JP6647099B2 - 耐津波構造体 - Google Patents

Description

本発明は、既存建屋を津波から防護する耐津波構造体に関するものである。

バルブステーションやガバナステーション等のパイプライン施設は、軽量鉄骨を組み付けてなる比較的小規模なフレーム架構を基本骨格とした既存建屋に収容されている場合が一般的である。より詳細には、柱−梁フレームの基本骨格に対し、鋼板等のパネルが張り合わされて既存建屋が構成されている。

ところで、国土交通省都市局による「東日本大震災による被災現況調査結果について（第1次報告）（平成23年8月）」によれば、津波被災地全体の全建物を対象とした浸水被害調査より、浸水深2.0m前後で建物被害に大きな差異があることが分かっており、浸水深2.0m以下の場合に建物が全壊になる割合が大幅に低下することが報告されている。

したがって、上記するパイプライン施設を収容する既存建屋に関しても、その津波に耐え得る津波浸水深を2.0mに設定して防護施設の設計および対策を講じることが費用対効果の面で有意である。

建屋が津波で浸水した場合、当該建屋が津波から受ける圧力は浸水深の水圧の3倍の圧力であることが建築基準法にも踏襲されている。

上記既存建屋に関し、たとえば一般的な寸法および構造の既存建屋として、その寸法が11m×5.5mで高さが4.2mの平面寸法（平面視形状が矩形）を有し、柱が角パイプ、梁はH形鋼から構成された既存建屋の保有水平耐力を本発明者等が検証した結果、解析結果を示す図１０からも明らかなように保有水平耐力は50kN程度となる。

そして、同図より、既存建屋がその長辺方向に津波荷重を受けた場合（平面視矩形の短辺を含む側面で津波荷重を受けた場合）と短辺方向に津波荷重を受けた場合（平面視矩形の長辺を含む側面で津波荷重を受けた場合）はいずれも、津波浸水深が70〜80cm程度で既存建屋の保有水平耐力を上回ることが検証済みである。

このように、一般的な寸法の既存建屋に対して浸水深2.0m程度の津波が押し寄せた場合、既存建屋の保有水平耐力が津波荷重に対して不十分であることから、何等かの防護対策が余儀なくされる。

ここで、特許文献１には、既存建屋の外側に設置されて既存建屋を外側から支持する外部架構と、外部架構の柱及び梁の少なくとも一方に接し、且つ、連結された鉄筋コンクリートの外壁とを備える、既存建屋の補強構造物が開示されている。

特開２０１４−１４１７９４号公報

特許文献１に記載の既存建屋の補強構造物によれば、建て替えによらずに既存建屋の耐震性の向上を図ることができると共に、既存建屋を津波から保護することができるとしている。

しかしながら、特許文献１で記載される既存建屋の補強構造物はその構成部材が既存建屋と連結され、既存建屋にて反力を取る構成を採用していることから、補強構造物が津波荷重を受けた際にその影響が既存建屋に及んでしまい、場合によっては既存建屋の破損の原因になりかねない。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、既存建屋と完全に切り離され、したがって既存建屋に津波荷重による影響を及ぼすことなく、当該既存建屋を津波から防護することのできる耐津波構造体を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による耐津波構造体は、既存建屋に接することなく、該既存建屋を包囲する位置にある複数の柱と、該柱間を繋ぐ梁と、から構成される柱−梁フレーム体と、前記柱−梁フレーム体に嵌め込まれるパネルと、前記柱−梁フレーム体の上面に配設される、単数もしくは複数で相互に交差していない水平力伝達部材と、からなるものである。

本発明の耐津波構造体は、パイプライン施設等を収容する既存建屋を津波荷重から防護する構造体であり、既存建屋に接することなく、既存建屋を包囲する位置にある柱−梁フレーム体を基本骨格とし、柱−梁フレーム体の上面に配設される、単数もしくは複数で相互に交差していない水平力伝達部材を備えている点に特徴を有するものである。

ここで、柱−梁フレーム体を構成する柱は角鋼管を適用でき、梁はH型鋼、I型鋼等の型鋼を適用でき、柱−梁フレーム体を上方から見た平面視形状は正方形を含む矩形である。

耐津波構造体は、柱−梁フレーム体を骨格として、鋼板等からなるパネルが柱−梁フレーム体に嵌め込まれて構造体の側壁を構成している。なお、耐津波構造体の天井は鋼板等からなる屋根を設けてもよいし、天井が外部に開放された形態を採用してもよい。

