JP3859218B2 - 建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造、及び建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法 - Google Patents
建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造、及び建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造、及び建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法に関し、特に、建造物における鉄骨柱部材の下端の鉄骨柱脚部の耐震補強構造、及耐震補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物や土木構造物等の建造物において、既存の柱部材の下端の柱脚部を補強し地震時の耐力を向上させる方法については、従来、種々の方法が提案されている。例えば、図４に示す鉄骨柱部材５０のベースプレート５２がアンカーボルト５４により基礎５３に連結されている鉄骨柱脚部５１を耐震補強する場合には、図５に示すように、基礎５３に取付プレート２０１を取付ボルト２０２により取り付け、取付プレート２０１に結合された取付鉄筋２０３により鉄骨柱脚部５１の周囲にフープ鉄筋２０４を配置し、鉄骨柱脚部５１の周囲に補強コンクリート２０５を打設することにより、鉄骨柱脚部耐震補強構造２００を構成することができる。
【０００３】
このような補強を行うと、鉄骨柱脚部５１と基礎５３は剛結されることになり、基礎５３にも曲げモーメントを負担させることになるが、一般の建築物では、基礎５３は剛な地中梁等に接続しているので、問題が生じることはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、線路上空に構築する建造物の場合には、１つの杭基礎の上に１つの鉄骨柱部材が配置される場合が多い。この場合、図４における鉄骨柱脚部５１と基礎５３のような構成は、回転変形可能で曲げモーメントを負担しないピン支点を構成するものとして取り扱われ、既存の杭基礎もその条件で設計されている。このため、図５に示すような剛な耐震補強を行い基礎にも曲げモーメントを負担させると、杭基礎の耐力を超えてしまい、杭基礎が破壊するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、建造物の鉄骨柱脚部において地震時に回転変形が可能で基礎に曲げモーメントを負担させない耐震補強構造及び耐震補強方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造は、
第１補強部材１０と接合ボルト４０を備えた鉄骨柱脚部耐震補強構造１００であって、四角柱状の杭基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられ、前記第１補強部材１０は鋼板からなり第１柱脚接合部１０ａと第１塑性変形可能部１０ｂと第１基礎接合部１０ｃを有し、前記第１補強部材１０は鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置され、前記第１柱脚接合部１０ａは水平板状に形成され鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接により接合され、前記第１塑性変形可能部１０ｂは第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続し、前記第１基礎接合部１０ｃは第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成されボルト孔１０ｄが開設されており杭基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合され、
地震時においてベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし当該点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形し、一方、左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形するという作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心としての時計回り方向に回転することができ、同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として回転することができ、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能であり、当該第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、杭基礎５３には曲げモーメントは伝達されないため、杭基礎５３が耐力を超え又は破壊を生じることを防止すること
を特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記第２塑性変形可能部の前記柱軸方向に垂直な断面積は前記第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定されること
を特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に配置される第３補強部材をさらに有し、
前記第２柱脚接合部は前記第３補強部材の側面に接合され、
前記第３補強部材は、前記地震力が作用した場合の前記ピン支点の回転に伴い曲げせん断塑性変形するように構成されること
を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法は、
第１補強部材１０と接合ボルト４０を備えた鉄骨柱脚部耐震補強構造１００を用いる耐震補強方法であって、四角柱状の杭基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられ、前記第１補強部材１０は鋼板からなり第１柱脚接合部１０ａと第１塑性変形可能部１０ｂと第１基礎接合部１０ｃを有し、前記第１補強部材１０は鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置され、前記第１柱脚接合部１０ａは水平板状に形成され鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接により接合され、前記第１塑性変形可能部１０ｂは第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続し、前記第１基礎接合部１０ｃは第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成されボルト孔１０ｄが開設されており杭基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合され、
地震時においてベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし当該点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形し、一方、左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形するという作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心としての時計回り方向に回転することができ、同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として回転することができ、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能であり、当該第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、杭基礎５３には曲げモーメントは伝達されないため、杭基礎５３が耐力を超え又は破壊を生じることを防止すること
