特許 7026294 柱・梁架構の補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-16

(45)【発行日】2022-02-28

(54)【発明の名称】柱・梁架構の補強構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 2/56 20060101AFI20220217BHJP

   E04G 23/02 20060101ALI20220217BHJP

   E04B 1/20 20060101ALI20220217BHJP

【ＦＩ】

E04B2/56 643A

E04G23/02 F

E04B1/20 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021568801

(86)(22)【出願日】2021-08-04

(86)【国際出願番号】 JP2021028933

【審査請求日】2021-11-17

(31)【優先権主張番号】P 2020163493

(32)【優先日】2020-09-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(73)【特許権者】

【識別番号】520378540

【氏名又は名称】勅使川原 正臣

(73)【特許権者】

【識別番号】501200859

【氏名又は名称】井上 芳生

(73)【特許権者】

【識別番号】390022389

【氏名又は名称】サンコーテクノ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】510207243

【氏名又は名称】株式会社ＫＳＥ ｎｅｔｗｏｒｋ

(73)【特許権者】

【識別番号】000149594

【氏名又は名称】株式会社大本組

(73)【特許権者】

【識別番号】520378551

【氏名又は名称】株式会社ｓｓｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100124316

【弁理士】

【氏名又は名称】塩田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】塩原 等

(72)【発明者】

【氏名】勅使川原 正臣

(72)【発明者】

【氏名】井上 芳生

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 貴志

(72)【発明者】

【氏名】八木沢 康衛

(72)【発明者】

【氏名】横田 健治

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 俊一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡 功治

【審査官】須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５０９３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５７４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９９９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０００８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５０６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ ２／５６－２／７０

Ｅ０４Ｇ ２３／００－２３／０８

Ｅ０４Ｂ １／２０

Ｅ０４Ｈ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄筋コンクリート造の柱・梁のフレームの構面内に、前記フレームの内周面に沿って周回した立面形状をし、前記フレーム側にフランジを有する断面形状をした鋼製の補強フレームを配置し、前記フレームの内周面に接合した柱・梁架構の補強構造であり、
前記補強フレームは前記柱に沿った柱部と、前記梁に沿った梁部と、前記柱部と前記梁部に接合され、前記柱部と前記梁部をつなぐつなぎ部からなり、
前記つなぎ部のフランジの、前記柱部と前記梁部寄りの一部は前記フレームの内周面に沿った形状をし、このフランジの前記フレームの隅角部に面する一部は前記フレームの隅角部との間に空隙が形成される形状をしていることを特徴とする柱・梁架構の補強構造。

【請求項2】

前記つなぎ部の前記フランジの、前記フレームの隅角部に面する一部は湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の柱・梁架構の補強構造。

【請求項3】

前記つなぎ部の前記フランジは前記フレームの前記柱と前記梁に接合されていることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の柱・梁架構の補強構造。

【請求項4】

前記補強フレームの前記柱部と前記梁部、及び前記つなぎ部の前記各フランジには、このフランジを貫通して前記フレーム中に埋設されるアンカーが定着され、
前記アンカーは前記フレーム中に形成された削孔内に挿入される軸部と、この軸部に接続される頭部を持ち、この頭部の前記フレーム側に、前記削孔内に挿入され、前記頭部の周方向に連続する形状の挿入部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の柱・梁架構の補強構造。

【請求項5】

前記削孔の、前記フレームの内周面寄りに、前記挿入部の外周面が接触し得る嵌入孔が連続して形成され、この嵌入孔の内周面の軸方向に直交する平面積は前記削孔の内周面の軸方向に直交する平面積より大きいことを特徴とする請求項４に記載の柱・梁架構の補強構造。

【請求項6】

前記嵌入孔内に前記挿入部が挿入されたときの前記挿入部の内周面の軸方向に直交する平面積は前記削孔の内周面の軸方向に直交する平面積以上であることを特徴とする請求項５に記載の柱・梁架構の補強構造。

【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の柱・梁のフレームの構面内に、フレームの内周面に沿って周回した立面形状をし、フレーム側にフランジを有する断面形状をした鋼製の補強フレームを配置し、フレームの内周面に接合した柱・梁架構の補強構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄筋コンクリート造の柱・梁のフレームの構面内に、フレームの内周面に沿って周回した立面形状をした鋼製の補強フレームを配置し、フレームを補強しようとする場合、フレームの内周面と補強フレームの外周面との間に緩衝用の空間を確保し、この空間にモルタル等の充填材を充填する方法が多く採用される（特許文献１～３参照）。

【0003】

フレームと補強フレームの面内剛性に差があることもあり、フレームの変形に補強フレームが柔軟に追従できない可能性があるため、フレームと補強フレーム間に緩衝用の充填材層が確保されると考えられる。フレームの内周面には形鋼等の鋼材がアンカー（アンカーボルト）を用いて接合され、鋼材と補強フレームとの間の空間に充填材が充填される。充填材中には鋼材と補強フレームとの一体性確保のためのスパイラル筋等が配筋される（特許文献１～３参照）。

【0004】

しかしながら、補強フレームがフレームの内周面に直接、接合されない以上、補強フレームによるフレームの補強効果が十分に発揮されない可能性がある他、構面内方向のフレームの変形時に充填材が脆性的に破壊する事態が想定される。充填材が破壊すれば、フレームと補強フレーム間の構面内方向のせん断力伝達機構が喪失する。

