JP2010053556A

JP2010053556A - 鋼製の柱梁接合部の補強構造

Info

Publication number: JP2010053556A
Application number: JP2008217881A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tanaka; 直樹田中; Yoshikazu Sawamoto; 佳和澤本; Takayo Kiyokawa; 貴世清川; Shigeru Yoshigai; 滋吉貝
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】鋼製の柱梁接合部を補強金物で接合する際、現場溶接を必要としないで柱梁接合部の補強を可能にした鋼製の柱梁接合部の補強構造を提供する。
【解決手段】鋼管からなる柱１とＨ形鋼からなる梁２との接合部に補強金物４を取り付ける。補強金物４は柱１の梁接合面１ａに接してほぼ鉛直に設置された底板部４ａと、底板部４ａに梁２の長手方向に沿ってほぼ水平に突設され、梁２の下部フランジ２ａを把持する断面ほぼ溝形状に形成された腕部４ｂと、底板部４ａと腕部４ｂとの間に底板部４ａおよび腕部４ｂと一体に形成された補強リブ４ｃとから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は鋼製の柱梁接合部の補強構造に関し、主として既存の建築・土木構造物における鉄骨柱梁接合部の補強に用いられる。

鉄骨構造の柱梁接合部は、一般に鋼管やＨ形鋼などの鉄骨材からなる柱と梁、および柱と梁とを接合する部分(通常「接合パネル」)とから構成され、柱と梁は接合パネルを介して剛接合されている。

また、鉄骨構造の柱梁接合部の設計は、地震などの外力に対して梁が柱に先行して降伏し、破壊に至る梁降伏先行型設計法によって行なわれている。これは柱が梁より先に降伏して破壊に至るようなことになると、地震などの際に特定の階に地震力が集中し、建物が脆性的に倒壊するおそれがあるためでこれを防止する必要があるからである。

ところで近年、建物の耐震化が強く望まれており、既存の建物についても制震装置を付加したり、制震装置を付加しさらに柱や梁の耐力を高める耐震補強が一般に行われている。

梁の耐力を高める耐震補強方法として、例えば、図５に図示するように、柱１０と梁１１との接合部に鉛直ハンチ(方杖)１２、水平ハンチ１３、あるいはカバープレート１４を取り付ける方法が一般に知られている。

特に、水平ハンチ１３は大地震時における梁端部の応力状態を緩和することにより梁端部の破断を防止し、梁の有する大きな塑性変形能力を引き出す働きを有するため広く用いられている。

特開２００３−２７５９０号公報特開平０７−１０９７６８号公報特開平１０−１１５００３号公報

しかし、ハンチやカバープレートによる補強は、いずれも現場溶接を必要とし、しかもその多くは高所作業を強いられるため施工が面倒であった。また、天候に左右されやすく施工精度に課題があった。

また、梁の上端側をハンチやカバープレートで補強するには、床スラブの一部を取り除く必要があることから、大規模な工事を強いられるためほとんど行なわれていない。

いずれにしても、ハンチやカバープレートによる補強は溶接を必要とし、工事期間、コストなどの面で大きな負担を強いられるため、溶接を必要としない補強方法が望まれていた。

本発明は、以上の要望に応えてなされたもので、鋼製の柱梁接合部を補強金物で接合する際、現場溶接を必要としないで柱梁接合部の補強を可能にした鋼製の柱梁接合部の補強構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造は、鋼製の柱と梁との接合部に補強金物が取り付けられ、当該補強金物は前記柱の梁接合面に接してほぼ鉛直に設置された底板部と、当該底板部に前記梁の長手方向に沿ってほぼ水平に突設され、前記梁の下部フランジを把持する断面ほぼ溝状に形成された腕部と、前記底板部と腕部との間に底板部および腕部と一体に形成された補強リブとから構成されてなることを特徴とするものである。

本発明は、鋼製の柱と梁との接合部に補強金物を取り付けて柱梁接合部を補強する際、特に補強金物を溶接によらないで柱梁接合部に取り付けられるようにして、現場施工の省力化と工期の短縮化等を可能にしたものである。

本発明によれば、補強金物の腕部が梁の下部フランジを把持するように断面ほぼ溝形状に形成されていることにより、腕部の溝部を梁の下部フランジに嵌合するだけで、補強金物を柱と梁との接合部に容易に取り付けることができる。

補強金物は、腕部を下部フランジに溶接またはボルト止めすることにより離脱しないように固定してもよいが、特に腕部の溝幅を下部フランジの厚さよりやや小さめに形成し、腕部の溝部を下部フランジに叩いて嵌め込むようにすれば、溶接やボルトの締め付けが不要になり施工性が大幅に向上する。

