(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存建物の耐震性を向上させるための耐震補強方法であって、
前記既存建物の基部から頂部に沿って鉛直方向に延在するように剛棒体を配置し、該剛棒体の下端部および上端部を前記既存建物を支持する前記基部を含む地盤側および前記既存建物の頂部側にピン接合するとともに、前記剛棒体の少なくとも一部と前記既存建物の床部との間に制震ダンパーを設けておき、
地震が生じた際には、前記既存建物の床部と前記剛棒体との間に生じる変位差を利用して制震ダンパーに変形を与えることを特徴とする既存建物の耐震補強方法。
【請求項２】
請求項１記載の既存建物の耐震補強方法であって、
前記既存建物の頂部に対して付加質量体を該既存建物に対して少なくとも水平方向に相対変位可能に設けるとともに、これら既存建物と付加質量体との間に該相対変位を弾性的に規制する弾性体を設けておき、
かつ、前記付加質量体の質量および前記弾性体のバネ定数を以下の（１）ないし（３）の条件式を満たすように設定しておくことによって、前記既存建物に水平振動が作用した際に、前記付加質量体を前記建物本体と同方向に変位させることを特徴とする既存建物の耐震補強方法。
【数１】
0003706984.tif 000011
【数２】
0003706984.tif 000012
【数３】
0003706984.tif 000013
ここに、ｋ１：前記既存建物の動的特性と等価なバネ定数、
ｋ２：前記弾性体のバネ定数、
ｍ１：前記既存建物の全質量、
ｍ２：前記付加質量体の質量の総量。
【請求項３】
建物の基部から頂部に沿って鉛直方向に延在するように剛棒体が配置され、
該剛棒体は、その下端部および上端部が前記建物を支持する前記基部を含む地盤側および前記建物の頂部側にピン接合され、
該剛棒体の少なくとも一部と前記建物の床部との間に制震ダンパーが設けられていることを特徴とする制震構造。
【請求項４】
請求項３記載の制震構造であって、
前記建物を構成する建物本体に対して、付加質量体が該建物本体に対して少なくとも水平方向に相対変位可能に設けられ、これら付加質量体と建物本体との間には、該相対変位を弾性的に規制する弾性体が介装され、
なおかつ、前記付加質量体の質量の総量、および前記弾性体のバネ定数は、以下の（４）ないし（６）の条件式を満たすように設定されていることを特徴とする制震構造。
【数４】
0003706984.tif 000014
【数５】
0003706984.tif 000015
【数６】
0003706984.tif 000016
ここに、ｋ１：前記建物の動的特性と等価なバネ定数、
ｋ２：前記弾性体のバネ定数、
ｍ１：前記建物の全質量、
ｍ２：前記付加質量体の質量の総量。
【請求項５】
請求項４記載の制震構造であって、
前記付加質量体は、前記建物の屋上に設けられていることを特徴とする制震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既存建物の耐震安全性を向上させるための耐震補強方法、および建物に設けられて、当該建物の地震時における振動応答を低減するための制震構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築物には高度の耐震性が要求されるようになってきており、新規に構築される建築物は、十分な耐震性を有するのが通常となっている。しかし、過去に建設され現在においても使用中の建物は、建設当時においては十分な耐震性を有すると考えられていたとしても、現時点の基準から考えた場合、耐震性に問題のあるものもあり、このような既存建築物には耐震性を向上させるための補強が必要であるとされている。
【０００３】
建設年代の比較的古い既存建物には、水平耐力や靱性が不十分なものが多く、このような既存建物の耐震性を向上させるためには、建物内部の要所に耐震壁やブレースなどの補強要素を付加するか、あるいは、鋼材等を用いて躯体を補強することにより、水平耐力の増強や靱性の改善、または、水平耐力と靱性との双方の改善を図るといった手法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、このような建物の水平耐力や靱性を向上させる耐震補強方法によれば、補強工事実施時に補強工事範囲もしくは建物全体を明け渡す必要がある。また、そればかりではなく、耐震壁やブレースなどの設置や、躯体の鋼材等による補強に係る作業は必ずしも容易とはいえず、工期が長期化し、また、コストも嵩むものとなるという問題点を有する。
