JP4431986B2 - 建物の耐震補強構造および耐震補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、建物の耐震性能を向上させるための建物の耐震補強構造および耐震補強方法に関する。

従来より、柱と梁とからなる建物の耐震性能を向上させるために、建物の架構の面内に耐震補強枠を組み入れる耐震補強構造がある。従来の耐震補強構造に使用される耐震補強枠としては、枠部材の内側にブレースが取り付けられた構成からなるものがある。枠部材は、Ｈ形鋼等の鋼材を架構の面内形状に沿って組み立てたものであり、アンカーやモルタル等を介して架構の内面に接合される。ブレースは、斜めに延在されたＨ形鋼等の鋼材からなり、枠部材の内側にＫ形状或いはＸ形状に取り付けられる。このような構成からなる耐震補強枠が架構の面内に組み入れられた耐震補強構造は、地震の発生によって建物に層間変位が生じた場合に、一方のブレースが圧縮力を負担するとともに他方のブレースが引張力を負担し、この圧縮力と引張力とが釣り合うことで、架構に大きな力が働かないようになっている。

また、耐震補強構造に使用される耐震補強枠として、枠部材の内側にワイヤーやロッド等からなるテンション系の補強材が取り付けられた構成からなるものがある。この補強材は圧縮力を負担せずに引張力のみを負担する部材であり、上記したブレースと同様に、枠部材の内側にＫ形状或いはＸ形状に取り付けられる。この耐震補強枠を用いる場合、地震の初期微動を検知し、地震が発生したときだけ補強材を緊張させて引張力を作用させることで、変形や揺れを抑制することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２９２６６５号公報

しかしながら、上記した前者の耐震補強構造では、圧縮材となるブレースは、座屈耐力の関係から細長比を小さくする必要があるため、ブレースには太い材料、例えばＨ形鋼等が使用する必要があり、デザイン的に軽快感が出せないという問題がある。

また、上記した後者の耐震補強構造では、地震の初期微動を検知するセンサーと補強材の引張力を可変させる可変機構とがそれぞれ必要になり、コストが高くなるという問題がある。また、地震が発生していない平常時は、補強材に引張力が作用していない状態になるため、温度変化によって補強材が高温下におかれた場合に、補強材の座屈現象が生じる場合があるという問題がある。さらに、耐震補強枠の設置当初から補強材に引張力をかけると、枠部材と架構との接合部に初期導入引張力が作用することになり、地震時に、地震力に加えて初期導入引張力が接合部に働き、接合部は大きな力を負担しなければならなくなるという問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、デザイン的に軽快感が出すことができるとともに、高価な機器等が不要で低コスト化を図ることができ、また、温度変化による高温下においても補強材が座屈することなく、さらに、枠部材と架構との接合部にかかる負担を軽減させることができる建物の耐震補強構造および耐震補強方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、隣り合う柱と該柱間に架設されて上下で対向する梁とで形成された架構の面内に、該架構に接合される枠部材と該枠部材の内側に張設される補強材とを備える耐震補強枠が組み入れられた構成からなる建物の耐震補強構造において、前記枠部材には、上枠又は下枠のうち少なくとも一方が外側に膨らんだむくりがあるものが使用され、前記補強材には継続的に初期導入引張力が作用され、該初期導入引張力によって、むくりがある枠部材がフラットな状態に維持されていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、隣り合う柱と該柱間に架設されて上下で対向する梁とで形成された架構の面内に、該架構に接合される枠部材と該枠部材の内側に張設される補強材とが備えられた耐震補強枠を組み入れる建物の耐震補強方法において、前記枠部材に、上枠又は下枠のうち少なくとも一方が外側に膨らんだむくりがあるものを使用し、前記補強材に初期導入引張力を作用させ、むくりがある枠部材をフラットな状態にした後、前記枠部材を前記架構に接合させることを特徴としている。

このような特徴により、補強材は、初期導入引張力を相殺するまでは圧縮に有効となるが、終局的には引張力だけを負担するものであり、圧縮力を負担する場合に必要な座屈耐力を必要としない。また、補強材には予め引張力が導入されるため、高温下における補強材の座屈を抑止することができ、また、地震時に補強材を緊張させることなく建物の変形や揺れを抑制することができ、地震を検知する必要がない。さらに、むくりがある枠部材が使用され、この枠部材は補強材の初期導入引張力によってフラットな状態にしているため、補強材に作用する初期導入引張力は耐震補強枠内で完結し、枠部材と架構との接合部に初期導入引張力が作用することがない。

