JP2007138472A - 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、鉄筋コンクリート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１０の外壁部に位置する鉄筋コンクリート柱である既存外部柱１２の外側面に沿わせて、鉄骨及びコンクリートにより構成され既存外部柱１２に緊結された補強柱２０を設けることにより、既存外部柱１２を補強し、もって前記既存建物１０を耐震補強する。
【選択図】図２

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の耐震補強工法に関し、より詳しくは、かかる既存建物の外部柱を補強柱で補強するようにした耐震補強工法に関する。

鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法には様々なものがある。それらのうち最も一般的なものは、建物の内部または外部に耐震壁もしくは耐震補強ブレースを付設する耐震補強工法である。しかしながら、建物内部にそれらを付設する工事は、当然のことながら建物内部で行わねばならない。そのため、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もなりがちであった。また、建物内部への資材搬入に、多大の労力を要するという問題もあった。一方、建物外部に耐震壁もしくは耐震補強ブレースを付設する場合には、居ながら施工は可能となるものの、耐震補強後の建物の採光性や、建物内部からの眺めが犠牲になるという問題があった。

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に開示されているものなどがある。同特許公報の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柱に結合している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鉄骨架構を構成し、この鉄骨架構が、その既存建物のＲＣ架構と同程度に変形するようにすることで、その既存建物の耐震強度を向上させるものである。この種のブレースレス方式の耐震補強工法によれば、建物の採光性や、建物内部からの眺めを損なうことがなく、しかも、建物内部での工事が不要であるため、居ながら施工も可能であるなどの、数々の利点が得られる。
特開２００４−１６９５０４

しかしながら、特開２００４−１６９５０４に記載されているブレースレス方式の耐震補強工法にも、短所が付随している。即ち、この耐震補強工法は、鉄骨柱と鉄骨梁とを結合して構成した鉄骨架構によって、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物を補強するものであるが、このような鉄骨架構の剛性は、ＲＣ造ラーメン構造の建物躯体の剛性と比べれば余りにも小さく、実際には補強効果が発揮されにくい。また、その鉄骨架構が十分な剛性を持ち得るようにするためには、大量の鋼材が必要となり、施工コスト及び施工作業量に関する問題が発生する。

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である既存外部柱の外側面に沿わせて、鉄骨及びコンクリートにより構成され前記既存外部柱に緊結された補強柱を設けることにより、前記既存外部柱を補強し、もって前記既存建物を耐震補強することを特徴とする。

本発明によれば、既存外部柱を補強するためにその外側面に沿わせて設ける補強柱を、鉄骨及びコンクリートにより構成された補強柱としているため、低廉な施工コスト及び少ない施工作業量で、優れた補強効果を発揮し得る剛性の大きな補強柱を構築することができる。

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具体例を示した立面図であり、図示例の建物１０は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）ラーメン構造の４階建ての校舎である。この建物１０は、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）と、鉄筋コンクリート梁（ＲＣ梁）とから成るＲＣ架構を有しており、図１には、この建物１０のＲＣ柱のうち、外壁部に位置する柱である外部柱１２と、この建物１０のＲＣ梁のうち、外壁部に位置する梁である外部梁１４とが示されている。また、外部梁１４の上側に立設された腰壁１６と、下側に垂設された垂壁１８とが示されている。

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は、かかる既存建物のＲＣ柱として構成されている外部柱、即ち、既存外部柱を補強することにより、その既存建物に耐震補強を施すものである。そのため図１の具体例においては、既存外部柱１２の外側面に沿わせて、この既存外部柱１２に緊結された補強柱２０を設けることにより、この既存外部柱１２を補強しており、もって建物１０を耐震補強している。

図１に示した具体例においては、更に、隣り合った補強柱２０どうしを１本または複数本の鉄骨梁２２で連結して補強骨組２４を構成している。それら鉄骨梁２２はＨ形鋼から成り、建物１０の外部梁１４に沿うようにして配置されている。

本発明を実施する上で、補強柱２０は、必ずしも建物１０の外部柱１２の全てに対応して設けるとは限らず、また、個々の補強柱２０を建物１０の外部柱１２の全高に亘って設けるとは限らない。図１の具体例においても、外部柱１２の全高に亘って設けられている補強柱２０は、図中左側の２本の補強柱だけであり、左から３本目の補強柱は３階の床スラブまでの高さしかなく、残りの３本の補強柱は４階の床スラブまでの高さしかない。隣り合った補強柱２０どうしを連結する鉄骨梁２２も同様であり、建物１０の外部梁１４の全てに対応して設けるとは限らず、また、個々の鉄骨梁２２の梁成も同一の大きさとするとは限らない。図１の具体例では、３階の床スラブの高さに設けた右側の２スパン分の鉄骨梁２２が、その他の鉄骨梁２２よりも大きな梁成を有するものとされている。どの外部柱１２に対応させて、どれ程の高さの補強柱２０を設けるか、また、どの外部梁１４に対応させて、どれ程の梁成の鉄骨梁２２を設けるかということは、耐震補強を施そうとする建物１０の耐震強度の解析結果に基づいて、必要な箇所に、適切な仕様の補強柱２０ないし補強梁２２を設けるようにすればよい。

