JPH02186024A - 既存ｒｃ造の鉄骨による耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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造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材応力が大きくなり、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、既び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造の四角形開口部
内に添設した鉄骨枠内に、該開口部を菱形に変形させる
応力に抵抗するように弾塑性素材を配設し、該弾塑性素
材は一定水阜以上の水平応力で変形降伏する剪断パネル
とし、少なくとも該剪断パネルに該鉄骨枠の変形応力を
伝達するブレース等と該鉄骨枠との接合はピン接合とす
るのである。より具体的には既存ＲＣ造の四角形開口部
内に添設した鉄骨枠と、該鉄骨枠の任意の一辺から該一
辺に対して直角に、かつ対向方向に突設した短尺な剪断
パネルと、該剪断パネルの先端あるいは中途位置に取り
付け固定した横桟と、該剪断パネルの突出方向に位置す
る該鉄骨枠の枠辺両端から夫々該剪断パネルの基端部に
突当たる角度で立ち上げて該横桟に渡設したブレースと
を具備し、該剪断パネル及び該ブレースを該鉄骨枠に取
６固定する箇所はピン接合としてもよいし、既存ＲＣ造
の四角形開口部内に添設した鉄骨枠と、該鉄骨枠の任意
の一辺からその対向位置にある他辺に直角、かつ直線的
に渡設した剪断パネルと、該剪断パネルの端部を支持す
る該鉄骨枠の一辺の両端から夫々該剪断パネルの同一中
途位置に斜めに立ち上げたブレースとを具備し、該剪断
パネル及び該ブレースの両端部は夫々ピン接合としても
よいし、既存ＲＣ造の四角形開口部内に添設した鉄骨枠
と、該鉄骨枠の任意の一辺からその対向位置にある他辺
に直角、かつ直線的に渡設した剪断パネルと、該剪断パ
ネルの端部を支持する該鉄骨枠の各両端から該剪断パネ
ル中途位置に斜めに立ち上げたブレースとを具備し、該
ブレースが各枠辺の隅角部から立ち上げ下げして対称的
に突き合う該剪断パネル上の中途位置は互いに若干離し
、この離隔部分に剪断力を集中させ、かつ該剪断パネル
及び該ブレースの両端部は夫々ピン接合としてもよい。

（作　用） 以上の構造によれば、何れも鉄骨枠にモーメントが作用
せず、また既存ＲＣ造開口部にもモーメントや剪断力は
殆んど加わらない。また、ブレースには軸力だけが作用
する。

そして、ブレースと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剪断耐力を超え
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内に鉄骨枠４を密着させて
構成し、この鉄骨枠４内に逆ワイングラス状の鉄骨ブレ
ースを配したものである。

この鉄骨ブレースは剪断パネル５を具えており、上枠６
の中央から垂下した剪断パネル５の垂下端部にて短尺な
横桟７を水平に吊持する他方、鉄骨枠４の下側隅角部か
ら夫々剪断パネル５の基端部に向けて斜めに立ち上げ当
接する角度で立ち上げたブレース８の先端は横桟７の各
端部に固定している。

そして剪断パネル５．ブレース８と鉄骨枠４との接続点
は総てピン接合にしている。ピン接合とは言っても、実
際にピンを入れているわけではありません。部材の相対
的なサイズによってピンと同様な効果があられれるので
、実際には部材の選択、加工によってピン接合を近似的
に実現している。

なお、第２図に示すように、横桟７とブレース８との接
合位置から垂直下方に縦材１１−１１を渡して鉄骨枠４
の変形挙動に対する靭性抵抗を安定化してもよいし、剪
断パネル５を複数にしてもよい。何れにしても上枠６と
剪断パネル５との接合点に局部応力が加わるとか、ブレ
ース８に曲げモーメントが加わるようなことはなく、梁
２に対するモーメントや剪断力の作用を伴なわない。詳
細は第４図乃至第７図で後述する。

靭性を良好にし、剪断パネル５の挙動と開口部３との力
の伝達応答性を向上させ、施工を楽にするためには、鉄
骨枠４の隅角部を夫々第３図の如く切離したものでもよ
い。

第４図乃至第７図によって叙述補強構造の挙動を説明す
る。第１図の概略は第４図の通りであって、剪断パネル
５と上枠６との接合端Ａおよびブレース８−８と鉄骨枠
４の隅角部との接合端Ｅ。

Ｆはピン接合である。これに左横からカーが作用すると
、ブレース８のＢＥおよびＤＦの傾斜角が接合端Ａから
ずれている場合には、第５図のような応力図になる。

すなわち、ブレース８に曲げモーメントが働くほか、横
桟７にも曲げモーメント及び剪断力が加わり、ブレース
８の断面は、これらの力に耐え得るものを選択する。そ
して、カーに対する変形は第６図の通り、剪断パネル５
は剪断力が作用した傾きになり、横桟７の弾力と剪断パ
ネル５の弾力がカーに対抗的に作用する。

