JP6414877B2 - 補強構造及び建物 - Google Patents

Description

本発明は、建物の倒壊を防止するための補強構造及び建物に関するものである。

従来、建物の補強構造として、柱がせん断破壊して層崩壊の恐れがあるピロティ型建物を補強対象とし、その倒壊を防止する構造が本件出願人によって提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された建物の倒壊防止構造は、柱近傍の梁下から下階の基礎部（梁や床スラブ、基礎）に向かって複数の箱状体（補強部材）が積層されるとともに、積層された箱状体が基礎部に対して摺動自在に吊り下げ支持されている。この構造では、建物の保有耐力を超えるような大地震等の外乱が作用し、柱がせん断破壊して軸力を負担できなくなった場合であっても、積層した箱状体の集合体が梁と基礎部との間で軸力を負担し、この集合体によって上階の鉛直荷重を支持することにより、建物の倒壊を防止することができるようになっている。

特開２０１３−１２２１５９号公報

ところで、特許文献１に記載されたような従来の補強構造では、補強部材の集合体が上階の梁から吊り下げ支持されており、建物の柱がせん断破壊して軸力を負担できなくなってから補強部材の集合体が軸力を負担し、これによって上階の鉛直荷重を支持するものである。すなわち、従来の補強構造は、大破するほどの損傷を受けた建物が倒壊するのを防止するものであって、外乱に対する建物の損傷を軽減させる機能を備えておらず、そのような機能を併せ持つ補強構造の実現が望まれている。

本発明は、建物の倒壊を防止するとともに外乱に対する建物の損傷軽減を図ることができる補強構造及び建物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の補強構造は、上下に対向して設けられる水平部材を有した建物の補強構造であって、前記水平部材間に亘って上下に積層される複数の補強部材と、上側の前記水平部材に最上部の前記補強部材を固定する上部固定手段と、下側の前記水平部材に最下部の前記補強部材を固定する下部固定手段と、前記積層される複数の補強部材同士を互いに連結する連結手段と、前記補強部材の変位又は変形に伴ってエネルギー吸収を行う減衰部材と、を備え、前記補強部材は、互いに対向する一対の側面部と、該一対の側面部の上端縁同士を結ぶ上面部と、前記一対の側面部の下端縁同士を結ぶ下面部と、を有して全体矩形中空状に形成され、前記減衰部材は、前記複数の補強部材のうち、少なくとも一つの補強部材の内部に設けられるとともに、前記補強部材の前記上面部又は前記一対の側面部の一方に固定されて該補強部材の内方に延びる第一プレートと、前記補強部材の前記下面部又は前記一対の側面部の他方に固定されて該補強部材の内方に延びる第二プレートと、前記第一プレートと前記第二プレートとの間に介挿される粘弾性体と、を有して構成され、前記減衰部材が内部に設けられる補強部材は、該減衰部材が内部に設けられない補強部材よりも、前記一対の側面部、前記上面部、及び前記下面部の板厚が小さく形成され、変形しやすく構成されていることを特徴とする。

このような本発明の補強構造によれば、複数の補強部材が上下に積層されるとともに連結手段で連結され、上下の水平部材に固定されていることで、建物に地震等の外乱による水平力が作用した際には、積層された補強部材の積層体が水平力の一部を負担することができる。さらに、建物の保有水平耐力を超えるような大地震等の外乱が作用し、建物の柱がせん断破壊等によって上階の軸力を負担することができなくなった場合でも、補強部材の積層体が軸力を負担することで層崩壊を防止することができる。また、補強部材の内部か補強部材間に減衰部材が設けられ、補強部材の変位又は変形に伴って減衰部材がエネルギー吸収を行うことで、作用した水平力による建物の揺れを低減させ、建物の損傷軽減を図って耐震性能を向上させることができる。また、補強部材が一対の側面部と上面部と下面部とを有して全体矩形中空状に形成されているので、補強部材の軽量化を図ることができるとともに、上部固定手段や下部固定手段、連結手段の固定作業が容易になり、搬送性や施工性を向上させることができる。

この際、減衰部材が第一プレートと第二プレートとの間に介挿される粘弾性体を有して構成されているので、補強部材の変形に伴って第一プレートと第二プレートとの間に相対変位が生じ、この相対変位により粘弾性体がせん断変形してエネルギー吸収が行われる。従って、比較的簡便な構造により効率よくエネルギー吸収を行うことができ、補強構造の設置コストを抑制することができる。

また、減衰部材が内部に設けられる補強部材の各部板厚が小さく形成され、この補強部材が変形しやすくなっているので、その内部の減衰部材に変形を集中させることができ、エネルギー吸収効率を向上させることができる。

さらに、本発明の補強構造では、前記第一プレートは、前記第二プレートを挟んで２枚が対向して設けられ、該２枚の第一プレートの各々と前記第二プレートとの間に前記粘弾性体が介挿されていることが好ましい。

