JP2006342587A - 建築物の耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐震性を確保し、部材断面積を小さくすることで構面内の外観を向上させた。
【解決手段】 建築物を構成する梁２１と柱２０とで囲まれた構面Ｒにおいて、斜め格子の直線部Ｓに配置されていてＰＣ鋼棒などのプレストレスが導入される部材からなる断面円形の鋼棒部材２と、斜め格子の交差部Ｔに配置されていて複数の鋼棒部材２の各端部を接続する略Ｘ型状をなす交点連結部材３と、鋼棒部材２、２同士を連結させるターンバックル４とを備えている。耐震補強体１と枠体２２との接合部において、鋼棒部材２はロッド状をなす連結部材５を介して枠体２２の鉄骨２２ａに接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築物における柱と梁で囲まれた構面内に構築される耐震補強構造に関する。

従来、既存建築物の耐震補強において、柱と梁に囲まれた構面内に耐震壁を構築し、既存建築物の保有水平耐力の増大を図ることが行われている。その構造として、構面の対角線方向に鉄骨ブレースを設けた構造があり、例えばＫ型やマンサード型の鉄骨ブレースが実施されている。この耐震構造によると、建築物の水平方向に作用する力（水平力）を鉄骨ブレースに負担させることができ、地震に強い構造に補強できる効果がある。しかし、このような鉄骨ブレースは、重量の大きな鉄骨を組み合わせて施工することになり部材のハンドリングなどが容易でなく、しかも部材数が多いことから、施工性に問題が合った。
そこで、このような問題を改善するために耐震ブロックを使用した耐震補強工法が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１は、構面内に、鋼材を内蔵させた菱形などのプレキャストコンクリートからなる耐震ブロックを組み合わせることにより、斜め格子状の耐震補強構造を構築するものである。この耐震ブロックは、外径をなす菱形の４辺を互いに斜め方向に位置させて配置される。この構造によると、耐震ブロックがユニット化されているため、予め工場などで製作しておくことができ、現場における組み立て作業を簡略化させ効率化を図ることができる。
特開平９−２２８６５３号公報

しかしながら、特許文献１や従来の鉄骨ブレースでは、水平力を受けた際の圧縮の挙動に対して、耐震ブロック又は鉄骨に粘り強さ（靭性）をもたせた構造とする必要があった。ここで、圧縮に対する部材の強度は、部材の長さＬと最小断面二次半径ｒとの比（細長比Ｌ／ｒ）によって設計され、細長比の値が大きくなるほど座屈しやすくなる。特許文献１及び従来の鉄骨ブレースにおける部材の設計では、この細長比を一定値以下にする必要があり、部材の断面積を小さくできないという欠点があった。このため、耐震補強に使用する部材をスリム化させることができず、構面内の耐震補強構造の外観がよくないという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、耐震性を確保し、部材断面積を小さくすることで構面内の外観を向上させた建築物の耐震補強構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る建築物の耐震補強構造では、建築物を構成する柱と梁で囲まれた構面内に構築される斜め格子状の耐震補強構造であって、斜め格子の直線部に配置されていて棒状をなす鋼棒部材と、斜め格子の交差部に配置されていて鋼棒部材同士を接続する第一連結部材と、鋼棒部材同士を連結させる緊張部材とを備えていることを特徴としている。
本発明では、鋼棒部材を緊張部材によって予め緊張状態にさせておくことで、ねばり強さ（靭性）を有した耐震構造を実現でき、地震発生時に受ける水平力を緩和させることができる。このため、斜め格子を構成する鋼棒部材の断面積を小さくすることができ、耐震補強構造の外形をスリム化させることができる。そして、これらの細い部材同士に囲まれた開口面積が大きくなることから、構面内の外観を向上させることができる。

また、本発明に係る建築物の耐震補強構造では、鋼棒部材には、プレストレスを導入してなる材料からなることが好ましい。
本発明では、鋼棒部材に予めターンバックルやナットの締め付け等による緊張部材によりプレストレスを導入しておくことで地震時の小変形時から効果を発揮でき、耐震性をより向上させることができる。