ブレース８のＥＢ、ＤＦ延長点が接合端Ａで交差すると
きには第７図に示す応力図の如く、接合端Ａに対してブ
レース８の軸方向が直線になるので、ブレース８に作用
するモーメント及び剪断力は零になる。したがって、部
材断面は前出第５図の例に較べて小さく出来る。

それ故に第７図のようなブレース傾斜角が望ましく、そ
の設計指針は図中の力→のとき次のようになる。　剪断
パネル５の剪断力Ｑ１−剪断バネル５のＡＣ間の剪断耐
力Ｑｙｌであるとするならば、 α安全率（１，３〜１．５）とし、 αＱ２＜Ｑ）／２　　　（横桟７の剪断耐力）αＭ＋　
＜Ｍｙ＋　　　（剪断パネル５の曲げ耐力）αＭ２＜Ｍ
ｙ、　　　（横桟７の曲げ耐力）αＴ　３　＜　Ｔ　ｙ
　　　（ブレースｇＢＥ間の引張降伏耐力） αＣ，＜Ｃｂ　　　（ブレースｇＤＦ間の座屈耐力） 次に別の実施例を第８図乃至第１２図に示す。

この耐震補強構造は第８図に示す通り、四角形開口部３
内の上枠６中央から垂直に下枠１２にＨ形鋼を立て、上
下各端部はそのウェブ部分だけを山形鋼と高力ボルトで
上下の６枠６，１２に上桁している。

上記Ｈ形鋼を縦材１３とする。これの中途部位両側にガ
セットプレートを張り出し、このプレートと、両側の縦
枠部材１４と上枠６．下枠１２とで構成する鉄骨枠１５
の下側隅角位置に設けたがセットプレート１６−１６と
の間にブレース１７−１７を張設している。

注意する事は、鉄骨枠１５と縦材１３との接合およびブ
レース１７と鉄骨枠１５との接合は少なくともピン接合
とし、実施例では縦材１３とブレース１７との接合もピ
ン接合になっている。

然して、説明の便宜上第９図に概略図を示し、縦材１３
の上端をＡ１下端を０１ブレース１７との接続点になっ
ている中途部位を８１ブレース１７と鉄骨枠１５との接
合点をり、Ｅとする。

Ａ−Ｂ間の長さをｈｌ、Ｂ−Ｃ間の長さをｈ２とし、ｈ
、ｌ＜ｈ２になっている。縦材１３の中途部位Ｂから上
枠６迄の間Ａ−Ｂが剪断パネルとして作用する。これに
左側面から右側面方向への力→が作用したとき、第１０
図に示す応力図のようになる。

図中において、各矢印記号は Ｑ、ＳＡＢ間の剪断力 Ｑ２：ＢＣ間の剪断力 Ｍ　：Ｂ点のモーメント Ｔ　　ｕＤＢ間の引張軸力 ＣｎＥＢ間の圧縮軸力 である。

したがって、設計方針は縦材１３のＡＢ間の剪断力Ｑ＋
　＝Ｑｙ＋　　（ＡＢ間の剪１析耐力）とするとき、次
の諸条件を満すようにする。

すなわち、αＭくＭｙ、（ＡＢ間の部材のＢ点での曲げ
耐力） αＭくＭｙ２　（ＢＣ間の部材のＢ点 での曲げ耐力） αＱ２　＜０５’２　　（ＢＣ間の部材の剪断耐力） αＴ＜Ｔｙ　　（ＤＢ間の部材の引張 降伏耐力） αＣ＜Ｃｂ　　（ＥＢ間の部材の座屈 耐力） αは安全率１，３〜１．５である。

一般にｈｌくｈ２なのでＱｌ＞０２であり、ＡＢ間およ
びＢＣ間を同一の部材で直線的に構成しても、はぼ叙上
の条件は満たされる。

Ｑｌ−ＱＹ２の均衡を破るカーが作用したとき、縦材１
３は第１１図に示す通り長さり、の部分がＢ間で降伏す
る。

更に他の実施例をＴＳ１２図に示すと、第１２図は前出
縦材１３を横に渡設し、ブレース１７−１７も横にする
とともに、ブレース１７−１７が縦材１３上に突き合う
部分Ｂ点から長さしだけ離した点Ｆにブレース１７−１
７同様にブレース１７ａ−１７ａを設けている。

Ｆ　Ｂ　ＩＬ’ｌの剪断力と、その剪断耐力との均衡を
越える水平力→が作用すれば、第１３図中に示すように
、長さしの部分が降伏・座屈する。

この例は横長の開口を残したいときに適する。

以上何れの実施例も鉄骨枠４，１５に局部応力が生じ゛
ないし、ブレース８．１？、１．７ａ等にも軸力が作用
するだけで曲げモーメントは作用しない。

なお、前出の符号と同一の符号は同一または同等の部材
を示す。

第１４図は縦材１３の中間位置の横に剪断パネル１８を
一体に設け、これを四角形開口部３の左右に対称に配置
し、上枠６．下枠１２および縦枠部材１４にピン接合し
た耐震補強構造である。

