特許 7406476 既存建築物補強構造及び既存建築物補強方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-19

(45)【発行日】2023-12-27

(54)【発明の名称】既存建築物補強構造及び既存建築物補強方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/08 20060101AFI20231220BHJP

   E02D 27/34 20060101ALI20231220BHJP

   E04G 23/02 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

E02D27/08

E02D27/34 Z

E04G23/02 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020146900

(22)【出願日】2020-09-01

(65)【公開番号】P2022041598

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 新一

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２７０３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４８６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４５１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０１５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７３２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０００９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５６１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２２６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５６９７１９１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ２７／０８

Ｅ０２Ｄ ２７／３４

Ｅ０４Ｇ ２３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄骨柱の柱脚が埋め込まれた基礎を有する既存建築物を補強する既存建築物補強構造であって、
前記既存建築物の外側における支持地盤上に構築されて前記基礎に接合され、前記基礎を拡張する基礎拡張部と、
前記既存建築物の外側における前記支持地盤に打ち込まれ、又は前記基礎拡張部上に設置され、前記支持地盤に対する前記基礎拡張部の浮き上がりを抑止する浮上抑止部材と、
を備え、
前記基礎拡張部は、前記既存建築物における外向きの前記基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが前記鉄骨柱における前記柱脚での曲折に対する耐力である柱脚曲げ耐力以上となるように、前記基礎を拡張し、
前記浮上抑止部材は、前記既存建築物における内向きの前記基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが前記柱脚曲げ耐力以上となるように、前記基礎拡張部の浮き上がりを抑止する、
既存建築物補強構造。

【請求項2】

鉄骨柱の柱脚が埋め込まれた基礎を有する既存建築物を補強する既存建築物補強方法であって、
前記基礎を拡張する基礎拡張部を前記既存建築物の外側における支持地盤上に構築して前記基礎に接合すると共に、前記支持地盤に対する前記基礎拡張部の浮き上がりを抑止する浮上抑止部材を、前記既存建築物の外側における前記支持地盤に打ち込む、又は前記基礎拡張部上に設置することを備え、
前記基礎拡張部の構築では、前記既存建築物における外向きの前記基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが前記鉄骨柱における前記柱脚での曲折に対する耐力である柱脚曲げ耐力以上となるように、前記基礎を拡張し、
前記浮上抑止部材の打ち込み又は設置では、前記既存建築物における内向きの前記基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが前記柱脚曲げ耐力以上となるように、前記基礎拡張部の浮き上がりを抑止する、
既存建築物補強方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、既存建築物を補強する既存建築物補強構造及び既存建築物補強方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工場及び体育館等の建築物では、鉄骨柱の柱脚を基礎に埋め込んで自立柱とし鉄骨柱どうしの間に屋根小梁を掛けたいわゆる自立柱フレーム構造が採用されていることがある（非特許文献１及び非特許文献２）。非特許文献１及び非特許文献２には、鉄骨柱に水平方向の外力が作用したときに鉄骨柱が柱脚で曲折して倒れる「柱脚曲げ降伏」、又は支持地盤が基礎によって押し込まれて降伏し基礎が回転する「基礎回転降伏」に対して建築物の耐震診断を行う方法が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】“２０１１年改定版 耐震改修促進法のための既存鉄骨造建築物の耐震診断および耐震改修指針・同解説”、ｐ．８３，８７，９１，９２

【文献】“屋内運動場等の耐震性能診断基準（平成１８年版）”、文部科学省大臣官房文教施設企画部、平成２２年１０月、ｐ．１１，１２，１３，２１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に、柱脚曲げ降伏に対する既存建築物の補強については、種々の方法が提案されているのに対して、基礎回転降伏に対する既存建築物の補強の提案は少ない。このような理由から、既存建築物においては、基礎回転降伏に対する補強が求められている。

