JP3579811B2 - 既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル等の既設構造物を取り壊すことなく、これに、例えば積層ゴム等の免震装置を設置する場合に用いて好適な既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ビル等の建築構造物に積層ゴム等の各種免震装置を設置することにより免震性能を付与することが行われている。
【０００３】
近年、このような免震装置が備えられていない古いビル等の既設構造物においても、免震装置を中間階等に新たに組み込むことによって免震性能を得る工法が注目されている。
従来、既設構造物に免震装置を組み込むには、これを設置する階の上下の梁間に支保工を設置して既設の柱で支持している軸力をこれで受けた後、既設の柱を中間部で切断し、そこに積層ゴム等の免震装置を挿入するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の既設構造物への免震装置の設置方法では以下のような問題が存在する。
すなわち、上記のような免震装置は設置階の全ての柱に組み込むが、施工途中の段階で、免震装置の組み込みが完了した柱と、組み込みが完了していない柱とでは、水平方向の剛性に大きな差が生じてしまう。この状態で万が一大きな地震が発生すると、未だ免震装置が組み込まれていない柱に振動エネルギーが集中し、それほど大きくない地震でも柱に損壊が発生する恐れがある。
【０００５】
このような問題を回避するため、最近では、全ての柱への免震装置の組み込みが完了するまでの間、各柱を補強しておく工法が開発されている。
この工法は、例えば既設の柱がコンクリート系（鉄筋コンクリート造，鉄骨鉄筋コンクリート造等）である場合には、まず柱の周囲を鋼管で囲み、鋼管と柱との間にコンクリートを充填し、これらを一体化する。次いで、鋼管の側面に予め形成しておいた穴から内部の柱を切断し、ここに免震装置を挿入して設置する。そして、上記作業を各柱に対して行い、全ての柱への免震装置の設置が完了した後に、鋼管を撤去するようになっている。
また、既設の柱が鉄骨系のものである場合には、まず柱の切断位置の上下に、それぞれ側方に突出するブラケットを設け、これら上下のブラケットを棒状の軸力支持材で一体に接続する。この後に柱を所定の位置で切断し、ここに免震装置を挿入する。そして、全ての柱への免震装置の設置が完了した後に、軸力支持材を撤去するようになっている。
上記したような工法を採用することにより、施工中においては、鋼管や軸力支持材によって柱が補強され、水平方向の剛性が保持されるようになっている。
【０００６】
しかし、このような方法では、上記問題については回避できるものの、新たに打設するコンクリートによって柱が太くなって、施工後にスペースの有効利用が妨げられるという問題や、鋼管の設置・撤去，コンクリートの打設、あるいはブラケットの取付等を行わなければならないために施工の手間がかかるといった問題が新たに発生する。
【０００７】
ところで、免震装置として積層ゴムを用いる場合、積層ゴムは水平方向に比較して上下方向の引張力に対する強度が低いという性質を有している。地震による振動が水平方向であっても、特に既設構造物の外周部近辺に位置する柱では上下方向の引張力も作用するため、この引張力が過大なものとなった場合に上記性質により積層ゴムが破断してしまう恐れがある、という問題が上記した以外にもある。
