JP6045202B2 - 鋼材の接合部構造および鋼構造物の耐力パネル - Google Patents

Description

本発明は、鋼材の接合部構造および鋼構造物の耐力パネルに関する。

従来、ボルトを用いて２つの鋼材を接合する接合部構造が知られている。たとえば、下記特許文献１には、高力ボルトを用いた鉄骨部材の接合部構造が記載されている。この接合部構造では、重ね合わされた２枚の厚鋼板のボルト孔に高力ボルトを挿入し、高力ボルトの軸部とボルト孔との間の隙間（クリアランス）に、円筒状の鞘材を挿入している。鞘材を隙間に介在させることで、高力ボルトのせん断耐力の増強を図っている。

特開２００７−９２８８４号公報

上記特許文献１に記載の構造のようにボルトを用いて２つの鋼材を接合する場合、ボルト孔とボルトとの間にはクリアランスが設けられる。上記特許文献１に記載の構造では、鞘材を介在させているものの、やはりクリアランスは残る。このような構造では、接合面方向、すなわちボルトにせん断力が作用する方向に力が作用した場合、接合面において２つの鋼材が互いにスリップしてしまう。２つの鋼材が接合面でスリップすると、力の伝達がスムーズに行われず、その結果として十分な耐力が得られないおそれがある。

また、上記特許文献１に記載の構造では、摩擦力によってスリップを防止することが可能であるが、高力ボルトを用いているためコストが高いという問題がある。さらには、たとえば既築の鋼構造の建物に耐力要素などの部材を後から設置する場合、既に建物が完成しているため施工が困難になることがあり、接合部を形成するには手間がかかる。このように、従来の構造では、コストや手間がかかってしまう。

本発明は、コストや手間をかけることなく十分な強度を得ることができる鋼材の接合部構造および鋼構造物の耐力パネルを提供することを目的とする。

上記課題を解決した鋼材の接合部構造は、板状部を有する複数の鋼材同士を接合する鋼材の接合部構造であって、板状部の厚さ方向に貫通する第１のボルト挿通孔が形成された第１の鋼材と、板状部の厚さ方向に貫通する第２のボルト挿通孔が形成された第２の鋼材と、第１のボルト挿通孔および第２のボルト挿通孔に挿通されたワンサイドボルトと、第１の鋼材の板状部および第２の鋼材の板状部に螺入されたドリルねじと、を備えたことを特徴とする。
また、上記課題を解決した鋼材の接合部方法は、板状部の厚さ方向に貫通する第１のボルト挿通孔が形成された第１の鋼材と、板状部の厚さ方向に貫通する第２のボルト挿通孔が形成された第２の鋼材と、を接合する鋼材の接合方法であって、第１のボルト挿通孔および第２のボルト挿通孔にワンサイドボルトを挿通する第１の工程と、第１の鋼材の板状部および第２の鋼材の板状部にドリルねじを螺入する第２の工程と、を含むことを特徴とする。

この接合部構造によれば、第１の鋼材と第２の鋼材の板状部同士がワンサイドボルトにより接合される。さらに、第１の鋼材の板状部と第２の鋼材の板状部が、ドリルねじによって互いに固定される。このドリルねじにより、ワンサイドボルトとボルト挿通孔との間にクリアランスがあっても、板状部同士が確実に固定される。ワンサイドボルトとドリルねじとを併用することにより、板状部の接合面方向、すなわちワンサイドボルトにせん断力が作用する方向に力が作用しても、ドリルねじがせん断力を負担し、板状部同士のスリップが防止される。ワンサイドボルトおよびドリルねじは汎用品であり、かつ施工も容易である。よって、コストや手間をかけることなく十分な強度を得ることができる。

また、上記課題を解決した鋼構造物の耐力パネルは、閉断面を形成する鋼材からなり、上下の横架材の間に立設された一対の縦材と、鋼材からなり、一対の縦材の対向する側面部に接合された耐力要素と、少なくとも一方の縦材の側面部において鋼材の厚さ方向に貫通する第１のボルト挿通孔と、耐力要素において鋼材の厚さ方向に貫通する第２のボルト挿通孔とに挿通されたワンサイドボルトと、耐力要素および少なくとも一方の縦材の側面部に螺入されたドリルねじと、を備えたことを特徴とする。

