JP4761929B2 - 鉄骨梁補強金物及びその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェブに貫通孔が形成された鉄骨梁を補強するために用いられる鉄骨梁補強金物及びその施工方法に関するものである。

従来の鉄骨梁補強金物としては、例えば、図９に示すようなものがあった（特許文献１参照）。同図において、鉄骨梁２にはそのウェブ２ｂの幅方向（図中上下方向）中央部に貫通孔３が形成されており、この貫通孔３の周囲の縁部を形成するウェブ２ｂには、中心孔１ａを有する梁補強金具１の周縁部が、ボルト５、ナット７、座金１０を介して取り付けられている。

この従来の梁補強金具１は、その中心孔１ａを通って、建物の空調設備や給排水設備等の配管やダクト（図示せず）等を通すことができるようになっている。そして、鉄骨梁２の貫通孔３が形成されたウェブ２ｂに梁補強金具１が取り付けられていることで、貫通孔３が明けられたことにより低下した鉄骨梁２の強度を補強するようになっている。
特開２００３−２３２０７７号公報

しかしながら、上記従来の鉄骨梁補強金物にあっては、図１０に示すように、ボルト５の軸部５ａが通る梁補強金具１のボルト挿通孔１ｂの周面、同じくボルト５の軸部５ａが通るウェブ２ｂのボルト挿通孔２ｃの周面のそれぞれと、ボルト５の軸部５ａの周面との間に、通常設定される大き目のクリアランスＧがある。

このため、地震等の荷重による応力が鉄骨梁２に加わったとき、図１１に示すように、ボルト５の軸部５ａの周面が、梁補強金具１及びウェブ２ｂのボルト挿通孔１ｂ，２ｃの互いに対向する周面両方に接触するまでの間、梁補強金具１とウェブ２ｂのそれぞれの接触面間に滑りが生じ、その滑り動作中は滑り摩擦力しか働かないので、応力に対する抵抗力がほとんど発揮できなかった。

そして、図１１に示すように、上記互いに対向するボルト挿通孔１ｂ，２ｃの周面が共にボルト５の軸部５ａの周面の互いに反対側に接触して、梁補強金具１とウェブ２ｂのそれぞれの接触面間の滑り動作が終了したときから、梁補強金具１とウェブ２ｂが互に反対方向Ａ，Ｂに向かって、それまでに引き続き相対移動しようとすることにより、ボルト５の軸部５ａに対してその長さ方向と直角方向に働く剪断力Ｆが、地震等の荷重による応力に対する抵抗力となって働くようになる。

このため、上記応力が鉄骨梁２に加わった時点からこの応力に対する抵抗力が発生するまでの間、すなわち梁補強金具１とウェブ２ｂ間の滑り動作が行われている間は、応力に対する抵抗力が働かないので、応力による鉄骨梁２の変形を防止することができない。このため、上記応力が鉄骨梁２に加わった時点からこの応力に対する抵抗力が発生するまでの間は、鉄骨梁２の変形が進むことにより、鉄骨梁２と柱を組み立てた構造骨組（図示せず）全体の変形も進み、ひいてはその構造骨組全体の破壊を招くおそれがあるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、地震等の荷重による応力が鉄骨梁に加わった当初から直ちにこの応力に対する抵抗力を発生させることができるような鉄骨梁補強金物及びその施工方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、
鉄骨梁のウェブに形成された貫通孔を補強する鉄骨梁補強金物であって、
前記貫通孔の縁部の周囲に補強金物が取り付けられ、
前記補強金物には中心孔が形成され、
前記ウェブと前記補強金物とを同軸上に貫通して前記ウェブと前記補強金物とを締結するネジ締結手段の軸部が挿通する挿通孔が形成され、
前記ウェブに形成された第１挿通孔の内周面及び前記補強金物に形成された第２挿通孔の内周面のそれぞれと、前記軸部の外周面との間の隙間をほぼ零にした状態で、前記軸部が前記第１、第２挿通孔に、前記ウェブと前記補強金物の略全厚さにわたって挿通されたことを特徴とするものである。

