JP6199201B2 - 架構の補強構造および架構の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、架構の補強構造および架構の補強方法に関する。

従来、既存の建築物の耐震性能を向上させるための耐震補強構造および耐震補強方法が知られている。たとえば、柱と梁からなる架構面内に鉄骨ブレース材を増設して強度の増加を図る方法がある。この場合、採光や眺望への配慮等により、Ｘ型、Ｖ型、Ｋ型等の様々な形態で鉄骨ブレースを設置する方法が検討されている。また、ブレース材の端部を躯体の柱梁（鉄筋コンクリート（ＲＣ）、中空鋼管など）に接合する方法がある。また、枠付きの鉄骨ブレースを架構内にはめ込むように設置する方法がある。

下記の特許文献１には、フラットスラブと鋼管柱から構成される架構にブレース材を組み込んだ補強構造が記載されている。この構造では、ブレース材を取り付けるための取付部材の一部がフラットスラブに埋め込まれており、その埋め込まれた部分にシアーコネクタが設けられている。このシアーコネクタにより、取付部材がフラットスラブと一体化される。

一方で、圧縮抵抗型のブレースを利用した耐震補強方法に関する研究が行われている。たとえば、下記の非特許文献１に示されるように、鉄筋コンクリート造の建物の耐震補強方法として、圧縮抵抗型のコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）ブレースを採用する方法が知られている。この方法では、ＣＦＴブレースに圧縮力のみを作用させることにより、ＲＣ部と鉄骨部が圧着した状態にしている。

特開２０００−２５７１５８号公報

北島、中原、崎野、「ＣＦＴ圧縮ブレースを用いたＲＣ造架構の耐震補強法に関する実験」、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ.３、第１５７３頁−第１５７８頁、２００８年

特許文献１に記載された技術では、ブレース材と躯体の接合が強固なものとなり、地震力等による水平力に対してブレース材を有効に機能させることができる。その一方で、ブレース材を設置するのにアンカーを多数打ち込む必要があり、アンカー筋の打ち込み時に騒音や振動が発生するという問題がある。

非特許文献１に記載された技術では、ブレース材の端部に設けられるスタッドやアンカーを少なくすることが可能であるが、ブレース材の両端が柱梁接合部に接合される構造のため、ブレース材が架構の対角線上に位置することになり、設計の自由度が限られる。そのため、ブレース材の設置により、建物等の利用環境（たとえば、採光や眺望等）が損なわれるおそれがある。

本発明は、ブレース材を設置するためのアンカーを最小限に抑え、しかも、設計の自由度を高めることができる架構の補強構造および架構の補強方法を提供することを目的とする。

本発明の架構の補強構造は、一対の柱と上梁および下梁とを有する架構の架構面内に設けられ、コンクリート充填鋼管を有して構成されたブレース材と、ブレース材の上端部が取り付けられた第１固定部と、ブレース材の下端部が取り付けられた第２固定部と、を備え、第１固定部および第２固定部の一方は、上梁または下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定されており、第１固定部および第２固定部の他方は、上梁または下梁の延在方向における中途部に固定されており、第２固定部が中途部または柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって固定されており、架構に水平力が作用した際にブレース材の下端部と第２固定部とが離間することにより、ブレース材は、引張力を負担せず圧縮力のみを負担する構成とされていることを特徴とする。

この架構の補強構造によれば、架構面内に設けられたブレース材の上端部が第１固定部に取り付けられ、ブレース材の下端部が第２固定部に取り付けられる。第１固定部および第２固定部の一方は、上梁または下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定される。第１固定部および第２固定部の他方は、上梁または下梁の延在方向における中途部に固定される。ここで、第２固定部は、第２固定部と中途部または柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって固定されている。架構に水平力が作用した際にブレース材の下端部と第２固定部とが離間することにより、ブレース材は、引張力を負担せず圧縮力のみを負担する。ブレース材が圧縮力を負担することにより、その応力が支圧によって架構に伝達されるため、水平耐力を向上させることができる。第２固定部は摩擦力によって固定されるため、第２固定部を固定するためのアンカーを最小限に抑えることができる。これにより、ブレース材を設置するためのアンカーを最小限に抑えることができる。しかも、第１固定部および第２固定部の他方は、柱梁接合部ではなく上梁または下梁の中途部に固定されるので、ブレース材を架構の対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められる。

上記架構の補強構造において、第１固定部は上梁と一方の柱との柱梁接合部に固定されており、第２固定部は下梁の延在方向における中途部に固定されている。この構成によれば、第２固定部は摩擦力によって下梁に固定されるため、第２固定部を固定するためのアンカーを最小限に抑えることができる。また、第２固定部は下梁の中途部に固定されるので、ブレース材を架構の対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められる。

