(57)【要約】【課題】既存建物の補強を低減するとともに既存建物と増築部との間での変位が過大になるのを防ぎ、様々な振動でもエネルギー吸収効果を発揮し、エネルギーの吸収能力を維持する。【解決手段】エネルギー吸収層３ａと当該エネルギー吸収層３ａの上部に設置した錘体３ｂとからなるエネルギー吸収部３を頂部の位置に有した上部構造２を既存の下部構造１の上部に増築する。この結果、上部構造２の頂部の位置に設けたエネルギー吸収部３のＴＭＤの効果によって下部構造１の強度をエネルギー吸収部３で補うので上部構造２を増築した際の下部構造１の補強を低減できる。下部構造１と上部構造２との間での変位を低減するので建物全体の上下にわたる構成に対して特別な構造が必要なくなる。エネルギー吸収部３によって様々な振動でもエネルギー吸収効果を発揮でき、さらにエネルギー吸収性能が維持できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー吸収層と当該エネルギー吸収層の上部に設置した錘体とからなるエネルギー吸収部を頂部の位置に有した上部構造を既存の下部構造の上部に増築したことを特徴とする既存建物の上部増築構造。
【請求項２】
前記上部構造が複数の階層からなり、前記エネルギー吸収部は前記エネルギー吸収層を居室として前記錘体を屋上スラブとした前記上部構造の最上階をなすことを特徴とする請求項１に記載の既存建物の上部増築構造。
【請求項３】
前記上部構造が単一の階層からなり、前記エネルギー吸収部は前記エネルギー吸収層を居室として前記錘体を屋上スラブとした前記上部構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の既存建物の上部増築構造。
【請求項４】
既存の下部構造の上部に上部構造を増築する工程と、
前記上部構造の頂部の位置にエネルギー吸収層を設ける工程と、
前記エネルギー吸収層の上部に錘体を設置する工程と
を含むことを特徴とする既存建物の上部増築構造および増築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存建物の上部に新規建物を増築する際の既存建物の上部増築構造および増築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、容積率の緩和や建物への要求機能、用途の変化などにより床面積を増加させるため、既存建物の上部への新規建物の増築が求められる場合がある。このような場合、一般に、上部に増築すると下部構造（既存建物）を補強することが多い。すなわち、上部増築に伴い下部構造の補強工事量が増加し、また当該工事量の増加によるコストの増加が生じる。そこで、上部増築による下部構造への作用を最小限に抑えることができれば、下部構造の補強の低減が可能になり、もしくは当該補強が不要になる可能性もある。
【０００３】
従来、上部増築による下部構造への影響を少なくするための方法として、既存建物の屋根スラブの上部に所定間隔で増築建屋の床を設けると共に、床の下部と屋根スラブの上部との間に積層ゴムと滑り支承とからなる免震装置を設置した後、床上に建屋を建造して建屋の免震化を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他に既存構造物の屋上部に増築部を構築するに際し、増築部の少なくとも一つの層の強度を既存構造物および増築部の他の層に比して相対的に低減することにより、当該層を地震エネルギーの大半が集中するエネルギー集中層として構築し、エネルギー集中層を構成する構造部材の一部を想定規模の範囲内の地震時には弾性変形限度内での変形に留めるとともに、想定規模を超える地震時には降伏して塑性変形する塑性化部材として設定することにより、想定規模を超える地震時には塑性化部材の塑性変形によって増築後の構造物全体に入力される地震エネルギーの大半を吸収させる構法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２７１７６号公報
【特許文献２】特許第２９６１２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、免震装置から上の部分（増築建屋全体）をＴＭＤ（Tuned Mass Damper）とすることで下部構造への影響を低減させようとしているが、免震部分の水平変位が大きくなり上部と下部の構造の間においてエレベータや階段を通すことが困難になり、設備配管、内外装材などにも特別な配慮が必要になる。
