JP2004324322A - Aseismic reinforcing strengthening structure for steel frame and method of reinforcing construction - Google Patents

Aseismic reinforcing strengthening structure for steel frame and method of reinforcing construction Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate welding which needs an advanced skill in assembling steel frames and to avoid using an expensive H-steel in a frame. <P>SOLUTION: A gusset plate 7 for attaching a brace 4 has a number of bolt insertion holes 10 for bolting the plate 7 to a horizontal member 1, a vertical member 2 or both. Each of the horizontal member 1 and the vertical member 2 employs two back-to-back shaped angles 9, 9 for holding the gusset plate 7 between them. The gusset plate 7 is fixed by means of a friction joint by high-strength bolts 8, 8 in a state of three tiers with the two shaped steels. Welding is not employed in the steel frame 5 including the horizontal member, the vertical member, the brace and the gusset plate to join these members to one another. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄骨フレーム耐震補強構造および補強工法に係り、詳しくは、既存建物にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを取り付けて耐震補強する際に、その鉄骨フレームを組み立てるにあたって、品質確保に多大の手間や熟練作業等を要する溶接を排除し、安価に提供できるようにした鉄骨フレームの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組は、これを建物の柱・梁に内付けもしくは外付けすることにより、既存建物を耐震補強することができる。内付けは柱・梁内の壁等が取り除かれた開口部に予め組み立てられた枠組を嵌め込むことにより、また、外付けは壁等を取り除くことなく柱・梁内に沿って建物の外壁に枠組を一体化させることにより、既存建物の耐震性を増強させようとするものである。
【0003】
その枠組を構成する水平材や鉛直材には、H形鋼を採用することが推奨されている。その鋼材は寸法の標準化された圧延H形鋼であることが多いが、応力が大きく作用する部分では板厚の大きいもの、適宜のサイズや非標準断面を有した溶接H形鋼が使用されることもある。従って、安価な溝形鋼や山形鋼が枠組に採用されるということはほとんど無いに等しく、逆に言えばその使用が実質的に排除されているとも言える。
【0004】
枠組は上記したように剛性等の高いH形鋼が使用されるといえども、通常は枠組の保形性を上げるために各部材相互が強固に接合される。そのうえ、枠組にはブレースが組み込まれて耐震性の増強も図られる。このブレースの導入によりH形鋼の大型化も抑制され、ひいては鉄骨フレームの軽量化にも寄与させるようにしている。
【0005】
そのブレースは枠組の中にV字状もしくは逆V字状にまたは対角線状に配置されることが多く、それらを枠組に取り付けるためにガセットプレートが使用される。なお、ブレース自体は鋼管であったり単純な断面形状の形鋼などであることが多いが、その両端には同種構造の継手が取り付けられ、これを介してガセットプレートに接合される。
【0006】
その継手としてはクレビス継手が採用されたり、十字継手が使用される。前者は一本の太いピンによるピン接合であり、後者は数枚の重ね用当て板と多数の高力ボルトによる締結の剛接合である。いずれにしても、その接合のために溶接が施されることはない。この接合部分に僅かといえども溶接歪みが残留することになれば、それは補強用の斜材として機能を発揮させるうえで好ましくないからでもある。
【0007】
一方、ブレースの両端を固定するガセットプレートは、水平材や鉛直材に強固に取り付けておく必要があるから、直接溶接付けされたり別途製作されたブラケットを介するなどしてボルト止めされる。ブラケットはやはり枠組に溶接されることになるので、いずれにしてもガセットプレートは直接もしくは間接の別なく溶接を介して固定されることになる。
【0008】
ところで、ガセットプレートはブレースと接合される関係上、厚い板材が使用される。ましてやピン接合の場合、接合点にモーメントが作用しない設計になるとはいえ荷重が一点集中するので尚更厚くする必要がある。そのガセットプレートをH形鋼に取り付けようとするフランジまたはウエブは、往々にしてガセットプレートより薄い。厚いガセットプレートを薄い例えばフランジに溶接しようとすれば、ガセットプレートが取りつく辺りの裏面にスティフナを配置するなどして、H形鋼のフランジを補強しておかねばならない。
【0009】
ちなみに、スティフナが存在することになれば、鉄骨フレームに作用する応力のかなりの部分はそのスティフナを介して伝播されることになる。その場合、水平材や鉛直材に対しては必ずしもスムーズな応力伝達がなされるとは限らないという問題も潜んでいる。
【0010】
そうは言っても、枠組を形成する水平材と鉛直材とを溶接で、ガセットプレートと枠組とも溶接で一体化し、さらには裏当て材としてのスティフナも溶接で固定せざるを得ないことが多い。図8は、内付け用として準備された溶接接合構造の鉄骨フレームの一例である。
【0011】
これは、上下の水平材41,41と左右の鉛直材42,42で構成する枠組にガセットプレート43,44を介してブレース45,45をV字形に配したものである。この鉄骨フレーム51は図9の(a)にも示すように、ケミカルアンカ52、スタッドジベル53、スパイラルフープ54などによって高強度無収縮モルタル55の発現強度の増強を図るなどして躯体56に内付けされる。
【0012】
このようにして通常一つの鉄骨フレームを予め組み立てておき、それを開口部に嵌め込むという工程をとるが、その前作業は溶接の中でも最も厄介と言われる突き合わせ溶接が大半を占める。すなわち、図10からも分かるように、V形ブレースの鉄骨フレーム51の場合、水平材41、鉛直材42、ブレース45のほかに、ガセットプレート取付部46,47が設けられ、これらが符号46A,47Aで表した一群のような幾つもの部品から構成されることになる。
【0013】
もう少し詳しく述べると、ガセットプレートが取り付く部分には大きな荷重が集中するので、水平材41や鉛直材42よりは剛性の高い構造が与えられる。ガセットプレート取付部46の例で言えば、水平材41や鉛直材42と繋がるところに、H形鋼のフランジよりも厚い板48,48でフランジ部を形成したH形断面溶接物が導入される。そして、フランジ部間を橋渡しかつウエブ部49にも一体化されるスティフナ50が、ガセットプレート43,44の取付位置を考慮して幾つか配置される。
【0014】
これらの各部材を溶接により高い精度で組み立て、それらを水平材や鉛直材に溶接して枠組を形成させようとすれば、鉄骨フレームの製作にはどうしても設備の整った工場での作業が必要となる。言うまでもなく、組立作業に多くの工数を要し、また溶接歪みを少なくする高度な技能も必要となって簡単な作業でない。突き合わせ溶接では、溶接の手間に加えて、図9の(b),(c)からも分かるように、前加工として開先部48a,50aや図10に示すスカラップ49a,41a,42aの形成およびスティフナ50の取り付けなどの工程が必要となるからである。
【0015】
