(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
中低層の戸建て住宅用建築物の耐震性を高めるために、建築構造材によって形成された枠体内に筋交いを設けることが通常行われる。また、さらに耐震性を高めるために、建築構造材によって形成された枠体内に制震機能を有する耐震補強具を組み込んで、地震の振動を低減しつつ建築物の耐震性を高める構造が提案されている。
【0003】
枠体内に耐震補強具を組み込む場合、耐震補強具のための新たな空間を必要としないので、狭小な土地に建つ建築物にも使用できる。また、リフォームなどで後から耐震補強具を設置する際にも、間取り等を変更する必要がない。
【0004】
特許文献1は、筋かいの中央部分に粘弾性体を用いた制振ダンパーを組み込んでいる戸建て住宅用建築物の耐震構造の発明である。
【0005】
また、特許文献2は、2本の筋交いとそれに接続される座屈防止部材からなる耐震構造で、座屈防止部材の両端に粘弾性体を用いた制震装置を設けた木造建築物の耐震構造の発明である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
戸建て住宅用建築物の枠体内に耐震補強具を組み込んで耐震性を高める場合、耐震補強具が枠体内にあるため長年メンテナンスされないことから、耐震補強具自体が劣化し、耐震性が低くなることが問題となる。特許文献1も特許文献2も、粘弾性体の弾性力により制震機能を発揮させているため、粘弾性体が劣化すると耐震性が低くなるので、定期的にメンテナンスしたり、劣化が激しい場合は耐震補強具を付け替えたりしなくてはならない。
【0008】
粘弾性体は、温度や湿度の変化に弱いので、温度や湿度の変化が激しい環境下で耐震補強具を使用するときは、粘弾性体の弾性力により制震機能を発揮させるような耐震補強具は好ましくない。
【0009】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で建築物の枠体に配置されて枠体の変形に対して柔軟に復元力を与えられ、劣化しにくく、低コストの耐震補強具および戸建て住宅用建築物の耐震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】
【0010】
(1)上記の目的を達成するため、本発明の耐震補強具は、建築構造材によって形成された矩形状の枠体に配置される耐震補強具であって、複数の矩形の板スプリングが厚さ方向に積層されて形成され、前記建築構造材の角をなすそれぞれの枠体内面に前記板スプリングの長手方向の端面がそれぞれ接触するように斜めに配置される板スプリング積層体と、前記板スプリング積層体とT字をなすように一端が前記板スプリング積層体と接続され、他端が前記板スプリング積層体が配置された枠体の角の対角側の枠体内面に接触する剛性棒材と、前記板スプリング積層体と前記剛性棒材とを搖動可能に接続する接続部材と、を備え、前記板スプリング積層体と前記剛性棒材は、前記建築構造材と固着されることなく前記板スプリング積層体の弾性力により押圧されて枠体内面と接触し、前記板スプリング積層体と枠体内面との接触部は、それぞれが接触する前記建築構造材の初期位置から角に近づく方向に一定の範囲でスライド可能であり、前記剛性棒材と枠体内面との接触部は、接触する前記建築構造材の初期位置から鉛直下向きに一定の範囲でスライド可能であり、前記耐震補強具は建築物を構成する2以上の枠体に反対向きに配置され、2つで一対として使用されることを特徴としている。
【0011】
これにより、耐震補強具は2つで一対として使用されるので、枠体の左右どちらから力が加わったとしても、一方の耐震補強具の板スプリング積層体はスライドすることなく弾性変形し、弾性力で接触する建築構造材を押し返し元に戻る。このとき、その板スプリング積層体に接続される剛性棒材は枠体に接触しながらスライドし、接触する建築構造材に力を加えない。また、他方の耐震補強具の剛性棒材はスライドすることなくその剛性棒材に接続される板スプリング積層体を押して、板スプリング積層体が弾性変形し、弾性力で剛性棒材を押し返し、剛性棒材が接触する建築構造材を押し返し元に戻る。このとき、その板スプリング積層体は角方向にスライドしながら弾性変形するので、枠体の変形に追従しながら復元力を与える。つまり、耐震補強具は2つで一対として使用され、それぞれの板スプリング積層体と剛性棒材が押圧されつつ一定の範囲で動くことができるので、板スプリング積層体の弾性力で地震の振動を吸収することができるとともに、枠体の変形を防止することができる。また、制震機能を発揮する部分に板スプリング積層体を使用しているので、制震機能の劣化を低減でき、長年使用することができる。