を特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強方法であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記第２塑性変形可能部の前記柱軸方向に垂直な断面積は前記第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定されること
を特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に配置される第３補強部材をさらに有し、
前記第２柱脚接合部は前記第３補強部材の側面に接合され、
前記第３補強部材は、前記地震力が作用した場合の前記ピン支点の回転に伴い曲げせん断塑性変形するように構成されること
を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態である鉄骨柱脚部耐震補強構造の全体構成を示す側面図である。また、図２は、図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第１補強部材を取り付けた場合の構成を示す図であり、図２（Ａ）は側面図を、図２（Ｂ）は上面図を、それぞれ示している。また、図３は、図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第２補強部材及び第３補強部材の構成を示す図であり、図３（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図を、図３（Ｂ）は第２補強部材の正面図を、それぞれ示している。
【００１５】
図１に示すように、この鉄骨柱脚部耐震補強構造１００は、第１補強部材１０と、第２補強部材２０と、第３補強部材３０と、接合ボルト４０を備えて構成され、四角柱状の基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられている。
【００１６】
また、図１，２に示すように、第１補強部材１０は、鋼板からなり、第１柱脚接合部１０ａと、第１塑性変形可能部１０ｂと、第１基礎接合部１０ｃを有している。また、第１補強部材１０は、鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置されている。
【００１７】
上記の第１柱脚接合部１０ａは、水平板状に形成され、鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接等により接合される。また、第１塑性変形可能部１０ｂは、第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり、第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され、第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続している。第１基礎接合部１０ｃは、第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成され、ボルト孔１０ｄが開設されており、基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合される。
【００１８】
また、図１及び図３（Ａ）に示すように、第３補強部材３０は、長方形状の鋼板により形成されている。また、第３補強部材３０は、鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに対して２つずつ配置され、鉄骨柱脚部５１の側面に溶接等により接合されている。この場合、第３補強部材３０の端面の長軸方向は、鉄骨柱部材５０の柱軸（長軸）の方向と一致している。
【００１９】
また、図１，３に示すように、第２補強部材２０は、鋼板からなり、第２柱脚接合部２０ａと、第２塑性変形可能部２０ｂと、第２基礎接合部２０ｃを有している。また、第２補強部材２０は、鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに対して１つずつ配置されている。
【００２０】
上記の第２柱脚接合部２０ａは、水平板状に形成され、第３補強部材３０と垂直になるように第３補強部材３０の端面に溶接等により接合される。また、第２塑性変形可能部２０ｂは、第２柱脚接合部２０ａと第２基礎接合部２０ｃの中間に設けられる部分であり、第２柱脚接合部２０ａよりも幅の狭い帯板状に形成され、第２柱脚接合部２０ａの延在方向に接続している。
【００２１】
また、第２基礎接合部２０ｃは、第２柱脚接合部２０ａよりも幅の広い板状に形成されている。この例の場合、第２基礎接合部２０ｃの幅は、第１補強部材１０の第１基礎接合部１０ｃの幅と等しく設定されている。また、第２基礎接合部２０ｃにはボルト孔２０ｄが開設されており、第１補強部材１０の上から、基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合される。
【００２２】
次に、上記した鉄骨柱脚部耐震補強構造１００の作用について説明を行う。
【００２３】
まず、第１補強部材１０の作用について説明する。
地震時において、ベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし、この点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を例えば図１，図２（Ａ）の時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、図における右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、図の左側から右側へ向かう方向の水平力が作用する。この水平力により、図における右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、図における時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形する。
【００２４】
一方、図１，図２（Ａ）における左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、図の左側から右側へ向かう方向の水平力が作用する。この水平力により、図における左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、図における時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形する。
【００２５】
このような作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図１，図２（Ａ）の時計回り方向に回転することができる。同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図の反時計回り方向、紙面の手前から奥へ向かう回転方向、紙面の奥から手前へ向かう回転方向に回転することができる。また、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能である。
【００２６】
また、このような第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、基礎５３には曲げモーメントは伝達されない。したがって、基礎５３がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【００２７】