【０００８】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、施工後にもスペースの有効利用を妨げることなく、また上下方向の引張力が作用しても免震装置が破損することなく、さらには施工を容易かつ低コストで行うことのできる既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、既設構造物に免震装置を設置する方法であって、まず前記免震装置を設置すべき柱の周囲に、該柱に作用する鉛直軸力を支持するための仮設柱を設けた後、前記免震装置を設置すべき位置で前記柱を切断し、次いで、該柱を切断した部分に、水平方向の相対変位を減衰する免震装置を挿入してこれを上下の前記柱に固定する構成とし、前記免震装置には、予め、水平方向の変位を拘束する拘束部材を取り付けておき、前記既設構造物の予め定めておいた全ての柱への前記免震装置の設置が完了した後に、前記各免震装置の前記拘束部材を取り除くことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の既設構造物への免震装置の設置方法において、前記柱を切断した後、切断した部分の上下の前記柱には、切断面を覆うプレート部と、前記柱の側面を覆う筒状の筒部とからなるキャップを取り付け、しかる後にこれら上下のキャップ間に前記免震装置を設置することを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明は、既設構造物の柱を切断して設置する免震装置であって、切断された位置の上下の前記柱にそれぞれ取り付けられるキャップと、これらキャップ間に介装される免震装置本体とから構成され、前記免震装置本体には、その上下に前記キャップに取り付けるための取付部材が設けられ、これら上下の取付部材間には、水平方向の相対変位を減衰する減衰部が設けられるとともに、前記上下の取付部材の水平方向の相対変位を拘束する拘束部材が着脱自在に設けられる構成とされていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の免震装置において、前記キャップが、前記柱の切断面を覆う平板状のプレート部と、該プレート部から前記柱側に一定長延出し、該柱の側面を覆う筒状の筒部とから形成され、前記筒部の内面には、前記柱の側面との間に生じる摩擦力を低減する摩擦低減材が配設されていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一および第二の実施の形態について、図１ないし図７を参照して説明する。
【００１４】
［第一の実施の形態］
まず、ここでは、本発明に係る既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置を、例えばコンクリート系の柱を有したビルに適用する場合の例を用いて説明する。
【００１５】
ここではまず設置すべき免震装置について説明する。
図１は、既設構造物に免震装置を設置した状態を示すものであり、この図において、符号１は既設の例えば鉄筋コンクリート造のビル（既設構造物）、２はビル１の躯体を構成する例えば断面視矩形の柱、Ａは設置する免震装置、をそれぞれ示している。
【００１６】
この図１に示すように、免震装置Ａは、ビル１の中間階に、柱２の中間部を切断して設けられており、切断部の上方の柱２Ａと下方の柱２Ｂとにそれぞれ取り付けられるキャップ５，５と、これらキャップ５，５間に設けられた免震装置本体６と、免震装置本体６に備えられた拘束部材７とから構成されている。
【００１７】
各キャップ５は、平面視矩形の平板状のプレート部８と、断面視矩形の筒状の筒部９とが一体に形成されて有底筒状を成した構成となっている。
プレート部８は、上下の柱２Ａ，２Ｂそれぞれの切断面を覆うよう、柱２の断面寸法よりも所定寸法大きく形成されている。また、筒部９はプレート部８から延出するよう形成されており、上下の柱２Ａ，２Ｂの側面を覆うようになっている。
そして、これらキャップ５は、筒部９内に上下の柱２Ａ，２Ｂが差し込まれ、さらに隙間にモルタル等の充填材１０が充填されるようになっている。
【００１８】