ちなみに、溶接による接合品質は近年非溶接部の強度を越えるほどに高くなっていると評価されている。しかし、これはあくまでも熟練工による高度な技能、必要な治具の準備や設備が整った作業環境によって実現されるものである。そのうえ、突き合わせ溶接部には超音波探傷が義務づけられており、厳密な品質管理が強いられているからにほかならない。それゆえ、コストが跳ね上がる原因となっていることは否定できない。
【0016】
かと言って、鉄骨フレームは、H形鋼や角形パイプを枠組部材にして、高力ボルトの使用により簡単に組み立てることができるという代物であるとは到底考え難い。また、溶接組立品となっている鉄骨フレームを、そのまま工事現場へ搬入することになるので、工事資材は嵩張ったままの荷姿となり、部材単体での取り扱いの場合に比べれば輸送は極めて手間取り、これがまたコストアップの要因となる。
【0017】
上記したように突き合わせ溶接は高度な知識と技能を必要とするが、近年、溶接技能者の不足が大きな問題ともなっており、その事態を考慮すると、溶接に代えることができると共にコスト低減にも大いに寄与する接合方法が待たれるところである。
【0018】
ところで、特開2002−146905号公報には、ガセットプレートを枠組に取りつけるブラケットもボルトによって固定する例が開示されている。このように高力ボルト等を使用して締結したり接合することは他の技術分野と同様に耐震補強用フレームの分野においても行われなくはない。
【0019】
そのようなブラケットを使用するのは、ガセットプレート単体を直接水平材や鉛直材にボルト止めすることが難しいことによるが、それは枠組には角形パイプやH形鋼が使用されており、パイプ外面やH形鋼のフランジといった水平面や鉛直面を対象にして、それに対して直角に取り付けなければならないことに大きく原因している。
【0020】
この例に限らないが、ボルト固定方式を採用しようとすると、ガセットプレートを固定するための二次的な部材としてのブラケットやアングルなどが多く必要になる。また、取り付けに際して多数のボルトが使用され、枠組を構成する部品点数の著しい増大をきたす。しかも、水平材・鉛直材にかなりの断面欠損を与えたり、その影響を抑えようとすれば大きなサイズの導入が余儀なくされることになる。
【0021】
ちなみに、特開2002−70329号公報には、ブレースを2本の形鋼で構成させ、その先端部においてはガセットプレートを挟みつけて接合した構造が記載されている。それは、溝形鋼を背中合わせにすることによって挟み付けを可能にしたものであり、その三つ重ね部をボルト締めさせた形態となっている。しかし、ガセットプレートはあくまでも枠組を構成する水平材や鉛直材のT形鋼と溶接するなどして一体化されたものであり、ガセットプレートを枠組にボルトでじか付けするという思想は見られるところでない。
【0022】
【特許文献1】
特開2002−146905号公報
【特許文献2】
特開2002−70329号公報の図1の(B)
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、鉄骨フレームを組み立てるにあたり高度な技能を必要とする溶接を排除し、鉄骨フレームの組み立て場所を選ばず、建物や工事の難易さもしくは進捗に応じた柔軟な輸送や製作が可能となるようにすること、熟練溶接工不足の影響を受けず、また枠組には高価なH形鋼の使用に限定されることなくして、結局はコスト高となるのを抑制できること、構成部品点数を可及的に少なくして施工の簡略化・標準化を図りやすくすること、構成の簡素化によって応力伝播の単純化や枠組部材への円滑な伝達を可能にし、投入資材の有効利用度向上とその消費量の抑制が図られることなどを実現した鉄骨フレーム耐震補強構造および補強工法を提供することである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に取り付けることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強構造に適用される。その特徴とするところは、図1を参照して、ブレース4を取り付けるためのガセットプレート7には、水平材1、鉛直材2もしくはその両方にボルト付けするための多数のボルト挿通孔10が備えられる。その水平材1および鉛直材2のそれぞれは、ガセットプレート7を挟み付けるべく背中合わせとした二つの形鋼9,9(例えば図2の(a)も参照)で形成される。そのガセットプレート7は、その二つの形鋼との三つ重ね状態で高力ボルト8,8による摩擦接合によって固定される。水平材、鉛直材、ブレース、ガセットプレートを含んだ鉄骨フレーム5には、これら部材相互の接合のために溶接が使用されていないことである。
【0025】
耐震補強工法にあっては、背中合わせすることができる二つの形鋼で形成された水平材1や鉛直材2に、平鋼板で製作されたガセットプレート7を挟んで三つ重ねとし、その重ね部において高力ボルト8により摩擦接合し、ブレース4を取り付けるためのガセットプレート7を介しそれぞれ二部材9,9からなる水平材1と鉛直材2とを結合させて、鉄骨フレーム5を形成させるようにしたことである。
【0026】
また、図7を参照して、上下のフランジ21f,21fとそれを繋ぐウエブ21wからなる溝形鋼21の腹面を既存建物外壁面に対面させ、その溝形鋼の背面を外側にして水平材1と鉛直材2からなる鉄骨フレーム5Aを形成する。両部材の繋ぎ部分の背面側であって溝形鋼の捩れに対する剪断中心もしくはその近傍に平鋼板製のガセットプレート7を配置し、その重ね部において高力ボルト8により摩擦接合する。ブレースを取り付けるためのガセットプレートを介しそれぞれ一部材からなる水平材と鉛直材とを結合させて鉄骨フレームを形成し、既存建物の外付け耐震補強を可能にしたことである。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、既存建物の耐震補強に供するブレースを組み込んだ鉄骨フレームが、水平材、鉛直材およびブレース取付用ガセットプレートを高力ボルトによる接合により容易に組み立てられるようになる。ガセットプレートの取付部の溶接は不要で溶接補強用スティフナも排除され、組み立てに要するコストの大幅な低減が図られる。従って、近年の溶接技能者不足の影響も受けることなく、等質かつ高品質な製品の提供が可能となる。
【0028】
ガセットプレートの枠組部材への挟み込み構造としたことで、ガセットプレートの形状を若干変えるだけで、ブレースとの取り合いをクレビス接合および高力ボルト接合のいずれの形態であっても簡単に対応させることができる。スティフナを必要としないから応力の流れは単純化し、構造材として極めて効果的に機能させることができる。
【0029】
枠組を形成する水平材および鉛直材には、背中合わせさえできれば安価な一般形鋼(溝形鋼、山形鋼など)を使用することができる。しかも、それに施す加工は切断、孔明け、摩擦面処理、塗装といった一次加工にとどまり、溶接した場合のような手間の掛かる作業や後処理は、三つ重ねの摩擦接合により必要でなくなる。
【0030】
さらに言えば、鉄骨フレームの組み立て場所は工場に限らず大型の治工具が準備できない屋外でも可能となり、建物現場の状況や工事の難易、進捗具合に応じた柔軟な輸送や製作が可能となり、施工時間の無駄排除や作り置きを含めた資材管理もしやすくなる。ガセットプレートの枠組へのじか付けによって構成部品点数は可及的に減少し、また高力ボルトによる締結箇所数も大幅に少なくなり、施工の簡略化・標準化も図りやすいものとなる。
【0031】
ガセットプレートを挟んで形成した三つ重ね部を高力ボルトで摩擦接合し、ガセットプレートを介して各二部材からなる水平材と鉛直材とを結合させた耐震補強工法によれば、ブレースを鉄骨フレーム耐震補強構造に組み込むためのガセットプレートに枠組部材コネクタとしての機能も発揮させることになり、枠組締結専用部品の導入を省き、少ない数の部品によって強固な枠組を形成させることができる。
【0032】
溝形鋼の腹面を既存建物外壁面に対面させて鉄骨フレームを形成し、その背面側にガセットプレートを配置するようにすれば、形鋼の持つ剛強な雰囲気は和らげられ、建物壁に融和した見栄えの向上が図られる。ガセットプレートは溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に位置することになり、枠組を構成する水平材や鉛直材の曲げ変形は抑制され、安価な鋼材でかつ少量の投入であっても、鉄骨フレームとしての耐用性を発揮させることができるようになる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る鉄骨フレーム耐震補強構造および補強工法を、その実施の形態を表した図面に基づいて詳細に説明する。図1は、既存建物を耐震補強するための鉄骨フレームの全体を表す。これは、上下の水平材1,1と左右の鉛直材2,2とで囲む枠組3にブレース4,4がV字状に組み込まれたフレームであり、内付け施工のための構造となっている。
