JP3772248B2 - 既存建物の中間階免震構造化工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、既存建物の耐震安全性を改善するべく同建物の中間階に免震装置を設置して免震構造化する技術の分野に属し、特には既存建物を使用しながら施工する「居ながら免震化」の方法であり、中間階の既存柱を利用して免震構造化する工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の中間階に免震装置を設置して免震構造化する技術の先行技術としては、特開平８ー３３８１５５号公報に記載された既存建物の免震構造化方法が認められる。但し、この先行技術は、建物の中間階の既存柱を利用して免震装置を設置するけれども、建物の上部構造の梁の下にサポートジャッキを含む架台を設置し、この架台で梁を介して上部構造の全体を支持せしめた上で既存柱を切断し、サポートジャッキで上部構造の全体を上昇させ、離れた柱間へ免震装置を設置し、その後架台の負荷を免震装置へ切り替える工程を主な内容としている。既存建物の梁が架台による上部構造の支持が可能な強度を有することが前提の工法である。
【０００３】
また、本出願人は、先の特願平９ー１０７６８３号明細書及び図面に、やはり既存建物の中間階の既存柱を利用して免震構造化する方法の発明を提案している。但し、この先願発明は、既存柱の軸力の盛り替え用に、プレストレス導入用のＰＣ鋼線を配置してコンクリートの増打ちを行うことを主な内容としている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
既存建物を使用しながら施工する「居ながら免震化」の方法を実施する場合は、施工中の安全性を確保することが絶対の条件であるし、施工階を免震階に限定することが必要である。また、免震化に伴う柱断面の増大は最小限に抑えることが、施工後の床面積の有効利用に重要である。
【０００５】
そのような観点で上記特開平８ー３３８１５５号公報に記載された既存建物の免震構造化方法を検討すると、柱を切断した後、架台のジャッキで建物の上部構造の全体を上昇させる旨の記載が図２と共に認められる。その状態でもしも地震が起きたらと考えるだけで、これはとても既存建物を使用しながら施工する「居ながら免震化」の方法として実施することは難しいと認められる。また、同公報の請求項２〜４に、下部構造の柱の頂部間に梁を架設するとか、上部構造の柱の脚部間に梁を架設する旨の記載が認められ、施工後の免震階の有効利用は困難である。のみならず、当業者の理解として、既存建物は架台で支持する上下階の梁の強度が不足する場合が多く、同梁の補強やサポートを複数階に設置しなければならない、等々の欠点、問題点が認められる。
【０００６】
また、上記先願の特願平９ー１０７６８３号明細書及び図面に記載された、既存建物の中間階の既存柱を利用して免震構造化する方法は、既存柱の軸力の盛り替え用に、プレストレス導入用のＰＣ鋼線を配置したコンクリートの増打ちを行うので、免震化に伴う柱断面の増大が著しく、施工後の床面積の有効利用に不利な問題点が在る。
【０００７】
従って、本発明の目的は、施工階を免震階に限定し、柱断面の増大を可及的に抑制すること、及び柱の軸変形を制御し、上部構造の健全性を確保すること、並びに施工中の耐震安全性を確保し、建物を使用しながら施工する「居ながら免震化」の施工を実現する中間階免震構造化工法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る既存建物の中間階免震構造化工法は、
既存建物の中間階の既存柱１の躯体表面に目荒らし処理を行い、前記既存柱１の免震装置取付け部位Ｌを除く上部と下部の外周に、二分割された半割り鋼管を建て込み溶接により接合して鋼管４、５を完成し、同鋼管内にモルタル等を充填して既存柱１と鋼管４、５を一体化する工作を、既存建物の当該中間階の既存柱１の全てについて行い、しかる後施工中の地震に対し必要とされるブレース箇所数により決定された既存柱１の鋼管４、５の間に施工時ブレース８、９をボルト接合によって取り付ける段階と、