本発明においては、補強柱２０を、鉄骨及びコンクリートにより構成された柱とするようにしており、また特に、外表面が鋼材から成り内部にコンクリートが充填された柱とすることが望ましい。補強柱２０の具体的な構成は様々なものとすることができ、図２〜図１０にその幾つかの具体例を示した。それらの図は、補強骨組２４の柱梁接合部の水平断面図であり、外表面が鋼材から成り内部にコンクリートが充填された補強柱２０と、Ｈ形鋼から成る鉄骨梁２２との接合形態を示している。また、それらの図には、補強対象の建物１０の外部柱１２と外部梁１４とが併せて示されている。

図２に示した具体例の補強柱２０は、断面矩形の柱鉄骨３０の内部にコンクリート３２を充填して構成したいわゆるＣＦＴ柱である。Ｈ形鋼から成る鉄骨梁２２は、補強柱２０を貫通させて延在させてあり、柱梁接合部は、補強柱２０の柱鉄骨３０と鉄骨梁２２とを溶接することによって構成されている。また、外部柱１２のコンクリートに多数のシアキー３４を植設してあり、それらシアキー３４が補強柱２０のコンクリート３２に定着されることで、補強柱２０が建物１０の外部柱１２に緊結されるようにしている。即ち、シアキー３４をアンカーとして使用している。

図３に示した具体例の補強柱２０は、図２の具体例と同じく、断面矩形の柱鉄骨３０の内部にコンクリート３２を充填して構成したＣＦＴ柱である。ただし、Ｈ形鋼から成る鉄骨梁２２は、補強柱２０を貫通させるのではなく、その端部を、補強柱２０の外表面を形成している柱鉄骨３０に接合してある。また、鉄骨梁接合部における補強柱２０の柱鉄骨３０の内部には、補強柱２０と鉄骨梁２２との間の応力伝達のための縦ダイヤフラム３６を設けてある。図示した縦ダイヤフラム３６に、その中央部に直交する別の縦ダイヤフラムを更に付加して、十字型ダイヤフラム構造としてもよい。或いはまた、縦ダイヤフラム３６に替えて、縦リブを設けるようにしてもよい。補強柱２０を建物１０の外部柱１２に緊結する手段としては、図２の具体例と同じく、多数のシアキー３４をアンカーとして使用している。

図４に示した具体例では、図３の具体例のものと同一構成の補強柱２０及び鉄骨梁２２が使用されている。図４の具体例が図３の具体例と異なる点は、補強柱２０を建物１０の外部柱１２に緊結する手段として、シアキーに替えて、プレストレストコンクリート工法に用いられるＰＣ鋼棒３８及びナット４０を使用していることである。ＰＣ鋼棒３８による緊結は、一般的なポストテンション法などを用いて行えばよい。

図５に示した具体例では、断面コ字形の柱鉄骨４２の両突出部を、アンカーボルト４４を用いて建物１０の外部柱１２に接合し、この柱鉄骨４２の３つの内壁面と外部柱１２の外側面とで囲繞された断面矩形の空間を画成するようにしている。そして、その空間にコンクリート３２を充填することによって、補強柱２０を構成している。かかる構成の補強柱２０によれば、図２〜図４の具体例の補強柱２０と同様にコンファインド効果が得られるため、ＣＦＴ柱と同様の高い剛性を有する補強柱が得られる。また、補強柱２０を建物１０の外部柱に緊結する手段としては、図２及び図３の具体例と同じく、多数のシアキー３４を使用しているが、それらシアキー３４に加えて、柱鉄骨４２を外部柱１２に固定しているアンカーボルト４４も緊結手段として機能し、更には、補強柱２０のコンクリート３２が外部柱１２のコンクリートに付着するため、その付着力によっても緊結力が高められ、外部柱１２に対する補強柱２０の一体化がより強力なものとなる。鉄骨梁２２と補強柱２０との接合部の構成は、図３の具体例のものと同一であり、縦ダイヤフラム３６を設けてある点も同じである。

図６に示した具体例は、図５の具体例のものと同一構成の補強柱２０及び鉄骨梁２２を使用している、この具体例が図５の具体例と唯一異なる点は、補強柱２０を建物の外部柱１２に緊結する手段として、アンカーボルトに替えて、プレストレストコンクリート工法に用いられるＰＣ鋼棒３８及びナット４０を使用していることである。ＰＣ鋼棒３８による緊結は、一般的なポストテンション法などを用いて行えばよい。

