JP5374677B2 - ピン装置を用いた既存建物の補強方法及び補強構造 - Google Patents

Description

本発明は既存建物の補強方法及び補強構造に係り、一対のピン装置を建物の躯体に取付けて、このピン装置間を接続材で接続することで、既存建物の耐震性能を高めるようにしたピン装置を用いた既存建物の補強方法、及び補強構造に関する。

既存建物の耐震性能を向上させるための耐震補強工法が種々提案されている。大別すると、建物内部において、構造体である耐震壁の増設や、柱、梁の補強等の内装の変更を必要とする耐震補強工法と、建物の構造体の外殻面に鉄骨フレームからなる補強構造体を新設する耐震補強工法とがある。前者については、建物内部での工事を必要とするため、建物を使用しながらの工事は困難である。一方、後者の外殻に補強構造体を付加する耐震補強工法では、既存建物の脆弱性を補う補強構造体を、建物を使用しながら適宜付加することができる。また、耐震壁等の増設によって、空間や開口が遮られることを防止するため、代替策として、ブレース材を建物の柱梁架構の内側や外側面に取付ける建物の補強方法も一般に知られている。出願人も数件の公知先行技術を確認している（特許文献１，特許文献２）。

特許文献１は、建物の外殻にＨ型鋼からなる補強構造体を付加し、この補強構造体の枠組み内にガセットを介してＶ字状のブレースを組み込む耐震補強工法を例示している。この耐震補強工法は、補強構造体に溶植されたスタッドと、建物の表面に打ち込まれたアンカとに、スパイラル筋を介挿した後モルタルを充填して、建物に補強構造体を取付ける点に特徴がある。

特許文献２は、Ｈ型鋼からなる鉄骨周辺枠と、鉄骨ブレースとからなる枠付き鉄骨ブレースを、既存建物の柱梁架構の内周面及び外側面に増設する耐震補強工法を例示している。この耐震補強工法は、鉄骨周辺枠を形成するＨ型鋼の両フランジにボルトを練通させて鋼板を取付け、この鋼板を型枠として形成した空間に建物の表面に打ち込まれたアンカを収容して、モルタル等を充填する点に特徴がある。

特開平１１−１９３６３９号公報 特開２００２−４７８０８号公報

ところで、特許文献１及び特許文献２に開示した発明は、建物表面に多数のアンカ等の定着材を打ち込む必要があり、施工に多大な労力が発生し、コストアップの要因となっていた。また、定着材の打ち込み時に発生する騒音、振動が、無視できない問題となっていた。
また、特許文献１及び特許文献２に開示した発明によると、既存の建物にブレース材を付加する場合、構成枠体とブレース材との連結にガセット等を介さなければならない。ブレース材を付加することによる二次応力の発生を小さくするため、ガセットの構造に配慮し、ブレース材の図心を柱梁部材の交点である格点に交差させたとしても、二次応力の発生は少なからず発生する。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、従来工法に比べ、補強構造体を少ない定着材で取付けることにより、施工費用の低減と、施工時に発生する騒音と振動とを抑えた、ピン装置を用いた既存建物の補強方法、及び補強構造を提供することにある。
また、補強構造体の設置に伴って発生する二次応力をできる限り小さくすることができる、ピン装置を用いた既存建物の補強方法、及び補強構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るピン装置を用いた既存建物の補強方法は、既存の建物の躯体に、定着材の一端を突出させて前記定着材を固定し、軸線が法線方向に設定された円筒形状の軸ピンを一面に固着したベース板を、前記躯体と所定の隙間をあけて配し、前記ベース板に形成された定着材挿通孔に前記定着材を挿通し、前記ベース板と前記躯体との前記隙間に固化材を充填し、前記固化材の固化後、締結材を締結して、前記躯体と前記ベース板と前記固化材とを一体化してピン装置を設け、前記既存の建物を補強する制振装置の両端に設けられた外筒部を、前記ピン装置の軸ピンに、該軸ピン回りに回動可能に嵌合し、前記躯体に離れて設けられた一対のピン装置間を前記制振装置で連結することを特徴とする。

