(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存建物の外面の柱梁接合部にピン支持部を形成し、梁方向に連続する外殻梁と、該外殻梁と前記ピン支持部で柱梁接合部を形成するように各層からそれぞれ上方と下方に延びた外殻柱とからなる外殻補強フレームを前記ピン支持部で支持し、前記上方あるいは下方に延びた外殻柱間の隙間を連結させて格子状の外殻補強構造を前記既存建物の外側面に構築したことを特徴とする既存建物の外殻補強構造。
【請求項２】
前記各層から上方と下方に延びた外殻柱間の連結部に制振ダンパーを介装させたことを特徴とする請求項１に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項３】
前記制振ダンパーは、履歴系ダンパーであることを特徴とする請求項２に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項４】
前記制振ダンパーは、粘性ダンパーであることを特徴とする請求項２に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項５】
前記履歴系ダンパーは、鋼材ダンパーあるいは摩擦ダンパーであることを特徴とする請求項３に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項６】
前記粘性ダンパーは、オイルダンパーあるいは粘弾性ダンパーを含むことを特徴とする請求項４に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項７】
前記ピン支持部は、既存建物の柱梁接合部に取り付けられた鋼板に支持されたピン部材からなり、前記鋼板は前記柱梁接合部に接合する既存梁の一部にかけてグラウト充填裏込め部で支持させるようにした請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項８】
前記ピン支持部は、前記鋼板が既存建物の一部に取り付けられた固定ボルトを用いて固定されたことを特徴とする請求項７に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項９】
前記ピン支持部は、前記鋼板の取付時の位置調整により、設置位置が揃えられ、該ピン支持部に前記外殻柱フレームが取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項１０】
前記外殻補強フレームは、鉄骨梁および鉄骨柱の一体化部材からなることを特徴とする請求項１に記載の既存建物の外殻補強構造。
【請求項１１】
前記外殻補強フレームは、プレキャストコンクリート梁およびプレキャストコンクリート柱の一体化部材からなる請求項１に記載の既存建物の外殻補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は既存建物の外殻補強構造に係り、既存建物の機能をそのまま存続させて、建物の構造体の外側面に耐震補強構造を取り付けることで、既存建物の耐震性能を高めるようにした既存建物の外殻補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存建物の耐震性能を向上させるための耐震補強工法が種々提案されている。大別すると、建物内部において、構造体である耐震壁の増設、柱、梁の補強等の内装の変更を必要とする耐震補強工法と、建物の構造体の外殻面（以下、単に外殻と呼ぶ。）に鉄骨フレームからなる補強構造体を付加する耐震補強工法とがある。前者については、建物の内部での工事を必要とするため、建物を使用しながらの工事は困難である。
【０００３】
一方、後者の外殻に補強構造体を付加する耐震補強工法では、既存建物の耐震診断の結果を検討し、既存建物の脆弱性を補う補強構造体を適宜付加することができる。また、建物の外殻に補強構造体を取り付けるため、たとえば商用ビルの場合は、業務を行ったまま、あるいはマンション等の場合は居住したままのように、既存建物の利用者にとっては外面改修工事程度の影響しか与えないですむという利点がある。出願人も数件の公知先行技術を確認している（特許文献１，特許文献２）。
