JP4296507B2 - 建造物耐力補強装置 - Google Patents

Description

本発明は、老朽化や幹線道路沿いなどの地域で常に微振動しているなどで強度が低下していたり、旧基準による設計のため強度が不足したりしている既存建築物などにおいての自然倒壊や一般建造物においても地震、台風、大雪など非常事や過積載などで大きな力が加えられたときに建造物等の構造を補強する装置に関する。

以前は台風などに備えて雨戸などに板を打ち付けたりして建物を補強したが、最近の建築物は金属製のサッシやサイディング製の外壁など、板を打ち付けると云った原始的な補強方法が使えなくなった。しかし、近年になって想定を上回るような地震や台風が発生している。そこで、近年自動車のシートベルトなどに用いられている高強度で柔軟な素材や技術を板の代わりになる補強法の一つとして建造物に応用するものである。

建造物に外力がかかったときには図１に示すように層間変形が生じる、この層間変形とは建造物に外力が加わった場合に建造物が変形することで、例えば建築物では「層」とは「階」を示し「変形量」とは下の階と上の階とのズレの大きさを表し、建築基準法などでこの許容量が定められている、この許容範囲内の変形は建造物に甚大な損傷を与えることは無いが、想定以上の外力がかかった場合にはこの許容値を上回る変形が生じ、倒壊の危険性は極端に大きくなる。

現在、建物の支柱間に支柱及び梁に沿うように索条体を設置し、所定以上の揺れや振動を感知してこれを緊張し筋交いを形成するよう構成した、建造物における倒壊防止装置がある。
特許３１８９０８６ 建造物における倒壊防止装置

木造、鉄骨構造などの建造物において、地震や風、積雪などの外力を受けたり老朽化したりして軸組が菱形に変形し、この変形が高じて建造物が倒壊することを防ぐため、柱と柱との間に剛性を有する筋交いや合板を固定して耐力壁とし強度の向上を図ることは建築技術の常識となっている、しかしながら、これらの建造物のうち、特に地上と接する１階部分は店舗、倉庫あるいは車庫などに利用されることが多いため大きな開口部や内部空間を必要とし、建造物を補強するための耐力壁を思うように設けることができなかったり、時には耐力壁を撤去してしまっていたりする、その結果、耐力の不足した構造のものや、基準は満たしているがバランスが悪く実質的には耐力不足なものがある、また、老朽化して耐力の落ちたものや、歴史的建造物などでは筋交いのない工法で建てられたものもある、これらの建造物は平時支障なく機能しているがひとたび大きな外力が加わったときには倒壊する危険がある、しかし機能上の制約が多く有効な補強方法がないのが現状である。

また、現在耐力が不足している建造物の補強といえば耐力壁の強度を上げるか、又は、新たに耐力壁を追加するなどするもので、構造体に直接取り付けるために仕上げ材の撤去復旧など建造物自身の改造工事を伴うものが多く費用がかさみ、そのため、強度不足にもかかわらず放置されている建造物が多くある。

特許３１８９０８６の建造物における倒壊防止装置では、建造物の振動により作動するシステムを取っている、この場合地震や爆発など振動を伴う場合には効果を発揮できるが大雪などによる過積載や老朽化による自然倒壊など単一方向のみの変形で振動を伴わない場合には作動しない、そればかりか倒壊の恐れがなくても振動の大きさにより不必要に作動してしまう、特に幹線道路沿いなどで常に振動しているような地域には不向きである、また、振動感知装置自体も複雑で感度の調節も難しくその上長年作動しなければ可動部分が埃などで固着し機能低下することが懸念される。