また、柱−梁フレーム体を支持する基礎構造は、柱の直下に鋼管杭等の杭を配設してもよいし、柱−梁フレーム体の平面輪郭をなす枠状で重量の大きなRC造の基礎などを適用してもよい。いずれの基礎構造であっても、設計津波荷重に対して耐津波構造体が水平移動することなく、当初位置での建て方状態を維持できる基礎構造であればその形態は限定されない。

また、水平力伝達部材としては、以下三つのいずれかの形態を適用することができる。

水平力伝達部材の第一の形態は、前記矩形の四つの隅角部に配設されているブレス材からなるものである。

水平力伝達部材の第二の形態は、前記矩形のうち、対向する一組の梁間に配設された一本の水平部材からなるものである。

水平力伝達部材の第三の形態は、前記矩形のうち、対向する一組の梁間に配設された複数本の水平部材からなるものである。

いずれの形態の水平力伝達部材を適用した場合でも、水平力伝達部材を構成する複数の部材が柱−梁フレーム体の天井位置において相互に交差する箇所が存在しないことから、当該天井には広範な空間を確保することができる。

そのため、部材同士の交差箇所（障害物）のない広範な天井を介して、重機にて既存建屋内に資機材を搬出入することができ、また、既存建屋の天井にて作業をおこなうことができる。

本発明者等による検証によれば、柱−梁フレーム体を骨格として水平力伝達部材を具備しない耐津波構造体は浸水深2.0mの津波荷重によって変形量の最も大きな上梁の変形量が許容値を超えてしまうのに対して、本発明の耐津波構造体では上梁の変形量が許容値を満足することが確認されている。

また、前記柱−梁フレーム体に嵌め込まれるパネルに関し、該パネルは、プレート材と、該プレート材の両側面に千鳥状に配設された溝形鋼とから構成されているのが好ましい。

このように、プレート材の両側面に溝形鋼が千鳥状に配設された構成となっていることで、耐津波荷重性が高くなることが本発明者等によって検証されており、本明細書では、「耐津波パネル」とも称する。

また、前記パネルの一部が点検用ハッチを備えているのが好ましい。

この点検用ハッチは、管理者の出入りできる寸法の扉等をパネルに組み込んでおくことで構成できる。

なお、本発明の耐津波構造体を構成する柱−梁フレーム体、パネル、水平力伝達部材の相互接続はいずれもボルト接続にておこなうのが好ましく、この場合、耐津波構造体の組み立て日数も短くてよく、必要に応じて任意の部材を容易に解体（取り外し）することができる。

たとえば、大型設備を耐津波構造体の天井空間からでなくて側面から搬入するに際しては、パネルを1、2枚程度取り外すことで容易に搬入が可能になる。

以上の説明から理解できるように、本発明の耐津波構造体によれば、既存建屋に接することなく、既存建屋を包囲する位置にある柱−梁フレーム体を基本骨格とし、柱−梁フレーム体の上面に配設される、単数もしくは複数で相互に交差していない水平力伝達部材を備えていることにより、津波荷重による影響を既存建屋に与えることなく、所定の浸水深の津波に対して十分な構造耐力を備えた耐津波構造体を提供することができる。

本発明の耐津波構造体の実施の形態１を既存建屋とともに示した斜視図である。 耐津波構造体の実施の形態１を上から見た平面図である。 点検用ハッチを備えているパネルの斜視図である。 図３のIV矢視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の順に耐津波構造体の実施の形態１の施工フローを示した図である。 耐津波構造体の実施の形態２を上から見た平面図である。 耐津波構造体の実施の形態３を上から見た平面図である。 津波浸水深と耐津波構造体の上側梁の最大水平変形との関係を特定する解析結果を示した図である。 解析結果を示すモデルの変形図であり、（ａ）は比較例１の変形図であり、（ｂ）は比較例２の変形図であり、（ｃ）は実施例の変形図である。 既存建屋の保有水平耐力と津波荷重に関する解析結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の耐津波構造体の実施の形態１〜３を説明する。