次に、第２補強部材２０の作用について説明する。
【００２８】
地震時において、ベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点として鉄骨柱脚部５１を例えば図１の時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、図における左端の第２補強部材２０には、図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）の引張力が作用する。この引張力により、図における左端の第２補強部材２０の第２塑性変形可能部２０ｂは、図の上下方向に引張塑性変形して伸びる。
【００２９】
一方、図における右端の第２補強部材２０には、図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）の圧縮力が作用する。この圧縮力により、図における右端の第２補強部材２０の第２塑性変形可能部２０ｂは、図の上下方向に圧縮塑性変形して縮む。
【００３０】
このような作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図１の時計回り方向に回転することができる。同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図の反時計回り方向、紙面の手前から奥へ向かう回転方向、紙面の奥から手前へ向かう回転方向に回転することができる。また、４つの第２補強部材２０のそれぞれが適宜の引張塑性変形又は圧縮塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能である。
【００３１】
また、このような第２補強部材２０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、基礎５３には曲げモーメントは伝達されない。したがって、基礎５３がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【００３２】
次に、第３補強部材３０の作用について説明する。
【００３３】
地震時において、ベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点として鉄骨柱脚部５１を回転させる力が作用すると、第３補強部材３０の端面（第２補強部材２０との接合面）は、第２補強部材２０により図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）のせん断力を受け、これにより第３補強部材３０は曲げせん断塑性変形する。また、第２補強部材２０には、図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）の引張力又は圧縮力が作用する。
【００３４】
この曲げせん断塑性変形によっても地震力による曲げモーメントは吸収され、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図１の時計回り方向に回転することができる。このような回転により基礎５３には曲げモーメントは伝達されない。したがって、基礎５３がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【００３５】
上記の実施形態において、第１補強部材１０，第２補強部材２０，第３補強部材３０，接合ボルト４０は、耐震補強部材に相当している。また、第１塑性変形可能部１０ｂ，第２塑性変形可能部２０ｂ，第３補強部材３０は、地震力吸収手段に相当している。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、第１補強部材（例えば１０）と第２補強部材（例えば２０）と第３補強部材（例えば３０）が合成された鉄骨柱脚部耐震補強構造について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成であってもよく、例えば、第１補強部材を単独で用いてもよい。あるいは、第２補強部材と第３補強部材の組合わせのみを用いてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態においては、第１補強部材，第２補強部材，第３補強部材は、板状部材からなるものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の補強部材、例えば、棒状部、管状部、ブロック状部等を有する構成でもよい。要は、地震力が作用した場合に塑性変形することによりピン支点の回転を許容し地震力に伴う鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する部分を有していればどのような形状の部材であってもよいのである。
【００３９】
また、各補強部材の材質についても、鋼材には限定されず、他の材料、例えば、アルミニウム等の他の金属材料、アルミニウム合金等の合金材料などにより形成されていてもよい。また、鋼材のうち、極低降伏点鋼を用いてもよい。要は、地震力が作用した場合に塑性変形することによりピン支点の回転を許容し地震力に伴う鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収可能な塑性変形性能を有する材料であればよいのである。
【００４０】
また、上記実施形態においては、第１補強部材（例えば１０）の第１塑性変形可能部（例えば１０ｂ）として、第１柱脚接合部と幅の等しい板状部材を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の第１塑性変形可能部、例えば、第１柱脚接合部よりも幅の狭い板状部材であってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態においては、第２補強部材（例えば２０）の第２塑性変形可能部（例えば２０ｂ）として、第２柱脚接合部（例えば２０ａ）や第２基礎接合部（例えば２０ｃ）よりも幅の狭い板状部材を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の第２塑性変形可能部、例えば、第２柱脚接合部や第２基礎接合部よりも板厚の小さい板状部材であってもよい。要は、第２塑性変形可能部の柱軸方向（鉄骨柱部材の長軸方向）に垂直な断面積が第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定され、地震力が作用した場合に鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形するように構成されていればよいのである。
【００４２】
また、上記実施形態においては、第２補強部材（例えば２０）が第３補強部材（例えば３０）を介して鉄骨柱脚部（例えば５１）の側面に間接的に接合される例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成、例えば、第３補強部材は用いずに、第２補強部材の第２柱脚接合部（例えば２０ａ）が鉄骨柱脚部側面に溶接やボルト等により直接に接合されるように構成してもよい。また、第３補強部材は２枚の板状部材からなる構成には限定されず、１枚の板状部材で構成されてもよいし、３枚以上の板状部材から構成されてもよく、あるいはブロック状の部材でもよい。また、第３補強部材は、第２柱脚接合部を鉄骨柱脚部側面に介設するのみで、地震時に曲げせん断塑性変形を生じない剛体であってもよい。
【００４３】
