JP4016943B2 - 耐震補強装置 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の耐震性を向上させる耐震補強装置に関するものである。

建物が地震や台風等によって倒壊するのを防止するために、躯体開口部にブレース材や面材等の補強材を取付けて躯体の強度を向上させることが通常行われている。ブレース材や面材を取付けると壁の剛性は一般に向上するが、木造建築の例では軸組と土台との接合強度、及び土台と基礎との接合強度も同時に向上させなければならず、これらの接合強度の向上には限界があるため、単に丈夫なブレース材や面材を取付けただけでは、躯体の構造強度に悪影響を及ぼすことがある。そこで特許文献１〜３に開示されているものは、ブレース材の躯体への取付部等に摩擦ダンパーを介在させ、一定以上の荷重が掛かったときには、ブレース材の端部が摩擦ダンパーの作用により滑り動き、そのときの摩擦抵抗によって地震等のエネルギーを吸収して制震作用が発揮されるようにしている。摩擦ダンパーでは、滑りを生ずるときの荷重の大きさが、接合面の摩擦係数、ボルトの締め付け強さによって大きく左右されるので、その荷重を一定に制御するのが容易ではない。また、特許文献４などに示されているように、ブレース材や面材に変形しやすい部分を設け、荷重が一定のレベルを超えたときに、その部分が変形することでエネルギーを吸収するようにしたものもある。この場合は、ブレース材や面材の製作コストが、通常のものに比べて大幅に増大する。
特開平３−６６８７７号公報 特開２０００−２４８７７５号公報 特開２０００−２４８７７６号公報 実開平７−２９２２６号公報

本発明は以上に述べた実情に鑑み、躯体の構造強度に悪影響を与えない範囲で壁の耐力を向上するとともに、ある一定の荷重を超えたときに外力のエネルギーを吸収できる、構成容易且つ高性能の耐震補強装置の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明による耐震補強装置は、柱に固定するベース材と、補強材と、補強材をベース材に固定する固着具とを備え、ベース材は、本体部と荷重吸収部を有し、本体部は、固着具挿通孔と固着具挿通孔に隣接して設けた貫通孔とを有し、本体部の固着具挿通孔と貫通孔の間を破断自在部としてあり、補強材は固着具挿通孔を有し、補強材とベース材は、両部材の固着具挿通孔に挿通する固着具で固定してあり、荷重吸収部は、本体部よりも強度が小さい部分であり、破断自在部が許容耐力を超える荷重を受けて変形または破断し始めたときに、固着具を受けて塑性変形することを特徴とする。なお、破断自在部が破断し始めたときといっても、厳密に破断自在部が破断し始める時点でなくてもよく、実際には破断自在部が破断し始める前や、破断がいくらか進行した時点から荷重吸収部が塑性変形するものであってもよい。

請求項２記載の発明による耐震補強装置は、柱に固定するベース材と、補強材の取付部を有する取付材と、ベース材に取付材を固定する固着具とを備え、ベース材は、本体部と荷重吸収部を有し、本体部は、固着具挿通孔と固着具挿通孔に隣接して設けた貫通孔とを有し、本体部の固着具挿通孔と貫通孔の間を破断自在部としてあり、取付材は、固着具挿通孔を有し、ベース材と取付材は、両部材の固着具挿通孔に挿通する固着具で固定してあり、荷重吸収部は、本体部よりも強度が小さい部分であり、破断自在部が許容耐力を超える荷重を受けて変形または破断し始めたときに、固着具を受けて塑性変形することを特徴とする。

ベース材の荷重吸収部は、本体部よりも強度が小さく、固着具を受けて塑性変形して外力のエネルギーを吸収できるものであればよく、請求項３に記載したように、本体部に保持した部材を荷重吸収部とすることもできるし、請求項４に記載したように、本体部に形成したものとすることもできる。

