JP4457350B2 - Ｓｒｃ構造及びその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、増改築の際に既設鉄骨部材に新設鉄骨部材を接合するためのＳＲＣ構造及びその構築方法に関する。

既設のＳＲＣ構造を増築等の目的で改築する際、該ＳＲＣ構造の鉄筋コンクリートをいったん斫り出して撤去し、該撤去によって露出した既設鉄骨部材の先端に新設鉄骨材を接合し、しかる後、接合箇所も含めて新設鉄骨部材が埋設されるように鉄筋コンクリートを打設する必要がある。

ここで、鉄骨を接合する方法としては、溶接接合と摩擦接合の２つに大別され、両者とも技術的には確立され、広く使用されている。

特開２００４−３０８１２１

しかしながら、先行鉄筋コンクリートに埋設された既設鉄骨部材に新設鉄骨部材を接合するにあたってはいずれの方法にも難点があり、採用し難い。すなわち、溶接接合の場合、既設鉄骨部材の先端近傍が露出するように先行鉄筋コンクリートをいったん斫り出した後、該先端近傍を溶断によって整形することになるが、既設鉄骨部材の施工状況と当初の設計図書とは、許容範囲内での誤差、例えば数ｍｍの誤差が生じている。

そのため、新設鉄骨部材は、上述した作業を行った上、既設鉄骨部材の施工状況を計測してからでないと製作を始められないという問題を生じていた。

一方、高力ボルト接合に代表される摩擦接合の場合、接合面の平滑性が必要となるが、先行鉄筋コンクリートに埋設された既設鉄骨部材に新設鉄骨部材を接合するにあたっては、先行鉄筋コンクリートを斫り出した後、コンクリートが付着している既設鉄骨部材に研磨を行う必要があるため、十分な精度を確保することも難しいし作業時間も多大な時間を要するという問題を生じていた。特に、既設鉄骨部材がリベットで組み立てられたいわゆるビルドＨの場合、研磨の際にリベットを避けなければならないため、結果として摩擦接合面積が小さくなり、伝達可能なせん断力や曲げモーメントが低下するという問題が生じる。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、伝達可能なせん断力や曲げモーメントを十分に確保しつつ、既設鉄骨部材と新設鉄骨部材との接合を行う際に高い接合精度が不要で、なおかつ作業性にも優れたＳＲＣ構造及びその構築方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るＳＲＣ構造は請求項１に記載したように、先行鉄筋コンクリートに本体が埋設され該先行鉄筋コンクリートから突出した既設鉄骨部材の先端におけるウェブの両側に新設鉄骨部材の先端にて二股状に所定の離間距離をもって互いに平行に配置された二枚のウェブ材を該ウェブ材の間に前記ウェブが非接触状態で挟み込まれるように配置するとともに、前記ウェブ及び前記二枚のウェブ材に材軸方向に平行な複数列に沿ってそれぞれ形成された貫通孔に圧縮反力体を直交貫通させた状態で前記先行鉄筋コンクリートに打ち継がれる後行鉄筋コンクリートを該後行鉄筋コンクリート内に前記ウェブ、前記二枚のウェブ材、前記圧縮反力体及び前記新設鉄骨部材が埋設されるように形成してなり、前記圧縮反力体をロッドの各端にそれぞれヘッドを設けて構成したものである。

また、本発明に係るＳＲＣ構造の構築方法は請求項２に記載したように、既設鉄骨部材が埋設されている先行鉄筋コンクリートを斫り出し、前記先行鉄筋コンクリートに前記既設鉄骨部材の本体が埋設され先端のウェブが突出している状態とし、該ウェブの両側に新設鉄骨部材の先端にて二股状に所定の離間距離をもって互いに平行に配置された二枚のウェブ材を該ウェブ材の間に前記ウェブが非接触状態で挟み込まれるように配置し、前記ウェブ及び前記二枚のウェブ材に材軸方向に平行な複数列に沿ってそれぞれ形成された貫通孔に圧縮反力体を直交貫通させ、かかる状態で前記先行鉄筋コンクリートに打ち継がれる後行鉄筋コンクリートを該後行鉄筋コンクリート内に前記ウェブ、前記二枚のウェブ材、前記圧縮反力体及び前記新設鉄骨部材が埋設されるように形成し、前記圧縮反力体をロッドの各端にそれぞれヘッドを設けて構成するものである。

