JP2007162329A

JP2007162329A - 既存鋼製構造物の補強方法

Info

Publication number: JP2007162329A
Application number: JP2005359856A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sasaki; 聡佐々木; Daisuke Katsura; 大輔桂; Shigeo Akiyama; 茂雄秋山; Takashi Asano; 孝浅野
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: JP4919384B2

Abstract

【課題】既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に補強鋼材を接合して当該既存鋼製構造物を補強する従来の補強方法に付随していた問題を解決する。
【解決手段】既存鋼製構造物１０のラチス柱１２は、山形鋼から成る柱弦材２０と、平鋼から成るラチス材２２とを、リベット２４で接合して構成されている。この既存鋼製構造物１０を構成している既存鋼材である柱弦材２０に、平鋼板から成る補強鋼材３２〜４６をドリルねじ５０により接合して、この既存鋼製構造物１０のラチス柱１２の部分を補強するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、既存鋼製構造物の補強方法に関し、より詳しくは、既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に補強鋼材を接合して当該既存鋼製構造物を補強する方法に関する。

既存鋼製構造物に補強を施すことが必要とされるのは、例えば、経年変化により強度が低下した既存鋼製構造物に補強を施す場合や、耐震性能が不十分な既存鋼製構造物に耐震補強を施す場合などである。また、補強が必要になる鋼製構造物には、鉄骨造建物の骨組をはじめとする様々な鋼製の支持構造体などがある。既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に補強鋼材を接合することによってその既存鋼製構造物を補強する補強方法は、一般的に広く採用されており、既存鋼材に補強鋼材を取付ける手段としては、溶接、ボルト及びナットによる締結、それに鋲による固定などの様々な手段が用いられている。

それら取付手段のうち、溶接法は広く用いられている手段であるが、溶接作業は火気を伴うことから溶接養生が必要とされ、また溶接工は高度の技能を有する技能労働者であるため、コスト及び人員配置の手間がかかるという問題がある。更に、補強を施そうとする既存鋼製構造物がラチス柱やラチス梁である場合には、補強鋼材を溶接する既存鋼材が、弦材やラチス材であって、その板厚が比較的薄いことから、溶接作業が容易でない上に、溶接を行うことによって弦材やラチス材を傷める恐れもある。

ボルト及びナットにより締結する方法を用いる場合には、既存鋼材と補強鋼材との双方に、予めボルト穴を形成しておく必要がある。そして、既存鋼材側のボルト穴間のピッチとそれに対応した補強鋼材側のボルト穴間のピッチとが一致していなければならないが、それらが一致するように、十分に高い位置精度でボルト穴を形成するには、それなりの手間及びコストを要する。また、補強を施そうとする既存鋼製構造物がラチス柱やラチス梁である場合には、補強鋼材を接合する既存鋼材が、弦材やラチス材であって、比較的細い鋼材であることから、太いボルトを使用することができず、細いボルトを多数使用しなければならない。そのため、既存鋼材と補強鋼材とを互いに固定する箇所が多数に及び、作業速度及び施工コストの点で大きな不利を生じる。また、既存鋼材と補強鋼材との双方に鋲穴（リベット穴）を形成し、そこに挿通した鋲（リベット）の先端をかしめて固定する方法でも、ボルト及びナットにより締結する方法と同様の不利を生じることになる。

本発明は、かかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に補強鋼材を接合して当該既存鋼製構造物を補強する従来の補強方法に付随していた上述の問題を好適に解決することができ、また特に、既存のラチス柱やラチス梁を補強するのに適した、新規な補強方法を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明に係る既存鋼製構造物の補強方法は、既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に形鋼または平鋼板から成る補強鋼材をドリルねじにより接合して当該既存鋼製構造物を補強することを特徴とする。
また、本発明に係る既存鋼製構造物の補強方法は、前記補強鋼材の材端部を溶接により前記既存鋼材に接合することを特徴とする。
また、本発明に係る既存鋼製構造物の補強方法は、前記既存鋼製構造物は形鋼から成る弦材と平鋼から成るラチス材とをリベットで接合して構成したラチス柱またはラチス梁であり、前記補強鋼材に前記ラチス柱またはラチス梁のリベットの頭部を収容する干渉回避孔を形成し、前記補強鋼材の前記干渉回避孔に前記ラチス柱またはラチス梁のリベットの頭部を収容して前記補強鋼材とそのリベットの頭部との干渉を回避しつつ前記補強鋼材の表面と前記ラチス柱またはラチス梁の弦材またはラチス材の表面とを密接させて前記補強鋼材を前記既存鋼材に接合することを特徴とする。
また、本発明に係る既存鋼製構造物の補強方法は、前記既存鋼製構造物は柱または梁であり、複数の前記補強鋼材を前記既存鋼製構造物の周囲を囲繞するように配設しそれら複数の前記補強鋼材を高力ボルトにより互いに接合することで前記既存鋼製構造物を囲繞する補強構造体を構成し、該補強構造体をドリルねじにより前記既存鋼材に接合することを特徴とする。

