JPH0796841B2 - 既存ｒｃ造の鉄骨による耐震補強構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は鉄筋コンクリート造（RC造）骨組の開口部の耐
震性能を向上させる鉄骨系耐震要素に係り、この耐震要
素を開口部に具備する既存RC像の鉄骨による耐震補強構
造に関する。

《従来の技術》 鉄筋コンクリートで建物の骨組を構成する場合、耐震性
能の向上を図る目的で柱や梁の断面積を大きくしてい
た。このほかの手段としては、柱に袖壁を付加したり、
耐震壁を後打ちによって増設し、あるいは耐震壁の壁厚
増加や開口部を埋め殺したり、または強度抵抗型の鉄骨
ブレースを増設するなどである。

《発明が解決しようとする課題》 柱や梁の断面積を大きくすれば居住空間が狭くなり、重
量も増える。また、耐震壁は靭性能が高くないので、強
度を高める必要性から重量が増え、開口がなくなる分だ
け建物の使用性もよくない。しかも、従来の補強手段は
建物全体に施工しなければ、補強効果が十分ではなく、
施工箇所が多いし、更に全体の重量が大幅に増えること
から基礎の補強が必要な場合もある。

強度抵抗型の鉄骨ブレースは部分応力が大きくなり、部
材断面増しや接合部強度を高めるための施工性の面での
不利もあった。

そこで、鉄筋コンクリート造構造物の四角形開口部内に
鉄骨枠を添設し、この枠内に“Y"字状のブレースを配し
た靭性抵抗型の鉄骨ブレースも考えられているが、“Y"
字状ブレースの垂直片と枠との接合部分に引張り応力が
集中し、この局部応力は結果的に梁または柱に所要強度
を要求するので、施工性や品質管理の面での苦労は勿
論、既存梁の補強が必要になる場合もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その
目的は既設鉄筋コンクリート構造物を耐震補強するに際
し、建物の開口部に優れた靭性抵抗型の鉄骨ブレースを
配した耐震補強構造を提供するにある。

《課題を解決するための手段》 上記目的を達成するために、本発明に係る既存RC造の鉄
骨による耐震補強構造は、既存RC造躯体の四角形開口部
内にて左右または上下、何れかの対称位置に鉄骨枠部材
を添設し、該枠部材に弾塑性剪断パネルの一端を剛に接
続するとともに、他端には該開口部躯体にピン接合した
ブレースをピン接合で結合するようにした。開口部を広
く確保するため、前記ブレースは垂直線状または水平線
状で、その端部を開口部のRC造躯体にピン接合したので
ある。接合点を減らし、施工性の向上を目的に前記ブレ
ースは各角をピン接合に組んだ菱形で、その一対の対称
角は一対の弾塑性剪断パネルにピン接合し、他の一対の
対称角は開口部のRC造躯体にピン接合したのである。ま
た、ブレースには円滑に軸力だけを負担させるために前
記ブレースは、弾塑性剪断パネルとのピン接合部から開
口の中央方向へ傾斜させた“く”の字形あるいは逆
“く”の字形としたのである。

《作 用》 以上の構造によれば、RC造躯体の一対の辺にモーメント
が作用せず、またブレースにも軸力が作用するだけで曲
げモーメントは作用しない。

そして、ブレースと弾塑性剪断パネルとで構成する弾力
が開口部の変形に抵抗し、これは予め保持する弾塑性剪
断パネルの剪断耐力を超える変形応力を受けたときに降
伏座屈し、RC造開口部の崩壊に先立って塑性変形する。

《実施例》 以下、本発明の好適な実施例について図面を参照にして
詳細に説明する。

第１図は鉄筋コンクリート造（以下RC造）の柱１−梁２
で囲まれた四角形開口部３内に、柱１に沿うようにスタ
ッドボルトで固定したＨ型鋼による枠部材４を設け、こ
の枠部材４の縦方向中間位置に弾塑性剪断パネル（以
下、単に剪断パネルという）５を水平に固定している。

すなわち、剪断パネル５は開口部３内において左右から
対称的に若干突出している。そして、剪断パネル５の突
出端部に開口部３の高さとほぼ等しい長さに構成したブ
レース６をピン接合し、ブレース６はほぼ垂直に位置決
めして夫々の端部を上の梁２と下側の梁2aとに固定した
ガセットプレート７によってピン接合している。

