JP2013036282A - 既存建物の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】供用中の建物を居住環境に影響を及ぼすことなく構築することが可能であって、応力伝達性に優れた既存建物の補強構造を提案する。
【解決手段】既存建物３０のスラブ３１を挟んで上下に配設された一対の補強フレーム１０，１０と、スラブ３１を貫通する接合部材２０とを備える既存建物の補強構造１であって、補強フレーム１０，１０は、補強柱１１と補強梁１２とを備えており、接合部材２０は、スラブ３１に固定されていて、かつ、スラブ３１の上方に立設された補強柱１１の下端とスラブ３１の下方に立設された補強柱１１の上端とを連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、既存建物の補強構造に関する。

従来、既存建物の耐震補強を行う場合において、既存建物の外部に補強フレームを一体に接合する場合がある。
補強フレームの既存建物への接合は、既存の柱や梁等の躯体構造に打ち込まれた多数の後施工アンカーを介して行うのが一般的である（例えば特許文献１参照）。

ところが、後施工アンカーの躯体構造への打ち込みは騒音や振動が伴うため、供用中の既存建物に適用する場合は、施工期間中の建物の利用が困難となる場合があった。

そのため、本出願人は、居住環境に大きな影響を及ぼすことなく供用中の建物を補強する既存建物の補強構造として、特許文献２に示すように、既存建物の躯体の外部に位置するバルコニーの端部に欠き込み部を形成し、この欠き込み部に補強フレームを接合することで、地震時のせん断力を躯体と補強フレームとの間で伝達するように構成した既存建物の補強構造を提案している。

特開平１１−６２２６４号公報 特開２０１０−１９６２７０号公報

特許文献２の既存建物の補強構造は、バルコニーの外側に補強フレームを構築するものであるため、必然的に建物の柱梁から離れた位置に補強フレームが配設されてしまう。
そのため、バルコニーの張り出し長さが大きい場合には、補強フレームと躯体との応力伝達が効果的に行われないおそれがあった。

本発明は、前記の問題点を解決するものであり、供用中の建物を居住環境に大きな影響を及ぼすことなく構築することが可能であって、応力伝達性に優れた既存建物の補強構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の既存建物の補強構造は、既存建物のスラブを挟んで上下に配設された一対の補強フレームと、前記スラブを貫通する接合部材と、を備えるものであって、前記補強フレームは、補強柱と補強梁とを備えており、前記接合部材は、前記スラブに固定されていて、かつ、前記スラブの上方に立設された補強柱の下端と前記スラブの下方に立設された補強柱の上端とを連結することを特徴としている。

かかる既存建物の補強構造によれば、補強フレームを既存建物の柱梁（あるいは壁）に近づけることができるため、応力伝達が効果的に行われる。
また、補強フレームは、スラブに貫設された接合部材により固定されるものであるため、後施工アンカーを省略あるいは大幅に削減することができ、ひいては、施工に伴う騒音や振動等を最小限に抑えることができる。

前記既存建物の補強構造において、前記接合部材が前記補強柱の軸心の近傍において、前記補強柱同士を連結していれば、補強柱とスラブとの接合をピン接合に近い状態とすることが可能となる。そのため、スラブに応力が集中することを防止し、既存の躯体への負担を最小限に抑えた耐震補強が可能となる。

前記接合部材が、前記スラブに形成された貫通孔を貫通した線状部材を有しており、前記貫通孔の内面と前記線状部材との隙間には固化材が充填されていれば、施工が容易で、工期短縮化が可能となる。
つまり、スラブに貫通孔を削孔し、この貫通孔に線状部材を貫通させた状態で固化材により固定するのみで、接合部材の配置が完了するため、施工性に優れている。
なお、線状部材としては、ボルト、ネジ加工が施された鋼棒、鋼線等を採用すればよい。

前記既存建物の補強構造は、前記線状部材によりプレストレスが導入されていてもよい。

本発明の既存建物の補強構造は、応力伝達性に優れており、供用中の建物を居住環境に大きな影響を及ぼすことなく構築することが可能である。

本発明の実施の形態に係る既存建物の補強構造を示す斜視図である。 補強フレームの正面図である。 同既存建物の補強構造を示す断面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は基礎フレームを示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、既存建物の補強構造の各施工段階を示す断面図である。

本実施形態の既存建物の補強構造１は、図１に示すように、既存建物３０のスラブ３１を挟んで上下に配設された一対の補強フレーム１０，１０と、スラブ３１を貫通して一対の補強フレーム１０，１０を連結する接合部材２０とを備えている。

補強フレーム１０は、図２に示すように、鋼材を組み合わせることにより構成されており、補強柱１１と補強梁１２とを備えている。補強フレーム１０を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態ではＨ形鋼により構成している。