【０００７】
また、従来の構法では、想定規模の範囲内の地震であっても地震の回数によっては塑性化部材が破断するなどエネルギーの吸収能力が限界状態に達するために交換が必要になることが考えられる。また、当該塑性化部材では、通常の地震では塑性化を許容していないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、既存建物の補強を低減するとともに既存建物と増築部との間での変位が過大になるのを防ぎ、また様々な振動でもエネルギー吸収効果を発揮し、またエネルギーの吸収能力を維持することができる既存建物の上部増築構造および増築方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る既存建物の上部増築構造は、エネルギー吸収層と当該エネルギー吸収層の上部に設置した錘体とからなるエネルギー吸収部を頂部の位置に有した上部構造を既存の下部構造の上部に増築したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る既存建物の上部増築構造は、上記請求項１において、前記上部構造が複数の階層からなり、前記エネルギー吸収部は前記エネルギー吸収層を居室として前記錘体を屋上スラブとした前記上部構造の最上階をなすことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る既存建物の上部増築構造は、上記請求項１において、前記上部構造が単一の階層からなり、前記エネルギー吸収部は前記エネルギー吸収層を居室として前記錘体を屋上スラブとした前記上部構造をなすことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る既存建物の上部増築方法は、既存の下部構造の上部に上部構造を増築する工程と、前記上部構造の頂部の位置にエネルギー吸収層を設ける工程と、前記エネルギー吸収層の上部に錘体を設置する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る既存建物の上部増築構造および増築方法では、既存の下部構造の上部に対して上部構造を増築する場合に、エネルギー吸収層と当該エネルギー吸収層の上部に設置した錘体とからなるエネルギー吸収部を上部構造の頂部の位置に有している。この結果、下部構造の強度をエネルギー吸収部で補うので上部構造を増築した際の下部構造の補強を低減することができ、場合によっては無補強とすることができる。また、下部構造と上部構造との間での変位を低減するので、建物全体の上下にわたるエレベータ、階段、設備配管あるいは内外装材などの構成に対して変位吸収構造などの特別な構造をなくすことができる。そして、エネルギー吸収部におけるエネルギー吸収層および錘体の設定によっては中小地震でも効果を発揮するので、様々な振動でもエネルギー吸収効果を発揮することができる。さらに、エネルギー吸収部のエネルギー吸収層によってエネルギー吸収性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る既存建物の上部増築構造および増築方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明に係る既存建物の上部増築構造の一例を示す図、図２は本発明に係る既存建物の上部増築構造の他の例を示す図、図３は本発明に係る既存建物の上部増築構造のさらに他の例を示す図、図４は本発明に係る既存建物の上部増築方法を示す工程図、図５は地震応答解析による最大層間変位の分布を示す対比図、図６は地震応答解析による最大層せん断力の分布を示す対比図である。
【００１６】
図１に示すように本実施例における既存建物の上部増築構造は、既存建物である下部構造１と、下部構造１の上部に増築した上部構造２と、上部構造２の頂部に設けたエネルギー吸収部３とを備えている。
【００１７】
下部構造１は、本実施例では８階層の建設済の既存建物であり、それぞれの階層について柱１ａおよび梁１ｂを有し、当該梁１ｂの上部にスラブ１ｃを設けてなるものである。なお、下部構造１の階層数については本発明を限定するものではない。
【００１８】
上部構造２は、下部構造１の上部、すなわち下部構造１の８階層（最上階）における上のスラブ１ｃの上部に増築してある。この上部構造２は、本実施例では３階層の増築の建屋であり、それぞれの階層について柱２ａおよび梁２ｂを有し、当該梁２ｂの上部にスラブ２ｃを設けてなるものである。なお、上部構造２の階層数については本発明を限定するものではない。すなわち、図１で示す例では、既存の８階層の下部構造１と、増築した３階層の上部構造２とで計１１階層の建屋としてある。
