(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート造の柱および梁によって構成されるフレームの構面内に、上下の梁間に向けて延在する補強柱部材と、この補強柱部材の少なくとも上部および下部からそれぞれ上記柱間方向に延在する上部横架部材および下部横架部材とが一体に形成された補強部材を、上記柱および梁と一体化させずに配設するとともに、上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方と上記柱との間に、柔軟層を介装してなり、かつ上記柔軟層が介装された上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方の端部と上記柱の側面との間の離間寸法は、上記フレームの上下階層間における水平変位量が当該フレームにおける降伏点以上であって上記フレームの耐力が低下しない範囲において、上記柔軟層が圧縮されて上記柱からの水平荷重が直接上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方に作用する寸法に設定されていることを特徴とするＲＣフレームの耐震補強構造。
【請求項２】
上記補強柱部材は、互いに間隔をおいて複数本配設されており、かつ上記上部横架部材および下部横架部材は、それぞれ上記補強柱部材の上端部および下端部同士を一体的に連結するとともに、当該上部横架部材および下部横架部材は、上記構面からの脱落を防止する固定金具によって、対向する上記梁に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のＲＣフレームの耐震補強構造。
【請求項３】
上記補強部材は、プレキャストコンクリート造または鋼構造であることを特徴とする請求項１または２に記載のＲＣフレームの耐震補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種鉄筋コンクリート構造物のフレーム内に補強部材を配設して耐震性を向上させる際に用いて好適な、ＲＣフレームの耐震補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建物等の各種構造物に対する耐震性向上の要請の高まりから、特に、現行基準に対して不適格となる多くの既存の鉄筋コンクリート（以下、ＲＣと略す。）造等の建物に対して、新たに耐震補強を施工する必要性が高まっている。
このような耐震補強の一種として、壁量が充分な建物において地震時における被害が比較的軽微であるとの知見に基づき、既存のＲＣフレームの構面内に、新たに耐震補強壁を、当該ＲＣフレームを構成する柱および梁と一体化させて組込むことにより、構造物全体としての耐力を増加させる耐震補強構造が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の耐震補強構造にあっては、上記耐震補強壁を柱および梁と一体化させているので、構造物全体としての耐力を高めることはできるものの、図２に示すように、剛性が高くなる結果、逆に構造物としての一次固有周期がかなり短く（すなわち固有振動数が大きく）なり、このため大地震時に想定される大変形領域においては、構造物が受ける地震力が極めて大きなものになってしまうという致命的な矛盾点があった。
加えて、剛性の高い上記耐震補強壁は変形能が低いため、比較的小さな変形量で脆性的な破壊を生じやすいという欠点があり、しかも当該耐震補強壁の破壊は、同時に構造物全体の崩壊を招来してしまうという問題点があった。
【０００４】
また、上記従来の耐震補強壁を増設する耐震補強構造によれば、当該耐震補強壁をＲＣフレームと一体化させるために、大量のアンカーボルト（シアーコネクタ）を配置しなければならない。このため、既存のＲＣフレームに対する穴開け作業に、多くの労力と工期を要し、補強工事全体の大幅なコストアップを招来するという問題点があった。加えて、このような穴を開けることは、ＲＣフレームを構成する柱および梁に損傷を与えることになり、本来のＲＣフレーム自体の強度を損う虞があるとともに、当該柱および梁における配筋条件によっては、当該施工自体が困難になるという問題点もあった。
【０００５】
さらに、ＲＣ構造物に対する耐震設計法においては、地震力に主として対抗する柱梁部材の靭性として、各部材ごとの交番載荷実験結果に基づいて、これに工学的判断を加えたものを用いており、実大構造物の振動実験により確認されたものではないために、特に大地震が発生した場合に、計画値通りの靭性を発揮するか否か不確定な要素がある。また、大変形領域においては、交番荷重下におけるコンクリートの応力−歪関係の実験結果から、経時的に柱部材の耐力と靭性とが低下してくることが知られている。
以上のことから、特に大地震に対する耐震性を考慮した場合に、１の部材に大きな靭性を依存することは危険であり、またそのために過密な配筋を行なうことは施工不良の原因ともなる。
【０００６】
本発明は、このような従来の耐震補強構造が有する課題を有効に解決すべくなされたもので、特に大地震を想定した大変形領域において、構造物の耐力と靭性とを向上させることができて効果的な耐震補強を行うことができるとともに、施工が容易なＲＣフレームの耐震補強構造を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係るＲＣフレームの耐震補強構造は、鉄筋コンクリート造の柱および梁によって構成されるフレームの構面内に、上下の梁間に向けて延在する補強柱部材と、この補強柱部材の少なくとも上部および下部からそれぞれ上記柱間方向に延在する上部横架部材および下部横架部材とが一体に形成された補強部材を、上記柱および梁と一体化させずに配設するとともに、上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