JP7031265B2 - 建物補強構造及び建物補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、既存建物を補強する建物補強構造及び建物補強方法に関する。

建物の耐震性を高めるために、既存の建物を補強することがある。この場合、建物における柱と梁との接合部を斜めに接続するブレースを追加して配置する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１の耐震補強工法においては、Ｘ型配置のブレースと中央に設けたダンパーで構成されるダンパーブレースを用いており、中央のダンパーを変形させることにより地震エネルギーを吸収し、地震時の振動を低減する。

また、既存建物の柱梁接合部に斜めに、ピン接合によって接続材（ブレース材）を設けた補強構造も検討されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の補強構造では、建物の躯体の外側面に取り付けられるベース板と、躯体とベース板との隙間に形成されるモルタル等からなる固化材と、ベース板に固着され、軸線がベース板の法線方向に設定された軸ピンと、軸ピンと嵌合され、軸ピンを軸として回動する外筒部と、両端に外筒部を備えた建物を補強する接続材とを備える。そして、軸ピンに、接続材が備えた外筒部を嵌合して、一対の軸ピン間を接続材でピン接続する。

特開２００９－２０３７６４号公報

大林組、「高架橋の耐震補強工法 圧縮型鋼製ダンパーブレース工法 アンカーなしで高架橋の振動を低減します」、［online］、［平成２９年５月８日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：https://www.obayashi.co.jp/service_and_technology/related/tech_d079＞

特許文献１に記載されているように、建物を補強するために太い斜材（補強材）と、それを取り付けるための四角枠を外壁面に配置する。この場合、補強部材に存在感があるため、全体的な建物外観の意匠性が良くない。また、窓等が配置される建物の開口部の外側に太い補強部材が配置されるため、建物内からの景観も良くない。

・上記課題を解決するための建物補強構造は、建物の外側に配置され、前記建物の柱を補強する補強部と、前記補強部の外側で前記建物の柱梁接合部に対応する位置に設置された固定部材と、前記固定部材に固定される環形状の変形規制部材と、前記変形規制部材の内側で、前記変形規制部材の座屈抵抗を高める拘束部材とを備えた。これにより、補強部を設けたため、建物の変形性能を向上させることができ、更に、変形規制部材の性能を補強効果として発揮することができる。また、拘束部材により、環形状の変形規制部材の座屈抵抗及び剛性を高めることができるので、建物の意匠性を向上させるとともに、建物からの景観を良くすることができる。

・上記建物補強構造において、前記変形規制部材と前記拘束部材とが一体化されたブレースユニットを、前記固定部材に固定することが好ましい。これにより、建物補強構造を効率よく設置することができる。

・上記建物補強構造において、前記補強部は、前記固定部材が外側に予め設けられた補強プレートを備えた柱補強部材を用いて構成されることが好ましい。これにより、柱補強部材の設置により固定部材も設置されるため、効率よく固定部材を固定することができる。

・上記建物補強構造において、前記固定部材は、隣接する複数の変形規制部材を固定する板形状部材を有することが好ましい。これにより、板状部材の両面に沿って、隣接する複数の変形規制部材を固定することができる。

・上記課題を解決するための建物補強方法は、建物の柱の外側に補強プレートを備えた柱補強部材を取り付けて補強部を形成し、前記補強プレートに設けられた固定部材に、内側に座屈抵抗を高める拘束部材が配置される環形状の変形規制部材を固定した。これにより、建物の意匠性を向上させるとともに、建物からの景観を良くすることができる建物補強構造を効率よく設置することができる。

・上記建物補強方法において、前記変形規制部材と前記拘束部材とが一体化されたブレースユニットを、前記固定部材に固定させることが好ましい。これにより、建物補強構造の変形規制部材を効率よく設置することができる。

・上記課題を解決するための柱補強部材は、建物の柱の外側に取り付けて、前記柱を補強する柱補強部材であって、前記建物に取り付ける補強プレートと、前記補強プレートの外側面に、環形状の変形規制部材の端部を固定する固定部材とを設けた。これにより、建物の意匠性を向上させるとともに、建物からの景観を良くすることができる建物補強構造を効率よく設置することができる。

