JP4721273B2 - 鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法 - Google Patents

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本発明は、鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法に関し、より詳しくは、かかる既存建物の外部柱を補強柱で補強するようにした耐震補強工法に関する。
鉄筋コンクリート造(RC造)ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法には様々なものがある。それらのうち最も一般的なものは、建物の内部または外部に耐震壁もしくは耐震補強ブレースを付設する耐震補強工法である。しかしながら、建物内部にそれらを付設する工事は、当然のことながら建物内部で行わねばならない。そのため、建物の使用期間中は騒音及び振動の問題により工事を行えず、その結果、例えば校舎の耐震補強工事などでは、工事を行うのが休日のみに限定され、工期が長期に亘ることにもなりがちであった。また、建物内部への資材搬入に、多大の労力を要するという問題もあった。一方、建物外部に耐震壁もしくは耐震補強ブレースを付設する場合には、居ながら施工は可能となるものの、耐震補強後の建物の採光性や、建物内部からの眺めが犠牲になるという問題があった。
かかる事情から、RC造ラーメン構造の既存建物の外面に、鉄骨柱及び鉄骨梁を取付けて一体化するようにした、いわゆるブレースレス方式の耐震補強工法が提案されており、その具体例としては、例えば、特開2004−169504に開示されているものなどがある。同特許公報のブレースレス方式の耐震補強工法では、RC造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置するRC柱に補強用の鉄骨柱を固定して一体化し、また、かかるRC柱に結合しているRC梁に補強用の鉄骨梁を固定して一体化する。そして、それら補強用の鉄骨柱と鉄骨梁とを結合して鉄骨架構を構成し、この鉄骨架構が、その既存建物のRC架構と同程度に変形するようにすることで、その既存建物の耐震強度を向上させるものである。この種のブレースレス方式の耐震補強工法によれば、建物の採光性や、建物内部からの眺めを損なうことがなく、しかも、建物内部での工事が不要であるため、居ながら施工も可能であるなどの、数々の利点が得られる。
特開2004−169504
しかしながら、特開2004−169504に記載されているブレースレス方式の耐震補強工法にも、短所が付随している。即ち、この耐震補強工法は、鉄骨柱と鉄骨梁とを結合して構成した鉄骨架構によって、RC造ラーメン構造の既存建物を補強するものであるが、このような鉄骨架構の剛性は、RC造ラーメン構造の建物躯体の剛性と比べれば余りにも小さく、実際には補強効果が発揮されにくい。また、その鉄骨架構が十分な剛性を持ち得るようにするためには、大量の鋼材が必要となり、施工コスト及び施工作業量に関する問題が発生する。
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、より低廉な施工コスト及びより少ない施工作業量で、RC造ラーメン構造の既存建物に高度の耐震性能を付与することのできる耐震補強工法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法は、鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置する鉄筋コンクリート柱である断面が矩形の既存外部柱の外側面に沿わせて、鉄骨及びコンクリートにより構成され前記既存外部柱に緊結された補強柱を設けることにより、前記既存外部柱を補強し、もって前記既存建物を耐震補強するに際して、断面コ字形の柱鉄骨の両突出部を前記既存外部柱の前記外側面の両側の左右の側面に重ね合わせて接合し、該柱鉄骨の3つの内壁面と前記既存外部柱の外側面とで囲繞され前記既存外部柱と同じ幅を有する断面矩形の空間を画成し、前記空間にコンクリートを充填することで前記補強柱を構築することを特徴とする。
本発明によれば、既存外部柱を補強するためにその外側面に沿わせて設ける補強柱を、鉄骨及びコンクリートにより構成された補強柱としているため、低廉な施工コスト及び少ない施工作業量で、優れた補強効果を発揮し得る剛性の大きな補強柱を構築することができる。
以下に本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明して行く。図1は本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の具体例を示した立面図であり、図示例の建物10は、鉄筋コンクリート造(RC造)ラーメン構造の4階建ての校舎である。この建物10は、鉄筋コンクリート柱(RC柱)と、鉄筋コンクリート梁(RC梁)とから成るRC架構を有しており、図1には、この建物10のRC柱のうち、外壁部に位置する柱である外部柱12と、この建物10のRC梁のうち、外壁部に位置する梁である外部梁14とが示されている。また、外部梁14の上側に立設された腰壁16と、下側に垂設された垂壁18とが示されている。
