JP4238991B2

JP4238991B2 - 建物の中間階免震構造

Info

Publication number: JP4238991B2
Application number: JP2003393860A
Authority: JP
Inventors: 義人本多; 和彦前林; 佳久北村
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2005155131A

Description

本発明は、建物の中間階免震構造に関する。

従来より、建物の上部構造と下部構造との間に免震装置を設置して免震層を形成し、建物全体の固有周期を長周期化することにより、地震エネルギー入力の低減を図る免震構造が実用に供されている。この免震構造は、耐震安全性に課題を有する既存建物の耐震改修にも適用されており、なかには、中間階に免震層を形成するケースもある（例えば、特許文献１参照。）。
建物の中間階を免震化する場合、例えば、柱頭に免震装置を設置した柱の応力状態は、柱脚固定のキャンティレバー型の応力状態と同様になり、柱に大きな曲げモーメントが発生する。そのため、当該柱の強度および剛性を増大させる必要から、当該柱の周囲を大きく増打ちして柱断面を大きくすることで、これに対処している。
特開２００１−１１５６５６号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、柱断面が大きくなるため、免震装置設置階では有効スペースが大幅に減少してしまうという問題があった。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、免震装置設置階における僅かな有効スペースの減少で、建物の中間階免震構造を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る建物の中間階免震構造では、建物の中間階の柱の一部に免震装置を設置する建物の中間階免震構造において、前記免震装置が設置される柱の外周に鋼板が巻装され、当該鋼板脚部の内周側には基端部を下階に固定支持された柱脚部鉄筋が配設されており、前記鋼板は前記柱脚部鉄筋に固着されていることを特徴とする。
ここで、建物の中間階とは、最上階を除く建物のいずれかの階を指す。従って、１階も中間階に含むものとする。
本発明では、免震装置が設置される柱の外周に鋼板が巻装されることにより、柱の強度および剛性を増大させることができる。加えて、鋼板脚部の内周側に柱脚部鉄筋を配設することにより、鋼板が負担する応力を鋼板脚部の柱脚部鉄筋を介して下階に伝達することができる。その結果、従来に比べて、柱の断面積が格段に小さくなり、免震装置設置階における有効スペースの減少を僅かなものとすることができる。
また、本発明では、鋼板を鋼板脚部の内周側の柱脚部鉄筋に溶接等で予め固着しておくことにより、鋼板が受ける応力を確実に下階に伝達することができる。

また、本発明に係る建物の中間階免震構造では、前記鋼板と前記柱との間に無収縮モルタルが充填されていることが好ましい。
既存建物を中間階免震構造によって耐震改修する場合に、鋼板と柱の間に無収縮モルタルを充填することにより、鋼板と柱の間に隙間が生じるのを防止することができる。

また、本発明に係る建物の中間階免震構造では、部分的に前記鋼板に代えて、炭素繊維シートが前記柱の外周に巻装されていてもよい。
既存建物を中間階免震構造によって耐震改修する場合に、柱の曲げ応力が小さい部分には、鋼板に代えて炭素繊維シートを巻装してもよい。

本発明によれば、免震装置が設置される柱の外周に鋼板を巻装し、且つ、当該鋼板脚部の内周側に、下階に基端部を固定支持された柱脚部鉄筋を配設することにより、免震装置設置階における僅かな有効スペースの減少で、建物の中間階免震構造を実現することができる。

以下、本発明に係る建物の中間階免震構造の実施形態、特に、既存建物の１階を免震構造とすることによって耐震改修する場合について説明する。
図１は、本発明に係る建物の中間階免震構造の第一の実施形態を示す立断面図である。また、図２は、その矢視断面図である。
本実施形態による建物の中間階免震構造１では、上梁３ｕ直下の既存柱２の一部が切除され、その間に免震装置４が設置されるとともに、既存柱２の周囲には、免震装置４の下面から柱脚部６ｄまで鋼板６が巻かれている。
鋼板６は、厚さ６ｍｍ程度の角型鋼管を二分割した鋼管を既存柱２の両側から建込み、突合せ部Ｗを突合せ溶接するか、かみ合わせ継手としたものである。
なお、既存建物は鉄骨鉄筋コンクリート造であり、既存柱２は、鉄筋コンクリート柱１０ｂの中心部に鉄骨１０ａが埋め込まれた構造になっている。ただし、本発明の適用対象としての既存建物は、鉄骨鉄筋コンクリート造に限るものではなく、鉄筋コンクリート造でもかまわない。

免震装置４は、ゴムと鋼板が交互に積層された積層ゴム４ａであり、上面にはアンカーボルト４ｕが複数溶接された上板４ｂが取り付けられるとともに、下面にもアンカーボルト４ｄが複数溶接された下板４ｃが取り付けられている。

積層ゴム４ａの上板４ｂに溶接されたアンカーボルト４ｕは、上梁３ｕと柱２ｕの接合部５ｕ外周部に設けられた増打ちコンクリート７ｕに埋設されている。また、増打ちコンクリート７ｕ内は、補強鉄筋９ｕが格子状に配設されるとともに、既存の上梁３ｕおよび柱２ｕとの付着強度を確保するために、柱２ｕの外周面にアンカーボルト９が複数打設されている。

