JP2000054648A - 耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐力・剛性の弱い層へのエネルギー集中を緩
和し、効率の良い耐震性を得ることのできる耐震補強構
造を提供することを課題とする。 【解決手段】 建物１と略同等以上の剛性を有した補強
フレーム２を、建物１の外側面に沿ってその基部１ａか
ら頂部１ｂにわたって設置し、その中間部を建物１の各
階に接合する構成とした。そして、補強フレーム２を、
建物１の基部１ａと頂部１ｂにピン接合し、かつ建物１
の各階に接合される部分で、長孔９と接合ピン１０を介
して接合することによって、補強フレーム２と建物１と
の間で水平方向に定められた相対変位を許容する構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばビルやマン
ション等の建物の耐震補強を図るために用いて好適な耐
震補強構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、既存建物の耐震性を向上させ
るため、柱や梁、壁、床等の部材を補強することによっ
て耐力を高める様々な構造や工法が開発・提供されてい
る。また、新築の建物においては、所要の耐震性が得ら
れるよう設計施工を施しているのは言うまでもない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の技術には以下のような問題が存在する。
すなわち、既存の建物において部材を補強した場合にお
いても、また新築の建物においても、例えば鉄筋コンク
リート構造の場合には、使用する鉄筋の本数や径寸法が
途中階で変わるのが通常である。このような部分は、他
の層に比較すると剛性と耐力が弱い弱層となり、建物全
体としての耐力と剛性のアンバランスが生じてしまうの
は避けがたい。そのため、強大な地震が発生した場合に
は、弱層にエネルギーが集中し、被害が集中してしま
う。

【０００４】また、建物の上層階は耐力に余裕があるの
が通常であり、その結果、下層階に比較して上層階の方
が、耐震性能的にも余裕があると言える。

【０００５】さらに、近年では、各階の相対変位を利用
し、ダンパー等の各種制震デバイスで相対変位エネルギ
ーを吸収する制震構造が、地震応答を低減する有効な構
法として適用されるケースが増えているが、このような
場合においても、各階毎の剛性と耐力のアンバランスが
原因となり、制震デバイスの効き具合が各階で均等では
ない、という問題もある。

【０００６】加えて、既存の建物の耐震性を向上させる
場合には、建物を使用したまま工事を行うことが可能と
なる技術が常に要求されている。

【０００７】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、耐力・剛性の弱い層へのエネルギー集中を
緩和し、効率の良い耐震性を得ることのできる耐震補強
構造を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
補強フレームが構造物の外側面に沿ってその基部から頂
部にわたって設置され、該補強フレームは、前記構造物
と略同等以上の剛性を有し、かつその中間部が前記構造
物に定められた間隔ごとに接合されていることを特徴と
している。

【０００９】地震等によって構造物に変形が生じたとき
には、構造物自体においては、耐力と剛性の弱い層で、
構造物の頂部と基部とを繋ぐ直線に対して大きくはずれ
る応答変形を受ける。このとき、補強フレームが構造物
の基部から頂部にわたって設置されているので、この補
強フレームによって、耐力と剛性の弱い層における変形
を抑制するとともに、変形の小さな他の層に変形を強制
する。

【００１０】なお、補強フレームの剛性は構造物の剛性
のアンバランスの程度により決まるが、構造物の剛性の
１〜３０倍とするのが好ましい。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１記載の耐
震補強構造であって、前記補強フレームが、前記構造物
に接合される部分で、前記補強フレームと前記構造物と
の間で水平方向に定められた相対変位を許容するよう接
合されていることを特徴としている。

【００１２】これにより、補強フレームと構造物との間
の水平方向の相対変位が定められた変位以下であるとき
には構造物の変形が補強フレームに伝達されず、定めら
れた変位以上となったときに伝達される。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の耐震補強構造であって、前記補強フレームにダン
パーが組み込まれていることを特徴としている。

【００１４】これにより、補強フレームに伝達された構
造物の変形のエネルギーが、ダンパーによって吸収され
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る耐震補強構造
の実施の形態について、図１ないし図９を参照して説明
する。