【0005】

これに対し、補強フレームに一体化したベースプレートをフレームに内接させ、アンカーを用いてフレーム内周面に直接、接合する方法がある（特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０００－２２６９３８号公報（段落００１０～００１３、図１～図４）

【文献】特開２００２－２８５７０８号公報（段落００１８～００２６、図１～図３）

【文献】特開２０１８－７６６７７号公報（段落００１９～００３８、図１～図３）

【文献】特開平１１－５０６９０号公報（段落００１１～００１３、図１、図２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献４の方法ではフレームの柱の内周面と梁の内周面に沿った２方向に板要素を持つベースプレートを直接、フレームに内接させている。このことから、フレームの構面内方向の相対変位時には、２方向の板要素はフレームを構成する梁と柱のそれぞれに一体化した状態を維持しようとする。このため、２方向の板要素の交差部分にはフレームの隅角部に生じる層間変形角分の強制的な曲げ変形が繰り返され、結果的に板要素の交差部分が疲労し、破断に至る可能性もある。

【0008】

具体的に言えば、２方向の板要素であるフランジにはこれに直交する面をなすウェブが連続的に一体化している関係で、フレームの変形に追従するときに２方向のフランジがウェブに拘束された状態にあり、ウェブはフランジに拘束された状態にある。すなわち、フランジとウェブのいずれも、変形の自由度が低下しているため、フレームの変形が繰り返されるときにフランジとウェブには強制的な変形を生じる状態になり、応力集中が生じ易い。この結果、フランジとウェブが疲労し、破断し易くなる。

【0009】

本発明は上記背景より、フレームに生じる相対変位に拘わらず、フレームに直接、固定される補強フレームの隅角部に位置するつなぎ部の疲労による破断を回避し得る柱・梁架構の補強構造を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に記載の発明の柱・梁架構の補強構造は、鉄筋コンクリート造の柱・梁のフレームの構面内に、前記フレームの内周面に沿って周回した立面形状をし、前記フレーム側にフランジを有する断面形状をした鋼製の補強フレームを配置し、前記フレームの内周面に接合した柱・梁架構の補強構造であり、
前記補強フレームは前記柱に沿った柱部と、前記梁に沿った梁部と、前記柱部と前記梁部に接合され、前記柱部と前記梁部をつなぐつなぎ部からなり、
前記つなぎ部のフランジの、前記柱部と前記梁部寄りの一部は前記フレームの内周面に沿った形状をし、このフランジの前記フレームの隅角部に面する一部は前記フレームの隅角部との間に空隙が形成される形状をしていることを構成要件とする。

【0011】

補強フレームは柱・梁のフレームの内周面に沿って周回する立面形状をするから、基本的には隅角部を除き、方形状に形成される。補強フレームの隅角部には、フレーム内周面との間に空隙が形成されるつなぎ部が配置されるから、隅角部を含めれば、補強フレームは方形状にはならず、補強フレームの隅角部（つなぎ部）は基本的にはフレーム側へ向かって凸の円弧形状、または多角形状に形成される。

【0012】

補強フレームはフレーム側にフランジを有するため、補強フレームを軸方向の断面で見たときには例えばＴ形断面、またはＨ形断面等の断面形状をし、フレームにはフランジを貫通するアンカーがフレームのコンクリート中に定着されることにより接合（固定）される。アンカーはアンカーボルトを含む。補強フレームはフレーム側にフランジを有する断面形状をするから、少なくともフランジと、これに垂直な面をなすウェブを有する。補強フレームを構成する柱部と梁部は共に、隅角部に配置されるつなぎ部に溶接等により接合されることで、周方向に連続する。柱・梁のフレームの鉄筋コンクリート造は鉄骨鉄筋コンクリート造を含む。

【0013】

補強フレームはフレーム側のフランジにおいてフレームに直接、接触した状態で、または何らかの隙間調整材（緩衝材）を介在させた状態で接合されるため、特許文献１～３のように補強フレームとフレーム間に、スパイラル筋が配置される程度の厚さを有する充填材層が形成されることはない。従って補強フレームとフレーム間に充填材層が介在する場合のような、充填材の脆性破壊による構面内方向のせん断力伝達機構の喪失の事態は発生しない。

【0014】

請求項１における「補強フレームを構成するつなぎ部のフランジの、フレームの隅角部寄りの一部がフレームの隅角部との間に空隙が形成される形状をする」とは、図１に示すようにつなぎ部７のフランジ７１の、フレーム１の隅角部１Ａ寄りの一部がフレーム１の隅角部１Ａから浮いた状態にあり、フレーム１の隅角部１Ａとは非接触状態にあることを言う。

【0015】

補強フレーム４は柱部５と梁部６においてフレーム１の柱２と梁３に接合されれば、フレーム１に接合された状態になり得るため、つなぎ部７はフレーム１に接合されないこともある。但し、つなぎ部７もフランジ７１とウェブ７２を有し、フランジ７１においてフレーム１の柱２と梁３に接合（固定）されることもある（請求項３）。この場合、つなぎ部７のフランジ７１がフレーム１に接合されることで、つなぎ部７でのフレーム１との一体性が確保され、フレーム１の面内変形時の補強フレーム４とフレーム１との分離が生じにくくなるため、つなぎ部７でのフレーム１の補強効果が期待される。

