JP2018123588A - 耐震補強方法及び建物 - Google Patents

Abstract

【課題】 建物全体に補強構造を増設する場合と比べて低コストで工期も短くできる耐震補強方法を提供する。【解決手段】既存建物の特定フロアに免震構造体を設置し、前記特定フロアよりも上層部分を前記免震構造体で支持することを特徴とする既存建物の耐震補強方法とした。【選択図】 図１

Description

本発明は、ビル等の既存建物を耐震補強する方法及び建物に関する。

過去に建設された建物は、現在の耐震基準を満たさないものが多く、耐震補強が必要である。

特開２０１７−００８６８４号公報 特開２０１６−０１７２８９号公報

従来の耐震補強は、後打ち壁やブレース（筋交い）などの補強構造を増設する方法（例えば、特許文献１）が主であるが、このような補強を建物全体に行うには多大の費用が必要である。建物基礎を鋼板とゴム板の積層体からなる免震装置で支持することで建物全体を免震化する手法（例えば、特許文献２）も知られている。しかし、従来の免震装置は、縦揺れや短周期地震動に対してはある程度の免震効果が得られるものの、長周期地震動に対する免震効果は殆ど有さない。

本願には、下記発明が開示される。
＜構成１＞
既存建物の特定フロアに免震構造体を設置し、
前記特定フロアよりも上層部分を前記免震構造体で支持することを特徴とする既存建物の耐震補強方法。
＜構成２＞
前記免震構造体を前記特定フロアに設置した後に、前記特定フロアの既存柱及び／又は壁を撤去することを特徴とする構成１に記載の耐震補強方法。
＜構成３＞
前記特定フロアが１階フロアであることを特徴とする構成１又は２に記載の耐震補強方法。
＜構成４＞
前記特定フロアとその上のフロアの間のスラブの下に強化層を形成することを特徴とする構成１〜３のいずれかに記載の耐震補強方法。
＜構成５＞
前記特定フロアの直上の１つ又は複数のフロアに強化壁を設けることを特徴とする構成１〜４のいずれかに記載の耐震補強方法。
＜構成６＞
前記免震構造体が、相互に対して水平方向に揺動可能に複数のブロックを上下に積層した振動吸収柱であることを特徴とする構成１〜５のいずれかに記載の既存建物の耐震補強方法。
＜構成７＞
前記ブロックは、外周部と、中央凹部と、中央凸部を有し、
前記中央凹部は、他の前記ブロックの前記中央凸部を収容可能であり、
隣接する前記ブロックの間に弾性部材を介挿したことを特徴とする構成６に記載の耐震補強方法。
＜構成８＞
前記ブロックは、凸ブロックと凹ブロックを有し、
前記凸ブロックは、上凸部及び下凸部を有し、
前記凹ブロックは、上凹部及び下凹部を有し、
前記上凸部及び下凸部をそれぞれ前記下凹部及び上凹部に収容し、
前記凸ブロックと凹ブロックの間に弾性部材を介挿したことを特徴とする構成７に記載の耐震補強方法。
＜構成９＞
相互に対して水平方向に揺動可能に複数のブロックを上下に積層した振動吸収柱を特定フロアに設置し、
前記特定フロアよりも上層部分を前記振動吸収柱で支持したことを特徴とする建物。

本発明の１実施形態の耐震補強方法を示す。 既存の建物１を示す。（ａ）は、建物１の概略側面図であり、（ｂ）は、１階フロアの平面図である。 ステップＳ１の具体的態様を示す。（ａ）は、建物１の概略側面図であり、（ｂ）は、１階フロアの平面図である。 ステップＳ２の具体的態様を示す。（ａ）は、建物１の概略側面図であり、（ｂ）は、１階フロアの平面図である。 本発明の１実施形態の耐震補強方法に使用される例示的な振動吸収柱７を示す。 振動吸収柱７に使用されるブロック１０を示す。（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。 振動吸収柱７による免震のメカニズムを模式的に示す。 変形形態の振動吸収柱７Ａを示す。 振動吸収柱７Ａのブロック１０を示す。（ａ）は上方から見た斜視図、（ｂ）は側断面図である。 振動吸収柱７Ａのブロック２０を示す。（ａ）は上方から見た斜視図、（ｂ）は側断面図である。 変形形態の振動吸収柱７Ｂを示す。 振動吸収柱７Ｂの上凸ブロック１０Ｕを示す。（ａ）は上方から見た斜視図、（ｂ）は下方から見た斜視図、（ｃ）は側断面図である。 振動吸収柱７Ｂの上凹ブロック２０Ｕを示す。ａ）は上方から見た斜視図、（ｂ）は下方から見た斜視図、（ｃ）は側断面図である。 振動吸収柱７Ａの第１弾性シート１０Ｍを示す。（ａ）は上方から見た斜視図、（ｂ）は側断面図である。