【００１６】図１において、符号１は耐震補強を図るべ
き建物（構造物）、２は補強フレームである。この図に
示すように、補強フレーム２は、例えば４階建ての建物
１の側面に沿って設置されており、建物１の基部１ａと
頂部１ｂとに、ピン３Ａ，３Ｂを介してピン接合されて
いる。

【００１７】この補強フレーム２は、一端がピン３Ａ，
３Ｂに接合され、斜めに延在する二本一対の斜め材４ａ
と、上下の斜め材４ａ間で上下方向に延在する縦材４ｂ
と、建物１の各階の床レベルにおいて左右の縦材４ｂ，
４ｂ間に架設された横材４ｃとが、略梯子状に組まれた
フレーム本体４を主体構成としている。そして、フレー
ム本体４には、ブレース材５が、中間階の各層に組み込
まれている。

【００１８】さらに、フレーム本体４には、建物１の各
層に対応して、二本一対のブレース型ダンパー６が組み
込まれている。

【００１９】このような構成の補強フレーム２は、その
剛性が、建物１自体の剛性に対し、例えば１〜３０倍に
設定されている。

【００２０】また、図２に示すように、フレーム本体４
は、その中間部が、建物１の各層の床やベランダの面内
剛性を利用して固定されたブラケット７に、以下のよう
にして接合されている。フレーム本体４の横材４ｃに
は、建物１側に延出するジョイントプレート８が設けら
れ、このジョイントプレート８には、複数の長孔９が形
成されている。各長孔９は、建物１の側面に沿った水平
方向を長径とした長孔で、この長孔９には、ブラケット
７に一体に取り付けられた接合ピン１０が挿入されてい
る。この接合ピン１０は、長孔９の長径方向の範囲内で
移動可能に係合している。

【００２１】このような構成の補強フレーム２を備えた
建物１では、地震等によって建物１に変形が生じたとき
には、建物１自体においては、耐力と剛性の弱い層で、
基部１ａと頂部１ｂとを繋ぐ直線に対して大きくはずれ
る応答変形を受ける。このとき、補強フレーム２が建物
１の基部１ａから頂部１ｂにわたって設置されているの
で、この補強フレーム２の曲げ抵抗によって、耐力と剛
性の弱い層の変形を抑制するとともに、変形の小さな他
の層に変形を強制する。ところで、このような作用は、
補強フレーム２の剛性が低いと建物１に追従して変形し
て発揮されないため、補強フレーム２の剛性は、前述の
如く、建物１の剛性に対して１〜３０倍に設定するのが
好ましい。

【００２２】さらに、補強フレーム２は、建物１の各層
に、長孔９と接合ピン１０とを介して接合されており、
これによって、建物１の各層における変形量が長孔９の
長径方向の範囲内であるときには、接合ピン１０が長孔
９の端部に到達しないため、建物１の変形が補強フレー
ム２には伝達されず、建物１の変形量が長孔９の長径方
向の範囲以上となったときのみ、接合ピン１０が長孔９
の端部に当接し、建物１の変形が補強フレーム２に伝達
されるようになっている。

【００２３】そして、補強フレーム２に伝達された建物
１の変形エネルギーは、補強フレーム２に組み込まれた
ブレース型ダンパー６によって熱エネルギーに変換さ
れ、吸収される。

【００２４】上述した耐震補強構造では、建物１と略同
等以上の剛性を有した補強フレーム２が、建物１の外側
面に沿ってその基部１ａから頂部１ｂにわたって設置さ
れ、その中間部が建物１の各階に接合された構成となっ
ている。これにより、地震等によって建物１に変形が生
じたときには、補強フレーム２の曲げ抵抗によって、建
物１の基部１ａと頂部１ｂとを繋ぐ直線に対して大きく
はずれる弱層の変形を抑制するとともに、変形の小さな
他の層に変形を強制することができる。したがって、地
震時における建物１の変形を各層で均一化することがで
き、その結果、建物１の各層で均等に地震エネルギーを
消費し、特定層へのエネルギー集中を防いで高い耐震性
能を発揮することができる。

【００２５】しかも補強フレーム２の建物１への取付
は、外部だけの工事で済むために、建物１が既存のもの
である場合にも、建物１を使用しながら工事を行うこと
が可能となる。また、建物１の基礎部分については荷重
の増加等がほとんどないために、特に既存の建物１にお
いては有利である。さらに、補強フレーム２自体も簡単
な構造である。

