JP5213248B2

JP5213248B2 - 既存建築物の耐震補強構造

Info

Publication number: JP5213248B2
Application number: JP2008318068A
Authority: JP
Inventors: 忠成瀬; 弘明龍神
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: JP2010138658A

Description

本発明は、既存建築物の耐震補強構造に関するものであり、特に、ＲＣ造又はＳＲＣ造の建築物でラーメン構造又は壁式ラーメン構造に好適に適用可能な既存建築物の耐震補強構造に関するものである。

従来、既存建築物を耐震補強するための方法が種々提案されている。例えば、Ｓ造の新設柱梁架構（枠）にＳ造ブレースを接続した枠付き鉄骨ブレースの直付け補強工法が開示されている（非特許文献１参照）。この耐震補強工法では、既存建築物と枠付き鉄骨ブレースとを接続するために、あと施工アンカーを用いている。

また、ＲＣ造の新設架構内部にＳ造の板材を内蔵して、あと施工アンカーで固定し、Ｓ造板材の周囲に割裂防止筋と称する閉鎖形状の鉄筋を配置し、既存柱梁面の外側に型枠を設けてコンクリートを充填するようにした、いわゆるピタコラム工法が学校建築物を中心に広く適用されている。また、通常のＲＣラーメン構造の柱仮架構を新設し、あと施工アンカーを介して既存建築物と一体化する工法も知られている。

『既存鉄筋コンクリート造建築物の「外側耐震改修マニュアル」−枠付き鉄骨ブレースによる補強− 財団法人日本建築防災協会発行２００３年２月１０初版２刷』

しかし、上述した従来の耐震補強構造には、以下のような問題があった。
枠付き鉄骨ブレースの直付け補強工法では、補強材料がすべてＳ製になるため材料費が高くなる。また、新設柱梁架構（枠）がＳ造であるため錆が発生するおそれがあり、長期的なメンテナンスが必要である。さらに、ＲＣ造の既存躯体との外観上の調和が取れないばかりでなく、タイルの貼り付けや吹き付け塗装ができないため意匠上の制約がある。

また、いわゆるピタコラム工法では、まず始めに、既存躯体に対して、あと施工アンカーを固定し、その後、Ｓ造の板材をクレーンで吊りながら所定位置に設けたすべての孔に、あと施工アンカーを挿通して固定しなければならないため、施工に手間を要する。さらに、板材はＳ製であるため材料費が高くなる。

また、ＲＣ造ラーメン構造に架構を新設する工法では、新設の柱の厚みを２０〜３０ｃｍとした場合、柱主筋の付着割裂破壊及びせん断破壊が起こりやすくなり、柱の本数を多くしたりする必要が生じる。さらに、ＲＣ架構はＳ架構に比べて小さい変形で耐力低下が始まるため、Ｓ造ブレースとの併用が難しくなる。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されもので、施工に手間を要せず、また、新設の柱梁架構の厚みを薄くすることができ、さらに、大きな変形があっても耐力が低下しない既存建築物の耐震補強構造を提供することを目的とする。

本発明の既存建築物の耐震補強構造は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。
すなわち、本発明の既存建築物の耐震補強構造は、既存建築物外面の既存柱及び既存梁に、ＲＣ造の新設柱及び新設梁からなる柱梁架構を増設する。そして、新設柱は、４隅の柱平行主筋に加えてＸ形配筋が配置されていることを特徴とするものである。なお、新設梁に対しても、４隅の梁平行主筋に加えてＸ形配筋を配設してもよい。

また、前記構成に加えて、新設柱及び新設梁からなる柱梁架構は、ブレースを備えることが可能であり、さらに、ブレースは、制振手段を備えることが可能である。

このような構成からなる既存建築物の耐震補強構造では、４隅の柱平行主筋に加えてＸ形配筋を配置することにより、地震等の影響により新設柱に逆対称モーメントが生じると、一端で引張力が加わるＸ形鉄筋は他端でも引張力が加わることになり、また、一端で圧縮力が加わるＸ形鉄筋は他端でも圧縮力が加わることになる。したがって、Ｘ形配筋のみで曲げモーメントと、その曲げモーメントに起因して発生するせん断力に抵抗することができる。

また、理論的には、Ｘ形配筋に対する付着割裂の設計は不要であり、Ｘ形配筋に対してのせん断補強筋も不要である。なお、実用的には、Ｘ形配筋のみのせん断力では補強できるせん断力が不足するため、４隅の平行配筋とせん断補強筋を配置することになるが、上述した理由により、従来の新設柱と比較して厚みを薄くすることができる。