【0034】
図からも分かるように、この鉄骨フレーム5にはブレース4の端部接合のためにクレビス継手6が採用され、それを接合するガセットプレート7は高力ボルト8によって枠組3に組み込まれている。その枠組を構成する水平材1や鉛直材2にはH形鋼が採用されず、例えば図2の(a)に示す安価な溝形鋼9が使用される。
【0035】
この溝形鋼9が採用されているのは、後述するが二つを背中合わせにして組み合わせることができる形状であるからである。すなわち、水平材の溝形鋼9,9とガセットプレート7とで三つ重ね部を形成し、また鉛直材においてもガセットプレートとの三つ重ね部を形成して、それらを挿通する高力ボルト8によって摩擦接合による一体化を図り、ガセットプレート7を枠組3に組み込む構造としようとするのである。
【0036】
そのために、ブレース4を取り付けるガセットプレート7には、図3に示すように、水平材1や鉛直材2もしくはその両方にボルト付けするための多数のボルト挿通孔10が設けられる。従って、ガセットプレート7は後述するガセットプレート兼コネクタプレートとして機能することにもなる。背中合わせされる溝形鋼9は原則として同一断面形状であり、三つ重ね部には高力ボルト8を通す抜き孔11が穿設される、すなわち、一方の形鋼の腹面から挿入され他方の形鋼の腹面側に突き出るボルトのねじ部にナットを掛けて固縛するようにしている(図2の(a)を参照)。
【0037】
これによって、水平材1、鉛直材2、ブレース4、ガセットプレート7を含んだ鉄骨フレーム5は、これら部材相互の接合のために溶接が一切使用されることなく不動な組立品となる。それゆえ、高度な技能を必要とする突き合わせ溶接作業は必要とされず、しかも後で触れるが、その接合は溶接による場合よりやや柔な状態を残しておくことができる。これは、従来技術で示した図10のように下側の水平材を左右二分しておく必要もなく、鉛直材と同じく水平材も単一寸法品を準備しておけばよいことになる。
【0038】
このような鉄骨フレームは既存建物の耐震補強を目的とするものであるが、後で述べる外付けする場合を含めて、RC造のみならずSRC造、S造にも適用することができる。なお、本発明は補強フレームの組立構造を主題とするものであるので、鉄骨フレームの躯体取付構造については詳しく触れない。内付けの場合は、例えば図2の(b)に示すようにスタッドジベル52を植設するなどして図8の外周部(特に右側)に表した要領で固定すればよい。
【0039】
この内付けの場合、鉄骨フレームの躯体への組込作業は通常一つのユニットを予め組み立てておき、それを開口部に嵌め込むという工程をとる。しかし、本発明に係る鉄骨フレームの場合ではボルト止めであるから組立作業は何処でもできる余地があり、工事現場まで部材単位で輸送し、そこで組み立てたり、甚だしくは開口部に運んでから組み立てつつ固定するということもできる。従って、鉄骨フレームを1ユニットとして取り扱うことが多くなるにしても、施工にはかなりの柔軟性を持たせることができる。
【0040】
上記したように鉄骨フレームを組み立てるに当たっては溶接を排除できるようにしているので、従来問題となっていた溶接接合によるコスト高は解決される。溶接を排除することになれば、近年問題となっている溶接技能者不足の影響も受けず、かつ鉄骨フレームの等質性を確保した高い品質を発揮させることも容易となる。
【0041】
鉄骨フレームで荷重に対して最重視されるのは言うまでもなく水平材と鉛直材であり、それらに高価なH形鋼を使用しなければならないという従来からの観念を取り除くことになれば、鋼材の投入量の減少や量産品・既製品の積極的な活用が図られ、その面から大幅なコスト低減が期待できることになる。これはブレースに背中合わせ材を使用する場合とは異なり、構造主材を背合わせ品とするという特異な発想によるもので、コスト面のみならず施工の利便性も著しく向上させることになる。
【0042】
なお、枠組部分は既存建物に融合して埋没もしくはそれに近いかたちとされることになるが、ブレースはその枠組をよぎる部材であり、それが背合わせ品であると見栄えを損なう。従って、図1のように体裁のよい筒状本体を持ったブレースをスマートなピン接合用のクレビス継手で接合するか、剛接合式とするなら後述する十字継手とすれば見栄えが良くなる。
【0043】
いずれにしても目に映りやすいブレースにはソフトな印象を与えておき、建物に融和させやすい枠組部分は美的感覚が少し欠けても差し支えない場合が多いとの知見にも基づいていると言える。本発明においては枠組材を背合わせ品とするので、それにガセットプレートを挟み込んで取り付ける。そして溶接を採用していないことにもよるが、後述する図6の左下部に表したように、ブレース4をいずれの箇所にでも配置できる余地が残される。
【0044】
その点でも、ガセットプレートの位置やブレースの長さに関して大きな自由度を与えておくことができ、設計に高い柔軟性を持たせることができ都合よいものとなる。さらには、工作の単純化、高精度加工からの解放、組立作業の簡易化という面などでボルト締結はおおいに寄与するものであり、価格面で着工が手控えられることの多い耐震補強工事の一層の普及を促すことができる。
【0045】
ピン接合にするとモーメントは作用しなくなるとはいえ、一点集中するのでガセットプレートは厚くなる傾向にある。図1の例では一枠組あたり3枚、図4の対角線配置なら2枚のガセットプレート7が必要であるが、水平材と鉛直材との接合を図る必要のある角部にガセットプレートが位置しない場合、同じ厚みの接合用プレート(スペーサ兼コネクタプレート)12を準備してやればよい。ガセットプレートは単純な一枚板でよく、接合用プレートと共に同一の板材から材料どりすることができる。
【0046】
すなわち、枠組を構成する部材としては溝形鋼と平鋼板を準備しておけばよいことを意味し、これによって購入しておかなければならない鋼材の寸法や種類は可及的に少なくなる。例えば特開2002−146905号公報などに記載されているような多岐にわたる形状のブラケット等を製作するための各種鋼材の準備や、それらからの個々の部材の製作は必要でなくなる。それゆえ、枠組にガセットプレートを固定するための高力ボルトの数も格段に少なくなり、ひいてはボルト締結の作業量低減が助長される。
【0047】
ガセットプレートの枠組に対する固定形態が簡素化されると、ブレースとの間でやりとりされる力の伝達も、スティフナが取り付けられている場合に比べれば単純化されることになる。構造材としての寄与率は高くなり、無駄の抑えられた鉄骨フレームを製作することができる。
【0048】
なお、背合わせ品となる水平材や鉛直材の対面隙間にはモルタルを圧入するなどして部材としての一体性を上げておくことが好ましい。これは、内付けの場合も後述する外付けの場合(図2の(e)を参照)も、躯体56との接合に無収縮モルタル55等を施すときに自ずと充填されるようにしておくか、両者同時期に充填操作するなどすれば、それがために特に大きな作業負担を新たに生じさせることもない。
【0049】
ちなみに、水平材や鉛直材さらにはガセットプレートやスペーサ兼コネクタプレートにおいても、高力ボルトが挿通する孔にはねじが刻設されることなくナットを掛けて固定される。従って、ボルト挿通孔はねじ径に対して多少余裕のある大きさとなっている。高力ボルトによる接合はあくまで摩擦接合を達成させようとするものであるが、この孔の僅かな余裕は接合時の挿通作業の労力を軽減させるだけでなく、溶接による場合のような無用な残留応力の発生も回避させる効用があり、また部材の対面馴染みも助長させることになって都合がよい。
【0050】ところで、図2の(a)に表した例で言えば、ガセットプレート7におけるクレビス座面にはディスク13,13を張りつけるなどして接合時の係合状態の安定が図られている。この部分は、溶接による一体化で歪みが残ったとしても、ボルト止めされるまでは単品で扱われるから、後処理を施すなどして修正することができる。本発明はこの部分まで溶接排除を企図するものでなく、ガセットプレートの重量増を抑える配慮や母材の座面増厚等は適宜な手段で行えばよい。
【0051】
上の例では背合わせ品として溝形鋼を使用した例を説明したが、それに限らず図2の(c),(d)に示した山形鋼9Aや図示しないT形鋼であっても差し支えない。背中合わせが可能な形状の形鋼であればよく、しかも標準品などの低廉な圧延鋼材で十分である。いずれにしても、鋼材に施す加工は切断、孔明け、摩擦面処理、塗装といった一次加工だけでよくなり、溶接のような手間の掛かる作業や後処理は必要でなくなる。このように溝形鋼等を枠組を形成する水平材や鉛直材に適用するということは、H形鋼の使用を一般的な推奨規準としていることに対して一石を投じることになるとも言える。
