JP2024041006A - 鉄骨構造物の補強構造及び補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既成の鉄骨構造物を、簡易に、且つ補強すべき種類の強度を的確に補強できる、鉄骨構造物の補強構造及び補強方法を提供すること。【解決手段】柱と梁とを具備する鉄骨構造物における補強構造であって、柱、梁、若しくは両者の連結部分に、補強材を、接着剤を介して接着して形成された補強部を具備する、鉄骨構造物の補強構造、例えば、２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記フランジの長さ方向中央部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている補強構造、該鋼材における上記フランジの長さ方向両側部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている補強構造、該鋼材における上記ウェブの長さ方向両側部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている補強構造。【選択図】図２

Description

本発明は、鉄骨構造物の補強構造及び補強方法に関し、具体的には、簡易かつ簡便な工法で補強目的に応じた補強を可能とする鉄骨構造物の補強構造及び補強方法に関するものである。

鉄骨構造物は、建築物等として用いられている。一般に鉄骨構造物は、強度に優れており、更に材料技術や構造設計技術の進歩により、構造強度、耐震性は向上している。
しかし、鉄骨構造物でも経年劣化により強度及び耐震性が低下する。また、地震等の影響により求められる基準が設計時よりも高くなる場合もある。
これらの場合に対応するべく、種々の補強構造及び補強方法が提案されているが、一旦組み上げた構造物における骨組みの部分に他の部材を溶接又はボルト等の締結部材を用いて補強部材を組み込むのは構造上不可能である場合が多く、またできるとしても多大な労力を要し、コストも高くなるという問題があった。
そこで、接着剤を用いて既存構造物を簡易に補強する方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１（特許６４７４０７１号公報）には、より工期が短く、よりコストのかからない耐震補強方法及び耐震補強建築物が提案されている。具体的には、複数のガイドピン及び複数のスペーサーが固定された面を有する鉄骨部材の面及びガイドピンに接着剤を塗布し、予め鉄骨部材のガイドピンが挿入可能となる穴が形成された面を有するコンクリートに、ガイドピンを挿入しつつ押し当て、コンクリートと鉄骨部材を接着する補強方法が提案されている。
また、特許文献２（特許６１１４０１２号公報）には、鉄骨造建築物の梁や柱に被接着部材を接着する状況において、その接着部に、より大きな接着面積を確保することが可能な接着による補強工法が提案されている。具体的には、鉄骨造建築物を構成する鉄骨梁に被接着部材を接着する接着工法であって、鉄骨梁の外表面のうちいずれか複数の面の各面の少なくとも一部に対して、空間層を介して被接着部材を覆設する、被接着部材覆設工程と、被接着部材覆設工程の後に、空間層にエポキシ樹脂を充填することにより、被接着部材と鉄骨梁とを接着する、接着剤充填工程と、を含む工法が提案されている。

特許６４７４０７１号公報 特許６１１４０１２号公報

しかしながら、上述の提案に係る補強方法では、未だガイドピンの設置のための工程、空気層を形成したあとで樹脂を注入する等の工程が必要であり、煩雑さが十分に解消されていなかった。また、補強と一口に言っても求められる強度は複数種あり、求められる強度に応じた補強まで可能となるものではなかった。
要するに、従来提案されている補強構造及び補強方法では、未だ簡易であるとまでは言えず、十分に求められる補強ができるものではなく、より簡易に、求められる補強を実現できる補強構造及び補強方法の提案が要望されているのが現状である。

