JP2000170392A - 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の基部１ａと頂部１ｂに設けたピ
ン３Ａ，３Ｂを支点として、建物１の外側面に沿った面
内で変位可能に設けるとともに、その中間部を建物１の
各階に接合させる構成とし、さらに、建物１の地上１階
部分には、建物１の地震応答を減衰させるダンパー１４
を備える構成とした。

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
ション等の構造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、被害が集中して層崩壊
等が発生する。

【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（層間）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
エネルギーを消費する制震構造が、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、建物の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】この問題に対して、各階毎の剛性と耐力の
アンバランスを克服するように、建物各階に制震デバイ
スを配置する必要があるが、構造上あるいはスペース上
の問題等から、制震デバイスの配置ができない階も存在
する場合があり、このような場合には、有効な制震効果
を得ることができなくなってしまう。

【０００７】また、制震デバイスを既存建物の内部に設
置できない場合には、建物外部に制震デバイスを設置す
ることになるが、この場合、ダンパー等の制震デバイス
が建物の外側面から外方に張り出して設置されると、制
震デバイスと建物との接合部で大きな偏心応力が発生す
る。この偏心応力に耐えうる強度を確保しようとする
と、制震デバイスと建物の接合部が大型化してしまうと
いう問題も生じる。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】

【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配設され、該補
強フレームは、前記構造物と略同等以上の剛性を有する
とともに、その基部と頂部とで前記構造物にピン接合さ
れることによって前記外側面に沿った面内で変位可能と
され、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、前記構造物の中間弱層に発生する損傷
集中に対してエネルギーバイパス機能を果たす構成とさ
れ、前記補強フレームが配設された前記構造物の地震応
答を減衰させるダンパーが、前記構造物の特定階部分に
配設されていることを特徴としている。

【００１１】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、補強フレームがその基
部と頂部とを構造物にピン接合され、中間部が所定間隔
毎に構造物に接合されているので、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して、構造物
の頂部と基部とを繋ぐ直線状の応答変形とすることがで
きる。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１〜３
０倍とするのが好ましい。そして、ダンパーを構造物の
特定階部分のみに配設する構成としたが、ダンパーによ
る減衰効果は、補強フレームを通して構造物の各階に及
ぶこととなる。

【００１２】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、前記ダンパーが、前記補強フレー
ムの側方であって、かつ前記構造物の外側面に沿った位
置に配設されていることを特徴としている。

【００１３】このように、ダンパーを構造物の外側面に
沿って配設することによって、ダンパーと構造物側との
接合部での偏心応力を小さくすることができる。

【００１４】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、前記ダンパーが、一端側
が前記補強フレームに連結され、他端側が前記構造物の
基礎に連結されて設置されていることを特徴としてい
る。

【００１５】請求項４に係る発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の耐震補強構造であって、前記ダンパー
が、一端側が前記補強フレームに連結され、他端側が前
記構造物の外側面に連結されて設置されていることを特
徴としている。

【００１６】請求項５に係る発明は、請求項１から４の
いずれかに記載の耐震補強構造であって、前記構造物に
は複数の前記補強フレームが備えられ、かつ前記ダンパ
ーが、互いに隣接する前記補強フレーム間に配置され
て、その一端部を一方の前記補強フレームに連結し、他
端部を他方の前記補強フレームに連結して設けられてい
ることを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る耐震補強構造
の第一ないし第四の実施の形態について、図１ないし図
１２を参照して説明する。

【００１８】［第一の実施の形態］まず、ここでは、ダ
ンパーを建物の特定階、例えば地上一階部分に設置する
場合の例を用いて説明する。

【００１９】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３階建ての建物
１の外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、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点として建物１の
外側面に沿った面内で変位可能とされている。

【００２０】この補強フレーム２は、一端がピン３Ａあ
るいは３Ｂに接合されて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、互いに上下に位
置する横材４ｃ，４ｃ間に設けられたブレース材４ｄ，
４ｄ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。

【００２１】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。

【００２２】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、例えば以下
のようにして接合されている。フレーム本体４の横材４
ｃ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の外側面に沿っ
た水平方向を長径としており、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。