【0052】
図4はV字形のブレースに代えて対角線に配したブレース4Aを備える鉄骨フレームの例である。これにおいても理屈上は図1の場合と何ら変わるところはない。ちなみに、この図は、水平材1と鉛直材2との端部がそれぞれ約45度に切り落とされ、両部材の交差部材が斜めに突き合わされた例となっている。このようにしておけば、内付けの場合、躯体との接合において小口塞ぎを積極的に行わなくても充填モルタルが漏れ出ないようにしておくことができる利点がある。
【0053】
図5は十字継手15を採用したブレース16が組み込まれている例である。断面が十字をなす継手は、左側に表したようにガセットプレート7A,7A間に配置した後、右側のように当て板17が継手面に重ねられて高力ボルト8により固縛される。この例においても、図4のように交差部を斜めに突き合わせておくことは差し支えない。
【0054】
十字継手を使用する場合はクレビス継手の場合に比べて薄いガセットプレートを使用できるので、その場合にはスペーサ兼コネクタプレート12Aも薄いものを採用することができる。これからも分かるように、ガセットプレートの枠組部材への挟み込み構造としていることで、ガセットプレートの形状を少し変えたり厚みを変更するだけで、クレビス接合および高力ボルト接合といったごとく、ブレースとの取り合いに対して簡単に対応を変化させることができる。
【0055】
図6は外付け工事とした場合の例である。その場合には、部材を一つひとつ組み上げていくことが多い。建物の前に広場があれば、地上で何階分もの枠組を一体化して作り、それを立て掛けるということもできる。なお、この図のように水平材1Aを左右に長く通すと鉛直材2Aは一区画ごとの短いものとなる。図示しないが、鉛直材を長くすれば水平材は区画単位のものとなる。いずれにしても、水平材1と鉛直材2の交差部にはスペーサ兼コネクタプレート12が、その部分にブレース4が取り付けられる場合にはガセットプレート兼コネクタプレート14を使用することになる。
【0056】
もちろん、ガセットプレート(ガセットプレート兼コネクタプレートを含む)やスペーサ兼コネクタプレートは一区画で独立させるのではなく、左右や上下の区画との連続性を図る配慮がなされた形状となることは言うまでもない。なお、水平材、鉛直材のいずれが長くても、ガセットプレートやガセットプレート兼コネクタプレート等は限られた数の形のものを準備しておけば十分となる。
【0057】
外付けする場合の躯体への取付構造は内付けの場合と向きが異なる程度で実質的に変わりがなく、図2の(e)に表したように枠組3と躯体56の壁面との間に各種の繋ぎ材を配して無収縮モルタル55が打設される。以上述べたようにピン接合であれ高力ボルト接合(十字継手)であれ枠組には何の影響も及ばなく、従って、ガセットプレートを変えるだけで枠組は共通して使用することができ、ボルト孔の数や位置が若干違うことを除けば、ガセットプレートの厚みが異なるだけということになる。
【0058】
本発明はまた、ガセットプレートを挟んで形成した三つ重ね部を高力ボルトで摩擦接合し、ガセットプレートを介してそれぞれ二部材からなる水平材と鉛直材とを結合させた鉄骨フレームによる耐震補強工法ともしているので、ブレースを鉄骨フレームに組み込むためのガセットプレートに、枠組部材(水平材・鉛直材)のコネクタとしての機能も発揮させることができる。従って、枠組締結専用部品の導入は必要でないか少なくなり、数少ない部品によって強固な鉄骨フレームを形成させることができる。
【0059】
ところで、溝形鋼を水平材と鉛直材に使用した場合には、三つ重ねとすることなく、図7に示すように、背中合わせとしない形態をすることもできる。すなわち、溝形鋼21を水平材1および鉛直材2として各一本採用し、その腹面を既存建物外壁面に対面させ、背面側にガセットプレート7および結合用プレート12を固定するようにしている。
【0060】
もう少し詳しく述べれば、上下のフランジ21f,21fとそれを繋ぐウエブ21wからなる溝形鋼21の背面を外に向けることにより、ウエブ外面の平坦さが人目につくようにして鉄骨フレームの存在を目立たなくさせようとするものである。この図7の例では、ガセットプレート7は水平材1と鉛直材2の繋ぎ部分および水平材1の中央部分に外側から重ね合わされて高力ボルト8により固定されるが、鉄骨フレーム5Aの全体としてはフランジが突き出た図1などに比べ、見た目では躯体側との馴染みが向上したものとなる。
【0061】
ガセットプレート7は外面に現れることになるが、それゆえブレースが鉄骨フレーム面から少し迫り出したかのように映る。ブレースの存在がやや強調されることになるが、その美観上の善し悪しは別として、力学的に極めて当を得た構造を形づくる。すなわち、ブレースに作用する軸力はガセットプレートを介して水平材や鉛直材に伝わるが、そのガセットプレートが溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に位置するという極めて都合のよい形態をとる。
【0062】
地震が発生するなどして水平材とブレースの交差部において圧縮側ブレースが最大耐力に達すると、それ以後も引張側ブレースの耐力は上昇するため、水平材に剪断力が生じる。水平材に溝形鋼一本が採用される場合には、この剪断力は左右非対称な溝形鋼に捩れの発生を伴う。ところが、本発明においては、ガセットプレート7を介してブレース4に軸力が作用し、水平材に剪断力が作用すると、力の中心が溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に位置するため、捩りモーメントの発生が抑制されることになるという実用上極めて有用な挙動を発現させることができる。
【0063】
このように、ガセットプレートを溝形鋼の背面に固定すれば、溝形鋼のみによって、しかも少ない数量により枠組を形成させることができる。言うまでもなく既製の溝形鋼は安価な鋼材であるから、工費の節減は大幅なものとなる。使用に耐え得ないとみなされていた低廉材の飛躍的な耐用性増進も図られる。なお、補強の程度にもよるが、アングル材二つを突き合わせ(図示せず)、溝形鋼同等の断面形状を得るように組み合わせて使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鉄骨フレーム耐震補強構造の代表的な例を表した正面図。
【図2】(a)ないし(d)は枠組を構成する部材とガセットプレートとの三つ重ねによる固縛状態の説明図、(e)は外付けした場合の躯体固定状態断面図。
【図3】鉄骨フレームの構成品を分離して描いた分解図。
【図4】ブレースを対角線状に配置した場合の正面図。
【図5】十字継手による接合を採用した鉄骨フレームの正面図。
【図6】階層を連ねて外付けする場合の正面図。
【図7】溝形鋼の背面を外側にしてガセットプレートを取り付けた外付け用の鉄骨フレームの正面図および各部の他方向矢視図。
【図8】従来技術である溶接構造となっている内付け用鉄骨フレームの正面図。
【図9】(a)は内付けした場合の躯体固定状態説明図、(b)および(c)はスティフナや開先部の位置および形状を表したガセットプレート取付部断面図。
【図10】溶接構造の鉄骨フレームを分解した構成品図。
【符号の説明】1,1A…水平材、2,2A…鉛直材、3…枠組、4,4A…ブレース、5,5A…鉄骨フレーム、7,7A…ガセットプレート、8…高力ボルト、9…溝形鋼、9A…山形鋼、10…ボルト挿通孔、14…ガセットプレート兼コネクタプレート、16…ブレース、21…溝形鋼、21f…フランジ、21w…ウエブ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel frame seismic retrofitting structure and a reinforcing method, and more specifically, when attaching a steel frame incorporating a brace to an existing building for seismic retrofitting, when assembling the steel frame, a great deal of labor is required to ensure quality. The present invention relates to a structure of a steel frame which can be provided at a low cost by eliminating welding requiring skilled work and the like.
