JP6122740B2

JP6122740B2 - 耐震補強構造体

Info

Publication number: JP6122740B2
Application number: JP2013183839A
Authority: JP
Inventors: 恒久松浦; 健隆大穂
Original assignee: Toa Corp; Hazama Ando Corp
Current assignee: Toa Corp; Hazama Ando Corp
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: JP2015052200A

Description

本発明は、耐震補強構造体に係り、既存建物の外側に耐震補強構造体を取り付けることにより既存建物の耐震性能を高めることができる耐震補強構造体に関する。

既存建物の耐震性能を向上させるための耐震補強構造体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、柱、梁の補強等により構成された耐震補強構造体と、建物の構造体としての外殻構造の表面（以下、単に外殻と記す。）に鉄骨フレーム等からなる補強構造体を付加した耐震補強構造体とがある。前者においては、建物の内部の工事を必要とするため、建物を使用しながら耐震補強構造体を施工することは困難である。

一方、後者においては、必要な構築作業は既存建物の外部で行うため、建物を使用しながら耐震補強工事を施工することができる。このような耐震補強構造体としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この耐震補強構造体は、既存建物の柱梁接合部に形成されたピンと、外殻柱と外殻梁とが接合された外殻補強フレームと、を有している。外殻補強フレームの柱梁接合部に形成されたピン孔に、既存建物の柱梁接合部に形成されたピンを挿通させることにより、外殻補強フレームは既存建物に支持される。

特開２００７−２６７４２５号公報

特許文献１に開示された耐震補強構造体においては、既存建物の柱梁接合部と、外殻補強フレームの柱梁接合部とが一致している。そのため、既存建物の既存柱と外殻補強フレームの外殻柱とが一致するとともに、既存建物の既存梁と外殻補強フレームの外殻梁とが一致する。一般に、既存建物の既存梁は、ベランダの下端よりも下方に位置している。従って、特許文献１に開示された耐震補強構造体を、ベランダ等の張り出し部を有する既存建物に適用すると、外殻補強フレームの外殻梁が張り出し部の下端位置よりも下側に位置することになる。そのため、張り出し部から光が入射するための有効高さ（例えば、張り出し部に立設された落下防止用の柵の天端から、上層階の張り出し部の下端までの高さ）が、外殻補強フレームの外殻梁の設置により減少してしまうという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、既存建物の外面に耐震補強構造体を設置したとしても、既存建物内部に入射する光の減少を抑制することができる既存建物の耐震補強構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る既存建物の耐震補強構造体は、既存建物の柱梁接合部に形成された増設梁と、前記増設梁に固着されたピンと、前記既存建物の外面に取り付けられ、外殻柱と外殻梁とが格子状に接合された外殻補強フレームとを有し、前記外殻補強フレームには、前記ピンと結合するためのピン孔が形成されており、前記ピン孔の位置は、前記外殻柱と前記外殻梁との接合位置よりも下方に位置していることを特徴とする。

前記増設梁は、前記既存建物から外側に張り出した張り出し部の下側に沿って形成されており、前記外殻梁の下端は、前記張り出し部の下端と同じ位置か、それよりも上方に位置してもよい。

前記外殻梁の高さは、前記張り出し部の下端から該張り出し部に立設した落下防止部の天端までの高さ以下であってもよい。

前記外殻補強フレームには、前記外殻柱と前記外殻梁との接合部を補強するハンチが設けられていてもよい。

前記外殻柱間の連結部に制振ダンパーを介装させてもよい。

本発明によれば、既存建物の外面に耐震補強構造体を設置したとしても、既存建物内部に入射する光の減少を抑制することができる既存建物の耐震補強構造体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体が施工された既存建物の斜視図。既存建物に施工された本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の分解斜視図。既存建物の柱梁接合部に形成される増設梁について、その施工順（（ａ）〜（ｃ））に示した斜視図。既存建物の柱梁接合部に形成される増設梁について、その施工順（（ａ）〜（ｂ））に示した斜視図。図１中の“Ｖ部”で示した本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の拡大斜視図。図５中の矢視ＶＩ−ＶＩで示した本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の断面図。図５中の矢視ＶＩＩ−ＶＩＩで示した本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の断面図。本発明の第２実施形態に係る耐震補強構造体の拡大斜視図。

