(57)【要約】【課題】層崩壊を適切に防止することができる建物の倒壊防止構造を提供する。【解決手段】ブロック状の補強部材１１が上下に積層されるとともに最下段の補強部材１１が床スラブ４に固定された下側積層部１２と、ブロック状の補強部材が上階の梁３に接続された上側接続部１３と、下側積層部１２と上側接続部１３との間に連結されて補強部材１１と略同一の外形寸法を有する中間連結部１４と、を備え、中間連結部１４は、上側接続部１３の補強部材１１に連結される上側連結部材２１と、下側積層部１２の最上段の補強部材１１に連結される下側連結部材２２と、上側連結部材２１と下側連結部材２２とに亘って設けられる弾性部材２３と、を有して構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定階の上下に位置する水平部材の間に設けられて当該階の層崩壊を防止するための建物の倒壊防止構造であって、
ブロック状の補強部材が上下に積層されるとともに最下段の補強部材が下側の前記水平部材に固定された下側積層部と、
ブロック状の補強部材が一段又は複数段で設けられて上側の前記水平部材に接続された上側接続部と、
前記下側積層部と前記上側接続部との間に連結されて前記補強部材と略同一の外形寸法を有する中間連結部と、を備え、
前記中間連結部は、前記上側接続部の補強部材に連結される上側連結部材と、前記下側積層部の最上段の補強部材に連結される下側連結部材と、前記上側連結部材と前記下側連結部材とに亘って設けられる弾性部材と、を有して構成され、
前記上側連結部材と前記下側連結部材とは、常時において互いに離隔して設けられ、
前記弾性部材は、上下方向の軸力に対抗する軸剛性と、左右方向のせん断力に対抗する曲げせん断剛性と、を有し、
所定階の層間変位に伴い、前記弾性部材の軸剛性及び曲げせん断剛性に応じた力が伝達されるとともに、前記上側の水平部材が下降した際には、前記上側連結部材と前記下側連結部材とが接触し、上階からの鉛直荷重が前記上側接続部、前記上側連結部材、前記下側連結部材及び前記下側積層部を介して下階に伝達されることを特徴とする建物の倒壊防止構造。
【請求項２】
前記弾性部材は、全体筒状かつ蛇腹状に形成された金属製の筒状部と、前記筒状部の上端部に連結されて前記上側連結部材に固定される上フランジ部と、前記筒状部の下端部に連結されて前記下側連結部材に固定される下フランジ部と、を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の建物の倒壊防止構造。
【請求項３】
前記上側連結部材と前記下側連結部材との離隔部分の隙間には、粘弾性体からなる減衰部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の建物の倒壊防止構造。
【請求項４】
前記上側の水平部材と前記上側接続部とは、常時において互いに上下方向に離隔して設けられ、
前記上側の水平部材が下降した際には、前記上側の水平部材と前記上側接続部とが接触し、上階からの鉛直荷重が前記上側接続部に伝達されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の建物の倒壊防止構造。
【請求項５】
前記下側積層部と前記上側接続部とを接続して過大な水平変形を規制する規制部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の建物の倒壊防止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の倒壊防止構造に係り、特に、建物が想定を超える大地震等を受けた際の層崩壊を防止するための建物の倒壊防止構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の倒壊防止構造として、複数の箱状体（補強部材）を積層した積層体を梁下に吊り下げるとともに、積層体の最下部と基礎との間に摺動部を設けることで、ピロティ階の柱が破壊した場合でも上階の荷重を積層体で支持可能とした倒壊防止構造が本件出願人により提案されている（例えば、特許文献１参照）。