補強フレーム１０は、既存建物３０の各階のバルコニーにおいて、外壁面または窓枠に隣接して形成されている。
補強フレーム１０は、図１に示すように、上下左右に隣接する他の補強フレーム１０と連結されることで、格子状の補強架構を形成している。

補強柱１１は、既存建物３０の室外に張り出す上下のスラブ３１，３１に固定されている。補強柱１１の上端は、接合部材２０を介して上階のスラブ３１に固定されており、補強柱１１の下端は、接合部材２０を介して下階のスラブ３１に固定されている。

補強柱１１の上下端には、図３に示すように、それぞれエンドプレート１３，１３が一体に固定されている。
エンドプレート１３には、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、補強柱１１の軸心（本実施形態ではＨ形鋼のウェブ）に隣接して、ボルト孔１３ａ，１３ａが２箇所形成されている。

ボルト孔１３ａ，１３ａは、補強柱１１のウェブ１１ａを挟んで対向する位置に形成されている。ボルト孔１３ａ，１３ａには、接合部材２０が挿通される。

補強梁１２は、図２に示すように、補強柱１１の上部および下部のそれぞれから左右に延設されており、本実施形態では、１本の補強柱１１に対して（各階毎に）、上下２段形成されている。

本実施形態の上下の補強梁１２，１２同士の間隔は、スラブ３１と補強梁１２との間隔よりも大きくなっているので、室内からの視界が補強梁１２により遮られることがない。

補強梁１２は、補強柱１１の左右の側面に、梁部材１２ａ，１２ａをそれぞれ一体に固定することにより形成されている。梁部材１２ａの補強柱１１への固定方法は限定されるものではない。

隣り合う補強フレーム１０同士の連結は、補強梁１２，１２の端面同士を突き合わせた状態でスプライスプレート１４，１４を介してウェブ同士のみを接合することにより行う。
つまり、左右の補強梁１２，１２のウェブに跨った状態で配設されたスプライスプレート１４，１４により前後から挟むとともに、スプライスプレート１４，１４およびウェブを貫通したボルトにより締着することにより固定する。

左右に隣り合う補強フレーム１０同士を連結すると、図１に示すように、左右の補強柱１１，１１と上下の補強梁１２，１２とにより囲まれた、矩形状の空間が形成される。

なお、左右に隣接する補強フレーム１０同士の接合は、補強梁１２に作用する曲げモーメントが小さくなる位置とし、左右の補強柱１１，１１の中間となる位置で行う。

接合部材２０は、スラブ３１に固定されている。接合部材２０は、スラブ３１の上方に立設された補強柱１１の下端と、スラブ３１の下方に立設された補強柱１１の上端とを連結するとともに、各補強柱１１をスラブ３１に固定している。

本実施形態の接合部材２０は、図４の（ａ）に示すように、ボルト（線状部材）２１とボルト２１に螺着されるナット２２とを有している。

ボルト２１の軸部は、スラブ３１に形成された貫通孔３２内に配置されている。
ボルト２１の軸部は、上下に配設された補強柱１１のエンドプレート１３のボルト孔１３ａをそれぞれ貫通している。

ボルト２１の頭部は、下階の補強柱１１のエンドプレート１３の下面に当接している。
下階の補強柱１１のエンドプレート１３の上面にはナット２３が溶接されていて、ナット２３にはボルト２１の軸部が貫通している。

ナット２２は、上階の補強柱１１のエンドプレート１３の上側においてボルト２１に軸部に螺着されている。ナット２２を締め付けることで、エンドプレート１３をスラブ３１に固定する。

スラブ３１は、図３に示すように、既存建物３０の躯体構造の一部を構成するものであって、柱３３および梁３４に一体に接続された水平部材である。
本実施形態のスラブ３１は、既存建物３０の室外に形成されたバルコニーの床部分を構成している。

スラブ３１には、図４の（ａ）に示すように、接合部材２０を配置するための貫通孔３２が形成されている。
貫通孔３２は、スラブ３１を挟んで上下に配設される補強柱１１の軸心の近傍に形成されており、補強柱１１のエンドプレート１３に形成されたボルト孔１３ａの位置と一致している。

貫通孔３２内に配置されたボルト２１の軸部と、貫通孔３２の内面との隙間には、固化材４０が充填されている。
すなわち、ボルト２１は、固化した固化材４０を介してスラブ３１に固定されている。
なお、固化材４０を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では、グラウトを使用する。

本実施形態では、エンドプレート１３とスラブ３１との間に、固化材４０を充填することで、補強フレーム１０とスラブ３１との間に隙間が形成されることを防止している。なお、エンドプレート１３とスラブ３１との間への固化材４０の充填は、必要に応じて行えばよい。例えば、エンドプレート１３とスラブ３１との表面とが隙間なく密着する場合や、エンドプレート１３とスラブ３１との間に他の調整部材を配置する場合等には、省略してもよい。