変形力に対し、縦材１３には軸力及びモーメントか作用
し、剪断パネル１８には曲げモーメント及び剪断力が働
く。枠にモーメントが加わらず、縦長の開口を確保でき
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強度が高
い金属等で構成するので、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が
増加するが、補強後も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、四角形金属枠部材で開口の内周面を押さえ、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
定の地震力以上で剪断パネルによる剪断部材が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、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
。

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、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、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。

更にまた、鉄骨枠とブレースとの直接接合点はピン接合
なので、ブレースには軸力だけが作用し、鉄骨枠にもモ
ーメントが加わらない構成なので、部材断面が小さくて
済むほか、既存ＲＣ造開口部の柱や梁の耐力計算ならび
に補強計算は不要になる。

さらに、大地震が予知されたときにのみ剪断パネル、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、鉄骨枠と開口部との接続を断てば枠部材を容品に
取り外せるので、ブレースの傾斜角度や剪断パネルの取
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、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。

【図面の簡単な説明】

図は何れも本発明の実施例に関し、第１図乃至第７図は
第１の実施例であって、第１図は正面図、第２図はその
別態様を示す概略の正面図、第３図は更に別の態様を示
す正面図、第４図は基本的な構成を説明するための構成
図、第５図は第４図の挙動を例示的に説明するための応
力図、第６図は変形状態を例示する説明図、第７図は第
４図の挙動を第５図の挙動と対比させて説明するための
応力図、第８図は第２実施例を示す正面図、第９図はそ
の基本的な構成を説明するための構成図、第１０図は第
９図の挙動を例示して説明する応力図、第１１図は第９
図の構成例の変形態様を例示した説明図、第１２図は第
３の実施例を説明する概略の構成図で、第１３図はその
変形態様を示す説明図、第１４図は他の構成例を示す概
略の構成図である。 １・・・・・・柱 ３・・・・・・四角形開口部 ５・・・・・・剪断パネル ７・・・・・・横桟 １０・・・ガセットプレー １１・・・縦　材 １３・・・縦　材 １５・・・鉄骨枠 １７・・・ブレース ト ２・・・・・・梁 ４・・・・・・鉄骨枠 ６・・・・・・上　枠 ８・・・・・・ブレース ２・・・下　枠 ４・・・縦枠部材 ６・・・ガセットプレート ８・・・剪断パネル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）既存ＲＣ造の四角形開口部内に添設した鉄骨枠内
   に、該開口部を菱形に変形させる応力に抵抗するように
   弾塑性素材を配設し、該弾塑性素材は一定水準以上の水
   平応力で変形降伏する剪断パネルとし、少なくとも該剪
   断パネルに該鉄骨枠の変形応力を伝達するブレース等と
   該鉄骨枠との接合はピン接合と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. （２）既存ＲＣ造の四角形開口部内に添設した鉄骨枠と
   、該鉄骨枠の任意の一辺から該一辺に対して直角に、か
   つ対向方向に突設した短尺な剪断パネルと、該剪断パネ
   ルの先端あるいは中途位置に取り付け固定した横桟と、
   該剪断パネルの突出方向に位置する該鉄骨枠の枠辺両端
   から夫々該剪断パネルの基端部に突当たる角度で立ち上
   げて該横桟に渡設したブレースとを具備し、該剪断パネ
   ル及び該ブレースを該鉄骨枠に取着固定する箇所はピン
   接合としたことを特徴とする既存ＲＣ造の鉄骨による耐
   震補強構造。
3. （３）既存ＲＣ造の四角形開口部内に添設した鉄骨枠と
   、該鉄骨枠の任意の一辺からその対向位置にある他辺に
   直角、かつ直線的に渡設した剪断パネルと、該剪断パネ
   ルの端部を支持する該鉄骨枠の一辺の両端から夫々該剪
   断パネルの同一中途位置に斜めに立ち上げたブレースと
   を具備し、該剪断パネル及び該ブレースの両端部は夫々
   ピン接合としたことを特徴とする既存ＲＣ造の鉄骨によ
   る耐震補強構造。
4. （４）既存ＲＣ造の四角形開口部内に添設した鉄骨枠と
   、該鉄骨枠の任意の一辺からその対向位置にある他辺に
   直角、かつ直線的に渡設した剪断パネルと、該剪断パネ
   ルの端部を支持する該鉄骨枠の各両端から該剪断パネル
   中途位置に斜めに立ち上げたブレースとを具備し、該ブ
   レースが各枠辺の隅角部から立ち上げ下げして対称的に
   突き合う該剪断パネル上の中途位置は互いに若干離し、
   この離隔部分に剪断力を集中させ、かつ該剪断パネル及
   び該ブレースの両端部は夫々ピン接合としたこととを特
   徴とする既存ＲＣ造の鉄骨による耐震補強構造。