この構成によれば、２枚の第一プレートの各々と第二プレートとの間に粘弾性体が介挿されているので、一箇所の減衰部材における粘弾性体の量を増やしてエネルギー吸収能力を高めることができる。また、２枚の第一プレートで粘弾性体及び第二プレートを挟むことで、各プレートと粘弾性体との剥離を防止することができ、エネルギー吸収性能を維持することができる。

また、本発明の補強構造では、前記減衰部材は、前記連結手段によって前記補強部材に固定されていることが好ましい。

この構成によれば、補強部材同士を連結する連結手段を用いて減衰部材を補強部材に固定することで、別途の固定具等を用いる場合と比較して部品点数を削減できるとともに、補強部材の連結作業と減衰部材の取付作業を同時に行うことで、作業効率を向上させることができる。

一方、本発明の建物は、基礎と、該基礎から立設された柱と、該柱に接合された梁と、該梁に支持された床スラブと、を備え、前記水平部材としての上下階の前記梁間又は上下階の前記床スラブ間に亘るとともに前記柱に沿って前記いずれかの補強構造が設けられていることを特徴とする。

このような本発明の建物によれば、前述した補強構造と同様に、補強部材の積層体が外乱による水平力の一部を負担するとともに、柱が破壊した場合には軸力を負担することで層崩壊を防止することができる。また、補強部材の変位又は変形に伴って減衰部材がエネルギー吸収を行うことで、建物の揺れを低減させて耐震性能を向上させることができる。

以上の本発明によれば、補強部材を積層した積層体によって建物の倒壊を防止することができるとともに、地震等の外乱に対して積層体が水平力を負担するとともに減衰部材がエネルギー吸収を行うことで、建物の損傷軽減を図って耐震性能を向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る補強構造を用いた建物の一部を示す側面図である。 前記補強構造を拡大して示す側面図である。 前記補強構造に設けられる減衰部材を示す横断面図及び縦断面図である。 前記建物及び補強構造の変形状態を示す側面図である。 前記補強構造の一部の変形状態を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る補強構造を拡大して示す側面図である。 前記補強構造に設けられる減衰部材を示す横断面図及び縦断面図である。 前記建物及び補強構造の変形状態を示す側面図である。 前記補強構造の一部の変形状態を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る補強構造を拡大して示す側面図である。 前記補強構造の一部の変形状態を示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る補強構造を拡大して示す側面図である。 前記補強構造の一部の変形状態を示す断面図である。 本発明の第五実施形態に係る補強構造を用いた建物の一部を示す側面図である。 前記補強構造を拡大して示す側面図である。 前記補強構造に設けられる減衰部材を示す横断面図及び縦断面図である。 前記補強構造における上部固定手段を示す断面図である。 前記補強構造における側部連結手段を示す断面図である。 前記補強構造の一部の変形状態を示す断面図である。

以下、本発明の第一実施形態に係る補強構造を、図１〜５に基づいて説明する。本実施形態の補強構造１は、例えば、事務所ビルや商業ビル、官公庁、学校、図書館、住宅、倉庫等の建物であって、主要構造体として鉄筋コンクリート造ラーメン構造の骨組みＳを有した建物に適用されるものである。骨組みＳは、基礎から立設される複数の柱Ｃと、柱Ｃの脚部に接合された下側の水平部材としての下階の梁Ｇ１と、柱Ｃの頭部に接合された上側の水平部材としての上階の梁Ｇ２と、を有して構成されている。ここで、補強構造１が１階に設けられる場合には、下階の梁Ｇ１は、基礎梁であってもよい。また、梁Ｇ１，Ｇ２には、図示しない床スラブが支持されており、上下階の床スラブによって水平部材が構成されていてもよいし、下側の水平部材が基礎のフーチング等であってもよい。

補強構造１は、柱Ｃの左右両側に沿った一対で設けられ、上下の梁Ｇ１，Ｇ２間に亘って上下に積層される複数の補強部材２を備えて構成されている。補強部材２は、例えば、上下方向に１４段が積層され、左右方向に３列が並列され、このように上下左右に積層、並列される複数の補強部材２によって積層体２Ａが構成されている。積層体２Ａの上端部である最上部の補強部材２は、上部固定手段としてのアンカーボルト３によって上階の梁Ｇ２に固定され、最上部の補強部材２と上階の梁Ｇ２との間には無収縮モルタル４が充填されている。積層体２Ａの下端部である最下部の補強部材２は、下部固定手段としてのアンカーボルト５によって下階の梁Ｇ１に固定され、最下部の補強部材２と下階の梁Ｇ１との間には増し打ちコンクリート６が設けられている。

