JP4419087B2 - 建築物の耐震補強構造 - Google Patents

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本発明は、建築物における柱と梁で囲まれた構面内に構築される耐震補強構造に関する。
従来、既存建築物の耐震補強において、柱と梁に囲まれた構面内に耐震壁を構築し、既存建築物の保有水平耐力の増大を図ることが行われている。その構造として、構面の対角線方向に鉄骨ブレースを設けた構造があり、例えばK型やマンサード型の鉄骨ブレースが実施されている。この耐震構造によると、建築物の水平方向に作用する力(水平力)を鉄骨ブレースに負担させることができ、地震に強い構造に補強できる効果がある。しかし、このような鉄骨ブレースは、重量の大きな鉄骨を組み合わせて施工することになり部材のハンドリングなどが容易でなく、しかも部材数が多いことから、施工性に問題が合った。
そこで、このような問題を改善するために耐震ブロックを使用した耐震補強工法が、例えば特許文献1に開示されている。
特許文献1は、構面内に、鋼材を内蔵させた菱形などのプレキャストコンクリートからなる耐震ブロックを組み合わせることにより、斜め格子状の耐震補強構造を構築するものである。この耐震ブロックは、外径をなす菱形の4辺を互いに斜め方向に位置させて配置される。この構造によると、耐震ブロックがユニット化されているため、予め工場などで製作しておくことができ、現場における組み立て作業を簡略化させ効率化を図ることができる。
特開平9−228653号公報
しかしながら、特許文献1や従来の鉄骨ブレースでは、水平力を受けた際の圧縮の挙動に対して、耐震ブロック又は鉄骨に粘り強さ(靭性)をもたせた構造とする必要があった。ここで、圧縮に対する部材の強度は、部材の長さLと最小断面二次半径rとの比(細長比L/r)によって設計され、細長比の値が大きくなるほど座屈しやすくなる。特許文献1及び従来の鉄骨ブレースにおける部材の設計では、この細長比を一定値以下にする必要があり、部材の断面積を小さくできないという欠点があった。このため、耐震補強に使用する部材をスリム化させることができず、構面内の耐震補強構造の外観がよくない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、耐震性を確保し、部材断面積を小さくすることで構面内の外観を向上させた建築物の耐震補強構造を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明に係る建築物の耐震補強構造では、建築物を構成する柱と梁で囲まれた構面内に構築される斜め格子状の耐震補強構造であって、斜め格子の直線部に配置されていて棒状をなす鋼棒部材と、斜め格子の交差部に配置されていて鋼棒部材を接続する第一連結部材と、鋼棒部材同士を連結させる緊張部材とを備え、鋼棒部材にはプレストレスが導入されていることを特徴としている。
本発明では、鋼棒部材を緊張部材によって予め緊張状態にさせておくことで、ねばり強さ(靭性)を有した耐震構造を実現でき、地震発生時に受ける水平力を緩和させることができる。このため、斜め格子を構成する鋼棒部材の断面積を小さくすることができ、耐震補強構造の外形をスリム化させることができる。そして、これらの細い部材同士に囲まれた開口面積が大きくなることから、構面内の外観を向上させることができる。
また、鋼棒部材に予めターンバックルやナットの締め付け等による緊張部材によりプレストレスを導入しておくことで地震時の小変形時から効果を発揮でき、耐震性をより向上させることができる。
また、本発明に係る建築物の耐震補強構造では、第一連結部材は、伸びの特性を有した材料からなり、鋼棒部材の各端部を接続していることが好ましい。
本発明では、耐震補強構造が水平力を受けたときに、斜め格子の圧縮側をなす斜め配列において、第一連結部材によって圧縮力を吸収させて部材の座屈を軽減させることができる。
また、本発明に係る建築物の耐震補強構造は、構面内に形成される枠体と鋼棒部材とを接続する第二連結部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、第二連結部材を使用することで、耐震補強構造を簡易に枠体に接合させることができる。
また、本発明に係る建築物の耐震補強構造は、鋼棒部材と他の部材との接合にネジが使用されていることが好ましい。
本発明では、溶接による接合がなくなることから、施工性が向上し、施工時間を短縮させることができる。
本発明の建築物の耐震補強構造によれば、鋼棒部材を緊張部材によって予め緊張状態にさせておくことで、ねばり強さ(靭性)を有した耐震構造を実現でき、地震発生時に受ける水平力を緩和させることができる。このため、斜め格子を構成する鋼棒部材の断面積を小さくすることができ、耐震補強構造の外形をスリム化させることができる。そして、これらの細い部材同士に囲まれた開口面積が大きくなることから、構面内の外観を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態による建築物の耐震補強構造について、図1乃至図3に基づいて説明する。