【００２３】そして、図１に示したように、補強フレー
ム２の最下部には、横材４ｃの下側に略Ｖ字状の支持部
材１１が設けられ、この支持部材１１の下端部にはブラ
ケット１２が設けられている。また、この補強フレーム
２の下部が連結されているピン３Ａには、ブラケット１
３が一体に設けられており、このブラケット１３の先端
部は、ブラケット１２の下端部と略同じ高さで水平方向
に間隔を隔てて対向している。そして、補強フレーム２
側のブラケット１２と、ピン３Ａ側のブラケット１３と
の間には、水平方向に沿って作動する例えばオイルダン
パー等のダンパー１４が配置されている。このようにし
て、ダンパー１４は、例えば建物１の地上１階部分に設
置された構成となっている。

【００２４】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、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として変位
し、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。

【００２５】さらに、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂ
を支点として建物１の外側面に沿った面内で回動する
と、これと一体に略水平方向に変位するブラケット１２
と、ピン３Ａと一体に固定されているブラケット１３と
の間では、略水平方向に沿った相対変位を生じるので、
ダンパー１４でこの相対変位エネルギーを熱エネルギー
に変換して消費する。そして、このダンパー１４による
変位エネルギー消費効果は、補強フレーム２を介して建
物１の全体に及ぶようになっている。

【００２６】また、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、各層における建物１と補強フレーム２の
相対変形量が長孔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。

【００２７】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の変形を頂部１ａと基部１ｂとを繋
ぐ直線状に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。

【００２８】さらに、ダンパー１４が備えられており、
各階から補強フレーム２により伝達された地震エネルギ
ーをダンパー１４によって消費して、地震応答をより効
果的に低減することができる。

【００２９】そして、ダンパー１４を建物１の地上１階
部分に配置する構成としたが、このようにダンパー１４
が特定階部分に配置しても、ダンパー１４による震動減
衰効果は補強フレーム２を介して建物１の各階に及ぶ。
この結果、弱層が存在する建物１に対して、補強フレー
ム２により各階の変形を均一化し、建物１全体の地震応
答を低減することが可能となる。

【００３０】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。

【００３１】また、上記補強フレーム２およびダンパー
１４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。そして、土工
事や仮設工事の費用が少なくなること、さらに建物１が
既存のものである場合には、工事に関係して発生する各
種設備の付け替え工事等が不要であるために、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。

【００３２】ここで、図３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５０ｋｉｎ
ｅに基準化）とする。また、図１に示した建物１は、こ
こでは鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向
に７ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、
建物１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そし
て、このような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発
生しやすい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌ
ｉｎｅａｒ武田モデルとして解析を行った。

【００３３】補強フレーム２（図１参照）は、建物１の
桁行方向外壁面に２カ所設置し、７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ
−４００×４００×１３×２１）を建てて建物１の５倍
の剛性を有したものとする。そして、ダンパー１４は建
物１の１階部分のみに設け、その減衰係数Ｃは、９０
（ｔｓ／ｃｍ）とした。

【００３４】図３は、地震応答解析の結果であり、これ
によると、建物１の第１層が弱層となっている。図３中
「建物原モデル」と示したものが補強フレーム２とダン
パー１４とが存在しない場合に相当し、第１層に大きな
変形を受けている。そして、図３中、「建物＋ダンパ
ー」と示したものが、比較のためにダンパー１４のみを
建物１の１階部分に設置した場合に相当し、この場合で
は、建物１の第１層の応答は低減するものの、第２〜３
層へはダンパー１４の効果がほとんど表れていない。一
方、図３中「剛棒体＋ダンパー」と示したものが、補強
フレーム２とダンパー１４とを設置した場合（すなわち
本実施の形態）に相当し、建物１の変形は直線状にな
り、ダンパー１４の効果も各階に及んで応答低減が図ら
れている。なお、応答低減の大きさは、ダンパー１４の
能力に応じて制御できるのは言うまでもないことであ
る。

