JP6342743B2 - 既存建物補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、既存建物補強構造に関する。

既存建物を耐震補強する補強方法の一つとして、例えば特許文献１に示すように、既存建物に隣接して外付けの立体架構を構築し、既存建物と立体架構を連結する方法がある。

特許文献１は、平面視において、既存建物と干渉しない領域に、既存建物と独立させて床が伴わない立体架構を構築し、既存建物と立体架構を連結して、立体架構に既存建物の水平力を分担させる既存建物の耐震補強方法である。
特許文献１には、既存建物に連結された立体架構の転倒を抑制する構成は記載されていない。一般的に、立体架構を既存建物に隣接して構築し、連結する構成においては、立体架構が耐力を発揮する前に転倒しないように、アースアンカー等の抵抗力付与手段を地盤に打ち込んで、抵抗力付与手段で立体架構の転倒を抑制している。

特開平９−２０３２２０号公報

しかし、立体架構の転倒を抑制するには、地震力による正負の２方向の転倒を抑制する必要性から、立体架構の両端部に、同じ大きさの引抜き抵抗力を付与するよう、抵抗力付与手段を取付ける必要があった。抵抗力付与手段が負担する引抜き抵抗力の増大や、抵抗力付与手段の数量の増加は、施工手間と施工費用を増大させる。

本発明は、上記事実に鑑み、抵抗力付与手段が負担する浮上り抵抗力を低減させ、又は抵抗力付与手段の数量を減少させて、立体架構の転倒を抑制する既存建物補強構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る既存建物補強構造は、対向配置された一対の既存建物と、前記既存建物の間に構築された基礎構造体と、前記既存建物に沿って構築され、前記既存建物と接合された一対の立体架構と、前記既存建物に近い側にあり、下端部が前記基礎構造体に固定された前記立体架構の第１柱部と、前記既存建物に遠い側にあり、下端部が前記基礎構造体に固定された前記立体架構の第２柱部と、下端部が前記基礎構造体の下の地盤に埋め込まれ、上端部が前記基礎構造体に固定され、前記基礎構造体に浮上り抵抗力を付与し、前記第２柱部よりも前記第１柱部へ付与する引抜き抵抗力を大きくした抵抗力付与手段と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、地震力を受けたとき、一対の既存建物の一方が立体架構側へ傾斜して、立体架構の第１柱部に引抜き力が作用する。この引抜き力に対しては、抵抗力付与手段が基礎構造体を介して抵抗し、立体架構の浮き上がりを抑制する。このとき、第２柱部には、基礎構造体を押下げる方向の圧縮力が作用する。この圧縮力は、基礎構造体を介して、他方の立体架構の第２柱部に作用する引抜き力による浮き上がりを抑制する。この結果、立体架構の転倒が抑制される。
なお、既存建物に近い第１柱部の浮上りは、基礎構造体に設けられた全ての抵抗力付与手段により抑制されるが、第１柱部の近くに設けられた抵抗力付与手段の寄与が、既存建物から遠い第２柱部の近くに設けられた抵抗力付与手段よりも大きい。このため、第１柱部の近くの抵抗力付与手段よりも、第２柱部の近くの抵抗力付与手段の浮上り抵抗力を小さくしても、両者を合計した浮上り抵抗力が確保されれば、立体架構の転倒を抑制することができる。
更に、基礎構造体により、一方の立体架構の第２柱部に作用する圧縮力が、他方の立体架構の第２柱部に作用する引抜き力に抵抗し、抵抗力付与手段が負担する立体架構の浮上り抵抗力が低減される。この結果、第１柱部の近くの抵抗力付与手段よりも、第２柱部の近くの抵抗力付与手段の浮上り抵抗力を小さくしても、立体架構の転倒を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の既存建物補強構造において、前記抵抗力付与手段は、平面視において、前記第１柱部と前記第２柱部の真ん中を通り、前記既存建物と平行な中心線より前記既存建物に近い側にのみ設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、第１柱部に作用する引抜き力より、第１柱部の近くに設けられた抵抗力付与手段の浮上り抵抗力を大きくすることで、第２柱部の近くに設ける抵抗力付与手段を省略することができる。これにより、抵抗力付与手段の数を減らすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の既存建物補強構造において、前記第１柱部は、側面を前記既存建物の柱の側面と接合させていることを特徴としている。