以下、本発明の実施形態に係る耐震補強構造体１を図面を参照して説明する。図１、図２は、本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体１が施工された既存建物の斜視図である。各図に示すように、既存建物１０は、例えば４階建ての鉄筋コンクリート造の住居である。既存建物１０には、各階から外側に向けて張り出したベランダ１３が設けられている。居住者はベランダ窓１４を通って、既存建物１０の室内からベランダ１３へ出ることができる。なお、詳細は後述するが、耐震補強構造体１を施工するに当たり、既存建物１０の既存柱１１と既存梁１２との接合部である柱梁接合部７０に、増設梁３０を新たに形成する。この増設梁３０の先端に取り付けられたピン４０と、外殻柱２１と外殻梁２２とを有する外殻補強フレーム２０とがピン結合することで、既存建物１０の外部に耐震補強構造体１を構成する外殻補強フレーム２０が取り付けられている。

図２は、既存建物に施工された本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の分解斜視図である。図２においては、図１に示した耐震補強構造体１が取り付けられた既存建物１０から、外殻補強フレーム２０の一部と摩擦ダンパー６０とを取り外した状態を示している。図２に示すように、既存建物１０に沿って、地中梁５１が埋設されている。地中梁５１は、基礎梁である鉄骨（不図示）の周囲がコンクリートで覆われたものである。地中梁５１が施工されることで、基礎梁である鉄骨（不図示）に連結された４本の外殻柱２１が地上に立設する。この立設した外殻柱２１の配置間隔は、既存建物１０の柱梁接合部７０の配置間隔と同一である。また、図２に示すように、ベランダ１３の下面に沿って増設梁３０が施工されている。この増設梁３０は、既存柱１１と既存梁１２との接合部である複数の柱梁接合部７０に形成され、片持ち梁構造となっている。

また、増設梁３０の先端にはピン台座プレート４１が取り付けられている。ピン台座プレート４１には、その中央部に鋼材からなるピン４０が溶接付けされている。これにより、ピン４０が既存建物１０の外側に向けて突出して設けられる。図２においては、既存建物１０の高さ方向に３つ、横方向に４つの計１２個のピン４０がマトリクス状に既存建物１０の外側に向けて設けられている。

また、既存建物１０の外側には、外殻柱２１、外殻梁２２、及び摩擦ダンパー６０からなる外殻補強フレーム２０が取り付けられる。外殻補強フレーム２０には、既存建物１０の外側に配置されたそれぞれのピン４０に対応する位置に、ピン孔２１ａが形成されている。既存建物１０に取り付けられたピン４０が、このピン孔２１ａに挿通されてピン結合することで、外殻補強フレーム２０は既存建物１０に支持される。

次に、第１実施形態に係る耐震補強構造体１の各構成をより詳細に説明する。はじめに、既存建物１０に施工する増設梁３０と、増設梁３０の先端に取り付けられるピン台座プレート４１について、図を用いて施工方法とともに説明する。図３及び図４は、既存建物の柱梁接合部に形成される増設梁について施工順に示した斜視図である。

図３（ａ）に示すように、既存建物１０には、既存梁１２に沿って設けられた、既存柱１１及び既存梁１２から外側に張り出したベランダ１３が片持ち状態で保持されている。また、既存建物１０には、隣接する住戸の間を仕切る戸境壁１６及び床１７が形成されている。増設梁３０は、図３（ａ）に示すような、既存建物１０の既存柱１１及び既存梁１２が接合する柱梁接合部７０に設けられる。

