TW201627561A - 既存建築物的補強構造體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種既存建築物的補強構造體，其於外壁面具備突出部之既存建築物之該外壁面作耐震補強時，無須對補強構造體增設固有之地基，可僅對既存建築物之任意階層進行耐震補強，進而，不易產生伴隨可能作用於耐震補強構造之偏心彎矩之較大拉拔力。 本發明係既存建築物的補強構造體100，其包含：補強框架10，其於外壁面具備突出部T之既存建築物B之外壁面，以包圍突出部T之方式設置，且於框材11間介層有制震構件12；及鉛垂桁架材30與水平桁架材20，其等將補強框架10與外壁面相連。

Description

既存建築物的補強構造體
本發明係關於一種既存建築物的補強構造體。
作為大樓或高級公寓等既存建築物之耐震補強方法，存在於建築物之內部補強柱或梁，或者增設耐震壁等方法，但由於該補強方法必須於建築物內部施工，故於施工期間無法將建築物供於使用，而難以稱為較佳之補強方法。
因此，可邊將既存建築物供於使用，邊進行其耐震補強之於既存建築物之外壁面進行耐震補強之方法成為主流，作為其代表例，可舉出帶框鋼支撐直接安裝法與帶框鋼支撐構架增設法。
帶框鋼支撐直接安裝法係將內置鋼支撐之帶框鋼支撐直接安裝於既存建築物之外壁面之方法。因此，於設有露台或房檐、百葉窗等突出部之外壁面，由於鋼支撐與突出部干涉，故不適於對具備突出部之外壁面應用。
另一方面，帶框鋼支撐構架增設法係於既存建築物中欲補強之外壁面之側方對鋼支撐構架施工固有之地基，並於該地基上依序增設鋼支撐構架。此處，參照圖11，對帶框鋼支撐構架增設法詳細進行說明。
如圖11所示，對高級公寓等既存建築物B之長度方向之左右之外壁面，首先，增設具備未圖示之地基梁之地基K，並將該地基梁與既存建築物B之地中地基連接而設為一體後，於地基K上將鋼支撐構架H 施工至最上層，且將既存建築物B之外柱或各層之外梁等與鋼支撐構架K接合而進行耐震補強。
此處，於圖12，顯示於鋼支撐構架H與既存建築物B之接合部產生之各種截面力。
於圖12中，Meh係接合部之彎矩，Quh係接合部之剪力，Ne係接合部之拉伸力，Meh=Quh×eh，Ne=Meh/L(QF係增設構架之剪力，Quh、eh係鋼支撐芯與梁端間距離，L係自正面觀察鋼支撐構架H時之寬度)。
如此，由於增設之鋼支撐構架H與既存建築物B僅傳遞水平剪力，鉛垂剪力係由增設之鋼支撐構架H之縱材傳遞至增設之地基K，故變成必須進行地基K之增設。進而，於鋼支撐構架H與既存建築物B之接合部會產生伴隨偏心彎矩之拉伸力Ne。
如此，由於必須進行地基K之增設，故即使於僅欲於中層階或上層階進行耐震補強之情形時，亦有必要增設地基K，且有必要施工自地基K立起之鋼支撐構架H，即包含實際不必要之下層階用之鋼支撐之鋼支撐構架H。因此，不得不進行不經濟之補強構造，又，於地基K之增設時，於自滿足建築極限之必要性角度，該施工為困難之情形時，該補強對策變得無法應用。
又，亦存在代替鋼支撐構架H，如圖13所示般於既存建築物之任意之上下層之外梁OB間配設間柱型阻尼器D之耐震補強構造。於間柱型阻尼器D之配設時係經由底板P，以錨固螺栓A固定於外梁OB，由於伴隨與圖11、12同樣產生之彎矩之較大拉拔力X作用於錨固螺栓A(壓入力X作用於相反側之錨固螺栓A)，為抵抗該拉拔力X，不得不於外梁OB內設置貫通孔以配設PC鋼棒等拉緊材TB，並緊固接合拉緊材TB。另，於不存在外梁OB之情形時，為利用拉緊材TB抵抗拉拔力X，不得不進行外梁OB之增設。