したがって、本発明の目的は、既成の鉄骨構造物を、簡易に、且つ補強すべき種類の強度を的確に補強できる、鉄骨構造物の補強構造及び補強方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、強度の向上を図る部位に直接、接着剤を介して補強材を貼り付けることにより上記目的を達成し得ることを知見し、更に検討を行い、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
１．柱と梁とを具備する鉄骨構造物における補強構造であって、
柱、梁、若しくは両者の連結部分に、補強材を、接着剤を介して接着して形成された補強部を具備する、鉄骨構造物の補強構造。
２．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記フランジの長さ方向中央部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている１記載の補強構造。
３．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記フランジの長さ方向両側部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている、１記載の補強構造。
４．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記ウェブの長さ方向両側部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている、１記載の補強構造。
５．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記ウェブに、補強材としてのガセットプレートの一面が、接着剤を介して貼り付けられて設けられている、１記載の補強構造。
６．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材を梁とし、これらの梁と柱とにより矩形の柱梁構造を構成し、その対向する２本の鋼材間に小梁としての小幅の鋼材が複数配された構造体に適用される補強構造であって、小梁の締結されていない、対向する鋼材の上記ウェブの長手方向全体に亘って板状の補強材が接着剤を介して配されている、１記載の補強構造。
７．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材を梁とし、これらの梁と柱とにより矩形の柱梁構造を構成し、その対向する２本の鋼材間に小梁としての小幅の鋼材が複数配された構造体に適用される補強構造であって、鋼材と小梁とが並設されている状態で、各鋼材及び小梁の下面に該鋼材及び該小梁と直交して、補強材が接着剤を介して接着されている、１記載の補強構造。
８．２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材におけるフランジの長さ方向中央部分に、断面Ｌ字状の補強材の１面を、接着剤を介して接着し、更に、フランジの側縁側から鋼材の幅方向中央に向けて立設された補強材の他面に、補強板が設けられている、１記載の補強構造。
９．柱と梁とを具備する鉄骨構造物の補強方法であって、
柱、梁、若しくは両者の連結部分に、補強材を、接着剤を介して接着して補強部を形成する接着工程を具備する、鉄骨構造物の補強方法。

本発明の補強構造は、既成の鉄骨構造物を、簡易に、且つ補強すべき種類の強度を的確に補強できるものである。
本発明の補強方法によれば、既成の鉄骨構造物を、簡易に補強できる。

図１は、本発明の補強構造及び補強方法が適用される鉄骨構造物の一例の要部を示す斜視図である。 図２は、本発明の補強構造の１実施形態の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのｂ－ｂ断面図である。 図３は、本発明の補強構造の他の実施形態の要部を模式的に示す斜視図である。 図４は、本発明の補強構造の他の実施形態の要部を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのｂ－ｂ断面図である。 図５は、本発明の補強構造の他の実施形態の要部を模式的に示す斜視図であり、（ａ）はガセット金物を貼り付けた状態を示す斜視図、（ｂ）は更にガセット金物に他の鋼材を締結させた状態を模式的に一部透視した太陽で示す斜視図である。 図６は、本発明の補強構造の他の実施形態の要部を模式的に示す斜視図である。 図７は、図６に示す補強構造のVII－VII断面を示す図であり、（ａ）は１実施形態を、（ｂ）は他の実施形態を示す図である。 図８は、本発明の補強構造の他の実施形態の要部を模式的に示す斜視図（図６に示す形態の他の例）である。 図９は、本発明の補強構造の他の実施形態の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ－断面図である。

１ 鉄骨構造物、３ 柱、５ 梁、７ 連結部材、９ 締結部材、１０１ 補強構造、１１０ フランジ、１２０ ウェブ、１０５ 鋼材、１３０ 補強材

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
＜補強構造＞
まず、本発明の補強構造について説明する。
本発明の補強構造は、既成の柱と梁とを具備する鉄骨構造物に適用される。具体例としては、図１に示すような、鉄骨構造物１に適用される。ここで鉄骨構造物１は、中空の四角柱形状の柱３の四方にＨ鋼からなる梁５が、直接溶接にて、又は連結部材７を介してボルトとビスからなる締結部材９により連結されて、構成されている構造物等に適用することができる。
そして、図２に示す本実施形態の補強構造１０１は、図１に示す構造物において梁として用いられているＨ鋼からなる鋼材１０５、すなわちそれぞれ対向して配された２つのフランジ１１０とこれらのフランジ１１０間に両者を連結するように設けられたウェブ１２０とからなる鋼材１０５に適用される。すなわち、本実施形態の補強構造１０１は、この鋼材１０５におけるフランジ１１０の長さ方向中央部分に、板状の補強材１３０が接着剤を介して接着されて構成されている。なお、図面において接着剤は省略する（以下、すべての図において同じく省略する）。ここで、長さ方向中央部分とは、鋼材（フランジ）の長さを１００としたときいずれかの端部から５０程度の位置を示す。補強材１３０の長さは目的とする補強強度に応じて任意であるが、鋼材（フランジ）の長さを１００としたとき５０～１００の長さとすることができる。
補強材１３０は、本実施形態においては板状であり、補強材の材質はＨ鋼と同様の鋼材の他、ステンレス、アルミ等の金属、プラスチック、木質材料等を用いることもできる。また、形状も板状の他、Ｌ字状、アングル、Ｔ型、Ｃ型、ハット型、キューブ型等とすることもできる。
本実施形態において用いることができる接着剤としては、アクリル樹脂系の接着剤、具体的には例えば商品名「メタルロックY600」セメダイン株式会社製、エポキシ樹脂系の接着剤、具体的には例えば商品名「アルファテックAT435」アルファ工業株式会社製、等を上げることができる。接着剤の塗工量は、目付で、 0.1～0.2ｇ／ｃｍ^２とするのが好ましい。
本実施形態のように、鋼材の長さ方向中央部分で且つフランジ部分に、板状又はＬ字状等の形状の補強材を、接着剤を介して配する構成により、特に曲げ強度の改善、すなわち曲げ補強を実現することができる。
なお、本実施形態においては、Ｈ鋼を例示して説明したが、リップ溝形鋼（いわゆるＣ鋼）又は軽溝形鋼におけるフランジ部分に補強材を貼り付けることもできる。