免震装置本体６は、いわゆる積層ゴムからなり、上下の取付板（取付部材）１１，１２間に、層状の粘弾性体１３と鋼板１４とが複数層にわたって交互に積層されることによって減衰部１５が設けられた構成とされ、各粘弾性体１３の変形によって取付板１１，１２の水平方向の相対変位を減衰するようになっている。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、拘束部材７は、免震装置本体６の周囲四方にそれぞれ設けられている。図１（ａ）に示したように、各拘束部材７は、上側の取付板１１から下方に所定長延出する上部シアプレート１６と、下側の取付板１１から上方に所定長延出する下部シアプレート１７と、これら上部シアプレート１６，下部シアプレート１７に高力ボルト１８によって着脱自在に接続されたせん断プレート１９とから構成されている。せん断プレート１９は、２枚一対で、上部シアプレート１６，下部シアプレート１７を両側から挟み込むようになっている。これらせん断プレート１９の材質や厚さは、切断して拘束部材７を備えた柱２の剛性が、切断していない柱２自体の剛性と略同等となるよう設定されている。
【００２０】
そして、このような免震装置Ａは、上下のキャップ５および免震装置本体６の上下の取付板１１，１２が、アンカーボルト２０，２０，…によって、上方の柱２Ａと下方の柱２Ｂとにそれぞれ固定されている。
【００２１】
次いで、上記免震装置Ａをビル１に設置する方法について説明する。なお、免震装置Ａは、ビル１の所定階の全ての柱２に設置するものとする。
【００２２】
免震装置Ａを設置するには、まず、図２（ａ）に示すように、ビル１の所定階の各柱２の近傍に、該柱２の軸力を支持するサポート（仮設柱）２１，２１，…を、その上下に位置する梁３，３間に設置する。これらのサポート５は、柱２を切断した後において、該柱２と略同等の軸力を支持できるよう、その強度と本数を設定する。
【００２３】
次いで、図２（ｂ）に示すように、第１番目に免震装置Ａ（図１参照）を設置すべき柱２を、所定位置で切断する。このとき、言うまでもないが、切断した後において、上方の柱２Ａと下方の柱２Ｂとの間には、免震装置Ａを設置できるだけの上下寸法を有した隙間を形成する。
【００２４】
続いて、図２（ｃ）に示すように、上方の柱２Ａの下端部と、下方の柱２Ｂの上端とに、それぞれキャップ５を被せる。このとき、下側のキャップ５にのみ、下方の柱２Ｂとの間にモルタル等の充填材１０を充填してキャップ５のレベルを調整する。
【００２５】
この後、図１に示したように、これら上下のキャップ５間に免震装置Ａを挿入する。そして、免震装置Ａの挿入完了後、上側のキャップ５と上方の柱２Ａとの間にモルタル等の充填材１０を充填する。
次いで、免震装置Ａの上下のキャップ５，５および減衰装置本体６の上下のプレート部８を、複数本のアンカーボルト２０で、それぞれ上下の柱２Ａ，２Ｂに固定する。
【００２６】
上記したような免震装置Ａの設置作業を、所定階の各柱２に対して順次同様に行っていく。この作業を行っている間は、既に免震装置Ａが設置し終わった柱２においては、免震装置Ａの拘束部材７によって免震装置本体６の水平方向の変位が拘束されており、これによってこの柱２の水平方向の剛性が確保されている。
【００２７】
そして、当該階の全ての柱２への免震装置Ａの設置が完了した後、各柱２の免震装置Ａにおいて、拘束部材７の高力ボルト１８を外し、せん断プレート１９を撤去する。これにより、図３に示すように、ビル１の所定階の全ての柱２には、免震装置Ａが設置され、各免震装置Ａにおいては水平方向の拘束が解除された状態となる。
さらに、サポート２１，２１，…を撤去することにより、ビル１への免震装置Ａの設置が全て完了する。
【００２８】
上記免震装置Ａの設置が完了したビル１においては、地震等により水平方向の外力が作用した場合に、所定階に設置された各免震装置Ａの免震装置本体６によって、ビル１の水平方向変位を減衰して免震効果を発揮するようになっている。
【００２９】
上述したビル１への免震装置Ａの設置方法およびそれに用いる免震装置Ａでは、所定階の柱２の周囲にサポート２１を設けた後、柱２を切断し、次いで、切断した部分の上方の柱２Ａと下方の柱２Ｂとにキャップ５，５を取り付け、この後に免震装置本体６を挿入設置する構成とした。このとき、免震装置本体６には、予め、水平方向の変位を拘束する拘束部材７を取り付けておくようにし、ビル１の全ての柱２に免震装置Ａの設置が完了した後に、拘束部材７のせん断プレート１９を取り除く構成とした。