また、本発明に係る建築物の耐震補強構造では、第一連結部材は、伸びの特性を有した材料からなり、鋼棒部材の各端部を接続していることが好ましい。
本発明では、耐震補強構造が水平力を受けたときに、斜め格子の圧縮側をなす斜め配列において、第一連結部材によって圧縮力を吸収させて部材の座屈を軽減させることができる。

また、本発明に係る建築物の耐震補強構造は、構面内に形成される枠体と鋼棒部材とを接続する第二連結部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、第二連結部材を使用することで、耐震補強構造を簡易に枠体に接合させることができる。

また、本発明に係る建築物の耐震補強構造は、鋼棒部材と他の部材との接合にネジが使用されていることが好ましい。
本発明では、溶接による接合がなくなることから、施工性が向上し、施工時間を短縮させることができる。

本発明の建築物の耐震補強構造によれば、鋼棒部材を緊張部材によって予め緊張状態にさせておくことで、ねばり強さ（靭性）を有した耐震構造を実現でき、地震発生時に受ける水平力を緩和させることができる。このため、斜め格子を構成する鋼棒部材の断面積を小さくすることができ、耐震補強構造の外形をスリム化させることができる。そして、これらの細い部材同士に囲まれた開口面積が大きくなることから、構面内の外観を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態による建築物の耐震補強構造について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は実施の形態による耐震補強構造を示す立面図、図２は図１に示す鋼棒部材の接続状態の拡大図、図３は枠体と鋼棒部材との接続状態を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態による建築物の耐震補強構造は、柱２０と梁２１で囲まれた構面Ｒ内に斜め格子状の耐震補強体１を構築するものである。この耐震補強体１は、二方向に配列される斜め材１Ａ、１Ｂからなり、交差部Ｔと直線部Ｓとが複数組み合わされている。柱２０及び梁２１の夫々の構面Ｒ側には、鉄骨２２ａを配して四角形に枠組みされた枠体２２が取り付けられている。そして、耐震補強体１は、枠体２２に接合されている。

図１に示すように、耐震補強体１は、斜め格子の直線部Ｓに配置されていて例えば丸鋼やＰＣ鋼棒などのプレストレスが導入される部材からなる例えば断面円形又は角形の鋼棒部材２と、斜め格子の交差部Ｔに配置されていて複数の鋼棒部材２の各端部を接続する略Ｘ型状をなす交点連結部材３（第一連結部材）と、鋼棒部材２、２同士を連結させるターンバックル４（緊張部材）とから概略構成されている。また、耐震補強体１と枠体２２との接合部において、鋼棒部材２はロッド状をなす枠体連結部材５（第二連結部材）を介して枠体２２の鉄骨２２ａに接続されている。

図２に示すように、鋼棒部材２は、一端に雄ネジ２ａを形成し、他端にターンバックル４を連結させる係止部２ｂを形成している。
また、図２に示すように、交点連結部材３は、伸びの特性を有した例えば鋳鋼などの材料により形成され、Ｘ型をなす４箇所の各端部内側にメネジ３ａが形成されている。そして、このメネジ３ａに、鋼棒部材２の雄ネジ２ａを螺合させて、耐震補強体１の交差部Ｔを形成する。このとき、交点連結部材３に接続する各鋼棒部材２は、構面Ｒに対して互いに同一の高さに揃っていて、段差のない交差部Ｔとなる。

図２に示すように、ターンバックル４は、両端にメネジが形成されたナット４ａと、夫々のナット４ａに螺合される右ネジ４ｂ及び左ネジ４ｃとからなる。右ネジ４ｂ及び左ネジ４ｃの各外側端部は、鋼棒部材２、２の係止部２ｂ、２ｂに連結されている。そして、ナット４ａを締め付け方向に回転させて鋼棒部材２、２をターンバックル４側に引き締める。これにより、引張り作用に強い鋼棒部材２及び交点連結部材３を組み合わせてなる斜め材１Ａ、１Ｂを緊張状態にしておく。
なお、このターンバックル４は、１箇所の直線部Ｓに少なくとも１つを配置させることが好ましい。

