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

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 Download PDF

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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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