この倒壊防止構造では、上階の梁下から吊り下げた積層体の最下部と基礎との間に設けられた摺動部によって、地震時等に生じる上階と基礎との水平方向の相対変位（層間変位）を吸収するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２２１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、建物に作用する地震等の水平力が過大になると、柱に曲げ・せん断変形および軸変形が生じてせん断破壊や圧壊等に至る可能性があり、非常に大きな水平方向及び上下方向の層間変位が生じることになる。そのような大きな層間変位に対して、特許文献１に記載された従来の倒壊防止構造では、積層体を梁下に吊り下げているために、積層体が基礎に対して着地する位置や姿勢が予想しにくく、想定外の位置や姿勢で積層体が着地してしまうと所定の支持力が得られない可能性があることから、柱が破壊した際の層崩壊を適切に防止するための改良が望まれていた。
【０００５】
本発明は、層崩壊を適切に防止することができる建物の倒壊防止構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の建物の倒壊防止構造は、所定階の上下に位置する水平部材の間に設けられて当該階の層崩壊を防止するための建物の倒壊防止構造であって、ブロック状の補強部材が上下に積層されるとともに最下段の補強部材が下側の前記水平部材に固定された下側積層部と、ブロック状の補強部材が一段又は複数段で設けられて上側の前記水平部材に接続された上側接続部と、前記下側積層部と前記上側接続部との間に連結されて前記補強部材と略同一の外形寸法を有する中間連結部と、を備え、前記中間連結部は、前記上側接続部の補強部材に連結される上側連結部材と、前記下側積層部の最上段の補強部材に連結される下側連結部材と、前記上側連結部材と前記下側連結部材とに亘って設けられる弾性部材と、を有して構成され、前記上側連結部材と前記下側連結部材とは、常時において互いに離隔して設けられ、前記弾性部材は、上下方向の軸力に対抗する軸剛性と、左右方向のせん断力に対抗する曲げせん断剛性と、を有し、所定階の層間変位に伴い、前記弾性部材の軸剛性及び曲げせん断剛性に応じた力が伝達されるとともに、前記上側の水平部材が下降した際には、前記上側連結部材と前記下側連結部材とが接触し、上階からの鉛直荷重が前記上側接続部、前記上側連結部材、前記下側連結部材及び前記下側積層部を介して下階に伝達されることを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、下側積層部と上側接続部との間に連結された中間連結部が上側連結部材と下側連結部材と弾性部材とを有し、上側連結部材と下側連結部材とは、常時において互いに離隔して設けられ、弾性部材は、上下方向の軸力に対抗する軸剛性と、左右方向のせん断力に対抗する曲げせん断剛性と、を有している。そして、所定階の層間変位に伴って弾性部材の軸剛性及び曲げせん断剛性に応じた力が伝達されるので、上側接続部と下側積層部とが大きくずれるような変形が抑制されるとともに、鉛直部材の破壊によって上側の水平部材が下降した際には、上側連結部材と下側連結部材とが接触し、上階からの鉛直荷重が下階に伝達されるので、層崩壊を適切に防止することができる。
【０００８】
ここで、本発明の倒壊防止構造を適用する建物としては、その用途（住宅、店舗、商業ビル、工場、倉庫など）や、規模（建築面積、容積、階数など）、構造種別（木造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造など）、構造形式（軸組構造、ラーメン構造、壁式構造など）は、いずれも限定されず、各種の建物に対して本発明の補強構造を適用することができる。また、本発明において、鉛直部材とは、柱や壁等の鉛直方向に延びて設けられる部材を意味し、水平部材とは、梁や床、基礎等の水平方向に延びて設けられる部材を意味するが、ここでの鉛直方向や水平方向としては、多少の傾きを有した方向をも含むものである。
【０００９】
