JP2004176460A

JP2004176460A - 耐震補強構造

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Publication number: JP2004176460A
Application number: JP2002345758A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ofuji; 大助大藤
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP3981949B2

Abstract

【課題】既存建物の耐震補強を簡略な構造で行う。
【解決手段】既存建物１の桁行方向の耐震補強を行うために妻側に補強フレーム２を新設する耐震補強構造であって、補強フレームは、既存建物の妻側外壁面１ａに位置する既存外周柱３の外側の位置に単独で立設された新設柱４と、新設柱と既存外周柱との間に架設された新設梁５と、新設柱と既存外周柱との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパー７とからなる。補強フレームは、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に架設された水平ブレースを有する。制震ダンパーはブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、ダンパー本体の外側に装着されてその面外座屈を拘束する拘束部材からなる。新設柱としてコンクリート充填鋼管柱を採用する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は既存建物を対象とする耐震補強構造、特に既存建物の妻側に新設した補強フレームによって桁行方向の耐震補強を行うようにした耐震補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、中高層の集合住宅建物の形態としては一方向（長辺方向＝桁行方向）に長いいわゆる板状形と称される形態が一般的であり、そのような形態の建物の構造形式としては、長辺方向をラーメン架構による純ラーメン構造、他方向（短辺方向＝スパン方向）をラーメン架構に耐震壁を併用した構造とすることが一般的である。
【０００３】
ところで、上記のような形態で上記のような構造とされる建物では、耐震壁を多く設けたスパン方向に比較して純ラーメン構造とされる桁行方向の耐震性能が充分でない場合が多く、過去に建設されたものでは現在の耐震基準を満足し得ない場合もあるので、そのような既存建物に対しては桁行方向の耐震補強が必要とされる。
【０００４】
しかし、既存建物に対する上記のような耐震補強を既存建物の内部に対して行うことは、特に集合住宅建物の場合には居住しながらの改修工事が不可能であるので現実的ではなく、一般的には長手方向の外壁面（集合住宅建物ではバルコニーが設けられる南面、あるいは共用廊下が設けられる北面であることが多い）に頑強な補強フレームを新設して既存建物に一体化するという手法が考えられている。しかし、集合住宅建物のバルコニー面に対して新たな外周フレームを設けることは各住戸への採光が大きく阻害されてしまうので好ましくないし、各住戸に対する工事騒音や振動も無視し得ないので、居住しながらの改修工事はやはり困難である。
【０００５】
そのため、たとえば特許文献１に示されるように、既存建物の妻側に補強フレームを設けることで桁行方向の補強を行うことも提案されている。これは、新設柱と新設梁とによる層状の架構を持つ新設フレームを既存建物の妻側に設けて、その新設フレームと既存建物とを各層のスラブ等を連結手段として連結し、新設フレーム内に振動制御手段を設けるというものである
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１４５１６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示される耐震補強構造によれば、改修により居住性が損なわれることはないし、改修工事が妻側に限定されるので居住しながらの工事も可能ではあるが、少なくとも４本の新設柱とそれらの間の各層に架設する多数の新設梁とによる大がかりな新設フレームを必要とするので、それを設置するためには妻側に充分なスペースが必要であり、当然にそのような設置スペースを確保できない場合、あるいはそのために外部階段等の既存構造物の撤去や盛り替え等を必要とする場合には適用することが困難である。また、そのような大規模な新設フレームを設けることから必然的に改修工事に少なからぬ工期と工費が必要となる。
【０００８】
以上のことから、特許文献１に示されるような補強策は有効であるものの広く普及するに至っておらず、より簡略かつ有効に補強を行い得る手法の開発が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明の耐震補強構造は、既存建物の桁行方向の耐震補強を行うために妻側に補強フレームを新設する耐震補強構造であって、補強フレームは、既存建物の妻側外壁面に位置する既存外周柱の外側の位置に単独で立設された新設柱と、その新設柱と既存外周柱との間に架設された新設梁と、新設柱と既存外周柱との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパーとからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明の耐震補強構造における補強フレームは、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に架設された水平ブレースを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の耐震補強構造における制震ダンパーは、両端部が新設柱と既存外周柱に対して固定されてブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、ダンパー本体の外側に装着されてその面外座屈を拘束する拘束部材からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１，２または３の発明の耐震補強構造における新設柱は、鋼管内にコンクリートを充填した構造のコンクリート充填鋼管柱であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。