JP2009249851A - 既存建物の耐震補強工法 - Google Patents

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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、鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨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もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物10に近接して耐震補強用骨組24を構築する。そして、既存建物10の既存外部柱12と耐震補強用骨組24の補強用柱20とを接合せずに、既存建物10の既存外部梁14と、耐震補強用骨組24の補強用鉄骨梁22とを接合する。これにより、地震時の水平力を耐震補強用骨組24に負担させ、もって既存建物10を耐震補強する。
【選択図】図1

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造(RC造)もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC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、既存建物の外壁部に沿わせて耐震補強用骨組を構築し、既存建物の梁と耐震補強用骨組みの梁とを連結して補強するようにした耐震補強工法に関する。
従来の耐震補強工法は既存躯体を補強することが一般的である。最も一般的な手法は耐震壁、もしくは補強ブレースの構築である。
この手法の場合、開放的な空間が閉鎖的になることから嫌われることが多い。
他に、柱の靱性を確保するために、鋼板、炭素繊維シートなどを巻きつけたりする工法や、柱の耐力を確保するために柱断面そのものを大きくすることがある。梁に関しても同様である。
このような従来技術による耐震補強の場合、建物内部での施工が主となり、建物を使いながらの施工が困難である。これは建物の使用者に多大な負担をかけることとなり、耐震補強が普及する妨げとなっている。
また、外側からの施工であっても、耐震壁、ブレースによる補強であれば、居ながら施工は可能となるものの、耐震補強後の採光性、外観、内部からの景色が問題となる。
また、外部にフレームを構築する手法(特許文献1、特許文献2)も提案されている。
特開2004−169504 特開2007−138472
外部にフレームを構築する手法の場合、フレームがRC造であれば型枠を組む必要がある。
柱の型枠の組立は比較的容易であるが、大梁の型枠の組立には多くの労力が必要であり、結果として施工性があまり良くない。
また、外側のフレームと既存建物との接続には既存のRC構造物にあと施工アンカー、もしくは緊結用の孔が必要である。こういった施工に際し、柱部分は主筋、フープ筋が密に配置されているため施工しづらい。
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、本発明の耐震補強工法は、鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨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沿わせて補強用柱と補強用梁からなる耐震補強用骨組を構築し、前記外壁部に位置する既存外部柱と前記耐震補強用骨組の補強用柱を接合せずに、前記外壁部に位置する既存外部梁と前記耐震補強用骨組の補強用梁を接合し、地震時の水平力を前記耐震補強用骨組に負担させ、もって前記既存建物を耐震補強するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、既存建物の外壁部に沿わせて補強用柱と補強用梁からなる耐震補強用骨組を構築し、既存外部柱と補強用柱を接合せずに、既存外部梁と補強用梁を接合することで既存建物と耐震補強用骨組とを連結するため、低廉な施工コスト及び少ない施工作業量で、優れた補耐震補強効果が得られる。
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する。
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を示す。
図1(A)は既存建物10および耐震補強用骨組24の正面図、(B)は既存建物10の外壁部および耐震補強用骨組24の平面図を示している。
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造もしくはSRC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は、既存建物10に近接して耐震補強用骨組24を構築し、それらの柱どうしを連結することなくそれらの梁どうしを連結することで、その既存建物10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、既存外部梁14の外側面に沿わせて、この既存外部梁14に緊結された鉄骨梁22を設けることにより、この既存外部梁14を補強しており、もって建物10を耐震補強している。すなわち、地震時の水平力を耐震補強用骨組24に負担させ、もって既存建物10を耐震補強している。
本発明を実施する上で、補強用鉄骨梁22は、必ずしも建物10の外部梁14の全てに対応して設けるとは限らない。
図1の具体例においては、耐震補強用骨組24により既存建物10の左から1番目のスパンに位置する既存外部梁14を除いた他の既存外部梁14を補強している。
より詳細には、既存建物10の左から2番目のスパンに位置する既存外部梁14で2、3、4階の床スラブに相当する既存外部梁14と、耐震補強用骨組24の補強用鉄骨梁22とを連結している。
また、既存建物10の左から3番目と4番目のスパンに位置する既存外部梁14で2、3階の床スラブに相当する既存外部梁14と、耐震補強用骨組24の補強用鉄骨梁22とを連結している。
また、既存建物10の左から5番目のスパン(最も右側に位置するスパン)に位置する既存外部梁14で2、3、4階の床スラブに相当する既存外部梁14と、耐震補強用骨組24の補強用鉄骨梁22とを連結している。
そして、それらの補強用鉄骨梁22に対応し、補強用鉄骨梁22の両端を支持する補強用柱20も、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、個々の補強用柱20を建物10の外部柱12の全高に亘って設けるとは限らず、図1の具体例においては、左右両側の2本の補強用柱20が、4階の床スラブまでの高さしかなく、左右中央の1本の補強用柱20は、3階の床スラブまでの高さしかない。
