JP2006226054A - 鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】より低廉な施工コスト及びより少ない施工作業量で、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物に高度の耐震性能を付与することのできる、耐震補強工法を提供する。
【解決手段】鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置する鉄筋コンクリート柱の外壁面側に沿わせて鉄骨柱を設け、該鉄骨柱を該鉄筋コンクリート柱に緊結することによって、該鉄筋コンクリート柱を補強する。隣り合った鉄筋コンクリート柱に設けた前記鉄骨柱どうしを１本または複数本の鉄骨梁で連結して鉄骨骨組を形成し、その際に、該鉄骨梁は、前記建物に緊結せずに前記建物から分離させた状態で、前記建物の外壁面に沿って略々水平に延在させて、その両端を前記鉄骨柱に剛結合する。以上により、地震発生時に前記建物に加わる水平力の一部を前記鉄骨骨組が負担するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物を、その建物の外部に付加する鉄骨骨組によって耐震補強するようにした、耐震補強工法に関する。

既存の鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）建物で築年数の長いものの中には、現行の建築基準法の耐震基準を満足しないものがある。そのような建物については、近年、耐震診断及び耐震補強を行って、耐震性能を向上させる例が増えつつある。ＲＣ造ラーメン構造の既存建物の典型的な耐震補強工法は、その建物のラーメン骨組に、ＲＣ造または鉄骨造の耐震補強ブレースを設けるというものであり、この場合、耐震補強ブレースは建物の内部に設けられる。

このような耐震補強ブレースによる耐震補強工法では、建物に付加する耐震補強ブレースが、その建物の採光面にかかることが多く、建築計画的な面で問題がある。また、施工的な面でも、建物内部で工事を行うため、建物の使用期間中は騒音及び振動の問題により工事を行えず、その結果、例えば校舎の耐震補強工事などでは、工事を行うのが休日のみに限定され、工期が長期に亘ることになりがちであった。また、建物の内部での補強工事が大部分であることから、補強のための資材の搬入にも多大の労力を要していた。

かかる事情から、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物の外面に鉄骨柱及び鉄骨梁を取付けて一体化するようにした、いわゆるブレースレス方式の耐震補強工法が提案されており、その具体例としては、例えば、特開２００４−１６９５０４などの特許公報に開示されているものがある。同特許公報に開示されたブレースレス方式の耐震補強工法では、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置するＲＣ柱に、補強用の鉄骨柱を固定して一体化し、また、かかるＲＣ柱に結合したＲＣ梁に、補強用の鉄骨梁を固定して一体化する。そして、それら補強用の鉄骨柱と鉄骨梁とを結合して構成した鉄骨架構が、その既存建物のＲＣ架構と同程度に変形するようにして、その既存建物の耐震強度を向上させている。この種のブレースレス方式の耐震補強工法によれば、既存建物の採光、設備をできるだけ損なわずに済み、また、建物の内部での工事をなくすことができるため、建物の使用中においても工事ができるなどの数々の利点が得られる。
特開２００４−１６９５０４

しかしながら、特開２００４−１６９５０４に記載の耐震補強工法は、既存建物の外壁部のＲＣ柱とＲＣ梁とを夫々に補強用の鉄骨柱と鉄骨梁とで補強する方式であるため、所要の耐震性能を得る上で合理的な方式とはいい難く、また、施工コスト及び施工作業量の面でも改善することが望まれる。

本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、より低廉な施工コスト及びより少ない施工作業量で、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物に高度の耐震性能を付与することのできる、耐震補強工法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法は、鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置する鉄筋コンクリート柱の外壁面側に沿わせて鉄骨柱を設け、該鉄骨柱を該鉄筋コンクリート柱に緊結することによって、該鉄筋コンクリート柱を補強し、隣り合った鉄筋コンクリート柱に設けた前記鉄骨柱どうしを１本または複数本の鉄骨梁で連結して鉄骨骨組を形成し、その際に、該鉄骨梁は、前記建物に緊結せずに前記建物から分離させた状態で、前記建物の外壁面に沿って略々水平に延在させて、その両端を前記鉄骨柱に剛結合するようにし、以上により、地震発生時に前記建物に加わる水平力の一部を前記鉄骨骨組が負担するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、地震発生時に既存建物に加わる水平力の一部を負担する鉄骨骨組を構成する鉄骨梁を、耐震補強する建物に緊結せずにその建物から分離させた状態で、その建物の外壁面に沿って略々水平に延在させて、その両端を前記鉄骨梁に剛結合するようにしているため、この鉄骨梁の設計自由度が高く、特に、この鉄骨梁の曲げ剛性を適宜設計することによって、想定される地震時の建物の振動特性に適合した耐震性能を実現することが可能になる。また、耐震補強用の鉄骨骨組を、従来の方法と比べて、より低廉な施工コスト及びより少ない施工作業量で構成することができる。