【０００５】
そこで、工期中に建物内部を明け渡す必要が無く、また、施工も簡便で済むような耐震補強方法として、本発明の出願人は、既に、図８および９に示す特開平９−２５６６４３号公報に公開された発明を出願している。
【０００６】
この発明に係る耐震補強構造１は、既存建物２の周囲にラーメン構造の外部フレーム４を増設するとともに、既存建物２と外部フレーム４との間に、制震ダンパー６を介装した構成とされている。また、外部フレーム４は、その水平剛性が、既存建物２の水平剛性に比較して小となるように、なおかつ、その固有周期が既存建物２の固有周期に比較して大となるように形成されている。
【０００７】
このような構成とされた既存建物２および耐震補強構造１に地震動が作用した場合、既存建物２と外部フレーム４との固有周期が異なるために、これら既存建物２と外部フレーム４との間に振幅および位相の差が生じることとなる。したがって、既存建物２および外部フレーム４の間に、制震ダンパー６を介装することによって、上述の振幅および位相の差を利用して制震ダンパー６に仕事をさせ、これにより制震ダンパー６に地震エネルギーを吸収させて、既存建物２の振動応答を減少させることができる。
【０００８】
また、図８に示した外部フレーム４の頂部４ａには、重量物７が固定されているが、これら重量物７は、外部フレーム４に錘として作用することによって、外部フレーム４の周期を長周期化し、これにより、耐震補強構造１による制震性能を向上させる目的で設けられている。
【０００９】
また、図８および９に示したような耐震補強構造とは別に、近年においては、建物の基礎部分に積層ゴムを介装することにより建物の固有周期を長周期化して地震入力エネルギーの減少化を図る免震構造や、建物の各所に制震ダンパーを配置して建物の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構、あるいは、建物の振動エネルギーを付加質量の運動エネルギーに変換する質量効果機構等、各種の免震、制震機構が提案されており、これらを建物に新たに付加することにより建物の耐震安全性の向上を図るといった手法も多く用いられるようになってきている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、建物に地震動が作用する際に、建物の中に特に強度の小さい層または靱性の少ない層がある場合には、その層にひずみエネルギーが集中して、特定層の損傷のみが激しくなるような地震被害を発生することが、一般に知られている。（先の阪神大震災においても、幾多の建物において、このような被害が、中間層崩壊として発生している。）
【００１１】
しかしながら、図８および９に示したような上述の耐震補強構造１においては、既存建物２と外部フレーム４との間に生じる位相差および振幅差を利用して、既存建物２自体の振動応答を良好に低減することが可能とされているものの、既存建物２内部において特定層に損傷が集中するような非常に強大な地震が作用した際には、制震ダンパー６に大きなせん断力が発生し、その結果として、外部フレーム４が大きな地震力を負担しなければならないことが懸念される。
【００１２】
一方、建物内部にエネルギー吸収機構を配置して建物の制震性能を向上させる場合には、制震ダンパーの適切な配置により、地震時に生じる振動エネルギーの分布を消費して、特定層に被害が集中しないように耐震補強を行うことが可能であるが、この場合には、耐震補強工事実施時に、建物内部を明け渡すことが必要である。また、純粋に耐震性能のみを考慮して制震ダンパー等の配置を行うと、却って建物内部の平面計画や居住性を損なってしまう場合も考えられる。
【００１３】
