プレストレストコンクリート技術協会 第19回シンポジウム論文集（2010年10月） 〔報告〕 斜めPC鋼材を用いた学校施設の外付け耐震補強工事の施工 ㈱富士ピー・エス 正会員 ○濵田 直明 村田 奈穂 ㈱富士ピー・エス ㈱富士ピー・エス 正会員 船川 武彦 ㈱富士ピー・エス 正会員 林田 則光 １．はじめに 本報告は，既存建築物の外付け耐震補強技術の一つである，斜めPC鋼材を用いた耐震補強構法（パ ラレルユニット構法）による学校施設の耐震補強工事の施工について紹介する。既存建築物の耐震補 強は，既存柱梁フレーム内に耐震壁や鉄骨ブレースなどを組込む構面内補強と既存建物の外構面に補 強フレームを取り付ける外付け補強がある。外付け耐震補強は補強後の室内空間の使用環境にも影響 がなく，工事期間中も居ながらの施工が可能という特徴があるため，学校施設等の補強として要望さ れている。 本工事の涌津小学校が所在する花泉町は，岩手県の最南端に位置し，冬でも比較的温暖な気候に恵 まれた田園の町である。そこに昭和48年に建設された本建物は築30年以上経過している。耐震診断結 果より，建物長辺方向（X方向）において構造耐震指標Isが構造耐震判定指標Isoを下回り，耐震補強 の必要があると判断され，耐震性能を向上させることを目的に耐震補強工事が実施された。 ２．工事概要 2.1 建物概要 以下に、建物概要を示す(写真－1)。 工事名称 ：一関市立涌津小学校耐震補強工事 建物名称 ：涌津小学校 棟番号5-1,2,3 所在地 ：岩手県一関市花泉町涌津字松の坊26-1 用途 ：小学校校舎 写真－1 構造種別 ：鉄筋コンクリート造 規 模 ：地上3階，塔屋1階 補強前の外観 2ΔPicosθ P0 P0 -ΔPi P0 延床面積 ：1,889m2 P0 +ΔPi 基礎形式 ：直接独立基礎 θ 2.2 構法概要 θ 初期緊張力導入時 本構法は，PCa 柱と梁部材から成るフレームの対角状に斜め 図－1 PC 鋼材を配置・緊張した補強フレームを圧着接合により既存 建物と一体化するもので，フレーム内の斜め PC 鋼材水平力と フレーム柱のせん断力が地震力に抵抗する。この場合，変形に 伴って引張側の斜め PC 鋼材は張力を増し，圧縮側は張力を開 放することで両方の PC 鋼材が地震力に抵抗する(図－1)。 ここで，斜め PC 鋼材の引張ひずみが降伏ひずみ以下となるよ −377− 水平抵抗力の考え方 Py PC 鋼 材 P0+ΔP 引張側鋼材の張力変動 張 P0 力 圧縮側鋼材の張力変動 P0-ΔP ε0- Δε うに，地震時変動荷重に対し斜め PC 鋼材を弾性域内で，かつ 引張状態に留めるように初期プレストレスを導入する(図－2)。 地震時時 （Po＋ΔPi）cosθ―（Po―ΔPi）cosθ＝２ΔPicosθ ε0 ε0+ Δε εy PC鋼材歪 図－2 斜め PC 鋼材の地震時荷重変動 プレストレストコンクリート技術協会 第19回シンポジウム論文集（2010年10月） 〔報告〕 2.3 補強概要 耐震診断結果より，X 方向１階 ～3 階の耐 震補強が必要と判断されたため，X 方向の各階 について斜め PC 鋼材を用いたパラレルユニッ トで補強計画を行った。補強は，A 通りの南側 バルコニーの外側にパラレルユニットを設置す る計画とした。配置図を図－3，図－4 に示す。 図－4 図－3 基礎伏図（パラレルユニットの配置） A 通り軸組図（パラレルユニットの配置） 表－1 補強計画に際しては，補強後の居室内の使用性に影 靭性指標 補強前 補強後 目標値 判定 F Is Is ｒIs 響がなく，室内からの眺望や通風・採光を確保できる 点，基礎梁は現場打ちコンクリートであるが，上部構 造はプレキャストの柱，梁を使用（柱と柱は機械式継 ぎ手による接合，柱と梁は PC 鋼材による圧着接合）す るため工期が短縮できる点などが配慮されている。 