本実施形態における補強対象の既存建物１は、低層部がＳＲＣ造、高層部がＲＣ造とされた１０階建ての板状の形態の集合住宅建物であり、桁行方向がラーメン構造、スパン方向が耐震壁構造とされていて、スパン方向に較べて桁行方向の耐震性能が充分ではないことから、桁行方向の耐震性能を向上させるべく本発明の耐震補強構造を適用するものである。
【００１４】
図１〜図２に示すように、本発明の耐震補強構造は、既存建物１の両妻側にそれぞれ補強フレーム２を新設することで桁行方向の耐震補強を行うものである。補強フレーム２は、図３〜図４に詳細を示すように、既存建物１の妻側外壁面１ａに位置する既存外周柱３の外側の位置に単独で立設された１本の新設柱４と、その新設柱４と既存外周柱３との間に架設された新設梁５と、新設柱４と妻側外壁面１ａとの間に架設された水平ブレース６と、既存外周柱３と新設柱４との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパー７とからなる。
【００１５】
本実施形態では、新設柱４としてたとえば角形鋼管内にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱が採用され、その柱脚が新設基礎８および新設杭９により支持されて立設されている。また、本実施形態における新設梁５としてはたとえば鋼管等の鉄骨梁が採用され、その一端は新設柱４に対してガセットプレート１０を介してボルト締結され、他端は既存外周柱３の鉄骨３ａを斫り出してそれに溶接したガセットプレート１１に対してボルト締結されている。また、上記の水平ブレース６はたとえばＨ形鋼等の鋼材からなり、妻側外壁面１ａに後付けアンカー１３により固定されたチャンネル鋼材等からなる補強材１４と新設柱４との間に架設され、その水平ブレース６の中間部と補強材１４との間にはアングル材等からなる２本の座屈止め１５が設けられ、これら水平ブレース６と座屈止め１５により新設柱４のスパン方向への振れ止めがなされるようになっている。
【００１６】
本実施形態における制震ダンパー７としては図５に示す構造の鋼材ダンパー（いわゆるアンボンドブレースダンパー）が採用され、図１に示すように新設柱４と既存外周柱３との間に全体としてジグザク状に設けられている。
【００１７】
この制震ダンパー７は帯板状の平鋼板からなるダンパー本体２０と、その外側に装着される拘束部材２１からなる。ダンパー本体２０は、一端がガセットプレート１０を介して新設柱４に対して上記のボルト締結されるとともに、他端はガセットプレート１１を介して既存外周柱３に対してボルト締結されて、既存建物１の層間変形を防止するためのブレースとして機能するとともに、その中央部には幅寸法が狭められた降伏部２０ａが形成されていて、所定の軸力を受けた際に降伏部２０ａが降伏して塑性変形し、それにより振動エネルギーを吸収して制震効果が得られるものとなっている。なお、ダンパー本体２０の素材としては、普通鋼の他、低降伏点鋼が好適に採用可能であるし、いずれにしてもダンパー本体２０の材質や厚み、長さ、降伏部の形状等を設定することで所望の制震効果を得ることができる。
【００１８】
拘束部材２１は、緩衝材２２を介してダンパー本体２０を両面側から挟み込む対のチャンネル鋼材２３と、チャンネル鋼材２３のフランジに装着されてボルト締結されることで双方のチャンネル鋼材２３を連結する対のカバープレート２４からなり、この拘束部材２１によりダンパー本体２０の軸方向変形が許容されつつ面内変形および面外変形が拘束されて座屈が確実に防止されるものとなっている。符号２５はチャンネル鋼材２３およびダンパー本体２０を貫通している綴りボルト、２６，２７はチャンネル鋼材２３の外面に取り付けられた補剛用の縦リブおよび横リブ、２８はダンパー本体２０の両端部をガセットプレート１０，１１に締結するためのリブプレートである。
【００１９】
上記の耐震補強構造によれば、耐震性能が充分でない桁行方向のラーメン架構の両側に補強フレーム２を設けることで、その補強フレーム２がバットレスと同様に機能して補強効果が得られて既存建物１の桁行方向の変形が有効に抑制され、かつ補強フレーム２に組み込んだ制震ダンパー７により地震時の振動が軽減、減衰されて優れた制震効果が得られる。
【００２０】
そして、上記の耐震補強構造は、桁行方向のラーメン架構を１スパンずつ両側に延長した形態で簡略な補強フレーム２を妻側に設けるだけであるので、改修に伴って居住性が損なわれるようなことは全くないし、さしたる設置スペースを必要とせず、改修工事も居住しながら短期間で安価に実施することが可能であるので、特に集合住宅建物に適用するものとして最適である。
【００２１】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような様々な変形、応用が可能である。
【００２２】
上記実施形態では補強フレーム２を既存建物の角部に位置する隅柱に対して設けるようにしたが、補強フレーム２は隅柱に限らず妻側外壁面に位置している外周柱に対して設ければ良く、既存建物１の形態や、桁行方向の既存の架構形式、敷地形状等の条件を考慮して補強フレーム２の設置位置を設定すれば良い。
【００２３】
