JP3823242B2

JP3823242B2 - 既存建物外殻の制震補強方法

Info

Publication number: JP3823242B2
Application number: JP12060399A
Authority: JP
Inventors: 三男浅野; 重雄嶺脇
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: JP2000310044A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、既存建物をその外殻フレームの外側に増設する補強体で制震補強を行う技術の分野に属し、特には鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の既存建物が少なくとも一つの構面において柱に比べて梁の耐力が小さく「梁崩壊型の破壊形式」を示し建物全体として耐力が不足する場合に、同建物の居住性を損なうこと無く「居ながら」にして実施可能な、既存建物外殻の制震補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既存建物を使用しつつ制震補強する「居ながら」補強の方法が種々研究開発され、多数の提案が行われている。例えば壁増設や増し打ち補強、鉄骨ブレースによる補強、鋼板耐震壁による制震補強などが挙げられる。
【０００３】
本出願人も、既存建物の居住性を損なうこと無く「居ながら」の施工を実施可能な制震補強方法に関して、▲１▼プレキャストコンクリート部材を補強材に使用する方法を特開平１１−６２２６４号に開示し、▲２▼鉄骨材と制震装置（ダンパー）を使用する方法を特願平１０−２９５７５号に提案している。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
ところで、一口に既存建物といっても、新耐震設計法の施行以前に設計、施工された既存建物、例えば図５に例示したように、張間方向は連層耐震壁架構Ａとし、桁行き方向は純ラーメン架構である建物の耐震診断をすると、桁行き方向で目標値を下回ることが多い。その理由は、桁行き方向の南面側の架構は、階高を低くし、開口を大きくとることによって梁せいを抑えるためである。その結果、前記建物の地震時挙動は図８に示したように、柱１に比べて梁２の耐力が著しく小さいラーメン架構は、地震等の水平力による層間変形は梁２の変形に支配され、梁２の変形が大きく進む所謂「梁崩壊型の破壊形式」を示し、靭性には富むが、耐力が著しく小さいことに起因する。
【０００５】
前記したような「梁崩壊型の破壊形式」を示す既存建物の制震補強に、上記▲１▼、▲２▼の制震補強方法をそのまま適用することは失当である。何故なら、既存柱についての制震補強は必要ないばかりか、上記▲２▼のように既存柱を制震補強する柱材にダンパーを付帯させた補強方法では、そもそも既存柱の耐力が既存梁の耐力よりも著しく大きい「梁崩壊型の破壊形式」を示す既存建物の場合、地震時に柱材は変形せず、ダンパーによる制震効果を期待できないからである。
【０００６】
本発明の目的は、既存建物が少なくとも一つの構面において既存柱の耐力が既存梁の耐力よりも著しく大きい「梁崩壊型の破壊形式」を示し建物全体として耐力（耐震性）が不足している鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の既存建物について、施工性に優れた鉄骨造補強で、居住性を損なうこと無く「居ながら」にしての施工を好適に実施可能な、既存建物外殻の制震補強方法を提供することである。
【０００７】
本発明の次の目的は、既存梁のみを鉄骨梁で補強し、且つ同鉄骨梁の端部の材端回転変形を利用して地震エネルギーを吸収する形式、構造に鉄骨及びダンパーを付帯させる制震補強の方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る既存建物外殻の制震補強方法は、
鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の既存建物が少なくとも一つの構面において柱に比べて梁の耐力が小さく梁崩壊型の破壊形式を示す場合に、その外殻フレームの外側に増設する補強体で制震補強を行う方法において、
前記既存建物の外殻フレームを構成する既設梁に沿ってその外側面に鉄骨梁を配置し一体化すること、
前記既存建物の外殻フレームを構成する既設柱において前記鉄骨梁の延長部分に相当する位置には既設柱へ固定した取付部が設けられ、前記鉄骨梁とは、鉄骨梁の材端回転変形を利用してエネルギー吸収を行うダンパーを介して接合されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した既存建物外殻の制震補強方法において、既存建物の外殻フレームを構成する既設梁のせいよりも、その外側面に配置する鉄骨梁のせいが小さいことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した既存建物外殻の制震補強方法において、既存建物の外殻フレームを構成する既設梁に沿ってその外側面に配置した鉄骨梁は後施工アンカーによって既設梁と一体化することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載した既存建物外殻の制震補強方法において、既存建物の外殻フレームを構成する既設柱に固定された取付部は複数のシアピンを施工して既設柱へ固定梁として施工することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、請求項１に記載した既存建物外殻の制震補強方法において、鉄骨梁と取付部を接合するダンパーの位置は、既設梁において曲げ応力による変形が最大となる梁端部の位置とすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１〜５に記載した発明に係る既存建物外殻の制震補強方法の実施形態を、図１〜図５に基いて説明する。
