JP2961220B2 - 既存構造物に対する増築構法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は既存構造物の屋上部に増築部を構築する際に
適用して好適な増築構法、特に、既存部分への耐震補強
を不要もしくは最小限とし得る構法に関するものであ
る。

「従来の技術およびその課題」 一般に、既存構造物の屋上部に増築部を構築する際に
最も障害となる要因としては、 法規制（容積率、高さ制限等） 既存構造物への耐震補強が必要 基礎、杭の補強が必要 などがあげられる。このうち、の法規制については、
近年これを緩和しようとする傾向にあり、従って、今後
このような増築に関する要求（ニーズ）が増加すること
が予想される。

一方、前記、については未だ有効な解決策が提供
されていない。特に、の既存構造物への耐震補強は、
既存構造物を構成する躯体そのものを補強、増設する等
の大掛かりな工事であるので、多大な工期、工費を必要
として不経済であると共に、耐震補強工事中における既
存構造物内の居住環境を著しく損ない、この面からも大
変不経済であった。

この発明は前記事情に鑑みてなされたもので、既存構
造物の屋上部に増築部を構築する際にこの既存構造物へ
の耐震補強を不要もしくは最小限とし得る構法の提供を
目的としている。

「課題を解決するための手段」 本発明の構法は、既存構造物の屋上部に増築部を構築
するに際し、該増築部の少なくとも一つの層の強度を既
存構造物および増築部の他の層に比して相対的に低減せ
しめることにより、当該層を地震エネルギーの大半が集
中するエネルギー集中層として構築し、かつ、該エネル
ギー集中層を構成する構造部材の一部を、想定規模の範
囲内の地震時には弾性変形限度内で変形するに留まると
ともに想定規模を越える地震時には降伏して塑性変形す
る塑性化部材として設定することにより、想定規模を越
える地震時には該塑性化部材の塑性変形によって増築後
の構造物全体に入力される地震エネルギーの大半を吸収
せしめることを特徴とする。

「作用」 前記構成による本発明の作用について説明する前に、
本発明の基礎とする原理について以下に説明する。

すなわち、エネルギー理論に基づく耐震極限設計法に
よれば、建築物各層の強度（降伏剪断力）の最適分布、
言い替えれば第ｉ層における降伏剪断力係数分布ｉは
一義的に求めることができ、これは次式で与えられる
（秋山宏著、「建築物の耐震極限設計」（東京大学出版
会））。

そして、ある層の強度αｉが、この最適分布ｉより
も小さい場合、この層に地震等による外力のエネルギー
が集中することになる。逆に、この原理を利用すれば、
各層の強度αｉを適宜調整することで、外力のエネルギ
ーを所望の割合で各層に配分することができ、例えば、
建築物の第１層の強度のみを低減させることで、この第
１層に外力エネルギーを集中させることができる。さら
に、前述の終局設計法に従って、第１層に集中した外力
エネルギーを、この第１層の部材の塑性変形によって吸
収すれば、第２層以上に伝達する外力エネルギーを小さ
くすることができ、よって、建築物全体への免震効果を
もたらすことができる。

前記第１層の強度のみを低減させるには、次のような
手法に従えば良い。すなわち、第１層が吸収する累積塑
性歪エネルギーが、全累積塑性歪エネルギーの95％以上
となることを条件として、第２層以上の強度を、前記最
適分布に対して次式により与えられるａ倍以上とすれ
ば、この第１層に外力からのエネルギーを集中させるこ
とができる（秋山宏、日本建築学会論文報告集、341、
昭和59年７月）。