補強目標の靭性指標 F は F=1.0（層間変形角 R=1/250rad.）とした強度抵抗型の補強である。 表－1 に示すように補強前の構造耐震指標 Is に対して， 補強後の Is が目標値の rIs を満足するように，パラレ ルユニットフレームを 3 階で 3 構面，2 階と 1 階で 5 構 耐震性能 １構面の 平均補強耐力 ３階 1.0 0.43 0.82 0.7 OK 1409 kN (32φ-w) ２階 1.0 0.34 0.75 0.7 OK 2137 kN (40φ-w) １階 1.0 0.34 0.72 0.7 OK 1813 kN (40φ-w) 表－2 斜めＰＣ鋼棒諸元 1階（1X1) 2階（2X1) 部位 JIS G 3109 JIS G 3109 規格 B種1号 B種1号 鋼種 40mm 40mm 呼び名 1257.0mm2 1257.0mm2 断面積 1357.5kN 1357.5kN 引張強度 1169.0kN 1169.0kN 降伏強度 緊張時 993kN 993kN 許容 引張強度 定着完了時 935kN 935kN 設計緊張力 420kN/本 436kN/本 3階（3X3） JIS G 3109 B種1号 32mm 804.2mm2 868.5kN 747.9kN 635kN 598kN 279kN/本 面設置する計画としている。また，斜材に用いた PC 鋼 棒は，必要補強耐力を考慮し，3 階では 32φ-w，2 階， 1 階では 40φ-w を用いている(表－2)。 補強ユニットフレームと既存建物の応力伝達は，ユ ：既存躯体 ニットフレームに生じる水平せん断力をバルコニ－下 ：新設フレーム 部に増設したスラブを介し，PC 鋼棒による圧着接合に よって既存建築物へ伝達している(図－5)。また，基礎 図－5 既存との圧着接合（上部） 部は増設スラブを介してあと施工アンカーによって伝 達している(図－6)。地震時の変動軸力については，圧 縮力は既存と新設した直接基礎を介して地盤へ伝達し， 引抜き力が大きい箇所についてはアースアンカーによ る抵抗としている。また，面外方向力の処理を，基礎 ：既存躯体 ：新設フレーム 部では新設つなぎ梁を介してあと施工アンカーにより 行い，上部では PC 鋼棒圧着接合により行っている。 −378− 図－6 既存との接合（基礎部） プレストレストコンクリート技術協会 第19回シンポジウム論文集（2010年10月） 掘削 ３．施工 本構法の施工フローを図－7， 均しコンクリート打設・墨出し 図－8に示し，以下に主な工種 基礎梁あと施工アンカー施工 について述べる。ここでは地 震時引抜き用のアースアンカ ー施工についての説明は省略 する。 既存梁鉄筋探査 埋込み斜めPC鋼材の設置 基礎梁内に配置される斜めPC 足場組立 圧着用コア削孔 PCa柱,梁製作 埋込み斜めPC鋼材の設置 PCa柱,梁建て込み(１層ごと) 鉄筋・型枠組立 横締め配線・緊張(１層ごと) 斜めPC鋼材配置・緊張 コンクリート打設 圧着接合部鉄筋・型枠組立 型枠解体 3.1 〔報告〕 仕上げ・埋め戻し 図－7 圧着接合部コンクリート打設 圧着PC鋼材緊張・グラウト 基礎梁施工フロー 斜めPC鋼材接続部の防錆処理 鋼材は，セット用の支持台を用 いて固定した。基準墨から墨出しを行い，その墨に従って予め 製作しておいた支持台を，均しコンクリート上にホールインア 仕上げ 図－8 ユニットフレーム施工フロー ンカーにて固定し，その支持台にPC鋼材を設置した。 斜めPC鋼材設置状況を写真－2に示す。配置角度については 角度計を用いて所定の角度が得られるようにし，既存建築物か らの距離についてはトランシット，下げ振りを用いて所定の位 置にセットした。 