JP4917179B1 - 既存建物の耐震保全方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震などによるあらゆる方向からの水平力に対して建物を保全することができる既存建物の耐震保全方法を提供する。
【解決手段】地上に配設される上部架構体３と地中に埋設される下部架構体４とからなる鳥籠状又は柵状の全体が一体となったラーメン架構体１を既存建物２の規模及び形状に合わせて既存建物２の全外面を包囲するように構築する耐震保全方法。上部架構体３は、既存建物２を固め覆うように既存建物２の外面に密接して設けられる。下部架構体４は、地中に穿孔した孔に差し込んだ後、大地と下部架構体との間隙にコンクリート又はモルタルを充填することにより大地と一体として固定されることで、既存建物２へ作用する水平力の相当部分を負担するように構成されている。上部構造体３は、既存建物２の構造部である柱及び大梁の外面周りに配設される密着手段によって、前記柱の外面及び大梁の外面に密接されている。
【選択図】図１

Description

本発明は既存建物の耐震保全方法に関する。

地震国日本において耐震性能は、耐火・防火性能とともに建物に要求される重要な基本性能の一つである。新築の建物では、設計段階において柱の数や断面積、壁量、鉄筋量（ＲＣ構造又はＳＲＣ構造の場合）などを調整することで適切な耐震性を建物に付与することができる。

一方、既存建物を耐震補強する方法としては、既存建物内に鉄骨ブレースや耐力壁などの耐震要素を付加する方法、耐力壁の壁厚を増す方法、柱や梁の断面積を増やす方法、建物内にシェルターを設ける方法などがあるが、いずれの方法においても建物内における大規模な工事が必要であり、建設資材の搬入ルートや作業スペースを確保するために、建物内の居住者を退去させなければならず、建物を使用しながら工事を行うことは現実問題として不可能である。

そこで、建物を使用可能な状態においたままで補強工事を行うことができる方法が提案されている（特許文献１〜２参照）。

特許文献１記載の耐震補強方法は、平面上、既存建物と干渉しない領域に既存建物とは独立した平面機構又は立体機構の耐震機構を構築し、当該耐震機構を前記既存建物と構造的に連結するものである。そして、新たに構築される耐震機構と既存建物とが連結されることにより当該連結部分が既存建物に作用する水平力を耐震機構に流すバイパスになり、その結果、既存建物と耐震機構とで水平力を分担するものとされている。
また、特許文献２には、既存建物をあまり傷つけることなく、且つ、施工中における居住者の生活への制約を低減させる既存建物の耐震補強構造が開示されており、既存建物における両妻側に壁柱を構築し、これらの壁柱間に大梁を架設して既存建物を囲む補強用ラーメン架構を構築し、当該補強用ラーメン架構をコンクリートの打設や、アンカー筋又は連結ボルトなどを設けて既存建物と一体化することが記載されている。

特開平９−２０３２２０号公報 特開平１１−３００４４号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法では、新たに構築される耐震機構を既存建物の構造部に連結する必要があり、この連結工事のために、従来ほどではないがかなりの工事が必要となる。また、水平力をバランスよく分散させないと、応力集中により、かえって耐震性を損なうことになるため、連結部の選定及び設計には慎重を要する。
また、地震による水平力は一方向だけではなく、あらゆる方向からの水平力が想定されるべきところ、特許文献２記載の耐震補強構造では、桁行方向については、壁柱によって、既存建物に作用した水平力がある程度負担されるものの、張間方向については、既存建物と一体に構築した壁柱や、既存建物と壁柱との間隙部に打設したコンクリートによっては、到底負担することはできない。また、建物の両端でのみ水平力を負担しているため、地震などの多方面からの荷重による偏心やゆがみなどにより想定外の荷重が建物に作用する恐れもある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、既存建物の保有水平耐力にほとんど頼らず、既存建物に対する工事がほとんど不要であり、地震などによるあらゆる方向からの水平力に対して建物を保全することができる既存建物の耐震保全方法を提供することを目的としている。