ここに、 a:強度倍率 α₁：第１層の降伏剪断力係数 αe₁：構造物が弾性に留まる限界の第１層の降伏剪断力
係数 よって、以上示した知見に基づけば、増築部の少なく
ともいずれかの層の強度（降伏剪断力）を既存構造物お
よび増築部の他の層よりも相対的に低減させることで、
その層に地震時のエネルギーを集中させることができ
る。つまり、その層をエネルギー集中層として設定する
ことができる。そして、そのエネルギー集中層を構成し
ている構造部材の一部を、想定規模の地震（たとえば増
築後の構造物の耐用年限中に発生が予想される最大級の
規模の地震）を越えるような地震時には降伏してしまう
塑性化部材として設定して、そのような地震時にはその
塑性化部材を降伏させることにより、エネルギー集中層
に集中させた地震エネルギーの大半を塑性歪エネルギー
として吸収することができる。

このため、本発明によればエネルギー集中層以外の各
層へのエネルギー入力を十分に低下させることができ、
既存部分に対する耐震補強を不要もしくは最小限とでき
る。つまり、本発明の構法によれば既存部分への大掛か
りな耐震補強を必要とすることなく屋上部への増築が可
能となる。さらに、耐震補強が必要とされる既存構造物
の屋上部に本発明の構法により増築部を増築することに
より、既存部分への大掛かりな改修を必要とすることな
く増築後の構造物全体の耐震性能を向上させることがで
きることになる。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例である増
築構法により増築された建築構造物を示す図である。第
１図ないし第２図において、符号Ａ全体で表されるもの
は地盤Ｇ上に構築された本実施例の建築物（建築構造
物）Ａであり、この建築物Ａは、既存部（既存構造物）
A1（本実施例では７階建）の屋上に増築部A2（本実施例
では３階建）が構築された構成となっている。本実施例
では、これら既存部A1及び増築部A2はそれぞれいわゆる
鉄骨構造の建築物であり、さらにこの既存部A1は鉄骨製
の柱１と梁２とからその躯体が構成される一方、増築部
A2は、高張力鋼製の角形鋼管からなる柱３と、Ｈ形鋼か
らなる梁４とからその躯体が構成されている。柱３は、
増築部A2の最上階、すなわち建築物Ａの最上層Ｆ（10
階）において、その径が縮小された小径部3aに形成され
ていて、この最上階Ｆの強度（降伏剪断力）は他の階に
比較して低減されたものとなっており、この最上階Ｆが
地震時にエネルギーが集中するエネルギー集中層として
設定されている。

前記増築部A2には、第２図に示すように、その最上層
Ｆに普通鋼製のＨ形鋼からなる塑性化部材５が設けられ
ている。この塑性化部材５は、前記柱３及び梁４で囲繞
される領域内に配置されている。この塑性化部材５の上
端部5aは10階の天井を構成する梁（すなわち最上部に位
置する梁）６に剛に接合されている一方、その下端部5b
は、９階の天井を構成する梁（10階の床部を構成する
梁）７上端から突設された取付プレート８にスプライス
プレート９を介して連結されている。この塑性化部材５
の中央部5c両端からは、前記９階の天井を構成する梁７
と柱３との交叉部（仕口）Ｃに向って、普通鋼又は高張
力鋼製の鋼管からなるブレース10が取付プレート11を介
して延出され、このブレース10は、ガセットプレート12
により、前記交叉部Ｃにおいて梁７に取り付けられてい
る。

そして、この増築部A2を構成する部材（角形鋼管、Ｈ
形鋼、鋼管）は、建築物Ａの耐用年限中に数度発生が予
想される地震規模の外力に対して発生する応力が許容応
力度以内であるように、その材質及び断面形状が選択さ
れている。そして、増築部A2の最上層Ｆに設けられてい
る前記塑性化部材５は、この建築物Ａの耐用年限中に発
生が予想される最大級の地震規模の外力に対して降伏す
るように、その材質及び断面形状が選択されている。