本発明に係る既存鋼製構造物の補強方法によれば、溶接作業を排除すること、または、その作業量を低減することができるため、溶接による既存鋼製構造物の補強方法に付随していた上述の問題を解消、または、軽減することができる。また、既存鋼材及び補強鋼材のいずれにも、ボルト穴や鋲穴を形成する必要がないため、ボルトや鋲を用いた既存鋼製構造物の補強方法に付随していた上述の問題も解消される。また、本発明に係る補強方法は、特に、ラチス柱やラチス梁を補強する場合に、非常に効果的な方法である。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態について詳細に説明して行く。図１は本発明の第１の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施そうとする既設構造物の側面図であり、図２は図１の２−２線に沿った断面図である。図１及び図２に示した既存鋼製構造物１０は、ラチス柱１２と、ラチス梁１４と、柱梁接合部１６とを含んでいる。ラチス柱１２は、山形鋼から成る柱弦材２０と、平鋼から成るラチス材２２とを、リベット２４で接合して構成されている。ラチス梁１４も同様に、山形鋼から成る梁弦材２６と、平鋼から成るラチス材２８とを、リベット２４で接合して構成されている。柱梁接合部１６は、４枚のガセットプレート３０を含むものであり、それらガセットプレート３０は、リベット２４によって柱弦材２０及び梁弦材２６に接合されている。リベット２２の頭部は、図２から明らかなように、柱弦材２０を構成している山形鋼の内側面から突出しており、また、図には示さなかったが、梁弦材２６を構成している山形鋼の内側面からも、同様にしてリベット２４の頭部が突出している。

図３は本発明の第１の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施した図１及び図２の既設構造物の側面図、図４は図３の４−４線に沿った断面図、図５は図３の５−５線に沿った部分拡大断面図、図６は図３の６−６線に沿った部分拡大断面図である。本発明に係る補強方法は、既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に形鋼または平鋼板から成る補強鋼材をドリルねじにより接合し、それによって当該既存鋼製構造物を補強するものである。図３〜図６に示した実施の形態では、既存鋼製構造物１０のうちの、ラチス柱１２及び柱梁接合部１６の部分を補強しており、そのための補強鋼材として、ラチス柱１２の領域から柱梁接合部１６の領域に亘って柱弦材２０の外側面に取付ける第１補強鋼材３２、ラチス柱１２の領域において柱弦材２０の外側面に取付ける第２補強鋼材３４、柱梁接合部１６の領域において柱弦材２０の外側面に取付ける第３補強鋼材３６及び第４補強鋼材３８（図６参照）、ラチス柱１２の領域においてラチス材２２の両側を覆うようにして柱弦材２０の内側面に取付ける第５補強鋼材４０及び第６補強鋼材４２（図５参照）、それに、柱梁接合部１６の領域においてガセットプレート３０の両側を覆うようにして柱弦材２０の内側面に取付ける第７補強鋼材４４及び第８補強鋼材４６（図６参照）を使用している。

８枚の補強鋼材３２〜４６はいずれも平鋼板で製作したものである。補強施工時には、それら補強鋼材３２〜４６の表面を柱弦材２０の表面に密接させて、それら補強鋼材３２〜４６をドリルねじ５０により柱弦材２０に接合する。ドリルねじ５０としては、鋼板に適用可能な様々な種類のものが製造され、市販されているため、それらのうちから適当なものを選択して用いればよい。周知の如く、鋼板用のドリルねじは、施工時にその先端部のドリル刃が鋼板にタッピング用の下穴をあけ、続いてネジ部がその下穴にタッピングして締結を完了させるため、ガタのない確実な接合状態が得られる。