課題を解決するため、この建造物耐力補強装置は、建造物の柱及び梁などで構成された開口部等に設置し、建造物に大きな力がかかり所定以上の変形が生じたときにのみその変形を検知し、巻き取り機による巻き上げにより、索条体を用いたブレス部材にて開口部の対向した柱間に対角線を結ぶ筋交いを構築し建造物の強度を高める建造物耐力補強装置であって、
前記ブレス部材となる索条体は、建造物の変形を検知して作動するセッティング部材と、逆転防止機能の付いた巻き取り機と、によって対向する柱間に対角線状に緊張して筋交いを形成するもので、建物に所定以上の変形がない常態においては、前記セッティング部材によってブレス部材は対向する柱間を開放状態に保持し、所定以上の変形が生じたときのみ前記セッティング部材の変形検知機能によりブレス部材がセッティング部材より開放され逆転防止機能の付いた巻き取り機によって巻き上げられ対向する柱間に筋交いを形成するよう構成された建造物耐力補強装置であり、
ブレス部材が、ブレス部材にかかる張力によってセッティング部材より開放される構成であって、セッティング部材は、変形検知機構が建物に層間変形の許容値以上の変形が生じた場合にのみ作動するように、当該開口部使用時の支障にならない程度の高さで、かつ、ブレス部材が斜辺となり梁及び柱とで三角形が構成されるよう、柱に取付けられ、建物の層間変形が許容値以上となったとき、ブレス部材が開放され、筋交いが形成されることを特徴とする建造物耐力補強装置を提供せんとするものである。

この建造物耐力補強装置に使用する逆転防止機構付巻き取り機は、帯状の索条体からなるブレス部材の先端部を固定するドラムと、該ドラムを常時巻き取り方向に付勢するバネと、巻き取ったブレス部材の巻き戻しを阻止し、かつ阻止した巻き戻しを解除しうる解除機能及び緊張状態のブレス材の長さを調整し建造物の変形を修正する機構とを備えたことを特徴とする。

この建造物耐力補強装置に使用するセッティング部材の係合は磁力を使ったものや爪状の部材、粘着性の部材、などで作動後に復帰可能な部材とするが、ビス留めや接着等破壊するような構成であっても、ブレス材や建造物自体に損傷を与えずに復旧可能なもので有ればよい、また変形時にセッティング部材に張力を伝える部材もブレス材そのものでなく別部材としても良く索条体に限定しない。

この建造物耐力補強装置の具体例の一つは、建造物の対向する柱の少なくとも一方の柱の下端部に逆転防止機構付巻き取り機を固定し、この逆転防止機構付巻き取り機から延びた帯状の索条体からなるブレス部材を当該柱に沿って上方に持ち上げ、当該柱の上部に設けた変形検知機能の付いたセッティング部材を介して先端部を他方の柱の上端部に固定し、建造物に所定以上の変形が生じたときのみ前記セッティング部材の変形検知機能が作動して前記ブレス部材が巻き取られ、対向する柱間に筋交いを形成するよう構成したことを特徴とする建造物耐力補強装置である。

この発明において、建造物の対向する柱間に筋交いを構成するための索条体からなるブレス部材は、当該建物の設計された強度によって異なるが基本的には一方向にのみ筋交いを形成する一つでよいが、強度のバランスを取るためには同一架構面内に相互補完する筋交いを形成するよう一対であることが好ましい。

柱間に筋交いを形成するためのブレス部材は、所定の外力に耐えることができる強度を有する合成繊維や線条体、鋼線などを編み組みした帯状の索条体であって、ワイヤーやロープ、チェーンなどを使用することもできるが、火災等に対応するためには不燃性の材料を使用することが望ましい。

この建造物耐力補強装置はあくまでも補強装置であるため、設置するにあたってはより高い効果を期待できるように設置前の建造物の強度を吟味し構造耐力のバランスを考慮した上で設置する必要がある。

効果

この建造物耐力補強装置は、建造物に所定以上の変形が生じた場合に作動するため、大雪や過積載などで、とくに老朽化したり過去に大きな力を受けていたり、無計画な増改築などを行なったりして耐力が落ちた可能性がある建造物などでも、その建造物固有の耐力を上回る力が加わり変形した場合、その変形が単一方向のみであっても建造物の変形を抑止し倒壊の危険を減少することができる、そのため、建て替えや補強が出来ない場合でも建造物をより安全に使用することが出来る。

