JP2003293597A - 建物の耐震補強構造 - Google Patents

建物の耐震補強構造

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JP2003293597A
JP2003293597A JP2002096085A JP2002096085A JP2003293597A JP 2003293597 A JP2003293597 A JP 2003293597A JP 2002096085 A JP2002096085 A JP 2002096085A JP 2002096085 A JP2002096085 A JP 2002096085A JP 2003293597 A JP2003293597 A JP 2003293597A
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building
truss
existing
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dimensional lattice
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Yujiro Hiyama
裕二郎 桧山
Shoji Okubo
昌二 大久保
Koichiro Ishikawa
浩一郎 石川
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Nippon Engineering Co Ltd
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Sumikei Nikkei Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存建築物の場合は使用体制に影響を及ぼす
ことなく補強工事を実施でき、完成後には当該既存建築
物の耐震性を飛躍的に向上させることが可能で、複層立
体ラチス構造体が建築物に入る水平力を負担して建物全
体のせん断(水平)剛性と強度を上げることができる、
また、該複層立体ラチス構造体全体が制振ダンパー(巨
大な壁式ダンパー)となり、既存RCなどの建築物の柱
または梁が初期降伏する以前に、順次、トラス節点間変
移を許容させ、全体として大きな地震エネルギーを吸収
することができる。 【解決手段】金属製システムトラス5を用いた複層立体
ラチス構造体6を梁方向に下屋式ラーメン3として張出
し、桁行方向の一部または全部を覆う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建物の耐震補強構
造、特に既存の建物に対し外部から施工可能な耐震補強
構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、建築物にはより高度の耐震性が要
求されるようになってきており、新たに構築される建築
物にはこれまで以上に耐震性に対して充分なる考慮がな
されることが当然となっている。しかし、過去に建設さ
れて現在においても使用されている既存建築物には、建
設当時においては充分な耐震性を有していると考えられ
ていたとしても現時点では耐震性が問題とされる場合も
あり、そのような既存建築物に対しては耐震性を向上さ
せるための補強が必要とされている。
【0003】既存建築物に対して耐震性を向上させるた
めに従来実施されている補強手段としては、耐震壁の増
設、枠付ブレースの新設、柱への鉄板もしくはカーボン
巻き付け、コンクリートの打ち増し等が挙げられる。
【0004】ところで、これらの補強手段はいずれも建
築物内部の改修工事となるため、既存建築物を普段通り
に使用しながらこれら改修工事を実施するのは非常に困
難である。また、あえて使用しながら実施する場合には
工事を実施する時間が夜間や休日に限定されてしまい工
期が長期化する。
【0005】そこで、既存建築物に近接して鉄骨造の外
部架構を構築し、この外部架構によって既存建築物を外
部から支持する補強手段が検討されている。この補強手
段を採用すれば既存建築物の使用体制に影響を及ぼすこ
となく補強工事を実施できる。
【0006】例えば、特開平9−78879号公報で
は、建物の耐震補強方法として、図14、図15に示す
ように集合住宅等の建物1において耐震性能が不足する
構面(2,3)を選定し、当該構面2a,2bの外郭を
規定し一般に門形となる骨組2′を集合住宅1の外部か
ら柱状部材4と梁状部材5とからなるラーメン構造3で
取り囲むことにより、当該構面2a,2bを剛構面とし
て建物1に対し全体的に耐震補強を付与することが提案
されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
補強手段においては外部架構が既存建築物に合わせて巨
大になるため、外部架構の剛性が低くなる傾向が強く、
既存建築物がRC造、SRC造といった剛性の高い構造
である場合には十分補強効果を発揮できないおそれがあ
った。
【0008】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、既存建築物の場合は使用体制に影響を及ぼすことな
く補強工事を実施でき、完成後には当該既存建築物の耐
震性を飛躍的に向上させることが可能な建築物の耐震補
強構造を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、金属製システムトラスを用いた複層立体ラチ
ス構造体を梁間方向に下屋式ラーメンとして張出し、桁
行方向の一部または全部を覆うこと、第2に、複層立体
ラチス構造体の外側面にガラス等の透明板を配設するこ
とを要旨とするものである。
【0010】本発明によれば、金属製システムトラスを
用いた複層立体ラチス構造体を梁間方向に下屋式ラーメ
ンとして張出し、桁行方向の一部または全部を覆うこと
により、この複層立体ラチス構造体で建築物に入る水平
力を負担して、建物全体のせん断(水平)剛性と強度を
上げることができる。
【0011】さらに詳しく述べる。軸力で抵抗する骨組
みであるトラスによるので、静定構造で強度抵抗型で、
変形が少ないものであり、システムトラスであるので、
工業化された接合部を持つ工場プレファブの立体トラス
となる。
【0012】また、複層立体ラチス構造体は、トラス部
材と接合部の全般にそれぞれ降伏が期待でき、その結
果、金属金製システムトラスを用いた複層立体ラチス構
造体がトラス耐力壁としてその全体が制振ダンパー(巨
大な壁式ダンパー)として作用する。すなわち、既存R
Cなどの建築物の柱または梁が破壊に至る前に、順次、
トラス節点を引張り降伏、またはトラス部材を弾性座屈
させることにより節点間変位を許容させ、全体として大
きな地震エネルギーを吸収することができる。
【0013】さらに、復元力特性については、既存RC
などの建築物の地震時応答変位を押えることにより振動
性状を変化させ地震力を低減させることができる。
【0014】また、従来の構面内に取りつける鉄骨ブレ
ース、増打ちコンクリート耐震壁などに較べ、施工が早
く、施工中の既存建築物の供用も可能である。
【0015】請求項2記載の本発明によれば、前記作用
の加えて、複層立体ラチス構造体の外側面にガラス等の
透明板を配設することで、半開放型の歩廊やアトリウム
として使用することが可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
について詳細に説明する。図1は、本発明の建物の耐震
補強構造の1実施形態を示す縦断側面図で、図中1は建
物である。この建物1は耐震補強を必要とするRC造若
しくはSRC造、S造の既存の建物であり、具体例とし
てマンション、団地、アパート等の集合住宅を挙げるこ
とができるが、特に集合住宅に限定されるものではな
く、例えば店舗、病院、学校等であってもよい。
【0017】建物1は、桁行方向Aが柱や梁等によって
ラーメン構造となり、張間方向Bが連層耐震壁構造とな
る。このような建物1における耐震補強の必要性は張間
方向Bに比べ桁行方向Aに生じる場合が多い。
【0018】本発明は、金属製システムトラス5を用い
た複層立体ラチス構造体6を梁方向に下屋式ラーメンと
して張出し、桁行方向の一部または全部を覆うこととし
た。
【0019】先に金属製システムトラス5について説明
すると、図2に示すようにアルミニウム合金製のシステ
ムトラスで、トラス節点にはアルミ製ボールジョイント
を用いる。
【0020】ここでトラスとは軸力で抵抗する構造骨組
みをいい、一般に静定構造で、強度抵抗型、変形が小さ
いものである。また、システムトラスとは工業化された
接合部を持つ工場プレファブの立体トラスをいう。トラ
スは上弦材8と下弦材9とそれらを結合する斜材(腹
材)10をボールジョイント7で接合して複層格子、三
角形などに組まれた立体トラスであり、システムトラス
の接合部としてのボールジョイント7もアルミニウム合
金製である。
【0021】ボールジョイント7と上弦材8、下弦材
9、斜材10等のトラス材は1本ボルトで接合するが、
その詳細を図3、図4に示す。ハブであるボールジョイ
ント7は、上弦材8、下弦材9、斜材10等のトラス材
であるストラット11が摩擦圧接接合または溶接接合す
るエンドプラグ12とベアリングボルト13で締結する
