JP6832053B2 - 耐震補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、耐震補強構造に関する。

既存構造物に補強用架構（立体架構）を併設すると共に、併設した補強用架構と既存構造物とを連結することで、地震力を補強用架構に分担させる耐震補強方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２０３２２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、既存構造物と補強用架構との間で十分に応力が伝達されない可能性がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、既存構造物と補強用架構との間の応力伝達を良好にすることを目的とする。

第１態様に係る耐震補強構造は、既存外周柱を有する既存構造物と、前記既存外周柱と隣接する新設柱を有し、前記既存構造物に併設される補強用架構と、を備え、前記既存外周柱と前記新設柱とが、各々の材軸方向に沿って互いに接合される。

第１態様に係る耐震補強構造によれば、既存構造物には、補強用架構が併設される。この補強用架構の新設柱と既存構造物の既存外周柱とは、各々の材軸方向に沿って互いに接合される。これにより、地震時における既存構造物と補強用架構との間の応力伝達が良好となる。したがって、新設柱と既存外周柱とを各々の材軸方向に沿って互いに接合しない場合と比較して、既存構造物の耐震性能を向上させることができる。

第２態様に係る耐震補強構造は、第１態様に係る耐震補強構造において、前記既存構造物には、該既存構造物の変形性能を向上させる変形性能向上手段が設けられる。

第２態様に係る耐震補強構造によれば、既存構造物には、当該既存構造物の変形性能を向上させる変形性能向上手段が設けられる。これにより、既存構造物の必要保有水平耐力が減少するため、既存外周柱の短期軸力が低減される。

ここで、既存外周柱と新設柱とを各々の材軸方向に沿って互いに接合すると、新設柱に作用する短期軸力が既存外周柱に伝達されるため、既存外周柱に補強が必要になる可能性がある。

これに対して本発明では、前述したように、既存構造物に変形性能向上手段を設けることにより、既存外周柱の短期軸力が低減される。したがって、既存外周柱に対する補強を低減することができる。

第３態様に係る耐震補強構造は、第１態様または第２態様に係る耐震補強構造において、前記補強用架構は、前記新設柱としての新設内柱と、前記新設内柱の外側に配置される新設外柱と、前記新設内柱と前記新設外柱とに架設される新設梁と、を有する。

第３態様に係る耐震補強構造によれば、補強用架構は、既存外周柱と接合される新設内柱と、新設内柱の外側に配置される新設外柱と、新設内柱と新設外柱とに架設される新設梁とを有する。この補強用架構を既存構造物に併設することにより、既存外周柱が内柱となる。

これにより、補強用架構を既存構造物に併設しない場合と比較して、既存外周柱の短期軸力が低減される。したがって、既存外周柱に対する補強を低減することができる。

以上説明したように、本発明に係る耐震補強構造によれば、既存構造物と補強用架構との間の応力伝達を良好にすることができる。

本発明の一実施形態に係る耐震補強構造が適用された既存構造物及び補強用架構を示す立面図である。 図１に示される既存外周柱と新設内柱との接合部を示す立面図である。 図１に示される既存外周柱と新設内柱との接合部を示す立面図である。 図１に示される既存構造物の既存架構を示す立面図である。 図１に示される既存構造物の既存架構を示す立面図である。 本発明の一実施形態に係る耐震補強構造の変形例が適用された既存構造物及び補強用架構を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る耐震補強構造について説明する。

[耐震補強構造]
図１には、本実施形態に係る耐震補強構造１０が適用された既存構造物１２が示されている。耐震補強構造１０は、既存構造物１２と、既存構造物１２に併設される補強用架構５０とを備えている。

[既存構造物]
既存構造物１２は、既存基礎１４と、既存基礎１４の上に建てられた既存上部構造体３０とを備えている。既存基礎１４は、杭基礎とされている。具体的には、既存基礎１４は、既存杭１６と、既存フーチング１８と、既存基礎梁２０とを有している。

既存杭１６は、例えば、コンクリート杭や鋼製杭とされ、水平二方向に配列されている。これらの既存杭１６の杭頭部１６Ａには、既存フーチング１８が設けられている。

既存フーチング１８は、鉄筋コンクリート（以下、「ＲＣ」という）造でブロック状に形成されている。隣接する既存フーチング１８は、既存基礎梁２０で連結されている。この既存基礎梁２０は、ＲＣ造とされている。なお、既存基礎梁２０は、ＲＣ造に限らず、例えば、鉄骨造であっても良い。

