JP2010043523A - 耐震補強鉄骨枠の組立方法及び構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐震補強鉄骨枠には、表裏、側面、内面、斜め材の溶接があり、下向溶接を主体にするために、立てたり、寝かしたりしながら反転・回転させて溶接を実施するのである。その為、そのクレーンの待ち時間や使用時間が製作上大きなロスとなっている。このようなロスをなくすために、耐震補強鉄骨枠を異動や回転させずに製作することが課題である。
【解決手段】上部ガセットプレートを溶接部分で分解して、溶接を裏当金又はその一部とすること、上部ガセットプレートとフレームのフランジとの溶接を最終段階に持ってくることにより、耐震補強鉄骨枠の製作が据え置き状態にして、組立と溶接が可能になっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造又は鉄骨造の既存建築の耐震補強を行うための鉄骨構造枠及びその製造方法に関するものである。

耐震補強鉄骨枠は、図１に示すように、通常は圧延Ｈ形鋼によるフレーム１と圧延Ｈ形鋼によるブレース２からなっており、該フレーム１とブレース２との交差部即ち接合部３は仕口であり、図２に示すように、座屈止めブレース６がついているものもある。図１及び図２に示すように、フレーム１は、フランジ５とウエブ４から圧延又は溶接により製作され、交差部は、ガセットプレート７とウエブ４により組立て溶接により製作される。図３に示すように、運搬又は現場組立の便宜のために、フレーム及びグレースの中間にボルト接合部８を有しているものもある。

現在、この耐震補強鉄骨枠は、交差部の内部と外部の溶接、ガセットプレートとフレームの溶接を組立及び本溶接で、立てたり、寝かしたりしながら反転・回転させて溶接を実施するのであるが、重量物綱なのでクレーンを頻繁に使用する。その為、そのクレーンの待ち時間や使用時間が製作上大きな損失となっている。

（１）（財）日本建築総合試験所：「枠付き鉄骨ブレース耐震補強設計・施工指針」２００２．２ （２）（社）日本建築学会：「ＪＡＳＳ６−鉄骨工事」２００７．２

耐震補強鉄骨枠は、それ自身、表裏、側面、内面、斜め材の溶接があり、下向溶接を主体にした場合、立てたり、寝かしたりしながら反転・回転させて溶接を実施するのであるが、重量物綱なのでクレーンを頻繁に使用する。その為、そのクレーンの待ち時間や使用時間が製作上大きなロスとなっている。このようなロスをなくすために、耐震補強鉄骨枠を移動や回転させずに製作することが課題であり、また、ガセットプレートの内部の狭い場所での溶接もある。その為に、溶接作業性が悪く、部品の変更や組立方法や溶接方法等を変更する必要がある。また、耐震補強鉄骨枠は建物に設置した場合に、外部から見える部分であり、溶接ビード等が見えない方が美しい。

このような諸課題は種々研究した結果、上部ガセットプレートを溶接部分で分解して、溶接を裏当金又はその一部とすること、上部ガセットプレートとフレームのフランジとの溶接を最終段階に持ってくることにより、耐震補強鉄骨枠の製作が据え置き状態にして、組立と溶接が可能になっている。また、外部から見える溶接部分の裏当金を半円形、半楕円形、又は山形にすることにより美しい外観となる。

請求項１に係る発明の構成は、先ず第１に、鉄骨補強枠部材の交差接合部の下側フランジ板を最下段として水平に設置して、該フランジ板の上に、ウエブ板を垂直に立てて、該フランジに溶接接合することであり、このことは、上側のフランジ板が無い状態で溶接することが特徴であり、
第２に、交差接合部の下側フランジ板を最下段の該フランジ板よりも小板に分割し、該小板端部をウエブ上端部に設置して、ウエブ上端部を底とし小板端部を側面とした溝を形成させることであり、第３に、該ウエブ上端と該小板端部とを下向溶接することにより該ウエブ板上端と該小板とを接合・一体化させることであり、上部のフランジ板を小板に分割してウエブと小板を外面から溶接することが特徴であり、
第３に、交差接合部の下側フランジ板と耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼下側フランジとを溶接接合させると共に、交差接合部の上側フランジ板と耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼上側フランジとを溶接接合させることを特徴とすることである。交差接合部のフランジ板と補強枠フレームのＨ形鋼上側フランジとの溶接は順序として最後にする必要はない。また、小板に分割した上部ガセットプレートは、ウエブを両側から挟み込む形で突き合わせ溶接してもよい。