が、このベアリングボルト13の外周にはカラー14を
配設した。前記カラー14はベアリングボルト13とは
ピン15で係止する。
【0022】前記のごとく、金属製システムトラス5を
用いた複層立体ラチス構造体6は建物1に対して梁間方
向に下屋式ラーメンとして張出し、桁行方向の一部また
は全部を覆うことで、偏芯耐力壁として建物1の耐震性
能の不足分を補うが、設置長さは複層立体ラチス構造体
6で補強後の目標耐震性能により決定される。
【0023】建物1の躯体およびGL(グランドレベ
ル)との接合はピン接合とする。図5、図6はその詳細
を示すもので、ベース板16aを有するアンカーハブ1
6を使用する。
【0024】GL(グランドレベル)との接合は種々考
えられるが、本実施形態では図6に示すように耐震補強
のために地中梁又は布基礎での基礎17を新設した。こ
のように補強のために既存の建物1の基礎とは別の基礎
を設けることで、補強工事を独立して行うことが可能で
ある。基礎17と複層立体ラチス構造体6との接合につ
いても色々の手段が取り得るが、一例として、地中梁又
は布基礎での基礎17から立ち上げるコンクリート束柱
18に、前記アンカーハブ16を固定するにより行っ
た。この固定は、アンカーボルト19a付きのコンクリ
ート打込みプレート19をコンクリート束柱18に設置
し、スタッドボルト20a付きの鋼製プレート20を位
置決め後に前記コンクリート打込みプレート19に現場
溶接する。
【0025】そして、前記アンカーハブ16はベース板
16aをスタッドボルト20a付きの鋼製プレート20
上に重ね、スタッドボルト20aを介してナット止めす
る。
【0026】建物1の躯体との接合についても種々考え
られるが、図示の実施形態では建物1の屋上のパラペッ
ト部分の屋上内側にケミカルアンカー21で建物1に固
定した鋼製のアンカープレート22を設置し、このアン
カープレート22とアンカーハブ16はベース板16a
を通しボルト23で締結した。なお、この他に梁に直接
アンカーするような方法も可能である。
【0027】本実施形態では、下屋式ラーメンとして張
出す複層立体ラチス構造体6の外側面に強化ガラス24
を設置するものとした。この強化ガラス24は壁面と屋
根面を構成し、複層立体ラチス構造体6内を半開放型の
歩廊やアトリウムとする。前記強化ガラス24は通常の
フロートガラス、合わせガラス、アクリル樹脂板等の透
明板に代用できる。
【0028】強化ガラス24はアルミ押出形材による枠
材25をボルトでアンカーハブ16やボールジョイント
7に固定して並列するアンカーハブ16に該枠材25を
掛け渡し、前記強化ガラス24の端を枠材25に挿入固
定した。
【0029】建物1が地震を受けた場合、下屋式ラーメ
ンとして張出す複層立体ラチス構造体6は建物1の桁行
方向の一部または全部を覆うことにより、建築物1に入
る水平力を負担して、建物全体のせん断(水平)剛性と
強度を上げることができる。
【0030】前記本発明による複層立体ラチス構造体6
は、ボールジョイント7を用いたシステムトラスであ
り、トラス構造が剛性は高いが変形能力が少ないという
特徴を有することに加えて接合部にエネルギー吸収能力
を発揮させ、変形能力を向上させることができる。
【0031】ボールジョイントタイプのシステムトラス
部材に引張力が作用した場合、その接合部はボルトの引
張接合となる。ボルトである引張部材の降伏ではボルト
のネジ部が脆性的に破壊する。
【0032】また、上弦材8、下弦材9、斜材10等の
トラス材はパイプであり、圧縮材である。前記複層立体
ラチス構造体6では前記引張部材の降伏の他に圧縮材の
座屈が生じ、この座屈は壁面の斜材10の連鎖的な座屈
が先行する。屋根面のトラスは剛床である必要があり
(座屈させない)、支承部辺りも最後に座屈させる。
【0033】このような引張部材の降伏や圧縮部材の降
伏で複層立体ラチス構造体6によるトラス耐力壁全体が
制振ダンパー(巨大な壁式ダンパー)となり、既存RC
などの建築物の柱または梁が破壊に至る前に、順次、ト
ラス節点間変位を許容させ、その復元力特性により全体
として大きな地震エネルギーを吸収する。
【0034】さらに、既存RCなどの建築物の最上階な
ど上部の地震時応答変位を押えることにより振動性状を
変化させ地震力を低減させることができる。図7、図8
にボールジョイントを用いた(アルミ合金製)システム
トラス壁(二層立体ラチス平板)の面内せん断力に対す
る復元力特性を示す。図7は引張部材降伏先行型であ
り、図8は圧縮部材降伏先行型である。復元力特性はど
ちらにおいても紡錘型の履歴特性を示す。
【0035】図9に前記制振ダンパーである複層立体ラ
