JP2020070589A

JP2020070589A - 鉄骨柱の柱脚部の補強構造

Info

Publication number: JP2020070589A
Application number: JP2018203863A
Authority: JP
Inventors: 康雄土井; Yasuo Doi; 英二望月; Eiji Mochizuki; 雅也内山; Masaya Uchiyama; 智輝丸川; Tomoteru Marukawa
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-07

Abstract

【課題】柱脚部と鋼管との間に鉄筋を配筋することなく柱脚部のせん断耐力や引抜き耐力を確保することができる鉄骨柱の柱脚部の補強構造を提供する。【解決手段】鉄骨柱の柱脚部の補強構造は、建物の基礎構造物上に立設された鉄骨柱と、鉄骨柱の柱脚部を囲むとともに、アンカーによって基礎構造物に固定された鋼管と、柱脚部と鋼管との間に充填された充填材と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨柱の柱脚部の補強構造に関する。

一般的に、既存建物の鉄骨柱は柱脚部が傷み易く、断面欠損やアンカーの損傷等により柱脚部が強度不足となった場合には、鉄骨柱自体を建て替える必要があり、大掛かりな工事が必要となっていた。

この問題を解決するため、鉄骨柱の柱脚部の周囲を鋼管で囲むことで傷んだ柱脚部を補強することが試みられている。例えば特許文献１には、強度不足の鋼材柱の周囲を囲い鋼板で囲い、囲い鋼板内にグラウト材を充填して固化させることで鋼材柱を補強する、鋼材柱の補強構造が開示されている。また、特許文献２には、鉄骨柱又は鋼管柱の柱脚部の外周を外巻き鋼管で囲い、外巻き鋼管内にコンクリートを充填することで柱脚部を補強する、根巻き型補強構造が開示されている。

特許第５７５７５１０号公報特開平１０−１８４２４号公報

特許文献１に示す鋼材柱の補強構造、及び特許文献２に示す根巻き型補強構造では、鉄骨柱と鋼管の間に鉄筋を配筋し、この鉄筋の下端部を基礎構造物内に埋設することで、鉄骨柱の柱脚部のせん断耐力や引抜き耐力を確保している。このため、現場にて鉄骨柱の周囲に鉄筋を配筋する必要があり、施工性が悪かった。

本発明は上記事実に鑑み、柱脚部と鋼管との間に鉄筋を配筋することなく柱脚部のせん断耐力や引抜き耐力を確保することができる鉄骨柱の柱脚部の補強構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造は、建物の基礎構造物上に立設された鉄骨柱と、前記鉄骨柱の柱脚部を囲むとともに、アンカーによって前記基礎構造物に固定された鋼管と、前記柱脚部と前記鋼管との間に充填された充填材と、を有する。

上記構成によれば、鉄骨柱の柱脚部を鋼管で囲み、柱脚部と鋼管との間に充填材を充填することで、鉄骨柱の柱脚部を補強することができる。ここで、鋼管はアンカーによって基礎構造物に直接固定されているため、柱脚部と鋼管との間に鉄筋を配筋することなく柱脚部のせん断耐力や引抜き耐力を確保することができる。

請求項２に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造は、請求項１に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造であって、前記鋼管は、互いに接合されることによって前記柱脚部を囲むように配置される複数の鋼管片で構成されており、前記鋼管の下端部には、前記アンカーが挿通される貫通孔が形成されたフランジ部が設けられている。

上記構成によれば、複数の鋼管片を互いに接合することによって鋼管を構成することができるため、鉄骨柱の柱脚部の周囲に鋼管を容易に設けることができる。また、鋼管の下端部にフランジ部が設けられているため、フランジ部の貫通孔にアンカーを挿通することで、容易かつ確実に鋼管を基礎構造物に固定することができる。

請求項３に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造は、請求項１又は２に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造であって、前記鋼管の外周面には、前記建物を補強する補強ブレースの一端が固定されるガセットプレートが接合されている。

上記構成によれば、鋼管の外周面にガセットプレートが接合されているため、ガセットプレートに補強ブレースの一端を固定することで、既存の建物に補強ブレースを新設することができる。

本発明に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造によれば、柱脚部と鋼管との間に鉄筋を配筋することなく柱脚部のせん断耐力や引抜き耐力を確保することができる。

第１実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造を示す立面図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。第１実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造の鋼管を取付ける前の状態を示す平断面図である。（Ａ）は第２実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造を示す立面図であり、（Ｂ）はそのＣ−Ｃ線断面図である。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造について、図１〜図４を用いて説明する。