図３に示す枠体連結部材５は、一端の内側にメネジ５ａを形成し、このメネジ５ａに鋼棒部材２の雄ネジ２ａを螺合させている。また、この他端５ｂは、接続鋼板６を介して例えば溶接などの固着手段によって鉄骨２２ａに固定されている。
枠体連結部材５が固定される鉄骨２２ａの位置には、斜め材１Ａ、１Ｂから受ける軸力に対して鉄骨２２ａが変形しないように、鉄骨２２ａの長手方向に直交する方向に補強リブ７が設けられている。

また、図１に示すように、耐震補強体１には、斜め格子の部材同士に囲まれた複数の開口２６が形成されている。そして、部材断面積が小さく細い鋼棒部材２を用いていることから、従来の鉄骨ブレースと比較して面積の大きな開口２６となり、構面Ｒでは採光、眺望、通風などの状態がより向上されている。

次に、上述した耐震補強体１の施工方法及び作用について説明する。
先ず、図１に示すように、建物の柱２０、２０及び梁２１、２１の構面Ｒ側に鉄骨２２ａをセットし、柱２０や梁２１から内方に突設させたアンカーボルト２３と、枠体２２の外方に突設されたスタッドボルト２４とを交互に配列し、その周囲にモルタルなどの充填材２５を充填して、枠体２２を構築する。そして、アンカーボルト２３とスタッドボルト２４との先端部同士は連結部材２７によって接続されていて、円錐コーン状の力の伝達により、耐震補強体１をなす斜め材１Ａ、１Ｂの上下方向に作用する成分を枠体２２を介して柱２０や梁２１に伝達させている。
なお、枠体２２の縦方向に存在する鉄骨２２ａ同士の接合部は、板状の接合鋼板２８によってボルト等で接続されている。

次いで、図１及び図２に示すように、構面Ｒ内において、交点連結部材３と鋼棒部材２、鋼棒部材２と予め枠体２２に溶接された枠体連結部材５を各々のネジ部で締め付けると共に、ターンバックル４を鋼棒部材２、２に連結する。その後、ターンバックル４のナット４ａを締め付け方向に回転させて、鋼棒部材２、２をターンバックル４側に引き締めて斜め材１Ａ、１Ｂを緊張させる。

続いて、このように施工された耐震補強体１の作用について図１に基づいて説明する。この耐震補強体１は、水平力を受ける際の引張の挙動に対して、予め斜め材１Ａ、１Ｂが緊張されているため、とくに水平力の立ち上がり時に受ける力を軽減させることができる。また、圧縮の挙動に対しては、交点連結部材３が圧縮力を吸収させ、斜め材１Ａ、１Ｂの座屈を抑制させる作用が働くことになる。

上述した本実施の形態による建築物の耐震補強構造では、本耐震補強体１は、鋼棒部材２と交点連結部材３を使用することにより、斜め材１Ａ、１Ｂを予め予め緊張状態させておくことで、ねばり強さ（靭性）を有した耐震構造を実現でき、地震発生時に受ける水平力を緩和させることができる。このため、斜め格子を構成する鋼棒部材２の断面積を小さくすることができ、耐震補強体１の外形をスリム化させることができる。そして、各斜め材１Ａ、１Ｂに囲まれる開口２６の面積が大きくなることから、構面Ｒ内の外観を向上させることができる。
さらに、本実施の形態による建築物の耐震補強構造では、斜め格子の直線部Ｓ及び交差部Ｔにおける接続に溶接を使用しないため、施工性を向上させて施工時間を短縮させることができる。

次に、本発明の実施の形態の第一及び第二の変形例について、図４及び図５に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図４は実施の形態の第一の変形例による交差部の接続状態を示す斜視図、図５は実施の形態の第二の変形例による交差部の接続を示す分解斜視図である。
図４に示すように、第一の変形例は、実施の形態で説明した交点連結部材３（図２参照）に代えて、鋼棒部材２、２を交差させて配置する構成とし、さらに鋼線や帯状の鋼板からなる結束部材８（第一連結部材）を使用して交差する鋼棒部材２、２を結束させるように接続したものである。