これにより、既存建物から立体架構へ、地震力を伝達することができる。また、既存建物の重量を、立体架構の転倒防止に活用することができ、抵抗力付与手段の負担する浮上り抵抗力を減らすことができる。

本発明は、上記構成としてあるので、抵抗力付与手段が負担する浮上り抵抗力を低減させ、又は抵抗力付与手段の数量を減少させて、立体架構の転倒を抑制する既存建物補強構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る既存建物補強構造の基本構成を示す、図２のＺ１−Ｚ１線断面図である。 本発明の第１実施形態に係る既存建物補強構造の基本構成を示す、図１のＹ１−Ｙ１線断面図である。 本発明の第１実施形態に係る既存建物補強構造の基本構成を示す部分斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る既存建物補強構造の接合部の構成を示す部分拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る既存建物補強構造の立体架構に作用する地震力を説明するための図１のＹ１−Ｙ１線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る既存建物補強構造の基本構成を示す、図１のＹ１−Ｙ１線断面図である。

（第１実施形態）
図１〜図５を用いて、第１実施形態に係る既存建物補強構造について説明する。
ここに、図１は既存建物補強構造の基本構成を示す水平断面図、図２は鉛直断面図、図３は部分斜視図、図４は接合部の部分拡大図、図５は立体架構に作用する地震力を説明するための鉛直断面図である。

図１〜図３に示すように、既存建物補強構造は、耐震補強される対向構造部（既存建物）１０Ａ、１０Ｂを有している。
対向構造部１０Ａ、１０Ｂは、例えば、平面視がコ字状に形成された既存の建物１１の一部を構成し、中庭３０を挟んで平行に構築されている。対向構造部１０Ａと対向構造部１０Ｂは、所定の距離Ｗ１を開けて対向配置されている。

一対の対向構造部１０Ａ、１０Ｂは、いずれも鉄筋コンクリート造とされ、説明の都合上、壁とスラブの記載は省略し、柱２４及び梁２６のみで表示している。
対向構造部１０Ａ、１０Ｂに挟まれた中庭３０の地盤２２の上には、鉄筋コンクリート造のマットスラブ（基礎構造体）１２が構築されている。
マットスラブ１２は、Ｘ軸方向には、対向構造部１０Ａ、１０Ｂの対向する側壁４０Ａ、４０Ｂ間の距離Ｗ１の全幅に設けられ、Ｙ軸方向には、対向構造部１０Ａ、１０Ｂの全長に渡り、厚さｈ１で構築されている（図２参照）。

対向構造部１０Ａ、１０Ｂの対向する側壁４０Ａ、４０Ｂには、一対の鉄骨フレーム（立体架構）１４Ａ、１４Ｂが、それぞれ隣接して構築されている。鉄骨フレーム１４Ａは、対向構造部１０Ａに沿ってＹ軸方向へ配置され、鉄骨フレーム１４Ｂは、対向構造部１０Ｂに沿ってＹ軸方向へ配置されている。

鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂは、対向構造部１０Ａ、１０Ｂを補強する外付けの補強部材であり、鉄骨フレーム１４Ａ、１４ＢのＸ軸方向の幅は、いずれもＷ２とされている。
対向構造部１０Ａ、１０Ｂの側壁４０Ａ、４０Ｂの延長線Ｐは、各図において、対向構造部１０Ａと鉄骨フレーム１４Ａの境界、及び対向構造部１０Ｂと鉄骨フレーム１４Ｂの境界を示している。延長線Ｐより矢印Ｘ１側が対向構造部１０Ａ、１０Ｂであり、延長線Ｐより矢印Ｘ２側が鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂである。

鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂは、基本的にいずれも同じ構成であるため、鉄骨フレーム１４Ａを例にとり、具体的構成を説明する。
図３の斜視図に示すように、鉄骨フレーム１４Ａは、鉄骨製の縦部材としての柱３４、３６、横部材としての梁３８、及び斜め部材としてのブレース３９を組み合わせて直方体形状に構築されている。

鉄骨フレーム１４Ａの対向構造部１０Ａに近い側には、Ｈ形鋼製の柱（第１柱部）３４が、対向構造部１０Ａに沿って複数配置されている。また、鉄骨フレーム１４Ａの対向構造部１０Ａから遠い側には、Ｈ形鋼製の柱（第２柱部）３６が、対向構造部１０Ａに沿って複数配置されている。
鉄骨フレーム１４Ａは、柱３４、３６で自立する構成とされている。柱３４、柱３６の下端部は、いずれもマットスラブ１２に埋め込まれ、固定されている（図４参照）。

鉄骨フレーム１４Ａは、横方向に複数配置されたＨ形鋼製の梁３８を有し、梁３８は、柱３４の間、柱３６の間、及び柱３４、３６の間に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に渡され、端部は柱３４、３６と接合されている。また、鉄骨フレーム１４Ａは、斜め部材である鉄骨製のブレース３９を有し、ブレース３９は、柱３４、３６と梁３８の交点を斜めに繋いでいる。

梁３８は、Ｘ軸方向には、対向構造部１０ＡのＸ軸方向の梁２６と対応する位置にそれぞれ配置され、高さ（Ｚ軸）方向には、複数階を有する対向構造部１０Ａの、各階の梁２６の高さに対応させて、各階の梁２６の位置に取付けられている。
鉄骨フレーム１４Ａは、柱３４、梁３８で対向構造部１０Ａの柱２４、梁２６と、延長線Ｐの位置で接合され、一体化されている。

図１、図４に示すように、マットスラブ１２には、アースアンカー（抵抗力付与手段）１８、２０が埋め込まれ、下方へ向かう浮上り抵抗力が付与されている。アースアンカー１８、２０は、図１の丸印で示すように、Ｘ軸方向へ、互いに距離Ｗ３空けて配置され、Ｙ軸方向には、対向構造部１０Ａに沿って、所定の間隔で連続して複数配置されている。
複数のアースアンカー１８、２０は、それぞれの浮上り抵抗力の合力で、地震時の鉄骨フレーム１４Ａの引抜き力に抵抗する。

アースアンカー１８は、平面視において、鉄骨フレーム１４Ａを通る中心線ＣＥより対向構造部１０Ａに近い側（柱３４に近い側）に設けられ、アースアンカー２０は、中心線ＣＥより対向構造部１０Ａに遠い側（柱３６に近い側）に設けられている。
ここに、中心線ＣＥは、鉄骨フレーム１４Ａの柱３４と柱３６の間の真ん中を結び、対向構造部１０Ａの側壁４０Ａと平行に引かれた線である。即ち、柱３４と柱３６の間の距離をＷ２としたとき、距離Ｗ２の中央に引かれた線である。

複数のアースアンカー１８、２０は、下端部が中庭３０の地盤２２に埋め込まれ、上端部は、マットスラブ１２に浮上り抵抗力を付与して、マットスラブ１２に固定されている。アースアンカー１８の浮上り抵抗力をＲ１、アースアンカー２０の浮上り抵抗力をＲ２としたとき、マットスラブ１２に、浮上り抵抗力Ｒ（Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２）を付与している（図４参照）。

また、図４の部分断面図に示すように、鉄骨フレーム１４Ａの柱３４は、鉄筋コンクリート４２で囲まれた鉄骨鉄筋コンクリート柱とされ、対向構造部１０Ａの柱２４と、あと施工アンカー２８で接合され、柱２４と柱３４が一体化されている。
これにより、対向構造部１０Ａから鉄骨フレーム１４Ａへ、地震力を確実に伝達することができる。更に、対向構造部１０Ａの重量を、鉄骨フレーム１４Ａの転倒防止に活用し、アースアンカー１８、２０が負担する浮上り抵抗力Ｒを小さくすることができる。