本発明の既存建物の耐震保全方法（以下、単に「耐震保全方法」ともいう）は、地上に配設される上部架構体と地中に埋設される下部架構体とからなる鳥籠状又は柵状の全体が一体となったラーメン架構体を既存建物の規模及び形状に合わせて当該既存建物の全外面を包囲するように構築する耐震保全方法であって、
前記ラーメン架構体は鋼材からなり、
前記上部架構体は、前記既存建物を固め覆うように当該既存建物の外面に密接して設けられ、
前記下部架構体を差し込んで大地と固定化するために地中の所定の深さまで穿孔した孔に当該下部架構体を差し込んだ後、大地と下部架構体との間隙にコンクリート又はモルタルを充填することにより大地と一体として固定されることで、既存建物へ作用する水平力の相当部分を負担するように構成されており、
前記上部架構体は、既存建物の構造部である柱及び大梁の外面周りに配設される密着手段によって、前記柱の外面に直接に押圧、密接され、大梁の外面に直接に密接されており、且つ
前記密着手段は、前記柱の周面に密接される棒鋼又は帯鋼を有することを特徴としている。

本発明の耐震保全方法では、既存建物の規模及び形状に合わせて当該既存建物の全外面を包囲するように構築される全一体型ラーメン架構体が既存建物の構造物と密着しており、当該全一体型ラーメン架構体の上部架構体が既存建物を固め覆うように（締め固めて覆うように）既存建物の外面に密接ないしは密着して設けられる。すなわち、全一体型ラーメン架構体と既存建物とを連結固定するものではない。したがって、既存建物を使用した状態で耐震保全工事を行うことができ、しかも工法が単純且つ簡単であり、短期間で工事を終えることができる。また、耐震保全工事費を低く抑えることができる。さらに、既存建物をほとんど傷めることなく工事を行うことができ、既存建物の保有水平耐力にほとんど頼らないので当該既存建物の保有水平耐力の診断が不要である。

全一体型ラーメン架構体の上部架構体は、既存建物を固め覆うように既存建物の外面に密接ないしは密着して既存建物に作用した水平力を伝達するよう設けられるので、既存建物に作用する水平力の一部又は全部を当該上部架構体に伝達させることができる。そして、上部架構体に伝達された水平力は、上部架構体及び地中に埋設され大地と一体として固定されたラーメン架構体の下部架構体によっても負担される。この場合、下部架構体は、既存建物に作用する水平力の相当部分、すなわち少なくとも半分を負担することができる。
上部架構体は、既存建物の規模及び形状に合わせて全一体型ラーメン架構体として設けられているので、当該既存建物に作用する全水平力をバランス良く受けることができる。このため、あらゆる方向からの水平力に対して、この水平力を同時に全一体型ラーメン架構体に伝達させることができ、既存建物の変形、倒壊及び損傷などを防止し、その耐震保全を確実に行うことができる。

また、本発明の耐震保全方法では、上部構造体が、既存建物の構造部である柱及び大梁の外面周りに配設される密着手段によって、前記柱の外面に押圧、密接され、大梁の外面に密接されている。この場合、密着手段によって全一体型ラーメン架構体の上部架構体を既存建物の柱の外面に押圧、密接させ、大梁の外面に密接させるので、既存建物に作用する水平力をより確実に当該上部架構体に伝達させ、上部架構体及び下部架構体からなる全一体型ラーメン架構体に伝達させ、負担させることができる。

本発明の耐震保全方法によれば、既存建物の保有水平耐力にほとんど頼らず、既存建物に対する工事がほとんど不要であり、地震などによるあらゆる方向からの水平力に対して建物を保全することができる。