【0016】

つなぎ部７のフランジ７１の一部がフレーム１の隅角部１Ａから浮いた状態にあることで、フレーム１の構面内方向の変形時に、フランジ７１がフレーム１から強制的な変形を受けずに済む。このため、フランジ７１の一部の層間変形角への追従性が上がり、フランジ７１が強制的な変形を受けることが低減される。この結果、ウェブ７２もフランジ７１から強制的な変形を受けることが低減され、フランジ７１とウェブ７２の強制的な変形による疲労と、疲労による破断が回避され易くなる。

【0017】

「つなぎ部のフランジの一部がフレームから浮いた状態にあること」は、具体的には、例えばつなぎ部７のフランジ７１の、フレーム１の隅角部１Ａに面する一部が湾曲していることを言う（請求項２）。「湾曲」はフレーム１の隅角部１Ａから浮いた状態での湾曲であるから、つなぎ部７のフランジ７１を除く本体部から見たとき、フランジ７１の少なくとも一部がフレーム１の隅角部１Ａ側に凸の曲面を形成することを言う。つなぎ部７のフランジ７１は全体的には湾曲に近い多角形状に形成されることもある。つなぎ部７のフランジ７１の、フレーム１の隅角部１Ａから浮いた部分（フランジ７１の一部）はフレーム１の柱２に接触する部分と梁３に接触する部分を除いた部分、または柱２と梁３にアンカー８で固定される部分を除いた部分を指す。

【0018】

つなぎ部７のフランジ７１の一部が湾曲している場合（請求項２）には、フランジ７１がフレーム１の面内方向の変形に追従しようとするときに、曲面が連続することで、特許文献４のようにフランジが角形である場合との対比ではフランジ７１の面外方向に局部的な応力集中が生じにくく、応力が分散し易いため、疲労に起因する破断が生じにくい利点がある。

【0019】

フレーム１が面内方向に変形するとき、補強フレーム４のフランジ５１、６１、７１をフレーム１に接合しているアンカー８には軸方向に垂直な方向のせん断力が作用する。アンカーボルト、またはあと施工アンカー等の場合、アンカー８の頭部８２がフランジ５１、６１、７１よりウェブ５２、６２、７２側へ突出した状態にある。一方、補強フレーム４のフランジ５１、６１、７１は特許文献４のようにフレーム１の内周面に接触した状態で接合されている場合でも、フレーム１の変形時にはフレーム１との間に、柱２と梁３の軸方向に相対移動（滑り）が生じ得るため、アンカー８の頭部８２は繰り返されるせん断力を受けて破断する可能性を秘める。

【0020】

このような事態に対しては、補強フレーム４の柱部５と梁部６、及びつなぎ部７の各フランジ５１、６１、７１に、フランジ５１、６１、７１を貫通してフレーム１のコンクリート中に埋設され、定着されるアンカー８の頭部８２に、削孔１ａ内周面に係止可能な部分（挿入部８３）を形成することで（請求項４）、アンカー８の頭部８２の破断に対する安全性を向上させることが可能である。この場合、アンカー８はフレーム１のコンクリート中に形成された削孔１ａ内に挿入される軸部８１と、軸部８１に接続される頭部８２を持ち、頭部８２のフレーム１側には、削孔１ａ内に挿入され、頭部８２の周方向に連続する形状の挿入部８３が形成される（請求項４）。挿入部８３の形状は筒状（中空形状）、環状、柱状（中実形状）等である。

【0021】

この場合、挿入部８３が軸部８１の周囲に位置するフレーム１のコンクリート、または削孔１ａ内に充填されるモルタル等の硬化性の充填材９に軸部８１の放射方向（軸に垂直な方向）に係合した状態になる。この結果、アンカー８の頭部８２、もしくは軸部８１が受けた補強フレーム４のフランジ５１、６１、７１からの、軸部８１の軸に垂直な方向のせん断力を頭部８２と軸部８１を通じ、軸方向に分散させてコンクリート（フレーム１）に伝達することができるため、せん断力の伝達効率が向上する。

【0022】

特に挿入部８３は頭部８２の周方向に連続する形状をし、フレーム１の内部（コンクリート等中）に直接、入り込んだ（挿入された）状態でコンクリート等に係止することで、挿入部８３の外周面からは挿入部８３の外周側に存在するコンクリートに直接、軸部８１に直交する方向のせん断力が伝達される。また挿入部８３の内周面からは挿入部８３の内周側に存在するコンクリートや充填材９に直接、軸部８１に直交する方向のせん断力が伝達される状態にあり、挿入部８３の外周面と内周面の双方からの伝達が可能になる。

【0023】

挿入部８３はフレーム１が既存の場合に図１、図２－（ａ）に示すようにコンクリート中に形成される削孔１ａ（充填材９）内に位置する場合と、削孔１ａ（充填材９）の外周側に位置する場合がある。挿入部８３が削孔１ａ内に位置する場合には挿入部８３の外周面はフレーム１のコンクリートに接触する場合と、充填材９に接触する場合がある。挿入部８３が削孔１ａ外に位置する場合には挿入部８３の外周面はフレーム１のコンクリートに接触し、内周面はコンクリート、もしくは充填材９に接触する。

【0024】

「軸部８１の周辺に充填される充填材９」はフレーム１が既存構造物である場合には、コンクリート中に形成された削孔１ａ内に充填され、周囲からフレーム１のコンクリートに拘束された状態にあることを言う。このため、充填材９が挿入部８３から受けた支圧力によってコンクリートとの一体性が損なわれることはなく、充填材９が挿入部８３から受けた支圧力のコンクリートへの伝達効果の低下は生じにくい。

