説明

耐震補強構造

【課題】既存建物の水平耐力を増大させる。
【解決手段】耐震補強構造10は、既存建物12の外壁12A〜12Dの外側に設けられた地盤改良壁14A〜14Dと、外壁12A〜12Dと地盤改良壁14A〜14Dを連結し、地盤改良壁14A〜14Dの面内方向へ、既存建物12に加えられた水平力PH又はPVを伝達する水平力伝達手段16A〜16Dと、を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐震補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
建築基準法の新耐震設計基準導入前(1981年導入)に建設された杭基礎の建物では、地震時等の水平力に対しては耐震設計が要求されていなかったため、水平耐力が不足する建物が存在することが予測されている。
また、近年の耐震設計では、大きな地震力が採用されているため、基礎地盤が液状化する可能性がある建物が増えている。液状化が発生すると杭を支える水平地盤抵抗が小さくなるので、杭の水平耐力が不足する結果となる。杭の水平耐力の不足は、建物の健全性確保にとって重要な問題となる。
【0003】
そこで、基礎地盤が液状化しても、地盤改良体で水平力を支持層へ伝達する技術が提案されている(特許文献1)。
特許文献1の方法は、液状化地盤に建てられた建物において、建物の鉛直荷重は非液状化地盤まで達する基礎杭で支持し、建物に作用する水平力は、液状化地盤に造成された壁状地盤改良体で支持し、非液状化地盤へ伝達させる構成である。
【0004】
ここに、地盤改良体は、建物下部の地盤に、連続した壁体で平面視が矩形状に構築されている。また、地盤改良体は、基礎杭と交錯しないように、中央部の基礎杭と外周部の基礎杭との間に構築されている。
しかし、特許文献1の方法は、建物が既存建物の場合に適用するのは困難であり、適用した場合コストが高くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平6−294137号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記事実に鑑み、既存建物の水平耐力を増大させる耐震補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1に記載の発明に係る耐震補強構造は、既存建物の外壁の外側に設けられた地盤改良壁と、前記外壁と前記地盤改良壁を連結し、前記地盤改良壁の面内方向へ水平力を伝達する水平力伝達手段と、を有することを特徴としている。
【0008】
請求項1に記載の発明によれば、水平力伝達手段により、既存建物の外壁と地盤改良壁とが連結される。このとき、地盤改良壁は既存建物の外壁の外側に設けられ、水平力伝達手段は、地盤改良壁の面内方向へ水平力を伝達する。
これにより、既存建物に作用する水平力を、地盤改良壁に負担させることができ、既存建物を支持する杭の負担を軽減させることができる。この結果、既存建物の水平耐力が増大する。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の耐震補強構造において、前記水平力伝達手段は、前記地盤改良壁の頭部を呑み込み前記外壁と接合されている鉄筋コンクリート版であることを特徴としている。
【0010】
請求項2に記載の発明によれば、既存建物の外壁と接合された鉄筋コンクリート版により、既存建物に作用した水平力が外壁から地盤改良壁の頭部へ伝達される。
これにより、既存建物に作用した水平力を、鉄筋コンクリート版を介して地盤改良壁に負担させ、既存建物を支持する杭の負担を軽減させることができる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の耐震補強構造において、前記水平力伝達手段は、前記地盤改良壁に挿入され、前記地盤改良壁から上部が突出された芯材と、前記芯材と一端が接合され、他端が前記外壁と接合された連結部材と、を有することを特徴としている。
【0012】
請求項3に記載の発明によれば、一端が既存建物の外壁と接合された連結部材により、既存建物に作用した水平力が外壁から芯材へ、更には芯材から地盤改良壁へ伝達される。
