JP5628601B2

JP5628601B2 - 既存鉄骨建物の耐震補強方法

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Publication number: JP5628601B2
Application number: JP2010196447A
Authority: JP
Inventors: 大輔桂; 佐々木　聡; 聡佐々木
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: JP2012052364A

Description

本発明は既存鉄骨建物の耐震補強方法に関する。

既存鉄骨建物の耐震補強方法には、既存鉄骨建物の構面にブレースや方杖などの補強用鉄骨部材を増設すること（部材増設）によってその鉄骨建物を耐震補強する方法と、既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強すること（部材補強）によってその鉄骨建物を耐震補強する方法とがある。

部材増設による耐震補強方法では、耐震補強効果は大きいものの、増設したブレースや方杖などの補強用鉄骨部材によって既存鉄骨建物の構面が多少なりとも塞がれてしまい、その増設箇所を通路や広い空間として使うことができなくなり、建物の使用性が損なわれるという短所がある。

これに対して部材補強による耐震補強方法では、補強によって既存鉄骨建物の構面が塞がれることがなく、建物の使用性が損なわれないことが長所となっている。また、部材補強を施す方法としては、既存鉄骨建物を構成している柱、梁、ブレースなどの既存の鉄骨部材に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強するという方法が、従来より提案されている（例えば特許文献１などを参照されたい）。

特開２００７−１３２０１１

一般的に、部材補強による既存鉄骨建物の耐震補強方法では、既存の鉄骨部材の耐力及び／または塑性変形能力を増大させるようにする。耐力と塑性変形能力とを共に増大させることによって特に良好な結果が得られるが、耐力が変わらず塑性変形能力だけが増大するような部材補強や、塑性変形能力が変わらず耐力だけが増大するような部材補強を行うことでも耐震補強の効果は得られる。しかしながら、耐力が増大するものの塑性変形能力が減少するような補強や、塑性変形能力が増大するものの耐力が減少するような部材補強などでは、十分な耐震補強効果を得ることは困難である。

特許文献１に開示されている耐震補強方法をはじめとして、既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強することにより既存鉄骨建物を耐震補強するようにした既存建物の耐震補強方法はいずれも、既存の鉄骨部材の断面積や断面係数を増大させることによって、当該鉄骨部材の軸方向耐力や曲げ耐力を増大させている。しかるに，鉄骨部材の塑性変形能力は幅厚比（幅の厚さに対する比）に依存することから、部材補強によって鉄骨部材の幅厚比が変化すると、その塑性変形能力も変化し、そのため、補強のために接合する補強鋼材の幅厚比によっては、補強した鉄骨部材の塑性変形能力が減少することもあった。

本発明は以上の事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強することにより既存鉄骨建物を耐震補強するようにした既存建物の耐震補強方法において、部材補強によって当該鉄骨部材の塑性変形性能を減少させることなく、当該鉄骨部材の耐力を増大させることができるようにすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強することにより既存鉄骨建物を耐震補強するようにした既存建物の耐震補強方法において、前記既存鉄骨建物の既存の鉄骨部材の表面に帯板状鋼板から成る補強鋼材を接合し、その際に、前記帯板状鋼板の両側縁を当該鉄骨部材に隅肉溶接により接合すると共に、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする。

本発明によれば、部材補強を施した既存の鉄骨部材の変形時に、当該鉄骨部材に接合されている補強鋼材が局部座屈することなく塑性変形するため、部材補強によって当該鉄骨部材の塑性変形能力が増大しており、また部材補強によって当該鉄骨部材の耐力も増大しているため、それらが相俟って優れた耐震補強効果が得られる。

本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼の第１の具体例を示した斜視図である。本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼の第２の具体例を示した斜視図である。本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼の第３の具体例を示した斜視図である。本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼の第４の具体例を示した斜視図である。本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法によって耐震補強が施された既存鉄骨建物の一例を示した模式図である。