ここで、前記弾性部材たる柱３（3a）及び塑性化部材
５の物性値の最適な組み合わせについて説明する。これ
ら物性値の組み合わせは、建物の階高及び塑性化部材５
の歪エネルギー吸収能力で耐えうる最大級地震と弾性に
とどめる地震とのレベル設定により変わってくるが、本
発明者等の検討結果によれば、次式で与えられるような
組み合わせが最も好ましい。

sQy/hQy≧1/3 ｓδy/hδｙ≧3.0 ｈ/h≧0.35 hQy:当該層の塑性化部材の降伏剪断力の総和 sQy:当該層の弾性部材の降伏剪断力の総和 ｈδy:塑性化部材の降伏変形量 ｓδy:弾性部材の降伏変形量 ｈ：見掛けの塑性変形倍率の平均値 ｈ：累積塑性変形倍率の平均値 すなわち、第４図に示すグラフにおいて、弾性部材の
降伏剪断力sQy及び降伏変形量ｓδｙが斜線で囲まれる
領域であれば良い。部材3a、５の寸法は階高、柱スパン
に関係なく決められ、前記物性値は、部材3a、５の配置
構面数及び部材長さ、断面寸法を変えることにより容易
に得られる。なお、第４図中Kp.dはＰ−δ効果を打消す
為のバネを示す。

よって、以上のような増築部A2が設けられた建築物Ａ
に、建築物Ａの耐用年限中に数度発生が予想される地震
規模の外力が加えられた場合、増築部A2を含めた建築物
Ａの各部材が復元力特性における弾性域内で挙動するこ
ととなる。また、建築物Ａの耐用年限中に発生が予想さ
れる最大級の地震規模の外力が加えられた場合、前記ブ
レース10を介して外力のエネルギーが前記塑性化部材５
に伝達されることで、この塑性化部材５が降伏する。こ
れにより、外力のエネルギーの大部分がこの最上層Ｆで
塑性歪エネルギーとして吸収されることで、これ以下の
層に伝達されるエネルギーが減少され、よって、建築構
造物全体への耐震効果を得ることができる。

しかも、建築物Ａへの外力のエネルギーが最上層Ｆ一
箇所に集中され、これ以外の層では外力のエネルギー伝
達が減少されるため、最上層Ｆ以外の層を構成する部材
の剛性を大きく確保する必要がなく、これにより既存部
A1の部材に施すべき耐震補強を最小限に、好ましくは不
要とすることができる。よって、この発明によれば、既
存部A1の屋上に増築部A2を構築する際にこの既存部A1へ
の耐震補強を最小限にしうる。好ましくは耐震補強の不
要な建築物Ａを実現することができる。

しかも、この実施例では、耐震要素たる塑性化部材
５、ブレース10等が柱３及び梁４で囲繞される領域内に
配置されているので、増築部A2の居住空間を全く損なう
ことなく耐震補強が行え、平面計画上でも大変好まし
い。

また、この実施例の建築物を利用して、逆に耐震設計
上に不安のある建築物について、この屋上部に前述の如
き構成の増築部A2を構築することで、既存の建築物に最
小限、好ましくは全く補強を施すことなくその耐震性を
向上させることができる。さらには、増築部A2は法的規
制範囲内のものであれば当然に居住可能であり、既存構
造物の耐震性を向上させつつその居住領域を拡大しう
る、という相乗効果が得られる。

なお、前記柱３（3a）は、自身の大きな弾性変形能力
により、前記最大級の地震規模の外力に対しても弾性状
態を保つことにより、エネルギー集中層（最上層Ｆ）全
体の最大変形、残留変形の増大を抑止する効果がある。
又、生じた水平変形によるＰ−δ効果で建築物Ａが劣化
するのを防止し、復元力を確保する機能も持っている。

さらに、第３図（ａ）〜（ｃ）は、最上階Ｆの他の構
造例を示す図である。なお、第３図において、符号20は
ピン接合点を示すものであり、また、第３図（ｃ）にお
いて、符号21は塑性化部材としての普通鋼からなる鋼板
である。これら第３図に示した実施例によっても、前記
第１実施例のと同様の作用効果を得ることができる。