請求項１記載の発明による耐震補強装置は、本体部の固着具挿通孔に隣接して貫通孔を設け、固着具挿通孔と貫通孔の間を破断自在部とすることにより、地震等による外力に対して、躯体の構造強度に悪影響を及ぼさない範囲で壁の耐力を向上させることができるとともに、破断自在部が許容耐力を超える荷重を受けて変形または破断し始めた後は、荷重吸収部が固着具を受けて塑性変形することにより、地震等による外力のエネルギーを吸収することができる。しかもこの作用は、ベース材の貫通孔の位置や大きさ、荷重吸収部の設け方に応じて、略正確に制御できる。

請求項２記載の発明による耐震補強装置は、取付材にブレース材や面材等の補強材を自由に取付けることができ、取付材とベース材との間で上記と同様の作用が発揮される。

請求項３記載の発明によれば、本体部に保持させる部材を適宜選択することにより、荷重吸収部の強さを変更できる。

請求項４記載の発明のものは、荷重吸収部を本体部に形成することにより、構造が一層簡素化され、コストを削減できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１から図３は、本発明の耐震補強装置の一実施形態を示している。この耐震補強装置は、図２に示すように、木造住宅の柱１４，１４、土台１５、梁１６とで形成される躯体開口部に設置してあって、地震や台風等によって躯体に作用する水平荷重Ｐに抵抗して躯体に生ずる層間変位δを抑えるとともに、制震作用を発揮するものである。この耐震補強装置は、左右の柱１４の対向する側面に長手方向に固定した断面略Ｔ字状のベース材１と、各ベース材１に取付けた取付材１２と、左右の取付材１２に架設した面材３と、取付材１２をベース材１に、面材３を取付材１２にそれぞれ固定するための固着具４ａ，４ｂとから構成されている。固着具４ａ，４ｂとしては、ボルトと、それに螺合するナット１７ａ，１７ｂを用いている。図１中の８，１３ａ，１３ｂ，１１は、各部材に設けた固着具挿通孔である。取付材１２は、長手方向の全長にベース材の本体部を挟む挟持部２６と、面材３の取付部２５を有している。

ベース材１は、本体部５と荷重吸収部６を有している。本体部５は、躯体に作用する水平荷重Ｐが一定のレベルに達するまで固着具４ａを支持する働きを有し、荷重吸収部６は、水平荷重Ｐが一定のレベルを超えたときに固着具４ａを受けて塑性変形し、地震による振動エネルギーを吸収する働きを有する。本実施形態では本体部５を角筒状に形成し、その内側の中空部１８内に保持した荷重吸収部材６を荷重吸収部としている。ベース材１は、アルミニウム合金の押出形材を用いることができる。

本体部５には、図４と図５に示すように、固着具挿通孔８と、各固着具挿通孔に隣接して貫通孔９を設け、固着具挿通孔８と貫通孔９の間を破断自在部１０としてある。したがって、躯体に作用する水平荷重Ｐが一定のレベルに達するまで、固着具４ａは固着具挿通孔８に支持され、水平荷重Ｐがそのレベルを超えると破断自在部１０が破断して、固着具４ａが貫通孔９側に移動する。貫通孔９は、躯体に水平荷重Ｐが作用したときに、固着具４ａがどの方向に移動しようとするかを考慮してその位置を決定してあり、各固着具挿通孔８の高さ位置に応じて、貫通孔９を設ける位置が異なっている。また、一つの固着具挿通孔８に対して貫通孔９を二方向の位置に設けてあるのは、躯体に作用する水平荷重Ｐの方向が右方向か左方向かによって、固着具４ａの移動しようとする向きが反対になるからである。図６（ａ），（ｂ）は、水平荷重Ｐの方向に応じて、固着具４ａがどのように移動するかを示している。躯体に作用する水平荷重Ｐの方向が、主に左右何れか一方向のみであることがあらかじめ分かっている場合には、図７に示すように、貫通孔９を各固着具挿通孔８に対して一方向の位置のみに設けることもできる。なお、貫通孔９を設ける数は一つや二つに限定されず、固着具挿通孔８の周囲に間隔をおいて三つ以上の貫通孔９を設けてもよい。貫通孔９の大きさ、貫通孔９と固着具挿通孔８との間の距離を変更すると、破断自在部１０の強度を調節できる。