以下、特定フロアが１階フロアであり、免震構造体として振動吸収柱７を使用した場合を例として、１実施形態の耐震補強方法を説明する。

図１は、本発明の耐震補強方法を示す。図のように、本方法は、既存建物１に対し、特定フロアに免震構造体８を設置するステップＳ１と、建物１の上層部分を免震構造体８で支持するステップＳ２を有する。

図２は、耐震補強前の既存建物１である。図の既存建物１は、土台２と、複数の柱３と、複数のスラブ４と、壁５と、エレベータや階段等の昇降設備６等を有する。スラブ４は各フロア１Ｆ、２Ｆ・・・の境界であり、柱３や壁５、不図示の梁等で支持されている。スラブ４の上面には床材が、下面には天井材が敷設される。

図３は、ステップＳ１の具体的態様を示す。ステップＳ１では、図２の既存建物１に対し、図３のように、１階フロア１Ｆに複数の振動吸収柱７を設置する。振動吸収柱７の個数や配置は任意であるが、柱３に対応する位置に振動吸収柱７を配置することが好ましい。図３では、各柱３の周囲に４つの振動吸収柱７を配置した場合を示す。

振動吸収柱７は、１階フロア１Ｆの床から天井（土台２からその上のスラブ４）まで届く高さとするとよい。図３（ａ）に示すように、１階フロア１Ｆのスラブ４の下に強化層８Ａを設け、振動吸収柱７の上端を強化層８Ａと接続してもよい。これにより、スラブ４を強化し、支持強度を高めることができる。スラブ４の下に強化層８Ａを設ける場合、工事期間中に２階フロア２Ｆの利用を妨げずに済む利点がある。１階フロア１Ｆの上の１〜複数フロア（例えば、２階と３階のフロア２Ｆ，３Ｆ）の外壁を覆う強化壁８Ｂを設けてもよい。強化壁８Ｂは、窓以外の外壁全面を覆うとよい。１階フロア１Ｆの上の１〜複数フロアの柱３に強化構造８Ｃを付加しても良い。強化構造８Ｃにより、柱３を３０〜５０ｃｍ程度大径化するとよい。強化層８Ａ、強化壁８Ｂ、強化構造８Ｃは、コンクリートや鉄板、鉄骨等で形成することができる。

図４は、ステップＳ２の具体的態様を示す。ステップＳ２では、図４のように、１階フロア１Ｆの柱３と壁５を撤去する。撤去は、１階フロア１Ｆの床から天井までの全部を撤去してもよく、一部だけを撤去してもよい。図では、柱３の全部を撤去し、壁５に関しては、天井付近の一部だけを撤去して開口９Ａが形成された例を示す。これにより、１階フロア１Ｆより上層部分Ｕが振動吸収柱７により支持される。開口９Ａは、弾性体のカバー９Ａで覆えば、１階フロア１Ｆへの風雨の侵入を防ぐことができる。

図５は、例示的な振動吸収柱７を示す。振動吸収柱７は、上下に積層された複数のブロック１０と、ブロック１０の間の第１、第２弾性体３１，３２と、ブロック１０を結束するロープ部材５１を有する。

図６は、ブロック１０を示す。図のように、ブロック１０は、外周部１１と、中央凹部１２と、中央凸部１３と、ブロック１０を貫通する貫通孔１４を有する。ブロック１０は、コンクリート製がよい。石材や鋼鉄等他の材料でもよい。

本例の外周部１１は、概略円筒状であり、平坦な上面１１Ｕ及び下面１１Ｄを有する。上面１１Ｕ及び下面１１Ｄに凹部１５Ｕ，１５Ｄを形成することが好ましい。中央凸部１３は、截頭円錐状が好ましい。釣り鐘状、球面状等他の形状でもよい。中央凹部１２は、中央凸部１３を収容可能なサイズ・形状がよく、特に、中央凸部１３と相補的なサイズ・形状がよい。中央凹部１２の上面及び中央凸部１３の下面に凹部を形成することが好ましい。