また、これら８枚の補強鋼材３２〜４６のうち、第５補強鋼材４０〜第８補強鋼材４６（図５及び図６参照）は、もしそれらを単なる矩形の平鋼板として形成したならば、柱弦材２０とラチス材２２とを接合しているリベット２４の頭部と干渉してしまう位置に取付けられる補強鋼材である。そのため、第５補強鋼材４０〜第８補強鋼材４６には、それらを取付けたときにリベット２４の頭部に対応する箇所に、リベット２４の頭部を収容する干渉回避孔５２を形成してある。そして、干渉回避孔５２にリベット２４の頭部を収容して、補強鋼材４０〜４６とリベット２４の頭部との干渉を回避しつつ、それら補強鋼材４０〜４６の表面と柱弦材２０の表面とを密接させて、それら補強鋼材４０〜４６をドリルねじ５０により柱弦材２０に接合している。

別法として、補強鋼材を取付けたときに頭部が干渉するおそれのあるリベット２４については、それらリベット２４を、それらリベット２４により接合されているラチス材２２と共に、ラチス柱１２から撤去してしまい、しかる後に、補強鋼材をドリルねじ５０により柱弦材２０に接合するという方法によっても、リベットの頭部の干渉を回避することができる。ただし、多くの場合、ラチス柱からリベット及びラチス材を撤去するよりも、補強鋼材に干渉回避孔を形成する方が有利である。

更に、補強鋼材３２〜４６の上下端部（即ち、長手方向における材端部）を、溶接により柱弦材２０に接合する。図にはその溶接ビードを参照符号Ｗで示した。補強鋼材３２〜４６の各々は、その長手方向が、ラチス柱１２の長手方向と一致しているため、ラチス材１２に曲げ変形が発生したときに、材端部に特に大きな応力が作用する。そのため、ドリルねじ５０による接合力を補う目的で、材端部を溶接により柱弦材２０に接合するようにしているのである。ただし、ドリルねじだけで十分な接合力が得られるのであれば、材端部の溶接を省略してよいことはいうまでもよい。

図３〜図６に示した実施の形態では、ドリルねじにより補強鋼材を接合する既存鋼材は柱弦材２０であったが、補強鋼材を接合する既存鋼材はこれに限られるものではなく、補強しようとする既存鋼製構造物の構成に応じて、補強鋼材は様々な既存鋼材に接合されることになる。また、以上の実施の形態では、補強鋼材は平鋼板から成るものであったが、補強しようとする既存鋼製構造物の構成に応じて、平鋼板ではなく形鋼から成る補強鋼材を使用する場合もある。本発明に係る補強方法は、特に、ラチス柱やラチス梁などを補強するのに適しており、ラチス柱を補強するときと略々同様の形態で、ラチス梁を補強することが可能である。更に、図３〜図６に示した実施の形態では、ラチス材２２が、柱弦材２０の間に挟まれているため、補強鋼材３２〜４６の表面を柱弦材２０の表面に密接させてそれら補強鋼材を取付けたが、ラチス柱ないしラチス梁の構造によっては、補強鋼材の表面を、弦材の表面にではなくラチス材の表面に密接させた状態で、補強鋼材をドリルねじにより接合することもあり得る。その場合にも、補強鋼材に干渉回避孔を設けてリベットの頭部との干渉を回避する方法は効果的である。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施そうとする既設構造物の側面図、図８は図７の８−８線に沿った断面図、図９は図７の９−９線に沿った断面図である。図７〜図９に示した既存鋼製構造物６０は、ラチス柱６２と、このラチス柱６２に一端が支持された４本のラチス梁６４、６６、６８、７０（図８参照）と、柱梁接合部７２とを含んでいる。ラチス柱６２は、山形鋼から成る柱弦材７４と、平鋼から成るラチス材７６とを、リベット２４で接合して構成されている。ラチス梁６４〜７０の各々も同様に、山形鋼から成る梁弦材７８と、平鋼から成るラチス材（不図示）とを、リベットで接合して構成されており、また、図７及び図８において左右方向に延在しているラチス梁６４及び６６の端部には、梁ウエブ鋼板８２が備えられている。

