JP2008248592A - 既存建物の耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】短工期で施工でき、また、建物の正面の快適性およびデザインを損ねることがない既存建物の耐震補強構造を提供すること。
【解決手段】既存建物１０を耐震補強する新設フレーム２０は既存建物１０の正面１０Ａに設けられる。新設フレーム２０は複数の柱２２と複数の梁２４とを含んで構成されている。複数の柱２２と複数の梁２４は、既存建物１０の正面１０Ａの前方から見て、既存建物１０の正面１０Ａの骨組み１６に重なるように設けられている。新設フレーム２０は正面１０Ａと平行する平面上を延在し、新設フレーム２０を平面視した場合、それら複数の柱２２と複数の梁２４は、既存建物１０の正面１０Ａと平行する同一直線上を延在するように設けられている。新設フレーム２０は上層階のスパン数は、下層階のスパン数よりも少なくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、既存建物の耐震補強構造に関する。

従来、既存建物の耐震補強構造として次のようなものが知られている。
（１）ブレース補強
耐震補強構造として多く用いられる方法として既存建物の開口部にブレースを組み込む構法がある（非特許文献１、２）。
この構法ではブレースで水平力を下層階や基礎につたえる。その際、柱や梁の軸力が大きくなることが有り、柱や梁にも補強が必要になることがある。
（２）自立できる架構を用いた補強
平面上、既存建物に干渉しない領域に既存建物とは独立し既存建物に連結されない状態で単独で自立できる平面架構もしくは立体架構を構築し、この架構が既存建物の水平力を分担するようにしている（特許文献１）。
この架構ではブレース補強のように既存建物の柱や梁に補強用の架構から軸力が入ることはない。また、この補強用の架構は自立できる構造であるため、既存建物から水平力を入れる点が少なくてすむメリットはある反面、既存建物では、補強用架構への水平力伝達部分の補強が増える可能性が出てくる問題がある。また、補強用架構には自立させるための強度が必要となるため、大きめの部材を使用することになり、装置が大掛かりとなる。
特許第３３６９３８７号 「耐震改修の技術指針とディテールシート」 オーム社 平成１２年１月１５日発行 「既存鉄筋コンクリート造建築物の耐震改修設計指針 同解説」 日本建築防災協会 平成１４年１月２４日 ２００１年改訂版第２刷

しかしながら上述の従来技術では次のような問題があった。
（１）の従来技術では、開口部をふさぐため、室内が暗くなり、ふさいだ部分は通行できなくなる。
また、集合住宅や病院、学校などの建物では、建物の正面にベランダや多くの窓などが設けられ、建物の正面は、建物の構面のうち日差しを最も多く取り入れる構造とされている。したがって、この従来技術により建物の正面を耐震補強すると、建物の正面の窓やベランダが塞がれてしまい、建物の正面の快適性が損なわれ、また、建物の正面のデザインが損なわれる不具合がある。
（２）の従来技術では、自立させるために大きめの部材を用いた補強用架構となり、短工期で施工することが困難となる。特に、既存建物の耐震補強工事はその建物が一般的には使用中であることが多く、したがって、この従来技術では、工期が長期化することで建物の使用者への負担が増加する不利がある。
また、この従来技術では補強用架構が大掛かりになるため、（１）の従来技術と同様に、建物の正面を耐震補強すると、建物の正面の窓やベランダが塞がれてしまい、建物の正面の快適性が損なわれ、また、建物の正面のデザインが損なわれる不具合がある。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、フレームの開口部を塞ぐことがなく、また、出来るだけ簡略な構成のフレームをつけることにより安価な耐震補強を行なえ、短工期で施工でき、また、建物の快適性およびデザインを損ねることがない既存建物の耐震補強構造を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の既存建物の耐震補強構造は、複数の構面を有する既存建物の１つの構面に、柱、梁からなる新設フレームを配置し、前記新設フレームの柱、梁は、前記１つの構面の前方から見て、前記既存建物の骨組みの前記１つの構面部分の柱、梁と重なるように設けられ、前記新設フレームは、前記１つの構面と平行する平面上を延在し、平面視した場合に、前記新設フレームを構成する柱と梁とが前記１つの構面に平行する直線上に位置するように配置され、前記新設フレームは上層階のスパン数が下層階のスパン数よりも少なく設けられ、地震時に前記既存建物に生じた水平力のうち前記直線と平行する方向の成分が前記新設フレームに伝達されるように前記新設フレームと前記既存建物とが連結されていることを特徴とする。