また、Ｘ形配筋のみの機構では、Ｘ形配筋とコンクリートとの付着が完全に切れた状態となっても、柱の力学的挙動は鋼材の性質に支配され、大変形した場合であっても耐力が低下しにくい安定した構造となる。

さらに、上述したＸ形配筋の特性は、短スパンになればなるほど、より明瞭になるため、本発明は内法階高が比較的小さい古い建築物ほど有効となり、特に耐震補強が必要となる建築物に好適に用いることができる。

本発明の既存建築物の耐震補強構造によれば、新設の柱梁架構をすべてＲＣ造とすることにより、タイルや吹き付け塗装が可能となり、既存躯体のＲＣ造との外観上の調和がとりやすい。また、Ｓ造特有の錆の発生がなく、Ｓ材を使用しないためコストを低減することができる。また、従来のピタコラム工法と比較して、Ｓ造の板材に設けた孔のすべてに、あと施工アンカーを貫通させる作業がなくなり、施工性が向上する。

また、Ｘ形配筋を配置することにより、平行配筋と比較して新設柱の厚みを薄くすることができる。さらに、変形性能が向上するため、ブレース及び制振手段の性能をより一層効果的に引き出すことができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る既存建築物の耐震補強構造の実施形態を説明する。図１〜図７は本発明の実施形態に係る既存建築物の耐震補強構造を示すもので、図１は新設柱への配筋状態を示す模式図、図２は新設の柱梁架構の配筋状態を示す正面図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。また、図５はブレースを取り付けた新設の柱梁架構の配筋状態を示す正面図、図６はブレースの取り付け方法の第１の実施形態を示す正面図、図７はブレースの取り付け方法の第２の実施形態を示す正面図である。また、図８は、Ｘ形鉄筋に加わる力を示す説明図である。

＜耐震補強構造＞
本発明の実施形態に係る既存建築物の耐震補強構造は、図１〜図４に示すように、既存建築物外面の既存柱５０及び既存梁６０に、ＲＣ造の新設柱１０及び新設梁２０を増設して新柱梁架構を形成した構造となっている。

＜新設柱＞
新設柱１０は、図１〜図３に示すように、４隅に柱平行主筋１１を配筋し、これらの柱平行主筋１１を取り囲むようにして柱せん断補強筋１２を配筋している。さらに、新設柱１０には、４隅の柱平行主筋１１に加えて、その内側にＸ形配筋１３が配置されている。
既存柱５０に新設柱１０を増設するには、既存柱５０にアンカー挿入孔（図示せず）を穿孔し、このアンカー挿入孔内にあと施工アンカー１４を挿入すると共にグラウト材若しくは接着剤を注入して、既存柱５０にあと施工アンカー１４を固定する。そして、このあと施工アンカー１４を用いて、新設柱１０を増設する。図３中、符号７０は既存壁を示す。

＜Ｘ形配筋＞
図８に示すように、Ｘ形鉄筋に逆対称モーメントが発生すると、Ｘ形鉄筋を構成する各鉄筋には、それぞれ引張力又は圧縮力が加わることになる。図８では、地震等の影響により、Ｘ形鉄筋の上端部及び下端部に右回りのモーメントＭが発生した場合を示している。この場合、左上から右下へ向かう鉄筋には、上下端においてそれぞれ引張力Ｔが加わることになる。一方、右上から左下へ向かう鉄筋には、上下端においてそれぞれ圧縮力Ｃが加わることになる。

せん断耐力をＱ、Ｘ形鉄筋の高さをｌ、Ｘ形鉄筋の最大間隔をｍｄとすると、引張力Ｔ及び圧縮力Ｃは、以下に示す式で表すことができる。

このように、地震等の影響により新設柱１０に逆対称モーメントが生じると、一端で引張力が加わる鉄筋は他端でも引張力が加わることになり、また、一端で圧縮力が加わる鉄筋は他端でも圧縮力が加わることになるため、Ｘ形配筋１３のみで曲げモーメントとせん断力を伝達することができる。このため、従来の新設柱１０と比較して厚みを薄くすることができる。