これにより、既存建物の水平力を、連結部材を介して地盤改良壁に負担させ、既存建物を支持する杭の負担を軽減させることができる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の耐震補強構造において、前記地盤改良壁は、軟弱地盤の下の前記地盤改良壁が負担する水平荷重を支持できる地層に根入れされていることを特徴としている。
これにより、既存建物が液状化層を含む軟弱地盤の上に構築されていても、既存建物の水平耐力を増大させることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明は、上記構成としてあるので、既存建物の水平耐力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す側面図及び平面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る耐震補強構造における地盤改良壁と鉄筋コンクリート版の接合構造を示す斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る耐震補強構造における地盤改良壁と鉄筋コンクリート版の接合構造を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る耐震補強構造における地盤改良壁と鉄筋コンクリート版の接合構造を示す斜視図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る耐震補強構造における地盤改良壁と鉄筋コンクリート版の接合構造を示す断面図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る耐震補強構造における地盤改良壁と鉄筋コンクリート版の接合構造を示す斜視図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す側面図及び斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(第1の実施の形態)
図1の側面図及び平面図に示すように、第1の実施の形態に係る耐震補強構造10は、既存建物12の外壁12A〜12Dの外側に、後打ちで構築された地盤改良壁14A〜14Dが設けられている。
既存建物12は、表層の軟弱地盤20に構築され、軟弱地盤20の下の杭の支持層23まで達する杭18で支持されている。既存建物12は、例えば、建築基準法の新耐震設計基準導入前(1981年導入)に建設された杭基礎の建物である。このため、杭18は、既存建物12の鉛直荷重は十分に支持する強度を有しているが、地震時等で発生する水平荷重に対しては、水平耐力が十分とはいえない構成である。
【0017】
地盤改良壁14A〜14Dは、既存建物12を囲んで、既存建物12の外壁12A〜12Dの外側に外壁と平行に構築されている。ここに、地盤改良壁14A〜14Dの厚さ、幅及び構築する位置等は、要求される水平荷重の負担量等で決定される。
【0018】
地盤改良壁14A〜14Dは頭部が軟弱地盤20の表面まで構築されており、地盤改良壁14A〜14Dの上には、鉄筋コンクリート版16A〜16Dが打設されている。即ち、鉄筋コンクリート版16A〜16Dは、それぞれ地盤改良壁14A〜14Dの頭部を呑み込み、既存建物12側の端部は、既存建物12の外壁12A〜12Dと接合されている。
地盤改良壁14A〜14Dの下端部は、表層の軟弱地盤20と杭の支持層23の間の地層22に根入れされている。ここに、地層22は、地盤改良壁14A〜14Dが負担する水平荷重を支持できる地層である。地層22が存在しない場合には、杭の支持層23まで根入れすればよい。
【0019】
図1(B)の平面図に示すように、対向する地盤改良壁14A〜14Dは、既存建物12の対向する外壁12A〜12Dを、それぞれ両側から挟んでいる。これにより、地震等により、例えば、既存建物12の外壁12A、12Cに、壁面と平行な水平力PHが作用したとき、鉄筋コンクリート版16A、16Cを介して、地盤改良壁14A、14Cの面内方向に水平力PHが作用する。このとき、水平力PHの大きさや地盤改良壁14A、14Cの構造によっては、水平力PHの一部が地盤改良壁14B、14Dの面外方向に作用する。
