JP2007107350A - 既存建物の耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存建物の杭に余分な水平力が作用することが無く、よって杭基礎部分に対する被害の発生を防ぐことができるとともに、従来と比較して施工が一層容易となる既存建物の耐震補強構造を提供する。
【解決手段】 既存建物１０の外壁に沿って、杭基礎により支持された耐震補強架構１３を立設し、これら既存建物１０と耐震補強架構１３とを、少なくとも杭頭上部の基礎レベルを除いて互いに連結したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、既存建物の内部を改修することなく耐震補強するための既存建物の耐震補強構造に関するものである。

先の兵庫県南部地震等を契機として、既存の建物に対する耐震性の要請の高まりから、特に旧来の建築基準法に則って設計された建物や老朽化が懸念される建物等の各種の既存建物に対して、その躯体を補強することにより耐震性を向上させる様々な耐震補強工法が実施されている。
ところで、従来の耐震補強のうち、柱梁架構の構面内に鉄骨ブレースや鉄筋コンクリート造の耐震壁を増設する場合には、補強後に建物内部の使用に新たな制約が生じるとともに、工事がもっぱら既存建物の内部となるために、改修期間中は建物内部の使用ができなくなる。

そこで、これを解決する耐震補強として、例えば下記特許文献１に見られるように、上記既存建物の外周に沿って耐震補強架構を配設し、これと既存建物の柱梁架構とを一体化させる耐震補強方法が提案されている。

一般に、従来のこの種の方法による既存建物の耐震補強構造は、図７に示すように、既存建物１の柱梁架構の外周部に、杭２によって支持された鉄骨柱と鉄骨梁とからなる耐震補強架構３を配設し、この耐震補強架構３の鉄骨梁３ａ〜３ｄを、それぞれの階レベルにおいて既存建物１の梁１ａ〜１ｄと連結することにより一体化させたものである。

上記従来の既存建物の耐震補強構造においては、既存建物１の外周部において、殆どの補強工事が行われるために、改修期間中においても、そのまま既存建物１の内部を使用することができるという利点がある。
特開平９−２０３２２０号公報

ところで、上記従来の耐震補強構造にあっては、既存建物１との一体性を高めるべく、当該既存建物１と耐震補強架構３とを基礎梁１ａのレベルまたは１階の床レベルにおいても連結しているが、この種の耐震補強を必要とする建設年代の古い既存建物１においては、これを支持する杭４は靱性の少ない場合が多い。

一方、既存建物１における杭４の本数は、通常、耐震補強架構３における杭２の本数よりも多くなることから、杭全体の剛性に関しては、既存建物１が耐震補強架構３と比較して大きくなる。このような場合に、図７に示した耐震補強構造を採用すると、図中点線矢印で示すように、地震時に既存建物１の上部構造から耐震補強架構３に伝達された既存建物１の慣性力が、耐震補強架構３の鉄骨梁３ａから基礎梁１ａへと伝達されて、既存建物１側の杭４に水平力として作用することになる。

このため、上記耐震補強を施工したことにより、却って靱性の少ない杭４における負荷が増加して、杭基礎部分の破壊を引き起こしたり、さらには当該杭基礎部分の被害によって既存建物１が沈下する等の被害が生じたりするおそれがあった。

加えて、基礎梁１ａのレベルで耐震補強架構３の鉄骨杭３ａと連結するために、周囲の地盤を掘削する等の作業が生じるという問題点もあった。特に、上記基礎梁１ａがコンクリート系である場合には、アンカー鉄筋の打設や連結部の配筋およびコンクリートの打設等の作業が必要となり、当該作業に多大の手間と費用を要するという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、既存建物の杭に余分な水平力が作用することが無く、よって杭基礎部分の被害の発生を防ぐことができるとともに、従来と比較して施工が一層容易となる既存建物の耐震補強構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、既存建物の外壁に沿って、杭基礎により支持された耐震補強架構を立設し、これら既存建物と耐震補強架構とを、少なくとも杭頭上部の基礎レベルを除いて互いに連結したことを特徴とするものである。換言すれば、上記耐震補強架構における新設基礎を、既存建物の基礎に連結しないことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の耐震補強架構が、２棟の上記既存建物の間に立設されているとともに、隣接する双方の上記既存建物と連結されていることを特徴とするものである。

請求項１または２に記載の発明によれば、既存建物に連結されて一体化された耐震補強架構が、少なくとも杭頭上部の基礎レベルにおいては連結されていないために、地震時に既存建物から耐震補強架構に伝達された既存建物の慣性力が、基礎レベルにおいて耐震補強架構側から既存建物側へと伝達されて、既存建物側の杭に水平力として作用することがない。