[0002]
[Prior art]
A frame formed by being surrounded by a horizontal member and a vertical member can be retrofitted to an existing building by internally or externally attaching it to columns and beams of the building. Internally, by fitting a pre-assembled framework into the opening from which the walls inside the columns and beams have been removed, and externally to the outside walls of the building along the columns and beams without removing the walls etc. By integrating the framework, the seismic resistance of existing buildings is to be enhanced.
[0003]
It is recommended that H-shaped steel be used for the horizontal and vertical members constituting the framework. The steel material is often a rolled H-section steel with standardized dimensions, but in areas where a large amount of stress is applied, a sheet thickness is large, and a welded H-section steel having an appropriate size and non-standard cross section is used. Sometimes. Thus, inexpensive channel and angle steels are almost never employed in the framework, and conversely, their use can be said to be substantially eliminated.
[0004]
Although the H-shaped steel having high rigidity or the like is used for the framework as described above, the members are usually firmly joined to each other in order to improve the shape retention of the framework. In addition, braces are incorporated into the framework to increase seismic resistance. The introduction of the brace also suppresses an increase in the size of the H-shaped steel, thereby contributing to a reduction in the weight of the steel frame.
[0005]
The braces are often arranged in the framework in a V-shape or inverted V-shape or diagonally, and gusset plates are used to attach them to the framework. The brace itself is often a steel pipe or a shaped steel having a simple sectional shape, but joints of the same structure are attached to both ends thereof, and are joined to the gusset plate via this.
[0006]
A clevis joint or a cruciform joint is used as the joint. The former is a pin connection by one thick pin, and the latter is a rigid connection by fastening with several overlapping plates and a number of high-strength bolts. In any case, no welding is performed for the joining. Even if a slight amount of welding distortion remains in this joint portion, it is not preferable in order to function as a reinforcing diagonal member.
[0007]
On the other hand, the gusset plate for fixing both ends of the brace needs to be firmly attached to a horizontal member or a vertical member. Therefore, the gusset plate is directly welded or bolted through a separately manufactured bracket. Since the brackets are again welded to the framework, the gusset plates will be fixed in any case via direct or indirect welding.
[0008]
The gusset plate is made of a thick plate because it is joined to the brace. In the case of pin joining, even though the design is such that no moment acts on the joining point, the load is concentrated at one point, so that it is necessary to further increase the thickness. The flanges or webs that attempt to attach the gusset plate to the H-beam are often thinner than the gusset plate. If a thick gusset plate is to be welded to a thin, for example, flange, the H-section steel flange must be reinforced by placing a stiffener on the underside where the gusset plate will attach.
[0009]
Incidentally, if a stiffener were to be present, a significant portion of the stresses acting on the steel frame would be transmitted through the stiffener. In this case, there is also a problem that a smooth stress transmission is not always performed to a horizontal member or a vertical member.
[0010]
Nevertheless, the horizontal and vertical members forming the framework are welded together, the gusset plate and the framework are integrated by welding, and the stiffeners as the backing material often have to be fixed by welding. . FIG. 8 is an example of a steel frame having a welded joint structure prepared for internal use.
[0011]
In this embodiment, braces 45, 45 are arranged in a V-shape via gusset plates 43, 44 in a frame composed of upper and lower horizontal members 41, 41 and left and right vertical members 42, 42. As shown in FIG. 9 (a), the steel frame 51 is formed inside the frame 56 by increasing the expression strength of the high-strength non-shrink mortar 55 by using a chemical anchor 52, a stud dowel 53, a spiral hoop 54, and the like. Attached.
[0012]
In this way, usually, a step of assembling one steel frame in advance and fitting it into the opening is performed, but the preparatory work is mostly butt welding, which is said to be the most troublesome of welding. That is, as can be seen from FIG. 10, in the case of the V-shaped brace steel frame 51, in addition to the horizontal member 41, the vertical member 42, and the brace 45, gusset plate mounting portions 46 and 47 are provided. It will be composed of a number of parts, such as a group represented by 47A.
[0013]
More specifically, since a large load is concentrated on the portion where the gusset plate is attached, a structure having higher rigidity than the horizontal member 41 or the vertical member 42 is provided. Speaking of the example of the gusset plate attaching portion 46, an H-shaped cross-section welded article having a flange portion formed by plates 48, 48 thicker than the H-section steel flange is introduced at a place where the horizontal member 41 and the vertical member 42 are connected. . Then, several stiffeners 50 which bridge between the flange portions and are integrated with the web portion 49 are arranged in consideration of the mounting positions of the gusset plates 43 and 44.
[0014]
If these components are assembled with high precision by welding, and they are to be welded to a horizontal or vertical material to form a framework, the production of a steel frame requires work at a well-equipped factory. Become. Needless to say, the assembling work requires a lot of man-hours, and also requires advanced skills to reduce welding distortion, which is not an easy task. In the butt welding, in addition to the welding time, as can be seen from FIGS. 9B and 9C, formation of the groove portions 48a and 50a and scallops 49a, 41a and 42a shown in FIG. This is because a process such as mounting the stiffener 50 is required.
[0015]
Incidentally, it has been evaluated in recent years that the joining quality by welding has been high enough to exceed the strength of the non-welded portion. However, this is achieved only by the advanced skills of skilled workers, the preparation of necessary jigs, and the working environment in which the equipment is provided. In addition, ultrasonic inspection is required for butt welds, and strict quality control is required. Therefore, it cannot be denied that costs are jumping.
[0016]
However, it is hardly considered that the steel frame is a substitute that can be easily assembled by using an H-section steel or a square pipe as a frame member and using high-strength bolts. Also, since the steel frame, which is a welded assembly, is to be transported to the construction site as it is, the construction materials are packed in bulk and the transportation is extremely time-consuming compared to the case of handling the parts alone. , Which also causes an increase in cost.
[0017]
As described above, butt welding requires a high level of knowledge and skills, but in recent years the shortage of welding technicians has become a major problem, and in view of this situation, welding can be replaced and cost can be greatly reduced. The contributing joining method is waiting.
[0018]
Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-146905 discloses an example in which a bracket for attaching a gusset plate to a framework is also fixed by bolts. Fastening and joining using high-strength bolts and the like in this manner are not performed in the field of the frame for seismic reinforcement as in other technical fields.
[0019]
The use of such brackets is due to the difficulty of bolting the gusset plate itself directly to a horizontal or vertical material, but the framework uses square pipes or H-beams, This is largely due to the fact that it must be mounted at right angles to horizontal and vertical surfaces, such as H-section flanges.
[0020]
Although not limited to this example, if a bolt fixing method is to be adopted, many brackets and angles as secondary members for fixing the gusset plate are required. Further, a large number of bolts are used for mounting, and the number of components constituting the framework is significantly increased. In addition, if a horizontal section or a vertical section is given a considerable cross-sectional defect, or if the influence thereof is suppressed, a large size must be introduced.
[0021]
Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-70329 describes a structure in which a brace is formed of two section steels, and a gusset plate is sandwiched and joined at a tip end thereof. It is made possible by pinching the channel steel by back-to-back, and has a form in which the three-ply portion is bolted. However, the gusset plate is integrated into the frame by welding to the horizontal and vertical T-section steels that make up the frame, and the idea of bolting the gusset plate to the frame with bolts is seen. Absent.