このようにして、拘束部材７を予め備えた免震装置Ａを用いることによって、施工の途中で、免震装置Ａの設置が完了した柱２の水平方向の剛性を確保し、免震装置Ａの設置が完了しておらず未だ切断していない柱２と剛性が極端に異なるのを防止することができる。したがって、地震発生時等においても、柱２の損壊を防ぎ、施工中にビル１の耐震性能が低下するのを防止して安全に施工を行うことができる。
【００３０】
また、切断した上下の柱２Ａ，２Ｂに取り付けるキャップ５が、切断面を覆う平板状のプレート部８と、柱２の側面を覆う筒状の筒部９とから構成されている。これにより、平滑に切断するのが困難であるコンクリート系の柱２において、上下の柱２Ａ，２Ｂの切断面をプレート部８で覆うことによって平滑面を形成することができ、免震装置本体６の挿入・固定作業も容易に行うことが可能となる。また、キャップ５の筒部９により、上下の柱２Ａ，２Ｂと、免震装置本体６との間で水平方向のせん断力を確実に伝達することができる。
【００３１】
なお、上記第一の実施の形態において、キャップ５の筒部９のみではせん断力を伝達しきれない場合、図４に示すように、キャップ５のプレート部８と、上下の柱２Ａ，２Ｂにシアキー２３，２３，…を設け、これらシアキー２３を介してもせん断力を伝達する構成としてもよい。
【００３２】
また、上記第一の実施の形態において、各柱２に作用する軸力が高い場合には、以下に示すような免震装置を用いる。
図５に示すように、高軸力型の免震装置Ａ’は、リブプレート２５によって補強されたキャップ５’，５’と、柱２の断面寸法と略同寸法の減衰部１５’とを備えた構成となっている。このように、減衰部１５’の断面積を大きくすることにより上下方向の支持軸力を高め、またリブプレート２５によって水平方向の剛性を高めることができる。
【００３３】
さらに、上記第一の実施の形態において、コンクリート系とは、外周面がコンクリートを覆われているものを指し、鉄筋コンクリート造以外にも、鉄骨鉄筋コンクリート造やプレキャストコンクリート造等も含むものである。
【００３４】
［第二の実施の形態］
次に、例えば、本発明に係る既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置を、鉄骨系の柱を有したビルに適用する場合の例を用いて説明する。以下に説明する第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
図６に示すように、免震装置Ｂは、ビル（既設構造物）３１の中間階に、Ｈ型鋼からなる柱３２の中間部を切断して設けられており、切断部の上方の柱３２Ａと下方の柱３２Ｂとにそれぞれ溶接される接合プレート３３，３３と、これら接合プレート３３，３３間に設けられた免震装置本体６と、拘束部材７とから構成されている。
【００３６】
このような免震装置Ｂのビル３１への設置方法は、前記第一の実施の形態と基本的に同様であり、柱３２の周囲に、サポート２１，２１，…（図２参照）を設置して軸力を支持させた後、柱３２を所定位置で切断する。そして、上下の柱３２Ａ，３２Ｂのフランジ３２ｆ，３２ｆおよびウェブ３２ｗに接合プレート３３をそれぞれ溶接し、この後に免震装置本体６を挿入設置する。
ビル３１の所定階の全ての柱３２への免震装置Ｂの設置が完了した後、拘束部材７のせん断プレート１９を取り外し、サポート２１，２１，…（図２参照）を撤去することによって、ビル３１への免震装置Ｂの設置が完了する。
【００３７】
上述した鉄骨造のビル３１への免震装置Ｂの設置方法およびそれに用いる免震装置Ｂによっても、上記第一の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００３８】
なお、上記第二の実施の形態において、免震装置本体６を、上下の柱３２Ａ，３２Ｂに溶接した接合プレート３３，３３に固定する構成としたが、これに限定するものではなく、例えば以下に示すような構成としてもよい。
図７に示すように、免震装置Ｂ’は、切断部の上方の柱３２Ａに取り付けられるキャップ３５と、下方の柱３２Ｂに溶接される接合プレート３３と、これらキャップ３５および接合プレート３３間に設けられた免震装置本体６と、拘束部材７とから構成されている。