【0012】
(2)また、本発明の耐震補強具は、スプリング積層体と剛性棒材の枠体外への動きを制限するガード部材をさらに備えることを特徴としている。これにより、板スプリング積層体と剛性棒材が枠体外へ外れなくなり、強い振動を受けた際にも耐震補強具としての機能を発揮することができる。
【0013】
(3)また、本発明の戸建て住宅用建築物の耐震構造は、上記(1)または(2)に記載の耐震補強具を組み込んでいることを特徴としている。これにより、簡易な構造で変形に対して柔軟に復元力を与えられ、劣化しにくく、低コストの耐震補強具を組み込んだ、耐震性の高い戸建て住宅用建築物を提供することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、耐震補強具は2つで一対として使用され、それぞれの板スプリング積層体と剛性棒材が押圧されつつ一定の範囲で動くことができるので、板スプリング積層体の弾性力で地震の振動を吸収することができるとともに、枠体の変形を防止することができる。また、制震機能を発揮する部分に板スプリング積層体を使用しているので、制震機能の劣化を低減でき、長年使用することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【0017】
[耐震補強具の構造]
図1(a)は、本発明の耐震補強具および耐震補強具が組み込まれた枠体の一例を示す模式図である。
図1(a)に示すように、一方の耐震補強具10は、2本の柱12と柱12、12の間にわたされた2本の梁14(建築構造材11)によって形成された矩形状の枠体に組み込まれている。そして、他方の耐震補強具10は、一方の耐震補強具10が組み込まれた枠体と同じ一面をなす別の枠体に反対向きに配置され、2つの耐震補強具10で一対として使用される。「反対向き」とは、耐震補強具10が押圧する向きの水平成分が反対であることをいう。
図1(a)では、2つの耐震補強具10は隣接する枠体に配置されているが、配置される枠体が離れていてもよい。また、建築物の一面をなす枠体が4以上あるときは、耐震補強具10を二対以上配置してもよい。このとき、耐震補強具10は、スライド制限構造により所定の方向に一定の範囲でスライド可能となる様に、建築構造材の初期位置に押圧されて組み込まれている。スライド制限構造の例については、後述する。
【0018】
図1(b)は、本発明の耐震補強具を示す模式図である。
図1(a)、(b)に示すように、耐震補強具10は、板スプリング積層体16と剛性棒材18と接続部材20とからなる。板スプリング積層体16は、柱12と梁14によって形成された角(枠体の角)をなすそれぞれの枠体内面に長手方向の端面がそれぞれ接触するようにかつ、その長手方向が枠体内面に対し、斜めになるように配置されている。
【0019】
剛性棒材18は、板スプリング積層体16とT字をなすように一端が板スプリング積層体16と接続部材20によって搖動可能に接続されている。この接続位置は、力の伝達や板スプリング積層体16の変形を向上するためには、板スプリング積層体16の長手方向を3等分したうちの中央の範囲に収まることが好ましい。また、板スプリング積層体16と剛性棒材18とが接続される角度は、90°に近いほうが好ましい。
【0020】
剛性棒材18の他端は、板スプリング積層体16が配置された枠体の角の対角側の枠体内面に接触している。対角側とは、対角または対角をなす2辺のうち鉛直方向の辺のことである。剛性棒材18は、対角で2辺をなす枠体の内側の両方の面に接触していてもよいし、対角をなす2辺のうち鉛直方向の辺をなす枠体の内側の面だけに接触していてもよい。
【0021】
図2(a)は、耐震補強具10を組み込む向きを反対にした枠体の一例を示す模式図である。耐震補強具10を2つで一対として組み込む向きは、
図1(a)のような向きでもよいし、
図2(a)のような向きでもよい。
【0022】