図２に示すように、積層体２Ａにおいて上下左右に隣り合う補強部材２同士は、連結手段としてのボルト及びナットからなる締結具７によって互いに連結されている。補強部材２は、互いに対向する一対の側面部２１と、一対の側面部２１の上端縁同士を結ぶ上面部２２と、一対の側面部２１の下端縁同士を結ぶ下面部２３と、の四面を有して前後方向に開口した全体矩形中空状に形成されている。このような補強部材２は、鋼板を曲げ加工して端縁同士を溶接接合して形成されてもよいし、鋼管を切断して形成されてもよいし、さらには各面部ごとの鋼板を互いに溶接接合して形成されてもよい。また、補強部材２は、第一補強部材２０Ａと、この第一補強部材２０Ａよりも各面部２１，２２，２３の板厚寸法が小さい第二補強部材２０Ｂと、の二種で構成されている。

第一補強部材２０Ａは、例えば、幅寸法が２５０ｍｍ、高さ寸法が２５０ｍｍ、奥行き寸法が２５０ｍｍの略立方体であり、各面部２１，２２，２３の板厚寸法が１２ｍｍに設定されている。第二補強部材２０Ｂは、例えば、幅寸法が２５０ｍｍ、高さ寸法が２５０ｍｍ、奥行き寸法が２５０ｍｍの略立方体であり、各面部２１，２２，２３の板厚寸法が６ｍｍ〜９ｍｍに設定されている。すなわち、第二補強部材２０Ｂは、第一補強部材２０Ａよりも変形しやすく構成されている。図１に示すように、第一補強部材２０Ａは、積層体２Ａにおける上部及び下部の４段と、中間部の４段と、に設けられ、第二補強部材２０Ｂは、積層体２Ａにおける上部と中間部の第一補強部材２０Ａ間の１段と、下部と中間部の第一補強部材２０Ａ間の１段と、に設けられている。

補強構造１において、第二補強部材２０Ｂの内部に減衰部材１０が設けられている。この減衰部材１０は、図３にも示すように、第二補強部材２０Ｂの変形に伴ってエネルギー吸収を行うものであって、第二補強部材２０Ｂの一方の側面部２１に固定されて内方に延びる２枚の第一プレート１１と、他方の側面部２１に固定されて内方に延びる第二プレート１２と、２枚の第一プレート１１と第二プレート１２との間に介挿される一対の粘弾性体１３と、を有して構成されている。２枚の第一プレート１１は、ＣＴ鋼のウェブ１４にスペーサ１５を介して固定され、このＣＴ鋼のフランジ１６が一方の側面部２１に固定されている。第二プレート１２は、ＣＴ鋼のウェブによって構成され、このＣＴ鋼のフランジ１７が他方の側面部２１に固定されている。フランジ１６，１７は、締結具７によって側面部２１に固定されている。

このような第一実施形態の補強構造１の動作について、図４、５も参照して説明する。地震等の外乱が建物に入力し、例えば図４に示すように、上階に対して左から右に向かって水平力が作用した場合、柱ＣがＳ字状に曲げ変形することで、上階の梁Ｇ２と下階の梁Ｇ１とが左右にずれるような層間変位が生じる。このように建物に層間変位が生じると、上下の梁Ｇ１，Ｇ２に亘って固定された積層体２Ａにせん断力が作用し、積層された複数の補強部材２の各々にも水平方向のせん断変形が生じる。ここで、第二補強部材２０Ｂは、第一補強部材２０Ａよりも変形しやすく構成されているため、減衰部材１０が内部に設けられた第二補強部材２０Ｂにより大きなせん断変形が生じることとなる。

第二補強部材２０Ｂがせん断変形すると、減衰部材１０は、図５に示すように、一方の側面部２１に固定された第一プレート１１が上方に回動し、他方の側面部２１に固定された第二プレート１２が下方に回動し、これらの第一プレート１１と第二プレート１２との間に相対変位が生じることとなる。このような相対変位が生じると、第一プレート１１と第二プレート１２との間に介挿された粘弾性体１３がせん断変形し、この変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体１３によって水平力のエネルギー吸収が行われる。従って、外乱の入力エネルギーが粘弾性体１３により消費されることで、建物の揺れが抑制され、柱Ｃや梁Ｇ１，Ｇ２の損傷を低減させることができる。

この際、中小地震等の比較的発生する可能性が高い外乱に対しては、補強部材２が弾性範囲内に収まるような部材設計が行われており、外乱が収まった後には、補強部材２の復元力によって積層体２Ａが初期状態に復元し、建物の骨組みＳにも傾き等が残留変形が残らないように補強構造１が設計されている。一方、千年に一度の確率で発生する巨大地震等の外乱に対しては、柱Ｃがせん断破壊することが予想され、柱Ｃが負担していた上階の鉛直荷重による軸力を柱Ｃが負担できなくなるものの、この軸力を補強構造１の積層体２Ａが負担できるようになっている。このように積層体２Ａが上階の鉛直荷重を負担すると、積層された複数の補強部材２のうちの１つ又は複数が塑性化する可能性はあるものの、各補強部材２は鋼製であって靱性を有していることから、負担した軸力を保持することで建物の層崩壊を防止することができる。

