JP4733460B2 - 既存建物の耐震補強架構 - Google Patents

Description

本発明は、倉庫や工場などの既存建物の耐震性を高める耐震補強架構に関する。

既存建物の耐震補強方法としては、従来、（１）既存建物内に鉄骨ブレースや耐力壁などの耐震要素を付加する方法、（２）耐力壁の壁厚を増す方法、（３）柱・梁の断面を増す方法、あるいはこれらを組み合わせる方法があった。柱・梁の断面を増す方法には、補強筋の追加を伴う方法、鋼板を巻く方法、強化繊維を巻き付ける方法などがある。鉄骨造の場合にはカバープレートを巻き付けて溶接する方法もある。

また、既存建物を使用しながら建物外部に耐震補強を施す方法も提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

かかる耐震補強方法は、図７に示すように、平面上、既存建物５１と干渉しない領域に、既存建物５１とは独立し、既存建物５１の外周面と平行で、既存建物５１の構面外に位置する平面架構、もしくは床が伴わない立体架構５２からなる耐震架構５３を構築し、耐震架構５３を既存建物５１に連結するようにした方法である。この方法によれば、既存建物５１に対する補強工事を不要にするとともに、既存建物５１を使用状況においたまま、工事を行うことができる。
特許第３３６９３８７号公報

しかし、特許文献１に示された従来の耐震補強方法は、工場や倉庫などの、一層の階高が高い、またはスパンが大きい大空間の建物では、梁間（スパン方向）の補強が大規模な工事になり易い。特に、桁行方向に長い偏平な建物では、外部に面した構面の補強と合わせて、内部にも補強架構を構築するか、もしくは天井面を水平ブレースで補強する必要があり、建物を使用しながら工事するのが困難である。

さらに、地上レベルに車両などの動線スペースが必要な場合には、耐震補強架構の構築位置が制限されてしまうといった問題があった。

そこで、本発明は前記の問題を解決すべく案出されたものであって、一層の階高が高い既存建物であっても、その外側の地上レベルに車両などの動線スペースを確保しつつ耐震補強を行うことができる既存建物の耐震補強架構を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る既存建物の耐震補強架構は、既存建物の外部に、外壁面と直交する方向に設けられる耐震補強架構であって、該耐震補強架構の頂部の梁と地盤面との間に少なくとも一段の中間梁が設けられ、少なくとも一番下の前記中間梁を含む最下層は、純ラーメン構造で構築され、少なくとも最上層は、ブレース付ラーメン構造で構築されるとともに、その頂部に前記既存建物に連結される連結梁が設けられ、前記純ラーメン構造部分の柱せいは、前記ブレース付ラーメン構造部分の柱よりも大きく、かつスパンの外側に張り出していることを特徴とする。

ここで、中間梁を含む層とは、中間梁とその下部の柱などからなる架構をいい、中間梁よりも上部の層は、当該中間梁の上部の柱およびその上部の梁（頂部の梁、中間梁がある場合はこれも含む）などからなる架構をいう。また、ここで、外壁面とは、耐震補強架構が設けられた部分の外壁面をいう。なお、本発明に係る耐震補強架構は、外壁面と直交する方向に設けられる複数の平面架構を、外壁面に沿った方向に連結した立体架構も含む。さらに、ここで、スパンの外側とは、ブレース付ラーメン構造の外壁面と直交する方向に隣り合う柱の外側をいう。

前記構成によれば、少なくとも最下層が、純ラーメン架構で構築されており、ブレースなどが設けられていないので、車両などの動線スペースに耐震補強架構を構築しても、車両などの通行を妨げることはない。また、少なくとも屋根と連結される最上層が、ブレース付ラーメン構造で構築されているので、一層の階高が高い既存建物に対しても、効率的に剛性を高められる。さらに、純ラーメン構造部分の柱せいをブレース付ラーメン構造部分の柱よりも外側に延びて大きくすることで、効率的に剛性を得ることができる。また、純ラーメン構造の架構内の開口部が小さくなることがないので、柱が車両などの通行の妨げになることもない。

請求項２に係る発明は、 前記純ラーメン構造部分にマンサード型の補強を設けたことを特徴とする請求項１に記載の既存建物の耐震補強架構である。

本発明によれば、一層の階高が高い既存建物に対して耐震補強架構を構築することができ、既存建物の外側の地上レベルに車両などの動線スペースを確保することができるといった優れた効果を発揮する。