また本発明は、前記補強金物において、前記挿通孔が形成された半径外方における肉厚寸法より大きな肉厚寸法を有する厚肉部を半径内方に形成したことを特徴とするものである。

また本発明は、前記補強金物の中心孔の大きさが、前記貫通孔の大きさとほぼ同じか、もしくはこれより大きいことを特徴とするものである。

また本発明は、前記補強金物の厚肉部の外周の大きさが、前記貫通孔の大きさとほぼ同じか、もしくはこれより小さいことを特徴とするものである。

また本発明は、前記補強金物の中心孔の近傍に、中心孔の軸方向一端側又は両端側に突出する突部を設けたことを特徴とするものである。

また上記課題を解決するために本発明は、
鉄骨梁のウェブに形成された貫通孔を補強する鉄骨梁補強金物の施工方法であって、
前記貫通孔の縁部の周囲に補強金物が取り付けられ、
前記補強金物には中心孔が形成され、
前記ウェブと前記補強金物とを同軸上に貫通して前記ウェブと前記補強金物とを締結するネジ締結手段の軸部が挿通する挿通孔が形成され、
前記ウェブに形成された第１挿通孔の内周面及び前記補強金物に形成された第２挿通孔の内周面のそれぞれと、前記軸部の外周面との間の隙間をほぼ零にした状態で、前記軸部が前記第１、第２挿通孔に、前記ウェブと前記補強金物の略全厚さにわたって挿通されたことを特徴とするものである。

このような本発明の鉄骨梁補強金物によれば、
鉄骨梁のウェブに形成された貫通孔を補強する鉄骨梁補強金物であって、
前記貫通孔の縁部の周囲に取り付けられ、中心孔が形成され、前記ウェブと前記補強金物とを同軸上に貫通して前記ウェブと前記補強金物とを締結するネジ締結手段の軸部が挿通する挿通孔が形成され、
前記挿通孔の周面と前記軸部周面との間の隙間をほぼ零にして取り付けられることにより、
地震等の荷重による応力が鉄骨梁に加わった当初から直ちにこの応力に対する抵抗力を発生させることができる。

また、前記補強金物において、前記挿通孔が形成された半径外方における肉厚寸法より大きな肉厚寸法を有する厚肉部を半径内方に形成したことにより、鉄骨梁の充分な補強と、補強金物の軽量化を図ることができる。

また、前記補強金物の中心孔の大きさが、前記貫通孔の大きさとほぼ同じか、もしくはこれより大きいことにより、貫通孔の大きさをできるだけ小さくして、鉄骨梁の強度が低下し過ぎないようにすることができる。

また、前記補強金物の厚肉部の外周の大きさが、前記貫通孔の大きさとほぼ同じか、もしくはこれより小さいことにより、補強金物の厚肉部を貫通孔の中に収めることができるので、貫通孔が変形するのを防止するよう支持することにより厚肉部が鉄骨梁を補強することができる。

また、前記補強金物の中心孔の近傍に、中心孔の軸方向一端側又は両端側に突出する突部を設けたことにより、鉄骨鉄筋コンクリート構造等、鉄骨梁をコンクリートで包むような構造の場合のコンクリート打設時に用いる、ボール紙等の厚紙等で形成されたコンクリートの型枠パイプを、ウェブの面と直交する方向に伸びるように保持することが可能となる。

さらに、本発明の鉄骨梁補強金物の施工方法によれば、
鉄骨梁のウェブに形成された貫通孔を補強する鉄骨梁補強金物の施工方法であって、
前記貫通孔の縁部の周囲に取り付けられ、中心孔が形成され、前記ウェブと前記補強金物とを同軸上に貫通して前記ウェブと前記補強金物とを締結するネジ締結手段の軸部が挿通する挿通孔が形成され、
前記挿通孔の周面と前記軸部周面との間の隙間をほぼ零にして取り付けられるようにしたことにより、
地震等の荷重による応力が鉄骨梁に加わった当初から直ちにこの応力に対する抵抗力を発生させることができる。

