JP6095358B2 - 耐震補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、耐震補強構造に関する。

特許文献１には、建物外周部の適宜箇所に床欠損領域を有する建物に作用する水平応力を、床を介して、建物外周部の適宜位置に配置したブレースに負担させる鉄骨造建物の床構造が記載されている。そして、この先行技術には、床の建物外周部に面した適宜箇所に、４つの鉄骨柱とこれらを連結する大梁で取り囲んで床補強領域Ｒが形成され、床補強領域は、鉄骨柱、大梁、並びに互いに対角に位置する鉄骨柱それぞれに端部が剛接合されたＸ字状梁で支持される技術が開示されている。

また、特許文献２には、鉄骨造の屋根を有する工場における屋根の耐震補強方法が記載されている。そして、この先行技術には、工場内に耐震補強鉄骨を組み立てるための防護構台を設置する工程と、工場内に耐震補強鉄骨をスライドさせるレールを設置する工程と、既存鉄骨と耐震補強鉄骨とを接合する仕口部分を施工する工程と、防護構台上で耐震補強鉄骨を組み立てる工程と、組み立てられた耐震補強鉄骨をレールを利用して所定位置までスライドする工程と、耐震補強鉄骨と仕口部分とを接合する工程と、を備える技術が開示されている。

ここで、従来の構造物の耐震補強においては、構造物内に大がかりな足場を設ける必要があることが多い。よって、構造物の使用状況によっては、耐震補強の工事が困難となることがあり、この点において改善の余地がある。

特許２００７−２７０５６０号公報 特許２０１２−１１２１５１号公報

本発明は、上記事実を鑑み、構造物内を利用しながら、構造物全体を耐震補強することが課題である。

請求項１の発明は、構造物の梁間方向の外側に桁行方向に沿って設けられた荷重伝達手段を備え、前記荷重伝達手段は、前記構造物の屋根を構成し前記梁間方向に沿って設けられた屋根架構が地震時に負担する前記梁間方向の水平荷重が前記梁間方向の外側の壁架構に接合された第一接合部材から伝達され、伝達された前記水平荷重を前記構造物の前記桁行方向外側の妻側架構に接合された第二接合部材で前記妻側架構に伝達する。

請求項１に記載の発明では、構造物の梁間方向の外側に桁行方向に沿って設けられた荷重伝達手段が、地震時に構造物に作用する梁間方向の水平荷重を受けると共に、受けた水平荷重を妻側架構に伝達する。したがって、構造物の梁間方向の揺れが抑制され、構造物全体の耐震性が向上する。

そして、荷重伝達手段は構造物の外側に設けられているので、構造物内を利用しながら、構造物全体を耐震補強することができる。
また、荷重伝達手段が、屋根を構成する屋根架構が負担する水平荷重を受けると共に、水平荷重を妻側架構に伝達する。したがって、荷重伝達手段が設けられた構造物の屋根の梁間方向の揺れが効果的に抑制されるので、例えば構造物の下部に荷重伝達手段を設ける場合と比較し、効果的に構造物全体の耐震性が向上する。

請求項２の発明は、第一接合部材は、前記屋根架構と同一線上に設けられている。

請求項２に記載の発明では、屋根架構が負担する水平荷重が、第一接合部材によって効果的に伝達される。

請求項３の発明は、前記荷重伝達手段は、弦材と斜材とでトラス構造を構成している。

請求項３に記載の発明では、軽量で高剛性なトラス構造の荷重伝達手段（弦材及び斜材）が、梁間方向の水平荷重を受けて妻側架構に伝達するので、トラス構造よりも重量が重い、例えば鉄筋コンクリートスラブで補強する場合よりも、効果的に構造物全体の耐震性が向上する。

請求項４の発明は、前記荷重伝達手段は、上面に太陽光発電パネルが設けられている。

請求項４に記載の発明では、荷重伝達手段の上面に太陽光発電パネルを設けることで、荷重伝達手段を有効活用するこができる。

本発明によれば、構造物内を利用しながら、構造物全体を耐震補強することができる。

本発明の一実施形態にかかる耐震補強構造が適用されて耐震補強された構造物を斜め上方から見た場合の斜視図である。 図１に示す構造物の屋根架構、耐震壁架構、及び荷重伝達部材を示す平面図である。 図１に示す荷重伝達部材を斜め下方から見た場合の部分拡大斜視図である、 図２の４−４線に沿った縦断面図である。 第一変形例の荷重伝達部材を示す図４に対応する縦断面図である。 第二変形例の荷重伝達部材を示す図４に対応する縦断面図である。 荷重伝達部材が、地震時に構造物に作用する梁間方向の水平荷重を受けて桁行方向外側の妻側架構への伝達することを説明するための図１に対応する平面図である。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態にかかる耐震補強構造によって耐震補強された構造物１０について説明する。なお、各図において、梁間方向を矢印Ｘで示し、桁行き方向を矢印Ｙで示し、鉛直方向を矢印Ｚで示す。