本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係る既存建物の耐震補強架構を実施するための最良の形態を示した正面図、図２は耐震補強架構の柱、梁およびブレースの取り合いを示した平面図、図３は耐震補強架構と既存建物を示した基礎伏図、図４は耐震補強架構と既存建物を示した梁伏図、図５は耐震補強架構と既存建物を示した梁伏図、図６は耐震補強架構と既存建物を示した断面図である。

本実施の形態では、二棟並列配置された工場棟を耐震補強する場合を例に挙げて、既存建物の耐震補強架構を説明する。

図５に示すように、既存建物１は、桁行方向に長く梁間方向に短い平面長方形状の工場棟であって、二棟の既存建物１，１が所定間隔を隔てて並列配置されている。既存建物１，１間には、トラックやフォークリフトなどの車両が通行する動線スペース２（図１参照）が形成されている。なお、本実施の形態では、既存建物１の形状に合わせて、図５中、左右方向（符号の向きを基準とする（以下同じ））を桁行方向とし、図５中、上下方向（符号の向きを基準とする（以下同じ））を梁間方向とする。なお、他の図にも桁行方向および梁間方向を明記しておく。

図１に示すように、本実施の形態に係る既存建物１の耐震補強架構３は、既存建物１の外部で、かつ既存建物１，１間に構築されている。耐震補強架構３は、柱と梁とが剛接合されたラーメン構造にて構築されている。耐震補強架構３は、当該耐震補強架構３が沿う既存建物１の外壁面に直交する方向に広がる複数の構面（平面架構）２６を有している。本実施の形態では、耐震補強架構３は、前記の平面架構を複数連結して構成される立体架構となっている（図５参照）。この立体架構は、既存建物１の桁行方向に長くなっている。なお、本発明に係る耐震補強架構は、立体架構に限られるものではなく、平面架構のみであってもよいのは勿論である。すなわち、前記構面２６は、少なくとも一つ形成されていればよく、本実施の形態のように、複数設けられた場合は、互いに連結され、立体架構となっている。なお、図１では、紙面左右方向が梁間方向となり、紙面表裏方向が桁行方向となる。かかる耐震補強架構３は、地盤面４と頂部の梁（以下「頂部梁」と称する）５との間に少なくとも一段の中間梁６を備えている。本実施の形態では、中間梁６は、地盤面４と頂部梁５との間に一段だけ形成されており、耐震補強架構３の高さ方向の略中央部に設けられている。

少なくとも一番下の中間梁６を含む下部の層（最下層）は、純ラーメン構造７で構築されている。本実施の形態では、中間梁６は一段であるので、耐震補強架構３の下側半分が純ラーメン構造７となっている。純ラーメン構造７は、中間梁６とその下部に設けられた下部柱９とを剛接合して形成されている。

一方、少なくとも一番上の中間梁６よりも上部の層（最上層）は、ブレース付ラーメン構造８で構築されている。本実施の形態では、耐震補強架構３の上側半分がブレース付ラーメン構造８となっている。ブレース付ラーメン構造８は、中間梁６の上部に位置する上部柱１１と頂部梁５とを剛接合して、これら上部柱１１と頂部梁５との間にブレース１２を掛け渡すことで構成されている。ブレース１２は、ブラケットを介してＨ形鋼などを上部柱１１や頂部梁５に接続することで構成されている。ブレース１２は、Ｋ型ブレースに座屈防止用ブレースを設けて構成されているが、これに限られるものではなく、Ｘ型のブレースや他の形状のものであってもよいのは勿論である。

構面２６は、純ラーメン構造７およびブレース付ラーメン構造８とで構築されている。そして、純ラーメン構造７部分の柱である下部柱９は、柱せいがブレース付ラーメン構造８部分の柱である上部柱１１よりも外側（スパンの幅方向外側、すなわち隣り合う上部柱１１の外側）に延びて大きいものが用いられている。本実施の形態では、下部柱９および上部柱１１は、ともに角形鋼管が用いられており、サイズの異なるものがそれぞれ採用されている。そして、下部柱９は、上部柱１１よりも柱せいおよび幅（柱せいと直交する方向の長さ）がともに大きくなっている。耐震補強架構３の梁間方向で互いに隣り合う下部柱９の内側（梁間方向の中心側）と、前記下部柱９の上部に繋がる上部柱１１の内側とは、面一になるように配置されている。すなわち、各下部柱９が、上部柱１１よりも外側（梁間方向の外側）にそれぞれ張り出すように配置されている。

