JP7112918B2 - 既存建物の制振補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層階を有する既存建物の制振補強方法に関する。

マス（質量体）と吊り材等で構成されるＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパ）等のマスダンパを建物の上層部に設置して構成された制振建物が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなマスダンパを既存建物に追加して設置すれば、マスダンパの制振作用により地震や風等による既存建物の振動を抑制することができる。

特許第５３３６１４８号公報

上述した既存建物の制振補強方法では、マスダンパの制振作用により地震や風等による既存建物の振動を抑制できる反面、マスを追加する分だけ既存建物の質量が増加して地震時に既存建物に作用する地震力が増加する不都合があり、既存建物の振動対策としては、未だ改善の余地があった。

本発明は、上述の如き実情に鑑みてなされたものであって、その主たる課題は、地震時に既存建物に作用する地震力の増加を抑制しながら既存建物にマスダンパを設置することができ、既存建物の振動対策を効果的に行える既存建物の制振補強方法を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、多層階を有する既存建物の制振補強方法であって、
前記既存建物の撤去対象部位を撤去して前記既存建物の質量を減少させる減築工程と、
マスを有するマスダンパを前記既存建物に設置するマスダンパ設置工程と、
を備え、
前記減築工程において、前記撤去対象部位を撤去して現出された撤去空間を含むように前記既存建物にダンパ設置空間が構成され、
前記マスダンパ設置工程において、前記ダンパ設置空間に前記マスダンパが設置され、
前記撤去対象部位が、前記既存建物の内部の床構造部の一部であり、
前記マスダンパが、前記床構造部よりも下方側に配置された前記マスと、前記撤去対象部位を撤去して現出された前記撤去空間を通して前記床構造部よりも上方側から前記マスを吊り下げる吊り材とから構成される点にある。

本構成によれば、減築工程にて撤去対象部位を撤去して既存建物の質量を減少させるとともに、マスダンパ設置工程にてマス（質量体）を有するマスダンパを既存建物に設置するので、既存建物の撤去対象部位の質量をマスダンパのマスの質量に割り当てることができ、制振補強による既存建物の質量の増加を抑制することができる。よって、地震時に既存建物に作用する地震力の増加を抑制しながら既存建物にマスダンパを設置することができ、既存建物の振動対策を効果的に行うことができる。

また、本構成によれば、減築工程にて既存建物の質量を減少させるために撤去対象部位を撤去して現出された撤去空間を有効に活用して効率良くダンパ設置空間を構成することができる。そして、その効率良く構成したダンパ設置空間に対してマスダンパ設置工程にてマスダンパを設置することができる。よって、既存建物の制振補強を効率良く行うことができる。

更に、本構成によれば、マスと吊り材とからなるマスダンパとして、既存建物の階高を越える吊り長さを有した振り子周期の長いマスダンパを設置することができる。よって、既存建物の建物周期が長い場合でもマスダンパの振り子周期を同調させることが可能となり、建物周期の長い既存建物の制振補強も効果的に行うことができる。

本発明の第２特徴構成は、多層階を有する既存建物の制振補強方法であって、
前記既存建物の撤去対象部位を撤去して前記既存建物の質量を減少させる減築工程と、
マスを有するマスダンパを前記既存建物に設置するマスダンパ設置工程と、
を備え、
前記減築工程において、前記撤去対象部位を撤去して現出された撤去空間を含むように前記既存建物にダンパ設置空間が構成され、
前記マスダンパ設置工程において、前記ダンパ設置空間に前記マスダンパが設置され、
前記撤去対象部位が、平面視で前記既存建物の複数箇所に分散配置され、
前記減築工程において、複数箇所の前記撤去対象部位を撤去して前記既存建物に複数の前記ダンパ設置空間が構成され、
前記マスダンパ設置工程において、前記既存建物の平面視の重心が制振補強の前後で変化しないように、複数の前記ダンパ設置空間の夫々に、個々の前記ダンパ設置空間に対応する個々の前記撤去対象部位の質量と同程度の質量の前記マスを有する前記マスダンパが設置される点にある。