図１に示す構造物１０は、鉄骨鉄筋コンクリート構造によって構築され、屋内には柱の無い空間が構築されている。また、このように屋内には柱が無いので、構造物１０は工場や体育館として使用される。

図１及び図２に示すように、構造物１０は平面視において、矩形形状とされ、図２に示すように、四方が鉄骨鉄筋コンクリート造の耐震壁架構２２，２４，３２，３４で構成されている。耐震壁架構２２、２４、３２，３４は、それぞれ柱梁架構とこの柱梁架構に接合された耐震壁とで構成されている。なお、桁行方向外側の梁間方向に沿った耐震壁架構２２，２４は、梁間方向外側の桁行き方向に沿った耐震壁架構３２，３４よりも窓や出入口などの開口部が小さく耐力が大きい。また、耐震壁架構２２，２４は妻側架構とされている。

図１に示すように構造物１０の屋根５０は、最頂部の桁行き方向に沿った棟から梁間方向に地上に向かった二つの傾斜面で山形を構成する切妻屋根とされている。

図４に示すように、屋根５０は、庇５２が一体的に構成された屋根外装５４（図１及び図３も参照）と、屋根外装５４を支持する梁間方向に沿った屋根架構６０と、を含んで構成されている。なお、図１では後述する荷重伝達部材１００を図示するため庇５２を想像線で図示している。

図２に示すように、梁間方向に沿った屋根架構６０は、桁行き方向に間隔をあけて設けられている。また、図４に示すように、屋根架構６０は、桁行き方向の側面視において、上弦材６２と下弦材６４と斜材６６とでトラス構造を構成している。なお、屋根架構６０は、耐震壁架構２２，２４よりも耐力が小さい中央架構である。

そして、図１〜図４に示すように、この既存の構造物１０の梁間方向の外側の耐震壁架構３２の上端部と耐震壁架構３４の上端部とに、それぞれ荷重伝達部材１００が外付けされることで、構造物１０が耐震補強されている。

[荷重伝達部材]
つぎに、外付けの荷重伝達部材１００について説明する。

なお、荷重伝達部材１００は、図２に示すように、耐震壁架構３２の上端部と耐震壁架構３４の上端部とに、それぞれ外付けされているが、各荷重伝達部材１００は、左右対称である以外は同様の構成であるので、耐震壁架構３２の上端部に外付けされた荷重伝達部材１００で説明する。

図１〜図３に示すように、荷重伝達部材１００は、平面視において、桁行き方向を長手方向とする長尺状とされている。また、荷重伝達部材１００は略水平に配置され、平面視において鋼製の弦材１０２と斜材１０６とがトラス構造（トラス架構）を構成している。

弦材１０２は、矩形枠状に区切るフレーム１０４を有している。なお、本実施形態では、フレーム１０４は、Ｈ形鋼で構成されている（図３を参照）。そして、フレーム１０４で区切られた各エリア１０３の内側に斜材１０６がブラケット１０５（図３参照）を介して接合されている。なお、本実施形態では、図１、図３及び図４に示すように、斜材１０６及びブラケット１０５（図３参照）は、それぞれフレーム１０４内（エリア１０３）の上部と下部との二箇所に上下に間隔をあけて平行に設けられている。

図２に示すように、弦材１０２は、支持部材１２０，１２２と鋼製の接合部材１１０、１１２によって外付けされている。図１〜図３に示すように、弦材１０２の桁行き方向両端部１０２Ａは、鋼製の接合部材１１２によって妻側架構である耐震壁架構２２，２４に接合され、弦材１０２の両端部１０２Ａ間は鋼製の接合部材１１０によって耐震壁架構３２（反対側は耐震壁架構３４）に接合されている。なお、図２に示すように、支持部材１２０は、屋根架構６０と同一線上に位置するように設けられている。