【0005】

本発明は、基礎回転降伏に対して既存建築物を補強することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、鉄骨柱の柱脚が埋め込まれた基礎を有する既存建築物を補強する既存建築物補強構造であって、既存建築物の外側における支持地盤上に構築されて基礎に接合され、基礎を拡張する基礎拡張部と、既存建築物の外側における支持地盤に打ち込まれ、又は基礎拡張部上に設置され、支持地盤に対する基礎拡張部の浮き上がりを抑止する浮上抑止部材と、を備え、基礎拡張部は、既存建築物における外向きの基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが鉄骨柱における柱脚での曲折に対する耐力である柱脚曲げ耐力以上となるように、基礎を拡張し、浮上抑止部材は、既存建築物における内向きの基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが柱脚曲げ耐力以上となるように、基礎拡張部の浮き上がりを抑止する。

【0007】

また、本発明は、鉄骨柱の柱脚が埋め込まれた基礎を有する既存建築物を補強する既存建築物補強方法であって、基礎を拡張する基礎拡張部を既存建築物の外側における支持地盤上に構築して基礎に接合すると共に、支持地盤に対する基礎拡張部の浮き上がりを抑止する浮上抑止部材を、既存建築物の外側における支持地盤に打ち込む、又は基礎拡張部上に設置することを備え、基礎拡張部の構築では、既存建築物における外向きの基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが鉄骨柱における柱脚での曲折に対する耐力である柱脚曲げ耐力以上となるように、基礎を拡張し、 浮上抑止部材の打ち込み又は設置では、既存建築物における内向きの基礎の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントが柱脚曲げ耐力以上となるように、基礎拡張部の浮き上がりを抑止する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基礎回転降伏に対して既存建築物を補強することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る補強構造を既存建築物に適用した状態を示す断面図である。

【図2】図１に示す矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏に対する基礎の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、（ａ）は、桁行方向から見た補強構造を模式的に示し、（ｂ）は、鉛直下向きに見た補強構造１００を模式的に示す。

【図3】図１に示す矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏に対する基礎の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、桁行方向から見た補強構造を模式的に示す。

【図4】本発明の第２実施形態に係る補強構造を既存建築物に適用した状態を示す断面図である。

【図5】図４に示す矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏に対する基礎の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、桁行方向から見た補強構造を模式的に示す。

【図6】図４に示す矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏に対する基礎の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、桁行方向から見た補強構造を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係る既存建築物を補強する補強構造及び補強方法について、図面を参照して説明する。

【0011】

＜第１実施形態＞
まず、図１から図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る補強構造１００及び補強方法について説明する。

【0012】

図１は、既存建築物１に補強構造１００を適用した状態を示す断面図である。図１に示すように、既存建築物１は、支持地盤上に構築された基礎２と、基礎２に支持された複数の鉄骨柱３と、鉄骨柱３どうしの間に掛けられた屋根小梁４と、を備えている。基礎２は、例えば鉄筋コンクリート製であり、地面を掘削して構築される。基礎２の構築後は、埋め戻される。

【0013】

基礎２は、支持地盤に接するフーチング（基部）２ａと、フーチング２ａに直立して設けられた直立部２ｂと、を備えている。鉄骨柱３の柱脚３ａは、基礎２の直立部２ｂに埋め込まれており、自立柱とされている。基礎２は、複数の鉄骨柱３を個別に支持するいわゆる独立基礎であってもよいし、複数の鉄骨柱３をまとめて支持するいわゆる布基礎であってもよい。

【0014】

柱脚３ａを基礎２に埋め込んで鉄骨柱３を自立柱とし鉄骨柱３どうしの間に屋根小梁４を掛けたこのような構造は、「自立柱フレーム構造」とも呼ばれる。自立柱フレーム構造は、例えば工場及び体育館に採用されている。