上記架構の補強構造において、第１固定部は上梁の延在方向における中途部に固定されており、第２固定部は下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定されている。この構成によれば、第２固定部は摩擦力によって柱梁接合部に固定されるため、第２固定部を固定するためのアンカーを最小限に抑えることができる。また、第１固定部は上梁の中途部に固定されるので、ブレース材を架構の対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められる。

上記架構の補強構造において、架構面内には、１本のブレース材のみが設けられている。この構成によれば、架構面内に設けられるブレース材が１本のみであるため、採光や眺望の観点において、有利である。

上記架構の補強構造は、架構面内に設けられ、コンクリート充填鋼管を有して構成された他のブレース材と、他のブレース材の上端部が取り付けられた第３固定部と、他のブレース材の下端部が取り付けられた第４固定部と、を備え、第３固定部および第４固定部の一方は、上梁または下梁と他方の柱との柱梁接合部に固定されており、第３固定部および第４固定部の他方は、中途部から他方の柱側に離間した上梁または下梁の他の中途部に固定されており、第４固定部が他の中途部または柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって固定されており、架構に水平力が作用した際に他のブレース材の下端部と第４固定部とが離間することにより、他のブレース材は、引張力を負担せず圧縮力のみを負担する構成とされている。この構成によれば、２本のブレース材が一対の柱の両方に設けられることにより、より多様な方向における水平耐力を向上させることができる。また、第１固定部および第２固定部の他方が設けられる中途部と、第３固定部および第４固定部の他方が設けられる他の中途部とは離間しているため、下端部同士が交差するいわゆるＶ字状のブレース構造とする必要がなく、設計の自由度が高められる。

上記架構の補強構造において、第３固定部は上梁と他方の柱との柱梁接合部に固定されており、第４固定部は中途部から他方の柱側に離間した下梁の他の中途部に固定されている。この構成によれば、第４固定部は摩擦力によって下梁に固定されるため、第４固定部を固定するためのアンカーを最小限に抑えることができる。また、第４固定部は下梁の他の中途部に固定されるので、ブレース材を架構の対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められる。

上記架構の補強構造において、第３固定部は中途部から他方の柱側に離間した上梁の他の中途部に固定されており、第４固定部は下梁と他方の柱との柱梁接合部に固定されている。この構成によれば、第４固定部は摩擦力によって柱梁接合部に固定されるため、第４固定部を固定するためのアンカーを最小限に抑えることができる。また、第３固定部は上梁の他の中途部に固定されるので、ブレース材を架構の対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められる。

上記架構の補強構造において、第２固定部は、アンカーを用いることなく固定されている。この場合、アンカー工事が不要となるため、工事中の騒音、振動、粉塵の発生を抑えることができる。

上記架構の補強構造において、第４固定部は、アンカーを用いることなく固定されている。この場合、２本のブレース材が設けられる構造においてもアンカー工事が不要となるため、工事中の騒音、振動、粉塵の発生を抑えることができる。

本発明の架構の補強方法は、一対の柱と上梁および下梁とを有する架構の架構面内に設けられ、コンクリート充填鋼管を有して構成されたブレース材と、ブレース材の上端部が取り付けられた第１固定部と、ブレース材の下端部が取り付けられた第２固定部と、を備え、第１固定部および第２固定部の一方が上梁または下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定され、第１固定部および第２固定部の他方が上梁または下梁の延在方向における中途部に固定された補強構造による架構の補強方法であって、第２固定部と中途部または柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって第２固定部を固定し、架構に水平力が作用した際にブレース材の下端部と第２固定部とが離間するようにし、ブレース材に引張力を負担させず圧縮力のみを負担させる構成とすることを特徴とする。

この架構の補強方法によれば、架構面内に設けられたブレース材の上端部が第１固定部に取り付けられ、ブレース材の下端部が第２固定部に取り付けられる。第１固定部および第２固定部の一方は、上梁または下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定される。第１固定部および第２固定部の他方は、上梁または下梁の延在方向における中途部に固定される。ここで、第２固定部は、第２固定部と中途部または柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって固定される。架構に水平力が作用した際にブレース材の下端部と第２固定部とが離間することにより、ブレース材は、引張力を負担せず、圧縮力のみを負担する。ブレース材が圧縮力を負担することにより、その応力が支圧によって架構に伝達されるため、水平耐力を向上させることができる。第２固定部を摩擦力によって固定するため、第２固定部を固定するためのアンカーを最小限に抑えることができる。これにより、ブレース材を設置するためのアンカーを最小限に抑えることができる。しかも、第１固定部および第２固定部の他方は、柱梁接合部ではなく上梁または下梁の中途部に固定されるので、ブレース材を架構の対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められる。