【0025】

また挿入部８３のコンクリート、もしくは充填材９への係止（係合）の方向と、挿入部８３からのコンクリートへのせん断力伝達方向が一致する上、その方向は充填材９とその周囲のコンクリートとの境界面に直交する方向であるため、挿入部８３からのせん断力伝達時に充填材９とコンクリートとの境界面が剥離するような事態の発生も回避される。なお、フレーム１が新設構造物である場合には、軸部８１（アンカー８）はコンクリート中に直接、埋設され、削孔１ａの形成と充填材９の充填はないため、充填材９とコンクリートとの分離（剥離）が問題になることはない。

【0026】

挿入部８３を有する頭部８２はまた、図２－（ａ）に示すように軸部８１に対し、螺合して接続される場合には、軸部８１への螺入に伴い、軸部８１に矢印で示す軸方向引張力を与え、頭部８２のフレーム１側の面の、フレーム１表面への接触圧力を増加させる。このため、頭部８２は頭部８２とフレーム１の表面との間の摩擦力を増大させ、頭部８２を通じたせん断力の伝達効果を高める働きをする。この場合の頭部８２は軸部８１への軸方向引張力の付与時に、軸部８１の、削孔１ａ孔底側の端部に形成される定着部８４と対になることで、削孔１ａ内の充填材９を軸方向に拘束し、充填材９に軸方向圧縮力を与えるため、充填材９のせん断耐力を高める働きもする。

【0027】

アンカー８の頭部８２に挿入部８３が形成された場合（請求項４）に、図２－（ａ）、（ｂ）に示すように挿入部８３の内周面がアンカー８本体である軸部８１に外接しない場合には、削孔１ａの、フレーム１の内周面寄りに、挿入部８３の外周面が接触し得る、削孔１ａより大きい平面積の嵌入孔１ｂを連続して形成すれば、（請求項５）、嵌入孔１ｂを含む削孔１ａ内に挿入される軸部８１の充填材９中への埋設区間の全長において充填材９との一定の付着力が確保される。「挿入部８３の外周面が接触する方向」はアンカー８の軸方向に直交する方向である。

【0028】

「接触し得る」とは、図２－（ｃ）に示すように挿入部８３の外周面全体が嵌入孔１ｂの内周面に実質的に接触（密着）した状態になる場合と、図２－（ｂ）に示すように接触した状態にならない場合を含む意味であり、挿入部８３の外周面と嵌入孔１ｂの内周面との間に僅かな空隙がある場合を含むことを言う。「フレーム１の内周面寄り」はフレーム１のフランジ５１、６１、７１側の面を指す。

【0029】

「削孔１ａより大きい平面積の嵌入孔１ｂ」とは、嵌入孔１ｂの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ２が削孔１ａの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ１より大きいこと（Ａ２＞Ａ１）を言う。嵌入孔１ｂの内周面の平面積Ａ２が削孔１ａの内周面の平面積Ａ１より大きいこと（Ａ２＞Ａ１）は、嵌入孔１ｂの内周面と削孔１ａの内周面が共に円形である場合、嵌入孔１ｂの内径が削孔１ａの内径より大きいことでもある。

【0030】

アンカーをコンクリートの削孔内に挿入し、削孔内に充填材を充填して定着させる場合に、例えば特許第５３３１２６８号、第５９７８３６３号のように挿入部の内周面がアンカー本体（軸部）に外接しない場合を考える。これらのように削孔の平面積が軸方向に一様であれば、挿入部が削孔内に納まったときに、アンカーのコンクリートへの埋設区間の挿入部寄りの区間の周りに充填される充填材の容積が挿入部の体積分、少なくなる。本発明で言えば、嵌入孔１ｂの区間における軸部８１周りの充填材９の、軸部８１の単位長さ当たりの量が嵌入孔１ｂを除く削孔１ａの区間における軸部８１周りの充填材９の量より少なくなる。結果としてその区間での充填材との付着力が低下し、引き抜きに対する安定性が低下する可能性がある。

【0031】

アンカー８の軸部８１のコンクリートへの埋設区間における充填材９との付着力が軸方向に一定（一様）でなければ、付着力の小さい部分である頭部８２寄りの区間が充填材９から剥離する可能性がある。軸部８１の頭部８２寄りの区間に剥離が生ずれば、他の部分のみの付着力で引張力に抵抗する状況になるが、剥離した区間に連続する部分も連鎖し易くなり、軸部８１の埋設区間の全長が一様に引張力に抵抗し続ける状況が確保されにくい。

【0032】

それに対し、図２－（ｂ）、（ｃ）に示すように嵌入孔１ｂの平面積Ａ２が削孔１ａの平面積Ａ１より大きいことで（Ａ２＞Ａ１）、嵌入孔１ｂの区間における軸部８１周りの充填材９の量が嵌入孔１ｂを除く削孔1ａの区間における軸部８１周りの充填材９の量より極端に少なくならない状態を得ることができる。すなわち、嵌入孔１ｂ内への挿入部８３の挿入に拘わらず、軸部８１のコンクリートへの埋設区間の全長に亘り、軸部８１の周囲に、単位長さ当たり、同等程度の量の充填材９が包囲する状況を得ることができる。この結果、嵌入孔１ｂを含む削孔１ａ内に挿入される軸部８１の全長に亘り、一定程度以上の付着力が得られ、軸部８１の引き抜きに対する安定性が向上する。