以上のような第一実施形態の補強構造１によれば以下の効果が得られる。すなわち、比較的発生する可能性が高い外乱に対しては、積層体２Ａが水平力の一部を負担するとともに、減衰部材１０の粘弾性体１３がエネルギー吸収を行うことで、作用した水平力による建物の揺れを低減させ、建物の損傷軽減を図って耐震性能を向上させることができる。一方、建物の保有水平耐力を超えるような外乱が作用し、建物の柱Ｃが軸力を負担することができなくなった場合でも、積層体２Ａが軸力を負担することで層崩壊を防止し、建物の倒壊を防止することができる。

減衰部材１０が第一プレート１１と第二プレート１２との間に介挿される粘弾性体１３を有して構成されているので、第二補強部材２０Ｂの変形に伴って第一プレート１１と第二プレート１２との間に相対変位が生じ、この相対変位により粘弾性体１３がせん断変形してエネルギー吸収が行われる。従って、比較的簡便な構造により効率よくエネルギー吸収を行うことができ、補強構造１の設置コストを抑制することができる。また、２枚の第一プレート１１の各々と第二プレート１２との間に粘弾性体１３が介挿されているので、一箇所の減衰部材１０における粘弾性体１３の量を増やしてエネルギー吸収能力を高めることができる。また、２枚の第一プレート１１で粘弾性体１３及び第二プレート１２を挟むことで、各プレート１１，１２と粘弾性体１３との剥離を防止することができ、エネルギー吸収性能を維持することができる。

また、補強部材２が一対の側面部２１と上面部２２と下面部２３とを有して全体矩形中空状に形成されているので、補強部材２の軽量化を図ることができるとともに、上下のアンカーボルト３，５や締結具７の固定作業が容易になり、搬送性や施工性を向上させることができる。また、減衰部材１０が内部に設けられる第二補強部材２０Ｂの各面部２１，２２，２３の板厚寸法が小さく形成され、この第二補強部材２０Ｂが変形しやすくなっているので、その内部の減衰部材１０に変形を集中させることができ、エネルギー吸収効率を向上させることができる。

以下、本発明の第二実施形態に係る補強構造を、図６〜９に基づいて説明する。本実施形態の補強構造１Ａは、前記第一実施形態の補強構造１と比較して、第二補強部材２０Ｂ及び減衰部材１０の構成が相違している。以下、相違点を詳しく説明する。なお、第一実施形態と同一又は共通の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略することがある。補強構造１Ａにおいて、複数の補強部材２が上下１４段、左右３列に積層、並列され、これにより積層体２Ａが構成される点は前記第一実施形態の補強構造１と同一である。

図６に示すように、上下の第一補強部材２０Ａに挟まれて第二補強部材２０Ｂが設けられており、この第二補強部材２０Ｂの内部に減衰部材１０が設けられている。第二補強部材２０Ｂは、上下の第一補強部材２０Ａに締結具７で連結されるものの、左右に隣り合う第二補強部材２０Ｂ同士は連結されていない。図７にも示すように、減衰部材１０は、２枚の第一プレート１１が第二補強部材２０Ｂの下面部２３に固定されて上方に延び、第二プレート１２が上面部２２に固定されて下方に延びて設けられている。すなわち、２枚の第一プレート１１を固定するＣＴ鋼のフランジ１６が締結具７によって下面部２３に固定され、第二プレート１２のＣＴ鋼のフランジ１７が締結具７によって上面部２２に固定されている。

このような第二実施形態の補強構造１Ａの動作について、図８、９も参照して説明する。地震等の外乱が建物に入力し、例えば図８に示すように、上階に対して左から右に向かって水平力が作用した場合、柱Ｃが曲げ変形することで、上階の梁Ｇ２と下階の梁Ｇ１とが左右にずれるせん断変形と、上階の梁Ｇ２が回転するロッキング変形と、によって層間変位が生じる。このようにロッキング変形を含んだ層間変位が生じると、上下の梁Ｇ１，Ｇ２に亘って固定された積層体２Ａにせん断力が作用するとともに、図８における柱Ｃの左側に沿った積層体２Ａに引っ張り力が作用し、図８における柱Ｃの右側に沿った積層体２Ａに圧縮力が作用することとなる。