また、前記ベース板は，前記建物の柱部材と梁部材との柱梁接合部に取付けられることが好ましい。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るピン装置を用いた既存建物の補強構造は、 既存の建物の躯体の外側面に取付けられるベース板と、前記躯体と前記ベース板との隙間に形成される固化体と、前記ベース板に固着され、軸線が前記ベース板の法線方向に設定された円筒形状の軸ピンを有するピン装置と、該ピン装置に回動可能に嵌合された外筒部が両端部に設けられた制振装置と、を備え、前記軸ピンに前記制振装置の両端部の外筒部を嵌合して、前記躯体に離れて設けられた一対のピン装置間を前記制振装置で連結したことを特徴とする。

また、前記ベース板は，前記建物の柱部材と梁部材との柱梁接合部に取付けられることが好ましい。

本発明によれば、従来工法に比べ、ブレース材等の接続材を、少ない締結材で既存の建物に取付けることができる。そのため、施工費用を低減し、施工時に発生する騒音と振動とを抑えることができるという効果を奏する。
また、既存建物の柱梁接合部にピン装置を取付けることができるため、接続材の付加に伴って発生する二次応力を、従来の工法と比べて小さく抑えることができる。

以下、本発明の接続材を用いた既存建物の補強方法、及び補強構造を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るピンを用いた既存建物の補強構造が取付けられた、一例としての既存建物の斜視図である。この既存建物１は、４階建て鉄筋コンクリート造からなり、柱部材３と梁部材４との交差部のうち、所定の柱梁接合部２の外側面に、外殻補強構造の一部としてのピン装置１０が固着されている。ピン装置１０は、その軸線が柱部材３および梁部材４を含む平面骨組の軸線の格点に直交するように設定され、各交点位置に配されている。ピン装置１０は、既存建物１の外面において、縦横格子状をなす柱梁架構の所定区画の対角交点において、一対をなすように配されている。本実施形態では、６組（計１２個）のピン装置１０が、柱梁接合部２に取り付けられている。

一対をなしたピン装置１０間には、本実施形態では、シリンダータイプの制振装置２０が配されている。そして、制振装置２０の両端が既存建物１の側面において、ピン装置１０を介してピン接合された状態にある。ここで、シリンダータイプの制振装置２０とは、円筒形の容器に充填材を密閉し、容器内部のピストンが往復運動することにより受ける充填材の抵抗力を利用した減衰装置の総称をいう。例えば制振装置２０としては、充填材として所定の粘度を有した油を用いた公知のオイルダンパー等が好適である。

図２は、図１中破線で囲んで記したII部を拡大して示した、既存建物の柱梁接合部に取付けられたピン装置の分解斜視図である。図２に示すように、柱梁接合部２には、ＰＣ鋼棒５を介して無収縮モルタル６と取付プレート１１とが取付けられている。取付プレート１１の中央には、軸ピン１２が溶接付けされている。軸ピン１２は、外径の異なる三種類の円筒部から構成され、取付プレート１１に固着する側から先端に向けて、外径の小さな円筒部が形成されている。そして、中径部（三段状をなした円筒部の中間外径部）の円筒部には、外周面上に２本の角溝が形成され、それら角溝内にＯリング１８が装着されている。また、取付プレート１１の中央付近には、４つのネジ切り孔（図示せず）に螺合した調整ボルト２５が取付けられている。調整ボルト２５の先端は、柱部材３と接触している。また、無収縮モルタル６と取付プレート１１との下端には、Ｌ型鋼からなる仮受け材２２が、取付アンカ２３により柱部材３に取付けられている。

取付プレート１１に溶接付けされた軸ピン１２には、ポリテトラフルオロエチレン製のパッド１３（以下、ＰＴＦＥパッド１３と記す）、ピン外筒１４、外筒取合部１５、ＰＴＦＥパッド１６、２つの固定ナット１７が装着されて、ピン装置１０が構成される。ピン外筒１４は、円筒形の円筒部と、円筒部外周に取付いたフランジ部とから構成され、フランジ部は外筒取合部１５とボルト連結されている。これにより、ピン外筒１４と外筒取合部１５とは、軸ピン１２回りに回動することができる。なお、図１に示した制振装置２０の両端は外筒取合部１５とボルト連結されることにより、制振装置２０の両端は既存建物１（図１）にピン接合されている。また、制振装置２０と外筒取合部１５とが一体となった制振装置２０を取付けることも可能である。

