(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の外側面に鉄骨造の補強フレームが配設されてなり、該補強フレームが、上下方向に延在する補強柱と、水平方向に延在する補強梁と、これら補強柱と補強梁との間に架設された補強ブレースとから構成され、建物の側端部と中心部との軸力負担の差が小さくなるよう該補強ブレースが互いに斜め方向において隣接する千鳥状に配置されていることを特徴とする建物の補強構造。
【請求項２】
請求項１記載の建物の補強構造において、前記補強フレームが、前記建物の中心部から側端部に向けて左右対称に漸次高くなる構成とされていることを特徴とする建物の補強構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の建物の補強構造において、前記補強フレームの前記補強ブレースが前記建物の上層部にのみ設けられ、該建物の下層部には、前記建物の内部に位置する内部補強フレームが設けられ、前記補強フレームを構成する補強柱はコンクリートにより該建物の柱に一体化された構成とされていることを特徴とする建物の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば既設のビル等の耐震性を向上させるときに用いて好適な既設建物の補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既設のビル等の建物を補強するには、柱梁間に鉄骨造の補強ユニットを配設したり、既設のコンクリート壁を増打ちする等、種々の補強構造が用いられている。
【０００３】
このような補強構造の一種として、補強すべき建物の柱梁に沿って補強フレームを設けるものがある。これには、建物の内部に補強フレームを設ける内フレーム式と、建物の外周面に沿って補強フレームを設ける外フレーム式とがある。
ところが、内フレーム式では、施工期間中、建物内の使用を行うことができず、これによって何らかの支障が生じる場合には外フレーム式の補強構造が適用されている。
【０００４】
図１０に示すように、外フレーム式の補強構造では、既設の建物１の外周面に沿って、例えば鉄骨造の補強フレーム２が設けられた構成となっている。補強フレーム２は、建物１の外周面に位置する柱３，梁４に沿って延在する補強柱５，補強梁６と、これら補強柱５，補強梁６間に架設された補強ブレース７とからなり、補強ブレース７は建物１の側面の全面にわたって配置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の建物の補強構造には、以下のような問題が存在する。
すなわち、建物１では、地震等により大きな水平力が作用すると、特に建物１の側端部１ａの柱３に多大な軸力が作用するため、補強フレーム２では、中心部２ａに比較して端部２ｂで大きな軸力を負担しなければならない。このため端部２ｂに合わせて補強フレーム２全体を均一な強度で構成したのでは、軸力負担バランスに偏りが生じ、中心部２ａ側では強度的に無駄が生じてしまう。
【０００６】
このような問題を解決するため、例えば図１１に示すように、建物１の両端部のみに補強フレーム８，８を設けた構造のもの等が提供されている。
しかしながらこのような補強フレーム８，８に地震等によって水平外力が作用した場合、図１０に示したように建物１の側面全体に補強フレーム２を設けた場合に比較して、各補強フレーム８の引張側に、より大きな軸力が作用することになり、問題の根本的な解決には至っていない。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、水平外力を効率よく負担して、建物の耐震性を向上させることのできる建物の補強構造を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、建物の外側面に鉄骨造の補強フレームが配設されてなり、該補強フレームが、上下方向に延在する補強柱と、水平方向に延在する補強梁と、これら補強柱と補強梁との間に架設された補強ブレースとから構成され、建物の側端部と中心部との軸力負担の差が小さくなるよう該補強ブレースが互いに斜め方向において隣接する千鳥状に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の建物の補強構造において、前記補強フレームが、前記建物の中心部から側端部に向けて左右対称に漸次高くなる構成とされていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の建物の補強構造において、前記補強フレームの前記補強ブレースが前記建物の上層部にのみ設けられ、該建物の下層部には、前記建物の内部に位置する内部補強フレームが設けられ、前記補強フレームを構成する補強柱はコンクリートにより該建物の柱に一体化された構成とされていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る建物の補強構造の第一ないし第四の実施の形態の例を、図１ないし図９を参照して説明する。
