JP4092651B2

JP4092651B2 - 既存建築物の耐震補強構造

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Publication number: JP4092651B2
Application number: JP2003297884A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎小川
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: JP2005068733A

Description

本発明は、既存建築物の耐震性能を向上させる既存建築物の耐震補強構造に関する。

一般に、既存建築物の耐震補強を行う場合、耐震補強部材を増設する工法が採用されている。これは、既存建築物の隣り合う２本の柱とこの２本の柱に架けられた上下の梁とで構成される被補強架構フレームの面内に、被補強架構フレームの内法寸法に合わせた枠部材とこの枠部材の内側に設けられた補強部材とで構成される耐震補強枠を組み入れる工法である。

従来、耐震補強枠を被補強架構フレームの面内に接合させる方法としては、大別して後施工アンカーボルトを打ち込む方法と、後施工アンカーボルトを打ち込まない方法とがある。

後施工アンカーボルトを打ち込む方法は、被補強架構フレームの枠取付面にアンカーボルトを打ち込み、被補強架構フレームの面内に組み立てられた枠部材と被補強架構フレームとの間にスパイラル筋を配筋して高強度の無収縮モルタルを充填する方法である。この場合、枠部材には通常Ｈ型鋼が使用され、このＨ型鋼のウェブ面にはスタッドが垂直に取り付けられる。枠部材は、スタッドが取り付けられたウェブ面と被補強架構フレームの内側面とが対向するように組み立てられる。この方法は、既存の躯体と枠部材とが一体に形成されるため、既存の躯体から枠部材へのせん断力伝達を高性能にすることができる（例えば、特許文献１参照。）。

また、後施工アンカーボルトを打ち込まない方法は、被補強架構フレームの面内に組み立てられた枠部材と被補強架構フレームとの間に高強度の無収縮モルタルのみを介在させる方法である。この場合、枠部材には通常Ｈ型鋼が使用され、枠部材は、フランジ面と被補強架構フレームの内周面とが対向するように組み立てられるとともに、枠部材のフランジ面と被補強架構フレームの内周面との隙間が施工上必要な程度の大きさになるように組み立てられる。この方法では、後施工アンカーボルトを打ち込まないため、騒音や粉塵を抑止することができるが、既存の躯体から枠部材へのせん断力の伝達にある程度の制約がある。
特開２０００−２２６９３８号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、上記した従来の後施工アンカーボルトを打ち込む方法では、後施工アンカーボルトの穴あけの際に大きな騒音や振動が発生するため、設置階だけでなく上下階にも影響を及ぼす。このため、上下階でも工事期間中は、オフィスビル等では業務を中断せざるを得ない場合や、マンション等では一時的な避難が余儀なくされる場合があるという問題が存在する。

また、上記した従来の後施工アンカーボルトを打ち込まない方法では、既存躯体と枠部材とのせん断力伝達が、柱と枠部材の水平材とがモルタルを介して接する柱頭部、或いは柱脚部のパンチングシア耐力、および既存躯体と枠部材とが負担する水平力により生じる縦部材の軸力によって生じる摩擦抵抗力によってのみ期待されているため、初期の外力によって接合部にせん断力が働くと、外力が小さい場合の摩擦抵抗力が小さくなり、接合部にクラックが発生したり、所定のせん断力を伝達できないという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、枠部材と補強部材とからなる耐震補強枠を既存建築物の被補強架構フレーム内に組み入れて既存建築物の耐震性能を向上させる際、騒音や振動を極力抑えて近隣への影響を軽減し、既存建築物を使用しながら施工することができる既存建築物の耐震補強構造を提供することを目的とする。また、耐震補強枠と被補強架構フレームとのせん断力伝達の性能を向上させることで、耐震補強枠と被補強架構フレームとの接合部のクラックを防止することができる既存建築物の耐震補強構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、隣り合う既存柱と、該既存柱の間に架設されて上下で対向する既存梁とで形成された被補強架構フレームの面内に、該被補強架構フレームの内周面に沿って形成された枠部材と、該枠部材の内側に取り付けられた補強部材とからなる耐震補強枠が組み入れられている既存建築物の耐震補強構造において、前記耐震補強枠は前記被補強架構フレームの内周面との間に隙間を設けて配置され、前記枠部材の外周面に対向する前記被補強架構フレームの内周面には該枠部材の外周面に対向する接合板が接着材を介して接着され、前記接合板は、上方の前記既存梁の中央部に位置する前記被補強架構フレームの内周面にのみ接着され、前記枠部材の外周面には第１の凹凸部が形成され、前記接合板の前記枠部材の外周面に対向する面には第２の凹凸部が形成され、前記被補強架構フレームと前記枠部材との間、および、前記接合板と前記枠部材との間には、充填材がそれぞれ充填されていることを特徴としている。

