JP2004176460A - 耐震補強構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】既存建物1の桁行方向の耐震補強を行うために妻側に補強フレーム2を新設する耐震補強構造であって、補強フレームは、既存建物の妻側外壁面1aに位置する既存外周柱3の外側の位置に単独で立設された新設柱4と、新設柱と既存外周柱との間に架設された新設梁5と、新設柱と既存外周柱との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパー7とからなる。補強フレームは、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に架設された水平ブレースを有する。制震ダンパーはブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、ダンパー本体の外側に装着されてその面外座屈を拘束する拘束部材からなる。新設柱としてコンクリート充填鋼管柱を採用する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は既存建物を対象とする耐震補強構造、特に既存建物の妻側に新設した補強フレームによって桁行方向の耐震補強を行うようにした耐震補強構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、中高層の集合住宅建物の形態としては一方向(長辺方向=桁行方向)に長いいわゆる板状形と称される形態が一般的であり、そのような形態の建物の構造形式としては、長辺方向をラーメン架構による純ラーメン構造、他方向(短辺方向=スパン方向)をラーメン架構に耐震壁を併用した構造とすることが一般的である。
【0003】
ところで、上記のような形態で上記のような構造とされる建物では、耐震壁を多く設けたスパン方向に比較して純ラーメン構造とされる桁行方向の耐震性能が充分でない場合が多く、過去に建設されたものでは現在の耐震基準を満足し得ない場合もあるので、そのような既存建物に対しては桁行方向の耐震補強が必要とされる。
【0004】
しかし、既存建物に対する上記のような耐震補強を既存建物の内部に対して行うことは、特に集合住宅建物の場合には居住しながらの改修工事が不可能であるので現実的ではなく、一般的には長手方向の外壁面(集合住宅建物ではバルコニーが設けられる南面、あるいは共用廊下が設けられる北面であることが多い)に頑強な補強フレームを新設して既存建物に一体化するという手法が考えられている。しかし、集合住宅建物のバルコニー面に対して新たな外周フレームを設けることは各住戸への採光が大きく阻害されてしまうので好ましくないし、各住戸に対する工事騒音や振動も無視し得ないので、居住しながらの改修工事はやはり困難である。
【0005】
そのため、たとえば特許文献1に示されるように、既存建物の妻側に補強フレームを設けることで桁行方向の補強を行うことも提案されている。これは、新設柱と新設梁とによる層状の架構を持つ新設フレームを既存建物の妻側に設けて、その新設フレームと既存建物とを各層のスラブ等を連結手段として連結し、新設フレーム内に振動制御手段を設けるというものである
【0006】
【特許文献1】
特開2000−145162号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に示される耐震補強構造によれば、改修により居住性が損なわれることはないし、改修工事が妻側に限定されるので居住しながらの工事も可能ではあるが、少なくとも4本の新設柱とそれらの間の各層に架設する多数の新設梁とによる大がかりな新設フレームを必要とするので、それを設置するためには妻側に充分なスペースが必要であり、当然にそのような設置スペースを確保できない場合、あるいはそのために外部階段等の既存構造物の撤去や盛り替え等を必要とする場合には適用することが困難である。また、そのような大規模な新設フレームを設けることから必然的に改修工事に少なからぬ工期と工費が必要となる。
【0008】
以上のことから、特許文献1に示されるような補強策は有効であるものの広く普及するに至っておらず、より簡略かつ有効に補強を行い得る手法の開発が望まれていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項1の発明の耐震補強構造は、既存建物の桁行方向の耐震補強を行うために妻側に補強フレームを新設する耐震補強構造であって、補強フレームは、既存建物の妻側外壁面に位置する既存外周柱の外側の位置に単独で立設された新設柱と、その新設柱と既存外周柱との間に架設された新設梁と、新設柱と既存外周柱との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパーとからなることを特徴とする。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1の発明の耐震補強構造における補強フレームは、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に架設された水平ブレースを有することを特徴とする。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または2の発明の耐震補強構造における制震ダンパーは、両端部が新設柱と既存外周柱に対して固定されてブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、ダンパー本体の外側に装着されてその面外座屈を拘束する拘束部材からなることを特徴とする。
【0012】