本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法によれば、補強材に座屈耐力が必要ないため、補強材を太くする必要はなく、デザイン的に軽快感が出すことができる。また、地震時に補強材を緊張させることなく建物の変形や揺れを抑制することができるため、地震時に補強材の引張力を可変させる可変機構や地震を検知するセンサー等の高価な機器は不要であり、低コスト化を図ることができる。また、補強材には予め引張力が導入されているため、高温下における補強材の座屈現象を抑制することができる。さらに、補強材に作用する初期導入引張力は耐震補強枠内で完結し、枠部材と架構との接合部に初期導入引張力が作用することがないため、枠部材と架構との接合部にかかる負担を軽減させることができる。

以下、本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は建物の耐震補強構造を表す側面図である。図１に示すように、架構１は、既設建物の隣り合う柱２，２と、その柱２，２間に架設されている上下の梁３，３とから構成される鉄筋コンクリート造の躯体である。

架構１の面内には、架構１の耐震性能を向上させるための耐震補強枠４が組み入れられている。耐震補強枠４は、架構１の面内に嵌設される枠部材５と、枠部材５の内側に張設された複数の補強材６…とから構成されている。

図２は枠部材５の側面図であり、図３は枠部材５と架構１との接合部、および枠部材５と補強材６との接合部を表した拡大断面図であり、図４は枠部材５と架構１との接合部、および枠部材５と補強材６との接合部を表した拡大側面図である。

図１，図２，図３，図４に示すように、枠部材５は、Ｈ形鋼等の鋼材を、架構１の面内形状に沿って且つフランジ７ｂを架構１の内面１ａに対向させた向きで配設された枠状の部材であり、架構１の矩形の面内空間よりも小さい形状に形成されている。枠部材５は、補強材６…に引張力が働いていない状況下では、上枠５ａおよび下枠５ｂがむくりがある形状、つまり、上枠５ａと下枠５ｂとが外側に膨らむように弓形に反った（曲った）形状になっている。また、枠部材５には、補強材６…の端部を固定するための固定具８…が所定箇所にそれぞれ付設されている。この固定具８…は、雌ネジ孔が形成された長ナット状の部材であり、雌ネジ孔が補強材６…の軸線延長線上に延在するようにフランジ７ａに対して傾斜させた状態で配置され、枠部材５の内周面（上枠５ａの下側のフランジ７ａおよび下枠５ｂの上側のフランジ７ａ）に溶接されて取り付けられている。

補強材６…は、圧縮力を負担せずに引張力だけを負担する細長いロッド状の引張抵抗部材であり、例えば鋼棒或いはワイヤーからなる。補強材６…は、枠部材５の内側で斜めに延在されており、２本の補強材６，６同士は交差するように配置されてＸ形状になっている。補強材６…の上端はむくりがある枠部材５の上枠５ａに取り付けられており、補強材６…の下端は同じくむくりがある枠部材５の下枠５ｂに取り付けられている。補強材６…の両端は、ネジが切られた雄ネジ部６ａがそれぞれ形成されており、枠部材５の上枠５ａ及び下枠５ｂにそれぞれ付設された固定具８…にそれぞれ螺合されている。

また、補強材６…は、その端部を固定具８…に締め込むことで引張力が導入され、この初期導入引張力により、枠部材５の弓形に曲った上枠５ａ及び下枠５ｂがそれぞれ内側に引っ張られて直線的に変形し、枠部材５は、フラットな状態、つまり架構１の内面に沿った矩形の形状に変形される。そして、緊張状態の補強材６…が固定具８…で固定され、補強材６…には継続的に初期導入引張力が作用されており、枠部材５のフラットな状態は維持されている。

フラットな状態になった枠部材５は、その外周面と架構１の内面１ａとの間に所定の隙間をあけて配置されており、枠部材５の外側のフランジ７ｂと架構１の内面１ａとは接合部９を介して接合されている。接合部９は、フランジ７ｂに突設された複数のスタッド１０…と、フランジ７ｂに対向する架構１の内面１ａに突設された複数のアンカー１１…と、架構１の内面１ａとフランジ７ｂとの間に介在されたモルタル１２と、モルタル１２内に埋設されたスパイラル鉄筋１３とから構成されている。

複数のスタッド１０…は、頭付きスタッドが使用されており、枠部材５（フランジ７ｂ）の延在方向に沿って二列所定ピッチに並べられてフランジ７ｂにスタッド溶接されて取り付けられている。なお、スタッド１０…に替えて、ジベルをフランジ７ｂに付設させてもよく、或いは鉄筋材やアングルなどの突起物をフランジ７ｂの表面に溶接させてもよく、フランジ７ｂに孔をあけてフランジ７ｂから突設するボルトを取り付けても良い。