此處，作為先前之公開技術，可舉出專利文獻1、2。於專利文 獻1中，於既存建築物之外側設置具備補強用柱與補強用鋼梁之耐震補強用骨架時，不將既存外部柱與補強用柱接合，而接合既存外部梁與補強用鋼梁。藉由該構成，使耐震補強用骨架負擔地震時之水平力，以此能對既存建築物進行耐震補強，但補強用柱係自地基立起者，耐震補強用骨架必需固有之地基，故內含上述之課題。
另一方面，於專利文獻2中，於既存建築物之外表面之柱梁接合部形成銷支持部，且以利用於梁方向連續之外殼梁框架與銷支持部形成柱梁接合部之方式，以銷支持部支持包含自各層分別於上方與下方延伸之外殼柱框架之外殼補強框架，並使於上方或下方延伸之外殼柱框架間之間隙連結，而於既存建築物之外側面構築格子狀之外殼補強框架。
根據該外殼補強構造，雖然無須增設該外殼補強構造用之地基，但由於僅係於既存建築物之外表面之柱梁接合部形成銷支持部之構造，故如上述般於較大拉拔力作用於銷支持部時，接合部之強度是否能抵抗該拉拔力尚不明確。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-249851號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-97165號公報
本發明係鑒於上述之問題而完成者，目的在於提供一種既存建築物的補強構造體，其於外壁面具備突出部之既存建築物之該外壁面之耐震補強時，無須對補強構造體增設固有之地基，可僅對既存建築物之任意階層進行耐震補強，進而，不易產生伴隨可能作用於耐震補強構造之偏心彎矩之較大拉拔力。
為達成上述目的，本發明之既存建築物的補強構造體包含：補強框架，其於外壁面具備突出部之既存建築物之該外壁面，以包圍該突出部之方式設置，且於框材間介層有制震構件；及鉛垂桁架材與水平桁架材，其等將上述補強框架與上述外壁面相連。
本發明之既存建築物的補強構造體係利用鉛垂桁架材及水平桁架材將以包圍設於既存建築物之外壁面之突出部之方式設置且具有制震構件之補強框架對外壁面連接而成者。由於以包圍突出部之方式設置補強框架，故不會妨礙自既存建築物之窗之視野。進而，經由水平桁架材與鉛垂桁架材謀求補強框架與外壁面之連接，藉此，作用於補強框架之水平剪力可經由水平桁架材傳遞至既存建築物，伴隨作用於補強框架之偏心彎矩之鉛垂力可經由鉛垂桁架材傳遞至既存建築物。因此，補強構造體無需固有之地基，且可僅進行任意階層之耐震補強，例如，對於10層樓高之既存建築物，當然可於不具備地基之狀況下於其所有層之外壁面設置補強構造體，使1~5層之外壁面不存在任何補強構造體，而僅於欲耐震補強之6層之外壁面或僅於6~10層之外壁面設置補強構造體。
此處，所謂「既存建築物」包含既存之高級公寓、大樓、學校、國家或地方之行政公務員宿舍、火車站或機場、上下水道建築物等公共設施等多樣之建築物。
又，所謂「突出部」包含露台或房檐、百葉窗等自既存建築物之外壁面向外側突出者之全體。
又，所謂「以包圍突出部之方式設置」係指除包含補強框架設置於突出部之周圍之情況以外，亦包含設置於較突出部更前方位置之情況。又，進而亦包含於突出部之中途位置存在補強框架之縱材之形態，即，於露台等突出部之左右端分別存在構成補強框架之縱材，進 而於突出部之中途位置亦存在縱材之形態。無論何種形態，均以補強框架不會遮擋自例如可能存在於突出部之後方之窗之視野的方式設置。因此，即使係於突出部之中途位置存在補強框架之縱材之形態，亦於在該縱材之後方不存在窗而存在建築物之壁或柱之情形時，該縱材自不會遮擋自窗之視野。