図７及び図８に示した２つの具体例は、図３に示した具体例の変更例である。図７の具体例が図３の具体例と異なっているのは、補強柱２０の柱鉄骨４８にフランジ５０を突設してある点である。施工に際しては、建物１０の外部柱１２に、山形鋼から成る取付プレート５２をアンカーボルト５４で固定し、柱鉄骨４８のフランジ５０と取付プレート５２とを、ハイテンションボルト５６で締結する。かかる変更は、施工に際しての柱鉄骨４８の建方を容易化することを目的としたものである。フランジ５０及び取付プレート５２の長さは、補強柱２０の全長に亘るものとしてもよく、施工時に必要な部分だけとしてもよい。フランジ５０及び取付プレート５２の長さを、外部柱１２と補強柱２０との一体性を確保することのできる十分な長さとすることができれば、シアキー３４を省略することができる。

図８の具体例が図３の具体例と異なっているのは、補強柱２０の柱鉄骨３０に取付プレート５７を溶接してある点である。この図８の具体例の補強柱２０は、取付プレート５７に形成したボルト穴に挿通したアンカーボルト５８により、建物１０の外部柱１２に固定するようにしてあり、それによって、施工に際しての柱鉄骨３０の建方を容易化したものである。

図９及び図１０に示した２つの具体例は、建物１０の外部梁１４の外側面と外部柱１２の外側面とが殆ど面一の場合に適用するものである。図９の具体例では、先ず、建物１０の外部柱１２の外側面に、一対の山形鋼５９をアンカーボルト６０で固定する。そして、それら山形鋼５９に、ワンサイドボルト型式のハイテンションボルト６２によって、断面コ字形の柱鉄骨６４を固定する。これによって画成される断面矩形の空間にコンクリート３２を充填することによって、補強柱２０を構成する。従ってこの具体例では、アンカーボルト６０によって補強柱２０と外部柱１２とが緊結されて一体化される。

図１０の具体例では、建物１０の外部柱１２の外側面に、平鋼板６６をアンカーボルト６０で固定する。一方、断面コ字形の柱鉄骨６８には一対のフランジ７０を設けてあり、それらフランジ７０をハイテンションボルト７１によって、平鋼板６６に締結する。そして、これによって画成される断面矩形の空間にコンクリート３２を充填することにより、補強柱２０を構成する。従ってこの具体例でも、図９の具体例と同様に、アンカーボルト６０によって補強柱２０と外部柱１２とが緊結されて一体化される。尚、図９及び図１０に示した縦ダイヤフラム３６は、図３〜図８の具体例における縦ダイヤフラム３６と同じものである。

次に、補強柱２０と鉄骨梁２２との接合構造の３つの具体例について、図１１〜図１３に示した柱梁接合部の立面図を参照して説明する。それらの図に示した接合構造は、図５に示した具体例の柱梁接合部に対応したものであるが、ただし、図２〜図４、及び図６〜図１０に示した具体例にも適用可能な接合構造である。

鉄骨梁２２を構成するＨ形鋼はウェブ７２及びフランジ７４を有する。図１１に示した接合構造は、そのＨ形鋼の端部のウェブ７２及びフランジ７４を、補強柱２０の外表面を形成している柱鉄骨３０に溶接して接合したものである。図１２に示した接合構造は、Ｈ形鋼のフランジ７４は補強柱２０の柱鉄骨２２に接合せず、Ｈ形鋼のウェブ７２のみを補強柱２０の柱鉄骨２２に接合し、Ｈ形鋼のフランジ７４と補強柱２０の柱鉄骨３０との間に方杖７６を設けたものである。このように、鉄骨梁２２の接合をウェブ７２のみとし、方杖７６を入れることで、接合部の溶接手間を軽減することができる。図１３に示した接合構造は、Ｈ形鋼のフランジ７４は補強柱２０の柱鉄骨２２に接合せず、Ｈ形鋼のウェブ７２のみを補強柱２０の柱鉄骨２２に接合し、Ｈ形鋼のフランジ７４と補強柱２０の柱鉄骨３０との間に方杖状に制震ダンパ７８を設けるようにしたものである。このように、制震ダンパ７８を介挿することで、既存建物１０を耐震補強すると同時に、制震構造とすることが可能である。

