JP5620462B2

JP5620462B2 - 既存建物の耐震補強工法

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Publication number: JP5620462B2
Application number: JP2012274370A
Authority: JP
Inventors: 増田　圭司; 圭司増田; 佐々木　聡; 聡佐々木; 直樹高森; 幸博佐藤; 仁佐々木
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: JP2013053518A

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）ラーメン構造の既存建物の耐震補強工法に関し、より詳しくは、既存建物の外壁部に沿わせて耐震補強用骨組を構築し、既存建物の梁と耐震補強用骨組みの梁とを連結して補強するようにした耐震補強工法に関する。

従来の耐震補強工法は既存躯体を補強することが一般的である。最も一般的な手法は耐震壁、もしくは補強ブレースの構築である。
この手法の場合、開放的な空間が閉鎖的になることから嫌われることが多い。
他に、柱の靱性を確保するために、鋼板、炭素繊維シートなどを巻きつけたりする工法や、柱の耐力を確保するために柱断面そのものを大きくすることがある。梁に関しても同様である。
このような従来技術による耐震補強の場合、建物内部での施工が主となり、建物を使いながらの施工が困難である。これは建物の使用者に多大な負担をかけることとなり、耐震補強が普及する妨げとなっている。

また、外側からの施工であっても、耐震壁、ブレースによる補強であれば、居ながら施工は可能となるものの、耐震補強後の採光性、外観、内部からの景色が問題となる。
また、外部にフレームを構築する手法（特許文献１、特許文献２）も提案されている。

特開２００４−１６９５０４特開２００７−１３８４７２

外部にフレームを構築する手法の場合、フレームがＲＣ造であれば型枠を組む必要がある。
柱の型枠の組立は比較的容易であるが、大梁の型枠の組立には多くの労力が必要であり、結果として施工性があまり良くない。
また、外側のフレームと既存建物との接続には既存のＲＣ構造物にあと施工アンカー、もしくは緊結用の孔が必要である。こういった施工に際し、柱部分は主筋、フープ筋が密に配置されているため施工しづらい。
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、より低廉な施工コスト及びより少ない施工作業量で、ＲＣ造ラーメン構造の既存建物に高度の耐震性能を付与することのできる耐震補強工法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の耐震補強工法は、鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に沿わせて補強用柱と補強用梁からなる耐震補強用骨組を構築し、前記外壁部に位置する既存外部柱と前記耐震補強用骨組の補強用柱を接合せずに、前記外壁部に位置する既存外部梁と前記耐震補強用骨組の補強用梁を接合し、地震時の水平力を前記耐震補強用骨組に負担させ、もって前記既存建物を耐震補強するようにし、前記耐震補強用骨組を構成する前記補強用柱はＲＣ造であり、前記補強用梁は鉄骨造であり、前記補強用梁が連結される前記補強用柱の箇所は、前記ＲＣ造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管とから構成され、前記補強用梁は前記鋼管に溶接により接合されることで前記補強用柱に連結され、前記補強用柱の他の箇所は、前記鋼管と切り離された他の鋼管で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、既存建物の外壁部に沿わせて補強用柱と補強用梁からなる耐震補強用骨組を構築し、既存外部柱と補強用柱を接合せずに、既存外部梁と補強用梁を接合することで既存建物と耐震補強用骨組とを連結するため、低廉な施工コスト及び少ない施工作業量で、優れた補耐震補強効果が得られる。

（Ａ）は既存建物１０および耐震補強用骨組２４の正面図、（Ｂ）は既存建物１０の外壁部および耐震補強用骨組２４の平面図である。既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２との接合関係を示す図である。制震ダンパが組み込まれた補強骨組の模式図である。

以下に本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明の好適な実施の形態に係る耐震補強工法を施した建物の具体例を示した立面図を示す。
図１（Ａ）は既存建物１０および耐震補強用骨組２４の正面図、（Ｂ）は既存建物１０の外壁部および耐震補強用骨組２４の平面図を示している。
図示例の建物１０は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）ラーメン構造の４階建ての校舎である。この建物１０は、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）と、鉄筋コンクリート梁（ＲＣ梁）とから成るＲＣ架構を有しており、図１には、この建物１０のＲＣ柱のうち、外壁部に位置する柱である外部柱１２と、この建物１０のＲＣ梁のうち、外壁部に位置する梁である外部梁１４とが示されている。また、外部梁１４の下側に垂設された垂壁１８とが示されている。