どの既存外部梁14に対応させて補強用鉄骨梁22を設けるか、その際に、梁成などの補強用鉄骨梁22の各部の寸法をどのようにするかは、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適宜決定される。
本発明に係る耐震補強工法では、既存建物10に近接して耐震補強用骨組24を構築し、それらの柱どうしを連結せずに、それらの梁どうしを連結する。
この場合、補強用柱20と補強用鉄骨梁22とからなる耐震補強用骨組24を1層階分構築し、既存外部梁14と補強用鉄骨梁22とを連結する。このようにして、順次、上方へ1層階分づつ耐震補強用骨組24を構築し、1層階分づつ既存外部梁14と補強用鉄骨梁22とを連結していくようにしてもよい。
あるいは、補強用柱20のみを予め完成させ、補強用鉄骨梁22を補強用柱20に組み付け、その後、既存外部梁14と補強用鉄骨梁22とを連結していくようにしてもよい。
本実施の形態では、耐震補強用骨組24を構成する補強用鉄骨梁22としてH形鋼が用いられている。
H形鋼は、図2に示すように、ウェブ32が鉛直面上を延在し、両端のフランジ34が水平面上を延在するように配置してもよい。あるいは、ウェブ32が水平面上を延在し、両端のフランジ34が鉛直面上を延在するように配置してもよい。
既存外部梁14と、耐震補強用骨組24を構成する補強用鉄骨梁22との接合には、従来公知の様々な構造が採用可能である。
図2乃至図5は、既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との接合構造図を示す。
既存外部梁14がRC造である場合には、例えば、図2に示すように、あと施工アンカー40を用いた間接接合方法が挙げられる。
また、図3に示すように、全ネジボルト42(接着系アンカー)(補強用鉄骨梁22のウェブ32を貫通する全ネジボルト)を用いた摩擦直接接合法などが挙げられる。
また、図4に示すように、PC鋼材44(補強用鉄骨梁22のウェブ32および既存外部梁14を貫通するPC鋼材)を用いた摩擦直接接合法が挙げられる。
また、図5に示すように、床形式で接合するようにしてもよい。
なお、図2乃至図5において符号46は、頭付きスタッド、符号47は、あと施工アンカー、符号48は、既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との間に充填されるモルタルやコンクリートを示している。
また、耐震補強用骨組24を構成する補強用柱20は、図6(A)、(B)に示すように、鉄骨柱(S造)であってもよい。図6(A)、(B)に示す鉄骨柱は、H形鋼から構成されている。
このように補強用柱20を鉄骨造とすることで、施工性を向上し工期を短縮化する上で有利となる。
なお、図6(A)に示す補強用柱20を構成するH形鋼は、既存外部柱12の幅よりも両端のフランジ間の寸法が小さく、したがって、既存外部柱12と両端のフランジとが離されて補強用柱20が配置されているのに対して、図6(B)に示す補強用柱20を構成するH形鋼は、既存外部柱12の幅よりも両端のフランジ間の寸法が大きく、したがって、既存外部柱12が両端のフランジの間に侵入し既存外部柱12とウェブとが近接した状態で補強用柱20が配置され、既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との間に充填されるモルタルやコンクリート48の量の低減化が図られている。
また、補強用柱20は、図7に示すように、鉄筋コンクリート柱(RC造)であってもよい。この場合、鉄筋コンクリート柱は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。本実施の形態では、補強用鉄骨梁22が、補強用柱20を貫通して延在している。なお、図7において、符号50は柱主筋、符号52はフープ筋を示している。
このように補強用柱20をRC造とすることで、鉄骨造と比較した場合に工期が多少長くなる点で不利があるものの、既存柱と同じ力学特性を有する部材を用いることにより、耐震補強性能の向上を図る上で有利となる。
また、補強用柱20は、図8に示すように、断面が矩形や円形の鋼管54の内部にコンクリートを充填して構成したいわゆるコンクリート充填鋼管構造(CFT構造)であってもよい。なお、図8において、符号56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を示している。この場合、補強用柱20は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。
また、補強用柱20は、図9、図10に示すように、柱主筋50を有するRC造とし、補強用鉄骨梁22が連結されるこのRC造の柱の部分のみを矩形鋼管58の内側に位置させた構造とし、帯筋を省略しこの鋼管58を鋼製型枠として利用することにより施工性を大幅に向上させることも可能である。言い換えると、補強用鉄骨梁22が連結される補強用柱20の箇所は、RC造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管58とから構成され、補強用鉄骨梁22は鋼管58に溶接により結合されることで補強用柱20に連結されている。この場合、補強用柱20は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。現場打ちの場合には、矩形鋼管58以外の箇所には、コンクリート型枠が組み付けられる。
また、補強用柱20は、図11に示すように、柱主筋50を有するRC造とし、帯筋兼用の鋼製型枠58を上下方向に連続させないことにより、施工時の溶接を省略し施工性を向上させることも可能である。言い換えると、補強用鉄骨梁22が連結される補強用柱20の箇所は、RC造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管58とから構成され、補強用鉄骨梁20は鋼管58に溶接により結合されることで補強用柱20に連結され、また、補強用柱20の他の箇所は、鋼管58と切り離された他の鋼管59で覆われている。
この場合、補強用柱20は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。現場打ちの場合には、矩形鋼管58、59の間の隙間を閉塞するように、コンクリート型枠が組み付けられる。
また、本発明では、図12に示すような、柱梁の接合部としてもよい。
すなわち、図12の補強用柱20は、図10と同様に、補強用鉄骨梁22が連結される補強用柱20の箇所は、RC造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管58とから構成されている。