また、上記実施形態においては、地震力吸収手段として、第１補強部材（例えば１０）の第１塑性変形可能部（例えば１０ｂ）が曲げ塑性変形することにより、又は第２補強部材（例えば２０）の第２塑性変形可能部（例えば２０ｂ）が引張塑性変形あるいは圧縮塑性変形することにより、若しくは第３補強部材（例えば３０）自体が曲げせん断塑性変形することにより、地震力による曲げモーメントを吸収する例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の地震力吸収手段を用いてもよい。例えば、地震力が作用して鉄骨柱脚部（例えば５１）が仮想のピン支点のまわりに回転しようとした場合に、接合ボルト４０のあるものには基礎５３から引き抜かれる方向に引張力が作用するが、この引張力に伴う接合ボルト４０の引張塑性変形により地震時曲げモーメントの一部を吸収するように構成してもよい。この場合には、接合ボルト４０が地震力吸収手段に相当する。
【００４４】
また、上記実施形態においては、耐震補強を行う鉄骨柱脚部が角形管柱状のものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の鉄骨柱脚部、例えば、円形断面の管柱状部材等であってもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、基礎（例えば５３）については特に言及していないが、無筋コンクリート，鉄筋コンクリート，鉄骨鉄筋コンクリート等のコンクリート部材でもよいし、鋼材からなる部材であってもよい。
【００４６】
また、上記説明においては、鉄骨柱脚部が用いられる建造物として、一般建築物、線路上空構築物を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の建造物、例えば、線路上空以外の一般の土木構造物等であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造として、地震力が作用した場合に塑性変形することによりピン支点の回転を許容し地震力に伴う鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備えたので、基礎には曲げモーメントは伝達されず、基礎がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である鉄骨柱脚部耐震補強構造の全体構成を示す側面図である。
【図２】図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第１補強部材を取り付けた場合の構成を示す図であり、図２（Ａ）は側面図を、図２（Ｂ）は上面図を、それぞれ示している。
【図３】図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第２補強部材及び第３補強部材の構成を示す図であり、図３（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図を、図３（Ｂ）は第２補強部材の正面図を、それぞれ示している。
【図４】図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造を適用する建造物の鉄骨柱脚部の構成を示す側断面図である。
【図５】従来の鉄骨柱脚部耐震補強構造の構成例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０ 第１補強部材
１０ａ 第１柱脚接合部
１０ｂ 第１塑性変形可能部
１０ｃ 第１基礎接合部
１０ｄ ボルト孔
２０ 第２補強部材
２０ａ 第２柱脚接合部
２０ｂ 第２塑性変形可能部
２０ｃ 第２基礎接合部
２０ｄ ボルト孔
３０ 第３補強部材
４０ 接合ボルト
５０ 鉄骨柱部材
５１ 鉄骨柱脚部
５２ ベースプレート
５３ 基礎
５４ アンカーボルト
１００ 鉄骨柱脚部耐震補強構造
２００ 鉄骨柱脚部耐震補強構造
２０１ 取付プレート
２０２ 取付ボルト
２０３ 取付鉄筋
２０４ フープ鉄筋
２０５ 補強コンクリート
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造、及び建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法に関し、特に、建造物における鉄骨柱部材の下端の鉄骨柱脚部の耐震補強構造、及耐震補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物や土木構造物等の建造物において、既存の柱部材の下端の柱脚部を補強し地震時の耐力を向上させる方法については、従来、種々の方法が提案されている。例えば、図４に示す鉄骨柱部材５０のベースプレート５２がアンカーボルト５４により基礎５３に連結されている鉄骨柱脚部５１を耐震補強する場合には、図５に示すように、基礎５３に取付プレート２０１を取付ボルト２０２により取り付け、取付プレート２０１に結合された取付鉄筋２０３により鉄骨柱脚部５１の周囲にフープ鉄筋２０４を配置し、鉄骨柱脚部５１の周囲に補強コンクリート２０５を打設することにより、鉄骨柱脚部耐震補強構造２００を構成することができる。
【０００３】
このような補強を行うと、鉄骨柱脚部５１と基礎５３は剛結されることになり、基礎５３にも曲げモーメントを負担させることになるが、一般の建築物では、基礎５３は剛な地中梁等に接続しているので、問題が生じることはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、線路上空に構築する建造物の場合には、１つの杭基礎の上に１つの鉄骨柱部材が配置される場合が多い。この場合、図４における鉄骨柱脚部５１と基礎５３のような構成は、回転変形可能で曲げモーメントを負担しないピン支点を構成するものとして取り扱われ、既存の杭基礎もその条件で設計されている。このため、図５に示すような剛な耐震補強を行い基礎にも曲げモーメントを負担させると、杭基礎の耐力を超えてしまい、杭基礎が破壊するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、建造物の鉄骨柱脚部において地震時に回転変形が可能で基礎に曲げモーメントを負担させない耐震補強構造及び耐震補強方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造は、
第１補強部材１０と接合ボルト４０を備えた鉄骨柱脚部耐震補強構造１００であって、四角柱状の杭基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられ、前記第１補強部材１０は鋼板からなり第１柱脚接合部１０ａと第１塑性変形可能部１０ｂと第１基礎接合部１０ｃを有し、前記第１補強部材１０は鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置され、前記第１柱脚接合部１０ａは水平板状に形成され鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接により接合され、前記第１塑性変形可能部１０ｂは第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続し、前記第１基礎接合部１０ｃは第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成されボルト孔１０ｄが開設されており杭基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合され、
