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技術 梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法

出願人 株式会社大林組
発明者 木村耕三三浦憲
出願日 2000年2月25日 (20年9ヶ月経過) 出願番号 2000-049029
公開日 2001年9月4日 (19年2ヶ月経過) 公開番号 2001-241191
状態 特許登録済
技術分野 既存建築物への作業
主要キーワード ボルト締結力 一般部分 耐震対策 繋ぎ目部分 繋ぎ目位置 FRP材 FRPシート 付加部分
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年9月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

FRP材を用いて梁の外側形状に沿うように所定厚みをもった型材として構成することにより、梁の曲げ剛性をも高めることができる梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法を提供する。

解決手段

梁11の側面11a,11bに沿う方向に配置されるウエブ10aと、梁11の下面11cに沿う方向に配置される第1フランジ10bと、この第1フランジ10bと所定間隔δを設けて平行に配置される第2フランジ10cとを備えて、全体として断面F字状のFRP材で一体に形成する。そしてこの補強部材10を、梁11を挟んでその両側に対向配置するとともに、それぞれのウエブ10aを梁11の両側面11a,11bに、かつ、それぞれの第1フランジ10bを梁11の下面11cに接着剤12を介して貼り付ける。

概要

背景

既存建物耐震対策として、柱や梁等の構造部材の外側に補強部材を取り付ける方法がある。この補強部材としては従来の鉄骨材等に代えて、近年では軽量で高強度のFRP繊維強化樹脂)材が注目されつつある。このFRPを用いた補強部材は、炭素繊維ガラス繊維等の強化繊維メッシュ状に編成し、このメッシュ状強化繊維に樹脂含浸させて、シート状あるいは薄板状として形成される。このようなシート状補強部材を、例えば既存梁の外側に接着剤によって貼り付けることにより、梁強度を増大することができる。

概要

FRP材を用いて梁の外側形状に沿うように所定厚みをもった型材として構成することにより、梁の曲げ剛性をも高めることができる梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法を提供する。

梁11の側面11a,11bに沿う方向に配置されるウエブ10aと、梁11の下面11cに沿う方向に配置される第1フランジ10bと、この第1フランジ10bと所定間隔δを設けて平行に配置される第2フランジ10cとを備えて、全体として断面F字状のFRP材で一体に形成する。そしてこの補強部材10を、梁11を挟んでその両側に対向配置するとともに、それぞれのウエブ10aを梁11の両側面11a,11bに、かつ、それぞれの第1フランジ10bを梁11の下面11cに接着剤12を介して貼り付ける。

目的

そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、FRP材を用いて梁の外側形状に沿うように所定厚みをもった型材として構成することにより、梁の曲げ剛性をも高めることができる梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第1フランジと、この第1フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第2フランジとを備えて、全体として断面F字状のFRP材で一体に形成したことを特徴とする梁の補強部材

請求項2

梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第1フランジと、この第1フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第2フランジとを備えて、全体として断面F字状にFRP材で一体に形成された補強部材を、梁を挟んでその両側に対向配置するとともに、それぞれのウエブを梁の両側面に、かつ、それぞれの第1フランジを梁の下面に接着剤を介して貼り付けたことを特徴とする補強部材を用いた梁の補強方法

請求項3

上記補強部材を梁の長さ方向に沿って複数配列するとともに、これら補強部材の繋ぎ目位置を梁の両側でずらすようにしたことを特徴とする請求項2に記載の補強部材を用いた梁の補強方法。

請求項4

上記ウエブを上記梁にボルト締結するとともに、互いに対向する上記第1,第2フランジ間にボルト締結力を作用させるようにしたことを特徴とする請求項2または3に記載の補強部材を用いた梁の補強方法。