請求項２に係る発明の構成は、第一の構成として、請求項１に係る発明があり、第２に、交差接合部のフランジ板の最下段と耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼下側フランジとの溶接接合の際、該交差接合部のフランジ板端部の下部又は耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼下側フランジ端部下部又はその両部材側に予め肉盛溶接をしておき、下向溶接用に上に開いた開先を形成させることである。

請求項１に係る発明では、１台の耐震補強鉄骨枠に対して、従来、２０〜４０回の回転・反転のクレーンの使用回数があったが、回転・反転のクレーンの使用がなくなり耐震補強鉄骨枠の製作工数が半減できる。鉄骨補強枠部材の交差接合部の内部の溶接を外部から実施する作業性の難しい溶接を無くして、交差部のウエブの溶接を全て作業性の良い下向突合せ溶接又はすみ肉溶接で実施することが出来る。
請求項２に係る発明では、下フランジの溶接に裏当金を使わずに、下面の表側溶接量を最小にして施工することができる。外観が裏当金よりも美麗になる。
請求項３では、下フランジの溶接に断面が矩形の裏当金を使わないので、外観が美麗になる。

鉄骨補強枠部材の製作時の上面図 座屈止め付き鉄骨補強枠部材の製作時の上面図 ボルト接合部及び座屈止め付き鉄骨補強枠部材の製作時の上面図 ボルト接合部及び座屈止め付き鉄骨補強枠部材の上側ガセットプレートが無い状態の１次仮組み製作時の上面図 交差部とフレームの溶接で、フランジ継手の溶接及び交差部ウエブとフレームウェブの溶接を示す断面図 座屈止めブレースとフレームの溶接で、フランジ継手の溶接及び座屈止めブレースウエブとフレームウエブの溶接を示す断面図 交差部とフレームの溶接で、裏面に肉盛溶接をしたフランジ継手の溶接及び交差部ウエブとフレームウェブの溶接を示す断面図 分割型ガセットプレトート及び裏当金（側当て金）のＬ型セット法。（イ）は交差部上面図を示し、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面を示す。 分割型ガセットプレトート及び裏当金（側当て金）のＷ型セット法。（イ）は交差部上面図を示す 耐震補強枠フレーム端部又は座屈止めのフレーム端部フランジをウエブから切除した図

実施例１
図３及び図４に示すように、鉄骨補強枠部材の交差接合部３のウエブ４と耐震補強鉄骨枠フレーム１のウエブ４とを溶接接合又はボルト接合させた後に、
鉄骨補強枠部材の交差接合部３の下側フランジ板５を最下段として水平に設置して、
該フランジ板５の上に、ウエブ板４を垂直に立てて、該フランジ５に突合せ溶接又はすみ肉溶接で溶接接合し、
該交差接合部３の上側ガセットプレート７を最下段の該ガセットプレート７よりも小板に分割し、
該小板端部をウエブ４上端部に設置して、ウエブ上端部４を底とし小板端部を側面とした溝を形成させて、
該ウエブ４上端と該小板端部７とを下向溶接することにより該ウエブ板上端と該小板とを接合・一体化させ、
交差接合部３のガセットプレート７最下段と耐震補強鉄骨枠フレーム１のＨ形鋼下側フランジ５とを溶接接合させると共に、交差接合部３のフランジ板５の最上段と耐震補強鉄骨枠フレーム１のＨ形鋼上側フランジと５を溶接接合させることを特徴とする組立方法又は構造物である。上記耐震補強鉄骨枠フレーム１はロール材のＨ形鋼を通常用いるが、フランジとウエブを溶接で接合したビルトＨで用いることができる。この場合は、フランジとウエブの板厚の組合せを自由に選択できるというメリットがある。