この際、前記弾性部材は、全体筒状かつ蛇腹状に形成された金属製の筒状部と、前記筒状部の上端部に連結されて前記上側連結部材に固定される上フランジ部と、前記筒状部の下端部に連結されて前記下側連結部材に固定される下フランジ部と、を有して構成されていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、全体筒状かつ蛇腹状に形成された金属製の筒状部を有して弾性部材が構成されることで、弾性部材の軸剛性及び曲げせん断剛性を適宜に設定するとともに、変形追従性を確保することができ、上側接続部と下側積層部との相対変形を抑制しつつ、上側接続部や下側積層部に対する水平力を抑制することができる。
【００１１】
さらに、前記上側連結部材と前記下側連結部材との離隔部分の隙間には、粘弾性体からなる減衰部材が設けられていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、中間連結部における上側連結部材と下側連結部材との間に粘弾性体からなる減衰部材が設けられていることで、中小規模の地震に対しては減衰部材の減衰力によるエネルギー吸収が期待でき、地震による揺れを抑制することができる。
【００１３】
また、前記上側の水平部材と前記上側接続部とは、常時において互いに上下方向に離隔して設けられ、前記上側の水平部材が下降した際には、前記上側の水平部材と前記上側接続部とが接触し、上階からの鉛直荷重が前記上側接続部に伝達されることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、上側の水平部材と上側接続部とが常時において互いに上下方向に離隔して設けられていることで、常時の鉛直荷重が上側接続部に作用することがなく、弾性部材に対しても上階からの軸力が作用しないようにでき、弾性部材のクリープ変形を抑制することができる。
【００１５】
また、前記下側積層部と前記上側接続部とを接続して過大な水平変形を規制する規制部材を備えることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、弾性部材に加えて規制部材を備え、この規制部材によって下側積層部と上側接続部との過大な水平変形を規制することで、大地震時においても上側接続部、中間連結部及び下側積層部の上下方向の連続性を適切に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る建物の倒壊防止構造を示す側面図である。
【図２】前記倒壊防止構造を拡大して示す側面図である。
【図３】前記倒壊防止構造を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の変形例に係る倒壊防止構造を拡大して示す側面図である。
【図５】前記倒壊防止構造を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第一実施形態に係る建物の倒壊防止構造を、図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態の倒壊防止構造１０を適用した建物１は、例えば、鉄骨造の既存建物であって、鉛直部材としての柱２と、上側の水平部材としての上階の梁３と、下側の水平部材としての下階の床スラブ４と、を備えた純ラーメン構造の建物である。
【００１９】
倒壊防止構造１０は、上下に積層された複数の補強部材１１からなり床スラブ４に固定された下側積層部１２と、補強部材１１が一段で設けられて梁３に接続された上側接続部１３と、下側積層部１２と上側接続部１３との間に連結されて補強部材１１と略同一の外形寸法を有する中間連結部１４と、を備えている。補強部材１１は、幅、高さ及び奥行きの各寸法が略同一の立方体状（ブロック状）であり、上面部１１Ａ、下面部１１Ｂ、および左右の側面部１１Ｃを有し、正面側および背面側が開口して形成されている。
【００２０】