一方、積層ゴム４ａの下板４ｃに溶接されたアンカーボルト４ｄは、鋼板６によって補強された補強柱５の柱頭部に埋設されている。鋼板６と既存柱２との間の厚さ約５０ｍｍの間隙には無収縮モルタル７が充填され、鋼板６と既存柱２との間に隙間が生じないように配慮されている。
鋼板柱脚部６ｄ内周面には、地下階の補強柱５ｄ内に埋設される柱脚部鉄筋８の先端部が床スラブ３ｓを鉛直方向に貫通して配設されるとともに、柱脚部鉄筋８と鋼板６とは溶接によって接合されている。

地下階の補強柱５ｄは、既存柱２ｄの外周を厚さ１２５ｍｍほど増打ちコンクリート７ｄを打設するとともに、帯筋９ｄによって鉛直方向に一定の離間間隔をおいて補強されている。そして、増打ちコンクリート７ｄ内には、上階から床スラブ３ｓを鉛直方向に貫通する柱脚部鉄筋８が埋設されている。
なお、地下階の柱２ｄに増打ちコンクリート７ｄが打設できない場合は、１階の床梁３ｄを補強して、鋼板柱脚部６ｄの応力を処理すればよい。

次に、地震時における、本実施形態による建物の中間階免震構造１の作用について説明する。
地震によって上梁３ｕに水平力が作用すると、当該水平力は、上梁３ｕと柱２ｕの接合部５ｕに埋設されたアンカーボルト４ｕを介して積層ゴム４ａに伝えられ、積層ゴム４ａは当該水平力が作用する方向にせん断変形をする。一方、積層ゴム４ａに作用する水平力は、積層ゴム４ａ下面のアンカーボルト４ｄを介して補強柱５に伝えられ、補強柱５断面、即ち、既存柱２およびその外周に巻かれた鋼板６の断面には曲げ応力とせん断力が発生する。鋼板６が負担する曲げ応力とせん断力は、鋼板柱脚部６ｄに溶接された柱脚部鉄筋８を介して下階に伝達される。そして、下階に伝達された曲げ応力は地下階の補強柱２ｄが負担し、下階に伝達されたせん断力は図示しない地下外壁が負担する。従って、１階の床梁３ｄの補強は不要となる。

本実施形態による建物の中間階免震構造１では、免震装置４が設置される既存柱２の外周に鋼板６が巻装されることにより、既存柱２の強度および剛性を増大させることができる。加えて、鋼板脚部６ｄの内周側に柱脚部鉄筋８を配設することにより、鋼板６が負担する力を鋼板脚部６ｄの柱脚部鉄筋８を介して下階に伝達することができる。その結果、従来に比べて、既存柱２の断面積が格段に小さくなり、免震装置設置階における有効スペースの減少を僅かなものとすることができる。

図３は、本発明に係る建物の中間階免震構造の第二の実施形態を示す立断面図である。
本実施形態による建物の中間階免震構造１１では、補強柱５の柱頭部の外周には鋼板６ではなく、炭素繊維シート１２がエポキシ樹脂等の接着剤により貼着されている点が、第一の実施形態と異なる。これは、柱頭部分は曲げ応力が小さいため、既存柱２に炭素繊維シート１２を巻くだけで充分だからである。
また、柱脚部鉄筋８は充分な定着長さＴを有しており、鋼板６とは溶接されていない点が、第一の実施形態と異なる。これは、柱脚部鉄筋８と無収縮モルタル７との間に発生する付着応力によって、鋼板６が負担する応力を下階に伝達できるため、柱脚部鉄筋８と鋼板６とを溶接する必要がないからである。
なお、ネジ鉄筋などを用いて柱脚部鉄筋８に継手部を設ければ、地下階まで一体となった鉄筋を用いずに済み、施工時に支障とならない。
そして、本実施形態による建物の中間階免震構造１１も第一実施形態と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明に係る建物の中間階免震構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施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、上記の実施形態では、既存建物の柱について本発明に係る建物の中間階免震構造を適用しているが、本発明は新設建物の柱についても適用することができる。また、上記の実施形態では、柱頭に免震装置を設置しているが、本発明では、柱脚や柱中間部に免震装置を設置してもよい。また、免震装置設置階は、１階に限るものではなく、他の階へも設置できることは言うまでもない。さらに、本発明の適用対象としての既存建物は、鉄骨鉄筋コンクリート造に限るものではなく、鉄筋コンクリート造にも適用できることは言うまでもない。

本発明に係る建物の中間階免震構造の第一の実施形態を示す立断面図である。図２（ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ矢視断面図である。本発明に係る建物の中間階免震構造の第二の実施形態を示す立断面図である。

符号の説明

１、１１建物の中間階免震構造
２既存柱
４免震装置
５補強柱
６鋼板
７無収縮モルタル
８柱脚部鉄筋
９アンカーボルト
１２炭素繊維シート

Claims

建物の中間階の柱の一部に免震装置を設置する建物の中間階免震構造において、
前記免震装置が設置される柱の外周に鋼板が巻装され、当該鋼板脚部の内周側には基端部を下階に固定支持された柱脚部鉄筋が配設されており、
前記鋼板は前記柱脚部鉄筋に固着されていることを特徴とする建物の中間階免震構造。
前記鋼板と前記柱との間に無収縮モルタルが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の建物の中間階免震構造。
部分的に前記鋼板に代えて、炭素繊維シートが前記柱の外周に巻装されていることを特徴とする請求項１に記載の建物の中間階免震構造。