変形力に対し、枠部材４には軸力およびモーメントが作
用し、剪断パネル５には曲げモーメントおよび基部に剪
断力が働く。梁２、2aにモーメントが加わらず、縦長の
開口を確保できる。剪断パネル５の弾力によって開口部
３の変形力に対向しているのであるが、剪断パネル５の
靭性抵抗力を上回れば柱１、梁２の崩壊に先立って剪断
パネル５の方が降伏座屈する。

従って、枠部材４は既存柱１が破壊しても鉛直荷重を負
担できる程度に剛強にして局部応力の分散を図る作用を
も担っている。つまり、剪断パネル５に働く剪断応力に
よって生じるモーメントを枠部材４が負担するからであ
り、同様に、剛強な枠部材４および剪断パネル５を使用
した実施例を第２図、第３図に示す。

すなわち、剪断パネル５と枠部材４との接合が剛であ
り、第２図の実施例は梁２、2aとのピン接合部分を１点
に減らし、剪断パネル５と梁２と接する各接合点をブレ
ース部材で菱形につないだ、謂うなれば菱形ブレース８
を構成しているものである。

ブレースを菱形ブレース８に組み、上下の対角点をおの
おの梁２、2aにピン接合し、左右の対角点に剪断パネル
５をピン接合にしている。

開口部３を構成する既存躯体には分散して応力が伝達さ
れ、枠部材４がモーメントを負担するので、枠部材４の
後施工アンカーの本数を増やしたり、柱１の補強や耐力
計算が不要になる。

このことは既存RC躯体の開口部３が上下方向に一直線に
連続している場合、特に顕著であって、梁２、2aにはモ
ーメントが作用せず、上下階方向に連続する菱形ブレー
スの傾き方向へ直線的に軸力で作用し、上下に隣接する
開口部の剪断パネル５に変形応力を伝える。

第３図の実施例は上記第２図の実施例において、菱形ブ
レース８の上下の接合点を左右に離したものである。す
なわち、左右方向に分離するには剪断パネル５を短くし
てその分だけ左右に離すことでもよいのであるが、ここ
では菱形ブレース８を構成する斜め材の傾斜角を緩めて
いる。このことによって縦方向の中央部分を剪断パネル
５にピン接合したほぼ“く”の字形のブレース９を得て
いる。ただ、この場合には斜めになった“く”の字形の
ブレース９の軸方向が上下階で連続することにはならな
いので、上下方向の梁２、2aに作用する応力が厳しくな
るが、図中に点線で示すような通路向きの開口10を確保
できるほか、開口部３の変形に対し第１図に示した実施
例に比べれば“く”の字形のブレース９に働く軸力が敏
感であり、また剪断パネル５に作用する曲げモーメント
も大きくなるので、剪断パネル５の性能を迅速に引き出
せる。すなわち、変形の挙動に対し敏感な反応を行うこ
とができるのである。

《効 果》 以上詳細に説明したように本発明による既存RC造の鉄骨
による耐震補強構造は、コンクリートよりも単位重量あ
たりの強度が高い鉄でブレースを構成するので、鉄筋コ
ンクリート耐震壁に較べて軽く、建物重量を増やさない
点で有利である。

即ち、基礎の補強は一般に施工が困難であるが、基礎補
強工事の必要がなく、建物の重量に比例して地震入力は
増加するが、補強後も補強前に比べて地震入力がほとん
ど変わらず、建物重量が増える他の従来補強工法に較
べ、補強効率がよい。

同様に補強効率の点で言えば、鉄筋コンクリート耐震壁
を増設する補強工法では、窓や扉などを設けると耐震性
能が低下したが、本発明は耐震性能を落さずに開口部の
設定が可能である。

また、弾塑性剪断パネルとブレースとで変形応力を吸収
するとともに、一定の地震力以上で弾塑性剪断パネルが
RC造躯体よりも先に降伏するように設定し、ブレースに
座屈や降伏を生じさせずに済ませ得る。