さらに、また、建物に免震装置を設けてその耐震安全性を向上させようとする場合には、地震波において長周期成分が卓越する際に、建物の安全性を十分に確保することが困難な場合がある。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、建物において地震時に特定層に被害が集中することを防止することが可能であるとともに、建物内部の平面計画等を阻害せずに容易に施工ができ、なおかつ、地震波の周期成分などの影響を受けずに建物の振動応答を低減することのできる既存建物の耐震補強構造および制震構造を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の既存建物の耐震補強方法は、既存建物の耐震性を向上させるための耐震補強方法であって、
前記既存建物の基部から頂部に沿って鉛直方向に延在するように剛棒体を配置し、該剛棒体の下端部および上端部を前記既存建物を支持する前記基部を含む地盤側および前記既存建物の頂部側にピン接合するとともに、前記剛棒体の少なくとも一部と前記既存建物の床部との間に制震ダンパーを設けておき、
地震が生じた際には、前記既存建物の床部と前記剛棒体との間に生じる変位差を利用して制震ダンパーに変形を与えることを特徴とする。
【００１６】
この既存建物の耐震補強方法においては、地震時に、剛棒体がその下端部を支点として回転変位（曲げ応力が発生しない）するようになっており、このとき、剛棒体の水平変位は、その下端部から上端部にかけて直線的に増大するようになり、特定箇所において大きな変位を示すことが無い。したがって、剛棒体と既存建物の特定層との間に制震ダンパーを配置しておくことにより、地震時にこの特定層に水平変位が集中的に発生したとしても、剛棒体とこの特定層との間に生じる変位差を利用して特定層の振動エネルギーを集中的に減衰させることが可能である。
すなわち、水平変位が集中的に発生する建物の特定層に対して、剛棒体が制震ダンパーを介して建物に直線的水平変位が生じるように抵抗することになり、これは、特定層に集中する地震エネルギーをその他の層に剛棒体が分散して、建物の水平変位を均一化することにあたる。
【００１７】
請求項２記載の既存建築物の耐震補強構造は、請求項１記載の既存建物の耐震補強方法であって、
前記既存建物の頂部に対して付加質量体を該既存建物に対して少なくとも水平方向に相対変位可能に設けるとともに、これら既存建物と付加質量体との間に該相対変位を弾性的に規制する弾性体を設けておき、
かつ、前記付加質量体の質量および前記弾性体のバネ定数を以下の（７）ないし（９）の条件式を満たすように設定しておくことによって、前記既存建物に水平振動が作用した際に、前記付加質量体を前記建物本体と同方向に変位させることを特徴とする。
【数７】
0003706984.tif 000002
【数８】
0003706984.tif 000003
【数９】
0003706984.tif 000004
ここに、ｋ1：前記既存建物の動的特性と等価なバネ定数、
ｋ2：前記弾性体のバネ定数、
ｍ1：前記既存建物の全質量、
ｍ2：前記付加質量体の質量の総量。
【００１８】
この既存建築物の耐震補強方法は、本願の発明者等が先に特願平９−２５７２２２号において提案した発明を応用したものである。
特願平９−２５７２２２号において、本願発明者等は、建物に対し、付加質量体と、その付加質量体の建物本体に対する相対変位を規制するための弾性体とを設けておき、地震により建物が水平振動する際に、付加質量体を建物本体と同方向に変位させて、これら建物本体および付加質量体を、あたかも、鞭が振られるかのように振動（以下、ホイッピング現象という）させ、これにより、地震の建物に対する入力エネルギーをこれら付加質量体および弾性体の部分に集中させて、建物本体に対する地震入力エネルギーを低減化する建物の振動制御方法を提案している。
この建物の振動制御方法によれば、簡単な機構により、地震波の周期成分の特性に関係なく、建物本体の振動エネルギーを付加質量体に集中させることができ、また、この際に用いる付加質量体の質量が建物本体の重量の数％以下であっても良好な効果が得られることが確認されている。