【００３５】以上により、補強フレーム２の特性と、そ
の特性を利用して建物１の特定層のみにダンパー１４を
設置したときの地震応答低減の効果が明らかとなってい
る。

【００３６】［第二の実施の形態］次に、ダンパーを建
物の外壁面に沿って配置する場合の例を用いて説明す
る。以下に説明する第二の実施の形態において、前記第
一の実施の形態と共通する構成については同符号を付
し、その説明を省略する。なお、本実施の形態と、前記
第一の実施の形態との相違点は、ダンパーの取付構造の
みであり、補強フレーム自体については同様の構造であ
る。

【００３７】図４に示すように、補強フレーム２は、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、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点と
して建物１の外側面に沿った面内で変位可能とされてい
る。

【００３８】そして、補強フレーム２の最下部に位置す
る横材４ｃの両端部と、それぞれその鉛直下方位置に設
けられて下端部が基礎１ｃに固定されたブラケット２０
との間には、例えば粘性型ダンパー等のダンパー２１が
設けられている。これにより、ダンパー２１は、例えば
建物１の地上１階部分に設置され、かつ補強フレーム２
の両側において、建物１の外側面に沿った補強フレーム
２と略同一面内に位置するものとなっている。このダン
パー２１は、略鉛直方向に沿って作動するよう配置さ
れ、その上下端部は、横材４ｃの端部とブラケット２０
とに、それぞれピン接合されて前記面内でスイング可能
に連結されている。

【００３９】このような構成の補強フレーム２を備えた
建物１では、地震等によって生じる建物１の変形によっ
て、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として回動
する。このとき補強フレーム２は、ダンパー２１の上端
部が連結された横材４ｃの端部において、図５に示すよ
うな略鉛直方向（厳密には円弧状）の変位δを生じる。
実際には、この変位は略円弧状を成すが、図４に示した
ダンパー２１は、その上下端部がスイング可能となって
いるので、略円弧状の変位に追従できるようになってい
る。そして、この変位は、基礎１ｃ側に固定されたブラ
ケット２０に対して略鉛直方向の相対変位となり、その
変位エネルギーはダンパー２１によって消費され、その
結果、地震応答を低減することができるようになってい
る。

【００４０】上述した耐震補強構造では、前記第一の実
施の形態と同様、補強フレーム２によって、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、
また補強フレーム２およびダンパー２１の取付工事を建
物１の外部のみで行うことができるので、その施工を容
易に行うとともにコストを抑えることができる、といっ
た各効果を奏することができる。

【００４１】さらに、補強フレーム２と建物１との間に
備えられたダンパー２１によって、補強フレーム２に伝
達された変形エネルギーが消費され、制震効果をより効
果的に発揮することができる。

【００４２】しかも、ダンパー２１を、建物１の外側面
に沿って配置する構成とした。これにより、建物１の外
側面からの偏心寸法を最小限とすることができ、偏心応
力を原因とするダンパー２１の接合部ディテールの大型
化を回避することができ、これによるコスト上昇等を抑
えることができる。また、このダンパー２１は、建物１
の基礎１ｃとの間に配置する構成となっているので、ダ
ンパー２１の反力を基礎部分で処理することができ、反
力受け台等を特に設けたりする必要もなく、施工の煩雑
化を回避できる。

【００４３】ここで、図６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，Ｔａｆｔ１９５２Ｅ
Ｗ，Ｈａｃｈｉｎｏｈｅ１９６８ＮＳ（最大速度を５０
ｋｉｎｅに基準化）とする。また、建物１（図４参照）
は鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向に７
ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、建物
１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そして、こ
のような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発生しや
すい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅ
ａｒ武田モデルとして解析を行った。

【００４４】補強フレーム２（図４参照）は、建物１の
桁行方向外壁面に２カ所設置し、７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ
−４９８×４３２×４５×７０）を建てた構成のものと
する。そして、ダンパー２１は建物１の１階部分に設
け、その減衰係数Ｃは、２００（ｔｓ／ｃｍ）とした。

【００４５】図６は、地震応答解析の結果を示す。図６
中「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したものが補強
フレーム２とダンパー２１とが存在しない場合に相当
し、第１層に大きな変形を受けている。一方、図６中
「剛棒体機構＋ダンパー」と示したものが、補強フレー
ム２とダンパー２１とを設置した場合（すなわち本実施
の形態）に相当し、補強フレーム２による変形均一化効
果と、ダンパー２１によるエネルギー消費効果とが有効
に発揮され、著しく応答低減が図られている。なお、応
答低減の大きさは、ダンパー２１の能力に応じて制御で
きるのは言うまでもないことである。