地震時においてベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし当該点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形し、一方、左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形するという作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心としての時計回り方向に回転することができ、同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として回転することができ、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能であり、当該第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、杭基礎５３には曲げモーメントは伝達されないため、杭基礎５３が耐力を超え又は破壊を生じることを防止すること
を特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記第２塑性変形可能部の前記柱軸方向に垂直な断面積は前記第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定されること
を特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に配置される第３補強部材をさらに有し、
前記第２柱脚接合部は前記第３補強部材の側面に接合され、
前記第３補強部材は、前記地震力が作用した場合の前記ピン支点の回転に伴い曲げせん断塑性変形するように構成されること
を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法は、
第１補強部材１０と接合ボルト４０を備えた鉄骨柱脚部耐震補強構造１００を用いる耐震補強方法であって、四角柱状の杭基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられ、前記第１補強部材１０は鋼板からなり第１柱脚接合部１０ａと第１塑性変形可能部１０ｂと第１基礎接合部１０ｃを有し、前記第１補強部材１０は鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置され、前記第１柱脚接合部１０ａは水平板状に形成され鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接により接合され、前記第１塑性変形可能部１０ｂは第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続し、前記第１基礎接合部１０ｃは第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成されボルト孔１０ｄが開設されており杭基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合され、
地震時においてベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし当該点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形し、一方、左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形するという作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心としての時計回り方向に回転することができ、同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として回転することができ、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能であり、当該第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、杭基礎５３には曲げモーメントは伝達されないため、杭基礎５３が耐力を超え又は破壊を生じることを防止すること
を特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強方法であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記第２塑性変形可能部の前記柱軸方向に垂直な断面積は前記第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定されること
を特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法は、
建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に配置される第３補強部材をさらに有し、
前記第２柱脚接合部は前記第３補強部材の側面に接合され、
前記第３補強部材は、前記地震力が作用した場合の前記ピン支点の回転に伴い曲げせん断塑性変形するように構成されること
を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態である鉄骨柱脚部耐震補強構造の全体構成を示す側面図である。また、図２は、図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第１補強部材を取り付けた場合の構成を示す図であり、図２（Ａ）は側面図を、図２（Ｂ）は上面図を、それぞれ示している。また、図３は、図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第２補強部材及び第３補強部材の構成を示す図であり、図３（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図を、図３（Ｂ）は第２補強部材の正面図を、それぞれ示している。
【００１５】
図１に示すように、この鉄骨柱脚部耐震補強構造１００は、第１補強部材１０と、第２補強部材２０と、第３補強部材３０と、接合ボルト４０を備えて構成され、四角柱状の基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられている。
【００１６】
また、図１，２に示すように、第１補強部材１０は、鋼板からなり、第１柱脚接合部１０ａと、第１塑性変形可能部１０ｂと、第１基礎接合部１０ｃを有している。また、第１補強部材１０は、鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置されている。
【００１７】
上記の第１柱脚接合部１０ａは、水平板状に形成され、鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接等により接合される。また、第１塑性変形可能部１０ｂは、第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり、第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され、第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続している。第１基礎接合部１０ｃは、第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成され、ボルト孔１０ｄが開設されており、基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合される。
【００１８】
また、図１及び図３（Ａ）に示すように、第３補強部材３０は、長方形状の鋼板により形成されている。また、第３補強部材３０は、鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに対して２つずつ配置され、鉄骨柱脚部５１の側面に溶接等により接合されている。この場合、第３補強部材３０の端面の長軸方向は、鉄骨柱部材５０の柱軸（長軸）の方向と一致している。
【００１９】
