JP5863590B2 - 既存建物の外付け補強構造および既存建物の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、既存建物の外付け補強構造および既存建物の補強方法に関する。

従来、既存建物を外側から耐震補強する場合、鉄骨ブレース架構を既存建物の外周躯体面に直付け補強構法、及びスラブや梁を増設して鉄骨ブレース架構と一体化させる補強構法が多用されてきた。

後者に示す補強構法での、鉄骨ブレース架構と増設スラブ、及び増設梁との接合部は、後施工アンカーやＰＣ鋼材を介して、剛接合となるように設計されてきた。（非特許文献１参照）。

「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』−枠付鉄骨ブレースによる補強−」、財団法人日本建築防災協会、平成１４年９月、第４４−４６頁

前記従来の耐震補強構造では、バルコニー等と増設する鉄骨ブレース架構を剛接合とするために、既存建物と鉄骨ブレース架構間に生じるせん断力や曲げモーメントに十分に抵抗し、応力伝達が出来るように、接合部分では断面サイズを増大させ、鉄筋量を増加させる必要があった。
従って、強固な接合部を構築するために、複雑な断面形状や高配筋量となり、工期が長くなり、補強工事費が高額となる、など問題があった。

本発明は、前記の問題点を解決するものであり、簡易かつ安価に構築することが可能な既存建物の外付け補強構造およびその補強方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の既存建物の外付け補強構造は、既存建物の外周部に取り付く水平部材と、前記既存建物の外周部の外側に設置される補強架構とを備える既存建物の外付け補強構造であって、前記補強架構が、前記水平部材に形成された貫通部を貫通して配設された補強柱と、前記補強柱と直交する方向に前記補強柱の側面から延設された補強梁とを備えており、前記貫通部には前記補強柱の側面に当接するように接触接合部材を配置し、補強柱が材軸方向に対して伸縮および回転方向の少なくともいずれかに移動することで、前記補強梁の材軸方向に加わる地震水平力に対して、水平部材に曲げ抵抗を生じさせることのない、水平方向のみ支持する接合構造としたことを特徴としている。
なお、前記接触接合部材の前記補強柱との当接面は、曲面状であることが望ましい。

かかる既存建物の外付け補強構造によれば、補強柱に接触接合部材を当接させているため、接合部が水平方向のみを支持する接合構造となる。そのため、補強架構が負担する地震水平力により水平部材に曲げモーメントが生じることがなく、水平部材の鋼材量（鉄筋量）を増加させる必要がない。
また、既存建物に大変形が作用した場合でも、水平部材に発生する曲げひびわれを低減することができる。なお、水平部材には、例えば、既存のバルコニー（床スラブ）、梁、庇の他、新設のバルコニー、梁、庇等が含まれる。

また、本発明の既存建物の補強方法は、既存建物の外周部に取り付く水平部材に貫通部を形成する貫通部形成工程と、前記貫通部に補強柱を配置する補強柱設置工程と、隣り合う前記補強柱に補強梁を横架させる横架工程と、前記貫通部の内周面に接触接合部材を固定する接合部材取付工程とを備える既存建物の補強方法であって、前記接触接合部材と前記補強柱とを当接させることを特徴としている。

かかる既存建物の補強方法によれば、外付耐震補強工法において、補強架構と水平部材との接合部に曲げモーメントを生じさせない外付け補強構造を構築することができる。
なお、水平部材は既存部材であってもよいし、増設部材であってもよい。

本発明の既存建物の外付け補強構造および既存建物の補強方法によれば、簡易かつ安価に既存建物を外側から耐震補強を行うことが出来る。

本発明の実施形態に係る既存建物の外付け補強構造を示す斜視図である。 図１に示す既存建物の外付け補強構造の一部を示す正面図である。 図１に示す既存建物の外付け補強構造の一部を示す断面図である。 （ａ）は同補強構造の水平部材と接触接合部材との接合構造を示す拡大断面図、（ｂ）は同平断面図である。 （ａ）および（ｂ）は水平部材と接触接合部材との接合構造の他の形態を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態に係る既存建物の補強方法の各施工段階を表した断面図である。 （ａ）および（ｂ）は図６に続く既存建物の補強方法の各施工段階を表した断面図である。