本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法が適用される既存鉄骨建物は、例えば図５に例示したように、柱、梁、斜材などの鉄骨部材１０を組合せて構成された鉄骨建物１２である。鉄骨部材１０としては様々な種類の鋼材が用いられるが、本発明を適用する上で特に好適な鉄骨部材はＨ型鋼であり、以下の詳細な説明では鉄骨部材がＨ型鋼である場合に即して説明して行く。

本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法によれば、既存鉄骨建物（例えば図５の鉄骨建物１２など）を構成している既存の鉄骨部材（例えば図５の鉄骨部材１０など）に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強することにより、既存鉄骨建物を耐震補強する。そして、その既存の鉄骨部材の補強においては、その既存の鉄骨部材の表面に帯板状鋼板から成る補強鋼材を接合し、その際に、帯板状鋼板の両側縁を当該鉄骨部材に隅肉溶接により接合すると共に、当該鉄骨部材の変形時に帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合する。図５に示した鉄骨部材１０のうち、模式的に太く描いた鉄骨部材１０が、鉄骨建物１２の耐震補強のために補強鋼材により部材補強された鉄骨部材である。

以下に図１〜図４を参照しつつ、既存の鉄骨部材に部材補強を施すための具体的な補強形態について説明する。図１〜図４において、参照番号１０は既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材であるＨ型鋼を示している。それらＨ型鋼１０は、それらＨ型鋼１０に添わせて補強鋼材１４−１〜１４−４を接合することによって部材補強がなされており、鉄骨部材であるＨ型鋼１０の部材補強によって、既存鉄骨建物の耐震補強が達成されるようにしたものである。

図１は、本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼１０の第１の具体例を示した斜視図である。補強鋼材１４−１は帯板状鋼板から成り、この帯板状鋼板１４−１の幅寸法はＨ形鋼１０のフランジの幅寸法に略々等しくそれより僅かに小さい。帯板状鋼板１４−１には複数の貫通孔１６を形成する。そして、帯板状鋼板１４−１をＨ形鋼１０のフランジの外側面に添わせて、帯板状鋼板１４−１の両側縁を隅肉溶接１８によりＨ形鋼１０のフランジの外側面に接合する。更に、帯板状鋼板１４−１の複数の貫通孔１６を溶接充填し、それらの貫通孔１６において帯板状鋼板１４−１をＨ形鋼１０のフランジの外側面に接合することによって、Ｈ形鋼１０の変形時に帯板状鋼板１４−１が局部座屈することなく塑性変形するようにしている。帯板状鋼板１４−１の局部座屈を防止することができるのは、帯板状鋼板１４−１の厚さに応じて、複数の貫通孔１６の間隔及び分布を、帯板状鋼板１４−１の局部座屈を防止し得る適切な間隔及び分布に設定しているからである。この構成によれば、地震発生時にＨ型鋼１０に力が加わってそのフランジが塑性変形するときに、帯板状鋼板１４−１が共に塑性変形することから、帯板状鋼板１４−１で部材補強されたＨ型鋼１０は、補強前よりも塑性変形能力が増大している。更に、この部材補強によってＨ形鋼１０の耐力も増大しており、それらが相俟って優れた耐震補強効果が得られるものとなっている。

図２は、本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼１０の第２の具体例を示した斜視図である。補強鋼材１４−２は帯板状鋼板から成り、この帯板状鋼板１４−２の幅寸法はＨ形鋼１０のフランジの幅寸法に略々等しくそれより僅かに小さい。帯板状鋼板１４−２には複数の貫通孔を形成する（ただし図２では、それら貫通孔に高力ボルト２０が挿通されているため、それら貫通孔は高力ボルト２０に隠されて見えていない）。そして、帯板状鋼板１４−２をＨ形鋼１０のフランジの外側面に添わせて、帯板状鋼板１４−２の両側縁を隅肉溶接１８によりＨ形鋼１０のフランジの外側面に接合する。更に、帯板状鋼板１４−２の複数の貫通孔の位置にあわせてＨ型鋼１０のフランジにも複数の貫通孔を形成する。そして、両者の貫通孔に高力ボルト２０を挿通し、挿通したそれら高力ボルト２０を介して帯板状鋼板１４−２をＨ型鋼１０のフランジの外側面に接合することによって、Ｈ形鋼１０の変形時に帯板状鋼板１４−２が局部座屈することなく塑性変形するようにしている。帯板状鋼板１４−２の局部座屈を防止することができるのは、帯板状鋼板１４−２の厚さに応じて、高力ボルト２０を挿通する複数の貫通孔の間隔及び分布を、帯板状鋼板１４−２の局部座屈を防止し得る適切な間隔及び分布に設定しているからである。この図２の構成でも、図１の構成と同様の作用機序により優れた耐震補強効果が得られる。