本発明によれば、ブレース材を設置するためのアンカーを最小限に抑え、しかも、設計の自由度を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る補強構造を示す正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 （ａ）は、図１中のブレース材の正面図、（ｂ）及び（ｃ）はブレース材の側面図である。 架構に水平力が作用した場合の応力の伝達状態を示す概念図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ブレース材が設けられる角度の各種態様を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る補強構造を示す正面図である。 加力試験装置の概要図である。 （ａ）及び（ｂ）は、加力試験において異なる角度で設置された試験体を示す正面図、（ｃ）は下梁の目荒らし部を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、各条件における加力試験結果を示す図である。 （ａ）は試験体における曲げモーメントＭとブレース導入軸力Ｎｂを示す概念図、（ｂ）は加力試験結果におけるそれらの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態の補強構造１は、たとえば既存の建物に対して耐震補強を行うために設けられるものである。補強構造１が設けられた建物は、たとえば鉄筋コンクリート造あるいは鉄骨鉄筋コンクリート造の建物である。この建物は、一対の柱２ａ，２ｂと、上梁３ａと下梁３ｂとを有する架構Ｘを備える。補強構造１は、この架構Ｘに設けられる。下梁３ｂは、たとえば基礎梁であってもよいし、階層同士の間に設けられた梁であってもよい。すなわち、補強構造１は、１階部分を構成する架構Ｘに設けられてもよいし、２階以上の部分を構成する架構Ｘに設けられてもよい。

補強構造１は、架構Ｘの架構面内に設けられた１本のブレース材４を備える。ブレース材４は、上下方向においては上梁３ａと下梁３ｂとの間に配置されており、水平方向においては一方の柱２ａと他方の柱２ｂとの間に配置されている。ブレース材４は、その軸線が下梁３ｂの延在方向（すなわち水平方向）に対して所定の角度をなすように、傾斜して設けられている。

ブレース材４は、コンクリート充填鋼管（ＣＦＴ；Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ）ブレースである。図３（ａ）に示されるように、ブレース材４は、長尺状の円形あるいは角形の鋼管である鋼管本体２０と、鋼管本体２０の一端に固定されたエンドプレート２１と、ブレース材４の下端に固定されたエンドプレート２３とを有する。ブレース材４の内部には、たとえば高流動コンクリートが打設されることにより、コンクリートが充填されている。ＣＦＴブレースからなるブレース材４は、軸圧縮耐力が大きいという特性を有する。

図１に示されるように、ブレース材４の上端部４ａは、コンクリート製の第１固定部６を介して、上梁３ａと柱２ａとの柱梁接合部１０に固定されている。ブレース材４の下端部４ｂは、コンクリート製の第２固定部７を介して、下梁３ｂの延在方向における中途部１６に固定されている。補強構造１では、ブレース材４の下端が固定される中途部１６は、一対の柱２ａ，２ｂ間の中央よりもやや柱２ａ寄りに位置している。

図１および図２に示されるように、第１固定部６は、鉛直方向に設けられた複数のあと施工アンカー１１および水平方向に設けられた複数のあと施工アンカー１２を介して、柱梁接合部１０に接合されている。第１固定部６内には、鉄筋１３が配設される場合もある。第１固定部６は、木製あるいは鋼製の型枠を取り付け、その型枠内に高流動コンクリートを打設することにより形成される。

図１に示されるように、第２固定部７は、下梁３ｂの中途部１６の上面に固定されている。第２固定部７内には、鉄筋が配設けられてもよいし、無筋であってもよい。第２固定部７の下面は、下梁３ｂの上面に圧接している。中途部１６の上面において下梁３ｂが圧接する部分（すなわち接合界面）には、目荒らし処理が施されることにより目荒らし部Ａが形成されている。

第２固定部７と下梁３ｂの中途部１６との間には、あと施工アンカー等は設けられてない。すなわち、第２固定部７は、アンカーを用いることなく中途部１６に固定されている。このようにして、第２固定部７は、第２固定部７と中途部１６の上面との間で生じる摩擦力によって、下梁３ｂに固定されている。すなわち、下梁３ｂに対する第２固定部７の固定構造においては、摩擦力が支配的になっている。第２固定部７は、たとえば下梁３ｂに木製あるいは鋼製の型枠を取り付け、その型枠内に高流動コンクリートを打設することにより形成される。

図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ブレース材４の上端部４ａに設けられたエンドプレート２１の中心には、鋼管本体２０の軸線に沿って異形鉄筋２２が固定されている。また、ブレース材４の下端部４ｂに設けられたエンドプレート２３の中心には、鋼管本体２０の軸線に沿って丸鋼２４が固定されている。異形鉄筋２２および丸鋼２４は、エンドプレート２１，２３から所定の長さ突出している。異形鉄筋２２が第１固定部６内のコンクリートに一体化されることにより、ブレース材４の上端部４ａが第１固定部６に取り付けられている。また、丸鋼２４が第２固定部７内のコンクリートに一体化されることにより、ブレース材４の下端部４ｂが第２固定部７に取り付けられている。

