JP2014088657A

JP2014088657A - 座屈拘束ブレースおよびこれを用いた耐震補強構造

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Publication number: JP2014088657A
Application number: JP2012237433A
Authority: JP
Inventors: Atsuko Nagahama; 温子長濱; Takahisa Mori; 貴久森
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: JP6246464B2

Abstract

【課題】少ない補強構面数で既存建物の補強が行え、既存建物との接合部の簡素化、施工期間の短縮、施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題も解消できる座屈拘束ブレースおよびこれを用いた既存建物の耐震補強構造を提供する。
【解決手段】この座屈拘束ブレース２は、両端が建物の躯体１に接合される芯材３と、この芯材３の両面に沿って配置されて芯材３の座屈を拘束する一対の拘束材４，４とを有する。芯材３は、拘束材４で拘束されている長さ方向の範囲で一対の分割芯材に分割されている。芯材３の両端には、躯体１である柱２０Ａ，２０Ｂと横架材３０Ａ，３０Ｂとにそれぞれ接合されてこれら柱２０Ａ，２０Ｂと横架材３０Ａ，３０Ｂの相互間に生じる曲げ力を負担する躯体接合片１０を設ける。この躯体接合片１０における曲げ力の負担と、前記芯材３と拘束材４との間に生じる摩擦力とで、芯材３の両端間に作用する引っ張り力の一部を負担可能とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、座屈拘束ブレースおよびこれを用いて補強する既存建物の耐震補強構造に関する。

従来、ＲＣ造（鉄筋コンクリート造）建物やＳＲＣ造（鉄骨鉄筋コンクリート造）建物の耐震補強方法として、鉄骨枠付ブレースによる補強方法が多く用いられている。この耐震補強方法には、以下のような特徴がある。
・ＲＣ壁を増打ちして耐震補強する場合に比べて、閉塞間を低減できる。
・既存建物躯体に鉄骨枠付ブレースを接合する場合には、後施工アンカーと頭付きスタッドを用いモルタル充填を行う間接接合が多く採用される。

しかし、上記した従来の耐震補強方法のように、後施工アンカーを用いて既存建物躯体へ鉄骨枠付ブレースを間接接合するのでは、施工において、以下の問題が生じる。
・後施工アンカーを打設するときに、騒音、振動、粉塵が発生する。すなわち、ブレースに引っ張り力を負担させる場合、既存建物躯体との応力伝達を確実に行うために、後施工アンカーを多数用いたり、深く埋め込む必要がある。そのため、後施工アンカーを打設するときの、騒音、振動、粉塵発生の問題が大きい。
・アンカー打設は、既存建物躯体の鉄筋の配筋状況に施工性が左右され、多くの時間を要する場合がある。
・型枠組立、無収縮モルタルの充填・養生、型枠解体の各作業を要するので、施工期間が長期化し、コストアップを招く。

そこで、これらの問題を解決するものとして、圧縮力のみを伝達する圧縮ブレースを用いることで接合部の簡素化を図ったものが提案されている（例えば特許文献１）。

特許第４９１７１６８号公報

上記圧縮ブレースを用いた補強方法は、圧縮ブレースが圧縮力のみを伝達するブレースであることから、２本の圧縮ブレースを１組として用いることが望ましい補強方法である。そのため、圧縮ブレースをはすかいに配置する場合は、従来の枠付鉄骨ブレースを用いた補強方法の場合に比べて、補強する耐力壁面である補強構面が２倍必要になる。既存建物を補強する場合、補強可能な構面数は限られている場合もあり、必要構面数が多くなる上記補強方法では対応できない。例えば、補強構面が増えると開口の確保が難しくなり、また工期も長くなる。

この発明の目的は、基本的には圧縮力の負担を行いながら引っ張り力も負担できて、少ない補強構面数で既存建物の補強が行え、既存建物との接合部の簡素化、施工期間の短縮、施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題も解消できる座屈拘束ブレースおよびこれを用いた既存建物の耐震補強構造を提供することである。