【０００４】
特許文献１は、既存建物が「梁崩壊タイプ」の破壊形式を示して建物全体の耐力が不足したような場合に、既設の梁の外側面に補強鉄骨柱を取り付けた例を示している。この補強鉄骨柱の取り付けに際し、柱の一部の袖壁にシアピンを取り付け、さらに梁端にダンパーを設けて、梁端での回転を許容して材端でのエネルギー吸収を図っている。
【０００５】
特許文献２は、既存構造物の外周部の柱と梁に沿って鋼製の柱と梁からなる鉄骨フレームを外付けした耐震補強工法と、耐震構造物とを例示している。この鉄骨フレームは、アンカー金物付充填工法、アンカー金物付接着工法によって、既存構造物の柱梁架構と一体化させる点に特徴がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１００４４号公報
【特許文献２】特開２００１−４９８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示した発明は、その耐震補強対象として、梁耐力が柱耐力に比べて、きわめて小さい梁崩壊型の破壊形式を示す構造物を想定しているので、この発明では梁補強のみが考慮されている。したがって、既存建物の全体架構において、耐力不足が想定される場合には適用できない。
【０００８】
また、特許文献２に開示した発明は、柱梁とが一体化した鉄骨フレームを、既存構造物の柱梁架構と一体化させる際、鉄骨フレーム側から固定状態を保持可能な本数のアンカー金物を既存構造物躯体側に打設し、鉄骨フレーム側と躯体側との間にスタッドやスパイラル筋等のひび割れ防止策を施し、躯体表面と鉄骨フレーム側のウェブを埋めるようにモルタルを充填したり、樹脂系接着剤を注入したりして既存構造物の柱梁架構と、鉄骨フレームとの一体化が図られている。
【０００９】
また、特許文献２では、この既存構造物と鉄骨フレームとの接合部分は、付加する構造系（鉄骨フレーム）と既存構造との応力負担割合等を考慮し、構造物の柱梁側面全面の他、柱梁接合部、柱のみ、梁のみを接合することができると記載されているが、柱あるいは梁端が柱梁接合部において固定されていないと、付加した鉄骨フレームの構造系が既存構造物と一体的に機能させることはできない。すなわち、特許文献２の発明を有効に機能させるには、鉄骨フレームを既存構造物の柱梁接合部に取り付ける必要がある。その際、アンカーとモルタルあるいは接着剤によって固定することが必要になってくる。また、鉄骨フレームの柱梁接合部にも十分なせん断補強構造が求められ、付加する鉄骨フレームの軽量化の要請に反する。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、既存建物への接合個所を最小限にするとともに、既存建物への外力モーメントの影響を伝達させないようにした既存建物の外殻補強構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は既存建物の外面の柱梁接合部にピン支持部を形成し、梁方向に連続する外殻梁と、該外殻梁と前記ピン支持部で柱梁接合部を形成するように各層からそれぞれ上方と下方に延びた外殻柱とからなる外殻補強フレームを前記ピン支持部で支持し、前記上方あるいは下方に延びた外殻柱間の隙間を連結させて格子状の外殻補強構造を前記既存建物の側面に構築したことを特徴とする。
【００１１】
前記各層から上方と下方に延びた外殻柱間の連結部に制振ダンパーを介装させることが好ましい。
【００１２】
前記制振ダンパーは、履歴系ダンパー、特に鋼材ダンパーあるいは摩擦ダンパーとすることが好ましい。これにより、外殻補強フレームに十分な変形性能を持たせることができる。また、粘性ダンパーとしてのオイルダンパーを用い、あるいは粘弾性ダンパーとすることも好ましい。
【００１３】
前記ピン支持部は、既存建物の柱梁接合部に取り付けられた鋼板に支持されたピン部材からなり、前記鋼板は前記柱梁接合部に接合する既存梁の一部にかけてグラウト充填材を用いて支持させることが好ましい。これにより、既存建物の柱梁接合部にピン支持部を確実に形成することができる。
【００１４】
前記ピン支持部は、前記鋼板が既存建物の一部に取り付けられた固定ボルトを用いて固定することが好ましい。これにより、ピン支持部の既存建物の柱梁接合部への確実な固定が図れる。