この耐力パネルによれば、少なくとも一方の縦材の側面部に対し、耐力要素がワンサイドボルトにより接合される。さらに、少なくとも一方の縦材の側面部に対し、耐力要素がドリルねじによって固定される。このドリルねじにより、ワンサイドボルトとボルト挿通孔との間にクリアランスがあっても、板状部同士が確実に固定される。ワンサイドボルトとドリルねじとを併用することにより、水平力によって、接合部の接合面方向、すなわちワンサイドボルトにせん断力が作用する方向に力が作用しても、ドリルねじがせん断力を負担し、板状部同士のスリップが防止される。ワンサイドボルトおよびドリルねじは汎用品であり、かつ施工も容易である。よって、コストや手間をかけることなく十分な強度を得ることができる。

また、上記耐力パネルにおいて、縦材は角形鋼管からなり、耐力要素には、ドリルねじを案内する複数のガイド孔が形成されており、複数のガイド孔は、構造設計上の必要数よりも多く形成され、かつ、高さ方向の異なる位置に形成される。この構成によれば、複数のガイド孔の中からドリルねじを通すガイド孔を適宜選択することができる。よって、縦材の一の側面部と、一の側面部に直交する他の側面部とに耐力要素を接合する際に、一の側面部および他の側面部からそれぞれ螺入されたドリルねじの相互の干渉を防止することができる。したがって、構造設計上、必要となる数のドリルねじを確実に取り付けることができる。

また、上記耐力パネルにおいて、縦材は、一の側面部に連設され一の側面部とは異なる方向に延びる他の側面部を有し、少なくとも一方の縦材の一の側面部に当接する耐力要素の当接部には、他の側面部に係止されて、耐力要素の横方向の位置決めをする係止片が設けられる。この構成によれば、他の側面部に係止片が係止されて、耐力要素が横方向に位置決めされるので、耐力要素の位置決めが容易である。また、取り付け時における耐力要素の横方向のずれが防止される。

本発明によれば、コストや手間をかけることなく十分な強度を得ることができる。

耐力パネルの一実施形態が適用された鋼構造物を示す正面図である。 耐力要素の正面図である。 鉛直ローラー柱の正面図である。 柱と耐力要素との接合部の拡大図である。 （ａ）は耐力要素の接合部に設けられる取付板の一形態を示す正面図、（ｂ）は取付板の他の形態を示す正面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、各接合形態におけるドリルねじの配置関係を示す断面図である。 梁接合部構造を拡大して示す正面図である。 （ａ）はジョイントボックスの正面図、（ｂ）はジョイントボックスの平面図、（ｃ）はジョイントボックスの底面図である。 柱脚部を拡大して示す正面図である。 （ａ）は柱脚部材の正面図、（ｂ）は柱脚部材の平面図、（ｃ）は柱脚部材の側面図である。 耐力パネルの設置手順を示すフローチャートである。 アンカーボルトの設置手順を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、アンカーボルトの設置手順を示す断面図である。 （ａ）はセットプレートの平面図、（ｂ）は定着部材の正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１３に続くアンカーボルトの設置手順を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、耐力パネルの設置手順を示す正面図である。 荷重に対する耐力要素の変位を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、耐力パネルの他の実施形態が適用された鋼構造物を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（耐力パネル構造）
図１に示されるように、本実施形態の耐力パネル構造１０は、既存の鉄骨構造物（鋼構造物）に耐力パネル８０を設置してなるものである。耐力パネル構造１０は、Ｈ形鋼からなる既存梁（上梁）１と、鉄筋コンクリート製の既存基礎（下梁）２と、既存梁１と既存基礎２との間に立設された既存柱３および後設置柱４と、を備える。既存梁１および既存基礎２は、上下の横架材に相当する。既存柱３および後設置柱４は、一対の縦材に相当する。既存柱３と後設置柱４とは、連結材である耐力要素６を介して互いに連結されている。なお、複数の階層を有する建物においては、２階部分に耐力パネル構造１０を形成する場合、既存梁１が下梁に相当する。