この発明の座屈拘束ブレースは、両端が建物の躯体に接合される芯材と、この芯材の両面に沿って配置されて前記芯材の座屈を拘束する一対の拘束材とを有し、前記芯材が、前記拘束材で拘束されている長さ方向の範囲で一対の分割芯材に分割された座屈拘束ブレースであって、前記芯材の両端に、前記躯体である柱と横架材とにそれぞれ接合されてこれら柱と横架材の相互間に生じる曲げ力を負担する躯体接合片を設け、前記芯材の両端間に作用する引っ張り力の一部を負担可能としたことを特徴とする。

この構成によると、芯材が一対の分割芯材に分割されているため、基本的には圧縮ブレースとして機能する。しかし、前記躯体接合片における曲げ力の負担により、結果的に座屈拘束ブレースが躯体の引っ張り力の一部を負担することと同様の作用が得られる。この躯体接合片における曲げ力の負担と、前記芯材と拘束材との間に生じる摩擦力とで、芯材の両端間に作用する引っ張り力の一部を負担可能となる。このように、圧縮力を負担するだけでなく引つ張り力もある程度は負担するので、圧縮側だけでなく引っ張り側に対しても補強効果を発揮することができる。そのため、少ない座屈拘束ブレースにより、換言すると少ない補強構面数で建物の躯体を補強することができる。補強構面数を少なくすることで、工期短縮や建物を使用する際の開口確保等の自由度も高まる。また、座屈拘束ブレースの既存建物躯体との接合についても、通常の引っ張り力のみを負担するブレースに比べて、引っ張り力の負担が少ないため、躯体接合片が躯体から剥がれる方向の強度負担が軽減され、接合構造が簡素化できる。これにより、後施工に使用するボルト等のアンカーの本数も削減できるので、騒音、振動、粉塵の発生を抑えることができ、工期も短縮することができる。

この発明において、前記躯体接合片が、前記芯材の一部で形成されて先端縁の２辺が互いに直角を成しそれぞれ前記柱および横架材に沿う形状の芯材継手部と、この芯材継手部の前記２辺に沿って立ち上がりそれぞれ前記柱および横架材に接合される柱側および横架材側のエンドプレートとでなり、両エンドプレートの幅を前記一対の拘束材の互いに背を向く面の間の幅よりも大きくしても良い。
このように、両エンドプレートの幅を一対の拘束材の互いに背を向く面の間の幅よりも大きくすることで、前記躯体接合片における躯体の曲げ力の負担を大きくできて、引っ張り側に対しての補強効果をより大きく発揮することができる。

この発明において、前記柱側のエンドプレートに、前記柱に沿って延びるエンドプレート延長部を設けても良い。このように。柱側のエンドプレートに、柱に沿って延びるエンドプレート延長部を設けることで、座屈拘束ブレースの柱との接合部で曲げ耐力をより一層増大させることができ、補強効果をさらに高めることができる。

この発明の既存建物の耐震補強構造は、既存建物を座屈拘束ブレースで補強する構造であって、この発明の座屈拘束ブレースを用いて既存建物の補強することを特徴とする。
この既存建物の耐震補強構造によると、この発明の座屈拘束ブレースにつき前述したと同様に、少ない補強構面数で既存建物の補強が行え、既存建物との接合部の簡素化、施工期間の短縮、施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題も解消できる。

この発明の座屈拘束ブレースは、両端が建物の躯体に接合される芯材と、この芯材の両面に沿って配置されて前記芯材の座屈を拘束する一対の拘束材とを有し、前記芯材が、前記拘束材で拘束されている長さ方向の範囲で一対の分割芯材に分割された座屈拘束ブレースであって、前記芯材の両端に、前記躯体である柱と横架材とにそれぞれ接合されてこれら柱と横架材の相互間に生じる曲げ力を負担する躯体接合片を設け、前記芯材の両端間に作用する引っ張り力の一部を負担可能としたため、基本的には圧縮力の負担を行いながら引っ張り力も負担できて、少ない補強構面数で既存建物の補強が行え、既存建物との接合部の簡素化、施工期間の短縮、施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題も解消できる。
この発明の既存建物の耐震補強構造は、既存建物の補強にこの発明の座屈拘束ブレースを用いたため、少ない補強構面数で既存建物の補強が行え、既存建物との接合部の簡素化、施工期間の短縮、施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題も解消できる。