・上記柱補強部材においては、前記補強プレートは、前記建物の外壁に取り付けられて、モルタルを充填させる空間を形成することが好ましい。これにより、建物の外壁に補強プレートを配置して形成した空間にモルタルを充填して、柱補強を行なうことができる。

本発明によれば、建物の意匠性を向上させ、建物からの景観を良くすることができる。

実施形態における建物補強構造の全体を示す斜視図。 実施形態における建物補強構造の要部を拡大した斜視図。 実施形態における建物補強構造に用いられるブレースユニットを説明する説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。 実施形態における建物補強構造に用いられる固定部材を備えた柱補強部材を説明する斜視図。 実施形態における建物補強構造の取付状態を説明する説明図であって、（ａ）は補強柱の要部の断面図、（ｂ）は補強柱の要部の正面図。 実施形態における固定部材及びブレースユニットの取付部分の斜視図。

以下、図１～図６を用いて、建物補強構造及び建物補強方法を具体化した一実施形態を説明する。
図１に示す建物１０は、複数の柱及び梁を備え、開口部を有した外壁１５で覆われている。外壁１５の開口部には窓１３が設けられている。建物１０の正面には、出入口を除き、建物１０の外壁１５の全面をほぼ覆うように、建物補強構造２０が設けられている。

建物補強構造２０は、ブレース部２１と補強部３０とを備えている。本実施形態のブレース部２１は、長方形状の外周枠の内部に格子形状のブレースを配置して構成されている。具体的には、ブレース部２１は、端部に配置される三角形状の端部ブレースユニットと、菱形のブレースユニット４０とを備えている。また、このブレース部２１は、ブレースユニットが配置されない領域２５を有している。

図２に示すように、補強部３０は、建物１０の各柱に沿って延在させ、地面に設置されることにより、柱を補強する。補強部３０は、断面が凹形状の柱補強部材３１を備えており、この柱補強部材３１の凹部にモルタルを充填して構成されている。補強部３０の外表面において、柱と梁との接合部（柱梁接合部）近傍に対応する位置には、固定部材３５が設けられている。本実施形態では、各補強部３０には、各階の間に、１個の固定部材３５が配置されている。この固定部材３５は、上下左右に配置されたブレースユニット４０の端部を固定する。

＜ブレースユニット４０の構造＞
次に、図３を用いて、ブレースユニット４０について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれブレースユニット４０の正面図及び側面図である。

図３に示すように、ブレースユニット４０は、菱形形状の変形規制部材４１の内部に、Ｘ形状の拘束部材４５が一体化されている。変形規制部材４１の各角の近傍には、それぞれ貫通孔４２が形成されている。なお、図３においては、変形規制部材４１及び拘束部材４５の厚み及び貫通孔４２の大きさを大きく示している。

拘束部材４５は、変形規制部材４１と同じ幅の４つの板部材により構成されている。この拘束部材４５は、正面から見た場合、変形規制部材４１の対向する板部材同士（板部材の中央部分同士）を連結したＸ形状で構成されている。本実施形態では、拘束部材４５の板部材の先端部が、変形規制部材４１の内側に溶接されている。従って、拘束部材４５は、変形規制部材４１の撓み方向を規制するので、変形規制部材の座屈抵抗を高めている。

＜柱補強部材３１の構造＞
次に、図４を用いて、柱補強部材３１について詳述する。
柱補強部材３１は、鉛直に延在する補強プレート３１ａと、補強プレート３１ａの下端部に溶接されたベース部３１ｂとを備えている。補強プレート３１ａは、正面板、２つの側面板からなるコの字形状の断面を有し、建物側（後面）が開口した長尺物の鋼板で構成される。ベース部３１ｂは、地面に載置される。補強プレート３１ａの前面（外側）には、上述した複数の固定部材３５が固定されている。

固定部材３５は、鉛直方向に離散して配置されている。この固定部材３５は、Ｘ字状の正面形状を有しており、４つの板形状部材３５ａの一端辺部を、ブレースユニット４０の変形規制部材４１の菱形に沿うように溶接している。