本実施形態では、図５の（ａ）に示すように、既存建物３０の１階部分に基礎フレーム５０を形成し、最下段（２階部分）の補強フレーム１０をこの基礎フレーム５０に連結する。

基礎フレーム５０は、既存建物３０の柱３３に接合されているとともに、基礎フレーム５０の基礎地盤に形成された基礎梁５４に上載されている。
なお、基礎フレーム５０は、必要に応じて形成すればよい。また、基礎フレーム５０の形成箇所は１階部分に限定されるものではない。

基礎フレーム５０は、補強柱５１と、補強梁５２と、接合用コンクリート部材５３とを備えて構成されている。

柱部材５１は、上階（２階）のスラブ３１と基礎梁５４との間に立設されており、上端が、接合部材２０を介して上階の補強柱１１と連結されている。補強柱５１には、スタッドボルト５５が突設されており、接合用コンクリート部材５３との一体に接合されている。
補強柱５１の詳細は、補強フレーム１０を構成する補強柱１１と同様なため、詳細な説明は省略する。

補強梁５２は、補強柱５１から左右に延設されており、本実施形態では、補強柱５１の上端部と下端部に固定されている。なお、補強梁５２は、既存建物３０の出入口等においては、省略してもよい。
この他の補強梁５２の詳細は、補強フレーム１０を構成する補強梁１２と同様なため、詳細な説明は省略する。

接合用コンクリート部材５３は、補強柱５１と既存建物３０の柱３３との間に形成された鉄筋コンクリート部材である。

接合用コンクリート部材５３は、一端が補強柱５１のフランジとウェブとにより形成されたコ字状の空間に挿入されている。
補強柱５１から突設されたスタッドボルト５５，５５および柱３３に打ち込まれた後施工アンカー５６，５６を巻き込んだ状態で形成されており、補強柱５１と柱３３とを一体に固定している。なお、接合用コンクリート部材５３の構成は限定されるものではない。

基礎梁５４は、基礎フレーム５０直下に形成されており、基礎フレーム５０および接合用コンクリート部材５３を支持している。
基礎梁５４の構成は限定されるものではない。また、基礎梁５４に代えて、他の基礎部材を配置してもよい。

次に、本実施形態の補強構造１の施工方法について説明する。
本実施形態では、補強構造１の施工に先立って、１階部分に基礎フレーム５０を形成する。この基礎フレーム５０を利用して、２階の補強フレーム１０を取り付け、３階以上においては下階の補強フレーム１０を利用して上階の補強フレーム１０を取り付ける。

補強構造１の具体的な施工方法は、次のとおりである。
まず、図６の（ａ）に示すように、スラブ３１に貫通孔３２，３２を形成する。本実施形態では、低騒音のコアドリルを使用して削孔する。

貫通孔３２，３２を形成したら、スラブ３１の上面の貫通孔３２，３２の近傍に、補強柱１１建て方のためのベースモルタル１５を打設する。ベースモルタル１５は、補強柱１１のウェブの直下となる位置に打設する。なお、ベースモルタル１５は、必要に応じて打設すればよく、省略してもよい。また、ベースモルタルに代えて、荷重受け用の鋼板等の他の部材を配置してもよい。

また、スラブ３１の下側で下階の補強フレーム１０の組み立てを行う。下階に配置された補強フレーム１０は、パイプ等で控えをとり、仮固定をしておく。

次に、図６の（ｂ）に示すように、下階の補強フレーム１０のエンドプレート１３のナット２３にボルト２１を螺入し、ボルト２１の軸部を貫通孔３２に挿通する。

続いて、スラブ３１上に補強フレーム１０を組み立てる。
貫通孔３２，３２を貫通させたボルト２１，２１の軸部を上階の補強フレーム１０のエンドプレート１３に相通するとともに、エンドプレート１３の上側に突出した軸部にナット２２，２２を螺合することで、上下の補強フレーム１０，１０を連結し、かつ、スラブに固定する。

続いて、図６の（ｃ）に示すように、上下の補強フレーム１０のエンドプレート１３，１３を囲むように、型枠４１を設置する。

型枠４１を設置したら、補強フレーム１０とスラブ３１との隙間および、ボルト２１と貫通孔３２との隙間に固化材４０を充填し、上下の補強フレーム１０，１０とスラブ３１とを接合する。

補強フレーム１０の設置が完了したら、必要に応じて補強フレームに仕上げ塗装を行う。
仕上げ塗装は、各補強フレーム１０を設置するたびに行ってもよいし、既存建物３０の全体に対して補強フレーム１０の設置が完了してからまとめて行ってもよい。