請求項5

上記第1フランジと上記第2フランジとの間に形成される空間部分に耐火被覆材充填したことを特徴とする請求項2〜4のいずれかの項に記載の補強部材を用いた梁の補強方法。

技術分野

0001

本発明は、梁を補強するための補強部材およびこれを用いた梁の補強方法に関する。

背景技術

0002

既存建物耐震対策として、柱や梁等の構造部材の外側に補強部材を取り付ける方法がある。この補強部材としては従来の鉄骨材等に代えて、近年では軽量で高強度のFRP繊維強化樹脂)材が注目されつつある。このFRPを用いた補強部材は、炭素繊維ガラス繊維等の強化繊維メッシュ状に編成し、このメッシュ状強化繊維に樹脂含浸させて、シート状あるいは薄板状として形成される。このようなシート状補強部材を、例えば既存梁の外側に接着剤によって貼り付けることにより、梁強度を増大することができる。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、かかる従来のFRPシートを用いた補強部材にあっては、メッシュ状に編成された強化繊維がその縦横方向に大きな引張り強度を発揮するが、該補強部材がシート(薄板状)であるためその剛性が低いものとなっている。従って、上記FRPシートを既存梁に貼り付けた場合は、該既存梁の強度(耐力)をある程度増加させることができるものの、該既存梁のたわみ変形に対しては曲げ剛性を高める顕著な効果を望むことはできないという課題があった。

0004

そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、FRP材を用いて梁の外側形状に沿うように所定厚みをもった型材として構成することにより、梁の曲げ剛性をも高めることができる梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

かかる目的を達成するために本発明の梁の補強部材は、梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第1フランジと、この第1フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第2フランジとを備えて、全体として断面F字状のFRP材で一体に形成したことを特徴とする。

0006

この構成では、補強部材が断面F字状の型材となっており、ウエブを梁の側面に取り付けるとともに、第1フランジを梁の下面に取り付けることにより、上記補強部材を梁の外側形状に沿った状態で取付けることができる。このため、上記補強部材が梁から大きく突出するのを防止でき、既存梁を補強した場合に本来の階高の減少が最小限に抑制される。また、このように補強部材が梁の外側形状に沿って取付けられるにもかかわらず、該梁の下面に対応する部分には第1フランジに加えて第2フランジが設けられることにより、該補強部材の曲げ剛性を決定する断面係数や断面2次モーメントなどの断面性能を増大させることができる。更に、補強部材が軽量なFRP材であるため、自重による既存構造物への影響も少ない。

0007

また、本発明の補強部材を用いた梁の補強方法は、梁の側面に沿うウエブと、梁の下面に沿う第1フランジと、この第1フランジと所定間隔を設けて平行に配置される第2フランジとを備えて、全体として断面F字状にFRP材で一体に形成された補強部材を、梁を挟んでその両側に対向配置するとともに、それぞれのウエブを梁の両側面に、かつ、それぞれの第1フランジを梁の下面に接着剤を介して貼り付けたことを特徴とする。

0008

この方法は、請求項1に示す補強部材を梁に取り付ける補強方法であって、該補強部材を梁の両側に対を成して取り付けるようにして、第1フランジ同士および第2フランジ同士によってほぼ梁の下面を覆うようにしている。そして、ウエブおよび第1フランジがそれぞれ接着剤を介して梁に取付けられることにより、該補強部材を、大きな接着面積を確保しつつその全体に亘って一様に梁と一体化することができる。

0009

更に、上記補強部材を梁の長さ方向に沿って複数配列するとともに、これら補強部材の繋ぎ目位置を梁の両側でずらすことが好ましい。成形性や運搬性の関係上、補強部材は梁長より短い長さで通常形成されるが、この短尺となった補強部材は複数を梁の長さ方向に沿って配列することにより、長尺の梁の全長を覆うようにして取り付けることができる。この場合、補強部材の繋ぎ目部分補強効果が懸念されるが、本方法では、該繋ぎ目位置を梁の両側でずらすようにしていて、これにより梁の一方の側の繋ぎ目の反対側に、梁の他方の側の補強部材の一般部分を位置させることができる。

0010

更にまた、上記ウエブを上記梁にボルト締結するとともに、互いに対向する上記第1,第2フランジ間にボルト締結力を作用させることが好ましい。この方法では、補強部材は、ウエブと、第1,第2フランジとの上下2箇所でボルトを介して締め付け固定されるため、梁の側面に接着されるウエブの接着性が高められる。