【００１５】
前記ピン支持部は、前記鋼板の取付時の位置調整により、設置位置が揃えられ、該ピン支持部に前記外殻柱フレームが取り付けられるようにすることが好ましい。これにより、格子状に構築された外殻補強フレーム形状が平面保持され、水平力作用時にフレーム部材にねじれなどが生じるのを防止できる。
【００１６】
前記外殻補強フレームは、鉄骨梁および鉄骨柱、あるいはプレキャストコンクリート梁および柱とで構成することが好ましい。これにより、外殻補強フレームの重量軽減や加工性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、既存建物の耐震性能を高める際、既存建物の外観形状の変化を最小限にとどめることができ、また既存建物の構造体の変更も柱梁接合部にピン支持部を形成するだけにとどめることができ、施工上の負担も小さくて済み、完成後も外殻補強フレームがピン支持されたため、既存建物の躯体への付加的な曲げモーメントの作用を抑えることができるという種々の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の既存建物の外殻補強構造を実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の外殻補強構造の実施例として、４階建て鉄筋コンクリート造の既存建物１の一部の階（１〜４階）の中間柱３と中間梁４との交点である各柱梁接合部２に、外殻補強フレーム１１を取り付けるためのピン支持部２０が施工された状態と、これらピン支持部２０に支持されるようにして、既存建物１の各部に取り付けられる外殻補強フレーム１１を示した全体斜視図である。同図において、外殻補強フレーム１１の概略配置状態を説明のために、複数層の外殻補強フレーム１１が立面状をなすように配置された仮想状態が示されている。
【００２０】
図２は、図１に示した各外殻補強フレーム１１が既存建物１に取り付けられた外殻補強構造１０を構成した状態を示した全体斜視図である。図１，図２に示したように、各外殻補強フレーム１１は、既存建物１に取り付けられる際には、各外殻補強フレーム１１に設けられた取付孔１５が既存建物１の各梁接合部２に設けられたピン支持部２０のピン２７に挿通され、各外殻補強フレーム１１の取付孔１５から突出したピン２７（詳細は後述）にピン固定キャップ部材２９を被せて外殻補強フレーム１１を、既存建物１の柱梁接合部２に一体的にピン支持させるようになっている。さらに各層の外殻補強フレーム１１に形成された上層階の外殻補強フレーム１１Ｕと下層階の外殻補強フレーム１１Ｌとの間には制振ダンパーとしての摩擦ダンパー３０が介装され、上下位置にある各外殻補強フレーム１１とは水平方向に列設された複数基の摩擦ダンパー３０を介して水平作用力に対して一体的に挙動できるようになっている。
【００２１】
図３各図は、既存建物１の柱梁接合部２におけるピン支持部２０の構成と、上層階の外殻補強フレーム１１Ｕと下層階の外殻補強フレーム１１Ｌとをそれぞれの階での柱梁接合部２に取り付けた構成を拡大して示した正面図（図３（ｂ））、一部断面平面図（図３（ａ））、一部断面側面（図（ｃ））である。
【００２２】
［ピン支持部の構成］
既存建物１の柱梁接合部２に設けられたピン支持部２０の構成について、図３（ａ）及び図３（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）に示したように、ピン支持部２０はベースプレート２１とピン台座プレート２２とを２枚重ねした構成からなる。ベースプレート２１は、既存の中間柱３の側面に密着した状態で柱端から所定長さだけ既存梁４側に張り出した厚板鋼板で、本実施例では、両側の張出部にそれぞれ４個所のボルト取付孔２３が形成されている。このボルト取付孔２３には、図３（ａ），図３（ｃ）に示したように、既存梁４を貫通して装着されたプレート固定ボルト２４の先端がナット２５で定着される。その際、後述するピン台座プレート２２のレベル調整を行った後に生じた柱表面隙間と張出部の背面の梁との間に高強度モルタルによる裏込め材２６が充填され、ピン支持部２０の据え付け位置の調整と、プレート固定ボルト２４のナット定着時に十分な締結力が加えられるようになっている。