JP2012007303A - 耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で作業性が良く鉄骨部材を耐震補強する。
【解決手段】２つのアングル材１２からなる既存のブレース１４は、アングル材１２の一方のフランジ同士を背合せにしてＴ字形に組み合わされ、中間プレート１６を挟んでボルト接合１８されている。ブレース１４は両端部を除き補剛管２２で囲まれ、両端部には貫通孔２０が設けられている。補剛管２２は、長手方向に接合面を有する２つの補剛材２３でブレース１４を囲んで管状とされている。補剛材２３には凹部２３Ａがプレス加工で成形され、凹部２３Ａの両側からフランジ２３Ｂが張り出している。補剛管２２の内部には所定の間隔でスペーサ２８、３０が設けられ、スペーサ２８、３０とブレース１４の間には所定の隙間が設けられている。ブレース１４の一方の端部には補剛管２２の端面と当接する係止ボルト２４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐震補強構造に関する。

既存の鉄骨造の構造物を耐震補強するには、圧縮荷重を受ける既設の鉄骨トラスの各部材やブレース等の座屈強度を高くする方法が有効である。このため、形鋼若しくは形鋼の組み合わせで形成された鉄骨部材に、補強部材としての鉄骨部材を直接、溶接接合する方法が広く用いられている。しかし、構造物の用途によっては耐震補強作業に溶接が認められない場合がある。
そこで、溶接をしないで鉄骨部材を耐震補強する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１の耐震補強方法は、図９に示すように、トラス部材を構成する２つのアングル材８０にそれぞれ補強アングル材８２を押し当てることで座屈強度を高くする方法である。

即ち、アングル材８０は、フランジ８０Ｆ同士を背合せにして断面がＴ字形に組み合わされている。補強アングル材８２はアングル材８０と角部同士を対向させ、アングル材８０のフランジ８０Ｆ、８０Ｇの端部と、補強アングル材８２のフランジ８２Ｆ、８２Ｇの端部同士を当接させ、４つのフランジ８０Ｆ、８０Ｇ、８２Ｆ、８２Ｇで矩形を形成している。

補強アングル材８２とアングル材８０は、第１金物８４と第２金物８６で周囲から拘束され一体化されている。具体的には、フランジ８０Ｆの間に挿入される被挟持板８８の一方の先端と補強アングル材８２を外側から囲む第１金物８４の中央部を、予め別の場所で溶接接合しておき、背合せにされたフランジ８０Ｆの間に被挟持板８８を挿入し、第１金物８４で補強アングル材８２を外側から囲む。そして、第２金物８６でアングル材８０を外側から囲み、被挟持板８８の他端と第２金物８６の中央部をボルト接合し、第１金物８４の両端部と第２金物８６の両端部をボルト接合する。

これにより、現地で溶接作業をせずにアングル材８０を耐震補強できる。しかし、特許文献１の方法は、使用する部品数が多く構造が複雑で、手間とコストがかさむ。また、アングル材８０と補強アングル材８２を、第１金物８４と第２金物８６で一体化しているために、第１金物８４と第２金物８６の取り付けピッチが大きいと、アングル材８０と補強アングル材８２が個々に挙動して矩形を形成せず、耐震補強効果が低下する。

特許文献２の耐震補強方法は、図１０に示すように、トラス部材を構成する２つのアングル材９２が、フランジ９２Ｆ同士を背合せにして断面がＴ字形に組み合わされ、このアングル材９２の周囲を、２つのアングル材９２とほぼ同等の長さのチャンネル材で形成された大小２個の座屈補剛部材９４、９６で囲み、アングル材９２の座屈を座屈補剛部材９４、９６で抑制する方法である。

具体的には、座屈補剛材９６は、ウェブ９６Ａを背合せにされたフランジ９２Ｆに対して直角に配置し、フランジ９２Ｆの周囲を囲み、フランジ９２Ｆと平行な方向の変形を抑制する。ウェブ９６Ａには位置決め部材１００が取付けられ、フランジ９２Ｆの先端部を所定の隙間を開けて挟み、フランジ９２Ｆと直角な方向の変形を抑制する。また、フランジ９２Ｇと座屈補剛部材９４の間には、隙間調整材１０４が予め座屈補剛部材９４に設けられている。座屈補剛部材９４、９６のフランジ部９４Ｂ、９６Ｂは、隙間調整材１０２を挟んで重ねられ、ボルト９８で接合されている。