＜新設梁＞
新設梁２０には、図１、図２、図４に示すように、４隅を含む外周部に梁主筋２１を配筋し、これらの梁主筋２１を取り囲むように梁せん断補強筋２２を配筋している。既存梁６０に新設梁２０を増設するには、既存梁６０にアンカー挿入孔（図示せず）を穿孔し、このアンカー挿入孔内にあと施工アンカー２３を挿入すると共にグラウト材若しくは接着剤を注入して、既存梁６０にあと施工アンカー２３を固定する。そして、このあと施工アンカー２３を用いて、新設梁２０を増設する。図４中、符号８０は既存床を示す。

なお、本実施形態では、新設柱１０にのみＸ形配筋１３を行い、新設梁２０ではＸ形配筋１３を行っていないが、新設梁２０においてもＸ形配筋１３を行うことができる。すなわち、Ｘ形配筋１３の特性は、短スパンになればなるほど明瞭になるため、新設梁２０のスパンが短い場合にはＸ形配筋１３を行うメリットがある。

＜ブレース＞
先に説明したように、本発明の耐震補強構造によれば、変形性能が向上するため、ブレースの性能をより一層効果的に引き出すことができる。そこで、本実施形態では、図５に示すように、新柱梁架構に鉄骨製のブレース３０を設けている。このブレース３０は、公知の技術を用いたもので、上側の新設梁２０と下側の新設梁２０との間に斜行するブレース材を取り付けた構造となっている。なお、ブレース３０の構造は、図５に示すものに限られず、公知の種々の構造を用いることができる。

次に、ブレース３０の取り付け構造の実施形態について説明する。
ブレース３０を新設梁２０及び新設柱１０に取り付けるための構造の第１の実施形態として、図６に示すような構造がある。図６に示す構造は、新設梁２０又は新設柱１０にアンカー１００を埋め込み、このアンカー１００に取付片３１を取り付けることによりブレース３０を配設するようにしたものである。

また、ブレース３０を新設梁２０及び新設柱１０に取り付けるための構造の第２の実施形態として、図７に示すような構造がある。図７に示す構造は、新設梁２０又は新設柱１０を貫通するボルト１１０を取り付け、取付片３１とプレート３２との間に新設梁２０又は新設柱１０を挟み込んで、ボルト１１０の両端にナット１１１を螺着することにより、ブレース３０を配設するようにしたものである。
なお、ブレース３０の取り付け構造は、上述した例に限られず、公知の種々の構造を用いることができる。

＜制振手段＞
また、本発明の耐震補強構造によれば、変形性能が向上するため、制振手段の性能をより一層効果的に引き出すことができる。そこで、本実施形態では、図５に示すように、ブレース３０に制振手段４０を設けている。この制振手段４０は、公知の技術を用いたもので、例えば、制振ダンパーからなる。制振手段は、どのような構造であってもよいが、特開２００１−３５５３４８号公報に開示されている粘弾性部材からなる制振ダンパーや、特開２００１−１８２３５９号公報に開示されている高減衰ゴム、粘弾性材、低摩擦樹脂材等からなる制振ダンパーを用いることができる。

新設柱への配筋状態を示す模式図。新設の柱梁架構の配筋状態を示す正面図。図２におけるＡ−Ａ断面図。図２におけるＢ−Ｂ断面図。ブレースを取り付けた新設の柱梁架構の配筋状態を示す正面図。ブレースの取り付け方法の第１の実施形態を示す正面図。ブレースの取り付け方法の第２の実施形態を示す正面図。Ｘ形鉄筋に加わる力を示す説明図。

符号の説明

１０新設柱
１１柱平行主筋
１２柱せん断補強筋
１３Ｘ形配筋
１４あと施工アンカー
２０新設梁
２１梁主筋
２２梁せん断補強筋
２３あと施工アンカー
３０ブレース
３１取付片
３２プレート
４０制振手段
５０既存柱
６０既存梁
７０既存壁
８０既存床
１００アンカー
１１０ボルト
１１１ナット

Claims

既存建築物外面の既存柱及び既存梁に、ＲＣ造の新設柱及び新設梁からなる柱梁架構を増設し、
少なくとも前記新設柱は、４隅の柱平行主筋に加えてＸ形配筋が配置されていることを特徴とする既存建築物の耐震補強構造。
前記新設柱及び新設梁からなる柱梁架構は、ブレースを備えていることを特徴とする請求項１に記載の既存建築物の耐震補強構造。
前記ブレースは、制振手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の既存建築物の耐震補強構造。