図２の具体例が図１の具体例と異なる点は、溶接充填のかわりに高力ボルト２０を用いることであり、その他の点では図１の具体例と同一構成である。これら具体例の変更例として、溶接充填や高力ボルトの代わりにリベットや支圧ボルトを用いるようにすることも可能である。その場合には、図２の具体例において、帯板状鋼板１４−２及びＨ型鋼１０のフランジに形成した複数の貫通孔に、高力ボルト２０に代えて複数のリベットまたは複数の支圧ボルトを挿通し、それらを介して帯板状鋼板１４−２をＨ型鋼１０のフランジに接合するようにすればよい。また、そのような具体例の更に別の変更例として、帯板状鋼板１４−１、１４−２及びＨ型鋼１０のフランジに予め貫通孔を形成することなく、適切な間隔及び分布とした複数のドリリングタッピンねじまたは複数の撃ち込み鋲を用いるようにし、それらによって帯板状鋼板をＨ型鋼のフランジに接合するようにしてもよい。ドリリングタッピンねじや撃ち込み鋲を用いる場合には、それらを適用する時点で孔あけと同時に留め付けがなされるため、予め貫通孔を形成しておく必要がない。

図３は、本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼１０の第３の具体例を示した斜視図である。補強鋼材１４−３は帯板状鋼板から成り、この帯板状鋼板１４−３の幅寸法はＨ形鋼１０のフランジの幅寸法に略々等しくそれより僅かに小さい。帯板状鋼板１４−３には、この帯板状鋼板の長手方向に延在するスロット形（溝形）貫通孔２２を形成する。そして、帯板状鋼板１４−３をＨ形鋼１０のフランジの外側面に添わせて、帯板状鋼板１４−３の両側縁を隅肉溶接１８によりＨ形鋼１０のフランジの外側面に接合する。更に、帯板状鋼板１４−３のスロット形貫通孔２２を溶接充填し、このスロット形貫通孔２２において帯板状鋼板１４−３をＨ形鋼１０のフランジの外側面に接合することによって、Ｈ形鋼１０の変形時に帯板状鋼板１４−３が局部座屈することなく塑性変形するようにしている。尚、図示例では補強鋼材１４−３の幅方向中央にただ１本だけのスロット形貫通孔２２を形成しているが、補強鋼材１４−３の局部座屈を防止するためにスロット形貫通孔２２の本数を２本以上とすることが必要または望ましい場合には、そのようにすればよい。この構成によれば図１の構成と同様に、地震発生時にＨ型鋼１０に力が加わってそのフランジが塑性変形するときに、帯板状鋼板１４−１が共に塑性変形することから、帯板状鋼板１４−３で部材補強されたＨ型鋼１０は、補強前よりも塑性変形能力が増大している。更に、この部材補強によってＨ形鋼１０の耐力も増大しており、それらが相俟って優れた耐震補強効果が得られるものとなっている。