本実施例では、ベースプレート２１は中間柱３を挟んで８本のプレート固定ボルト２４で柱梁接合部２に固定されている。さらにベースプレート２１上にはピン台座プレート２２の端部がすみ肉溶接されている。ピン台座プレート２２のほぼ中心位置には図３（ａ），（ｃ）及び図４に示したように、ピン支持部２０として機能する略円柱形状の鋼製ピン２７（以下、ピンと記す。）が溶接されている。このピン２７には、レベル調整プレート２８が嵌合されている。レベル調整プレート２８は、後述する外殻補強フレーム１１の柱梁接合部１５に形成されたピン保持孔１７が、ピン２７に遊嵌された際に、外殻補強フレーム１１が構造体として平面保持するように、その嵌り込み量を調整するために設置位置が決められる。その設置位置を基準として、外殻補強フレーム１１が各ピン支持部２０に保持される。なお、プレート固定ボルト２４としては、所定長さのＰＣ鋼棒の両端をねじ切り加工して、ナット締めが可能なボルトとすることが好ましい。なお、ベースプレート２１にピン２７を直接取り付けることで、ピン台座プレート２２を省略することもできる。この場合には、ピン２７側に高さ調整機構等を設けておくことが好ましい。
【００２３】
水平方向に連続した形状の外殻補強フレーム１１の各柱梁接合部１５は、図１に示したように、既存建物１の柱梁接合部２に設けられた各鋼製ピン位置で点支持される。そして、最終的に外殻補強フレーム１１全体は縦横に格子状に配置されたピン支持部２０で支持される（図１参照）。このとき図３（ａ），（ｃ）に示したように、ピン２７の外径よりピン保持孔１５の内径の方が、ほとんど隙間が無い程度であるが、わずかに大きく設定されているため、ピン２７の先端がピン固定キャップ２９で固定された場合にも、この保持位置を介して外殻補強フレーム１１に作用するモーメントは、既存建物１の柱梁接合部２には伝達されない。なお、ピン支持部２０のピンの構成は、外殻補強フレーム１１の柱梁接合部１５に形成されたピン保持孔１７に貫通可能で、かつピン２７を外殻補強フレーム１１の外側から覆って外殻補強フレーム１１がピン２７から脱落しない形状を有し、かつ構造上、外殻補強フレーム１１の支持点となるような構成であれば、太径のボルトナット構造を用いたり、入れ子形状の２個の加工筒状体に雄ネジ、雌ネジを形成して一方をピンとして、他方をピン固定キャップとしたり、種々のピン支持構造を採用できる。
【００２４】
［外殻補強フレームの構成］
本実施例では、外殻補強フレーム１１は、図４に示したように、細幅系のＨ形鋼を柱梁接合部１５で溶接接合して梁長手方向に延びる梁フレーム１２と、柱梁接合部１５で上層と下層とに向けて延びた柱フレーム１３（１３Ｕ，１３Ｌ）とから構成された加工鉄骨部材で、梁フレーム１２の梁せいは既存梁４（図１）の耐力との兼ね合いで決定されるが、通常は７００〜９００mm程度とすることが好ましい。柱フレーム１３の柱幅寸法も既存柱より細い幅で設定されている。柱梁接合部１５のスチフナ１５ａ（図４）についても、設計上必要となる強度が確保できる補強板材を用いることが好ましい。梁フレーム１２、柱フレーム１３は、改修後の外観を考慮してボックス形状断面あるいは各フレームの外面側のみに意匠上のカバープレート（図示せず）を取り付けてフラットな外観を形成してもよい。なお、図２でも、外殻補強構造１０としての外殻補強フレーム１１を既存建物１の一部に取り付けた例を示したが、耐震診断を踏まえた結果、外殻補強構造１０を必要とする既存建物１の範囲に適用すればよいことは言うまでもない。たとえばピロティを有する建物の場合には、ピロティの空間を確保しつつ、通路となっていない開放空間の外殻面に外殻補強フレーム１１を配置することで既存の機能を変更することなく外殻補強構造１０を適用することができる。なお、外殻補強フレーム１１の材質としては、プレキャストコンクリート柱梁一体部材を用いても良い。その場合にはフレームの形状は設計上の耐力、変形性能を確保できれば、製造可能な範囲で種々の形状に設定できる。
【００２５】
［制振ダンパーの構成］