このような取付構造により、ブレース材４の上端部４ａは、第１固定部６に対して強固に接合されて付着力が高められている。一方、ブレース材４の下端部４ｂは、第２固定部７に対して比較的低い強度で接合されている。これにより、水平力が生じた際に、ブレース材４の下端部４ｂが第２固定部７から分離可能な構成としている。

以上の構造を有する補強構造１では、第２固定部７が中途部１６の上面との間で生じる摩擦力によって下梁３ｂに固定されている。ブレース材４は、地震等によって架構Ｘに水平力が作用した際に、ブレース材４の下端部４ｂと第２固定部７とが離間することにより、引張力を負担せず圧縮力のみを負担する構成とされている。

より詳しくは、図４に示されるように、地震等が発生した際、ブレース材４には、水平方向の地震力Ｆ１が作用する。地震力Ｆ１は、軸力Ｆ２すなわち圧縮力としてブレース材４の軸線方向に伝達される。ブレース材４の軸線方向に伝達された圧縮力は、軸力Ｆ６として第２固定部７に伝わる。軸力Ｆ２は、地震力Ｆ１と鉛直方向の力Ｆ３とに分解することができる。鉛直方向の力Ｆ３は圧縮力Ｆ４として下梁３ｂ（既存躯体）に伝達される。一方、第２固定部７と下梁３ｂとの間には、地震力Ｆ１とは反対方向の摩擦力Ｆ５が生じる。なお、摩擦力Ｆ５は、下梁３ｂの上面に目荒らし部Ａが形成されていることにより、一層高められる。摩擦力Ｆ５が生じることにより、支圧による応力をより下梁３ｂ（既存躯体）に伝えやすくなっている。これによって、第２固定部７と下梁３ｂとが圧着した状態を維持しやすくなっている。上記したように第２固定部７がアンカーを用いることなく下梁３ｂに固定されている場合であっても、第２固定部７と下梁３ｂとは、圧着した状態を維持しやすくなっている。このように、ブレース材４は、圧縮力のみを負担し、引張力を負担しない構成とされている。

次に、第２固定部７を介して下梁３ｂに作用する力ｎについて説明する。まず、第２固定部７と下梁３ｂとの間（すなわちコンクリート同士間）の摩擦係数μは０．５以上と評価することが可能であるが、ここでは、摩擦係数μを０．５と評価する。水平力Ｈ（図４に示す地震力Ｆ１に相当）と、水平抵抗力ｍ（上記した摩擦力Ｆ５に相当）との関係は、ブレース材４の水平方向に対する角度（すなわち仰角）によって変わる。なお、水平抵抗力ｍは、圧縮力Ｎ（上記した圧縮力Ｆ４に相当）に摩擦係数μを乗じることで算出される。

水平力Ｈを１とすると、水平力Ｈと水平抵抗力ｍとの関係は次のように試算できる。ブレース材４の水平方向に対する角度が６３．４°であると、図５（ａ）に示されるように、圧縮力Ｎは、Ｎ＝２．０である。よって、摩擦力による水平抵抗力ｍは、ｍ＝２．０×０．５＝１．０である。よって、下梁３ｂに作用する力ｎは、ｎ＝Ｈ−ｍ＝１．０−１．０＝０である。この場合、水平力Ｈは水平抵抗力ｍにより相殺される。

ブレース材４の水平方向に対する角度が６０°であると、図５（ｂ）に示されるように、圧縮力Ｎは、Ｎ＝１．７３（すなわち３の平方根）である。よって、摩擦力による水平抵抗力ｍは、ｍ＝１．７３×０．５＝０．８６６である。よって、下梁３ｂに作用する力ｎは、ｎ＝Ｈ−ｍ＝１．０−０．８６６＝０．１３４である。

ブレース材４の水平方向に対する角度が４５°であると、図５（ｃ）に示されるように、圧縮力Ｎは、Ｎ＝１．０である。よって、摩擦力による水平抵抗力ｍは、ｍ＝１．０×０．５＝０．５である。よって、下梁３ｂに作用する力ｎは、ｎ＝Ｈ−ｍ＝１．０−０．５＝０．５である。この場合、水平力Ｈの半分に相当する力ｎが作用する。

ブレース材４の水平方向に対する角度が３０°であると、図５（ｄ）に示されるように、圧縮力Ｎは、Ｎ＝０．５７７（すなわち３の平方根の逆数）である。よって、摩擦力による水平抵抗力ｍは、ｍ＝０．５７７×０．５＝０．２８９である。よって、下梁３ｂに作用する力ｎは、ｎ＝Ｈ−ｍ＝１．０−０．２８９＝０．７１１である。この場合、水平力Ｈの７割以上に相当する力ｎが作用する。