増設梁３０を施工するにあたり、まず、穿孔ドリル１９を用いて、既存建物１０の柱梁接合部７０にＰＣ棒鋼２５を挿通するためのＰＣ棒鋼挿通孔１８を穿孔する。ＰＣ棒鋼挿通孔１８は、穿孔の際に既存建物１０の鉄筋との干渉を避けるため、図３（ｂ）に示すように、既存柱１１の両サイドに位置する既存梁１２に穿孔するのが望ましい。一般的に、既存梁１２の配筋量の方が、既存柱１１の配筋量に比べて少ないからである。本実施形態に係る耐震補強構造体１においては、既存柱１１に対して片側にある既存梁１２には、４つのＰＣ棒鋼挿通孔１８を、すなわち、一箇所の柱梁接合部７０に対して８つのＰＣ棒鋼貫通孔１８を穿孔する。また、ベランダ１３には、増設梁３０用のコンクリートを打設するための円形状のコンクリート打設孔１３ａを穿孔する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、ベランダ１３の下方に増設梁３０成型用の型枠２９を施工する。この型枠２９の内部には、増設梁３０用の鉄筋２６を配筋するとともに、ＰＣ棒鋼２５を挿通するためのシース管（不図示）を配設する。そして、ベランダ１３に穿孔しておいたコンクリート打設孔１３ａから、コンクリートを型枠２９内部に打設する。これにより、増設梁３０が施工される。

また、既存梁１２の裏側に、ＰＣ棒鋼２５に導入された緊張力を既存建物１０の柱梁接合部７０に伝達するための押えプレート２７を配置する。押えプレート２７は鋼板からなり、ＰＣ棒鋼２５を挿通するための８個のＰＣ棒鋼挿通孔（不図示）が形成されている。なお、ＰＣ棒鋼２５の両端にはねじ切り加工が施されている。ＰＣ棒鋼２５は、シース管（不図示）及び押えプレート２７に挿通させるとともに、押えプレート２７側の一端に固定ナット２８を取り付けておく。これにより、ＰＣ棒鋼２５に取り付けられた固定ナット２８が、押えプレート２７に掛止され、ＰＣ棒鋼２５の位置決めがなされる。

そして、型枠２９内に打設したコンクリートが固化した後、型枠２９を脱型する。ベランダ１３に形成されたコンクリート打設孔１３ａにはグラウトを注入して、コンクリート打設孔１３ａを塞ぐ（図４（ａ））。

最後に、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、ピン４０が形成されたピン台座プレート４１を増設梁３０の先端に取り付ける。ピン台座プレート４１は鋼板からなり、その中央部に略円柱状の鋼製のピン４０が溶接されている。また、ピン４０の周囲には、ＰＣ棒鋼２５を挿通するためのＰＣ棒鋼固定孔４１ａが形成されている。そして、増設梁３０に挿通されたＰＣ棒鋼２５をピン台座プレート４１に形成されたＰＣ棒鋼固定孔４１ａに挿通し、ＰＣ棒鋼２５に緊張力を与えた状態でＰＣ棒鋼固定ナット４２で締結する。これにより、ＰＣ棒鋼２５は緊張力が付加され、ピン台座プレート４１を増設梁３０に固定することができる。

このように増設梁３０に固着されたピン４０を介して、既存建物１０の外面に、外殻補強フレーム２０と摩擦ダンパー６０とが取り付けられる。図５は、図１中の“Ｖ部”で示した本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の拡大斜視図である。また、図６は、図５中の矢視ＶＩ−ＶＩで示した本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の断面図、図７は、図５中の矢視ＶＩＩ−ＶＩＩで示した本発明の第１実施形態に係る耐震補強構造体の断面図である。

図５に示すように、外殻補強フレーム２０は、例えば、Ｉ型鋼から構成された外殻柱２１と外殻梁２２とが接合されて、概略構成されている。各外殻梁２２は、その両端が外殻柱２１に溶接付けされており、間隔をあけて配された外殻柱２１間を接続している。外殻柱２１のウェブの両面には、外殻梁２２のフランジを延長するように、補剛材５２が溶接付けされている。これにより、外殻柱２１と外殻梁２２との間の力の伝達をスムーズに行うことができる。このように、外殻補強フレーム２０の柱梁接合部５０に補剛材５２を設けることで、柱梁接合部５０の外周４辺は、外殻柱２１のフランジ２１ｂ及び補剛材５２から構成され、補強されている。