図1は実施の形態による耐震補強構造を示す立面図、図2は図1に示す鋼棒部材の接続状態の拡大図、図3は枠体と鋼棒部材との接続状態を示す図である。
図1に示すように、本実施の形態による建築物の耐震補強構造は、柱20と梁21で囲まれた構面R内に斜め格子状の耐震補強体1を構築するものである。この耐震補強体1は、二方向に配列される斜め材1A、1Bからなり、交差部Tと直線部Sとが複数組み合わされている。柱20及び梁21の夫々の構面R側には、鉄骨22aを配して四角形に枠組みされた枠体22が取り付けられている。そして、耐震補強体1は、枠体22に接合されている。
図1に示すように、耐震補強体1は、斜め格子の直線部Sに配置されていて例えば丸鋼やPC鋼棒などのプレストレスが導入される部材からなる例えば断面円形又は角形の鋼棒部材2と、斜め格子の交差部Tに配置されていて複数の鋼棒部材2の各端部を接続する略X型状をなす交点連結部材3(第一連結部材)と、鋼棒部材2、2同士を連結させるターンバックル4(緊張部材)とから概略構成されている。また、耐震補強体1と枠体22との接合部において、鋼棒部材2はロッド状をなす枠体連結部材5(第二連結部材)を介して枠体22の鉄骨22aに接続されている。
図2に示すように、鋼棒部材2は、一端に雄ネジ2aを形成し、他端にターンバックル4を連結させる係止部2bを形成している。
また、図2に示すように、交点連結部材3は、伸びの特性を有した例えば鋳鋼などの材料により形成され、X型をなす4箇所の各端部内側にメネジ3aが形成されている。そして、このメネジ3aに、鋼棒部材2の雄ネジ2aを螺合させて、耐震補強体1の交差部Tを形成する。このとき、交点連結部材3に接続する各鋼棒部材2は、構面Rに対して互いに同一の高さに揃っていて、段差のない交差部Tとなる。
図2に示すように、ターンバックル4は、両端にメネジが形成されたナット4aと、夫々のナット4aに螺合される右ネジ4b及び左ネジ4cとからなる。右ネジ4b及び左ネジ4cの各外側端部は、鋼棒部材2、2の係止部2b、2bに連結されている。そして、ナット4aを締め付け方向に回転させて鋼棒部材2、2をターンバックル4側に引き締める。これにより、引張り作用に強い鋼棒部材2及び交点連結部材3を組み合わせてなる斜め材1A、1Bを緊張状態にしておく。
なお、このターンバックル4は、1箇所の直線部Sに少なくとも1つを配置させることが好ましい。
図3に示す枠体連結部材5は、一端の内側にメネジ5aを形成し、このメネジ5aに鋼棒部材2の雄ネジ2aを螺合させている。また、この他端5bは、接続鋼板6を介して例えば溶接などの固着手段によって鉄骨22aに固定されている。
枠体連結部材5が固定される鉄骨22aの位置には、斜め材1A、1Bから受ける軸力に対して鉄骨22aが変形しないように、鉄骨22aの長手方向に直交する方向に補強リブ7が設けられている。
また、図1に示すように、耐震補強体1には、斜め格子の部材同士に囲まれた複数の開口26が形成されている。そして、部材断面積が小さく細い鋼棒部材2を用いていることから、従来の鉄骨ブレースと比較して面積の大きな開口26となり、構面Rでは採光、眺望、通風などの状態がより向上されている。
次に、上述した耐震補強体1の施工方法及び作用について説明する。
先ず、図1に示すように、建物の柱20、20及び梁21、21の構面R側に鉄骨22aをセットし、柱20や梁21から内方に突設させたアンカーボルト23と、枠体22の外方に突設されたスタッドボルト24とを交互に配列し、その周囲にモルタルなどの充填材25を充填して、枠体22を構築する。そして、アンカーボルト23とスタッドボルト24との先端部同士は連結部材27によって接続されていて、円錐コーン状の力の伝達により、耐震補強体1をなす斜め材1A、1Bの上下方向に作用する成分を枠体22を介して柱20や梁21に伝達させている。
なお、枠体22の縦方向に存在する鉄骨22a同士の接合部は、板状の接合鋼板28によってボルト等で接続されている。
次いで、図1及び図2に示すように、構面R内において、交点連結部材3と鋼棒部材2、鋼棒部材2と予め枠体22に溶接された枠体連結部材5を各々のネジ部で締め付けると共に、ターンバックル4を鋼棒部材2、2に連結する。その後、ターンバックル4のナット4aを締め付け方向に回転させて、鋼棒部材2、2をターンバックル4側に引き締めて斜め材1A、1Bを緊張させる。
続いて、このように施工された耐震補強体1の作用について図1に基づいて説明する。この耐震補強体1は、水平力を受ける際の引張の挙動に対して、予め斜め材1A、1Bが緊張されているため、とくに水平力の立ち上がり時に受ける力を軽減させることができる。また、圧縮の挙動に対しては、交点連結部材3が圧縮力を吸収させ、斜め材1A、1Bの座屈を抑制させる作用が働くことになる。