（構造）
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造が適用された鉄骨柱１２は、建物１０の基礎構造物の一例としての鉄筋コンクリート造の基礎梁１４上に立設されている。なお、図２に示すように、基礎梁１４は、例えば平面視でＬ字形状とされており、角部に鉄骨柱１２が配置されている。

鉄骨柱１２は、例えばＨ形鋼で構成された既存柱であり、図２、図３に示すように、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａの下端面に接合されたベースプレート１６が、複数のアンカー１８によって基礎梁１４に固定されている。

また、鉄骨柱１２の外周面には、複数のスタッド２０が突設されている。本実施形態では、図３に示すように、鉄骨柱１２は、例えば経年劣化による断面欠損やアンカーの損傷等により、柱脚部１２Ａに損傷部位Ｒを有しており、複数のスタッド２０は、柱脚部１２Ａにおいて損傷部位Ｒを避けて溶接されている。

また、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａは、鋼管２２によって囲まれている。本実施形態では、鋼管２２は、スタッド２０を含めた鉄骨柱１２の外形より外形が一回り大きい角形鋼管であり、図２に示すように、平面視で略コの字形とされて互いに接合された同一形状の一対の鋼管片２２Ａ、２２Ｂによって構成されている。

また、図１、図３に示すように、鋼管２２の下端部の外周面には、全周にわたって外側に突出するとともに、複数の貫通孔２４が形成されたフランジ部２６が設けられている。なお、フランジ部２６の上面には、フランジ部２６の上面及び鋼管２２の外周面に接合され、鋼管２２の外周面に沿って互いに間隔をあけて設けられた複数の補強リブ２８が立設されている。

また、鋼管２２は、フランジ部２６の貫通孔２４にそれぞれ挿通された複数のアンカー３０によって基礎梁１４に固定されている。さらに、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａと鋼管２２との間には、充填材としてのコンクリート３２が充填されており、これにより、柱脚部１２Ａと鋼管２２とが一体化されている。

なお、図３に示すように、鋼管２２の高さ（柱脚部１２Ａの補強範囲）は、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａの損傷部位Ｒより高い位置とされている。具体的には、損傷部位Ｒの上端部から鋼管２２の上端部までの高さＬ１は、柱成Ｌ２より大きいことが好ましく、柱成Ｌ２の２〜３倍以上の大きさとされていることがより好ましい。

（施工手順）
損傷部位Ｒを有する既存の鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａを補強する場合、まず、基礎梁１４上に立設された鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａの外周面に、複数のスタッド２０を新設する。このとき、スタッド２０は、柱脚部１２Ａの補強範囲、すなわち柱脚部１２Ａを鋼管２２で囲んだ際に、鋼管２２内となる位置に突設する。

次に、図４に示すように、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａを挟み込むように柱脚部１２Ａの両側に一対の鋼管片２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ配置する。そして、鋼管片２２Ａ、２２Ｂの接合面同士を溶接して接合することにより、図２に示すように、柱脚部１２Ａの周囲に鋼管２２を設置する。なお、鋼管片２２Ａ、２２Ｂの接合方法は溶接には限らず、例えば高力ボルト等によって接合してもよい。

また、基礎梁１４の上面における鋼管２２のフランジ部２６の貫通孔２４に対応する位置に、図４に示すように、それぞれ挿通孔３４を形成する。そして、鋼管２２のフランジ部２６の貫通孔２４に挿通したアンカー３０（後施工アンカー）を、基礎梁１４の挿通孔３４に打込むことで、図２に示すように、鋼管２２を基礎梁１４に固定する。

その後、鋼管２２を型枠として用い、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａと鋼管２２との間にコンクリート３２を充填することで、柱脚部１２Ａを鋼管２２及びコンクリート３２によって補強する。なお、上記の手順は一例であり、手順が異なっていたり、他の手順が含まれたりしても構わない。

（作用、効果）
本実施形態によれば、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａを鋼管２２で囲み、柱脚部１２Ａと鋼管２２との間にコンクリート３２を充填することで、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａを容易かつ確実に補強することができる。

ここで、鋼管２２はアンカー３０によって基礎梁１４に直接固定されているため、柱脚部と鋼管との間に配筋された鉄筋を基礎梁に埋設する場合と比較して、鉄筋を用いることなく柱脚部１２Ａのせん断耐力や引抜き耐力を確保することができる。

