JP2010047926A - 既存建物の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 中小の地震から大きな地震にまで対応できる経済的で小規模な既存建物の補強構造を提供することである。
【解決手段】 既存建物の補強構造１は、既存建物２の外側に新規耐震補強材４が形成され、該新規耐震補強材４と既存建物２との間には緩衝材１４が設置され、これらの新規耐震補強材４間の梁間方向および桁行方向に配線された引張材１６が所定の緊張力を付与されて新規耐震補強材４に定着されてなることである。
【選択図】 図１

Description

本願発明は既存建物の外側に緩衝材を介して新規耐震補強材を設けて既存建物を地震から保護するための補強構造に関するものである。

既存建物を耐震補強するためには様々な工法が提案されているが、学校の校舎、病院の病棟および集合住宅などを補強するには、短期間でかつ経済的に施工するとともに、施工後における美観、採光性、通風性、使い勝手などを優れたものにするなどの制約がある。そこで、これらの要件を満たした既存建物の耐震補強構造として特許第４０９１０６４号の発明がされている。
特許第４０９１０６４号公報

しかし、上記のような既存建物の耐震補強構造は、確かに上記の優れた要件を備えてはいるが、四隅に設けた耐震補強柱で既存建物を剛構造にして地震に耐える耐震構造としているため、地震力を負担する耐震補強柱が大地震に耐える剛性と強度を確保する断面を必要とした。そのために耐震補強柱が大きくなって非経済的であるとともに、狭い敷地には適用することができないという問題があった。

本願発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、中小の地震から大きな地震にまで対応できる経済的で小規模な既存建物の補強構造を提供することである。

以上の課題を解決するための既存建物の補強構造は、既存建物の外側に新規耐震補強材が形成され、該新規耐震補強材と既存建物との間隙部には緩衝材が設置され、これらの新規耐震補強材間の梁間方向および桁行方向に配線された引張材が所定の緊張力を付与されて新規耐震補強材に定着されてなることを特徴とする。また既存建物の所定の階の層間変形角１／２００以内（層間変形角≦１／２００）の該建物の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量と緩衝材の最大弾性変形量とを等しくすることを含む。また既存建物の所定の階の層間変形角１／２００以内の該建物の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量によって設定されたその他の階の許容変形量を緩衝材の最大弾性変形量とし、この最大弾性変形量に応じて各階の緩衝材の厚さを設定したことを含む。また新規耐震補強材はバットレスまたは耐震補強フレームであることを含むものである。

新規耐震補強材と既存建物との間にエネルギー吸収材である緩衝材が設置されたことにより、緩衝材が地震エネルギーを吸収するができるので、既存建物の反復作用による水平方向の揺れが緩和されて制震効果が得られる。そして、既存建物の共振、共鳴および衝撃による破壊を防ぐことができる。また既存建物の層間変形角１／２００以内（層間変形角≦１／２００）の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量と緩衝材の最大弾性変形量とを等しくした既存建物の補強構造は、頻繁に発生する中小地震において、緩衝材が変形して地震エネルギーを吸収するので最大弾性変形までは制震補強構造となるが、大地震において緩衝材が最大弾性変形を越えて塑性変形すると、新規耐震補強材が地震力を負担して耐震補強構造となるため、新規耐震補強材を従来よりも小さくすることができる。また既存建物の所定の階の層間変形角１／２００以内の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量によって設定されたその他の階の許容変形量を緩衝材の最大弾性変形量とし、この最大弾性変形量に応じて各階の緩衝材の厚さを設定したことにより、新規耐震補強材が地震力を負担するときに各階（各層）において均等に負担することができるので、新規耐震補強材を効率的かつ経済的な断面にすることができる。また新規耐震補強材をバットレスまたは耐震補強フレームにしたことにより構築が簡単にできる。

以下、本願発明の既存建物の補強構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。また本実施の形態における既存建物は学校の校舎であり、これを対象にして説明するが、図に示すように、校舎は概念的に簡略化している。

図１〜図６は第１の実施の形態の既存建物の補強構造１であり、該既存建物２の四隅における既存柱３、すなわち三階建ての鉄筋コンクリート構造の校舎の四角部における既存柱３の外側（梁間方向の外側）に新規耐震補強材としてのバットレス４が設置され、これらバットレス４間の梁間方向および桁行方向にわたって引張材１６が配線されて構成されている。

このバットレス４は既存柱３の角部を覆って設置できるようにプレキャストコンクリートで平面Ｌ字形に形成され、新規基礎６のＰＣ鋼棒１０がカプラー１１でバットレス４内のＰＣ鋼材１２に繋がれ、このＰＣ鋼材１２が所定の緊張力で緊張・定着されたことにより、新規基礎６にＰＣ圧着接合されている。この新規基礎６は既存基礎５に打ち込んだ鉄筋継手インサートなどの後施工アンカー７で新規基礎用鉄筋８が接続されるとともに、コンクリート９が打設されて既存基礎５に一体化して増設されている。