下側積層部１２は、例えば、補強部材１１が横方向に三列並設されるとともに高さ方向に四段積層されて構成され、上下左右に隣り合う補強部材１１同士が締結部材（ボルトおよびナット）で連結されている。下側積層部１２における最下段の３つの補強部材１１は、固定部材１５にボルト固定され、この固定部材１５が床スラブ４に埋設されたアンカーボルトに連結されるとともに、固定部材１５と床スラブ４との間に無収縮モルタルが充填されている。従って、下側積層部１２は、床スラブ４に対して移動不能に固定されている。
【００２１】
上側接続部１３は、補強部材１１が横方向に三列並設され、左右に隣り合う補強部材１１同士が締結部材（ボルトおよびナット）で連結されている。上側接続部１３の３つの補強部材１１は、接続部材１６にボルト固定され、この接続部材１６が梁３に連結されている。接続部材１６は、図３に示すように、補強部材１１に固定される底板部１６Ａと、前後の立上板部１６Ｂと、を有して上方に開口した断面コ字形に形成され、立上板部１６Ｂがボルト１６Ｃによって梁３のウェブ３Ａに係止されている。また、梁３のフランジ３Ｂと接続部材１６の底板部１６Ａとの間には隙間が設けられている。
【００２２】
中間連結部１４は、横方向に三列並設された中間連結ユニット２０を備え、各中間連結ユニット２０は、上側接続部１３の補強部材１１に連結される上側連結部材２１と、下側積層部１２の最上段の補強部材１１に連結される下側連結部材２２と、上側連結部材２１と下側連結部材２２とに亘って設けられる弾性部材２３と、上側連結部材２１と下側連結部材２２との間に設けられる減衰部材２４と、下側積層部１２と上側接続部１３とを接続して過大な水平変形を規制する規制部材２５と、を有して構成されている。
【００２３】
上側連結部材２１及び下側連結部材２２は、それぞれ補強部材１１を上下半分に切断した断面略コ字形に形成されている。上側連結部材２１は、上面部２１Ａおよび左右の側面部２１Ｂを有し、左右の側面部２１Ｂの下端縁には水平方向に延びる水平板２１Ｃが溶接固定されている。下側連結部材２２は、下面部２２Ａおよび左右の側面部２２Ｂを有し、左右の側面部２２Ｂの上端縁には水平方向に延びる水平板２２Ｃが溶接固定されている。上側連結部材２１及び下側連結部材２２の水平板２１Ｃ，２２Ｃ同士は、上下に離隔して設けられている。
【００２４】
弾性部材２３は、全体筒状かつ蛇腹状に形成された金属製の筒状部２３Ａと、筒状部２３Ａの上端部に連結されて上側連結部材２１に固定される上フランジ部２３Ｂと、筒状部２３Ａの下端部に連結されて下側連結部材２２に固定される下フランジ部２３Ｃと、を有して構成されている。この弾性部材２３は、可撓継手である金属ベローズが利用でき、筒状部２３Ａが軸方向（上下方向）に伸縮して軸力に対抗する軸剛性と、筒状部２３ＡがＳ字状に曲がって左右方向のせん断力に対抗する曲げせん断剛性と、を有している。上フランジ部２３Ｂは、上側接続部１３の補強部材１１の下面部１１Ｂ、及び上側連結部材２１の上面部２１Ａと締結部材で連結されている。下フランジ部２３Ｃは、下側積層部１２の補強部材１１の上面部１１Ａ、及び下側連結部材２２の下面部２２Ａと締結部材で連結されている。
【００２５】
減衰部材２４は、粘弾性材料からシート状または板状に成形され、上側連結部材２１の水平板２１Ｃと下側連結部材２２の水平板２２Ｃとの間に設けられている。この減衰部材２４は、自身の粘着力によって水平板２１Ｃ，２２Ｃに接着され、上側連結部材２１と下側連結部材２２との相対変位に追従して変形し、この変形速度に伴う減衰エネルギーを消費するようになっている。
【００２６】
規制部材２５は、下側固定部２５Ａと、上側固定部２５Ｂと、これらを連結するワイヤ部２５Ｃと、を有して構成されている。下側固定部２５Ａは、ワイヤ部２５Ｃを挿通させて保持する筒状に形成され、その下端部側が弾性部材２３の下フランジ部２３Ｃ、下側連結部材２２の下面部２２Ａ、及び下側積層部１２の補強部材１１の上面部１１Ａを貫通し、ボルトによって固定されている。上側固定部２５Ｂは、ワイヤ部２５Ｃを挿通させて保持する筒状に形成され、その上端部側のボルト部が弾性部材２３の上フランジ部２３Ｂ、上側連結部材２１の上面部２１Ａ、及び上側接続部１３の補強部材１１の下面部１１Ｂを貫通し、溝形鋼２５Ｄを介してナットによって固定されている。ワイヤ部２５Ｃは、伸縮性と可撓性を有し、下側積層部１２と上側接続部１３との相対変位に追従して引張り力を発生することで、下側積層部１２と上側接続部１３との過大な水平変形を規制する。