しかしながら、この建物の振動制御方法においては、付加質量体と建物との間における振動エネルギーのバランスのみを対象としており、建物自体の中に弱層があった場合に、建物内の振動エネルギーの分布を制御することについては考慮されていない。
そこで、上記請求項２に係る発明においては、ホイッピング現象を生じさせるような付加質量体を既存建物の頂部に設ける一方、剛棒体および制震ダンパーを用いて、既存建物内部の特定層の振動エネルギーを集中的に減衰させることで、建物および付加質量体のホイッピング現象による振動制御効果をより安全かつ効果的に得られるようにしている。
【００１９】
また、請求項３記載の制震構造は、建物の基部から頂部に沿って鉛直方向に延在するように剛棒体が配置され、
該剛棒体は、その下端部および上端部が前記建物を支持する前記基部を含む地盤側および前記建物の頂部側にピン接合され、
該剛棒体の少なくとも一部と前記建物の床部との間に制震ダンパーが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この制震構造においては、地震時に、剛棒体がその下端部のピン支点を中心として回転変位することとなるため、剛棒体の水平変位は、特定箇所で極大化することがなく、その下端部から上端部にかけて直線的に生じることになり、制震ダンパーを建物の特定弱層と剛棒体との間に設けるようにすれば、地震時における特定弱層の水平変位が過大となっても、この特定弱層における振動エネルギーを制震ダンパーによって集中的に吸収させることができる。
【００２１】
請求項４記載の制震構造は、請求項３記載の制震構造であって、
前記建物を構成する建物本体の上部に対して、付加質量体が該建物本体に対して少なくとも水平方向に相対変位可能に設けられ、これら付加質量体と建物本体との間には、該相対変位を弾性的に規制する弾性体が介装され、
なおかつ、前記付加質量体の質量の総量、および前記弾性体のバネ定数は、以下の（１０）ないし（１２）の条件式を満たすように設定されていることを特徴とする。
【数１０】
0003706984.tif 000005
【数１１】
0003706984.tif 000006
【数１２】
0003706984.tif 000007
ここに、ｋ1：前記建物の動的特性と等価なバネ定数、
ｋ2：前記弾性体のバネ定数、
ｍ1：前記建物の全質量、
ｍ2：前記付加質量体の質量の総量。
【００２２】
上記のような構成とされるために、この制震構造においては、建物と付加質量体とにおいてホイッピング現象を良好に生じさせることができ、特願平９−２５７２２２号に開示された建物の振動制御方法と同様の原理により、付加質量体の振動エネルギーに比例させて建物の負担する振動エネルギーを低減することができる。さらに、この際に、建物の特定弱層にひずみエネルギーが集中することを防ぐことができる。
【００２３】
請求項５記載の制震構造は、請求項４記載の制震構造であって、
前記付加質量体は、前記建物の屋上に設けられていることを特徴とする。
【００２４】
このような構成とされるため、この制震構造においては付加質量体が建築計画等を阻害することがない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である制震構造１１を、既存の建物を構成する建物本体１３に対して適用した場合の状況を示す図である。図中に示すように、制震構造１１は、建物本体１３の外壁１３ａに沿って地盤Ｇから建物本体１３の屋上１５にまで至るように設置された外部フレーム１６と、屋上１５に付加バネ（弾性体）１８を介して取り付けられた付加質量体１９とから概略構成されている。
【００２６】
外部フレーム１６は、建物本体１３の基部１３ｂから頂部１３ｃにまで至るように鉛直に配置された一対の剛棒体２１，２１と、これら剛棒体２１，２１の間に架設された梁材２２，２２と、剛棒体２１，２１および梁材２２によって囲まれた面内に配置された斜材２３，２３，…とによって形成されている。
また、梁材２２，２２，…の内、建物本体１３の二階１３ｄの床部２５と同じレベルに配置されたものには、制震ダンパー２６が取り付けられている。
【００２７】