また、図１、図３及び図４に示すように、支持部材１２０，１２２は、弦材１０２の梁間方向外側の下面部に接合され、この接合部位から耐震壁架構３２（反対側は耐震壁架構３４）に向かって斜め下方向に延びている。そして、桁行き方向両端部１０２Ａの下部に接合された支持部材１２２は妻側架構である耐震壁架構２２，２４に接合され、両端部１０２Ａ間に接合された支持部材１２０は耐震壁架構３２（反対側は耐震壁架構３４）に接合さている。

（作用及び効果）
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

図７に示すように、地震時に構造物１０に作用する梁間方向の水平荷重（矢印Ｆ１）、特に屋根架構６０が負担する水平荷重（矢印Ｆ２）が、構造物１０の梁間方向の外側に桁行方向に沿って外付けされた荷重伝達部材１００においてトラス構造を構成する弦材１０２と斜材１０６とに接合部材１１０を介して伝達される。

弦材１０２及び斜材１０６に伝達された水平荷重は、弦材１０２及び斜材１０６から桁行き方向両端部の接合部材１１２を介して耐力の大きい妻側架構である耐震壁架構２２、２４に伝達される（矢印Ｆ３参照）。

このように、構造物１０の梁間方向の外側に桁行方向に沿って設けられた荷重伝達部材１００が、地震時に構造物１０に作用する梁間方向の水平荷重（地震荷重）を受けると共に、受けた水平荷重を妻側架構である耐震壁架構２２，２４に伝達する。したがって、構造物１０の梁間方向の揺れが効果的に抑制され、構造物１０全体の耐震性が向上する。別の観点から説明すると、水平荷重（地震荷重）を妻側架構である耐震壁架構２２，２４で負担することにより、構造物１０全体の耐震性が向上する。

また、荷重伝達部材１００の接合部材１１０は、屋根５０を構成する屋根架構６０と同一線上となるように設けられている。よって、屋根架構６０が負担する水平荷重（矢印Ｆ２）が接合部材１１０から弦材１０２及び斜材１０６に効果的に伝達される。したがって、構造物１０の屋根５０の梁間方向の揺れが効果的に抑制されるので、構造物１０全体の耐震性が効果的に向上する。

また、図１〜図３に示すように、荷重伝達部材１００は、鋼製の弦材１０２と斜材１０６とがトラス構造（トラス架構）を構成している。トラス構造（トラス架構）は、例えば鉄筋コンクリートスラブと比較し、軽量で高剛性とされている。よって、鉄筋コンクリートスラブで補強する場合よりも、効果的に構造物１０全体の耐震性が向上する。

そして、荷重伝達部材１００は、構造物１０の梁間方向外側の耐震壁架構３２，３４に外付けされているので、構造物１０の屋内空間を利用しながら、荷重伝達部材１００を外付けする耐震補強工事を行って構造物１０全体を耐震補強することができる。よって、例えば、工場の場合は工場を稼動させながら、耐震補強工事を行って構造物１０全体を耐震補強することがでる。或いは体育館の場合は屋内を利用しながら、耐震補強工事を行って構造物１０全体を耐震補強することができる。

ここで、地震時に作用する梁間方向の水平荷重を、柱を含めた桁行方向に沿った耐震壁架構３２，３４が負担できない場合には、屋根５０が大きく揺れ、最終的には屋根５０が壊れる可能性がある。このよう場合は、屋根５０が壊れないように、屋根架構６０に屋根面ブレースを新たに設けて屋根架構６０を耐震補強することが考えられる。しかし、このように屋根架構６０に屋根面ブレースを新たに設ける耐震補強は、構造物１０の屋内に大がかりな足場を設ける等の屋内工事を行う必要があり、屋内を使用しながら耐震補強工事を行うことが困難である。

これに対して本実施形態の補強構造では、前述したように、荷重伝達部材１００を用いる耐震補強工事では、屋内工事は必要ないか、必要であったとしても軽工事であるので、屋内を使いながら耐震補強が可能となる。

＜変形例＞
つぎに本実施形態の変形例について説明する。

［第一変形例］
図５に示すように、第一変形例の荷重伝達部材２００は、弦材１０２の上面１０２Ｕに太陽光発電パネル２０２が設けられている。また、屋根５０の屋根外装５５には庇５２（図４参照）が設けられていない。

なお、太陽光発電パネル２０２によって発電された直流電力は、図示していないパワーコントロールシステム等によって交流電力に変換されたたのち、構造物１０で利用する電力として利用されている。

