JP2015105478A - 耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】意匠性を高めて既存建物を耐震補強する。
【解決手段】耐震補強構造は、既存建物１２の鉄筋コンクリート躯体の壁面１４に、上下方向に延出する補強プレート１０を、横方向に間隔を開けて接合している。
【選択図】図２

Description

本発明は、既存建物の耐震補強構造に関する。

既存建物の耐震補強方法としては、鉄筋コンクリート耐震壁の増設や、ブレースの増設による方法が、広く採用されている。しかし、これらの方法では、既存建物の意匠性や使用性が、少なからず損なわれることが多い。この欠点を解消するため、既存建物の外側に、地震力を負担する外郭フレームを構築する方法が提案されている。外郭フレームによる補強方法は、建物内部への影響を小さくすることができるため、使用性を確保すると共に、建物正面の外観デザインを一新して意匠性を高めることも可能となる。
外郭フレームによる耐震補強方法としては、例えば特許文献１がある。

特許文献１は、耐震補強すべき既存の建築物の外側に、既存の建築物を囲んで補強用の増設架構を架設し、増設架構と既存の建築物の架構の各構面を、構造的に接続する構成である。このとき、既存の建築物の柱の外側に増設架構の柱を配置し、既存の建築物の梁の外側に増設架構の梁を配置している。

特開平１０−９６３２９号公報

しかし、特許文献１の方法では、増設架構の柱を立設する基礎を、既存の建築物の外側に新たに構築する必要がある。このため、新たな基礎が既存の建築物の外に露出され、耐震補強後の建築物の意匠性が損なわれる。

本発明は、上記事実に鑑み、意匠性を高めて既存建物の耐震補強を可能とする、耐震補強構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る耐震補強構造は、既存建物の鉄筋コンクリート躯体の壁面に、上下方向に延出する補強プレートを、横方向に間隔を開けて接合したことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、鉄筋コンクリート躯体の壁面に接合された補強プレートにより、既存建物が耐震補強される。
このとき、上下方向に延出する補強プレートの剛性や、補強プレートの横方向の間隔等を調整することで、耐震強度を調整することができる。また、補強プレートは、鉄筋コンクリート躯体の壁面に接合され、新設の基礎が不要なため、補強プレートに意匠性を持たせ、補強された既存建物の意匠性を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の耐震補強構造において、前記補強プレートと前記鉄筋コンクリート躯体の壁面との間には、各階毎に新設の鉄筋コンクリート梁が設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、補強プレートによる耐震補強に加え、新設の鉄筋コンクリート梁で、既存建物が耐震補強される。更に、横方向に配置される新設の鉄筋コンクリート梁を、意匠部材として活用することで、補強された既存建物の意匠性を、より高めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の耐震補強構造において、前記補強プレートは、複数の補強プレートユニットを上下方向に連結した構成とされ、前記補強プレートユニットの中央部は、前記鉄筋コンクリート梁に接合され、前記補強プレートユニットの上下方向端部は、上下階の前記鉄筋コンクリート梁の間でそれぞれ連結されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、複数の補強プレートユニットを、上下方向に連結することにより、補強プレートが構築される。これにより施工性が向上する。
また、補強プレートユニットは、中央部が鉄筋コンクリート梁に接合され、上下方向端部が上下階の補強プレートユニットと連結される。これにより、地震時には、補強プレートユニットの連結部でせん断力が伝達され、鉄筋コンクリート梁との接合部には、曲げモーメントが伝達される。このとき、補強プレートユニットと鉄筋コンクリート梁との接合強度を、発生する曲げモーメントに耐える大きさとすることで、地震時の水平力を、既存建物の各階に伝達することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐震補強構造において、前記補強プレートは、鋼板と前記鋼板の幅方向の両端部に設けられたフランジを備えていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、フランジにより剛性が高められた鋼板に、地震時のせん断抵抗を負担させることができる。このとき、例えば、鋼板の厚さやフランジ幅等を調整することで、補強プレートの剛性の確保と意匠性の向上の、両立を図ることができる。