本発明の耐震保全方法の第１実施形態の斜視説明図である。 第１実施形態における既存建物の柱と上部架構体の縦材との配置を示す平面説明図である。 第１実施形態における地中部分の断面説明図である。 第１実施形態における上部架構体の平面説明図である。 第１実施形態における上部架構体及び下部架構体の正面説明図である。 第１実施形態における上部架構体及び下部架構体の側面説明図である。 本発明の耐震保全方法の第２実施形態の斜視説明図である。 第２実施形態における地中部分の断面説明図である。 本発明の耐震保全方法の第３実施形態の斜視説明図である。 第３実施形態における地中部分の断面説明図である。 （a）は密着手段の一例の水平断面図であり、（ｂ）は同垂直断面図であり、（ｃ）は密着手段のうち縦材への補助部材の接合構造を示す図である。 （a）は密着手段の他の例の水平断面図であり、（ｂ）は同垂直断面図である。 本発明の耐震保全方法の第４実施形態の斜視説明図である。 第４実施形態における既存建物の柱と上部架構体の縦材との配置を示す平面説明図である。 本発明の耐震保全方法の第５実施形態の斜視説明図である。 第５実施形態における既存建物の柱と上部架構体の縦材との配置を示す平面説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の耐震保全方法の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の耐震保全方法の第１実施形態の斜視説明図であり、図２は、同第１実施形態における既存建物の柱と上部架構体の縦材との配置を示す平面説明図であり、図３は、同第１実施形態における地中部分の断面説明図である。また、図４は、第１実施形態における上部架構体の平面説明図であり、図５〜６は、それぞれ第１実施形態における上部架構体及び下部架構体の正面説明図及び側面説明図である。すなわち、図４〜６は、本発明の第１実施形態における全一体型ラーメン架構体の上部架構体と下部架構体がそれぞれ既存建物に作用する水平力を負担する機構であることを示す機構図である。

本実施形態に係る耐震保全方法では、Ｈ型鋼やＩ型鋼などの圧延鋼材、角形鋼管などの鋼材からなるラーメン架構体１が既存建物２の外部に配設される。ラーメン架構体１は、地上に配設される上部架構体３と、地中に配設される下部架構体４とからなっており、全体として一体となった鳥籠状又は柵状を呈している。この全一体型ラーメン架構体１は、後述するように既存建物２の構造物と密着ないしは密接しており、当該既存建物２とは全く別個の独立した構造体である。すなわち、本実施形態は、固体（全一体型ラーメン架構体１）と固体（既存建物２）とを相互に固体のままで密着、密接させるものであり、従来技術のように相互の構造用鉄部同士を溶接したり、コンクリートなどで接合したりして、全一体型ラーメン架構体と既存建物とを連結固定するものではない。

上部架構体３は、既存建物２の外壁面に沿って略垂直方向に配設される縦材３ａと、この縦材３ａと交差し、既存建物２の外壁面に沿って略水平方向に配設される横材３ｂと、既存建物２の屋上面に沿って略水平方向に配設される天材３ｃとで構成されている。一方、下部架構体４は、略垂直方向に沿って配設される縦材４ａで構成されている。第１実施形態におけるラーメン架構体１においては、縦材３ａと縦材４ａとは一体の連続した部材であり、地上に配設される部分が縦材３ａとなり、地中に配設される部分が縦材４ａとなる。縦材３ａ、横材３ｂ及び天材３ｃは、工場にて所定長さに加工（切断を含む）されたものが現場に搬入され、現場においてプレート及びボルトや、溶接などにより互いに剛に連結され、それぞれが全一体型ラーメン架構体１を構成する。

下部架構体４を構成する縦材４ａは、既存建物２の外周の所定位置をスパイラルオーガーなどの適宜の孔明け機（電柱埋設時に使用するような機械）で所定深さまで穿孔し、形成された孔内に差し込まれる。差し込んだのちに、位置及び垂直度を確認し、縦材４ａの周囲をコンクリート２２又はモルタルで充填して固める。これにより、下部架構体４は、大地と一体として当該大地に固定される。孔の深さは、全一体型ラーメン架構体１の規模や既存建物２が存在する場所の地盤状況などにより異なるが、通常、地耐力が１０〜１５ｔ／ｍ^２以上の箇所まで穿孔され、具体的には３〜６ｍ程度まで穿孔される。
第１実施形態では、既存建物２の基礎１５が壁面より外方に延びていないので、図３に示されるように、下部架構体４の縦材４ａは前記基礎１５と干渉することなく地中に埋設されている。なお、図３において、５は後述する密着手段（図１１参照）である。

上部架構体３の縦材３ａ及び横材３ｂは、既存建物２の外面である外壁面に密接ないしは密着するように配設され、また、上部架構体３の天材３ｃは、既存建物２の外面である屋上面に密接ないしは密着するように配設される。これにより、図４〜６に示されるように、既存建物２の全外面（矩形の建物の場合は、当該建物の正面、背面、両側面及び屋上面）は、その規模及び形状に合わせて、あたかも鳥籠又は柵で締め固められて覆われることで既存建物に作用した水平力を伝達するよう前記全一体型ラーメン架構体１の上部架構体３により包囲される。