本発明に係る耐震補強工法は、ＲＣ造もしくはＳＲＣ造ラーメン構造の既存建物１０に耐震補強を施すための工法である。
本発明の耐震補強工法は、既存建物１０に近接して耐震補強用骨組２４を構築し、それらの柱どうしを連結することなくそれらの梁どうしを連結することで、その既存建物１０に耐震補強を施すものである。
そのため図１の具体例においては、既存外部梁１４の外側面に沿わせて、この既存外部梁１４に緊結された鉄骨梁２２を設けることにより、この既存外部梁１４を補強しており、もって建物１０を耐震補強している。すなわち、地震時の水平力を耐震補強用骨組２４に負担させ、もって既存建物１０を耐震補強している。

本発明を実施する上で、補強用鉄骨梁２２は、必ずしも建物１０の外部梁１４の全てに対応して設けるとは限らない。
図１の具体例においては、耐震補強用骨組２４により既存建物１０の左から１番目のスパンに位置する既存外部梁１４を除いた他の既存外部梁１４を補強している。
より詳細には、既存建物１０の左から２番目のスパンに位置する既存外部梁１４で２、３、４階の床スラブに相当する既存外部梁１４と、耐震補強用骨組２４の補強用鉄骨梁２２とを連結している。
また、既存建物１０の左から３番目と４番目のスパンに位置する既存外部梁１４で２、３階の床スラブに相当する既存外部梁１４と、耐震補強用骨組２４の補強用鉄骨梁２２とを連結している。
また、既存建物１０の左から５番目のスパン（最も右側に位置するスパン）に位置する既存外部梁１４で２、３、４階の床スラブに相当する既存外部梁１４と、耐震補強用骨組２４の補強用鉄骨梁２２とを連結している。

そして、それらの補強用鉄骨梁２２に対応し、補強用鉄骨梁２２の両端を支持する補強用柱２０も、必ずしも建物１０の外部柱１２の全てに対応して設けるとは限らず、また、個々の補強用柱２０を建物１０の外部柱１２の全高に亘って設けるとは限らず、図１の具体例においては、左右両側の２本の補強用柱２０が、４階の床スラブまでの高さしかなく、左右中央の１本の補強用柱２０は、３階の床スラブまでの高さしかない。
どの既存外部梁１４に対応させて補強用鉄骨梁２２を設けるか、その際に、梁成などの補強用鉄骨梁２２の各部の寸法をどのようにするかは、耐震補強を施そうとする建物１０の耐震強度の解析結果に基づいて適宜決定される。

本発明に係る耐震補強工法では、既存建物１０に近接して耐震補強用骨組２４を構築し、それらの柱どうしを連結せずに、それらの梁どうしを連結する。
この場合、補強用柱２０と補強用鉄骨梁２２とからなる耐震補強用骨組２４を１層階分構築し、既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２とを連結する。このようにして、順次、上方へ１層階分づつ耐震補強用骨組２４を構築し、１層階分づつ既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２とを連結していくようにしてもよい。
あるいは、補強用柱２０のみを予め完成させ、補強用鉄骨梁２２を補強用柱２０に組み付け、その後、既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２とを連結していくようにしてもよい。

本実施の形態では、耐震補強用骨組２４を構成する補強用鉄骨梁２２としてＨ形鋼が用いられている。
Ｈ形鋼は、図２に示すように、ウェブ３２が鉛直面上を延在し、両端のフランジ３４が水平面上を延在するように配置してもよい。あるいは、ウェブ３２が水平面上を延在し、両端のフランジ３４が鉛直面上を延在するように配置してもよい。