図2(b)、(c)は、耐震補強具10が組み込まれた枠体の別の例を示す模式図である。ただし、一方の耐震補強具10が組み込まれた枠体のみ示している。板スプリング積層体16が枠体内面に配置される角度22や、板スプリング積層体16と剛性棒材18とが接続される位置や角度、剛性棒材18の他端が対角側の枠体内面に接触する位置などが
図1(a)とは異なる例である。板スプリング積層体16が枠体内面に配置される角度22は、
図1(a)の模式図では45°であるが、剛性棒材18と接続する位置や角度との兼ね合いで、板スプリング積層体16の弾性力が建築構造材11や剛性棒材18に十分に伝わる範囲であれば、
図2(b)のように45°でなくてもよい。
【0023】
[板スプリング積層体の構造]
図3(a)、(b)は、板スプリング積層体16の模式図である。
図3(a)、(b)に示すように、板スプリング積層体16は、複数の板スプリング30が積層されて形成されている。複数の板スプリング30の長手方向の端面によってできる板スプリング積層体16の長手方向の端面は、板スプリング積層体16を枠体に斜めに配置したとき、枠体の角をなすそれぞれの建築構造材11の枠体内面にそれぞれ接触するように形成されている。したがって、板スプリング積層体16の長手方向の2つの端面は、その端面自体を延長すると互いに垂直に交わる平面をなしている。また、板スプリング積層体16の長手方向に平行な側面は、台形状になっている。なお、板スプリング積層体16の長手方向に平行な側面とは
図1(a)に表れている面のことである。
【0024】
板スプリング30は竹製のものや鋼鉄製のものがよい。竹製の板スプリング30は、材料が入手しやすく、板スプリング積層体16を軽量化することができる点で好ましい。鋼鉄製の板スプリング30は、少ない積層枚数でも十分な弾性力を得ることができる点で好ましい。鋼鉄製の板スプリング30は、さびにくいものを使用するか、またはさび止め加工をするのが好ましい。
【0025】
板スプリング積層体16は、積層された複数の板スプリング30がバラバラにならないように、積層方向の両端に鉄板36を配置し、板スプリング30と鉄板36に穴をあけてボルト32とナット34で固定されている。ボルト32とナット34で複数個所を固定するときは、板スプリング積層体16の弾性変形を妨げないようにする必要がある。また、複数の板スプリング30を固定する方法は、コ字状の金具で抑えてもよいし、これらの組み合わせでもよい。
【0026】
[接続部材の構造]
図4(a)〜(e)は、接続部材20の構造を示す模式図である。接続部材20は、剛性棒材18側の接続部材(棒側部材40)と板スプリング積層体16側の接続部材(板スプリング側部材42)とからなる。
【0027】
図4(a)、(b)は、棒側部材40の正面(
図1と同じ側)および側面から見た構造を示す模式図である。
図4(a)、(b)に示すように、棒側部材40は剛性棒材18に固定される上部44と、板スプリング側部材42と接続される下部46がある。上部44は、釘、ボルトとナット、溶接などで剛性棒材18に固定される。
【0028】
下部46には軸48があり、
図4(a)に示すように、正面から見て下部46が丸く形成されている。剛性棒材18の接続部材20側の端部は、剛性棒材18から板スプリング積層体16に力がかかったときに軸48に過大な力がかからないように、板スプリング側部材42に当たる位置にある。その際、剛性棒材18の接続部材20側の端部は、棒側部材40の下部46と同様に丸く形成されているのがよい。これにより、板スプリング側部材42と軸48で接続されたときに軸を中心に搖動可能となる。
【0029】
図4(c)、(d)は、板スプリング側部材42の正面および側面から見た構造を示す模式図である。
図4(c)に示すように、板スプリング側部材42は軸48を通す穴50があり、棒側部材40と軸48で接続されたときに軸48を中心に搖動可能となる。穴50は軸48が抜けない程度に大きく形成されて遊びがあるほうがよい。これにより、剛性棒材18から板スプリング積層体16に力がかかったときに、剛性棒材18から板スプリング側部材42に直接力が伝わり、軸48に過大な力がかからない。
【0030】
板スプリング側部材42は、釘、ボルトとナット、溶接などで板スプリング積層体16に固定される。板スプリング30をボルトとナットで固定している場合は、同じボルトとナットで板スプリング側部材42を固定すると効率がよい。また、板スプリング積層体16の積層方向の両端の鉄板36のうち接続部材40側の鉄板36を、板スプリング側部材42で代用してもよい。
