JPH07103699B2 - 既存rc造の鉄骨による耐震補強構造 - Google Patents

既存rc造の鉄骨による耐震補強構造

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JPH07103699B2
JPH07103699B2 JP1069154A JP6915489A JPH07103699B2 JP H07103699 B2 JPH07103699 B2 JP H07103699B2 JP 1069154 A JP1069154 A JP 1069154A JP 6915489 A JP6915489 A JP 6915489A JP H07103699 B2 JPH07103699 B2 JP H07103699B2
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は鉄筋コンクリート造(RC造)骨組の開口部の耐
震性能を向上させる鉄骨系耐震要素に係り、この耐震要
素を開口部に具備する既存RC造の鉄骨による耐震補強構
造に関する。
《従来の技術》 従来は一般的に、鉄筋コンクリートで建物の骨組を構成
する場合、耐震性能の向上を図る目的で、柱や梁の断面
積を大きくしていた。この他の手段としては、柱に袖壁
を付加したり、耐震壁を後打ちによって増設し、あるい
は耐震壁の壁厚増加や開口部を埋殺したり、または強度
抵抗型の鉄骨ブレースを増設するなどであった。
《発明が解決しようとする課題》 柱や梁の断面積を大きくすれば居住空間が狭くなり、重
量も増える。また、耐震壁は靱性能が高くないので、強
度を高める必要性から重量が増え開口がなくなる分だけ
建物の使用性もよくない。しかも、従来の補強手段は建
物全体に施工しなければ、補強効果が充分ではなく、施
工箇所が多いしその分だけ全体の重量も大幅に増えるこ
とから基礎の補強が必要な場合もあった。
強度抵抗型の鉄骨ブレースは部材応力が大きくなり、部
材断面増しや接合部強度を高めるための施工性の面での
手間も多かった。
そこで、鉄筋コンクリート造構造物の四角形開口部に、
その内周面に沿う四角形状の鉄骨枠を添設し、この枠内
に“Y"字状のブレースを配した靱性抵抗型の鉄骨ブレー
スも考えているが、“Y"字状ブレースの垂直部分と当該
枠との接合部分に引張り応力が集中し、この局部応力は
結果的に梁または柱に所要強度を要求するので、施工性
や品質管理の面での苦労はもちろん既存梁の補強が必要
になる場合もあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その
目的は既設鉄筋コンクリート構造物を耐震補強するに際
し、建物の開口部に優れた靱性抵抗型の鉄骨ブレースを
配して、建物を耐震補強すると同時に、開口部に使い勝
手の良好な通路等を残し得る既存RC造の鉄骨による耐震
補強構造を提供するにある。
《課題を解決するための手段》 上記目的を達成するために、本発明に係る既存RC造の鉄
骨による耐震補強構造は、既存RC造躯体の四角形開口部
内に、剛に構成した“Y"字状の鉄材を配し、該“Y"字状
の鉄材は、垂直材と、該垂直材の一端にその中央部を結
合した水平材と、該水平材の両端それぞれに接続固定し
てこれより斜め方向に延出した一対の斜材とから構成
し、上記“Y"字状の鉄材の各取付端部は、上記既存RC造
躯体との間で応力を伝達する互いに分断された応力伝達
材を介して、上記開口部に接続し、かつ上記垂直材およ
び上記水平材中央部の該垂直材との接合部分を、上記開
口部を変形させる力に抵抗する弾塑性を有して、上記RC
造躯体よりも先に変形して降伏する剪断パネルとしたこ
とを特徴とする。
また、前記応力伝達材が、前記既存RC造躯体の四角形開
口部に接合アンカー,接合スタッド等で固定したガセッ
トプレートであることを特徴とする。
《作 用》 本発明の作用について述べると、既存RC造躯体の四角形
開口部内に配設する“Y"字状の鉄材を、垂直材と、この
垂直材の一端にその中央部を結合した水平材と、この水
平材の両端それぞれに接続固定してこれより斜め方向に
延出した一対の斜材とから構成するとともに、垂直材お
よび水平材中央部の垂直材との接合部分を、開口部を変
形させる力に抵抗する弾塑性を有して、RC造躯体よりも
先に変形して降伏する剪断パネルとしたので、既存RC造
躯体の開口部に作用する変形外力を、これら垂直材と水
平材中央部の接合部分とで合理的かつ有効に吸収させる
ことができ、効果的な補強を確保することができる。す