本実施形態の既存建物の外付け補強構造１は、図１に示すように、既存建物３０の外周部に取り付く水平部材３１と、既存建物３０の外部に設置する補強架構１０とを備えている。

補強架構１０は、水平部材３１を貫通して配設された補強柱１１と、補強柱１１と直交する方向に補強柱１１の側面から延設された補強梁１２とを備えて構成されている。

補強架構１０には、階毎（上下の水平部材３１，３１の間）に上下２段の補強梁１２が形成されていて、左右の補強柱１１，１１と上下の補強梁１２，１２で形成されている。

補強架構１０は、既存建物３０の各階のバルコニーにおいて、外壁面または窓枠に隣接して形成されている。
補強架構１０（補強柱１１および補強梁１２）を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態ではＨ形鋼で形成されている。

本実施形態の補強架構１０は、上下左右に隣接する補強柱と補強梁で形成させる十字型のフレーム部材１３ａ，１３ｂ（補強フレーム１３）同士を連結することにより形成されている。

補強フレーム１３は、図２に示すように、柱部材１１ａと梁部材１２ａとが一体に組み合わされることにより形成されている。なお、梁部材１２ａの柱部材１１ａへの固定方法は限定されるものではない。

補強フレーム１３は、柱部材１１ａの左右の側面の上部と下部から、柱部材１１ａと直交する方向に梁部材１２ａが延設されることにより形成されており、正面視でキ字状を呈している。本実施形態では、補強フレーム１３として、十字状のフレーム部材１３ａ，１３ｂを上下に組み合わせることにより構成されたものを使用する。なお、補強フレーム１３の構成は限定されるものではなく、例えば、予め正面視でキ字状になるように柱部材１１ａと梁部材１２ａとが一体に形成されていてもよいし、柱部材１１ａと梁部材１２ａを現地において接合してもよい。

補強柱１１は、上下に配設された柱部材１１ａ同士を連結することにより形成されており、図２または図３に示すように、既存建物３０の室外に張り出す水平部材３１を貫通している。

柱部材１１ａ（補強フレーム１３）は、水平部材３１に形成された貫通孔（貫通部）３２を貫通しているとともに、各階（上下の水平部材３１，３１の間）の中間部において、上下に配設された他の柱部材１１ａ（補強フレーム１３）と連結されている。なお、柱部材１１ａ同士の連結位置は限定されるものではない。

上下の柱部材１１ａ同士の固定は、柱部材１１ａの端面同士を突き合わせた状態でスプライスプレート１４を介してウェブ同士を接合することにより行う。

つまり、上下の柱部材１１ａの境界を跨ぐように配設された前後一対のスプライスプレート１４，１４により、柱部材１１ａのウェブを前後から挟むとともに、スプライスプレート１４およびウェブを貫通したボルトにより締着することにより固定されている。

補強柱１１には、貫通孔３２の高さ方向中間部に対応して補強プレート１１ｂが配設されている。
補強プレート１１ｂは、補強柱１１のフランジとウェブに囲まれた空間を仕切るように水平に配設されている。なお、補強プレート１１ｂは、必要に応じて配設すればよく、省略してもよい。

補強柱１１は、貫通孔３２の内部において、接触接合部材２０および添え板２５を介して水平部材３１と接合されている。

接触接合部材２０は、貫通孔３２内に配設されており、補強柱１１に当接している。接触接合部材２０と貫通孔３２との隙間には固化材４０が充填されている。

図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、接触接合部材２０は、補強柱１１の左右両側に配置されており、接触部２１と、保持部２２とを備えている。