以下、他の実施形態について図３～８を用いて説明する。以下の説明においては、それぞれ補強目的の強度の種類が異なる例を説明するが、上述の図２に示す実施形態と同様の部分、特に接着剤の具体例や塗工量、補強材の形状や材質については、特に説明しない。特に説明しない部分については、上述の図２に示す例においてした説明が打倒する。また、図３に示す例と同様に接着剤は省略して示す。
図３に示す実施形態の補強構造２０１は、図１に示す構造物において梁として用いられている鋼材２０５におけるフランジ２１０の長さ方向両側部分に、板状の補強材２３０が接着剤を介して接着されて構成されている。なお、図面において接着剤は省略する。ここで、長さ方向両側部分とは、鋼材（フランジ）の長さを１００としたときいずれかの端部から長さ１０程度中央側に位置する部位を示す。補強材２３０の長さは目的とする補強強度に応じて任意であるが、鋼材（フランジ）の長さを１００としたとき５～２０とすることができる
本実施形態のように、鋼材の長さ方向左右両側部分で且つフランジ部分に、板状又はＬ字状等の形状の補強材２３０を、接着剤を介して配する構成により、特に曲げたわみ強度の改善、すなわち曲げたわみ補強を実現することができる。

図４に示す実施形態の補強構造３０１は、図１に示す構造物において梁として用いられている鋼材３０５におけるウェブ３２０の長さ方向両側部分に、板状の補強材３３０が接着剤を介して接着されて構成されている。なお、図面において接着剤は省略する。ここで、長さ方向両側部分とは、鋼材（ウェブ）の長さを１００としたとき中央部よりもいずれかの端部側に位置する部位であればよい。補強材３３０の長さは目的とする補強強度に応じて任意であるが、鋼材（ウェブ）の長さ方向全体に亘ってウェブ３２０を設置することもできる。
本実施形態のように、鋼材の長さ方向左右両側部分で且つウェブ部分に、板状の形状の補強材２３０を、接着剤を介して配する構成により、特にせん断強度の改善、すなわちせん断補強を実現することができる。

図５に示す実施形態の補強構造４０１は、図１に示す構造物において梁として用いられている鋼材４０５におけるウェブ４２０に、（ａ）に示すように、補強材としてのガセットプレート４３０の一面４３１が、接着剤を介して貼り付けられて設けられている。ガセットプレートとしては特に制限なく用いることができるが、（ａ）に示すように、Ｌ字状でボルト等の締結可能な穴の空いているものを用いることができる。そして、（ｂ）に示すように、鋼材４０５と直交するように小梁を構成するＨ鋼からなる鋼材４０７を、その先端が、ガセットプレート４３０のウェブ４２０から鉛直方向に立設された立設面４３３に当接するように配されて、接着剤又はボルト等の締結部材を介して固定されている。
本実施形態のように、ガセットプレートを補強材として用い、このガセットプレートを介して小梁を設置することにより、簡易な操作で、ガセットプレートの溶接を省略することができる。
なお、ガセットプレートとしては、Ｌ字状のものだけでなく、Ｔ字状のものも用いることができる。
本実施形態のように、ガセットプレートを補強材として用いることで、床吹き抜けなど床配置の変更に対応が容易となる。

