JP3713655B2 - 耐震補強構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビルやマンション等の構造物の耐震補強を図るために用いて好適な耐震補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、既存建物の耐震性を向上させるため、柱や梁、壁、床等の部材を補強することによって耐力を高める様々な構造や工法が開発・提供されている。
また、新築の建物においては、所要の耐震性が得られるよう設計施工を施しているのは言うまでもない。
【０００３】
【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技術には以下のような問題が存在する。
すなわち、既存の建物において部材を補強した場合においても、また新築の建物においても、例えば鉄筋コンクリート構造の場合には、使用する鉄筋の本数や径寸法が途中階で変わるのが通常である。このような部分は、他の層に比較すると剛性と耐力が弱い弱層となり、建物全体としての耐力と剛性のアンバランスが生じてしまうのは避けがたい。そのため、強大な地震が発生した場合には、弱層にエネルギーが集中し、被害が集中して層崩壊等が発生する。
【０００４】
また、建物の上層階は耐力に余裕があるのが通常であり、その結果、下層階に比較して上層階の方が、耐震性能的にも余裕があると言える。
【０００５】
さらに、近年では、各階の相対（層間）変位を利用し、ダンパー等の各種制震デバイスで相対変位エネルギーを消費する制震構造が、地震応答を低減する有効な構法として適用されるケースが増えているが、このような場合においても、建物の各階毎の剛性と耐力のアンバランスが原因となり、制震デバイスの効き具合が各階で均等ではない、という問題もある。
【０００６】
この問題に対して、各階毎の剛性と耐力のアンバランスを克服するように、建物各階に制震デバイスを配置する必要があるが、構造上あるいはスペース上の問題等から、制震デバイスの配置ができない階も存在する場合があり、このような場合には、有効な制震効果を得ることができなくなってしまう。
【０００７】
また、制震デバイスを既存建物の内部に設置できない場合には、建物外部に制震デバイスを設置することになるが、この場合、ダンパー等の制震デバイスが建物の外側面から外方に張り出して設置されると、制震デバイスと建物との接合部で大きな偏心応力が発生する。この偏心応力に耐えうる強度を確保しようとすると、制震デバイスと建物の接合部が大型化してしまうという問題も生じる。
【０００８】
加えて、既存の建物の耐震性を向上させる場合には、建物を使用したまま工事を行うことが可能となる技術が常に要求されている。
【０００９】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、耐力・剛性の弱い層へのエネルギー集中を緩和し、効率の良い耐震性を得ることのできる耐震補強構造を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、補強フレームが構造物の外側面に沿って配設され、該補強フレームは、前記構造物と略同等以上の剛性を有するとともに、その基部と頂部とで前記構造物にピン接合されることによって前記外側面に沿った面内で変位可能とされ、かつ前記構造物に固定されたブラケットに一体に取り付けられた接合ピンが、該補強フレームから前記構造物側に延出するジョイントプレートに形成された長孔に挿入されることにより、その中間部が前記構造物に定められた間隔ごとに接合されて、前記構造物の中間弱層に発生する損傷集中に対してエネルギーバイパス機能を果たす構成とされ、前記補強フレームが配設された前記構造物の地震応答を減衰させるダンパーが、前記構造物の特定階部分に配設されていることを特徴としている。
【００１１】
地震等によって構造物に変形が生じたときには、構造物自体においては、耐力と剛性の弱い層で、構造物の頂部と基部とを繋ぐ直線に対して大きくはずれる応答変形を受ける。このとき、補強フレームがその基部と頂部とを構造物にピン接合され、中間部が所定間隔毎に長孔と接合ピンを介して構造物に接合されているので、この補強フレームによって、耐力と剛性の弱い層における変形を抑制するとともに、変形の小さな他の層に変形を強制して、構造物の頂部と基部とを繋ぐ直線状の応答変形とすることができる。
なお、補強フレームの剛性は構造物の剛性のアンバランスの程度により決まるが、構造物の剛性の１〜３０倍とするのが好ましい。
そして、ダンパーを構造物の特定階部分のみに配設する構成としたが、ダンパーによる減衰効果は、補強フレームを通して構造物の各階に及ぶこととなる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の耐震補強構造であって、前記ダンパーが、前記補強フレームの側方であって、かつ前記構造物の外側面に沿った位置に配設されていることを特徴としている。
【００１３】