【００１４】
本発明に係る既存建物外殻の制震補強方法は、鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の既存建物であって、その少なくとも一つの構面において柱１に比べて梁２の耐力が小さく「梁崩壊型の破壊形式」を示す既存建物の外殻フレームの外側に増設する鉄骨造補強体で制震補強を行う方法として好適に実施される。
【００１５】
本発明の要点は、第１に、前記既存建物の外殻フレームを構成する既設梁２に沿って、その外側面に、鉄骨梁３を配置し一体化して増設することである。
【００１６】
要点の第２は、同じく既存建物の外殻フレームを構成する既設柱１において前記鉄骨梁３の延長部分に相当する位置には取付部３’を固定し、前記鉄骨梁３とは、梁の材端回転変形を利用してエネルギー吸収を行うダンパー４を介して接合されている（以上、請求項１記載の発明）。図示した取付部３’は、鉄骨梁の一部分として表現しているが、この限りではない。極端にはダンパー４の一側を支持する物であれば、その形状、構造を問わない。
【００１７】
但し、この制震補強方法の実施によって当該既存建物の開口面などを塞いで居住性を悪化させることの無いように、既存建物の外殻フレームを構成する既設梁２のせいよりも、その外側面に配置する鉄骨梁３のせいが小さい構成とする（請求項２記載の発明）。
【００１８】
上記のように既存建物の外殻フレームを構成する既設梁２に沿ってその外側面に配置した鉄骨梁３は、一体化手段の一例としてケミカルアンカー等の後施工アンカー５によって既設梁２と一体化処理する（請求項３記載の発明）。更にフープ筋９を設置し、無収縮モルタル６の注入を行って一体化を完全にする（図２）。既存建物の外殻フレームを構成する既設柱１の外面へ固定した取付部３’については、同柱１に袖壁８が附属しているときは、複数の鋼管のごときシアピン７を袖壁８にまで施工して既設柱１へ固定梁の如くに施工する（請求項４記載の発明）。
【００１９】
上述した既存建物外殻の制震補強方法において、既存建物の外殻フレームを構成する既設梁２の外面へ取付ける鉄骨梁３の端部の位置、というよりもむしろ、ダンパー４の設置位置は、既設梁２において曲げ応力による変形（図８参照）が最大となる梁端部、具体的には、既設柱１の両側面の位置とする。図示例のように同柱１に附属する袖壁８が有る場合は、同袖壁８の端部の位置とし、その端部に前記のダンパー４を設けて梁同士を接続することも要点である（請求項５記載の発明）。
【００２０】
かくして外殻について制震補強を行った既存建物の姿図を図４に示した。
【００２１】
なお、上記した鉄骨梁３の材端回転変形を利用してエネルギーを吸収するダンパー４としては、例えば本出願人の特開平１０−２９７７２５号公報の第７図に記載された回転ヒンジ型の粘弾性ダンパー、同公報の図８に記載された極低降伏点鋼ダンパー、同公報の図９に記載された摩擦ダンパー、同公報の図１０に記載された粘性ダンパー、同公報の図１１に記載されたＨ形鋼ダンパーなどを採用し実施することができる。ちなみに前記Ｈ形鋼ダンパーは、図９Ａ，Ｂに例示したようにピンヒンジ機構を採用していないが、Ｈ形鋼１１に鉄骨梁３の変形に伴う曲げ変形を許容する切り欠き２６を形成し、前記切り欠き２６を極低降伏点鋼、鉛などの弾塑性プレート２７で補強した構成であり（図９Ｂ）、前記極低降伏点鋼、鉛など弾塑性プレート２７の弾塑性変形によりエネルギーを吸収する。
【００２２】
上記のように制震補強を施工した既存建物が地震等の水平力を受けた場合の挙動を図６に示した。制震補強前の地震挙動を表した図８と同様に、既述した「梁崩壊型の破壊形式」を示す既存建物であるが故に、既存梁２の曲げ変形が大きく進む。よって既存柱１へ固定された取付部３’と鉄骨梁３との間に発生する材端回転変形を利用してダンパー４が地震エネルギーを効果的に吸収し、制震効果を発揮する。
【００２３】
ちなみに、図７は、解析モデルによる解析結果を示したもので、図８のような挙動を呈する制震補強無しの荷重−変形と、制震補強を施工した後の荷重−変形の関係の数値を差し引いた曲線Ｂが、制震補強の荷重−変形関係として求められている。
【００２４】
例えば５０Ｋｉｎｅ相当の原波を入力した場合に、制震補強した場合の応答結果は、目標とするクライテリア（層間変位角の１／２５０）を満足する補強効果が確認された。
【００２５】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜５に記載した発明に係る既存建物外殻の制震補強方法によれば、ダンパーで地震エネルギーを吸収するので、所謂「耐震補強」に比較して少ない補強箇所（構面）で同等な耐震性を確保できる。しかも鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造既存建物の外殻を構成する既存梁の外面にのみ、同既設梁のせいよりも、せいが小さい鉄骨梁を配置するので、同建物の開口面などを塞がず、居住性を損なわない制震補強ができ、建物内部の執務空間及び居住空間を減少させないで済む。そして、同既存建物を使用しながらの「居ながら」補強が可能であるほか、鉄骨造補強なので、ＲＣ造補強などに比して軽量で、施工性に優れ、工期の短縮を図れるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制震補強の主要部を示す正面図である。
【図２】図１の▲２▼−▲２▼矢視の断面図である。
【図３】図１の▲３▼−▲３▼矢視の断面図である。
【図４】制震補強した既存建物の姿図である。
【図５】前記既存建物の平面構造図である。
【図６】本発明により制震補強した建物の地震挙動図である。
【図７】解析モデルによる地震応答の荷重−変形関係図である。
【図８】制震補強無し建物の地震挙動図である。
【図９】Ａ、Ｂはダンパーの一例を示した分解図と組み立て図である。
【符号の説明】
１既存建物の柱
２既存建物の梁
３鉄骨梁
３’ 取付部
４ダンパー
５後施工アンカー
７シアピン
８袖壁