【００４６】以上により、補強フレーム２とダンパー２
１による制振構造は、水平方向の地震動を鉛直方向に作
動するダンパー２１により消費して、スカラー量である
地震エネルギーをダンパー２１により有効に消費できる
ことが明らかとなっている。

【００４７】［第三の実施の形態］次に、ダンパーを建
物の外壁面に沿って配置する場合の他の例を用いて説明
する。以下に説明する第三の実施の形態において、前記
第一および第二の実施の形態と共通する構成については
同符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態につ
いても、前記第一および第二の実施の形態との相違点
は、ダンパーの取付構造のみであり、補強フレーム自体
については同様の構造である。

【００４８】図７に示すように、補強フレーム２は、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、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点と
して建物１の外側面に沿った面内で変位可能とされてい
る。

【００４９】そして、補強フレーム２の各横材４ｃの両
端部に位置して建物１の外側面に固定された図示しない
ブラケットとの間には、鉛直方向に作動する例えば粘性
型ダンパー等のダンパー２５が設けられている。これに
より、各ダンパー２５は、補強フレーム２の両側におい
て、建物１の外側面に沿った補強フレーム２と略同一面
内に位置するものとなっている。このダンパー２５は、
略鉛直方向に沿って作動するよう配置され、その上下端
部は、横材４ｃの端部とブラケット２０とにそれぞれピ
ン接合されて前記面内でスイング可能となっている。

【００５０】このような構成の補強フレーム２を備えた
建物１では、地震等によって生じる建物１の変形によっ
て、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として回動
する。このとき補強フレーム２は、ダンパー２５の上端
部が連結された各横材４ｃの端部において、図５に示し
たのと同様の、略鉛直方向（厳密には円弧状）の変位を
生じる。この変位は、建物１側に固定されたダンパー２
５の下端部に対して略鉛直方向の相対変位となり、その
変位エネルギーはダンパー２５によって消費され、その
結果、地震応答を低減することができるようになってい
る。

【００５１】上述した耐震補強構造では、前記第二の実
施の形態と同様の効果を奏することが可能である。すな
わち、補強フレーム２によって、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、また補強フ
レーム２およびダンパー２５の取付工事を建物１の外部
のみで行うことができるので、その施工を容易に行うと
ともにコストを抑えることができる。そして、補強フレ
ーム２と建物１との間に備えられたダンパー２５によっ
て、補強フレーム２に伝達された変形エネルギーが消費
され、制震効果をより効果的に発揮することができる。

【００５２】しかも、ダンパー２５を、建物１の外側面
に沿って配置する構成としたので、偏心応力を原因とす
るダンパー２５の接合部ディテールの大型化を回避する
ことができ、これによるコスト上昇等を抑えることがで
きる。

【００５３】ここで、図８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，Ｔａｆｔ１９５２Ｅ
Ｗ，Ｈａｃｈｉｎｏｈｅ１９６８ＮＳ（最大速度を５０
ｋｉｎｅに基準化）とする。また、建物１（図７参照）
は鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向に７
ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、建物
１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そして、こ
のような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発生しや
すい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅ
ａｒ武田モデルとして解析を行った。

【００５４】補強フレーム２（図７参照）は、建物１の
桁行方向外壁面に２カ所（建物１の表側と裏側）設置
し、７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ−４９８×４３２×４５×７
０）を建てた構成のものとする。そして、ダンパー２５
は建物１の２階部分と３階部分とに設け、その減衰係数
Ｃは、９０（ｔｓ／ｃｍ）とした（建物１の表側と裏側
の２カ所合計）。