【0020】
一方、地震等により、既存建物12の外壁12A、12Cに、壁面と直交する方向の水平力PVが作用したとき、鉄筋コンクリート版16B、16Dを介して、地盤改良壁14B、14Dの面内方向に水平力PVが作用する。このとき、水平力PVの大きさや地盤改良壁14B、14Dの構造によっては、水平力PVの一部が地盤改良壁14A、14Cの面外方向に作用する。
水平力PH及び水平力PVは、地盤改良壁14A〜14Dを介して地層22に伝達される。
【0021】
次に、地盤改良壁14A〜14Dと鉄筋コンクリート版16A〜16Dの接合構造について説明する。なお、地盤改良壁14A〜14D及び鉄筋コンクリート版16A〜16Dは、それぞれの構築場所が異なるのみで構成は同じである。以後、地盤改良壁14A〜14Dを代表して地盤改良壁14と記し、鉄筋コンクリート版16A〜16Dを代表して鉄筋コンクリート版16と記して説明する。
【0022】
図2(A)(C)の斜視図に示すように、地盤改良壁14は、原位置の軟弱地盤20とセメントミルクを、図示しないオーガで混合攪拌して構築されたソイル柱体15を有している。地盤改良壁14は、隣接するソイル柱体15の外周部の一部をオーバーラップさせ、複数個のソイル柱体15を一体化させて連続壁体とすることで形成されている。
【0023】
地盤改良壁14の頭部14Uは、オーバーラップ部にそれぞれ切欠き部24が設けられている。切欠き部24は、既存建物12の外壁の壁面と直交する方向に、地盤改良壁14の壁体を貫通して設けられている。ここに、切欠き部24の寸法は幅W1、深さH1とされ、地盤改良壁14の直径(壁体の最大厚さ)はD1とされている。
【0024】
鉄筋コンクリート版16は、厚さH3で平板状に構築され、地盤改良壁14の頭部14Uを呑み込む部位には、幅D2、深さH2の溝部が形成されている。
図2(B)は、図2(A)に記載の鉄筋コンクリート版16を矢印Rの方向に180度回転させ、裏面を表にした状態を示している。
【0025】
図2(B)に示すように、鉄筋コンクリート版16の溝部は、幅D2、深さH2とされ、内部には、底面27から突起された仕切り部26が幅W2、深さH4で形成されている。この結果、溝部の内部には、仕切り部26で仕切られた矩形の穴部25が、複数形成されている。
【0026】
ここに、図3に示すように、仕切り部26の幅W2は、地盤改良壁14の切欠き部24の幅W1より小さく、仕切り部26の深さH4は、地盤改良壁14の深さH1と同等、若しくは小さい。また、溝部の幅D2は、地盤改良壁14の径D1より隙間寸法2δだけ大きく開口されている。
【0027】
これにより、仕切り部26が、地盤改良壁14の切欠き部24に挿入された状態において、鉄筋コンクリート版16の矢印PHの方向への移動は、地盤改良壁14の頭部14Uで制限される。一方、鉄筋コンクリート版16の矢印PVの方向の移動は、隙間寸法2δの範囲で可能とされている。
【0028】
本構成とすることにより、地盤改良壁14に既存建物12の鉛直荷重を加えなくても、既存建物12の外壁と平行な方向の水平力PHは、地盤改良壁14の切欠き部24と、鉄筋コンクリート版16の仕切り部26との重ね合わせ面を介して、鉄筋コンクリート版16から地盤改良壁14へ伝達される。
【0029】
一方、既存建物12の外壁と直交する方向の水平力PVは、基本的に水平力PVと平行な方向に設けられた地盤改良壁14が負担する。しかし、水平力PVの一部が水平力PVと直交する方向の地盤改良壁14の方向に作用したとき、接合部に設けられた隙間寸法δにより、地盤改良壁14への面外荷重を避けることができる。
即ち、水平力PVは、地盤改良壁14の切欠き部24の方向へ作用し、鉄筋コンクリート版16の仕切り部26が、切欠き部24の内部を移動可能とされていため、鉄筋コンクリート版16から地盤改良壁14への、水平力PVの伝達が抑制される。
【0030】