これらのバットレス４間に配線された引張材１６はＰＣ鋼線やＰＣ鋼より線などであり、既存建物２の開口部以外の箇所、すなわち開口部を塞がないように梁１５が設置された箇所に配線され、弛まずかつ緩衝材を圧縮しない程度に緊張され、その両端部がバットレス４に定着されている。

また既存柱３とバットレス４との間隙部１３には、エネルギー吸収材である天然ゴムまたは合成ゴムなどの弾性材を使用した緩衝材１４が設置され、この緩衝材１４を介してバットレス４が既存柱３の角部を覆うようにして設置されている。この緩衝材１４は各階（各層）の梁１５が設置された箇所、すなわち二階〜四階（屋上）の梁１５の位置にそれぞれ設置され、梁せいと同じ長さになっている。

このように既存建物２の四角部における既存柱３の角部に緩衝材１４を介してバットレス４が立設され、これらのバットレス４で既存建物２を囲むように補強しているため、地震エネルギーが緩衝材１４で吸収できるようになっている。またバットレス４がプレキャストコンクリートであるため、校舎を使用しながらの施工が可能であり、施工の際における騒音、振動および粉塵の低減を図ることができるとともに、施工期間を短縮することもできる。なお、バットレス４はプレキャストコンクリートに限らず、現場打ちプレストレストコンクリートや鉄骨またはその他の構造で形成することもできる。

また図７は既存建物の補強構造１の許容変形量を示した模式図である。実際の既存柱３とバットレス４との間隙部１３は僅かであり、緩衝材１４も数ｍｍ〜数ｃｍの厚さであるが、理解を深めるために模式図に拡張して表している。

また既存建物の各層間変形角は各階の層剛性、階高およびその階に作用する地震力の大きさによって異なるため正確には曲線分布になるが、この模式図においては、その差が僅かであるため直線変形で表している。

この既存建物の補強構造１は、既存建物の層間変形角１／２００以内（層間変形角≦１／２００）の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量を緩衝材の最大弾性変形量とし、これに見合う緩衝材１４の最大弾性変形量を予め選定して、既存柱３とバットレス４との間隙部１３に設置したものである。この既存建物の補強構造１は、頻繁に発生する中小地震時には、緩衝材１４の最大弾性変形により地震エネルギーを吸収して制震効果を発揮する制震補強構造になるが、大地震時に緩衝材１４が最大弾性変形を越えて塑性変形した場合には、地震力をバットレス４で負担する耐震補強構造になる。なお、許容変形量の設定について、既存建物２の用途、高さ、構造形式や構築年数などによって層間変形角を１／２００以内（層間変形角≦１／２００）に適宜に設定することができる。また既存建物２の変形を大地震時においても弾性範囲内に保持するためには、層間変形角を１／２００〜１／５００とすることが好ましい。

また図８は第２の実施の形態の既存建物の補強構造１７の許容変形量を示した模式図である。この補強構造１７は、例えば既存建物２の二階の層間変形角１／２００以内の水平変形量を許容変形量とすると、この許容変形量に基づいて一階および三階の許容変形量が算出できるため、この許容変形量を緩衝材１４の最大弾性変形量として一階および三階の緩衝材１４の厚さを決定したものであり、これ以外は第１の実施の形態の既存建物の補強構造１と同じ構成である。すなわち各階の緩衝材１４の厚さを各階の許容変形量に応じた厚さにしたものである。

このような既存建物の補強構造１７は、頻繁に発生する中小地震時には、緩衝材の最大弾性変形により地震エネルギーを吸収して制震効果を発揮する制震補強構造になるが、大地震時に緩衝材１４が最大弾性変形を越えて塑性変形した場合には、バットレス４が地震力を各階（各層）において均等に負担する耐震補強構造になるため、バットレス４を効率的かつ経済的な形状（断面）にすることができる。

また図９および図１０は第３の実施の形態の既存建物の補強構造１８を示したものである。これは新規耐震補強材をバットレス４に代えて耐震補強フレーム１９にしたものであり、これ以外は第１の実施の形態の既存建物の補強構造１と同じ構成である。この耐震補強フレーム１９はプレキャストコンクリートにより、既存建物２の角部の既存柱３に設置した平面Ｌ形の耐震補強柱２０と、角部の既存柱に隣接した既存柱３に設置した補助柱２１と、この補助柱２１と耐震補強柱２０とを連結した連結材２２とから構成され、この耐震補強柱２０と既存柱３との間隙部１３および、補助柱２１と既存柱３との間隙部１３に設置した緩衝材１４を介して既存建物２の四隅に設置されている。