貫通孔１４は、中央凹部１２と中央凸部１３の間を貫通するのがよい。

ブロック１０は、上側のブロック１０の中央凸部１３を下側のブロック１０の中央凹部１２に挿入した状態で上下に積層される。

第１、第２弾性体３１，３２は、ゴム、軟質プラスチック、バネ等の弾性材料を使用できる。第１弾性部材３１は、上下のブロック１０の外周部１１の上面１１Ｕと下面１１Ｄの間に介挿される。第１弾性部材３１を凹部１５Ｕ，１５Ｄに挿入すると安定するのでよい。図では、複数の円柱状の第１弾性部材３１を配置したが、１つの円環状（ドーナッツ状）の第１弾性部材３１を使用してもよい。第２弾性部材３２は、下側のブロック１０の中央凹部１２の上面と上側のブロック１０の中央凸部１３の下面の間に介挿される。第２弾性部材３２を中央凹部１２の上面及び中央凸部１３の下面の凹部に挿入すると安定するのでよい。

第１、第２弾性部材３１、３２が上層部分Ｕの重量で圧縮されたときに、下面１１Ｄと上面１１Ｕの間、及び、中央凸部１３と中央凹部１２の間に隙間が形成されるように第１弾性部材３１及び第２弾性部材３２の材質、形状、サイズ等を選択するとよい。

振動吸収柱７の上端は、連結部材４０で強化層８Ａと接続されている。連結部材４０は、連結凸部４１と連結凹部４２を有する。連結凸部４１と連結凹部４２の間は貫通孔４３により連絡される。連結凸部４１は、最上段のブロック１０の中央凹部１２に挿入される。連結凸部４１は、中央凹部１２と相補的なサイズ・形状がよい。連結部材４０は、例えば、コンクリートで形成できる。連結部材４０は、強化層８Ａと一体の部材とするとよい。最下段のブロック１０は、土台２への安定配置のため、他のブロック１０と異なる形状にしてある。

ロープ部材５１は、ロープ、紐、ワイヤー、針金、鉄棒などの強靱性と可撓性を有する材料を使用するのがよい。ロープ部材５１は、各ブロック１０の貫通孔１４及び連結部材４０の貫通孔４３に挿通されており、その上端は張力部材５２を介して留金５３ａにより連結部材４０に固定され、その下端は、留金５３ｂにより最下段のブロック１０に固定される。最上段のブロック１０と強化層８Ａをさらにボルト６１で固定してもよい。最下段のブロック１０と土台２をボルト６２等で固定するとよい。張力部材５２によって、ロープ部材５１に張力（又は、ブロック１０の積層体に圧縮力）を印加するとよい。張力部材５２には、バネなどの弾性材料を使用できる。

振動吸収柱７では、第１、第２弾性体３１，３２の作用により、個々のブロック１０が上下のブロック１０に対して水平方向に揺動（移動）可能である。そのため、地震があった場合、図７の模式的に示すように、個々のブロック１０が逆方向に揺動できるため、上段のブロック１０ほど振幅が小さくなり、上層部分Ｕに伝達される震動を小さくすることができる。この効果は、長周期地震動に対して特に顕著である。もちろん、第１、第２弾性体３１，３２の伸縮やブロック１０の揺動により、直下型や短周期地震動の上層部分Ｕへの伝達も小さくなる。

上記の通り、１階フロア１Ｆに振動吸収柱７を設置することで、上層部分Ｕの震度を抑制でき、それにより、建物１全体の耐震性が高くできる。建物１全体に補強構造を増設する場合と比べて低コストで工期も短くできる。

図８は、振動吸収柱７の変形形態の振動吸収柱７Ａを示す。振動吸収柱７Ａは、上下に積層された複数の凸ブロック１０と、複数の凹ブロック２０と、各凸ブロック１０と凹ブロック２０の間の第１、第２弾性体３１，３２と、ブロック１０及び凹ブロック２０を結束するロープ部材５１を有する。

図９に示すように、凸ブロック１０は、第１外周部１１と、上凸部１２と、下凸部１３と、貫通孔１４を有する。凸ブロック１０は、コンクリート製がよい。石材や鋼鉄等他の材料でもよい。

第１外周部１１の外形は直方体が好ましい。円筒状等他の形状でもよい。第１外周部１１の上面１１Ｕ及び下面１１Ｄに、複数の凹部１５Ｕ，１５Ｄを形成することが好ましい。上凸部１２は、第１外周部１１の内側で上面１１Ｕから上方に向けて突起し、下凸部１３は、第１外周部１１の内側で下面１１Ｄから下方に向けて突起する。上凸部１２及び下凸部１３は、截頭円錐形状が好ましい。釣鐘状、球面状等他の形状でもよい。貫通孔１４は、上凸部１２と下凸部１３の間を貫通するのがよい。

