JP2012031615A

JP2012031615A - 耐震補強構造

Info

Publication number: JP2012031615A
Application number: JP2010171160A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Maeda; 信之前田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】大きな開口を確保することができる耐震補強性能に優れた耐震補強構造を提供する。
【解決手段】既存建物の柱梁架構面内に耐震補強要素を付加した耐震補強構造１０であって、耐震補強要素は、梁４の下側に沿って左右方向に延在する梁補強部材１２ｂと、梁補強部材１２ｂの中央下方に開口を形成するように、梁補強部材１２ｂに対して梁４の中央から左右に偏心した位置に接続するとともに、柱２、梁４と接続した耐震補強部材１４、１２ａとからなり、梁４の中央の曲げ降伏後に、梁４に作用するせん断力の一部を、梁補強部材１２ｂで負担するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、既存建物の柱梁架構面内に鉄骨ブレースを設けて耐震補強する耐震補強構造に関するものである。

従来、既存建物の柱梁架構に対する有効な耐震補強構造として、柱梁架構面内に鉄骨ブレースを設けた構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６は、従来の鉄骨ブレースを用いた耐震補強構造を例示した図である。図６（ａ）に示すように、柱２と梁４からなる柱梁架構内にＫ字状にブレース６を設けたＫ形ブレース構造の場合には、構面内に開口８を設けにくいという短所がある。一方、図６（ｂ）に示すように、いわゆるマンサード形ブレース構造の場合には、Ｋ形ブレース構造よりも大きな開口面積を確保できる反面、ブレースの配置角度が力学的に不利なものとなり、耐震補強性能に劣るという短所がある。

特開平９−１５８５２８号公報

このため、既存建物の柱梁架構の耐震補強構造において、大きな開口を確保することができる耐震補強性能に優れた技術の開発が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大きな開口を確保することができる耐震補強性能に優れた耐震補強構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る耐震補強構造は、既存建物の柱梁架構面内に耐震補強要素を付加した耐震補強構造であって、前記耐震補強要素は、前記梁の下側に沿って左右方向に延在する梁補強部材と、前記梁補強部材の中央下方に開口を形成するように、前記梁補強部材に対して前記梁中央から左右に偏心した位置に接続するとともに、前記柱梁と接続した耐震補強部材とからなり、前記梁中央の曲げ降伏後に、前記梁に作用するせん断力の一部を、前記梁補強部材で負担するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る耐震補強構造は、上述した請求項１において、前記耐震補強部材を、Ｋ字形状のブレースで構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る耐震補強構造は、上述した請求項１において、前記耐震補強部材を、Ｘ字形状のブレースで構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る耐震補強構造は、上述した請求項１において、前記耐震補強部材を、鋼板で構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る耐震補強構造は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記耐震補強部材を、前記ブレースが対角線上に配置される四角枠部材からなる枠組フレームで構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る耐震補強構造は、上述した請求項１〜５のいずれか一つにおいて、前記梁補強部材と前記梁下側との間に隙間を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る耐震補強構造は、上述した請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記梁中央にせん断補強部材を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、既存建物の柱梁架構面内に耐震補強要素を付加した耐震補強構造であって、前記耐震補強要素は、前記梁の下側に沿って左右方向に延在する梁補強部材と、前記梁補強部材の中央下方に開口を形成するように、前記梁補強部材に対して前記梁中央から左右に偏心した位置に接続するとともに、前記柱梁と接続した耐震補強部材とからなり、前記梁中央の曲げ降伏後に、前記梁に作用するせん断力の一部を、前記梁補強部材で負担するようにしたので、従来のＫ形ブレース構造等に比較して柱梁架構面内に大きな開口を確保することができる。また、梁補強部材の寸法等の調整により既存梁に作用するせん断力を制御可能であることから、既存梁の脆性破壊を回避することができ、耐震補強性能に優れた構造を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る耐震補強構造の実施例を示す図である。図２は、本発明に係る耐震補強構造の他の実施例を示す図である。図３は、曲げモーメントの一例を示す図である。図４は、本発明に係る耐震補強構造の他の実施例を示す図である。図５は、本発明に係る耐震補強構造の他の実施例を示す図である。図６は、従来の鉄骨ブレースによる耐震補強構造の一例を示す図である。