【0015】

自立柱フレーム構造の既存建築物１では、例えば地震等により鉄骨柱３が水平方向に外力を受けたときに、鉄骨柱３が柱脚３ａで曲折して倒れる柱脚曲げ降伏、又は支持地盤が基礎２によって押し込まれて降伏し基礎２が回転する基礎回転降伏が生じることがある。柱脚曲げ降伏又は基礎回転降伏のいずれが生じるかは、柱脚曲げ降伏を生じるときの耐力である柱脚曲げ耐力と、基礎回転降伏を生じるときの耐力である抵抗転倒モーメントと、の大小関係によって決まる。すなわち、柱脚曲げ耐力が抵抗転倒モーメントよりも小さい場合には柱脚曲げ降伏が生じ、柱脚曲げ耐力が抵抗転倒モーメントよりも大きい場合には基礎回転降伏が生じる。

【0016】

柱脚曲げ降伏と基礎回転降伏とでは、地震時に既存建築物１がどれくらいの変形まで倒れずにいられるかを示す指標である靭性指標（「Ｆ値」とも呼ばれる）が異なることが分かっている。基礎回転降伏における靭性指標は、柱脚曲げ降伏における靭性指標よりも小さい。そのため、基礎回転降伏が生じた場合には、柱脚曲げ降伏が生じた場合と比較して、既存建築物１が倒れやすい。このような理由から、既存建築物１における基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することが求められている。

【0017】

補強構造１００及び補強方法は、既存建築物１における基礎２の抵抗転倒モーメントを増強するために用いられる。

【0018】

補強構造１００は、既存建築物１の外側における支持地盤上に構築される基礎拡張部１０と、既存建築物１の外側における支持地盤に打ち込まれる引抜抵抗杭２０と、を備えている。基礎拡張部１０は、例えば鉄筋コンクリート製であり、引抜抵抗杭２０は、例えば鋼管杭である。

【0019】

基礎拡張部１０は、基礎２におけるフーチング２ａにあと施工アンカー１１等で接合されており、フーチング２ａを支持地盤に沿って拡張する。そのため、基礎２は、基礎拡張部１０と一体的に支持基盤に支持される。したがって、鉄骨柱３が既存建築物１の外向きに倒れるように基礎２が回転する基礎回転降伏（図１において、矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏）に対して、基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。

【0020】

引抜抵抗杭２０は、支持地盤から引き抜かれる方向に外力を受けたときに支持地盤内に留まるように抵抗力を発揮する。引抜抵抗杭２０の杭頭は、基礎拡張部１０に埋め込まれており、引抜抵抗杭２０は、支持地盤に対する基礎拡張部１０の浮き上がりを抑止する。そのため、基礎拡張部１０は、引抜抵抗杭２０によって支持地盤に押え込まれる。したがって、鉄骨柱３が既存建築物１の内向きに倒れるように基礎２が回転する基礎回転降伏（図１において、矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏）に対して、基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。

【0021】

補強構造１００による基礎２の抵抗転倒モーメントの増強について、図２及び図３を参照して詳述する。図２は、図１に示す矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、図２（ａ）は、桁行方向から見た補強構造１００を模式的に示し、図２（ｂ）は、鉛直下向きに見た補強構造１００を模式的に示す。図３は、図１に示す矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、桁行方向から見た補強構造１００を模式的に示す。

【0022】

図２及び図３では、基礎２を梁間方向に拡張するように基礎拡張部１０を基礎２に接合した例が示されている。ここでは、梁間方向における基礎２及び基礎拡張部１０の長さをそれぞれＤ、Ｄｅとする。桁行方向における基礎２の幅をＢとし、基礎拡張部１０の幅は、基礎２の幅と同じとする。また、鉛直荷重による鉄骨柱３の軸力をＮをとし、基礎２の重量をＷとし、基礎拡張部１０の重量をＷｅとする。鉄骨柱３の中心軸から基礎拡張部１０の中心までの梁間方向の長さをＬｅとし、鉄骨柱３の中心軸から引抜抵抗杭２０の中心軸までの梁間方向の長さをＬｐとする。支持地盤の極限地耐力をｑｓとする。また、図２において、鉄骨柱３が既存建築物１の外向きに倒れるように基礎２が回転する方向の転倒モーメントをＭｆ１とし、図３において、鉄骨柱３が既存建築物１の内向きに倒れるように基礎２が回転する方向の転倒モーメントをＭｆ２とする。