免震装置の取付けを行う既存柱１についてのみ前記施工時ブレース８、９を一時撤去して、上下の鋼管４、５の外面に相対峙する配置でブラケット１１をボルト接合により撤去可能に取付け、上下のブラケット１１、１１の間にサポートジャッキ１０を設置し、同サポートジャッキ１０を駆動して軸力を導入し当該既存柱１が負担している軸力をサポートジャッキ１０の軸力へ盛り替える段階と、
上下の鋼管４、５の間の既存柱１を切断し撤去する段階と、
上下の鋼管４、５の端面に免震装置取付けプレート１２を仮付けし、前記上下の免震装置取付けプレート１２、１２の間に免震装置１３を取付け、各免震装置取付けプレート１２と鋼管４、５の端面との隙間にモルタル等を充填する段階と、
前記充填モルタルが強度を発現した後に、サポートジャッキ１０の軸力を解放して免震装置１３による支持に盛り替え、サポートジャッキ１０を撤去すると共に再び施工時ブレース８、９を当該柱の鋼管４、５に取り付ける段階と、
以下、同様の段階を全ての既存柱１について繰り返すことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した既存建物の中間階免震構造化工法において、上下の鋼管４、５の間にサポートジャッキ１０を設置する方法として、上下の鋼管４、５の外周に環状の水平リブ１７を持つブラケットをボルト接合により撤去可能に取付け、上下の水平リブ１７の間にサポートジャッキ１０を設置することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した既存建物の中間階免震構造化工法において、サポートジャッキ１０の駆動は、軸力を導入する際にはサポートジャッキ１０の軸力及び変位の大きさを計測し管理して行い、軸力の解放の際には、免震装置１３の軸変形を計測して急激な変形が発生しないように管理して行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載した既存建物の中間階免震構造化工法において、免震装置１３の取付けを完成した既存柱１については、上下の鋼管４、５の外面間に拘束用のストッパプレート１６を接合し、既存建物の全ての既存柱１に免震装置１３の取付けを完了した段階で同時期に前記のストッパプレート１６を撤去することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態】
請求項１記載の発明に係る既存建物の中間階免震構造化工法は、図１以下に枢要な工程図で示した形態で実施される。
先ずは図１に示したように、既存建物の中間階（免震階）の既存柱１の躯体表面に目荒らし処理（散点部分）を行う。既存柱１の表面仕上げを除去し、タガネでコンクリート表面を凹凸状に荒らすなどの処理を行うのであるが、後で切断し免震装置を取り付ける部位（長さＬの範囲、Ｌは約４５０mm）は、処理が無駄になるから放置しておく。図１において符号２₃ は免震階として選択した既存建物の３階床スラブ、２₄ は４階床スラブであり、３は４階の梁を指す。
【００１４】
図２は上記既存柱１の免震装置の取付け部位Ｌを除く上部と下部の外周に鋼管４，５を建て込み、同鋼管４、５内にモルタル等の固着材を充填して既存柱１と鋼管４、５を一体化する段階を示している。鋼管４、５は、既存柱１の外径が図５に示したように９００×９００mmであるのに対して、１２００×１２００mm、厚さ１６mmの角鋼管を二等分割した半割り鋼管を既存柱１の左右からその外周へ相似形の配置に建て込み、突き合わされた分割線に裏当てを設け、溶接により接合して１個の鋼管に完成している。既存柱１と各鋼管４、５との隙間をモルタル６で充填して一体化する。上位の鋼管４の下端面はモルタル６が漏れ出さない程度の底板（図示は省略）で閉塞されている。但し、後述する免震装置取付けプレートの良好な一体化を達成するため、前記底板には合板の如く後で解体撤去が可能な材質のものを使用し、且つダボ効果による一体化を図るため上向きに少し上げ底状態に設けられる。また、前記モルタル６の充填と硬化を利用して既存柱１とのより強固な一体化を達成するため、各鋼管４、５の内部には、縦、横方向の内側スタッド７が既存柱１を避けた配置で設置されている（請求項３の発明）。因みに、図５中の符号１ａは既存柱１の鉄骨を示している。