このため、上記耐震補強架構を連結一体化したことに起因して、地震時に既存建物の杭に余分な水平力が作用することが無く、よって当該既存建物の杭が靱性に劣る場合においても、杭基礎部分の破壊を招いたり、当該杭基礎部分の被害によって既存建物の沈下を引き起こしたり等の被害の発生を防ぐことができる。

しかも、既存建物に対して耐震補強架構を連結する際に、既存建物の基礎レベルの地盤を掘削する等の作業が不要となるために、施工期間の短縮化や施工コストの低減化も図ることが可能になる。

また特に、耐震補強を施すべき２棟の既存建物が隣接している場合などには、請求項２に記載の発明のように、これら既存建物の間に耐震補強架構を立設し、当該耐震補強架構と隣接する双方の上記既存建物とを、少なくとも杭頭上部の基礎レベルを除いて互いに連結すれば、双方の上記既存建物の杭基礎部分に対して、上記効果が得られるとともに、一層施工が容易になるという効果も得られる。

図１は、本発明に係る既存建物の耐震補強構造の一実施形態を示すもので、図中符号１０が既存建物である。
この既存建物１０は、鉄筋コンクリートの杭１１によって支持されたものであり、その両側方に、それぞれ杭１２により支持された鉄骨柱と鉄骨梁とからなる耐震補強架構１３が外壁に沿って立設されている。そして、この耐震補強架構１３は、既存建物１０の基礎梁１０ａ（１階の床レベル）を除いて、その鉄骨梁１３ｂ〜１３ｄが対応する既存建物１０の梁１０ｂ〜１０ｄと連結されることにより既存建物１０の両側に一体化されている。

この結果、上記耐震補強構造によれば、既存建物１０に鉄骨梁１３ｂ〜１３ｄにより連結一体化された耐震補強架構１３が、基礎梁１０ａのレベルにおいては連結されていないために、図中矢印で示すように、地震時に既存建物１０から耐震補強架構１３に伝達された既存建物の慣性力が、基礎梁１０ａのレベルにおいて耐震補強架構１３側から既存建物１０側へと伝達されることがない。

したがって、地震時に耐震補強架構１３側から既存建物１０の杭１１に余分な水平力が伝達されることが無いために、既存建物１０の杭１１が靱性に劣る場合においても、杭基礎部分の破壊を招いたり、杭基礎部分の被害によって既存建物１０の沈下を引き起こしたり等の被害の発生を防ぐことができる。

さらに、既存建物１０に耐震補強架構１３を連結する際に、既存建物１０の基礎梁１０ａ近傍の地盤を掘削する等の作業が不要となるために、施工期間の短縮化や施工コストの低減化も図ることもできる。

また、図２は、本発明に係る既存建物の耐震補強構造を、耐震補強を施すべき２棟の既存建物２０が隣接している場合に適用した実施形態を示すものである。
この耐震補強構造においては、これら既存建物２０の間に、杭２１により支持された鉄骨柱と鉄骨梁とからなる耐震補強架構２２が立設されている。そして、この耐震補強架構２２は、既存建物２０の基礎梁２０ａ（１階の床レベル）を除いて、その鉄骨梁２２ｂ〜２２ｄが対応する双方の既存建物２０の梁２０ｂ〜２０ｄと連結されることにより両既存建物２０と一体化されている。

以上の構成からなる耐震補強構造にあっても、耐震補強架構２２が基礎梁２０ａのレベルにおいて双方の既存建物２０に連結されていないために、地震時に既存建物２０から耐震補強架構２２に伝達された既存建物２０の慣性力が、基礎梁２０ａのレベルにおいて耐震補強架構２２側から既存建物２０側へと伝達されることがなく、よって図１に示したものと同様の作用効果を奏することができる。

加えて、１棟の耐震補強架構２２によって、２棟の既存建物２０の双方に対して耐震効果を発揮させることができるために、既存建物２０の基礎梁２０ａ近傍の地盤を掘削する等の作業が不要になることと相俟って、より一層改修工事に要する手間やコストの低減化を図ることができる。

（実施例１）
本発明の作用効果を検証するために、図３に示すような杭（Ｐｉｌｅ４−Ａ、Ｐｉｌｅ４−Ｂ）等によって支持された既存建物について、
（Ａ案） その一側に、杭（Ｐｉｌｅ３―４−Ａ）等によって支持された耐震補強架構を立設して、当該耐震補強架構の上端部と上記既存建物とを連結一体化し、基礎梁レベルにおいては連結しない本発明に係る耐震補強の場合、
（Ｂ案） 上記（Ａ案）に加えて、上記耐震補強架構と既存建物とを基礎梁レベルにおいても連結一体化した従来の耐震補強の場合、
について、２次元ＦＥＭを用いた既存建物と地盤の連成解析によって、それぞれ耐震補強を施さない場合と比較して検討した。