全一体型ラーメン架構体１は、既存建物２の構造物とは構造的に連結されていない状態であるので、当該既存建物２に大きな影響を与える工事は不要であり、既存建物２を使用した状態で耐震保全工事を行うことができる。また、既存建物２をほとんど傷めることなく工事を行うことができる。

全一体型ラーメン架構体１の上部架構体３は、図１〜２に示されるように、既存建物２を鳥籠又は柵で固め覆うように当該既存建物２の外面に密接ないしは密着して設けられるので、既存建物２に作用する水平力の一部又は全部を当該上部架構体３に伝達させることができる。そして、上部架構体３に伝達された水平力は、前述したように地中に埋設され且つ固定されたラーメン架構体１の下部架構体４によっても負担される。本実施形態において、上部架構体３は、既存建物２の規模及び形状に合わせて全一体型ラーメン架構体として設けられているので、当該既存建物２に作用する全水平力をバランス良く受けることができる。このため、地震などによるあらゆる方向からの水平力に対して、この水平力を同時に全一体型ラーメン架構体１に伝達させることができ、既存建物２の変形、倒壊及び損傷などを防止し、その耐震保全を確実に行うことができる。

本実施形態では、上部架構体３の縦材３ａが密着手段５によって既存建物２の構造体である柱７の外面に押圧されており、また、前記縦材３ａと一体的に構成されている上部架構体３の横材３ｂは、既存建物２の構造体である大梁２０の外面に密接されている。この密着手段５は、図１１に示されるように、コの字形状に加工（現場での加工を含む）された棒鋼６を有しており、この棒鋼６は、既存建物２の柱７の周面に密接し得るサイズに設定されている。棒鋼６の両端はネジ切り加工されており、補助鋼材８ａ、８ｂの孔を貫通して外部に突出するネジ部（雄ネジ部）６ａにナット９を螺合させることで、上部架構体３の縦材３ａを既存建物２の外面である柱７の外面に押圧させることができる。補助鋼材８ａの端部及び補助鋼材８ｂの端部は、図１１（ｃ）に示されるように、縦材３ａの側部に全周溶接によって固定されている。棒鋼６を通すために壁１０に形成された孔１０ａは、前記ナット９で補助鋼材８ａ、８ｂを締め付けた後に適宜のシール材１１にて防水コーキングされる。なお、棒鋼６に代えて帯鋼を用いることもできる。

棒鋼６を有する密着手段５によって、全一体型ラーメン架構体１の上部架構体３が既存建物２の構造部のうち、柱７の外面に押圧、密接され、大梁２０の外面に密接されるので、当該既存建物２に作用する水平力をより確実に上部架構体３に伝達させることができる。

図１２は、密着手段５の他の例を示しており、この例では、棒鋼６に代えて帯鋼１２を採用している。また、補助鋼材８を用いずに、帯鋼１２が直接に上部架構体３の縦材３ａと係合している。帯鋼１２は、ボルト１３及びナット１４により柱７に締め付けられる。図１２に示される密着手段５では、例えばコの字状に加工した帯鋼１２（両端にボルト１３挿通用の孔が形成されている）を室内側から孔１０ａ内に差し込み、孔１０ａから突出した部分を現場で曲げ加工し、ついでボルト１３及びナット１４を付けて、締め付けることで縦材３ａを柱７に押圧させることができる。
また、図１２に示される例では、柱７の表面と当接する帯鋼１２の側面にゴム板などの弾性部材２１が予め接着剤により貼り付けられている。したがって、かかる帯鋼１２を柱７の所定位置に配設し、ナット１４を締め付けると、柱７の表面に対する帯鋼１２の密着度を高めることができる。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の耐震保全方法の第２実施形態の斜視説明図であり、図８は、同第２実施形態における地中部分の断面説明図である。なお、柱と縦材の配置は図２に示される第１実施形態と同様である。