既存外部梁１４と、耐震補強用骨組２４を構成する補強用鉄骨梁２２との接合には、従来公知の様々な構造が採用可能である。
図２乃至図５は、既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との接合構造図を示す。
既存外部梁１４がＲＣ造である場合には、例えば、図２に示すように、あと施工アンカー４０を用いた間接接合方法が挙げられる。
また、図３に示すように、全ネジボルト４２（接着系アンカー）（補強用鉄骨梁２２のウェブ３２を貫通する全ネジボルト）を用いた摩擦直接接合法などが挙げられる。
また、図４に示すように、ＰＣ鋼材４４（補強用鉄骨梁２２のウェブ３２および既存外部梁１４を貫通するＰＣ鋼材）を用いた摩擦直接接合法が挙げられる。
また、図５に示すように、床形式で接合するようにしてもよい。
なお、図２乃至図５において符号４６は、頭付きスタッド、符号４７は、あと施工アンカー、符号４８は、既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との間に充填されるモルタルやコンクリートを示している。

また、耐震補強用骨組２４を構成する補強用柱２０は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、鉄骨柱（Ｓ造）であってもよい。図６（Ａ）、（Ｂ）に示す鉄骨柱は、Ｈ形鋼から構成されている。
このように補強用柱２０を鉄骨造とすることで、施工性を向上し工期を短縮化する上で有利となる。
なお、図６（Ａ）に示す補強用柱２０を構成するＨ形鋼は、既存外部柱１２の幅よりも両端のフランジ間の寸法が小さく、したがって、既存外部柱１２と両端のフランジとが離されて補強用柱２０が配置されているのに対して、図６（Ｂ）に示す補強用柱２０を構成するＨ形鋼は、既存外部柱１２の幅よりも両端のフランジ間の寸法が大きく、したがって、既存外部柱１２が両端のフランジの間に侵入し既存外部柱１２とウェブとが近接した状態で補強用柱２０が配置され、既存外部梁１４と補強用鉄骨梁２２との間に充填されるモルタルやコンクリート４８の量の低減化が図られている。
また、補強用柱２０は、図７に示すように、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ造）であってもよい。この場合、鉄筋コンクリート柱は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。本実施の形態では、補強用鉄骨梁２２が、補強用柱２０を貫通して延在している。なお、図７において、符号５０は柱主筋、符号５２はフープ筋を示している。
このように補強用柱２０をＲＣ造とすることで、鉄骨造と比較した場合に工期が多少長くなる点で不利があるものの、既存柱と同じ力学特性を有する部材を用いることにより、耐震補強性能の向上を図る上で有利となる。

また、補強用柱２０は、図８に示すように、断面が矩形や円形の鋼管５４の内部にコンクリートを充填して構成したいわゆるコンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ構造）であってもよい。なお、図８において、符号５６は、補強柱２０と鉄骨梁２２との間の応力伝達のための縦ダイヤフラムを示している。この場合、補強用柱２０は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。

また、補強用柱２０は、図９、図１０に示すように、柱主筋５０を有するＲＣ造とし、補強用鉄骨梁２２が連結されるこのＲＣ造の柱の部分のみを矩形鋼管５８の内側に位置させた構造とし、帯筋を省略しこの鋼管５８を鋼製型枠として利用することにより施工性を大幅に向上させることも可能である。言い換えると、補強用鉄骨梁２２が連結される補強用柱２０の箇所は、ＲＣ造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管５８とから構成され、補強用鉄骨梁２２は鋼管５８に溶接により結合されることで補強用柱２０に連結されている。この場合、補強用柱２０は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。現場打ちの場合には、矩形鋼管５８以外の箇所には、コンクリート型枠が組み付けられる。

また、補強用柱２０は、図１１に示すように、柱主筋５０を有するＲＣ造とし、帯筋兼用の鋼製型枠５８を上下方向に連続させないことにより、施工時の溶接を省略し施工性を向上させることも可能である。言い換えると、補強用鉄骨梁２２が連結される補強用柱２０の箇所は、ＲＣ造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管５８とから構成され、補強用鉄骨梁２０は鋼管５８に溶接により結合されることで補強用柱２０に連結され、また、補強用柱２０の他の箇所は、鋼管５８と切り離された他の鋼管５９で覆われている。
この場合、補強用柱２０は、プレキャスト鉄筋コンクリート部材であってもよく、現場打ちであってもよい。現場打ちの場合には、矩形鋼管５８、５９の間の隙間を閉塞するように、コンクリート型枠が組み付けられる。

