JP6033574B2

JP6033574B2 - 圧縮ブレースによる耐震補強構造

Info

Publication number: JP6033574B2
Application number: JP2012117118A
Authority: JP
Inventors: 貴久森
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: JP2013241815A

Description

この発明は、ＲＣ造またはＳＲＣ造の既存建物を補強する圧縮ブレースを用いた建物の耐震補強構造に関する。

従来、ＲＣ造（鉄筋コンクリート造）や、ＳＲＣ造（鉄骨鉄筋コンクリート造）の既存建物の耐震補強構造として、鉄骨枠付のブレースが多く採用されている。この耐震補強構造では、既存建物の躯体と鉄骨枠との接合において、後施工アンカーとグラウト充填を併用する。しかし、後施工アンカーを打設するときに、騒音、振動、粉塵が発生するという問題がある。
そこで、これを避けるために、図７，図８にそれぞれ示すように、既存建物の柱５１や梁５２等の躯体５０と鉄骨枠付ブレース５３の鉄骨枠５４との接合において、エポキシによる接着（図７）や、グラウト充填と圧着力Ｆによる摩擦伝達機構を用いた耐震補強構造が提案されている（例えば特許文献１〜４）。

特開２００４−２１１３１５号公報特開２００８−１２１２３７号公報特開２０１０−０９５９６３号公報特開２００８−１５０８９９号公報

鉄骨枠付きブレース５３を用いた耐震補強構造におけるブレース５５は、基本的に、圧縮と引っ張りの両方の力を伝達するものであり、それらの力を既存建物の躯体５０からブレースに伝達する。このため、鉄骨枠５４と既存建物の躯体５０とを、引っ張り力でブレース５５の接合部における既存建物のコンクリート表面に剥離が生じないように、堅固に接合する必要がある。そのため、上記したようにエポキシ接着剤等で接合する場合、鉄骨枠５４の全周にわたって接着面積を確保することが可能である。しかし、鉄骨枠５４を有する耐震補強構造では、作業に多くの時間を要して施工期間が長期化し、補強用材料の使用量も多くてコスト増を招く。

一方、例えば図６に示すように、鉄骨枠を使用しない耐震補強構造も提案されている。この場合、ブレースとして圧縮力を支持する圧縮ブレース４１を用い、その芯材４２の両端のエンドプレート４５と既存建物の躯体５０との間にモルタル４８を充填した耐震補強構造とされる。

しかし、この耐震補強構造の場合、図７，８の例のような鉄骨枠５４がなく、圧縮ブレース４１と既存建物の躯体５０との間には、支圧力を伝達するための部分的な接合面しか存在しない。すなわち、エンドプレート４５の外面となる接合面しか存在しない。このため、例えばエポキシ系接着剤で接着する場合でも十分な接着面積を確保できない場合が多い。したがって、想定外の引っ張り力作用時や面外方向の地震力などに対して、接合部での剥離によって圧縮ブレース４１の脱落や倒れも懸念される。
このため、接合の確実のためには、エンドプレート４５を躯体５０に接合する手段として、後施工アンカー４９が必要となって、上記の騒音、振動、粉塵が発生するという問題が生じる。

この発明の目的は、引っ張り力を負担させない圧縮ブレースを用いて、既存建物との接合部を簡素化できると共に、十分な支圧耐力を確保でき、簡易な施工で短い施工期間により耐震補強が行え、また施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題もない耐震補強構造を提供することである。

この発明の圧縮ブレースによる耐震補強構造は、ＲＣ造またはＳＲＣ造の既存建物をブレースで補強する構造であって、前記ブレースが、両端が前記既存建物の躯体に接続される芯材と、この芯材の両面に沿って配置されて前記芯材の座屈を拘束する拘束材とを有する圧縮ブレースであり、この圧縮ブレースを前記既存建物の躯体に接合する接合部材として、鋼管を縦に二分割してなる形状および材質であり互いにボルト接合されて前記既存建物の躯体における柱の全周を囲む一対の半割り鋼管が用いられ、前記柱と半割り鋼管との間の空隙に充填されたグラウトにより前記半割り鋼管が前記柱に接合され、前記圧縮ブレースの芯材が前記半割り鋼管に接合されている。