この発明の一実施形態に係る座屈拘束ブレースを用いた建物躯体の耐震補強構造を示す正面図である。同座屈拘束ブレースの外観斜視図および断面図である。（Ａ）は座屈拘束ブレースの圧縮時の断面図、（Ｂ）は同座屈拘束ブレースの引っ張り時の断面図である。（Ａ）は座屈拘束ブレースの他の構成例の圧縮時の断面図、（Ｂ）は同座屈拘束ブレースの引っ張り時の断面図である。座屈拘束ブレースのさらに他の構成例の部分斜視図である。座屈拘束ブレースの芯材の分割側端部の表面に補強板がない場合の圧縮時の芯ズレの説明図である。座屈拘束ブレースの建物躯体への取付状態を示す部分拡大正面図および部分拡大断面図である。この座屈拘束ブレースを用いた補強構造の建物躯体と補強を行わない建物躯体とを比較して行った水平加力実験結果を示すグラフである。他の実施形態の座屈拘束ブレースの建物躯体への取付状態を示す部分拡大正面図および部分拡大断面図である。さらに他の実施形態の座屈拘束ブレースの建物躯体への取付状態を示す部分拡大正面図および部分拡大断面図である。さらに他の実施形態の座屈拘束ブレースの建物躯体への取付状態を示す部分拡大断面図である。さらに他の実施形態の座屈拘束ブレースの建物躯体への取付状態を示す部分拡大断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図８と共に説明する。図１は、この実施形態の座屈拘束ブレース２を用いた既存建物躯体１の耐震補強構造を示す正面図である。同図に示すように、建物躯体１では、隣り合う２本の柱２０Ａ，２０Ｂ間に横架材である上下の梁３０Ａ，３０Ｂが横架されている。建物躯体１はＲＣ造またはＳＲＣ造である。下側の横架材となる梁３０Ｂは、布基礎や基礎梁等の基礎であっても良い。座屈拘束ブレース２は、片方の柱２０Ａと下側の梁３０Ｂとの隅部から、もう片方の柱２０Ｂと上側の梁３０Ａとの隅部に渡ってはすかいに設ける。

前記座屈拘束ブレース２は建物躯体１に加わる水平力に抵抗する部材であって、図２に示すように、芯材３とこの芯材３の両面に沿って配置されて芯材３の座屈を拘束する一対の拘束材４，４とを有する。芯材３は、帯状の平鋼板であり、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）や、ＬＹＰ材（極低降伏点鋼材）等の降伏点の低い鉄鋼材料からなる。
拘束材４は、例えば芯材３に向けて開口する溝形鋼材５内にモルタルまたはコンクリート６を充填して構成される。芯材３と拘束材４との間には粘性弾性体からなるアンボンド材９が介在させてある。芯材３の両側面には、対向する一対の拘束材４，４の間の隙間を確保するスペーサ１９が介在させてある。スペーサ１９は、線状の鋼材またはゴム材等からなるが、省略しても良い。

芯材３の両端には、躯体接合片１０が設けられている。これら躯体接合片１０は、座屈拘束ブレース２を建物躯体１に接合する部分であるが、前記柱２０Ａ，２０Ｂと梁３０Ａ，３０Ｂとにそれぞれ接合されて、これら柱２０Ａ，２０Ｂと梁３０Ａ，３０Ｂの相互間に生じる曲げ力を負担する機能を有する。この躯体接合片１０は、芯材３の一部で形成されて先端縁の２辺が互いに直角を成しそれぞれ前記柱２０Ａ，２０Ｂおよび梁３０Ａ，３０Ｂに沿う形状の芯材継手部３ａと、この芯材継手部３ａの前記２辺に沿って前記芯材継手部３ａに垂直に設けられそれぞれ前記柱２０Ａ，２０Ｂおよび梁３０Ａ，３０Ｂに接合される柱側および梁側のエンドプレート１１，１２とでなる。両辺のエンドプレート１１，１２は、互いに折れ曲がって互いに連続しており、また芯材継手部３ａの表裏両面に突出している。芯材継手部３ａには、両面に長手方向に沿って補強リブ３ａａが設けられ、補強リブ３ａａは拘束材４の溝形鋼材５の端部付近に設けられたスリット部から突出している。前記両エンドプレート１１，１２の幅Ｈ１は、前記一対の拘束材４，４の互いに背を向く面の間の幅Ｈ２よりも大きくされている。これらエンドプレート１１，１２には複数のボルト挿通孔（図２には図示せず）が設けられている。