また、ボルトの締め付けや溶接などといった現場作業を省略できて現場施工の省力化を図ることができ、さらにボルト孔による断面欠損や溶接熱による材質変化によって梁や補強金物の強度低下を防ぐことができる。

また、補強金物によって補強された柱梁接合部においては、例えば、図１（ａ）に図示するように、梁先端部のせん断力Ｓ１(地震時の右向き水平荷重Ｐ１に対応する上向きの荷重)は、補強金物の腕部先端(仮想ハンチ開始点)で支えられ、この力は補強リブを介して底板部、ひいては柱に伝達されるため、梁の下部フランジの上側に仮想ハンチ開始点から柱の梁接合面まで鉛直ハンチが設けられたような挙動を実現できる。

また、この時の梁の曲げモーメント分布図Ｍを図１（ｃ）に示すが、補強金物によって最大曲げモーメントＭmaxが低減され、この分梁の見かけの耐力が向上することになる。

この耐力向上は、補強金物に無限大の耐力(実際は有限)を仮定すると、腕部の長さＢＬに比例することになる。この場合の梁の曲げ耐力(せん断力換算)倍率βは下式で表せる。
β=Ｌ／（Ｌ−ＢＬ）……(１)
ここで、ＢＬ；補強金物の腕部の長さＬ；1/2クリアスパン長さ

請求項２記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造は、請求項１記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造において、底板部は下部フランジの上下両方向に延長され、補強リブは下部フランジの上下両側に設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、図３（ａ），(ｂ)に図示するように、梁先端部のせん断力Ｓ１，Ｓ２(地震時の水平荷重Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ対応する上向きの荷重，下向きの荷重)は、腕部先端(仮想ハンチ開始点)で支えられ、この力はそれぞれ腕部の上下両側に形成された補強リブを介して下部フランジの上方向と下方向にそれぞれ延びる底板部、ひいては柱に伝達されるため、梁の下部フランジの上下両側に仮想ハンチ開始点から柱の梁接合面まで鉛直ハンチが設けられたような挙動を実現でき、地震時の水平荷重Ｐ１とＰ２の交番荷重に対して補強効果を有する。

請求項３記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造は、請求項１または２記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造において、補強金物は、梁のウェブを挟んでその両側に対称に取り付けられていることを特徴とするものである。

請求項４記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造は、鋼製の柱と梁との接合部に補強金物が取り付けられ、当該補強金物は前記梁の長手方向に沿ってほぼ水平に突設され、前記梁の下部フランジを把持する断面ほぼ溝形状に形成された腕部と、当該腕部の下側に突設され、前記柱の梁接合面に固着された補強リブとから構成されてなることを特徴とするものである。補強リブは柱の梁接合面に例えば溶接または接合ボルトのいずれの方法で固着されていてもよい。

本発明は、鋼製の柱と梁との接合部に補強金物を取り付けて鋼製の柱梁接合部を補強する際、特に補強金物の腕部が梁の下部フランジを把持する断面ほぼ溝状に形成されていることにより、補強金物は腕部の溝部を梁の下部フランジに嵌合するだけで柱と梁との接合部に容易に取り付けることができるため、溶接作業がなく現場施工の省力化と工期の短縮化等を図ることができる。

図１と図２は、本発明の一実施形態を示し、図において、柱１の梁接合面１ａに梁２の端部が接合され、梁２の上に床スラブ３が敷設されている。また、梁２端部の両側に柱１と梁２との接合部を補強する補強金物４，４が取り付けられている。

柱１には角形鋼管、梁２にはＨ形鋼がそれぞれ用いられ、柱１の梁接合面１ａに梁２の上下フランジ２ａ，２ａおよびウェブ２ｂの端部が溶接によって剛接合されている。

補強金物４は、底板部４ａと腕部４ｂと補強リブ４ｃとから一体に形成され、梁２の端部に梁２のウェブ２ｂを挟んでその両側に対称に取り付けられている。

また、補強金物４の底板部４ａは、柱１の梁接合面１ａに接し、梁２の下部フランジ２ａより上方に所定長さほぼ鉛直に延長されている。

腕部４ｂは、底板部４ａに突設され、梁２の長手方向に沿って梁スパンの中央方向にほぼ水平に所定長さ延長されている。また、腕部４ｂは梁２の下部フランジ２ａを縁端部からその幅方向にそのほぼ半分を真横から把持するように断面ほぼ溝状に形成されている。