このような特徴により、小さい外力によってせん断力が働いた場合に、接着材の接着力が被補強架構フレームから耐震補強枠へのせん断力伝達に寄与し、大きい外力によってせん断力が働いた場合に、接着材の接着力に加えて、被補強架構フレームと耐震補強枠との間に生じる摩擦力が加算されてせん断力伝達に寄与する。また、騒音や振動を伴わない、接合板を接着する作業と、耐震補強枠を配置する作業と、充填材を充填する作業とによって、被補強架構フレームの面内に耐震補強枠が組み入れられる。
また、上方の既存梁の中央部の位置に接着されている接合板は、枠部材からの軸力の影響が少なく摩擦力が小さい上方の既存梁の中央において、小さい外力によって働くせん断力の伝達に対して効果的に寄与される。

また、第１の凹凸部によって枠部材と充填材との接合力は向上し、充填材と被補強架構フレームとの間には摩擦力が働く。

また、第２の凹凸部によって接合板と充填材、及び枠部材と充填材との接合力は向上し、被補強架構フレームと接合板とは接着材による接着力が働く。

本発明に係る既存建築物の耐震補強構造によれば、隣り合う既存柱と、既存柱の間に架設されて上下で対向する既存梁とで形成された被補強架構フレームの面内に、被補強架構フレームの内周面に沿って形成された枠部材と、枠部材の内側に取り付けられた補強部材とからなる耐震補強枠が組み入れられている既存建築物の耐震補強構造において、耐震補強枠は被補強架構フレームの内周面との間に隙間を設けて配置され、枠部材の外周面に対向する被補強架構フレームの内周面には枠部材の外周面に対向する接合板が接着材を介して接着され、接合板と枠部材との間には充填材が充填されているため、小さい外力によってせん断力が働いた場合に、接着材の接着力が被補強架構フレームから耐震補強枠へのせん断力伝達に寄与し、大きい外力によってせん断力が働いた場合に、接着材の接着力に加えて、柱のパンチング耐力及び被補強架構フレームと耐震補強枠との間に生じる摩擦力が加算されてせん断力伝達に寄与し、耐震補強枠と被補強架構フレームとのせん断力伝達の性能を向上させることができる。また、騒音や振動を伴わない作業によって耐震補強枠が組み入れられるため、騒音や振動が抑えられて近隣への影響が軽減され、既存建築物を使用しながら施工することができる。

以下、本発明に係る既存建築物の耐震補強構造の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１に示すように、被補強架構フレーム１は、既存建築物の隣り合う既存柱２と、隣り合う既存柱２の間に架設されて上下で対向する既存梁３とから構成される鉄筋コンクリート造の躯体である。被補強架構フレーム１の面内には、被補強架構フレーム１の耐震性能を向上させる耐震補強枠４が組み入れられている。耐震補強枠４は、矩形の枠部材５と、補強部材の一つであるダンパー部材６とから構成されている。

