け部で破壊することを想定した試験体である。表－1, 2 にる外付け耐震補強構法が各種提案されており、実施工建試験体諸元と材料特性をそれぞれ示す。また、試験体の物も増加している。補強架構の主な構造材料はコンクリ

形状を図－1～3 に示す。躯体コンクリートは、集合住宅ートや鉄骨であるが、既存建物との接合形式や使用するの施工当時のコンクリート強度を考慮して、実強度が接合材の違いによる差別化が図られている。

15N/mm2 程度になるようにした。

新たに開発する外付け耐震補強構法は、鉄骨を補強架表－1 試験体諸元構とし、既存建物との接合部はあと施工アンカーと充填試験体材を用いる湿式接合とした。充填材には、発泡作用を持つアルミニウム粉末を添加した無収縮高流動コンクリート（商品名：スーパーフィルクリート）を用いる。この

既存梁

既存柱

主 筋

上・下端筋共 4-D16 (SD295A, pt=1.24％)
2-D10@100 (SD295A, pw=0.71％)
普通コンクリート
14.9

16.0

主 筋

12-D13 (SD295A, pg=2.44％)
2-D6@100 (SD295A, pw=0.26％)

コンクリート
圧縮強度

フレームを外付け鉄骨架構により補強し、その耐震補強

梁鉄骨
補強鉄
骨16.0
b×D=250mm×245mm

せん断補強筋模した鉄筋コンクリート造（以下、RC 造と称する）門型架構の構造性能を確認する目的で構造実験を行った。

No.3

せん断補強筋

断 面

せん断強度と剛性を向上させ、同時に、従来の接合形式と比較して施工コストの低下を目指した。既存の建物を

No.2
b×D=200mm×320mm

コンクリート
圧縮強度

スーパーフィルクリートを用いることにより、接合面のNo.1

断 面

普通コンクリート
14.9

16.016.0

H-198×99×4.5×7 (SS400)

柱鉄骨

H-198×99×4.5×7 (SS400)

間柱鉄骨

H-198×99×4.5×7 (SS400)－ブレース鉄骨－

H-100×50×5×7 (SS400)

梁アンカー筋(pa)9-D13(0.48%)

6-D13(0.32%)

12-D13(0.58%)

２．実験計画

柱アンカー筋(pa)6-D13(0.48%)

4-D13(0.32%)

9-D13(0.70%)

2.1 試験体

アンカー筋
埋め込み長さ

試験体は、昭和 40 年代の集合住宅の構造体を模した

接合部

スタッド

8d（有効7d）
φ13、アンカー筋と同位置にダブルで打設（スパイラル筋D6-@100,φ80）

15%

目荒らし率

RC 造 1 層 1 スパン門型柱梁フレーム（以下、RC フレー充填材
圧縮強度ムと呼ぶ）を外付け鉄骨（以下、補強フレームと呼ぶ）

備 考で補強したものである。補強フレームは、スパンの中央*１

技術研究所構造研究グループ
1-1

スーパーフィルクリート
47.0

47.9

47.0

間柱試験体
(pa=0.48%)

間柱試験体(pa=0.32%)

ブレース架構試験体(pa=0.58%)

淺沼組技術研究報告№23(2011)

表－2 材料特性a)

コンクリート

圧縮強度

試験体

2割裂強度
2

ヤング係数
4N/mm

N/mm

x10 N/mm

No.1

14.9

1.65

1.75

No.2

16.0

1.68

1.79

No.316.0－

1.72b)

2スーパーフィルクリート
圧縮強度

割裂強度

ヤング係数

N/mm2

N/mm2

x104N/mm2

No.1

47.0

4.06

2.77

No.2

47.9

3.69

3.00

No.3

47.0－

2.90

試験体c) 鋼材
降伏強度

引張強度 ヤング係数

2.2 載荷方法

種別

使用箇所

材質

D6柱･帯筋D10柱･主筋D13梁･肋筋

SD295A

355.5

489.8

1.79

D13アンカーSD295A

364.0

517.2

1.87

図－4, 5 にそれぞれ載荷装置と振れ止め装置を示す。

D16梁･主筋

SD295A

353.5

519.7

1.86

水平力は試験体の上梁の小口面に配した 1000-500kN 油圧

PL-7

枠･ﾌﾗﾝｼﾞ

SS400

323.3

439.0

2.03

SD295A

N/mm2414.8

N/mm2472.3

x105N/mm2
1.66

SD295A

364.7484.1

1.86

図－3 試験体図(試験体 No3)