本構成によれば、減築工程にて撤去対象部位を撤去して既存建物の質量を減少させるとともに、マスダンパ設置工程にてマス（質量体）を有するマスダンパを既存建物に設置するので、既存建物の撤去対象部位の質量をマスダンパのマスの質量に割り当てることができ、制振補強による既存建物の質量の増加を抑制することができる。よって、地震時に既存建物に作用する地震力の増加を抑制しながら既存建物にマスダンパを設置することができ、既存建物の振動対策を効果的に行うことができる。
また、本構成によれば、減築工程にて既存建物の質量を減少させるために撤去対象部位を撤去して現出された撤去空間を有効に活用して効率良くダンパ設置空間を構成することができる。そして、その効率良く構成したダンパ設置空間に対してマスダンパ設置工程にてマスダンパを設置することができる。よって、既存建物の制振補強を効率良く行うことができる。
更に、本構成によれば、既存建物の平面的な構造・重量バランスを維持しながら、既存建物内に複数箇所にマスダンパを分散させてバランス良く配置することができ、多層階を有する既存高層建物の制振補強を更に効果的に行うことができる。
本発明の第３特徴構成は、前記マスの質量が、前記撤去対象部位の質量と同程度以下に設定される点にある。
本構成によれば、既存建物の質量を制振補強前の質量と同程度以下としながら既存建物にマスダンパを設置することができ、既存建物の振動対策を一層効果的に行える。

既存建物の縦断面を模式的に示す図 制振補強後の既存建物の縦断面を模式的に示す図 制振補強後の既存建物の撤去対象階の平面を模式的に示す図

本発明の既存建物の制振補強方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、多層階を有する補強対象の既存建物ＥＢを示しており、図示例では、１２層階を有する１２階建ての高層建物を例に挙げている。既存建物ＥＢは、例えば、ラーメン構造にて構成されており、構造躯体として、基礎３の上に柱１や床構造部２等を設置して構成されている。床構造部２は、梁や床スラブ等から構成されている。なお、既存建物ＥＢは、勿論、ラーメン構造に限らず、柱１や梁を使用せずに壁体と床スラブとを接合して造られる壁式構造等であってもよい。

そして、この制振補強方法では、図２に示すように、既存建物ＥＢの一部を撤去して既存建物ＥＢの質量を減少させる減築工程と、マス５Ａを有するマスダンパ５を既存建物ＥＢに設置するマスダンパ設置工程と、を実行する。本実施形態では、マス５Ａの質量は、撤去対象部位Ｒの質量と同程度以下に設定される。このようにすることで、既存建物ＥＢの質量を制振補強前の質量と同程度以下にして地震時に既存建物に作用する地震力の増加を抑制しながら既存建物ＥＢにマスダンパ５を設置することができ、既存建物ＥＢの振動対策（特に地震対策）を効果的に行うことができる。

また、この制振補強方法では、図２に示すように、マスダンパ設置工程において、減築工程で撤去対象部位Ｒ（図１参照）を撤去して構成されたダンパ設置空間Ｓにマスダンパ５を設置するようにしている。そのため、既存建物ＥＢにマスダンパ５の設置のための空間を別途に形成する必要がなく、既存建物ＥＢの制振補強を効率良く行うことができる。
以下、制振補強方法の各工程について説明を加える。

（減築工程）
この減築工程では、図２及び図３に示すように、既存建物ＥＢの一部の撤去対象部位Ｒ（図１参照）を撤去して既存建物ＥＢの質量を減少させる。既存建物ＥＢの撤去対象部位Ｒは、既存建物ＥＢの制振に必要となるマス５Ａの質量に基づき、撤去対象部位Ｒの質量がマス５Ａの必要質量以上となるよう設定される。

また、本実施形態では、既存建物ＥＢの撤去対象部位Ｒは、撤去後にマスダンパ５を設置するためのダンパ設置空間Ｓを構成するように設定される。換言すれば、撤去対象部位Ｒを撤去して現出された撤去空間Ｓｒを含むようにダンパ設置空間Ｓが構成される。
図示の例では、マスダンパ５が、マス５Ａと当該マス５Ａの振り子周期を決定する吊り材５Ｂとから構成されているのに対して、既存建物ＥＢの制振に必要となる吊り材５Ｂの長さに基づき、撤去後にマスダンパ５を適切に設置できる大きさのダンパ設置空間Ｓを形成するように撤去対象部位Ｒが設定される。

具体的には、図１及び図２に示すように、撤去対象部位Ｒは、最上階側の複数階（図示例では最上階とその直下階の二つの階）に亘って平面視で同一位置に配置された床構造部２の一部（本例では、梁を除く床スラブの一部）に設定され、それらを撤去して現出された撤去空間Ｓｒを含む複数階分の階高（図示例では三階分の階高）を有するダンパ設置空間（吹き抜け空間）Ｓを形成するようになっている。