接触部２１は、補強柱１１と当接する板材である。
本実施形態の接触部２１は、水平部材３１の部材厚よりも大きな高さを有しており、上端部が水平部材３１の上面よりも上方に突出している。なお、接触部２１の形状寸法は限定されない。

接触部２１の補強柱１１との当接面は、水平方向は直線を呈し、垂直方向は曲面状を呈している。そのため、接触接合部材２０は、補強柱１１の側面（フランジ）と線で接触している。

保持部２２は、接触部２１の背面（補強柱１１と反対側の面）に一体に固定された部材であって、本実施形態では断面Ｌ形の形材により構成されている。なお、保持部２２を構成する材料は限定されるものではない。

保持部２２の一片は、接触部２１の背面に重ね合わせた状態で固定されており、他片は、接触部２１の背面から補強柱１１の反対側に向って張り出している。

保持部２２の他片には、水平部材３１に配筋された鉄筋３１ａが溶接されている。本実施形態では、水平部材３１に鉄筋３１ａが上下に２段配筋されており、このうちの上側の鉄筋３１ａが保持部２２に溶接されている。

なお、鉄筋３１ａと接触接合部材２０との接合方法は限定されるものではない。例えば、図５の（ａ）に示すように保持部２２にプレート２２ａを一体に固定し、このプレート２２ａに鉄筋３１ａを固定してもよい。

また、鉄筋３１ａは、保持部２２に直接溶接してもよいし、図５の（ｂ）に示すように、固定用の他の部材（鉄筋２２ｂや板材２２ｃ等）を介して固定してもよい。こうすることで、鉄筋３１ａと接触接合部材２０との位置がずれている場合であっても、鉄筋３１ａと接触接合部材２０とを固定することができる。

添え板２５は、補強柱１１の前面と後面（接触部２１と直交する面）に配設された板材であって、補強柱１１との当接面が平面を呈している。
添え板２５の背面には、接触接合部材２０と同様に、保持部２２とが配設されている。

接触接合部材２０および添え板２５の背面には、拘束筋２４が配筋されている。
本実施形態では、図４の（ｂ）に示すように、コ字状に形成された２本の拘束筋２４により、補強柱１１を囲っている。

接触接合部材２０は、接触部２１の背面から水平部材３１（貫通孔３２の縁部分）に至る定着プレート２６を備えていてもよい。定着プレート２６は、接触部２１の背面に一体に固定された板材であって、アンカーボルトを介して水平部材３１に固定される。
図４では、定着プレート２６が補強柱１１のウェブの延長線上に配設されているが、定着プレート２６の形状や配置は限定されるものではなく、例えば、貫通孔３２の上面を覆うように配設されていてもよい。

補強梁１２は、左右に配設された梁部材１２ａ同士を連結することにより形成されており、図２に示すように、各階（上下の水平部材３１の間）の補強柱１１の上部および下部のそれぞれから左右に延設されている。

梁部材１２ａは、水平部材３１を貫通した柱部材１１ａの側面から補強柱１１と直交する方向に延設されている。

左右に隣り合う梁部材１２ａ同士の連結は、梁部材１２ａの端面同士を突き合わせた状態でスプライスプレート１４を介して梁部材１２ａのウェブ同士のみを接合することにより行う。
つまり、左右の梁部材１２ａの境界を跨ぐように配設された前後一対のスプライスプレート１４によりウェブを前後から挟むとともに、スプライスプレート１４およびウェブを貫通したボルトにより締着すると、梁部材１２ａ同士が連結される。

本実施形態では、図１に示すように、左右に隣接する梁部材１２ａ同士の接合位置を、補強梁１２に作用する曲げモーメントが小さくなる位置（左右の補強柱１１，１１の中間となる位置）としている。なお、梁部材１２ａ同士の接合箇所は限定されない。