【0023】

まず、図２を参照して、転倒モーメントＭｆ１に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強について説明する。ここで、基礎２に転倒モーメントＭｆ１が作用したときには基礎２及び基礎拡張部１０における所定領域Ａ１に支持地盤の地耐力が作用するとし、梁間方向における所定領域Ａ１の長さをｘ１とする。鉄骨柱３の中心軸から所定領域Ａ１の中心までの梁間方向の長さをｅ１とする。

【0024】

鉛直方向の力の釣り合いから、次式が成立する。

【0025】

【数1】

【0026】

基礎２が支持地盤から受ける地反力Ｑｖの中心軸と鉄骨柱３の中心軸までの偏心距離がｅ１であるから、次式が成立する。

【0027】

【数2】

【0028】

式（２）を式（３）に代入すると、次式が得られる。

【0029】

【数3】

【0030】

また、転倒モーメントは、地反力Ｑｖの応力中心の偏心距離ｅ１と地反力Ｑｖの積と釣り合っているため、次式が成立する。

【0031】

【数4】

【0032】

式（１）、式（４）を式（５）に代入すると、次式が得られる。

【0033】

【数5】

【0034】

式（６）において、簡易化するために基礎拡張部１０の重量Ｗｅを０（零）として整理すると、次式を得る。

【0035】

【数6】

【0036】

式（７）から得られるＭｆ１が、補強構造１００により増強された後の基礎２の抵抗転倒モーメントに相当する。補強前の基礎２の抵抗転倒モーメントＭｆ０は、式（７）にて梁間方向における基礎拡張部１０の長さＤｅを０（零）とすることによって得られる。

【0037】

【数7】

【0038】

補強構造１００による補強後の抵抗転倒モーメントＭｆ１と補強前の抵抗転倒モーメントＭｆ０との差を式（７）と式（８）を用いて算出すると、次式を得る。

【0039】

【数8】

【0040】

つまり、基礎２の抵抗転倒モーメントは、補強構造１００によって、（Ｎ＋Ｗ）・Ｄｅだけ増強されることになる。

【0041】

次に、図３を参照して、転倒モーメントＭｆ２に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強について説明する。ここで、基礎２に転倒モーメントＭｆ２が作用したときには基礎２における所定領域Ａ２に支持地盤の地耐力が作用するとし、梁間方向における所定領域Ａ２の長さをｘ２とする。鉄骨柱３の中心軸から所定領域Ａ２の中心までの梁間方向の長さをｅ２とする。また、引抜抵抗杭２０の抵抗力をＲｔとする。引抜抵抗杭２０の抵抗力Ｒｔは、引抜抵抗杭２０の長さ及び外径により調整可能である。

【0042】

力の釣り合い及びモーメントの釣り合いから式を変形し、基礎拡張部１０の重量Ｗｅを０（零）として整理すると、次式を得る。

【0043】

【数9】

【0044】

式（９）から得られるＭｆ２が、補強構造１００により増強された後の基礎２の抵抗転倒モーメントに相当する。補強前の基礎２の抵抗転倒モーメントＭｆ０は、式（９）において引抜抵抗杭２０の抵抗力Ｒｔを０（零）とすることによって得られ、式（８）と同じになる。補強構造１００による補強後の抵抗転倒モーメントＭｆ２と補強前の抵抗転倒モーメントＭｆ０との差を式（９）と式（８）を用いて算出すると、次式を得る。

【0045】

【数10】

【0046】

つまり、基礎２の抵抗転倒モーメントは、補強構造１００によって、Ｒｔ・Ｌｐだけ増強されることになる。

【0047】

このように、補強構造１００によって、図１における矢印Ｒ１の方向と矢印Ｒ２の方向との両方の基礎回転降伏に対して基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。したがって、基礎回転降伏に対して既存建築物１を補強することができる。