図３に示すように、芯材３は、拘束材４，４で挟まれた長さ範囲内における、長さ方向の途中部分、例えば中央で、一対の分割芯材３Ａ，３Ａに分割されている。これら一対の分割芯材３Ａ，３Ａの間には、長さ方向と垂直な鋼板７が、拘束材４に渡って介在させてある。図３の例では、前記鋼板７は、拘束材４の外側部材である溝形鋼材５に突き当たる位置まで、縦横とも延ばされている。拘束材４のモルタルまたはコンクリート６の部分は、鋼板７を介して左右に２分割される。
この他に図４のように、溝形鋼材５を突き切って拘束材４の外側に突出する位置まで鋼板７を延ばしても良い。この場合、拘束材４の全体が左右に２分割されることになる。

両分割芯材３Ａの分割側端部の両面には、図５のように補強板８が溶接により接合されている。補強板８を設けた場合、前記アンボンド材９により被覆される部分は、両分割芯材３Ａの両面における、前記補強板８の接合部を除く部分とするのが良い。

図３は、図１における座屈拘束ブレース２のIII − III矢視断面図を、圧縮時と引っ張り時に分けて示している。この座屈拘束ブレース２では、芯材３が長さ方向の途中部分で分割された一対の分割芯材３Ａからなるため、図３（Ａ）のように圧縮力の作用時には、両分割芯材３Ａ，３Ａの端部が鋼板７を介して突き当て状態となり、圧縮力の伝達が可能であるが、図３（Ｂ）のように引っ張り時には両分割芯材３Ａ，３Ａの端部が鋼板７から引き離されるので、分割芯材３Ａの構造だけからでは引っ張り力を負担するのに十分ではない。ただし、次に挙げる２つの要因により、この座屈拘束ブレース２では、ある程度の引っ張り力を負担することができる。
（１）芯材３・拘束材４間の摩擦とアンボンド材９の粘着力
（２）座屈拘束ブレース２の両端における躯体接合片１０による、建物の直角に隣合う柱２０Ａ，２０Ｂと梁３０Ａ，３０Ｂ間の曲げ力の負担。特に、躯体接合片１０のエンドプレート１１，１２の幅Ｈ１を、一対の拘束材４，４の互いに背を向く面の間の幅Ｈ２よりも大きくした（Ｈ１＞Ｈ２）ことによる、前記柱２０Ａ，２０Ｂと梁３０Ａ，３０Ｂ間の曲げ力の負担増大
なお、引張力の負担の割合は、前記エンドプレート１１，１２の幅Ｈ１を調整することにより調整可能である。

このように一対の分割芯材３Ａ，３Ａは、作用荷重によって互いに突き当て状態となったり離れたりするが、両分割芯材３Ａ，３Ａの間に鋼板７を介在させているので、分割芯材３Ａ，３Ａの端面は鋼板７に当接する。そのため、芯材３に厚み方向のずれが生じても。そのずれによる影響を緩和し、確実な圧縮力の伝達が行える。鋼板７を拘束材４の外部まで突出させた図４の構成例の場合も同様である。