本発明に係る耐震補強工法は、RC造ラーメン構造の既存建物に耐震補強を施すための工法である。本発明の耐震補強工法は、かかる既存建物のRC柱として構成されている外部柱、即ち、既存外部柱を補強することにより、その既存建物に耐震補強を施すものである。そのため図1の具体例においては、既存外部柱12の外側面に沿わせて、この既存外部柱12に緊結された補強柱20を設けることにより、この既存外部柱12を補強しており、もって建物10を耐震補強している。
図1に示した具体例においては、更に、隣り合った補強柱20どうしを1本または複数本の鉄骨梁22で連結して補強骨組24を構成している。それら鉄骨梁22はH形鋼から成り、建物10の外部梁14に沿うようにして配置されている。
本発明を実施する上で、補強柱20は、必ずしも建物10の外部柱12の全てに対応して設けるとは限らず、また、個々の補強柱20を建物10の外部柱12の全高に亘って設けるとは限らない。図1の具体例においても、外部柱12の全高に亘って設けられている補強柱20は、図中左側の2本の補強柱だけであり、左から3本目の補強柱は3階の床スラブまでの高さしかなく、残りの3本の補強柱は4階の床スラブまでの高さしかない。隣り合った補強柱20どうしを連結する鉄骨梁22も同様であり、建物10の外部梁14の全てに対応して設けるとは限らず、また、個々の鉄骨梁22の梁成も同一の大きさとするとは限らない。図1の具体例では、3階の床スラブの高さに設けた右側の2スパン分の鉄骨梁22が、その他の鉄骨梁22よりも大きな梁成を有するものとされている。どの外部柱12に対応させて、どれ程の高さの補強柱20を設けるか、また、どの外部梁14に対応させて、どれ程の梁成の鉄骨梁22を設けるかということは、耐震補強を施そうとする建物10の耐震強度の解析結果に基づいて、必要な箇所に、適切な仕様の補強柱20ないし補強梁22を設けるようにすればよい。
本発明においては、補強柱20を、鉄骨及びコンクリートにより構成された柱とするようにしており、また特に、外表面が鋼材から成り内部にコンクリートが充填された柱とすることが望ましい。補強柱20の具体的な構成は様々なものとすることができ、図2〜図10にその幾つかの具体例を示した。それらの図は、補強骨組24の柱梁接合部の水平断面図であり、外表面が鋼材から成り内部にコンクリートが充填された補強柱20と、H形鋼から成る鉄骨梁22との接合形態を示している。また、それらの図には、補強対象の建物10の外部柱12と外部梁14とが併せて示されている。
図2に示した具体例の補強柱20は、断面矩形の柱鉄骨30の内部にコンクリート32を充填して構成したいわゆるCFT柱である。H形鋼から成る鉄骨梁22は、補強柱20を貫通させて延在させてあり、柱梁接合部は、補強柱20の柱鉄骨30と鉄骨梁22とを溶接することによって構成されている。また、外部柱12のコンクリートに多数のシアキー34を植設してあり、それらシアキー34が補強柱20のコンクリート32に定着されることで、補強柱20が建物10の外部柱12に緊結されるようにしている。即ち、シアキー34をアンカーとして使用している。
図3に示した具体例の補強柱20は、図2の具体例と同じく、断面矩形の柱鉄骨30の内部にコンクリート32を充填して構成したCFT柱である。ただし、H形鋼から成る鉄骨梁22は、補強柱20を貫通させるのではなく、その端部を、補強柱20の外表面を形成している柱鉄骨30に接合してある。また、鉄骨梁接合部における補強柱20の柱鉄骨30の内部には、補強柱20と鉄骨梁22との間の応力伝達のための縦ダイヤフラム36を設けてある。図示した縦ダイヤフラム36に、その中央部に直交する別の縦ダイヤフラムを更に付加して、十字型ダイヤフラム構造としてもよい。或いはまた、縦ダイヤフラム36に替えて、縦リブを設けるようにしてもよい。補強柱20を建物10の外部柱12に緊結する手段としては、図2の具体例と同じく、多数のシアキー34をアンカーとして使用している。
図4に示した具体例では、図3の具体例のものと同一構成の補強柱20及び鉄骨梁22が使用されている。図4の具体例が図3の具体例と異なる点は、補強柱20を建物10の外部柱12に緊結する手段として、シアキーに替えて、プレストレストコンクリート工法に用いられるPC鋼棒38及びナット40を使用していることである。PC鋼棒38による緊結は、一般的なポストテンション法などを用いて行えばよい。
図5に示した具体例では、断面コ字形の柱鉄骨42の両突出部を、アンカーボルト44を用いて建物10の外部柱12に接合し、この柱鉄骨42の3つの内壁面と外部柱12の外側面とで囲繞された断面矩形の空間を画成するようにしている。そして、その空間にコンクリート32を充填することによって、補強柱20を構成している。かかる構成の補強柱20によれば、図2〜図4の具体例の補強柱20と同様にコンファインド効果が得られるため、CFT柱と同様の高い剛性を有する補強柱が得られる。また、補強柱20を建物10の外部柱に緊結する手段としては、図2及び図3の具体例と同じく、多数のシアキー34を使用しているが、それらシアキー34に加えて、柱鉄骨42を外部柱12に固定しているアンカーボルト44も緊結手段として機能し、更には、補強柱20のコンクリート32が外部柱12のコンクリートに付着するため、その付着力によっても緊結力が高められ、外部柱12に対する補強柱20の一体化がより強力なものとなる。鉄骨梁22と補強柱20との接合部の構成は、図3の具体例のものと同一であり、縦ダイヤフラム36を設けてある点も同じである。
図6に示した具体例は、図5の具体例のものと同一構成の補強柱20及び鉄骨梁22を使用している、この具体例が図5の具体例と唯一異なる点は、補強柱20を建物の外部柱12に緊結する手段として、アンカーボルトに替えて、プレストレストコンクリート工法に用いられるPC鋼棒38及びナット40を使用していることである。PC鋼棒38による緊結は、一般的なポストテンション法などを用いて行えばよい。