この建造物耐力補強装置は、建造物に所定以上の変形が生じない通常の状態においては、筋交いを構成するブレス部材を建造物の支柱や梁などに沿って保持してあり、柱間に形成されている開口部からの物品・機材類の搬出入、人や自動車などの通行に支障がないように開放状態を維持することが出来る、そのため今まで機能上の制約から補強の出来なかった建造物も補強することが出来る。

この建造物耐力補強装置は、作動時の外力が無くなり索状体が緊張状態から開放されたときには手動で開放し元の状態に復帰することで開口部も元通り使用することが出来る、しかし、緊張状態が保持されている状況では、建造物自体が損傷し強度不足が進んだと考えられるので早急に建造物の修繕を要するが、倒壊することを考えると安全性が向上し被害は少なく押さえられる。

この建造物耐力補強装置は、比較的簡単な技術の応用であり、また、取り付けも簡単に行うことができるので、製作、設置とも安価に提供できる、その為予算が無くて対策が進まない個人住宅などの補強対策としても利用が期待できる。

この建造物耐力補強装置は、建造物本体の大規模な改造を伴うことなく設置できるので、歴史的建造物などに用いられている筋交いを用いない構造の建造物などにおいても補強対策としての利用が期待できる。

この発明は、地震や強風などの自然災害、あるいはガスや火薬などの爆発による誘発などによって強い揺れや振動が作用した場合や、大雪や過積載、老朽化などにより建造物固有の耐力を上回る外力が加わった場合に、建造物の対向する柱間に直ちに筋交いを形成することによって一時的に耐力壁を増加させ建造物の変形を抑止し倒壊の危険を減少することができる建造物強度補強装置に関するものであるが、法的制約が無くなれば、この技術を応用することで必要に応じて耐力を向上できるため、建造物から固定の耐力壁を減らすことが可能で、それによって建造物の可能性をより広げることが出来る、たとえば、動物のように必要なときにだけ力を入れて体を硬直させるといったことが可能になる。

以下、この発明の建造物強度補強装置の実施例を添付の図面に基づいて具体的に説明する。図２〜図４は、この発明の建造物強度補強装置の一実施例を示すもので、この建造物強度補強装置隣り合った一対の柱と、これらを繋ぐ梁で形成された開口部に設けられるものである。

建造物強度補強装置は、図２に示すように基本的には所定の強度を有する合繊繊維で出来た帯状の索条体からなる一対のブレス部材１１ａ，１１ｂと、該ブレス部材を対向する柱１ａ，１ｂ間に対角線状に緊張させて筋交いとするための一対の逆転防止機能を有するバネ式の巻き取り機８ａ，８ｂと、前記ブレス部材を隣り合った柱に沿わせて開口部を通行に支障がないように保つ一対の開口部の変形を検知する機能の付いたセッティング部材９ａ，９ｂとによって構成されている。

開口部の一方の柱１ａの基部に巻き取り装置８ａを設け、ブレス部材１１ａに張力がかかるように固定し、当該柱１ａに沿って上方に持ち上げ、当該柱の上部に設けたセッティング部材９ａを経由して対向する柱の上端部１０ａに固定する。

前記セッティング部材は、ブレス部材１１ａ又はこれに代わる補助部材を磁力等を利用して固定する固定装置と、下部に設けられた巻き取り機８ａの張力に抵抗する爪とで構成され、これより上部に来るブレス材１１ａもしくは補助部材が当該開口部上部にある水平構造材と支柱によって三角形を構成する斜辺となるように柱１ａの上部に取り付ける。

このセッティング部材９ａに、ブレス部材１１ａ又はこれに代わる補助部材をセットし前述のとおり三角形の斜辺を構成する。

この開口部が外力を受け許容以上の変形を受けたときにはブレス材１１ａもしくはこれに代わる補助部材が引っ張られセッティング部材９ａから乖離する事でブレス材１１ａが開放され巻き取り装置８ａの張力により巻き取られ柱間に自動的にブレス１２ａを構成する。