引っ張り力が作用する側の積層体２Ａにおいて、図９（Ａ）に示すように、積層された複数の補強部材２の各々には、水平方向のせん断変形に加えて鉛直方向の引っ張り力が生じる。ここで、第二補強部材２０Ｂは、第一補強部材２０Ａよりも変形しやすく構成されているため、減衰部材１０が内部に設けられた第二補強部材２０Ｂにより大きなせん断変形と引っ張り変形とが生じることとなる。第二補強部材２０Ｂがせん断変形とともに引っ張り変形すると、減衰部材１０は、図９（Ａ）に示すように、下面部２３に固定された第一プレート１１に対し、上面部２１に固定された第二プレート１２が横にずれるとともに上方に離れるように移動し、これらの第一プレート１１と第二プレート１２との間に相対変位が生じることとなる。このような相対変位が生じると、第一プレート１１と第二プレート１２との間に介挿された粘弾性体１３がせん断変形し、この変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体１３によって水平力のエネルギー吸収が行われる。

一方、圧縮力が作用する側の積層体２Ａにおいて、図９（Ｂ）に示すように、積層された複数の補強部材２の各々には、水平方向のせん断変形に加えて鉛直方向の圧縮力が生じ、変形しやすい第二補強部材２０Ｂにより大きなせん断変形と圧縮変形とが生じることとなる。第二補強部材２０Ｂがせん断変形とともに圧縮変形すると、減衰部材１０は、図９（Ｂ）に示すように、下面部２３に固定された第一プレート１１に対し、上面部２１に固定された第二プレート１２が横にずれるとともに下方に接近するように移動し、これらの第一プレート１１と第二プレート１２との間に相対変位が生じることとなる。このような相対変位が生じると、第一プレート１１と第二プレート１２との間に介挿された粘弾性体１３がせん断変形し、この変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体１３によって水平力のエネルギー吸収が行われる。

以上のような第二実施形態の補強構造１Ａによれば以下の効果が得られる。すなわち、建物の骨組みＳにロッキング変形を含んだ層間変位が生じる場合において、積層体２Ａに作用する引っ張り力や圧縮力に対し、第二補強部材２０Ｂに引っ張り変形や圧縮変形を生じさせ、この変形によって減衰部材１０がエネルギー吸収を行うことができる。従って、比較的発生する可能性が高い外乱に対しては、積層体２Ａが水平力の一部を負担するとともに、減衰部材１０の粘弾性体１３がエネルギー吸収を行うことで、作用した水平力による建物の揺れを低減させ、建物の損傷軽減を図って耐震性能を向上させることができる。一方、建物の保有水平耐力を超えるような外乱が作用し、建物の柱Ｃが軸力を負担することができなくなった場合でも、積層体２Ａが軸力を負担することで層崩壊を防止し、建物の倒壊を防止することができる。

以下、本発明の第三実施形態に係る補強構造を、図１０，１１に基づいて説明する。本実施形態の補強構造１Ｂは、前記第一、第二実施形態の補強構造１，１Ａと比較して、積層体２Ａ及び減衰部材の構成が相違している。以下、相違点を詳しく説明する。なお、前記各実施形態と同一又は共通の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略することがある。補強構造１Ｂにおいて、複数の補強部材２が上下１４段、左右３列に積層、並列され、これにより積層体２Ａが構成される点は前記各実施形態の補強構造１，１Ａと同一であるが、積層体２Ａは、第一補強部材２０Ａを積層して構成され、第二補強部材２０Ｂは省略されている。

図１０に示すように、上下に隣り合う一組の第一補強部材２０Ａの間に減衰部材３０が設けられ、この一組の第一補強部材２０Ａ同士は、締結具７で連結されず、減衰部材３０を介して連結されている。減衰部材３０は、上側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に固定される第一プレート３１と、下側の第一補強部材２０Ａの上面部２２に固定される第二プレート３２と、第一プレート３１と第二プレート３２との間に介挿される粘弾性体３３と、を有して構成されている。第一プレート３１には、上方に延びるボルトが固定され、このボルトと、下面部２３を貫通したボルトに螺合するナットと、で構成される締結具３４によって、第一プレート３１が下面部２３に固定されている。第二プレート３２には、下方に延びるボルトが固定され、このボルトと、上面部２２を貫通したボルトに螺合するナットと、で構成される締結具３４によって、第二プレート３２が上面部２２に固定されている。

このような第三実施形態の補強構造１Ｂの動作について、図１１も参照して説明する。地震等の外乱が建物に入力して水平力が作用した場合、建物に層間変位が生じ、積層体２Ａにせん断力が作用する。このせん断力によって減衰部材３０は、図１１に示すように、第一プレート３１と第二プレート３２との間に相対変位が生じ、粘弾性体３３がせん断変形し、この変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体３３によって水平力のエネルギー吸収が行われる。従って、外乱の入力エネルギーが粘弾性体３３により消費されることで、建物の揺れが抑制され、柱Ｃや梁Ｇ１，Ｇ２の損傷を低減させることができる。また、建物の保有水平耐力を超えるような外乱が作用し、建物の柱Ｃが軸力を負担することができなくなった場合でも、粘弾性体３３が上下に潰されつつ積層体２Ａが軸力を負担することで層崩壊を防止し、建物の倒壊を防止することができる。