下部柱９の内部には、コンクリート（図示せず）が充填されている。すなわち、下部柱９は充填鋼管コンクリート構造で構成されており、小さな断面積で大きな耐力を得られるとともに、座屈しにくくなり、通常の鋼管構造と比較して大きな剛性を得ることができる。

下部柱９は、地中の所定深さまで延ばして形成されている。具体的には、下部柱９は、その下端部が後記する地中梁１４よりも下方に位置するように形成されている。隣り合う下部柱９の柱脚部１５同士は、鉄骨鉄筋コンクリート製の地中梁１４で連結されている。地中梁１４は、隣り合う柱脚部１５間に、鉄骨梁１６を掛け渡して、その周囲に鉄筋（図示せず）を配設し、コンクリート１７を打設して形成されている。なお、地中梁１４は、鉄骨鉄筋コンクリート製に限られるものではなく、必要な固定強度を発揮できれば、鉄筋コンクリート製や鉄骨製の地中梁などの他の構成であってもよい。

地中梁１４の下面より下部に位置する下部柱９の下端部には、ベースプレート１８が設けられている。ベースプレート１８は、下部柱９の下端部に溶接などによって固定されている。ベースプレート１８の下部には基礎１９が形成されており、下部柱９は、ベースプレート１８を介して、アンカーボルト（図示せず）によって、基礎１９に固定されている。なお、図１中、２０は杭を示す。杭２０は、地盤が強固であるときなど、設けられない場合もある。

本実施の形態では、地中梁１４は、鉄骨鉄筋コンクリート構造により形成されているが、コンクリート１７は、鉄骨梁１６と下部柱９の柱脚部１５とを一体的に被覆している。

上部柱１１の上部には、既存建物１に連結される連結梁２４が設けられている。本実施の形態では、既存建物１が耐震補強架構３の梁間方向の両側に配置されているので、連結梁２４は、耐震補強架構３の両側に延出して形成されている。連結梁２４は、既存建物１，１の柱２５の頂部にそれぞれ連結されている。耐震補強架構３は、既存建物１の軒高より低く形成されており、連結梁２４は、既存建物１と、耐震補強架構３との間で傾斜して配設されている。連結梁２４は、既存建物１の屋根勾配と沿うように配置されるのが構造強度上好ましい（図１中、左側の連結梁２４参照）。前記のように、連結梁２４によって、耐震補強架構３と各既存建物１，１とが一体的に連結されて、耐震補強構造が形成されている。なお、既存建物１の高さや既存建物１と耐震補強架構３との配置関係によっては、必ずしも既存建物１の屋根勾配に沿わして連結梁２４を配置しなくてもよく、水平であってもよい（図１中、右側の連結梁２４参照）。連結梁２４の設置高さは、本実施の形態に限られるものではなく、既存建物や耐震補強架構の形状によって適宜決定されるのは勿論である。

以上、耐震補強架構３の梁間方向の構成について説明したが、図４および図５に示すように、上下二層からなる門型の構面２６は、耐震補強架構３の桁行方向に所定間隔をあけて配設されており、桁行方向に延びる中間梁２７（図４参照）および頂部梁２８（図５参照）を介して複数連接されている。桁行方向についても、梁間方向と同様に、耐震補強架構３の下側半分が純ラーメン構造７にて構築され、上側半分がブレース付ラーメン構造８にて構築されている。下部柱９および上部柱１１は、桁行方向に沿って多数配置されており、さらに、隣り合う下部柱９および上部柱１１間の距離は梁間方向の配置ピッチよりも長い。

したがって、図２に示すように、下部柱９と上部柱１１とは、梁間方向に見て同芯上に配置されている。すなわち、上部柱１１の両側（耐震補強架構３の桁行方向の両側）面から、下部柱９が同じ長さで張り出すように配置されている。なお、桁行方向に隣り合う下部柱９間に、車両通行用の開口部がある場合などは、下部柱９と上部柱１１の開口部側の面を面一にして、開口部側の下部柱９間距離を多く確保するようにしてもよい。