図7及び図8に示した2つの具体例は、図3に示した具体例の変更例である。図7の具体例が図3の具体例と異なっているのは、補強柱20の柱鉄骨48にフランジ50を突設してある点である。施工に際しては、建物10の外部柱12に、山形鋼から成る取付プレート52をアンカーボルト54で固定し、柱鉄骨48のフランジ50と取付プレート52とを、ハイテンションボルト56で締結する。かかる変更は、施工に際しての柱鉄骨48の建方を容易化することを目的としたものである。フランジ50及び取付プレート52の長さは、補強柱20の全長に亘るものとしてもよく、施工時に必要な部分だけとしてもよい。フランジ50及び取付プレート52の長さを、外部柱12と補強柱20との一体性を確保することのできる十分な長さとすることができれば、シアキー34を省略することができる。
図8の具体例が図3の具体例と異なっているのは、補強柱20の柱鉄骨30に取付プレート57を溶接してある点である。この図8の具体例の補強柱20は、取付プレート57に形成したボルト穴に挿通したアンカーボルト58により、建物10の外部柱12に固定するようにしてあり、それによって、施工に際しての柱鉄骨30の建方を容易化したものである。
図9及び図10に示した2つの具体例は、建物10の外部梁14の外側面と外部柱12の外側面とが殆ど面一の場合に適用するものである。図9の具体例では、先ず、建物10の外部柱12の外側面に、一対の山形鋼59をアンカーボルト60で固定する。そして、それら山形鋼59に、ワンサイドボルト型式のハイテンションボルト62によって、断面コ字形の柱鉄骨64を固定する。これによって画成される断面矩形の空間にコンクリート32を充填することによって、補強柱20を構成する。従ってこの具体例では、アンカーボルト60によって補強柱20と外部柱12とが緊結されて一体化される。
図10の具体例では、建物10の外部柱12の外側面に、平鋼板66をアンカーボルト60で固定する。一方、断面コ字形の柱鉄骨68には一対のフランジ70を設けてあり、それらフランジ70をハイテンションボルト71によって、平鋼板66に締結する。そして、これによって画成される断面矩形の空間にコンクリート32を充填することにより、補強柱20を構成する。従ってこの具体例でも、図9の具体例と同様に、アンカーボルト60によって補強柱20と外部柱12とが緊結されて一体化される。尚、図9及び図10に示した縦ダイヤフラム36は、図3〜図8の具体例における縦ダイヤフラム36と同じものである。
次に、補強柱20と鉄骨梁22との接合構造の3つの具体例について、図11〜図13に示した柱梁接合部の立面図を参照して説明する。それらの図に示した接合構造は、図5に示した具体例の柱梁接合部に対応したものであるが、ただし、図2〜図4、及び図6〜図10に示した具体例にも適用可能な接合構造である。
鉄骨梁22を構成するH形鋼はウェブ72及びフランジ74を有する。図11に示した接合構造は、そのH形鋼の端部のウェブ72及びフランジ74を、補強柱20の外表面を形成している柱鉄骨30に溶接して接合したものである。図12に示した接合構造は、H形鋼のフランジ74は補強柱20の柱鉄骨22に接合せず、H形鋼のウェブ72のみを補強柱20の柱鉄骨22に接合し、H形鋼のフランジ74と補強柱20の柱鉄骨30との間に方杖76を設けたものである。このように、鉄骨梁22の接合をウェブ72のみとし、方杖76を入れることで、接合部の溶接手間を軽減することができる。図13に示した接合構造は、H形鋼のフランジ74は補強柱20の柱鉄骨22に接合せず、H形鋼のウェブ72のみを補強柱20の柱鉄骨22に接合し、H形鋼のフランジ74と補強柱20の柱鉄骨30との間に方杖状に制震ダンパ78を設けるようにしたものである。このように、制震ダンパ78を介挿することで、既存建物10を耐震補強すると同時に、制震構造とすることが可能である。
図14は、隣り合った補強柱20どうしを鉄骨梁22で連結して構成した補強骨組24に制震ダンパを組み込むための、更に別の方式を例示した図である。図14に示した補強骨組24において、2階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁22aと、3階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁22bとの間に、間柱型の制震ダンパ80を設置してあり、即ち、上下に隣り合った鉄骨梁の間に間柱型の制震ダンパを設置してある。間柱型の制震ダンパ80としては、例えば特開平7−317370号公報に記載されているものなどを用いることができる。また、4階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁22cには制震ダンパ82を介挿してあり、即ち、隣り合った補強柱20どうしを、制震ダンパ82を介挿した鉄骨梁22cで連結している。鉄骨梁に介挿する制震ダンパ82としては、例えば特開平7−207984号公報に記載されているものなどを用いることができる。これらのように、補強骨組24にエネルギ吸収装置である制震ダンパを組み込むことにより、耐震性能を大幅に向上させることができる。そして、補強柱20が高剛性であるため、制震ダンパの効果を十分に発揮でき、また、鉄骨梁22は、制震ダンパの組み込みが容易である。