耐力要素６は、互いに対向する既存柱３の側面部３ｃと後設置柱４の側面部４ｃとに接合されている。耐力パネル構造１０では、上下方向に２つの耐力要素６が並設されている。耐力要素６と既存柱３の側面部３ｃ、および、耐力要素６と後設置柱４の側面部４ｃは、それぞれ上下２点において接合部構造Ａによって接合されている。すなわち、２つの耐力要素６は、合計８箇所の接合部構造Ａによって、既存柱３および後設置柱４に接合されている。

図２に示されるように、耐力要素６は、極低降伏点鋼からなる鋼材ダンパ６ａと、枠体の底辺となる長辺材６ｂと、二等辺三角形状の斜辺となる斜辺材６ｃ，６ｄと、斜辺材６ｃ，６ｄを連結する連結片６ｆと、連結片６ｆと長辺材６ｂとを連結して剛性を高める水平材６ｅとを有する。鋼材ダンパ６ａは、連結片６ｆに対してボルト接合されており、劣化した際には交換可能になっている。長辺材６ｂは、溝形鋼からなる。斜辺材６ｃ，６ｄは、円形鋼管からなる。

図１に示されるように、既存柱３の柱本体３ａは、角形鋼管からなる柱体である。既存柱３の下端部には柱脚部材８が設けられている。既存柱３は、この柱脚部材８を介して、基礎梁２に対し接合されている。既存柱３の上端部には柱頭部材７が設けられている。既存柱３は、この柱頭部材７を介して、既存梁１に対し接合されている。既存柱３では、既存梁１に作用する鉛直方向の力を基礎梁２に伝達可能になっている。

後設置柱４の柱本体４ａは、柱本体３ａと同様、角形鋼管からなる柱体である。後設置柱４は、柱本体４ａと、柱本体４ａの下端部に設けられた柱脚部材４ｂとを有する。すなわち、後設置柱４は、１階の床レベルで分割された２部材から構成されている。柱本体４ａは、柱脚部材４ｂを介して、基礎梁２に対し接合されている。

図３に示されるように、柱本体４ａの上端部には平板状の上端板１６が溶接により固定されており、柱本体４ａの下端部には平板状の下端板１７が溶接により固定されている。柱本体４ａは閉断面を形成している。柱本体４ａには、後述するワンサイドボルト２０が挿入されるボルト挿通孔１５が形成されている。

後設置柱４の上端面である上端板１６の中央には、円柱形状の突出部材１２が上方に突出している。この突出部材１２と既存梁１に固定されたジョイントボックス１１（図１参照）とによって、後設置柱４が基礎梁２に対し鉛直ローラー接合されている。これらの突出部材１２およびジョイントボックス１１を有して、鉛直ローラー接合による梁接合部構造Ｂが構成されている。すなわち、後設置柱４は、鉛直ローラー柱である。

図１に示されるように、梁接合部構造Ｂでは、後設置柱４の上端部が既存梁１に対し鉛直ローラー接合されることにより、後設置柱４の上端部には、水平方向の力のみが既存梁１から伝達されるようになっている。鉛直方向の力は、後設置柱４に伝達されないようになっている。

しかも、本実施形態の梁接合部構造Ｂでは、水平方向の力を伝達する機能に方向性がない。すなわち、梁接合部構造Ｂは、既存梁１の延在方向（図１の左右方向；以下、Ｘ方向ともいう）の力、および、既存梁１の延在方向に直交する水平方向（図１の紙面垂直方向；以下、Ｙ方向ともいう）の力を同様に後設置柱４に伝達可能になっている。このような構造により、耐力パネル構造１０のように後設置柱４に１つの耐力パネル８０が設置される場合に限られず、既存梁１の延在方向に直交する方向における後設置柱４の側面部にも耐力パネルを設置可能である。

