JP2006241892A - 家屋の耐震構造及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木造住宅等の一般家屋に対する工事を安価で、かつ確実に補強する家屋の耐震構造及びその施工方法を提供する。
【解決手段】補強対象としての家屋基礎１の周辺にわたって補強基礎２が形成され、この補強基礎２の上部の４辺に土台としての下部補強鉄骨フレーム３が設けられる。下部補強鉄骨フレーム３の四隅には４本の垂直補強鉄骨フレーム４が立設される。これら４本の垂直補強鉄骨フレーム４の上部間には４本の上部補強鉄骨フレーム５が固定される。そしてこれら４本の上部補強鉄骨フレーム５の対角線上をブレース６により結合する。
【選択図】図２

Description

本発明は家屋の耐震構造及びその施工方法に関し、例えば、地震発生による家屋の倒壊を防止したり、地震により傾いてしまった家屋の倒壊を防ぐ、特に木造家屋に好適な家屋の耐震構造及びその施工方法に関する。

木造家屋は、鉄筋コンクリート造りの家屋と比較して構造的に地震に対する耐震性が弱く、地震発生により倒壊する恐れが高い。また、地震により家屋が傾いてしまった状態で危険性を抱えたままで当該家屋に住むことは困難である。この場合、傾いてしまって倒壊の恐れのある家屋をそのままにしておくことはできないので、解体して撤去・処分する必要があり、何らかの補強により住めるような家屋でも解体せざるを得ず、建築産業廃棄物として処理されてきた。

これは、資源的にも非常に無駄であり、処理による環境汚染の問題も引き起こしていた。また、解体された家屋に住んでいた人達は、補強により住める家屋を解体され、避難所での不便な生活を強いられることになっていた。かかる問題は、地震国である日本における将来の大地震の発生を考えると今後の課題としては重要である。

地震の発生による倒壊を免れるため、また地震により傾いた家屋を補強する家屋補強構造は、これまで種々の構造が考えられ、実用化されてきた。

最も一般的な従来の補強構造は、家屋の壁に沿って対角線状にスジカイを設けるスジカイ構造である。スジカイ構造は、地震力（水平力）を建物に設置されたスジカイに負担させて抵抗する方式であり、柱や梁の断面を小さくすることが可能なために、地震力に抵抗させる構造としてコスト的にも安価であるため広く採用されている。例えば、特許文献１参照。

一方、スジカイ構造は、構造計算上は変形や粘りを無視するため、スジカイが破断した場合（スジカイの耐力よりも地震力が上回る場合）には、その建物は崩壊してしまい、耐震構造としては満足できるものではない。

特開２００１−２６２１４２（第２頁、図４）

そこで、スジカイ構造に代わる各種構造が提案されている。比較的大きな断面と、曲げモーメントに抵抗する部材の接合部分の剛性によって地震力に抵抗するラーメン構造が採用されている。

また、地震力（水平力）に対して、建物の壁によりその力に抵抗させようとする枠組壁構造も一つの耐震構造である。

上述のように、従来の、特に木造家屋の耐震構造としては、スジカイ構造やそれに代わるラーメン構造、枠組壁構造が提案されているが、既存の木造家屋を耐震、制震、免震構造とするのは困難である。これは、家屋全体の水平面（例えば、２階の床面）の剛性が不確実、つまり剛性が高いことを前提にした設計構造であるため、実際の木造家屋建築構造学的に充分に理論化されていない現状では問題が残る。

また、スジカイに代わる耐震構造として、より強い耐力をもたせた耐力壁も広く使われているが、耐力壁自体で家屋の耐震性が決まるものではなく、必要な壁の長さによって当該家屋の強度は決まるため根本的な耐震構造ではない。