図１０に示すように、凹ブロック２０は、第２外周部２１と、上凹部２２と、下凹部２３と、貫通孔２４を有する。凹ブロック２０は、コンクリート製がよい。石材や鋼鉄等他の材料でもよい。

第２外周部２１の外形は直方体が好ましい。円筒状等他の外形でもよい。第２外周部２１の上面２１Ｕ及び下面２１Ｄに、複数の凹部２５Ｕ，２５Ｄを形成することが好ましい。上凹部２２は、第２外周部２１の内側で上面２１Ｕから下方に凹陥し、下凹部２３は、第２外周部２１の内側で下面２１Ｄから上方に凹陥する。上凹部２２及び下凹部２３は、下凸部１３及び上凸部１２を収容可能なサイズ・形状がよく、特に、下凸部１３及び上凸部１２と相補的なサイズ・形状がよい。貫通孔２４は、上凹部２２と下凹部２３の間を貫通するのがよい。

図８のように、凸ブロック１０と凹ブロック２０は、下凸部１３を上凹部２２に挿入し、上凸部１２を下凹部２３に挿入した状態で上下に交互に積層される。

第１弾性部材３１及び第２弾性部材３２は、ゴム、軟質プラスチック、バネ等の弾性材料を使用できる。第１弾性部材３１は、樽状の形状がよい。円柱状でもよい。第２弾性部材３２は、ドーナッツ状の形状がよい。

第１弾性部材３１は、上下の第１外周部１１と第２外周部２１の間（凸ブロック１０の上面１１Ｕと凹ブロック２０の下面２１Ｄの間、及び、凸ブロック１０の下面１１Ｄと凹ブロック２０の上面２１Ｕの間）に介挿される。第１弾性部材３１を凹部１５Ｕ，１５Ｄ，２５Ｕ，２５Ｄに挿入すると安定するのでよい。第２弾性部材３２は、凸ブロック１０の下凸部１３と凹ブロック２０の上凹部２２の間、及び、凸ブロック１０の上凸部１２と凹ブロック２０の下凹部２３の間に介挿される。

第１弾性部材３１及び第２弾性部材３２が上層部分Ｕの重量で圧縮されたときに、隣接する凸ブロック１０と凹ブロック２０の間（第１外周部１１と第２外周部２１の間、下凸部１３と上凹部２２の間、及び、上凸部１２と下凹部２３の間）に隙間が形成されるように第１弾性部材３１及び第２弾性部材３２の材質、形状、サイズ等を選択するとよい。

振動吸収柱７Ａの上端は、連結部材４０で強化層８Ａと接続されている。連結部材４０は、連結凸部４１，４２を有する。連結凸部４１，４２の間は貫通孔４３により連絡している。最上段のブロック１０の中央凸部１２は、連結凹部４１に挿入される。連結凹部４１は、中央凸部１２と相補的なサイズ・形状がよい。連結部材４０は、例えば、コンクリートで形成できる。連結部材４０は、強化層８Ａと一体の部材とするとよい。最下段の凹ブロック２０は、土台２への安定配置のため、他の凹ブロック２０と異なる形状にしてある。

ロープ部材５１は、ロープ、紐、ワイヤー、針金、鉄棒などの強靱性と可撓性を有する材料を使用するのがよい。張力部材５２は、ロープ部材５１に張力を発生させる（又は、凸ブロック１０と凹ブロック２０の積層体に圧縮力を印加する）ための部材である。張力部材５２には、バネなどの弾性材料を使用できる。ロープ部材５１は、各貫通孔１４，２４に挿通され、上端は張力部材５２を介して留金５３ａにより連結凹部４２に固定され、下端は、留金５３ｂにより最下段の凹ブロック２０の下凹部２３に固定される。最下段のブロック１０と土台２をボルト６２で固定するとよい。