以下、本発明による鉄骨梁補強金物及びその施工方法を実施するための最良の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１から図３は、本発明の第１の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物及びその施工方法について説明するために参照する図である。従来と同様の部分には同じ符号を用いて説明するものとする。

図１において、鉄骨梁２の図中上下一対のフランジ２ａ間の、ウェブ２ｂの幅方向中央部には、図２に示すような丸い形状の貫通孔３が形成されており、この貫通孔３の周囲の縁部を形成するウェブ２ｂには、図１に示すように、貫通孔３を形成することにより低下した鉄骨梁２の強度を補強する鉄骨梁補強金物１１が、ネジ締結手段２５のボルト１５、ナット７、座金１０を介して固定されている。

補強金物１１は、図２に示すように、中心孔１１ａを有して円環状に形成され、図１に示すようにその中心孔１１ａの径をウェブ２ｂの貫通孔３の径と一致させて配置させている。そして、図２に示すような８組のネジ締結手段２５のボルト１５のネジ部１５ｂ（図３参照）とナット７とをネジ締結することにより、補強金物１１をウェブ２ｂに固定することができる。

補強金物１１の体積は、鉄骨梁２のウェブ２ｂに形成された貫通孔３の内側の容量と同じ体積Ｖの０．５〜２．５倍とすることが好ましい。上記体積Ｖの０．５倍以下だと鉄骨梁２を補強するためには不足し、その体積Ｖの２．５倍以上だと貫通孔の無い無孔梁よりも強度が大きくなる過剰品質となり、重量も重くなって材料の無駄が生じるからである。

本実施の形態に係るボルト１５には、リーマーボルト（「ＪＩＳハンドブック ねじ」（財団法人 日本規格協会発行）の第４０頁の番号２５１７、及び、「機械工学用語辞典」（理工学社発行）の第５９２頁の上から第４行目ないし第８行目の記載参照）が用いられている。

図３に示すように、ボルト１５の軸部１５ａは、その先端部に形成されたネジ部１５ｂのネジ山の径よりも大きな径を有している。その軸部１５ａは、補強金物１１に明けられたボルト挿通孔１１ｂと、鉄骨梁２のウェブ２ｂに明けられたボルト挿通孔２ｃに挿通されている。

上記ボルト挿通孔１１ｂ，２ｃを、機械工具のリーマーを用いてリーマー仕上加工を行うことにより、ボルト挿通孔１１ｂ，２ｃの周面とボルト１５の軸部１５ａの周面との間はほとんど隙間が無い（隙間がほぼ零の）状態にすることができ、ボルト挿通孔１１ｂ、２ｃへの軸部１５ａの挿通のために必要な最小限の隙間しか存在しない状態となっている。このため、補強金物１１とウェブ２ｂはそれぞれの接触面に沿って互に相対変位することができない。

このような本発明の第１の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物１１によれば、挿通孔１１ｂの周面と軸部１５ａ周面との間の隙間をほぼ零にして取り付けられることにより、ボルト１５の軸部１５ａの回りには、従来の図１０に示したボルト５の軸部５ａの回りに通常設定されるような大き目の隙間Ｇが無いので、地震等の荷重による応力が鉄骨梁２に加わったとき、補強金物１１と鉄骨梁２のウェブ２ｂとの間の接触面に、ボルト軸部の回りの隙間分だけ滑りが生じるというようなことは起こらない。

したがって、地震等の荷重による応力が鉄骨梁２に加わった当初の段階から直ちに、この応力に対する抵抗力を発生させることができる。すなわち補強金物１１とウェブ２ｂが互いに反対方向に相対移動するような力が働くことによる反力として、ボルト１５の軸部１５ａに対してその長さ方向と直角方向に働く大きな剪断力（図１１のＦ参照）を発生させることができる。