【００１５】
図３は、請求項２記載の発明の実施形態を示したものである。上記したように建物の中間階（免震階）の既存柱への鋼管４、５の建て込み、及び同既存柱１と一体化する工作は、既存建物の当該中間階の既存柱の全てについて行う。しかる後、既存柱１の上下の鋼管４、５の間に施工時ブレース８、９を後で解体撤去が容易なボルト接合の方法によって取り付けることを示している。既存建物の免震構造化の施工期間中の耐震安全性を確保し「居ながら免震化」を実現するためである。ブレース８にはＨ形鋼の外周に補剛管を嵌めて補剛した構造のものが使用され、ブレース９には２００×２００×８×１２mm程度のＨ形鋼が使用されている。但し、全ての既存柱へブレースを取付けるのではなく、施工中に予測される地震の発生に対し、必要とされるブレース箇所数により決定した既存柱に施工時ブレース８、９を取付ける。そして、後の工程として行われる免震装置の取付け施工の対象である既存柱についてのみ、前記施工時ブレース８、９は一時撤去して免震化施工を行う。何故なら、ブレースの働きは本来既存建物へ地震等によって入力する水平力を負担し、結局は柱の軸力を増大させるから、免震化施工中の柱にそのような作用が発生しないように未然に防ぐ配慮に基づく。従って、当然のことながら、免震化の施工を完了した段階で再び施工時ブレース８、９を当該柱１の鋼管４、５に取り付ける。なお、以下に説明する既存柱１の免震化の各工程は、近隣の数本の柱を１グループの単位として施工を進める。
【００１６】
次に、図４は上下の鋼管４、５の間にサポートジャッキ（油圧ジャッキ）１０を設置し、同サポートジャッキ１０を駆動して軸力を導入し、同既存柱１が負担している軸力をサポートジャッキ１０の軸力へと盛り替える段階を示している。図３〜図９までは上下の鋼管４、５の間にサポートジャッキ１０を設置する方法として、上下の鋼管４、５の外面に上下に相対峙する配置でブラケット１１をボルト接合により撤去可能に取付け、上下のブラケット１１、１１の間にサポートジャッキ１０を設置した構成（請求項４の発明）を示している。ブラケット１１を後で撤去可能にボルト接合する手段として、上下の鋼管４、５には予めブラケット１１の取付け位置にネジ穴を設けておき、該ネジ穴へねじ込むワンサイドボルトによる接合を行う。図４と図５はブラケット１１とサポートジャッキ１０を鋼管の左右に二つずつ合計４台使用する構成を示している。サポートジャッキ１０の駆動方法としては、軸力を導入する際にはサポートジャッキ１０の軸力及び変位の大きさをセンサーにより計測し、解析まで一貫して行う管理システムで行う。
【００１７】
次に、図６は上下の鋼管４、５の間の既存柱１を長さＬの範囲だけ切断し撤去した段階を示している。既存柱１の切断は、例えばダイアモンドチエーンソウで行う。既存柱１に負荷される軸力（鉛直荷重）はサポートジャッキ１０を経由して伝達される。
図７は上下の鋼管４、５の端面に免震装置取付けプレート１２を仮付けした段階を示す。上方の鋼管４に関しては、上述したモルタル充填用の底板を撤去し、硬化したモルタルの下面が露出する状態とした上で、免震装置取付けプレート１２の仮付けを行う。免震装置取付けプレート１２は免震装置による軸力及び曲げモーメントの負担に耐える剛性板であり、十分に厚肉の平鋼板が使用される。免震装置取付けプレート１２には免震装置取付け用のボルト孔が予め必要数設けられているほか、上下の鋼管４、５と充填モルタルによって強固に一体化できるようにスタッドを突設した構成とされている。免震装置取付けプレート１２の仮付けは、免震装置の取付け作業に支障ない固定状態を意味する。
【００１８】