既存上部構造体３０は、複数層からなり、既存基礎１４に支持されている。この既存上部構造体３０は、複数の既存架構３２を有している。そして、既存上部構造体３０の外周に配置された既存架構３２は、既存外周柱３４と、既存内柱４８と、既存外周柱３４と既存内柱４８とに架設される既存梁４０とを有している。

既存外周柱３４は、既存上部構造体３０の外周に配置されており、既存フーチング１８を介して既存基礎１４に支持されている。一方、既存内柱４８は、既存上部構造体３０の内部に配置されており、既存フーチング１８を介して２本の既存杭１６に支持されている。なお、既存内柱４８を支持する既存杭１６の本数は、適宜変更可能である。

図２に示されるように、既存外周柱３４は、ＳＲＣ造とされている。具体的には、既存外周柱３４は、内部鉄骨３６と、内部鉄骨３６を被覆する被覆コンクリート３８とを有している。内部鉄骨３６は、Ｈ形鋼とされており、一対のフランジ部３６Ａと、一対のフランジ部３６Ａを接続するウェブ部３６Ｂとを有している。

また、既存梁４０は、既存外周柱３４と同様に、ＳＲＣ造とされており、内部鉄骨４２と、内部鉄骨４２を被覆する被覆コンクリート４４とを有している。内部鉄骨４２は、Ｈ形鋼とされており、一対のフランジ部４２Ａと、一対のフランジ部４２Ａを接続するウェブ部４４Ｂとを有している。この内部鉄骨４２は、既存外周柱３４の内部鉄骨３６の柱仕口部３６Ｓに、溶接等によって接合されている。

なお、既存外周柱３４の柱仕口部３６Ｓには、上下一対のダイアフラム４６が設けられており、この上下一対のダイアフラム４６に内部鉄骨４２の一対のフランジ部４２Ａが溶接等により接合されている。また、既存内柱４８（図１参照）は、既存外周柱３４と同様に、ＳＲＣ造とされている。

[補強用架構]
図１に示されるように、補強用架構５０は、鉄骨造とされており、新設基礎６０と既存基礎１４とに亘って構築されている。補強用架構５０は、新設外柱５２と、新設内柱５４と、新設外柱５２と新設内柱５４とに架設される新設梁５６とを有している。

新設柱としての新設外柱５２及び新設内柱５４は、角形鋼管によって形成され、新設梁５６は、Ｈ形鋼によって形成されている。さらに、補強用架構５０は、ブレース５８によって補強されている。

なお、補強用架構５０は、鉄骨造に限らず、ＲＣ造やＳＲＣ造であっても良い。また、ブレース５８は、必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。

新設基礎６０は、既存基礎１４と同様に杭基礎とされている。具体的には、新設基礎６０は、新設杭６２と、新設フーチング６４と、新設基礎梁６６とを有している。

新設杭６２は、既存杭１６と同様に、例えば、コンクリート杭や鋼製杭とされ、既存杭１６の外側に配置されている。この新設杭６２の杭頭部６２Ａには、新設フーチング６４が設けられている。

新設フーチング６４は、既存フーチング１８と同様に、ＲＣ造でブロック状に形成されており、新設外柱５２を支持している。また、新設フーチング６４は、新設基礎梁６６を介して既存フーチング１８と連結されている。この新設基礎梁６６は、ＲＣ造とされている。

なお、既存フーチング１８における新設フーチング６４側には、増打ち部１８Ａが新設されているが、既存フーチング１８上に新設内柱５４を設置可能であれば、増打ち部１８Ａは適宜省略可能である。また、既存基礎梁２０は、ＲＣ造に限らず、例えば、鉄骨造であっても良い。

ここで、新設内柱５４と既存外周柱３４とは、各々の材軸方向（上下方向）に沿って互いに接合されている。具体的には、図２に示されるように、新設内柱５４の柱仕口部５４Ｓには、ガセットプレート７０が設けられている。また、新設内柱５４の柱仕口部５４Ｓには、上下一対のダイアフラム７２が設けられている。なお、上下一対のダイアフラム７２は、例えば、内ダイアフラム、通しダイアフラム、または外ダイアフラムであっても良い。また、上下一対のダイアフラム７２は、省略されても良い。

これと同様に、既存外周柱３４の内部鉄骨３６における柱仕口部３６Ｓには、ガセットプレート７４が設けられている。これらのガセットプレート７０，７４は、連結プレート７６を介してボルト７８及びナットにより接合されている。また、新設内柱５４と既存外周柱３４との間には、グラウトやモルタル等の充填材２２（図１参照）が充填される。