このように、ダンパーを構造物の外側面に沿って配設することによって、ダンパーと構造物側との接合部での偏心応力を小さくすることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の耐震補強構造であって、前記ダンパーが、一端側が前記補強フレームに連結され、他端側が前記構造物の基礎に連結されて設置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の耐震補強構造であって、前記ダンパーが、一端側が前記補強フレームに連結され、他端側が前記構造物の外側面に連結されて設置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の耐震補強構造であって、前記構造物には複数の前記補強フレームが備えられ、かつ前記ダンパーが、互いに隣接する前記補強フレーム間に配置されて、その一端部を一方の前記補強フレームに連結し、他端部を他方の前記補強フレームに連結して設けられていることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐震補強構造の第一ないし第四の実施の形態について、図１ないし図１２を参照して説明する。
【００１８】
［第一の実施の形態］
まず、ここでは、ダンパーを建物の特定階、例えば地上一階部分に設置する場合の例を用いて説明する。
【００１９】
図１において、符号１は耐震補強を図るべき建物（構造物）、２は補強フレームである。
この図に示すように、補強フレーム２は、例えば３階建ての建物１の外側面に沿って設置されており、建物１の基部１ａと頂部１ｂとに、ピン３Ａ，３Ｂを介してピン接合され、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点として建物１の外側面に沿った面内で変位可能とされている。
【００２０】
この補強フレーム２は、一端がピン３Ａあるいは３Ｂに接合されて斜めに延在する二本一対の斜め材４ａと、上下の斜め材４ａ間で上下方向に延在する縦材４ｂと、建物１の各階の床レベルにおいて左右の縦材４ｂ，４ｂ間に架設された横材４ｃと、互いに上下に位置する横材４ｃ，４ｃ間に設けられたブレース材４ｄ，４ｄとが、略梯子状に組まれたフレーム本体４を主体構成としている。
【００２１】
このような構成の補強フレーム２は、その剛性が、建物１自体の剛性に対し、例えば１〜３０倍に設定されている。
【００２２】
また、図２に示すように、フレーム本体４は、その中間部が、建物１の各層の床やベランダの面内剛性を利用して固定されたブラケット７に、例えば以下のようにして接合されている。フレーム本体４の横材４ｃには、建物１側に延出するジョイントプレート８が設けられ、このジョイントプレート８には、複数の長孔９が形成されている。各長孔９は、建物１の外側面に沿った水平方向を長径としており、この長孔９には、ブラケット７に一体に取り付けられた接合ピン１０が挿入されている。この接合ピン１０は、長孔９の長径方向の範囲内で移動可能に係合している。
【００２３】
そして、図１に示したように、補強フレーム２の最下部には、横材４ｃの下側に略Ｖ字状の支持部材１１が設けられ、この支持部材１１の下端部にはブラケット１２が設けられている。また、この補強フレーム２の下部が連結されているピン３Ａには、ブラケット１３が一体に設けられており、このブラケット１３の先端部は、ブラケット１２の下端部と略同じ高さで水平方向に間隔を隔てて対向している。そして、補強フレーム２側のブラケット１２と、ピン３Ａ側のブラケット１３との間には、水平方向に沿って作動する例えばオイルダンパー等のダンパー１４が配置されている。このようにして、ダンパー１４は、例えば建物１の地上１階部分に設置された構成となっている。
【００２４】
このような構成の補強フレーム２を備えた建物１では、地震等によって建物１に変形が生じたときには、建物１自体においては、耐力と剛性の弱い層で、基部１ａと頂部１ｂとを繋ぐ直線に対して大きくはずれる応答変形を受ける。このとき、補強フレーム２が建物１の基部１ａから頂部１ｂにわたって設置されているので、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として変位し、この補強フレーム２の曲げ抵抗によって、耐力と剛性の弱い層の変形を抑制するとともに、変形の小さな他の層に変形を強制する。ところでこのような作用は、補強フレーム２の剛性が低いと建物１に追従して変形して発揮されないため、補強フレーム２の剛性は、前述の如く、建物１の剛性に対して１〜３０倍に設定するのが好ましい。
【００２５】
さらに、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として建物１の外側面に沿った面内で回動すると、これと一体に略水平方向に変位するブラケット１２と、ピン３Ａと一体に固定されているブラケット１３との間では、略水平方向に沿った相対変位を生じるので、ダンパー１４でこの相対変位エネルギーを熱エネルギーに変換して消費する。そして、このダンパー１４による変位エネルギー消費効果は、補強フレーム２を介して建物１の全体に及ぶようになっている。
【００２６】