【００２６】このようにして、補強フレーム２で建物１
の耐震補強を図ることによって、トータルでの所要コス
トを大幅に低減することができる。

【００２７】また、補強フレーム２は、建物１の基部１
ａと頂部１ｂにピン接合され、かつ建物１の各階に接合
される部分では、長孔９と接合ピン１０を介して接合さ
れることによって、補強フレーム２と建物１との間で水
平方向に定められた相対変位を許容する構成となってい
る。これにより、補強フレーム２と建物１との間の水平
方向の相対変位が定められた変位以上となったときの
み、建物１の変形が補強フレーム２に伝達され、他の層
に変形が強制されるようになっている。したがって、例
えば、従来の構造であっても建物１の弱層に被害が及ば
ないような程度の地震時には、補強フレーム２による変
形強制がなされず、弱層以外の層における変形が過度に
大きくならないようにすることができる。

【００２８】さらに、補強フレーム２にはブレース型ダ
ンパー６が組み込まれた構成となっている。これによ
り、補強フレーム２に伝達された建物１の変形エネルギ
ーが吸収され、地震エネルギーを効率よく減衰すること
ができる。しかも、各層に設けたブレース型ダンパー６
は、補強フレーム２の作用によって、各階で均等に利く
ようにすることができる。

【００２９】ここで、図３ないし図５に示すものは、上
記に説明したような構成を適用した建物モデルにおける
地震応答を検討したものである。以下の検討において、
地震波は、ＥｌＣｅｎｔｒｏ１９４０ＮＳ（最大速度を
５０ｋｉｎｅに規準化）とする。また、建物は鉄筋コン
クリート構造の３階建てとし、桁行き方向に７ｍ×５ス
パン、梁間方向に５．５ｍ×３スパンとし、建物の地震
時全重量は１６０５（ｔ）とする。そして、このような
建物で、耐震壁が少なく地震被害が発生しやすい桁行き
方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅａｒ武田
モデルとして解析を行った。

【００３０】図３は、建物１の第１層の剛性と耐力を意
図的に１／２に低減させて弱層とした場合の結果であ
る。図中「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したもの
が補強フレーム２が存在しない場合に相当し、第１層に
塑性履歴が集中して、第２〜第３層では降伏変形以下の
範囲の履歴を受けている。そして、図中、「剛棒体」と
示したものが、補強フレーム２を建物１の剛性の１０倍
の剛性として取り付けた場合に相当し、長孔９と接合ピ
ン１０を介したルーズな接合と、ダンパー型ブレース６
とを廃した場合（図中「ギャップなし」と表示）には、
弱層である第１層の変形が第３層の応答変位を著しく強
制する。しかし、長孔９と接合ピン１０を介したルーズ
な接合（建物１の各層の降伏変位δｙに相当するギャッ
プを与える）を採用してダンパー型ブレース６を廃した
場合（図中「ギャップδｙ」と表示）には、第３層に強
制された応答変位は低減し、建物１の基部１ａと頂部１
ｂとを繋ぐ直線状の変形が得られる。以上より、長孔９
と接合ピン１０を介した補強フレーム２と建物１とのル
ーズな接合の効果が確認できる。

【００３１】図４、図５は、著しい弱層のない建物１
に、補強フレーム２（著しい弱層がないので建物剛性の
３倍の剛性とする）を取り付けた場合の応答変位および
応答塑性率である。図４および図５中、「剛棒体モデ
ル」と示したものは、補強フレーム２の長孔９と接合ピ
ン１０を介したルーズな接合を採用し、かつダンパー型
ブレース６を廃した場合に相当する。この場合、耐震性
能的に遊んでいた第３層を含め、各階の応答塑性率が補
強フレーム２によって均等化されることが確認できる。
さらに、図４および図５中、「剛棒体ダンパーモデル」
と示したものは、補強フレーム２の長孔９と接合ピン１
０を介したルーズな接合を採用し、かつダンパー型ブレ
ース６を採用した場合に相当する。この場合、各階の応
答の均等化と低減が図られ、応答塑性率（階の降伏変位
に対する応答変位の倍率）がμ＝０．８３〜１．５３と
著しく低減する。これは、建物１が既存不適格となって
いる鉄筋コンクリート造であっても、この程度の応答低
減が得られれば、耐震補強を施す必要がない応答であ
る。