以下に本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明して行く。図１の（Ａ）は本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の第１の具体例を示した平面図、（Ｂ）は同じく立面図であり、図示例の建物１０は３階建ての校舎である。

本発明に係る耐震補強工法は、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物１０に耐震補強を施すための工法である。本発明の耐震補強工法においては、先ず、建物１０の外壁部１２に位置する鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）１４の外壁面側に沿わせて鉄骨柱１６を設け、この鉄骨柱１６をＲＣ柱１４に緊結することによって、ＲＣ柱１４を補強する。鉄骨梁１６としてはＨ形鋼や溝形鋼を用いることができ、またその場合に、補強しようとするＲＣ柱１４の建物外壁面側の部分を包み込むようにして鉄骨梁１６を設けるようにするとよい。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、鉄骨柱１６をＲＣ柱１４に緊結する方法の２つの具体例を示した図であり、建物１０のＲＣ柱１４の部分の水平断面図である。図中１８は建物１０のＲＣ梁である。尚、図２においても、その他の図においても、鉄筋コンクリート構造部分に配筋されている鉄筋は、図を見易くするために図示省略した。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した２つの具体例では、鉄骨柱１６として、両フランジ間の内法寸法をＲＣ柱１４の幅寸法より僅かに大きな寸法にして製作したＨ形鋼を使用しており、ＲＣ柱１４の建物外壁面側の部分を、そのＨ形鋼のウェブの一方の側の空間に収容するようにして、鉄骨梁１６をＲＣ柱１４に取付けている。そして、図２（Ａ）では、鉄骨梁１６とＲＣ柱１４との間に無収縮モルタル２０を充填し、両者を後打ちアンカーボルト２２で結合することによって、鉄骨柱１６をＲＣ柱１４に緊結している。また、図２（Ｂ）では、両者の間に硬化性樹脂２４を注入することによって、鉄骨柱１６をＲＣ柱１４に緊結している。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ＲＣ柱１４に緊結した鉄骨柱１６の柱脚部の２つの具体例を示した図であり、建物１０のＲＣ柱１４の柱脚部の立面図である。図中３２は建物１０の基礎梁であり、３４は１階の床スラブである。これら２つの具体例は、鉄骨梁１６としてＨ形鋼を使用し、その鉄骨梁１６を、図２（Ａ）に示した緊結方法によって、ＲＣ柱１４に緊結している場合を示したものである。既存建物１０の耐震診断の結果、ＲＣ柱１４の柱脚部と基礎梁３２との接合部に、耐震補強を施す必要がないと判断された場合には、即ち、建物の長期荷重をＲＣ柱のみで十分に支え得ると判断された場合には、図３（Ａ）に示したように、鉄骨梁１６の柱脚部に特別の構造を設けずともよい。一方、その接合部に耐震補強が必要であると判断された場合には、即ち、建物の長期荷重を、ＲＣ柱と鉄骨柱とで協働して支えるようにすべきであると判断された場合には、図３（Ｂ）に示したように、建物１０の既存の基礎梁３２に隣接させて、鉄骨柱１６の柱脚部を固定するための基礎梁３６を新たに設け、その基礎梁３６に、鉄骨柱１６の柱脚部に溶接したエンドプレート３８を、アンカーボルト４０により固定する。

建物の外壁部に位置するＲＣ柱１４に夫々に鉄骨柱１６を緊結したならば、続いて、隣り合ったＲＣ柱１４に設けた鉄骨柱１６どうしを１本または複数本の鉄骨梁４２で連結して鉄骨骨組４４（図１参照）を形成し、その際に、鉄骨梁４２は、建物１０に緊結せずに建物１０から分離させた状態で、建物１０の外壁面に沿って略々水平に延在させて、その両端を鉄骨柱１６に剛結合するようにする。こうして形成された鉄骨骨組４４が、地震発生時に建物１０に加わる水平力の一部を負担することによって、建物１０の耐震性能の向上が達成される。