本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の具体例を示した立面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第1の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第2の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第3の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第4の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第5の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第6の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第7の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第8の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 本発明の耐震補強工法に用いる補強柱の第9の具体例を示した、補強骨組の柱梁接合部の水平断面図である。 補強柱と鉄骨梁との接合構造の第1の具体例を示した、柱梁接合部の立面図である。 補強柱と鉄骨梁との接合構造の第2の具体例を示した、柱梁接合部の立面図である。 補強柱と鉄骨梁との接合構造の第3の具体例を示した、柱梁接合部の立面図である。 制震ダンパの組み込み方の具体例を示した補強骨組の模式図である。
符号の説明
10……建物、12……外部柱、14……外部梁、20……補強柱、22……鉄骨梁、24……補強骨組。

Claims (11)

  1. 鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に位置する鉄筋コンクリート柱である断面が矩形の既存外部柱の外側面に沿わせて、鉄骨及びコンクリートにより構成され前記既存外部柱に緊結された補強柱を設けることにより、前記既存外部柱を補強し、もって前記既存建物を耐震補強するに際して、
    断面コ字形の柱鉄骨の両突出部を前記既存外部柱の前記外側面の両側の左右の側面に重ね合わせて接合し、該柱鉄骨の3つの内壁面と前記既存外部柱の外側面とで囲繞され前記既存外部柱と同じ幅を有する断面矩形の空間を画成し、
    前記空間にコンクリートを充填することで前記補強柱を構築する、
    ことを特徴とする耐震補強工法。
  2. 前記柱鉄骨の両突出部の前記既存外部柱の前記左右の側面への接合は、
    各突出部と、それら突出部に重ね合わされる前記左右の側面とに貫通するアンカボルトにより行われる、
    ことを特徴とする請求項1記載の耐震補強工法。
  3. 前記柱鉄骨の両突出部の前記既存外部柱の前記左右の側面への接合は、
    前記既存外部柱の前記左右の側面、前記両突出部を貫通するPC鋼棒と、前記両突出部の外側に露出する前記PC鋼棒の両端に螺合するナットにより行われる、
    ことを特徴とする請求項1記載の耐震補強工法。
  4. 隣り合った前記補強柱どうしを1本または複数本の鉄骨梁で連結して補強骨組を構成することを特徴とする請求項乃至の何れか1項記載の耐震補強工法。
  5. 前記鉄骨梁を、前記補強柱を貫通させて延在させることを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
  6. 前記鉄骨梁の端部を、前記補強柱の外表面を形成している前記柱鉄骨に接合することを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
  7. 前記補強柱の柱梁接合部における前記柱鉄骨の内部に、前記補強柱と前記鉄骨梁との間の応力伝達のための縦リブまたは縦ダイヤフラムを設けることを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
  8. 前記鉄骨梁はウェブ及びフランジを備えたH形鋼から成り、該H形鋼のフランジは前記補強柱の前記柱鉄骨に接合せず、該H形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記柱鉄骨に接合し、該H形鋼のフランジと前記補強柱の前記柱鉄骨との間に方杖を設けることを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
  9. 前記鉄骨梁はウェブ及びフランジを備えたH形鋼から成り、該H形鋼のフランジは前記補強柱の前記柱鉄骨に接合せず、該H形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記柱鉄骨に接合し、該H形鋼のフランジと前記補強柱の前記柱鉄骨との間に方杖状に制震ダンパを設けることを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
  10. 隣り合った前記補強柱どうしを複数本の鉄骨梁で連結して前記補強骨組を構成し、上下に隣り合った鉄骨梁の間に間柱型の制震ダンパを設置することを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
  11. 隣り合った前記補強柱どうしを、制震ダンパを介挿した鉄骨梁で連結して、前記補強骨組を構成することを特徴とする請求項記載の耐震補強工法。
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