図８は、上下の免震装置取付けプレート１２、１２の間に免震装置１３をボルト１４で取付け、また、各免震装置取付けプレート１２と鋼管４、５内に露出する充填モルタルの端面との隙間に充填材ないし固着材としてモルタル等を充填し隙間を完全に埋めた段階を示している。モルタルが完全に硬化すれば、免震装置取付けプレート１２に付設してあるスタッドの支圧効果等により完全な一体化を達成できる。上下の免震装置取付けプレート１２と免震装置１３との接合は、複数本のボルト１４（図９参照）を免震装置プレート１３ａの側から免震装置取付けプレート１２のボルト孔へねじ込み締結するボルト接合である。将来予想される交換ないし調整の作業を容易ならしめるためである。免震装置１３は鋼板とゴムシートを交互に貼り付けて柱状に構成したものであり、その柱状部外径は８００mm位である。図９中の符号１５はエネルギー吸収用ダンパーとして免震装置１３の中心部の軸方向に貫通された鉛棒ないし低降伏点鋼である。
【００１９】
図１０は、上述の工程を経て免震装置１３の取付けを完了し、充填モルタルが十分に強度を発現した後に、サポートジャッキ１０の軸力を解放して免震装置１３による支持に盛り替え、サポートジャッキ１０及びブラケット１１を撤去した段階を示している。したがって、柱１の最大径は鋼管４、５の外径（１２００×１２００mm）でしかない。サポートジャッキ１０の軸力の解放の際には、免震装置１３の軸変形を計測して急激な変形が発生しないように管理して行う（請求項６の発明）。撤去したサポートジャッキ１０とブラケット１１は次なる既存柱の免震化施工に転用する。
【００２０】
以下、同様の施工段階を当該既存建物における中間階（免震階）の全ての既存柱１について繰り返す。但し、免震装置１３の取付けを完成した既存柱１については、図１１に示したように、上下の鋼管４、５の外面間に拘束用の剛なストッパプレート（鋼板）１６を後で撤去が容易なボルト接合の方法で取り付けておく。何故なら、既存建物の中間階（免震階）に免震装置を取り付けた柱と、未だ取り付けていない（切断もされていない。）柱とが混在する場合に、地震等の水平力が入力すると、建物が捩じれたりして危険だからである。従って、既存建物の全ての既存柱１に免震装置１３の取付けを完了した段階では、同時期に前記のストッパプレート１６は全て撤去する。
【００２１】
次に、図１２と図１３は、基本的には請求項１記載の発明と略同じ段階を経て既存建物の中間階を免震構造化する工法の実施例であるが、特には上記した実施例に比して既存柱が負担する軸力が大きい、大規模建物の場合であって上下の鋼管４、５の間にサポートジャッキ１０を設置する手段が異なる例を示す。即ち、上下の鋼管４、５の外周には、環状の水平リブ１７と縦リブ１８とから成るブラケットをボルト接合により撤去可能に取付ける（図１２を参照）。水平リブ１７は、上方の鋼管４についてはその上面側、下方の鋼管５については下面側に縦リブ１８を配置して補剛を行い、ブラケットの働きをする構成とされている。上下の水平リブ１７、１７の間にサポートジャッキ１０を設置する。本実施例の構成によれば、柱の軸力をサポートジャッキ１０の軸力に盛り替えた際に発生する曲げモーメントは水平リブ１７の引張り応力と相殺され、鋼管４、５との接合ボルトにはせん断力のみが伝達され、力学的に有利である。
【００２２】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る既存建物の中間階免震構造化工法によれば、施工階を建物の中間階（免震階）に限定し、既存柱が負担する軸力は同柱からその外周に一体化した鋼管を経由してサポートジャッキへ伝達するから、サポートジャッキを撤去する結果、柱断面の増大は鋼管の外径の限度に可及的に抑制することになり、施工後の床面積の有効利用に寄与するころ大である。
【００２３】
また、サポートジャッキ及び施工時ブレースを併用して柱の軸変形を制御し、上部構造の健全性を確保すると共に施工中の耐震安全性を確保するから、建物を使用しながら施工する「居ながら免震化」の施工を実現することができる。しかも既存柱の支持を原則としているから、既存建物の特定箇所を補強したりサポートを併用する等の面倒な負担がない。