複数のアンカー１１…は、枠部材５（フランジ７ｂ）の延在方向に沿って所定ピッチに一列所定ピッチに並設されており、架構１のコンクリート内に定着されている。アンカー１１…は、例えばケミカルアンカー等の後施工アンカーからなり、先端にナット等からなる拡径された頭部が形成されたアンカー部材が使用されている。なお、アンカー１１に替えて、架構１のコンクリート打設前に設置されて架構１のコンクリート内に定着されるアンカーや架構１内に埋設された鉄筋材を架構１の内面１ａから突出させてもよく、或いは架構１の内面１ａを凹凸に成形してもよい。

モルタル１２は、枠部材５（フランジ７ｂ）の幅に合わせて形成されており、内部に前記スタッド１０…やアンカー１１…を埋設させている。なお、モルタル１２に替えてコンクリート等のその他のセメント系材料を介在させてもよく、或いは樹脂製の接着剤等を介在させてもよい。 スパイラル鉄筋１３は、渦巻状に形成された鉄筋材であり、複数並設されたスタッド１０…やアンカー１１…の間を通るように枠部材５（フランジ７ｂ）の延在方向に沿って配筋されている。

次に、上記した構成からなる耐震補強構造を施工する耐震補強方法について説明する。

まず、固定具８…が付設された枠部材５に補強材６…を取り付けて耐震補強枠４を形成する工程を行う。具体的には、補強材６…の両端に形成された雄ネジ部６ａを、固定具８…にそれぞれ螺合させて補強材６…を枠部材５の上枠５ａと下枠５ｂとの間に張設させる。そして、補強材６…の両端（雄ネジ部６ａ）を固定具８…に締め込んでいき、補強材６…を緊張させて初期導入引張力を作用させて枠部材５の上枠５ａ及び下枠５ｂをそれぞれ内側に引っ張り込み、むくりがある形状の枠部材５をフラットな状態にする。

次に、耐震補強枠４を既存建物の架構１の面内に組み入れて、枠部材５を架構１に接合部９を介して接合させる工程を行う。具体的には、予め、枠部材５のフランジ７ｂにはスタッド１０…を溶接しておくとともに、フランジ７ｂに対向する架構１の内面１ａにはアンカー１１…を打ち込み、さらにフランジ７ｂに対向する架構１の内面１ａに沿ってスパイラル鉄筋１３を配筋しておく。そして、耐震補強枠４を架構１の面内に組み入れて所定位置に仮保持させた後、枠部材５と架構１との間を塞ぐように図示せぬ型枠を建て込み、枠部材５と架構１との間にモルタル１２を充填する。モルタル１２の固化した後、上記型枠を脱型して施工完了とする。

上記した構成からなる建物の耐震補強構造および耐震補強方法によれば、補強材６…は圧縮力を負担せずに引張力だけを負担するものであるため、圧縮力を負担する場合に必要な座屈耐力を必要としない。これによって、補強材６…を太くする必要がなく、耐震補強構造が施された建物についてデザイン的に軽快感が出すことができる。
また、補強材６…には予め初期導入引張力が作用されるため、高温下における補強材６…の座屈現象を抑止することができるとともに、地震時に補強材６…を緊張させることなく建物の変形や揺れが抑制される。これによって、地震時に補強材の引張力を可変させる可変機構や地震を検知するセンサー等の高価な機器等が不要となり、低コスト化を図ることができる。

また、むくりがある枠部材５が使用され、この枠部材５は補強材６…の初期導入引張力によってフラットな状態にして架構１の面内に組み入れているため、補強材６…に作用する初期導入引張力は耐震補強枠４内で完結し、枠部材５と架構１との接合部９に初期導入引張力が作用することがなく、枠部材５と架構１との接合部９に力が作用するのは地震時だけとなる。これによって、枠部材５と架構１との接合部９にかかる負担を軽減させることができ、スタッド１０…、アンカー１１、モルタル１２及びスパイラル鉄筋１３を介したアンカー接合による接合部９で地震力を処理することができる。

以上、本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法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、補強材６…をＸ形にして枠部材５内に張設させているが、本発明は補強材をＫ形にして枠部材内に張設させてもよく、複数の補強材の張設状態に限定されるものではない。

また、上記した実施の形態では、補強材６…の両端に雄ネジ部６ａを形成し、枠部材５に付設された固定具８…に雄ネジ部６ａを螺合させ、前記雄ネジ部６ａを固定具８…に締め込んでいくことで、補強材６…に初期導入引張力を作用させているが、本発明は、緊張機によって補強材を引張り、所定の初期導入引張力が補強材に作用したところで補強材を枠部材に固定し、その後に緊張機を取り外すようにしてもよく、補強材に初期導入引張力を作用させる方式は適宜変更可能である。