【0033】

特に図２－（ｃ）、（ｄ）に示すように嵌入孔１ｂ内に挿入部８３が挿入されたときの挿入部８３の内周面の軸方向に直交する平面積Ａ３が、削孔１ａの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ１以上であれば（Ａ３≧Ａ１）（請求項６）、嵌入孔１ｂ内への挿入部８３の挿入に拘わらず、軸部８１のコンクリートへの埋設区間の全長に亘り、軸部８１の周囲に、単位長さ当たり、同一量以上の充填材９が包囲する状況を得ることができ、引き抜きに対する安定性がより向上する。挿入部８３の内周面の平面積Ａ３が削孔１ａの内周面の平面積Ａ１以上であることは、挿入部８３の内周面と削孔１ａの内周面が円形である場合、挿入部８３の内径が削孔１ａの内径以上である、とも言える。図２－（ｃ）では（ａ）、（ｂ）における裏当て金１１を省略している。

【0034】

嵌入孔１ｂ内に挿入部８３が挿入されたときの挿入部８３の内周面の軸方向に直交する平面積Ａ３が削孔１ａの軸方向に直交する平面積Ａ１以上の大きさであるから（Ａ３≧Ａ１）、嵌入孔１ｂの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ２は削孔１ａの軸方向に直交する平面積Ａ１より大きい（Ａ２＞Ａ１）。

【0035】

この結果、アンカー８の軸部８１のコンクリート（充填材９）への埋設区間の全長に一定（一様）の付着力が確保され、埋設区間の全長の付着力が引張力に抵抗できる利点がある。図２－（ｃ）、（ｄ）に示すように嵌入孔１ｂと削孔１ａの断面形状が共に円形である場合、嵌入孔１ｂに嵌入部５２が内接したときの嵌入部５２の内径が削孔１ａの内径以上になるような大きさを嵌入孔１ｂの内径が持っていればよい。

【0036】

挿入部８３の内周面が軸部８１に外接する場合には、軸部８１の挿入部８３から露出した区間の周りに充填材９が充填されるため、挿入部８３から露出した軸部８１の内の一部区間における充填材９との付着力が他の区間の付着力より低下することは生じない。

【発明の効果】

【0037】

柱・梁のフレームの構面内に、フレーム内周面に沿って周回した立面形状をし、フレーム側にフランジを有する断面形状をした鋼製の補強フレームに、柱に沿った柱部と、梁に沿った梁部と、柱部と梁部をつなぐつなぎ部を持たせ、つなぎ部のフランジの一部をフレーム隅角部から浮いた状態にするため、フレームの構面内方向の変形時に、フランジにフレームから強制的な変形を与えないようにすることができる。

【0038】

従ってフランジの一部の層間変形角への追従性が上がり、フランジが強制的な変形を受けることが低減されるため、ウェブもフランジから強制的な変形を受けることを低減することができる。結果的にフランジとウェブの強制的な変形による疲労と、疲労による破断を回避し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】柱・梁のフレームの内周面に補強フレームが接触した状態で接合されている様子を示した立面図である。

【図2】（ａ）は図１のｘ－ｘ線断面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図、（ｃ）は挿入部の平面積が、削孔の平面積以上である（Ａ３≧Ａ１）場合の軸部の断面積と削孔の平面積、及び嵌入孔の平面積の関係を示した縦断面図である。（ｄ）は（ｃ）の挿入部における水平断面図である。

【図3】アンカーの詳細例を示した縦断面図である。

【図4】図１の斜視図である。

【図5】１層分のフレーム内に補強フレームが配置された様子を示した立面図である。

【図6】図５に示す補強フレーム内にブレースを架設した様子を示した立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

図１は鉄筋コンクリート造の柱２と梁３からなるフレーム１の構面内に、フレーム１の内周面に沿って周回した立面形状をし、フレーム１側にフランジを有する断面形状をした鋼製の補強フレーム４を配置し、フレーム１の内周面に接合した柱・梁架構の補強構造の具体例を示す。補強フレーム４は柱２の内周面に沿って配置される柱部５と、梁３の内周面に沿って配置される梁部６と、柱部５の軸方向の端面と梁部６の軸方向の端面の双方に溶接やボルト等により接合され、柱部５と梁部６をつなぐつなぎ部７からなる。「柱２の内周面」と「梁３の内周面」はそれぞれ柱２と梁３の、フレーム１に包囲された開口部（フレーム１の内周面）側の面を指す。

【0041】

「フレーム１の内周面に沿って配置される」とは、柱部５のフランジ５１とつなぎ部７のフランジ７１の一部が柱２の内周面に重なり、梁部６のフランジ６１とつなぎ部７のフランジ７１の一部が梁３の内周面に重なり、それぞれに面で直接、もしくは間接的に接触して配置されることを言う。「フランジ７１の一部」はフレーム１の隅角部１Ａとの間に空隙が確保されるフランジ７１の隅角部７１ａを指す。

【0042】

「直接」はフランジ５１、６１、７１のフレーム１側の面がフレーム１に直接、接触すること、または図２－（ａ）、（ｂ）に示すようにフレーム１側の面とフレーム１の内周面との間に僅かな空隙を隔てることを言う。「間接的に」はフランジ５１、６１、７１とフレーム１との間に何らかの薄肉の緩衝材が介在することを言う。またはフレーム１のコンクリート中に形成された削孔１ａ内に充填されながら、削孔１ａ内から漏出し、補強フレーム４のフランジ５１、６１、７１の背面に入り込んだモルタル等の充填材９が介在することを言う。