斜めPC鋼材の防錆処理は，ポリエチレンシースによる保護と し，グリース，発泡ウレタンなどの伸縮性のある材料を基礎梁 コンクリート打設前にポリエチレンシース内に充填した。 基礎梁コンクリート打設時の振動や衝撃によって，斜めPC鋼 写真－2 斜め PC 鋼材設置状況 材が動くことの無いように，基礎梁の鉄筋および上部に配置し た単管パイプにより控えをとるようにした。コンクリート打設 前状況を写真－3に示す。 3.2 PCa柱，梁製作 本工事においては，既存建築物との一体化を2階以上の梁に ついて圧着接合としているため，バルコニー上にて既存梁を鉄 筋探査し，それをもとにコア削孔を行った。その圧着PC鋼棒の 孔位置を基準墨から測量し，PCa柱，梁に反映させ製作した。 型枠は3型枠とし，全45部材を18日間にて製作した。 3.3 写真－3 コンクリート打設前状況 PCa柱，梁建て込み PCa柱，梁の搬入状況を写真－4に示す。建て込みは1階PCa柱 （柱頭分割により2部材とした），2階PCa梁の順に行い，各部 材について転倒防止・落下防止措置を行った。建て込み完了後 に2階梁横締め用PC鋼より線の挿入を行い，PCa柱とPCa梁の接 合部目地にモルタルを打設した。目地モルタルの緊張強度発現 後に横締め緊張を行い，PCa柱とPCa柱の接合部の機械式鉄筋継 ぎ手内部および接合部目地にモルタルを注入し，上階建て込み へと移行した。2階，3階の建て込みを，上記施工方法にて各層 −379− 写真－4 PCa 柱，梁搬入状況 プレストレストコンクリート技術協会 第19回シンポジウム論文集（2010年10月） 〔報告〕 ごとに行った。建て込み状況を写真－5に示す。 3.4 斜めPC鋼材配置・緊張 カラーコーティングされた斜めPC鋼棒は，その表面を傷付け ないようにナイロンスリングを使用して配置・接続した。1構 面内での緊張は偏心しないように，バランスよく荷重を導入す るため，引き寄せジャッキ2台，ツインポンプ1台を使用して同 時緊張とした。補強フレーム全体においても偏心しないように， バランスよく導入するため全体緊張計算を行い導入順序を決定 写真－5 建て込み状況 した。1階中央の補強フレーム内の斜めPC鋼材を1番目に緊張し， その後左右対称に導入されるように緊張した。2階，3階も同様 の導入順序で行った。緊張状況写真を写真－6に示す。 3.5 圧着PC鋼棒緊張 圧着用PC鋼棒の配置は，PCa梁建て込み後に行い，ワッシャ ー・ナットを手締めにて取付け，PCa梁の転倒防止にも補助的 に使用した。緊張時期は，バルコニー下部の増設スラブの配 筋・型枠・コンクリートなどの圧着接合部分完了後，増設スラ ブのコンクリート強度が所定の強度発現後に建築物の外部側よ 写真－6 緊張状況 り行った。緊張はセンターホールジャッキ1台，油圧ポンプ1台 を使用して既存側梁部モルタルのなじみなどを取り除くため， 一度緊張した後に，再度緊張する2回緊張により行った。 既存側に均等に圧縮力を与えるために，PCa梁のスパン中央部 分から左右対称に緊張を行った。圧着PC鋼棒緊張状況を写真－ 7に示す。 ４．おわりに 本工事は平成22年1月に工事を完了している。今回はパラレ ルユニット施工実績の中で，バルコニー先端に取付けた場合の 写真－7 圧着 PC 鋼棒緊張状況 標準的な施工事例を紹介した。また，本工事では外付け補強の 特徴を生かし，学校の授業を行いながら限られた施工条件の中 で終えることができた。 今後の学校施設や住宅施設などの耐震化率の推進に，本構法 がその一つの助けになれば幸いである。最後に，本工事の施工 にあたり，ご指導ご協力を賜りました関係各位に深く感謝の意 を表します。 写真－8 −380− 完成写真
© Copyright 2024 Paperzz