PL-4.5枠･ｳｪﾌﾞ

SS400

339.3

443.1

1.96

ジャッキを、軸力は RC 柱の柱頭部に配した 200kN 油圧

PL-7ﾌﾞﾚｰｽ･ﾌﾗﾝｼﾞ

SS400

365.3

444.72.00

ジャッキを用いてそれぞれ作用させた。図－6 に載荷履歴

PL-5ﾌﾞﾚｰｽ･ｳｪﾌﾞ

SS400340.7444.01.99を示す。
水平方向の載荷は層間変位角(R)を基準とする正負漸増載荷とした。変位角は、R=1, 2.5, 5, 6.7, 10, 15, 20, 30, 40, 50(1/1000rad.)の正負の値をピークとして各々3 サイクルずつ繰り返した。なお、軸力は軸力比(η)、η=0.2 の一定軸力とした。

図－1 試験体図(試験体 No1)

図－4 載荷装置

伏せ図
図－2 試験体図(試験体 No2)

側面立面図
図－5 振れ止め装置

1-2

淺沼組技術研究報告№23(2011)

決定したブレース補強試験体 No.3 では R=5/1000 の変形

R(×10-3rad.)で RC 躯体の梁主筋の圧縮降伏と引張降伏、鉄骨ブレースの圧縮降伏が確認された。R=－5/1000 の変形で RC 躯体の梁主筋の圧縮降伏と引張降伏が再び確認された。
R=6.7/1000 の最初のサイクルで RC 躯体の梁主筋が引張降伏した。R=－6.7/1000 の変形で再び RC 躯体の主筋の引張降伏が確認され、アンカー筋が引張降伏した。
R=6.7/1000 の二回目のサイクルでアンカー筋が引張降伏した。R=10/1000 の最初の正サイクルと負サイクルとも
図－6 載荷履歴に RC 躯体の柱がせん断圧縮破壊して最大耐力をむかえ、

３．実験結果正側の最大耐力 Qmax は 742.2kN で、負側の最大耐力－Qmax

3.1 荷重－変形関係

は-700.9kN であった。R=－15/1000 の最初のサイクルで各試験体の水平せん断力（Q）－層間変形角（R）関係RC 躯体の柱主筋が圧縮降伏とアンカー筋の引張降伏がを図－7, 8, 9 に示す。図中には各耐力計算値と各部材の確認された。R=15/1000 の二回目のサイクルでアンカー筋降伏時点を示している。各計算値および実験値は表－3が再び引張降伏した。
全ての試験体で最大耐力以降 R=±20/1000 の最初のサに示す。また、最終状況を写真－1 に示す。
a)

試験体 No.1

イクルまでの強度は、外側耐震改修マニュアルにおける接合部破壊を起こさないようにアンカー筋量(0.48%)をアンカー耐力の低減係数φs を 0.7 として計算した外付け決定した間柱補強試験体 No.1 では R=－5/1000 の変形で鉄骨架構と RC 造門型架構との接合面のせん断耐力と RC

RC 躯体の柱主筋の引張降伏と外付け鉄骨柱の圧縮降伏造門型架構の耐力との単純累加値を上回った。
No.1が確認された。R=6.7/1000 の変形で RC 躯体の柱主筋が800圧縮降伏した。R=10/1000 の変形で外付け鉄骨柱が引張り張降伏した。R=±15/1000 の最初の正サイクル、負サイク
ルともに RC 躯体の RC 造柱がせん断圧縮破壊して最大耐力をむかえ、正側の最大耐力 Qmax は 621.1kN で、負側の最大耐力－Qmax は-601.0kN であった。R=±15/1000 の 2回目のサイクルでアンカー筋が引張降伏した。

水平せん断力Q (kN)降伏した。R=－10/1000 の変形で RC 躯体の造梁主筋が引

600

Qmax=621.1kN
sQcal=596.5kN

400

jQcal=364.9kN

2000-40-30-20-1001020

RC柱主筋引張降伏-400

RC梁主筋引張降伏-sQcal=-596.5kN

鉄骨圧縮降伏

-600

接合部破壊を起こさせるためにアンカー筋量(0.32%)を鉄骨引張降伏-Qmax=-601.0kN

アンカー筋引張降伏-800

決めた間柱補強試験体 No.2 では R=5/1000 の変形で外付RC柱せん断圧縮破壊

層間変形角R (×10-3rad.)け鉄骨柱が圧縮降伏した。R=6.7/1000 の変形で RC 躯体40RC梁主筋圧縮降伏-jQcal=-364.9kNb) 試験体 No.230