図５に示すように、本実施形態とすることにより、例えば、対向構造部１０ＢがＸ軸方向の地震力Ｐ１を受けたとき、対向構造部１０Ｂは、鉄骨フレーム１４Ｂ側へ傾斜する。これにより、鉄骨フレーム１４Ｂの柱３４には、上向きの引抜き力Ｐ２が作用する。

この引抜き力Ｐ２に対しては、主として鉄骨フレーム１４Ｂの位置のマットスラブ１２に固定されたアースアンカー１８、２０が、浮上り抵抗力Ｒで抵抗し、マットスラブ１２の浮き上がりを抑制する。これにより、鉄骨フレーム１４Ｂが、期待する耐力を発揮する前に転倒するのを抑制することができる。

なお、対向構造部１０Ｂに近い柱３４の浮上りは、マットスラブ１２に設けられたアースアンカー１８、２０により、抑制されるが、柱３４の近くに設置されたアースアンカー１８の寄与が、柱３４の遠く（対向構造部１０Ｂから遠い柱３６の近く）に設置されたアースアンカー２０よりも大きい。このことから、柱３４の近くのアースアンカー１８よりも、柱３６の近くのアースアンカー２０の浮上り抵抗力を小さくしても（Ｒ１＞Ｒ２）、両者を合計した浮上り抵抗力Ｒが確保されれば、鉄骨フレーム１４Ａの転倒を抑制することができるといえる。

また、マットスラブ１２は、鉄骨フレーム１４Ａに生じる引抜き力Ｐ４を、鉄骨フレーム１４Ｂまで伝達できる耐力を有している。このことから、地震時の鉄骨フレーム１４Ａに生じる引抜き力Ｐ４による柱３６の浮上りは、アースアンカー１８、２０に加え、マットスラブ１２を介して、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂで抑制される。

鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂによる柱３６の浮上り抑制は、具体的には、鉄骨フレーム１４Ａの下のアースアンカー１８、２０を支点とした、鉄骨フレーム１４Ｂの柱３６の圧縮力Ｐ３による抵抗力、及び、鉄骨フレーム１４Ｂの下のアースアンカー１８、２０を支点とした、鉄骨フレーム１４Ａの柱３４の圧縮力Ｐ５による抵抗力の合力で抑制される。

アースアンカー１８、２０は、鉄骨フレーム１４Ａの柱３４、及び鉄骨フレーム１４Ｂの柱３４に引抜き力が発生する時、大きな抵抗要素として効果的に作用するものの、上記の機構により、マットスラブ１２における、鉄骨フレーム１４Ａと鉄骨フレーム１４Ｂの間では、アースアンカーを不要とすることができる。また、アースアンカー１８、２０が負担する浮上り抵抗力を低減させることができる。

上記した地震力の伝達機構は、地震力Ｐ１の方向が逆方向、即ち、対向構造部１０Ａが鉄骨フレーム１４Ａの方向の地震力Ｐ１を受けた場合にも同様に作用する。この場合には、マットスラブ１２を介し、鉄骨フレーム１４Ｂに作用する引抜き力Ｐ４が抑制される。

以上、説明したように、本実施形態によれば、アースアンカー１８、２０が負担する浮上り抵抗力を低減させ、又はアースアンカー１８、２０の数量を減少させて、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの転倒を抑制する既存建物補強構造を提供することができる。即ち、対向構造部１０Ａに遠い側へ設けるアースアンカー２０の小型化や、数を減らすことができる。

なお、本実施形態では、既存の建物１１を平面視がコ字状として説明した。しかし、これに限定されることはなく、例えば、平面視がロ字状等でもよく、対向配置された、一対の対向構造部１０Ａ、１０Ｂを有する構成であればよい。

また、本実施形態では、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂを同じ構成として説明した。しかし、これに限定されることはなく、対向配置された、一対の対向構造部１０Ａ、１０Ｂの形状や構成に違いがある場合には、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂは、対向構造部１０Ａ、１０Ｂに対応させて形状や構成を調整してもよい。