柱梁接合部７２は、山形鋼から成る４本の弦材８２、この柱梁接合部７２の４つの側面を画成している４枚のパネル鋼板８４、上側水平ダイアフラム（不図示）、それに、下側水平ダイアフラム８６を含むものである。尚、図７において、ラチス梁６４〜７０及び柱梁接合部７２については、梁芯ＣＬより下側の部分しか図示していないが、梁芯ＣＬより上側の部分も、図示した下側の部分と同様に構成されている。柱梁接合部７２は更に、柱弦材７４を下側水平ダイアフラム８６に接合するための山形鋼から成る４本の水平ブラケット８７、パネル鋼板８４の下縁を下側水平ダイアフラム８６に接合するための山形鋼から成る４本の水平ブラケット８８、それに、パネル鋼板８４の上縁を上側水平ダイアフラムに接合するための４本の水平ブラケット（不図示）を含んでおり、それら水平ブラケットは、リベット２４によって夫々の位置に取付けられている。

４本のラチス梁６４〜７０の夫々の梁弦材７８は、リベット２４により上下の水平ダイアフラムに接合され、また、それらのうちの２本のラチス梁６４及び６６の梁ウエブ鋼板８２は、山形鋼から成る垂直ブラケット８９を介して柱梁接合部７２に接合されており、これらによって、ラチス梁６４〜７０の端部が、柱梁接合部７２に連結されている。

図１０は本発明の第２の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施した図７〜図９の既設構造物の側面図、図１１は図１０の１１−１１線に沿った断面図、図１２は図１０の１２−１２線に沿った断面図である。図１０〜図１２に示したこの実施の形態では、既存鋼製構造物６０のうちの、ラチス柱６２の部分を補強しており、そのための補強鋼材として、ラチス柱６２の４つの側面に沿わせて取付ける第１補強鋼材９２、第２補強鋼材９４、第３補強鋼材９６、及び、第４補強鋼材９８を使用している。

４枚の補強鋼材９２〜９８は、いずれも平鋼板で製作されており、それらのうち第３補強鋼材９６及び第４補強鋼材９８（図１２参照）は、両側縁部が直角に折曲されている。また、４枚の補強鋼材９２〜９８は、いずれも、両側縁部に高力ボルト１００を挿通するためのボルト孔が列設されている。補強施工時には、先ず、下側水平ダイアフラム８６に備えられている合計８本の水平ブラケット（４本の水平ブラケット８７及び４本の水平ブラケット８８）を、それら水平ブラケットを接合しているリベット２４を除去することにより撤去する。続いて、４枚の補強鋼材９２〜９８を、柱弦材７４の外側面に沿わせて、ラチス柱６２の周囲を囲繞するように配設し、そして、それら補強鋼材９２〜９８を高力ボルト１００により互いに接合することによって、ラチス柱６２を囲繞する補強柱を構成する。こうして補強柱を構成した時点で、補強鋼材９２〜９８の表面が柱弦材７４の表面に密接した状態となっており、この状態で、ドリルねじ５０により補強鋼材９２〜９８を柱弦材７４に接合する。これによって、補強鋼材９２〜９８で構成された補強柱がラチス柱６２にしっかりと一体化されて接合される。

第２の実施の形態における４枚の補強鋼材９２〜９８のうち、２枚の補強鋼材９６及び９８は、第１の実施の形態（図３〜図６）における第５補強鋼材４０〜第８補強鋼材４６と同様に、柱弦材７４とラチス材７６とを接合しているリベット２４の頭部に対応する箇所に、リベット２４の頭部を収容する干渉回避孔５２を形成してあり、補強施工時には、干渉回避孔５２にリベット２４の頭部を収容して、補強鋼材９６及び９８とリベット２４の頭部との干渉を回避することにより、補強鋼材９６及び９８の表面と柱弦材７４の表面とを密接させることができるようにしている。一方、残りの２枚の補強鋼材９２及び９４については、そのままでは、それら補強鋼材９２及び９４と干渉してしまうリベット２４を、補強施工時にそれらリベット２４により接合されているラチス材７６と共に、ラチス柱６２から撤去し、それによって、それら補強鋼材９２及び９４の表面と柱弦材７４の表面とを密接させることができるようにしている。

