(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールジョイントにトラス材を１本ボルトで接合して形成した金属製システムトラスによる立体ラチス構造体を補強部材として建物に係合させ、前記ボルトはしぼり部を形成してエネルギー吸収ボルトとしたことを特徴とする建物の補強構造。
【請求項２】
上弦材、下弦材、斜材等のトラス材はストラット端にエンドプラグを設け、このトラス材とボールジョイントとはハブであるボールジョイントにエンドプラグをベアリングボルトで締結し、前記ベアリングボルトの外周にはカラーを配設し、カラーとベアリングボルトとはしぼり部外でピンで係止する請求項１記載の建物の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の耐震補強を例にとると、例えば、特開平９−７８８７９号公報では、図１１、図１２に示すように集合住宅等の建物１において耐震性能が不足する構面（２，３）を選定し、当該構面２ａ，２ｂの外郭を規定し一般に門形となる骨組２′を集合住宅１の外部から柱状部材４と梁状部材４ａとからなるラーメン構造３で取り囲むことにより、当該構面２ａ，２ｂを剛構面として建物１に対し全体的に耐震補強を付与することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記耐震補強手段においてはラーメン構造３によるの外部架構が既存建築物に合わせて巨大になるため、外部架構の剛性が低くなる傾向が強く、既存建築物がＲＣ造、ＳＲＣ造といった剛性の高い構造である場合には十分補強効果を発揮できないおそれがあった。
【０００４】
そこで、米国特許第４，４３８，６１５号明細書に示されたボールジョイント接合部を有する金属製システムトラスを補強構造として用いることが提案される。
【０００５】
トラスとは軸力で抵抗する構造骨組みをいい、一般に静定構造で、強度抵抗型、変形が小さいものである。また、システムトラスとは工業化された接合部を持つ工場プレファブの立体トラスをいう。金属製システムトラス５は一例としてアルミニウム合金製のシステムトラスで、図４に示すように上弦材８と下弦材９とそれらを結合する斜材（腹材）１０をボールジョイント７で接合し複層格子、三角形などに組まれた立体トラスであり、システムトラスの接合部としてのボールジョイント７もアルミニウム合金製である。
【０００６】
前記ボールジョイント７と上弦材８、下弦材９、斜材１０等のトラス材は１本のベアリングボルト１３で接合し、これにより剛性は高いが変形能力が少ないというトラス構造の特質を接合部でエネルギー吸収能力を発揮させ、変形能力を向上させる構造体に変化させることができる。
【０００７】
このエネルギー吸収能力としてのボールジョイントを用いたシステムトラスの塑性変形能力を高めるために、接合部に高いエネルギー吸収能力を持ったボルトを使用することが望ましい。通常、システムトラスに引張力が作用した場合、その接合部はボルトの引張接合となり、ボルトのネジ部が脆性的に破断する。その結果、システムトラス全体として見た場合には塑性変形に限界を生じる。
【０００８】
また、破断箇所がボルトネジ部であることから、この部分がどの程度伸びるかを算定することは不可能であった。
【０００９】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、既存建物の場合は使用体制に影響を及ぼすことなく補強工事を実施でき、補強工事部分では高いエネルギー吸収能力があるので完成後には当該既存建物の耐震性等を飛躍的に向上させることが可能であり、補強工事部分は十分な塑性変形能力を有するものであり、また、この変形を定量的に把握できる建物の補強構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、ボールジョイントにトラス材を１本ボルトで接合して形成した金属製システムトラスによる立体ラチス構造体を補強部材として建物に係合させ、前記ボルトはしぼり部を形成してエネルギー吸収ボルトとしたことを要旨とするものである。
【００１１】
第２に、上弦材、下弦材、斜材等のトラス材はストラット端にエンドプラグを設け、このトラス材とボールジョイントとはハブであるボールジョイントにエンドプラグをベアリングボルトで締結し、前記ベアリングボルトの外周にはカラーを配設し、カラーとベアリングボルトとはしぼり部外でピンで係止することを要旨とするものである。
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、金属製システムトラスを用いた立体ラチス構造体全体が制振ダンパー（巨大な壁式ダンパー）として作用して既存ＲＣなどの建築物の柱または梁が破壊に至る前に、順次、トラス節点を引張り降伏、またはトラス部材を弾性座屈させることにより節点間変位を許容させ、全体として大きな地震エネルギーを吸収することができる。
【００１３】
さらに、復元力特性については、既存ＲＣなどの建築物の地震時応答変位を押えることにより振動性状を変化させ地震力を低減させることができる。
【００１４】
また、従来の構面内に取りつける鉄骨ブレース、増打ちコンクリート耐震壁などに較べ、施工が早く、施工中の既存建物の供用も可能である。
【００１５】
特にボールジョイント接合部では、ボルトに絞りを設けたものであり、図７に示すように、ボルトの絞り部が延性的に伸び、十分な塑性変形能力を有するようになる。また、この場合には式（１）によりボルトの伸び量を定量的に把握できる。