更に、図３に示すように、撤去対象部位Ｒ（撤去空間Ｓｒ）は、平面視で既存建物ＥＢの四隅（既存建物ＥＢの複数箇所の一例）に分散配置されており、撤去後に上述した複数階分の階高（図示例では三階分の階高）を有するダンパ設置空間Ｓを平面視で既存建物ＥＢの四隅に形成するようになっている。

（マスダンパ設置工程）
このマスダンパ設置工程では、図２及び図３に示すように、減築工程にて撤去した撤去対象部位Ｒ（図１参照）の合計の質量と同程度（同程度以下の一例）の合計の質量のマス５Ａを有するマスダンパ５を既存建物ＥＢに設置する。
本実施形態では、減築工程にて平面視で既存建物ＥＢの四隅に分散配置された複数の撤去対象部位Ｒを撤去して構成された複数のダンパ設置空間Ｓの夫々に、個々の撤去対象部位Ｒの質量と同程度（同程度以下の一例）の個々の質量のマス５Ａを有するマスダンパ５を設置することで、既存建物ＥＢの平面視の重心が制振補強の前後で変化しないようにしている。

なお、例えば、減築工程において、撤去対象部位Ｒ（撤去空間Ｓｒ）を、平面視だけでなく、側面視でも分散配置し、同様に、複数の撤去対象部位Ｒを撤去して構成された複数のダンパ設置空間Ｓの夫々に、個々の撤去対象部位Ｒの質量と同程度（同程度以下の一例）の個々の質量のマス５Ａを有するマスダンパ５を設置することで、既存建物ＥＢの平面視及び側面視の重心が制振補強の前後で変化しないようにしてもよい。

マスダンパ５は、本実施形態では、吊り下げ式のＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパ）として構成され、例えば、夫々のダンパ設置空間Ｓにおいて、撤去対象部位Ｒを構成する複数層の床構造部２（図示例では最上階とその直下階の二層の床構造部２）よりも下方側に配置されたマス５Ａと、撤去対象部位Ｒを撤去して現出された撤去空間Ｓｒを通して撤去対象部位Ｒを構成する複数層の床構造部２よりも上方側からマス５Ａを吊り下げる複数本（例えば４本）の吊り材５Ｂとから構成される。なお、マスダンパ５には、マス５Ａの振動に減衰力や制限等を加えるダンパ等を付設してもよい。

次に、既存建物ＥＢの撤去対象部位Ｒ、マス５Ａのサイズ、吊り材５Ｂの長さの夫々の設定例について説明する。本実施形態では、マス５Ａの必要質量を既存建物ＥＢの有効質量の３％程度とするべく、マス５Ａの重量（全体重量）Ｍｍを既存建物ＥＢの重量Ｍｂの１％程度に設定する場合を例に挙げる。なお、以下の設定例は、あくまで一例であり、どのように設定するかは適宜に変更することができる。

例えば、既存建物ＥＢの重量Ｍｂが２５，５７１ｔの場合には、必要とするマス５Ａの重量Ｍｍを約２，５００ｋＮ（＝Ｍｂ×１／１００）とする。
また、１つのマス５Ａのサイズは、必要とするマス５Ａの重量（全体重量）Ｍｍ、マス５Ａの単位体積当たりの重量Ｂ（例えば、鋼材の場合で７８ｋＮ／ｍ^３）、１つのマス５Ａの揺動範囲や重量を考慮した設置箇所数Ｃ等を考慮し、８．０ｍ^３（＝Ｍｍ／Ｂ／Ｃ）とする。
吊り材５Ｂの長さＬは、マス５Ａの振り子周期Ｔｍを既存建物ＥＢの建物周期Ｔｂと同調させる場合で、建物周期Ｔｂが５．０秒の場合には、単振り子の周期を求める式等の簡易な計算式（例えば、Ｔｍ=２π√（Ｌ/ｇ））に対して、Ｔｍ＝５．０，ｇ＝９．８）を代入し、６．２秒とする。