図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ上記解析によって得られた、地震時に既存建物の耐震補強架構に隣接した杭（Ｐｉｌｅ４−Ｂ）に作用する最大曲げモーメントおよび最大剪断応力の値を、上記杭（Ｐｉｌｅ４−Ｂ）の深さ寸法との関係において示したものである。

以上の結果から、従来の耐震補強構造に係る上記（Ｂ案）の場合は、耐震補強架構によって補強したにも関わらず、既存建物の杭頭部における最大曲げモーメントおよび最大剪断力が、耐震補強を施工しない場合よりも増大し、よって当該杭の靱性が少ない場合には、地震時に当該杭に被害が生じる可能性が高いことが判る。

これに対して、本願発明の耐震補強構造に係る上記（Ａ案）の場合は、杭頭付近における最大曲げモーメントおよび最大剪断力が、補強を行わない場合と比較して、大きく低減しており、杭頭についても補強の効果を確認することができる。一方、上記（Ｂ案）では、既存建物の杭に余分な水平力が作用して、（Ａ案）と比較して杭頭の曲げモーメントおよびせん断力がいずれも増大しており、当該杭に被害が生じる可能性がある。

（実施例２）
次に、図２に示した実施形態の耐震補強構造における作用効果を検証するために、図５に示すような２棟の既存建物間に耐震補強架構を設けた場合についても、同様の検討を行った。ちなみに、図中右方の既存建物は、Ｐｉｌｅ２−Ａ、Ｐｉｌｅ２−Ｂ、Ｐｉｌｅ２−Ｃ等の杭によって支持されており、図中左方の既存建物は、Ｐｉｌｅ３−Ｂ、Ｐｉｌｅ３−Ｃ、Ｐｉｌｅ３−Ｄ等の杭によって支持されている。そして、これらの間に立設された耐震補強架構は、Ｐｉｌｅ２−３−Ａ、Ｐｉｌｅ２−３−Ｂ等の杭によって支持されている。

また、本検証においても、
（Ａ案） 耐震補強架構を、その上端部および中間部において両側に隣接する既存建物と連結一体化し、基礎梁レベルにおいては連結しない本発明に係る耐震補強の場合、
（Ｂ案） 上記（Ａ案）に加えて、上記耐震補強架構と両側の上記既存建物とを基礎梁レベルにおいても連結一体化した従来の耐震補強の場合、
について、２次元ＦＥＭを用いた既存建物と地盤の連成解析によって、それぞれ耐震補強を施さない場合と比較して検討した。

図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ上記解析によって得られた、地震時に図中右方の既存建物における耐震補強架構と隣接した杭（Ｐｉｌｅ２−Ａ）に作用する最大曲げモーメントおよび最大剪断応力の値を、上記杭（Ｐｉｌｅ２−Ａ）の深さ寸法との関係において示したものである。

以上の結果からも、同様に従来の耐震補強構造に係る上記（Ｂ案）の場合は、耐震補強架構によって補強したにも関わらず、既存建物の杭頭部における最大曲げモーメントおよび最大剪断力が、耐震補強を施工しない場合よりも増大してしまう可能性がある。
一方、本願発明の耐震補強構造に係る上記（Ａ案）の場合は、既存建物の杭頭の曲げモーメントおよびせん断力が大きく低減しており、よって安定した耐震補強効果が期待できるとともに、既存建物の杭に被害を生じるおそれの少ないことが判る。

なお、上記実施形態においては、既存建物１０が、鉄筋コンクリートの杭１１によって支持されている場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、鋼管杭等によって支持された既存建物に対しても同様に適用することが可能である。

本発明の既存建物の耐震補強構造の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。 本発明の実施例１における解析モデル図である。 実施例１の解析結果を示すもので、（ａ）は杭深さ方向における最大曲げモーメントを示すグラフ、（ｂ）は杭深さ方向における最大剪断力を示すグラフである。 本発明の実施例２における解析モデル図である。 実施例２の解析結果を示すもので、（ａ）は杭深さ方向における最大曲げモーメントを示すグラフ、（ｂ）は杭深さ方向における最大剪断力を示すグラフである。 従来の既存建物の耐震補強構造を示す概略構成図である。

符号の説明

１０、２０ 既存建物
１０ａ、２０ａ 基礎梁
１２、２１ 杭
１３ ２２ 耐震補強架構
１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 鉄骨梁

Claims (2)

1. 既存建物の外壁に沿って、杭基礎により支持された耐震補強架構を立設し、これら既存建物と耐震補強架構とを、少なくとも杭頭上部の基礎レベルを除いて互いに連結したことを特徴とする既存建物の耐震補強構造。
2. 上記耐震補強架構は、２棟の上記既存建物の間に立設されているとともに、隣接する双方の上記既存建物と連結されていることを特徴とする請求項１に記載の既存建物の耐震補強構造。

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