本発明に係るＳＲＣ構造及びその構築方法においては、まず、既設鉄骨部材が埋設されている先行鉄筋コンクリートを斫り出す。

斫出しは、新設鉄骨部材が接合される既設鉄骨部材の接合箇所を露出するために行うが、必要であれば、不要な既設鉄骨部材を撤去する切断作業を行うためにその切断箇所を露出させるために適宜行うようにしてもよい。

このような斫出しを行うことによって、既設鉄骨部材の本体が先行鉄筋コンクリートに埋設され、先端のウェブが突出している状態にする。

次に、かかるウェブの両側に新設鉄骨部材の先端にて二股状に所定の離間距離をもって互いに平行に配置された二枚のウェブ材を配置する。配置するにあたっては、既設鉄骨部材の先端のウェブと新設鉄骨部材の先端に配置された二枚のウェブ材とが非接触状態で挟み込まれるように配置する。

次に、ウェブ及び二枚のウェブ材に材軸方向に平行な複数列に沿ってそれぞれ形成された貫通孔に圧縮反力体を直交貫通させる。ここで、二枚のウェブ材については、工場で予め穿孔形成し、既設鉄骨部材のウェブについては現場で穿孔形成することが考えられる。

圧縮反力体は、ロッドの各端にそれぞれヘッドを設けて構成する。

次に、接合箇所周囲に補強筋を適宜配筋するとともに、新設鉄骨部材の周囲に配筋を施して型枠を建て込み、次いで、該型枠内にコンクリートを打設することで、先行鉄筋コンクリートに打ち継がれる後行鉄筋コンクリートを形成する。

このとき、後行鉄筋コンクリート内にウェブ、二枚のウェブ材、圧縮反力体及び新設鉄骨部材が埋設されるようにコンクリートを打設する。

このようにすると、全長が圧縮反力体の長さ、直径が貫通孔の内径であって両端がコーン状をなした補強コンクリートジベルが後行鉄筋コンクリート内に形成され、既設鉄骨部材の先端のウェブと新設鉄骨部材のウェブ材とのずれを未然に防止する。

すなわち、この補強コンクリートジベルは、地震時において以下のように作用する。

まず、接合箇所には水平二軸方向にせん断力が生じるが、ウェブに平行なせん断力が生じたとき、既設鉄骨部材の先端のウェブと新設鉄骨部材のウェブ材とが水平方向に互いにずれようとするのを上述した補強コンクリートジベルが抵抗する。なお、ウェブに直交するせん断力については、ウェブやウェブ材がそれらの面全体で抵抗する。

次に、接合箇所に生じる曲げモーメントのうち、圧縮側についてはコンクリートが抵抗するので、引張側について述べると、該引張側においては、既設鉄骨部材の先端のウェブと新設鉄骨部材のウェブ材とが鉛直方向に互いにずれようとするのを上述した補強コンクリートジベルが抵抗する。

補強コンクリートジベルは、このように既設鉄骨部材の先端のウェブと新設鉄骨部材のウェブ材との水平方向ずれ及び鉛直方向ずれを防止する作用を奏するが、かかる補強コンクリートジベルの構成について、さらに詳述する。

既設鉄骨部材の先端のウェブと新設鉄骨部材のウェブ材とが鉛直方向又は水平方向に互いにずれようとしたとき、圧縮反力体のヘッドとウェブ材と間のコンクリートには、せん断変形が生じる。

ここで、圧縮反力体のロッドは、鉄筋コンクリートのせん断補強筋と同様、周囲のコンクリートとの付着応力によってせん断変形を拘束しようとするが、既設鉄骨部材と新設鉄骨部材との接合箇所におけるせん断力や曲げモーメントを互いに伝達させようとしたとき、ロッドの付着応力だけでは不足する。