図２は、枠部材５の上枠５ａ中央部と既存梁３の中央部との接合部以外の枠部材５と被補強架構フレーム１との接合部を表す拡大図である。図１、図２に示すように、枠部材５は、Ｈ形鋼からなる部材が四角形状に組まれて形成されており、被補強架構フレーム１の内周面１ａに沿って形成されている。枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａとの間には隙間があけられており、枠部材５の外周面５ｄには、第１の凹凸部７が形成されている。第１の凹凸部７は、枠部材５を形成するＨ形鋼のフランジ幅で切断された複数の異形棒鋼８によって形成されており、複数の異形棒鋼８はフランジ幅方向の向きに一定間隔でそれぞれ配置されてフレア溶接等により枠部材５の外周面５ｄに接合されている。被補強架構フレーム１と枠部材５と間には、高強度の無収縮モルタルからなる充填材９が充填されている。

図３は、枠部材５の上枠５ａ中央部と既存梁３の中央部との接合部を表す拡大図である。図１、図３に示すように、既存梁３の中央部に位置し上枠５ａの外周面５ｄに対向する被補強架構フレーム１の内周面１ａはグラインダーなどにより目荒しされており、目荒しされた被補強架構フレーム１の内周面１ａには板状の接合板１０が接着材１１を介して接着されている。つまり、接合板１０は、既存梁３の中央部に位置し上枠５ａの中央部に対向する被補強架構フレーム１の内周面１ａにのみ接着されている。接合板１０は枠部材５の外周面５ｄに対向され、接合板１０の枠部材５の外周面５ｄに対向する表面１０ａと枠部材５の外周面５ｄとの間には隙間があけられている。接合板１０の表面１０ａには、第２の凹凸部１２が形成されている。第２の凹凸部１２は、接合板１０の幅で切断された複数の異形棒鋼１３によって形成されており、複数の異形棒鋼１３は枠部材５の第１の凹凸部７を形成する異形棒鋼８に平行する向きに一定間隔でそれぞれ配置されてフレア溶接等により接合板１０の表面１０ａに接合されている。接合板１０と枠部材５と間には、高強度の無収縮モルタルからなる充填材９が充填されている。

また、図１に示すように、ダンパー部材６は、低降伏点鋼からなる芯部材が備えられた鋼材系の制震ダンパーや、粘性弾性体やオイルダンパーの粘性抵抗をダンパーとして利用した粘性系ダンパーなどからなり、ダンパー部材６は枠部材５の内側にハ字状に配置されて取り付けられている。ダンパー部材６の上端は、枠部材５の上枠５ａ中央部から垂設された第１のガセットプレート１４と、第１のガセットプレート１４に溶接されたリブプレート１５とに、スプライスプレート１６を介して高力ボルトによりそれぞれ２面摩擦接合されている。ダンパー部材６の下端は、枠部材５の下枠５ｂと両側枠５ｃとの入隅にそれぞれ設けられた第２のガセットプレート１７と、第２のガセットプレート１７に溶接されたリブプレート１８とに、スプライスプレート１９を介して高力ボルトによりそれぞれ２面摩擦接合されている。

次に、上記した構成からなる既存建築物の耐震補強構造の施工方法について説明する。

まず、図２に示すように、枠部材５の外周面５ｄ上に、予め工場や現場で、フランジ幅で切断された複数の異形棒鋼８を枠部材５のフランジ幅方向の向きに一定間隔で配置し、複数の異形棒鋼８をフレア溶接等により枠部材５の外周面５ｄにそれぞれ接合し、枠部材５の外周面５ｄに第１の凹凸部７を形成しておく。また、図３に示すように、接合板１０表面１０ａ上に、予め工場や現場で、接合板１０の幅で切断された複数の異形棒鋼１３を平行に一定間隔で配置し、複数の異形棒鋼１３をフレア溶接等により接合板１０の表面１０ａにそれぞれ接合し、接合板１０の表面１０ａに第２の凹凸部１２を形成しておく。なお、異形棒鋼８、１３に代えて丸鋼、フラットバー、角棒などを使用してもよい。

また、枠部材５は、複数のＨ形鋼を予め四角形状に組み立てておき形成させておくとともに、リブプレート１５が溶接された第１のガセットプレート１４を上枠５ａの中央部に垂設させておき、リブプレート１８が溶接された第２のガセットプレート１７を下枠５ｂと両側枠５ｃとの両入隅にそれぞれ取り付けておく。