なお、地盤改良壁14の外周面と、鉄筋コンクリート版16の切欠き部の内壁の間には、両端部にそれぞれ隙間δが形成されている。隙間δは、想定される鉄筋コンクリート版16の移動量より大きい。このため、鉄筋コンクリート版16の移動は、地盤改良壁14では制限されることはない。
【0031】
また、鉄筋コンクリート版16は、既存建物12の外壁と外壁側の側面が接合され、外壁と地盤改良壁14を連結している。これにより、既存建物12に作用する水平力PHを、地盤改良壁14に負担させることができ、既存建物12を支持する杭18の負担を軽減させることができる。
この結果、既存建物12の水平耐力を増大させることができる。
【0032】
一方、既存建物12の外壁と直交する方向に作用した水平力PVは、地盤改良壁14に伝達されない。これにより、面外方向の水平力PVが作用することによる地盤改良壁14の破損を防ぐことができる。
ここに、地盤改良壁14は、作業空間の確保が比較的容易な既存建物12の外壁の外側に構築される。このため、既存建物12の直下に構築する場合に比べて、安価に構築できる。
【0033】
即ち、従来、既存建物12の外壁の外側に構築する新設の杭で水平耐力を補う場合には、新設の杭は、既存の杭18より剛性の高い杭とする必要があった。更に、新設の杭には既存建物12の軸力が作用しないため、大径の杭としなければならず、施工コストが上昇するという問題があった。
しかし、本実施の形態においては、地層22に根入れした地盤改良壁14を採用し、地盤改良壁14の面内方向へ水平力PHを負担させることで上記問題を解決した。
【0034】
また、地盤改良壁14は、図示は省略するが、既存建物12の外壁の外側を、連続して全周を囲む構成でも良い。更に、地盤改良壁14は、1つの外壁の外側に、1つの連続した地盤改良壁14の壁体を対応させる必要はなく、1つの外壁の外側に、複数の地盤改良壁14の壁体を構築しても良い。
【0035】
なお、既存建物12が構築された軟弱地盤20は、液状化層であってもよい。軟弱地盤20が液状化層であり、液状化層が液状化すると、杭18に作用する水平方向の抵抗が小さくなり、杭18の水平耐力が不足する。
しかし、本実施の形態においては、地盤改良壁14が、外壁と平行な方向の水平力PHを受けて地層22に伝達させる。地層22は、地盤改良壁14が負担する水平荷重を支持できる層であり、地層22が水平力PHを負担する。地層22がない場合には、杭の支持層23に地盤改良壁14が根入れされているので、杭の支持層23に水平力PHを負担させることができる。
この結果、杭18の水平耐力が不足しても、地盤改良壁14が水平力PHを負担するので、既存建物12の水平耐力を増大させることができる。
【0036】
(第2の実施の形態)
図4に示すように、第2の実施の形態に係る耐震補強構造30は、既存建物12の外壁の外側に地盤改良壁32が設けられている。
既存建物12は、第1の実施の形態で説明した既存建物12と同じ構成である。第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、地盤改良壁32と鉄筋コンクリート版34の接合構造のみである。以下、地盤改良壁32と鉄筋コンクリート版34の接合構造について説明する。
【0037】
図4(C)に示すように、地盤改良壁32は、ソイル柱体31の外周部の一部をオーバーラップさせ、複数のソイル柱体31を一体化させて連続壁体とされている。地盤改良壁32の頭部32Uには、平面視が長方形の長穴36がそれぞれ形成されている。
ここに、長穴36の寸法は、短辺がW3、長辺がW4、深さがH5とされている。長穴36は、長辺W4側を外壁と直交する方向へ向けて開口されている。
【0038】
図4(B)は、図4(A)に記載の鉄筋コンクリート版34を、矢印Rの方向に180度回転させ、裏面を表側に向けた状態を示している。図4(B)に示すように、鉄筋コンクリート版34には、幅D2、深さH2の溝部が形成されている。溝部の底面37には、長穴36に挿入される突起部38が突出されている。突起部38は、地盤改良壁32の長穴36の位置と対向する位置に、複数個形成されている。
【0039】