本発明では、新設フレームの柱と梁は、既存建物の骨組みに重なるように設けられており、しかも、新設フレームは構面と平行する平面上を延在し、平面視した場合に、構面と平行する直線上を延在しているので、既存建物の構面の構成が新設フレームを通してそのまま残存されることになり、したがって、新設フレームが既存建物に対してあたかも一体化され、これにより既存建物のデザイン性を損なわずに、また、既存建物の快適性を損なわずに耐震補強することが可能となる。
また、耐震補強に必要な強度に対応させて、新設フレームでは上層階のスパン数を下層階のスパン数よりも少なくしてあるので、必要最小限の部材からなる新設フレームにより既存建物を耐震補強でき、コストダウンを図る上で有利となり、また、新設フレームの簡素化を図り、一体化された既存建物と新設フレームのデザイン性を高める上で有利となり、また、短期間で工事を終了することが可能となり、建物の使用者への負担を軽減する上で有利となる。

以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。
図１（Ａ）は既存建物の骨組みの立面図、（Ｂ）は新設フレームの立面図、（Ｃ）は既存建物の骨組みに新設フレームを取り付けた状態の立面図、図２は既存建物の正面に新設フレームを取り付けた状態の平面図、図３は既存建物の正面に新設フレームを取り付けた状態の要部拡大平面図、図４は既存建物の正面に新設フレームを取り付けた状態の要部拡大側面図を示す。
ここで、既存建物１０は、例えば、集合住宅や病院、学校の校舎などであり、既存建物１０は４つの構面（側面または周面）を有しており、そのうちの一つの構面は正面１０Ａとされ、建物１０の４つの構面（側面または周面）のうち日差しを最も多く取り入れる構造とされており、正面１０Ａには、ベランダ１８や多くの窓などを設けられている。
なお、正面１０Ａと反対に位置する構面は背面１０Ｂとなっている。
既存建物１０は鉄筋コンクリート造または鉄筋鉄骨コンクリート造である。
既存建物１０を耐震補強するための新設フレーム２０は、既存建物１０の正面１０Ａに設けられる。

新設フレーム２０は、複数の柱２２と複数の梁２４とを含んで構成されている。
それら柱２２や梁２４は、鉄骨部材により構成され、あるいは、ＰＣ部材（プレキャストコンクリート部材）により構成されている。
それら複数の柱２２と複数の梁２４は、既存建物１０の正面１０Ａの前方から見て、既存建物１０の正面１０Ａに設けられた柱１２と梁１４と同一の位置に同一の寸法で設けられ、図１（Ｃ）に示すように、既存建物１０の正面１０Ａに設けられた柱１２と梁１４に重なるように、すなわち既存建物１０の正面１０Ａの骨組み１６に重なるように設けられている。

また、新設フレーム２０は正面１０Ａと平行する平面上を延在し、新設フレーム２０を平面視した場合、それら複数の柱２２と複数の梁２４は、既存建物１０の正面１０Ａと平行する同一直線上を延在するように設けられている。

そして、新設フレーム２０は上層階のスパン数は、下層階のスパン数よりも少なくなっている。これは、上層階ほど耐震補強に必要な水平力が小さくなるためである。
詳細に説明すると、新設フレーム２０は既存建物１０の骨組み１６と同じ階層を有している。
そして、１階の天井と２階の天井部分では、新設フレーム２０のスパン数は、既存建物１０の骨組み１６のスパン数と同一となっている。したがって、新設フレーム１０の最も下層に位置する下層階のスパン数は、既存建物１０の骨組み１６の最も下層に位置する下層階のスパン数と同一となっている。
また、３階の天井部分では、新設フレーム２０のスパン数は、既存建物１０の骨組み１６のスパン数に対して１つ少ない数となっている。言い換えると、新設フレーム２０の３階の天井部分のスパン数は、新設フレーム２０の１階の天井と２階の天井部分のスパン数に対して１つ少ない数となっている。
また、４階の天井部分では、新設フレーム２０のスパン数は、既存建物１０の骨組み１６のスパン数に対して２つ少ない数となっている。言い換えると、新設フレーム２０の４階の天井部分のスパン数は、新設フレーム２０の３階の天井部分のスパン数に対して１つ少ない数となっている。
また、５階の天井部分では、新設フレーム２０のスパン数は、既存建物１０の骨組み１６のスパン数に対して４つ少ない数となっている。言い換えると、新設フレーム２０の５階の天井部分のスパン数は、新設フレーム２０の４階の天井部分のスパン数に対して２つ少ない数となっている。
また、６階の天井部分では、新設フレーム２０のスパン数は、既存建物１０の骨組み１６のスパン数に対して５つ少ない数となっている。言い換えると、新設フレーム２０の６階の天井部分のスパン数は、新設フレーム２０の５階の天井部分のスパン数に対して１つ少ない数となっている。