本発明は、上記構成としてあるので、意匠性を高めて既存建物を耐震補強することができる。

は第１実施形態に係る耐震補強構造の外観を示す正面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造の接合部を示す正面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 （Ａ）は図２（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図であり、（Ｂ）は異なる既存躯体壁面への適用例を示す断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る耐震補強構造の接合部を示す正面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す平面図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る耐震補強構造の接合部を示す正面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 本発明の第３実施形態に係る耐震補強構造の接合強度を説明するための正面図と、その部分拡大図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る耐震補強構造の性能検証用の実験装置を示す平面図であり、（Ｂ）はその正面図である。 性能検証実験結果を示す特性図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造について、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係る耐震補強構造は、上下方向に延出する補強プレート１０を有している。
補強プレート１０は、既存の鉄筋コンクリート製の梁１４の外側に配置され、梁１４と接合されている。既存建物１２は鉄筋コンクリート製とされ、梁１４は、鉄筋コンクリート製躯体の外壁となる壁面の一部を構成している。

補強プレート１０は、横方向に所定の間隔Ｌを開けて、梁１４の側面に複数枚が接合されている。所定の間隔Ｌは、既存建物１２の補強強度や意匠性から決定される。
図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）に示すように、補強プレート１０は、鋼板１６と、鋼板１６の幅方向の両端部に設けられたフランジ１８を備えている。鋼板１６は、既存建物１２が水平荷重を受けたとき、せん断抵抗部材として作用する部材であり、幅Ｗ、厚さＴに形成されている。鋼板１６は、補強部材として要求される補強強度により、その幅Ｗや厚さＴが決定されている。

また、鋼板１６の幅Ｗ方向の両端部には、フランジ幅ＷＦのフランジ１８が接合されている。フランジ１８は鋼板１６の補剛材であり、補剛材としての強度に加え、補強後の既存建物１２の外壁に取付けられる意匠部材としての意匠性にも配慮して、フランジ幅ＷＦが決定されている。

補強プレート１０と梁１４の接合は、例えば、スタッド２０や、あと施工アンカーや等で接合される。このとき、補強プレート１０を梁１４の側面に固定する構成となるため、スタッド２０や、あと施工アンカーの接合時に、梁１４の鉄筋２４との干渉を避けることができる。

以上説明したように、本実施形態の耐震補強構造は、補強プレート１０を既存の鉄筋コンクリート躯体の側面に取り付ける、外郭フレーム補強方法であり、既存建物の使用者への影響を小さくすることができる。
また、フランジ１８により剛性が高められた鋼板１６に、地震時のせん断抵抗を負担させ、耐震強度を高くすることができる。このとき、補強プレート１０の剛性や、補強プレート１０間の間隔Ｌを調整することで、耐震強度を調整することができる。

また、補強プレート１０の設置に必要なスペースは、補強プレート１０の断面積程度でよく、補強プレート１０と既存の鉄筋コンクリート躯体との接合部は、補強プレート１０により隠される。更に、補強プレート１０は、梁１４に接合されるため、新設の基礎が不要となる。また、補強プレート１０は、大部分が工場での加工となり、現場では取り付けのみとなる。
これらの結果、補強された既存建物１２の意匠性を高めることができ、既存建物１２の補強面が、通りに面する正面（ファサード）であっても適用することができる。

なお、図３（Ｂ）に示すように、補強プレート１０の接合場所は、既存の鉄筋コンクリート製の梁１４に限定されることはなく、既存の鉄筋コンクリート製の腰壁２６でもよい。これにより、補強プレート１０を腰壁２６に、例えば、あと施工アンカー２１やスタッドで固定することにより、既存建物１２を耐震補強することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る耐震補強構造について、図４、５を用いて説明する。
図４（Ｂ）に示すように、第２実施形態に係る耐震補強構造は、補強プレート１０と鉄筋コンクリート躯体の壁面との間に、新設の鉄筋コンクリート梁２２が設けられている点において、第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、既存建物１２は、既存の鉄筋コンクリート製の腰壁２６を有し、腰壁２６の側壁には、新設の鉄筋コンクリート梁２２が増し打ちされて構築されている。また、鉄筋コンクリート梁２２の側壁には、補強プレート１０が接合されている。

ここに、図５に示すように、既存建物１２は、既存柱２８と既存梁３０で構築された柱梁架構造を有し、腰壁２６は、外周に設けられた既存柱２８から、既存建物１２の外側へ突出された片持ち梁３２に接合されている。