方と柱との間に、柔軟層を介装してなり、かつ上記柔軟層が介装された上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方の端部と上記柱の側面との間の離間寸法は、上記フレームの上下階層間における水平変位量が当該フレームにおける降伏点以上であって上記フレームの耐力が低下しない範囲において、上記柔軟層が圧縮されて上記柱からの水平荷重が直接上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方に作用する寸法に設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、請求項２に記載の発明は、上記補強柱部材が、互いに間隔をおいて複数本配設されており、かつ上部横架部材および下部横架部材は、それぞれ補強柱部材の上端部および下端部同士を一体的に連結するとともに、当該上部横架部材および下部横架部材は、構面からの脱落を防止する固定金具によって、対向する梁に取付けられていることを特徴とするものであり、さらに請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の補強部材が、プレキャストコンクリート造または鋼構造であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１〜３のいずれかに記載のＲＣフレームの耐震補強構造においては、上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方と柱との間に、柔軟層を介装し、かつこの柔軟層が介装された上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方の端部と上記柱の側面との間の離間寸法を、上記フレームの上下階層間における水平変位量が当該フレームにおける降伏点以上であって上記フレームの耐力が低下しない範囲において、上記柔軟層が圧縮されて上記柱からの水平荷重が直接上記上部横架部材および下部横架部材のいずれか一方に作用する寸法に設定しているので、大地震が発生して上下階層間に大きな水平方向変位が生じた場合に、先ず当該変位量が小さい範囲内においては、ＲＣフレーム自体を構成する柱および梁の耐力によってこれに対抗し、さらに上記変位量が柔軟層の層厚以上に大きくなった際に、初めて補強部材を含めたフレーム全体の耐力によって上記地震力に対抗することになる。
【００１０】
したがって、この耐震補強構造によれば、構造物の一次固有周期を変えることなく、大変形領域において構造物全体としての耐力および靭性を増加させることができ、よってＲＣ構造物に対して、大変形性能が要求される大地震時における耐震性を効果的に向上させることができる。また、地震発生時においては、補強部材の補強柱部材によって、ＲＣ柱に作用する軸力の一部を分散支承することにより、上記耐震性の向上に寄与することができる。この際に、上記ＲＣ柱は、大変形領域においてもなお軸力の一部を分担することができると考えられるため、その分補強柱部材の軸力を小さく設定することができ、よって当該補強柱部材における靭性も容易に確保することが可能になる。
【００１１】
さらに、上記補強部材は、敢えて柱および梁と一体化させないために、従来の耐震補強壁の施工と比較して、補強工事が極めて簡易になる。
なお、上記補強部材における補強柱部材の本数、位置および降伏耐力等は、ＲＣフレームの寸法・形状等の諸条件により、自由に設定することができ、これによって使用空間の損失も最小限に止めることができる。
【００１２】
また特に、請求項２に記載の発明によれば、上部横架部材および下部横架部材によって、補強柱部材の上端部および下端部同士を一体的に連結し、かつ上部横架部材および下部横架部材を、固定金具によって対向する梁に取付けているので、柱および梁と一体化されない上記補強部材を、構面からの脱落を防止して安定的に配設することができる。
さらに、請求項３に記載の発明のように、上記補強部材として、プレキャストコンクリート造または鋼構造のものを用いれば、補強工事の工期も大幅に短縮することができ、またこれらを適宜位置において分割すれば、当該工事が一層容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るフレームの耐震補強構造を、既存のＲＣ構造物におけるフレームの補強構造に適用した一実施形態を示すものである。
この耐震補強構造は、既存構造物のＲＣ造の柱１および梁２によって構成されるフレームの構面内に、ＲＣ造の補強部材３を組込んだものである。
この補強部材３は、上下の梁２、２間に向けて延在する３本の補強柱部材４と、これら補強柱部材４の上端部および下端部を連結して、それぞれ柱１、１間方向に延在する上部横架部材５および下部横架部材６とが一体に形成されたものである。ここで、補強部材３の下部横架部材６は、柱１、１間の長さ寸法とほぼ等しい寸法に形成されており、その両端部には、上下階層間に水平変位が生じた際に柱１の側面に当接するエンドプレート７が固定されている。
【００１４】
これに対して、上部横架部材５は、柱１、１間の寸法よりも幾分短い寸法に形成されており、両端部に固定されたエンドプレート８と柱１の側面との間には、柔軟層９が介装されている。ここで、柔軟層９の厚さ寸法、すなわちエンドプレート８と柱１の側面との間の離間寸法は、図２に示すように、構造物の上下階層間における水平変位量が当該フレームにおける降伏点以上であって上記フレームの耐力が低下しない範囲において、柔軟層９が圧縮されて柱１からの水平荷重が直接上部横架部材５に作用し、補強部材３による耐力増加分がフレームの耐力に加わるような寸法、例えば構造物の上下階層間における水平変位角の約１／１００に相当する寸法に設定されている。なお、柔軟層９としては、地震時に柱１と上部横架部材５のエンドプレート８との間で圧縮応力および剪断応力を受けるために、当該圧縮応力と剪断応力とに耐え得る材質および厚さ寸法等を有するものが選択されている。