また、新設フレーム２０では、図１に示すように、１階と２階部分において、柱２２と柱２２との中央に、それぞれ間柱２６が設けられている。間柱２６は、基礎Ｋ（図４参照）から２階の天井部分（３階の床部分）にわたって延在している。
これは、下層で負担すべき水平力が大きくなると、それに抵抗するために柱の数を増やしたものである。
したがって、本実施の形態では、１階の天井と２階の天井部分では、新設フレーム２０の柱２２と梁２４とで構成されるスパン数は、既存建物１０の骨組み１６のスパン数と同一となっている。したがって、新設フレーム１０の最も下層に位置する下層階の柱２２と梁２４とで構成されるスパン数は、既存建物１０の骨組み１６の最も下層に位置する下層階のスパン数と同一となっている。

つぎに、新設フレーム２０の既存建物１０への取り付けについて説明する。
図４に示すように、ベランダ１８は、既存建物１０の建物躯体の一部を構成しており、コンクリート製の床部１８０２と、床部１８０２の先端に設けられた立ち上がり部１８０４と、床部１８０２の先端と立ち上がり部１８０４との境に設けられた排水溝１８０６などを有しており、床部１８０２の下面周囲には下方に突出するリブ１８０８が設けられ、床部１８０２を補強している。
本実施の形態では、ベランダ１８の先端のリブ１８０８に、PC鋼棒３０を通す孔１８１０をあけておく。
さらに、ベランダ１８の先端端面（端部）に、孔の空いた台座３２を無収縮モルタル３４により取り付けておく。
また、対応する新設フレーム２０の梁２４にも、PC鋼棒３０を通す孔２４０２をあけておく。
そして、PC鋼棒３０を、孔１８１０、台座３２、孔２４０２に通し、梁２４をベランダ１８に締め付ける。なお、台座３２は、図２、図３に示すように、PC鋼棒３０で締め付ける部分にだけ設けられる。

それらのPC鋼棒３０によって既存建物１０から新設フレーム２０に水平力が伝えられる。
さらにこのPC鋼棒３０は新設フレーム２０が倒れたり、部分的に面外に変形することを拘束している。
なお、台座３２は鋼材、コンクリートなどの材料が用いられる。
また、必要に応じて（既存建物１０の水平力を適切に伝え、新設フレーム２０の面外変形や倒れを止めるように）ベランダ１８や外階段が補強されることがある。なお、既存建物１０の外側のPC鋼棒３０の端部や、ナットＮは必要に応じて、化粧用の材料により隠したり、梁２４の中に埋め込むことがある。
なお、ベランダ１８ではなく外廊下の場合もあり、この場合にも、上述と同様な構成により外廊下の床部の端部に新設フレーム２０が連結される。
なお、既存建物と新設架構を完全に一体化することはよく行なわれており、従来、既存建物にアンカーを打ち込み、新設架構から定着用の鉄筋を突出させ、それらアンカー及び鉄筋をモルタル中で一体化させることがなされており、この工事は手間の掛かる工事となっているが、本実施の形態では、PC鋼棒３０と台座３２により既存建物１０から新設フレーム２０に水平力を伝達させ、さらに、新設フレーム２０の倒れ止めの効果を持たせているので、上述の面倒な工事を省略し、コストダウンを図る上で有利となっている。
したがって、図４に示すように、新設フレーム２０の基礎２０Ａは、新設フレーム２０の面に沿った水平力が作用した際に新設フレーム２０が移動しないように設計、施工すればよく、新設フレーム２０の面に直交する力が作用した際に新設フレーム２０の倒れを阻止する構成は省略される。

つぎに、本実施の形態の耐震効果について説明する。
地震時に既存建物１０に生じた水平力の一部は、新設フレーム２０にPC鋼棒３０を通して伝わり、新設フレーム２０はその力により変形する。
これにより、既存建物１０が負担すべき水平力は減少し、結果的に既存建物１０の耐震強度は高まることになる。
また、PC鋼棒３０は新設フレーム２０が面に直交方向に受ける力により面外に倒れたり、既存建物１０から伝わった新設フレーム２０に平行な方向の水平力により変形することにより生じる可能性のある面外変形を制限する。

したがって、本実施の形態によれば次のような効果が奏される。
新設フレーム２０の柱２２と梁２４は、既存建物１０の正面１０Ａから見て既存建物１０の骨組み１６に重なるように設けられており、しかも、新設フレーム２０は正面１０Ａと平行する平面上を延在し、平面視した場合に、既存建物１０の正面１０Ａと平行する直線上を延在しているので、既存建物１０の窓やベランダ１８など、日差しを取り入れるための構成が新設フレーム２０を通してそのまま残存されることになり、したがって、新設フレーム２０が既存建物１０に対してあたかも一体化され、これにより既存建物１０のデザイン性を損なわずに、また、既存建物１０の快適性を損なわずに耐震補強することが可能となる。
また、耐震補強に必要な強度に対応させて、新設フレーム２０では上層階のスパン数を下層階のスパン数よりも少なくしてあるので、必要最小限の部材からなる新設フレーム２０により既存建物１０を耐震補強でき、コストダウンを図る上で有利となる。
また、上層階のスパン数を下層階のスパン数よりも少なくしてあるので、新設フレーム２０の簡素化を図り、一体化された既存建物と新設フレームのデザイン性を高める上で有利となる。
また、既存建物の耐震補強工事はその建物が一般的には使用中であることが多いが、新設フレーム２０は必要最小限の部材から構成されているので、短期間で工事を終了することが可能となり、建物の使用者への負担を軽減する上で有利となる。