図６に示す実施形態の補強構造５０１は、図１に示す構造物において梁として用いられている鋼材５０５におけるウェブ５２０に、補強材５３０が、接着剤を介して貼り付けられて設けられている。本実施形態においては、４本の鋼材５０５と柱５０３により矩形の柱梁構造を構成し、その対向する２本の鋼材５０５間に小梁５０７としての小幅の鋼材（Ｈ鋼）が複数配された構造体としている。そして、本実施形態においては、小梁５０７の締結されていない、対向する鋼材５０５のウェブ５２０の長手方向全体に亘って板状の補強材５３０が接着剤を介して配されている。
ここで用いることができる補強材５３０の形状は、板状とする事もできるが、図７（ａ）に示すようにＣ型鋼を用いることもでき、図７（ｂ）に示すようにハット型の鋼材を用いることもできる。図７（ａ）のＣ型鋼の場合にはウェブ５２０を覆って配され、接着剤により接着されるのは、Ｃ型稿のフランジ部分と鋼材５０５のフランジ部分となる。図７（ｂ）に示すハット型の鋼材を用いた場合には、ウェブに接する部分が接着されている。
本実施形態のように、鋼材の長さ方向全体に亘って且つウェブ部分に、補強材２３０を、接着剤を介して配する構成により、特に横座屈強度の改善、すなわち横座屈補強を実現することができる。

図８に示す実施形態の補強構造６０１は、図１に示す構造物において梁として用いられている鋼材６０５と柱６０３とを４本用いて矩形の柱梁構造を構成し、その対向する２本の鋼材６０５間に小梁としての小幅のＨ鋼６０７が複数配された構造体としている。そして、鋼材６０５と小梁６０７とが並設されている状態で、各鋼材６０５及び小梁６０７の下面に各鋼材６０５及び小梁６０７と直交して、補強材６３０が接着剤を介して接着されている。ここで、補強材６３０としては、板状、棒状のものの他、Ｌ型、Ｔ型又はＣ型の鋼材等を用いることができる。
本実施形態のように、並設された鋼材の下面に、鋼材と直交するように補強材６３０を、接着剤を介して配する構成により、特に横座屈強度の改善、すなわち横座屈補強を実現することができる。
図９１１に示す実施形態の補強構造９０１は、図１に示す構造物において梁として用いられているＨ鋼からなる鋼材９０５におけるフランジ９１０の長さ方向中央部分に、断面Ｌ字状の補強材９３０の１面が接着剤を介して接着されている。本実施形態の補強構造９０１においては、更に、フランジ９１０の側縁側から鋼材９０５の幅方向中央に向けて立設された補強材９３０の他面９３１に、ボルトとナット等の締結部材９０９を介して補強板９３５が設けられている。なお補強板９３５は締結部材でなく接着剤を介して又は溶接により設けても良い。
本実施形態のように、補強材９３０に加えて補強板９３５を設置することにより、ねじれ強度の改善、すなわちねじれ補強を実現することができる。

＜補強方法＞
ついで、本発明の補強方法について説明する。
本発明の補強方法は、柱と梁とを具備する鉄骨構造物の補強方法であって、
柱、梁、若しくは両者の連結部分に、補強材を、接着剤を介して接着して補強部を形成する接着工程を行う事により、実施することができる。
特に本発明においては、補強目的に応じて、接着工程を調整することができる。
例えば、図２に示す本実施形態の補強構造１０１を構築する際には、鋼材１０５におけるフランジ１１０の長さ方向中央部分に、補強材１３０を、接着剤を介して接着する接着工程を実施する。
また、図３に示す実施形態の補強構造２０１を構築する際には、鋼材２０５におけるフランジ２１０の長さ方向両側部分に、補強材２３０を、接着剤を介して接着する接着工程を実施する。
図４に示す実施形態の補強構造３０１を構築する際には、鋼材３０５におけるウェブ３２０の長さ方向両側部分に、補強材３３０を、接着剤を介して接着する接着工程を実施する。
図５に示す実施形態の補強構造４０１を構築する際には、鋼材４０５におけるウェブ４２０に、補強材としてのガセットプレート４３０の一面４３１を、接着剤を介して接着する接着工程を行った後、さらにガセットプレート４３０の立設面４３３に鋼材（Ｈ鋼）４０７を、その先端が、ガセットプレート４３０のウェブ４２０から鉛直方向に立設された立設面４３３に当接するように配し、接着剤又はボルト等の締結部材を介して固定する部材固定工程を実施する。
図６に示す実施形態の補強構造５０１を構築する際には、４本の鋼材５０５及び柱５０３により形成された矩形の柱梁構造と、この柱梁構造における対向する２本の鋼材５０５間に小梁５０７が複数配された構造体における、小梁５０７の締結されていない、対向する鋼材５０５のウェブ５２０の長手方向全体に亘って板状の補強材５３０を、接着剤を用いて接着する接着工程を実施する。
図８に示す実施形態の補強構造６０１を構築する際には、４本の鋼材６０５と柱とを用いて形成された矩形の柱梁構造と、この柱梁構造における対向する２本の鋼材６０５間に小梁６０７が複数配された構造体における、鋼材６０５及び小梁６０７の下面に各鋼材６０５及び小梁６０７と直交して、補強材６３０を、接着剤を介して接着する接着工程を実施する。
図９に示す実施形態の補強構造９０１を構築する際には、鋼材９０５におけるフランジ９１０の長さ方向中央部分に、断面Ｌ字状の補強材９３０の１面を、接着剤を介して接着する接着工程を実施する。そして、フランジ９１０の側縁側からフランジ９１０の幅方向中央に向けて立設された補強材９３０の他面９３１に、ボルトとナット等の締結部材を介して補強板９３５を設置する。

