JP4419088B2 - 建築物の耐震補強構造 - Google Patents

Description

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、構面内に設けた鉄骨枠の対角線方向に鉄骨ブレースを設ける構造があり、例えばＸ型、Ｋ型やマンサード型の鉄骨ブレースが実施されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１は、鋼材を内蔵させてコンクリートを被覆した長尺のプレキャストコンクリートからなる鉄骨ブレースを、構面内の対角方向に配設し鉄骨枠に連結させた耐震構造である。この構造によると、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、地震に強い耐震構造を実現させることができる。
特開平１０−２９２６３９号公報

しかしながら、特許文献１及び従来の鉄骨ブレースは、水平力を受けた際の圧縮の挙動に対して、鉄骨ブレースが座屈しない構造とする必要があった。耐震補強に使用されるブレース部材は、部材の長さと最小断面二次半径との比（細長比）で設計され、この細長比の値が大きいほど部材は細くなり圧縮力に対して座屈しやすくなる。このため、一般的には細長比を一定値以下として設計されている。したがって、鉄骨ブレースをスリム化させることができないという欠点があり、断面積の大きな部材を使用した構造にせざるを得ず、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。
また、特許文献１及び従来の鉄骨ブレースでは、鉄骨ブレースの引張力に対する反力（圧縮力）を鉄骨枠に負担させるという構造に限定されている。しかも、引張力と圧縮力との釣り合いの関係から、鉄骨ブレースの配列や配置角度などが制限されるため、耐震構造のデザインにおける自由度が低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、耐震補強構造に作用する力を均衡させることにより補強効果を高め、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耐震補強構造であって、構面内に形成される鉄骨枠と、鉄骨枠内で複数のブロック状をなす組積部材を積み上げて形成した組積壁体と、斜め格子状に配列されると共に、鉄骨枠を構成する上部鉄骨および下部鉄骨に接続されたブレース部材と、を備え、組積壁体とブレース部材とが鉄骨枠を介して一体的に設けられていることを特徴としている。
本発明では、組積壁体とブレース部材とを鉄骨枠を介して一体化させておくことで、ブレース部材の引張力に対する反力（圧縮力）を鉄骨枠だけでなく、この鉄骨枠を介して組積壁体にも負担させることができる。すなわち、引張力が作用するブレース部材と圧縮力が作用する組積壁体とを同一の鉄骨枠内に配置させたことで、引張力と圧縮力とを互いに均衡せることができる。
さらに、耐震補強構造に水平力が加わったときに作用する圧縮方向の力を組積壁体で負担させることができるため、ブレース部材が受ける圧縮方向の力が小さくなり座屈を抑制することができ、ブレース部材を従来の鉄骨ブレースと比較して細くすることができる。
しかも、斜め方向をなすブレース部材は、その引張力を効率よく鉄骨枠に伝達させることができ、水平力に対してより耐力のある耐震補強構造を実現できる。

また、本発明に係る建築物の耐震補強構造では、組積壁体は、上端が鉄骨枠に固定され、下端が転動可能又は滑り可能な支承部材によって支持され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、鉄骨枠の挙動と共に支承部材によって支持されている組積壁体の下端が水平方向に移動できるため、組積壁体に加わるせん断応力を抑制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、ブレース部材は、組積壁体を挟んで両側に設けられていることが好ましい。
本発明では、組積壁体は、その両面でブレース部材によって支持されることになり、面外への転倒が防止される。

本発明の建築物の耐震補強構造によれば、ブレース部材の引張力に対する反力（圧縮力）を、鉄骨枠だけでなく、この鉄骨枠を介して組積壁体にも負担させることができる。すなわち、引張力が作用するブレース部材と圧縮力が作用する組積壁体とを同一の鉄骨枠内に配置させたことで、引張力と圧縮力とが相互に均衡するため、耐震補強に好適な構造を実現できる。そして、組積壁体は、鉄骨枠に接する範囲にわたって圧縮力を作用させることから、ブレース部材の取付け位置、本数、配置角度などの設定において自由度を持たせることができ、耐震補強構造のデザインにおける巾を広げることができる。
さらに、耐震補強構造に水平力が加わったときに作用する圧縮方向の力を組積壁体で負担させることができるため、ブレース部材が受ける圧縮方向の力が小さくなり座屈を抑制することができる。このため、従来の鉄骨ブレースと比較して細いブレース部材を使用することができ、構面内において耐震補強構造のスリム化が図れ、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に示す耐震補強構造の水平断面図、図３は耐震補強構造の部分拡大図である。

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内に耐震補強体１を構築するものである。柱２０及び梁２１の夫々の構面Ｒ側には、鉄骨を配して四角形に枠組みされた鉄骨枠２２が取り付けられている。そして、耐震補強体１は、鉄骨枠２２に接続されている。

図１に示すように、耐震補強体１は、鉄骨枠２２内に配置され平鋼などを四角形に枠組みしたフレーム２の内面にブロック状をなす複数の組積部材５を縦横方向に積み上げて形成した組積壁体３と、組積壁体３を挟んで両側に配設され断面円形の長尺棒材からなるブレース部材４とからなる。
各ブレース部材４は、図１及び図２に示すように、任意の本数及び角度で斜め二方向に交差させて斜め格子状に配列されている。このとき、ブレース部材４は、その両端部４ａ、４ａ（図１参照）が鉄骨枠２２に接続されている。

組積部材５は、例えばガラスブロック、ガラスレンガ、普通レンガなどからなる。そして、隣り合う組積部材５、５同士は、図３に示すように、例えばモルタルなどの接着材６によって接着されている。