また、本実施の形態では、既存建物１０の正面１０Ａにベランダ１８または外廊下が位置しており、新設フレーム２０をそれらベランダ１８または外廊下に取り付けるようにしたので、既存建物１０の室内と新設フレーム２０との間に、それらベランダ１８または外廊下の幅の分だけスペースが介在することになり、新設フレーム２０に対する抵抗感が少なくなる。この場合、建物のデザイン性を損なわない範囲で新設フレーム２０にブレースや耐震壁を組み込むことも可能である。これは、既存建物１０にブレースや耐震壁をじかに組み込めば、通行を阻害したり、暗くなったりするが、本実施の形態では、新設フレーム２０は、既存建物１０からベランダ１８や外廊下の幅だけ離れているため、間柱２２やブレース、耐震壁を組み込んでも、暗くなったりとか、通行の障害になるとかいった抵抗感は少なくなる。
また、本実施の形態では、PC鋼棒３０を用いて既存建物１０と新設フレーム２０とを連結しているので、既存建物１０と新設フレーム２０との連結作業が簡単に迅速に行われ、補強工事の短縮化を図る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、既存建物１０の正面１０Ａ以外の箇所の耐震補強は、必要に応じてなされ、それらの箇所の耐震補強には、従来公知の様々な構造が採用可能である。例えば、既存建物１０の背面１０Ｂは、壁４０を増設することなどで補強してもよい。
また、本発明により耐震補強される構面は、正面１０Ａのみに限定されない。

（Ａ）は既存建物の骨組みの立面図、（Ｂ）は新設フレームの立面図、（Ｃ）は既存建物の骨組みに新設フレームを取り付けた状態の立面図である。 既存建物の正面に新設フレームを取り付けた状態の平面図である。 既存建物の正面に新設フレームを取り付けた状態の要部拡大平面図である。 既存建物の正面に新設フレームを取り付けた状態の要部拡大側面図である。

符号の説明

１０……既存建物、１０Ａ……正面、１２、２２……柱、１４、２４……梁、１６……骨組み、１８……ベランダ、２０……新設フレーム。

Claims (8)

1. 複数の構面を有する既存建物の１つの構面に、柱、梁からなる新設フレームを配置し、
   前記新設フレームの柱、梁は、前記１つの構面の前方から見て、前記既存建物の骨組みの前記１つの構面部分の柱、梁と重なるように設けられ、
   前記新設フレームは、前記１つの構面と平行する平面上を延在し、平面視した場合に、前記新設フレームを構成する柱と梁とが前記１つの構面に平行する直線上に位置するように配置され、
   前記新設フレームは上層階のスパン数が下層階のスパン数よりも少なく設けられ、
   地震時に前記既存建物に生じた水平力のうち前記直線と平行する方向の成分が前記新設フレームに伝達されるように前記新設フレームと前記既存建物とが連結されている、
   ことを特徴とする既存建物の耐震補強構造。
2. 前記新設フレームの階層は、前記既存建物の階層と同じ階層で設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の既存建物の耐震補強構造。
3. 前記新設フレームの下層階には、前記新設フレームを構成する柱と柱の間に間柱が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の既存建物の耐震補強構造。
4. 前記新設フレームの最も下層に位置する下層階のスパン数は、前記既存建物の骨組みの最も下層に位置する下層階のスパン数と同一である、
   ことを特徴とする既存建物の耐震補強構造。
5. 前記１つの構面にベランダあるいは外廊下が位置しており、
   前記新設フレームは前記ベランダあるいは外廊下に連結されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の既存建物の耐震補強構造。
6. 前記新設フレームの前記ベランダあるいは外廊下への連結は、前記新設フレームと前記ベランダの端部あるいは外廊下の端部とにわたって挿通したPC鋼棒によりなされている、
   ことを特徴とする請求項１記載の既存建物の耐震補強構造。
7. 前記１つの構面は、前記複数の構面のうち日差しを最も多く取り入れる構造とされた正面である、
   ことを特徴とする請求項１記載の既存建物の耐震補強構造。
8. 前記新設フレームの柱、梁は、鉄骨部材あるいはプレキャストコンクリート部材により構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の既存建物の耐震補強構造。

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