【0048】

また、基礎拡張部１０は、既存建築物１の外側における支持地盤上に構築され、引抜抵抗杭２０は、既存建築物１の外側における支持地盤に打ち込まれる。そのため、既存建築物１の補強は、既存建築物１の外側での工事で完結する。したがって、既存建築物１の内側での工事が不要になり、基礎回転降伏に対して既存建築物１を容易に補強することができる。

【0049】

基礎拡張部１０は、既存建築物１における外向きの基礎２の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントＭｆ１が鉄骨柱３における柱脚３ａでの曲折に対する耐力である柱脚曲げ耐力以上となるように、基礎２を拡張する。具体的には、基礎拡張部１０の長さＤｅは、式（７）から得られる抵抗転倒モーメントＭｆ１が柱脚曲げ耐力以上となるように、決定される。

【0050】

また、引抜抵抗杭２０は、既存建築物１における内向きの基礎２の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントＭｆ２が柱脚曲げ耐力以上となるように、支持地盤に対する基礎拡張部１０の浮き上がりを抑止する。具体的には、引抜抵抗杭２０の長さ、外径及び打ち込み位置は、式（９）から得られる抵抗転倒モーメントＭｆ２が柱脚曲げ耐力以上となるように、決定される。

【0051】

このように、補強構造１００により、抵抗転倒モーメントＭｆ１，Ｍｆ２が柱脚曲げ耐力以上となる。そのため、基礎回転降伏を回避することができる。したがって、既存建築物１の靭性指標を高めることができ、既存建築物１の耐震性を高めることができる。

【0052】

本実施形態に係る補強方法では、まず、既存建築物１の外側における地面を掘削し、支持地盤を露出させる。次に、引抜抵抗杭２０を支持地盤に打ち込む。その後、杭頭を基礎拡張部１０に埋め込むようにして支持地盤上に基礎拡張部１０を構築して基礎２に接合し、基礎２を支持地盤に沿って拡張する。その後、掘削土を埋め戻す。以上により、既存建築物１の補強が完了する。

【0053】

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

【0054】

補強構造１００及び補強方法では、基礎拡張部１０は、基礎２に接合され、基礎２を拡張する。そのため、基礎２は、基礎拡張部１０と一体的に支持基盤に支持される。したがって、図１における矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏に対して、基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。また、引抜抵抗杭２０は、支持地盤に対する基礎拡張部１０の浮き上がりを抑止する。そのため、基礎拡張部１０は、引抜抵抗杭２０によって支持地盤に押え込まれる。したがって、図１における矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏に対して、基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。これらにより、基礎回転降伏に対して既存建築物１を補強することができる。

【0055】

また、基礎拡張部１０は、既存建築物１の外側における支持地盤上に構築され、引抜抵抗杭２０は、基礎拡張部１０に杭頭を埋め込むようにして支持地盤に打ち込まれる。そのため、既存建築物１の補強は、既存建築物１の外側での工事で完結する。したがって、既存建築物１の内側での工事が不要になり、基礎回転降伏に対して既存建築物１を容易に補強することができる。

【0056】

また、補強構造１００により、抵抗転倒モーメントＭｆ１，Ｍｆ２が柱脚曲げ耐力以上となる。そのため、地震時には基礎回転降伏を回避することができる。したがって、既存建築物１の靭性指標を高めることができ、既存建築物１の耐震性を高めることができる。

【0057】

＜第２実施形態＞
次に、図４から図６を参照して、発明の第２実施形態に係る補強構造２００及び補強方法について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

【0058】

図４は、既存建築物１に補強構造２００を適用した状態を示す断面図である。図４に示すように、補強構造２００は、基礎拡張部１０と、基礎拡張部１０上に設置されたカウンタウエイト２２０と、を備えている。カウンタウエイト２２０は、例えば柱形状に形成された鉄筋コンクリートブロック塊であり、あと施工アンカー１１等により基礎拡張部１０に結合される。