【００５５】図８は、地震応答解析結果である。図８中
「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したものが補強フ
レーム２とダンパー２５とが存在しない場合に相当し、
第１層に大きな変形を受けている。一方、図８中「剛棒
体機構＋ダンパー」と示したものが、補強フレーム２と
ダンパー２５とを設置した場合（すなわち本実施の形
態）に相当し、補強フレーム２による変形均一化効果
と、ダンパー２５によるエネルギー消費効果とが有効に
発揮され、著しく応答低減が図られている。なお、ダン
パー２５の減衰力（鉛直方向の力）は、建物１の柱を補
強して基礎に伝達しても良いし、また建物１に簡易な補
強柱を設けて基礎に伝達するようにしても良い。また、
応答低減の大きさは、ダンパー２５の能力に応じて適宜
制御できるのは言うまでもないことである。

【００５６】以上により、補強フレーム２とダンパー２
５による制振構造は、水平方向の地震動を鉛直方向に作
動するダンパー２５により消費して、スカラー量である
地震エネルギーをダンパー２５により有効に消費できる
ことが明らかとなっている。

【００５７】［第四の実施の形態］次に、ダンパーを建
物の外壁面に沿って配置する場合の他の例を用いて説明
する。以下に説明する第四の実施の形態において、前記
第一乃至第三の実施の形態と共通する構成については同
符号を付し、その説明を省略する。

【００５８】図９に示すように、建物１の側面には、補
強フレーム２が二つ並べて配設されている。各補強フレ
ーム２は、建物１の基部１ａと頂部１ｂとに、ピン３
Ａ，３Ｂを介してピン接合され、これら上下のピン３
Ａ，３Ｂを支点として建物１の外側面に沿った面内で変
位可能とされている。

【００５９】そして、互いに隣接する二つの補強フレー
ム２Ａ，２Ｂの間には、例えば粘性型ダンパー等のダン
パー２７が設けられている。各ダンパー２７は、一方の
補強フレーム２Ａに固定されたブラケット２８と、他方
の補強フレーム２Ｂに固定されたブラケット２９との間
に設けられており、これらブラケット２８，２９は鉛直
方向において互いに上下に位置するよう配置されてい
る。これにより、各ダンパー２７は、互いに隣接する補
強フレーム２Ａ，２Ｂ間において、建物１の外側面に沿
った補強フレーム２と略同一面内に位置するものとなっ
ている。このダンパー２７は、略鉛直方向に沿って作動
するよう配置され、その上下端部は、ブラケット２８，
２９にそれぞれピン接合されて前記面内でスイング可能
となっている。

【００６０】このような構成の補強フレーム２を備えた
建物１では、地震等によって生じる建物１の変形によっ
て、各補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として回
動する。補強フレーム２Ａ，２Ｂ間においては、通常状
態においては同レベルに位置する横材４ｃ，４ｃの端部
間で、図１０に示すような略鉛直方向（厳密には円弧
状）の相対変位δを生じる。この相対変位の変位エネル
ギーは、図９に示した各ダンパー２７によって消費さ
れ、その結果、地震応答を低減することができるように
なっている。

【００６１】上述した耐震補強構造では、前記第二の実
施の形態と同様の効果を奏することが可能である。すな
わち、補強フレーム２によって、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、また補強フ
レーム２およびダンパー２７の取付工事を建物１の外部
のみで行うことができるので、その施工を容易に行うと
ともにコストを抑えることができる。そして、互いに隣
接する補強フレーム２Ａ，２Ｂの間に備えられたダンパ
ー２７によって、補強フレーム２Ａ，２Ｂの双方に伝達
された変形エネルギーが消費され、制震効果をより効果
的に発揮することができる。

【００６２】しかも、ダンパー２７を、建物１の外側面
に沿って配置する構成としたので、偏心応力を原因とす
るダンパー２７の接合部ディテールの大型化を回避する
ことができ、これによるコスト上昇等を抑えることがで
きる。

【００６３】ここで、図１１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，Ｔａｆｔ１９５２
ＥＷ，Ｈａｃｈｉｎｏｈｅ１９６８ＮＳ（最大速度を５
０ｋｉｎｅに基準化）とする。また、建物１（図９参
照）は鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向
に７ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、
建物１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そし
て、このような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発
生しやすい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌ
ｉｎｅａｒ武田モデルとして解析を行った。