【００３２】図３ないし図５に示した解析条件では、補
強フレーム２が、建物１の剛性の３〜３０倍程度の剛性
を有していれば十分であり、これには、例えばＨ−１０
０×５０×５×７の鋼材を用い、スパン７ｍのトラス構
造体を２構面設けて補強フレーム２を構成すれば前記所
要の剛性を確保することができ、補強フレーム２の応答
曲げ応力は短期許容応力度程度に収まる。

【００３３】なお、上記第一の実施の形態において、補
強フレーム２に組み込むダンパーとしてブレース型ダン
パー６を採用したが、これ以外のダンパーでも何ら支障
はない。例えば、図６に示すように、補強フレーム２の
フレーム本体４の横材４ｃに組み込んだブラケット１１
と、その上階の横材４ｃとの間に、例えば粘性型のダン
パー１２を組み込むようにしても良いし、また、図７に
示すように、図６における粘性型のダンパー１２に代え
て、せん断降伏型または曲げせん断降伏型のダンパー１
３を組み込むようにしても良い。この他にも、補強フレ
ーム２に組み込むダンパーの形式については何ら限定す
るものではなく、所要の機能を発揮することができるも
のであればいかなるダンパーを組み込んでも良い。もち
ろん、場合によってはダンパーを省略した構成とするこ
とも可能である。

【００３４】また、図８に示すように、建物１が、例え
ば集合住宅等、桁行き面に補強フレームを取り付けるこ
とのできない場合には、補強フレーム２２を、両妻面の
外階段面等、桁行き面に直交する側面１ｃ，１ｄに設置
しても良い。ここでは、補強フレーム２２が、建物１の
一方の側面１ｃに設置されたフレーム本体４と、他方の
側面１ｄに設置されたダンパーフレーム２３とから構成
されている。このように分割設置されたフレーム本体４
は、建物１の側面１ｃの各階に設けられたブラケット７
に、前記第一の実施の形態で示した補強フレーム２（図
１参照）と同様に、長孔９と接合ピン１０を介したルー
ズ接合されている。また、ダンパーフレーム２３は、建
物１の他方の側面１ｄに固定されたフレーム本体２４
に、各階における変形エネルギーを吸収するためのダン
パー２５が組み込まれた構成となっている。

【００３５】このような補強フレーム２２によっても、
前記実施の形態で示した補強フレーム２と同様の機能を
発揮することが可能である。しかも、このように、補強
フレーム２２を構成するフレーム本体４をダンパーフレ
ーム２３とを分割設置することによって、建物１の使用
環境を損なうことなく、その耐震性能を高めることが可
能となる。

【００３６】この他、図９に示すように、建物３１の中
央部に上下方向に連続するエレベータシャフト３２が設
置されている場合等には、補強フレーム２をエレベータ
シャフト３２の側面に沿って設置することも可能であ
る。このようなエレベータシャフト３２は筒状で建物３
１の他の部分に比較して高剛性を有しており、建物３１
のコアを構成している。

【００３７】なお、上記実施の形態において、補強フレ
ーム２を建物１，３１の各階に接合する構成としたが、
例えば２階毎、３階毎等、他の間隔で接合することも可
能である。また、補強フレーム２を構成するフレーム本
体４については、その形式を何ら問うものではなく、平
面トラス状、立体トラス状等、所要の曲げ抵抗が得られ
る形式を適宜採用すればよい。もちろん、フレーム本体
４を構成する部材の材質についても何ら問うものではな
い。さらに、補強フレーム２を建物１，３１に接合する
部分の構造、すなわち補強フレーム２の上下端部におけ
るピン３Ａ，３Ｂを介したピン接合、中間部の各層にお
ける長孔９と接合ピン１０を介したルーズ接合について
は、これ以外の接合構造としても良い。