したがって、従来の強度抵抗型のブレースと比べて、本
発明では靭性能がよいため、強度抵抗型と同一の耐震性
能を得るには、鉄骨枠部材の強度を低下させてもよい。

そのため、鉄骨枠部材断面を小さくでき、経済的であ
り、また重量増が小さくなり、補強効率が向上するので
ある。さらに、鉄筋コンクリート躯体との接合応力も小
さくなるので、この接合部分の強度も低くてよく、既存
コンクリート躯体との接合のために必要なアンカーやス
タッドなどの接合補強材の量を低減することが可能で、
施工が容易となり、工期や工費の縮減を計ることができ
る。

弾塑性剪断パネルは適度な強度と大きな靭性能をもって
いるので、地震時に大きなエネルギー吸収が可能であ
り、弾塑性剪断パネルに損傷を集中させることによっ
て、建物全体に加わる地震エネルギーの大部分を弾塑性
剪断パネルに吸収させることが可能であり、その結果、
建物の応答変形を小さくして被害を低減するダンパーと
して機能させる制振効果も保有しており、鉄筋コンクリ
ート躯体の地震後の補修も容易になる。

即ち、弾塑性剪断パネルの交換で足りるので、補修が容
易になる効果がある。

さらに、大地震が予知されたときにのみ弾塑性剪断パネ
ル，ブレースをRC造開口部に取り付け、普通はオープン
スペースとして使用することもできる。

また、枠部材と開口部との接続を断てば枠部材を容易に
取り外せるので、ブレースの傾斜角度や断塑性剪断パネ
ルの取り付け位置を異にした耐震構造との取り換えも簡
単であり、窓開口の位置寸法の変更も行うことができ
る。

RC造躯体の靭性能が良好であれば、弾塑性剪断パネルの
挙動に無駄がなくなり、特に有効である。

本発明は補強効率が高いため、施工箇所の縮減が可能で
ある。すなわち、工期や工費の縮減のみならず、建物使
用中の施工に対しても柔軟に対応することが可能であ
り、特に建物の使用が中断できない病院，旅館などの建
物の施工には有利である。

なお、鉄骨鉄筋コンクリート造建物にも、同様に耐震要
素として組み込むことができ、鉄道橋および道路橋など
の土木構造物に対しても応用することができる。また、
新築建物にもこの構成のブレースを組み込むことができ
る。

開口部内に垂直なブレースを左右に別けて配置した場合
には、開口部に通路開口を広く確保できるし、菱形のブ
レースを使用すればピン接合点を減らし、かつ上下階が
連続してあるとき、ブレースが上下方向に連続し、建物
全体を相補的に効率よく補強できる。

また、ブレースが“く”の字形のときは、開口の変形量
に対する弾塑性剪断パネルの挙動反応時期が早く、かつ
大きくなるので敏感な耐震抵抗を行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は何れも本発明の実施例に係り、第１図はブレースが
“と”の字形になっている概略の構成図、第２図はブレ
ースが菱形になっている概略の構成図、第３図はブレー
スが“く”の字形になっている概略の構成図である。 １……柱、２……梁 ３……開口部、４……枠部材 ５……弾塑性剪断パネル、６……ブレース ７……ガセットプレート、８……菱形ブレース ９……“く”の字形ブレース 10……通路開口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既存RC造躯体の四角形開口部内にて左右ま
   たは上下、何れかの対称位置に鉄骨枠部材を添設し、該
   枠部材に弾塑性剪断パネルの一端を剛に接続するととも
   に、他端には該開口部躯体にピン接合したブレースをピ
   ン接合で結合することを特徴とする既存RC造の鉄骨によ
   る耐震補強構造。
2. 【請求項２】前記ブレーズは垂直線状または水平線状
   で、その端部を開口部のRC造躯体にピン接合したことを
   特徴とする請求項１記載の既存RC造の鉄骨による耐震補
   強構造。
3. 【請求項３】前記ブレーズは各角をピン接合に組んだ菱
   形で、その一対の対称角は一対の弾塑性剪断パネルにピ
   ン接合し、他の一対の対称角は開口部のRC造躯体にピン
   接合したことを特徴とする請求項１記載の既存RC造の鉄
   骨による耐震補強構造。
4. 【請求項４】前記ブレースは、弾塑性剪断パネルとのピ
   ン接合部から開口の中央方向へ放射状に傾斜させた
   “く”の字形あるいは逆“く”の字形としたことを特徴
   とする請求項１記載の既存RC造の鉄骨による耐震補強構
   造。