荷重吸収部材６は、地震の振動エネルギーを吸収するため、本体部５よりも強度が小さく、塑性変形しやすいものとする必要があり、そのための方策の一つとして、荷重吸収部材６は、本体部５とは材質の異なる塑性変形しやすい材質からなる帯状の板を用いることができる。具体的な材質としては、例えばアルミ材やチタン材、銅合金等を用いることができる。荷重吸収部材６に設ける固着具挿通孔１９は、円形の孔であってもよいが、長孔状に形成してあると、本体部の破断自在部１０の変形が大きくなり、破断自在部１０が破断し始めたときから、荷重吸収部材６に塑性変形を生じさせることができる。なお荷重吸収部材６にいつの時点から塑性変形を生じさせるかは、荷重吸収部材６の固着具挿通孔１９を種々の大きさ・形状に形成することによって、ある程度任意に設定できるものであり、破断自在部１０が破断し始める前の破断自在部１０が変形したときに、荷重吸収部材６が固着具４ａを受けて塑性変形し、荷重を吸収するようにしてもよい。
本体部５がアルミニウム合金等の比較的塑性変形しやすい材質であるときは、荷重吸収部材６をそれと同じ材質にすることもでき、その場合には荷重吸収部材６を本体部より以上に塑性変形しやすくするために、形状を工夫する必要がある。例えば、図８（ａ）に示すように、部材の側縁部に切り欠き２０を設けたり、図８（ｂ）に示すように、部材の側縁部に溝２１を設けることによって変形しやすくしてもよいし、図８（ｃ）に示すように、固着具４ａが挿通される部分が薄肉となった断面Ｈ形の部材としたり、図８（ｄ）に示すように、薄肉の中空部材とすることもできる。また荷重吸収部材６は、一体的に形成したものばかりでなく、図８（ｅ）に示すように、左右に分割した形で形成し、固着具４ａの両側にそれぞれ配置することもでき、固着具４ａの移動方向が一方向のみの場合には、固着具４ａの片側にだけ荷重吸収部材６を設けてもよい。また、図示していないが、多数の中空ステンレス球を本体部の中空部内に充填して、荷重吸収部を構成することもできる。

図９は、荷重吸収部材６のさらに別の実施形態を示しており、荷重吸収部材６の左側の側端部２２を本体部５に形成した溝２４に係止し、右側の側端部２３と本体部５との間には空間を形成してある。このように形成すると、固着具４ａを右向きに引張る荷重が作用して本体部の破断自在部１０が破断し始めたときに、荷重吸収部材６の固着具４ａよりも左側の部分が、引張りにより塑性変形することとなる。

以上に述べた実施形態では、ベース材１の本体部５に保持させた荷重吸収部材６を荷重吸収部としていたが、荷重吸収部を本体部５に形成することもできる。その際の荷重吸収部の形状は問わないが、例えば図１０に示すように、本体部５の内側壁から突出して形成したへの字形の薄肉部７を荷重吸収部とすることができる。このように形成すると、本体部の破断自在部１０に破断が生じて固着具４ａが貫通孔９側に移動したときに、前記薄肉部７の先端で固着具４ａを受け、薄肉部７が塑性変形して荷重を吸収する。

図１１は、本発明の耐震補強装置を設置した場合における、躯体に作用する水平荷重Ｐと層間変位δとの関係を示すグラフである。図中のａ範囲では、本体部の固着具挿通孔８に固着具４ａが支持されている状態にあり、ｂ範囲では本体部の破断自在部１０に破断が生じ、荷重吸収部６ないし７が塑性変形して荷重を吸収している状態にある。ベース材１に貫通孔と荷重吸収部を設けない場合と比較すると、耐えることのできる水平荷重Ｐの最大値は低下するが、層間変位δの最大値は増加する。水平荷重の最大値Ｐ２は、荷重吸収部６，７で固着具４ａを受けていることにより、破断自在部１０が破断し始めるときの水平荷重Ｐ１に対して、約２０％大きくなっている。