【0043】

図２－（ａ）、（ｂ）はフランジ５１、６１、７１をフレーム１に接合（固定）するための後述のアンカー８の頭部８２にフランジ５１、６１、７１を溶接する場合に、フランジ５１、６１、７１の背面側（フレーム１側）に裏当て金１１を配置した場合の例を示している。この例ではフランジ５１、６１、７１の背面が平坦面であれば、裏当て金１１の肉厚分、フランジ５１、６１、７１の背面とフレーム１との間には空隙が形成されるが、フランジ５１、６１、７１の背面に裏当て金１１が納まる溝が形成されていれば、空隙は形成されない。図２－（ａ）、（ｂ）中、符号１２は溶接金属を示す。

【0044】

補強フレーム４は少なくとも柱部５のフランジ５１と梁部６のフランジ６１を貫通するアンカーボルトやあと施工アンカー等のアンカー８の軸部８１がフレーム１のコンクリート中に埋設され、定着されることによりフレーム１に接合（固定）される。図面ではつなぎ部７でのフレーム１との一体性を確保する目的で、つなぎ部７のフランジ７１においても補強フレーム４をフレーム１に接合しているが、必ずしもつなぎ部７のフランジ７１がフレーム１に接合される必要はない。

【0045】

補強フレーム４を構成する柱部５と梁部６、及びつなぎ部７はいずれも、フレーム１の内周面に重なり、フレーム１に接合（定着）されるフランジ５１、６１、７１と、フランジ５１、６１、７１に直交する面をなし、フレーム１の面内変形時にせん断力を負担するウェブ５２、６２、７２を持つ。補強フレーム４の各構成部分（柱部５と梁部６及びつなぎ部７）がフランジ５１、６１、７１とウェブ５２、６２、７２からなる場合、補強フレーム４は柱部５と梁部６に直交する断面上、Ｔ形断面形状に形成される。

【0046】

図１に示すように柱部５と梁部６のウェブ５２、６２に、フランジ５１、６１と対になるフランジ５３、６３が一体化する場合、補強フレーム４はＨ形断面形状に形成される。フレーム１の変形時、柱部５と梁部６のフランジ５１、６１は曲げモーメントに対する抵抗要素になるため、フランジ５１、６１と対になるフランジ５３、６３が形成されることが合理的である。

【0047】

柱部５と梁部６に跨るつなぎ部７は基本的には柱部５と梁部６を補強フレーム４の周方向に連続させる役目を持ち、フレーム１を補強する役目は柱部５と梁部６程はない。つなぎ部７は主にフレーム１の面内変形時にフレーム１の隅角部１Ａの層間変形角の発生に柔軟に追従しながら、柱部５と梁部６をフレーム１に接合された状態を維持する機能を発揮すればよい。この関係で、図１ではつなぎ部７のウェブ７２にはフランジ７１と対になるフランジを形成していない。フランジ７１と対になるフランジが形成されることもある。

【0048】

図示する例ではフランジ７１と対になるフランジを形成しないことで、つなぎ部７全体ではウェブ７２の面内方向の曲げ剛性が柱部５と梁部６に対しては相対的に低下し、フレーム１の変形時に弾性変形、または塑性変形し易く、フレーム１の変形に追従し易くなっている。図１中、ウェブ７２に形成された孔は後述するように補強フレーム４内に架設されるブレースの端部を例えばクレビス等の金具を用いて接続するための挿通孔７２ｂである。

【0049】

つなぎ部７のフランジ７１の、柱部５と梁部６寄りの一部はフレーム１の内周面に沿った形状をし、フランジ７１のフレーム１の隅角部１Ａに面する一部（隅角部７１ａ）はフレーム１の隅角部１Ａとの間に空隙が形成される形状をしている。「フレーム１の内周面に沿った形状」とは、フランジ７１の、柱部５寄りの一部が柱２の内周面に沿って配置され、梁部６寄りの一部が梁３の内周面に沿って配置されることを言う。「フレーム１の隅角部１Ａ」は柱２と梁３が交わる隅角部を指し、柱２と梁３の軸方向にはつなぎ部７のフランジ７１の隅角部７１ａに対応した長さを有する。

【0050】

「フレーム１の隅角部１Ａとの間に空隙が形成される形状（の隅角部７１ａ）」とは、フレーム１に変形が生じていない平常時に、フランジ７１の内、フレーム１の隅角部１Ａに面する隅角部７１ａが柱２の内周面にも、梁３の内周面にも接触しない状態を維持する形状をすることを言う。「柱２と梁３の内周面に接触しない状態を維持する形状」は特に問われないが、具体的には図１に示すようにつなぎ部７のフランジ７１の隅角部７１ａが湾曲している形状を言う。

【0051】

図１に示すフランジ７１の隅角部７１ａは多角形状に、あるいは多角形状の一部をなす形状に形成されることもある。フランジ７１の隅角部７１ａが図示するように湾曲している場合、湾曲区間の曲げ剛性が一様になるため、フランジ７１がフレーム１の面内変形に追従するときに、フランジ７１のいずれかの部分が集中的に変形することがなくなり易くなる。結果としてフランジ７１への応力の集中が回避され易く、フランジ７１に破断を生じにくくなる利点がある。