次に、既存梁３の中央部に位置して上枠５ａの外周面５ｄに対向する被補強架構フレーム１の内周面１ａを、グラインダー等により目荒しする。そして、目荒しされた被補強架構フレーム１の内周面１ａに接着材１１を介して接合板１０を接着する。このとき、接合板１０の表面１０ａが被補強架構フレーム１の内側方向に向くように接合板１０を接着する。

次に、図１に示すように、枠部材５を被補強架構フレーム１の面内に組み入れる。このとき、異形棒鋼８が取り付けられた外周面５ｄが被補強架構フレーム１の内周面１ａに対向するとともに、枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａとの間に一定の隙間が設けられるように、枠部材５を配置する。

次に、枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａとの間に形成された隙間の側面を図示せぬ型枠で塞ぎ、枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａと図示せぬ型枠とで囲まれた空間を液密にするとともに、図示せぬ型枠には充填材９を流し込む図示せぬ注入口を設ける。この図示せぬ注入口から、流動性に優れている充填材９を、枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａとの間、および枠部材５の外周面５ｄと接合板１０の表面１０ａとの間にそれぞれ空隙ができないように満遍無く充填する。充填材９を充填した後、所定の養生期間をおいて充填材９を固化させて、充填材９が所定の強度を発現した後に型枠の脱型を行う。

つぎに、枠部材５の内側に２本のダンパー部材６をハ字状に配置する。ダンパー部材６は第１のガセットプレート１４と第２のガセットプレート１７との間にそれぞれ配置し、ダンパー部材６の上端と第１のガセットプレート１４およびリブプレート１５とを、スプライスプレート１６を介して高力ボルトによりそれぞれ２面摩擦接合する。また、ダンパー部材６の下端と第２のガセットプレート１７およびリブプレート１８とを、スプライスプレート１９を介して高力ボルトによりそれぞれ２面摩擦接合する。

上記した構成からなる既存建築物の耐震補強構造によれば、耐震補強枠４は被補強架構フレーム１の内周面１ａとの間に隙間を設けて配置され、枠部材５の外周面５ｄに対向する被補強架構フレーム１の内周面１ａには枠部材５の外周面５ｄに対向する接合板１０が接着材１１を介して接着され、接合板１０と枠部材５との間には充填材９が充填されているため、小さい水平力によってせん断力が働いた場合に、接着材１１の接着力が被補強架構フレーム１から耐震補強枠４へのせん断力伝達に寄与し、大きい水平力によってせん断力が働いた場合に、接着材１１の接着力に加えて、被補強架構フレーム１と耐震補強枠４との間に生じる摩擦力が加算されてせん断力伝達に寄与し、耐震補強枠４と被補強架構フレーム１とのせん断力伝達の性能を向上させることができる。また、騒音や振動を伴わない作業によって耐震補強枠４が組み入れられるため、騒音や振動が抑えられて近隣への影響が軽減され、既存建築物を使用しながら施工することができる。

また、枠部材５の外周面５ｄには、第１の凹凸部７が形成されているため、第１の凹凸部７によって枠部材５と充填材９との接合力は向上し、充填材９と被補強架構フレーム１との間は摩擦力が働く。これによって、被補強架構フレーム１と耐震補強枠４との間に生じる摩擦力は大きくなり、より大きいせん断力の伝達に寄与することができる。

また、接合板１０の表面１０ａには、第２の凹凸部１２が形成されているため、第２の凹凸部１２によって接合板１０と充填材９との接合力は向上し、充填材９と接合板１０及び充填材９と枠部材５との間は摩擦力が働き、被補強架構フレーム１と接合板１０とは接着材による接着力が働く。これによって、被補強架構フレーム１と耐震補強枠４との間に生じる摩擦力は大きくなり、より大きいせん断力の伝達に寄与することができる。