このため、地震等の荷重による応力が鉄骨梁２に加わった当初の段階から直ちに、この応力に対する抵抗力を発生させることができるため、地震等の荷重による応力による鉄骨梁２の変形を防止することができ、さらに、鉄骨梁２と柱を組み立てた構造骨組全体の変形やその破壊を防止することができる。

また、このような本発明の第１の実施の形態によれば、補強金物１１はその中心孔１１ａの径を鉄骨梁２の貫通孔３の径と一致させてウェブ２ｂに固定され、貫通孔３の径方向内側には他の構造部材は何も設けられないので、貫通孔３の大きさをできるだけ小さくすることができて、鉄骨梁２の強度の過度の低下を防止することができる。

なお、上記第１の実施の形態においては、貫通孔３の径は補強金物１１の中心孔１１ａの径と一致させていたが、貫通孔３の径は補強金物１１の中心孔１１ａの径より小さく形成してもよく、このことによりさらに鉄骨梁２の強度の低下を防止することができる。

図４，５は、本発明の第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物について説明するために参照する図である。

前記第１の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物１１においては、その半径方向の各位置においてほぼ一定の肉厚寸法（補強金物１１の軸線と平行方向の寸法）を有していたのに対して、この第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物２１においては、その半径外方における肉厚寸法よりも大きな肉厚寸法の厚肉部２１ｂが半径内方に形成されている点において異なるものである。

そして、補強金物２１は図５に示すように中心孔２１ａを有して円環状に形成され、図４に示すようにその中心孔２１ａの径を鉄骨梁２の貫通孔３の径と一致させて配置させている。そして、図５に示すような６組のネジ締結手段２５のボルト１５と、図４に示すナット７をネジ締結することにより、補強金物２１をウェブ２ｂに固定することができる。

このような本発明の第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物によれば、その半径外方における肉厚寸法よりも大きな肉厚寸法の厚肉部２１ｂが半径内方に形成されているので、半径内方における厚肉部２１ｂが鉄骨梁２を補強する機能を充分発揮することができると共に、その半径外方における肉厚寸法を小さくしたことにより補強金物２１の軽量化を図ることができる。

また、このような本発明の第２の実施の形態によれば、補強金物２１はその中心孔２１ａの径を鉄骨梁２の貫通孔３の径と一致させてウェブ２ｂに固定され、貫通孔３の径方向内側には他の構造部材は何も設けられないので、貫通孔３の大きさをできるだけ小さくすることができて、鉄骨梁２の強度の過度の低下を防止することができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物について説明するために参照する図である。

この第３の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物３１においては、前記第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物２１と同様に、その半径外方における肉厚寸法よりも大きな肉厚寸法の厚肉部３１ａが半径内方に形成されているが、その厚肉部３１ａの外周面３１ｂが鉄骨梁２の貫通孔３の周面内に嵌合している点において、前記第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物２１と異なるものである。

このような第３の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物によれば、その半径外方における肉厚寸法よりも大きな肉厚寸法の厚肉部３１ａが半径内方に形成されているので、半径内方における肉厚寸法の大きい厚肉部３１ａが鉄骨梁２を補強する機能を充分発揮することができる。

また、厚肉部３１ａの外周面３１ｂが鉄骨梁２の貫通孔３の内周面に嵌合しているので、貫通孔３が変形するのを防止するよう支持することによりこの厚肉部３１ａが鉄骨梁２を補強することができる。

また、鉄骨梁２のウェブ２ｂの肉厚中心から軸方向に大きく偏った位置の補強金物３１の部分に抵抗力が発生することを防止できるので、鉄骨梁２やそのウェブ２ｂに偏心モーメントによる局部変形を生じさせることを防止することができる。

図７は、本発明の第４の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物について説明するために参照する図である。

この第４の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物４１においては、前記第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物２１と同様に、その半径外方における肉厚寸法よりも肉厚寸法が大きい厚肉部４１ａが半径内方に形成されているが、その厚肉部４１ａの半径内方に、中心孔４１ｄの軸方向一端側に円筒状に突出する突部４１ｃが形成されている点において、前記第２の実施の形態と異なるものである。