また、図５、図６に示すように、外殻補強フレーム２０の柱梁接合部５０の間であり、間隔をあけて配された外殻柱２１の途中には、摩擦ダンパー６０が介挿されている。摩擦ダンパー６０は、図６に示すように、３枚の鋼板をボルト締めした構成からなる。摩擦ダンパー６０の中央鋼板６１ａは、上層階側の外殻柱２１に固着されている。また、中央鋼板６１ａを挟むように配された２枚の外側鋼板６１ｂ、６１ｃが下層階側の外殻柱２１に下端が固着されている。この３枚からなる鋼板６１ａ、６１ｂ、６１ｃを貫通するように各鋼板には長孔（不図示）が形成されている。これらの長孔に挿通させたボルト６２を所定のトルクで締結し、各鋼板６１ａ、６１ｂ、６１ｃの接触面に摩擦力を作用させる。

このようにして締結した各鋼板６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、小さな水平力ではずれは生じないが、所定の水平力以上の力（面外せん断力）が作用したときには一様のずれを生じる。このとき、摩擦ダンパー６０の荷重変形履歴曲線は長方形ループを示す。摩擦ダンパー６０は、外殻補強フレーム２０が所定の傾き以上に変形した際に作用し、外殻補強フレーム２０の柱梁接合部５０に過度の力が作用するのを防止する。

なお、このような制振ダンパーとしての他の構成例としては、柱部材間に小型ラチスフレームを介装してボルト接合されたラチスの部材形状変位を利用してもよい。また、各種の粘弾性ダンパーを介装してもよいし、外殻補強フレーム２０の変位性能が大きく、かつ耐力も十分確保された場合には、摩擦ダンパー６０を省略してもよい。

また、外殻補強フレーム２０の柱梁接合部７０の下方であり、外殻柱２１のウェブ２１ｃには、増設梁３０に形成されたピン４０とピン結合するためのピン孔２１ａが形成されている。そして、増設梁３０に固着されたピン４０に、外殻補強フレーム２０に形成されたピン孔２１ａを挿通させ、ピン固定ナット３１で締結する。これにより、外殻補強フレーム２０は既存建物１０の外面に取り付けられる。

このように、増設梁３０に固着したピン４０とピン結合するためのピン孔２１ａは、外殻補強フレーム２０の柱梁接合部５０の下方に設けられている。そのため、図７に示すように、外殻補強フレーム２０の外殻梁２２と既存建物１０の既存梁１２との高さは同じ位置にはない。本実施形態では、外殻補強フレーム２０の外殻梁２２の下端２２ｄは、ベランダ１３の下端１３ｂよりも上方に位置している。さらに、外殻梁２２の高さｈ１は、ベランダの下端からベランダ手摺１５の天端までの高さｈ２よりも低い。これにより、外殻梁２２の天端２２ｅは、ベランダ手摺１５の天端１３ｃよりも低い位置にある。このような構成とすることで、外殻補強フレーム２０を設置するために外殻梁２２は配したとしても、ベランダ手摺１５の天端１３ｃから一つ上層のベランダの下端１３ｂまでの高さｈ３、すなわち、ベランダ１３から光が入射する開口の有効高さｈ３を減少させることがない。これにより、本実施形態に係る耐震補強構造体１を導入したとしても、既存建物１０内部に入射する光が減少することはない。

なお、外殻補強フレーム２０の柱梁接合部７０の下方にピン孔２１ａを形成したことにより、その下方に位置させた距離分の付加的な曲げモーメントが外殻補強フレーム２０に作用する。外殻柱２１間に設置する摩擦ダンパー６０は、このような付加的な曲げモーメントを考慮したモーメント分布において、モーメントが略０となる位置に設けている。このような摩擦ダンパー６０の配置とすることで、摩擦ダンパー６０に、曲げモーメントによる応力を極力作用させることなく、水平力を作用させることができる。これにより、摩擦ダンパー６０の制振機能を効果的に発揮させることができる。

以上のように、本実施形態に係る耐震補強構造体１を用いることで、制振機能を有する耐震補強構造体１を、既存建物１０を使用しながら施工することができる。また、耐震補強構造体１を設置したとしても、既存建物１０内部に入射する光の減少を抑制することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る耐震補強構造体について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る耐震補強構造体１０１の拡大斜視図である。なお、本実施形態に係る耐震補強構造体１０１は、上述の実施形態に係る耐震補強構造体１と同様の構成を多く有している。そのため、異なる構成要素を中心に説明するとともに、同様の構成については同じ符号を付すものとする。