また、図１，３に示すように、第２補強部材２０は、鋼板からなり、第２柱脚接合部２０ａと、第２塑性変形可能部２０ｂと、第２基礎接合部２０ｃを有している。また、第２補強部材２０は、鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに対して１つずつ配置されている。
【００２０】
上記の第２柱脚接合部２０ａは、水平板状に形成され、第３補強部材３０と垂直になるように第３補強部材３０の端面に溶接等により接合される。また、第２塑性変形可能部２０ｂは、第２柱脚接合部２０ａと第２基礎接合部２０ｃの中間に設けられる部分であり、第２柱脚接合部２０ａよりも幅の狭い帯板状に形成され、第２柱脚接合部２０ａの延在方向に接続している。
【００２１】
また、第２基礎接合部２０ｃは、第２柱脚接合部２０ａよりも幅の広い板状に形成されている。この例の場合、第２基礎接合部２０ｃの幅は、第１補強部材１０の第１基礎接合部１０ｃの幅と等しく設定されている。また、第２基礎接合部２０ｃにはボルト孔２０ｄが開設されており、第１補強部材１０の上から、基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合される。
【００２２】
次に、上記した鉄骨柱脚部耐震補強構造１００の作用について説明を行う。
【００２３】
まず、第１補強部材１０の作用について説明する。
地震時において、ベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし、この点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を例えば図１，図２（Ａ）の時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、図における右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、図の左側から右側へ向かう方向の水平力が作用する。この水平力により、図における右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、図における時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形する。
【００２４】
一方、図１，図２（Ａ）における左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、図の左側から右側へ向かう方向の水平力が作用する。この水平力により、図における左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、図における時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形する。
【００２５】
このような作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図１，図２（Ａ）の時計回り方向に回転することができる。同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図の反時計回り方向、紙面の手前から奥へ向かう回転方向、紙面の奥から手前へ向かう回転方向に回転することができる。また、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能である。
【００２６】
また、このような第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、基礎５３には曲げモーメントは伝達されない。したがって、基礎５３がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【００２７】
次に、第２補強部材２０の作用について説明する。
【００２８】
地震時において、ベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点として鉄骨柱脚部５１を例えば図１の時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、図における左端の第２補強部材２０には、図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）の引張力が作用する。この引張力により、図における左端の第２補強部材２０の第２塑性変形可能部２０ｂは、図の上下方向に引張塑性変形して伸びる。
【００２９】
一方、図における右端の第２補強部材２０には、図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）の圧縮力が作用する。この圧縮力により、図における右端の第２補強部材２０の第２塑性変形可能部２０ｂは、図の上下方向に圧縮塑性変形して縮む。
【００３０】
このような作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図１の時計回り方向に回転することができる。同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図の反時計回り方向、紙面の手前から奥へ向かう回転方向、紙面の奥から手前へ向かう回転方向に回転することができる。また、４つの第２補強部材２０のそれぞれが適宜の引張塑性変形又は圧縮塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能である。
【００３１】
また、このような第２補強部材２０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、基礎５３には曲げモーメントは伝達されない。したがって、基礎５３がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【００３２】
次に、第３補強部材３０の作用について説明する。
【００３３】
地震時において、ベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点として鉄骨柱脚部５１を回転させる力が作用すると、第３補強部材３０の端面（第２補強部材２０との接合面）は、第２補強部材２０により図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）のせん断力を受け、これにより第３補強部材３０は曲げせん断塑性変形する。また、第２補強部材２０には、図の上下方向（鉄骨柱部材５０の柱軸方向）の引張力又は圧縮力が作用する。
【００３４】
この曲げせん断塑性変形によっても地震力による曲げモーメントは吸収され、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として図１の時計回り方向に回転することができる。このような回転により基礎５３には曲げモーメントは伝達されない。したがって、基礎５３がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【００３５】
上記の実施形態において、第１補強部材１０，第２補強部材２０，第３補強部材３０，接合ボルト４０は、耐震補強部材に相当している。また、第１塑性変形可能部１０ｂ，第２塑性変形可能部２０ｂ，第３補強部材３０は、地震力吸収手段に相当している。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、第１補強部材（例えば１０）と第２補強部材（例えば２０）と第３補強部材（例えば３０）が合成された鉄骨柱脚部耐震補強構造について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成であってもよく、例えば、第１補強部材を単独で用いてもよい。あるいは、第２補強部材と第３補強部材の組合わせのみを用いてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態においては、第１補強部材，第２補強部材，第３補強部材は、板状部材からなるものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の補強部材、例えば、棒状部、管状部、ブロック状部等を有する構成でもよい。要は、地震力が作用した場合に塑性変形することによりピン支点の回転を許容し地震力に伴う鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する部分を有していればどのような形状の部材であってもよいのである。