また、新設の鉄筋コンクリート梁２２は、各階毎に腰壁２６の外側に構築されている。鉄筋コンクリート梁２２は、厚さＤで構築され、既存の腰壁２６と側面を共有している。また、ほぼ腰壁２６と等しい高さＨで、既存建物１２の全幅に渡り、横方向へ連続して構築されている。

補強プレート１０の既存建物１２への取付けは、先ず、新設の鉄筋コンクリート梁２２が既設の梁１４と、あと施工アンカー２１で接合され、補強プレート１０が、新設の鉄筋コンクリート梁２２と、スタッド２０で接合されている。

本実施形態とすることにより、補強プレート１０による耐震補強に加え、新設の鉄筋コンクリート梁２２で、既存建物１２が耐震補強される。更に、横方向に配置される新設の鉄筋コンクリート梁２２を、意匠部材として活用することで、既存建物１２の正面を含む壁面の意匠性を、より高めることができる。
具体的には、図１に示したように、上下方向に連続して延びる補強プレート１０が、鉛直方向のラインを強調し、新設の鉄筋コンクリート梁２２が、水平方向のラインを強調するので、補強後の既存建物１２の意匠性を、より高めることができる。

なお、本実施形態では、新設の鉄筋コンクリート梁２２を、既存の腰壁２６の側面に構築する構成について説明した。しかし、これに限定されることはなく、既存の梁１４の側面に構築してもよい。これにより、本実施形態と同じ効果を得ることができる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る耐震補強構造について、図６〜９を用いて説明する。
図６（Ａ）に示すように、第３実施形態係る耐震補強構造は、補強プレート１０が複数の補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂで構成されている点において、第２実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

図６（Ａ）、図７に示すように、補強プレート１０は、複数の補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂを、上下方向に配置して、端部同士を連結した構成である。
補強プレート１０は、既存建物１２の補強階の階数と同じ数に分割されている。例えば、既存建物１２が５階建の場合には、補強プレート１０は、補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅが、上下方向に連結された構成となる。このとき、各補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅの長さは、それぞれが取付けられる、既存建物１２の階の階高とほぼ等しく形成される。
なお、各階の接合部の構成は、いずれも同じであるため、補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂを代表例として説明する。

補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂの中央部１０ＡＣ、１０ＢＣは、それぞれ、補強階の鉄筋コンクリート梁２２に接合される。この接合部は、上述した第２実施形態と同じ構成であり、説明は省略する。

補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂの両端部１０ＡＥ、１０ＢＥは、上下階の鉄筋コンクリート製の梁１４の間（各階の階高の中間）に位置され、両端部１０ＡＥ、１０ＢＥを突き合わせた状態で、継手を用いてボルト等で接合される。
これにより、補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂに加えられた応力は、梁１４へ伝達される。

ここで、補強プレートの応力伝達機構について、図７を用いて説明する。
図７に示すように、補強プレートユニット１０Ｂは、中間部１０ＢＣが鉄筋コンクリート梁２２に接合されている。また、補強プレートユニット１０Ｂの下端部１０ＢＥは、補強プレートユニット１０Ａの上端部１０ＡＥと連結され、補強プレートユニット１０Ｂの上端部１０ＢＥは、補強プレートユニット１０Ｃの下端部１０ＣＥと連結されている。

これにより、地震時には、補強プレートユニット１０Ｂの両端部に、せん断力Ｆが生じる。このせん断力Ｆにより、鉄筋コンクリート梁２２との接合部に、曲げモーメントＭが作用する。この曲げモーメントＭを、鉄筋コンクリート梁２２と補強プレートユニット１０Ｂとを接合するスタッド２０群のせん断抵抗と、スタッド２０群の腕の長さＬ１、Ｌ２により発生するスタッド２０群の耐力で、つり合わせる機構としている。

これにより、補強プレートユニット１０Ｂと鉄筋コンクリート梁２２との接合強度（スタッド２０群の耐力）を、伝達される曲げモーメントＭより大きくしておくことで、地震時の水平力を、既存建物１２の各階の腰壁２６に伝達することができる。