この構成によると、ブレースに圧縮力のみを負担させる圧縮ブレースを用いており、また圧縮ブレースと既存建物の躯体の柱との接合において、半割り鋼管により柱周囲を取り巻くように接合部材を配置し、柱への支圧接合によって圧縮ブレースと既存建物とを接合することができる。そのため、グラウトによる接合であっても剥がれの問題を生じることなく堅固に接合でき、後施工アンカーが不要となる。後施工アンカーを用いないため、騒音、振動、粉塵の発生の問題が生じない。
また、鉄骨のブレースをＲＣ造，ＳＲＣ造の既存建物の柱に接合する場合、接合面の支圧耐力（パンチングシア破壊耐力）の確保が重要となるが、半割り鋼管は柱周囲を取り巻いているため、従来の鉄骨枠を用いない接合構造に比べ、既存の柱に対する支圧面積を大きく設計できる。
このように、引っ張り力を負担させない圧縮ブレースを用いて、既存建物との接合部を簡素化できると共に、十分な支圧耐力を確保でき、簡易な施工で短い施工期間により耐震補強が行え、また施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題もないという利点が得られる。

前記各半割り鋼管の上端または下端に沿って溶接されて外側へ鍔状に張り出しかつ前記柱の全周を囲む水平プレートが設けられ、この水平プレートが既存建物の躯体における梁に、前記グラウトとは異なる材料の接着剤で接着されている。前記接着剤には、例えばエポキシ接着剤を用いる。
このように半割り鋼管に水平プレートを設けて接着を併用した場合は、そのせん断耐力が見込めて、支圧耐力をより大きく設計できる。

この発明において、前記両半割り鋼管は、これら各半割り鋼管の両側端にそれぞれ溶接されて外径側に延びる合わせ用垂直プレートを有し、両半割り鋼管の合わせ用垂直プレートで前記圧縮ブレースの芯材を挟み、これら合わせ用垂直プレートと前記芯材とに渡って貫通するボルトにより前記芯材を前記半割り鋼管に接合しても良い。
このように、半割り鋼管と圧縮ブレースの芯材との接合において、半割り鋼管の合わせ用垂直プレートに圧縮ブレースの芯材を挟み込む場合、合わせ用垂直プレートの相互の接合と、圧縮ブレースの半割り鋼管への接合とに同じボルトが兼用できて、高力ボルト等によるボルト接合のボルト本数を削減できる。

この発明の圧縮ブレースによる耐震補強構造は、ＲＣ造またはＳＲＣ造の既存建物をブレースで補強する構造であって、前記ブレースが、両端が前記既存建物の躯体に接続される芯材と、この芯材の両面に沿って配置されて前記芯材の座屈を拘束する拘束材とを有する圧縮ブレースであり、この圧縮ブレースを前記既存建物の躯体に接合する接合部材として、鋼管を縦に二分割してなる形状および材質であり互いにボルト接合されて前記既存建物の躯体における柱の全周を囲む一対の半割り鋼管が用いられ、前記柱と半割り鋼管との間の空隙に充填されたグラウトにより前記半割り鋼管が前記柱に接合され、前記圧縮ブレースの芯材が前記半割り鋼管に接合されているため、引っ張り力を負担させない圧縮ブレースを用いて、既存建物との接合部を簡素化できると共に十分な支圧耐力を確保でき、簡易な施工で短い施工期間により耐震補強が行え、また施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題もない。また、前記各半割り鋼管の上端または下端に沿って溶接されて外側へ鍔状に張り出しかつ前記柱の全周を囲む水平プレートが設けられ、この水平プレートが既存建物の躯体における梁に、前記グラウトとは異なる材料の接着剤で接着されているため、そのせん断耐力が見込めて、支圧耐力をより大きく設計できる。

この発明の一実施形態の耐震補強構造を用いた建物躯体の正面図である。図１におけるＡ部の拡大断面図である。図２におけるIII −III 矢視断面図である。同耐震補強構造における圧縮ブレースの外観斜視図および断面図である。同耐震補強構造における半割り鋼管と圧縮ブレースのボルト接合部を分解して示す正面図である。従来の耐震補強構造を用いた建物躯体の正面図である。耐震補強構造を用いた他の従来例を示す建物躯体の正面図である。耐震補強構造を用いた他のさらに従来例を示す建物躯体の正面図である。

この発明の一の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は、この実施形態の耐震補強構造を適用した既存建物の躯体構造を示す正面図である。この実施形態の耐震補強構造は、既存建物を圧縮ブレース１を用いて補強する構造である。同図に示すように、建物躯体は、隣り合う２本の柱２０Ａ，２０Ｂ間に上下の梁３０Ａ、３０Ｂが横架されている。建物躯体はＲＣ造またはＳＲＣ造である。片方の柱２０Ａにおける下側の梁３０Ｂの上側に隣合う部分を、接合部材１０となる一対の半割り鋼管１１，１１で囲み、もう片方の柱２０Ｂにおける上側の梁３０Ａの下側に隣合う部分も、接合部材１０となる一対の半割り鋼管１１，１１で囲む。