図１〜６に示される第１実施形態では、既存建物２の基礎１５が壁面より外方に延びていないので、下部架構体４の縦材４ａを、前記基礎１５と干渉することなく地中に埋設することができるが、第２実施形態では、既存建物２の基礎１５が壁面より外方に延びている。そこで、第２実施形態では、壁面より外方に延びる基礎１５の厚さが比較的薄いことから、縦材４ａは基礎１５を貫通した状態で地中に埋設されている。
この第２実施形態においても、図１１に示される密着手段によって、上部架構体３の縦材３ａが既存建物２の外面に押圧ないし密接されている。

〔第３実施形態〕
図９は、本発明の耐震保全方法の第３実施形態の斜視説明図であり、図１０は、同第３実施形態における地中部分の断面説明図である。なお、柱と縦材の配置は図２に示される第１実施形態と同様である。

この第３実施形態は、第２実施形態と同様に、既存建物２の基礎１５が壁面より外方に延びているが、当該第２実施形態とは異なり、下部架構体４の縦材４ａは基礎１５を回避して地中に埋設されている。具体的に、下部架構体４の縦材４ａは、既存建物２の壁面より外方に延びる基礎部分１５ａの上面近傍において外方に屈曲し、さらに前記基礎部分１５ａよりも外方に延びた地点で下方に屈曲している。本実施形態では、上部架構体３の縦材３ａと下部架構体４の縦材４ａとが同軸上に存在していないので、上部架構体３が受けた水平力が効果的に大地に伝達されるように、基礎１５と基礎１５の中間位置であって、基礎１５が存在しない箇所に全一体型ラーメン架構体１の下部架構体４としての補助縦材４ａ１を最下層の横材３ｂに剛接して設置している。縦材４ａとともに補助縦材４ａ１を用いることよって、上部架構体３が受けた水平力を効果的に大地に伝達させることができる。
この第３実施形態においても、図１１に示される密着手段によって、上部架構体３の縦材３ａが既存建物２の外面に押圧ないし密接されている。

〔第４実施形態〕
図１３は、本発明の耐震保全方法の第４実施形態の斜視説明図であり、図１４は、同第４実施形態における既存建物の柱と上部架構体の縦材との配置を示す平面説明図である。この第４実施形態は、比較的小規模の建物（木造又は軽量鉄骨造）を想定したものであり、全一体型ラーメン架構体１の上部架構体３の天材３ｃが既存建物２の軒１６を貫通している。
この第４実施形態においても、図１１に示される密着手段によって、上部架構体３の縦材３ａが既存建物２の外面に押圧ないし密接されている。

〔第５実施形態〕
図１５は、本発明の耐震保全方法の第５実施形態の斜視説明図であり、図１６は、同第５実施形態における既存建物の柱と上部架構体の縦材との配置を示す平面説明図である。この第５実施形態は、第４実施形態と同様に比較的小規模の木造一戸建て住宅を想定したものであるが、建物の外観を考慮して、第４実施形態における上部架構体３の天材３ｃを省略している。また、木造の２階建て住宅で延べ床面積が１２０ｍ^３前後の場合は、４本の縦材３ａ及びそれと一体となっている横材３ｂだけでも充分に耐震保全を確保することができるので、中央の縦材３ａも省略している。
この第５実施形態においても、図１１に示される密着手段によって、上部架構体３の縦材３ａが既存建物２の外面に押圧ないし密接されている。

第２〜５実施形態においても、全一体型ラーメン架構体１の上部架構体３は、既存建物２を鳥籠又は柵で固め覆うことで既存建物に作用した水平力を伝達するよう当該既存建物２の外面に密接ないしは密着して設けられるので、既存建物２に作用する水平力の一部又は全部を当該上部架構体３に伝達させることができる。そして、上部架構体３に伝達された全水平力は、地中に埋設され且つ固定されたラーメン架構体１の下部架構体４によっても負担される。また、上部架構体３は、既存建物２の形状に合わせて全一体型ラーメン架構体として設けられているので、当該既存建物２に作用する全水平力をバランス良く受けることができる。このため、地震などによるあらゆる方向からの水平力に対して、この水平力を同時に全一体型ラーメン架構体１に伝達させることができ、既存建物２の変形、倒壊及び損傷などを防止し、その耐震保全を確実に行うことができる。