【0052】

アンカー８は図１、図２に示すように補強フレーム４の各フランジ５１、６１、７１の幅方向の中心上の１箇所、または幅方向に距離を置いた複数箇所に配置される。後者の場合、千鳥状の配置も含まれる。アンカー８は補強フレーム４の各フランジ５１、６１、７１に形成された挿通孔を挿通する。

【0053】

フレーム１の変形時にはフレーム１と補強フレーム４のフランジ５１、６１、７１との間に、柱２と梁３の軸方向に相対移動（滑り）が生じ得る。このことから、この相対移動によるアンカー８の、フレーム１の内周面から補強フレーム４側へ突出した部分の破断を回避する目的で、アンカー８を、上記の削孔１ａ内に挿入される軸部８１と、軸部８１に接続される頭部８２とに分割している。その上で、頭部８２のフレーム１側に、削孔１ａ内に挿入され、頭部８２の周方向に連続する形状の挿入部８３を形成している。

【0054】

頭部８２は軸部８１の補強フレーム４側に螺合等により接続され、フランジ５１、６１、７１のフレーム１の内周面側に露出する。頭部８２の、フレーム１の内周側の面はフランジ５１、６１、７１の、フレーム１の内周側の面と面一になる等、フレーム１の内周側の面に揃えられる。フランジ５１、６１、７１がない状態で見れば、頭部８２はフレーム１の内周面から内周側へ突出する。

【0055】

補強フレーム４の各ウェブ５２、６２、７２にはアンカー８の軸部８１を削孔１ａ内に挿入し、軸部８１挿入後の削孔１ａ内の空隙に充填されるモルタル、接着剤等の充填材９を充填する作業のための開口５２ａ、６２ａ、７２ａが形成されている。開口５２ａ、６２ａ、７２ａはウェブ５２、６２、７２の曲げ剛性を低下させ、ウェブ５２、６２、７２自体を面内方向に曲げ変形させ易くする働きもしている。

【0056】

軸部８１の先端部（削孔１ａの孔底側）には充填材９中に埋設されて削孔１ａ内に定着される定着部８４が一体的に形成されるか、または接続されて一体化する。図２－（ａ）に示すように削孔１ａ内にはアンカー８の軸部８１が挿入され、定着部８４の底面が削孔１ａの孔底に接触、または接近したときに、頭部８２の挿入部８３の外周面は削孔１ａの補強フレーム４寄りの部分に内接し得る状態になる。

【0057】

軸部８１の補強フレーム４寄りの部分（区間）は図３に示すように頭部８２から補強フレーム４のウェブ５２、６２、７２側へ突出する。削孔１ａ内への充填材９の充填により挿入部８３は削孔１ａ内で充填材９に埋設される。挿入部８３が削孔１ａに内接することで、挿入部８３は削孔１ａの内周面に放射方向に係止可能な状態なる。

【0058】

軸部８１の頭部８２から突出した部分には軸部８１に軸方向引張力を付与するためにナット１０が螺合する。ナット１０は軸部８１への螺合により、軸部８１に、図３に矢印で示す軸方向引張力を与え、頭部８２のフレーム１内周面への接触圧力を増加させるため、頭部８２とフレーム１内周面との間の摩擦力を増大させ、頭部８２を通じたせん断力の伝達効果を高める働きをする。頭部８２は軸部８１への軸方向引張力の付与時に、定着部８４と対になることで削孔１ａ内の充填材９を軸方向に拘束し、充填材９に軸方向圧縮力を与えるため、硬化した充填材９のせん断耐力を高める働きもする。

【0059】

アンカー８は補強フレーム４の各フランジ５１、６１、７１に形成された挿通孔を挿通したとき、頭部８２は挿通孔の内周面に、フランジ５１、６１、７１の面内方向に直接、または削孔１ａ内から溢れた充填材９を介して係止可能な状態にある。一方、削孔１ａの内周面に挿入部８３が係止した状態にあるため、図３に矢印で示すようにフレーム１及びフランジ５１、６１、７１とアンカー８の頭部８２との間で軸部８１の軸に直交する任意の方向のせん断力の伝達が可能になる。従って頭部８２がフランジ５１、６１、７１から受ける面内方向の力を、挿入部８３を通じてフレーム１のコンクリートに伝達可能な状態になる。

【0060】

図２－（ａ）、（ｂ）は頭部８２に挿入部８３が連続して形成された場合に、フレーム１（柱２と梁３）中にフランジ５１、６１、７１側から、軸部８１が入り込む削孔１ａを形成し、削孔１ａのフランジ５１、６１、７１側に、挿入部８３の外周面が接触し得る嵌入孔１ｂを形成した場合の例を示している。

【0061】

この場合に、挿入部８３の区間における軸部８１の充填材９からの引き抜きに対する一定の安定性を確保する目的で、図２－（ａ）、（ｂ）では嵌入孔１ｂの内径等、軸方向に直交する内周面に、削孔１ａの内径等、軸方向に直交する内周面の平面積Ａ１より大きい平面積Ａ２を与えている。嵌入孔１ｂの平面積Ａ２が削孔１ａの平面積Ａ１より大きいこと（Ａ２＞Ａ１）で、嵌入孔１ｂ内への挿入部８３の挿入に拘わらず、軸部８１のコンクリート（充填材９）への埋設区間の全長に亘り、軸部８１の周囲に、単位長さ当たり、同等程度の量の充填材９が包囲する状況が得られ、軸部８１の一定程度以上の引き抜きに対する安定性が確保される。