図１のＡ部の横断面を拡大して図３に示す。同図のように、柱２０Ａ，２０Ｂは断面方形であり、一対の半割り鋼管１１，１１は、角形の鋼管を一対の対向する面の中央で縦に二分割してなり、互いにボルト１４で接合される。図２は、図３のII−II矢視断面図を示す。なお、図３は、図２のIII −III 矢視断面図を示す。各一対の半割り鋼管１１，１１と、これらに対応する柱２０Ａとの空隙には、無収縮グラウト１８を充填する。これにより、半割り鋼管１１を柱２０Ａに接合する。片方の柱２０Ａを囲む一対の鋼管１１，１１には、それらの下端に沿って溶接されて外側へ鍔状に張り出すベースプレートとなる水平プレート１２が設けられ、この水平プレート１２を下側の梁３０Ｂの上面にエポキシ接着剤１９で接着する。

各半割り鋼管１１は、それらの両側端に全長に渡って溶接されて外径側に延びる合わせ用垂直プレート１３Ａ，１３Ｂを有している。これらの互いに対向する合わせ用垂直プレート１３Ａ，１３Ｂをボルト１４で接合することで、一対の半割り鋼管１１，１１を、柱２０Ａ，２０Ｂを囲む管状に接合する。柱２０Ａを囲む一対の半割り鋼管１１，１１は、それらの上端に沿って溶接されて外側へ張り出す補強用の水平リブ１１ａを有する。

もう片方の柱２０Ｂを囲む一対の半割り鋼管１１，１１においても、それらの上端に沿って溶接されて外側へ鍔状に張り出すトッププレートとなる水平プレート１２（図１）が設けられている。この水平プレート１２を上側の梁３０Ａの下面にエポキシ接着剤１９で接着する。また、これら一対の半割り鋼管１１，１１は、それらの下端に沿って溶接されて外側へ張り出す補強用の水平リブ１１ａを有する。

圧縮ブレース１は、片方の柱２０Ａと下側の梁３０Ｂとの隅部から、もう片方の柱２０Ｂと上側の梁３０Ａとの隅部に渡って斜交いに設ける。圧縮ブレース１は、建物躯体に加わる層間の水平力に抵抗する部材であって、図４に示すように、芯材２とこの芯材２の両面に沿って配置されて芯材２の座屈を拘束する一対の拘束材３，３とを有する。芯材２は、帯状の平鋼板であり、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）や、ＬＹＰ材（極低降伏点鋼材）等の降伏点の低い鉄鋼材料からなる。この圧縮ブレース１の芯材２の下端側を、片方の柱２０Ａに接合した一対の半割り鋼管１１，１１（図１）に接合し、芯材２の上端側を、もう片方の柱２０Ｂに接合したもう一対の半割り鋼管１１，１１に接合する。

拘束材３は、例えば図４に示すように、芯材２に向けて開口する溝形鋼材４内にモルタルまたはコンクリート５を充填して構成される。芯材２と拘束材３との間には粘性弾性体からなるアンボンド材６が介在させてある。芯材２の両側面には、対向する一対の拘束材３，３間の隙間を確保するスペーサ７が介在させてある。スペーサ７は、線状の鋼材またはゴム材等からなるが、省略しても良い。

芯材２の両端部２ａには、その両面の幅方向中央位置からそれぞれ垂直に突出するリブ２ｂが設けられて断面十字状とされ、芯材２の端部２ａと前記リブ２ｂとに複数のボルト孔８があけられている。この芯材２の端部２ａを、図２および図３に示すように、一対の半割り鋼管１１，１１の合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂで挟み、両合わせ用垂直プレート１３Ｂを、その挟み込まれた芯材端部２ａと共にボルト１４で接合する。これにより、合わせ用垂直プレート１３Ｂは、一対の半割り鋼管１１，１１を相互に接合する部材としての機能と、これら合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂに対して芯材２を接合する部材としての機能とを兼ねる。ボルト１４には高力ボルト等を用いる。

図２における一対の半割り鋼管１１，１１への圧縮ブレース１の接合部の分解拡大図を図５に示す。同図に示すように、合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂには、芯材２の端部２ａに設けられたリブ２ｂの進入を許容するスリット部１３Ｂａと、このスリット部１３Ｂａの両側に沿って合わせ用垂直プレート１３Ｂに垂直な方向に突出する一対の挟持片１３Ｂｂ，１３Ｂｂとが設けられる。これにより、芯材２の端部２ａが両合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂで挟まれた状態で、芯材２のリブ２ｂが前記スリット部１３Ｂａから突出して一対の挟持片１３Ｂｂ，１３Ｂｂで挟まれる。芯材２のリブ２ｂはこれら両挟持片１３Ｂｂ，１３Ｂｂにボルト１４で接合する。これらの構造は、もう片方の柱２０Ｂを囲む一対の半割り鋼管１１，１１への圧縮ブレース１の接合部でも略同様であり、ここでは説明を省略する。