図２は、建物本体１３をその妻側から見た際の状況を示す図である。図中に示すように、剛棒体２１，…は、その上端部２１ａおよび下端部２１ｂが、地盤Ｇおよび建物本体１３の頂部１３ｃに対してヒンジ２７，…を介してピン接合されている。また、外部フレーム１６の梁材２２（図１参照）に取り付けられた制震ダンパー２６は、その一部が建物本体１３の外壁１３ａに固定された構成とされている。
図３は、建物本体１３を上方から示した図である。付加質量体１９は、建物本体１３の屋上１５において、互いに離間した二箇所に設けられている。
【００２８】
また、付加質量体１９，１９および付加質量体１９，１９を支持する付加バネ１８，１８は、その質量の総量ｍ2および付加バネ１８，１８全体としてのバネ定数ｋ2が以下の式（１３）〜（１５）を満たすように形成されている。
【数１３】
0003706984.tif 000008
【数１４】
0003706984.tif 000009
【数１５】
0003706984.tif 000010
ここに、ｋ1：建物本体１３の動的特性と等価なバネ定数、
ｋ2：付加バネ１８の全体としてのバネ定数、
ｍ1：建物本体１３の全質量、
ｍ2：付加質量体１９の質量の総量。
【００２９】
以上が、本実施の形態における制震構造１１の主要な構成であるが、次に、地震時における制震構造１１の作用についてを説明する。
図４は、上述したような制震構造１１をモデル化して表した図である。
図４（ａ）中に示すように、建物本体１３は、その二階１３ｄを第一層Ａ1とし、その屋上１５を第二層Ａ2とした二自由度系の振動モデルとして表すことができる。さらに、建物本体１３には、付加バネ１８を介して付加質量体１９が設けられるために、これら建物本体１３および付加質量体１９は一体となって三自由度系の振動モデルを形成することとなる。
一方、外部フレーム１６を構成する剛棒体２１は、建物本体１３に沿って立設され、第一層Ａ1との間に、制震ダンパー２６が設けられた構成とされている。さらに、剛棒体２１の上端部２１ａは、建物本体１３の第二層Ａ2に対してピン接合され、下端部２１ｂは、地盤Ｇ側にピン接合される。
【００３０】
このようにモデル化された制震構造１１に対して、地震による水平力が作用した際の状況を示す図が、図４（ｂ）である。図中に示すように、剛棒体２１は、その上端部２１ａが第二層Ａ2と同じ変位で水平振動することとなり、これにより、剛棒体２１には、上端部２１ａを最大として、下端部２１ｂから上端部２１ａにかけて直線的に増大するような水平変位が生じることとなる。このため、剛棒体２１においては、特定箇所において水平変位が極大化することがない。
一方、建物本体１３において、例えば、第一層Ａ1が特定弱層であるとすると、建物本体１３は、図中に示すように、地盤Ｇと第一層Ａ1との間に層間変位の最大値が生じるように水平変位することとなり、この場合、剛棒体２１と建物本体１３との間の水平方向の相対変位は、第一層Ａ1と剛棒体２１との間において最大となる。
【００３１】
このとき、第一層Ａ1と剛棒体２１との間に制震ダンパー２６が設けられていることから、特定弱層である第一層Ａ1の振動エネルギーは、制震ダンパー２６によって集中的に減衰されるとともに、制震ダンパー２６および剛棒体２１を介して建物本体１３の各所へ分散させられることとなる。これにより、建物各部の変位が均一化され、建物本体１３が第一層Ａ1において層崩壊する可能性を著しく減少させることができる。
【００３２】
また、これに加えて、建物本体１３には、上述の（１３）から（１５）の関係式を満たすようにその諸元が設定された付加バネ１８および付加質量体１９が設けられていることから、建物本体１３および付加質量体１９においては、ホイッピング現象が発生し、付加質量体１９は、建物本体１３の振動方向と同方向に鞭を振るように振動することとなる。これにより、建物本体１３への地震入力エネルギーの一部を付加質量体１９に対して集中させて、建物本体１３の振動応答の低減化を図ることができる。
【００３３】