セッティング部材９ａ，９ｂは図３に示すように磁力を利用した部材で、まず図３−１に示す部材１３を柱に取り付け次に図３−２の部材１６をブレス材に取り付ける、これを図３−３のようにセットする、建造物が変形した場合にはブレス材に張力がかかり図３−４のように部材１３から部材１６が乖離し巻き取り機の張力でブレス材が巻き取られる、このようにして変形を検知するが、ブレス材の代わりになるような補助部材で変形時の張力を伝えたり、磁力ではなくかぎ状の爪に引っ掛けるような部材を使ったりするセット方法でもよい、変形を検知する感度は部材１６のブレス部材又はこれに代わる補助部材への取り付け位置か、部材１３の柱への取り付け位置を微調整することで調整する。

巻き取り機８ａ，８ｂは図４に示すような逆転防止機能のついたドラムで、ぜんまいなどのバネの力で巻き取る、外周の歯車２３にかかるスクリュウ式のギア２４を回転させることでブレス部材の張力を調整することができる、また、張力解放レバー２７を操作しこの外周の歯車２３とスクリュウ式のギア２４との噛み合わせを外すことで逆転防止機能を解除しブレス材を作動前のセット状態に復帰することができる。

この建造物強度補強装置は、一方向の変形にのみ作用するものではあるが変形方向に対して対抗するように働くので目的は果たすが安全のために対向するように一対で取り付けることが望ましい。

建物に変形が生じない通常の状態においては、図２に示すようにそれぞれのブレス部材１１ａ，１１ｂはセッティング部材９ａ，９ｂにセットされ、柱１ａ，１ｂ間を通行に支障がないよう開口状態を保持している。

建物の変形が無くなれば巻き取り装置８ａ，８ｂを開放しブレス材１１ａ，１１ｂをセッティング部材９ａ，９ｂに元の状態に復帰する事で、開口部からは物品や機材の出し入れ、人や自動車の通行を自在に行うことができる。

この建造物強度補強装置は、大きな間口部を必要とするため筋交いによる補強が難しい建造物や、小規模の建造物における店舗、倉庫、車庫など地上と接する建物の１階部分の柱間に適用することによって特に優れた機能を発揮するが、必ずしも１階部分でなくても適用できることは勿論である。また、柱間に形成する筋交いは片筋交いであっても、両筋交いであってもよく、必要とする強度に応じてブレス部材の数を選定すればよい。

図５は、この発明の建造物強度補強装置の他の実施例を示すもので、図示の例は柱１ａ，１ｂ間の上部に必要な強度を備えた取付部材２８を取り付けることにより変形の筋交い形成するものであるが、ブレス部材１１ａ，１１ｂを一対にすることによってＸ状の両筋交いと同等の効果を得ることができる。この建造物強度補強装置は、避難などの際に利用する開口部に設置するもので、その基本構成は、前述の建造物強度補強装置と同じであるが開口部中央にある程度の空間が残り避難時の障害になることを低減できる。

図６は、この発明の建造物強度補強装置の今ひとつの実施例を示すもので、図示の例は支柱間に前述のように索条体で筋交いを構成するものである、この場合はシャッターなどの建具に取り付け建具の開閉に連動して筋交いを構成するため変形を検知するセッティング部材を必要としないが、建具の開閉に連動してブレス材となる索条体を固定、開放出来るフックを取り付ける、取り付けて効果が期待できる場所は常に閉鎖状態にある開口部などで、機材の搬入口や頻繁に出入りをしない車庫の出入り口等を対象とする。

巻き取り機３１ａ，３１ｂを柱１ａ，１ｂ上部に固定しこの巻き取り装置から延びたブレス材となる索条体３２ａ，３２ｂの先端にフック２９ａ，２９ｂに留めるための掛け金３０ａ，３０ｂを設けこれを建具であるシャッター３４の先端に取り付ける、シャッター閉鎖時には下部に取り付けられたフック２９ａ，２９ｂに自動的にセットされブレス３３ａ，３３ｂを構成する、シャッター開放時には連動してフックが解放され開口部が開放され自動車等の通行が可能になる。