そこで、本発明の目的は、木造住宅等の一般家屋に対する工事を安価で、かつ確実に補強する家屋の耐震構造及びその施工方法を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による家屋の耐震構造及びその施工方法は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）補強対象としての家屋基礎の周辺にわたって形成された補強基礎と、
前記補強基礎の上部の４辺に設けられた土台としての下部補強鉄骨フレームと、
前記下部補強鉄骨フレームの少なくとも四隅に立設させた少なくとも４本の垂直補強鉄骨フレームと、
前記少なくとも４本の垂直補強鉄骨フレームの上部間に固定されて設けられた少なくとも４本の上部補強鉄骨フレームと、
前記少なくとも４本の上部補強鉄骨フレームで形成される四角形の対角線上を結合するブレースとを備える家屋の耐震構造。
（２）前記補強基礎は、鉄筋コンクリート材から成る上記（１）の家屋の耐震構造。
（３）上記（１）の家屋の耐震構造は、複数の部屋を有する家屋で、隣り合う部屋が存在する部屋に設置されている家屋の耐震構造。
（４）前記補強基礎は、当該家屋基礎の下部全面に形成されている上記（１）乃至（３）のいずれかの家屋の耐震構造。
（５）前記補強基礎は、当該家屋基礎の下部で外周に沿って所定幅部分のみに形成されている上記（１）乃至（３）のいずれかの家屋の耐震構造。
（６）前記４本の上部補強鉄骨フレームの上部は剛性材で構成されている上記（１）乃至（５）のいずれかの家屋の耐震構造。
（７）家屋基礎に沿って、その下部にコンクリートを当該部屋の形状に合わせた形状で打ち込んで補強基礎とするステップと、
前記補強基礎の上部に、前記家屋基礎の外周４辺のそれぞれに沿って、各端部がそれぞれ結合して４本の下部補強鉄骨フレームを水平方向に設けるステップと、
前記補強基礎の上面に土台としての下部補強鉄骨フレームを室内の壁に沿って少なくとも四隅に配置するステップと、
少なくとも前記４辺の下部補強鉄骨フレームの四隅のそれぞれには、前記家屋基礎の上方に立設された柱の内側に沿って垂直補強鉄骨フレームを垂直方向に立設するステップと、
前記垂直補強鉄骨フレームで形成される四角形の対角線をそれぞれを繋ぐように補強鉄骨フレームをブレースで接合するステップと、
を備える家屋の耐震構造の施工方法。
（８）前記家屋基礎と補強基礎は後打ちアンカーにより緊結される上記（７）の家屋の耐震構造の施工方法。

本発明の家屋の耐震構造及びその施工方法によると、次のような格別顕著な効果が得られる。すなわち、木造住宅等の一般家屋に対する施工を安価で確実に補強することができる。また、構成部材をすべて直線材とすることができるので製作面や作業面での効率を改善することができ、最適なラーメン構造が得られる。更に、鉄骨構造特有の変形能力が高く、粘り強さ（弾性変形能力）があるのでより強固な家屋構造が得られる。また、家屋の中の一室に本発明を適用すれば隣接する部屋も構造的に補強され、家屋全体の補強がなされることになる。

以下、本発明による家屋の耐震構造及びその施工方法の好適実施例について添付図面を参照しながら説明する。

図１は本発明による家屋の耐震構造の基本構造を説明するための要部断面図を示し、図２は本発明による家屋の耐震構造を適用した家屋（部屋）の簡略化した斜視図である。

図１と図２を参照すると、本発明による家屋の耐震構造の基本的構造は、既存の家屋の下部に設置されている家屋基礎１の４辺にわたって形成された、例えば、鉄筋コンクリート材から成る補強基礎２と、この補強基礎２の上部の４辺に設けられた土台としての下部補強鉄骨フレーム３と、この下部補強鉄骨フレーム３の四隅に立設させた４本の垂直補強鉄骨フレーム４と、これら４本の垂直補強鉄骨フレーム４の上部間に固定されて設けられた４本の上部補強鉄骨フレーム５と、これら４本の上部補強鉄骨フレーム５の対角線上を結合するブレース６とを備え、少ない部材で最大の効果を得るラーメン構造とされている。

本実施例の構造を得るための施工方法の作業ステップは以下のとおりである。耐震補強対象である家屋の補強対象となる部屋の下部の四隅には家屋基礎１が設けられている。これら四隅に設けられている家屋基礎１に沿って、その下部にコンクリートを当該部屋の形状に合わせた形状で打ち込んで補強基礎２とする。この鉄筋コンクリート補強基礎２は、当該部屋下部の全面に打ち込んでも良いし、部屋の外周に沿って所定幅部分のみをコンクリート打ち込んでも良い。家屋基礎１と補強基礎２とは、後打ち施工アンカーによって緊結する。

次に、この補強基礎２の上部に、当該部屋の外周４辺のそれぞれに沿って、各端部がそれぞれ結合されている４本の下部補強鉄骨フレーム３を水平方向に設ける。すなわち、補強基礎２の上面に土台としての下部補強鉄骨フレーム３を室内の壁に沿って四隅に配置する。