【００３８】加えて、上記のような耐震補強構造を適用
する建物は、新築、既存を問うものではない。また、補
強フレーム２を設置する場所や補強フレーム２の数につ
いても、所要の耐震補強効果が得られるよう適宜設定す
ればよいのであって、上記実施の形態に何ら限定される
ものではない。

【００３９】これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない
範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また
上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものと
しても良いのは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る耐
震補強構造によれば、構造物と略同等以上の剛性を有し
た補強フレームが、構造物の外側面に沿ってその基部か
ら頂部にわたって設置され、その中間部が、構造物に定
められた間隔ごとに接合された構成となっている。これ
により、地震等によって構造物に変形が生じたときに
は、補強フレームによって、耐力と剛性の弱い層におけ
る変形を抑制するとともに、変形の小さな他の層に変形
を強制することができる。したがって、地震時における
構造物の変形を各層で均一化して地震エネルギーを各層
で均等に消費することができ、特定層へのエネルギー集
中を防いで、高い耐震性能を発揮することができる。し
かも補強フレームの構造物への取付は、外部だけの工事
で済むために、構造物が既存のものである場合にも、構
造物を使用しながら工事を行うことが可能となる。ま
た、補強フレームは簡単な構造であるため、構造物の基
礎部分については荷重の増加等がほとんどないために、
特に既存の構造物の耐震改修においては有利である。さ
らに、補強フレーム自体も簡単な構造である。建物外部
の工事で対応できるために、耐震改修に要するトータル
でのコストを、通常の耐震補強構法の例えば半分程度
等、大幅に低減することができる。

【００４１】請求項２に係る耐震補強構造によれば、補
強フレームは、構造物に接合される部分で、補強フレー
ムと構造物との間で水平方向に定められた相対変位を許
容する構成となっている。これにより、補強フレームと
構造物との間の水平方向の相対変位が定められた変位以
下であるときには構造物の変形が補強フレームに伝達さ
れず、定められた変位以上となったときに伝達される。
したがって、例えば、従来の構造においても構造物の弱
層に被害が及ばないような強度の地震時には、補強フレ
ームによる変形強制がなされないようにすることがで
き、弱層以外の層における変形が過度に大きくならない
ようにすることができる。

【００４２】請求項３に係る耐震補強構造によれば、補
強フレームにダンパーが組み込まれた構成となってい
る。これにより、補強フレームに伝達された構造物の変
形のエネルギーが、ダンパーによって吸収され、地震エ
ネルギーを効率よく吸収することができる。しかも、ダ
ンパーを各層に設けた場合に、補強フレームの作用によ
って、各層のダンパーが均等に利くようにすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る耐震補強構造の実施の形態の一
例を示す立面図である。

【図２】 （ａ）は、図１のイーイ矢視図、（ｂ）は
（ａ）のローロ矢視図である。

【図３】 本発明に係る耐震補強構造を適用した建物モ
デルにおける地震応答解析結果を示す図である。

【図４】 同、他の地震応答解析結果を示す図である。

【図５】 同、さらに他の地震応答解析結果を示す図で
ある。

【図６】 本発明に係る耐震補強構造の実施の形態の他
の一例を示す立面図である。

【図７】 本発明に係る耐震補強構造の実施の形態のさ
らに他の一例を示す立面図である。

【図８】 本発明に係る耐震補強構造の実施の形態のさ
らに他の一例を示す立面図である。

【図９】 本発明に係る耐震補強構造の実施の形態のさ
らに他の一例を示す立面図である。

【符号の説明】

１，３１ 建物 ２，２２ 補強フレーム ６ ブレース型ダンパー（ダンパー） １２，１３，２５ ダンパー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補強フレームが構造物の外側面に沿って
   その基部から頂部にわたって設置され、該補強フレーム
   は、前記構造物と略同等以上の剛性を有し、かつその中
   間部が前記構造物に定められた間隔ごとに接合されてい
   ることを特徴とする耐震補強構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の耐震補強構造であって、
   前記補強フレームが、前記構造物に接合される部分で、
   前記補強フレームと前記構造物との間で水平方向に定め
   られた相対変位を許容するよう接合されていることを特
   徴とする耐震補強構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の耐震補強構造で
   あって、前記補強フレームにダンパーが組み込まれてい
   ることを特徴とする耐震補強構造。