図１のＡ部を拡大して示す図７（Ａ）のように、柱２０Ａと梁３０Ｂと、座屈拘束ブレース２の下端における躯体接合片１０の柱側および梁側のエンドプレート１１，１２との間にはモルタル１３が充填され、これらエンドプレート１１，１２をホールインアンカー等のボルト１４とナット１５で柱２０Ａおよび梁３０Ｂに接合することにより、座屈拘束ブレース２の下端が柱２０Ａと下側の梁３０Ｂの交差する隅部に接合される。座屈拘束ブレース２の上端も上記と同様にして、柱２０Ｂと上側の梁３０Ａの交差する隅部に接合され、既存建物躯体１が座屈拘束ブレース２を用いて補強される。

上記構成の座屈拘束ブレース２を用いた耐震補強構造によると、芯材３が一対の分割芯材３Ａ，３Ａに分割されているため、圧縮ブレースとして機能する。しかし、躯体接合片１０における曲げ力の負担により、結果的に座屈拘束ブレース２が躯体の引っ張り力の一部を負担することと同様の作用が得られる。この躯体接合片１０における曲げ力の負担と、前記芯材２と拘束材４との間に生じる摩擦力およびアンボンド材９の粘着力とで、芯材２の両端間に作用する引っ張り力の一部を負担可能となる。このように、座屈拘束ブレース２が圧縮力を負担するだけでなく引っ張り力もある程度は負担するので、圧縮側だけでなく引っ張り側に対しても補強効果を発揮することができ、少ない座屈拘束ブレース２により、換言すると少ない補強構面数で、既存建物等の建物躯体１の補強を行うことができる。また、座屈拘束ブレース２の建物躯体１との接合についても、通常の引っ張り力を負担するブレースに比べて、引っ張り力の負担が少ないため、躯体接合片１０が建物躯体１から剥がれる方向の強度負担が軽減され、コンクリート表層部のボルトの引っ張りによる剥がれ等が生じ難く、接合構造が簡素化できる。座屈拘束ブレース２の既存建物躯体１との接合も簡素化できる。これにより、後施工に使用するボルト１４等のアンカーの本数も削減できるので、騒音、振動、粉塵の発生を抑えることができ、工期も短縮することができる。

図８は、上記実施形態の座屈拘束ブレース２を用いた耐震補強構造の建物躯体１と補強を行わない建物躯体とを比較して行った水平加力実験結果を示すグラフである。図中、（１）は補強を行わない建物躯体の実験結果のグラフを、（２）は前記耐震補強構造の建物躯体の実験結果のグラフをそれぞれ示し、グラフの縦軸は水平荷重を、横軸は層間変形角をそれぞれ示す。また、同グラフの第一象限は座屈拘束ブレース２が圧縮される側（正側）を表し、第三象限は引っ張られる側（負側）を表す。この試験結果から明らかなように、前記座屈拘束ブレース２を用いて補強した場合は、正側の水平荷重（圧縮力）が大幅に増大しており、負側についても補強を行わない建物躯体に比べて水平荷重（引っ張り力）が増大していることが分かる。

図９は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の座屈拘束ブレース２では、図７に示す実施形態において、その躯体接合片１０における柱側のエンドプレート１１に、柱２０Ａに沿って延びるエンドプレート延長部１１ａを設けている。なお、芯材継手部３ａは、エンドプレート延長部１１ａに沿う部分までは延ばさないとしているが、接合部の耐力の範囲内で引っ張り側の負担を増やしたい場合は、一部伸ばしても構わない。ここでは、座屈拘束レース２の下端側についてのみ示しているが、上端側でも同様であり、その他の構成は図１〜図７に示した先の実施形態の場合と同様である。

このように、柱側のエンドプレート１１に、エンドプレート延長部１１ａを設けることによって、座屈拘束ブレース２の柱２０Ａ，２０Ｂとの接合部で曲げ耐力を増大させることができ、補強効果をさらに高めることができる。その他の作用効果は先の実施形態の場合と同様である。

図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の座屈拘束ブレース２では、図７に示す実施形態において、その躯体接合片１０における柱側のエンドプレート１１Ａを柱２０Ａの３つの側面を囲む断面コ字状としている。また、そのエンドプレート１１Ａには、柱２０Ａに沿って延びるエンドプレート延長部１１Ａａも設けている。エンドプレート１１Ａの中央部と柱２０Ａとの間にはモルタル１３が充填されたうえ、ボルト１４で柱２０Ａに接合されるが、エンドプレート１１Ａの中央部両側から延びる側片部はエポキシ樹脂などで柱２０Ａに接着される。ここでは、座屈拘束レース２の下端側についてのみ示しているが、上端側でも同様であり、その他の構成は図１〜図７に示した先の実施形態の場合と同様である。