【0062】

図２－（ｃ）は特に、挿入部８３の内径等、軸方向に直交する内周面に、削孔１ａの内径等、軸方向に直交する内周面の平面積Ａ１以上の大きさの平面積Ａ３を与えた場合の例を示す。この場合、挿入部８３の内周面の軸方向に直交する平面積Ａ３が削孔１ａの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ１以上の大きさを持つことで（Ａ３≧Ａ１）、Ａ３＜Ａ１である場合より、軸部８１のコンクリートへの埋設区間の全長に亘り、軸部８１の周囲に、単位長さ当たり、同一量以上の充填材９が包囲する状況を得ることができ、引き抜きに対する安定性がより向上する。

【0063】

図２－（ｃ）の場合にはまた、嵌入部５２の内周面の平面積Ａ３が削孔１ａの内周面の平面積Ａ１以上の大きさを持つことで（Ａ３≧Ａ１）、Ａ３＜Ａ１である場合より嵌入部５２のせん断力作用方向への投影面積が拡大するため、その分、せん断力伝達効果が高まる。この場合、挿入部８３に肉厚がある分、嵌入孔１ｂの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ２は削孔１ａの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ１より大きい（Ａ２＞Ａ１）。図２－（ｄ）は（ｃ）の場合の削孔１ａの内周面の平面積Ａ１と、嵌入部５２の内周面の平面積Ａ３と、嵌入孔１ｂの内周面の平面積Ａ２の関係を示す。ここでは便宜的にＡ１が削孔１ａの内径を、Ａ３が挿入部８３の内径を、Ａ２が嵌入孔１ｂの内径を表している。

【0064】

削孔１ａの内周面の平面積Ａ１より大きい平面積Ａ２を持つ嵌入孔１ｂがなく、削孔１ａの平面積Ａ１が軸方向に一定である場合、挿入部８３が削孔１ａ内に納まったときに、軸部８１のフレーム１（コンクリート）への埋設区間の挿入部８３寄りの区間の周りに充填される充填材９の容積が、挿入部８３の体積分、少なくなるため、その区間での充填材９との付着力が低下する可能性がある。フレーム１への埋設区間の充填材９との付着力が一定（一様）でなければ、付着力の小さい部分が充填材９から剥離し、他の部分のみの付着力で引張力に抵抗する状況になる可能性がある。

【0065】

それに対し、削孔１ａのフランジ５１、６１、７１寄りに、挿入部８３の内周面の軸方向に直交する平面積Ａ３が、削孔１ａの内周面の軸方向に直交する平面積Ａ１以上になるような平面積Ａ２を持つ嵌入孔１ｂを形成することで、嵌入孔１ｂ内への挿入部８３の挿入に拘わらず、軸部８１のフレーム１への埋設区間の全長に亘り、軸部８１の周囲に同一量の充填材９が包囲する状態にすることができる。このため、フレーム１への埋設区間の全長に一定の付着力が確保され、埋設区間の全長の付着力が引張力に抵抗できる利点がある。

【0066】

図５は図１、図４に示すフレーム１における柱・梁接合部を含むフレーム１と補強フレーム４の全体を示す。図６は図５に示す補強フレーム４内の上階側のつなぎ部７と下階側の梁部６間にブレース（ダンパー一体型ブレース）１３を架設した様子を示す。ブレース１３の軸方向の一方側の端部は例えばつなぎ部７の挿通孔７２ｂにピン接合され、他方側の端部は例えば梁部６のフランジ６３に接合されたガセットプレート１４に形成された挿通孔にピン接合される。

【符号の説明】

【0067】

１……フレーム、２……柱、３……梁、１ａ……削孔、１Ａ……隅角部、
４……補強フレーム、
５……柱部、５１……フランジ、５２……ウェブ、５２ａ……開口、５３……フランジ、６……梁部、６１……フランジ、６２……ウェブ、６２ａ……開口、６３……フランジ、７……つなぎ部、７１……フランジ、７１ａ……隅角部、７２……ウェブ、７２ａ……開口、７２ｂ……挿通孔、
８……アンカー、８１……軸部、８２……頭部、８３……挿入部、８４……定着部、
９……充填材、１０……ナット、
１１……裏当て金、１２……溶接金属、
１３……ブレース、１４……ガセットプレート。

【要約】

【課題】鉄筋コンクリート造の柱・梁のフレームの構面内に、フレームの内周面に沿って周回した立面形状をし、フレーム側にフランジを有する断面形状をした鋼製の補強フレームを配置し、フレームの内周面に接合する上で、フレームに生じる相対変位に拘わらず、フレームに直接、固定される補強フレームの隅角部に位置するつなぎ部の疲労による破断を回避する。
【解決手段】補強フレーム４をフレーム１の柱２に沿った柱部５と、梁３に沿った梁部６と、柱部５と梁部６に接合され、柱部５と梁部６をつなぐつなぎ部７から構成し、つなぎ部７のフランジ７１の、柱部５と梁部６寄りの一部をフレーム１の内周面に沿った形状に形成し、フランジ７１のフレーム１の隅角部に面する一部をフレーム１の隅角部との間に空隙が形成される形状に形成する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】