なわち、“Y"字状の鉄材は各取付端部、すなわち垂直材
の端部および一対の斜材の端部が応力伝達材を介して開
口部に接続されるようになっており、開口部に作用する
変形外力は、これら取付端部を介して“Y"字状の鉄材に
入力される。例えば水平方向の変形外力が開口部に加わ
ると、各取付端部を介して、一対の斜材それぞれには、
互いに反対の圧縮力や引張力が作用したり、また垂直材
には、水平方向の剪断力が作用することになる。斜材に
作用する圧縮力および引張力は、水平材に上下方向の剪
断力と、水平方向への移動力を生じさせる。ここに、水
平材中央部の垂直材との接合部分を剪断パネルとして構
成したので、この接合部分は、水平材両端部の斜材から
入力される上下方向剪断エネルギを吸収する。また、垂
直材を剪断パネルとして構成したので、この垂直材は、
その両端部が接続される、RC造躯体側および水平材側と
の間で生じる水平方向剪断エネルギを吸収する。これら
により、当該開口部に作用する変形外力による上下方向
並びに水平方向剪断エネルギをこれら剪断パネルで合理
的に吸収させることができ、優れた補強効果を確保する
ことができる。
そして上記構成の“Y"字状の鉄材の開口部への接着につ
いても、当該“Y"字状の鉄材が上記のような高効率の補
強効果を発揮するものであるため、従来のような鉄骨枠
を用いることなく、既存RC造躯体と“Y"字状の鉄材の各
取付端部とを接続するための応力伝達材を、互いに分断
した個別の構成とすることが可能であり、これにより
“Y"字状の鉄材の開口部への取付を簡単化することがで
きる。
《実施例》 以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照にし
て詳細に説明する。
第1図は、鉄筋コンクリート造(以下、RC造という)の
柱1,上梁2,下梁3で囲まれた四角形開口部4内に、剛に
構成した“Y"字状の鉄材5を配したものである。
この“Y"字状の鉄材5は、短尺な垂直材6と斜材7との
結合部分に、水平材8を設けた構成のもので、具体的に
は、水平材8の両端部それぞれに、これよりも外側に向
けて斜めに延出させて、一対の斜材7を接続固定し、ま
た水平材8の中心位置、すなわち中央部には、水平材8
に対して垂直に垂直材6を固定している。そして、この
“Y"字状の鉄材5を逆“Y"字状にして、垂直材6および
斜材7,7の取付端部をそれぞれ四角形開口部4内に取着
している。
垂直材6は、その上端部に水平力が作用したとき、ある
程度弾力をもって湾曲する靱性を備えており、この上端
部を、上梁2に固定したH形鋼9にボルトなどで止める
か、あるいは溶接するなどして固定している。
また、斜材7の取付端部は、それぞれ柱1と下梁3との
コーナー部分に接合アンカー若しくは接合スタッド等で
固定したL字形の鋼材10の内側に構成したガセットプレ
ート11,11に、それぞれボルト止めしている。
“Y"字状の鉄材5の各取付端部を開口部4に接合してこ
れら間で応力伝達させるこれらH形鋼9およびガセット
プレート11は、互いに個別に分断された構成となってい
る。
要するに、上梁2の中央に垂直材6を垂下し、その垂下
端部で水平材8を吊持し、さらにこの水平材8の両端部
から斜めに柱1と下梁3のコーナー部に斜材7を渡すこ
とで、“Y"字状のブレースを構成したようになってい
る。
そして垂直材6は、四角形の開口部4を平行四辺形ない
しは菱形に変形させる力に抵抗する弾塑性を有して、RC
造の柱1や梁2,3よりも先に変形して降伏する剪断パネ
ルとして機能するように構成されている。
また水平材8の中央部の、垂直材6との接合部分8aも、
開口部4を変形させる力に抵抗する弾塑性を有して、RC
造躯体1,2,3よりも先に変形して降伏する剪断パネルと
して機能するように構成される。
この点について詳述すると、上記のような開口部4の変
形が生じると、開口部4と水平材8との間に介在する一
対の斜材7,7それぞれには一般的にいって、逆向きの圧
縮力と引張力とが同時に発生する。圧縮力が作用する斜
材7と、この斜材7が接続された水平材8の一端部との
関係では、水平材8のこの一端部には、下向き分力と水
平方向分力とが生じる。他方、引張力が作用する斜材7
と、この斜材が接続された水平材8の他端部との関係で
は、この他端部には、上向き分力、並びに上記一端部に
発生する水平方向分力と同方向の水平方向分力とが生じ
る。この結果、上下方向に関しては、水平材8には、中
央部、すなわち接合部分8aに、上向き分力と下向き分力