【００２４】
各仮設のブラケット、ブレース、ストッパプレートなどの取付けはボルト接合とし火気は一切使用しないから、施工の安全性が保証されるし、各仮設物の転用ができ、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中間階免震構造化工法の目荒らし段階を示した立面図である。
【図２】既存柱に対する鋼管の一体化の段階を示した立面図である。
【図３】施工時ブレースの設置状況を示した部分図である。
【図４】サポートジャッキの設置状態を示した立面図である。
【図５】図４のＡーＡ線矢視図である。
【図６】柱の切断状況を示した立面図である。
【図７】免震装置取付けプレートの仮付け状況を示した立面図である。
【図８】免震装置の取付け状況を示した立面図である。
【図９】図８のＢーＢ線矢視図である。
【図１０】免震装置の取付けを完成した状況を示した立面図である。
【図１１】免震装置にストッパプレートを取付けた状況を示した立面図である。
【図１２】免震装置の取付け状況の異なる実施例を示した立面図である。
【図１３】図１２のＣーＣ線矢視図である。
【符号の説明】
１ 既存柱
Ｌ 免震装置の取付け部位
４、５ 鋼管
６ モルタル
１０ サポートジャッキ
１２ 免震装置取付けプレート
１３ 免震装置
８、９ 施工時ブレース
１１ ブラケット
１７ 水平リブ
１６ ストッパプレート

Claims (4)

1. 既存建物の中間階の既存柱の躯体表面に目荒らし処理を行い、前記既存柱の免震装置取付け部位を除く上部と下部の外周に、二分割された半割り鋼管を建て込み溶接により接合して鋼管を完成し、同鋼管内にモルタル等を充填して既存柱と鋼管を一体化する工作を、既存建物の当該中間階の既存柱の全てについて行い、しかる後施工中の地震に対し必要とされるブレース箇所数により決定された既存柱の鋼管の間に施工時ブレースをボルト接合によって取り付ける段階と、
   免震装置の取付けを行う既存柱についてのみ前記施工時ブレースを一時撤去して、上下の鋼管の外面に相対峙する配置でブラケットをボルト接合により撤去可能に取付け、上下のブラケットの間にサポートジャッキを設置し、同サポートジャッキを駆動して軸力を導入し同既存柱が負担している軸力をサポートジャッキの軸力へ盛り替える段階と、
   上下の鋼管の間の既存柱を切断し撤去する段階と、
   上下の鋼管の端面に免震装置取付けプレートを仮付けし、前記上下の免震装置取付けプレートの間に免震装置を取付け、各免震装置取付けプレートと鋼管の端面との隙間にモルタル等を充填する段階と、
   前記充填モルタルが強度を発現した後に、サポートジャッキの軸力を解放して免震装置による支持に盛り替え、サポートジャッキを撤去すると共に再び施工時ブレースを当該柱の鋼管に取り付ける段階と、
   以下、同様の段階を全ての既存柱について繰り返すことを特徴とする、既存建物の中間階免震構造化工法。
2. 上下の鋼管の間にサポートジャッキを設置する方法として、上下の鋼管の外周に環状の水平リブを持つブラケットをボルト接合により撤去可能に取付け、上下の水平リブの間にサポートジャッキを設置することを特徴とする、請求項１に記載した既存建物の中間階免震構造化工法。
3. サポートジャッキの駆動は、軸力を導入する際にはサポートジャッキの軸力及び変位の大きさを計測し管理して行い、軸力の解放の際には免震装置の軸変形を計測して急激な変形が発生しないように管理して行うことを特徴とする、請求項１に記載した既存建物の中間階免震構造化工法。
4. 免震装置の取付けを完成した既存柱については上下の鋼管の外面間に拘束用のストッパプレートを接合し、既存建物の全ての既存柱に免震装置の取付けを完了した段階で、同時期に前記のストッパプレートを撤去することを特徴とする、請求項１に記載した既存建物の中間階免震構造化工法。

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