以上のような第三実施形態の補強構造１Ｂによれば以下の効果が得られる。すなわち、建物の骨組みＳに層間変位が生じる場合において、積層体２Ａに作用するせん断力に対し、減衰部材３０の粘弾性体３３がせん断変形してエネルギー吸収を行うことができる。従って、比較的発生する可能性が高い外乱に対しては、積層体２Ａが水平力の一部を負担するとともに、減衰部材３０の粘弾性体３３がエネルギー吸収を行うことで、作用した水平力による建物の揺れを低減させ、建物の損傷軽減を図って耐震性能を向上させることができる。一方、建物の保有水平耐力を超えるような外乱が作用し、建物の柱Ｃが軸力を負担することができなくなった場合でも、積層体２Ａが軸力を負担することで層崩壊を防止し、建物の倒壊を防止することができる。

以下、本発明の第四実施形態に係る補強構造を、図１２，１３に基づいて説明する。本実施形態の補強構造１Ｃは、前記第一、第二、第三実施形態の補強構造１，１Ａ，１Ｂと比較して、積層体２Ａ及び減衰部材の構成が相違している。以下、相違点を詳しく説明する。なお、前記各実施形態と同一又は共通の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略することがある。補強構造１Ｃにおいて、複数の補強部材２が上下１４段、左右３列に積層、並列され、これにより積層体２Ａが構成される点は前記各実施形態の補強構造１，１Ａと同一であるが、積層体２Ａは、第一補強部材２０Ａを積層して構成され、第二補強部材２０Ｂは省略されている。

図１２に示すように、上下に隣り合う一組の第一補強部材２０Ａのうち、下側の第一補強部材２０Ａの内部に減衰部材４０が設けられている。減衰部材４０は、第一プレート４１と、第二プレート４２と、第一プレート４１と第二プレート４２との間に介挿される粘弾性体４３と、第一プレート４１を上側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に固定する第一固定部４４と、第二プレート４２を下側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に固定する第二固定部４５と、を有して構成されている。下側の第一補強部材２０Ａの上面部２２には、締結具７のボルトを余裕をもって挿通させる拡大挿通孔２２Ａが形成されている。第一固定部４４は、拡大挿通孔２２Ａに挿通した締結具７によって、上側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に固定に固定されている。第二固定部４５は、締結具７によって、下側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に固定されている。

このような第四実施形態の補強構造１Ｃの動作について、図１３も参照して説明する。地震等の外乱が建物に入力して水平力が作用した場合、建物に層間変位が生じ、積層体２Ａにせん断力が作用する。このせん断力によって一組の第一補強部材２０Ａの間に滑りが生じ、減衰部材４０は、図１３に示すように、第一プレート３１と第二プレート３２との間に相対変位が生じる。すなわち、上側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に第一固定部４４を介して固定された第一プレート３１と、下側の第一補強部材２０Ａの下面部２３に第二固定部４５を介して固定された第二プレート４２と、の間に相対変位が生じ、粘弾性体４３がせん断変形し、この変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体４３によって水平力のエネルギー吸収が行われる。

以上のような第四実施形態の補強構造１Ｃによれば以下の効果が得られる。すなわち、建物の骨組みＳに層間変位が生じる場合において、積層体２Ａに作用するせん断力に対し、減衰部材４０の粘弾性体４３がせん断変形してエネルギー吸収を行うことができる。従って、比較的発生する可能性が高い外乱に対しては、積層体２Ａが水平力の一部を負担するとともに、減衰部材４０の粘弾性体４３がエネルギー吸収を行うことで、作用した水平力による建物の揺れを低減させ、建物の損傷軽減を図って耐震性能を向上させることができる。一方、建物の保有水平耐力を超えるような外乱が作用し、建物の柱Ｃが軸力を負担することができなくなった場合でも、積層体２Ａが軸力を負担することで層崩壊を防止し、建物の倒壊を防止することができる。

以下、本発明の第五実施形態に係る補強構造を、図１４〜１９に基づいて説明する。本実施形態の補強構造１Ｄは、例えば、プレキャスト鉄筋コンクリート造ラーメン構造の建物であり、骨組みＳの柱Ｃ、梁Ｇ２、小梁Ｇ３がポストテンションのプレストレスによって連結された建物に適用されている。このような骨組みＳにおいて、柱Ｃや梁Ｇ２、小梁Ｇ３には、プレストレスを導入するためのＰＣ鋼線が配設されており、耐震補強のために補強構造１Ｄを用いる場合、骨組みＳと補強構造１Ｄとの構造が前記第一〜四実施形態の補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃと相違する。さらに、本実施形態の補強構造１Ｄでは、減衰部材の構成が前記各実施形態の減衰部材１０，３０，４０と相違している。以下、相違点について詳しく説明する。