キャップ３５は、平板状のプレート部３６と、断面視矩形状の筒部３７とが一体に形成されたもので、筒部３７の内周面には、アスファルト等の摩擦低減材３８が塗布されている。そして、このキャップ３５と上方の柱３２Ａとの間にはモルタル等の充填材１０が充填されている。
このような構成の免震装置Ｂ’では、キャップ３５の筒部３７に塗布された摩擦低減材３８により充填材１０との間に生じる摩擦力が低減され、これによってキャップ３５と上方の柱３２Ａとの上下方向の相対移動が許容された構造となっている。これにより、ビル３１の外周部等に位置する柱３２にこの免震装置Ｂ’を適用すれば、地震などにより水平方向の外力が入力されて、ビル３１の外周部の柱３２で上下方向の引張力が作用した場合にも、この引張力を許容して、免震装置本体６の粘弾性体１３が破断するのを防止することが可能となる。
【００３９】
なお、上記免震装置Ｂ’のように、キャップ３５の内周面にアスファルト等の摩擦低減材３８を塗布する構成は、前記第一の実施の形態におけるキャップ５（図１参照）にも同様に適用することが可能である。
【００４０】
さらに上記第二の実施の形態において、既存の柱３２の強度が弱く、上記免震装置ＢあるいはＢ’を設置したときに局部座屈が発生する恐れがある場合には、柱３２の上下の柱３２Ａ，３２Ｂのフランジ３２ｆ，３２ｆおよびウェブ３２ｗ間にコンクリートを充填するようにしてもよい。
【００４１】
なお、上記第一および第二の実施の形態において、設置するサポート２１の構造や本数については何ら限定するものではなく、既設の柱２，３２と略同等の支持軸力を発揮することができるのであれば、例えば設置や撤去が容易となるような工夫を施すなど、他の構造を採用することも可能である。
また、既設の柱２，３２の断面形状等についても、断面視矩形やＨ断面に限定するものではなく、断面視円形等であってもよい。
さらに、上記第二の実施の形態において、鉄骨系とは、外周面が金属製であるものを指し、鉄骨造以外にも、鋼管充填コンクリート造等であっても同様の構成を適用することが可能である。
これ以外の構成についても、本願発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、他の構成を採用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る既設構造物への免震装置の設置方法によれば、免震装置を設置すべき柱の周囲に仮設柱を設けた後、柱を切断し、次いで、柱を切断した部分に免震装置を挿入してこれを上下の柱に固定する構成とし、免震装置には、予め、水平方向の変位を拘束する拘束部材を取り付けておき、既設構造物の全ての柱に免震装置の設置が完了した後に前記拘束部材を取り除く構成となっている。このようにして、水平方向の変位を拘束する拘束部材を予め備えた免震装置を用いることによって、施工の途中で免震装置の設置が完了した柱の水平方向の剛性を確保し、未だ切断していない柱と剛性が極端に異なるのを防止することができる。したがって、施工中に耐震性能が低下するのを防止して、地震発生時等においても柱の損壊を防ぎ、安全に施工を行うことができる。
【００４３】
請求項２に係る既設構造物への免震装置の設置方法によれば、柱を切断した後、切断した部分の上下の柱に、プレート部と筒部とからなるキャップを取り付け、これら上下のキャップ間に免震装置を設置する構成となっている。これにより、特にコンクリート系の柱において、切断面に平滑面を形成することができ、免震装置の固定も容易に行うことが可能となる。また、コンクリート系に限らず、鉄骨系の柱においても、筒部を有したキャップによって、免震装置と柱との間で水平方向のせん断力を効率よく伝達することができる。
【００４４】
請求項３に係る免震装置によれば、切断された位置の上下の柱に取り付けられるキャップと、上下のキャップ間に介装される免震装置本体とから構成され、免震装置本体には、その上下に取付部材が設けられ、これら上下の取付部材間に、減衰部が設けられるとともに、上下の取付部材の水平方向の相対変位を拘束する拘束部材が着脱自在に設けられた構成となっている。このようにして着脱自在に設けられた拘束部材を備える構成により、請求項１および２に係る既設構造物への免震装置の設置方法を実現し得ることができる。