【００１３】
［第一の実施の形態］
まず、ここでは、例えば、補強フレームを鉄骨で構成する場合の例を用いて説明する。
【００１４】
図１に示すように、既設の建物１０は、例えば、平面視矩形で、鉄筋コンクリート造のラーメン構造で構成されている。
このような建物１０を補強するため、その四方の外周面には鉄骨造の補強フレーム１１が配設されている。
【００１５】
補強フレーム１１は、建物１０の外周に位置する各柱１０ａに沿って設けられて上下方向に延在する補強柱１２と、一階おきの梁１０ｂに沿って水平方向に延在する補強梁１３と、これら補強柱１２，補強梁１３間に架設された補強ブレース１４とから構成されている。
【００１６】
補強柱１２は、各柱１０ａの外側面から所定寸法離間した位置に配置されており、図示しないアンカーボルト，シアー鉄筋，充填モルタル等を介して各柱１０ａに固定されている。補強梁１３についても、補強柱１２と同様、図示しないアンカーボルト，シアー鉄筋，充填モルタル等を介して各梁１０ｂに固定されている。
【００１７】
補強ブレース１４は、いわゆるＸ型ブレースで、互いに上下左右に位置する補強柱１２，１２、補強梁１３，１３間に２本の補強ブレース１４ａ，１４ａが架設されている。
このような補強ブレース１４は、建物１０の側面において千鳥状に配置されている。すなわち、補強ブレース１４は、斜め方向において互いに隣接し、一本の補強柱１２又は補強梁１３を挟んでその両側に位置することがないよう設けられている。
【００１８】
ここで、上記補強フレーム１１が備えられた建物１０に地震等による水平外力が作用した場合の軸力分布モデル図を示す。図２に示すように、上記補強フレーム１１が備えられた建物１０では、地震等により水平外力が側方から作用した場合、この水平外力を「１Ｐ」とすると、これに対して、建物１０の側端部における引張軸力は「２．２５Ｐ」、他の部分における引張軸力あるいは圧縮軸力は、「０．２５Ｐ」となる。
これに対し、従来の補強フレーム８を備えた建物１（図１１参照）においては、図１２に示すように、上記と同様の条件で水平外力が作用した場合、建物１の側端部１ａに作用する引張軸力は「３．７５Ｐ」、補強フレーム８の内側位置における圧縮軸力は「３．７５Ｐ」となる。
なお、上記軸力分布モデル図においては、側方から作用する水平外力の分布は一定とし、この水平外力は全て補強フレーム８，１１の補強ブレース９，１４で処理することを仮定条件とする。さらに、建物１，１０の柱スパン、および階高は同一と仮定する。
【００１９】
上記軸力分布モデル図からも明らかなように、図１に示した補強フレーム１１が備えられた建物１０では、特に、建物１０の側端部に作用する引張軸力が、図１１に示した従来の補強フレーム８を備えた建物１に対して、約６０％となる。
【００２０】
上述した建物１０の補強構造では、建物１０の外側面に補強フレーム１１が配設され、この補強フレーム１１の補強ブレース１４が千鳥状に配置された構成となっている。これにより、地震等による大きな水平外力が建物１０が作用したときに、建物１０の側端部に集中して作用する軸力を、従来の補強フレーム２，８による建物１の補強構造に比較して大きく低減させることができる。さらに、従来に比較して、建物１０の側端部と中心部とでの軸力負担の差を小さくすることができるので、特に中心部における補強フレーム１１の強度的な無駄を小さくすることができる。このようにして、補強フレーム１１で効率よく水平外力を負担して、建物１０の耐震性を向上させることができる。
しかも、補強フレーム１１を建物１０の外側面に設ける構成としたので、建物１０内を使用しつつ施工作業を行うことが可能である。
【００２１】
なお、上記第一の実施の形態において、補強ブレース１４をＸ型ブレースとしたが、そのブレースの形式は問うものではなく、例えば図３に示すように、補強ブレース１４’をいわゆるＫ型ブレースとしても良い。
【００２２】
［第二の実施の形態］
次に、本発明に係る建物の補強構造の第二の実施の形態について説明する。ここでは、建物に配設する補強フレームを建物の中心部から側端部に向けて漸次高くなる構成とする場合の例を用いて説明する。なお、以下の説明において、上記第一の実施の形態と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略する。
【００２３】
図４に示すように、既設の建物１０には、これを補強するため、その四方の外周面に鉄骨造の補強フレーム２１が配設されている。
【００２４】
補強フレーム２１は、建物１０の中心部から側端部に向けて漸次高くなる構成とされ、側端部においてはその最上階にまで設けられ、中心部においては例えば４階部分にまで設けられている。