本出願人は、この点を改良すべく研究を重ねた結果、ロッドの先端にヘッドを設けることでせん断変形を強固に抑え、ひいては既設鉄骨部材と新設鉄骨部材とのずれを未然に防止することができるというあらたな知見を得た。

すなわち、圧縮反力体のヘッドとウェブ材と間には、コーン状のコンクリート部分が存在するが、このコンクリート部分のうち、鉛直ずれの場合には下側に、水平ずれの場合には新設鉄骨部材に生じているせん断力の方向と逆側にそれぞれ圧縮応力が発生し、ヘッドは、かかる圧縮応力を支持する反力部となる。

そして、コンクリートから受ける圧縮応力の軸方向分力は、それぞれ逆方向に作用するため、ロッドを介して相殺されることとなり、かくして既設鉄骨部材と新設鉄骨部材とのずれが強固に防止される。

以下、本発明に係るＳＲＣ構造及びその構築方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１〜図３は、本実施形態に係るＳＲＣ構造を示した図である。

同図でわかるように、本実施形態に係るＳＲＣ構造１は、既設鉄骨部材４の先端におけるウェブ５の両側に新設鉄骨部材６の先端に設けられた二枚のウェブ材７，７を、ウェブ５がそれらの間に非接触状態で挟み込まれるように配置してあるとともに、ウェブ５に設けられた円形状の貫通孔９ｂと該貫通孔に同軸となるようにウェブ材７，７に設けられた円形状の貫通孔９ａに圧縮反力体１０をウェブ５に対して直交方向に貫通配置し、かかるウェブ５、ウェブ材７，７及び圧縮反力体１０を、既設鉄骨部材４の先端及び新設鉄骨部材６とともに、先行鉄筋コンクリート２に打ち継がれる後行鉄筋コンクリート１１に埋設させてなる。なお、既設鉄骨部材４は、本体３が先行鉄筋コンクリート２に埋設され、先端が該先行鉄筋コンクリートから突出させてある。

二枚のウェブ材７，７は図２(a)でよくわかるように、スペーサ１２を介して新設鉄骨部材６の先端に溶接等で二股状に固定してあり、所定の離間距離Ｄをもって互いに平行に離間させてある。

貫通孔９ａ，９ｂは、既設鉄骨部材４及び新設鉄骨部材６の材軸方向に平行な２本の列８，８に沿ってウェブ材７，７とウェブ５にそれぞれ同軸に形成してある。

圧縮反力体１０は図３でよくわかるように、ロッド１３の各端にそれぞれヘッド１４，１４を設けて構成してある。

本実施形態に係るＳＲＣ構造及びその構築方法においては、まず、既設鉄骨部材４が埋設されている先行鉄筋コンクリート２を斫り出す。

斫出しは、新設鉄骨部材６が接合される既設鉄骨部材４の接合箇所を露出するために行うが、必要であれば、不要な既設鉄骨部材を撤去する切断作業を行うためにその切断箇所を露出させるために適宜行うようにしてもよい。

例えば、最上階の階高を高くする改築の場合、天井梁を構成するＳＲＣ梁を撤去すべく、当該階の適当なところを斫り、次いで、該斫り箇所で既設鉄骨部材を切断し、切断位置よりも上にあるＳＲＣ部材を撤去する。

新設鉄骨部材６が接合される既設鉄骨部材４の接合箇所を露出する斫出しを行うことによって、既設鉄骨部材４の本体３が先行鉄筋コンクリート２に埋設され、先端のウェブ５が突出している状態にする。

次に、かかるウェブ５の両側に二枚のウェブ材７，７を上述したように配置する。配置するにあたっては、既設鉄骨部材４の先端のウェブ５と新設鉄骨部材６の先端に配置された二枚のウェブ材７，７とが非接触状態で挟み込まれるように配置する。

次に、ウェブ５及び二枚のウェブ材７，７にそれぞれ形成された貫通孔９ａ，９ｂに圧縮反力体１０を図３に示すように直交貫通させる。ここで、二枚のウェブ材７，７については、工場で予め穿孔形成し、既設鉄骨部材４のウェブ５については現場で穿孔形成することが考えられる。

