JP5144182B2 - 既存建物の耐震補強構造並びに耐震補強方法 - Google Patents

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本発明は、既存建物の耐震補強構造並びに方法に関する。
既存建物の耐震性を向上させる補強方法として、既存建物の外方に近接してラーメン構造の補強フレームを構築して、該補強フレームを既存建物と一体化させる技術が、以下の特許文献1〜4に記載されている。
特開平10−292638号公報 特開2001−49874号公報 特開2004−169504号公報 特開平10−46834号公報
かかる補強フレームと既存建物との接合には、一般的に鉄筋アンカーを既存建物に打設して、該アンカーを取り囲む型枠内にモルタルを注入する工法が用いられている。
特許文献1及び4に記載の建物の補強方法は、既存建築物の少なくとも一側面の外方に、独立した基礎部を有する補強フレームを立設して、この補強フレームの梁と既存梁とを接合するものであるが、独立した基礎部を施工するものであるため既存建築物の基礎構造や周辺の地下構造などによって施工し難い場合がある。
特許文献2に記載の既存構造物の耐震補強工法は、既存構造物の外周部の柱と梁に沿う鋼製の柱と梁とを有する架構を既存構造物の外側に新設し、この新設の鋼製柱梁架講を既存構造物の柱梁架講と一体化させることにより、既存構造物の耐力および剛性を向上させるものである。しかし、当該工法によって構築される構造は、新設の鋼製柱梁架講を設置した部位の剛性を向上させるものであるが、地震時に上層階で生じる水平力をどこに逃がすかは考慮されていない。
特許文献3に記載のRC造用ブレースレス耐震補強工法は、鉄筋コンクリート造の建物の外面に鉄骨を取付けて一体化するものであって、地震などにより既存RC梁やH形鋼梁から水平荷重を受けたとき既存RC柱とH形鋼柱とを同程度に変形させ、両者の接合部位で付加的に発生する応力を可及的に小さく抑えるとともに、RC柱が降伏してもその後の変形を抑制しつつ、RC柱・H形鋼柱複合体の擬弾性変形域をH形鋼柱のそれに匹敵するまで確保し、かつその水平耐力を増大させておくというものである。
これら従来の耐震補強法は、既存建物の構造や周辺の地盤構造等の条件が揃えばそれぞれ有用に利用できるものであるが、既存建物の一階部分に剛性の高い柱が存在するような場合、上層階で生じる水平荷重を既存建物の一階部分の柱に伝達させることで、従来工法とは異なった方法で効率の良い耐震補強を実施できる。
かかる知見に基づいてなされた本発明の既存建物の耐震補強構造は、複数階建の既存建物の外側に、その外周の既存柱及び既存梁に対応する新設柱及び新設梁を有する補強フレームを基礎部を設けずに構築し、新設梁は、既存梁に一体的に結合し、新設柱は、所定階では該新設柱と対応する既存柱と一体的に結合し、他の階では既存柱と結合しないことを特徴とするものである。
以上
本発明の耐震補強構造によれば、新設の補強フレームに基礎部を設けていないため、既存建物の基礎構造や周辺地下構造に影響を受けることなく施工可能である。また、新設柱を一部を除き既存建物に結合していないので、補強フレームの変形の自由度が確保されるとともに全体的には垂直荷重に対して既存建物とは独立しており、既存架講の影響を受けることなく既存建物に発生する地震荷重の一部を新設柱の一部に伝達可能であり、既存架講とともに補強フレームによって既存建物に発生する地震応力を吸収できる。また、新設柱は、一部以外の殆どの部分で既存建物に結合していないため、アンカーの打設やモルタル注入の工数を低減させることができ、工期中における騒音振動の低減が図られ、工期中に既存建物を使用しても居住性が確保される。
上記本発明の耐震補強構造において、既存建物の一階部分、すなわち既存の基礎に直結した既存柱の部位に新設柱の一部を結合させることができる。勿論、低層階が十分な耐力、剛性を有している場合には、補強が必要な上層階部分のみに補強フレームを構築することもでき、その場合は補強が必要な上層階部分の最下階部分の既存柱と新設柱とを結合させればよい。また、新設柱と既存柱とを一体的に結合する所定階部分において、特に耐震性や剛性の高い所定スパンのみにおいて新設柱と既存柱とを一体的に結合した構造も本発明に包含される。かかる本発明において、「所定階」及び「所定スパン」とは、水平力を補強フレームで伝達し断面力が発生した新設柱から既存柱に戻す階やスパンであり、例えば、基礎の直上の階やメガストラクシャーが構築されている階、連層耐震壁が構築されているスパンなど、耐震性能が充分、または他に比べて軽微な耐震補強で充分な耐震性能が発揮できる階やスパンである。
また、補強フレームはさらにブレースを有し、新設柱、新設梁及びブレースによりブレース付きラーメン構造を構成させることができる。これによれば、水平力をブレースに負担させることで新設柱として軽量の鉄骨フレームを採用でき、既存建物への負担を軽減できる。もちろん、ブレースレスラーメン構造を採用してもよく、補強フレームをRC造で構成しても良い。
また、本発明は、上記した本発明の耐震補強構造を用いた既存建物の耐震補強方法である。
本発明によれば、地震時に各階で発生する水平力を、補強フレームを介して所定階部分の既存柱に伝達させることで地震応力を逃がすことができ、基礎の施工並びに補強柱部分のアンカー工事不要で工期中の騒音振動や施工コスト低減を図ることができる。