そして、この補強フレーム２１は、建物１０の外周に位置する各柱１０ａに沿って設けられて上下方向に延在する補強柱１２と、一階おきの梁１０ｂに沿って水平方向に延在する補強梁１３と、これら補強柱１２，補強梁１３間に架設された例えばＸ型の補強ブレース１４とから構成されている。
【００２５】
補強ブレース１４は、建物１０の側面において千鳥状に配置されている。すなわち、建物１０の側端部の最上部に一つの補強ブレース１４が配置され、他の補強ブレース１４はこれを基準として斜め方向において互いに隣接するよう設けられている。なお、本実施の形態では、補強ブレース１４は左右対称に配置されており、建物１０の中心部においては補強ブレース１４どうしが左右に隣接配置されている。
【００２６】
上述した建物１０の補強構造では、上記第一の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
しかも、補強フレーム２１が建物１０の中心部から側端部に向けて漸次高くなる構成とされている。このようにして、大きな軸力のかかる側端部では補強フレーム２１が高くにまで設けられ、作用する軸力が小さい中心部では補強フレーム２１が低く設けられることにより、補強フレーム２１を地震発生時等に発生する軸力の分布にマッチしたものとすることができ、補強フレーム２１で、より一層効率よく水平外力を負担して、建物１０の耐震性を向上させることができる。
【００２７】
［第三の実施の形態］
次に、本発明に係る建物の補強構造の第三の実施の形態について説明する。ここでは、建物に外側面に配設する補強フレームを建物の上層部にのみ設け、下層部には内部補強フレームを設ける構成とする場合の例を用いて説明する。なお、以下の説明において、前記第一および第二の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図５に示すように、既設の建物１０には、これを補強するため、その四方の外周面に補強フレーム３１が配設されている。
【００２９】
補強フレーム３１は、補強柱１２と、補強梁１３と、補強ブレース１４とから構成されて、前記第二の実施の形態と同様、建物１０の外側面に沿って設けられており、中心部から側端部に向けて漸次高くなる構成とされている。
この補強フレーム３１では、補強ブレース１４が、建物１０の上層部（例えば地上３階以上の部分）に、千鳥状に配置された構成となっている。
【００３０】
この建物１０の下層部（例えば地上２階までの部分）には、内部補強フレーム３２が設けられた構成となっている。
図６（ａ）に示すように、内部補強フレーム３２は、建物１０の下層部の柱１０ａの内側面に沿って延在するよう設けられた二本一対の内柱３４と、互いに隣接する柱１０ａ，１０ａ間の既設の壁の内面に沿って設けられ、その両端が内柱３４，３４に接合された補強ブレース（図示なし）、または増し打ちされた既設の壁（図示なし）と、から構成されている。
【００３１】
この内部補強フレーム３２の内柱３４，３４は、建物１０の内部に配置された梁１０ｃと干渉しないよう、その両側に配置されている。そして、これら内柱３４，３４は、建物１０の柱１０ａの外側面に沿って延在し、前記補強フレーム３１を構成する補強柱１２と、これら補強柱１２，内柱３４，および柱１０ａを一体に囲むよう打設された鉄筋コンクリート造のコンクリート部３５とによって、既設の柱１０ａに一体化されている。
【００３２】
このようにして、建物１０の下層部においては、外周面に、補強フレーム３１の補強ブレース１４が露出せず、さらに補強柱１２についてもコンクリート部３５によって柱１０ａに一体化された構成となっている。
【００３３】
さらに、図６（ｂ）に示すように、この建物１０の地下部１０Ｇにおいては、内柱３４，３４が、図５に示した下層部から連続して配設され、地下壁３６にアンカー打ちされたせん断補強筋３７と、コンクリート部３８とによって既設の柱１０ａ（あるいは杭）に一体化されている。
【００３４】
上述した建物１０の補強構造では、その上層部にのみ補強ブレース１４が千鳥状に配置された補強フレーム３１と、建物１０の下層部の内部に位置する内部補強フレーム３２とが配された構成となっている。このような構成においては、地震等により水平外力が作用した場合、補強フレーム３１の上層部では上記第二の実施の形態と同様の軸力分布となる。そして、補強フレーム３１から内部補強フレーム３２に作用する軸力は、コンクリート部３５および既設の柱１０ａを介して内柱３４に伝達されるようになっている。また、この内部補強フレーム３２においては、水平力については床面を通し、前記補強ブレース（図示なし）または増し打ちされた壁（図示なし）に伝達されるようになっている。これにより、建物１０の補強を図り、耐震性の向上を図ることができる。