補強框架係由複數個鋼材等構成，例如可舉出將鋼材組裝為格子狀而構成補強框架，且於構成該補強框架之縱材間介置有制震構件之形態。
此處，作為「制震構件」，可舉出間柱型之制震阻尼器(鋼材系之遲滯系阻尼器、高衰減橡膠系之黏彈性阻尼器、及流體系之黏性阻尼器)、撐臂、帶阻尼器之撐臂等。尤其於應用間柱型之制震阻尼器之情形時，於經由水平桁架材或鉛垂桁架材與既存建築物之外壁面連接之部位，產生於補強框架之彎矩不會被傳遞，故不會產生伴隨該彎矩之傳遞之局部拉拔力。因此，不必於既存或增設之外梁等之貫通孔設置用以抵抗此種拉拔力之拉緊材(PC鋼棒、PC鋼絲等)。
於本實施形態之補強構造體中，水平桁架材或鉛垂桁架材可相對於既存建築物之外壁面，經由錨定(接著系之後施工錨定)等直接接合，亦可預先於外壁面安裝連接用鋼材等，且於該連接用鋼材接合水平桁架材等。
又，水平桁架材或鉛垂桁架材可由L型鋼材或C型鋼材、方管、H型鋼材等具備期望之剛性之鋼材等形成。
進而，本發明之既存建築物的補強構造體之其他實施形態包含：連接框架，其包含框材，該框材於外壁面具備突出部之既存建築物之該外壁面，以包圍該突出部之方式設置；補強框架，其連接於上述連接框架，且於框材間介層有制震構件；及鉛垂桁架材與水平桁架材，其等將上述連接框架與上述補強框架相連。
本實施形態之補強構造體係於既存建築物之外壁面與補強框架之間介置有連接框架之形態，且係於既存建築物之外壁面固定連接框架，且將該連接框架與補強框架經由水平桁架材與鉛垂桁架材接合者。
自以上之說明可理解般，根據本發明之既存建築物之補強構造體，藉由具備如下構成，即，利用鉛垂桁架材及水平桁架材將以包圍設於既存建築物之外壁面之突出部之方式設置且具有制震構件之補強框架對外壁面連接之構成，可不妨礙自既存建築物之窗之視野，且無須對補強構造體增設固有之地基，可僅對既存建築物之任意階層進行耐震補強，進而，可不產生伴隨可能產生於補強構造體之偏心彎矩之較大拉拔力。
10‧‧‧補強框架
11‧‧‧框材
11a‧‧‧縱材
11b‧‧‧橫材
11c‧‧‧束材
12‧‧‧制震構件(間柱型阻尼器)
20‧‧‧水平桁架材
30‧‧‧鉛垂桁架材
40‧‧‧連接板
40A‧‧‧連接框架
50‧‧‧連接片
60‧‧‧連接片
100‧‧‧補強構造體
100A‧‧‧補強構造體
A‧‧‧錨固螺栓
B‧‧‧既存建築物
D‧‧‧間柱型阻尼器
eh‧‧‧鋼支撐芯與梁端間距離
H‧‧‧鋼支撐構架
IV‧‧‧方向
K‧‧‧地基
L‧‧‧正面觀察鋼支撐構架H時之寬度
MC‧‧‧彎矩
Meh‧‧‧接合部之彎矩
MG‧‧‧彎矩
Ne‧‧‧接合部之拉伸力
Nv‧‧‧軸向力
OB‧‧‧外梁
P‧‧‧底板
Q‧‧‧剪力
QF‧‧‧增設構架之剪力
Quh‧‧‧接合部之剪力
T‧‧‧露台(突出部)
TB‧‧‧拉緊材
V‧‧‧方向
V‧‧‧剪力
VI‧‧‧方向
Wa‧‧‧壁
Wi‧‧‧窗
X‧‧‧壓入力
圖1係關於本發明之補強構造體之實施形態1，且對於在既存建築物之外壁面設置補強構造體之狀況進行說明之模式圖。
圖2係對設置於既存建築物之外壁面之補強構造體之實施形態1進行說明之模式圖。
圖3係將補強構造體之實施形態1之一部分放大表示之圖。
