JPH1150690A - 制振補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設の建物にも適用することができ、また施
工時にも余計な手間がかからずに高い耐震性を得ること
ができ、さらには地震発生後に速やかに復旧を図ること
のできる制振補強構造を提供することを課題とする。 【解決手段】 躯体１を構成する柱２，２、梁３，３間
の構面内に、梁３とは別体の鉄骨補強梁５と、Ｋ型の補
強ブレース６，６を設け、鉄骨補強梁５においてせん断
力が最大となる補強ブレース６，６の上端部間に、極軟
鋼からなるダンパー部１５を形成する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新設・既設を問わ
ず、ビル等の各種建物に用いて好適な制振補強構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、阪神大震災以来、ビル等
の建物の耐震安全性がクローズアップされてきており、
中でも地震入力を劇的に低減できる制振構造が脚光を浴
びている。このために、各種制振構造が百花繚乱の如く
開発されつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような制振構造には、以下のような課題が課せられて
いる。まず、特に、既設の建物を建て替えることなく耐
震性能を向上できる制振補強構造が望まれ、しかもその
施工に際しては、建物を使用しながら工事を行うことが
要求されている。さらに既設の建物に制振性能を付与す
るための装置や部材等を設置するには、通路や出入口等
の開口部を塞ぐことのないようにする必要がある。ま
た、大地震等が発生して制振効果を発揮した後には装置
や部材が変形するものもあるが、このような場合、耐震
性能を元通りに戻すには装置や部材の一部または全部を
交換する必要があり、その交換を容易に行い早期に復旧
を図ることのできる制振補強構造が望まれている。とこ
ろが、上記のような課題を全て解決することのできる決
定的な制振補強構造は依然として提供されていないのが
実状である。

【０００４】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、既設の建物にも適用することができ、また
施工時にも余計な手間がかからずに高い耐震性を得るこ
とができ、さらには地震発生後に速やかに復旧を図るこ
とのできる制振補強構造を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
建物の躯体を構成する柱と梁の構面内に、前記梁に沿っ
て延在する鉄骨補強梁がその両端部を前記柱に接合させ
て設けられるとともに、斜めに延在する補強ブレースが
前記鉄骨補強梁と前記柱および梁との間に設けられ、前
記鉄骨補強梁には、前記補強ブレースの端部と交差する
部分の近傍のウェブが他の部分のウェブよりも低強度の
材質から形成されることによって、ダンパー部が形成さ
れていることを特徴としている。

【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１記載の制
振補強構造において、前記ダンパー部のウェブが極軟鋼
からなることを特徴としている。

【０００７】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の制振補強構造において、前記鉄骨補強梁の両端部
に、前記躯体の柱に沿って延在する鉄骨補強柱が一体に
設けられていることを特徴としている。

【０００８】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の制振補強構造において、前記ダンパ
ー部が前記鉄骨補強梁に着脱自在に設けられていること
を特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制振補強構造
の第一および第二の実施の形態について、図１ないし図
５を参照して説明する。

【００１０】［第一の実施の形態］図１および図２に示
すものは、ラーメン構造からなるビル等の建物の一部を
示すもので、この図において、符号１は本発明に係る制
振躯体構造を適用した例えば鉄骨鉄筋コンクリート造ま
たは鉄筋コンクリート造等からなる建物の躯体、２は躯
体１を構成する柱、３は互いに隣接する柱２，２間に架
設された梁をそれぞれ示している。

【００１１】このような躯体１には、柱２と梁３の構面
内に、梁３とは別に、この梁３の下面に沿って延在し、
その両側の柱２，２に両端部が接合された鉄骨補強梁５
と、この鉄骨補強梁５に、いわゆる偏芯Ｋ型に配置され
た鉄骨からなる補強ブレース６，６とが設けられてい
る。

【００１２】図１に示したように、鉄骨補強梁５には、
その両端部にそれぞれ略Ｌ字状のベースプレート７が一
体に設けられている。そして、エポキシアンカー又はケ
ミカルアンカー等のアンカー部材８が打設されることに
よって鉄骨補強梁５はベースプレート７を介して柱２お
よび梁３に接合されている。なお、ベースプレート７と
柱２および梁３との間には無収縮モルタル等の充填材９
が充填されている。