このようにして、建物１０の耐震性の向上を図りながらも、出入り口等のある下層部では、建物１０の側面に補強ブレース１４のない構成とすることができ、開放感のある空間を創り出すことができる。
【００３５】
さらに、この建物１０の地下部１０Ｇにおいては、下層部から連続する内部補強フレーム３２のみが設けられた構成となっている。ところで、例えば上記第一および第二の実施の形態で示した補強フレーム１１，２１においては、当然のことながら地下部にも連続して設けられているが、この場合には建物１０の周囲の土地の広さや、埋設されている設備配線，配管等と干渉してしまう場合もある。これに対して、本実施の形態では、前述したように内部補強フレーム３２が建物１０の内部に設けられているので、このような問題を回避することができる。
【００３６】
なお、上記第三の実施の形態において、補強フレーム３１の補強柱１２をコンクリート部３５によって既設の柱１０ａに一体化する構成としたが、これに限定するものではない。
例えば、図７（ａ）に示すように、内柱３４，３４のみをコンクリート部３５’によって既設の柱１０ａに一体化し、補強フレーム３１の柱１２を露出させる構成としても良い。
ここで、図６（ａ）または図７（ａ）に示したコンクリート部３５、３５’においては、必要に応じせん断補強を図るが、これにはその外周面に鉄板を巻き付けたり、炭素繊維あるいは炭素繊維からなるシートを巻き付けたり、フープ状の鉄筋を埋設したり、あるいはフープ筋が組み込まれたプレキャストコンクリート板を配設したりする。
【００３７】
また、内部補強フレーム３２については、その構成を何ら限定するものではなく、ブレース１４を用いることなく建物１０の下層部を補強することができるのであれば、例えば図７（ｂ）に示すように、既設の柱１０ａを鋼棒３９ａとコンクリート３９ｂとで増し打ちする構成とする等、他の補強構造を用いても良い。
【００３８】
加えて、補強フレーム３１を中心部から側端部に向けて漸次高くなる構成としたが、補強ブレース１４を千鳥状に配置するのであれば、前記第一の実施の形態の補強フレーム１１（図１参照）と同様、建物１０の上層部の側面全面を配設する構成としても良い。
【００３９】
また、上記第二および第三の実施の形態において、補強ブレース１４を例えばＸ型ブレースで構成したが、ブレース形式については限定するものではなく、Ｋ型ブレース等、他の形式を採用しても良い。
【００４０】
［第四の実施の形態］
次に本発明に係る建物の補強構造の第二の実施の形態について説明する。ここでは、建物に配設する補強フレームを鉄筋コンクリート造で構成する場合の例を用いて説明する。なお、以下の説明において、前記第一ないし第三の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
図８に示すように、既設の建物１０には、これを補強するため、その四方の外周面に鉄筋コンクリート造の補強フレーム４１が配設されている。
【００４２】
補強フレーム４１は、建物１０の中心部から側端部に向けて漸次高くなる構成とされ、側端部においてはその最上階にまで設けられ、中心部においては例えば４階部分にまで設けられている。
そして、この補強フレーム４１は、鉄筋コンクリート製の耐震壁パネル（補強壁部）４２，４２，…から構成されている。各耐震壁パネル４２には、例えばその中央部に開口部４２ａが形成されている。
これら耐震壁パネル４２は、２枚一組とされ、これらが建物１０の側面に千鳥状に配置されている。すなわち、建物１０の側端部の最上部に一つの２枚一組の耐震壁パネル４２，４２が設けられ、他の耐震壁パネル４２，４２はこれを基準として斜め方向において互いに隣接するよう設けられている。なお、本実施の形態では、これら耐震壁パネル４２，４２は左右対称に配置され、建物１０の中心部においては耐震壁パネル４２，４２どうしが左右に隣接配置されている。
【００４３】
上述した建物１０の補強構造では、その外側面に補強フレーム４１が設けられ、この補強フレーム４１には、耐震壁パネル４２，４２が千鳥状に配置された構成となっている。これにより、前記第二の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００４４】
なお、上記第四の実施の形態において、補強フレーム４１を建物１０の下層部にまで設ける構成としたが、図９に示すように、前記第三の実施の形態と同様、建物１０の上層部にのみ耐震壁パネル４２，４２からなる補強フレーム５１を設け、下層部においては建物１０の内部に内部補強フレーム５２を設ける構成としても良い。これにより前記第三の実施の形態における建物１０の補強構造と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
また、補強フレーム４１については、現場打設、あるいはプレキャストのいずれの工法を適用しても良い。
【００４６】