【0059】

基礎拡張部１０は、基礎２を支持地盤に沿って拡張する。そのため、基礎２は、基礎拡張部１０と一体的に支持基盤に支持される。したがって、鉄骨柱３が既存建築物１の外向きに倒れるように基礎２が回転する基礎回転降伏（図４において、矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏）に対して、基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。

【0060】

カウンタウエイト２２０は、基礎拡張部１０に鉛直下向きの荷重をかけ、支持地盤に対する基礎拡張部１０の浮き上がりを抑止する。そのため、基礎拡張部１０は、カウンタウエイト２２０によって支持地盤に押え込まれる。したがって、鉄骨柱３が既存建築物１の内向きに倒れるように基礎２が回転する基礎回転降伏（図４において、矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏）に対して、基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。

【0061】

補強構造２００による基礎２の抵抗転倒モーメントの増強について、図５及び図６を参照して詳述する。図５は、図４に示す矢印Ｒ１の方向の基礎回転降伏に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、桁行方向から見た補強構造２００を模式的に示す。図６は、図４に示す矢印Ｒ２の方向の基礎回転降伏に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強を説明するための図であり、桁行方向から見た補強構造２００を模式的に示す。鉛直下向きに見た補強構造２００の模式図は、図２（ｂ）に示される模式図とほぼ同じであるため、ここではその図示を省略する。

【0062】

図５及び図６では、基礎２を梁間方向に拡張するように基礎拡張部１０を基礎２に接合した例が示されている。ここでは、鉄骨柱３の中心軸からカウンタウエイト２２０の中心までの梁間方向の長さをＬｃとし、図６に示すように、カウンタウエイト２２０の重量をＷｃとする。また、図５において、鉄骨柱３が既存建築物１の外向きに倒れるように基礎２が回転する方向の転倒モーメントをＭｆ３とし、図６において、鉄骨柱３が既存建築物１の内向きに倒れるように基礎２が回転する方向の転倒モーメントをＭｆ４とする。

【0063】

まず、図５を参照して、転倒モーメントＭｆ３に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強について説明する。力の釣り合い及びモーメントの釣り合いから式を変形し、基礎拡張部１０の重量Ｗｅを０（零）として整理すると、次式を得る。

【0064】

【数11】

【0065】

式（１０）から得られるＭｆ３が、補強構造２００により増強された後の基礎２の抵抗転倒モーメントに相当する。補強前の基礎２の抵抗転倒モーメントＭｆ０は、式（１０）において梁間方向における基礎拡張部１０の長さＤｅを０（零）とすることによって得られ、第１実施形態における式（８）と同じになる。補強構造２００による補強後の抵抗転倒モーメントＭｆ３と補強前の抵抗転倒モーメントＭｆ０との差を式（１０）と式（８）を用いて算出すると、次式を得る。

【0066】

【数12】

【0067】

つまり、基礎２の抵抗転倒モーメントは、補強構造２００（より具体的には基礎拡張部１０）によって、式（１１）により算出される値だけ補強されることになる。

【0068】

次に、図６を参照して、転倒モーメントＭｆ４に対する基礎２の抵抗転倒モーメントの増強について説明する。力の釣り合い及びモーメントの釣り合いから式を変形し、基礎拡張部１０の重量Ｗｅを０（零）として整理すると、次式を得る。

【0069】

【数13】

【0070】

式（１２）から得られるＭｆ４が、補強構造２００により増強された後の基礎２の抵抗転倒モーメントに相当する。補強前の基礎２の抵抗転倒モーメントＭｆ０は、式（１２）においてカウンタウエイト２２０の重量Ｗｃを０（零）とすることによって得られ、第１実施形態における式（８）と同じになる。補強構造２００による補強後の抵抗転倒モーメントＭｆ４と補強前の抵抗転倒モーメントＭｆ０との差を式（１２）と式（８）を用いて算出すると、次式を得る。

【0071】

【数14】

【0072】

つまり、基礎２の抵抗転倒モーメントは、補強構造２００によって、式（１３）により算出される値だけ補強されることになる。

【0073】

このように、補強構造２００によって、図４における矢印Ｒ１の方向と矢印Ｒ２の方向との両方の基礎回転降伏に対して基礎２の抵抗転倒モーメントを増強することができる。したがって、基礎回転降伏に対して既存建築物１を補強することができる。