以下に、本発明に係る耐震補強構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係る耐震補強構造１０は、鉄筋コンクリート（ＲＣ）造の既存建物の柱２と梁４からなる柱梁架構面内に、耐震補強要素を付加した耐震補強構造である。この耐震補強要素は、ＲＣ梁４の下側に沿って左右方向に延在する鉄骨からなる梁補強部材１２ｂと、耐震補強部材としての鉄骨ブレース１４を有する枠組フレーム１２とからなる。

梁補強部材１２ｂの左右端には、枠組フレーム１２の四角枠部材１２ａの上隅部が接続してあり、梁補強部材１２ｂの中央下方に開口を形成する。四角枠部材１２ａは、鉄骨からなる部材であり、左右の柱２および上下の梁４と接続している。

鉄骨ブレース１４は、各四角枠部材１２ａの対角線上に配置され、下方にいくに従いブレース間の左右間隔が広くなる略Ｋ字形状の態様に配置されている。このように、鉄骨ブレース１４の上端は、梁補強部材１２ｂに対してＲＣ梁４中央から左右に偏心した位置にある。このため、本発明の耐震補強構造１０は、いわば偏心Ｋ形ブレース構造の形態をなしている。

枠組フレーム１２および梁補強部材１２ｂは、一般的な耐震補強構造と同様に、柱梁架構にアンカー打ち等で固定され、境界面にはグラウト１６が充填される。なお、アンカー打ちを伴わない接着剤を用いた構造を採用しても構わない。

鉄骨ブレース１４の上端間の梁補強部材１２ｂとＲＣ梁４下側との間には小さな隙間１８が設けてあり、ＲＣ梁４と梁補強部材１２ｂはこの区間で縁切り処理がなされている。なお、一般にＲＣ梁４の剛性は梁補強部材１２ｂの剛性よりも大きいため、ＲＣ梁４と梁補強部材１２ｂとを一体化すると、ここに作用する力の大部分はＲＣ梁４が負担することになる。そこで、上述したようにＲＣ梁４と梁補強部材１２ｂとを隙間１８で力学的に切り離し、梁補強部材１２ｂを有効に作用させる。

上記の構成において、ＲＣ梁４中央が曲げ降伏して曲げヒンジが形成されるとＲＣ梁４中央の剛性低下が生じるので、相対的に剛性が優位となった梁補強部材１２ｂでＲＣ梁４が負担できないせん断力を負担させる。ここで、ＲＣ梁４が曲げヒンジとなる以前にせん断降伏する場合等には、図２に示すように、ＲＣ梁４中央に鋼板や炭素繊維等のせん断補強部材２０を設けて対応してもよい。

なお、一般に、ＲＣ梁４は中央部の主筋量を端部の主筋量の６０％程度に落として設計施工される。したがって、ＲＣ梁４中央の曲げ降伏後のせん断力は、原設計のせん断力を大幅に上回ることはないと考えられる。

このように、本発明の耐震補強構造１０は、ブレース１４の上端がＲＣ梁４中央から左右に偏心して配置される偏心Ｋ形ブレース構造の形態をなすので、従来のＫ形ブレース構造等に比較して柱梁架構面内に大きな開口を確保することができる。

また、本発明の耐震補強構造１０は、梁中央部でＲＣ梁４と梁補強部材１２ｂを分離することにより、ＲＣ梁４中央のブレース１４上端間に曲げ降伏による曲げヒンジを形成させてＲＣ梁４の剛性の低下を起こさせ、ＲＣ梁４中央の下側の梁補強部材１２ｂでＲＣ梁４が負担できないせん断力を分担させる。この場合、ＲＣ梁４に作用するせん断力は、図２に示すように、梁補強部材１２ｂの長手寸法Ｌ_０等を調整することにより制御可能であることから、これを適宜調整することによりＲＣ梁４の脆性破壊を回避することができる。このため、本発明の耐震補強構造１０は、耐震補強性能に優れている。