このような本発明の第４の実施の形態によれば、その半径外方における肉厚寸法よりも大きな肉厚寸法の厚肉部４１ａが半径内方に形成されているので、半径内方における厚肉部４１ａが鉄骨梁２を補強する機能を充分発揮することができると共に、その半径外方における肉厚寸法を小さくしたことにより補強金物４１の軽量化を図ることができる。

また、このような本発明の第４の実施の形態によれば、補強金物４１の厚肉部４１ａの半径内方に、中心孔４１ｄの軸方向一端側に円筒状に突出する突部４１ｃを設けたことにより、ＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造等、鉄骨梁２をコンクリートで包むようなコンクリート構造体のコンクリート打設時に用いる、ボール紙等の厚紙等で形成された型枠パイプ（図示せず）を、ウェブ２ｂの面と直交する方向に伸びるように保持することが可能となる。

このような型枠パイプをコンクリート打設時に用いることにより、コンクリート構造体の中に、鉄骨梁２の貫通孔３や、補強金物３１の中心孔３１ｂ等と連通する通路を形成して、型枠パイプを除去したときに現れるその通路に、空調設備や給排水設備等の配管やダクト等を通すことができる。

図８は、本発明の第５の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物について説明するために参照する図である。

この第５の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物５１においては、前記第４の実施の形態に係る補強金物４１と同様に、その半径外方における肉厚寸法よりも肉厚寸法が大きい厚肉部５１ａが半径内方に形成されているが、その厚肉部５１ａの外周面５１ｂが鉄骨梁２の貫通孔３の周面内に嵌合している点において、前記第４の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物４１と異なるものである。

また、前記第４の実施の形態に係る補強金物４１においては、中心孔４１ｄの軸方向一端側にのみ突出する１つの突部４１ｃが形成されていたのに対し、本実施の形態に係る鉄骨梁補強金物５１においては、中心孔５１ｄの軸方向両端側に突出する２つの突部５１ｃ，５１ｃが形成されている点において、前記第４の実施の形態に係る補強金物４１と異なるものである。

このような本発明の第５の実施の形態によれば、補強金物５１の半径外方における肉厚寸法よりも大きな肉厚寸法の厚肉部５１ａが半径内方に形成されているので、半径内方における厚肉部５１ａが鉄骨梁２を補強する機能を充分発揮することができると共に、その半径外方における肉厚寸法を小さくしたことにより補強金物５１の軽量化を図ることができる。

また、厚肉部５１ａの外周面５１ｂが鉄骨梁２の貫通孔３の内周面に嵌合しているので、貫通孔３が変形するのを防止するよう支持することによりこの厚肉部５１ａが鉄骨梁２を補強することができる。

また、鉄骨梁２のウェブ２ｂの肉厚中心から軸方向に大きく偏った位置の補強金物５１の部分に抵抗力が発生することを防止できるので、鉄骨梁２やそのウェブ２ｂに偏心モーメントによる局部変形を生じさせることを防止することができる。

また、補強金物５１の厚肉部５１ａの半径内方に、中心孔５１ｄの軸方向両端側に突出する２つの突部５１ｃ，５１ｃを設けたことにより、上記コンクリートの型枠パイプが前記第４の実施の形態よりもさらに正確にウェブ２ｂの面と直交する方向に伸びるように保持することができる。

なお、前記実施の形態においては補強金物として金属により形成した補強金物を鉄骨梁２のウェブ２ｂに固定する場合について説明したが、一定以上の強度を有するものであれば、補強金物は金属の代りに、繊維補強プラスチックとか、繊維補強コンクリート等の、他のどのような材質を用いてもよい。

また、前記実施の形態においては、貫通孔３や鉄骨梁補強金物１１等を円形状に形成した場合について説明したが、それらは円形状以外の、どのような形状に形成したものであってもよいことはいうまでもない。