次に、接合箇所周囲に補強筋を適宜配筋するとともに、新設鉄骨部材４の周囲に配筋を施して型枠を建て込み、次いで、該型枠内にコンクリートを打設することで、先行鉄筋コンクリート２に打ち継がれる後行鉄筋コンクリート１１を形成する。

このとき、ウェブ５、ウェブ材７，７及び圧縮反力体１０を、既設鉄骨部材４の先端及び新設鉄骨部材６とともに、先行鉄筋コンクリート２に打ち継がれる後行鉄筋コンクリート１１に埋設されるようにコンクリートを打設する。

このようにすると、図４に示すように、全長が圧縮反力体１０の長さ、直径が貫通孔９ａ，９ｂの内径であって両端がコーン状をなした補強コンクリートジベル４１が後行鉄筋コンクリート１１内に形成され、既設鉄骨部材４の先端のウェブ５と新設鉄骨部材６のウェブ材７，７とのずれを未然に防止する。

すなわち、この補強コンクリートジベル４１は、地震時において以下のように作用する。

まず、接合箇所には水平二軸方向にせん断力が生じるが、ウェブ５に平行なせん断力が生じたとき（図４では紙面直交方向）、既設鉄骨部材４の先端のウェブ５と新設鉄骨部材６のウェブ材７，７とが水平方向に互いにずれようとするのを補強コンクリートジベル４１が抵抗する。

次に、接合箇所に生じる曲げモーメントのうち、圧縮側についてはコンクリートが抵抗するので、引張側について述べると、該引張側（図４の白矢印が引張方向で黒矢印がその反力方向）においては、既設鉄骨部材４の先端のウェブ５と新設鉄骨部材６のウェブ材７，７とが鉛直方向に互いにずれようとするのを補強コンクリートジベル４１が抵抗する。

具体的に説明すると、既設鉄骨部材４の先端のウェブ５と新設鉄骨部材６のウェブ材７，７とが互いにずれようとしたとき、圧縮反力体１０のヘッド１４とウェブ材７と間のコンクリートにはコーン状のコンクリートが存在し、かかるコーン状のコンクリートにせん断変形が生じるが、このコンクリート部分のうち、鉛直ずれの場合には下側に、水平ずれの場合には新設鉄骨部材６に生じているせん断力の方向と逆側にそれぞれ圧縮応力が発生し、ヘッド１４は、かかる圧縮応力を支持する反力部となる。

換言すれば、ヘッド１４，１４が反力体となって補強コンクリートジベル４１内のコンクリートに図４に示すような矢印方向に圧縮応力を確実に発生伝達させ、該圧縮応力が既設鉄骨部材４と新設鉄骨部材６とのずれを強固に防止する。

なお、ヘッド１４，１４に作用するコンクリートからの圧縮応力は、その軸方向分力がそれぞれ逆方向に作用するため、ロッド１３を介して互いに相殺されることとなる。また、ヘッド１４，１４から反力をとる形で圧縮応力が発生し、せん断変形を拘束するため、ヘッド１４，１４がなければ生じるであろう引張応力（一点鎖線で図示）は実質的に生じない。

以上説明したように、本実施形態に係るＳＲＣ構造及びその構築方法によれば、圧縮反力体１０のヘッド１４，１４が反力体となって補強コンクリートジベル４１内のコンクリートに圧縮応力を確実に発生伝達させ、該圧縮応力によって既設鉄骨部材４と新設鉄骨部材６とのずれを強固に防止することが可能となる。

なお、ヘッド１４，１４がない場合には図５に示すように、既設鉄骨部材４と新設鉄骨部材６とのずれによって生じるコンクリートのせん断変形を押さえ込む圧縮応力が作用しないため、せん断変形が進行して引張応力、ひいてはせん断ひび割れが生じ、既設鉄骨部材４と新設鉄骨部材６とのずれも進行して強度が弱い接合となる。

本実施形態では、既設鉄骨部材４としてリベット接合されたビルドＨとしたが、通常のＩ型鋼にも同様に本発明を適用できることは言うまでもない。

また、本実施形態では、既設鉄骨部材４を、ビルドＨがシングル配置されたものとしたが、ビルドＨであれ、Ｉ型鋼であれ、ダブルで配置されたものにも本発明を同様に適用することができる。