【００１９】
エネルギー吸収部３は、エネルギー吸収層３ａと錘体３ｂとを有してなる。エネルギー吸収層３ａは、上部構造２の頂部、すなわち上部構造２の最上階における上のスラブ２ｃの上部に設けてある。このエネルギー吸収層３ａは、地震あるいは振動によるエネルギーを吸収または減衰させるものであり、一般的な免震構造と同様に、積層ゴム、滑り支承、ベアリングなどの鉛直支持部材に、オイルダンパー、鉛ダンパー、高減衰ゴムなどの減衰部材を適宜組み合わせてなる。一方、錘体３ｂは、エネルギー吸収層３ａの上部に設置してあり、通常、金属製やコンクリート製の錘が採用される。なお、錘体３ｂをスラブとして構成すれば、通常の屋上とすることが可能である。これにより、上部構造２の頂部の位置に、エネルギー吸収部３によるＴＭＤ（Tuned Mass Damper）が構成されることになる。
【００２０】
ところで、図２に示すようにエネルギー吸収部３は、エネルギー吸収層３ａの階高を高くした居室として構成し、錘体３ｂを屋上スラブとして構成することにより、上部構造２の最上階をなすことが可能である。すなわち、図２で示す他の例では、既存の８階層の下部構造１と、増築した３階層の上部構造２とに、エネルギー吸収部３である最上階を加えた計１２階層の建屋となる。
【００２１】
また、図３に示すようにエネルギー吸収部３において、エネルギー吸収層３ａの階高を高くした居室として構成し、錘体３ｂを屋上スラブとして構成する場合に、当該エネルギー吸収部３を上部構造２として構成することも可能である。この結果、上部構造２が単一の階層からなり、エネルギー吸収部３は当該上部構造２をなす。すなわち、図３で示すさらに他の例では、既存の８階層の下部構造１と、増築した上部構造２としてのエネルギー吸収部３である単一の階層を加えた計９階層の建屋としてある。
【００２２】
以下、本発明に係る既存建物の上部増築方法について説明する。図４（ａ）は下部構造１（既存建物）を示し、図４（ｂ）は上部構造２を増築した工程を示し、図４（ｃ）はエネルギー吸収層３ａを設けた工程を示し、さらに図４（ｄ）は錘体３ｂを設置した工程を示す。
【００２３】
最初の工程では、下部構造１の上部に上部構造２を増築する（図４（ｂ）参照）。この工程では、下部構造１の最上階（８階層）の柱１ａに対して上部構造２の最下層（１階層）の柱２ａを連結し、当該柱２ａの間に梁２ｂを架設する。同様にして上部構造２の最下層の柱２ａにさらに上階層の柱２ａを連結して梁２ｂを架設する。これともに各階層のスラブ２ｃを設ける。
【００２４】
そして、次の工程では、増築した上部構造２の頂部である上部構造２の最上階における上のスラブ２ｃの上部にエネルギー吸収部３のエネルギー吸収層３ａを設ける（図４（ｃ）参照）。
【００２５】
さらに、最後の工程では、エネルギー吸収層３ａの上部にエネルギー吸収部３の錘体３ｂを設置する（図４（ｄ）参照）。
【００２６】
なお、図４では、図１に示す既存建物の上部増築構造に係る増築方法を例示しているが、図２または図３に示す既存建物の上部増築構造に係る増築方法の場合も同様である。ここで、図２で示す既存建物の上部増築構造に係る増築方法では、エネルギー吸収層３ａの階高を高くした居室として構成し、錘体３ｂを屋上スラブとして構成する。また、図３で示す既存建物の上部増築構造に係る増築方法では、エネルギー吸収層３ａの階高を高くした居室として構成し、錘体３ｂを屋上スラブとして構成して単一の階層からなる上部構造２をなす。
【００２７】
上述した既存建物の上部増築構造および増築方法に係り、地震応答解析を行った結果において以下のことがわかる。図５および図６では、下部構造１（既存建物）のみでの地震応答解析…モデルＡ（●および実線で示す）と、エネルギー吸収部３を設けず下部構造１に上部構造２を増築した場合での地震応答解析…モデルＢ（◆および一転鎖線で示す）と、エネルギー吸収部３を下部構造１と上部構造２との間に設けた場合での地震応答解析…モデルＣ（◇および荒い破線で示す）と、本実施例としてエネルギー吸収部３を上部構造２の頂部に設けた場合での地震応答解析…モデルＤ（×および細かい破線で示す）とを対比している。なお、図５および図６では、図１に示す既存建物の上部増築構造に係る地震応答解析を例示しているが、図２または図３に示す既存建物の上部増築構造に係る地震応答解析も同様である。