このように、柱側のエンドプレート１１Ａを、柱２０Ａ，２０Ｂの３つの側面を囲む断面コ字状とすることによって、座屈拘束ブレース２の柱２０Ａ，２０Ｂとの接合部でせん断力を増大させることができ、補強効果をさらに高めることができる。その他の作用効果は先の実施形態の場合と同様である。

図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の座屈拘束ブレース２では、図７に示す実施形態において、その躯体接合片１０における柱側のエンドプレート１１Ｂを柱２０Ａの４つの側面をすべて囲む断面方形の角筒状にしている。ここでは、座屈拘束レース２の下端側についてのみ示しているが、上端側でも同様であり、その他の構成は図１〜図７に示した先の実施形態の場合と同様である。

このように、柱側のエンドプレート１１Ｂを、柱２０Ａ，２０Ｂの４つの側面の全てを囲む断面方形の角筒状とした場合も、座屈拘束ブレース２の柱２０Ａ，２０Ｂとの接合部でせん断力を増大させることができ、補強効果をさらに高めることができる。その他の作用効果は先の実施形態の場合と同様である。ただし、この場合には、エンドプレート１１Ｂを柱２０Ａを囲むように接合するのに、現場溶接が必要である。

図１２は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の座屈拘束ブレース２では、図１０に示す実施形態において、柱側のエンドプレート１１Ａの中央部両側から延びる側片部を、接着によらずボルト１４により柱２０Ａに接合している。その他の構成は図１〜図７に示した先の実施形態の場合と同様である。

この場合にも、座屈拘束ブレース２の柱２０Ａ，２０Ｂとの接合部でせん断力を増大させることができ、補強効果をさらに高めることができるが、エンドプレート１１Ａの中央部両側から延びる側片部をボルト１４で柱２０Ａに接合するので、後施工アンカー打設本数が増えることになり、騒音、振動、粉塵の発生が増大することになる。

１…既存建物躯体
２…座屈拘束ブレース
３…芯材
３ａ…芯材継手部
３Ａ…分割芯材
４…拘束材
１０…躯体接合片
１１，１１Ａ，１１Ｂ…柱側エンドプレート
１１ａ…エンドプレート延長部
１２…梁側エンドプレート
１４…ボルト

Claims

両端が建物の躯体に接合される芯材と、この芯材の両面に沿って配置されて前記芯材の座屈を拘束する一対の拘束材とを有し、前記芯材が、前記拘束材で拘束されている長さ方向の範囲で一対の分割芯材に分割された座屈拘束ブレースであって、
前記芯材の両端に、前記躯体である柱と横架材とにそれぞれ接合されてこれら柱と横架材の相互間に生じる曲げ力を負担する躯体接合片を設け、前記芯材の両端間に作用する引っ張り力の一部を負担可能としたことを特徴とする座屈拘束ブレース。
請求項１記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記躯体接合片が、前記芯材の一部で形成されて先端縁の２辺が互いに直角を成しそれぞれ前記柱および横架材に沿う形状の芯材継手部と、この芯材継手部の前記２辺に沿ってこの芯材継手部に対して垂直に設けられそれぞれ前記柱および横架材に接合される柱側および横架材側のエンドプレートとでなり、両エンドプレートの幅を前記一対の拘束材の互いに背を向く面の間の幅よりも大きくした座屈拘束ブレース。
請求項１または請求項２記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記柱側のエンドプレートに、前記柱に沿って延びるエンドプレート延長部を設けた座屈拘束ブレース。
既存建物を座屈拘束ブレースで補強する既存建物の耐震補強構造であって、前記座屈拘束ブレースに請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースを用いたことを特徴とする既存建物の耐震補強構造。