【００１３】各補強ブレース６は、その上端部６ａがブ
ラケット１０を介して鉄骨補強梁５に接合されており、
双方の補強ブレース６の軸線は、所定間隔をあけて鉄骨
補強梁５と交差するようになっている。そして、各補強
ブレース６の下端部６ｂは、柱２と梁３との接合部に、
ベースプレート１１および無収縮モルタル等の充填材１
２を介して、エポキシアンカー又はケミカルアンカー等
のアンカー部材１３によって接合されている。

【００１４】前記鉄骨補強梁５のウェブ５ａには、その
中央部の、補強ブレース６，６の軸線と交差する位置の
間、すなわち躯体１に水平方向の外力が入力されたとき
に補強ブレース６を介して鉄骨補強梁５に作用するせん
断力が最大となる位置に、ダンパー部１５が形成されて
いる。図１および図３に示すように、このような構成の
ダンパー部１５は、この部分の鉄骨補強梁５のウェブ５
ａ（図１参照）が切り抜かれ、これに代えて、鉄骨補強
梁５のウェブ５ａ（図１参照）の他の部分を形成する高
張力鋼等の鋼材よりも大幅に低強度の材料、例えば極軟
鋼（極低降伏点鋼材）からなる板状のウェブ材（ウェ
ブ）１６が、上下のフランジ５ｂ，５ｃと上下のフラン
ジ５ｂ，５ｃにわたる両側のリブプレート１８とに溶接
されることによって形成されている。

【００１５】そして、図１に示したように、ダンパー部
１５の両側には、各補強ブレース６の一方のフランジ６
ｃと対応する位置に、鉄骨補強梁５の軸線と直交する面
内に位置し、ウェブ５ａの上下方向中間部にまで至るリ
ブプレート１７が一体に溶接されて設けられている。

【００１６】このような構成からなる躯体１では、地震
等により水平方向の外力が作用すると、補強ブレース
６，６を介して、鉄骨補強梁５のダンパー部１５に最大
のせん断力が作用する。このせん断力が、ダンパー部１
５を形成する極軟鋼からなるウェブ材１６の強度よりも
低い場合には、通常の偏芯Ｋ型ブレース構造と同様に、
前記水平方向の外力に抗するようになっている。

【００１７】地震が強大なものであり、鉄骨補強梁５に
作用するせん断力がダンパー部１５のウェブ材１６の降
伏強度を上回ると、ウェブ材１６が降伏して変形する。
このようにして、鉄骨補強梁５に設けたダンパー部１５
を先行して降伏させることにより、この部分で地震等に
よるエネルギーを吸収し、躯体１の他の部分が変形した
り損壊したりするのを防ぐようになっている。

【００１８】上述した耐震構造の躯体１では、柱２，
２、梁３，３間に、梁３とは別体の鉄骨補強梁５と、Ｋ
型の補強ブレース６，６が設けられ、鉄骨補強梁５にお
いてせん断力が最大となる補強ブレース６，６の上端部
間に、極軟鋼からなるダンパー部１５が形成された構成
となっている。これにより、地震等の水平方向の外力に
よってダンパー部１５に降伏強度以上のせん断力が作用
したときには、鉄骨補強梁５に組み込まれたダンパー部
１５が先行降伏するので、躯体１の他の部分の変形や損
壊を防ぐことができ、これによって既設の躯体１の耐震
性を高いものとすることができる。そして、このように
ダンパー部１５が、鉄骨補強梁５に作用するせん断力が
最大となる部分に設けられているので、地震時等の変形
に対して効率良く地震エネルギーを吸収でき、ダンパー
効果を発揮することができる。