0011

また、上記第1フランジと上記第2フランジとの間に形成される空間部分に耐火被覆材充填することが好ましい。この方法では、火災が発生した場合に、梁の曲げ、すなわちたわみ変形を受けるという意味において梁の補強で最も重要な第1フランジに当該火災の影響が及ぶことを防止して、補強性能劣化することを防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図1から図3は本発明の梁の補強部材およびこれを用いた梁の補強方法の一実施形態を示し、図1は補強部材の斜視図、図2は補強部材の取付け状態を示す縦断面図、図3は補強部材の取付け状態を示す底面図である。

0013

本発明の補強部材10は特に既存梁11に取付けられて、階高の減少を抑制しつつ梁の曲げ剛性を高めるようにしたもので、その基本とする構造は、梁11の側面11a,11bに沿う方向に配置されるウエブ10aと、梁11の下面11cに沿う方向に配置される第1フランジ10bと、この第1フランジ10bと所定間隔δを設けて平行に配置される第2フランジ10cとを備えて、全体として断面F字状のFRP材で一体に形成されている。

0014

また、その補強部材10を用いた基本的な補強方法としては、該補強部材10の第1,第2フランジ10b,10cのウエブ10aからの突出幅W1を梁幅W2の半分以下とし、該補強部材10を梁11の両側に突き合わせ状態で対向配置するとともに、それぞれのウエブ10aを梁11の両側面11a,11bに、かつ、それぞれの第1フランジ10bを梁11の下面11cに接着剤12を介して取り付けることにある。

0015

即ち、本実施形態の補強部材10は図1に示すように、例えば炭素繊維など一般周知のさまざまな高強度繊維材が適用されるFRP(繊維強化樹脂)材によって形成され、該補強部材10は図2に示すように既存梁11の両側を挟んで1対設けられ、それぞれの補強部材10が対向配置される。上記補強部材10は、鉛直方向に配置されるウエブ10aと、該ウエブ10aの下端部の片側に水平方向を指向して平行配置される第1フランジ10bおよび第2フランジ10cとを備える。この場合、第1フランジ10bは上方に配置され、第2フランジ10cは下方に配置され、両者間に所定の間隔δが設けられる。そして、これらウエブ10aおよび第1,第2フランジ10b,10cはFRP材で形成される。また、これら補強部材10はそれぞれに所定の厚みを持たせるために、強化繊維を複数層に積層しつつ樹脂を含浸することなどにより厚肉化して形成され、該補強部材10は全体として断面F字状の型材として形成される。

0016

上記ウエブ10aは、図1図2に示したようにこれの上端と第1フランジ10bとの間の高さH1が、上記既存梁11の梁せいH2と略等しくなるように形成される一方、上記第1,第2フランジ10b,10cの突出幅W1が、上記既存梁11の幅W2の略半分(この場合、半分以下であればよい。)となるように形成される。また、補強部材10は上記既存梁11の長さより短い長さLを単位長さとして形成される。

0017

そして、上記補強部材10は図2に示したように既存梁11の両側に1対配置され、それぞれの第1,第2フランジ10b,10cの先端が相互に向かい合うようにして配置され、それぞれのウエブ10aは既存梁11の両側面11a,11bに接着剤12を介して貼り付けられるとともに、第1フランジ10bは既存梁11の下面11cに接着剤12を介して貼り付けられる。

0018

また、上記補強部材10が貼り付けられる際、既存梁11の両側面11a,11bの上端部にはアンカーボルト13が植設されており、ウエブ10aの上端部がアンカーボルト13に挿通されてナット13aが締め付けられるとともに、ウエブ10aの下端部間には第1,第2フランジ10b,10c間の間隔δ部分に位置してボルト14が挿通され、これにナット14aが締め付けられる。従って、既存梁11の両側に配置された補強部材10は、上記アンカーボルト13および上記ボルト14によりウエブ10aが既存梁11の両側面11a,11bに強く圧接されることになる。この場合、上記アンカーボルト13に代えて既存梁11を貫通するボルトを用いることもできる。