なお、既存外周柱３４の内部鉄骨３６における柱仕口部３６Ｓでは、被覆コンクリート３８がはつり取られており、内部鉄骨３６の側面が露出している。そして、露出した内部鉄骨３６の側面に、ガセットプレート７４が溶接等によって接合されている。

図３に示されるように、柱仕口部３６Ｓ，５４Ｓ以外の部位では、新設内柱５４と既存外周柱３４とは、スタッド８０、後施工アンカー８２、及び充填材２２を介して接合されている。なお、スタッド８０及び後施工アンカー８２は、応力伝達部材の一例である。

具体的には、スタッド８０は、新設内柱５４の側面から既存外周柱３４へ向けて突出している。一方、後施工アンカー８２は、既存外周柱３４の被覆コンクリート３８に打ち込まれており、既存外周柱３４から新設内柱５４へ向けて突出している。これらのスタッド８０及び後施工アンカー８２は、新設内柱５４と既存外周柱３４との間に充填された充填材２２内に埋設されている。これにより、新設内柱５４と既存外周柱３４とが、各々の材軸方向（上下方向）に沿って互いに軸力を伝達可能に接合されている。

なお、本実施形態では、新設内柱５４と既存外周柱３４との間の応力伝達部材として、スタッド８０及び後施工アンカー８２を用いた例を示したが、これに限らない。応力伝達部材としては、例えば、異形鉄筋等を用いることができる。また、新設内柱５４と既存外周柱３４とは、各々の材軸方向に亘って部分的に接合しても良い。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態に係る耐震補強構造１０によれば、既存構造物１２には、補強用架構５０が併設されている。この補強用架構５０の新設内柱５４と既存構造物１２の既存外周柱３４とは、各々の材軸方向に沿って互いに接合されている。

これにより、地震時における既存構造物１２と補強用架構５０との間の応力伝達が良好となる。したがって、新設内柱５４と既存外周柱３４とを各々の材軸方向に沿って互いに接合しない場合と比較して、既存構造物１２の耐震性能を向上させることができる。

また、新設内柱５４と既存外周柱３４とを各々の材軸方向に沿って互いに接合すると、新設内柱５４に作用する短期軸力が既存外周柱３４を介して既存杭１６に伝達される。つまり、本実施形態では、既存外周柱３４を支持する既存杭１６を新設内柱５４の杭として兼用可能になる。したがって、図１に二点鎖線で示されるように、新設内柱５４を支持する新設杭６２が省略可能になるため、補強用架構５０を支持する新設杭６２を低減することができる。

ここで、前述したように、新設内柱５４と既存外周柱３４とを各々の材軸方向に沿って互いに接合すると、新設内柱５４に作用する短期軸力が既存外周柱３４に伝達される。そのため、既存外周柱３４に補強が必要になる可能性がある。

これに対して本実施形態では、既存構造物１２に補強用架構５０を併設することにより、既存外周柱３４が内柱となる。これにより、補強用架構５０を既存構造物１２に併設しない場合と比較して、地震時に既存外周柱３４に作用する短期軸力が低減される。したがって、既存外周柱３４に対する補強を低減することができる。

さらに、既存外周柱３４に作用する短期軸力が低減されると、当該既存外周柱３４を支持する既存杭１６に作用する短期軸力も低減される。これにより、既存杭１６を新設内柱５４の杭として兼用し易くなる。したがって、図１に二点鎖線で示されるように、新設内柱５４を支持する新設杭６２をさらに省略し易くなる。

また、本実施形態では、新設内柱５４と既存外周柱３４との間に充填材２２を充填することにより、新設内柱５４と既存外周柱３４との一体性を高めることができる。したがって、地震時における既存構造物１２と補強用架構５０との間の応力伝達がさらに良好になる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

既存構造物１２には、当該既存構造物１２の変形性能を向上させる変形性能向上手段を設けても良い。具体的には、図４には、既存構造物１２における既存架構９０が示されている。この既存架構９０は、一対の既存柱９２と、一対の既存柱９２に架設された既存梁９４とを有している。

ここで、既存架構９０には、垂れ壁９６及び腰壁９８が設けられており、既存柱９２が極短柱（極脆性柱）となっている。このような極短柱では、地震時に曲げ破壊に先行してせん断破壊が発生する。

この場合、垂れ壁９６及び腰壁９８における両端部に変形性能向上手段としての構造スリット１００を形成して垂れ壁９６及び腰壁９８と既存柱９２との縁を切ることにより、既存柱９２がせん断破壊に先行して曲げ破壊が発生する曲げ柱となる。この結果、既存構造物１２の変形性能が向上する。