また、本実施形態では、マットスラブ１２を介して、地震時に、地震力を一対の鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの間に伝達させる構成について説明した。しかし、これに限定されることはなく、マットスラブ１２に替えて、図示しない基礎梁を、対向構造部１０Ａと対向構造部１０Ｂの間に構築し、基礎梁を介して、地震時に、地震力を一対の鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの間に伝達させる構成でもよい。

また、本実施形態では、アースアンカー１８、２０を用いて、地震時に鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの転倒を抑制する構成について説明した。しかし、これに限定されることはなく、アースアンカー１８、２０に替えて、図示しない杭（場所打ち杭、既成コンクリート杭（ＰＨＣ杭）、外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）、摩擦杭等）をマットスラブ１２の下の地盤に埋め込み、マットスラブ１２の浮上りを抑制する構成としてもよい。

また、本実施形態では、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂを、対向構造部１０Ａ、１０Ｂに沿って複数の柱３４、３６を配置した構成として説明した。しかし、これに限定されることはなく、対向構造部１０Ａ、１０Ｂの形状によっては、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂは、単独の柱３４、３６で構築されていてもよい。

（第２実施形態）
図６を用いて、第２実施形態に係る既存建物補強構造について説明する。
図６に示すように、第２実施形態に係る既存建物補強構造は、第１実施形態で説明したアースアンカー１８、２０のうち、アースアンカー１８のみを、地盤２２に埋め込み、アースアンカー２０は使用しない点において第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。ここに、図６は、図１のＹ１−Ｙ１線断面図である。

本実施形態のアースアンカー１８は、図１に示すように、平面視において、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの柱３４と柱３６の真ん中を通る中心線ＣＥより、対向構造部１０Ａ、１０Ｂに近い側にのみ埋め込まれている。このとき、柱３４に作用する引抜き力より、柱３４の近くに設けられたアースアンカー１８の浮上り抵抗力が大きくされている。

これにより、柱３６の近くに設けるアースアンカー２０を省略しても、第１実施形態で説明したように、地震時には、アースアンカー１８が、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの柱３４に作用する引抜き力Ｐ２に浮上り抵抗力Ｒで抵抗し、鉄骨フレーム１４Ａ、１４Ｂの転倒を抑制する。この結果、アースアンカー１８の数を、第１実施形態より更に減らすことができる。他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

１０Ａ、１０Ｂ 対向構造部（既存建物）
１２ マットスラブ（基礎構造物）
１４Ａ、１４Ｂ 鉄骨フレーム（立体架構）
１８ アースアンカー（抵抗力付与手段）
２０ アースアンカー（抵抗力付与手段）
２２ 地盤
２４ 既存建物の柱
３４ 柱（第１柱部）
３６ 柱（第２柱部）
Ｒ 浮上り抵抗力
ＣＥ 中心線

Claims (3)

1. 対向配置された一対の既存建物と、
   前記既存建物の間に構築された基礎構造体と、
   前記既存建物に沿って構築され、前記既存建物と接合された一対の立体架構と、
   前記既存建物に近い側にあり、下端部が前記基礎構造体に固定された前記立体架構の第１柱部と、
   前記既存建物に遠い側にあり、下端部が前記基礎構造体に固定された前記立体架構の第２柱部と、
   下端部が前記基礎構造体の下の地盤に埋め込まれ、上端部が前記基礎構造体に固定され、前記基礎構造体に浮上り抵抗力を付与し、前記第２柱部よりも前記第１柱部へ付与する引抜き抵抗力を大きくした抵抗力付与手段と、
   を有する既存建物補強構造。
2. 前記抵抗力付与手段は、
   平面視において、前記第１柱部と前記第２柱部の真ん中を通り、前記既存建物と平行な中心線より前記既存建物に近い側にのみ設けられている請求項１に記載の既存建物補強構造。
3. 前記第１柱部は、側面を前記既存建物の柱の側面と接合させている請求項１又は２に記載の既存建物補強構造。

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