による上下方向剪断力が作用する。また水平方向に関し
ては、水平材8には、同一方向の水平方向分力によって
水平移動力が作用する。そして水平材8の接合部分8a
は、上下方向剪断力に対して上記の剪断パネルとしての
機能を発揮して、エネルギ吸収を行う。これに対して、
水平材8の水平移動力は、開口部4の上梁2との間の水
平方向剪断力として垂直材6に作用することとなり、当
該垂直材6は、水平方向剪断力に対して上記の剪断パネ
ルとしての機能を発揮して、エネルギ吸収を行う。すな
わち、垂直材6は、その上下端部間に作用する水平方向
剪断エネルギを吸収するようになっていて、上記した垂
直材6の上端部に作用する上梁2からの水平力に対して
も、有効にエネルギ吸収することができる。従って、開
口部4に加わる変形によって生じる応力は、“Y"字状の
鉄材5、特にその剪断パネルとしての垂直材6および接
合部分8aによって、上下方向・水平方向ともに吸収され
ることになる。以上のようにして、垂直材6、斜材7,
7、水平材8で、開口部4に作用する変形外力に靱性性
抵抗する。特にその際、弾力的な剪断パネルとしての垂
直材6および水平材8の接合部分8aは、開口部4に繰り
返し作用する水平力に対してダンパーのようにも作用す
る。
他方、柱1や下梁3に生ずる曲げモーメントを低減させ
るためには、斜材7をガセットプレート11に止めるボル
ト系の接合構成や、ガセットプレート11自体の厚さ乃至
鋼材10の形状等これら各部材の相対的なサイズを調整す
ることによって、近似的なピン接合とするとよい。
また、水平材8については、斜材7の引張りに対してあ
る程度撓むように部材寸法を選んでもよいし、垂直材6
についても第1図の如く1本とせず、これよりも幾分サ
イズの小さい部分を並列に設置してもよい。
以上の構造によれば、“Y"字状の鉄材5の垂直材6およ
び水平材8の接合部分8aは、既存RC造躯体1,2,3の四角
形開口部4を変形させる力に抵抗しながら、その素材自
体が具備している弾性で、変形応力に対し弾力的に抵抗
する。そして、この“Y"字状の鉄材5の垂直材6および
接合部分8aが予め保持する剪断耐力を越える変形応力が
入力したときにはこれらが降伏して座屈することによ
り、開口部4の崩壊に先立って塑性変形してエネルギを
吸収する。
また、この“Y"字状の鉄材5に流れる応力は、互いに分
断して配置した個別のH形鋼9やガセットプレート11に
より分散されて、一箇所に応力が集中することがなく、
従って全体的に言ってコンクリートが壊れない程度まで
応力レベルを下げることができ、かつまた靱性抵抗型ブ
レースである“Y"字状の鉄材5に生じる応力は、ある程
度強度抵抗型ブレースよりも低くなる。
この“Y"字状の鉄材5を開口部4に接続して、“Y"字状
の鉄材5と既存RC造躯体1,2,3との間で応力を伝達する
ためのガセットプレート11をピン接合とすることで、開
口部4周りのRC造躯体1,2,3に生ずるモーメントを低減
することができる。
さらに、“Y"字状の鉄材5を構成する水平材8を利用す
れば、垂直材6の数を複数に増やしてエネルギ吸収能を
調節したり、斜材7の離隔間隔を調節して“Y"字状の鉄
材5を配した四角形開口部4内に使い勝手の良好な開口
を設定し得る。
以上詳細に説明したように本実施例による既存RC造の鉄
骨による耐震補強構造は、コンクリートよりも単位重量
当りの強度が高い鉄材5で構成するので、鉄筋コンクリ
ート耐震壁に比べて軽く、建物重量を増やさない点で有
利である。すなわち、基礎の補強は一般に施工が困難で
あるが、基礎補強工事の必要がない。また建物の重量に
比例して地震入力は増加するが、本実施例のものでは重
量増加が小さいので、補強後も地震入力がほとんど変わ
らず、建物重量が増える他の従来補強構造に比べ、耐震
的に補強効率がよい。
同様に補強効率の点でいえば、鉄筋コンクリート耐震壁
を増設する補強工法では、この耐震壁に窓や扉などを設
けると耐震性能が低下するが、本実施例では、“Y"字状
の鉄材5の斜材7の部分で挾まれる領域中に扉などの通
路を設けても、耐震性能を落とさずにすむ。
ガセットプレート11については、“Y"字状鉄材5との接
合を、ピン接合と等価な構成としたときには、梁2,3や
柱1に生じるモーメントを小さくすることができる。
また、“Y"字状の鉄材5の垂直部分である垂直材6およ
び接合部分8aは一定の地震力以上でRC造躯体1,2,3より
も先に降伏するように設定し、斜めになったブレース部
分、すなわち斜材7に座屈や降伏を生じさせないように