また、補強フレーム２は、建物１の各層に、長孔９と接合ピン１０とを介して接合されており、これによって、各層における建物１と補強フレーム２の相対変形量が長孔９の長径方向の範囲内であるときには、接合ピン１０が長孔９の端部に到達しないため、建物１の変形が補強フレーム２には伝達されず、建物１の変形量が長孔９の長径方向の範囲以上となったときのみ、接合ピン１０が長孔９の端部に当接し、建物１の変形が補強フレーム２に伝達される。
【００２７】
上述した耐震補強構造では、建物１と略同等以上の剛性を有した補強フレーム２が、建物１の外側面に沿ってその基部１ａから頂部１ｂにわたって設置され、その中間部が建物１の各階に接合された構成となっている。
これにより、地震等によって建物１に変形が生じたときには、補強フレーム２の曲げ抵抗によって、建物１の基部１ａと頂部１ｂとを繋ぐ直線に対して大きくはずれる弱層の変形を抑制するとともに、変形の小さな他の層に変形を強制することができる。したがって、地震時における建物１の変形を頂部１ａと基部１ｂとを繋ぐ直線状に均一化することができ、その結果、建物１の各層で均等に地震エネルギーを消費し、特定層へのエネルギー集中を防いで高い耐震性能を発揮することができる。
【００２８】
さらに、ダンパー１４が備えられており、各階から補強フレーム２により伝達された地震エネルギーをダンパー１４によって消費して、地震応答をより効果的に低減することができる。
【００２９】
そして、ダンパー１４を建物１の地上１階部分に配置する構成としたが、このようにダンパー１４が特定階部分に配置しても、ダンパー１４による震動減衰効果は補強フレーム２を介して建物１の各階に及ぶ。この結果、弱層が存在する建物１に対して、補強フレーム２により各階の変形を均一化し、建物１全体の地震応答を低減することが可能となる。
【００３０】
また、補強フレーム２は、建物１の基部１ａと頂部１ｂにピン接合され、かつ建物１の各階に接合される部分で長孔９と接合ピン１０を介して接合されることによって、補強フレーム２と建物１との間で水平方向に定められた相対変位を許容する構成となっている。これにより、補強フレーム２と建物１との間の水平方向の相対変位が定められた変位以上となったときのみ、建物１の変形が補強フレーム２に伝達され、他の層に変形が強制されるようになっている。
したがって、例えば、従来の構造であっても建物１の弱層に被害が及ばないような程度の地震時には、補強フレーム２による変形強制がなされず、弱層以外の層における変形が過度に大きくならないようにすることができる。
【００３１】
また、上記補強フレーム２およびダンパー１４の建物１への取付は、外部だけの工事で済むために、建物１が既存のものである場合にも、建物１を使用しながら工事を行うことが可能となる。また、建物１の基礎部分については荷重の増加等がほとんどないために、特に既存の建物１においては有利である。さらに、補強フレーム２自体も簡単な構造である。そして、土工事や仮設工事の費用が少なくなること、さらに建物１が既存のものである場合には、工事に関係して発生する各種設備の付け替え工事等が不要であるために、トータルでの所要コストを大幅に低減することができる。
【００３２】
ここで、図３に示すものは、上記に説明したような構成を適用した建物モデルにおける地震応答を検討したものである。
以下の検討において、地震波は、ＥｌＣｅｎｔｒｏ１９４０ＮＳ（最大速度を５０ｋｉｎｅに基準化）とする。また、図１に示した建物１は、ここでは鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向に７ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、建物１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そして、このような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発生しやすい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅａｒ武田モデルとして解析を行った。
【００３３】
補強フレーム２（図１参照）は、建物１の桁行方向外壁面に２カ所設置し、７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ−４００×４００×１３×２１）を建てて建物１の５倍の剛性を有したものとする。
そして、ダンパー１４は建物１の１階部分のみに設け、その減衰係数Ｃは、９０（ｔｓ／ｃｍ）とした。
【００３４】
図３は、地震応答解析の結果であり、これによると、建物１の第１層が弱層となっている。図３中「建物原モデル」と示したものが補強フレーム２とダンパー１４とが存在しない場合に相当し、第１層に大きな変形を受けている。
そして、図３中、「建物＋ダンパー」と示したものが、比較のためにダンパー１４のみを建物１の１階部分に設置した場合に相当し、この場合では、建物１の第１層の応答は低減するものの、第２〜３層へはダンパー１４の効果がほとんど表れていない。
一方、図３中「剛棒体＋ダンパー」と示したものが、補強フレーム２とダンパー１４とを設置した場合（すなわち本実施の形態）に相当し、建物１の変形は直線状になり、ダンパー１４の効果も各階に及んで応答低減が図られている。なお、応答低減の大きさは、ダンパー１４の能力に応じて制御できるのは言うまでもないことである。