RC柱主筋圧縮降伏-200

図－7 Q－R 関係（No.1 試験体）の造梁主筋の圧縮降伏と外付け鉄骨柱の引張降伏が確認

800

No.2された。R=－6.7/1000 の変形で RC 躯体の造柱主筋が圧Qmax=667.5kN
sQcal=599.7kN

600張降伏した。R=±15/1000 の最初の正サイクル、負サイク
ルともに RC 躯体の柱がせん断圧縮破壊して最大耐力をむかえ、正側の最大耐力 Qmax は 667.5kN で、負側の最大耐力－Qmax は-643.7kN であった。R=－15/1000 の最初のサイクルで RC 躯体の柱主筋の引張降伏とアンカー筋の水平せん断力Q (kN)縮降伏した。R=－10/1000 の変形で外付け鉄骨柱が再び引jQcal=318.9kN
2000-40-30-20-100-200-jQcal=-318.9kN-400

引張降伏が確認された。R=15/1000 の二回目のサイクルで-sQcal=-599.7kN

再びアンカー筋が再び引張降伏した。
c)400-600-Qmax=-643.7kN-800102030RC柱主筋圧縮降伏
RC梁主筋圧縮降伏
RC柱主筋引張降伏
RC梁主筋引張降伏
鉄骨圧縮降伏
鉄骨引張降伏アンカー筋引張降伏
RC柱せん断圧縮破壊

層間変形角 R (×10-3rad.)

試験体 No.3
接合部破壊を起こさないようにアンカー筋量(0.58%)を

図－8 Q－R 関係（No.2 試験体）

1-340

淺沼組技術研究報告№23(2011)
表－3 計算値と実験値の比較

800

No.3

Qmax=742.2kN
sQcal=685.7kN

RC 躯体の耐力

補強フレームの耐力

計算値
接合部のせん断耐力

試験体の耐力cal rcQcal s

Qcal aQ

cal max

(kN)

(kN)

(kN)

(kN)

No.1

201.5

395.0

163.4

364.9

0.41

621.1

No.2

204.7

395.0

114.2

318.9

0.29

667.5

No.3

204.7

481.0

223.9

428.6

0.47

742.2

試験体

600

2000-40-30-20-100

102030-200

RC柱主筋圧縮降伏
RC梁主筋圧縮降伏-jQcal=-428.6kN-400

RC柱主筋引張降伏-sQcal=-685.7kN-600

RC梁主筋引張降伏
鉄骨圧縮降伏-Qmax=-700.9kN

-800

Q

最大せん断力Q

ex max

最大耐力時の破壊形式(kN)
RC 柱せん断圧縮破壊
RC 柱
せん断圧縮破壊
RC 柱
せん断圧縮破壊40calQrc：RC 規準による

calQs：柱降伏時耐力
calQa：外側耐震改修マニュアルによる（φs=0.7）
calQmax：calQrc + min(calQｓ，calQa)（RC 躯体の耐力と、補強フレームの耐力と鉄骨引張降伏接合部のせん断耐力との小さい値との単純累加値）

アンカー筋引張降伏

exQmax：実験の最大せん断力

RC柱せん断圧縮破壊

層間変形角 R (×10 -3rad.)図－9 Q－R 関係（No.3 試験体）

試験体 No.1

試験体 No.2

試験体 No.3

写真－1 最終状況が最大値をむかえ、その値は 48.4%であった。その後、

3.2 補強フレームの水平せん断力分担率
図－10 に補強フレームの水平せん断力負担率を示す。

水平せん断力負担率は徐々に低下し、最大耐力時には補強フレームの水平せん断力の実験値は、鉄骨柱もしく42.5%となった。それ以降水平せん断力負担率は漸増し、は鉄骨ブレースに貼付したワイヤーストレインゲージの100○：No.1□：No.2△：No.3値より算出した。
試験体 No.1 の補強フレームの水平せん断力負担率は、80

層間変形が小さい段階では約 30%程度であった。その後

Qos/ΣQ (%)

水平せん断力 Q (kN)jQcal=428.6kN
400

実験値
calQa/ calQs

層間変形が増えるにしたがって水平せん断力負担率は漸増し、最大耐力時に水平せん断力負担率も最大値をむかえ、その値は 50.3%であった。最大耐力以降は徐々に水平せん断力負担率は低下した。