図２に示すように、上下の補強梁１２，１２同士の間隔は、水平部材３１と補強梁１２との間隔よりも大きくなっているので、室内からの視界が補強梁１２により遮られることがない。

水平部材３１は、図３に示すように、既存建物３０の躯体構造の一部を構成するものであって、柱３３および梁３４に一体に接続されている。
本実施形態の水平部材３１は、既存建物３０の室外に形成されたバルコニーの床部分を構成している。

水平部材３１には、補強柱１１を配置するための貫通孔３２が形成されている。
貫通孔３２は、補強柱１１の断面形状よりも大きな形状を有している。本実施形態では貫通孔３２を矩形状に形成しているが、貫通孔３２の形状は、例えば円形でもよく、限定されるものではない。

貫通孔３２と補強柱１１との隙間は、接触接合部材２０と固化材４０により充填されている。固化材４０を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では、無収縮モルタルを使用する。

次に、本実施形態の既存建物の補強方法について説明する。
既存建物の補強方法は、貫通部形成工程と、補強柱設置工程と、横架工程と、接合部材取付工程とを備えている。

貫通部形成工程は、図６の（ａ）に示すように、水平部材３１に貫通孔（貫通部）３２を形成する工程である。水平部材３１の鉄筋３１ａは、貫通孔３２内に露出させておく。

補強柱設置工程は、貫通孔３２に柱部材１１ａ（補強柱１１）を貫通させる工程である。
柱部材１１ａは、その下側に先行配置された既設の柱部材１１ａに接合する。
本実施形態では、一つの柱部材１１ａに二つの梁部材１２ａ，１２ａを接合してなる十字状のフレーム部材１３ａ，１３ｂを工場等で事前に形成しておき、これを現場に搬入する。

補強柱設置工程では、図６の（ｂ）に示すように、まず、柱部材１１ａを貫通孔３２に貫通させつつ、下側のフレーム部材１３ａを既設の補強フレーム１３に接合する。次に、図７の（ａ）に示すように、下側のフレーム部材１３ａの上に上側のフレーム部材１３ｂを連結し、キ字状の補強フレーム１３を形成する。

下側のフレーム部材１３ａと上側のフレーム部材１３ｂとの連結は、溶接により行う。なお、フレーム部材１３ａ，１３ｂ同士の連結方法は限定されるものではない。

横架工程は、隣り合う補強柱１１の間に補強梁１２を横架する工程である。
横架工程では、左右に隣り合う補強フレーム１３の梁部材１２ａ同士を連結する。

接合部材取付工程は、図７の（ａ）に示すように、貫通孔３２の内周面に接触接合部材を固定して、補強柱１１（柱部材１１ａ）と水平部材３１とを接合する工程である。

まず、貫通孔３２内において、水平部材３１の鉄筋３１ａに接触接合部材２０（保持部２２）および添え板２５を溶接する。このとき、接触接合部材２０は、補強柱１１の側面に当接させる。

次に、拘束筋２４や補強筋など、必要な配筋を行うとともに、図７の（ｂ）に示すように、接触接合部材２０と貫通孔３２との間の隙間に固化材４０を充填する。
固化材４０が固化すると、補強柱１１と水平部材３１とが接合される。

本実施形態の外付け補強構造１によれば、次のような効果が奏させる。
地震時の水平力を、水平部材３１を介して伝達するため、既存建物３０の構造体との位置関係に制限されることなく、補強架構１０を配置することができる。

補強柱１１に当接面が曲面状の接触接合部材２０を当接させているため、接合部が水平方向のみ支持する接合構造となる。そのため、補強架構１０が負担する地震水平力により水平部材３１に曲げモーメントが生じることがなく、水平部材３１の鋼材量（鉄筋量）を増加させる必要がない。

また、既存建物３０に大変形が作用した場合でも、水平部材３１に発生する曲げひびわれを低減することができる。

水平部材３１に配筋された鉄筋３１ａと補強柱１１とが、接合部材２０を介して接合されているため、補強柱１１と水平部材３１との応力伝達性能が高い。
また、補強架構１０と既存建物３０との間で、地震時のせん断力を互いに伝達するように構成されているため、所望の補強効果を確保することができる。

