JP3777547B2 - 耐震補強構造 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨造の建物に適用される耐震補強構造、特に既存建物に適用して好適な耐震補強構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
工場や倉庫といった比較的小規模で簡略な鉄骨造の建物に対して耐震補強を目的とする改修を行う場合の手法として、既存の躯体フレームの内側に鉄骨造の制振フレームを付加して耐震性能を向上させるという工法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、既存の躯体フレームに制振フレームを付加するためには、既存の外壁や天井を部分的に解体撤去して復旧する必要があるし、また制振フレームを既存の鉄骨柱や鉄骨梁に対して溶接により剛接合することから養生や検査も含めて大がかりな溶接工事が必要である。したがって、そのような改修工事は必然的に工期やコストの負担が大きくなって必ずしも手軽に実施できるようなものではなく、より簡易に実施できる有効な耐震補強手法の開発が望まれていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項1の発明は、鉄骨造の建物を対象としてその躯体フレームの内側に耐震補強用の鉄骨造の制振フレームを設置してなる耐震補強構造であって、前記制振フレームは、鉄骨からなる横材の中央部下面側に、同じく鉄骨からなる縦材を剛接合してなり、その制振フレームの横材の両端をそれぞれ左右の柱の中間部に対してピン接合し、縦材の下端を床面に対してピン接合してなり、前記制振フレームにおける縦材をH形鋼により形成するとともに、該縦材の上端部におけるフランジを一部切除してそこに塑性ヒンジを誘導する切欠部を設けることにより、該制振フレームはエネルギーを吸収するダンパーとしての機能を有することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図4を参照して説明するが、それに先立ち、本発明の基本構成を示す参考例について図1〜図3を参照して説明する(なお、以下の説明では参考例についても便宜的に実施形態という場合がある)。図1〜図2に示す実施形態(参考例)は既存の鉄骨造の建物を対象として耐震補強のための改修を行う場合に適用したもので、図1は改修工事後の状態を示す概要図、図2はその具体例を示す詳細図である。
【0007】
図1〜図2において符号1は既存の柱、2は既存の梁、3は既存の床面、4は既存の天井面、5は既存の外壁であり、柱1と梁2および床面3(より厳密には床面3を支持する床梁、あるいは最下階では基礎梁)とにより既存の躯体フレーム6が形成されている。また符号7は既存あるいは新設した間柱、8は躯体フレーム6の内側の要所に新設した制振フレームである。
【0008】
制振フレーム8は、鉄骨からなる横材9と、その中央部下面側に溶接されて剛接合された同じく鉄骨からなる縦材10により形成されたT形をなす鉄骨造のもので、横材9の両端が天井面4よりも下方において柱1と間柱7に対してそれぞれ接合され、縦材10の下端が床面3に対して接合されているが、図1(b)に模式的に示すように制振フレーム8と既存の躯体フレーム6との接合の形態は実質的に曲げモーメントを伝達しないピン接合とされている。
【0009】
より具体的には、図2に示すように、横材9としてH形鋼を採用するとともに、柱1および間柱7にはガセットプレート11を溶接し、それらガセットプレート11に対して横材9のウエブのみをボルト締結している。また、縦材10としては同じくH形鋼を採用し、そのベースプレート12を無収縮モルタル13を介してアンカー14により床面3に対して定着している。
【0010】
制振フレーム8を形成している横材9、縦材10の形状や寸法は建物の規模や形態、要求される耐震性能を考慮して適宜設計すれば良いが、図示例のものは横材9の長さが3〜3.5m程度、縦材10の長さが2m程度(制振フレーム8の全高が2.5m程度)とされ、それらの断面寸法はいずれも500mm×200mm程度とされている。
【0011】
上記の制振フレーム8を既存の建物に設置するには、既存の柱1および間柱7にガセットプレート11を溶接し、あるいは間柱7を新設する場合にはガセットプレート11を予め溶接した間柱7を建て込む。そして、予め製作した制振フレーム8を現場に搬入し、縦材10の下端を床面3に対してアンカーし、横材9の両端をガセットプレート11に対してボルト締結すれば良い。なお、現場への搬入作業や設置作業の作業性を考慮して、必要であれば図2に示すように縦材10を上下に2分割しておき、それらを個々に搬入して現場においてそれらをスプライスプレート15を介してボルト締結するようにしても良い。
【0012】
上記の構造によれば、制振フレーム8を付加することのみで十分な補強効果が得られることはもとより、制振フレーム8の設置作業を室内において実施することが可能であるので外壁5を解体する必要はなく、また、制振フレーム8を天井面4よりも下方に設置するので天井面4を解体する必要もなく、しかも、制振フレーム8をボルト締結によるピン接合の形態で設置するので溶接作業はガセットプレート11のみに限定され、したがって従来に比較して養生や検査も含めて溶接作業を大幅に軽減でき、以上のことから従来の改修工事に較べて制振フレーム8の設置に係わる工事の施工性を大きく改善でき、工期短縮、工費削減を十分に図ることが可能である。