【００２８】
図５に示すように地震応答解析による応答層間変位に関し、モデルＣ（◇）およびモデルＤ（×）は、エネルギー吸収層３ａの変位が突出して大きい。モデルＣ（◇）においては、下部構造１（１〜８階層まで）と上部構造２（９〜１１階層まで）との間に変位が生じているため、建物全体の上下にわたるエレベータ、階段、設備配管あるいは内外装材など構成に対して変位吸収構造などの特別な構造が必要になることがわかる。これに対してモデルＤ（×）は、エネルギー吸収層３ａの変位が大きくなるが、変位を生じているのがエネルギー吸収部３を設けた最上部であるため、上下にわたる上記構成に対して特別な構造が必要なく、エネルギー吸収層３ａの変位が大きくなることを許容できることがわかる。
【００２９】
図５に示すようにエネルギー吸収層３ａの変位を除く応答層間変位、および図６に示すように全ての階層の応答層せん断力に関しては、モデルＢ（◆）が最も大きい。すなわち、エネルギー吸収部３を設けず下部構造１の上部に上部構造２を増築した場合では、上部構造２を増築したことによって下部構造１の耐震性が著しく低下していることがわかる。この場合に耐震性を確保するには、建物の全階層にわたって補強が必要になる。
【００３０】
図６に示すようにモデルＡ（●）の応答層せん断力に比較したモデルＣ（◆）およびモデルＤ（×）の応答層せん断力に関しては、下部構造１における上階層ではモデルＡ（●）の方が小さいが、下階層ではモデルＡ（●）の方が大きい。すなわち、モデルＣ（◆）およびモデルＤ（×）の態様で上部構造２を増築した場合では、地震時の応答層せん断力に対して下部構造１の上階層では補強を必要とするが、下部構造１の下階層では無補強ですむことがわかる。
【００３１】
したがって、上述した既存建物の上部増築構造および増築方法によれば、下部構造１（既存建物）の上部に増築した上部構造２の頂部に設けたエネルギー吸収部３のＴＭＤの効果によって、下部構造１の強度をエネルギー吸収部３で補うことになるので、上部構造２を増築した際の下部構造１（既存建物）の補強を低減することができる。また、場合によっては無補強も可能である。
【００３２】
そして、上部構造２の頂部の位置にエネルギー吸収部３を設けたことによって、下部構造１（既存建物）と上部構造２（増築部）との間での変位を低減することになるので、建物全体の上下にわたるエレベータ、階段、設備配管あるいは内外装材などの構成に対して変位吸収構造などの特別な構造が必要なくなる。
【００３３】
また、エネルギー吸収部３においてエネルギー吸収層３ａおよび錘体３ｂの設定によっては中小地震でも効果を発揮するので、様々な振動でもエネルギー吸収効果を発揮することができる。
【００３４】
さらに、エネルギー吸収部３のエネルギー吸収層３ａによってエネルギー吸収性能を維持することができるので、交換の必要がなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明に係る既存建物の上部増築構造および増築方法は、既存建物の上部に新規建物を増築する際に有用であり、特に、既存建物の補強を低減するとともに既存建物と増築部との間での変位が過大になるのを防ぎ、また様々な振動でもエネルギー吸収効果を発揮し、またエネルギーの吸収能力を維持することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る既存建物の上部増築構造の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る既存建物の上部増築構造の他の例を示す図である。
【図３】本発明に係る既存建物の上部増築構造のさらに他の例を示す図である。
【図４】本発明に係る既存建物の上部増築方法を示す工程図である。
【図５】地震応答解析による最大層間変位の分布を示す対比図である。
【図６】地震応答解析による最大層せん断力の分布を示す対比図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    下部構造
１ａ    柱
１ｂ    梁
１ｃ    スラブ
２    上部構造
２ａ    柱
２ｂ    梁
２ｃ    スラブ
３    エネルギー吸収部
３ａ    エネルギー吸収層
３ｂ    錘体
【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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