（接合部構造）
図４は、柱と耐力要素との接合部の拡大図である。図４では、既存柱３と耐力要素６との間の接合部構造について図示しているが、後設置柱４と耐力要素６との間の接合部構造も、これと同様である。図４に示されるように、接合部構造Ａは、長辺材６ｂの端部６ｂａおよび斜辺材６ｃの端部１８が、側面部３ｃに接合された構造である。

接合部構造Ａは、長辺材６ｂの端部６ｂａと、円形鋼管が押し潰されて平坦状になった斜辺材６ｃの端部１８と、長辺材６ｂおよび斜辺材６ｃの三方を囲むように配置されたＵ字形の取付板１３と、これらの長辺材６ｂの端部６ｂａ、斜辺材６ｃの端部１８、および取付板１３が接合される側面部３ｃと、を有する。平坦状になった斜辺材６ｃの端部１８は、溝形鋼管である長辺材６ｂの端部６ｂａの溝内に配置されている。取付板１３は、長辺材６ｂ端部６ｂａに対して溶接されている。

さらに、接合部構造Ａは、長辺材６ｂの端部６ｂａ、斜辺材６ｃの端部１８、および取付板１３と、側面部３ｃとを互いに高い強度で接合するため、１本のワンサイドボルト２０および複数本のドリルねじ２１，２２を有する。すなわち、接合部構造Ａは、ワンサイドボルト２０とドリルねじ２１，２２とを併用することよって鋼材同士を接合した構造である。

側面部３ｃは、第１の鋼材の板状部を構成している。側面部３ｃには、その厚さ方向に貫通するボルト挿通孔が形成されている。このボルト挿通孔には、ワンサイドボルト２０が挿入される。長辺材６ｂの端部６ｂａ、斜辺材６ｃの端部１８、および取付板１３は、一体化されて第２の鋼材の板状部を構成している。長辺材６ｂの端部６ｂａおよび斜辺材６ｃの端部１８には、その厚さ方向に貫通するボルト挿通孔が形成されている。このボルト挿通孔には、ワンサイドボルト２０が挿入される。なお、斜辺材６ｃの端部１８には、ワンサイドボルト２０が挿入される挿通孔を有する補強プレート１９が設けられる。

図５（ａ）は、耐力要素６の接合部に設けられる取付板１３の一形態を示す正面図、図５（ｂ）は、取付板の他の形態を示す正面図である。図５（ａ）に示されるように、取付板１３は、Ｕ字板１３ａと、Ｕ字板１３ａの一方（図示右側）の端部に連設されてＵ字板１３ａから垂直に延びる係止片２６と、を有する。取付板１３のＵ字板１３ａは、斜辺材６ｃの端部１８が嵌め込まれる嵌め込みスペース１３ｂを形成する。係止片２６は、既存柱３または後設置柱４の一の側面部に取付板（当接部）１３が当接する場合に、一の側面部に連設され一の側面部に直交して延びる他の側面部に係止される。係止片２６は、耐力要素６の横方向の位置決めをするためのものである。

Ｕ字板１３ａには、ドリルねじ２１，２２を案内する複数のガイド孔２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂが形成されている。図４に示されるように、構造設計上、接合部構造Ａには４本のドリルねじ２１，２２が必要であるが、Ｕ字板１３ａには、８個のガイド孔（すなわち２倍の数のガイド孔）が形成されている。これらのガイド孔の直径は、ドリルねじ２１，２２の直径よりも小さい。

端部側（図５（ａ）では上側）のガイド孔２３ａおよび２３ｂは、先端側に取り付けられるドリルねじ２１用のガイド孔である。ガイド孔２３ａおよび２３ｂは、互いに高さ方向および幅方向の異なる位置に形成されている。すなわち、ガイド孔２３ａおよび２３ｂは、互いに高さ方向および幅方向においてずれた位置に形成されている。ガイド孔２３ａおよび２３ｂのいずれか一方に、ドリルねじ２１が螺入される。