【0013】
そして、上記構造によれば制振フレーム8を既存の躯体フレーム6に対してピン接合することにより、制振フレーム8には図1(b)に示したような曲げモーメントが生じるものの、躯体フレーム6には曲げモーメントが伝達されることなく軸力と剪断が伝達されるのみであり、したがって従来一般のように制振フレーム8を躯体フレーム6に対して完全溶接により剛接合する場合に較べて躯体フレーム6の負担は小さく構造的に合理的である。
【0014】
また、制振フレーム8を形成する鉄骨材としては単なるロール材を用いれば良いし、制振フレーム8は単純なT形のもので複雑な加工を必要とするものでもないので、制振フレーム8を容易にかつ安価に製作することができ、この点においても工費削減を図ることができる。
【0015】
以上で本発明の基本構成を参考例として説明したが、本発明の基本構成は、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変形や応用が可能である。
【0016】
制振フレーム8の形状としては上記実施形態のようにT形状とすることに限らず、たとえば図3に示すように2本の縦材10をV形に設けたり、あるいは1本の横材9と2本の縦材10とにより全体をπ形とする等、適宜の形状が考えられる。また、上記実施形態では横材9の一端を間柱7にピン接合したが、間柱7がないような場合には横材9の両端をいずれも柱1に対してピン接合すれば良い。
【0017】
躯体フレーム6に対する横材9の両端および縦材10の下端の床面3に対する接合の形態は、実質的に曲げモーメントを伝達しないピン接合であれば良く、換言すれば完全な剛接合でなければ良く、その限りにおいて実際にピンを用いる本来のピン接合を含めて様々な接合の形態が考えられる。
【0018】
以上で本発明の基本構成を参考例として説明したが、次に本発明の本来の実施形態を図4を参照して説明する。本実施形態は、上記基本構成に加え、制振フレーム8にエネルギーを吸収する機能を持たせたものであり、それにより制振フレーム8がダンパーとして機能して建物の振動を抑制し減衰させる効果が得られる。その場合の構成としては、図4に示すように縦材10の上端部におけるフランジを一部切除して切欠部16を設け、そこに塑性ヒンジを誘導するようにしており、その場合においては切欠部16の形状や寸法の調節により降伏値を調整することが可能である。また、制振フレーム8を低降伏点鋼等の素材により形成することも考えられる。
【0019】
勿論、本発明は建物の用途や形態、規模に拘わらず広く適用できるものであるし、既存建物に対する改修手法としてのみならず新築建物にも同様に適用できることはいうまでもなく、いずれにしても所要台数の制振フレーム8を所要位置に適正に配置して設置すれば良い。
【0020】
【発明の効果】
本発明は、建物の躯体フレームの内側に耐震補強用の鉄骨造の制振フレームを設置するので、優れた耐震補強効果が得られることはもとより、制振フレームを横材と縦材とにより形成してその横材の両端を左右の柱の中間部に対してピン接合し、縦材の下端を床面に対してピン接合する構造であるので、制振フレームを建物に対して大がかりな工事を必要とすることなく簡易に設置することができ、特に既存建物を対象として耐震補強のための改修を行う場合に採用して好適である。
【0021】
特に本発明は、制振フレームにおける縦材をH形鋼により形成するとともに、該縦材の上端部におけるフランジを一部切除してそこに塑性ヒンジを誘導する切欠部を設けることにより、制振フレームがエネルギーを吸収するダンパーとしての機能を有するので、その制振フレームにより建物の振動を抑制し減衰させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の耐震補強構造の基本構成を参考例として示す概要図である。
【図2】 同、詳細図である。
【図3】 同、他の例を示す概要図である。
【図4】 本発明の実施形態を示す概要図である。
【符号の説明】
1 柱
2 梁
3 床面
4 天井面
5 外壁
6 躯体フレーム
7 間柱(柱)
8 制振フレーム
9 横材
10 縦材
11 ガセットプレート
12 ベースプレート
13 無収縮モルタル
14 アンカー
15 スプライスプレート
16 切欠部

Claims (1)

  1. 鉄骨造の建物を対象としてその躯体フレームの内側に耐震補強用の鉄骨造の制振フレームを設置してなる耐震補強構造であって、
    前記制振フレームは、鉄骨からなる横材の中央部下面側に、同じく鉄骨からなる縦材を剛接合してなり、
    その制振フレームの横材の両端をそれぞれ左右の柱の中間部に対してピン接合し、縦材の下端を床面に対してピン接合してなり、
    前記制振フレームにおける縦材をH形鋼により形成するとともに、該縦材の上端部におけるフランジを一部切除してそこに塑性ヒンジを誘導する切欠部を設けることにより、該制振フレームはエネルギーを吸収するダンパーとしての機能を有することを特徴とする耐震補強構造。
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