するので、強度抵抗型のブレースに比べると靱性能がよ
く、従って同一の耐震性能を得るに際しては、“Y"字状
の鉄材の強度を低下させてもよくなる。このため、“Y"
字状の鉄材5の各取付端部は、開口部4に独立的に固定
するだけでよくなる。従って、この“Y"字状の鉄材5を
開口部4の中に取り付けるにあたって、従来のような開
口部4に沿う四角形状の鉄骨枠を介して鉄材5を開口部
4に固定する必要はなく、“Y"字状の鉄材5それぞれの
取付端部を、H型鋼9や鋼材10、ガセットプレート11に
よって各別に独立的に開口部4内に固定すればよいの
で、既存RC造躯体1,2,3との接合のために必要なアンカ
ーやスタッドなどの接合補強材の量を低減することが可
能で、施工が容易となり、工期や工費の低減を図ること
ができる。
またこのことは、開口部4とこれに接続される床や壁の
部分との間に段差のない通路や窓などの開口を構成でき
るとともに、これらの開口位置を上梁2下のぎりぎりの
所まで拡げ得ることができるから、開口高を充分に取る
など開口を広く構成することができる。
さらに、“Y"字状の鉄材5の垂直材6部分をダンパー兼
用の剪断パネルとして作用させるだけでも充分である
が、本実施例にあってはさらに、その斜材7と垂直材6
との間に水平材8を介設し、この水平材8と垂直材6と
の接合部分8aをも剪断パネルとして働かせているので、
垂直材6に加えて、この垂直材6と接合される水平材8
の接合部分8aとで構成する部分により、地震時に大きな
エネルギ吸収がなされ、建物全体に加わる地震エネルギ
の大部分をこれらで吸収でき、その結果、建物の応答変
形を小さくして被害を低減するダンパーとして機能させ
て制振効果をも発揮させることができる。
《発明の効果》 以上要するに本発明によれば、既存RC造躯体の四角形開
口部内に配設する“Y"字状の鉄材を、垂直材と、この垂
直材の一端にその中央部を結合した水平材と、この水平
材の両端それぞれに接続固定してこれより斜め方向に延
出した一対の斜材とから構成するとともに、垂直材およ
び水平材中央部の垂直材との接合部分を、開口部を変形
させる力に抵抗する弾塑性を有して、RC造躯体よりも先
に変形して降伏する剪断パネルとしたので、既存RC造躯
体の開口部に作用する変形外力による上下方向並びに水
平方向剪断力をこれら剪断パネルで合理的に吸収させる
ことができ、優れた補強効果を確保することができる。
そして上記構成の“Y"字状の鉄材の開口部への装着につ
いても、当該“Y"字状の鉄材が上記のような高効率の補
強効果を発揮するものであるため、従来のような鉄骨枠
を用いることなく、既存RC造躯体と“Y"字状の鉄材の各
取付端部とを接続するための応力伝達材を、互いに分断
した個別の構成とすることが可能であり、これにより
“Y"字状の鉄材の開口部への取付を簡単化することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す正面図である。 1……柱、2……上梁 3……下梁、4……四角形開口部 5……“Y"字状の鉄材、6……垂直材 7……斜材、8……水平材 8a……水平材の接合部分、9……H形鋼 10……鋼材、11……ガセットプレート

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】既存RC造躯体の四角形開口部内に、剛に構
    成した“Y"字状の鉄材を配し、 該“Y"字状の鉄材は、垂直材と、該垂直材の一端にその
    中央部を結合した水平材と該水平材の両端それぞれに接
    続固定してこれより斜め方向に延出した一対の斜材とか
    ら構成し、 上記“Y"字状の鉄材の各取付端部は、上記既存RC造躯体
    との間で応力を伝達する互いに分断された応力伝達材を
    介して、上記開口部に接続し、 かつ上記垂直材および上記水平材中央部の該垂直材との
    接合部分を、上記開口部を変形させる力に抵抗する弾塑
    性を有して、上記RC造躯体よりも先に変形して降伏する
    剪断パネルとしたことを特徴とする既存RC造の鉄骨によ
    る耐震補強構造。
  2. 【請求項2】前記応力伝達材が、前記既存RC造躯体の四
    角形開口部に接合アンカー,接合スタッド等で固定した
    ガセットプレートであることを特徴とする請求項1記載
    の既存RC造の鉄骨による耐震補強構造。
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