以上より、摩擦係数μが０．５である場合、仰角が６３．４°以上となるようにブレース材４が立っている場合には、水平力Ｈよりも水平抵抗力ｍ（摩擦力）が上回ることがわかる。よって、ブレース材４の仰角が６３．４°以上である場合には、第２固定部７の固定にアンカーは不要となる。なお、上記の説明では摩擦係数μを０．５としたが、摩擦係数μは０．５以上とすることが適切な場合もある。

ブレース材４は、水平力Ｈよりも水平抵抗力ｍ（摩擦力）が上回るように設けることが好ましい。言い換えれば、ブレース材４を設ける角度は、ブレース材４に軸力（図４に示す圧縮力Ｆ４参照）が確実に伝達されるように設定されることが好ましい。

次に、補強構造１の構築方法（補強方法）について説明する。まず、中途部１６の上面に、第２固定部７の形状に応じた目荒らし部Ａを形成する。また、既存躯体の柱梁接合部１０に対して、ケミカルアンカー等のあと施工アンカー１１，１２を取り付ける。次に、コンクリートが打設されていない中空のブレース材４を所定位置に吊り下げる。次に、第２固定部７の型枠となる木製あるいは鋼製の型枠を下梁３ｂの中途部１６上に取り付ける。また、第１固定部６の型枠となる木製あるいは鋼製の型枠を柱梁接合部１０に取り付ける。この際、あと施工アンカー１１，１２を利用してもよい。

次に、上側の型枠と下側の型枠とに対し、ブレース材４を固定する。そして、第２固定部７の型枠内に高流動コンクリートを打設する。さらに、ブレース材４の鋼管本体２０内と第１固定部６の型枠内とに高流動コンクリートを打設する。ブレース材４に高流動コンクリートを打設する際には、エンドプレート２１に形成されたコンクリート打設用孔を用いることができる。コンクリートの養生後、必要な場合には、鋼板を取り外して脱型を行う。

補強構造１および補強構造１による架構Ｘの補強方法によれば、架構面内に設けられたブレース材４の上端部４ａが第１固定部６に取り付けられ、ブレース材４の下端部４ｂが第２固定部７に取り付けられている。第１固定部６は、上梁３ａと一方の柱２ａとの柱梁接合部１０に固定されている。第２固定部７は、下梁３ｂの延在方向における中途部１６に固定されている。第２固定部７は、第２固定部７と中途部１６の上面との間で生じる摩擦力によって、下梁３ｂに固定されている。架構Ｘに水平力が作用した際にブレース材４の下端部４ｂと第２固定部７とが離間することにより、ブレース材４は、引張力を負担せず、圧縮力のみを負担する。ブレース材４が圧縮力を負担することにより、その応力が支圧によって架構Ｘに伝達されるため、水平耐力を向上させることができる。第２固定部７を摩擦力によって下梁３ｂの中途部１６に固定するため、第２固定部７を固定するためのアンカーが最小限に抑えられている。これにより、ブレース材４を設置するためのアンカーが最小限に抑えられている。アンカーが最小限に抑えられると、アンカー工事を減らすことができ、騒音、振動、塵埃、粉塵等の発生を抑制することができる。したがって、居ながら施工が可能になる。しかも、第２固定部７は、柱梁接合部ではなく下梁３ｂの中途部１６に固定されるので、ブレース材４を架構Ｘの対角線上に位置させる必要がない。よって、設計の自由度が高められている。

また、架構面内には、１本のブレース材４のみが設けられているため、採光や眺望の観点において、有利である。

また、第２固定部７は、アンカーを用いることなく下梁３ｂの中途部１６に固定されているため、アンカー工事が不要となっている。よって、工事中の騒音、振動、粉塵の発生が抑えられる。既存の耐震補強では、建物の利用（居住等）を妨げることなく施工することが求められる。アンカー工事が不要であることによって居ながら施工が可能になるので、補強構造１による補強方法は、既存の耐震補強に対して特に効果を発揮する。

図６は、第２実施形態に係る補強構造１Ａを示す正面図である。図６に示されるように、架構面内に、逆ハの字状に２本のブレース材４，５４を設けてもよい。すなわち、本実子形態の補強構造１Ａは、図１に示した第１実施形態の補強構造１とは、ブレース材５４がさらに設けられた点で異なっている。

ブレース材５４は、ブレース材４と同様にして架構Ｘに取り付けられている。すなわち、補強構造１Ａは、架構面内に設けられ、ＣＦＴブレースからなるブレース材（他のブレース材）５４を備える。ブレース材５４の上端部５４ａは、上梁３ａと他方の柱２ｂとの柱梁接合部５０に固定されたコンクリート製の第３固定部５６に取り付けられている。ブレース材５４の下端部５４ｂは、中途部１６から柱２ｂ側に離間した下梁３ｂの他の中途部６０に固定されたコンクリート製の第４固定部５７に取り付けられている。第４固定部５７は、アンカーを用いることなく下梁３ｂの中途部６０に固定されている。第４固定部５７が中途部６０の上面との間で生じる摩擦力によって下梁３ｂに固定されていることにより、ブレース材５４は、架構Ｘに水平力が作用した際に引張力を負担せず圧縮力のみを負担する構成とされている。