更に、ベース部３１ｂには、下端部固定部材３６が固定されている。この下端部固定部材３６は、固定部材３５の上側のみの形状（Ｖ字状）を有している。そして、下端部固定部材３６は、固定部材３５と同様に、ブレースユニット４０の変形規制部材４１の２辺に沿った形状になるように、２つの板形状部材３６ａの一端辺部が溶接されている。
更に、固定部材３５の各板形状部材３５ａ及び下端部固定部材３６の各板形状部材３６ａの端部には、貫通孔３５ｈ，３６ｈが形成されている。

＜補強部３０の構造＞
次に、図５（ａ）を用いて、柱補強部材３１を用いた補強部３０について説明する。図５（ａ）は、建物１０の外壁に柱補強部材３１を取り付けた補強部３０の断面図である。この図５（ａ）においては、説明のために、ブレースユニット４０の図示は省略している。

建物１０の柱１１の外側には、複数のアンカーボルト３３が埋設される。外壁１５の外側に、外壁１５から突出したアンカーボルト３３を囲むように柱補強部材３１が配置される。この柱補強部材３１の内側面には、複数のスタッド３４が溶接されている。この柱補強部材３１と外壁１５によって囲まれた空間には、モルタル３２が充填される。

＜ブレースユニット４０の固定＞
次に、図２、図５及び図６を用いて、ブレースユニット４０の固定方法について説明する。
図５（ｂ）に示すように、補強部３０に固定された固定部材３５は、上下左右に４つ配置されるブレースユニット４０の変形規制部材４１の端部（角）を固定する。

更に、図２に示すように、固定部材３５以外で、ブレースユニット４０同士の間には、Ｘ形状の連結部材５５を配置する。この連結部材５５は、固定部材３５と同様に、ブレースユニット４０の変形規制部材４１の２辺に沿った形状になるように、板形状部材が溶接されて構成されている。この板形状部材の各端部には、固定部材３５と同様に、貫通孔が形成されている。

そして、図６に示すように、固定部材３５の貫通孔３５ｈには、中央にネジ孔が形成された円筒形状の嵌合部材４８が嵌合されている。そして、ブレースユニット４０の変形規制部材４１の貫通孔４２と、嵌合部材４８のネジ孔とを整合させた位置に、固定ボルトＢ１が螺合されている。更に、固定ボルトＢ１の外側表面は、円板形状のキャップＣ１で覆われている。また、連結部材５５の貫通孔にも、嵌合部材４８が嵌合され、固定部材３５の貫通孔３５ｈと同様に、固定ボルトＢ１やキャップＣ１が配置される。

＜建物補強構造２０の設置方法＞
次に、図５を用いて、上述した構成を有する建物補強構造２０の設置方法について説明する。

まず、建物１０の構造に応じて、ブレースユニット４０、柱補強部材３１を設計する。
具体的には、建物１０の柱１１及び梁１２の間隔を特定する。そして、建物１０の補強する強度に基づいて、固定部材（３５，３６）を取り付ける範囲（位置）を特定する。次に、特定した範囲と柱１１及び梁１２の間隔とに応じて、ブレースユニット４０の変形規制部材４１の大きさ（幅及び高さ）を決定する。この場合、ブレースユニット４０の変形規制部材４１の２つの端部が、固定部材３５に取り付けられるように、変形規制部材４１の大きさを決定する。そして、変形規制部材４１の大きさに応じて、拘束部材４５の長さ、角度及び配置を決定する。

更に、固定部材３５の取り付け位置に応じて、柱補強部材３１を設計する。更に、柱補強部材３１の固定部材３５と、ブレースユニット４０の形状とに応じて固定部材３５及び連結部材５５の板形状部材の交差角度を決定し、形状を決定する。
そして、設計に基づいて、変形規制部材４１に拘束部材４５を溶接したブレースユニット４０を製造する。更に、変形規制部材４１の大きさに応じて、三角形状の端部ブレースを製造する。