圖4係圖3之IV方向之箭視圖。
圖5係圖3之V方向之箭視圖。
圖6係圖3之VI方向之箭視圖。
圖7係說明產生於補強構造體之截面力之圖，(a)係補強框架之剪力圖，(b)係補強框架之彎矩圖，(c)係構成補強構造體之各構件之軸向力圖，(d)係補強構造體與既存建築物之外壁面之接合部之剪力圖。
圖8係關於本發明之補強構造體之實施形態2，且對於在既存建 築物之外壁面設置補強構造體之狀況進行說明之模式圖。
圖9係對設置於既存建築物之外壁面之補強構造體之實施形態2進行說明之模式圖。
圖10係將補強構造體之實施形態2之一部分放大表示之圖。
圖11係對先前之帶框鋼支撐構架增設法進行說明之圖。
圖12係對產生於帶框鋼支撐構架之截面力進行說明之模式圖。
圖13係對先前之利用間柱型阻尼器之補強構造進行說明之模式圖。
以下，參照圖式對本發明之既存建築物的補強構造體之實施形態進行說明。另，圖示例之既存建築物對高級公寓進行例示，但既存建築物除高級公寓以外，大樓或各種公共設施(及公共交通設施)之建築物等多種建築物亦為對象。又，圖示例係於既存建築物之自中層階至上層階全居住戶之外壁面設置補強構造體之形態，但亦可於既存建築物之外壁面之整面設置補強構造體，亦可僅對任意階層、進而僅對任意階層之任意居住戶設置補強構造體。另，即使於既存建築物之外壁面之整面設置補強構造體之情形時，本發明之補強構造體亦不必進行固有之地基之增設。
(既存建築物的補強構造體之實施形態1)
圖1係關於本發明之補強構造體之實施形態1，且對於在既存建築物之外壁面設置補強構造體之狀況進行說明之模式圖。圖2係對設置於既存建築物之外壁面之補強構造體之實施形態1進行說明之模式圖。圖3係將補強構造體之實施形態1之一部分放大表示之圖。進而，圖4~6分別為圖3之IV方向之箭視圖、V方向之箭視圖、及VI方向之箭視圖。
如圖1所示，既存建築物係多層階且於各層具有複數戶居住戶之 高級公寓，於各居住戶設有露台T，於露台T之內側存在窗Wi(參照圖6)。
圖示例之耐震補強形態係於既存建築物B中，無下層階之耐震補強之必要性，進行自中層階至上層階之耐震補強者。
以包圍自中層階至上層階之各居住戶之露台T之方式(於前視時為包圍露台T)，預先製作補強框架10且現場搬送，該補強框架10包含：框材11，其包含將鋼材組裝成框狀之縱材11a與橫材11b；及制震構件12，其介層於縱材11a間。另，於圖示例中，於各層有3戶居住戶，與此相對，由構成補強框架10之框材11形成之各列之開口之個數為6個。因此，成為於各居住戶之露台T之中途位置配設框材11之縱材11a。然而，於該形態中，如自圖4、6亦可明確般，由於在各居住戶之中央位置存在壁Wa，成為於該壁Wa之前方位置配設縱材11a，故不會遮擋自居住戶之窗Wi之視野。另，亦可為於露台T之外表面設置凹槽，於該凹槽配設縱材11a之形態。
如此，補強框架10係以包圍各居住戶之露台T之方式配設，且係配設於不遮擋自窗Wi之視野之位置。
此處，補強框架10係將H型鋼、I型鋼等鋼材組裝成格子狀而構成框材11，且於構成框材11之縱材11a之中途位置介層以制震構件12，從而構成其整體。
作為介層於縱材11a之中途位置之制震構件12，可應用間柱型之制震阻尼器(鋼材系之遲滯系阻尼器、高衰減橡膠系之黏彈性阻尼器、及流體系之黏性阻尼器)。
返回圖1，於對既存建築物B設置補強框架10時，首先，於既存建築物B之外壁面之適當位置設置連接板40。該連接板40對外壁面之設置可利用例如接著系之後施工錨定等進行。