本実施例では、上層階の外殻補強フレーム１１の柱梁接合部１５から下方に延びた柱フレーム１３Ｌと、下層階の外殻補強フレーム１１の柱梁接合部１５から上層階に延びた柱フレーム１３Ｕとの間に制振ダンパーとして、履歴系ダンパーが設置されている。本実施例では、履歴系ダンパーの具体例として摩擦ダンパー３０が用いられている。摩擦ダンパー３０は、図３（ｃ）に示したように、３枚の鋼板３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）をボルト締めしてなる簡易な構成からなり、上層階側の柱フレーム１３Ｌに中央鋼板３１ｂの上端が固着され、中央鋼板３１ｂを挟むように下層階側の柱フレーム１３Ｕに２枚の外側鋼板３１ａ，３１ｃの下端が固着されている。この３枚からなる鋼板３１を貫通する長孔（図示せず）を形成し、その長孔を介して３枚の鋼板３１を所定トルクでボルト３２で締結して鋼板３１ａ，３１ｂ，３１ｃの各接触面での摩擦を利用し、ダンパー機能が発揮される。
【００２６】
作用としては、ボルト締結力より小さな水平力では鋼板間にずれは生じないが、所定の水平力（面外せん断力）が作用したときはその水平力に応じた一様ずれを生じる。このとき摩擦ダンパー３０の荷重変形履歴曲線は長方形ループを示すので、外殻補強フレーム１１が所定の傾角以上に変形した後に、この摩擦ダンパー３０が作用し、外殻補強フレーム１１の剛接部に過度の変形が生じるのを防止する役割を果たす。
【００２７】
なお、履歴系ダンパーの他の構成例として、柱部材間に小型ラチスフレームを介装してボルト接合されたラチスの部材形状変位を利用してもよい。また、各種の粘弾性ダンパーを介装することも好ましい。また、外殻補強フレーム１１の変位性能が大きく、かつ耐力も十分確保された場合には、摩擦ダンパー３０を省略してもよい。上層階柱部材と下層階柱部材とを一体接合して１本の柱部材としても、地震時の層間変位に十分追従することができるようにすることが好ましい。
【００２８】
図４は上述した既存建物１の柱梁接合部２にピン支持部２０を設け、そのピン支持部２０のピン２７に、外殻補強フレーム１１をピン保持孔１７を貫通させるようにして取り付け、ピン２７の先端をピン固定キャップ２９で固定する構造を分解して示した分解斜視図である。同図に示したように、既存建物１の柱梁接合部２に簡易な部材構成で、外殻補強フレーム１１を、高精度にピン支持部２０に固定することができる。
【００２９】
図５は、既存建物１の柱梁接合部２近傍の既存梁４にプレート固定ボルト２４を取り付ける際の変形例を示した斜視図である。柱梁接合部２近傍の既存梁４には、せん断補強筋等の鉄筋が密に配筋されている。そのため、梁４に貫通孔を設けないでプレート固定ボルト２４を梁端近傍にセットすることが好ましい。そこで、図５に示したように、既存梁４の上下位置に、図示しない固定ボルト固定治具を用いて固定ボルト２４を配筋してその回りを高強度グラウトで被覆し、既存梁４を傷めることなく、裏込め部２６Ａと一体化したボルト支持体２６Ｂを設けることも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】既存建物１に本発明の外殻補強構造としての外殻補強フレームを取り付ける前の状態を示した斜視図。
【図２】既存建物１に本発明の外殻補強構造としての外殻補強フレームと摩擦ダンパーとを取り付けた状態を示した斜視図。
【図３】本発明の外殻補強構造としての外殻補強フレームおよび摩擦ダンパーの構成例を示した部分正面図、部分平面図、部分側面図。
【図４】外殻補強フレームの既存建物の柱梁接合部への取付例を示した分解斜視図。
【図５】既存建物の柱梁接合部近傍への固定ボルトの取付構造例を示した斜視図。
【符号の説明】
【００３１】
１  既存建物
２  既存建物の柱梁接合部
３  既存柱（中間柱）
４  既存梁
１０  外殻補強構造
１１  外殻補強フレーム
１２  梁フレーム
１３  柱フレーム
１５  外殻補強フレームの柱梁接合部
２０  ピン支持部
２１  ベースプレート
２２  ピン台座プレート
２６，２６Ａ  裏込め部
２７  ピン
２９  ピン固定キャップ
３０  摩擦ダンパー
【図１】
0005069534.tif 000002
【図２】
0005069534.tif 000003
【図３】
0005069534.tif 000004
【図４】
0005069534.tif 000005
【図５】
0005069534.tif 000006