この補強構造１Ａによれば、２本のブレース材４，５４が一対の柱２ａ，２ｂの両方に設けられることにより、より多様な方向における水平耐力を向上させることができる。また、第２固定部７が設けられる中途部１６と、第４固定部５７が設けられる他の中途部６０とが下梁３ｂの延在方向において離間しているため、下端部４ｂ，５４ｂ同士を交差させる（いわゆるＶ字状のブレース構造とする）必要がなく、設計の自由度が高められている。

また、ブレース材４に第２固定部７に加えてブレース材５４の第４固定部５７も、アンカーを用いることなく下梁３ｂの中途部６０に固定されているため、アンカー工事が不要となっている。よって、工事中の騒音、振動、粉塵の発生が抑えられる。既存の耐震補強では、建物の利用（居住等）を妨げることなく施工することが求められる。アンカー工事が不要であることによって居ながら施工が可能になるので、補強構造１Ａによる補強方法は、既存の耐震補強に対して特に効果を発揮する。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。たとえば、第１固定部６，第３固定部５６および第２固定部７，第４固定部５７がコンクリート製である場合について説明したが、第１固定部は鋼製であってもよい。第１固定部は、柱梁接合部に固定されたガセットプレートを有する構成であってもよい。第２固定部は、水平方向に延在するプレートを備え、そのプレートの下面に微細な凹凸を施し、プレートの下面を目荒らし部Ａに圧接させてもよい。第２固定部７，第４固定部５７と下梁３ｂとの間に一または数本のアンカーを設けてもよい。

また、上記実施形態では、第１固定部６が柱梁接合部１０に固定され、第２固定部７が下梁３ｂの中途部１６に固定される場合について説明したが、これとは逆に、第１固定部が上梁３ａの延在方向における中途部に固定され、第２固定部が下梁３ｂと柱２ａとの柱梁接合部に固定されてもよい。この場合も、架構Ｘに水平力が作用した際にブレース材４の下端部４ｂと第２固定部とが離間するようにし、ブレース材４に引張力を負担させず、圧縮力のみを負担させる。これにより、上記の補強構造１と同様の作用・効果が奏される。

また、上記の補強構造１Ａ（図６参照）では、第１固定部６および第３固定部５６が柱梁接合部１０，５０に固定され、第２固定部７および第４固定部５７が下梁３ｂの中途部１６，６０に固定される場合について説明したが、これとは逆に、第１固定部および第３固定部が上梁３ａの延在方向における中途部に固定され、第２固定部および第４固定部が下梁３ｂと柱２ａ，２ｂとの柱梁接合部に固定されてもよい。すなわち、架構面内に、ハの字状に２本のブレース材４，５４を設けてもよい。この場合も、架構Ｘに水平力が作用した際にブレース材４，５４の下端部４ｂ，５４ｂと第２固定部，第４固定部とが離間するようにし、ブレース材４，５４に引張力を負担させず、圧縮力のみを負担させる。これにより、上記の補強構造１，１Ａと同様の作用・効果が奏される。

また、一方のブレース材４に関しては、補強構造１と同様に第１固定部６が柱梁接合部１０に固定され、第２固定部７が下梁３ｂの中途部１６に固定されており、他方のブレース材５４に関しては、第３固定部が上梁３ａの延在方向における中途部に固定され、第４固定部が下梁３ｂと柱２ｂとの柱梁接合部に固定された構造であってもよい。

本発明は、既存の建物に適用される場合に限られず、新築される建物に適用されてもよい。鉄筋コンクリート造の建物に限られず、鉄骨鉄筋コンクリート造の建物であってもよい。
［加力試験］

次に、試験体を用いて行った加力試験について説明する。図７は、加力試験装置の概要図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、加力試験において異なる角度で設置された試験体を示す正面図である。

試験体４０は、直方体の鉄筋コンクリート基礎梁である加圧スタブ（以下、単に基礎梁という）３４に、無筋コンクリート製の台形の接合ブロック４０ａとＣＦＴブレースからなるブレース部４０ｂとを取り付けたものである。基礎梁３４の上面の一部に目荒らし部３４ａを形成し（図８（ｃ）参照）、これに台形の型枠を設置した。この型枠にブレース部４０ｂから高流動コンクリートを打設して、基礎梁３４に試験体４０を一体化した。なお、試験体４０の設置において、あと施工アンカーは使用していない。ブレース部４０ｂに用いた鋼管は、ＳＴＫＲ４００の１００×１００の鋼管である．ブレースの設置角度を実験変数として２体の試験体４０を作成した。