以上のモデル化からも理解されるように、本実施の形態の制震構造１１によれば、建物本体１３に沿って設けられた外部フレーム１６，１６，…において、剛棒体２１，２１，…の下端部２１ｂが地盤Ｇ側に対してピン接合されることから、地震時には、剛棒体２１，２１，…は、その下端部２１ｂ側のヒンジ２７を支点として回転変位することとなる。また、剛棒体２１，２１，…の上端部２１ａは、建物本体１３の頂部１３ｃにピン接合されるために、上端部２１ａは、建物本体１３の変形によって増幅された頂部１３ｃの水平変位に追随して水平変位する。したがって、剛体棒２１，２１，…において発生する水平変位は、その下端部２１ｂから上端部２１ａにかけて直線的に増大するように生じることとなり、特定箇所において極大化することがない。
【００３４】
これにより、地震時に、建物本体１３の中間層（例えば二階１３ｄ）において、集中的に水平振動が発生したとしても、この層の水平振動を、外部フレーム１６と建物本体１３との間の変位差を利用して、制震ダンパー２６により集中的に減衰させることができ、特定層における水平振動の卓越化を防止するとともに、特定層の水平振動を建物本体１３全体に分散させ均一化して、地震被害の集中を防止することができる。このため、建物本体１３の特定弱層の層崩壊を防止して、建物本体１３の耐震安全性の向上を図ることができる。
【００３５】
また、この場合、外部フレーム１６は、単に剛体からなる剛棒体２１，２１，…を有する構成とするのみでよい。先に従来例として示した外部フレームを利用した制震構造においては、建物本体より長周期の外部フレームを建物本体に沿って立設する構成とされているために、外部フレームを例えばＳ造のラーメン構造等によって形成しなければならないが、本実施の形態の制震構造１１においては、そのような必要はなく、従来に比較して工事を大幅に簡略化してその施工性を格段に向上させることができる。
【００３６】
さらに、上述の制震構造１１においては、付加バネ１８，１８，…および付加質量体１９，１９のバネ定数および総質量が、上述の（１３）から（１５）の関係式を満たすように設定されているため、地震時には、建物本体１３および付加質量体１９においてホイッピング現象を発生させて、建物本体１３の振動エネルギーの一部を付加質量体１９に集中させ、地震波の周期成分の特性に左右されることなく、建物本体１３の振動応答を低減して、その耐震安全性の向上を図ることができる。
【００３７】
特に、上述の付加質量体１９，１９と外部フレーム１６，１６，…とを併せて設けることにより、ホイッピング現象を利用して建物本体１３の振動応答の低減を図る際において、建物本体１３内部の水平振動のバランスを良好なものとすることができ、これにより、ホイッピング現象を利用した制震効果を安全かつ効果的に得るようにすることができる。
【００３８】
さらに、上述の制震構造１１においては、付加質量体１９，１９を、建物本体１３の屋上１５に設置した構成としたために、良好にホイッピング現象による制震効果を得ることが可能であるとともに、付加質量体１９を設置するにあたって、建物本体１３の建築計画や居住性が損なわれることがない。
【００３９】
また、本実施の形態においては、既存建物である建物本体１３に対して上述のような制震構造１１を設けることによって建物本体１３の耐震補強を行うこととしたことから、建物本体１３に対して上述のような優れた耐震安全性を付与することができる。また、この場合、耐震補強工事を、建物本体１３の内部に影響することなく行うことができるため、建物本体１３を使用しながら耐震補強工事を行うことが可能であるとともに、建物本体１３の建築計画や居住性を損なうことなく耐震補強工事を行うことができる。
【００４０】
以上において本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、適用対象の建物の構造、規模等に応じて、他の実施の形態を採用することも可能である。
例えば、上記実施の形態における制震構造１１における外部フレーム１６は、剛棒体２１，…、梁材２２，…、斜材２３，…を備えた構成とされているが、その代わりに、これを、単材からなる柱材のみによって形成するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、制震構造１１は、二階建ての建物本体１３に対して適用されていたが、これに限らず、さらに高層の建物に適用するようにしても構わない。