【００３５】
以上により、補強フレーム２の特性と、その特性を利用して建物１の特定層のみにダンパー１４を設置したときの地震応答低減の効果が明らかとなっている。
【００３６】
［第二の実施の形態］
次に、ダンパーを建物の外壁面に沿って配置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。なお、本実施の形態と、前記第一の実施の形態との相違点は、ダンパーの取付構造のみであり、補強フレーム自体については同様の構造である。
【００３７】
図４に示すように、補強フレーム２は、建物１の基部１ａと頂部１ｂとに、ピン３Ａ，３Ｂを介してピン接合され、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点として建物１の外側面に沿った面内で変位可能とされている。
【００３８】
そして、補強フレーム２の最下部に位置する横材４ｃの両端部と、それぞれその鉛直下方位置に設けられて下端部が基礎１ｃに固定されたブラケット２０との間には、例えば粘性型ダンパー等のダンパー２１が設けられている。これにより、ダンパー２１は、例えば建物１の地上１階部分に設置され、かつ補強フレーム２の両側において、建物１の外側面に沿った補強フレーム２と略同一面内に位置するものとなっている。このダンパー２１は、略鉛直方向に沿って作動するよう配置され、その上下端部は、横材４ｃの端部とブラケット２０とに、それぞれピン接合されて前記面内でスイング可能に連結されている。
【００３９】
このような構成の補強フレーム２を備えた建物１では、地震等によって生じる建物１の変形によって、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として回動する。このとき補強フレーム２は、ダンパー２１の上端部が連結された横材４ｃの端部において、図５に示すような略鉛直方向（厳密には円弧状）の変位δを生じる。実際には、この変位は略円弧状を成すが、図４に示したダンパー２１は、その上下端部がスイング可能となっているので、略円弧状の変位に追従できるようになっている。そして、この変位は、基礎１ｃ側に固定されたブラケット２０に対して略鉛直方向の相対変位となり、その変位エネルギーはダンパー２１によって消費され、その結果、地震応答を低減することができるようになっている。
【００４０】
上述した耐震補強構造では、前記第一の実施の形態と同様、補強フレーム２によって、建物１の各層で均等に地震エネルギーを消費し、特定層へのエネルギー集中を防いで高い耐震性能を発揮することができ、また補強フレーム２およびダンパー２１の取付工事を建物１の外部のみで行うことができるので、その施工を容易に行うとともにコストを抑えることができる、といった各効果を奏することができる。
【００４１】
さらに、補強フレーム２と建物１との間に備えられたダンパー２１によって、補強フレーム２に伝達された変形エネルギーが消費され、制震効果をより効果的に発揮することができる。
【００４２】
しかも、ダンパー２１を、建物１の外側面に沿って配置する構成とした。これにより、建物１の外側面からの偏心寸法を最小限とすることができ、偏心応力を原因とするダンパー２１の接合部ディテールの大型化を回避することができ、これによるコスト上昇等を抑えることができる。
また、このダンパー２１は、建物１の基礎１ｃとの間に配置する構成となっているので、ダンパー２１の反力を基礎部分で処理することができ、反力受け台等を特に設けたりする必要もなく、施工の煩雑化を回避できる。
【００４３】
ここで、図６に示すものは、上記に説明したような構成を適用した建物モデルにおける地震応答を検討したものである。
以下の検討において、地震波は、ＥｌＣｅｎｔｒｏ１９４０ＮＳ，Ｔａｆｔ１９５２ＥＷ，Ｈａｃｈｉｎｏｈｅ１９６８ＮＳ（最大速度を５０ｋｉｎｅに基準化）とする。また、建物１（図４参照）は鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向に７ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、建物１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そして、このような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発生しやすい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅａｒ武田モデルとして解析を行った。
【００４４】
補強フレーム２（図４参照）は、建物１の桁行方向外壁面に２カ所設置し、７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ−４９８×４３２×４５×７０）を建てた構成のものとする。
そして、ダンパー２１は建物１の１階部分に設け、その減衰係数Ｃは、２００（ｔｓ／ｃｍ）とした。
【００４５】
図６は、地震応答解析の結果を示す。図６中「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したものが補強フレーム２とダンパー２１とが存在しない場合に相当し、第１層に大きな変形を受けている。