また、補強フレーム２の構造や形態は、既存建物１に対する所望の補強効果が得られ、かつ制震ダンパー７により所望の制震効果が得られるように設計する限りにおいて任意である。上記実施形態においては新設柱４としてコンクリート充填鋼管柱を採用し、新設梁５としては鉄骨梁を採用したので、小断面で充分な剛性を確保できるし施工性にも優れるという利点があるが、新設柱４や新設梁５としては他の構造のものも採用可能である。さらに、上記実施形態では新設柱４の振れ止めとして水平ブレース６と座屈止め１５を設けたが、新設柱４および新設梁５のみで充分に強固で安定な設計とすれば水平ブレース６を省略することも可能である。
【００２４】
制震ダンパー７としては上記実施形態で採用したアンボンドブレースダンパーが最適ではあるが、補強フレーム２にブレースの形態で設置することができ、所望の制震効果が得られるものであれば、他の構造、形式の制震ダンパーを採用することも妨げるものではない。勿論、制震ダンパーの設置位置や設置台数は所望の制震効果が得られるように任意に設計すれば良い。
【００２５】
上記実施形態では新設柱４を支持するための新設基礎８と新設杭９を設けたが、地盤状況等によっては杭の省略が可能である。なお、杭を設ける場合にはその構造や施工法は任意であるが、回転埋設鋼管杭を採用すると無騒音、無振動、無排土での工事が可能であるし大型重機も必要としないので、居住しながら改修工事を行う場合にはそれを採用することが好ましい。
【００２６】
上記実施形態では、補強対象の既存建物１の構造が低層部でＳＲＣ造、高層部でＲＣ造であることから、低層部においては既存外周柱３の鉄骨３ａを斫り出してそれにガセットプレート１１を溶接し、高層部では後付けアンカー１３を用いて補強材１４を妻側外壁面１ａに固定するようにしたが、制震ダンパー７や新設梁５、あるいは水平ブレース６を既存建物１に対して固定するための具体的な構造は既存建物１の構造や形態に応じて任意に設定すれば良い。いずれにしても、居住しながらの工事を行う場合には既存建物１に対する斫り工事やアンカー工事は可及的に低騒音、低振動の工法を採用することが好ましい。
【００２７】
なお、上記実施形態は１０階建ての集合住宅建物を対象とした場合の一例であるが、本発明は補強フレーム２を設置するだけのわずかなスペースが確保できることを条件として、様々な用途、規模、形態の建物を対象として広く適用できることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、既存建物の妻側に、単独で立設した新設柱と、新設柱と既存外周柱との間に架設した新設梁と、新設柱と既存外周柱との間に介装した制震ダンパーとからなる補強フレームを設けた構造であるので、補強フレームがバットレスとして機能して優れた補強効果が得られて既存建物の変形が有効に抑制され、かつ制震ダンパーにより地震時の振動が軽減、減衰されて優れた制震効果が得られることはもとより、既存の桁行方向の架構を１スパンずつ両側に延長した形態の極めて簡略な補強フレームを妻側に設けるだけであるので、改修に伴って居住性が損なわれるようなことはなく、さしたる設置スペースを必要とせず、改修工事も建物を使用しながら短期間で安価に実施することが可能であり、特に集合住宅建物に適用するものとして最適である。
【００２９】
請求項２の発明は、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に水平ブレースを架設したので、新設柱に対する振れ止め効果が得られて補強フレームの剛性を確保し易い利点がある。
【００３０】
請求項３の発明は、制震ダンパーとして、ブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、その外側に装着されてダンパー本体の面外座屈を拘束する拘束部材からなる構造のものを採用したので、優れた補強効果と制震効果を併せて得ることができる。
【００３１】
請求項４の発明は、新設柱として鋼管内にコンクリートを充填した構造のコンクリート充填鋼管柱を採用したので、小断面で充分な剛性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である耐震補強構造の概要を示す正面図である。
【図２】同、平面図である。
【図３】同、要部詳細図である。
【図４】同、要部詳細図である。
【図５】同、制震ダンパーの一例を示す図である。
【符号の説明】
１既存建物
１ａ妻側外壁面
２補強フレーム
３既存外周柱
３ａ鉄骨
４新設柱
５新設梁
６水平ブレース
７制震ダンパー
８新設基礎
９新設杭
１０，１１ガセットプレート
１３後付けアンカー
１４補強材
１５座屈止め
２０ダンパー本体
２０ａ降伏部
２１拘束部材
２２緩衝材
２３チャンネル鋼材
２４カバープレート
２５綴りボルト
２６縦リブ
２７横リブ
２８リブプレート

Claims

既存建物の桁行方向の耐震補強を行うために妻側に補強フレームを新設する耐震補強構造であって、補強フレームは、既存建物の妻側外壁面に位置する既存外周柱の外側の位置に単独で立設された新設柱と、その新設柱と既存外周柱の間に架設された新設梁と、新設柱と既存外周柱との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパーとからなることを特徴とする耐震補強構造。
補強フレームは、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に架設された水平ブレースを有することを特徴とする請求項１記載の耐震補強構造。
制震ダンパーは、両端部が新設柱と既存外周柱に対して固定されてブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、ダンパー本体の外側に装着されてその面外座屈を拘束する拘束部材からなることを特徴とする請求項１または２記載の耐震補強構造。
新設柱は、鋼管内にコンクリートを充填した構造のコンクリート充填鋼管柱であることを特徴とする請求項１，２または３記載の耐震補強構造。