[0022]
[Patent Document 1]
JP 2002-146905 A
[Patent Document 2]
FIG. 1B of JP-A-2002-70329.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to eliminate welding that requires advanced skills in assembling a steel frame, to select a place for assembling a steel frame, to make building or construction difficult or To enable flexible transportation and production according to the progress, not to be affected by the shortage of skilled welders, and not to limit the use of expensive H-beams to the framework, but ultimately to reduce costs Height can be suppressed, the number of component parts can be reduced as much as possible to facilitate the simplification and standardization of the construction, and the simplification of the structure simplifies stress propagation and smoothly transmits to the frame members. It is an object of the present invention to provide a steel frame seismic retrofitting structure and a reinforcing method that enable the effective utilization of input materials and suppress the consumption thereof.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to a steel frame seismic retrofitting structure capable of seismic retrofitting by attaching a steel frame incorporating a brace to a framework formed by being surrounded by a horizontal member and a vertical member to an existing building. The feature is that, with reference to FIG. 1, the gusset plate 7 for attaching the brace 4 is provided with a large number of bolt insertion holes 10 for bolting the horizontal member 1, the vertical member 2 or both. Can be Each of the horizontal member 1 and the vertical member 2 is formed of two section steels 9 and 9 (for example, see also (a) of FIG. 2) back to back to sandwich the gusset plate 7. The gusset plate 7 is fixed by friction joining with the high-strength bolts 8, 8 in a three-layered state with the two section steels. The steel frame 5 including the horizontal member, the vertical member, the brace, and the gusset plate is not welded for joining these members.
[0025]
In the case of the seismic retrofitting method, a horizontal member 1 and a vertical member 2 formed of two section steels that can be back-to-back are formed in three layers with a gusset plate 7 made of flat steel sheet interposed therebetween. At this point, the horizontal member 1 and the vertical member 2 each composed of two members 9 and 9 are connected to each other via the gusset plate 7 for attaching the brace 4 by friction joining with the high-strength bolt 8 so that the steel frame 5 is formed. That was done.
[0026]
Further, referring to FIG. 7, the abdominal surfaces of the channel steel 21 composed of the upper and lower flanges 21f and 21f and the web 21w connecting the flanges are opposed to the outer wall surface of the existing building, and the horizontal member with the back surface of the channel steel outward. 1 and a vertical frame 2 to form a steel frame 5A. A gusset plate 7 made of a flat steel plate is arranged on the back side of the connecting portion of the two members and at or near the center of shear against the torsion of the channel steel, and frictionally joined by high-strength bolts 8 at the overlapped portion. A horizontal frame and a vertical frame, each composed of one member, are connected to each other via a gusset plate for attaching a brace to form a steel frame, enabling external retrofitting of an existing building.
[0027]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steel frame incorporating the brace used for the seismic reinforcement of the existing building can be easily assembled by joining the horizontal member, the vertical member, and the gusset plate for attaching the brace with high-strength bolts. Welding of the mounting portion of the gusset plate is unnecessary, and a stiffener for welding reinforcement is also eliminated, so that the cost required for assembly is significantly reduced. Therefore, it is possible to provide a uniform and high quality product without being affected by the recent shortage of welding technicians.
[0028]
The gusset plate is sandwiched between the frame members, making it possible to easily change the shape of the gusset plate by simply changing the shape of the gusset plate, regardless of whether it is clevis joint or high-strength bolt joint. it can. Since no stiffener is required, the flow of stress is simplified and can be made to function very effectively as a structural material.
[0029]
As the horizontal member and the vertical member forming the frame, an inexpensive general shaped steel (channel steel, angle steel, etc.) can be used as long as it can be back-to-back. Moreover, the processing to be performed is limited to the primary processing such as cutting, drilling, friction surface treatment, and painting, and labor-intensive work such as welding and post-processing are not required due to the frictional joining of three layers.
[0030]
In addition, the assembling location of the steel frame is not limited to the factory, it can also be used outdoors where large jigs and tools can not be prepared, making it possible to transport and manufacture flexibly according to the situation of the building site, the difficulty of construction, and the progress It also makes it easier to manage materials, including waste of time and storage. By directly attaching the gusset plate to the framework, the number of component parts is reduced as much as possible, and the number of fastening points by high-strength bolts is also significantly reduced, so that the construction can be simplified and standardized easily.
[0031]
According to the seismic retrofitting method in which the three overlapping portions formed with the gusset plate interposed therebetween are friction-bonded with high-strength bolts and the two horizontal members and the vertical members are joined via the gusset plate, the braces are made of steel. A gusset plate to be incorporated into the frame seismic reinforcement structure also functions as a frame member connector, thereby eliminating the need for a dedicated frame fastening part and forming a strong frame with a small number of parts.
[0032]
By forming a steel frame with the abdominal surface of the channel steel facing the outer wall of the existing building and arranging a gusset plate on the back side, the rigid atmosphere of the shape steel was softened and integrated with the building wall The appearance is improved. The gusset plate is located at or near the shear center of the channel steel, suppressing bending deformation of the horizontal and vertical members that make up the framework. Can be exhibited.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a steel frame seismic retrofit structure and a reinforcing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 shows an entire steel frame for seismic reinforcement of an existing building. This is a frame in which braces 4, 4 are incorporated in a V-shape in a frame 3 surrounded by upper and lower horizontal members 1, 1 and left and right vertical members 2, 2, and has a structure for internal installation. I have.
[0034]
As can be seen from the drawing, a clevis joint 6 is employed in the steel frame 5 for joining the ends of the brace 4, and a gusset plate 7 for joining the clevis joint 6 is incorporated into the framework 3 by high-strength bolts 8. An H-shaped steel is not used for the horizontal member 1 and the vertical member 2 constituting the framework, and for example, an inexpensive channel steel 9 shown in FIG. 2A is used.
[0035]
The reason why the channel steel 9 is employed is that, as will be described later, it is a shape that allows the two to be combined back to back. That is, a three-layered portion is formed by the channel steels 9, 9 of the horizontal member and the gusset plate 7, and a three-layered portion of the vertical member is formed by the gusset plate, and the high-strength bolts that penetrate them are formed. 8, the gusset plate 7 is integrated into the framework 3 by frictional joining.
[0036]
Therefore, the gusset plate 7 to which the brace 4 is attached is provided with a large number of bolt insertion holes 10 for bolting the horizontal member 1 and / or the vertical member 2 as shown in FIG. Therefore, the gusset plate 7 also functions as a gusset plate and connector plate described later. The channel sections 9 to be back-to-back have the same cross-sectional shape in principle, and a punched hole 11 for passing the high-strength bolt 8 is formed in the three-layered portion, that is, inserted into the bellows of one section steel and inserted into the other. A nut is hung on the threaded portion of the bolt protruding from the abdominal surface of the shaped steel and secured (see FIG. 2A).
[0037]
As a result, the steel frame 5 including the horizontal member 1, the vertical member 2, the brace 4, and the gusset plate 7 becomes an immovable assembly without using any welding for joining these members. Therefore, a butt welding operation requiring a high skill is not required, and the joint can remain slightly softer than that by welding, which will be described later. This is because there is no need to divide the lower horizontal member into two parts as shown in FIG. 10 shown in the prior art, and it is sufficient to prepare a single-dimension horizontal member as well as the vertical member.
[0038]
Such a steel frame is intended for seismic reinforcement of an existing building, but can be applied to not only RC structures but also SRC structures and S structures, including the case of external attachment described later. Since the present invention is directed to a structure for assembling a reinforcing frame, the structure for attaching a frame to a steel frame will not be described in detail. In the case of internal attachment, for example, as shown in FIG. 2B, the stud dowel 52 may be planted and fixed in the manner shown on the outer peripheral portion (particularly on the right side) of FIG.
[0039]
In the case of this internal attachment, the work of assembling the steel frame into the frame usually involves assembling one unit in advance and fitting it into the opening. However, in the case of the steel frame according to the present invention, since there is room for assembling work anywhere because it is bolted, it can be transported to the construction site in units of members and assembled there, or extremely transported to the opening and fixed while assembling. You can do it. Therefore, even if the steel frame is often handled as one unit, considerable flexibility can be given to the construction.
[0040]
As described above, since welding can be eliminated when assembling the steel frame, the cost increase due to welding, which has been a problem in the past, can be solved. If welding is eliminated, it is not affected by the shortage of welding technicians, which has been a problem in recent years, and it is easy to exhibit high quality while maintaining the homogeneity of the steel frame.