【００１６】
このようなボルトに絞りを設けた場合の復元力特性の図８に示すように、スリップ型の復元力特性となり、高いエネルギー吸収能力が発揮できる。
【００１７】
また、ボルトに絞りを設けた接合部を用いた複層立体ラチス構造体の面内せん断力に対する変形性能は、図１０に示すように、トラス部材が降伏する以前にボルト絞り部が降伏し、変形能力を増大させることができる。
【００１８】
この図１０において、トラス壁の変形能力を増大させるための条件は下記と通りである。
Ｔ  ＱＹ  ＞  Ｂ  Ｑｕ  
ただし、制振ダンパー接合部（しぼりボルト）を設けた場合に限る。
【００１９】
＜ボルトの伸び量＞
図７に示すボルトの伸び量ΔＬは以下の式より求まる。ただし、式（２）の条件を満たす場合に限る。
ΔＬ＝Ｌ×Ｅ                                …（１）
ここで、  ΔＬ：  ボルトの伸び量
Ｌ：  ボルト絞り部の長さ
Ｅ：  ボルトの伸び（％）
＜図７の絞り部が延性的に伸びるための条件＞
ＡＲ    ＞  ＡＴ                              …（２）
ここで、    ＡＲ  ：  ボルトのネジ部の谷の断面積
ＡＴ  ：  ボルトの絞り部の断面積
【００２０】
請求項２記載の本発明によれば、前記作用に加えて、上弦材、下弦材、斜材等のトラス材はストラット（金属管体）であり弾性体として座屈惹起に寄与できるとともに端にエンドプラグを設けることでボールジョイントとベアリングボルトで簡単に締結することができる。また、前記ベアリングボルトの外周にはカラーを配設し、カラーとベアリングボルトとはピンで係止することで、カラーをベアリングボルト回動用の治具としてこれを手等で回動させればベアリングボルトでの締結を簡単かつ迅速に行うことができる。しかも、カラーとベアリングボルトとのピンでの係止箇所はしぼり部外であるので、ボルトの絞り部が延性的に伸びた分だけ塑性変形能力を発揮するのにこのピンでの係止箇所が支障となることはない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について詳細に説明する。図１〜図３は、本発明の建物の補強構造の第１〜第３実施形態を示す縦断側面図で、図中１は建物である。この建物１としては補強を必要とするものであれば、ＲＣ造若しくはＳＲＣ造、Ｓ造、木造を問わない。また、構造形式もラーメン、軸組ブレース、等々全てが対象となる。さらに、補強としては制震、耐震補強に限らず、単純に耐力壁として用いて強度を上げる目的の場合もある。
【００２２】
本発明は、金属製システムトラス５を用いた複層立体ラチス構造体６を補強部材として建物１に係合させる。
【００２３】
図１の第１の実施形態は複層立体ラチス構造体６を建物１の梁方向に下屋式ラーメンとして張出し、桁行方向の一部または全部を覆うこととした例であり、図２の第２実施形態は、さらに水平ブレース２６で建物１との間につなぎを設けたものなどである。図３の第３実施形態は直接建物１の外壁面に沿わせたものである。
【００２４】
金属製システムトラス５については、先に図４について説明した通りであるが、ボールジョイント７と上弦材８、下弦材９、斜材１０等のトラス材は１本ボルトで接合し、その詳細を図３、図４に示す。ハブであるボールジョイント７は、上弦材８、下弦材９、斜材１０等のトラス材であるストラット１１が摩擦圧接接合または溶接接合するエンドプラグ１２とベアリングボルト１３で締結するが、このベアリングボルト１３の外周にはカラー１４を配設した。前記カラー１４はベアリングボルト１３とはピン１５で係止する。
【００２５】
前記のごとく、金属製システムトラス５を用いた複層立体ラチス構造体６は建物１に対して梁間方向に下屋式ラーメンとして張出し、桁行方向の一部または全部を覆うことで、偏芯耐力壁として建物１の耐震性能の不足分を補うが、設置長さは複層立体ラチス構造体６で補強後の目標耐震性能により決定される。
【００２６】
建物１の躯体およびＧＬ（グランドレベル）との接合はピン接合とし、アンカーハブ１６を使用する。ＧＬ（グランドレベル）との接合は種々考えられるが、第１実施形態では地中梁又は布基礎での基礎１７を新設した。このように補強のために既存の建物１の基礎とは別の基礎を設けることで、補強工事を独立して行うことが可能である。基礎１７と複層立体ラチス構造体６との接合についても色々の手段が取り得るが、一例として、地中梁又は布基礎での基礎１７から立ち上げるコンクリート束柱１８に、前記アンカーハブ１６を固定することにより行った。
【００２７】
建物１の躯体との接合についても種々考えられるが、第１実施形態では建物１の屋上のパラペット部分の屋上内側にケミカルアンカー２１で建物１に固定した鋼製のアンカープレート２２を設置し、このアンカープレート２２とアンカーハブ１６をボルト２３で締結した。なお、図２、図３の第２、第３実施形態では梁にボルト２３により直接アンカーするが、このような方法も採用可能である。複層立体ラチス構造体６と建物１との接合は最上階に限定されず任意階でよい。
【００２８】
図１、図２の第１、第２実施形態では下屋式ラーメンとして張出す複層立体ラチス構造体６の外側面に強化ガラス２４を設置するものとした。この強化ガラス２４は壁面と屋根面を構成し、複層立体ラチス構造体６内を半開放型の歩廊やアトリウムとする。前記強化ガラス２４は通常のフロートガラス、合わせガラス、アクリル樹脂板等の透明板に代用できる。
【００２９】