【００１９】しかも、極軟鋼からなるダンパー部１５の
降伏は、これを普通鋼材で形成した場合に比較して小さ
な変形で発生するので、履歴吸収エネルギーを大きくす
ることができ、効率の高いせん断降伏型の鋼材系ダンパ
ーを構築することができる。また、鉄骨補強梁５のフラ
ンジ５ｂ，５ｃは極軟鋼ではなく通常の高張力鋼等で形
成しているため、鉄骨補強梁５の横座屈が生じにくく安
定した履歴特性を有する。

【００２０】そして、躯体１における層間変位を降伏す
るダンパー部１５の変形に集約するため、この部位のせ
ん断歪が大きくとれ、小さな変形から有効なダンパーが
構築できる。したがって、剛性が大きく従来の制振構造
を適用することが困難であった鉄筋コンクリート造の躯
体１に対しても有効な制振補強を行うことができる。

【００２１】さらに、このようなダンパー部１５を備え
て躯体１を高い耐震性を有したものとすることによっ
て、地震時の応答が小さくなるため、通常の躯体構造と
比較して躯体１を構成する部材断面を小さくすることが
可能となり、コストダウンに貢献することができる。

【００２２】これに加えて、ダンパー部１５が鉄骨補強
梁５に形成されているので、このダンパー部１５が降伏
した後の状態においても、鉄骨補強梁５の上下のフラン
ジ５ｂ，５ｃの残留変形は機能上の問題とならない。ま
た、躯体１の柱２，梁３および鉄骨補強梁５，補強ブレ
ース６からなる架構の大部分は降伏せずに弾性を保持し
ており、躯体１全体としては有害な残留変形を残さず
に、その機能を維持することができる。

【００２３】しかも、補強ブレース６は降伏しないた
め、地震被災後において面外座屈の心配がない。このよ
うな補強ブレース６は壁内に内蔵することが多いが、壁
を外して補強ブレース６を取り替える必要がないため、
補修工事が少なくてすみ工期も短縮することができる。

【００２４】また、このようなダンパー部１５を備えた
躯体１では、補強ブレース６，６の上端部がダンパー部
１５の両側に位置した構成となっているため、これら補
強ブレース６，６間に、例えば通路等の開口部を形成す
ることができ、建物内のレイアウトへの影響を最小限と
することができる。

【００２５】さらに、上記躯体１は、外観上の形態は、
一般的に用いられている偏芯Ｋ型ブレースを有した架構
と同様であり、構造計画や建築計画上に特別な制約を受
けることなく本構造を適用することができる。

【００２６】これ以外にも、上記ダンパー部１５は、鉄
骨補強梁５と一体化して工場で製作することができるの
で、現場でのダンパー取付作業を行う必要が無く、通常
の鉄骨構造と同様に施工することができ、施工時に余計
な手間を掛けることなく上記耐震構造の躯体１を構築す
ることが可能である。しかも、このような鉄骨補強梁５
や補強ブレース６は、一般的な構造材料と同様の寸法と
なるため、運搬や取付も通常の耐震補強工事などと全く
同様に行うことができる。

【００２７】［第二の実施の形態］次に、本発明に係る
制振補強構造の第二の実施の形態について説明する。以
下に説明する第二の実施の形態において、前記第一の実
施の形態と共通する構成については同符号を付し、その
説明を省略する。

【００２８】図４に示すように、躯体１には、梁３とは
別に、この梁３の下面に沿って延在し、その両側の柱
２，２に両端部が接合された鉄骨補強梁５’と、鉄骨補
強梁５’の両端部に一体に接合されて両側の柱２，２に
沿って延在する鉄骨補強柱２０と、鉄骨補強梁５’と鉄
骨補強柱２０との間に偏芯Ｋ型に設けられた鉄骨からな
る補強ブレース６’，６’が設けられている。

【００２９】鉄骨補強梁５’および鉄骨補強柱２０の上
端部は、ベースプレート７および無収縮モルタル等から
なる充填材９を介して、エポキシアンカー又はケミカル
アンカー等のアンカー部材８によって柱２および梁３に
接合されている。また、補強ブレース６’は、その上端
部６ａ’がブラケット１０を介して鉄骨補強梁５’に接
合されている。補強ブレース６’の下端部６ｂ’および
鉄骨補強柱２０の下端部は、柱２と梁３との接合部に、
ベースプレート１１および無収縮モルタル等の充填材１
２を介して、エポキシアンカー又はケミカルアンカー等
のアンカー部材１３によって接合されている。