補強構造１Ｄにおいて、複数の補強部材２を上下左右に積層、並列した積層体２Ａの構成は、前記各実施形態と略同様であるが、建物の階高に応じて上下方向の積層数が１０段とされ、下から５段目に第二補強部材２０Ｂが設けられている。積層体２Ａの上端部である最上部の補強部材２は、上部固定手段としての上部連結金具８によって梁Ｇ２に固定され、積層体２Ａの下端部である最下部の補強部材２は、下部固定手段としてのアンカーボルト５によって下階の梁Ｇ１に固定されている。また、積層体２Ａは、最上部から２段目の補強部材２が側部連結手段としての側部連結金具９によって柱Ｃに連結されている。ここで、柱Ｃの断面は、十字型であり、梁Ｇの断面は、下方に向かって幅寸法が小さくなる略台形状に形成されている。

補強構造１において、第二補強部材２０Ｂの内部に減衰部材５０が設けられている。この減衰部材５０は、図１５、１６にも示すように、第二補強部材２０Ｂの上面部２２及び下面部２３にそれぞれ固定されて内方に延びる各２枚ずつの第一プレート５１と、左右の側面部２１にそれぞれ固定されて内方に延びる第二プレート５２と、各第一プレート５１の外側に対向して設けられる２枚の第三プレート５３と、第一プレート１１と第二プレート１２との間に介挿される内側２層の粘弾性体５４と、第一プレート１１と第三プレート５３との間に介挿される外側２層の粘弾性体５５と、を有して構成されている。第一プレート５１は、フランジ５６が上面部２２及び下面部２３にそれぞれ固定されるＬ形鋼（アングル材）によって構成され、第二プレート５２は、フランジ５７が左右の側面部２１にそれぞれ固定されるＣＴ鋼のウェブによって構成されている。

上部連結金具８は、図１７に示すように、最上部の補強部材２に固定されるＨ形鋼からなる連結梁８１と、この連結梁８１に固定される鋼板製のブラケット８２と、これらの連結梁８１とブラケット８２とに溶接固定される補強スチフナ８３と、ブラケット８２と梁Ｇ２の両側面との間に設けられる一対の当て板８４と、を備えて構成されている。ブラケット８２は、連結梁８１の上フランジに溶接固定される底面部８２１と、底面部８２１の両側端縁から上方に立ち上がる一対の側面部８２２と、を有して断面コ字形に形成され、一対の側面部８２２には、それぞれ４箇所ずつにナット８５が溶接固定されている。これらのナット８５には、それぞれボルト８６が螺合され、これらのボルト８６の先端が当て板８４に当接されている。当て板８４と梁Ｇ２の側面との間には、滑り止めの摩擦パッド（不図示）が設けられ、締め付けたボルト８６と当て板８４とを介してブラケット８２が梁Ｇ２に対して移動不能に連結されている。

側部連結金具９は、図１８に示すように、最上部から２段目の補強部材２に固定される鋼板製のブラケット９１と、ブラケット９１と柱Ｃの両側面との間に設けられる一対の当て板９２と、を備えて構成されている。ブラケット９１は、補強部材２に締結具７で固定される底面部９１１と、底面部９１１１の両側端縁から柱Ｃに向かって延びる一対の側面部９１２と、を有して断面コ字形に形成され、一対の側面部９１２には、それぞれ４箇所ずつにナット９３が溶接固定されている。これらのナット９３には、それぞれボルト９４が螺合され、これらのボルト９４の先端が当て板９２に当接されている。当て板９２と柱Ｃの側面との間には、滑り止めの摩擦パッド（不図示）が設けられ、締め付けたボルト９４と当て板９２とを介してブラケット９１が柱Ｃに対して移動不能に連結されている。

このような第五実施形態の補強構造１Ｄの動作について、図１９も参照して説明する。地震等の外乱が建物に入力して層間変位が生じると、積層された複数の補強部材２の各々にも水平方向のせん断変形が生じる。第一補強部材２０Ａよりも変形しやすい第二補強部材２０Ｂが大きくせん断変形すると、減衰部材５０は、図１９に示すように、上面部２２及び下面部２３に固定された第一プレート５１が左右方向に相対移動するとともに、一方の側面部２１に固定された第二プレート５２が上方に回動し、他方の側面部２１に固定された第二プレート５２が下方に回動し、これらの第一プレート５１と第二プレート５２との間に相対変位が生じることとなる。このような相対変位が生じると、第一プレート５１と第二プレート５２との間に介挿された粘弾性体５４がせん断変形する。