請求項4の発明は、請求項1,2または3の発明の耐震補強構造における新設柱は、鋼管内にコンクリートを充填した構造のコンクリート充填鋼管柱であることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1〜図5を参照して説明する。本実施形態における補強対象の既存建物1は、低層部がSRC造、高層部がRC造とされた10階建ての板状の形態の集合住宅建物であり、桁行方向がラーメン構造、スパン方向が耐震壁構造とされていて、スパン方向に較べて桁行方向の耐震性能が充分ではないことから、桁行方向の耐震性能を向上させるべく本発明の耐震補強構造を適用するものである。
【0014】
図1〜図2に示すように、本発明の耐震補強構造は、既存建物1の両妻側にそれぞれ補強フレーム2を新設することで桁行方向の耐震補強を行うものである。補強フレーム2は、図3〜図4に詳細を示すように、既存建物1の妻側外壁面1aに位置する既存外周柱3の外側の位置に単独で立設された1本の新設柱4と、その新設柱4と既存外周柱3との間に架設された新設梁5と、新設柱4と妻側外壁面1aとの間に架設された水平ブレース6と、既存外周柱3と新設柱4との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパー7とからなる。
【0015】
本実施形態では、新設柱4としてたとえば角形鋼管内にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱が採用され、その柱脚が新設基礎8および新設杭9により支持されて立設されている。また、本実施形態における新設梁5としてはたとえば鋼管等の鉄骨梁が採用され、その一端は新設柱4に対してガセットプレート10を介してボルト締結され、他端は既存外周柱3の鉄骨3aを斫り出してそれに溶接したガセットプレート11に対してボルト締結されている。また、上記の水平ブレース6はたとえばH形鋼等の鋼材からなり、妻側外壁面1aに後付けアンカー13により固定されたチャンネル鋼材等からなる補強材14と新設柱4との間に架設され、その水平ブレース6の中間部と補強材14との間にはアングル材等からなる2本の座屈止め15が設けられ、これら水平ブレース6と座屈止め15により新設柱4のスパン方向への振れ止めがなされるようになっている。
【0016】
本実施形態における制震ダンパー7としては図5に示す構造の鋼材ダンパー(いわゆるアンボンドブレースダンパー)が採用され、図1に示すように新設柱4と既存外周柱3との間に全体としてジグザク状に設けられている。
【0017】
この制震ダンパー7は帯板状の平鋼板からなるダンパー本体20と、その外側に装着される拘束部材21からなる。ダンパー本体20は、一端がガセットプレート10を介して新設柱4に対して上記のボルト締結されるとともに、他端はガセットプレート11を介して既存外周柱3に対してボルト締結されて、既存建物1の層間変形を防止するためのブレースとして機能するとともに、その中央部には幅寸法が狭められた降伏部20aが形成されていて、所定の軸力を受けた際に降伏部20aが降伏して塑性変形し、それにより振動エネルギーを吸収して制震効果が得られるものとなっている。なお、ダンパー本体20の素材としては、普通鋼の他、低降伏点鋼が好適に採用可能であるし、いずれにしてもダンパー本体20の材質や厚み、長さ、降伏部の形状等を設定することで所望の制震効果を得ることができる。
【0018】
拘束部材21は、緩衝材22を介してダンパー本体20を両面側から挟み込む対のチャンネル鋼材23と、チャンネル鋼材23のフランジに装着されてボルト締結されることで双方のチャンネル鋼材23を連結する対のカバープレート24からなり、この拘束部材21によりダンパー本体20の軸方向変形が許容されつつ面内変形および面外変形が拘束されて座屈が確実に防止されるものとなっている。符号25はチャンネル鋼材23およびダンパー本体20を貫通している綴りボルト、26,27はチャンネル鋼材23の外面に取り付けられた補剛用の縦リブおよび横リブ、28はダンパー本体20の両端部をガセットプレート10,11に締結するためのリブプレートである。
【0019】
上記の耐震補強構造によれば、耐震性能が充分でない桁行方向のラーメン架構の両側に補強フレーム2を設けることで、その補強フレーム2がバットレスと同様に機能して補強効果が得られて既存建物1の桁行方向の変形が有効に抑制され、かつ補強フレーム2に組み込んだ制震ダンパー7により地震時の振動が軽減、減衰されて優れた制震効果が得られる。
【0020】
そして、上記の耐震補強構造は、桁行方向のラーメン架構を1スパンずつ両側に延長した形態で簡略な補強フレーム2を妻側に設けるだけであるので、改修に伴って居住性が損なわれるようなことは全くないし、さしたる設置スペースを必要とせず、改修工事も居住しながら短期間で安価に実施することが可能であるので、特に集合住宅建物に適用するものとして最適である。
【0021】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような様々な変形、応用が可能である。
【0022】
上記実施形態では補強フレーム2を既存建物の角部に位置する隅柱に対して設けるようにしたが、補強フレーム2は隅柱に限らず妻側外壁面に位置している外周柱に対して設ければ良く、既存建物1の形態や、桁行方向の既存の架構形式、敷地形状等の条件を考慮して補強フレーム2の設置位置を設定すれば良い。
【0023】
また、補強フレーム2の構造や形態は、既存建物1に対する所望の補強効果が得られ、かつ制震ダンパー7により所望の制震効果が得られるように設計する限りにおいて任意である。上記実施形態においては新設柱4としてコンクリート充填鋼管柱を採用し、新設梁5としては鉄骨梁を採用したので、小断面で充分な剛性を確保できるし施工性にも優れるという利点があるが、新設柱4や新設梁5としては他の構造のものも採用可能である。さらに、上記実施形態では新設柱4の振れ止めとして水平ブレース6と座屈止め15を設けたが、新設柱4および新設梁5のみで充分に強固で安定な設計とすれば水平ブレース6を省略することも可能である。