また、鋼管２２内に充填されるコンクリート３２は、型枠を兼ねた鋼管２２による拘束効果によって無筋とすることができるため、現場にて鉄骨柱１２の周囲に鉄筋を配筋する必要がなく、施工性を高めることができる。

さらに、本実施形態によれば、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａの外周面に複数のスタッド２０が突設されているため、柱脚部１２Ａとコンクリート３２との付着力を高めることができ、鉄骨柱１２の軸力をより確実にコンクリート３２に伝達することができる。なお、コンクリート３２に伝達された鉄骨柱１２の軸力は、鋼管２２及びアンカー３０を介して基礎梁１４に伝達される。

また、本実施形態では、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａが損傷部位Ｒを有しており、鋼管２２の高さが損傷部位Ｒより高い位置とされている。このため、損傷部位Ｒにおいて柱脚部１２Ａが強度不足となっている場合であっても、損傷部位Ｒを鋼管２２及びコンクリート３２で覆うことで、柱脚部１２Ａの座屈を抑制することができる。特に、損傷部位Ｒの上端部から鋼管２２の上端部までの高さＬ１を、柱成Ｌ２の２〜３倍以上の大きさとすることで、より確実に柱脚部１２Ａの座屈を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、鋼管２２が一対の鋼管片２２Ａ、２２Ｂで構成されているため、鋼管が筒状の一部材で構成されている場合や、鋼板を巻いて鋼管を構成する場合等と比較して、鉄骨柱１２の柱脚部１２Ａの周囲に鋼管２２を容易に設けることができる。

また、鋼管２２の下端部にフランジ部２６が設けられているため、フランジ部２６の貫通孔２４にアンカー３０を挿通することで、容易かつ確実に鋼管２２を基礎梁１４に固定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造について、図５を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、差異点を中心に説明する。

（構造）
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る鉄骨柱の柱脚部の補強構造が適用された鉄骨柱４２は、第１実施形態と同様に、建物４０の基礎構造物の一例としての鉄筋コンクリート造の基礎梁４４上に立設されている。

鉄骨柱４２は、第１実施形態と同様に、例えばＨ形鋼で構成された既存柱であり、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａの下端面に接合されたベースプレート４６が、複数のアンカー４８によって基礎梁４４に固定されている。

また、鉄骨柱４２の外周面には、複数のスタッド５０が突設されている。本実施形態では、鉄骨柱４２は柱脚部４２Ａに損傷部位を有しておらず、複数のスタッド５０は、柱脚部４２Ａにおいて柱長方向（鉛直方向）にわたって互いに間隔をあけて溶接されている。

また、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａは、鋼管５２によって囲まれている。鋼管５２は、第１実施形態と同様に、スタッド５０を含めた鉄骨柱４２の外形より外形が一回り大きい角形鋼管であり、互いに接合された一対の鋼管片５２Ａ、５２Ｂによって構成されている。

また、鋼管５２の下端部の外周面には、全周にわたって外側に突出するとともに、複数の貫通孔５４が形成されたフランジ部５６が設けられており、フランジ部５６の上面には複数の補強リブ５８が立設されている。

また、鋼管５２は、フランジ部５６の貫通孔５４にそれぞれ挿通された複数のアンカー６０によって基礎梁１４に固定されている。さらに、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａと鋼管５２との間には、充填材としてのコンクリート６２が充填されており、これにより、柱脚部４２Ａと鋼管５２とが一体化されている。

さらに、本実施形態では、鋼管５２の外周面に１枚のガセットプレート６４が接合されている。ガセットプレート６４は、鋼管５２の外周面から垂直に延びており、補強リブ５８とともにフランジ部５６の上面及び鋼管５２の外周面に溶接されている。

また、ガセットプレート６４には、例えばアングル材（山形鋼）で構成された補強ブレース６６の一端（下端）が固定されている。補強ブレース６６は、鉄骨柱４２に対して斜めに延びており、他端（上端）が図示しない他の鉄骨柱の上端部や梁等に接合されることで、建物４０を補強している。

（施工手順）
既存の鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａに補強ブレース６６を新設する場合、まず、第１実施形態と同様に、基礎梁４４上に立設された鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａの外周面に、複数のスタッド５０を新設する。