また、外付け補強構造１は、水平部材３１を有するあらゆる建物に採用することが可能である。
さらに、既存建物３０を使用しながら施工を行うことが可能であるので、施工について時期的・時間的な制約を受けづらく、全体として短期施工が可能となり、費用の低減化を図ることもできる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、接触接合部材の補強柱との当接面が曲面状である場合について説明したが、接触接合部材の当接面は必ずしも曲面状である必要はない。

前記実施形態では、既存の水平部材に貫通孔を形成し、この貫通孔を利用して補強架構を設置する場合について説明したが、補強架構を設置するための水平部材を備えていない場合には、既存建物の外面に貫通部が形成された水平部材を一体に形成してもよい。

前記実施形態では、補強架構として、補強柱と補強梁により構成されたものを使用したが、補強架構はブレースを備えていてもよい。
また、前記実施形態では、補強梁を階毎に２段配置する場合について説明したが、補強梁は、必ずしも２段である必要はなく、１段や３段以上配置してもよい。

また、前記実施形態では、貫通部として、水平部材に貫通孔を形成する場合について説明したが、貫通部は必ずしも貫通孔である必要はない。例えば、水平部材の先端部に補強架構を配置する場合には、水平部材の端部に貫通部としての溝（切り欠き）を形成すればよい。

また、前記実施形態では、補強架構を鉄骨構造により構成する場合について説明したが、補強架構の構成は鉄骨構造に限定されるものではなく、例えば、一部または全部を鉄筋コンクリート構造により構成してもよい。

前記実施形態では、横架工程を実施した後に接合工程を実施する場合について説明したが、接合工程は横架工程の前に実施してもよい。つまり、補強梁を横架する前に、補強柱と水平部材とを接合してもよい。また、上下のフレーム部材の接合は、下側のフレーム部材を水平部材と接合してから（接触接合部材を配設してから）行ってもよい。

前記実施形態では、上下に配設された十字状のフレーム部材を接合することにより補強フレームを形成する場合について説明したが、補強架構の形成方法は限定されるものではない。例えば、柱部材を貫通部に貫通させた後、この柱部材に梁部材を接合することで補強フレームを形成してもよい。また、予めキ字状に形成された補強フレームを配設してもよい。

１ 外付け補強構造
１０ 補強架構
１１ 補強柱
１２ 補強梁
２０ 接触接合部材
３０ 既存建物
３１ 水平部材
３１ａ 鉄筋
３２ 貫通孔（貫通部）
４０ 固化材

Claims (3)

1. 既存建物の外周部に取り付く水平部材と、前記既存建物の外周部の外側に設置される補強架構と、を備える既存建物の外付け補強構造であって、
   前記補強架構が、前記水平部材に形成された貫通部を貫通して配設された補強柱と、前記補強柱と直交する方向に前記補強柱の側面から延設された補強梁とを備えており、
   前記貫通部には、前記補強柱の側面に当接するように接触接合部材を配置し、地震時に補強柱が水平部材に対して材軸方向に移動または回転可能に接合されることを特徴とする既存建物の外付け補強構造。
2. 前記接触接合部材の前記補強柱との当接面が、曲面状であることを特徴とする、請求項１に記載の既存建物の外付け補強構造。
3. 既存建物の外周部に取り付く水平部材に貫通部を形成する貫通部形成工程と、
   前記貫通部に補強柱を配置する補強柱設置工程と、
   隣り合う前記補強柱に補強梁を横架させる横架工程と、
   前記貫通部の内周面に接触接合部材を固定する接合部材取付工程と、を備える既存建物の補強方法であって、
   前記接触接合部材と前記補強柱とを当接させることを特徴とする、既存建物の補強方法。

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