次に、接合部における耐震強度の検証実験について、図８、９を用いて説明する。
図８に実験装置４０を示す。図８（Ａ）は実験装置４０の平面図であり、図８（Ｂ）は実験装置４０の正面図である。

実験装置４０は、試験体３４、試験体３４を固定する固定手段４８、及び試験体３４に加力を加える図示しない加力手段を有している。
試験体３４は、１本の補強プレートユニット４２を、鉄筋コンクリート梁４４に所定本数のスタッド４６で固定した構成である。試験体３４は、補強プレートユニット４２を上下方向に向けて、鉄筋コンクリート梁４４の両端部を固定手段４８で固定した。
試験体３４は、耐震補強構造の１ユニットを取り出した構成であり、既存建物の階高を３ｍ、補強プレートのスパンを１．８ｍとした。補強プレートユニット４２と鉄筋コンクリート梁４４は、それぞれの実寸法の３／４スケールで作成した。

実験は、鉄筋コンクリート梁４４を、固定手段４８で固定した状態で、補強プレートユニット４２の両端部（上下端部）に、図示しないオイルジャッキで、水平方向の力を加えた。水平方向の力は、繰り返し加力とし、プログラム制御で徐々に加力を大きくした。

図９に実験結果を示す。図９の横軸は層間変形Ｒ（１／１０００ｒａｄ）、縦軸は補強プレートユニット４２に生じるせん断力Ｑ（ｋＮ）である。
図９において、実線Ｒが実験値であり、一点鎖線Ｑ４がコンクリート梁４４の耐力（計算値）、破線Ｑ３が補強プレートユニット４２の耐力（計算値）である。

図９に示すように、試験体３４は、スリップ型ではあるものの４０／１０００ｒａｄ（１／２５ｒａｄ）まで、安定した履歴性状を示した。
実験結果から、最大耐力Ｑ１は４１１ｋＮであった。これは、破線Ｑ３で示す補強プレートユニット４２の降伏で決定する耐力の７０％程度の耐力である。また、一点鎖線Ｑ４で示す、補強プレート接合部のコンクリート支圧耐力で決定する耐力を上回る結果となった。

剛性については、設計で考慮している１／１００ｒａｄ程度までは、著しい低下は見られなかった。実験最終段階では１００／１０００ｒａｄ（ １／１０ｒａｄ）まで載荷を行ったが、ほとんど耐力低下を示すことなく高い変形性能を示した。これらの結果から、設計用耐力Ｑ２として３２６ｋＮを採用した。
これより、本実施形態は、地震時に補強プレートは脱落することのない、安全な耐震補強工法であることが確認できた。

なお、本実施形態においては、補強プレートユニット１０Ａ、１０Ｂを、新設の鉄筋コンクリート梁２２に接合する構成で説明した。しかし、これに限定されることはなく、第１実施形態で説明した、既設の梁、既設の腰壁に接合してもよい。
他の構成は、第２実施形態と同じであり説明は省略する。

１０ 補強プレート
１０Ａ 補強プレートユニット（補強プレート）
１０Ｂ 補強プレートユニット（補強プレート）
１２ 既存建物
１４ 梁（既存建物の鉄筋コンクリート躯体の壁面）
１６ 鋼板（補強プレート）
１８ フランジ（補強プレート）
２２ 新設の鉄筋コンクリート梁
２６ 腰壁（既存建物の鉄筋コンクリート躯体の壁面）

Claims (4)

1. 既存建物の鉄筋コンクリート躯体の壁面に、上下方向に延出する補強プレートを、横方向に間隔を開けて接合した耐震補強構造。
2. 前記補強プレートと前記鉄筋コンクリート躯体の壁面との間には、各階毎に新設の鉄筋コンクリート梁が設けられている請求項１に記載の耐震補強構造。
3. 前記補強プレートは、複数の補強プレートユニットを上下方向に連結した構成とされ、
   前記補強プレートユニットの中央部は、前記鉄筋コンクリート梁に接合され、
   前記補強プレートユニットの上下方向端部は、上下階の前記鉄筋コンクリート梁の間でそれぞれ連結されている請求項２に記載の耐震補強構造。
4. 前記補強プレートは、鋼板と、前記鋼板の幅方向の両端部に設けられたフランジと、を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐震補強構造。