（耐津波構造体の実施の形態１）
図１は本発明の耐津波構造体の実施の形態１を既存建屋とともに示した斜視図であり、図２は耐津波構造体の実施の形態１を上から見た平面図である。また、図３は点検用ハッチを備えているパネルの斜視図であり、図４は図３のIV矢視図である。

既存建屋Ｋは、不図示のバルブステーションやガバナステーション等のパイプライン施設を収容しており、軽量鉄骨からなる柱Ｋ１と梁Ｋ２を組み付けてなる比較的小規模なフレーム架構を基本骨格としている。

既存建屋Ｋを収容する耐津波構造体１０は、既存建屋Ｋに接することなく（たとえば既存建屋Ｋに控え等を取ることなく）、既存建屋Ｋを包囲する位置にある複数の柱１と、柱１間を繋ぐ梁２と、から構成される柱−梁フレーム体３と、柱−梁フレーム体３に嵌め込まれるパネル４と、柱−梁フレーム体３を支持する基礎６と、柱−梁フレーム体３の上面に配設される、複数の相互に交差していない水平力伝達部材５とから構成されている。

柱−梁フレーム体３を構成する柱１は角鋼管から形成され、梁２はH型鋼、I型鋼等の型鋼から形成され、柱−梁フレーム体３を上方から見た平面視形状は図１，２で示すように矩形である。

水平力伝達部材５はH型鋼、I型鋼等の型鋼から形成され、耐津波構造体１０では、柱−梁フレーム体３の天井において、平面視矩形の四つの隅角部に配設されたブレス材である。

パネル４は、図３，４で示すように、鋼製のプレート材４ａと、プレート材４ａの両側面に千鳥状に配設された溝形鋼４ｂとから構成されている。なお、この千鳥状の配設形態としては、図示例のようにプレート材４ａを挟んで配設される溝形鋼４ｂが鋼材の厚み分だけラップする形態の他にも、溝形鋼４ｂがその1/4の長さでラップする形態、その1/3の長さでラップする形態など、多様な千鳥状の配設形態がある。

パネル４を構成するプレート材４ａの両側面に溝形鋼４ｂが千鳥状に配設された構成となっていることで、耐津波荷重性が高くなることもまた本発明者等によって検証されている。

さらに、一部のパネル４には、図３で示すように管理者の出入りできる寸法の扉等からなる点検用ハッチ７が備えてある。

柱−梁フレーム体３に嵌め込まれるパネル４はいずれも、ボルトにて相互に接続されている。

図１，２で示すように、柱−梁フレーム体３の天井位置において複数の水平力伝達部材５が相互に交差しない構成を適用していることにより、複数部材による交差箇所（障害物）のない広範な天井空間を確保できることから、この天井空間を介して重機にて既存建屋Ｋ内に資機材を搬出入することができ、また、既存建屋Ｋの天井にて効率的に作業をおこなうことが可能になる。

さらに、耐津波構造体１０がブレス材である水平力伝達部材５を柱−梁フレーム体３の天井位置に備えていることで、2.0m程度の浸水深の津波に対して十分な構造耐力が付与されることが後述する本発明者等による解析にて実証されている。

次に、図５の施工フロー図を参照して、既存建屋Ｋの周囲に耐津波構造体１０を構築する方法を概説する。

まず、図５（ａ）で示すパイプライン施設等を収容した既存建屋Ｋに対し、図５（ｂ）で示すように基礎を構成する所定本数の杭６ａを施工する。なお、図示例のように格子状の格点に施工される杭６ａの幾つかは、後施工される柱１を支持する。

杭６ａが施工されたら、図５（ｃ）で示すように、杭６ａに支持されるようにして所定本数の柱１を立上げ、下方の梁２で柱１間を繋ぎ、図５（ｄ）で示すように、柱１間にパネル４を嵌め込んでいくことで耐津波構造体１０の側面を構築する。