これら４辺の下部補強鉄骨フレーム３の四隅には、家屋基礎１の上方に立設された柱の内側に沿って、例えば、４本の垂直補強鉄骨フレーム４を垂直方向に立設する。すなわち、土台としての下部補強鉄骨フレーム３の上面に垂直補強鉄骨フレーム４の柱を室内の四つ隅に４本立設する。次に、垂直補強鉄骨フレーム４の柱頭のそれぞれを繋ぐように補強鉄骨フレーム（梁）５の４本を接合する。そして、これら４本の補強鉄骨フレーム（梁）５で囲まれた四角形の対角線をブレースで結合する。なお、補強鉄骨フレーム（梁）５は４本に限定されないことは勿論であり、図２に示すように、更に1本の補強鉄骨フレーム（梁）５Ａを設けても良く、この場合は、これら５本の補強鉄骨フレーム（梁）５で形成される２つの四角形のそれぞれの対角線をブレースで結合することになる。こうすることにより、更なる耐震、制震強度が得られる。

更に、補強鉄骨フレーム（梁）５と家屋の桁８を緊結金具７により接合する。これらの作業により、家屋基礎１と家屋の桁８、すなわち、家屋の下側と上側（本例では、２階の床梁）とを補強基礎２上に立設された上部補強鉄骨フレーム５と緊結金具７とにより一体化して家屋の耐震性能を向上する。

家屋基礎１は、通常、無筋コンクリートで、形状も幅１に対して高さ４のローソク型であるため、水平方向の力が加わると、加わった下方端部には上向きの力が生じ、一方、反対側の下方端部には下向きの力が生ずる。しかし、無筋コンクリート基礎には、これらの複雑な力に抵抗するだけの耐力はない。そこで、本実施例では、家屋基礎１を補強するため、幅５に対して高さ２の補強基礎２を設け、その上に下部補強鉄骨フレーム３を配設させて、家屋基礎１と協同させている。かかる構造を採用した基礎の耐力は、従来の家屋基礎１と比較して２倍以上の耐力が得られる。

下部補強鉄骨フレーム３は鉄骨土台であり、垂直補強鉄骨フレーム４の柱脚を固定する。従来は、柱脚本体を基礎コンクリートの中に深く埋め込んだり、太くて長いアンカーボルトを基礎コンクリートに埋め込み、厚くて大きい特殊なベースプレートと組み合わせていたが、いずれの施工方法も基礎の根入れを深くしなければならず、木造家屋の基礎工法としては馴染まない面がある。そこで、本実施例では、鉄骨土台としての下部補強鉄骨フレーム３を採用し、垂直補強鉄骨フレーム４の柱脚を固定することにより曲げ応力に対する耐力を強化している。

このように垂直補強鉄骨フレーム４の柱脚を固定することにより、補強鉄骨フレームの柱の耐力を充分に引き出すことができる。つまり、図３（Ａ）に示すような柱脚ピンの場合には、柱脚の応力負担は０であり、柱頭の応力負担は１であり、この柱のせん断抵抗力は０＋１＝１となる。これに対して、本発明のような柱脚固定の場合には、図３（Ｂ）に示すように、柱脚の応力負担は１であり、柱頭の応力負担は１であり、この柱のせん断抵抗力は１＋１＝２となる。したがって、柱脚を固定することにより１本の柱の耐力を倍増させることができる。

垂直補強鉄骨フレーム４の固定方法を、図４（Ａ）と（Ｂ）に示す要部断面図を参照して説明する。図４（Ａ）に示すように、家屋の壁側ではプレート材４１を使用し、室内側ではアングル材４２を使用して垂直補強鉄骨フレーム４の柱脚が下部補強鉄骨フレーム３に固定される。また、図４（Ｂ）に示すように、垂直補強鉄骨フレーム４の上側ではプレート材４３を使用し、下側ではアングル材４４を使用して、垂直補強鉄骨フレーム４の柱頭が上部補強鉄骨フレーム５に固定されている。また、仕口と継ぎ手も一体化させている。

本実施例では、地震力等の水平力を４本の補強鉄骨フレームに負担させるため、４本の下部補強鉄骨フレーム３の土台と、４本の上部補強鉄骨フレーム５の梁にて６面体を組み上げている。そして、この６面体は、どの面もすべて剛接合によって構成された純ラーメン構造とされているので、最少の構成部材で各面の強度のバラツキもない。

また、本実施例では、鉄骨の土台、柱、梁の各部材をすべて一本の直線材とすることができるので、工場における製作面、工場からの搬出面及び家屋内での作業面での効率を改善することができる。このように、本実施例では、最小限の部材数で、仕口と継ぎ手の工法を単純化しているので、最適なラーメン構造が得られる。

更に、本実施例では、家屋の耐震強度の１に対して、補強鉄骨フレーム３〜５の耐震強度も１以上を有していること自体が、地震のような複雑な加力方向に対しても充分に追従可能なことを意味する。