図4(e)は、剛性棒材18を固定した棒側部材40と、板スプリング積層体16を固定した板スプリング側部材42とを接続したときの側面から見た構造を示す模式図である。
【0031】
[スライド制限構造とガード部材の例]
図5(a)、(b)は、スライド制限構造とガード部材の例を示す模式図である。
図5(a)は、建築構造材11(柱12や梁14)の幅と板スプリング積層体16や剛性棒材18の幅(短手方向)がほぼ同じときの例である。板スプリング積層体16や剛性棒材18が接触する建築構造材11の接触面上にストッパー部材52を設けることでスライド可能方向とスライド可能範囲を制限している。また、建築構造材11の側面にガード部材54を設けることで板スプリング積層体16や剛性棒材18が枠体外へ外れなくなり、強い振動を受けた際にも耐震補強具10としての機能を発揮することができる。なお、枠体の両側に壁板を設ける場合で壁板の強度が十分ある場合は、壁板がガード部材54の役割を果たすので、ガード部材54を設けなくてもよい。また、ストッパー部材52はスライド可能範囲の両端に設けてもよい。
【0032】
図5(b)は、建築構造材11の幅より板スプリング積層体16や剛性棒材18の幅が一定程度短いときの例である。
図5(b)に示すように、建築構造材11の上(接触面)にガード部材54を設けられる程度に板スプリング積層体16の幅が短いときは、板スプリング積層体16や剛性棒材18のスライド可能範囲を制限するストッパー部材52と枠体外へ外れなくするガード部材54を一体化した、ストッパー・ガード部材56を設けることができる。ストッパー部材52とガード部材54を一体化すると、強度が強くなる点で好ましい。ただし、板スプリング積層体16の幅や剛性棒材18の幅は弾性力や強度に関わるので、この幅を短くしすぎるのは好ましくない。また、
図5(a)のようにガード部材54を建築構造材11の横(接触面の横の面)に設けるときでも、ストッパー部材52と一体化することはできる。
【0033】
図6は、
図5(a)の例のスライド制限構造とガード部材が設けられ、耐震補強具10が組み込まれた枠体の一例を示す模式図である。ただし、一方の耐震補強具10が組み込まれた枠体のみ示している。以下、
図7、8も同様である。板スプリング積層体16が建築構造材11上を接触しながらスライドしたとき、引っかかったり、建築構造材11を傷つけたりしないように、板スプリング30の端面は、角が削られているとよい。
【0034】
また、板スプリング積層体16の一定以上の変形を防止する保護部材や、板スプリング積層体16の剛性棒材18方向への移動を制限する外れ防止部材を備えていてもよい。このような保護部材や外れ防止部材を設けると、板スプリング積層体16が強い力を受けた際にも破壊されたり剛性棒材18方向へ外れたりする恐れが少なくなり、その後の振動に対しても耐震補強具10としての機能を発揮することができる点で好ましい。
【0035】
[一方の耐震補強具の力がかかったときの動作]
図7(a)、(b)は、一方の耐震補強具10に、板スプリング積層体16側から剛性棒材18側に力がかかったときの板スプリング積層体16変形の様子を示す模式図である。
図7(a)、(b)に示すように、板スプリング積層体16側から剛性棒材18側に力がかかったときは、板スプリング積層体16側のスライド制限構造(ストッパー部材52)により、板スプリング積層体16はスライドすることなく弾性変形し、弾性力で板スプリング積層体16側の建築構造材11を押し返し元に戻る。このとき、剛性棒材18は建築構造材11に接触しながらスライドし、建築構造材11に力を加えない。
【0036】
なお、板スプリング積層体16側から力がかかったときに板スプリング積層体16が剛性棒材18側に変形しないのは、板スプリング積層体16と剛性棒材18が、板スプリング積層体16が設けられた角方向に押圧されつつ枠体に組み込まれているからである。つまり、耐震補強具10が初期位置にあるとき、板スプリング積層体16は板スプリング積層体16が設けられた角方向に変形した状態で組み込まれている。
【0037】
図8(a)、(b)は、一方の耐震補強具10に、剛性棒材18側から板スプリング積層体16側に力がかかったときの板スプリング積層体16変形の様子を示す模式図である。