図４（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、鉄骨骨組４４の第１の具体例を示した図であり、夫々、鉄骨梁４２と鉄骨柱１６との結合部の、立面図、垂直断面図、及び水平断面図である。図４に示した具体例は、鉄骨柱１６及び鉄骨梁４２としていずれもＨ形鋼を使用し、その鉄骨梁１６を、図２（Ｂ）に示した緊結方法によりＲＣ柱１４に緊結した場合を示したものである。図中１８は建物１０のＲＣ梁、３４はＲＣ床スラブ、４６は腰壁、４８は垂れ壁、そして、５０は窓枠を取付ける開口部である。図から明らかなように、鉄骨梁４２は建物１０のＲＣ梁１８と略々同じ高さを水平に延在しているが、鉄骨梁４２とＲＣ梁１８とは一体化されておらず、両者は互いに分離している。

図５（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、鉄骨骨組４４の第２の具体例を示した図であり、夫々、鉄骨梁４２と鉄骨柱１６との結合部の、立面図、垂直断面図、及び水平断面図である。図５に示した具体例は、鉄骨柱１６及び鉄骨梁４２としていずれも溝形鋼を使用し、その鉄骨梁１６を、図２（Ｂ）に示したものと同様の緊結方法によりＲＣ柱１４に緊結した場合を示したものである。図４に示した第１の具体例と図５に示した第２の具体例とは、鉄骨柱１６がＨ形鋼か溝形鋼かという点が異なるだけである。その他の点では同じであり、この図５の具体例でも、鉄骨梁４２とＲＣ梁１８とは一体化されておらず、両者は互いに分離している。

このように、鉄骨梁４２とＲＣ梁１８とを緊結しておらず、従って、鉄骨梁４２を建物１０に緊結せずに建物１０から分離させているため、鉄骨梁１８の設計自由度が高く、特に、鉄骨梁１８の曲げ剛性を適宜設計することによって、想定される地震時の建物１０の振動特性に適合した耐震性能を実現することが可能になる。また、補強用の鉄骨梁を建物のＲＣ梁に一体化する従来の耐震補強工法と比較して、耐震補強用の鉄骨骨組４４を、より低廉な施工コスト及びより少ない施工作業量で構成することができるという利点が得られるものとなっている。

この利点について更に説明すると、本発明の方法では、既存建物１０のＲＣ柱１４とＲＣ梁１８のうち、ＲＣ柱１４は鉄骨柱１６によって補強しているが、ＲＣ梁１８は補強していない。現行の建築基準法の耐震基準を満足しない古い建物が大地震によって大規模な破壊を生じるときには、殆どの場合、最初にその建物の、ある階層のある１本のＲＣ柱が剪断破壊し、続いて当該階層の隣接するＲＣ柱が次々と剪断破壊して行くことによって、当該階層が圧潰するという破壊の仕方となる。これを防止するためには、ＲＣ柱を補強して剪断破壊に対する耐力を増大させることが必要であり、また有効であるのに対して、ＲＣ梁の補強が必要ないし有効であることは少ない。そこで、本発明に係る耐震補強工法では、ＲＣ梁１４を鉄骨梁４２で直接的に補強しないことによって、上述した利点を享受できるようにしたものである。本発明に係る方法では、鉄骨梁４２は、鉄骨柱１６と共に鉄骨骨組４４を構成することで、鉄骨柱１６の強度を高め、また、鉄骨骨組４４の制振性能を最適化するために用いられている。

このことから明らかなように、本発明に係る耐震補強工法を採用する場合には、補強しようとする建物の外壁部の主要なＲＣ柱の全てに夫々に補強用の鉄骨柱１６を設けることが望ましいのに対して、鉄骨梁４２は、その建物の外壁部の全域に亘って設けることは、必ずしも要求されるものではなく、それゆえ、必要な部分にだけ鉄骨梁４２を配するようにすればよい。図１に示した具体例では、２本の鉄骨柱１６と、それら２本の鉄骨柱１６どうしを連結する３本の鉄骨梁４２とで、鉄骨骨組４４を形成し、かかる構成の鉄骨骨組４４を建物１０の両側の外壁面の各々に３つずつ設けている。尚、２本の鉄骨柱１６どうしを連結する鉄骨梁４２の本数は、必要に応じて増減すればよく、例えば１本としてもよい。