また、前記実施の形態においては、ボルト１５としてリーマーボルトを用いたが、ボルト挿通孔の周面とボルト軸部の周面との間の隙間をほぼ零にすることができるものであれば、リーマーボルト以外のどのようなものや方法をも用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物１１をウェブ２ｂに固定した鉄骨梁２の断面図である。 図１における鉄骨梁２のＡ−Ａ線矢視図である。 図１におけるボルト１５周辺の拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物２１をウェブ２ｂに固定した鉄骨梁２の断面図である。 図４における鉄骨梁２のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物３１をウェブ２ｂに固定した鉄骨梁２の断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物４１をウェブ２ｂに固定した鉄骨梁２の断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る鉄骨梁補強金物５１をウェブ２ｂに固定した鉄骨梁２の断面図である。 従来の鉄骨梁補強金具１をウェブ２ｂに固定した鉄骨梁２の断面図である。 図９におけるボルト５周辺の拡大断面図である。 図１０におけるボルト５周辺の変化した状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 梁補強金具
１ｂ ボルト挿通孔
２ 鉄骨梁
２ａ フランジ
２ｂ ウェブ
２ｃ ボルト挿通孔
３ 貫通孔
５ ボルト
７ ナット
１０ 座金
１１ 鉄骨梁補強金物
１１ａ 内周面
１１ｂ ボルト挿通孔
１５ ボルト
１５ａ 軸部
１５ｂ ボルトネジ部
２１，３１ 鉄骨梁補強金物
３１ｂ 外周面
４１ 鉄骨梁補強金物
４１ｃ 突部
５１ 鉄骨梁補強金物
５１ｂ 外周面
５１ｃ 突部
５１ｄ 中心孔

Claims (6)

1. 鉄骨梁のウェブに形成された貫通孔を補強する鉄骨梁補強金物であって、
   前記貫通孔の縁部の周囲に補強金物が取り付けられ、
   前記補強金物には中心孔が形成され、
   前記ウェブと前記補強金物とを同軸上に貫通して前記ウェブと前記補強金物とを締結するネジ締結手段の軸部が挿通する挿通孔が形成され、
   前記ウェブに形成された第１挿通孔の内周面及び前記補強金物に形成された第２挿通孔の内周面のそれぞれと、前記軸部の外周面との間の隙間をほぼ零にした状態で、前記軸部が前記第１、第２挿通孔に、前記ウェブと前記補強金物の略全厚さにわたって挿通されたことを特徴とする鉄骨梁補強金物。
2. 前記補強金物において、前記挿通孔が形成された半径外方における肉厚寸法より大きな肉厚寸法を有する厚肉部を半径内方に形成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄骨梁補強金物。
3. 前記補強金物の中心孔の大きさが、前記貫通孔の大きさとほぼ同じか、もしくはこれより大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄骨梁補強金物。
4. 前記補強金物の厚肉部の外周の大きさが、前記貫通孔の大きさとほぼ同じか、もしくはこれより小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載の鉄骨梁補強金物。
5. 前記補強金物の中心孔の近傍に、中心孔の軸方向一端側又は両端側に突出する突部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鉄骨梁補強金物。
6. 鉄骨梁のウェブに形成された貫通孔を補強する鉄骨梁補強金物の施工方法であって、
   前記貫通孔の縁部の周囲に補強金物が取り付けられ、
   前記補強金物には中心孔が形成され、
   前記ウェブと前記補強金物とを同軸上に貫通して前記ウェブと前記補強金物とを締結するネジ締結手段の軸部が挿通する挿通孔が形成され、
   前記ウェブに形成された第１挿通孔の内周面及び前記補強金物に形成された第２挿通孔の内周面のそれぞれと、前記軸部の外周面との間の隙間をほぼ零にした状態で、前記軸部が前記第１、第２挿通孔に、前記ウェブと前記補強金物の略全厚さにわたって挿通されたことを特徴とする鉄骨梁補強金物の施工方法。

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