一方、図６中「剛棒体機構＋ダンパー」と示したものが、補強フレーム２とダンパー２１とを設置した場合（すなわち本実施の形態）に相当し、補強フレーム２による変形均一化効果と、ダンパー２１によるエネルギー消費効果とが有効に発揮され、著しく応答低減が図られている。なお、応答低減の大きさは、ダンパー２１の能力に応じて制御できるのは言うまでもないことである。
【００４６】
以上により、補強フレーム２とダンパー２１による制振構造は、水平方向の地震動を鉛直方向に作動するダンパー２１により消費して、スカラー量である地震エネルギーをダンパー２１により有効に消費できることが明らかとなっている。
【００４７】
［第三の実施の形態］
次に、ダンパーを建物の外壁面に沿って配置する場合の他の例を用いて説明する。以下に説明する第三の実施の形態において、前記第一および第二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。本実施の形態についても、前記第一および第二の実施の形態との相違点は、ダンパーの取付構造のみであり、補強フレーム自体については同様の構造である。
【００４８】
図７に示すように、補強フレーム２は、建物１の基部１ａと頂部１ｂとに、ピン３Ａ，３Ｂを介してピン接合され、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点として建物１の外側面に沿った面内で変位可能とされている。
【００４９】
そして、補強フレーム２の各横材４ｃの両端部に位置して建物１の外側面に固定された図示しないブラケットとの間には、鉛直方向に作動する例えば粘性型ダンパー等のダンパー２５が設けられている。これにより、各ダンパー２５は、補強フレーム２の両側において、建物１の外側面に沿った補強フレーム２と略同一面内に位置するものとなっている。このダンパー２５は、略鉛直方向に沿って作動するよう配置され、その上下端部は、横材４ｃの端部とブラケット２０とにそれぞれピン接合されて前記面内でスイング可能となっている。
【００５０】
このような構成の補強フレーム２を備えた建物１では、地震等によって生じる建物１の変形によって、補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として回動する。このとき補強フレーム２は、ダンパー２５の上端部が連結された各横材４ｃの端部において、図５に示したのと同様の、略鉛直方向（厳密には円弧状）の変位を生じる。この変位は、建物１側に固定されたダンパー２５の下端部に対して略鉛直方向の相対変位となり、その変位エネルギーはダンパー２５によって消費され、その結果、地震応答を低減することができるようになっている。
【００５１】
上述した耐震補強構造では、前記第二の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
すなわち、補強フレーム２によって、建物１の各層で均等に地震エネルギーを消費し、特定層へのエネルギー集中を防いで高い耐震性能を発揮することができ、また補強フレーム２およびダンパー２５の取付工事を建物１の外部のみで行うことができるので、その施工を容易に行うとともにコストを抑えることができる。そして、補強フレーム２と建物１との間に備えられたダンパー２５によって、補強フレーム２に伝達された変形エネルギーが消費され、制震効果をより効果的に発揮することができる。
【００５２】
しかも、ダンパー２５を、建物１の外側面に沿って配置する構成としたので、偏心応力を原因とするダンパー２５の接合部ディテールの大型化を回避することができ、これによるコスト上昇等を抑えることができる。
【００５３】
ここで、図８に示すものは、上記に説明したような構成を適用した建物モデルにおける地震応答を検討したものである。
以下の検討において、地震波は、ＥｌＣｅｎｔｒｏ１９４０ＮＳ，Ｔａｆｔ１９５２ＥＷ，Ｈａｃｈｉｎｏｈｅ１９６８ＮＳ（最大速度を５０ｋｉｎｅに基準化）とする。また、建物１（図７参照）は鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向に７ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、建物１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そして、このような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発生しやすい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅａｒ武田モデルとして解析を行った。
【００５４】
補強フレーム２（図７参照）は、建物１の桁行方向外壁面に２カ所（建物１の表側と裏側）設置し、７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ−４９８×４３２×４５×７０）を建てた構成のものとする。
そして、ダンパー２５は建物１の２階部分と３階部分とに設け、その減衰係数Ｃは、９０（ｔｓ／ｃｍ）とした（建物１の表側と裏側の２カ所合計）。