於既存建築物B之外壁面設置連接板40後，繼而以構成補強框架 10之開口(以縱材11a與橫材11b構成之開口)包圍露台T之方式定位於連接板40附近，並經由水平桁架材20與鉛垂桁架材30將連接板40與補強框架10相互連接，藉此，可對既存建築物B之外壁面實施補強構造體100之施工。即，補強構造體100包含補強框架10與水平桁架材20、及鉛垂桁架材30。
水平桁架材20與鉛垂桁架材30任一者均可由L型鋼或C型鋼、方管等鋼材形成，圖示例之水平桁架材20與鉛垂桁架材30均應用組裝2個L型鋼而成為T字狀截面者。
如圖3、4所示，於設置在既存建築物B之外壁面之連接板40設有自該連接板40立起之鋼製之連接片60，於補強框架10之框材11亦設有鋼製之連接片50。
藉由對構成水平桁架材20與鉛垂桁架材30之2個L字狀之抵接端之間隙，插入連接片50、60，並相互焊接或以螺栓連接，而形成經由水平桁架材20與鉛垂桁架材30將既存建築物B之外壁面與補強框架10連接之構造。
圖示之補強構造體100係利用鉛垂桁架材30與水平桁架材20將以包圍設於既存建築物B之外壁面之露台等突出部T之方式設置且具有制震構件12之補強框架10對於外壁面連接而成者，由於以包圍露台T之方式設置補強框架10，故不會妨礙自既存建築物B之窗之視野。進而，藉由經由水平桁架材20與鉛垂桁架材30謀求補強框架10與外壁面之連接，作用於補強框架10之水平剪力可經由水平桁架材20傳遞至既存建築物B，伴隨作用於補強框架10之偏心彎矩之鉛垂力可經由鉛垂桁架材30傳遞至既存建築物B。因此，無須對補強構造體100增設固有之地基，且可僅進行任意階層之耐震補強，成為施工效率性與經濟性優異之補強構造體100。
其次，參照圖7，對產生於補強構造體之構成構件之截面力或產 生於補強構造體與既存建築物之外壁面之連接部之反作用力進行說明。具體而言，圖7(a)係補強框架之剪力圖，圖7(b)係補強框架之彎矩圖，圖7(c)係構成補強構造體之各構件之軸向力圖，圖7(d)係補強構造體與既存建築物之外壁面之接合部之剪力圖。
由圖7(a)所示之剪力圖，地震時之剪力Q作用於介層於中央之縱材間之間柱型阻尼器。而且，藉由該剪力Q，於補強框架10狀之橫材11b(水平梁)作用V(=Q×w×h/2)之剪力，作用於補強框架之彎矩傳遞至水平桁架材或鉛垂桁架材，故於間柱型阻尼器中成為問題之伴隨彎矩向補強構造體與既存建築物之外壁面之接合部之傳遞的局部之截面重心軸正交方向之剪力不會產生。而且，於水平桁架材與鉛垂桁架材僅傳遞剪力。
又，如圖7(b)所示，於連接框架之中央之縱材產生彎矩MG(=Q×h/4)，於水平梁中與中央之縱材之連接部產生彎矩MC(=Q×h/2)。
繼而，關於圖7(c)所示之構成補強框架之桁架之軸向力分佈，抵抗因作用於間柱型阻尼器12之剪力Q引起之偏心彎矩的軸向力Nq可由Nq=Q×d/w表示。
另一方面，抵抗橫材11b之剪力V之偏心彎矩的軸向力Nv可由Nv=2V×d/h=Q×d/h表示。
如此，由於軸向力係拉伸力與壓縮力均為相同值且相同方向之力，故束材11c之軸向力可由N=Nq+Nv=2Q×d/h表示。
又，圖7(d)所示之由構成補強框架10之桁架軸向力所產生之支點反作用力係作為既存建築物B與補強構造體100之連接部位之設計用負荷而使用，於該連接部位不會被傳遞彎矩，而傳遞拉伸力與剪力。而且，由於該剪力僅作用於補強框架10之構成構件之軸向，故構成補強框架之構成構件彼此之連接部位之設計變得容易。