図8(a)、(b)に示すように、剛性棒材18側から板スプリング積層体16側に力がかかったときは、剛性棒材18側のスライド制限構造(ストッパー部材52)により、剛性棒材18はスライドすることなく板スプリング積層体16を押す。すると、板スプリング積層体16が弾性変形し、弾性力で剛性棒材18を押し返し、剛性棒材18側の建築構造材11を押し返し元に戻る。このとき、板スプリング積層体16は角方向にスライドしながら弾性変形するので、枠体の変形に追従しながら復元力を与える。このように、耐震補強具10は単独であっても、どちら側からの力に対しても枠体に復元力を与えることができる。そして、枠体から建築物全体に力が伝わることとなる。
【0038】
[一対の耐震補強具]
それぞれの耐震補強具10は力がかかったとき上記のような動作をする。そして、耐震補強具10は建築物の一面をなす2以上の枠体に反対向きに配置され、2つで一対として使用される。よって、上記のような動作がそれぞれの耐震補強具10で起こることで、耐震補強具10は全体として枠体の変形に追従しながら、単独のときよりも大きな復元力を枠体に与える。つまり、耐震補強具10は2つで一対として使用され、それぞれの板スプリング積層体16と剛性棒材18が押圧されつつ一定の範囲で動くことができるので、板スプリング積層体16の弾性力で地震の振動を吸収することができるとともに、枠体の変形を防止することができる。
【0039】
[耐震補強具の組み込み方]
枠体に耐震補強具10を組み込む初期位置を決める。その初期位置に、スライド制限構造として例えばストッパー部材52を設ける。ストッパー部材52には強い力が加わるので、複数のくぎを使うなどして固定の強度を高めるのが好ましい。
【0040】
次に、枠体の初期位置に組み込んだとき、板スプリング積層体16が、それが設けられた角方向に変形した状態で組み込まれ、適度な押圧力が生じるような寸法の耐震補強具10を準備する。
【0041】
そして、剛性棒材18を板スプリング積層体16方向に押し込みながら、板スプリング積層体16を枠体の初期位置に配置する。さらに強い力を加えながら、剛性棒材18を初期位置に配置する。力を緩めると、板スプリング積層体16の弾性力により、板スプリング積層体16と剛性棒材18とが押圧された状態で初期位置の枠体内面に接触する。このとき、板スプリング積層体16や剛性棒材18と枠体の接触面は接着剤やくぎなどで固定をしない。これにより、耐震補強具10はスライド可能に設置することができる。このようにして、耐震補強具10を枠体に組み込む。
【0042】
[耐震補強具が組み込まれた戸建て住宅用建築物]
戸建て住宅用建築物の壁となる複数の面に、上記のようにして複数対の耐震補強具10を組み込む。こうすることで、簡易な構造で変形に対して柔軟に復元力を与えられ、劣化しにくく、低コストの耐震補強具10を組み込んだ、耐震性の高い戸建て住宅用建築物を提供することができる。また、制震機能を発揮する部分に板スプリング積層体16を使用しているので、制震機能の劣化を低減でき、耐震補強具10を長年使用することができる。
【0043】
本発明の耐震補強具10は、木造建築物に使用できるのはもちろんのこと、鉄筋コンクリート構造、鉄骨構造など様々な構造の建築物に使用できる。その際、木造建築物であれば、板スプリング30は竹製のものや鋼鉄製のものが、剛性棒材18は木製のものや鋼鉄製のものが使用できる。鉄筋コンクリート構造や鉄骨構造などの建築物であれば、板スプリング30は強い弾性力が得られる鋼鉄製のものが、剛性棒材18は変形しない鋼鉄製のものがよい。
【課題】建築物の枠体に配置されて簡易な構造で変形に対して柔軟に復元力を与えられ、劣化しにくく、低コストの耐震補強具および戸建て住宅用建築物の耐震構造を提供する。
【解決手段】複数の矩形の板スプリングが厚さ方向に積層されて形成され、建築構造材の角をなすそれぞれの枠体内面に板スプリングの長手方向の端面がそれぞれ接触するように斜めに配置される板スプリング積層体16と、板スプリング積層体とT字を成すように一端が板スプリング積層体と接続され、他端が板スプリング積層体が配置された枠体の角の対角側の枠体内面に接触する剛性棒材18と、板スプリング積層体と剛性棒材とを搖動可能に接続する接続部材20とを備え、耐震補強具は、板スプリング積層体の弾性力により押圧されて枠体内面と接触し、板スプリング積層体と枠体内面との接触部は、それぞれが接触する建築構造材の初期位置から角に近づく方向に一定の範囲でスライド可能である。