【００３９】
また、各補強部材の材質についても、鋼材には限定されず、他の材料、例えば、アルミニウム等の他の金属材料、アルミニウム合金等の合金材料などにより形成されていてもよい。また、鋼材のうち、極低降伏点鋼を用いてもよい。要は、地震力が作用した場合に塑性変形することによりピン支点の回転を許容し地震力に伴う鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収可能な塑性変形性能を有する材料であればよいのである。
【００４０】
また、上記実施形態においては、第１補強部材（例えば１０）の第１塑性変形可能部（例えば１０ｂ）として、第１柱脚接合部と幅の等しい板状部材を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の第１塑性変形可能部、例えば、第１柱脚接合部よりも幅の狭い板状部材であってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態においては、第２補強部材（例えば２０）の第２塑性変形可能部（例えば２０ｂ）として、第２柱脚接合部（例えば２０ａ）や第２基礎接合部（例えば２０ｃ）よりも幅の狭い板状部材を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の第２塑性変形可能部、例えば、第２柱脚接合部や第２基礎接合部よりも板厚の小さい板状部材であってもよい。要は、第２塑性変形可能部の柱軸方向（鉄骨柱部材の長軸方向）に垂直な断面積が第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定され、地震力が作用した場合に鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形するように構成されていればよいのである。
【００４２】
また、上記実施形態においては、第２補強部材（例えば２０）が第３補強部材（例えば３０）を介して鉄骨柱脚部（例えば５１）の側面に間接的に接合される例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成、例えば、第３補強部材は用いずに、第２補強部材の第２柱脚接合部（例えば２０ａ）が鉄骨柱脚部側面に溶接やボルト等により直接に接合されるように構成してもよい。また、第３補強部材は２枚の板状部材からなる構成には限定されず、１枚の板状部材で構成されてもよいし、３枚以上の板状部材から構成されてもよく、あるいはブロック状の部材でもよい。また、第３補強部材は、第２柱脚接合部を鉄骨柱脚部側面に介設するのみで、地震時に曲げせん断塑性変形を生じない剛体であってもよい。
【００４３】
また、上記実施形態においては、地震力吸収手段として、第１補強部材（例えば１０）の第１塑性変形可能部（例えば１０ｂ）が曲げ塑性変形することにより、又は第２補強部材（例えば２０）の第２塑性変形可能部（例えば２０ｂ）が引張塑性変形あるいは圧縮塑性変形することにより、若しくは第３補強部材（例えば３０）自体が曲げせん断塑性変形することにより、地震力による曲げモーメントを吸収する例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の地震力吸収手段を用いてもよい。例えば、地震力が作用して鉄骨柱脚部（例えば５１）が仮想のピン支点のまわりに回転しようとした場合に、接合ボルト４０のあるものには基礎５３から引き抜かれる方向に引張力が作用するが、この引張力に伴う接合ボルト４０の引張塑性変形により地震時曲げモーメントの一部を吸収するように構成してもよい。この場合には、接合ボルト４０が地震力吸収手段に相当する。
【００４４】
また、上記実施形態においては、耐震補強を行う鉄骨柱脚部が角形管柱状のものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の鉄骨柱脚部、例えば、円形断面の管柱状部材等であってもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、基礎（例えば５３）については特に言及していないが、無筋コンクリート，鉄筋コンクリート，鉄骨鉄筋コンクリート等のコンクリート部材でもよいし、鋼材からなる部材であってもよい。
【００４６】
また、上記説明においては、鉄骨柱脚部が用いられる建造物として、一般建築物、線路上空構築物を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の建造物、例えば、線路上空以外の一般の土木構造物等であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造として、地震力が作用した場合に塑性変形することによりピン支点の回転を許容し地震力に伴う鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備えたので、基礎には曲げモーメントは伝達されず、基礎がピン支点の条件で設計された杭基礎等であっても、耐力を超えたり破壊を生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である鉄骨柱脚部耐震補強構造の全体構成を示す側面図である。
【図２】図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第１補強部材を取り付けた場合の構成を示す図であり、図２（Ａ）は側面図を、図２（Ｂ）は上面図を、それぞれ示している。
【図３】図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造における第２補強部材及び第３補強部材の構成を示す図であり、図３（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面図を、図３（Ｂ）は第２補強部材の正面図を、それぞれ示している。
【図４】図１に示す鉄骨柱脚部耐震補強構造を適用する建造物の鉄骨柱脚部の構成を示す側断面図である。
【図５】従来の鉄骨柱脚部耐震補強構造の構成例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０ 第１補強部材
１０ａ 第１柱脚接合部
１０ｂ 第１塑性変形可能部
１０ｃ 第１基礎接合部
１０ｄ ボルト孔
２０ 第２補強部材
２０ａ 第２柱脚接合部
２０ｂ 第２塑性変形可能部
２０ｃ 第２基礎接合部
２０ｄ ボルト孔
３０ 第３補強部材
４０ 接合ボルト
５０ 鉄骨柱部材
５１ 鉄骨柱脚部
５２ ベースプレート
５３ 基礎
５４ アンカーボルト
１００ 鉄骨柱脚部耐震補強構造
２００ 鉄骨柱脚部耐震補強構造
２０１ 取付プレート
２０２ 取付ボルト
２０３ 取付鉄筋
２０４ フープ鉄筋
２０５ 補強コンクリート
Claims (6)