【００５５】
図８は、地震応答解析結果である。図８中「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したものが補強フレーム２とダンパー２５とが存在しない場合に相当し、第１層に大きな変形を受けている。
一方、図８中「剛棒体機構＋ダンパー」と示したものが、補強フレーム２とダンパー２５とを設置した場合（すなわち本実施の形態）に相当し、補強フレーム２による変形均一化効果と、ダンパー２５によるエネルギー消費効果とが有効に発揮され、著しく応答低減が図られている。なお、ダンパー２５の減衰力（鉛直方向の力）は、建物１の柱を補強して基礎に伝達しても良いし、また建物１に簡易な補強柱を設けて基礎に伝達するようにしても良い。また、応答低減の大きさは、ダンパー２５の能力に応じて適宜制御できるのは言うまでもないことである。
【００５６】
以上により、補強フレーム２とダンパー２５による制振構造は、水平方向の地震動を鉛直方向に作動するダンパー２５により消費して、スカラー量である地震エネルギーをダンパー２５により有効に消費できることが明らかとなっている。
【００５７】
［第四の実施の形態］
次に、ダンパーを建物の外壁面に沿って配置する場合の他の例を用いて説明する。以下に説明する第四の実施の形態において、前記第一乃至第三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。
【００５８】
図９に示すように、建物１の側面には、補強フレーム２が二つ並べて配設されている。各補強フレーム２は、建物１の基部１ａと頂部１ｂとに、ピン３Ａ，３Ｂを介してピン接合され、これら上下のピン３Ａ，３Ｂを支点として建物１の外側面に沿った面内で変位可能とされている。
【００５９】
そして、互いに隣接する二つの補強フレーム２Ａ，２Ｂの間には、例えば粘性型ダンパー等のダンパー２７が設けられている。各ダンパー２７は、一方の補強フレーム２Ａに固定されたブラケット２８と、他方の補強フレーム２Ｂに固定されたブラケット２９との間に設けられており、これらブラケット２８，２９は鉛直方向において互いに上下に位置するよう配置されている。これにより、各ダンパー２７は、互いに隣接する補強フレーム２Ａ，２Ｂ間において、建物１の外側面に沿った補強フレーム２と略同一面内に位置するものとなっている。このダンパー２７は、略鉛直方向に沿って作動するよう配置され、その上下端部は、ブラケット２８，２９にそれぞれピン接合されて前記面内でスイング可能となっている。
【００６０】
このような構成の補強フレーム２を備えた建物１では、地震等によって生じる建物１の変形によって、各補強フレーム２がピン３Ａ，３Ｂを支点として回動する。補強フレーム２Ａ，２Ｂ間においては、通常状態においては同レベルに位置する横材４ｃ，４ｃの端部間で、図１０に示すような略鉛直方向（厳密には円弧状）の相対変位δを生じる。この相対変位の変位エネルギーは、図９に示した各ダンパー２７によって消費され、その結果、地震応答を低減することができるようになっている。
【００６１】
上述した耐震補強構造では、前記第二の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
すなわち、補強フレーム２によって、建物１の各層で均等に地震エネルギーを消費し、特定層へのエネルギー集中を防いで高い耐震性能を発揮することができ、また補強フレーム２およびダンパー２７の取付工事を建物１の外部のみで行うことができるので、その施工を容易に行うとともにコストを抑えることができる。そして、互いに隣接する補強フレーム２Ａ，２Ｂの間に備えられたダンパー２７によって、補強フレーム２Ａ，２Ｂの双方に伝達された変形エネルギーが消費され、制震効果をより効果的に発揮することができる。
【００６２】
しかも、ダンパー２７を、建物１の外側面に沿って配置する構成としたので、偏心応力を原因とするダンパー２７の接合部ディテールの大型化を回避することができ、これによるコスト上昇等を抑えることができる。
【００６３】
ここで、図１１に示すものは、上記に説明したような構成を適用した建物モデルにおける地震応答を検討したものである。
以下の検討において、地震波は、ＥｌＣｅｎｔｒｏ１９４０ＮＳ，Ｔａｆｔ１９５２ＥＷ，Ｈａｃｈｉｎｏｈｅ１９６８ＮＳ（最大速度を５０ｋｉｎｅに基準化）とする。また、建物１（図９参照）は鉄筋コンクリート構造の３階建てとし、桁行方向に７ｍ×７スパン、梁間方向に１０ｍ×２スパンとし、建物１の地震時全重量は３８６０（ｔ）とする。そして、このような建物１で、耐震壁が少なく地震被害が発生しやすい桁行方向について、復元力特性をＴｒｉ−Ｌｉｎｅａｒ武田モデルとして解析を行った。
【００６４】
二つの補強フレーム２Ａ，２Ｂ（図９参照）は、建物１の桁行方向外壁面に並列に設置し、各々は７ｍの間隔で鉄骨（Ｈ−４９８×４３２×４５×７０）を建てた構成のものとする。
そして、ダンパー２７は建物１の２階部分と３階部分とで、並列した補強フレーム２Ａ，２Ｂ間に配置し、その減衰係数Ｃは、２００（ｔｓ／ｃｍ）とした。
【００６５】
図１１は、地震応答解析結果である。図１１中「ＯｒｉｇｉｎａｌＭｏｄｅｌ」と示したものが補強フレーム２とダンパー２７とが存在しない場合に相当し、第１層に大きな変形を受けている。