これにより、アングル材９２の座屈が周囲を囲む座屈補剛部材９４、９６で抑制される。しかし、特許文献２の方法は、ボルト９８のナットを座屈補剛部材９６に予め固定しておくこと、座屈補剛部材９４、９６の孔あけ加工と孔位置の調整が必要なこと、孔位置に伴う隙間調整材１０４の板厚の管理など、構造が複雑で作業しづらい。

特開２００８−１２１２１１号公報 特開２００７−２６２７１６号公報

本発明は、上記事実に鑑み、簡単な構成で作業性が良く鉄骨部材を耐震補強できるようにすることを目的とする。

請求項1に記載の発明に係る耐震補強構造は、軸力が導入される鉄骨部材と、前記鉄骨部材の外面と所定の隙間を開けて外側から前記鉄骨部材を囲んでボルト接合され、両端部が前記鉄骨部材に軸力を導入する軸力導入部と非当接状態とされた補剛管と、を有することを特徴としている。

請求項1に記載の発明によれば、鉄骨部材に軸力が導入され座屈変形が生じたとき、鉄骨部材の側面が周囲を囲む補剛管の内壁に当り、補剛管の剛性で鉄骨部材のそれ以上の変形が拘束される。この結果、鉄骨部材の座屈が抑制される。

また、補剛管の端部は、鉄骨部材に軸力を導入する軸力導入部と非当接状態とされており、軸力導入部から鉄骨部材に加わる圧縮荷重が補剛管に直接伝わることはなく、補剛管と鉄骨部材の座屈が防止される。
これにより、補剛管で鉄骨部材の座屈を抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の耐震補強構造において、前記補剛管は、凹部の両側からフランジが張り出すハット形状に補剛材をプレス成形し、前記フランジ同士を接合して管状とされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、補剛材にプレス形成された凹部で鉄骨部材を囲み、凹部の両側から張り出すフランジ同士を接合することで補剛管が形成される。
これにより、補強すべき鉄骨部材の外周面の形状、寸法に対応させた凹部を補剛管に形成できる。この結果、スペーサ等が不要となり、フランジ部の接合作業のみで鉄骨部材の座屈を抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の耐震補強構造において、前記フランジ同士は、ボルトで接合されることを特徴としている。
これにより、フランジ部のボルト接合作業のみで鉄骨部材の補強が可能となり、溶接が認められない場所でも、鉄骨部材の座屈を抑制できる。このとき、外側からボルトを容易にセットすることができるため、ボルト接合作業が容易となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐震補強構造において、前記鉄骨部材には、前記補剛管の端面と当接し、前記軸力導入部と非当接状態とする係止部材が設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、鉄骨部材に取り付けられた係止部材が、補剛管の端面と当接して、軸力導入部と補剛管を非当接状態としている。
これにより、補剛管に軸力が導入されることはなく、補剛管の座屈を抑制できる。

本発明は、上記構成としてあるので、簡単な構成で作業性が良く鉄骨部材を耐震補強できる。

本発明の第１の実施の形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る耐震補強構造の取付け手順を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る耐震補強構造の取付け状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る耐震補強構造の座屈抑制効果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る耐震補強構造の他の実施例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る耐震補強構造の基本構成を示す図である。 従来例の耐震補強構造の基本構成を示す図である。 従来例の耐震補強構造の基本構成を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係る耐震補強構造１０は、２つのアングル材１２からなる既存のブレース１４を有している。