また、上記した実施の形態では、枠部材５の内周面に長ナット状の固定具８を溶接し、この固定具８に補強材６の端部を螺合させて締め込むことで補強材６に初期導入引張力を付与しているが、本発明は、枠部材５の外周面で補強材６の端部を固定する形態であってもよい。
図５は枠部材５の外周面で補強材６の端部を固定する形態を表した図であり、この図５に基いて上記形態を説明する。なお、図５に示す他の実施の形態において、上記した実施の形態と同様の構成については同一の符号を付すことでその説明を省略する。
図５に示すように、他の実施の形態では、枠部材５の内周側のフランジ７ａおよび外周側のフランジ７ｂには、貫通孔がそれぞれ形成されており、これらの貫通孔には、補強材６が貫通するように挿入されている。また、外周側のフランジ７ｂの貫通孔に挿設された補強材６の端部は、所定の範囲に亘って雄ネジ状（ボルト状）に形成されており、この補強材６の端部には、ナット８´が螺合されている。このナット８´は、外周側のフランジ７ｂの外側から締め付けられて外周側のフランジ７ｂに係止されるものであり、ナット８´を締め付けていくことで補強材６には引張力が導入され、むくりがある枠部材５はフラットな状態になる。このような構成からなる耐震補強構造によれば、上記した実施の形態と同様な作用効果を奏することができるとともに、ナット８´を枠部材５の外周側のフランジ７ｂに係止させることで、引張力が導入された補強材６を固定しているため、補強材６に大きな引張力が導入されている場合にも、補強材６を確実に固定することができる。

また、上記した実施の形態では、枠部材５の上枠５ａおよび下枠５ｂがそれぞれ外側に膨らんだものが使用されているが、本発明は、上枠だけが外側に膨らんだ枠部材を使用してもよく、また、下枠だけが外側に膨らんだ枠部材を使用してもよい。

また、上記した実施の形態では、既存建物の架構１を耐震補強する場合について説明しているが、本発明は、新築建物の架構に耐震補強枠を組み入れてもよい。
また、上記した実施の形態では、鉄筋コンクリート造の架構１に耐震補強枠４を組み入れているが、本発明は、如何なる構造の架構に耐震補強枠を組み入れてもよく、例えば、鉄骨鉄筋コンクリート造や鉄骨造の架構に耐震補強枠を組み入れてもよい。

さらに、上記した実施の形態では、スタッド１０…、アンカー１１…、モルタル１２及びスパイラル鉄筋１３からなる接合部９を介して枠部材５と架構１の内面１ａとが接合されているが、本発明は、その他の接合方法によって枠部材と架構とを接合させてもよく、例えば接着剤による接合や、架構が鋼構造である場合には、溶接やボルト接合によって枠部材と架構とを接合させてもよい。

本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法の実施の形態を説明するための全体側面図である。 本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法の実施の形態を説明するための枠部材の側面図である。 本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法の実施の形態を説明するための拡大断面図である。 本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法の実施の形態を説明するための拡大側面図である。 本発明に係る建物の耐震補強構造および耐震補強方法の他の実施の形態を説明するための拡大断面図である。

符号の説明

１ 架構
２ 柱
３ 梁
４ 耐震補強枠
５ 枠部材
５ａ 上枠
５ｂ 下枠
６ 補強材

Claims (2)

1. 隣り合う柱と該柱間に架設されて上下で対向する梁とで形成された架構の面内に、該架構に接合される枠部材と該枠部材の内側に張設される補強材とを備える耐震補強枠が組み入れられた構成からなる建物の耐震補強構造において、
   前記枠部材には、上枠又は下枠のうち少なくとも一方が外側に膨らんだむくりがあるものが使用され、
   前記補強材には継続的に初期導入引張力が作用され、該初期導入引張力によって、前記むくりがある枠部材がフラットな状態に維持されていることを特徴とする建物の耐震補強構造。
2. 隣り合う柱と該柱間に架設されて上下で対向する梁とで形成された架構の面内に、該架構に接合される枠部材と該枠部材の内側に張設される補強材とが備えられた耐震補強枠を組み入れる建物の耐震補強方法において、
   前記枠部材に、上枠又は下枠のうち少なくとも一方が外側に膨らんだむくりがあるものを使用し、
   前記補強材に初期導入引張力を作用させ、前記むくりがある枠部材をフラットな状態にした後、前記枠部材を前記架構に接合させることを特徴とする建物の耐震補強方法。

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