また、設計に基づいて、柱補強部材３１の補強プレート３１ａには、固定部材３５を溶接して固定する。この場合、決定した交差角度で板形状部材３５ａを溶接する。更に、柱補強部材３１に、下端部固定部材３６を溶接したベース部３１ｂを固定する。そして、各固定部材（３５，３６）の各貫通孔３５ｈ，３６ｈ及び連結部材５５の各貫通孔に、嵌合部材４８を嵌合させておく。

次に、図５（ａ）に示すように、建物１０の外側（表面側）に、アンカーボルト３３を設置する。そして、アンカーボルト３３を囲むように、複数のスタッド３４が取り付けられた柱補強部材３１を配置する。そして、この柱補強部材３１と建物１０の外壁１５によって囲まれた空間に、モルタル３２を充填して、補強部３０を形成する。この場合、補強部３０の外側には、固定部材３５及び下端部固定部材３６が配置される。

次に、ブレースユニット４０が配置される領域において、各固定部材（３５，３６）の左右上下に、ブレースユニット４０を配置する。この場合、各固定部材（３５，３６）のＸ形状の各板形状部材３５ａ，３６ａの両側を各ブレースユニット４０の変形規制部材４１が挟み込むように配置する。更に、複数のブレースユニット４０が集まる部分で固定部材（３５，３６）が設けられていない部分には、連結部材５５を配置する。

そして、ブレースユニット４０の貫通孔４２と、対応する各固定部材（３５，３６）及び連結部材５５の嵌合部材４８のネジ孔を整合させておく。そして、固定ボルトＢ１を、ブレースユニット４０の貫通孔４２に挿通させて、嵌合部材４８のネジ孔に螺合させる。これにより、各固定部材（３５，３６）各板形状部材３５ａ，３６ａ及び連結部材５５の各板形状部材の両側に、ブレースユニット４０を固定する。
そして、固定ボルトＢ１の表面をキャップＣ１で覆い、建物補強構造２０が完成する。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の建物補強構造２０は、建物１０の外側で建物１０の柱１１を補強する補強部３０と、補強部３０の外側に設置された固定部材３５と、ブレースユニット４０とを備えている。これにより、建物１０の外側で建物補強を行なうことができ、建物１０内への影響を軽減できる。また、ブレースユニット４０の荷重を、既存の柱１１を補強部３０で補強した構造で支持することができる。

（２）本実施形態の建物補強構造２０は、固定部材３５に固定される環形状の変形規制部材４１と、変形規制部材４１の内側で、変形規制部材４１の座屈抵抗を高める拘束部材４５とを備えている。従って、拘束部材４５により、変形規制部材４１の座屈抵抗及び剛性を高めることができ、変形規制部材４１の細く（部材断面を小さく）することができる。よって、建物の意匠性を向上させるとともに、建物からの景観を良くすることができる。

（３）本実施形態のブレースユニット４０は、菱形形状の変形規制部材４１の内部に拘束部材４５が一体化して構成されている。これにより、ブレースユニット４０の端部を固定部材（３５，３６）及び連結部材５５に固定することにより、変形規制部材４１及び拘束部材４５を効率よく設置することができる。

（４）本実施形態の拘束部材４５は、変形規制部材４１の対向する辺を直線で接続する部材を連結したＸ形状を有している。これにより、拘束部材４５は、変形規制部材４１の変形を効率よく規制して、座屈抵抗を高めることができる。

（５）本実施形態では、固定部材３５は、隣接する複数の変形規制部材４１を固定する板形状部材３５ａを有する。これにより、板形状部材３５ａの両面で、２つのブレースユニット４０を固定することができる。

（６）本実施形態においては、柱補強部材３１の補強プレート３１ａに、固定部材３５が固定されている。これにより、補強部３０を設けることにより、同時に固定部材３５を設置することができる。

（７）本実施形態の柱補強部材３１の補強プレート３１ａは、建物１０の外壁１５と空間を形成するコの字形状の断面を有している。これにより、柱補強部材３１を建物の外側に配置して、外壁１５との間に形成した空間にモルタルを充填して、補強部３０を形成することができる。