【0074】

また、基礎拡張部１０は、既存建築物１の外側における支持地盤上に構築され、カウンタウエイト２２０は、基礎拡張部１０上に設置される。そのため、既存建築物１の補強は、既存建築物１の外側での工事で完結する。したがって、既存建築物１の内側での工事が不要になり、基礎回転降伏に対して既存建築物１を容易に補強することができる。

【0075】

基礎拡張部１０は、既存建築物１における外向きの基礎２の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントＭｆ３が鉄骨柱３における柱脚３ａでの曲折に対する耐力である柱脚曲げ耐力以上となるように、基礎２を拡張する。具体的には、基礎拡張部１０の長さＤｅは、式（１０）から得られる抵抗転倒モーメントＭｆ３が柱脚曲げ耐力以上となるように、決定される。

【0076】

また、カウンタウエイト２２０は、既存建築物１における内向きの基礎２の回転に対する耐力である抵抗転倒モーメントＭｆ４が柱脚曲げ耐力以上となるように、支持地盤に対する基礎拡張部１０の浮き上がりを抑止する。具体的には、カウンタウエイト２２０の重量Ｗｃ及び設置位置は、式（１２）から得られる抵抗転倒モーメントＭｆ４が柱脚曲げ耐力以上となるように、決定される。

【0077】

このように、補強構造２００により、抵抗転倒モーメントＭｆ３，Ｍｆ４が柱脚曲げ耐力以上となる。そのため、基礎回転降伏を回避することができる。したがって、既存建築物１の靭性指標を高めることができ、既存建築物１の耐震性を高めることができる。

【0078】

本実施形態に係る補強方法では、まず、既存建築物１の外側における地面を掘削し、支持地盤を露出させる。次に、支持地盤上に基礎拡張部１０を構築して基礎２に接合し、基礎２を支持地盤に沿って拡張する。次に、カウンタウエイト２２０を基礎拡張部１０上に設置する。その後、掘削により形成された穴を埋め戻す。

【0079】

以上の実施形態によれば、第１実施形態と同様に、基礎回転降伏に対して既存建築物１を容易に補強することができる。また、既存建築物１の靭性指標を高めることができ、既存建築物１の耐震性を高めることができる。

【0080】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0081】

第１実施形態では、図１における左右両側の基礎２が補強構造１００によって補強され、第２実施形態では、図４における左右両側の基礎２が補強構造２００によって補強されているが、本発明はこの形態に限られない。本発明は、図１及び図４における左右の基礎２の一方を補強構造１００によって補強し、他方を補強構造２００によって補強する形態であってもよい。

【0082】

補強構造１００，２００のいずれによって基礎２を補強するかは、鉄骨柱３の列毎に決定してもよいし、鉄骨柱３毎に決定してもよい。一部の鉄骨柱３に対して既存建築物１の出入り口や通路確保のためカウンタウエイト２２０の設置が困難な場合には、当該鉄骨柱３の基礎２に対しては、引抜抵抗杭２０を用いる補強構造１００を適用する。

【0083】

上記実施形態では、基礎拡張部１０は基礎２のフーチング２ａにあと施工アンカー１１等で接合されてフーチング２ａを拡張しているが、本発明は、この形態に限られない。基礎拡張部１０は、基礎２を拡張可能であればよい。

【0084】

上記第２実施形態では、図４に示すように、カウンタウエイト２２０は地面から突出しているが、カウンタウエイト２２０は地面から突出していなくてもよい。

【符号の説明】

【0085】

１００，２００・・・補強構造
１・・・既存建築物
２・・・基礎
３・・・鉄骨柱
３ａ・・・柱脚
１０・・・基礎拡張部
２０・・・引抜抵抗杭（浮上抑止部材）
２２０・・・カウンタウエイト（浮上抑止部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】