図１４は、隣り合った補強柱２０どうしを鉄骨梁２２で連結して構成した補強骨組２４に制震ダンパを組み込むための、更に別の方式を例示した図である。図１４に示した補強骨組２４において、２階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁２２ａと、３階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁２２ｂとの間に、間柱型の制震ダンパ８０を設置してあり、即ち、上下に隣り合った鉄骨梁の間に間柱型の制震ダンパを設置してある。間柱型の制震ダンパ８０としては、例えば特開平７−３１７３７０号公報に記載されているものなどを用いることができる。また、４階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁２２ｃには制震ダンパ８２を介挿してあり、即ち、隣り合った補強柱２０どうしを、制震ダンパ８２を介挿した鉄骨梁２２ｃで連結している。鉄骨梁に介挿する制震ダンパ８２としては、例えば特開平７−２０７９８４号公報に記載されているものなどを用いることができる。これらのように、補強骨組２４にエネルギ吸収装置である制震ダンパを組み込むことにより、耐震性能を大幅に向上させることができる。そして、補強柱２０が高剛性であるため、制震ダンパの効果を十分に発揮でき、また、鉄骨梁２２は、制震ダンパの組み込みが容易である。

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具体例を示した立面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第１の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第２の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第３の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第４の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第５の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第６の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第７の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第８の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第９の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 補強柱と鉄骨梁との接合構造の第１の具体例を示した、柱梁接合部の立面図である。 補強柱と鉄骨梁との接合構造の第２の具体例を示した、柱梁接合部の立面図である。 補強柱と鉄骨梁との接合構造の第３の具体例を示した、柱梁接合部の立面図である。 制震ダンパの組み込み方の具体例を示した補強骨組の模式図である。

符号の説明

１０……建物、１２……外部柱、１４……外部梁、２０……補強柱、２２……鉄骨梁、２４……補強骨組。

Claims (13)

1. 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である既存外部柱の外側面に沿わせて、鉄骨及びコンクリートにより構成され前記既存外部柱に緊結された補強柱を設けることにより、前記既存外部柱を補強し、もって前記既存建物を耐震補強することを特徴とする耐震補強工法。
2. 鉄骨及びコンクリートにより構成された前記補強柱が、外表面が鋼材から成り内部にコンクリートが充填された柱であることを特徴とする耐震補強工法。
3. 断面矩形の柱鉄骨の内部の空間にコンクリートを充填することで前記補強柱を構築することを特徴とする請求項２記載の耐震補強工法。
4. 断面コ字形の柱鉄骨の両突出部を前記既存外部柱に接合して該柱鉄骨の３つの内壁面と前記既存外部柱の外側面とで囲繞された断面矩形の空間を画成し、該空間にコンクリートを充填することで前記補強柱を構築することを特徴とする請求項２記載の耐震補強工法。
5. 平鋼板を前記既存外部柱の外側面に接合し、断面コ字形の柱鉄骨の両突出部を前記平鋼板に結合して断面矩形の柱鉄骨を構成し、該柱鉄骨の内部の空間にコンクリートを充填することで前記補強柱を構築することを特徴とする請求項２記載の耐震補強工法。
6. 隣り合った前記補強柱どうしを１本または複数本の鉄骨梁で連結して補強骨組を構成することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項記載の耐震補強工法。
7. 前記鉄骨梁を、前記補強柱を貫通させて延在させることを特徴とする請求項６記載の耐震補強工法。
8. 前記鉄骨梁の端部を、前記補強柱の外表面を形成している前記柱鉄骨に接合することを特徴とする請求項６記載の耐震補強工法。
9. 前記補強柱の柱梁接合部における前記柱鉄骨の内部に、前記補強柱と前記鉄骨梁との間の応力伝達のための縦リブまたは縦ダイヤフラムを設けることを特徴とする請求項８記載の耐震補強工法。
10. 前記鉄骨梁はウェブ及びフランジを備えたＨ形鋼から成り、該Ｈ形鋼のフランジは前記補強柱の前記柱鉄骨に接合せず、該Ｈ形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記柱鉄骨に接合し、該Ｈ形鋼のフランジと前記補強柱の前記柱鉄骨との間に方杖を設けることを特徴とする請求項８記載の耐震補強工法。
11. 前記鉄骨梁はウェブ及びフランジを備えたＨ形鋼から成り、該Ｈ形鋼のフランジは前記補強柱の前記柱鉄骨に接合せず、該Ｈ形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記柱鉄骨に接合し、該Ｈ形鋼のフランジと前記補強柱の前記柱鉄骨との間に方杖状に制震ダンパを設けることを特徴とする請求項８記載の耐震補強工法。
12. 隣り合った前記補強柱どうしを複数本の鉄骨梁で連結して前記補強骨組を構成し、上下に隣り合った鉄骨梁の間に間柱型の制震ダンパを設置することを特徴とする請求項６記載の耐震補強工法。
13. 隣り合った前記補強柱どうしを、制震ダンパを介挿した鉄骨梁で連結して、前記補強骨組を構成することを特徴とする請求項６記載の耐震補強工法。

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