Claims

鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の既存建物が少なくとも一つの構面において柱に比べて梁の耐力が小さく梁崩壊型の破壊形式を示す場合に、その外殻フレームの外側に増設する補強体で制震補強を行う方法において、
前記既存建物の外殻フレームを構成する既設梁に沿ってその外側面に鉄骨梁を配置し一体化すること、
前記既存建物の外殻フレームを構成する既設柱において前記鉄骨梁の延長部分に相当する位置には既設柱へ固定した取付部が設けられ、前記鉄骨梁とは、鉄骨梁の材端回転変形を利用してエネルギー吸収を行うダンパーを介して接合されていることを特徴とする、既存建物外殻の制震補強方法。
既存建物の外殻フレームを構成する既設梁のせいよりも、その外側面に配置する鉄骨梁のせいが小さいことを特徴とする、請求項１に記載した既存建物外殻の制震補強方法。
既存建物の外殻フレームを構成する既設梁に沿ってその外側面に配置した鉄骨梁は後施工アンカーによって既設梁と一体化することを特徴とする、請求項１又は２に記載した既存建物外殻の制震補強方法。
既存建物の外殻フレームを構成する既設柱に固定された取付部は複数のシアピンを施工して既設柱へ固定梁として施工することを特徴とする、請求項１又は２に記載した既存建物外殻の制震補強方法。
鉄骨梁と取付部を接合するダンパーの位置は、既設梁において曲げ応力による変形が最大となる梁端部の位置とすることを特徴とする、請求項１に記載した既存建物外殻の制震補強方法。