【００４１】
また、本発明の制震構造は、剛棒体の上下端を建物の頂部側および地盤側にピン接合することによって、剛棒体が制震ダンパーを介して建物に直線的水平変位が生じるように抵抗するように作用させることを特徴としており、上記実施の形態においては、外部フレーム１６における剛棒体２１の上端部２１ａおよび下端部２１ｂが建物本体１３の頂部１３ｃおよび地盤Ｇ側の基部１３ｂにピン接合された構成とされている。この場合、外部フレーム１６においては、その上端部および下端部は回転変位することにより曲げ応力が発生しないため、上端部および下端部は、必ずしも大きな剛性を有していなくても構わない。
【００４２】
したがって、外部フレーム１６を図５に示すように形成することもできる。
図５に示す外部フレーム１６’は、その上端部１６ａ’および下端部１６ｂ’に斜材２８，２８を有する構成とされたものであり、剛棒体２１は、斜材２８と剛結合されて斜材２８を介して地盤Ｇ側および建物本体の頂部１３ｃ側にピン接合された構成とされている。
【００４３】
このような構成とすることにより、外部クレーム１６’は、上端部１６ａ’および下端部１６ｂ’において、その構造が大がかりなものとならず、図１に示した外部フレーム１６に比べて、正面から見た際の幅寸法を小さくすることができる。したがって、このような外部フレーム１６’を採用した場合には、建物本体１３の開口部をその上層階および下層階において大きくとることが可能となる。また、この場合における制震効果は、図１に示したものと全く同様のものを得ることができる。
【００４４】
なお、本発明による制震効果を確認するために行った数値シミュレーションの結果を以下に示す。
この数値シミュレーションは、本発明の制震構造を１１階建ての建物に適用した場合の例である。図６は、適用対象の建物の復元力特性を示したグラフであり、図中横軸は各階のせん断変形δ（ｃｍ）を、縦軸は各層の復元力Ｑ（ｔ）を表している。このように、建物各層は、降伏せん断力を受けると折れ曲がるバイリニアの復元力特性を持つとする。
【００４５】
このような建物に、地震波として「エルセントロ１９４０ＮＳ（１９４０年にアメリカで発生した地震のＮＳ方向の観測記録であり、応答解析をするときの最も代表的な地震波）」を作用させた場合の応答解析の結果を図７に示す。図７のグラフにおいては、横軸に各階の塑性率μを示し、縦軸に各階の階数を示している。ここに、塑性率μは、応答変位／降伏変位であり、応答変位が図６に示したグラフの折れ曲がり点に対して何倍になるかを示すものである。
【００４６】
図７中、「建物のみ」として示したものは、付加質量体および剛棒体を設けなかったときの解析結果であり、ここでは特に第６層の被害が大きくなっていることがわかる。
また、建物に剛棒体を取り付けたときの解析結果は、「建物＋剛棒体」として示すものであり、これによれば、第６層の被害が大幅に緩和されるとともに、建物全体の変形が均一化される様子が理解できる。
さらに、このモデルに対して付加質量体を取り付けたときの解析結果が「建物＋剛棒体＋付加マス」として示すものであり、上層２層を除き応答が低減するとともに、特定層への著しい損傷の集中が無くなっている。（上層２層については、付加質量体がホイッピング振動をすることにより振動応答が増大することとなるが、これらの層には靱性向上の耐震補強を施せばよいと考えられる。すなわち、この場合においても、耐震改修が必要な部位を、例えば、出入りの少ない上層等に限定することができ、建物を使用しながら、建築計画等を損なうことなく耐震改修を行うことが可能である。）
以上の解析結果により、本発明が、上述の優れた効果を奏するものであることが理解される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る既存建物の耐震補強方法においては、地震時に既存建物の床部とそれに沿って配置された剛棒体との間に生じる変位差を利用して制震ダンパーに変形を与える構成としたため、既存建物の特定弱層における振動を集中的に減衰・分散させて、地震被害の集中を防止することができる。これにより、既存建物の特定弱層の層崩壊を防止して、その耐震安全性の向上を図ることができる。また、この場合、既存建物の外部において既存建物に沿って剛棒体を配置するのみで耐震補強が可能であるために、既存建物を使用しながら、なおかつ、その建築計画や居住性を損なうことなく、耐震補強工事を行うことができる。さらに、新たに設けるべき構造も簡易なもので済むために、従来に比較して工事を大幅に簡略化してその施工性を向上させることができる。