一方、図１１中「剛棒体＋ダンパー」と示したものが、補強フレーム２とダンパー２７とを設置した場合（すなわち本実施の形態）に相当し、補強フレーム２による変形均一化効果と、ダンパー２７によるエネルギー消費効果とが有効に発揮され、著しく応答低減が図られている。なお、ダンパー２７の減衰力（鉛直方向の力）は、双方の補強フレーム２Ａ，２Ｂを介して基礎に伝達することができる。また、応答低減の大きさは、ダンパー２７の能力に応じて適宜制御できるのは言うまでもないことである。
【００６６】
以上により、補強フレーム２とダンパー２７による制振構造は、水平方向の地震動を鉛直方向に作動するダンパー２７によって消費して、スカラー量である地震エネルギーをダンパー２７により有効に消費できることが明らかとなっている。
【００６７】
なお、上記第四の実施の形態において、ダンパー２７を互いに隣接する補強フレーム２Ａ，２Ｂ間に設ける構成としたが、これを前記第三の実施の形態で示した構成と組み合わせるような構成とすることも可能である。すなわち、図１２に示すように、建物１の外側面に、補強フレーム２を二つ並べて配設し、これら互いに隣接する補強フレーム２Ａ，２Ｂの間にはダンパー２７を設け、また補強フレーム２Ａ，２Ｂの側方には、前記第三の実施の形態で示したように、補強フレーム２Ａ，２Ｂのそれぞれと、建物１の外側面との間に、ダンパー２５を設けるような構成とするのである。このような構成によっても上記と同様の効果が得られる。
【００６８】
なお、上記第一乃至第四の各実施の形態において、補強フレーム２に組み込むダンパーとしては、オイルダンパーや粘性型ダンパーに限らず、例えば履歴型ダンパー等、他の方式のダンパーを用いても何ら問題はなく、またダンパーで発生させる減衰力を自動的に制御する制御機構を備えるような構成とすることも可能である。
【００６９】
また、ダンパー１４，２１，２５，２７の取付構造については何ら限定する意図はなく、所要の減衰機能を発揮できるのであれば、ダンパー１４，２１，２５，２７を取り付けるブラケットの構造や、補強フレーム２への取付位置等、上記にあげた以外のいかなる構成を採用しても良い。
【００７０】
さらに、補強フレーム２を建物１の各階に接合する構成としたが、例えば２階毎、３階毎等、他の間隔で接合することも可能である。また補強フレーム２の各階に対する取付構造についても、前記長孔９と接合ピン１０を介したルーズ接合に限らず、これ以外の接合構造としても良い。例えば、このルーズ接合を省略した構成とすることももちろん可能であり、このような場合には、補強フレーム２のピン３Ａ，３Ｂを支点とした変位を許容し、水平方向の変位を規制するような接合構造を取ればよい。また、ルーズ接合を採用する場合にも、建物１に対する補強フレーム２の所定寸法以内の変位を許容できるのであれば、例えば長孔９に代えて円形の孔を採用する等、長孔９と接合ピン１０以外のどのような取付構造を用いても良い。
【００７１】
また、補強フレーム２を構成するフレーム本体４については、その形式を何ら問うものではなく、平面トラス状、立体トラス状等、所要の曲げ抵抗が得られる形式を適宜採用すればよい。もちろん、フレーム本体４を構成する部材の材質についても何ら問うものではない。
【００７２】
加えて、上記のような耐震補強構造を適用する建物は、新築、既存を問うものではない。例えば新築の場合には、エレベータシャフト内や階段室の内部など、補強フレーム２およびダンパーを建物内部に予め取り付けておくことも可能である。
また、補強フレーム２を設置する場所や補強フレーム２の数についても、所要の耐震補強効果が得られるよう適宜設定すればよいのであって、上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００７３】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る耐震補強構造によれば、構造物と略同等以上の剛性を有した補強フレームが、構造物の外側面に、その基部と頂部とでピン接合されることによって設けられ、かつ構造物に固定されたブラケットに一体に取り付けられた接合ピンが、補強フレームから構造物側に延出するジョイントプレートに形成された長孔に挿入されることにより、その中間部が構造物に定められた間隔ごとに接合された構成とされ、さらに補強フレームの構造物に対する相対変位を減衰させるダンパーが、構造物の特定階部分に配設された構成となっている。
これにより、地震等によって構造物に変形が生じたときには、補強フレームの曲げ抵抗によって、構造物の基部と頂部とを繋ぐ直線に対して大きくはずれる弱層の変形を抑制するとともに、変形の小さな他の層に変形を強制することができるので、地震時における構造物の変形を各層で均一化することができる。その結果、構造物の各層で均等に地震エネルギーを消費し、特定層へのエネルギー集中を防いで高い耐震性能を発揮することができる。
そして、ダンパーを構造物の特定階部分に配設したので、ダンパーによる減衰効果が、補強フレームを通して構造物の各部に及び、地震応答をより効果的に低減することができる。しかもこのダンパーは、構造物の特定階部分に配設する構成としたが、ダンパーによる震動減衰効果は補強フレームを介して構造物の各部に均一に及ぶので、構造物全体に対して地震応答低減効果を有効に発揮することができる。