- 第１補強部材１０と接合ボルト４０を備えた鉄骨柱脚部耐震補強構造１００であって、四角柱状の杭基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられ、前記第１補強部材１０は鋼板からなり第１柱脚接合部１０ａと第１塑性変形可能部１０ｂと第１基礎接合部１０ｃを有し、前記第１補強部材１０は鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置され、前記第１柱脚接合部１０ａは水平板状に形成され鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接により接合され、前記第１塑性変形可能部１０ｂは第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続し、前記第１基礎接合部１０ｃは第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成されボルト孔１０ｄが開設されており杭基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合され、
地震時においてベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし当該点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形し、一方、左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形するという作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心としての時計回り方向に回転することができ、同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として回転することができ、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能であり、当該第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、杭基礎５３には曲げモーメントは伝達されないため、杭基礎５３が耐力を超え又は破壊を生じることを防止すること
を特徴とする建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造。 - 建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記第２塑性変形可能部の前記柱軸方向に垂直な断面積は前記第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定されること
を特徴とする建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造。 - 建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震 力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に配置される第３補強部材をさらに有し、
前記第２柱脚接合部は前記第３補強部材の側面に接合され、
前記第３補強部材は、前記地震力が作用した場合の前記ピン支点の回転に伴い曲げせん断塑性変形するように構成されること
を特徴とする建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強構造。 - 第１補強部材１０と接合ボルト４０を備えた鉄骨柱脚部耐震補強構造１００を用いる耐震補強方法であって、四角柱状の杭基礎５３の上に設置された角形管柱状の鉄骨柱部材５０の鉄骨柱脚部５１に取り付けられ、前記第１補強部材１０は鋼板からなり第１柱脚接合部１０ａと第１塑性変形可能部１０ｂと第１基礎接合部１０ｃを有し、前記第１補強部材１０は鉄骨柱脚部５１の４つの側面のそれぞれに１つずつ配置され、前記第１柱脚接合部１０ａは水平板状に形成され鉄骨柱脚部５１の側面に水平に溶接により接合され、前記第１塑性変形可能部１０ｂは第１柱脚接合部１０ａと第１基礎接合部１０ｃの中間に設けられる部分であり第１柱脚接合部１０ａと等しい幅の板状に形成され第１柱脚接合部１０ａに垂直に屈曲接続し、前記第１基礎接合部１０ｃは第１塑性変形可能部１０ｂよりも幅の広い板状に形成されボルト孔１０ｄが開設されており杭基礎５３の側面に接合ボルト４０により接合され、
地震時においてベースプレート５２の中心の上方付近を仮想のピン支点とし当該点を回転中心として鉄骨柱脚部５１を時計回り方向に回転させる力が作用した場合には、右端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、右端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形し、一方、左端の第１補強部材１０の第１柱脚接合部１０ａには、左側から右側へ向かう方向の水平力が作用し、当該水平力により、左端の第１補強部材１０の第１塑性変形可能部１０ｂは、時計回り方向に曲がるように曲げ塑性変形するという作用により、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心としての時計回り方向に回転することができ、同様の作用により、いずれの方向から地震力が作用しても、鉄骨柱脚部５１は、ベースプレート５２の中心の上方付近を回転中心として回転することができ、４つの第１補強部材１０のそれぞれが適宜の方向への曲げ塑性変形を行うことにより、上記回転方向の中間の回転方向へも回転を行うことが可能であり、当該第１補強部材１０の回転変形により、地震力による曲げモーメントは吸収され、杭基礎５３には曲げモーメントは伝達されないため、杭基礎５３が耐力を超え又は破壊を生じることを防止すること
を特徴とする建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法。 - 建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強方法であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記第２塑性変形可能部の前記柱軸方向に垂直な断面積は前記第２補強部材の他の部分の断面積よりも小さく設定されること
を特徴とする建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法。 - 建造物の鉄骨柱部材の下端において基礎との間でピン支点を構成する鉄骨柱脚部の耐震補強構造であって、
地震力が作用した場合に塑性変形することにより前記ピン支点の回転を許容し前記地震力に伴う前記鉄骨柱脚部の曲げモーメントを吸収する地震力吸収手段を有する耐震補強部材を備え、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に水平に接合される第１柱脚接合部と、前記基礎に接合される第１基礎接合部を有し、前記地震力吸収手段として、前記第１柱脚接合部及び前記第１基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に曲げ塑性変形を生じる第１塑性変形可能部を有する第１補強部材を有し、
前記第１柱脚接合部は水平部材であり、前記第１塑性変形可能部は前記第１柱脚接合部に屈曲接続するように形成され、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に直接又は間接に接合される第２柱脚接合部と、前記基礎に接合される第２基礎接合部をさらに有し、前記地震力吸収手段として、前記第２柱脚接合部及び前記第２基礎接合部の中間に設けられ前記地震力が作用した場合に前記鉄骨柱部材の柱軸方向に引張塑性変形又は圧縮塑性変形する第２塑性変形可能部を有する第２補強部材を有し、
前記耐震補強部材は、前記鉄骨柱脚部の側面に配置される第３補強部材をさらに有し、
前記第２柱脚接合部は前記第３補強部材の側面に接合され、
前記第３補強部材は、前記地震力が作用した場合の前記ピン支点の回転に伴い曲げせん断塑性変形するように構成されること
を特徴とする建造物の鉄骨柱脚部の耐震補強方法。
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