また、接合板１０は、上方の既存梁３の中央部に位置する被補強架構フレーム１の内周面１ａに接着されているため、接合板１０は、枠部材５からの軸力の影響が少なく摩擦力が小さい上方の既存梁３の中央において、小さい水平力によって働くせん断力の伝達に対して効果的に寄与される。これによって、接合板１０および接着材１１の量は低減され、コストダウンを図ることができるとともに、施工手間を軽減することができる。

以上、本発明に係る既存建築物の耐震補強構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、枠部材５の外周面５ｄには異形棒鋼８によって第１の凹凸部７が形成され、接合板１０の表面１０ａには異形棒鋼１３によって第２の凹凸部１２が形成されているが、本発明は、異形棒鋼８、１３に替えて丸鋼やフラットバー、アングルなどを使用してもよい。また、予め凹凸加工されて第１の凹凸部７が形成されている鋼材によって枠部材５を組み立ててもよく、異形棒鋼１３が溶接された接合板１０に替えて、縞鋼板（チェッカープレート）など表面に予め凹凸加工されたものを使用してもよい。

また、上記した実施の形態では、補強部材としてダンパー部材６が枠部材５の内側に取り付けられているが、本発明は、補強部材として、Ｈ形鋼などの鋼材からなるブレース部材や制震壁等を適宜使用してもよい。また、上記した実施の形態では、ダンパー部材６はハ字状に配置されているが、無論、ダンパー部材６をＶ字状に配置してもよく、複数層の被補強架構フレーム１にＶ字状に配置されたダンパー部材６とハ字状に配置されたダンパー部材６とを交互に設けて、ダンパー部材６をＸ字状に配置しても良い。

また、上記した実施の形態では、充填材９に無収縮モルタルを使用しているが、本発明は、充填材９にセメント、砂および水からなる高強度のセメントモルタルやエポキシ樹脂系接着剤を使用してもよい。本発明に係る既存建築物の耐震補強構造では、枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａとの隙間は小さくすることができるので、流動性が低い充填材を使用する場合には、枠部材５の外周面５ｄと被補強架構フレーム１の内周面１ａとの隙間の側方に取り付ける型枠を省略することができる。

上記した実施の形態では、接合板１０は一枚であるが、本発明は、接合板を分割し、分割された接合板片をそれぞれ接着してもよい。

また、上記した実施の形態では、枠部材５を被補強架構フレーム１の面内に取り付けた後に、枠部材５の内側にダンパー部材６を取り付けているが、本発明は、むろん、ダンパー部材６と枠部材５とをあらかじめ一体化した耐震補強枠４を被補強架構フレーム１の面内に組み入れても良い。

本発明に係る既存建築物の耐震補強構造の実施の形態を説明するための全体側面図である。本発明に係る既存建築物の耐震補強構造の実施の形態を説明するための拡大側面図である。本発明に係る既存建築物の耐震補強構造の実施の形態を説明するための拡大側面図である。

符号の説明

１被補強架構フレーム
２既存柱
３既存梁
４耐震補強枠
５枠部材
６ダンパー部材（補強部材）
７第１の凹凸部
９充填材
１０接合板
１１接着材
１２第２の凹凸部

Claims

隣り合う既存柱と、該既存柱の間に架設されて上下で対向する既存梁とで形成された被補強架構フレームの面内に、該被補強架構フレームの内周面に沿って形成された枠部材と、該枠部材の内側に取り付けられた補強部材とからなる耐震補強枠が組み入れられている既存建築物の耐震補強構造において、
前記耐震補強枠は前記被補強架構フレームの内周面との間に隙間を設けて配置され、前記枠部材の外周面に対向する前記被補強架構フレームの内周面には該枠部材の外周面に対向する接合板が接着材を介して接着され、
前記接合板は、上方の前記既存梁の中央部に位置する前記被補強架構フレームの内周面にのみ接着され、
前記枠部材の外周面には第１の凹凸部が形成され、前記接合板の前記枠部材の外周面に対向する面には第２の凹凸部が形成され、
前記被補強架構フレームと前記枠部材との間、および、前記接合板と前記枠部材との間には、充填材がそれぞれ充填されていることを特徴とする既存建築物の耐震補強構造。