柱２０Ａを囲む一対の半割り鋼管１１，１１に設けられる水平プレート１２における圧縮ブレース１の接合側となる端部には、垂直に立ち上がる補強用のリブ１２ａが溶接され、このリブ１２ａは合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂの側縁にも溶接される。これにより、圧縮ブレース１の接合部の補強が確保されている。これらの構造は、もう片方の柱２０Ｂを囲む一対の半割り鋼管１１，１１に設けられる水平プレート１２でも上記と略同様であり、ここでは説明を省略する。

このように、この実施形態の耐震補強構造では、互いにボルト１４で接合される一対の半割り鋼管１１，１１で既存建物の躯体における柱２０Ａ，２０Ｂを囲み、柱２０Ａ，２０Ｂと半割り鋼管１１との隙間に無収縮グラウト１８を充填することで半割り鋼管１１を柱２０Ａ，２０Ｂに接合する。この半割り鋼管１１に圧縮ブレース１の芯材２を接合する。そのため、柱２０Ａ，２０Ｂに支圧面積を大きく確保することができる。その結果、引っ張り力を負担させない圧縮ブレース１を用いて、既存建物との接合部を簡素化できると共に、十分な支圧耐力を確保できて、簡易な施工で短い施工期間により耐震補強が行え、コスト低減が可能となる。また後施工アンカーを用いないので、施工に伴う騒音、振動、粉塵の問題もない。
また、各半割り鋼管１１の上端または下端に沿って溶接されて外側へ鍔状に張り出す水平プレート１２を、既存建物の躯体における梁３０Ａ，３０Ｂにエポキシ接着剤１９で接着するので、エポキシ接着剤１９によるせん断耐力が見込め、支圧耐耐力をより大きく確保できる。

また、この実施形態では、各半割り鋼管１１が、合わせ用垂直プレート１３Ａ，１３Ｂを有し、両半割り鋼管１１，１１の合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂで圧縮ブレース１の芯材２を挟み、両合わせ用垂直プレート１３Ｂ，１３Ｂと共に、芯材２をボルト１４で接合している。そのため、一部のボルト１４を、両半割り鋼管１１，１１の相互の接合と、半割り鋼管１１への圧縮ブレース１の接合とに共用できて、高力ボルト等のボルト本数を低減することができる。

１…圧縮ブレース
２…芯材
２ａ…端部
２ｂ…リブ
３…拘束材
１０…接合部材
１１…半割り鋼管
１２…水平プレート
１３Ａ，１３Ｂ…合わせ用垂直プレート
１４…ボルト
１８…無収縮グラウト
１９…エポキシ接着剤
２０Ａ，２０Ｂ…柱
３０Ａ，３０Ｂ…梁

Claims

ＲＣ造またはＳＲＣ造の既存建物をブレースで補強する構造であって、前記ブレースが、両端が前記既存建物の躯体に接続される芯材と、この芯材の両面に沿って配置されて前記芯材の座屈を拘束する拘束材とを有する圧縮ブレースであり、この圧縮ブレースを前記既存建物の躯体に接合する接合部材として、鋼管を縦に二分割してなる形状および材質であり互いにボルト接合されて前記既存建物の躯体における柱の全周を囲む一対の半割り鋼管が用いられ、前記柱と半割り鋼管との間の空隙に充填されたグラウトにより前記半割り鋼管が前記柱に接合され、前記圧縮ブレースの芯材が前記半割り鋼管に接合され、前記各半割り鋼管の上端または下端に沿って溶接されて外側へ鍔状に張り出しかつ前記柱の全周を囲む水平プレートが設けられ、この水平プレートが既存建物の躯体における梁に、前記グラウトとは異なる材料の接着剤で接着された圧縮ブレースによる耐震補強構造。
請求項１において、前記接着剤がエポキシ接着剤である圧縮ブレースによる耐震補強構造。
請求項１または請求項２において、前記両半割り鋼管は、これら各半割り鋼管の両側端にそれぞれ溶接されて外径側に延びる合わせ用垂直プレートを有し、両半割り鋼管の合わせ用垂直プレートで前記圧縮ブレースの芯材を挟み、これら合わせ用垂直プレートと前記芯材とに渡って貫通するボルトにより、前記芯材が前記半割り鋼管に接合された圧縮ブレースによる耐震補強構造。