JP2005139868A - 鉄骨門型及び四方枠型ラーメンフレームによる木造建物の耐震等の補強に関する工法 - Google Patents

Abstract

【課題】木造の柱，梁はそのままとしながら、開口部分を更なる壁でふさぐことなしに骨組み自体の補強が出来、もっと自由に耐震壁の撤去、或いは耐震壁で邪魔とされない広い住空間が可能となるような手軽な方法での補強方法を提供する。
【解決手段】補強用鉄骨ラーメンフレームを木造骨組み内側に木造フレームとは独立させて１スパン単位ではめ込む。木造の筋違い壁構造と鉄骨造での柔構造の特性を持つラーメンフレーム構造は、水平剛性において同程度の剛性を持たすことが可能なことから、鉄骨ラーメンフレーム構造は木造の筋違い壁構造に替わる合理的な補強方法となる得る。この柱と梁材のみで構成される鉄骨ラーメンフレームの補強により、従来工法では必要となるであろう新たな筋違い入りの壁は不要となり、更なる住空間の確保が可能となる。また、既存改修の場合は工事範囲も最小限で済み、工期及び工事費の削減も期待できる工法となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、木造建物の骨組みの１スパンの中に、部分的補足的に鉄骨門型及び四方枠型ラーメンフレームを取り込んだ木造建物の骨組みの補強に関するものである。

木造のフレーム形式としてはいわゆる在来工法として、柱及び梁を主体にして各階に平面的にバランス良く筋かい入りの壁を配置した構造が一般的であり、他の工法としては２×４工法に代表されるパネル形式の工法などが多く用いられている。これらのフレームの補強工法としては、部材を更に大きな物としたり、新たに筋かいを増やすなど、基本的には従来工法の延長線上での工法が採られているのが一般的である。また、既存フレームをそのままにしての補強方法としては、主にそれら部材同士をつなぐジョイント部に限られており、施工性が良い、力の伝達が確実な金属金物が多種多様に用いられている。
１．柱，梁，筋かいの構造
柱と梁でフレームが構成され、平面的にバランス良く筋かい入りの耐震壁が配置される、いわゆる木造在来工法で最も一般的となるフレーム形式である。水平方向外力に対し、筋かい入りの耐震壁が負担するフレーム形式である。
２．パネル構造
２×４工法に代表されるフレーム形式で、枠付きパネル材の組み合わせにより、柱及び筋かい入りの耐震壁に替える工法である。水平方向外力を負担する部材が板状のパネルとなり、筋かい材に比べ剛性が高く、更にパネル部分の壁がすべて耐震性を持つため全体として耐震性の高い構造となる。
これらの構造からなるフレーム形式は、新築においてはあえて本件のような補強としての概念は余り必要なく、構造条件にかなう範囲での住空間の設計としているが、特に本件のような補強としての概念が必要となる場面の多くは既存の建物の改修の場合となる。すなわち既存の耐震壁を無くしたいような時、或いは更なる耐震性能向上のために既存の開口部分を保持しながら耐震壁に相当する補強が必要な時である。このような木造フレーム自体の補強といったとき、従来の工法においては構造上の余力の範囲内で撤去するか、或いは撤去する耐震壁に相当する耐震壁を他の箇所に新設するか、その対応策においては、限定されたものとなっている。

木造建物における従来の工法において、既存の耐震壁を無くしたい場合、或いは耐震性能向上のため新たに耐震壁を増設させたいような場合、殆どの場合で新たな耐震壁を既存開口部分に増設するか、既存の非耐震壁部分を耐震壁へ改造するかのどちらかの工法の採用となっている。前者については、せっかくの既存の空間の大きな犠牲を伴い、また後者については平面的にバランスの良い位置にそういった非耐力壁が無い可能性もある。昨今の住環境においてより大きな広い空間が求められている中、従来の工法にける課題としては、既存の柱，梁はそのままとしながら、既存の開口部分を新たな壁でふさぐことなしにもっと手軽な方法で構造フレーム自体の補強が出来、もっと自由に耐震壁の撤去が可能となるような補強方法がなかなか無いことであり、この様な補強方法が是非とも必要とされていることである。

本件は前項で挙げる木造建物の従来工法における主な課題に対し、有効な解決策を与えるものとして提案される。その基本的な考え方としては、特に地震時のような強い水平力が発生した場合に対し、木造建家全体の構造的特性において著しい応力分布の集中や偏りが発生しないような、木造筋かいに替わる鉄骨フレームを木造フレームに取り込むことにある。この様な構造的考え方の根拠となることとして、木造の筋かい構造が鉄骨の場合のブレース構造に比べ水平力負担時の変形量が非常に大きくなることが上げられる。このことは、言い換えれば部材強度の高い鉄骨材とするならば、木造の筋かい構造は、小さな断面の鉄骨材での柔構造であるラーメンフレームに置き換えられることを示唆するといえる。これらを踏まえて、従来工法における主な課題で取り上げられた２つの場合の例についての考慮されるべき点は以下のようなことが挙げられる。
１．既存建物改修での筋かい壁の撤去
この場合の補強の目的としては当然計画される住空間において既存の壁がじゃまな存在となる場合であり、新たな壁でふさぐことなしに既存の筋かい壁に相当する耐震性能の確保が必要となる。更にはまた、壁に付帯する柱の撤去もあり、その柱が支えるべき鉛直力も負担しなければならない。
２．既存建物での更なる耐震性能向上のための補強
前項でもふれたように平面的にバランスの良い位置に非耐力壁がある場合はその壁に筋かい材を増設する工法が良いであろうが、その様な適当な位置に壁がない場合については開口部位置での補強となり、この場合についても新たな壁でふさぐことなしに筋かい壁に相当する耐震性能の確保が必要となる。
前記構造的特性を踏まえてこれらの場合を考慮するとき、この発明の特徴としている木造の柱及び梁の内側に木造フレームとは独立させた鉄骨材による門型及び四方枠型ラーメンフレームを１スパン単位ではめ込むことは、これらのことを解決させる最も合理的な補強方法として提案出来るものとなる。