なお、柱２の内面から梁補強部材１２ｂの端面までの寸法Ｌ_１は、Ｄ＋４０ｄ程度に設定することが好ましい。ここに、ＤはＲＣ梁４の梁成、ｄはＲＣ梁４の主筋径である。また、梁補強部材１２ｂの長手寸法Ｌ_０と柱間のスパンＬの比Ｌ_０／Ｌは、１／３程度とすることが好ましく、例えば、スパンＬが６ｍである場合には、Ｌ_０を２ｍ程度に設定することができる。

次に、本発明の耐震補強構造１０における応力負担について、図３の曲げモーメント図を用いて説明する。

図３に示すように、本発明の耐震補強構造１０に生じる曲げモーメントＭ_０は、柱梁架構が負担する力ＱＦと鉄骨ブレース１４が負担する力ＱＢにより生じる曲げモーメントＭ_ＱＦとＭ_ＱＢを足し合わせたものである。

ここで、曲げモーメントの勾配がせん断力を示すため、足し合わせた場合に勾配がきつくなる部分がせん断力が増加する部分である。梁中央部でせん断力が大きくなることが判る。ＲＣ梁４の曲げ降伏後には曲げモーメントＭ_０の一部は梁補強部材１２ｂ（図３中、鉄骨と表記）により負担され、この結果、曲げ降伏後のＲＣ梁４は曲げモーメントＭ_１を負担することになる。

上記の実施の形態においては、耐震補強部材をＫ字形状の鉄骨ブレース１４で構成する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図４に示すように、耐震補強部材をＸ字形状の鉄骨ブレース２２で構成してもよいし、図５に示すように、耐震補強部材を開口のない鋼板２４で構成してもよく、いずれにしても本発明と同一の作用効果を奏することができる。

以上説明したように、本発明によれば、既存建物の柱梁架構面内に耐震補強要素を付加した耐震補強構造であって、前記耐震補強要素は、前記梁の下側に沿って左右方向に延在する梁補強部材と、前記梁補強部材の中央下方に開口を形成するように、前記梁補強部材に対して前記梁中央から左右に偏心した位置に接続するとともに、前記柱梁と接続した耐震補強部材とからなり、前記梁中央の曲げ降伏後に、前記梁に作用するせん断力の一部を、前記梁補強部材で負担するようにしたので、従来のＫ形ブレース構造等に比較して柱梁架構面内に大きな開口を確保することができる。また、梁補強部材の寸法等の調整により既存梁に作用するせん断力を制御可能であることから、既存梁の脆性破壊を回避することができ、耐震補強性能に優れた構造を提供することができる。

以上のように、本発明に係る耐震補強構造は、既存建物の柱梁架構面内に鉄骨ブレースを設けて耐震補強する耐震補強構造に有用であり、特に、柱梁架構面内に大きな開口を確保したい場合に適している。

２柱
４梁
６鉄骨ブレース
１０耐震補強構造
１２枠組フレーム（耐震補強部材）
１２ａ四角枠部材
１２ｂ梁補強部材
１４鉄骨ブレース（耐震補強部材）
１６グラウト
１８隙間
２０せん断補強部材
２２Ｘ字形状の鉄骨ブレース（耐震補強部材）
２４鋼板（耐震補強部材）

Claims

既存建物の柱梁架構面内に耐震補強要素を付加した耐震補強構造であって、
前記耐震補強要素は、前記梁の下側に沿って左右方向に延在する梁補強部材と、前記梁補強部材の中央下方に開口を形成するように、前記梁補強部材に対して前記梁中央から左右に偏心した位置に接続するとともに、前記柱梁と接続した耐震補強部材とからなり、
前記梁中央の曲げ降伏後に、前記梁に作用するせん断力の一部を、前記梁補強部材で負担するようにしたことを特徴とする耐震補強構造。
前記耐震補強部材を、Ｋ字形状のブレースで構成したことを特徴とする請求項１に記載の耐震補強構造。
前記耐震補強部材を、Ｘ字形状のブレースで構成したことを特徴とする請求項１に記載の耐震補強構造。
前記耐震補強部材を、鋼板で構成したことを特徴とする請求項１に記載の耐震補強構造。
前記耐震補強部材を、前記ブレースが対角線上に配置される四角枠部材からなる枠組フレームで構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の耐震補強構造。
前記梁補強部材と前記梁下側との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の耐震補強構造。
前記梁中央にせん断補強部材を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の耐震補強構造。