ブレース１４は、アングル材１２の一方のフランジ同士を背合せにして断面視がＴ字形に組み合わされ、厚さｄの中間プレート１６を挟んでボルト接合１８されている。ブレース１４の両端部には、後述するガセットプレートとボルト接合するための貫通孔２０が複数個設けられている。ブレース１４は、両端部を除き連続して補剛管２２で囲まれている。
補剛管２２は、長手方向に接合面を有する２つの補剛材２３で、ブレース１４を外から囲んで接合し管状とされている。

補剛材２３は、長さＬの鋼板にプレス加工で凹部２３Ａを設け、凹部２３Ａの両側からフランジ２３Ｂを張り出すハット形状とされている。補剛材２３の凹部２３Ａ同士を向き合わせ、２つの補剛材２３のフランジ２３Ｂ同士を重ね合わせてボルト接合３２する。このとき、２つの凹部２３Ａで形成される略矩形の空間は、ブレース１４の側面が所定の隙間を開けて収まる寸法とされている。

補剛管２２の内壁面には、スペーサ２８、３０が所定の間隔で設けられている。スペーサ２８は、ブレース１４の側面と、Ｙ方向に隙間ｅ１を開けて設けられ、スペーサ３０は、ブレース１４の側面とＹ方向に隙間ｅ２を開けて設けられている。
また、凹部２３Ａの底面とブレース１４の側面は、Ｘ方向に隙間ｅ３が開けられている。
これにより、ブレース１４に座屈が生じていないときは、補剛管２２は、ブレース１４を囲んだ状態で長手方向に移動可能とされている。

また、ブレース１４の一方の端部には、補剛管２２の略矩形とされた外形寸法より軸長を長くした係止ボルト２４が設けられている。係止ボルト２４は補剛管２２の端面と当接し、補剛管２２の移動を制限する。
なお、隙間ｅ１、ｅ２、ｅ３は、ブレース１４が補剛管２２の中央にあるときの寸法である。後述するように、耐震補強構造１０は傾斜させて取り付けるため、重力により、補剛管２２の一部はブレース１４に寄り掛かる状態となる。このような状態においても、それぞれの方向における隙間ｅ１、ｅ２、ｅ３の合計値が確保されれば、座屈防止の性能確保には問題はない。

図２に取付け手順を示す。既存のブレース１４は、柱３４と梁３６の間に斜めに設けられ、柱梁架構を耐震補強している。ブレース１４の両端は柱３４と梁３６の接合部に固定されたガセットプレート２６にボルト接合３８されている。ガセットプレート２６が取り付けられる柱梁架構において、梁３６にはリブ３７が取り付けられ、梁３６を補強している。ガセットプレート２６の板厚ｄは、中間プレート１６の板厚ｄと同じとされ、アングル材１４の変形を防いでいる。

先ず、ブレース１４に係止ボルト２４を取付ける。係止ボルト２４は、補強すべき必要強度から算出された管長の補剛管２２を所定位置に取り付けるために、補剛管２２の下端部となる位置に取り付ける。これにより、補剛管２２が係止ボルト２４より低い位置に下がることはない。

次に、係止ボルト２４より高い位置で、２つの補剛材２３の凹部同士を向き合わせ、両側からブレース１４を囲み、フランジ２３Ｂ同士を重ね合わせ、フランジ２３Ｂに設けられた貫通孔２１を利用してボルト接合３２する。

これにより、図３に示すように、管状とされた所定長さＬの補剛管２２で、ブレース１４を囲むことができる。そして、アングル材１２に取り付けられた係止ボルト２４が、補剛管２２の下側の端面と当接して、下側のガセットプレート２６と補剛管２２が当接するのが防止される。なお、補剛管２２は、変形が生じ易いブレース１４の長さ方向の中央部を中心に囲むよう設計されており、上側のガセットプレート２６と補剛管２２が当接することはない。以上で取付け作業が完了する。

本構成とすることにより、地震時にブレース１４に軸方向の圧縮力が加わり座屈変形が生じたとき、ブレース１４の側面が周囲を囲む補剛管２２の内壁に当り、補剛管２２の剛性でブレース１４のそれ以上の変形が拘束され、ブレース１４の座屈が抑制される。