また、本発明は、在来木造軸組工法の理論と実際の働きが一致しない見掛けの耐震補強工法よりも、補強鉄骨フレームのラーメン構造はより確実で高信頼性の工法、構造である。

更に、本実施例では、補強鉄骨フレームを用いているので、木造や鉄筋コンクリート構造では奏することができない鉄骨構造特有の変形能力が高く、粘り強さ（弾性変形能力）がある。大きな地震が繰り返し発生するような地域にある家屋においては、最も適した耐震構造である。また、地震による倒壊には至っていないが使用は可能な家屋の倒壊を防ぎ、家屋として継続して使用できるようになる。

上述のように、従来の一般家屋では、木造の柱と柱の間にスジカイ等の耐力壁を設け、風圧力や地震力の水平力に抵抗させているが、本発明では、従来の耐力壁に頼ることなく、木造家屋の室内にラーメン構造による鉄骨構造の柱４本を立設させて地震力の水平方向の力に抵抗させている。

上記構造は、家屋の中の一室とすることにより、この一室を堅固な構造とし、隣接する部屋は当該一室で構造的に補強されたことになり家屋全体の補強がなされる。

また、補強鉄骨フレームを設置した一室を中心にして隣接する部屋の水平構面、例えば、２階の床面を剛い床にすることにより、家屋全体が更に補強される。すなわち、補強鉄骨フレームをコア構造におけるコア部分としているので、理論的にも実務的にも耐震補強が可能となる。

本発明は、震災前の予防的の利用を前提とするが、震災後の家屋の傾斜が１／６０以下であれば、倒壊に至らず現状を確実に維持、または復旧することができる。

以上、本発明による家屋の耐震構造についての好適実施例を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

本発明による家屋の耐震構造の一部の要部断面図である。 本発明による家屋の耐震構造の簡略化した斜視図である。 本発明による家屋の耐震構造の実施例の作用効果を説明するための図である。 本発明による家屋の耐震構造の実施例における柱脚と柱頭の固定構造を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 家屋基礎
２ 補強基礎
３ 補強鉄骨フレーム（土台）
４ 補強鉄骨フレーム（柱）
５、５Ａ 上部補強鉄骨フレーム（梁）
６ ブレース
７ 緊結金具
８ 家屋桁
４１、４３ プレート材
４２、４４ アングル材

Claims (8)

1. 補強対象としての家屋基礎の周辺にわたって形成された補強基礎と、
   前記補強基礎の上部の４辺に設けられた土台としての下部補強鉄骨フレームと、
   前記下部補強鉄骨フレームの少なくとも四隅に立設させた少なくとも４本の垂直補強鉄骨フレームと、
   前記少なくとも４本の垂直補強鉄骨フレームの上部間に固定されて設けられた少なくとも４本の上部補強鉄骨フレームと、
   前記少なくとも４本の上部補強鉄骨フレームで形成される四角形の対角線上を結合するブレースとを備えることを特徴とする家屋の耐震構造。
2. 前記補強基礎は、鉄筋コンクリート材から成ることを特徴とする請求項１に記載の家屋の耐震構造。
3. 請求項１に記載の家屋の耐震構造は、複数の部屋を有する家屋で、隣り合う部屋が存在する部屋に設置されていることを特徴とする家屋の耐震構造。
4. 前記補強基礎は、当該家屋基礎の下部全面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の家屋の耐震構造。
5. 前記補強基礎は、当該家屋基礎の下部で外周に沿って所定幅部分のみに形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の家屋の耐震構造。
6. 前記４本の上部補強鉄骨フレームの上部は剛性材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の家屋の耐震構造。
7. 家屋基礎に沿って、その下部にコンクリートを当該部屋の形状に合わせた形状で打ち込んで補強基礎とするステップと、
   前記補強基礎の上部に、前記家屋基礎の外周４辺のそれぞれに沿って、各端部がそれぞれ結合して４本の下部補強鉄骨フレームを水平方向に設けるステップと、
   前記補強基礎の上面に土台としての下部補強鉄骨フレームを室内の壁に沿って少なくとも四隅に配置するステップと、
   少なくとも前記４辺の下部補強鉄骨フレームの四隅のそれぞれには、前記家屋基礎の上方に立設された柱の内側に沿って垂直補強鉄骨フレームを垂直方向に立設するステップと、
   前記垂直補強鉄骨フレームで形成される四角形の対角線をそれぞれを繋ぐように補強鉄骨フレームをブレースで接合するステップと、
   を備えることを特徴とする家屋の耐震構造の施工方法。
8. 前記家屋基礎と補強基礎は後打ちアンカーにより緊結されることを特徴とする請求項７に記載の家屋の耐震構造の施工方法。

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