さらに、上下の第一プレート５１間の相対移動に伴い、第一プレート５１と第三プレート５３との間に相対変位が生じ、第一プレート５１と第三プレート５３との間に介挿された粘弾性体５５がせん断変形する。このように粘弾性体５４，５５に変形が生じると、その変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体５４，５５によって水平力のエネルギー吸収が行われる。従って、外乱の入力エネルギーが粘弾性体５４，５５により消費されることで、建物の揺れが抑制され、柱Ｃや梁Ｇ１，Ｇ２の損傷を低減させることができる。なお、図１９では、補強部材２にせん断変形が生じる場合について説明したが、前記第二実施形態のような曲げ変形（引っ張り変形と圧縮変形）が生じる場合においても、第一〜第三プレート５１，５２，５３の間に相対変位が生じ、その変位に応じて粘弾性体５４，５５がせん断変形することから、粘弾性体５４，５５によるエネルギー吸収が可能となる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、前記実施形態では、柱Ｃ、梁Ｇが鉄筋コンクリート造の骨組みＳに補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを設けたが、骨組みＳは、鉄筋コンクリート造に限らず、鉄骨造であってもよいし、鉄骨鉄筋コンクリート造、木造（軸組構造、枠組み壁構造、大断面集成材ラーメン構造）等であってもよい。また、本発明の補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、事務所ビルや商業ビル、官公庁、学校、図書館、住宅、倉庫等に限らず、任意の用途の建物に適用可能である。さらに、本発明の補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、新築の建物の施工時に骨組みに組み込まれてもよいし、既存の建物に対して後から取り付けられる耐震補強としても利用可能である。耐震補強として利用される場合には、補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを骨組みＳの内部に設けてもよいし、骨組みＳの外部に設けてもよい。

また、前記実施形態では、補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの積層体２Ａが複数の補強部材２を上下１４段、左右３列に積層、並列して構成されていたが、補強部材２を積層させる段数、並列させる列数は、任意に設定可能であり、建物の階高や柱スパン等に応じて適宜に設定されればよい。また、補強構造１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにおいて、減衰部材１０，３０，４０，５０の設置箇所数は適宜に設定可能であり、前記第一〜四実施形態のように、高さ方向の二段に設置されるものに限らず、一段であってもよいし、三段以上に設置されてもよい。さらに、減衰部材としては、前記実施形態のように２枚のプレート間に粘弾性体が介挿されたものに限らず、鋼材の履歴エネルギーを利用した履歴ダンパーや、摩擦エネルギーを利用した摩擦ダンパーなどであってもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 補強構造
２ 補強部材
３ アンカーボルト（上部固定手段）
５ アンカーボルト（下部固定手段）
７ 締結具（連結手段）
８ 上部連結金具（上部固定手段）
１０，３０，４０，５０ 減衰部材
１１，５１ 第一プレート
１２，５２ 第二プレート
１３，５４，５５ 粘弾性体
２１ 側面部
２２ 上面部
２３ 下面部
Ｃ 柱
Ｇ１ 下階の梁（下側の水平部材）
Ｇ２ 上階の梁（上側の水平部材）

Claims (4)

1. 上下に対向して設けられる水平部材を有した建物の補強構造であって、
   前記水平部材間に亘って上下に積層される複数の補強部材と、
   上側の前記水平部材に最上部の前記補強部材を固定する上部固定手段と、
   下側の前記水平部材に最下部の前記補強部材を固定する下部固定手段と、
   前記積層される複数の補強部材同士を互いに連結する連結手段と、
   前記補強部材の変位又は変形に伴ってエネルギー吸収を行う減衰部材と、を備え、
   前記補強部材は、互いに対向する一対の側面部と、該一対の側面部の上端縁同士を結ぶ上面部と、前記一対の側面部の下端縁同士を結ぶ下面部と、を有して全体矩形中空状に形成され、
   前記減衰部材は、
   前記複数の補強部材のうち、少なくとも一つの補強部材の内部に設けられるとともに、
   前記補強部材の前記上面部又は前記一対の側面部の一方に固定されて該補強部材の内方に延びる第一プレートと、
   前記補強部材の前記下面部又は前記一対の側面部の他方に固定されて該補強部材の内方に延びる第二プレートと、
   前記第一プレートと前記第二プレートとの間に介挿される粘弾性体と、を有して構成され、
   前記減衰部材が内部に設けられる補強部材は、該減衰部材が内部に設けられない補強部材よりも、前記一対の側面部、前記上面部、及び前記下面部の板厚が小さく形成され、変形しやすく構成されていることを特徴とする補強構造。
2. 前記第一プレートは、前記第二プレートを挟んで２枚が対向して設けられ、該２枚の第一プレートの各々と前記第二プレートとの間に前記粘弾性体が介挿されていることを特徴とする請求項１に記載の補強構造。
3. 前記減衰部材は、前記連結手段によって前記補強部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の補強構造。
4. 基礎と、該基礎から立設された柱と、該柱に接合された梁と、該梁に支持された床スラブと、を備え、
   前記水平部材としての上下階の前記梁間又は上下階の前記床スラブ間に亘るとともに前記柱に沿って請求項１〜３のいずれか一項に記載の補強構造が設けられていることを特徴とする建物。

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