図４は、本発明に係る既存鉄骨建物の耐震補強方法に従って部材補強が施されたＨ型鋼１０の第４の具体例を示した斜視図である。この具体例における補強鋼材は、Ｈ型鋼１０のフランジの幅方向に並べて並設された２枚の帯板状鋼板１４−４から成り、それら帯板状鋼板１４−４の各々の幅寸法はＨ形鋼１０のフランジの幅寸法の半分に略々等しくそれより僅かに小さい。それら帯板状鋼板１４−４をＨ形鋼１０のフランジの外側面に添わせて、それら帯板状鋼板１４−４の各々の両側縁を隅肉溶接１８によりＨ形鋼１０の外側面に接合する。この接合により、Ｈ形鋼１０の変形時にそれら帯板状鋼板１４−４が局部座屈することなく塑性変形するようにしている。帯板状鋼板１４−４の局部座屈を防止することができるのは、帯板状鋼板１４−４の厚さに応じて、帯板状鋼板１４−４の各々の幅寸法を、帯板状鋼板１４−４の両側縁を溶接するだけで局部座屈を防止し得るような十分に小さな幅寸法に設定しているからである。尚、図示例では並設する帯板状鋼板１４−４の枚数を２枚としているが、帯板状鋼板１４−４の局部座屈を防止するためにその幅寸法をより小さくすることが必要または望ましい場合には、３枚以上の帯板状鋼板を並設するようにして、各々の帯板状鋼板の幅寸法を更に小さくすればよい。この図４の構成でも、図１〜図３の構成と同様の作用機序により優れた耐震補強効果が得られる。

以上に幾つかの具体例について詳細に述べたが、本発明の範囲はそれら具体例の構成に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載により規定されるものである。

１０既存の鉄骨部材（Ｈ型鋼）
１２既存鉄骨建物
１４−１〜１４−４補強鋼材（帯板状鋼板）
１６貫通孔
１８隅肉溶接
２０高力ボルト
２２スロット形貫通孔

Claims

既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材に添わせて補強鋼材を接合して当該鉄骨部材を補強することにより既存鉄骨建物を耐震補強するようにした既存建物の耐震補強方法において、
前記既存鉄骨建物の既存の鉄骨部材の表面に帯板状鋼板から成る補強鋼材を接合し、その際に、前記帯板状鋼板の両側縁を当該鉄骨部材に隅肉溶接により接合すると共に、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする既存鉄骨建物の耐震補強方法。
前記既存鉄骨建物を構成している既存の鉄骨部材はＨ型鋼から成り、該Ｈ型鋼のフランジに前記帯板状鋼板を接合することを特徴とする請求項１記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。
前記帯板状鋼板に複数の貫通孔を形成し、それら複数の貫通孔を溶接充填して前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合し、それら複数の貫通孔の間隔及び分布を前記帯板状鋼板の局部座屈を防止し得る間隔及び分布に設定することにより、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする請求項１又は２記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。
前記帯板状鋼板及び当該鉄骨部材に複数の貫通孔を形成し、それら複数の貫通孔に挿通した複数の高力ボルトを介して前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合し、それら複数の貫通孔の間隔及び分布を前記帯板状鋼板の局部座屈を防止し得る間隔及び分布に設定することにより、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする請求項１又は２記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。
前記帯板状鋼板及び当該鉄骨部材に複数の貫通孔を形成し、それら複数の貫通孔に挿通した複数のリベットまたは複数の支圧ボルトを介して前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することにより、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする請求項１又は２記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。
複数のドリリングタッピンねじまたは複数の撃ち込み鋲を用いて前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することにより、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする請求項１又は２記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。
前記帯板状鋼板に該帯板状鋼板の長手方向に延在するスロット形貫通孔を形成し、該スロット形貫通孔を溶接充填して前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することにより、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする請求項１又は２記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。
前記既存鉄骨建物の既存の鉄骨部材の表面に複数枚の前記帯板状鋼板を並設するようにし、それら複数枚の前記前記帯板状鋼板の各々の幅寸法を十分に小さく設定することで、当該鉄骨部材の変形時に前記帯板状鋼板が局部座屈することなく塑性変形するように前記帯板状鋼板を当該鉄骨部材に接合することを特徴とする請求項１又は２記載の既存鉄骨建物の耐震補強方法。