また、補剛管２２の端部は、ブレース１４に軸方向の圧縮力を導入するガセットプレート２６軸と非当接状態とされており、ガセットプレート２６からブレース１４に加わる圧縮荷重が補剛管２２に直接加わることはなく、補剛管２２の座屈が防止される。

上記効果を、図４を用いて具体的に説明する。
図４（Ａ）に示すように、柱梁接合部ＡとＢの間に、斜めにブレース１４が取付けられている。補強前（補剛管２２がない場合）には、柱梁接合部Ａに地震時の水平方向の力Ｆが作用した場合、ブレース１４の軸方向には圧縮力Ｆ１が作用する。この圧縮力Ｆ１によりブレース１４に座屈が生じ、実線で示すように折り曲げられ、柱梁接合部Ａは水平方向に距離Ｄ１だけ変位してＣ点に到達する。

一方、図４（Ｂ）に示すように、補強後（補剛管２２がある場合）には、同様に、ブレース１４に軸方向の圧縮力Ｆ１が作用した場合、ブレース１４の周囲は補剛管２２で囲まれており、ブレース１４に所定量の初期変形が生じたとき補剛管２２の内面に当り、それ以上の変形が抑制される。この結果、柱梁接合部Ａは水平方向に距離Ｄ２だけ変位してＥ点に到達する。

柱梁接合部Ａの変位距離Ｄ２は変位距離Ｄ１より小さくなり、簡単な構成で作業性が良く鉄骨部材を耐震補強できる。
なお、図４は説明のため拡大して記載したが、ブレース１４の単位長さ当りの初期変形量は、１／５００程度以下とするのが望ましい。

なお、本実施の形態においては、既存のブレース１４を耐震補強する場合について説明したが、これに限定されることはなく、図５に示すように、例えば既存のトラス４０を構成する斜材４２、下弦材４４、上弦材４６を必要に応じて耐震補強構造１０で囲み、耐震補強してもよい。

（第２の実施の形態）
図６に示すように、第２の実施の形態に係る耐震補強構造５０は、既存のブレース１４の周囲を補剛管５６が囲んでいる。

補剛管５６は、第１の実施の形態に係る補剛管２２と基本的に同じ構成である。第１の実施の形態に係る補剛管２２と異なる点は、スペーサ２８をなくし、補剛管５６に設けたボルト孔を利用して、Ｙ軸方向に、所定の間隔で第１ボルト５２をブレース１４の側面と隙間ｅ１の位置までねじ込んでいる（第１ボルト５２をブレース１４の側面に当接ささた後、隙間ｅ１の位置までねじ戻してもよい）。これにより、第１ボルト５２とスペーサ３０でＹ軸方向のブレース１４の変形を抑制する。

また、Ｘ軸方向には、補剛管５６に設けたボルト孔を利用して、第２ボルト５４がブレース１４の側面と隙間ｅ２の距離までねじ込まれている（第２ボルト５４をブレース１４の側面に当接ささた後、隙間ｅ２の位置までねじ戻してもよい）。これにより、ブレース１４のＸ軸方向の変形を抑制する。
なお、隙間ｅ１、ｅ２、ｅ３は、ブレース１４が補剛管２２の中央にあるときの寸法である。耐震補強構造５０は傾斜させて取り付けるため、重力により、補剛管５６の一部はブレース１４に寄り掛かる状態となる。このような状態においても、それぞれの方向における隙間ｅ１、ｅ２、ｅ３の合計値が確保されれば、座屈防止の性能確保には問題はない。

このように、ブレース１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向の初期変形を抑制することで、ブレース１４の座屈を効果的に抑制できる。その他の内容は第１の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

（第３の実施の形態）
図７に示すように、第３の実施の形態に係る耐震補強構造６０は、既存のブレース６２の周囲を補剛管６６が囲んでいる。

ブレース６２は、２つの溝形鋼６４のウェブ同士を背合せにし、断面視をＨ字形に組み合わせ、板厚ｄの中間プレート１６を挟んでボルト接合１８されている。ブレース６２の両端部には、ボルト接合用の貫通孔６８が複数個設けられている。