また、図５に示すように、第二の変形例は、実施の形態で説明した交点連結部材３（図２参照）に代えて、鋼棒部材２、２を交差させて配置する構成とし、さらに嵌合部材９（第一連結部材）を使用して交差する鋼棒部材２、２を接続したものである。
図５に示すように、この嵌合部材９は、略半円筒形状をなす第一嵌合部材９１と第二嵌合部材９２とからなり、鋼棒部材２、２の交差面に対して両側から挟み込まれている。第一嵌合部材９１は、挟み込む側の一方の鋼棒部材２を嵌め込む溝部９１ａと、他方の鋼棒部材２を係合させる係合部９１ｂとが形成されている。第二嵌合部材９２は、挟み込む側の鋼棒部材２を嵌め込む溝部９２ａと、第一嵌合部材９１の外周部９１ｃを係合させる係合部９２ｂとが形成されている。そして、第一及び第二嵌合部９１、９２は、外周部９１ｃと係合部９２ｂとを嵌合させて接続している。
第一及び第二の変形例では、交差部Ｔにおいて、実施の形態の交点連結部材３のように圧縮力を吸収して座屈を軽減させる効果は小さくなるが、その他の効果については実施の形態と同様の効果を奏する。

以上、本発明による建築物の耐震補強構造の実施の形態、第一及び第二の変形例について説明したが、本発明は上記の実施の形態、第一及び第二の変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態及び第一及び第二の変形例では鋼棒部材２にＰＣ鋼棒を使用しているが、耐震補強体１にＰＣ鋼棒のみに限定して使用する必要はない。例えば材料強度が異なる普通鋼棒とＰＣ鋼棒とを組み合わせて使用してもよく、これにより耐震補強体１に任意の引張力を持たせることが可能となる。また、斜め材１Ａ、１Ｂの配列角度を変えることで、耐震補強体１の引張力を調整することもできる。
さらに、実施の形態では鋼棒部材２の一端を雄ネジ２ａ、他端を係止部２ｂとしているが、例えば鋼棒部材２の両端にターンバックル４を連結する場合には、両端を係止部２ｂ、２ｂとすればよい。

本発明の実施の形態による耐震補強構造を示す立面図である。 図１に示す鋼棒部材の接続状態の拡大図である。 枠体と鋼棒部材との接続状態を示す図である。 実施の形態の第一の変形例による交差部の接続状態を示す斜視図である。 実施の形態の第二の変形例による交差部の接続を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 耐震補強体
２ 鋼棒部材
３ 交点連結部材（第一連結部材）
４ ターンバックル（緊張部材）
５ 枠体連結部材（第二連結部材）
８ 結束部材（第一連結部材）
９ 嵌合部材（第一連結部材）
２０ 柱
２１ 梁
２２ 枠体
２２ａ 鉄骨
２６ 開口
Ｒ 構面

Claims (5)

1. 建築物を構成する柱と梁で囲まれた構面内に構築される斜め格子状の耐震補強構造であって、
   前記斜め格子の直線部に配置されていて棒状をなす鋼棒部材と、
   前記斜め格子の交差部に配置されていて前記鋼棒部材を接続する第一連結部材と、
   前記鋼棒部材同士を連結させる緊張部材と、
   を備えていることを特徴とする建築物の耐震補強構造。
2. 前記鋼棒部材には、プレストレスを導入してなることを特徴とする請求項１に記載の建築物の耐震補強構造。
3. 前記第一連結部材は、伸びの特性を有した材料からなり、前記鋼棒部材の各端部を接続していることを特徴とする請求項１に記載の建築物の耐震補強構造。
4. 前記構面内に形成される枠体と前記鋼棒部材とを接続する第二連結部材が設けら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建築物の耐震補強構造。
5. 前記鋼棒部材と他の部材との接合にネジが使用されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の建築物の耐震補強構造。
   

Images