図4、5に示すように、突起部38の幅W5は、長穴36の短辺W3にほぼ等しい。これにより、突起部38を長穴36に挿入することができる。一方、突起部38の幅W6は、長穴36の長辺W4より小さい寸法とされ、両側面には、それぞれ隙間δが形成されている。また、突起部38の高さH6は、長穴36の深さH2と等しいか、若しくはやや小さい寸法とされている。
【0040】
本構成とすることにより、既存建物12の外壁と平行な方向の水平力PHは、突起部38の側壁と長穴36の側壁との重ね合わせ面を介して、鉄筋コンクリート版34から地盤改良壁32へ伝達される。
【0041】
これに対し、既存建物12の外壁と直交する方向の水平力PVは、基本的に水平力PVと平行な方向に設けられた地盤改良壁32が負担する。しかし、水平力PVの一部が水平力PVと直交する方向の地盤改良壁32の方向に作用したとき、接合部に設けられた隙間寸法δにより、地盤改良壁32への面外荷重を避けることができる。
即ち、突起部38の側壁と長穴36の側壁との間にそれぞれ隙間δが設けられており、更に、溝部の内壁と地盤改良壁32の外周面との間にも、それぞれ隙間δが設けられている。ここに、隙間δは、地震時の既存建物12の外壁の移動距離より大きくされている。この結果、鉄筋コンクリート版34から地盤改良壁32への水平力PVの伝達が抑制される。
【0042】
即ち、鉄筋コンクリート版34は、外壁側の側面が外壁に接合され、外壁と地盤改良壁32を連結している。これにより、地盤改良壁32の面内方向へ水平力を伝達させることができる。この結果、既存建物12に作用する水平力PHを、地盤改良壁32に負担させ、既存建物12を支持する杭18の負担を軽減させることができる。すなわち、既存建物12の水平耐力を増大させることができる。
【0043】
一方、既存建物12の外壁と直交する方向に作用する水平力PVは、接合部における隙間δにより、水平力PVと直交する方向の地盤改良壁32への伝達が抑制される。
この結果、地盤改良壁32は高い靭性を備えていなくても、地盤改良壁32の破損を防ぐことができる。他の構成は、第1の実施の形態と同じであり説明は省略する。
【0044】
(第3の実施の形態)
図6に示すように、第3の実施の形態に係る耐震補強構造40は、既存建物12の外壁の外側に地盤改良壁42が設けられている。
既存建物12は、第1の実施の形態で説明した既存建物12と同じ構成である。第3の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、地盤改良壁42と鉄筋コンクリート版44の接合構造のみである。以下、地盤改良壁42と鉄筋コンクリート版44の接合構造について説明する。
【0045】
地盤改良壁42は、ソイル柱体46の外周部の一部をオーバーラップさせ、複数のソイル柱体46を一体化させて連続壁体とされている。地盤改良壁42の頭部42Uには、第1の実施の形態及び第2の実施の形態で説明した加工は施されていない。
鉄筋コンクリート版44は、厚さH3で構築され、地盤改良壁42の頭部を深さH4で呑み込んでいる。
【0046】
本構成とすることにより、既存建物12の外壁と平行な方向の水平力PHは、地盤改良壁42の外周面と、外周面を囲む鉄筋コンクリート版44との接合面における抵抗力で、地盤改良壁42の面内方向へ伝達される。
一方、既存建物12の外壁と直交する方向の水平力PVは、基本的に水平力PVと平行な方向の地盤改良壁42が負担する。このとき、水平力PVの大きさや地盤改良壁46の構造によっては、水平力PVの一部が鉄筋コンクリート版44から地盤改良壁42の面外方向へ伝達される。
【0047】
また、本実施の形態では、鉄筋コンクリート版44は、既存建物12の外壁側が外壁に接合され、外壁と地盤改良壁42を連結している。これにより、既存建物12に作用する水平力PHを、地盤改良壁42に負担させることができ、既存建物12を支持する杭18の負担を軽減させることができる。この結果、既存建物12の水平耐力を増大させることができる。
【0048】
一方、上述したように、既存建物12の外壁と直交する方向に作用した水平力PVの一部が、地盤改良壁42へ伝達される可能性がある。このとき、杭18が大径とされ不足する水平耐力が小さい場合や、軟弱地盤20がやや固い地質のため杭18の不足する水平耐力が小さい場合等には、地盤改良壁42の靭性により、伝達された面外方向の水平力PVを吸収することができる。