図８（ａ）に示される試験体４０において、ブレース部４０ｂと基礎梁３４のなす角度は４５°である。この試験体４０では、ブレース部４０ｂの軸線Ｌ１が接合ブロック４０ａの中心を通るように設計されている。図８（ｂ）に示される試験体４０において、ブレース部４０ｂと基礎梁３４のなす角度は３０°である。設置角度４５°の試験体４０を基本試験体として設置角度３０°の試験体４０を作成したため、このブレース部４０ｂでは、ブレース部４０ｂの軸線Ｌ２は接合ブロック４０ａの底面の外を通っている。

図７に示されるように、加力試験装置では、上梁３２と基礎梁３３と柱３１とを有するフレーム３０を用い、基礎梁３３上にＰＣ鋼棒３７を介して基礎梁３４を取り付け、基礎梁３４上に試験体４０を固定した。試験体４０の上端には１０００ｋＮの油圧ジャッキ３５を傾けて設置した。この油圧ジャッキ３５とロードセル３６とを介して、試験体４０を柱３１に接続した。なお、油圧ジャッキ３５とロードセル３６の上下端部には、ピン４１，４２を設けた。吊り治具４３により、上梁３２から油圧ジャッキ３５を吊るようにした。

そして、試験体４０のブレース部４０ｂに軸圧縮力を導入する試験を行った。この試験では、地震時において建物が水平変形し、ブレース材に軸圧縮力が作用した場合を想定している。接合ブロック４０ａと基礎梁３４との打ち継ぎ面で破壊させる計画とし、この面でのパンチングシア耐力を観測した。図８（ａ）に示される試験体４０では、型枠を外さずに試験を実施した。図８（ｂ）に示される試験体４０では、鋼製の型枠は上部と下部が分離できるようになっており、下部の型枠を取り外して試験を実施した。

加力試験に使用したコンクリートの諸元を表１に示す。加力試験に使用した鋼材の性質（引張試験結果）を表２に示す。

加力試験により得られた最大耐力は、図８（ａ）に示される設置角度４５°の試験体４０では、３２０ｋＮであり、図８（ｂ）に示される設置角度３０°の試験体４０では、８１ｋＮであった。なお、これらの最大耐力は、水平力として算出している。設置角度４０°の場合、設置角度３０°の場合に比べて水平耐力が大きくなっている。

図９（ａ）及び（ｂ）は、各条件における加力試験結果を示す図である。図９には、荷重と変形との関係を示す。縦軸は、油圧ジャッキ３５のロードセル３６により測定された値の水平分力である。横軸は、２台の変位計（面外補剛装置３８およびワイヤ変位計３９）により測定した基礎梁３４と接合ブロック４０ａの相対変位である。図９（ａ）は設置角度４５°の試験体４０による試験結果を示し、図９（ｂ）は設置角度３０°の試験体４０による試験結果を示している。設置角度４５°の試験体４０では、載荷初期から高い剛性を維持していることがわかる。最大耐力に達した時点でも変形は０．７ｍｍ程度に収まった。設置角度３０°の試験体４０では、初期載荷時に型枠のずれが観測され、型枠にとりつく変位計の値が大きく動いたため、この部分を消去している。軸力が導入された直後、０．５ｍｍほど変形が進み、その後１ｍｍの変形前に、最大水平力８１ｋＮに達して接合ブロック４０ａと基礎梁３４との接合面が滑り、試験を終了した。

ブレース部４０ｂの鋼管に貼付したひずみゲージの値から、上記試験結果の違いを考察する。なお、試験においては、油圧ジャッキ３５からの軸力がブレース部４０ｂの中央に作用しているかどうかを確認するため、角形の鋼管の４面に一軸の弾性ひずみゲージを貼付した。図１０（ｂ）に示される結果は、ブレース部４０ｂの上面および下面の歪からブレース部４０ｂの曲率を求め、これに曲げ剛性をかけて、ブレース部４０ｂに作用している曲げモーメントＭ（図１０（ａ）参照）を計算したものである。図の縦軸は曲げモーメントＭであり、図の横軸はロードセル３６により計測されたブレース部４０ｂの軸力Ｎｂである。図１０（ｂ）に示されるように、設置角度４５°の試験体４０では、曲げモーメントＭは１８０ｋＮｍｍ以下に収まっているが、設置角度３０°の試験体４０では、軸力の増大に伴い曲げモーメントＭが増加している。

これらの曲げモーメントＭの違いが、最大水平耐力に影響していると考えられる。つまり、設置角度３０°の試験体４０では、載荷の初期段階から接合部分に曲げが作用しており、この影響により滑り面積が減少して水平耐力が低くなったものと推察される。また、設置角度４５°の試験体４０のブレース部４０ｂの軸線Ｌ１が接合ブロック４０ａの中心を通るのに対して、設置角度３０°の試験体４０のブレース部４０ｂの軸線Ｌ２が接合ブロック４０ａの底面よりも外を通ることも、水平耐力が低くなった要因の一つと推察される。