【００２７】
このような本実施形態の倒壊防止構造１０の作用について説明する。地震等の水平力が建物１に入力した場合、所定階には水平方向の層間変位が生じ、梁３と床スラブ４との間に水平方向の相対変位が生じる。入力する水平力が比較的小さい場合には、上階の梁３と一体的に移動する上側接続部１３および中間連結部１４の上側連結部材２１と、下階の床スラブ４と一体的に移動する下側積層部１２および中間連結部１４の下側連結部材２２と、に相対変位が生じる。この相対変位に追従して弾性部材２３の筒状部２３Ａが曲げせん断変形するとともに、中間連結部１４の上側連結部材２１及び下側連結部材２２の水平板２１Ｃ，２２Ｃ同士の間に相対変位が生じる。従って、水平板２１Ｃ，２２Ｃの間に設けられた減衰部材２４が変形し、この変形速度に応じた減衰エネルギーが消費される。
【００２８】
このように比較的小さい水平力に対しては、弾性部材２３の筒状部２３Ａと減衰部材２４に変形が集中し、上側接続部１３や下側積層部１２の補強部材１１にはさほど大きな力が作用せず、水平力の大部分は建物１の骨組み（柱２や梁３）によって受け止められ、建物１の健全性が維持される。
【００２９】
次に、入力する水平力が大きくなると、柱２及び梁３に生じる曲げせん断変形も大きくなり、上階の梁３と床スラブ４との間の寸法（梁下寸法）が変動し、中間連結部１４の上側連結部材２１と下側連結部材２２との間に上下方向の相対変位が生じる。このような上下方向の相対変位に対しては、弾性部材２３の筒状部２３Ａが伸縮することで追従し、その伸縮に応じた軸力が上側接続部１３と下側積層部１２との間で伝達される。また、中間連結部１４の上側連結部材２１及び下側連結部材２２における水平板２１Ｃ，２２Ｃの隙間も変動することから、減衰部材２４が厚み方向にも変形することになるが、粘弾性体の変形性能の範囲内（２００〜３００％の歪）であれば、減衰部材２４の性能は維持される。
【００３０】
さらに、入力する水平力が大きくなって柱２にせん断破壊や座屈が生じると、梁３と床スラブ４間の相対変位が極端に大きくなって梁下寸法が小さくなり、梁３のフランジ３Ｂが接続部材１６の底板部１６Ａに当接し、梁３及び接続部材１６を介して上階の鉛直荷重が倒壊防止構造１０に作用する。このように上階の荷重が作用すると、弾性部材２３の筒状部２３Ａが圧縮力を受けて縮小し、中間連結部１４の上側連結部材２１及び下側連結部材２２における水平板２１Ｃ，２２Ｃ同士の隙間がなくなり接触する。この際、減衰部材２４の粘弾性体は水平板２１Ｃ，２２Ｃの間から外部に押し出される。従って、上階からの荷重が上側接続部１３から中間連結部１４の上側連結部材２１及び下側連結部材２２を介して下側積層部１２に直接的に伝達されることになる。従って、破壊された柱２の支持力が低下して上階の荷重を支持し切れなくなったとしても、倒壊防止構造１０によって荷重を支持することができ、層崩壊が防止できるようになっている。
【００３１】
以上の本実施形態によれば、所定階の層間変位に伴って弾性部材２３の軸剛性及び曲げせん断剛性に応じた力が伝達されるので、上側接続部１３と下側積層部１２とが大きくずれるような変形が抑制されるとともに、柱２の破壊によって上階の梁３が下降した際には、上側連結部材２１及び下側連結部材２２の水平板２１Ｃ，２２Ｃ同士が接触し、上階からの鉛直荷重が下階に直接的に伝達されるので、層崩壊を適切に防止することができる。
【００３２】
また、中間連結部１４における上側連結部材２１及び下側連結部材２２の水平板２１Ｃ，２２Ｃの間に粘弾性体からなる減衰部材２４が設けられていることで、中小規模の地震に対しては減衰部材２４の減衰力によるエネルギー吸収が期待でき、地震による揺れを抑制することができる。
【００３３】
また、上階の梁３と上側接続部１３の接続部材１６とが常時において互いに上下方向に離隔して設けられていることで、常時の鉛直荷重が上側接続部１３に作用することがなく、弾性部材２３に対しても上階からの軸力が作用しないようにでき、弾性部材２３のクリープ変形を抑制することができる。このように弾性部材２３のクリープ変形を抑制することで、減衰部材２４の厚み方向の変形も抑制することができ、減衰性能を維持することができる。