：最大耐力時604020

試験体 No.2 の補強フレームの水平せん断力負担率は、0層間変形が小さい段階では約 28%程度であった。その後

1

層間変形が増えるにしたがって水平せん断力負担率は漸増したが、最大耐力をむかえる前に水平せん断力負担率

611
サイクル

1621

図－10 補強フレームの水平せん断力負担率

1-4淺沼組技術研究報告№23(2011)

載荷が終了するまでに、その最大値は 51.6%となった。

4試験体 No.3 の補強フレームの水平せん断力負担率は、

No.1
STS：○、●
STC：△、▲
STN：□、■

3

層間変形が小さい段階では約 60%程度であった。その後

2すれ変位(mm)

層間変形が増えるにしたがって水平せん断力負担率は漸増したが、最大耐力をむかえる前に水平せん断力負担率が最大値をむかえ、その値は 75.7%であった。その後、水平せん断力負担率は徐々に低下し、最大耐力時には

2mm
正載荷

10-1010203040
負載荷-271.5%となった。それ以降水平せん断力負担率は徐々に低最大耐力時

2mm-3下し、68%程度を推移した。載荷が終了するまでに、再最大耐力時-4び増加しその最大値は 71.2%となった。

ピーク数

43.3 接合面のずれ変位

最大耐力時

No.2

3 STS：○、●STC：△、▲

接合面のずれ変位とピーク数の関係を図－11 に示す。

2 STN：□、■
すれ変位(mm)

計測したずれ変位は境界面のずれ変位と充填材のせん断変形の和になる。変位計測位置は RC 造梁と補強フレームの梁の接合部上端で、柱際の両端部と中央部の三ヶ所である。図中の STS と STN は両端部の接合面、STC は中正載荷

10-1010203040負載荷-2央部の接合面をそれぞれ示す。白抜き記号は正載荷、黒2mm2mm-3

塗り記号は負載荷を示す。また、図中の点線は正負の最最大耐力時-4大耐力時を示す。また、図中の 2mm のラインは、外側耐ピーク数

震改修マニュアルに示されたせん断変形の許容値(2mm)4 No.3である。

3 STC：△、▲

最大耐力時

STS：○、●

試験体 No.1 の正側の最大耐力時のずれ変位は、0.52mm,すれ変位(mm)20.27mm ,0.37mm で、負側では-0.53mm,-0.97mm,-0.25mmで正負の平均値はそれぞれ 0.39mm と-0.58mm となった。
試験体 No.2 の正側の最大耐力時のずれ変位は、0.38mm,

STN：□、■2mm
正載荷

10-10.38mm ,0.37mm で、負側では-0.40mm,-0.26mm,-0.40mm-2で正負の平均値はそれぞれ 0.38mm と-0.35mm となった。

-3

試験体 No.3 の正側の最大耐力時のずれ変位は、0.79mm,-40102030

負載荷2mm
最大耐力時

1.76mm ,0.11mm で、負側では-0.70mm,-1.18mm,-0.0mm でピーク数正負の平均値はそれぞれ 0.89mm と-0.63mm となった。

図－11 接合部のずれ変位何れの試験体でも最大耐力時のずれ変位は 2mm を下回40ームの強度計算値を上回った。
3)

り、最も大きなもので試験体 No.3 の 1.76mm であり外側スーパーフィルクリートを用いた接合部の強度は外耐震改修マニュアルに示されたせん断変形の許容値以内

側耐震改修マニュアルに準じた接合部強度計算値をであった。

上回った。

4. まとめ［参考文献］
1)

実験結果より以下のことがわかった。
1) 耐震補強架構の最大耐力時での、RC 造門型架構とス

既存鉄筋コンクリート造建築物の「外側耐震改修マニュアル」－枠付き鉄骨ブレースによる補強
年初版、財団法人ーパーフィルクリートとの接合面のずれ変位は、最大で 1.8mm 程度であり、外側耐震改修マニュアルの

2)

2002

日本建築防災協会

財団法人日本建築総合試験所：建築技術性能証明報
告書 スーパーフィルクリート―無収縮高流動コン許容値以内であった。
2) 全ての試験体で最大耐力以降、R=20/1000 の変形までクリート―、2009.5.の強度は外側耐震改修マニュアルに準じた補強フレ

1-5