なお、上記第一ないし第四の実施の形態において、補強フレーム１１，２１，３１，４１，５１を建物１０の全周に設ける構成としたが、例えば補強すべき建物が平面視長方形の場合等、水平外力による影響に方向性があるときには、例えば建物の短手方向に沿って位置する二面にのみ設ける構成としても良い。
また、例えば、出入り口のある側面と内側面、あるいは平面視長方形の建物で長手方向に延在する側面と短手方向に延在する側面等、一つの建物において側
面毎に、上記第一ないし第四の実施の形態で示した補強フレーム１１，２１，３１，４１，５１を組み合わせて設けるようにしてもよい。
加えて、適用すべき建物の形状については何ら限定するものではないのは言うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る建物の補強構造によれば、建物の外側面に鉄骨造の補強フレームを配設し、該補強フレームを、上下方向に延在する補強柱と、水平方向に延在する補強梁と、これら補強柱と補強梁との間に架設した補強ブレースとから構成し、この補強ブレースを互いに斜め方向において隣接する千鳥状に配置する構成とした。
これにより、地震等による大きな水平外力が作用したときに、建物の側端部に位置する柱に作用する軸力を、従来の建物の補強構造に比較して大きく低減させることができる。さらに、従来に比較して、建物の側端部と中心部とでの軸力負担の差を小さくすることができ、特に中心部における強度的な無駄を小さくすることができる。このようにして、鉄骨造や鉄筋コンクリート造からなる補強フレームで効率よく水平外力を負担し、建物の耐震性を向上させることができる。
しかも、補強フレームを建物の外側面に設ける構成としたので、その施工を、建物内を使用しつつ行うことが可能である。
【００４８】
請求項２に係る建物の補強構造によれば、補強フレームを、建物の中心部から側端部に向けて左右対称に漸次高くなる構成とした。このようにして、大きな軸力のかかる側端部では補強フレームを高くし、作用する軸力が小さい中心部では補強フレームを低くすることにより、補強フレームを軸力の分布にマッチしたものとすることができ、補強フレームでより一層効率よく水平外力を負担して、建物の耐震性を向上させることができる。
【００４９】
請求項３に係る建物の補強構造によれば、補強フレームの補強ブレースを建物の上層部にのみ設け、建物の下層部には、建物の内部に位置する内部補強フレームを設け、補強フレームを構成する補強柱はコンクリートにより建物の柱に一体化される構成となっている。これにより、建物全体の補強を図りながらも、出入り口等のある下層部では、建物の側面に補強ブレースが露出しない構成とすることができ、開放感のある空間を創り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建物の補強構造の第一の実施の形態を示す図であって、前記補強構造を適用して補強した建物の一例を示す立面図である。
【図２】図１に示した建物における軸力分布を示すモデル図である。
【図３】本発明に係る建物の補強構造の第一の実施の形態を示す図であって、前記補強構造を適用して補強した建物の他の一例を示す立面図である。
【図４】本発明に係る建物の補強構造の第二の実施の形態を示す図であって、前記補強構造を適用して補強した建物の一例を示す立面図である。
【図５】同、前記補強構造を適用して補強した建物の一例を示す立面図である。
【図６】図５に示した建物の一部を示す平断面図である。
【図７】本発明に係る建物の補強構造の第三の実施の形態を示す図であって、前記補強構造を適用して補強した建物の他の一例を示す立面図である。
【図８】本発明に係る建物の補強構造の第四の実施の形態を示す図であって、前記補強構造を適用して補強した建物の一例を示す立面図である。
【図９】同、前記補強構造を適用して補強した建物の他の一例を示す立面図である。
【図１０】従来の建物の補強構造の一例を示す立断面図である。
【図１１】従来の建物の補強構造の他の一例を示す立断面図である。
【図１２】図１１に示した建物における軸力分布を示すモデル図である。
【符号の説明】
１０  建物
１１，２１，３１，４１，５１  補強フレーム
１２  補強柱
１３  補強梁
１４  補強ブレース
４２  耐震壁パネル
５２  内部補強フレーム
【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】
0003608131.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003608131.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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