図1〜図5は本発明の一実施形態に係る既存建物の耐震補強方法並びに耐震補強構造を示すものであって、図1(b)に矢印Aで示す側が既存建物であり、矢印Bで示す側が新設した補強フレームである。
既存建物は、図示例では8階建てのビルであって、複数階にわたる既存柱1と各階の既存梁2とによってラーメン構造の既存架講を構築しているとともに、各既存梁2上には床スラブ3が一体的に構築されている。符号4は建物の外壁である。
補強フレーム5は、既存建物の少なくとも一側面の外側にその外壁4に近接して構築されており、既存建物の外周の既存柱1及び既存梁2に対応する新設柱6及び新設梁7を有するとともに、ブレース8を有し、新設柱6、新設梁7及びブレース8によりブレース付き鉄骨ラーメン構造が構成されている。新設柱6、新設梁7及びブレース8はいずれも断面H形の鉄骨材によって形成されている。
ブレース8は、偶数階部分の新設梁7の軸方向中心部と、奇数階部分の新設梁7と新設柱6との接続部分とを接続している。勿論、ブレース8の配置並びに構造は図示実施例に限定されるものではなく、補強フレーム5のスパンその他の構成によって適宜変更できるものであるし、新設柱6及び新設梁7として十分な強度を有する構成とすればブレース8は必ずしも設ける必要はない。
各新設梁7は、図2及び図3に示すように床スラブ3を介して既存梁2に一体的に結合されている。即ち、既存建物の外壁4を貫通して床スラブ3にわたる横穴を穿設して、該横穴にアンカー9を打ち込み、新設梁7側に溶接により固着したスタッド10とアンカー9とを接続し、適宜鉄筋11を配置した上で、モルタル注入により鉄筋コンクリート造の接合スラブ16を現場施工により新設梁7と既存建物との間に構築して、該接合スラブ16を介して新設梁7と既存梁2とを一体的に結合する。
本発明では、新設柱6は基本的には既存建物に結合させず、これにより補強フレーム5の変形の自由度を確保して、既存建物の架講とは独立して地震応力の一部を負担できるようにする。その一方、各階で発生する水平力によって蓄積される新設柱6の軸力や曲げモーメントや剪断力などの断面力を効率的に逃がすために、新設柱6の一部、即ち本実施例では既存柱1の1階部分に対応する新設柱6’を該既存柱1の1階部分に一体的に結合し、各階の既存梁2から対応する新設梁7に伝達される水平力によって各階の新設柱6に生じる断面力を、2階〜8階部分の新設柱6を介して1階部分の新設柱6’に伝達させ、これにより各階の既存梁2に生じる水平力の一部を補強フレーム5を介して1階部分の既存柱1に断面力として伝達させるようにしている。
図4及び図5は新設柱6’と既存柱1との結合構造の一例を示し、図1(b)にも示されるように1階部分の新設柱6’の軸方向3カ所で新設柱6’と既存柱1とを結合している。即ち、既存柱1の外面を覆う既存躯体12を斫り既存柱1を露呈させ、新設柱6’から既存柱1に向けて延設させた左右一対の鋼板13を既存柱1に溶接して、これにより新設柱6’と既存柱1とを一体的に結合している。また、該対の鋼板13内に適宜鉄筋14を配置してモルタル注入により鉄筋コンクリート造のスペーサを現場施工して、対の鋼板13の幅方向の圧縮力に対する耐性を向上している。その後、斫った躯体部分を現場施工のコンクリート製補修部15によって修復する。
本実施形態の耐震補強方法並びに耐震補強構造によれば、既存建物の上層階で生じる水平力の一部を補強フレーム5により負担させ、その水平力によって新設柱6に生じる断面力を新設柱6を介して一階部分に伝達させ、基礎に直結されている一階部分の既存柱に逃がすことができる。したがって、新設の基礎が不要なものでありながら、既存建物の上層階で生じる応力を基礎へ伝達させる新たな応力伝達経路を簡易な構造で新設でき、アンカーの施工数も可及的に少なくすることができて工期中の居住性を向上できる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更できるものである。
本発明の一実施形態に係る耐震補強方法を適用した鉄骨補強フレームを示し、(a)は補強フレームの正面図、(b)は補強フレームを既存建物の外方に設置した状態を示す側面断面図である。 同補強フレームの新設梁と既存建物との接合構造を示す側面断面拡大図である。 同補強フレームの新設梁と既存建物との接合構造を簡略して示す平面断面図である。 同補強フレームの一階部分の新設柱と既存柱との接合構造を示す側面拡大図である。 同補強フレームの一階部分の新設柱と既存柱との接合構造を示す平面断面図である。
符号の説明
1 既存柱
2 既存梁
5 補強フレーム
6 新設柱
6’ 一階部分の新設柱
7 新設梁
8 ブレース

Claims (3)

  1. 複数階建の既存建物の外側に、その外周の既存柱及び既存梁に対応する新設柱及び新設梁を有する補強フレームを基礎部を設けずに構築し、
    新設梁は、既存梁に一体的に結合し、
    新設柱は、所定階では該新設柱と対応する既存柱と一体的に結合し、他の階では既存柱と結合しないことを特徴とする既存建物の耐震補強構造。
  2. 前記新設柱は、前記既存建物の一階部分の既存柱とのみ一体的に結合されていることを特徴とする請求項1に記載の耐震補強構造。
  3. 請求項1又は2に記載の既存建物の耐震補強構造を用いた既存建物の耐震補強方法。
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