なお、この発明の構法は、その細部が前記実施例に限
定されず、種々の変形例が可能である。例えば、前記塑
性化部材５やブレース10は、最上層Ｆのみならずいずれ
の層に設けられても良く、また、複数の層に設けられて
も良い。また、前記弾性部材たる柱3a及び塑性化部材５
も、その材質及び断面形状が前記実施例のそれに限定さ
れることなく、前述の物性値の組み合わせに従って、周
知の材質及び断面形状から適宜選択されれば良い。さら
に、前記塑性化部材５の降伏時期も、前記実施例の如
く、最大級の地震規模の外力に対してのみばかりでな
く、より小さな外力に対して降伏を許すように設定され
ても良く、要はどの程度の外力に対して顕著な耐震効果
を期待するかによって、適宜選択されれば良い。そし
て、前記実施例では既存部A1及び増築A2はそれぞれ鉄骨
構造の建築物Ａであったが、これら既存部A1あるいは増
築部A2はそれぞれ鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コン
クリート構造の構造物であっても良いことは勿論であ
る。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、既存
構造物の屋上部に増築部を構築するに際し、該増築部の
少なくとも一つの層の強度を既存構造物および増築部の
他の層に比して相対的に低減せしめることにより、当該
層を地震エネルギーの大半が集中するエネルギー集中層
として構築し、かつ、該エネルギー集中層を構成する構
造部材の一部を、想定規模の範囲内の地震時には弾性変
形限度内で変形するに留まるとともに想定規模を越える
地震時には降伏して塑性変形する塑性化部材として設定
することにより、想定規模を越える地震時には該塑性化
部材の塑性変形によって増築後の構造物全体に入力され
る地震エネルギーの大半を吸収せしめるものであるか
ら、エネルギー集中層以外の他の各層へのエネルギー入
力を極端に減少させることができ、かつ、エネルギー集
中層に集中させたエネルギーを該集中層に設けた塑性化
部材の塑性変形により十分に吸収することができる。従
って、エネルギー集中層以外の層を構成する部材の剛性
を大きく確保する必要がなくなるため、既存構造物の部
材に施すべき耐震補強を最小限に、好ましくは不要とす
ることができる。よって、この発明によれば、既存構造
物の屋上部に増築部を構築する際にこの既存構造物への
耐震補強を最小限にしうる、好ましくは耐震補強の不要
な建築物を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図はこの発明の一実施例の構法により
増築された建築構造物を示す図であって、第１図はその
全体構成を示す概略図、第２図は最上層付近を拡大視し
て示した正面図、第３図はエネルギー集中層の他の構造
例を示す概略図、第４図は降伏剪断力と降伏変形量との
組合せを示す図である。 Ａ……建築物（建築構造物）、A1……既存部（既存構造
物）、A2……増築部、Ｆ……最上層（エネルギー集中
層）、３（3a）……柱（弾性部材）、5,21……塑性化部
材、10……ブレース。

フロントページの続き (72)発明者 真瀬 伸治 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 平間 敏彦 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 寺田 岳彦 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−89743（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既存構造物の屋上部に増築部を構築するに
   際し、該増築部の少なくとも一つの層の強度を既存構造
   物および増築部の他の層に比して相対的に低減せしめる
   ことにより、当該層を地震エネルギーの大半が集中する
   エネルギー集中層として構築し、かつ、該エネルギー集
   中層を構成する構造部材の一部を、想定規模の範囲内の
   地震時には弾性変形限度内で変形するに留まるとともに
   想定規模を越える地震時には降伏して塑性変形する塑性
   化部材として設定することにより、想定規模を越える地
   震時には該塑性化部材の塑性変形によって増築後の構造
   物全体に入力される地震エネルギーの大半を吸収せしめ
   ることを特徴とする既存構造物に対する増築構法。