図６は、かかる変形例を示したものであり、Ｉ型鋼４′，４′からなる既設鉄骨部材６０において、Ｉ型鋼４′，４′に挟まれたコンクリートを斫り出す必要はない。かかる場合、側方からコア抜きして本発明におけるウェブの貫通孔とすればよい。

そして、Ｉ型鋼４′，４′を挟み込むようにしてウェブ材７，７を同様に挟み込んで圧縮反力体１０を挿入配置すればよい。

以下、既設鉄骨部材４が既設鉄骨部材６０に代わるだけで、その他の構成や作用効果は上述した実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

また、本実施形態では、図１〜図３でよくわかるように、ウェブ５とウェブ材７，７とに同軸に設けられた円形状の貫通孔９ｂ，９ａを一段形成としたが、これに代えて上下二段に形成してもよいし、さらに言えば材軸に沿って複数段に形成するようにしてもかまわない。この場合、圧縮反力体１０は、各貫通孔９ｂ，９ａにそれぞれ貫通配置するようにする。

かかる構成によれば、既設鉄骨部材４と新設鉄骨部材６とのずれをさらに強固に防止することが可能となる。

本実施形態に係るＳＲＣ構造における接合箇所の正面図。 本実施形態に係るＳＲＣ構造における接合箇所の断面図であり、(a)はＡ−Ａ線に沿う断面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う断面図、(c)はＣ−Ｃ線に沿う断面図。 本実施形態に係るＳＲＣ構造の接合箇所における斜視図。 本実施形態に係るＳＲＣ構造の作用を示す図。 ヘッドがない場合の作用の比較例を示す図。 変形例に係るＳＲＣ構造の断面図。

符号の説明

１ ＳＲＣ構造
２ 先行鉄筋コンクリート
３ 本体
４ 既設鉄骨部材
５ ウェブ
６ 新設鉄骨部材
７ ウェブ材
８ 材軸に平行な複数列
９ａ，９ｂ 貫通孔
１０ 圧縮反力体
１１ 新設鉄骨部材
１３ ロッド
１４ ヘッド

Claims (2)

1. 先行鉄筋コンクリートに本体が埋設され該先行鉄筋コンクリートから突出した既設鉄骨部材の先端におけるウェブの両側に新設鉄骨部材の先端にて二股状に所定の離間距離をもって互いに平行に配置された二枚のウェブ材を該ウェブ材の間に前記ウェブが非接触状態で挟み込まれるように配置するとともに、前記ウェブ及び前記二枚のウェブ材に材軸方向に平行な複数列に沿ってそれぞれ形成された貫通孔に圧縮反力体を直交貫通させた状態で前記先行鉄筋コンクリートに打ち継がれる後行鉄筋コンクリートを該後行鉄筋コンクリート内に前記ウェブ、前記二枚のウェブ材、前記圧縮反力体及び前記新設鉄骨部材が埋設されるように形成してなり、前記圧縮反力体をロッドの各端にそれぞれヘッドを設けて構成したことを特徴とするＳＲＣ構造。
2. 既設鉄骨部材が埋設されている先行鉄筋コンクリートを斫り出し、前記先行鉄筋コンクリートに前記既設鉄骨部材の本体が埋設され先端のウェブが突出している状態とし、該ウェブの両側に新設鉄骨部材の先端にて二股状に所定の離間距離をもって互いに平行に配置された二枚のウェブ材を該ウェブ材の間に前記ウェブが非接触状態で挟み込まれるように配置し、前記ウェブ及び前記二枚のウェブ材に材軸方向に平行な複数列に沿ってそれぞれ形成された貫通孔に圧縮反力体を直交貫通させ、かかる状態で前記先行鉄筋コンクリートに打ち継がれる後行鉄筋コンクリートを該後行鉄筋コンクリート内に前記ウェブ、前記二枚のウェブ材、前記圧縮反力体及び前記新設鉄骨部材が埋設されるように形成し、前記圧縮反力体をロッドの各端にそれぞれヘッドを設けて構成することを特徴とするＳＲＣ構造の構築方法。

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