そして、補強リブ４ｃは底板部４ａと把持部４ｂとの間に底板部４ａおよび腕部４ｂと一体に、かつ梁２のウェブ２ｂに沿って三角形板状に形成されている。

なお、図２（ｂ）に図示する補強金物は、腕部が短く形成され、かつ補強リブが省略されたもので、比較的簡単な補強に用いられるものである。

このように構成された補強金物４は、腕部４ｂの溝部を梁２の下部フランジ２ａに嵌合することにより梁２の端部に取り付けられ、必要により腕部４ｂを梁２の下部フランジ２ａに溶接またはボルト止めすることにより固定されている。

なお、腕部４ｂの溝幅を下部フランジ２ａの厚さよりやや小さめに形成し、腕部４ｂの溝部を下部フランジ２ａに叩いて嵌め込むようにすれば、補強金物４の取り付けが容易になり、また、ボルトの締め付けや溶接などといった作業を省略できて現場施工の省力化を図ることができる。また、ボルト孔による断面欠損や溶接熱による材質変化によって梁２や補強金物４の強度低下を防ぐこともできる。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示し、図１，２の実施形態において、特に底板部４ａが柱１の梁接合面１ａに沿って梁２の下部フランジ２ａの上下両方向に所定長さに延長され、また補強リブ４ｃが腕部４ｂの上下両側に形成されている。

この実施形態によれば、地震力Ｐ１，Ｐ２の交番作用に伴なう梁先端の上向きおよび下向きの両方向のせん断力Ｓ１，Ｓ２に対して補強効果を有する。

図４（ａ），（ｂ）は、同じく本発明の他の実施形態を示し、補強金物の底板部４ａがなく、腕部４ｂの下側に補強リブ４ｃが形成され、当該補強リブ４ｃは柱１の梁接合面１ａに溶接されている。

この実施形態によれば、梁２の端部に設備配管５が配管されているために補強リブ４ｃを設けるスペースがない場合でも梁接合部の補強を行なうことができる。また、補強リブ４ｃが柱１の梁接合面１ａに溶接されていることにより、梁先端の上向きおよび下向きの両方のせん断力Ｓ１，Ｓ２に対して補強効果を有する。

なお、補強リブ４ｃを柱１の梁接合面１ａに溶接する必要があるが、立ち向きの溶接であり、また梁２の下部フランジ２ａとの上向きの溶接がないので、従来の鉛直ハンチ(図５（ａ）参照)による補強に比べて簡素化できる。

本発明は、鋼製の柱梁接合部を補強金物で補強する際に、補強金物を柱梁接合部に溶接によらないで取り付け補強することができる。

本発明の一実施形態を示し、図１（ａ）は鉄骨柱梁接合部の側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるイ−イ線断面図、図１（ｃ）は、梁先端部のせん断力Ｓ１によって作用する曲げモーメント分布図である。（ａ），（ｂ）は補強金物の斜視図である。本発明の他の実施形態を示し、図３（ａ）は鉄骨柱梁接合部の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるロ−ロ線断面図である。本発明の他の実施形態を示し、図４（ａ）は鉄骨柱梁接合部の側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるハ−ハ線断面図である。従来の鉄骨柱梁接合部の補強構造を示し、図５（ａ）は鉄骨柱梁接合部の側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるニ−ニ線断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるホ−ホ線断面図である。

符号の説明

１柱
１ａ梁接合面
２梁
２ａ梁のフランジ
２ｂ梁のウェブ
３床スラブ
４補強金物
４ａ底板部
４ｂ腕部
４ｃ補強リブ
５設備配管

Claims

鋼製の柱と梁との接合部に補強金物が取り付けられ、当該補強金物は前記柱の梁接合面に接してほぼ鉛直に設置された底板部と、当該底板部に前記梁の長手方向に沿ってほぼ水平に突設され、前記梁の下部フランジを把持する断面ほぼ溝形状に形成された腕部と、前記底板部と腕部との間に底板部および腕部と一体に形成された補強リブとから構成されてなることを特徴とする鋼製の柱梁接合部の補強構造。
底板部は下部フランジの上下両方向に延長され、補強リブは下部フランジの上下両側に形成されていることを特徴とする請求項１記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造。
補強金物は、梁のウェブを挟んでその両側に対称に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の鋼製の柱梁接合部の補強構造。
鋼製の柱と梁との接合部に補強金物が取り付けられ、当該補強金物は前記梁の長手方向に沿ってほぼ水平に突設され、前記梁の下部フランジを把持する断面ほぼ溝形状に形成された腕部と、当該腕部の下側に突設され、前記柱の梁接合面に固着された補強リブとから構成されてなることを特徴とする鋼製の柱梁接合部の補強構造。