強化ガラス２４はアルミ押出形材による枠材２５をボルトでアンカーハブ１６やボールジョイント７に固定して並列するアンカーハブ１６に該枠材２５を掛け渡し、前記強化ガラス２４の端を枠材２５に挿入固定した。
【００３０】
前記ボールジョイント７とトラス材を接合して金属製システムトラスとするベアリングボルト１３は、図９にも示すように、しぼり部１９を形成してエネルギー吸収ボルトとした。ベアリングボルト１３にはその外側に配置するカラーとピンで係止するピン挿入孔２０を先端ネジ部１３ａの近くに形成するが、前記しぼり部１９はこのピン挿入孔２０を外して形成する。
【００３１】
建物１が地震を受けた場合、複層立体ラチス構造体６は建物に入る水平力を負担して、建物全体のせん断（水平）剛性と強度を上げることができる。
【００３２】
前記本発明による複層立体ラチス構造体６は、ボールジョイント７を用いたシステムトラスであり、通常トラス構造が剛性は高いが変形能力が少ないものであるが、絞り部を設けたボルトによる接合を採用することで接合部にエネルギー吸収能力を発揮させ、変形能力を向上させることができる。
【００３３】
ボールジョイントタイプのシステムトラス部材に引張力が作用した場合、その接合部はベアリングボルト１３の引張接合となる。このベアリングボルト１３に前記しぼり部１９がない場合には、引張部材の降伏ではボルトのネジ部１３ａが脆性的に破壊する。
【００３４】
本発明では、ベアリングボルト１３に絞りを設けたものであり、前記のごとくボルトの絞り部が延性的に伸び、十分な塑性変形能力を有するようになる。また、この場合にはボルトの伸び量を定量的に把握できる。
【００３５】
このような引張部材の降伏やストラット１１での圧縮部材の降伏で複層立体ラチス構造体６によるトラス耐力壁全体が制振ダンパー（巨大な壁式ダンパー）となり、建築１の柱または梁が破壊に至る前に、順次、トラス節点間変移を許容させ、全体として変位エネルギーを吸収する。
【００３６】
以上述べた実施形態では、金属製システムトラスとして、アルミニウム合金製のシステムトラスの例について説明したが、鋼製のシステムトラスでもよく、また、ボールジョイント部も鋼製ボールジョイントを使用するものでもよい。さらに、複層立体ラチス構造体６のみならず、単層立体ラチス構造体を補強部材として建物１に設けるものでもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の建築の補強構造は、既存建物の場合は使用体制に影響を及ぼすことなく補強工事を実施でき、補強工事部分では高いエネルギー吸収能力があるので完成後には当該既存建物の耐震性等を飛躍的に向上させることが可能であり、補強工事部分は十分な塑性変形能力を有するものであり、また、この変形を定量的に把握できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建物の補強構造の第１実施形態を示す縦断側面図である。
【図２】本発明の建物の補強構造の第２実施形態を示す縦断側面図である。
【図３】本発明の建物の補強構造の第３実施形態を示す縦断側面図である。
【図４】アルミトラスの説明図である。
【図５】ボールジョイントとの接合を示す縦断正面図である。
【図６】ボールジョイントとの接合を示す縦断側面図である。
【図７】ボルトに絞り部を設けた接合部の説明図である。
【図８】ボルトに絞り部を設けた接合部の復元力特性を示すグラフである。
【図９】絞り部を設けたボルトの正面図である。
【図１０】トラス壁の面内せん断力に対する変形性能を示すグラフである。
【図１１】従来例を示す平面図である。
【図１２】従来例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１…建物                        ２ａ，２ｂ…構面
２′…骨組                      ３…ラーメン構造
４ａ…柱状部材                  ４ｂ…梁状部材
５…金属製システムトラス        ６…複層立体ラチス構造体
７…ボールジョイント
８…上弦材                      ９…下弦材
１０…斜材                      １１…ストラット
１２…エンドプラグ              １３…ベアリングボルト
１３ａ…ネジ部
１４…カラー                    １５…ピン
１６…アンカーハブ
１７…基礎                      １８…コンクリート束柱
１９…しぼり部                  ２０…ピン挿入孔
２１…ケミカルアンカー          ２２…アンカープレート
２３…ボルト
２４…強化ガラス                ２５…枠材
２６…水平ブレース
【図１】
0003923834.tif 000002
【図２】
0003923834.tif 000003
【図３】
0003923834.tif 000004
【図４】
0003923834.tif 000005
【図５】
0003923834.tif 000006
【図６】
0003923834.tif 000007
【図７】
0003923834.tif 000008
【図８】
0003923834.tif 000009
【図９】
0003923834.tif 000010
【図１０】
0003923834.tif 000011
【図１１】
0003923834.tif 000012
【図１２】
0003923834.tif 000013