更に、補強鋼材９２〜９８の上端部を溶接により下側水平ダイアフラム８６の下面に接合し、また、４枚のパネル鋼板８４の下縁及び垂直ブラケット８８の下端を下側水平ダイアフラム８６の上面に溶接する。図にはその溶接ビードを参照符号Ｗで示した。これらの部位を溶接するのは、１つには、下側水平ダイアフラム８６に備えられていた合計８本の水平ブラケットを撤去したため、それら水平ブラケットの機能を代替することを目的としたものであり、もう１つには、第１の実施の形態と同様に、補強鋼材９２〜９８の材端部に特に大きな応力が作用するため、ドリルねじ５０による接合力を補うことを目的としたものである。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第３の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施した既設構造物の側面図、図１４は図１３の１４−１４線に沿った断面図である。図１３及び図１４に示した既存鋼製構造物１１０は、Ｈ形鋼柱１１２と、Ｈ形鋼梁１１４と、柱梁接合部１１６とを含んでいる。この第３の実施の形態では、既存鋼製構造物１１０のうちの、Ｈ形鋼梁１１４及び柱梁接合部１１６の部分を補強しており、そのための補強鋼材として、Ｈ形鋼柱１１２のフランジの外側面に取付ける第１補強鋼材１１８、柱梁接合部１１６のフランジの外側面に取付ける第２補強鋼材１２０、Ｈ形鋼柱１１２のウエブの一方の側面に取付ける第３補強鋼材１２２、それに、柱梁接合部１１６のウエブの一方の側面に取付ける第４補強鋼材１２４を使用している。

補強鋼材１１８〜１２４はいずれも平鋼板で製作したものである。補強施工時には、それら補強鋼材１１８〜１２４の表面を、それらを取付けるフランジないしウエブの表面に密接させて、それら補強鋼材１１８〜１２４をドリルねじ５０により、そのフランジないしウエブに接合する。更に、補強鋼材１１８〜１２４の上下端部（即ち、長手方向における材端部）を、溶接によりＨ形鋼柱１１２や柱梁接合部１１６の対応部位に接合する。図にはそれらの溶接ビードを参照符号Ｗで示した。補強鋼材１１８〜１２４の材端部を溶接するのは、ドリルねじ５０による接合力を補うためである。ドリルねじ５０だけで十分な接合力が得られるのであれば、材端部の溶接を省略してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施そうとする既設構造物の側面図である。図１の２−２線に沿った断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施した図１及び図２の既設構造物の側面図である。図３の４−４線に沿った断面図である。図３の５−５線に沿った部分拡大断面図である。図３の６−６線に沿った部分拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施そうとする既設構造物の側面図である。図７の８−８線に沿った断面図である。図７の９−９線に沿った断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施した図７〜図９の既設構造物の側面図である。図１０の１１−１１線に沿った断面図である。図１０の１２−１２線に沿った断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る既存鋼製構造物の補強方法を用いて補強を施した既設構造物の側面図である。図１３の１４−１４線に沿った断面図である。

符号の説明

１０……既存鋼製構造物、１２……ラチス柱、１４……ラチス梁、２４……リベット、３２〜４６……補強鋼材、５０……ドリルねじ、５２……干渉回避孔、６０……既存鋼製構造物、６２……ラチス柱、６４〜７０……ラチス梁、９２〜９８……補強鋼材、１１０……既存鋼製構造物、１１２……Ｈ形鋼柱、１１４……Ｈ形鋼梁、１１８〜１２４……補強鋼材。

Claims

既存鋼製構造物を構成している既存鋼材に形鋼または平鋼板から成る補強鋼材をドリルねじにより接合して当該既存鋼製構造物を補強することを特徴とする既存鋼製構造物の補強方法。
前記補強鋼材の材端部を溶接により前記既存鋼材に接合することを特徴とする請求項１記載の既存鋼製構造物の補強方法。
前記既存鋼製構造物は形鋼から成る弦材と平鋼から成るラチス材とをリベットで接合して構成したラチス柱またはラチス梁であり、前記補強鋼材に前記ラチス柱またはラチス梁のリベットの頭部を収容する干渉回避孔を形成し、前記補強鋼材の前記干渉回避孔に前記ラチス柱またはラチス梁のリベットの頭部を収容して前記補強鋼材とそのリベットの頭部との干渉を回避しつつ前記補強鋼材の表面と前記ラチス柱またはラチス梁の弦材またはラチス材の表面とを密接させて前記補強鋼材を前記既存鋼材に接合することを特徴とする請求項１記載の既存鋼製構造物の補強方法。
前記既存鋼製構造物は柱または梁であり、複数の前記補強鋼材を前記既存鋼製構造物の周囲を囲繞するように配設しそれら複数の前記補強鋼材を高力ボルトにより互いに接合することで前記既存鋼製構造物を囲繞する補強構造体を構成し、該補強構造体をドリルねじにより前記既存鋼材に接合することを特徴とする請求項１記載の既存鋼製構造物の補強方法。