【００１５】
そして、この補強部材３は、上部横架部材５および下部横架部材６と、それぞれ対向する梁２との間に介装された固定金具１０によって、フレームの構面から当該補強部材３が脱落しないように取付けられている。これにより、補強部材３は、構造上、柱１および梁２とは一体化されずに、上部横架部材５と梁２との間に僅かな隙間を形成した状態で、構面内においてずれ変形可能に配設されている。
なお、上記ＲＣ造の補強部材３は、現場においてコンクリートを打設することによって構築してもよく、また適当な場所で複数部分に分割し、プレキャスト化してもよい。さらには、鋼構造によって一体に構成してもよい。
【００１６】
このようなＲＣフレームの耐震補強構造によれば、上部横架部材５の両端部と柱１との間に、柔軟層９を介装しているので、大地震が発生して上下階層間に大きな水平方向変位が生じた場合に、図２に示すように、先ずこの変位量が小さい範囲内においては、ＲＣフレームを構成する柱１および梁２のみが変形してその耐力により地震力に対抗する。そして、さらに上下介装間が水平方向に相対変位することによって大変形領域に入った場合、すなわち上記変位量が柔軟層９の層厚以上に大きくなった際に、柔軟層９が圧縮されて柱１からの水平荷重が直接上部横架部材５に作用し、補強部材３全体による耐力増加分がフレームの耐力に加わることにより、補強部材３を含めたフレーム全体の耐力によって上記地震力に対抗することになる。
【００１７】
このように、上記構成からなるＲＣフレームの耐震補強構造によれば、補強部材３を敢えて柱１および梁２と一体化させないことにより、構造物の一次固有周期を変えることなく、大変形領域における構造物全体としての耐力および靭性を増加させることができるため、既存のＲＣ構造物に対して、大変形性能が要求される大地震時における耐震性を大幅にかつ効果的に向上させることができる。また、併せて大地震が発生した際には、補強部材３の補強柱部材４によって柱１に作用する軸力の一部を分散支承することができるため、フレームの耐震性の向上に寄与することができる。ちなみに、柱１は、大変形領域においても、なお軸力の一部を分担することができると考えられるため、その分補強柱部材３の補強柱部材４に作用する軸力を小さく設定することができ、よって補強柱部材４における靭性も容易に確保することができる。
また、補強柱部材４によって、フレームに作用する軸力の一部を負担しているので、従来の耐震壁を増設する場合と比較して、使用空間の損失も最小限に抑えることができる。
【００１８】
加えて、補強部材３は、敢えて柱１および梁２と一体化させない構造であるために、従来の耐震補強壁の施工と比較して、補強工事が極めて簡易になる。特に、上記補強部材３として、プレキャストコンクリート造または鋼構造のものを用いれば、補強工事の工期も大幅に短縮することができ、またこれらを適宜位置において分割すれば、当該工事が一層容易になる。
さらに、上部横架部材５および下部横架部材６により補強柱部材４の上端部および下端部同士を一体的に連結し、かつ上部横架部材５および下部横架部材６を、固定金具１０によって対向する梁２に取付けているので、柱１および梁２と一体化されない上記補強部材３を、構面内に安定的に配設することができ、当該構面からの脱落を確実に防止することができる。
【００１９】
なお、上記実施形態においては、既存の建物を耐震補強する場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、新たに建築するＲＣ造の各種構造物に対しても、そのＲＣフレームの耐震補強構造として同様に適用することが可能である。
また、本実施形態においては、上部横架部材５と柱１との間に柔軟層９を介装した場合について説明したが、これに限らず、下部横架部材５を柱１、１間の長さ寸法に形成し、他方下部横架部材６側を幾分短い寸法に形成して当該下部横架部材６と柱１との間に柔軟層９を介装することも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３のいずれかに記載のＲＣフレームの耐震補強構造によれば、構造物の一次固有周期を変えることなく、大変形領域において構造物全体としての耐力および靭性を増加させることができ、大変形性能が要求される大地震時における構造物の耐震性を効果的に向上させることができるとともに、補強部材の補強柱部材によって、ＲＣ柱に作用する軸力の一部を分散支承することにより、上記耐震性の向上に寄与することができる。しかも、上記補強部材を、敢えて柱および梁と一体化させていない構造であるため、従来の耐震補強壁の施工と比較して、補強工事が極めて簡易になるうえに、使用空間の損失も最小限に止めることができる。
【００２１】
ここで特に、請求項２に記載の発明によれば、固定金具によって、柱および梁と一体化されない上記補強部材を、構面からの脱落を防止して安定的に配設することができ、さらに、請求項３に記載の発明によれば、上記補強部材として、プレキャストコンクリート造または鋼構造のものを用いることにより、補強工事の工期も大幅に短縮することができ、またこれらを適宜位置において分割すれば、当該工事が一層容易になるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐震補強構造の一実施形態を示す正面図である。
【図２】従来の耐震壁増設構造と比較した本発明に係る耐震補強構造における荷重−変形図である。
【符号の説明】
１  柱
２  梁
３  補強部材
４  補強柱部材
５  上部横架部材
６  下部横架部材
７、８  エンドプレート
９  柔軟層
１０  固定金具
【図１】
0003772459.tif 000002
【図２】
0003772459.tif 000003