【００６４】二つの補強フレーム２Ａ，２Ｂ（図９参
照）は、建物１の桁行方向外壁面に並列に設置し、各々
は７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ−４９８×４３２×４５×７
０）を建てた構成のものとする。そして、ダンパー２７
は建物１の２階部分と３階部分とで、並列した補強フレ
ーム２Ａ，２Ｂ間に配置し、その減衰係数Ｃは、２００
（ｔｓ／ｃｍ）とした。

【００６５】図１１は、地震応答解析結果である。図１
１中「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したものが補
強フレーム２とダンパー２７とが存在しない場合に相当
し、第１層に大きな変形を受けている。一方、図１１中
「剛棒体＋ダンパー」と示したものが、補強フレーム２
とダンパー２７とを設置した場合（すなわち本実施の形
態）に相当し、補強フレーム２による変形均一化効果
と、ダンパー２７によるエネルギー消費効果とが有効に
発揮され、著しく応答低減が図られている。なお、ダン
パー２７の減衰力（鉛直方向の力）は、双方の補強フレ
ーム２Ａ，２Ｂを介して基礎に伝達することができる。
また、応答低減の大きさは、ダンパー２７の能力に応じ
て適宜制御できるのは言うまでもないことである。

【００６６】以上により、補強フレーム２とダンパー２
７による制振構造は、水平方向の地震動を鉛直方向に作
動するダンパー２７によって消費して、スカラー量であ
る地震エネルギーをダンパー２７により有効に消費でき
ることが明らかとなっている。

【００６７】なお、上記第四の実施の形態において、ダ
ンパー２７を互いに隣接する補強フレーム２Ａ，２Ｂ間
に設ける構成としたが、これを前記第三の実施の形態で
示した構成と組み合わせるような構成とすることも可能
である。すなわち、図１２に示すように、建物１の外側
面に、補強フレーム２を二つ並べて配設し、これら互い
に隣接する補強フレーム２Ａ，２Ｂの間にはダンパー２
７を設け、また補強フレーム２Ａ，２Ｂの側方には、前
記第三の実施の形態で示したように、補強フレーム２
Ａ，２Ｂのそれぞれと、建物１の外側面との間に、ダン
パー２５を設けるような構成とするのである。このよう
な構成によっても上記と同様の効果が得られる。

【００６８】なお、上記第一乃至第四の各実施の形態に
おいて、補強フレーム２に組み込むダンパーとしては、
オイルダンパーや粘性型ダンパーに限らず、例えば履歴
型ダンパー等、他の方式のダンパーを用いても何ら問題
はなく、またダンパーで発生させる減衰力を自動的に制
御する制御機構を備えるような構成とすることも可能で
ある。

【００６９】また、ダンパー１４，２１，２５，２７の
取付構造については何ら限定する意図はなく、所要の減
衰機能を発揮できるのであれば、ダンパー１４，２１，
２５，２７を取り付けるブラケットの構造や、補強フレ
ーム２への取付位置等、上記にあげた以外のいかなる構
成を採用しても良い。

【００７０】さらに、補強フレーム２を建物１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
の各階に対する取付構造についても、前記長孔９と接合
ピン１０を介したルーズ接合に限らず、これ以外の接合
構造としても良い。例えば、このルーズ接合を省略した
構成とすることももちろん可能であり、このような場合
には、補強フレーム２のピン３Ａ，３Ｂを支点とした変
位を許容し、水平方向の変位を規制するような接合構造
を取ればよい。また、ルーズ接合を採用する場合にも、
建物１に対する補強フレーム２の所定寸法以内の変位を
許容できるのであれば、例えば長孔９に代えて円形の孔
を採用する等、長孔９と接合ピン１０以外のどのような
取付構造を用いても良い。

【００７１】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。

【００７２】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。例えば新
築の場合には、エレベータシャフト内や階段室の内部な
ど、補強フレーム２およびダンパーを建物内部に予め取
り付けておくことも可能である。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。