【００３４】
また、規制部材２５によって下側積層部１２と上側接続部１３との過大な水平変形を規制することで、大地震時においても上側接続部１３、中間連結部１４及び下側積層部１２の上下方向の連続性を適切に維持することができる。さらに、地震後において、ワイヤ部２５Ｃの弾性によって下側積層部１２と上側接続部１３とを引き寄せることで、倒壊防止構造１０を初期の形状に復帰させることができる。
【００３５】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３６】
前記実施形態では、鉄骨造であって純ラーメン構造の既存建物に倒壊防止構造１０を適用する場合を例示したが、本発明の倒壊防止構造は、既存建物に限らず、新築の建物にも適用可能である。また、本発明の倒壊防止構造は、純ラーメン構造の建物に限らず、壁式構造やブレース構造の建物に適用することもできる。さらに、建物の構造種別としては、鉄骨造に限らず、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造、木造などにも適用することもできる。
【００３７】
図４、５は、本発明の変形例に係る倒壊防止構造を示す側面図及び断面図である。図４、５に示す変形例の倒壊防止構造１０は、鉄筋コンクリート造の建物に適用され、上側の水平部材である梁３に対し、上側接続部１３が固定部材１７を介して固定されている。固定部材１７は、鋼板からなり、梁３に埋設されたアンカーボルト１７Ａに連結されるとともに、固定部材１７と梁３の下面との間には、無収縮モルタル１８が充填されている。上側接続部１３の補強部材１１はアンカーボルト１７Ａとナットによって連結されている。このような変形例によれば、柱２の破壊によって上階の梁３が下降した際には、上階の荷重が梁３から無収縮モルタル１８及び固定部材１７を介して倒壊防止構造１０に直接的に伝達されるので、層崩壊を適切に防止することができる。
【００３８】
また、前記実施形態では、補強部材１１として、幅、高さ及び奥行きの各寸法が略同一の立方体状であり、上面部１１Ａ、下面部１１Ｂ、および左右の側面部１１Ｃを有し、正面側および背面側が開口して形成されたものを例示したが、これに限らず、任意の形態の補強部材が利用可能である。さらに、補強部材としては、前記実施形態のように鋼製のものに限らず、樹脂製やコンクリート製、セラミックス製など、その素材は特に限定されない。また、積層する補強部材１１の列数や段数は、前記実施形態に限らず、建物の階高等に応じて適宜に設定すればよい。
【００３９】
また、前記実施形態では、弾性部材として、全体筒状かつ蛇腹状に形成された金属製の筒状部を有したものを例示したが、これに限らず、軸力及び曲げせん断力を伝達可能な部材であれば任意のものが利用可能である。また、減衰部材としては、粘弾性材料からなるものに限らず、ゴムや軟質樹脂などの材料から構成されたものであってもよい。また、規制部材は、伸縮性及び可撓性を有したワイヤ部２５Ｃを有したものに限らず、ばね部材やリンク部材を適宜に組み合わせた構造を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１      建物
２      柱（鉛直部材）
３      梁（水平部材）
４      床スラブ（水平部材）
１０    倒壊防止構造
１１    補強部材
１２    下側積層部
１３    上側接続部
１４    中間連結部
２１    上側連結部材
２２    下側連結部材
２３    弾性部材
２３Ａ  筒状部
２３Ｂ  上フランジ部
２３Ｃ  下フランジ部
２４    減衰部材
２５    規制部材
【図１】
2019214847.tif 000003
【図２】
2019214847.tif 000004
【図３】
2019214847.tif 000005
【図４】
2019214847.tif 000006
【図５】
2019214847.tif 000007