図１２と図１３は、本発明による耐震補強装置の別の実施形態を示している。この実施形態では、面材３の代わりにＸ字状に交差させたブレース材２を設置している。ブレース材２は、取付材１２を介さずに、ベース材１の本体部５に固着具４ａで直接固定してある。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。ベース材や取付材、面材、ブレース材の材質、形状などは、本補強装置を用いる場所や用途等に応じて適宜設計することができる。ベース材に設ける破断自在部と荷重吸収部の態様についても、必要な強度に応じて形状や材質等を適宜変更できる。固着具は、ボルトに限らず、リベット等の他のピン状の金具を用いることができる。また本発明の耐震補強装置は、躯体の見込み面内に設置するばかりでなく、図１４に示すように、見込み面外に設置することもできる。左右の柱への各取付け部分は、一方は図３に示すようにベース材と補強材の間に取付材を介在させ、もう一方は図１３に示すように補強材をベース材に直接固定してもよい。

本発明の耐震補強装置の一部を示す分解斜視図である。 本発明の耐震補強装置の一実施形態を示す正面図である。 柱への取付け部分を示す平面図である。 ベース材への固着具挿通孔と貫通孔の設け方を示す、ベース材と取付材の正面図である。 （ａ）図は、左側のベース材の上端部を拡大して示す正面図であり、（ｂ）図は、同部を一部切り欠きして示す正面図である。 躯体に作用する水平荷重の方向に応じて、ベース材に挿通した固着具がどのように移動するかを示す図である。 ベース材への固着具挿通孔と貫通孔の設け方の別の例を示す、ベース材の正面図である。 荷重吸収部材の形状の例を示す、荷重吸収部材の正面図と平面図である。 荷重吸収部の別の構成例を示すベース材の横断面図である。 荷重吸収部の別の構成例を示すベース材の横断面図である。 本発明の耐震補強装置を設置した場合の、躯体に作用する水平荷重と、躯体に生ずる層間変位との関係を示すグラフである。 本発明の耐震補強装置の別の実施形態を示す正面図である。 図１２の実施形態における柱への取付け部分を示す平面図である。 柱への取付け部分の別の構造を示す平面図である。

符号の説明

１ ベース材
２ ブレース材（補強材）
３ 面材（補強材）
４ａ，４ｂ 固着具
５ 本体部
６ 荷重吸収部材（荷重吸収部）
７ 薄肉部（荷重吸収部）
８ 固着具挿通孔（本体部）
９ 貫通孔
１０ 破断自在部
１１ 固着具挿通孔（ブレース材又は面材）
１２ 取付材
１３ａ，１３ｂ 固着具挿通孔（取付材）
１４ 柱

Claims (4)

1. 柱に固定するベース材と、補強材と、補強材をベース材に固定する固着具とを備え、ベース材は、本体部と荷重吸収部を有し、本体部は、固着具挿通孔と固着具挿通孔に隣接して設けた貫通孔とを有し、本体部の固着具挿通孔と貫通孔の間を破断自在部としてあり、補強材は固着具挿通孔を有し、補強材とベース材は、両部材の固着具挿通孔に挿通する固着具で固定してあり、荷重吸収部は、本体部よりも強度が小さい部分であり、破断自在部が許容耐力を超える荷重を受けて変形または破断し始めたときに、固着具を受けて塑性変形することを特徴とする耐震補強装置。
2. 柱に固定するベース材と、補強材の取付部を有する取付材と、ベース材に取付材を固定する固着具とを備え、ベース材は、本体部と荷重吸収部を有し、本体部は、固着具挿通孔と固着具挿通孔に隣接して設けた貫通孔とを有し、本体部の固着具挿通孔と貫通孔の間を破断自在部としてあり、取付材は、固着具挿通孔を有し、ベース材と取付材は、両部材の固着具挿通孔に挿通する固着具で固定してあり、荷重吸収部は、本体部よりも強度が小さい部分であり、破断自在部が許容耐力を超える荷重を受けて変形または破断し始めたときに、固着具を受けて塑性変形することを特徴とする耐震補強装置。
3. 荷重吸収部は、本体部に保持した部材であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐震補強装置。
4. 荷重吸収部は、本体部に形成したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の耐震補強装置。
   

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