この結果、地盤改良壁42の破損を防止することができる。他の構成は、第1の実施の形態と同じであり説明は省略する。
【0049】
(第4の実施の形態)
図7に示すように、第4の実施の形態に係る耐震補強構造50は、既存建物12の外壁の外側に地盤改良壁52が設けられている。地盤改良壁52は、連結金具56で既存建物12の外壁と接合されている。
既存建物12は、第1の実施の形態で説明した既存建物12と同じ構成である。第4の実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、地盤改良壁52と既存建物12の接合構造のみである。以下、地盤改良壁52と既存建物12の接合構造について説明する。
【0050】
図7(B)に示すように、地盤改良壁52は、ソイル柱体58の外周部の一部をオーバーラップさせ、複数のソイル柱体58を一体化させて連続壁体とされている。地盤改良壁52の頭部52Uには、芯材であるH形鋼54が挿入されている。ここに、H形鋼54は、ソイル柱体58の外周部のオーバーラップ部に、所定の間隔(図7(B)では1つ飛び)で挿入されている。H形鋼54の頭部は、地盤改良壁52の頭部52Uの上面から突出されている。
【0051】
H形鋼54の頭部には、鋼材製の連結金具56の一端が接合されている。連結金具56の他端は、既存建物12の外壁と接合されている。
即ち、本実施の形態では、既存建物12に作用する水平力PHを、地盤改良壁52の面内方向に負担させることができ、既存建物12を支持する杭18の負担を軽減させることができる。この結果、既存建物12の水平耐力を増大させることができる。
【0052】
一方、既存建物12の外壁と直交する方向に作用した水平力PVは、基本的に水平力PVと平行な方向の地盤改良壁52が負担する。このとき、水平力PVの大きさや地盤改良壁52の構造によっては、水平力PVの一部は地盤改良壁52へ伝達される。このとき、第3の実施の形態と同様に、杭18が大径とされ不足する水平耐力が小さい場合や、軟弱地盤20がやや固い地質のため杭18の不足する水平耐力が小さい場合等には、地盤改良壁52の靭性により、伝達された水平力PVを吸収させることができる。この結果、地盤改良壁52の破損が防止される。
他の構成は、第1の実施の形態と同じであり説明は省略する。
【符号の説明】
【0053】
10 耐震補強構造
12 既存建物
14 地盤改良壁
16 鉄筋コンクリート版(水平力伝達手段)
18 杭
20 軟弱地盤
22 地盤改良壁が負担する水平荷重を支持できる地層
23 杭の支持層
54 H形鋼(芯材、水平力伝達手段))
56 連結金具(連結部材、水平力伝達手段))

【特許請求の範囲】
【請求項1】
既存建物の外壁の外側に設けられた地盤改良壁と、
前記外壁と前記地盤改良壁を連結し、前記地盤改良壁の面内方向へ水平力を伝達する水平力伝達手段と、
を有する耐震補強構造。
【請求項2】
前記水平力伝達手段は、前記地盤改良壁の頭部を呑み込み前記外壁と接合されている鉄筋コンクリート版である請求項1に記載の耐震補強構造。
【請求項3】
前記水平力伝達手段は、前記地盤改良壁に挿入され、前記地盤改良壁から上部が突出された芯材と、
前記芯材と一端が接合され、他端が前記外壁と接合された連結部材と、
を有する請求項1に記載の耐震補強構造。
【請求項4】
前記地盤改良壁は、軟弱地盤の下の前記地盤改良壁が負担する水平荷重を支持できる地層に根入れされている請求項1〜3のいずれか1項に記載の耐震補強構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−76236(P2013−76236A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−215434(P2011−215434)
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(000003621)株式会社竹中工務店 (1,669)
【Fターム(参考)】