【００４８】
請求項２に係る既存建物の耐震補強方法においては、既存建物の頂部に付加質量体および弾性体を設け、既存建物および付加質量体にホイッピング現象を生じさせることによって、既存建物の耐震安全性を向上させるために、地震波の周期成分の特性に左右されることなく、耐震安全性の向上を図ることができる。また、この場合、剛棒体によって、既存建物の内部の水平振動のバランスが良好なものとされるために、制震効果を安全に得ることができる。
【００４９】
請求項３に係る制震構造においては、剛棒体の上端および下端を地盤側および建物の頂部側に対してピン接合するとともに、剛棒体と建物の床部との間に制震ダンパーを設けたため、地震時には、剛棒体と建物との変位差を利用して制震効果を得ることが可能であり、特に建物の特定弱層と剛棒体との間にダンパーを設けておけば、この層の振動エネルギーを集中的に減衰させることができ、建物の特定層の崩壊を防いで、その耐震安全性を大きく向上させることができる。また、この制震構造は、建物の外部に設けられるために、既存建物の耐震補強に際しても好適に用いることができる。また、その設置工事も従来の制震構造に比較して、簡易なもので済ますことができる。
【００５０】
請求項４に係る制震構造においては、所定の条件を満たす付加質量体および弾性体を建物に対して設けたために、地震時に、建物および付加質量体にホイッピング現象を生じさせて、建物の振動エネルギーの一部を付加質量体に集中させ、これにより、地震波の周期成分に左右されずに建物の耐震安全性を向上させることができる。また、このとき、剛棒体によって、建物の水平振動のバランスを良好なものとすることができるために、ホイッピング現象による制震効果を安全な状態で得ることができる。
【００５１】
請求項５に係る制震構造においては、付加質量体が建物の屋上に設けられているために、付加質量体を設置するにあたって、建物内部の居住性等に悪影響が及ぼされることがない。また、建物をホイッピング振動させることによって必要となる靱性補強を、出入りの少ない上層階等に限定できるため、施工性がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による耐震補強方法が施された既存建物の一例を示す正面図である。
【図２】  図１に示した既存建物をその妻側から見た際の状況を示す側面図である。
【図３】  図１，２に示した既存建物を、その上方から見た際の状況を示す平面図である。
【図４】  本発明の制震構造およびそれが適用された既存建物の建物本体を振動モデルとして模式的に表したものを示す図であり、（ａ）は、平常時の状況を、（ｂ）は地震時の状況を示す図である。
【図５】  本発明の制震構造の他の実施の形態の一例を示す正面図である。
【図６】  本発明の制震効果を確認するための数値シミュレーションを説明するための図であって、応答解析の対象とされた建物の復元力特性を示すグラフである。
【図７】  本発明の制震効果を確認するための数値シミュレーションにおける解析結果を示す図であって、建物の各層の塑性率を表すグラフである。
【図８】  本発明の従来の技術を示すための図であって、耐震補強構造および既存建物を示す立断面図である。
【図９】  同、平断面図である。
【符号の説明】
１１  制震構造
１３  建物本体
１３ｂ  基部
１３ｃ  頂部
１５  屋上
１８  付加バネ（弾性体）
１９  付加質量体
２１  剛棒体
２１ａ  上端部
２１ｂ  下端部
２６  制震ダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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