(既存建築物的補強構造體之實施形態2)
參照圖8~10，對既存建築物的補強構造體之實施形態2進行說明。此處，圖8係關於本發明之補強構造體之實施形態2，且對於在既存建築物之外壁面設置補強構造體之狀況進行說明之模式圖。圖9係對設置於既存建築物之外壁面之補強構造體之實施形態2進行說明之模式圖。圖10係將補強構造體之實施形態2之一部分放大表示之圖。
圖示之補強構造體100A係於既存建築物B之外壁面利用接著系之後施工錨定等安裝鋼製之連接框架40A後，利用水平桁架材20及鉛垂桁架材30連接補強框架10與連接框架40A而構成者。
如圖示般，連接框架40A中無須耐震補強之下層階部分僅存在縱材。
由於代替如補強構造體100般於既存建築物B之外壁面安裝多個連接板40，而於外壁面安裝預先組裝成之連接框架40A，故與補強構造體100相比，可以短工期進行補強構造體100A之施工。
又，於補強構造體100A中，於補強框架10產生之截面力或於構成構件產生之軸向力、於補強框架10與連接框架40A之連接部位之反作用力亦與圖7所示者相同。
因此，於補強構造體100A中，由構成補強框架10之桁架軸向力所產生之支點反作用力亦作為既存建築物B與補強構造體100A之連接部位之設計用負荷而使用，於該連接部位不會被傳遞彎矩，而傳遞拉伸力與剪力。
以上，雖使用圖式對本發明之實施形態進行了詳述，但具體構成並非限定於該實施形態，即使有未脫離本發明之主旨之範圍的設計變更等，其等亦包含於本發明內。
10‧‧‧補強框架
11‧‧‧框材
12‧‧‧制震構件(間柱型阻尼器)
20‧‧‧水平桁架材
30‧‧‧鉛垂桁架材
40‧‧‧連接板
100‧‧‧補強構造體
B‧‧‧既存建築物
T‧‧‧露台(突出部)

Claims (5)

  1. 一種既存建築物的補強構造體，其包含：補強框架，其於外壁面具備突出部之既存建築物之該外壁面，以包圍該突出部之方式設置，且於框材間介層有制震構件；及鉛垂桁架材與水平桁架材，其等將上述補強框架與上述外壁面相連；且作用於上述補強框架之水平剪力經由上述水平桁架材傳遞至既存建築物，伴隨作用於上述補強框架之偏心彎矩之鉛垂力經由上述鉛垂桁架材傳遞至既存建築物。
  2. 一種既存建築物的補強構造體，其包含：連接框架，其包含框材，該框材於外壁面具備突出部之既存建築物之該外壁面，以包圍該突出部之方式設置；補強框架，其連接於上述連接框架，且於框材間介層有制震構件；及鉛垂桁架材與水平桁架材，其等將上述連接框架與上述補強框架相連；且作用於上述補強框架之水平剪力經由上述水平桁架材且經由上述連接框架傳遞至既存建築物，伴隨作用於上述補強框架之偏心彎矩之鉛垂力經由上述鉛垂桁架材且經由上述連接框架傳遞至既存建築物。
  3. 如請求項1或2之既存建築物的補強構造體，其中上述制震構件包含間柱型阻尼器、撐臂、帶阻尼器之撐臂之任一者。
  4. 如請求項1至3中任一項之既存建築物的補強構造體，其中上述突出部包含露台、外裝百葉窗、房檐之任一種或複數種。
  5. 如請求項1至4中任一項之既存建築物的補強構造體，其中於上 述既存建築物中，於鉛垂方向、水平方向隔開間隔設有複數個上述突出部，且上述補強構造體僅安裝於一部分之上述突出部。
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