図３各図は、図２中の矢視III−IIIで示した断面図で、取付プレートの構造物への取付手順を示したものである。
図３（ａ）に示すように、梁部材４には、梁部材４内部に配された鉄筋との干渉を避けた位置に、梁部材４を貫通するＰＣ鋼棒挿通孔１９を穿孔する。次に、一端にナットを取付けたＰＣ鋼棒５を挿入する。続いて、ＰＣ鋼棒５とＰＣ鋼棒挿通孔１９との隙間にグラウト材２１を注入し、ＰＣ鋼棒５を梁部材４に固定する。ＰＣ鋼棒５にはアンボンドＰＣ鋼棒が用いられ、ＰＣ鋼棒５とグラウト材２１との付着が断たれている。

次に、図３（ｂ）に示すように、仮受け材取付アンカ２３を柱部材３に打ち込み、仮受け材２２を水平に柱部材３に取付ける。続いて、仮受け材２２の上面に必要に応じて高さ調整プレート２４を載置する。調整プレート２４は、仮受け材２２の上面、あるいは調整プレート２４の上面に取付プレート１１を載置した際に、調整プレート２４が所定の高さ位置となるように、その厚さが決定されている。

次に、図３（ｃ）に示すように、取付プレート１１を高さ調整プレート２４の上面に載置しつつ、取付プレート１１のＰＣ鋼棒用の貫通孔（図示せず）にＰＣ鋼棒５を挿通する。続いて、ＰＣ鋼棒５のナットを仮締めして、取付プレート１１を柱部材３に固定する。この際、取付プレート１１から突出した調整ボルト２５の長さを調整することにより、取付プレート１１と柱部材３の表面とに所望の離間距離Ｌを設定することができる。離間距離Ｌは、後述する無収縮モルタル６を確実に充填するため、５０ｍｍ程度以上とするのが好ましい。また、離間距離Ｌが大きい場合には、無収縮モルタル６の剥落防止を目的に、無収縮モルタル６の充填空間に補強筋を配筋するのが好ましい。このように、仮受け材２２は、取付プレート１１を取付ける際に仮置き場所として利用することができるため、取付プレート１１を特別に保持しておく必要はない。そのため、取付プレート１１取付け時の施工性の向上を図ることができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、取付プレート１１との側面に型枠（図示せず）を配し、形成された空間に無収縮モルタル６を充填する。そして、無収縮モルタル６の固化後にＰＣ鋼棒５のナットの本締めを行い、取付けプレート１１と既存建物１の柱梁接合部２（図１）との一体化が図られる。このようにして取付プレート１１を柱梁接合部２に取付けた後、前述したように、軸ピン１２に、各ピン装置部材を装着する。

上述の実施形態によれば、一対をなしたピン装置１０を柱梁接合部２に取付け、１つの制振装置２０を設置するために必要なＰＣ鋼棒１５は、計８本である。これは、既存建物１の外殻に補強鋼製枠を取付けてからブレース材を設置する従来の工法と比べて、アンカ等の定着材の施工数を格段に少なくすることができる。これにより、定着材の施工の手間を大幅に削減することができ、また、定着材の施工に伴う騒音、振動の発生を少なくすることができる。

また従来、上述した制振装置２０等の接続材を取付けるためには、既存建物１の柱梁架構の内周面及び外側面に、補強鋼製枠を設置する必要があった。しかし、上述の実施形態によれば、ピン装置１０を直接既存建物１の躯体に取付けることができるため、補強鋼製枠を設置する必要がなく、製作費、施工費を低減することができる。

また、制振装置２０の両端はピン接合であるため、制振装置２０には軸力のみが作用する。そのため既存建物１は、ピン装置１０から付加的な曲げ応力を受けることがない。

また、上述したピン装置１０の取付けにより、既存建物１の柱部材３と梁部材４との交差した格点上にピン装置１０を設置することが可能である。そのため、従来工法とは異なり、制振装置２０等の接続材を、ガセット等を介することなく既存建物１に取り付けることができるため、二次応力の発生を小さく抑えることが可能となる。