図５に示すように、梁間方向に延びる頂部梁５および桁行方向に延びる頂部梁２８には、これら頂部梁５，２８を互いに連結するブレース２９が接続されている。ブレース２９は、ブラケットを介して山形鋼などを頂部梁５，２８に連結することで構成されている。ブレース２９は、Ｘ型ブレースを並べて形成されている。

図３に示すように、耐震補強架構３の桁行方向に所定ピッチで配設された門型の構面２６間にも、桁行方向に隣り合う下部柱９の柱脚部間を連結する地中梁３１が設けられている。詳細は図示しないが、この地中梁３１も、柱脚部間に、鉄骨梁を掛け渡して、その周囲に鉄筋を配設し、コンクリートを打設して形成されている。地中梁３１は、基礎１９および他の地中梁１４と一体的に形成されている。なお、地中梁３１も、地中梁１４と同様に、鉄骨鉄筋コンクリート製に限られるものではなく、必要な固定強度を発揮できれば、鉄筋コンクリート製や鉄骨製の地中梁などの他の構成であってもよい。

なお、図３中、３６は、既存建物１のフーチング基礎を示し、３７は基礎梁を示す。図４および図５中、３８は、既存建物１の梁を示す。

次に、前記構成の耐震補強架構３の構築方法を説明する。

まず、既存建物１，１間の床面あるいは地盤面を掘削して、二列の平行な基礎１９（図１参照）を形成する。このとき、基礎１９が既存建物１のフーチング基礎３６と干渉する場合は、フーチング基礎３６を切削する（本実施の形態では干渉しない）が、後の工程で基礎１９と一体的に元の断面以上に復旧させるので、構造上問題はない。

その後、基礎１９上に、下部柱９を立設し、地中梁１４，３１の鉄骨梁１６および中間梁６，２７を取り付ける。さらに、上部柱１１を立設し、頂部梁５，２８やブレース１２，２９を取り付ける。そして、各部材の高さや傾斜を調整する建て入れ直しを行い各接合部のボルト本締めを行った後に、地中梁１４，３１のコンクリート１７を打設する。このとき、コンクリート１７は、基礎１９および切削されたフーチング基礎３６と一体的に打設される。そして、既存建物１，１間にコンクリートスラブなどの床面（車両などの走行面）を形成しておく。

このようにして耐震補強架構３が構築された後に、連結梁２４を耐震補強架構３および既存建物１に剛接合して、既存建物１と耐震補強架構３とを固定する。その後、連結梁２４が貫通した既存建物１の外壁などを改修して、耐震補強架構３の構築工事が完了する。

次に、前記構成の耐震補強架構３の作用を説明する。

前記構成の耐震補強架構３によれば、少なくとも地盤面４に接する層が、純ラーメン構造７で構築されており、ブレースなどが設けられていないので、車両などの動線スペース２に耐震補強架構３を構築しても、車両などの通行を妨げることはない。すなわち、動線スペース２に新たに配置されるのは、下部柱９のみであって、その下部柱９は、動線スペース２の端のほうで走行の邪魔にならない位置に設けられている。

さらに、上部柱１１よりも太くした下部柱９を、上部柱１１よりも外側（耐震補強架構３の梁間方向の外側）に張り出すように配置したことによって、車両などの動線スペース２を狭めることはない。したがって、車両の通行は勿論、長尺の資材などの運搬が行いやすくなる。

一方、前記構成の耐震補強架構３によれば、少なくとも一番上の層が、ブレース付ラーメン構造８で構築されているので、屋根に近い位置で効率的に剛性を高めることができる。特に、本実施の形態では、既存建物１との連結梁２４は、ブレース付ラーメン構造８の頂部に連結されており、既存建物１からかかる力をブレース１２などで受け止められる。一層の階高が高い既存建物１に対しても、屋根に近い上部の剛性を高めて耐震補強架構をせん断形にしているので効率的に補強できる。
耐震補強架構３の小型化が達成できるので、狭いスペースでの耐震補強架構３の構築が可能となる。