補剛管６６は、第１の実施の形態に係る補剛管２２と基本的に同じ構成である。第１の実施の形態に係る補剛管２２と異なる点は、ブレース６２の形状に合せて凹部６７Ａをプレス加工しているため、凹部６７Ａの形状が異なる。補剛管６６は、凹部６７Ａの両側からフランジ６７Ｂが張り出すハット形状に形成され、補剛材６７の２つの凹部６７Ａを向き合わせ略矩形部を形成し、略矩形部でブレース６２を所定の隙間を開けて囲んでいる。

即ち、Ｙ軸方向には、溝形鋼６４のＹ軸方向の先端と補剛材６７の折り曲げ部との間に隙間ｅ４が設けられ、Ｘ軸方向には溝形鋼６４のＸ軸方向の先端と補剛材６７の折り曲げ部との間に隙間ｅ５が設けられている。また、フランジ６７Ｂ同士が重ね合わされボルト接合３２により管状とされている。そして、ブレース６２の一方の端部には、係止ボルト２４が取付けられている。
なお、隙間ｅ４、ｅ５は、ブレース６２が補剛管６７の中央にあるときの寸法である。耐震補強構造６０は傾斜させて取り付けるため、重力により、補剛管６７の一部はブレース６２に寄り掛かる状態となる。このような状態においても、それぞれの方向における隙間ｅ４、ｅ５の合計値が確保されれば、座屈防止の性能確保には問題はない。
これにより、簡単な構成でブレース６２のＸ軸方向、Ｙ軸方向の変形を抑制できる。その他の内容は第１の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

（第４の実施の形態）
図８に示すように、第４の実施の形態に係る耐震補強構造７０は、既存のブレース６２の周囲を補剛管７６が囲んでいる。

補剛管７６は第３の実施の形態に係る補剛管６６と基本的に同じ構成である。第３の実施の形態に係る補剛管２２と異なる点は、補剛管７６に設けたボルト孔を利用して、Ｙ軸方向に所定の間隔で第３ボルト７２をブレース６２の側面と隙間ｅ１の位置までねじ込んでいる。これにより、上下に設けられた第３ボルト７２でＹ軸方向のブレース６２の変形を抑制できる。

また、Ｘ軸方向には、補剛管７６に設けたボルト孔を利用して、第４ボルト７４がブレース６２のウェブ表面と隙間ｅ２の距離までねじ込まれている。これにより、ブレース６２のＸ軸方向の変形を抑制する。
なお、隙間ｅ１、ｅ２は、ブレース６２補剛管７６の中央にあるときの寸法である。耐震補強構造７０は傾斜させて取り付けるため、重力により、補剛管７６の一部はブレース６２に寄り掛かる状態となる。このような状態においても、それぞれの方向における隙間ｅ１、ｅ２の合計値が確保されれば、座屈防止の性能確保には問題はない。
このように、ブレース６２のＸ軸方向、Ｙ軸方向の初期変形を抑制することで、ブレース６２の座屈を効果的に抑制できる。その他の内容は第３の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

１０ 耐震補強構造
１２ アングル材（鉄骨部材）
１４ ブレース（鉄骨部材）
２２ 補剛管
２３ 補剛材
２４ 係止ボルト（係止部材）
２６ ガセットプレート（軸力導入部）
３２ ボルト接合部

Claims (4)

1. 軸力が導入される鉄骨部材と、
   前記鉄骨部材の外面と所定の隙間を開けて外側から前記鉄骨部材を囲んで接合され、両端部が前記鉄骨部材に軸力を導入する軸力導入部と非当接状態とされた補剛管と、
   を有する耐震補強構造。
2. 前記補剛管は、凹部の両側からフランジが張り出すハット形状に補剛材をプレス成形し、
   前記フランジ同士を接合して管状とされている請求項１に記載の耐震補強構造。
3. 前記フランジ同士は、ボルトで接合される請求項２に記載の耐震補強構造。
4. 前記鉄骨部材には、前記補剛管の端面と当接し前記軸力導入部と非当接状態とする係止部材が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐震補強構造。

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