本実施形態の既存建物の補強構造１によれば、スラブ３１の張り出し長さの大小に係らず補強フレーム１０を既存建物３０の柱３３や梁３４（あるいは壁）に近づけることができ、したがって、既存建物３０の躯体構造と補強フレーム１０との応力伝達が効果的に行われるようになる。
すなわち、貫通孔３２の位置は、スラブ３１の張り出し長さの大小とは関係なく比較的自由に設定できるので、スラブ３１の張り出し長さが大きい場合であっても、既存建物３０の柱３３、梁３４（あるいは壁）に近づけることができる。

補強構造１は、補強柱１１の本数を多く配置するものであるため、補強柱１１の１本あたりの負担を軽減し、スラブ３１への接合で応力伝達を可能としている。

また、補強フレーム１０は、後施工アンカーを用いることなく、スラブ３１を貫通して配設された接合部材２０を介して固定するものであるため、後施工アンカーを柱３３や梁３４に打ち込む必要がなく、施工性に優れているとともに、施工に伴う騒音や振動等を最小限に抑えることができる。
つまり、後施工アンカーの施工は、基礎フレーム５０の部分のみに抑えているため、供用中の建物の使用を停止することなく、または、使用の停止期間を最小限に抑えて、建物の補強を行うことが可能となる。

接合部材２０は、補強柱１１の軸心の近傍に配置されているため、補強柱１１とスラブ３１とがピン接合に近い状態となり、その結果、スラブ３１への応力集中が防止される。そのため、既存の躯体への負担を最小限に抑えた耐震補強が可能となる。

また、補強梁１２同士の接合を、補強柱１１同士の中間部の曲げモーメントが最小となる位置で行っているので、補強梁１２同士の接合部が弱点となることがない。

ボルト２１を利用して、補強柱１１同士の連結を行うため、施工が容易で、工期短縮化が可能となる。
つまり、スラブ３１に貫通孔３２を削孔し、この貫通孔３２にボルト２１を貫通させた状態で固化材４０により固定するのみで、接合部材２０の配置が完了するため、施工性に優れている。

また、補強フレーム１０と既存建物３０との間で、地震時のせん断力を互いに伝達するように構成されているため、所望の補強効果を確保することができる。

また、補強構造１は、補強フレーム１０をスラブ３１に固定することで構成されるものであるため、あらゆる建物に採用することが可能である。
さらに、既存建物３０を使用しながら施工を行うことで、施工について時期的な制約を受けづらく、全体として短期施工が可能となり、費用の低減化を図ることもできる。

以上、本発明に係る好適な実施の形態について説明したが、本発明は前記の各実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、線状部材としてボルト２１を使用したが、線状部材を構成する材料は限定されるものではない。例えば、鋼棒、鋼線、鋼より線等であってもよい。

接合部材２０の構成は、前記実施形態で示した構成に限定されるものではない。例えば、ナット２３は必要に応じて配置すればよく、省略してもよい。また、ナット２３は、必ずしもエンドプレート１３に溶接されている必用はない。
また、前記実施形態では、ダブルナット２２，２２により、上階の補強柱１１を固定したが、ナット２２は、必ずしもダブルナットである必要はない。

また、補強フレーム１０とスラブ３１との接合部分には、線状部材により、プレストレスを導入してもよい。

前記実施形態では、バルコニーの床部分を構成するスラブ３１に補強フレーム１０を固定する場合について説明したが、補強フレーム１０の設置箇所は限定されるものではない。例えば、室内において補強フレーム１０を床スラブに固定してもよい。

また、前記実施形態では、補強架構を鉄骨構造により構成する場合について説明したが、補強架構の構成は鉄骨構造に限定されるものではなく、例えば、一部または全部を鉄筋コンクリート構造により構成してもよい。

１ 補強構造
１０ 補強フレーム
１１ 補強柱
１２ 補強梁
２０ 接合部材
２１ ボルト（線状部材）
３０ 既存建物
３１ スラブ
３２ 貫通孔
４０ 固化材

Claims (4)

1. 既存建物のスラブを挟んで上下に配設された一対の補強フレームと、
   前記スラブを貫通する接合部材と、を備える既存建物の補強構造であって、
   前記補強フレームは、補強柱と補強梁とを備えており、
   前記接合部材は、前記スラブに固定されていて、かつ、前記スラブの上方に立設された補強柱の下端と前記スラブの下方に立設された補強柱の上端とを連結することを特徴とする、既存建物の補強構造。
2. 前記接合部材は、前記補強柱の軸心の近傍において、前記補強柱同士を連結してい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. 前記接合部材は、前記スラブに形成された貫通孔を貫通した線状部材を有しており、
   前記貫通孔の内面と前記線状部材との隙間には、固化材が充填されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の既存建物の補強構造。
4. 前記線状部材によりプレストレスが導入されていることを特徴とする、請求項３に記載の既存建物の補強構造。

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