そして、既存構造物１２の変形性能を向上させると、既存構造物１２の必要保有水平耐力が減少するため、地震時に既存外周柱３４（図１参照）に作用する短期軸力が低減される。したがって、既存外周柱３４に対する補強を低減することができる。

さらに、前述したように、既存外周柱３４に作用する短期軸力が低減されると、当該既存外周柱３４を支持する既存杭１６に作用する短期軸力も低減される。したがって、既存杭１６を新設内柱５４の杭として兼用し易くなる。したがって、図１に二点鎖線で示されるように、新設内柱５４を支持する新設杭６２をさらに省略し易くなる。

なお、変形性能向上手段としては、例えば、図５に示されるように、所定の既存架構１１０の既存柱１１２の略全長（柱頭部１１２Ａから柱脚部１１２Ｂ）に亘って巻き付けられる補強材１１４であっても良い。この補強材１１４は、例えば、鋼板、アラミド繊維等の繊維シート等とされる。なお、補強材１１４は、既存柱１１２の柱頭部１１２Ａや柱脚部１１２Ｂにのみ巻き付けられても良い。

その他、変形性能向上手段としては、既存柱や既存梁の断面積を増加させる増打ちコンクリート等でも良い。

次に、補強用架構５０は、上記したものに限らない。例えば、図６に示される補強用架構１２０は、バットレスを模擬した側面視にて三角形状の立体架構とされている。この補強用架構１２０は、複数の鉄骨部材１２２によって組み立てられている。なお、補強用架構１２０は、鉄骨造に限らず、ＲＣ造やＳＲＣ造であっても良い。

また、補強用架構１２０の新設内柱１２４と既存構造物１２の既存外周柱３４とは、各々の材軸方向に沿って互いに接合されている。これにより、補強用架構１２０と既存構造物１２との間の応力伝達が良好になっている。

また、補強用架構１２０を支持する新設基礎１２６には、複数のアンカー部材１２８が設けられている。各アンカー部材１２８は、例えば、アースアンカーとされている。

ここで、補強用架構１２０は、例えば、既存構造物１２に作用する曲げモーメントＭ_１に対して効率的に抵抗する。また、複数のアンカー部材１２８は、既存構造物１２に作用する曲げモーメントＭ_２に対して効率的に抵抗する。なお、補強用架構１２０は、曲げモーメントＭ_２に対しても引張で抵抗可能である。

このように補強用架構１２０は、既存構造物１２に作用する両方向の曲げモーメントＭ_１，Ｍ_２に対して効率的に抵抗する。したがって、既存構造物１２の片側にのみ補強用架構１２０を設置するだけで、既存構造物１２の耐震性能を効率的に向上させることができる。

次に、上記実施形態では、既存外周柱３４をＳＲＣ造とした例を示したが、これに限らない。既存外周柱は、例えば、ＲＣ造でも良いし、鉄骨造でも良い。また、上記実施形態では、補強用架構５０の新設内柱５４を鉄骨造とした例を示したが、これに限らない。新設内柱５４は、ＲＣ造でも良いし、ＳＲＣ造でも良い。

また、上記実施形態では、既存外周柱３４と新設内柱５４とを各々の材軸方向に沿って接合したが、これに加えて、隣接する既存構造物１２の既存梁と補強用架構５０の新設梁とを各々の材軸方向に沿って接合しても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 耐震補強構造
１２ 既存構造物
３４ 既存外周柱
５０ 補強用架構
５２ 新設外柱
５４ 新設内柱（新設柱）
５６ 新設梁
１００ 構造スリット（変形性能向上手段）
１１４ 補強材（変形性能向上手段）
１２０ 補強用架構
１２４ 新設内柱

Claims (3)

1. 既存杭に既存フーチングを介して支持される既存外周柱を有する既存構造物と、
   前記既存外周柱と隣接する新設柱を有し、前記既存構造物に併設される補強用架構と、
   を備え、
   前記既存外周柱と前記新設柱とが、各々の材軸方向に沿って互いに接合され、
   前記新設柱は、前記既存外周柱及び前記既存フーチングを介して前記既存杭にのみ支持される、
   耐震補強構造。
2. 前記既存構造物には、該既存構造物の変形性能を向上させる変形性能向上手段が設けられる、
   請求項１に記載の耐震補強構造。
3. 前記補強用架構は、
   前記新設柱としての新設内柱と、
   前記新設内柱の外側に配置される新設外柱と、
   前記新設内柱と前記新設外柱とに架設される新設梁と、
   を有する、
   請求項１または請求項２に記載の耐震補強構造。