〔補強構造の製作、作用効果〕
本発明の補強構造は、上述のように簡易な構造により的確に要求される強度を向上させることができる。
従来の補強方法、例えば、断面を厚く又は大きくする方法では、局部的には使えない、コストが高い、空間が狭まる、既存断面には使えない等の問題がある。また、溶接で補強材をとめつける方法では、専門溶接工が必要で、超音波探査検査が必要であり、線による接合なので溶接長が長くなる、コストが高くなる、既存断面に現場で溶接するのは作業スペース面又は火気使用の点で困難な場合が多い、等の問題がある。ボルト・ビスで補強材をとめつける方法では、母材・補強材共に孔による断面欠損が生じる、点による接合なので個所数が多く必要、ボルト・ナットの出っ張りが生じる等の問題がある。
これに対して、本発明の補強構造では、接着剤を用いて補強材を貼り付けるだけの構成であるので、接着では断面欠損は生じない、面による接合なので接合する全面積が有効になる、必要箇所のみの断面強化が可能である等、上記の従来の補強方法における問題点をすべて解決している。
また、本発明の補強方法は、所望の箇所に接着剤を塗工して、補強材を貼り付けるだけの作業で補強構造を構築することができるので、簡易に所望の構造物の補強を行うことができる。

なお、本発明は上述の実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
たとえば、補強材は、接着剤を介して貼り付けることが必須であるが、それに加えて締結部材（ボルト、ビス等）を介して補強することも可能である。
本発明は、既存の構造物・建築物に対して有効であるが、新築の構造物に対しても適用可能である。

Claims (9)

1. 柱と梁とを具備する鉄骨構造物における補強構造であって、
   柱、梁、若しくは両者の連結部分に、補強材を、接着剤を介して接着して形成された補強部を具備する、鉄骨構造物の補強構造。
2. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記フランジの長さ方向中央部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている、請求項１記載の補強構造。
3. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記フランジの長さ方向両側部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている、請求項１記載の補強構造。
4. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記ウェブの長さ方向両側部分に、板状の補強材が接着剤を介して接着されて構成されている、請求項１記載の補強構造。
5. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材における上記ウェブに、補強材としてのガセットプレートの一面が、接着剤を介して貼り付けられて設けられている、請求項１記載の補強構造。
6. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材を梁とし、これらの梁と柱とにより矩形の柱梁構造を構成し、その対向する２本の鋼材間に小梁としての小幅の鋼材が複数配された構造体に適用される補強構造であって、小梁の締結されていない、対向する鋼材の上記ウェブの長手方向全体に亘って板状の補強材が接着剤を介して配されている、請求項１記載の補強構造。
7. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材を梁とし、これらの梁と柱とにより矩形の柱梁構造を構成し、その対向する２本の鋼材間に小梁としての小幅の鋼材が複数配された構造体に適用される補強構造であって、鋼材と小梁とが並設されている状態で、各鋼材及び小梁の下面に該鋼材及び該小梁と直交して、補強材が接着剤を介して接着されている、請求項１記載の補強構造。
8. ２つのフランジとこれらのフランジ間に両者を連結するように設けられたウェブとからなる鋼材におけるフランジの長さ方向中央部分に、断面Ｌ字状の補強材の１面を、接着剤を介して接着し、更に、フランジの側縁側から鋼材の幅方向中央に向けて立設された補強材の他面に、補強板が設けられている、請求項１記載の補強構造。
9. 柱と梁とを具備する鉄骨構造物の補強方法であって、
   柱、梁、若しくは両者の連結部分に、補強材を、接着剤を介して接着して補強部を形成する接着工程を具備する、鉄骨構造物の補強方法。