次に、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａの両側に一対の鋼管片５２Ａ、５２Ｂをそれぞれ配置し、鋼管片５２Ａ、５２Ｂの接合面同士を溶接して接合することにより、柱脚部４２Ａの周囲に鋼管５２を設置する。

また、基礎梁４４の上面に複数の挿通孔６８を形成し、鋼管５２のフランジ部５６の貫通孔５４に挿通したアンカー６０（後施工アンカー）を基礎梁４４の挿通孔６８に打込むことで、鋼管５２を基礎梁４４に固定する。

そして、鋼管５２を型枠として用い、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａと鋼管５２との間にコンクリート６２を充填することで、柱脚部４２Ａを鋼管５２及びコンクリート６２によって補強する。

その後、鋼管５２の外周面に予め接合されたガセットプレート６４に、補強ブレース６６の一端を溶接して接合することにより、既存の鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａに補強ブレース６６を新設する。なお、鋼管片５２Ａ、５２Ｂの接合方法、及びガセットプレート６４と補強ブレース６６の接合方法は、溶接には限らず、例えば高力ボルト等によって接合してもよい。

（作用、効果）
本実施形態によれば、コンクリート６２によって柱脚部４２Ａと一体化された鋼管５２の外周面にガセットプレート６４を接合し、ガセットプレート６４に補強ブレース６６の一端を固定することで、既存の建物４０に補強ブレース６６を新設することができる。

ここで、補強ブレース６６の一端が固定されるガセットプレート６４が、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａの周囲に設けられた鋼管５２の外周面に接合されている。このため、鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａにガセットプレート６４を直接接合する場合と比較して、柱脚部４２Ａを基礎梁４４に固定するアンカー４８とガセットプレート６４が干渉することを防ぐことができる。また、ガセットプレート６４を工場等で予め鋼管片５２Ａに溶接しておくことができるため、現場での溶接作業を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、鋼管５２及びコンクリート６２によって鉄骨柱４２の柱脚部４２Ａが補強されている。このため、例えば鉄骨柱４２の板厚が薄い場合やアンカー４８の本数が少ない場合等、既存の鉄骨柱４２が補強ブレース６６のせん断力を伝達することができる程度の強度を有していない場合であっても、柱脚部４２Ａを補強することで補強ブレース６６を新設することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明について第１、第２実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。また、第１、第２実施形態の構成は、適宜組み合わせることが可能である。

例えば、第１、第２実施形態では、鋼管２２、５２が一対の鋼管片２２Ａ、２２Ｂ、５２Ａ、５２Ｂで構成されていたが、鋼管は筒状の一部材で構成されていてもよく、１枚の鋼板を鉄骨柱に巻付けることで構成されていてもよい。また、鋼管が３つ以上の鋼管片によって構成されていてもよい。

また、第１、第２実施形態では、鋼管２２、５２の下端部の外周面に全周にわたってフランジ部２６、５６が設けられていた。しかし、鋼管２２、５２は、少なくともアンカー３０、６０によって基礎梁１４、４４に直接固定されていればよく、フランジ部２６、５６の有無や、フランジ部２６、５６の位置、形状は上記実施形態には限らない。

さらに、第１、第２実施形態では、建物１０、４０の基礎構造物が基礎梁１４、４４とされていた。しかし、基礎構造物は基礎梁１４、４４に限らず、例えば基礎スラブ等であってもよい。

１０、４０建物
１２、４２鉄骨柱
１２Ａ、４２Ａ柱脚部
１４、４４基礎梁（基礎構造物の一例）
２２、５２鋼管
２２Ａ、２２Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ鋼管片
２４、５４貫通孔
２６、５６フランジ部
３０、６０アンカー
３２、６２コンクリート（充填材の一例）
６４ガセットプレート
６６補強ブレース

Claims

建物の基礎構造物上に立設された鉄骨柱と、
前記鉄骨柱の柱脚部を囲むとともに、アンカーによって前記基礎構造物に固定された鋼管と、
前記柱脚部と前記鋼管との間に充填された充填材と、
を有する鉄骨柱の柱脚部の補強構造。
前記鋼管は、互いに接合されることによって前記柱脚部を囲むように配置される複数の鋼管片で構成されており、
前記鋼管の下端部には、前記アンカーが挿通される貫通孔が形成されたフランジ部が設けられている、
請求項１に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造。
前記鋼管の外周面には、前記建物を補強する補強ブレースの一端が固定されるガセットプレートが接合されている、
請求項１又は２に記載の鉄骨柱の柱脚部の補強構造。