（作用及び効果）
第一変形例の作用及び効果について説明する。

弦材１０２の上面１０２Ｕに太陽光発電パネル２０２を設け発電することで、新たに外付けする荷重伝達部材２００を有効活用することができる。また、上面１０２Ｕを太陽光発電パネル２０２で覆うことで、荷重伝達部材２００は庇としての役割を果たす。別の観点から説明すると、荷重伝達部材２００は、耐震補強機能に加え発電機能及び庇機能を有している。つまり、荷重伝達部材２００は複数の機能を有している。

［第二変形例］
図６に示すように、第二変形例の荷重伝達部材３００は、屋根５０の傾斜と同じ角度で傾斜している。そして、弦材１０２が屋根架構６０の下弦材６４と接合され屋根架構６０と一体化されている。

（作用及び効果）
このように荷重伝達部材３００は、屋根５０の傾斜と同じ角度で傾斜し、弦材１０２が屋根架構６０の下弦材６４と接合され屋根架構６０と一体化されている。よって、屋根架構６０が負担する水平荷重（図７の矢印Ｆ２を参照）が、より効果的に弦材１０２及び斜材１０６に伝達される。したがって、構造物１０の屋根５０の梁間方向の揺れが更に効果的に抑制され、その結果、構造物１０全体の耐震性が更に向上する。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では図１〜図３に示すように、構造物１０の梁間方向外側の耐震壁架構３２、３４に荷重伝達部材１００、２００が外付けされていたが、これに限定されない。例えば、地震時に構造物１０に作用する桁行方向の水平荷重に対する耐震補強のために、構造物１０の桁行方向外側の耐震壁架構２２、２４にも荷重伝達部材１００、２００を外付けし、端部を耐震壁架構３２、３４に接合してもよい。

なお、構造物の形状（例えば、平面視においてＬ字形状やＴ字形状）等によっては、桁行方向と梁間方向とが明確でない場合がある。このような場合は、例えば、屋根架構（中央架構）に沿った方向を梁間方向とする等、適宜構造物の形状や構造に応じて各方向を決定すればよい。要は、構造物全体を効果的に耐震補強することができるように、地震時に構造物に作用する水平荷重を受けて耐力の大きい妻側架構に伝達するように、荷重伝達部材を外付けすればよい。

また、例えば、上記実施形態では、荷重伝達部材１００，２００，３００では、弦材１０２及び斜材１０６が水平荷重を受けて伝達する構成であったが、これに限定されない。弦材１０２及び斜材１０６以外の部材、例えば、鉄骨部材やスラブ等で水平荷重を受けて伝達する構造であってもよい。

要は、荷重伝達部材は、地震時に構造物に作用する梁間方向の水平荷重を受けて桁行方向外側の妻側架構に伝達することが可能であればよい。

また、上記実施形態では、構造物１０は、鉄骨鉄筋コンクリート構造によって構築されていたが、これに限定されない。例えば、構造物１０は、鉄筋コンクリート構造によって構築されていてもよい。また、構造物１０は、屋内には柱の無い空間が構築され、工場や体育館として使用されているが、これに限定されない。屋内に柱があってもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない

１０ 構造物
２２ 耐震壁架構（妻側架構の一例）
２４ 耐震壁架構（妻側架構の一例）
６０ 屋根架構
１００ 荷重伝達部材（荷重伝達手段の一例）
１０２ 弦材
１０６ 斜材
１０２Ｕ 上面
２００ 荷重伝達部材（荷重伝達手段の一例）
２０２ 太陽光発電パネル
３００ 荷重伝達部材（荷重伝達手段の一例）

Claims (4)

1. 構造物の梁間方向の外側に桁行方向に沿って設けられた荷重伝達手段を備え、
   前記荷重伝達手段は、前記構造物の屋根を構成し前記梁間方向に沿って設けられた屋根架構が地震時に負担する前記梁間方向の水平荷重が前記梁間方向の外側の壁架構に接合された第一接合部材から伝達され、伝達された前記水平荷重を前記構造物の前記桁行方向外側の妻側架構に接合された第二接合部材で前記妻側架構に伝達する耐震補強構造。
2. 第一接合部材は、前記屋根架構と同一線上に設けられている請求項１に記載の耐震補強構造。
3. 前記荷重伝達手段は、弦材と斜材とでトラス構造を構成している請求項１又は請求項２に記載の耐震補強構造。
4. 前記荷重伝達手段は、上面に太陽光発電パネルが設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の耐震補強構造。

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