鉄骨門型及び四方枠型ラーメンフレームは、柱及び梁材のみで構成されるため空間を遮蔽する壁と違い、既存住空間の犠牲を最小限にし、或いは新築時には更なる空間確保が可能となる。即ち、柔構造でもある鉄骨ラーメン構造での強靱な補強となるため、本来必要となるであろう筋かい入りの壁も不要となり、更なる住空間の確保が可能となる。

木造建物の中で、主な骨組みが柱，梁材により構成される、いわゆる在来工法における場合の既存建物の耐震補強やリニューアル工事、或いは新築に際し、木造部分のフレームを補強する目的で本工法が採用される。この発明の一実施形態を、図１に示す。木造部分のフレーム補強を実現する為、木造の骨組みとは応力伝達が必要な部分のみ接触、又は接合させた鉄骨門型及び四方枠型ラーメンフレームを、補強すべき箇所の木造フレーム内側に１スパン単位ではめ込むかたちで採用される。この例では、主に地震時に発生する大きな水平力を鉄骨ラーメンフレームに伝達させるために、鉄骨フレーム上部と既存の木造梁との間に応力伝達金物を設置している。
鉄骨フレームの設計手法例としては、地震時などの想定される２階床面の変位量に対し、撤去前の耐震壁の筋かい材及び柱材が負担すべき水平力に相応する剛性を持った鉄骨フレームとすれば良いことになる。

「実施形態の効果」
図１に示されるよう従来工法のＡ区間の開口部分に対し、この補強により筋かい入りの壁に代わりオープンな空間が確保されることになり、耐震性能を損なうことなしに更に大きなＢ区間の開口部分とすることが可能となる。従来工法においては新たに別の箇所に撤去した分の耐震壁を設置する必要が生じるが、この補強ではその様な工事はなく、工事費及び工期においても大きな削減効果が期待出来る。

図１から図４については、鉄骨門型ラーメンフレームを木造の柱材と梁材の内側にはめ込む場合についての実施例、図５から図８については、鉄骨四方枠型ラーメンフレームを木造柱梁材とは独立して施した場合についての実施例を示す。 既存建物改修での筋かい壁の撤去時の補強断面例図 水平力伝達金物詳細例図 この例では、既存の木造の梁と新設される補強用の鉄骨フレームとの間の施工誤差を、上側と下側の二枚の板各々４５°逆方向のボルト用ルーズホールにより処理している。 図１のＣ部鉄骨柱脚部詳細例図 この例で示す補強用の鉄骨フレーム柱脚部接合法の特徴としては、接合ボルトを木造土台部分に接合する剪断力負担ボルトと、コンクリート基礎部分に接合する引張り力負担ボルトに分けていることである。 図１のＤ部鉄骨柱梁仕口部及びジョイント部詳細例図 この例では、鉄骨フレームの一般的な仕口部及びジョイント部の剛接合としての接合法を示す。 補強鉛直鉄骨フレーム上部水平鉄骨フレーム例図 四方枠型ラーメンフレームによる補強断面例図 図６のａ断面及びｂ断面図 図６のＥ部鉄骨柱脚部詳細例図

符号の説明

以下図面上においては、鉄骨門型及び四方枠型両ラーメンフレームの一般称として、補強鉄骨フレームとして表示する。
Ａ：改修前開口部範囲、Ｂ：改修後開口部範囲
Ｃ：鉄骨門型ラーメンフレーム柱脚部
Ｄ：鉄骨門型ラーメンフレーム柱梁仕口部及びジョイント部
Ｅ：鉄骨四方枠型ラーメンフレーム柱脚部
▲１▼：撤去部耐震壁の筋かい材及び柱材、▲２▼：木造柱材
▲３▼：木造梁材、▲４▼：補強鉄骨フレーム
▲５▼：水平力伝達金物
▲６▼：木造梁材側水平力伝達金物、▲７▼：鉄骨側水平力伝達金物
▲８▼：二枚の板各々４５°逆方向のボルト用ルーズホール
▲９▼：ボルト、ナット用座金
▲１０▼：ベースプレート補強リブプレート
▲１１▼：剪断力負担ボルト、▲１２▼：ベースプレート
▲１３▼：引張り力負担ボルト、
▲１４▼：木造土台、▲１５▼：コンクリート基礎
▲１６▼：補強鉄骨フレーム梁材
▲１７▼：補強鉄骨フレーム柱材
▲１８▼：補強鉄骨梁ジョイント部
▲１９▼：柱梁仕口部補強リブプレート
▲２０▼：補強鉄骨フレーム上部水平力伝達フレーム
▲２１▼：柱際に補強鉄骨フレームを設置する側
▲２２▼：壁内に補強鉄骨フレームを設置する側
▲２３▼：壁内木造間柱
▲２４▼：木造土台アンカーボルト

Claims (1)

1. 既存、又は新築の木造の骨組みを補強するため、１スパン単位で木造の骨組みとは独立した鉄骨門型ラーメンフレー厶を木造の柱材と梁材の内側にはめ込むように施した、鉄骨フレームによる、既存、又は新築木造骨組みの補強に関する工法。
   ここでいう独立した門型ラーメンフレームとは、柱材と梁材がそれぞれ剛に接合された２本の柱と１本の梁から成り、木造の骨組みとは応力伝達が必要な部分のみ接触、又は接合させた、フレームをいう。

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