また、ピン装置１０を既存建物１の外側面に取付け、取付けられたピン装置１０間を制振装置２０で接続するため、既存建物１の内部での作業がない。そのため、既存建物１を使用しながら補強工事を施工することが可能である。さらに、図１から分かるように、制振装置２０以外で窓等の開口部を狭めるものはないため、窓等の開口部を大きく遮断することなく制振装置２０等の接続材を取付けることが可能である。

ところで、上述の実施形態では、制振装置２０を、外殻補強構造として、既存建物１の外面に格子状に形成された柱梁架構の区画の対角に配した場合について説明したが、制振装置２０の取付け位置は限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、制振装置２０の一端を、梁部材４の固定点間中央に取付けて、逆Ｖ字状に配してもよいし、図４（ｂ）に示すようにＶ字状に取付けてもよい。このとき、梁部材４の固定点間中央に取付けられた取付プレート３１は、２つの軸ピン１２（図２）が溶接付けされている。また、取付プレート３１は、既存建物１に対して取付プレート１１と同じ離間距離をあけて配されることにより、制振装置２０の接続を容易にしている。

また、上述の実施形態では、ピン装置１０間に配される接続材にシリンダータイプの制振装置２０を用いたが、接続材の種類を限定するものではない。例えば、他の制振装置の形式として摩擦ダンパーが挙げられる。また、接続材に鋼材からなるブレース材を採用してもよく、例えば、外管と内管（軸力管）との二重管構造をなし、外管により内管の全体座屈の防止を図った二重鋼管ブレースを配してもよい。

本発明の実施形態に係るピン装置を用いた既存建物の補強構造を示した斜視図。 既存建物の柱梁接合部に取付けられたピン装置の分解斜視図。 図２中の矢視III−IIIで示した柱梁接合部の断面で、ピン装置の取付プレートを柱梁接合部に取付ける手順（ａ）〜（ｄ）を示した断面図。 ピン装置を用いた制振装置の他の配置例を示した正面図。

符号の説明

１ 既存建物
２ 柱梁接合部
３ 柱部材
４ 梁部材
５ ＰＣ鋼棒
６ 無収縮モルタル
１０ ピン装置
１１ 取付プレート
１２ 軸ピン
１４ ピン外筒
２０ 制振装置
２１ グラウト材
２２ 仮受け材

Claims (4)

1. 既存の建物の躯体に、定着材の一端を突出させて前記定着材を固定し、
   軸線が法線方向に設定された円筒形状の軸ピンを一面に固着したベース板を、前記躯体と所定の隙間をあけて配し、
   前記ベース板に形成された定着材挿通孔に前記定着材を挿通し、
   前記ベース板と前記躯体との前記隙間に固化材を充填し、
   前記固化材の固化後、締結材を締結して、前記躯体と前記ベース板と前記固化材とを一体化してピン装置を設け、
   前記既存の建物を補強する制振装置の両端に設けられた外筒部を、前記ピン装置の軸ピンに、該軸ピン回りに回動可能に嵌合し、
   前記躯体に離れて設けられた一対のピン装置間を前記制振装置で連結することを特徴とするピン装置を用いた既存建物の補強方法。
2. 前記ベース板は，前記建物の柱部材と梁部材との柱梁接合部の外側面に取付けられたことを特徴とする請求項１に記載のピン装置を用いた既存建物の補強方法。
3. 既存の建物の躯体の外側面に取付けられるベース板と、前記躯体と前記ベース板との隙間に形成される固化体と、前記ベース板に固着され、軸線が前記ベース板の法線方向に設定された円筒形状の軸ピンを有するピン装置と、該ピン装置に回動可能に嵌合された外筒部が両端部に設けられた制振装置と、を備え、
   前記軸ピンに前記制振装置の両端部の外筒部を嵌合して、前記躯体に離れて設けられた一対のピン装置間を前記制振装置で連結したことを特徴とするピン装置を用いた既存建物の補強構造。
4. 前記ベース板は，前記建物の柱部材と梁部材との柱梁接合部に取付けられたことを特徴とする請求項３に記載のピン装置を用いた既存建物の補強構造。

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