実施例２
上記実施例１で、鉄骨補強枠部材の交差接合部３のウエブ４と耐震補強鉄骨枠フレーム１のウエブ４とを溶接接合又はボルト接合させる代わりに、鉄骨補強枠部材の交差接合部３のウエブ４と耐震補強鉄骨枠フレーム１のウエブ４とを溶接せずに一体化するために、図１０に示すように、耐震補強枠フレーム端部のフランジをウエブから切除する方法を用いる。

実施例３
各部材の形状は次の通りである。
（１）フレーム１：Ｈ形鋼を使用し、その端部は直角切断とする。フランジ５及び必要によりウエブ４に開先加工を実施する。ウエブは予め交差部ガセット７内に挿入する分のウエブ３板を突合せ溶接で完全融け込み接合しておく。フランジの開先加工は、片方を外向きに行い、反対側を内向きに行う。又は、図１０に示すようにウエブは予め交差部３のガセット７内に挿入する分のウエブ板４をＨ形鋼フレーム１のウエブ４からフランジ５を切除する。フランジ５をウエブ４から切断し、ウエブ４を残す。その場合、ウエブ４に付いたフィレット部を必要により残しておく。
（２）ブレース２：Ｈ形鋼を使用し、その端部は直角切断とする。フランジ５及び必要によりウエブ４に開先加工を実施する。ウエブ４は予め交差部３のガセット７内に挿入する分のウエブ板を接合しておく。この場合、ウエブの板厚は、図８に示すように裏当金１０がウエブ４の片側にセットされるＬ型セットでは、梁ウエブの板厚の約６ｍｍアップとし、図７に示すように裏当金がウエブの両側にセットされる。Ｗ型セットでは、梁ウエブ４の板厚と同じとする。又は、ウエブは予め交差部ガセット内に挿入する分のウエブ板４をＨ形鋼フレーム１のウエブ４からフランジ５を切除する。
（３）座屈止めブレース６：Ｈ形鋼を使用し、片方の端部を直角切断とし、フランジ５及びウエブ４に開先加工を実施する。他方の端部は、ブレース２内に挿入するため、座屈止めブレース６のフランジ５を切断し、更にフランジ５をウエブ４から切断し、ウエブ４を残す。その場合、フィレット部を必要により残しておく。
（４）ガセットプレート７：下側のガセットプレート７は一枚板とする。上側のガセットプレート７はその下側のウエブ４位置を切断線とした分割型とする。後に、分割型ガセットプレート７とウエブを同時にスロット溶接して一体化させる。即ち、交差接合部３の上側ガセット板７を下側ガセット板７よりも小板に分割し、該小板端部７をウエブ４上端部に設置して、ウエブ４上端部を底とし小板端部を側面とした溝を形成させることであり、第３に、該ウエブ４上端と該小板端部７とを下向溶接することにより該ウエブ板上端と該小板とを接合・一体化させることであり、上部のフランジ板を小板に分割してウエブと小板を外面から溶接する。図８のＬ型セットでは、上側ガセットプレートがウエブに３ｍｍ掛かるように寸法を決める。図９のＷ型セットでは、ウエブ４から２ｍｍ離れてセットするように寸法を決める。