図１１は、更に他の変形形態の振動吸収柱７Ｂを示す。振動吸収柱７Ｂでは、凸ブロック１０Ａと凹ブロック２０Ａが交互に積層されている。凸ブロック１０Ａは凸ブロック１０と同形状、凹ブロック２０Ａは凹ブロック２０と同形状とできる。凸ブロック１０Ａは、上凸ブロック１０Ｕ／第１弾性シート１０Ｍ／下凸ブロック１０Ｄの積層体であり、凹ブロック２０Ａは、上凹ブロック２０Ｕ／第２弾性シート２０Ｍ／下凹ブロック２０Ｄの積層体である。本例では、上凸ブロック１０Ｕと下凸ブロック１０Ｄは同形状、上凹ブロック２０Ｕと下凹ブロック２０Ｄは同形状、第１弾性シート１０Ｍと第２弾性シート２０Ｍは同形状である。

図１２、図１３及び図１４に、上凸ブロック１０Ｕ、上凹ブロック２０Ｕ及び第１弾性シート１０Ｍの形状を示す。下凸ブロック１０Ｄ、下凹ブロック２０Ｄ及び第２弾性シート２０Ｍはこれらと同形状なので図示省略する。図８，９に対応する部位に同様の符号を示す。第１弾性シート１０Ｍは、両面に複数の凸部１０Ｐを有する。当該凸部１０Ｐは、上凸ブロック１０Ｕ、上凹ブロック２０Ｕ等に形成された凹部１０Ｒに収容可能である。

上記実施形態に記載した方法の手順や免震構造体及びその要素の寸法、形状、配置、個数、材料等は例示であり、他の態様も可能である。

上記実施形態では、免震構造体として振動吸収柱を用いたが、上層部分Ｕを免震化でききる他の構造を用いてもよい。免震構造体は、免震構造体の下部に加わる震動と、上部に伝達される震動を比較した場合、後者の震動の方が小さくなる構造体とするとよい。振動吸収柱７を設置し（図３）、その後に柱３を撤去する（図４）方法を示したが、ジャッキで１階フロア１Ｆの上のスラブ４を支持し、柱３を撤去し、振動吸収柱７を設置し、その後、ジャッキを撤去するという手順でも良い。１階フロア１Ｆが特定フロアである場合を説明したが、他のフロア（例えば、２階フロア）を特定フロアとしてもよい。２つの連続するフロア（例えば、１階フロアと２階フロア）を特定フロアとしてもよい。高層ビルの場合、例えば、低層階、中層階、高層階を特定フロアにするなど、複数の特定フロアを設けてもよい。

１・・・既存建物
２・・・土台
３・・・柱
４・・・スラブ
５・・・壁
６・・・昇降設備
７，７Ａ，７Ｂ・・・振動吸収柱
８Ａ・・・強化層
８Ｂ・・・強化壁
８Ｃ・・・強化構造
９Ａ・・・開口
９Ｂ・・・カバー
１０・・・ブロック、凸ブロック
２０・・・凹ブロック
３１・・・第１弾性体
３２・・・第２弾性体
４０・・・連結部材
５１・・・ロープ部材
５２・・・張力部材

Claims (9)

1. 既存建物の特定フロアに免震構造体を設置し、
   前記特定フロアよりも上層部分を前記免震構造体で支持することを特徴とする既存建物の耐震補強方法。
2. 前記免震構造体を前記特定フロアに設置した後に、前記特定フロアの既存柱及び／又は壁を撤去することを特徴とする請求項１に記載の耐震補強方法。
3. 前記特定フロアが１階フロアであることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震補強方法。
4. 前記特定フロアとその上のフロアの間のスラブの下に強化層を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐震補強方法。
5. 前記特定フロアの直上の１つ又は複数のフロアに強化壁を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐震補強方法。
6. 前記免震構造体が、相互に対して水平方向に揺動可能に複数のブロックを上下に積層した振動吸収柱であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の既存建物の耐震補強方法。
7. 前記ブロックは、外周部と、中央凹部と、中央凸部を有し、
   前記中央凹部は、他の前記ブロックの前記中央凸部を収容可能であり、
   隣接する前記ブロックの間に弾性部材を介挿したことを特徴とする請求項６に記載の耐震補強方法。
8. 前記ブロックは、凸ブロックと凹ブロックを有し、
   前記凸ブロックは、上凸部及び下凸部を有し、
   前記凹ブロックは、上凹部及び下凹部を有し、
   前記上凸部及び下凸部をそれぞれ前記下凹部及び上凹部に収容し、
   前記凸ブロックと凹ブロックの間に弾性部材を介挿したことを特徴とする請求項７に記載の耐震補強方法。
9. 相互に対して水平方向に揺動可能に複数のブロックを上下に積層した振動吸収柱を特定フロアに設置し、
   前記特定フロアよりも上層部分を前記振動吸収柱で支持したことを特徴とする建物。