0019

ところで、上記補強部材10は図3に示すように既存梁11の長さ方向に複数個繋ぎ合わされて、該既存梁11の全長を覆うように取付けられる。このとき、既存梁11の端部に、補強部材10の単位長さLに不足する狭いスペース部分が形成された場合には、該補強部材10を適宜長さに切断して取付けることになる。

0020

ここで、上記補強部材10を既存梁11の長さ方向に複数繋ぎ合わせた場合に、相互に隣接する補強部材10間には繋ぎ目15が生じるが、既存梁11の両側に生ずるそれぞれの繋ぎ目15の位置を、梁11の長さ方向にずらす(オフセット量f)ようにしている。

0021

本実施形態の作用を以下に述べると、上記補強部材10はFRP材によって断面F字状の型材として形成され、該補強部材10がFRPの特徴である軽量化によって接着剤12による貼り付けが可能となる。そして、補強部材10のウエブ10aと第1フランジ10bとを、既存梁11の側面11a,11bと下面11cとに接着剤12を介して貼り付けて、既存梁11と一体化するようになっている。このとき、補強部材10は第1,第2の2つのフランジ10b,10cを設けて断面F字状としたことにより、単に第1フランジ10bのみで断面L字状に形成した場合に比較して、第2フランジ10cとウエブ10aの下端部とからなる小さなL字状断面部分が第1フランジ10bの下方に付加されるため、この付加部分によって断面係数や断面2次モーメントなどの断面性能を増大することができる。つまり、既存梁11はその耐力のみならず曲げ剛性も高められる。また、補強部材10が軽量なFRP材であるため、自重による既存構造物への影響を少なくして既存梁11の耐力を大きく確保することができる。

0022

また、上記補強部材10を既存梁11に貼り付ける際、ウエブ10aの上端部はアンカーボルト13を介して既存梁11に締付け固定され、かつ、該ウエブ10aの下端部は第1,第2フランジ10b,10c間に挿通されるボルト14を介して締付け固定されるため、ウエブ10aをより高い圧着力で既存梁11に押し付けることができるため、接着剤12を介して既存梁11の側面11a,11bに接着されるウエブ10aの接着性を高め、ひいては補強部材10と既存梁11との結合強度を更に増大することができる。

0023

ところで、このように補強部材10を貼り付けることにより、既存梁11の曲げ剛性を効果的に増大できるにもかからわず、該既存梁11の下方には第1,第2フランジ10b,10cが配置されるのみであるため、補強部材10が既存梁11から下方へ大きく突出するのを防止して、本来の階高が減少されてしまうのを抑制することができる。

0024

また、上記第1フランジ10b,10cの突出幅W1を既存梁11の梁幅W2の半分程度としたことにより、補強部材10を既存梁11の両側に対を成して取り付けることができる。このとき、既存梁11の下面11cを、対向する第1,第2フランジ10b,10cの突き合わせによってほぼ覆うことができる。従って、対向されるそれぞれの補強部材10のウエブ10aおよび第1フランジ10bが、既存梁11の両側面11a,11bおよび下面11cに貼り付けられることにより、該補強部材10は大きな接着面積を確保しつつその全体に亘って一様に既存梁11と一体化される。このため、補強部材10は既存梁1の曲げ力を広い面積で均等に受け持つことができるため、いずれかの補強部材11に部分的に過大な応力が発生するのを防止して、該補強部材10に剥離などが発生することを防止でき、その耐久性を大幅に向上することができる。

0025

そして、上記補強部材10は成形性や運搬性を考慮して、既存梁11より短い単位長さLに形成される。そしてこれら補強部材10を既存梁11の長さ方向に複数繋ぎ合わせて取付ける際に生じる繋ぎ目15を、既存梁11の両側で相互にずらしたので、これにより既存梁11の一方の側の繋ぎ目15の反対側に、既存梁11の他方の側の補強部材10の一般部分を位置させることができる。従って、既存梁11全長にわたって適切な補強を行うことができ、繋ぎ目15による曲げ剛性の低下を抑えることができる。