以上の試験結果より、ブレース材４が圧縮力のみに抵抗する上記の補強構造１，１Ａでは、第２固定部７および第４固定部５７の接合部分おいて鉛直力が付加されることになり、これにより水平抵抗力が増すことが確認された。補強構造１，１Ａによれば、簡素な接合部設計が可能となることが示唆された。

１，１Ａ…補強構造、２ａ，２ｂ…柱、３ａ…上梁、３ｂ…下梁、４…ブレース材、４ａ…上端部、４ｂ…下端部、６…第１固定部、７…第２固定部、１０…柱梁接合部、１１，１２…あと施工アンカー、１６…中途部、５０…柱梁接合部、５４…ブレース材（他のブレース材）、５４ａ…上端部、５４ｂ…下端部、５６…第３固定部、５７…第４固定部、６０…中途部（他の中途部）、Ａ，Ｂ…目荒らし部、Ｘ…架構。

Claims (10)

1. 一対の柱と上梁および下梁とを有する架構の架構面内に設けられ、コンクリート充填鋼管を有して構成されたブレース材と、
   前記ブレース材の上端部が取り付けられた第１固定部と、
   前記ブレース材の下端部が取り付けられた第２固定部と、を備え、
   前記第１固定部および前記第２固定部の一方は、前記上梁または前記下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定されており、
   前記第１固定部および前記第２固定部の他方は、前記上梁または前記下梁の延在方向における中途部に固定されており、
   前記第２固定部が前記中途部または前記柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって固定されており、前記架構に水平力が作用した際に前記ブレース材の下端部と前記第２固定部とが離間することにより、前記ブレース材は、引張力を負担せず圧縮力のみを負担する構成とされていることを特徴とする架構の補強構造。
2. 前記第１固定部は前記上梁と前記一方の柱との柱梁接合部に固定されており、
   前記第２固定部は前記下梁の延在方向における中途部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の架構の補強構造。
3. 前記第１固定部は前記上梁の延在方向における中途部に固定されており、
   前記第２固定部は前記下梁と前記一方の柱との柱梁接合部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の架構の補強構造。
4. 前記架構面内には、１本の前記ブレース材のみが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の架構の補強構造。
5. 前記架構面内に設けられ、コンクリート充填鋼管を有して構成された他のブレース材と、
   前記他のブレース材の上端部が取り付けられた第３固定部と、
   前記他のブレース材の下端部が取り付けられた第４固定部と、を備え、
   前記第３固定部および前記第４固定部の一方は、前記上梁または前記下梁と他方の柱との柱梁接合部に固定されており、
   前記第３固定部および前記第４固定部の他方は、前記中途部から前記他方の柱側に離間した前記上梁または前記下梁の他の中途部に固定されており、
   前記第４固定部が前記他の中途部または前記柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって固定されており、前記架構に水平力が作用した際に前記他のブレース材の下端部と前記第４固定部とが離間することにより、前記他のブレース材は、引張力を負担せず圧縮力のみを負担する構成とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の架構の補強構造。
6. 前記第３固定部は前記上梁と前記他方の柱との柱梁接合部に固定されており、
   前記第４固定部は前記中途部から前記他方の柱側に離間した前記下梁の他の中途部に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の架構の補強構造。
7. 前記第３固定部は前記中途部から前記他方の柱側に離間した前記上梁の他の中途部に固定されており、
   前記第４固定部は前記下梁と前記他方の柱との柱梁接合部に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の架構の補強構造。
8. 前記第２固定部は、アンカーを用いることなく固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の架構の補強構造。
9. 前記第４固定部は、アンカーを用いることなく固定されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の架構の補強構造。
10. 一対の柱と上梁および下梁とを有する架構の架構面内に設けられ、コンクリート充填鋼管を有して構成されたブレース材と、前記ブレース材の上端部が取り付けられた第１固定部と、前記ブレース材の下端部が取り付けられた第２固定部と、を備え、前記第１固定部および前記第２固定部の一方が前記上梁または前記下梁と一方の柱との柱梁接合部に固定され、前記第１固定部および前記第２固定部の他方が前記上梁または前記下梁の延在方向における中途部に固定された補強構造による架構の補強方法であって、
    前記第２固定部と前記中途部または前記柱梁接合部との間で生じる摩擦力によって前記第２固定部を固定し、前記架構に水平力が作用した際に前記ブレース材の下端部と前記第２固定部とが離間するようにし、前記ブレース材に引張力を負担させず圧縮力のみを負担させる構成とすることを特徴とする架構の補強方法。

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