本実施形態に係る耐震補強構造体１０１においては、上述の実施形態と異なり、外殻柱２１と外殻梁２２との隅角部を補強するためのハンチ１１０が形成されている。ハンチ１１０は、略三角形状をなし、外殻柱２１と外殻梁２２との角部に設けられたウェブ１１１と、ウェブ１１１に溶接付けされたフランジ１１２とを有している。また、ハンチ１１０のフランジからの受け持つために、外殻梁２２のウェブ両面には、補剛材１１３が取り付けられている。

このように、外殻補強フレーム２０にハンチ１１０を設けることで、柱梁接合部５０に生じる応力集中を軽減するとともに、ピン４０から作用する力を外殻梁２２へスムーズに伝達することが可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形や改良が可能である。上述の実施形態では、ベランダ１３を有する住居（既存建物１０）に耐震補強構造体１を施工した場合について説明したが、例えば、外廊下を有するオフィスビルに適用してもよい。本発明にかかる耐震補強構造体１は、外側に張り出した張り出し部を有する建物において、その張り出し部、及び張り出し部に鉛直に設置された落下防止部の下方及び上方に外殻梁２２を位置させないことにより、採光するための開口を塞がないようにするものである。ここで、張り出し部とは、上述のように、ベランダや、外廊下等、これらに準じるものを含むものとする。また、落下防止部とは、張り出し部に立設した落下防止用のベランダ手摺や、落下防止柵等、これらに準じるものを含むものとする。

また、第２実施形態に係る耐震補強構造体１０１に形成したハンチ１１０を設けるかわりに、外殻柱２１や外殻梁２２の寸法を大きくしたり、肉厚な材料を用いたりして対応することも可能である。

また、外殻補強フレーム２０の外殻梁２２の下端２２ｄと、ベランダ１３の下端１３ｂとを同じ位置としてもよい。さらに、外殻梁２２の高さｈ１を、ベランダの下端からベランダ手摺１５の天端までの高さｈ２と同じにして、外殻梁２２の天端２２ｅと、ベランダ手摺１５の天端１３ｃとを同じ位置としてもよい。このような構成としても、ベランダから光が入射する開口の有効高さを減少させることがなく、本発明の効果を奏することができる。

また、外殻柱２１及び外殻梁２２は、例えばＩ型鋼から構成されていると記載したが、外殻梁２２の高さを低くするために、Ｈ型鋼を用いてもよいし、肉厚な部材から構成するようにしてもよい。

１、１０１耐震補強構造体
１０既存建物
１１既存柱
１２既存梁
１３ベランダ
１４ベランダ窓
１５ベランダ手摺
２０、１２０外殻補強フレーム
２１外殻柱
２２外殻梁
２５ＰＣ棒鋼
３０増設梁
４０ピン
４１ピン台座プレート
５０柱梁接合部（外殻補強フレーム）
６０摩擦ダンパー
７０柱梁接合部
１１０ハンチ
１１１ウェブ
１１２フランジ
１１３補剛材

Claims

既存建物の柱梁接合部に形成された増設梁と、
前記増設梁に固着されたピンと、
前記既存建物の外面に取り付けられ、外殻柱と外殻梁とが格子状に接合された外殻補強フレームとを有し、
前記外殻補強フレームには、前記ピンと結合するためのピン孔が形成されており、前記ピン孔の位置は、前記外殻柱と前記外殻梁との接合位置よりも下方に位置していることを特徴とする耐震補強構造体。
前記増設梁は、前記既存建物から外側に張り出した張り出し部の下側に沿って形成されており、
前記外殻梁の下端は、前記張り出し部の下端と同じ位置か、それよりも上方に位置することを特徴とする請求項１に記載の耐震補強構造体。
前記外殻梁の高さは、前記張り出し部の下端から該張り出し部に立設した落下防止部の天端までの高さ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐震補強構造体。
前記外殻補強フレームには、前記外殻柱と前記外殻梁との接合部を補強するハンチが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の耐震補強構造体。
前記外殻柱間の連結部に制振ダンパーを介装させたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の耐震補強構造体。