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、ブレースユニット４０の変形規制部材４１は菱形形状を有する。変形規制部材４１の形状は、直線を用いた環形状であれば、菱形形状に限定されるものではなく、例えば、三角形状であってもよい。

・上記実施形態において、ブレースユニット４０の拘束部材４５は、各辺を構成する板部材を直線で接続する。拘束部材４５の形状は、ブレースユニット４０の変形を規制できれば、直線形状に限られず曲線形状であってもよい。この場合、例えば、装飾マークやロゴ等の形状を用いてもよい。

・上記実施形態において、固定部材３５及び連結部材５５は、上下左右に４つのブレースユニット４０を固定するＸ形状を有する。ブレースユニット４０の変形規制部材４１を固定する固定部材は、変形規制部材４１を固定できる形状であればどのような形状であってもよい。また、固定部材や連結部材が固定する変形規制部材の個数は、４つに限られず、変形規制部材を１つずつ、又は２つずつ、４つ以上であってもよい。例えば、６つのブレースユニットを固定する場合には、６つの板形状部材の端部を溶接する。この場合、三角形状の変形規制部材を有する６つのブレースユニットを、１つの固定部材で固定する。

・上記実施形態において、建物補強構造２０を、出入口及び配置されてない領域２５を除き、建物１０の全面を覆うように設けた。建物補強構造２０を、補強が必要な部分にのみ設けてもよい。例えば、建物１０において、部分的に補強が必要な場合には、その建物１０の外壁の外側の必要領域に建物補強構造２０を設ける。

・上記実施形態においては、予め準備したブレースユニット４０や柱補強部材３１を用いるが、建物補強に用いる部材は、これらに限定されるものではない。例えば、拘束部材４５を変形規制部材４１に予め溶接したブレースユニット４０を用いたが、変形規制部材４１を補強部３０に固定後に、変形規制部材４１に拘束部材４５を取り付けてもよい。また、補強プレート３１ａに固定部材３５を固定したが、補強部３０の構築後に、補強部３０に固定部材３５を取り付けてもよい。

Ｂ１…固定ボルト、Ｃ１…キャップ、１０…建物、１１…柱、１２…梁、１５…外壁、２０…建物補強構造、２１…ブレース部、２５…領域、３０…補強部、３１…柱補強部材、３１ａ…補強プレート、３１ｂ…ベース部、３２…モルタル、３３…アンカーボルト、３４…スタッド、３５…固定部材、３５ａ，３６ａ…板形状部材、３５ｈ，３６ｈ，４２…貫通孔、３６…下端部固定部材、４０…ブレースユニット、４１…変形規制部材、４５…拘束部材、４８…嵌合部材、５５…連結部材、５７…突条部。

Claims (5)

1. 建物の外側に配置され、前記建物の柱を補強する補強部と、
   前記補強部の外側で前記建物の柱梁接合部に対応する位置に設置された固定部材と、
   前記固定部材に固定される環形状の変形規制部材と、
   前記変形規制部材の内側で、前記変形規制部材の座屈抵抗を高める拘束部材とを備えたことを特徴とする建物補強構造。
2. 前記変形規制部材と前記拘束部材とが一体化されたブレースユニットを、前記固定部材に固定したことを特徴とする請求項１に記載の建物補強構造。
3. 前記補強部は、前記固定部材が外側に予め設けられた補強プレートを備えた柱補強部材を用いて構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の建物補強構造。
4. 前記固定部材は、隣接する複数の変形規制部材を固定する板形状部材を有することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の建物補強構造。
5. 補強プレートを備えた柱補強部材を建物の柱の外側に取り付けることにより、前記建物の外側に配置され、前記建物の柱を補強する補強部を形成し、
   前記補強部の外側で前記建物の柱梁接合部に対応する位置に固定部材を設置し、
   座屈抵抗を高める拘束部材が内側に配置された環形状の変形規制部材を、前記固定部材に固定したことを特徴とする建物補強方法。

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