なお、本発明の耐震保全方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、前述した実施形態では、２階建又は３階建の建物を対象にしているが、４階建以上の建物にも本発明の耐震保全方法を適用することができる。
また、前述した実施形態では、平面が長方形の建物を対象にしているが、正方形、Ｌ形など他の平面形状の建物にも本発明の耐震保全方法を適用することができる。

また、前述した実施形態では、Ｈ型鋼やＩ型鋼など単一の部材で上部架構体や下部架構体を構成しているが、複合部材を用いることもできる。ここで、「複合部材」とは、２種以上の単一部材を結合させたものであり、例えば２つのＣ型鋼の開口部同士を溶接により一体化したものや、Ｈ型鋼の開口部に平鋼を溶接したものなどを挙げることができる。

また、上部架構体の縦材や横材の配置は適宜変更可能である。
また、縦材及び横材のサイズ（断面寸法）は、配置場所により変更することもできるが、サイズを共通化すると部品点数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。また、木造など小規模の建物の場合は、付加的に、既存建物途中の天井裏を貫通して横材３ｂを配置することもできる。また、既存建物の正面と背面といった、相対する面の上部架構体同士を天井裏或いは床下などを通じて鉄棒やスチールワイヤーなどでつなぎ、ターンバックルで締めることもできる。この場合、鉄棒又はスチールワイヤー、及びこれを締めるためのターンバックルが、本発明における密着手段として機能する。

また、前述した実施形態では、庇、ベランダ、パラペットなど建物の外面から外方に突出する要素が存在していないが、これらが存在する場合でも本発明の耐震保全方法を適用することができる。例えば、庇やベランダが建物の外壁に存在する場合、上部架構体の縦材は、この庇を貫通して配設される。そして、縦材が貫通する部分は、シール材によって防水コーキング処理が施される。また、パラペットが建物の屋上に存在する場合、上部架構体の天材は、このパラペットを貫通して配設される。そして、天材が貫通する部分は、シール材によって防水コーキング処理が施される。なお、木造瓦屋根などの場合には、上部架構体の天材を瓦などに密接させる必要はない。

また、前述した実施形態では、上部架構体を既存建物の構造部である柱や大梁に直接に当接させているが、当該既存建物の構造部と上部架構体との間に隙間がある場合などにおいて、既存建物の構造部と上部架構体との間にゴムシートなどの弾性部材を挟みこむこともできる。この場合、既存建物の構造部と上部架構体との間の密着度を高めることができる。弾性部材の大きさや配置箇所などは、既存建物の形状、規模などに応じて適宜選定することができる。

１ 全一体型ラーメン架構体
２ 既存建物
３ 上部架構体
３ａ 縦材
３ｂ 横材
３ｃ 天材
４ 下部架構体
４ａ 縦材
４ａ１ 補助縦材
５ 密着手段
６ 棒鋼
７ 柱
８ａ 補助鋼材
８ｂ 補助鋼材
９ ナット
１１ シール材
１２ 帯鋼
１３ ボルト
１４ ナット
１５ 基礎
１６ 軒
２０ 大梁
２１ 弾性部材
２２ コンクリート

Claims (1)

1. 地上に配設される上部架構体と地中に埋設される下部架構体とからなる鳥籠状又は柵状の全体が一体となったラーメン架構体を既存建物の規模及び形状に合わせて当該既存建物の全外面を包囲するように構築する耐震保全方法であって、
   前記ラーメン架構体は鋼材からなり、
   前記上部架構体は、前記既存建物を固め覆うように当該既存建物の外面に密接して設けられ、
   前記下部架構体を差し込んで大地と固定化するために地中の所定の深さまで穿孔した孔に当該下部架構体を差し込んだ後、大地と下部架構体との間隙にコンクリート又はモルタルを充填することにより大地と一体として固定されることで、既存建物へ作用する水平力の相当部分を負担するように構成されており、
   前記上部架構体は、既存建物の構造部である柱及び大梁の外面周りに配設される密着手段によって、前記柱の外面に直接に押圧、密接され、大梁の外面に直接に密接されており、且つ
   前記密着手段は、前記柱の周面に密接される棒鋼又は帯鋼を有することを特徴とする、既存建物の耐震保全方法。

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