そして、既存建物ＥＢにおける各階の床構造部２の単位面積当たりの重量Ａ（仕上げ、スラブ、積載物を含む）が約５ｋＮ／ｍ^２の場合には、撤去が必要となる撤去対象部位Ｒの最小面積Ａｍを約５００ｍ^２（＝Ｍｍ／Ａ）とし、それと同程度以上の面積Ａｒを有する床構造部２の部位を撤去対象部位Ｒに設定する。このとき、マス５Ａの設置箇所数Ｃ、及び、吊り材５Ｂの長さＬに基づいて、複数のマスダンパ５が適切に設置できる大きさの複数のダンパ設置空間Ｓを構成するように撤去対象部位Ｒを設定する。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）減築工程とマスダンパ設置工程の実行タイミングとして、例えば、減築工程の実行後にマスダンパ設置工程を実行したり、減築工程の実行中にマスダンパ設置工程を実行してもよく、両工程の実行タイミングは適宜に設定することができる。

（２）前述の実施形態では、マス５Ａの質量が、撤去対象部位Ｒの質量と同程度以下の一例として、撤去対象部位Ｒの質量と同程度に設定される場合を例に示したが、同程度よりも小に設定されてもよい。また、マス５Ａの質量は、撤去対象部位Ｒの質量と同程度よりも大に設定されてもよい。

（３）前述の実施形態では、マスダンパ５として、吊り材５Ｂでマス５Ａを上方から吊り下げ支持する吊り下げ式のＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパ）を例に示したが、レールや積層ゴム等でマス５Ａを下方から支持する形式等のＴＭＤ等であってもよい。その場合には、ダンパ設置空間Ｓ（図２では、複数階分の階高を有する吹き抜け空間）の最下階の床構造部２の上面等にマスダンパ５を設置することができる。
また、マスダンパ５は、ＴＭＤに限らず、ＡＭＤ（アクティブ・マス・ダンパ）等であってもよく、マスを用いて制振可能な各種のマスダンパを用いることができる。

（４）前述の実施形態では、マスダンパ５が、既存建物ＥＢにおいて撤去対象部位Ｒを撤去して構成されたダンパ設置空間Ｓに設置される場合を例に示したが、既存建物ＥＢに別途に形成した空間に設置されてもよい。

（５）前述の実施形態では、既存建物ＥＢの撤去対象部位Ｒを床構造部２とする場合を例に示したが、壁体や梁や柱等の既存建物ＥＢの他の部位であってもよい。

２ 床構造部
５ マスダンパ
５Ａ マス
５Ｂ 吊り材
ＥＢ 既存建物
Ｒ 撤去対象部位
Ｓ ダンパ設置空間
Ｓｒ 撤去空間

Claims (3)

1. 多層階を有する既存建物の制振補強方法であって、
   前記既存建物の撤去対象部位を撤去して前記既存建物の質量を減少させる減築工程と、
   マスを有するマスダンパを前記既存建物に設置するマスダンパ設置工程と、
   を備え、
   前記減築工程において、前記撤去対象部位を撤去して現出された撤去空間を含むように前記既存建物にダンパ設置空間が構成され、
   前記マスダンパ設置工程において、前記ダンパ設置空間に前記マスダンパが設置され、
   前記撤去対象部位が、前記既存建物の内部の床構造部の一部であり、
   前記マスダンパが、前記床構造部よりも下方側に配置された前記マスと、前記撤去対象部位を撤去して現出された前記撤去空間を通して前記床構造部よりも上方側から前記マスを吊り下げる吊り材とから構成される既存建物の制振補強方法。
2. 多層階を有する既存建物の制振補強方法であって、
   前記既存建物の撤去対象部位を撤去して前記既存建物の質量を減少させる減築工程と、
   マスを有するマスダンパを前記既存建物に設置するマスダンパ設置工程と、
   を備え、
   前記減築工程において、前記撤去対象部位を撤去して現出された撤去空間を含むように前記既存建物にダンパ設置空間が構成され、
   前記マスダンパ設置工程において、前記ダンパ設置空間に前記マスダンパが設置され、
   前記撤去対象部位が、平面視で前記既存建物の複数箇所に分散配置され、
   前記減築工程において、複数箇所の前記撤去対象部位を撤去して前記既存建物に複数の前記ダンパ設置空間が構成され、
   前記マスダンパ設置工程において、前記既存建物の平面視の重心が制振補強の前後で変化しないように、複数の前記ダンパ設置空間の夫々に、個々の前記ダンパ設置空間に対応する個々の前記撤去対象部位の質量と同程度の質量の前記マスを有する前記マスダンパが設置される制振補強方法。
3. 前記マスの質量が、前記撤去対象部位の質量と同程度以下に設定される請求項１記載の既存建物の制振補強方法。

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