また、本発明では、図１２に示すような、柱梁の接合部としてもよい。
すなわち、図１２の補強用柱２０は、図１０と同様に、補強用鉄骨梁２２が連結される補強用柱２０の箇所は、ＲＣ造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管５８とから構成されている。
補強用鉄骨梁２２はＨ形鋼で構成され、Ｈ形鋼のフランジ３４は補強柱２０の柱鉄骨２２に接合されておらず、Ｈ形鋼のウェブ３２のみが補強柱２０の柱鉄骨２２に接合されている。
そして、Ｈ形鋼のフランジ３４と鋼管５８（補強柱２０）の間に方杖６０を設けたものである。
このように、鉄骨梁２２の接合をウェブ３２のみとし、方杖６０を入れることで、接合部の溶接手間を軽減することができる。

また、本発明では、図１３に示すような、柱梁の接合部としてもよい。
すなわち、図１３の補強用柱２０は、ＲＣ造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管６２とから構成されている。
補強用鉄骨梁２２はＨ形鋼で構成され、Ｈ形鋼のフランジ３４は補強柱２０の柱鉄骨２２に接合されておらず、Ｈ形鋼のウェブ３２のみが補強柱２０の柱鉄骨２２に接合されている。
そして、Ｈ形鋼のフランジ３４と鋼管５８（補強柱２０）の間に方杖状に制震ダンパ６４を設けるようにしたものである。
このように制震ダンパ６４を介挿することで、既存建物１０を耐震補強すると同時に、制震構造とすることが可能である。

また、図１４に示した耐震補強用骨組２４において、２階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁２２ａと、３階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁２２ｂとの間に、間柱型の制震ダンパ７０を設置してあり、即ち、上下に隣り合った鉄骨梁の間に間柱型の制震ダンパを設置してある。間柱型の制震ダンパ７０としては、例えば特開平７−３１７３７０号公報に記載されているものなどを用いることができる。
また、４階の床スラブの高さに配設された鉄骨梁２２ｃには制震ダンパ７２を介挿してあり、即ち、隣り合った補強柱２０どうしを、制震ダンパ７２を介挿した鉄骨梁２２ｃで連結している。鉄骨梁に介挿する制震ダンパ７２としては、例えば特開平７−２０７９８４号公報に記載されているものなどを用いることができる。
これらのように、耐震補強用骨組２４にエネルギ吸収装置である制震ダンパを組み込むことにより、耐震性能を大幅に向上させることができる。

１０……既存建物、１２……外部柱、１４……外部梁、２０……補強用柱、２２……補強用鉄骨梁、２４……耐震補強用骨組。

Claims

鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造ラーメン構造の既存建物の外壁部に沿わせて補強用柱と補強用梁からなる耐震補強用骨組を構築し、
前記外壁部に位置する既存外部柱と前記耐震補強用骨組の補強用柱を接合せずに、前記外壁部に位置する既存外部梁と前記耐震補強用骨組の補強用梁を接合し、
地震時の水平力を前記耐震補強用骨組に負担させ、もって前記既存建物を耐震補強するようにし、
前記耐震補強用骨組を構成する前記補強用柱はＲＣ造であり、前記補強用梁は鉄骨造であり、
前記補強用梁が連結される前記補強用柱の箇所は、前記ＲＣ造の部分と、この部分を覆う断面が矩形の鋼管とから構成され、
前記補強用梁は前記鋼管に溶接により接合されることで前記補強用柱に連結され、
前記補強用柱の他の箇所は、前記鋼管と切り離された他の鋼管で覆われている、
ことを特徴とする耐震補強工法。
前記鉄骨梁はウェブ及びフランジを備えたＨ形鋼から成り、
該Ｈ形鋼のフランジは前記補強柱の前記鋼管に接合せず、該Ｈ形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記鋼管に接合し、
該Ｈ形鋼のフランジと前記補強柱の前記鋼管との間に方杖を設ける、
ことを特徴とする請求項１記載の耐震補強工法。
前記鉄骨梁はウェブ及びフランジを備えたＨ形鋼から成り、
該Ｈ形鋼のフランジは前記補強柱の前記鋼管に接合せず、該Ｈ形鋼のウェブのみを前記補強柱の前記鋼管に接合し、
該Ｈ形鋼のフランジと前記補強柱の前記鋼管との間に方杖状に制震ダンパを設ける、
ことを特徴とする請求項１記載の耐震補強工法。