すなわち、耐震補強架構３は、下層を純ラーメン構造７で構築することで、障害物を最小限とすることができ、動線スペースの確保を図るとともに、上層をブレース付ラーメン構造８で構築することで、せん断形にし、必要な耐震性能を確保しながら耐震補強架構３の小型化を図っている。

また、下部柱９を、上部柱１１よりも外側に張り出すように配置したことによって、ブレース付ラーメン構造８のブレース１２の延長線上に下部柱９が位置することとなる。したがって、ブレース１２の軸力を下部柱９に流しやすくなり、耐震補強架構３の剛性を効率的に高めることができる。

そして、純ラーメン構造７の下部柱９には、コンクリートが充填されているので、より小さい断面で必要な剛性を得られるので、耐震補強架構のさらなる小型化が達成される。また、座屈防止や耐火性能の向上といった作用も得られる。さらに、ブレース１２から流れた軸力を効果的に支持できる。また、下部柱９の断面を小さくできることより、車両などの動線スペース２をより広く確保できる。

前記構成の耐震補強架構３によれば、下部柱９を地中梁１４，３１で連結しているので、柱脚部１５の固定度が大幅に高まり、露出型の柱脚と比較して、剛性を高めることができる。

本実施の形態では、所定の間隔を隔てて配置された既存建物１，１間に、耐震補強架構３を構築して、耐震補強架構３と各既存建物１，１とを一体的に連結して耐震補強構造を形成したことによって、複数の既存建物１，１を一つの耐震補強架構３で効率的に、補強できるとともに、隣り合う既存建物１，１間のスペースを車両の動線スペース２として有効に利用することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、本実施の形態では、中間梁６は、頂部梁５と地盤面４との間に一段設けられただけであるが、これに限られるものではない。補強すべき既存建物が高い場合には、さらに多段に中間梁を設けてもよい。一方、本実施の形態では、一段設けられた中間梁６は、耐震補強架構３の中間の高さに設けられているが、これに限られるものではなく、通行する車両の高さや構造計算に応じて適宜決定される。

また、中間梁６を含む下部の層は、動線スペース２で車両が走行可能であれば、純ラーメン構造７部分にマンサード型の補強を設けてさらに剛性を高めてもよい。

さらに、本実施の形態では、互いに平行配置された二棟の既存建物１，１間に耐震補強架構３を構築した例を挙げて説明したが、既存建物１および耐震補強架構３の配置状態は、前記実施の形態のものに限られるものではない。たとえば、雁行状に配置された複数の既存建物間に耐震補強架構を構築して、既存建物全体を耐震補強架構で一体的に連結するようにしてもよい。

本発明に係る既存建物の耐震補強架構を実施するための最良の形態を示した正面図である。 本発明に係る既存建物の耐震補強架構の柱、梁およびブレースの取り合いを示した平面図である。 本発明に係る既存建物の耐震補強架構と既存建物を示した基礎伏図である。 本発明に係る既存建物の耐震補強架構と既存建物を示した梁伏図である。 本発明に係る既存建物の耐震補強架構と既存建物を示した梁伏図である。 本発明に係る既存建物の耐震補強架構と既存建物を示した断面図である。 従来の耐震補強架構を示した概略斜視図である。

符号の説明

１ 既存建物
３ 耐震補強架構
４ 地盤面
５ 頂部梁（頂部の梁）
６ 中間梁
７ 純ラーメン構造
８ ブレース付ラーメン構造
１４ 地中梁
１８ ベースプレート
２６ 構面
２７ 中間梁
２８ 頂部梁（頂部の梁）
３１ 地中梁

Claims (2)

1. 既存建物の外部に、外壁面と直交する方向に設けられる耐震補強架構において、
   該耐震補強架構の頂部の梁と地盤面との間に少なくとも一段の中間梁が設けられ、
   少なくとも一番下の前記中間梁を含む最下層は、純ラーメン構造で構築され、
   少なくとも最上層はブレース付ラーメン構造で構築されるとともに、その頂部に前記既存建物に連結される連結梁が設けられ、
   前記純ラーメン構造部分の柱せいは、前記ブレース付ラーメン構造部分の柱よりも大きく、かつスパンの外側に張り出している
   ことを特徴とする既存建物の耐震補強架構。
2. 前記純ラーメン構造部分にマンサード型の補強を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の既存建物の耐震補強架構。

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