実施例４
組立方法は次の通りである。
（１）図４に示すように、ボルト接合部８は仮締め状態にして、定盤上に水平に１次仮組みする。その場合、一枚板のガセットプレート７を下側のみに設置する。
（２）組立溶接及びすみ肉溶接を行う。
ブレースフランジ５同士、ウエブ４と一枚板のガセットプレート７、座屈止めブレース６の組立溶接を行う。フランジ溶接の裏当金１０は断面が半丸、半楕円又は山形（φ１５〜３０程度）でＨ形鋼の外面（この場合下側フランジの下側）に密着して取り付ける。
１）交差部３において、ウエブ４と一枚板のガセットプレート７のすみ肉溶接を行う。
２）交差部３のウエブ４同士のすみ肉溶接を立向溶接する。
３）ブレース１のウエブ４と座屈止めブレース６のウエブ４を立向きですみ肉溶接する。
４）図５に示すように、少なくとも下側のガセットプレート７とブレース１のフランジ５の突合せ溶接、及び、座屈止めブレース６のフランジ５とブレース１のフランジ５の突合せ溶接を、断面が半丸、半楕円又は山形（φ１５〜３０程度）の裏当金１１付きで行う。この裏当て金の代わりに、セラミックス、フラックス、ガラスファイバーテープ又はこれらの組み合わせの裏当て材を用いて裏波溶接を行ってもよい。
（３）分割型ガセットプレトート７及び裏当金（側当て金）１０のセットとスロット溶接を行う。図８に示すように、Ｌ型セット法では、分割型ガセットプレトート７はウエブ４位置を切断線とし、下部ガセットプレート７の内側の縁と合うようにして、ウエブ４には３ｍｍ程度重なるようにセットして組立溶接と初層溶接を行い、その後スロット溶接の本溶接を行う。
図９に示すように、Ｗ型セット法では、分割型ガセットプレトート７はウエブ４側面位置から２ｍｍ程度離れた位置を切断線とし、上側ガセットプレート７の端部内側と、ウエブ４側面に取り付ける側当て金という裏当金１０とが７ｍｍ程度重なるようにセットして組立溶接と初層溶接を行い、その後スロット溶接をウエブ板厚及びガセット板厚ののど厚が確保されるように本溶接を行う。
（４）梁フランジ５の接合
通常の裏当金１０（例えば断面寸法２５×９ｍｍ）を用いて、完全溶け込みの突合せ溶接を実施する。ノンスカラップ溶接とする。

近年大震災が予想されているが、既存の耐震強度の弱い鉄筋コンクリート及び鉄骨建築物に対する補強が緊急の課題である。耐震補強鉄骨枠は、既存のこれらの建物に対し、有効な補強方法であり、本発明にかかる方法は経済性・工期の観点から極めて有効な対策になるものである。

１ フレーム
２ ブレース
３ 交差部又は仕口部
４ ウエブ
５ フランジ
６ 座屈止めブレース
７ ガセットプレート又はフランジ
８ ボルト接合部
９ 溶接部
１０ 断面矩形の裏当金
１１ 断面半丸（φ２０程度）又は半楕円の裏当金
１２ すみ肉溶接部
１３ 肉盛溶接
１４ 山形の裏当金

Claims (3)

1. 耐震補強鉄骨枠において、
   鉄骨補強枠部材の交差接合部のウエブと耐震補強鉄骨枠フレームのウエブとを溶接接合又はボルト接合させるか、又は、
   耐震補強枠フレーム端部のフランジをウエブから切除して、
   鉄骨補強枠部材の交差接合部の下側フランジ板を最下段として定盤上に水平に設置して、該交差接合部のフランジ板の上に、ウエブ板を垂直に立てて、該交差接合部の下側フランジ上面に溶接接合し、該交差接合部の上側フランジ板を小板に分割し、該小板端部をウエブ上端部に設置して、ウエブ上端部を底とし小板端部を側面とした溝を形成させて、
   該ウエブ上端と該小板端部とを下向溶接することにより該ウエブ板上端と該小板とを接合・一体化させ、
   交差接合部の下側フランジ板と耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼下側フランジとを溶接接合させると共に、交差接合部の上側フランジ板と耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼上側フランジとを溶接接合させることを特徴とする組立方法又は鉄骨構造物
2. 請求項１に係る発明において、交差接合部の下側フランジ板と耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼下側フランジとの溶接接合の際、該交差接合部のフランジ板端部の下部又は耐震補強鉄骨枠フレームのＨ形鋼下側フランジ端部下部又はその両部材側に予め肉盛溶接をしておき、下向溶接用に上に開いた開先を形成させることを特徴とする組立方法又は構造物
3. 請求項１に係る耐震補強鉄骨枠の組立時に、鉄骨補強枠部材の交差接合部の少なくとも下側においてフランジと耐震補強鉄骨枠Ｈ形鋼フランジとを溶接接合時に裏当金の断面が半円、半楕円又は山形の形状にしておくことを特徴とする組立方法又は構造物

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