【００７５】
請求項２に係る耐震補強構造によれば、ダンパーを構造物の外側面に沿って配設することによって、ダンパーと構造物側との接合部で発生する偏心応力を最小限とすることができ、偏心応力を原因とするダンパーの接合部ディテールの大型化を回避することができ、これによるコスト上昇等を抑えることができる。
【００７６】
そして、請求項３に係る耐震補強構造によれば、ダンパーを補強フレームと構造物の基礎との間に介装させる構成とした。また、請求項４に係る耐震補強構造によれば、ダンパーを補強フレームと構造物の外側面との間に介装させる構成とした。さらに、請求項５に係る耐震補強構造によれば、構造物に複数の補強フレームを備え、ダンパーが、互いに隣接する補強フレーム間に介装された構成となっている。
このように、各種形態で補強フレームと構造物との相対変位をダンパーで減衰することによって、ダンパによる地震応答低減効果を有効に発揮することができる。また、ダンパーを構造物の基礎との間に介装させれば、ダンパーの反力を基礎部分で処理することができ、反力受け台等を特に設けたりする必要もなく、施工の煩雑化を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る耐震補強構造の第一の実施の形態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物の一例を示す立面図である。
【図２】 （ａ）は図１のイーイ矢視図、（ｂ）は（ａ）のローロ矢視図である。
【図３】 第一の実施の形態の建物モデルにおける地震応答解析結果を示す図である。
【図４】 本発明に係る耐震補強構造の第二の実施の形態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物の一例を示す立面図である。
【図５】 図４に示した耐震補強構造における補強フレームの変位を示す図である。
【図６】 第二の実施の形態の建物モデルにおける地震応答解析結果を示す図である。
【図７】 本発明に係る耐震補強構造の第三の実施の形態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物の一例を示す立面図である。
【図８】 第三の実施の形態の建物モデルにおける地震応答解析結果を示す図である。
【図９】 本発明に係る耐震補強構造の第四の実施の形態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物の一例を示す立面図である。
【図１０】 図９に示した耐震補強構造における補強フレームの変位を示す図である。
【図１１】 第四の実施の形態の建物モデルにおける地震応答解析結果を示す図である。
【図１２】 本発明に係る耐震補強構造のさらに他の実施の形態を示す図であって、前記耐震補強構造を適用した建物の一例を示す立面図である。
【符号の説明】
１ 建物（構造物）
１ｃ 基礎
２ 補強フレーム
３Ａ，３Ｂ ピン
１４，２１，２５，２７ ダンパー

Claims (5)

1. 補強フレームが構造物の外側面に沿って配設され、該補強フレームは、前記構造物と略同等以上の剛性を有するとともに、その基部と頂部とで前記構造物にピン接合されることによって前記外側面に沿った面内で変位可能とされ、かつ前記構造物に固定されたブラケットに一体に取り付けられた接合ピンが、該補強フレームから前記構造物側に延出するジョイントプレートに形成された長孔に挿入されることにより、その中間部が前記構造物に定められた間隔ごとに接合されて、前記構造物の中間弱層に発生する損傷集中に対してエネルギーバイパス機能を果たす構成とされ、
   前記補強フレームが配設された前記構造物の地震応答を減衰させるダンパーが、前記構造物の特定階部分に配設されていることを特徴とする耐震補強構造。
2. 請求項１記載の耐震補強構造であって、前記ダンパーが、前記補強フレームの側方であって、かつ前記構造物の外側面に沿った位置に配設されていることを特徴とする耐震補強構造。
3. 請求項１または２記載の耐震補強構造であって、前記ダンパーが、一端側が前記補強フレームに連結され、他端側が前記構造物の基礎に連結されて設置されていることを特徴とする耐震補強構造。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の耐震補強構造であって、前記ダンパーが、一端側が前記補強フレームに連結され、他端側が前記構造物の外側面に連結されて設置されていることを特徴とする耐震補強構造。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の耐震補強構造であって、前記構造物には複数の前記補強フレームが備えられ、かつ前記ダンパーが、互いに隣接する前記補強フレーム間に配置されて、その一端部を一方の前記補強フレームに連結し、他端部を他方の前記補強フレームに連結して設けられていることを特徴とする耐震補強構造。

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