チス構造体6のボールジョイント7接合部の復元力特性
を示す。
【0036】以上述べた実施形態では、金属製システム
トラスとして、アルミニウム合金製のシステムトラスの
例について説明したが、鋼製のシステムトラスでもよ
く、また、ボールジョイント部も鋼製ボールジョイント
を使用するものでもよい。
【0037】さらに、建物は既存の他新築も対象とな
り、また、S造、RC造、SRC造、木造のいずれを問
わない。
【0038】また、金属製システムトラス5を用いた複
層立体ラチス構造体6は下屋式ラーメンとして張出すも
のあれば、種々の応用が可能であり、図10のように屋
根部の幅を広くしたもの、図11、図12に示すように
屋根部または壁部の傾斜を付けたもの、図13に示すよ
うに水平ブレース26で建物1との間につなぎを設けた
ものなどである。この場合でも複層立体ラチス構造体6
と建物1との接合は最上階に限定されず任意階でよい。
【0039】
【発明の効果】以上述べたように本発明の建築物の耐震
補強構造は、既存の建物に対して外部から耐震補強を施
工することができるため、住人の生活に支障を来たすこ
となく施工することができ、特に、耐震要素の補強や構
造部材単独の補強が困難な建物に対し好適な耐震補強を
施工することができる。
【0040】しかも、複層立体ラチス構造体が建築物に
入る水平力を負担して建物全体のせん断(水平)剛性と
強度を上げることができる、また、該複層立体ラチス構
造体全体が制振ダンパー(巨大な壁式ダンパー)とな
り、既存RCなどの建築物の柱または梁が破壊に至る前
に、順次、トラス節点間変移を許容させ、全体として大
きな地震エネルギーを吸収することができるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の建物の耐震補強構造の1実施形態を示
す縦断側面図である。
【図2】アルミトラスの説明図である。
【図3】ボールジョイントとの接合を示す縦断正面図で
ある。
【図4】ボールジョイントとの接合を示す縦断側面図で
ある。
【図5】本発明の建物の耐震補強構造の1実施形態を示
す要部の縦断側面図である。
【図6】本発明の建物の耐震補強構造の1実施形態を示
す他の要部の縦断側面図である。
【図7】ボールジョイントを用いたシステムトラス壁の
引張部材降伏先行型の復元力特性を示すグラフである。
【図8】ボールジョイントを用いたシステムトラス壁の
圧縮部材降伏(座屈)先行型の復元力特性を示すグラフ
である。
【図9】ボールジョイントを用いたシステムトラス壁の
接合部の復元力特性を示すグラフである。
【図10】本発明の建物の耐震補強構造の応用例の第1
例を示す側面図である。
【図11】本発明の建物の耐震補強構造の応用例の第2
例を示す側面図である。
【図12】本発明の建物の耐震補強構造の応用例の第3
例を示す側面図である。
【図13】本発明の建物の耐震補強構造の応用例の第4
例を示す側面図である。
【図14】従来例を示す平面図である。
【図15】従来例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
1…建物 2a,2b…構面 2′…骨組 3…下屋式ラーメン 4a…柱状部材 4b…梁状部材 5…金属製システムトラス 6…複層立体ラチス
構造体 7…ボールジョイント 8…上弦材 9…下弦材 10…斜材 11…ストラット 12…エンドプラグ 13…ベアリングボ
ルト 14…カラー 15…ピン 16…アンカーハブ 16a…ベース板 17…基礎 18…コンクリート
束柱 19…コンクリート打込みプレート 19a…アンカーボルト 20…鋼製プレート 20a…スタッドボルト 21…ケミカルアン
カー 22…アンカープレート 23…通しボルト 24…強化ガラス 25…枠材
フロントページの続き (72)発明者 石川 浩一郎 福井県福井市大願寺1丁目1番33号大願寺 宿舎1−35 Fターム(参考) 2E176 AA01 AA07 BB29

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属製システムトラスを用いた複層立体ラ
    チス構造体を梁間方向に下屋式ラーメンとして張出し、
    桁行方向の一部または全部を覆うことを特徴とした建物
    の耐震補強構造。
  2. 【請求項2】複層立体ラチス構造体の外側面にガラス等
    の透明板を配設した請求項1記載の建物の耐震補強構
    造。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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