【００４５】
請求項４に係る免震装置によれば、請求項３記載の免震装置において、キャップが、柱の切断面を覆うプレート部と、柱の側面を覆う筒部とから形成され、筒部の内面には、柱の側面との間に生じる摩擦力を低減する摩擦低減材が配設された構成となっている。この摩擦低減材により、キャップの内面と柱の側面との縁が切られて、キャップと柱との間での上下方向の相対移動を許容する構造とすることができる。したがって、地震によって水平方向の外力が作用した場合に、既設構造物の外周部等に位置する柱において上下方向の引張力が生じても、キャップと柱との間で上下動を許容することによって、積層ゴム等の免震装置に前記引張力が作用するのを防いでこれが破断するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置の第一の実施の形態を示す図であって、前記免震装置の立断面図および平断面図である。
【図２】前記免震装置の設置方法を示す工程図である。
【図３】前記免震装置の設置が完了した状態を示す立断面図である。
【図４】本発明に係る免震装置の他の一例を示す立断面図である。
【図５】本発明に係る免震装置のさらに他の一例を示す立断面図である。
【図６】本発明に係る既設構造物への免震装置の設置方法およびそれに用いる免震装置の第二の実施の形態を示す図であって、前記免震装置の立断面図である。
【図７】前記免震装置の他の一例を示す立断面図である。
【符号の説明】
１，３１ ビル（既設構造物）
２，３２ 柱
５，３５ キャップ
６ 免震装置本体
７ 拘束部材
８，３６ プレート部
９，３７ 筒部
１１，１２ 取付部材（取付板）
２１ サポート（仮設柱）
Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’ 免震装置

Claims (4)

1. 既設構造物に免震装置を設置する方法であって、まず前記免震装置を設置すべき柱の周囲に、該柱に作用する鉛直軸力を支持するための仮設柱を設けた後、前記免震装置を設置すべき位置で前記柱を切断し、次いで、該柱を切断した部分に、水平方向の相対変位を減衰する免震装置を挿入してこれを上下の前記柱に固定する構成とし、
   前記免震装置には、予め、水平方向の変位を拘束する拘束部材を取り付けておき、前記既設構造物の予め定めておいた全ての柱への前記免震装置の設置が完了した後に、前記各免震装置の前記拘束部材を取り除くことを特徴とする既設構造物への免震装置の設置方法。
2. 請求項１記載の既設構造物への免震装置の設置方法において、前記柱を切断した後、切断した部分の上下の前記柱には、切断面を覆うプレート部と、前記柱の側面を覆う筒状の筒部とからなるキャップを取り付け、しかる後にこれら上下のキャップ間に前記免震装置を設置することを特徴とする既設構造物への免震装置の設置方法。
3. 既設構造物の柱を切断して設置する免震装置であって、切断された位置の上下の前記柱にそれぞれ取り付けられるキャップと、これらキャップ間に介装される免震装置本体とから構成され、
   前記免震装置本体には、その上下に前記キャップに取り付けるための取付部材が設けられ、これら上下の取付部材間には、水平方向の相対変位を減衰する減衰部が設けられるとともに、前記上下の取付部材の水平方向の相対変位を拘束する拘束部材が着脱自在に設けられる構成とされていることを特徴とする免震装置。
4. 請求項３記載の免震装置において、前記キャップが、前記柱の切断面を覆う平板状のプレート部と、該プレート部から前記柱側に一定長延出し、該柱の側面を覆う筒状の筒部とから形成され、前記筒部の内面には、前記柱の側面との間に生じる摩擦力を低減する摩擦低減材が配設されていることを特徴とする免震装置。

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