耐津波構造体１０の側面が構築されたら、図５（ｅ）で示すように、上方の梁２を柱１間に架け渡して柱−梁フレーム体３を構築する。

最後に、柱−梁フレーム体３の天井位置の隅角部にブレス材である水平力伝達部材５を取り付け、耐津波構造体１０が構築される。

既述するように、各部材同士はボルトにて接続されることから、耐津波構造体１０の組み立て日数も短くてよい。

また、各部材同士がボルトにて接続されていることから、必要に応じて任意の部材を容易に解体（取り外し）することができる。たとえば、大型設備を耐津波構造体１０の天井空間からでなくて側面から搬入するに際しては、パネル４を1、2枚程度取り外すことで容易に搬入が可能になる。

（耐津波構造体の実施の形態２，３）
図６は耐津波構造体の実施の形態２を上から見た平面図であり、図７は耐津波構造体の実施の形態３を上から見た平面図である。

図６で示す耐津波構造体１０Ａの基本構成は耐津波構造体１０と同じであり、ブレス材である水平力伝達部材５に代わり、柱−梁フレーム体３の天井中央位置において、平面視矩形の対向する一組の梁２間に一本の水平部材からなる水平力伝達部材５Ａを備えたものである。

耐津波構造体１０Ａは、特に耐津波構造体１０Ａの長手方向側面に津波荷重が作用した際に高い耐津波荷重性を発揮することができる。

一方、図７で示す耐津波構造体１０Ｂの基本構成も耐津波構造体１０，１０Ａと同じであり、柱−梁フレーム体３の天井位置において、平面視矩形の対向する一組の梁２間に間隔を置いて二本の水平部材からなる水平力伝達部材５Ａを備えたものである。

耐津波構造体１０Ｂも耐津波構造体１０Ａと同様、特に耐津波構造体１０Ｂの長手方向側面に津波荷重が作用した際に高い耐津波荷重性を発揮することができる。

（津波浸水深と耐津波構造体の上側梁の最大水平変形との関係を特定する解析とその結果）
本発明者等は、津波浸水深と耐津波構造体の上側梁の最大水平変形との関係を特定する解析をおこなった。

比較例１，２ともに水平力伝達部材を具備しない耐津波構造体であり、比較例１は梁にH型鋼(250mm)を適用したものであり、比較例２は梁にH型鋼(340mm)を適用したものである。一方、実施例は図１で示すブレス材からなるH型鋼(250mm)の水平力伝達部材を適用したものである。

実施例、比較例１，２に対し、津波浸水深を種々変化させた際の各上側梁の最大水平変形量を解析にて求め、その結果を図８に示すとともに、比較例１、２および実施例の各変形モデルをそれぞれ図９（ａ）〜（ｃ）に示す。

図８より、津波浸水深の設計基準となる2.0mに対して、比較例１，２の上側梁の変形量は限界変形量の160mmを大きく超えるのに対して、実施例の上側梁の変形量は120〜130mmと限界変形量を下回る結果となり、水平力伝達部材による上側梁の変形量抑制効果が極めて高いことが実証されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…柱、２…梁、３…柱−梁フレーム体、４…パネル、４ａ…プレート材、４ｂ…溝形鋼、５，５Ａ…水平力伝達部材、６…基礎、６ａ…杭、７…点検用ハッチ、１０，１０Ａ，１０Ｂ…耐津波構造体、Ｋ…既存建屋

Claims (3)

1. 既存建屋に接することなく、該既存建屋を包囲する位置にある複数の柱と、該柱間を繋ぐ梁と、から構成される柱−梁フレーム体と、
   前記柱−梁フレーム体に嵌め込まれるパネルと、
   前記柱−梁フレーム体の上面に配設される、単数もしくは複数で相互に交差していない水平力伝達部材と、からなり、
   前記パネルは、プレート材と、該プレート材の両側面に千鳥状に配設された溝形鋼とから構成されている、耐津波構造体。
2. 前記柱−梁フレーム体を上方から見た平面視形状は矩形であり、
   前記水平力伝達部材は、以下三つのいずれかからなる、
   （１）前記矩形の四つの隅角部に配設されているブレス材
   （２）前記矩形のうち、対向する一組の梁間に配設された一本の水平部材、
   （３）前記矩形のうち、対向する一組の梁間に配設された複数本の水平部材、
   請求項１に記載の耐津波構造体。
3. 前記パネルの一部が点検用ハッチを備えている請求項１又は２に記載の耐津波構造体。

Images