これらの耐震補強フレーム１９間の梁間方向および桁行方向にはＰＣ鋼線などの引張材１６が、既存建物２の開口部以外の箇所、すなわち梁１５が設置された箇所に配線され、弛まずかつ緩衝材１４を圧縮しない程度に緊張されて、その両端部が耐震補強フレーム１９に定着されている。また耐震補強柱２０および補助柱２１は、上記と同様に既存基礎５に一体形成された新規基礎６に立設され、連結材２２も既存建物の梁１５の箇所に設置されて開口部を閉鎖しないようにしている。

また図１１および図１２はスパンが長い既存建物２の場合に、両側の耐震補強フレーム１９の間に中間の耐震補強フレーム２３を設けた補強構造２４であり、これ以外は第３の実施の形態の既存建物の補強構造１８と同じ構成である。この耐震補強フレーム２３は一対の補強柱２１が連結材２２で接続されて構成され、これらの補強柱２１と既存柱３との間隙部１３に設置した緩衝材１４を介して既存建物２に設置されている。

そして、この耐震補強フレーム２３には両側の耐震補強フレーム１９からの引張材１６ａ、１６ｂが配線され、右側の耐震補強フレーム１９からの引張材１６ａが左側の耐震補強フレーム１９からの引張材１６ｂの間に挟まれた状態で定着されている。これらの引張材１６ａ、１６ｂは、上記と同様に、既存建物２の開口部以外の箇所、すなわち梁１５が設置された箇所に配線され、弛まずかつ緩衝材１４を圧縮しない程度に緊張されている。なお、図１１および図１２は梁間方向に長い既存建物２の場合について説明したが、桁行方向に長い既存建物であっても同じ構成となる。

また図１３は第４の実施の形態の既存建物の補強構造２５を示したものである。これは緩衝材２６を各階（各層）ごとに設置したものではなく、既存柱３とバットレス４との間隙部１３の全体にわたって（間隙部の上部から下部までにわたって）設置したものであり、これ以外は第１の実施の形態の既存建物の補強構造１と同じ構成である。なお、これは上記の第２、第３および図１１の実施の形態の既存建物の補強構造１７、１８、２４にも適用することができる。

第１の実施の形態の既存建物の補強構造の垂直方向の断面図である。 第１の実施の形態の既存建物の補強構造の正面図である。 第１の実施の形態の既存建物の補強構造の水平方向の断面図である。 第１の実施の形態の既存建物の補強構造の斜視図である。 （１）は既存建物の柱と耐震補強柱との断面図、（２）は同平面図である。 新規基礎の断面図である。 （１）および（２）は第１の実施の形態の既存建物の補強構造の許容変形量の模式図、（３）は塑性変形した緩衝材の断面図である。 （１）および（２）は第２の実施の形態の既存建物の補強構造の許容変形量の模式図、（３）は塑性変形した緩衝材の断面図である。 第３の実施の形態の既存建物の補強構造の正面図である。 第３の実施の形態の既存建物の補強構造の水平方向の断面図である。 他の実施の形態の既存建物の補強構造の正面図である。 他の実施の形態の既存建物の補強構造の水平方向の断面図である。 第４の実施の形態の既存建物の補強構造の垂直方向の断面図である。

符号の説明

１、１７、１８、２４、２５ 既存建物の補強構造
２ 既存建物
３ 既存柱
４ バットレス
５ 既存基礎
６ 新規基礎
７ 後施工アンカー
８ 新規基礎用鉄筋
９ コンクリート
１０ ＰＣ鋼棒
１１ カプラー
１２ ＰＣ鋼材
１３ 間隙部
１４、２６ 緩衝材
１５ 梁
１６、１６ａ、１６ｂ 引張材
１９ 耐震補強フレーム
２０ 耐震補強柱
２１ 補強柱
２２ 連結材

Claims (4)

1. 既存建物の外側に新規耐震補強材が形成され、該新規耐震補強材と既存建物との間隙部には緩衝材が設置され、これらの新規耐震補強材間の梁間方向および桁行方向に配線された引張材が所定の緊張力を付与されて新規耐震補強材に定着されてなることを特徴とする既存建物の補強構造。
2. 既存建物の所定の階の層間変形角１／２００以内の該建物の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量と緩衝材の最大弾性変形量とを等しくすることを特徴とする請求項１に記載の既存建物の補強構造。
3. 既存建物の所定の階の層間変形角１／２００以内の該建物の水平変形量を許容変形量とし、この許容変形量によって設定されたその他の階の許容変形量を緩衝材の最大弾性変形量とし、この最大弾性変形量に応じて各階の緩衝材の厚さを設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の既存建物の補強構造。
4. 新規耐震補強材はバットレスまたは耐震補強フレームであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の既存建物の補強構造。

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