この図６の場合の建造物強度補強装置は、図２及び図５に示す建造物強度補強装置で考えられる誤動作や巻き取り不良と云った危険をなくすことが出来るが、開口部使用時に外力がかかった場合には効果が発揮できないが、大雪や台風といった予期できる災害などには特に有効である。

この発明の基となる層間変形の説明図。 この発明の建造物強度補強装置の使用状態の正面図。 図２の建造物強度補強装置のセッティング部材の説明図。 図２の建造物強度補強装置の逆転防止機構付巻き取り機の説明図 この発明の建造物強度補強装置の他の実施例を示す正面図 この発明の建造物強度補強装置のさらに他の実施例を示す正面図

符号の説明

１ａ，１ｂ 柱
２ 梁（上部横架材）
３ 土台（下部横架材）
４ 床
５ 天井
６ 外力
７ 変形量
８ａ，８ｂ 巻き取り機
９ａ，９ｂ セッティング部材
１０ａ，１０ｂ ブレス材固定端
１１ａ，１１ｂ ブレス材（セット時）
１２ａ，１２ｂ ブレス材（作動時）
１３ セッティング部材（柱用部材）
１４ 鋼板等
１５ 非磁性体
１６ セッティング部材（ブレス材用部材）
１７ 磁石
１８ 非磁性体
１９ ブレス材又はこれに代わる補助部材
２０ ブレス材
２１ ケース
２２ 逆転防止ラッチ
２３ 張力調節ギア
２４ スクリューギア
２５ ブレス材巻き取りドラム
２６ バネ
２７ 張力解放レバー
２８ 取り付け用部材
２９ａ，２９ｂ 固定フック
３０ａ，３０ｂ 掛け金
３１ａ，３１ｂ 巻き取り機
３２ａ，３２ｂ ブレス材（開放時）
３３ａ，３３ｂ ブレス材（閉鎖時）
３４ シャッター等建具

Claims (2)

1. 『
   建造物の柱及び梁などで構成された開口部等に設置し、建造物に大きな力がかかり所定以上の変形が生じたときにのみその変形を検知し、巻き取り機による巻き上げにより、索条体を用いたブレス部材にて開口部の対向した柱間に対角線を結ぶ筋交いを構築し建造物の強度を高める建造物耐力補強装置であって、
   前記ブレス部材となる索条体は、建造物の変形を検知して作動するセッティング部材と、逆転防止機能の付いた巻き取り機と、によって対向する柱間に対角線状に緊張して筋交いを形成するもので、建物に所定以上の変形がない常態においては、前記セッティング部材によってブレス部材は対向する柱間を開放状態に保持し、所定以上の変形が生じたときのみ前記セッティング部材の変形検知機能によりブレス部材がセッティング部材より開放され逆転防止機能の付いた巻き取り機によって巻き上げられ対向する柱間に筋交いを形成するよう構成された建造物耐力補強装置であり、
   ブレス部材が、ブレス部材にかかる張力によってセッティング部材より開放される構成であって、セッティング部材は、変形検知機構が建物に層間変形の許容値以上の変形が生じた場合にのみ作動するように、当該開口部使用時の支障にならない程度の高さで、かつ、ブレス部材が斜辺となり梁及び柱とで三角形が構成されるよう、柱に取付けられ、建物の 層間変形が許容値以上となったとき、ブレス部材が開放され、筋交いが形成されることを特徴とする建造物耐力補強装置。
2. 前記逆転防止機構付巻き取り機は、帯状の索条体からなるブレス部材の先端部を固定するドラムと、該ドラムを常時巻き取り方向に付勢するバネと、巻き取ったブレス部材の巻き戻しを阻止し、かつ阻止した巻き戻しを解除しうる解除機能及び緊張状態のブレス部材の長さを調整し建造物の変形を修正する機構とを備えたことを特徴とする請求項１記載の建造物耐力補強装置。

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