[0041]
It is needless to say that the horizontal frame and the vertical bar are of the greatest importance on the load in the steel frame, and the conventional idea that expensive H-shaped steel must be used for them is removed. A reduction in the amount of input and aggressive use of mass-produced and off-the-shelf products will be achieved, and in this respect significant cost reductions can be expected. This is different from the case where a back-to-back material is used for the brace, and is based on a unique idea of using the main structural member as a back-to-back product, which significantly improves not only cost but also construction convenience.
[0042]
In addition, although the frame part is to be buried or formed into a shape close to that of the existing building, the brace is a member that crosses the frame, and the appearance is impaired if it is a back-to-back product. Therefore, the brace having a cylindrical body having a good appearance as shown in FIG. 1 is joined by a clevis joint for smart pin joint, or if it is a rigid joint type, a cruciform joint, which will be described later, improves the appearance.
[0043]
In any case, it can be said that it is based on the knowledge that a brace that is easy to see is given a soft impression, and that the frame part that is easy to integrate into the building often has a little lack of aesthetic sense. In the present invention, since the frame material is a back-to-back product, the gusset plate is sandwiched and attached to the frame assembly material. And, depending on the fact that welding is not employed, as shown in the lower left part of FIG. 6 described later, there is room for placing the brace 4 at any position.
[0044]
Also in this respect, a large degree of freedom can be given to the position of the gusset plate and the length of the brace, and the design can be highly flexible, which is convenient. Furthermore, bolt fastening contributes greatly in terms of simplification of work, release from high-precision processing, and simplification of assembling work, and further strengthening of seismic reinforcement work where construction work is often delayed in terms of price. Can promote the spread.
[0045]
Although the pin joint causes no moment to act, the gusset plate tends to be thick because one point is concentrated. In the example of FIG. 1, three gusset plates are required for one frame, and two gusset plates 7 are required for the diagonal arrangement in FIG. 4, but the gusset plates are not located at the corners where it is necessary to join the horizontal member and the vertical member. In this case, a joining plate (spacer / connector plate) 12 having the same thickness may be prepared. The gusset plate may be a simple single plate, and can be made of the same plate together with the joining plate.
[0046]
In other words, it means that a channel steel and a flat steel plate may be prepared as members constituting the framework, and as a result, dimensions and types of steel materials to be purchased are reduced as much as possible. For example, it is not necessary to prepare various steel materials for manufacturing brackets having various shapes as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-146905 and to manufacture individual members from them. Therefore, the number of high-strength bolts for fixing the gusset plate to the framework is also significantly reduced, which further contributes to a reduction in the amount of bolt fastening work.
[0047]
When the form of fixing the gusset plate to the framework is simplified, the transmission of the force exchanged with the brace is also simplified as compared with the case where the stiffener is attached. The contribution as a structural material is increased, and a steel frame with reduced waste can be manufactured.
[0048]
It is preferable that the mortar is pressed into the facing gap between the horizontal member and the vertical member to be back-to-back products to improve the integrity as a member. The reason for this is that, in both the case of the internal attachment and the case of the external attachment described later (see FIG. 2 (e)), when the non-shrink mortar 55 or the like is applied to the joint with the frame 56, it should be filled naturally. If, for example, the filling operation is performed at the same time, no particularly large work load is newly caused.
[0049]
Incidentally, even in the case of the horizontal member, the vertical member, the gusset plate and the spacer / connector plate, the holes through which the high-strength bolts are inserted are fixed with nuts without engraving screws. Therefore, the bolt insertion hole has a size with some margin for the screw diameter. Joining with high-strength bolts is intended only to achieve friction joining, but the slight margin of this hole not only reduces the work of insertion work at the time of joining, but also causes unnecessary residual such as in welding. It has the effect of avoiding the generation of stress, and also facilitates the familiarity of the members with each other.
By the way, in the example shown in FIG. 2A, the disks 13 and 13 are attached to the clevis seat surface of the gusset plate 7 to stabilize the engagement state at the time of joining. . This part is handled as a single piece until it is bolted, even if distortion remains due to welding, so that it can be corrected by post-processing or the like. The present invention does not intend to eliminate the welding to this point, and it is only necessary to take measures to suppress the weight increase of the gusset plate and increase the seating surface of the base material by appropriate means.
[0051]
In the above example, an example is described in which a channel steel is used as a back-to-back product. However, the present invention is not limited to this, and the angle iron 9A shown in FIGS. 2C and 2D or a T-beam (not shown) may be used. Absent. It is only necessary to use a shaped steel that can be back-to-back, and an inexpensive rolled steel material such as a standard product is sufficient. In any case, the processing to be performed on the steel material only requires primary processing such as cutting, drilling, friction surface treatment, and painting, and labor-intensive operations such as welding and post-processing are not required. Applying a channel steel or the like to a horizontal member or a vertical member forming a framework in this way can be said to be one step against the fact that the use of an H-shaped steel is a general recommended standard.
[0052]
FIG. 4 shows an example of a steel frame including a brace 4A arranged diagonally instead of a V-shaped brace. Even in this case, theoretically, there is no difference from the case of FIG. Incidentally, this drawing shows an example in which the ends of the horizontal member 1 and the vertical member 2 are cut off at approximately 45 degrees, respectively, and the cross members of both members are obliquely butted against each other. In this case, there is an advantage that the filling mortar can be prevented from leaking out even if the small opening is not positively closed at the time of joining with the frame in the case of the internal attachment.
[0053]
FIG. 5 shows an example in which a brace 16 employing a cross joint 15 is incorporated. After the joint having a cross-section is arranged between the gusset plates 7A, 7A as shown on the left side, the backing plate 17 is overlaid on the joint surface as shown on the right side and fastened by the high-strength bolt 8. Also in this example, the intersections may be obliquely butted as shown in FIG.
[0054]
When a cruciform joint is used, a thinner gusset plate can be used than in the case of a clevis joint, and in that case, the spacer / connector plate 12A can also be thinner. As can be seen from this, the gusset plate is sandwiched between the frame members so that the shape of the gusset plate can be slightly changed or the thickness can be changed. The correspondence can be easily changed.
[0055]
FIG. 6 shows an example in the case of external work. In such a case, the members are often assembled one by one. If there is a plaza in front of the building, it can be said that a framework of several floors is integrated on the ground and leaned against it. As shown in this figure, when the horizontal member 1A passes through the left and right for a long time, the vertical member 2A becomes shorter for each section. Although not shown, if the length of the vertical member is increased, the horizontal member becomes a partition unit. In any case, the spacer / connector plate 12 is used at the intersection of the horizontal member 1 and the vertical member 2, and the gusset plate / connector plate 14 is used when the brace 4 is attached to that portion.
[0056]
Of course, the gusset plate (including the gusset plate and the connector plate) and the spacer and the connector plate do not have to be independent in one section, but have a shape in which continuity with the left, right, upper and lower sections is taken into consideration. . Regardless of whether the horizontal member or the vertical member is long, it is sufficient to prepare a limited number of gusset plates, gusset plates and connector plates, and the like.
[0057]
The attachment structure to the skeleton in the case of external attachment is substantially the same as that of the case of the internal attachment to the extent that the orientation is different, and as shown in FIG. 2 (e), between the frame 3 and the wall surface of the skeleton 56. A non-shrink mortar 55 is placed with various connecting members. As described above, the frame is not affected at all by the pin connection or the high-strength bolt connection (cross joint). Therefore, the frame can be used in common simply by changing the gusset plate, and the bolt hole is used. Except for the slight difference in the number and position of the gusset plates, the only difference is the thickness of the gusset plates.