【００７３】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。

【００７４】

【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、その基部と頂部
とでピン接合されることによって設けられ、かつその中
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
され、さらに補強フレームの構造物に対する相対変位を
減衰させるダンパーが、構造物の特定階部分に配設され
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、補強フレームの曲げ抵抗に
よって、構造物の基部と頂部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ので、地震時に
おける構造物の変形を各層で均一化することができる。
その結果、構造物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。そして、ダンパーを構造物の特
定階部分に配設したので、ダンパーによる減衰効果が、
補強フレームを通して構造物の各部に及び、地震応答を
より効果的に低減することができる。しかもこのダンパ
ーは、構造物の特定階部分に配設する構成としたが、ダ
ンパーによる震動減衰効果は補強フレームを介して構造
物の各部に均一に及ぶので、構造物全体に対して地震応
答低減効果を有効に発揮することができる。

【００７５】請求項２に係る耐震補強構造によれば、ダ
ンパーを構造物の外側面に沿って配設することによっ
て、ダンパーと構造物側との接合部で発生する偏心応力
を最小限とすることができ、偏心応力を原因とするダン
パーの接合部ディテールの大型化を回避することがで
き、これによるコスト上昇等を抑えることができる。

【００７６】そして、請求項３に係る耐震補強構造によ
れば、ダンパーを補強フレームと構造物の基礎との間に
介装させる構成とした。また、請求項４に係る耐震補強
構造によれば、ダンパーを補強フレームと構造物の外側
面との間に介装させる構成とした。さらに、請求項５に
係る耐震補強構造によれば、構造物に複数の補強フレー
ムを備え、ダンパーが、互いに隣接する補強フレーム間
に介装された構成となっている。このように、各種形態
で補強フレームと構造物との相対変位をダンパーで減衰
することによって、ダンパによる地震応答低減効果を有
効に発揮することができる。また、ダンパーを構造物の
基礎との間に介装させれば、ダンパーの反力を基礎部分
で処理することができ、反力受け台等を特に設けたりす
る必要もなく、施工の煩雑化を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る耐震補強構造の第一の実施の形
態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物
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】 第一の実施の形態の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】 本発明に係る耐震補強構造の第二の実施の形
態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物
の一例を示す立面図である。

【図５】 図４に示した耐震補強構造における補強フレ
ームの変位を示す図である。

【図６】 第二の実施の形態の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７】 本発明に係る耐震補強構造の第三の実施の形
態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物
の一例を示す立面図である。

【図８】 第三の実施の形態の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９】 本発明に係る耐震補強構造の第四の実施の形
態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物
の一例を示す立面図である。

【図１０】 図９に示した耐震補強構造における補強フ
レームの変位を示す図である。

【図１１】 第四の実施の形態の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１２】 本発明に係る耐震補強構造のさらに他の実
施の形態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用し
た建物の一例を示す立面図である。

【符号の説明】

１ 建物（構造物） １ｃ 基礎 ２ 補強フレーム ３Ａ，３Ｂ ピン １４，２１，２５，２７ ダンパー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神原 浩 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 寺田 岳彦 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 Ｆターム(参考） 2E176 AA01 BB28

Claims (5)

【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
   配設され、該補強フレームは、前記構造物と略同等以上
   の剛性を有するとともに、その基部と頂部とで前記構造
   物にピン接合されることによって前記外側面に沿った面
   内で変位可能とされ、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、前記構造物の中間弱層
   に発生する損傷集中に対してエネルギーバイパス機能を
   果たす構成とされ、 前記補強フレームが配設された前記構造物の地震応答を
   減衰させるダンパーが、前記構造物の特定階部分に配設
   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、
   前記ダンパーが、前記補強フレームの側方であって、か
   つ前記構造物の外側面に沿った位置に配設されているこ
   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、前記ダンパーが、一端側が前記補強フレームに
   連結され、他端側が前記構造物の基礎に連結されて設置
   されていることを特徴とする耐震補強構造。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の耐震
   補強構造であって、前記ダンパーが、一端側が前記補強
   フレームに連結され、他端側が前記構造物の外側面に連
   結されて設置されていることを特徴とする耐震補強構
   造。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の耐震
   補強構造であって、前記構造物には複数の前記補強フレ
   ームが備えられ、かつ前記ダンパーが、互いに隣接する
   前記補強フレーム間に配置されて、その一端部を一方の
   前記補強フレームに連結し、他端部を他方の前記補強フ
   レームに連結して設けられていることを特徴とする耐震
   補強構造。