上述した本実施の形態による建築物の耐震補強構造では、本耐震補強体1は、鋼棒部材2と交点連結部材3を使用することにより、斜め材1A、1Bを予め予め緊張状態させておくことで、ねばり強さ(靭性)を有した耐震構造を実現でき、地震発生時に受ける水平力を緩和させることができる。このため、斜め格子を構成する鋼棒部材2の断面積を小さくすることができ、耐震補強体1の外形をスリム化させることができる。そして、各斜め材1A、1Bに囲まれる開口26の面積が大きくなることから、構面R内の外観を向上させることができる。
さらに、本実施の形態による建築物の耐震補強構造では、斜め格子の直線部S及び交差部Tにおける接続に溶接を使用しないため、施工性を向上させて施工時間を短縮させることができる。
次に、本発明の実施の形態の第一及び第二の変形例について、図4及び図5に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図4は実施の形態の第一の変形例による交差部の接続状態を示す斜視図、図5は実施の形態の第二の変形例による交差部の接続を示す分解斜視図である。
図4に示すように、第一の変形例は、実施の形態で説明した交点連結部材3(図2参照)に代えて、鋼棒部材2、2を交差させて配置する構成とし、さらに鋼線や帯状の鋼板からなる結束部材8(第一連結部材)を使用して交差する鋼棒部材2、2を結束させるように接続したものである。
また、図5に示すように、第二の変形例は、実施の形態で説明した交点連結部材3(図2参照)に代えて、鋼棒部材2、2を交差させて配置する構成とし、さらに嵌合部材9(第一連結部材)を使用して交差する鋼棒部材2、2を接続したものである。
図5に示すように、この嵌合部材9は、略半円筒形状をなす第一嵌合部材91と第二嵌合部材92とからなり、鋼棒部材2、2の交差面に対して両側から挟み込まれている。第一嵌合部材91は、挟み込む側の一方の鋼棒部材2を嵌め込む溝部91aと、他方の鋼棒部材2を係合させる係合部91bとが形成されている。第二嵌合部材92は、挟み込む側の鋼棒部材2を嵌め込む溝部92aと、第一嵌合部材91の外周部91cを係合させる係合部92bとが形成されている。そして、第一及び第二嵌合部91、92は、外周部91cと係合部92bとを嵌合させて接続している。
第一及び第二の変形例では、交差部Tにおいて、実施の形態の交点連結部材3のように圧縮力を吸収して座屈を軽減させる効果は小さくなるが、その他の効果については実施の形態と同様の効果を奏する。
以上、本発明による建築物の耐震補強構造の実施の形態、第一及び第二の変形例について説明したが、本発明は上記の実施の形態、第一及び第二の変形例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、本実施の形態及び第一及び第二の変形例では鋼棒部材2にPC鋼棒を使用しているが、耐震補強体1にPC鋼棒のみに限定して使用する必要はない。例えば材料強度が異なる普通鋼棒とPC鋼棒とを組み合わせて使用してもよく、これにより耐震補強体1に任意の引張力を持たせることが可能となる。また、斜め材1A、1Bの配列角度を変えることで、耐震補強体1の引張力を調整することもできる。
さらに、実施の形態では鋼棒部材2の一端を雄ネジ2a、他端を係止部2bとしているが、例えば鋼棒部材2の両端にターンバックル4を連結する場合には、両端を係止部2b、2bとすればよい。
本発明の実施の形態による耐震補強構造を示す立面図である。 図1に示す鋼棒部材の接続状態の拡大図である。 枠体と鋼棒部材との接続状態を示す図である。 実施の形態の第一の変形例による交差部の接続状態を示す斜視図である。 実施の形態の第二の変形例による交差部の接続を示す分解斜視図である。
符号の説明
1 耐震補強体
2 鋼棒部材
3 交点連結部材(第一連結部材)
4 ターンバックル(緊張部材)
5 枠体連結部材(第二連結部材)
8 結束部材(第一連結部材)
9 嵌合部材(第一連結部材)
20 柱
21 梁
22 枠体
22a 鉄骨
26 開口
R 構面


Claims (4)

  1. 建築物を構成する柱と梁で囲まれた構面内に構築される斜め格子状の耐震補強構造であって、
    前記斜め格子の直線部に配置されていて棒状をなす鋼棒部材と、
    前記斜め格子の交差部に配置されていて前記鋼棒部材を接続する第一連結部材と、
    前記鋼棒部材同士を連結させる緊張部材と、
    を備え
    前記鋼棒部材にはプレストレスが導入されていることを特徴とする建築物の耐震補強構造。
  2. 前記第一連結部材は、伸びの特性を有した材料からなり、前記鋼棒部材の各端部を接続していることを特徴とする請求項1に記載の建築物の耐震補強構造。
  3. 前記構面内に形成される枠体と前記鋼棒部材とを接続する第二連結部材が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の建築物の耐震補強構造。
  4. 前記鋼棒部材と他の部材との接合にネジが使用されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の建築物の耐震補強構造。
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