本発明に係る方法は、鉄骨梁４２の配設に関するフレキシビリティに富んでいることも利点となっている。その具体的な一例を、図６に示す。図６の（Ａ）は本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の第２の具体例を示した平面図、（Ｂ）は同じく立面図であり、図示例の建物１０は、図１に示した３階建ての校舎と同じものである。この図６に示した具体例では、図１の具体例と同様に、２本の鉄骨柱１６と、それら２本の鉄骨柱１６どうしを連結する３本の鉄骨梁４２とで、鉄骨骨組４４を形成しているが、ただし、かかる構成の鉄骨骨組４４を、建物１０の両側の外壁面の各々に２つずつ、この建物１０の長手方向の両端に設けている。２本の鉄骨柱１６どうしを連結する鉄骨梁４２の本数を必要に応じて増減してよいことは、図１の具体例と同じである。また更に、図６の具体例においては、建物１０の長手方向の中央付近に位置する、各側面に２本ずつのＲＣ柱に設けた鉄骨柱４２は、鉄骨梁が連結されない単独の鉄骨柱としてある。

（Ａ）は本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の第１の具体例を示した平面図、（Ｂ）は同じく立面図であり、図示例の建物は３階建ての校舎である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、鉄骨柱をＲＣ柱に緊結する方法の２つの具体例を示した図であり、建物のＲＣ柱の部分の水平断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、ＲＣ柱に緊結した鉄骨柱の柱脚部の２つの具体例を示した図であり、建物のＲＣ柱の柱脚部の立面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は鉄骨骨組の第１の具体例を示した図であり、夫々、鉄骨梁と鉄骨柱との結合部の、立面図、垂直断面図、及び水平断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は鉄骨骨組の第２の具体例を示した図であり、夫々、鉄骨梁と鉄骨柱との結合部の、立面図、垂直断面図、及び水平断面図である。 （Ａ）は本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の第２の具体例を示した平面図、（Ｂ）は同じく立面図であり、図示例の建物は図１に示した３階建ての校舎と同じものである。

符号の説明

１０……建物、１２……外壁部、１４……ＲＣ柱、１６……鉄骨柱、１８……ＲＣ梁、４２……鉄骨梁、４４……鉄骨骨組。

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法において、
   鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置する鉄筋コンクリート柱の外壁面側に沿わせて鉄骨柱を設け、該鉄骨柱を該鉄筋コンクリート柱に緊結することによって、該鉄筋コンクリート柱を補強し、
   隣り合った鉄筋コンクリート柱に設けた前記鉄骨柱どうしを１本または複数本の鉄骨梁で連結して鉄骨骨組を形成し、その際に、該鉄骨梁は、前記建物に緊結せずに前記建物から分離させた状態で、前記建物の外壁面に沿って略々水平に延在させて、その両端を前記鉄骨柱に剛結合するようにし、
   以上により、地震発生時に前記建物に加わる水平力の一部を前記鉄骨骨組が負担するようにした、
   ことを特徴とする耐震補強工法。
2. 補強しようとする前記鉄筋コンクリート柱の建物外壁面側の部分を包み込むようにして前記鉄骨柱を設ける請求項１記載の耐震補強工法。
3. 前記鉄骨柱としてＨ形鋼または溝形鋼を用いる請求項１記載の耐震補強工法。
4. ２本の前記鉄骨柱と、それら２本の前記鉄骨柱どうしを連結する１本または複数本の前記鉄骨梁とで、前記鉄骨骨組を形成し、かかる構成の鉄骨骨組を前記建物に複数設ける請求項１記載の耐震補強工法。
5. ２本の前記鉄骨柱と、それら２本の前記鉄骨柱どうしを連結する１本または複数本の前記鉄骨梁とで、前記鉄骨骨組を形成し、かかる構成の鉄骨骨組を前記建物に複数設けると共に、鉄骨梁が連結されない単独の前記鉄骨柱を前記建物に設ける請求項１記載の耐震補強工法。
6. 前記建物の基礎梁に隣接させて前記鉄骨柱の柱脚部を固定するための基礎梁を設ける請求項１記載の耐震補強工法。

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