【００３０】そして、鉄骨補強梁５’のウェブ５ａ’に
は、その中央部の、躯体１に水平方向の外力が入力され
たときに補強ブレース６’を介して作用するせん断力が
最大となる位置に、極軟鋼のウェブ材１６からなるダン
パー部１５が形成されている。

【００３１】上述したような制振補強構造においても、
前記第一の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。しかも、鉄骨補強梁５’とその両側の鉄骨補強柱２
０とによって、下方に開放した略コ字状の補強フレーム
を構成することができ、補強効果をより高めることがで
きる。そして、鉄骨補強梁５’と鉄骨補強柱２０，２０
とを一体のユニット化としておくことによって、施工の
効率化を図ることができる。

【００３２】なお、上記第一および第二の実施の形態に
おいて、極軟鋼からなるウェブ材１６を鉄骨補強梁５，
５’のフランジ５ｂ，５ｃおよびリブプレート１８に溶
接して設ける構成としたが、これを以下のような着脱可
能な構造としても良い。図５に示すように、鉄骨補強梁
５”のウェブ５ａ”には開口部２１が形成されており、
この開口部２１にはダンパー部１５’が設けられてい
る。このダンパー部１５は、極軟鋼からなる板状のウェ
ブ材（ウェブ）２２と、このウェブ材２２を鉄骨補強梁
５”に着脱自在に接続するための取付金具２３とから構
成されている。取付金具２３は、断面視Ｌ字状のアング
ル材からなり、高力ボルト等のボルト・ナット２４，２
４，…によって、ウェブ材２２を鉄骨補強梁５”の上下
のフランジ５ｂ”，５ｃ”および両側のリブプレート１
８，１８に接続する構成となっている。このようなダン
パー部１５’を用いた制振補強構造においても、上記第
一および第二の実施の形態で示した躯体１と同様の耐震
性能を得ることができる。しかも、ダンパー部１５’
が、取付金具２３，ボルト・ナット２４を介して鉄骨補
強梁５”に着脱自在に取り付けられているので、地震等
によりウェブ材２２がせん断変形した後に、これを新規
のものに容易に交換することができ、地震後の復旧を速
やかに行うことができる。さらに、将来、よりダンパー
性能に優れた材料が新規に開発された場合、これと交換
することも可能である。

【００３３】なお、上記第一および第二の実施の形態に
おいて、補強ブレース６，６’をいわゆる偏芯Ｋ型に設
ける構成としたが、例えば通路等がある場所等で柱２，
２のスパンが小さい場合等には、補強ブレース６，６’
を偏芯ノ型に設ける構成としてもよい。

【００３４】また、この構造では、上記補強ブレース
６、６’の偏芯距離や、ウェブ材１６，２２の厚さを調
整することにより、ダンパー部１５，１５’の降伏変位
や負担力を種々に設定することが可能である。また鉄骨
補強梁５，５’，５”の梁成が大きい場合や、ウェブ５
ａ，５ａ’，５ａ”の板厚が小さい場合には、ここに補
剛リブを設けることにより、ウェブ５ａ，５ａ’，５
ａ”の面外座屈を防止することもできる。

【００３５】さらに、上記第一および第二の実施の形態
においては、躯体１を鉄骨鉄筋コンクリート造または鉄
筋コンクリート造としたが、これ以外の鉄骨造，充填鋼
管コンクリート造、あるいは各種複合構造等であっても
良い。もちろん、躯体１は既設のものに限らず、新設の
ものであっても良い。