【0024】
制震ダンパー7としては上記実施形態で採用したアンボンドブレースダンパーが最適ではあるが、補強フレーム2にブレースの形態で設置することができ、所望の制震効果が得られるものであれば、他の構造、形式の制震ダンパーを採用することも妨げるものではない。勿論、制震ダンパーの設置位置や設置台数は所望の制震効果が得られるように任意に設計すれば良い。
【0025】
上記実施形態では新設柱4を支持するための新設基礎8と新設杭9を設けたが、地盤状況等によっては杭の省略が可能である。なお、杭を設ける場合にはその構造や施工法は任意であるが、回転埋設鋼管杭を採用すると無騒音、無振動、無排土での工事が可能であるし大型重機も必要としないので、居住しながら改修工事を行う場合にはそれを採用することが好ましい。
【0026】
上記実施形態では、補強対象の既存建物1の構造が低層部でSRC造、高層部でRC造であることから、低層部においては既存外周柱3の鉄骨3aを斫り出してそれにガセットプレート11を溶接し、高層部では後付けアンカー13を用いて補強材14を妻側外壁面1aに固定するようにしたが、制震ダンパー7や新設梁5、あるいは水平ブレース6を既存建物1に対して固定するための具体的な構造は既存建物1の構造や形態に応じて任意に設定すれば良い。いずれにしても、居住しながらの工事を行う場合には既存建物1に対する斫り工事やアンカー工事は可及的に低騒音、低振動の工法を採用することが好ましい。
【0027】
なお、上記実施形態は10階建ての集合住宅建物を対象とした場合の一例であるが、本発明は補強フレーム2を設置するだけのわずかなスペースが確保できることを条件として、様々な用途、規模、形態の建物を対象として広く適用できることはいうまでもない。
【0028】
【発明の効果】
請求項1の発明は、既存建物の妻側に、単独で立設した新設柱と、新設柱と既存外周柱との間に架設した新設梁と、新設柱と既存外周柱との間に介装した制震ダンパーとからなる補強フレームを設けた構造であるので、補強フレームがバットレスとして機能して優れた補強効果が得られて既存建物の変形が有効に抑制され、かつ制震ダンパーにより地震時の振動が軽減、減衰されて優れた制震効果が得られることはもとより、既存の桁行方向の架構を1スパンずつ両側に延長した形態の極めて簡略な補強フレームを妻側に設けるだけであるので、改修に伴って居住性が損なわれるようなことはなく、さしたる設置スペースを必要とせず、改修工事も建物を使用しながら短期間で安価に実施することが可能であり、特に集合住宅建物に適用するものとして最適である。
【0029】
請求項2の発明は、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に水平ブレースを架設したので、新設柱に対する振れ止め効果が得られて補強フレームの剛性を確保し易い利点がある。
【0030】
請求項3の発明は、制震ダンパーとして、ブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、その外側に装着されてダンパー本体の面外座屈を拘束する拘束部材からなる構造のものを採用したので、優れた補強効果と制震効果を併せて得ることができる。
【0031】
請求項4の発明は、新設柱として鋼管内にコンクリートを充填した構造のコンクリート充填鋼管柱を採用したので、小断面で充分な剛性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である耐震補強構造の概要を示す正面図である。
【図2】同、平面図である。
【図3】同、要部詳細図である。
【図4】同、要部詳細図である。
【図5】同、制震ダンパーの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 既存建物
1a 妻側外壁面
2 補強フレーム
3 既存外周柱
3a 鉄骨
4 新設柱
5 新設梁
6 水平ブレース
7 制震ダンパー
8 新設基礎
9 新設杭
10,11 ガセットプレート
13 後付けアンカー
14 補強材
15 座屈止め
20 ダンパー本体
20a 降伏部
21 拘束部材
22 緩衝材
23 チャンネル鋼材
24 カバープレート
25 綴りボルト
26 縦リブ
27 横リブ
28 リブプレート
Claims (4)
- 既存建物の桁行方向の耐震補強を行うために妻側に補強フレームを新設する耐震補強構造であって、補強フレームは、既存建物の妻側外壁面に位置する既存外周柱の外側の位置に単独で立設された新設柱と、その新設柱と既存外周柱の間に架設された新設梁と、新設柱と既存外周柱との間にブレースの形態で介装されて既存建物の層間変形により作動する制震ダンパーとからなることを特徴とする耐震補強構造。
- 補強フレームは、新設柱と既存建物の妻側外壁面との間に架設された水平ブレースを有することを特徴とする請求項1記載の耐震補強構造。
- 制震ダンパーは、両端部が新設柱と既存外周柱に対して固定されてブレースとして機能するとともに軸方向に降伏して鋼材ダンパーとしても機能する帯板状の鋼板からなるダンパー本体と、ダンパー本体の外側に装着されてその面外座屈を拘束する拘束部材からなることを特徴とする請求項1または2記載の耐震補強構造。
- 新設柱は、鋼管内にコンクリートを充填した構造のコンクリート充填鋼管柱であることを特徴とする請求項1,2または3記載の耐震補強構造。
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