0026

図4は他の実施形態を示し、上記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。即ち、図4は補強部材の取付け状態の縦断面図で、この実施形態では補強部材10を既存梁11の両側に対向して取り付けた際に、互いに向かい合う第1,第2フランジ10b,10c間に空間部Sが形成されるが、該空間部Sに不燃材難燃材からなる耐火被覆材16を充填したものである。該耐火被覆材16としては、例えばガラス繊維やセラミック繊維等が用いられる。

0027

従って、この実施形態では万が一に火災が発生した場合にも、該耐火被覆材16によって高熱が第1フランジ10bに影響するのを遮断することができる。これにより、既存梁11に接着された第1フランジ10bを保護することができるため、補強部材10の強固な接着状態を保持して該補強部材10による既存梁11の補強効果を維持することができる。

0028

ところで、上記各実施形態では補強部材10を既存梁11の両側に対向配置した場合を開示したが、これに限ることなく第1,第2フランジ10b,10cの突出幅W1を梁幅W2と略等しくして、該補強部材10を既存梁11の側面11a,11bの一方と底面11cとをL字状に覆うようにして取り付けることによっても、階高の減少を抑えつつ既存梁11の曲げ剛性の増大効果を図ることができる。また、上記各実施形態では既存梁11を補強する場合を示したが、勿論、新築される梁に対して本発明の補強部材10を用いてもよいことはいうまでもない。

発明の効果

0029

以上説明したように本発明の梁の補強部材は、FRP材によってウエブと、平行配置される第1,第2フランジとによって断面F字状の型材として形成されるので、ウエブを梁の側面に取り付けるとともに、第1フランジを梁の下面に取り付けることにより、該補強部材が梁から下方へ大きく突出するのを防止して、本来の階高が減少されることを抑制することができる。また、このように補強部材が梁の外側形状に沿って取付けられるにもかかわらず、該梁の下面に対応する部分には第1フランジに加えて第2フランジを設けたので、補強部材の断面性能を増大でき、梁の耐力のみならず曲げ剛性をも十分に高めることができる。更に、補強部材が軽量なFRP材であるため、自重による補強後の重量増加が少なく梁の耐力を大きく保つことができる。

0030

また、本発明の補強部材を用いた梁の補強方法は、梁を挟んでその両側に1対の補強部材を対向配置したので、向かい合う補強部材の第1フランジ同士および第2フランジ同士によって、梁の下面を覆うことができる。そして、対向されるそれぞれの補強部材のウエブおよび第1フランジを接着剤を介して梁に取付けることにより、該補強部材を、大きな接着面積を確保しつつその全体に亘って一様に梁と一体化することができるため、補強部材は梁の曲げ力を広い面積で均等に受け持つことができる。

0031

更に、梁の長さ方向に補強部材を複数配列した場合の繋ぎ目の位置を、梁の両側でずらしたので、これにより梁の一方の側の繋ぎ目の反対側に、梁の他方の側の補強部材の一般部分を位置させることができる。従って、梁全長にわたって適切な補強を行うことができ、繋ぎ目による曲げ剛性の低下を抑えることができる。

0032

更にまた、上記ウエブを上記梁にボルト締結するとともに、互いに対向する上記第1,第2フランジ間にボルト締結力を作用させることにより、ウエブを梁の側面に強く圧接することができ、接着されるウエブの接着性を高めて、補強部材と梁との結合強度を更に増大することができる。

0033

また、上記第1フランジと上記第2フランジとの間に形成される空間部分に耐火被覆材を充填することにより、火災が発生した場合に、梁の曲げ、すなわちたわみ変形を受けるという意味において梁の補強で最も重要な第1フランジに当該火災の影響が及ぶことを防止して、補強部材による梁の補強効果を維持することができる。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明の一実施形態を示す補強部材の斜視図である。
図2本発明の一実施形態を示す補強部材の取付け状態の縦断面図である。
図3本発明の一実施形態を示す補強部材の取付け状態の底面図である。
図4本発明の他の実施形態を示す補強部材の取付け状態を示す縦断面図である。

--

0035

10補強部材
10aウエブ
10b 第1フランジ
10c 第2フランジ
11 梁
11a,11b 側面
11c 下面
12接着剤
13アンカーボルト
14ボルト
15繋ぎ目
16 耐火被覆材

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