【００３６】これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない
範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また
上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものと
しても良いのは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１および２
に係る制振補強構造によれば、躯体を構成する柱と梁の
構面内に、鉄骨補強梁と補強ブレースが設けられ、鉄骨
補強梁のウェブには、例えば極軟鋼等の低強度の材質か
らなるダンパー部が形成された構成となっている。これ
により、強大な地震等が発生した場合、躯体の梁とは別
に設けた鉄骨補強梁のダンパー部に降伏強度以上のせん
断力が入力されると、これが先行してせん断降伏するよ
うになっている。したがって、躯体の他の部分の変形や
損壊を防ぐことができ、躯体を高い耐震安全性を有する
ものとすることができる。しかも、極軟鋼等からなるダ
ンパー部の降伏は、これを普通鋼材で形成した場合に比
較して小さな変形で発生するので、履歴吸収エネルギー
を大きくすることができ、効率の高いせん断降伏型の鋼
材系ダンパーを構築することができる。そして、上記の
ようにして躯体の耐震性を高めることによって、通常の
構造等と比較して躯体を構成する部材断面を小さくする
ことが可能となり、コストダウンに貢献することができ
る。しかも、上記躯体は、外観上の形態は、一般的に用
いられているブレースを有した架構と同様であり、構造
計画や建築計画上に特別な制約を受けることなく本構造
を適用することができる。また、極軟鋼等からなるダン
パー部は鉄骨補強梁と一体化して工場で製作することが
できるので、現場でのダンパー取付作業を行う必要が無
く、施工の手間を掛けることなく上記制振補強構造の躯
体を構築することが可能である。

【００３８】請求項３に係る制振補強構造によれば、鉄
骨補強梁の両端部に、前記躯体の柱に沿って延在する鉄
骨補強柱が設けられている構成となっている。これによ
り、その補強効果をより顕著なものとすることができ
る。さらに、鉄骨補強梁と鉄骨補強柱とを一体のユニッ
トにしておくことにより、施工の効率化を図ることもで
きる。

【００３９】請求項４に係る制振補強構造によれば、ダ
ンパー部が前記鉄骨補強梁に着脱自在に設けられている
構成となっている。これにより、地震等によりダンパー
部がせん断変形した後に、これを新規のものに容易に交
換することができるので、地震後の復旧を速やかに行う
ことができる。さらに、将来、よりダンパー性能に優れ
た材料が新規に開発された場合、これと交換することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る制振補強構造の一例を示す立断
面図である。

【図２】 図１の側断面図である。

【図３】 前記制振補強構造における鉄骨補強梁に設け
たダンパー部を示す側断面図である。

【図４】 本発明に係る制振補強構造の他の一例を示す
立断面図である。

【図５】 本発明に係る制振補強構造のさらに他の一例
を示す図であって、鉄骨補強梁に着脱自在に設けたダン
パー部を示す正面図および側断面図である。

【符号の説明】

１ 躯体 ２ 柱 ３ 梁 ５，５’，５” 鉄骨補強梁 ５ａ，５ａ’，５ａ” ウェブ ６，６’ 補強ブレース １５ ダンパー部 １６，２２ ウェブ材（ウェブ） ２０ 鉄骨補強柱

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物の躯体を構成する柱と梁の構面内
   に、前記梁に沿って延在する鉄骨補強梁がその両端部を
   前記柱に接合させて設けられるとともに、斜めに延在す
   る補強ブレースが前記鉄骨補強梁と前記柱および梁との
   間に設けられ、前記鉄骨補強梁には、前記補強ブレース
   の端部と交差する部分の近傍のウェブが他の部分のウェ
   ブよりも低強度の材質から形成されることによって、ダ
   ンパー部が形成されていることを特徴とする制振補強構
   造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制振補強構造において、
   前記ダンパー部のウェブが極軟鋼からなることを特徴と
   する制振補強構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の制振補強構造に
   おいて、前記鉄骨補強梁の両端部に、前記躯体の柱に沿
   って延在する鉄骨補強柱が一体に設けられていることを
   特徴とする制振補強構造。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の制
   振補強構造において、前記ダンパー部が前記鉄骨補強梁
   に着脱自在に設けられていることを特徴とする制振補強
   構造。