[0058]
The present invention also provides an anti-seismic reinforcement by a steel frame in which a three-layer portion formed by sandwiching a gusset plate is friction-welded with a high-strength bolt and a two-member horizontal member and a vertical member are connected via the gusset plate. Since the construction method is used, the gusset plate for incorporating the brace into the steel frame can also function as a connector for the frame member (horizontal member / vertical member). Therefore, it is not necessary or necessary to introduce a part dedicated to frame fastening, and a strong steel frame can be formed with a small number of parts.
[0059]
By the way, when the channel steel is used for the horizontal member and the vertical member, it is also possible to adopt a form in which the steel members are not back-to-back as shown in FIG. That is, one channel steel 21 is adopted as the horizontal member 1 and the vertical member 2, and the abdominal surface faces the outer wall surface of the existing building, and the gusset plate 7 and the connecting plate 12 are fixed to the back side. .
[0060]
More specifically, by turning the back surface of the channel steel 21 composed of the upper and lower flanges 21f and 21f and the web 21w connecting the flanges outward, the flatness of the outer surface of the web is conspicuous and the existence of the steel frame is conspicuous. It is intended to be eliminated. In the example of FIG. 7, the gusset plate 7 is superimposed on the connecting portion between the horizontal member 1 and the vertical member 2 and the central portion of the horizontal member 1 from the outside and fixed by the high-strength bolts 8. In comparison with FIG. 1 and the like in which the flange protrudes, the familiarity with the skeleton side is improved in appearance.
[0061]
The gusset plate 7 will appear on the outer surface, so it will appear as if the braces are slightly protruding from the steel frame surface. The presence of braces is somewhat emphasized, but, apart from its aesthetic appeal, it forms a structure that is mechanically extremely appropriate. That is, the axial force acting on the brace is transmitted to the horizontal member and the vertical member through the gusset plate, and the gusset plate takes a very convenient form that is located at or near the shear center of the channel steel.
[0062]
When the compressive brace reaches the maximum strength at the intersection of the horizontal member and the brace due to an earthquake or the like, the strength of the tensile side brace further increases thereafter, so that a shear force is generated in the horizontal member. When a single channel is used as the horizontal member, this shearing force is accompanied by the generation of torsion in the asymmetrical channel. However, in the present invention, when an axial force acts on the brace 4 via the gusset plate 7 and a shear force acts on the horizontal member, the center of the force is located at or near the shear center of the channel steel. An extremely useful behavior in practical use that the generation of a moment is suppressed can be exhibited.
[0063]
In this manner, if the gusset plate is fixed to the back surface of the channel steel, the frame can be formed only by the channel steel and in a small number. Needless to say, the ready-made channel steel is an inexpensive steel material, so that the cost of construction is greatly reduced. Dramatic enhancement of durability of inexpensive materials, which were regarded as unusable, can also be achieved. In addition, although it depends on the degree of reinforcement, two angle members can be butted (not shown) and used in combination so as to obtain a sectional shape equivalent to a channel steel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a typical example of a steel frame seismic retrofit structure according to the present invention.
2 (a) to 2 (d) are explanatory views of a securing state of a member constituting a framework and a gusset plate in a three-layered manner, and FIG. 2 (e) is a sectional view of a skeleton fixed state when externally attached.
FIG. 3 is an exploded view illustrating components of the steel frame separately.
FIG. 4 is a front view when the brace is arranged diagonally.
FIG. 5 is a front view of a steel frame adopting joining by a cross joint.
FIG. 6 is a front view of a case where the layers are connected in series and externally attached.
FIG. 7 is a front view of an externally mounted steel frame to which a gusset plate is attached with the back surface of the channel steel being outside, and a view in the other direction of each part.
FIG. 8 is a front view of an internal steel frame having a welding structure according to the prior art.
9 (a) is an explanatory view of a skeleton fixing state in the case of internal attachment, and FIGS. 9 (b) and 9 (c) are cross-sectional views of a gusset plate mounting portion showing positions and shapes of a stiffener and a groove portion.
FIG. 10 is an exploded view of a steel frame having a welded structure.
[Description of Signs] 1,1A: Horizontal material, 2, 2A: Vertical material, 3: Frame, 4,4A: Brace, 5, 5A: Steel frame, 7, 7A: Gusset plate, 8: High-strength bolt, 9 ... channel steel, 9A ... angle iron, 10 ... bolt insertion hole, 14 ... gusset plate and connector plate, 16 ... brace, 21 ... channel steel, 21f ... flange, 21w ... web.

Claims (3)

水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に取り付けることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強構造において、
前記ブレースを取り付けるためのガセットプレートには、水平材、鉛直材もしくはその両方にボルト付けするための多数のボルト挿通孔が備えられ、
前記水平材および鉛直材のそれぞれは、前記ガセットプレートを挟み付けるべく背中合わせとした二つの形鋼で形成され、
前記ガセットプレートは、前記二つの形鋼との三つ重ね状態で高力ボルトによる摩擦接合によって固定され、
水平材、鉛直材、ブレース、ガセットプレートを含んだ鉄骨フレームには、これら部材相互の接合のために溶接が使用されていないことを特徴とする鉄骨フレーム耐震補強構造。
In a steel frame seismic retrofit structure that is capable of seismic reinforcement by attaching a steel frame with braces incorporated into a frame formed by horizontal and vertical materials to an existing building,
The gusset plate for attaching the brace is provided with a number of bolt insertion holes for bolting to a horizontal member, a vertical member, or both,
Each of the horizontal member and the vertical member is formed of two section steels which are back to back to sandwich the gusset plate,
The gusset plate is fixed by friction joining with high-strength bolts in a three-ply state with the two section steels,
A steel frame including a horizontal member, a vertical member, a brace, and a gusset plate, wherein no welding is used for joining these members to each other.
水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に取り付けることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強工法において、
背中合わせすることができる二つの形鋼で形成された水平材や鉛直材に、平鋼板で製作されたガセットプレートを挟んで三つ重ねとし、その重ね部において高力ボルトにより摩擦接合し、ブレースを取り付けるためのガセットプレートを介しそれぞれ二部材からなる水平材と鉛直材とを結合させて鉄骨フレームを形成するようにしたことを特徴とする鉄骨フレームによる耐震補強工法。
In a steel frame seismic retrofitting method that can be retrofitted by attaching a steel frame incorporating a brace to a frame formed by a horizontal material and a vertical material to an existing building,
A horizontal or vertical material made of two shaped steels that can be back-to-back, a gusset plate made of flat steel is sandwiched, and three layers are stacked. A seismic retrofitting method using a steel frame, wherein a horizontal member and a vertical member each having two members are connected to each other via a gusset plate for attachment to form a steel frame.
水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に外付けすることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強工法において、
上下のフランジとそれを繋ぐウエブからなる溝形鋼の腹面を既存建物外壁面に対面させ、該溝形鋼の背面を外側にして水平材と鉛直材からなる鉄骨フレームを形成し、該両部材の繋ぎ部分の背面側であって該溝形鋼の捩れに対する剪断中心もしくはその近傍に平鋼板製のガセットプレートを配置し、その重ね部において高力ボルトにより摩擦接合し、ブレースを取り付けるためのガセットプレートを介しそれぞれ一部材からなる水平材と鉛直材とを結合させて鉄骨フレームを形成するようにしたことを特徴とする鉄骨フレームによる耐震補強工法。
In the steel frame seismic retrofitting method, which can be retrofitted to an existing building by attaching a steel frame with braces incorporated in a framework formed by being surrounded by horizontal members and vertical members to an existing building,
The abdominal surfaces of the upper and lower flanges and the channel steel formed by connecting the webs are opposed to the outer wall of the existing building, and the steel frame made of a horizontal member and a vertical member is formed with the back surface of the channel member facing outward. A gusset plate made of a flat steel plate is disposed on the back side of the connecting portion of the slab and at or near the center of shear against the torsion of the channel steel, and frictionally joined by high-strength bolts at the overlapping portion to attach the brace. A seismic retrofitting method using a steel frame, wherein a horizontal member and a vertical member each composed of one member are connected via a plate to form a steel frame.
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