補強用鉄骨梁22はH形鋼で構成され、H形鋼のフランジ34は補強柱20の柱鉄骨22に接合されておらず、H形鋼のウェブ32のみが補強柱20の柱鉄骨22に接合されている。
そして、H形鋼のフランジ34と鋼管58(補強柱20)の間に方杖60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32のみとし、方杖60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。
また、本発明では、図13に示すような、柱梁の接合部としてもよい。
すなわち、図13の補強用柱20は、RC造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管62とから構成されている。
補強用鉄骨梁22はH形鋼で構成され、H形鋼のフランジ34は補強柱20の柱鉄骨22に接合されておらず、H形鋼のウェブ32のみが補強柱20の柱鉄骨22に接合されている。
そして、H形鋼のフランジ34と鋼管58(補強柱20)の間に方杖状に制震ダンパ64を設けるようにしたものである。
このように制震ダンパ64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。
また、図14に示した耐震補強用骨組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70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70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72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72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72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、耐震補強用骨組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。
(A)は既存建物10および耐震補強用骨組24の正面図、(B)は既存建物10の外壁部および耐震補強用骨組24の平面図である。 既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 既存外部梁14と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 (A)、(B)はそれぞれ補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 補強用柱20と補強用鉄骨梁22との接合関係を示す図である。 制震ダンパが組み込まれた補強骨組の模式図である。
符号の説明
10……既存建物、12……外部柱、14……外部梁、20……補強用柱、22……補強用鉄骨梁、24……耐震補強用骨組。

Claims (11)

  1. 鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨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沿わせて補強用柱と補強用梁からなる耐震補強用骨組を構築し、
    前記外壁部に位置する既存外部柱と前記耐震補強用骨組の補強用柱を接合せずに、前記外壁部に位置する既存外部梁と前記耐震補強用骨組の補強用梁を接合し、
    地震時の水平力を前記耐震補強用骨組に負担させ、もって前記既存建物を耐震補強するようにした、
    ことを特徴とする耐震補強工法。
  2. 前記耐震補強用骨組を構成する前記補強用柱、前記補強用梁は鉄骨造であることを特徴とする請求項1記載の耐震補強工法。
  3. 前記耐震補強用骨組を構成する前記補強用柱はRC造であり、前記補強用梁は鉄骨造であることを特徴とする請求項1記載の耐震補強工法。
  4. 前記耐震補強用骨組を構成する前記補強用柱はSRC造またはCFT構造であり、前記補強用梁は鉄骨造であることを特徴とする請求項1記載の耐震補強工法。
  5. 前記補強用梁が連結される前記補強用柱の箇所は、前記RC造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管とから構成され、
    前記補強用梁は前記鋼管に溶接により接合されることで前記補強用柱に連結されている、
    ことを特徴とする請求項3記載の耐震補強工法。
  6. 前記補強用梁が連結される前記補強用柱の箇所は、前記RC造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管とから構成され、
    前記補強用梁は前記鋼管に溶接により接合されることで前記補強用柱に連結され、
    前記補強用柱の他の箇所は、前記鋼管と切り離された他の鋼管で覆われている、
    ことを特徴とする請求項3記載の耐震補強工法。
  7. 前記補強用柱はプレキャスト鉄筋コンクリート部材であることを特徴とする請求項3記載の耐震補強工法。
  8. 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鋼管に接合せず、該H形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記鋼管に接合し、
    該H形鋼のフランジと前記補強柱の前記鋼管との間に方杖を設けることを特徴とする請求項5または6記載の耐震補強工法。
  9. 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鋼管に接合せず、該H形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記鋼管に接合し、
    該H形鋼のフランジと前記補強柱の前記鋼管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5または6記載の耐震補強工法。
  10. 前記補強用梁は鉄骨梁であり、
    前記耐震補強用骨組は、上下に隣り合った前記鉄骨梁を有し、
    上下に隣り合った前記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1記載の耐震補強工法。
  11. 前記補強用梁は鉄骨梁であり、
    前記鉄骨梁に、制震ダンパを介挿したことを特徴とする請求項1記載の耐震補強工法。
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