図１に示すように、組積壁体３の上端３ａは、上部鉄骨２２Ａに溶接又はボルトなどの固定手段（図示省略）によって固定されている。図３に示すように、組積壁体３の下端３ｂには、例えばローラ、鋼球、ポリ４フッ化エチレンなどの滑動材が使用されて転動可能又は滑り可能に設けられた支承部材７が装備されている。そして、下部鉄骨２２Ｂの上面には、支承部材７の摺動面８ａをなす鋼板などからなる摺動鋼板８が設けられている。
図１に示すように、フレーム２の両側面２ａ、２ａと縦鉄骨２２Ｃ、２２Ｃとの間に隙間９が形成されている。そして、組積壁体３に水平力が加わると、組積壁体３の下部３ｃは支承部材７により隙間９の範囲で水平方向に移動できるため、組積壁体３に加わるせん断応力を抑制させることができる。

ブレース部材４は、引張りに強いプレストレスを有した部材が好ましく、例えばＰＣ鋼棒などを使用する。そして、図３に示すように、ブレース部材４の両端部４ａ、４ａには、雄ネジ４ｂ、４ｂが形成されている。ブレース部材４は、雄ネジ４ｂを鉄骨枠２２の内側リブ２２ａに貫通させて、例えばテーパを有する座金１０を介して雄ネジ４ｂにナット１１を螺合させることで、その締め付けにより初期張力（引張力）が与えられている。
なお、組積壁体３は、その両面でブレース部材４によって支持される構造であることから、面外への転倒を防止できる（図２参照）。

ここで、鉄骨枠２２の構築方法について説明する。図１に示すように、建物の柱２０、２０及び梁２１、２１から少しだけ離れた構面Ｒ側に鉄骨枠２２をセットし、柱２０や梁２１から鉄骨枠２２側に突設させたアンカー筋２３と、鉄骨枠２２から柱２０又は梁２１側に突設させたスタッドボルト２４とを交互に配列して、その周囲にモルタルなどの充填材２５を充填して鉄骨枠２２が構築されている。

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、組積壁体３とブレース部材４とを鉄骨枠２２を介して一体化させておくことで、ブレース部材４の引張力に対する反力（以下、圧縮力とする）を、鉄骨枠２２だけでなく、この鉄骨枠２２を介して組積壁体３にも負担させることができる。すなわち、引張力が作用するブレース部材４と圧縮力が作用する組積壁体３とを同一の鉄骨枠２２内に配置させたことで、引張力と圧縮力とが相互に均衡するため、耐震補強に好適な構造を実現できる。
そして、組積壁体３は、鉄骨枠２２に接する範囲にわたって圧縮力を作用させることから、ブレース部材４の取付け位置、本数、配置角度などの設定において自由度を持たせることができ、耐震補強体１のデザインにおける巾を広げることができる。
また、本実施の形態による建築物の耐震補強構造では、水平力が加わったときに作用する圧縮方向の力を組積壁体３で負担させることができるため、ブレース部材４が受ける圧縮方向の力が小さくなり座屈を抑制することができる。このため、従来の鉄骨ブレースと比較して細いブレース部材４を使用することができ、構面Ｒ内において耐震補強体１のスリム化が図れ、外観を向上させることができる。

以上、本発明による建築物の耐震補強構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の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、本実施の形態ではブレース部材４を組積壁体３に対して両面に設けているが、片側だけでもかまわない。
また、本実施の形態ではブレース部材４の緊張方法において、ナット１１を雄ネジ４ｂに螺合させて締め付けることで緊張しているが、必ずしもこのような取付け方法に限定されることはない。要は、ブレース部材４に緊張が与えられた状態で鉄骨枠２２に固定されていればよいのである。
また、本実施の形態では組積壁体３を構成する複数の組積部材５は、縦横方向に揃って配列されているが、例えば千鳥状に配列させることで組積壁体３のデザインを変更してもかまわない。
さらに、本実施の形態では支承部材７を組積壁体３の下端３ｂに設けているが、これに限定されず、例えば下端３ｂに対向する下部鉄骨２２ｂの上面にローラ支承などを設置してもよい。なお、この支承部材７は、組積壁体３に加わるせん断応力を抑制させるためのものであるが、条件によっては設けない場合があってもかまわない。
なお、組積部材５は、図１に示すように必ずしも全面にわたって配置させる必要はなく、例えば、組積部材５、５同士を分断させてスリット状の開口を設けることや、組積部材５に予め窓状の開口を設けておくようにしてもよい。このスリット状の開口の場合は、組積部材５、５同士をボルトなどの連結部材（図示省略）によって接続させればよい。
また、周辺の鉄骨枠２２の取付け方法は、図１に示す実施の形態に限定されず、ＰＣ鋼棒による圧着や接着といった方法も考えられる。

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に示す耐震補強構造の水平断面図である。 耐震補強構造の部分拡大図である。

符号の説明

１ 耐震補強体
２ フレーム
３ 組積壁体
４ ブレース部材
５ 組積部材
７ 支承部材
８ 摺動鋼板
８ａ 摺動面
２０ 柱
２１ 梁
２２ 鉄骨枠
Ｒ 構面

Claims (3)

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耐震補強構造であって、
   前記構面内に形成される鉄骨枠と、
   前記鉄骨枠内で複数のブロック状をなす組積部材を積み上げて形成した組積壁体と、
   斜め格子状に配列されると共に、前記鉄骨枠を構成する上部鉄骨および下部鉄骨に接続されたブレース部材と、
   を備え、
   前記組積壁体と前記ブレース部材とが前記鉄骨枠を介して一体的に設けられていることを特徴とする建築物の耐震補強構造。
2. 前記組積壁体は、上端が前記鉄骨枠に固定され、下端が転動可能又は滑り可能な支承部材によって支持され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. 前記ブレース部材は、前記組積壁体を挟んで両側に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。

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