他方の（図５（ａ）では下側）のガイド孔２４ａおよび２４ｂは、水平材６ｅ側に取り付けられるドリルねじ２２用のガイド孔である。ガイド孔２４ａおよび２４ｂは、互いに高さ方向の異なる位置に形成されている。すなわち、ガイド孔２４ａおよび２４ｂは、互いに高さ方向においてずれた位置に形成されている。ガイド孔２４ａおよび２４ｂのいずれか一方に、ドリルねじ２２が螺入される。

図５（ｂ）に示されるように、取付板２７は、Ｕ字板２７ａと、Ｕ字板２７ａの一方（図示左側）の端部に連設されてＵ字板２７ａから垂直に延びる係止片２９と、を有する。取付板２７のＵ字板２７ａは、斜辺材６ｃの端部１８が嵌め込まれる嵌め込みスペース２７ｂを形成する。係止片２９は、既存柱３または後設置柱４の一の側面部に取付板（当接部）１３が当接する場合に、一の側面部に連設され一の側面部に直交して延びる他の側面部に係止される。係止片２９は、耐力要素６の耐力要素の横方向の位置決めをするためのものである。

Ｕ字板２７ａには、ドリルねじ２１，２２を案内する複数のガイド孔２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂが形成されている。図４に示されるように、構造設計上、接合部構造Ａには４本のドリルねじ２１，２２が必要であるが、Ｕ字板２７ａには、８個のガイド孔（すなわち２倍の数のガイド孔）が形成されている。Ｕ字板２７ａのガイド孔２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは、Ｕ字板１３ａのガイド孔２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂと同じ位置に形成されている。

係止片２９が形成されるＵ字板２７ａの一方の端部は、係止片２６が形成されるＵ字板１３ａの一方の端部よりも長くされている。係止片２９が形成されるＵ字板２７ａの一方の端部には、係止片２９の直上において、切り欠き３０が形成されている。この切り欠き３０は、係止片２６よりも大きく形成されている。同一の既存柱３または後設置柱４において、取付板１３と取付板２７とが隣接して用いられる際、切り欠き３０内には、係止片２６が位置することとなる。これにより、取付板１３と取付板２７との相互の干渉が防止される。

なお、取付板としては、上記の取付板１３や取付板２７の他にも、取付板１３および取付板２７と左右対称構造の取付板を用いてもよいし、ガイド孔の個数や配置を変更した取付板を用いてもよい。

側面部３ｃに対して長辺材６ｂの端部６ｂａ、斜辺材６ｃの端部１８、および取付板１３を接合する方法について説明する。まず、側面部３ｃに対して、一体化された長辺材６ｂの端部６ｂａ、斜辺材６ｃの端部１８、および取付板１３を重ね合わせる。さらに、長辺材６ｂの端部６ｂａおよび斜辺材６ｃの端部１８に形成されたボルト挿通孔に、ワンサイドボルト２０を挿入し、所定の方法でワンサイドボルト２０を取り付ける。さらに、ガイド孔２３ａおよび２３ｂのいずれか一方に、ドリルねじ２１を突き入れ、取付板１３および側面部３ｃに穿孔させながらドリルねじ２１を螺入する。同様にして、ガイド孔２４ａおよび２４ｂのいずれか一方に、ドリルねじ２２が螺入される。を突き入れ、取付板１３および側面部３ｃに穿孔させながらドリルねじ２２を螺入する。

このようにして形成された接合部構造Ａでは、ワンサイドボルト２０は主に引張力を負担し、複数のドリルねじ２１は主にせん断力を負担する。このようなワンサイドボルト２０とドリルねじ２１との併用により、接合部構造Ａの接合面（側面部３ｃと斜辺材６ｃの端部１８および取付板１３との合わせ面）がスリップしない構造になっている。

図６（ａ）〜（ｅ）は、各接合形態におけるドリルねじの配置関係を示す断面図である。既存柱３は、側面部３ｃと、側面部３ｄと、側面部３ｅと、側面部３ｆとの４面の側面部を有する。これら３面の側面部のいずれに耐力要素６が接合される場合であっても、各耐力要素６は支障なく接合される。

たとえば、図６（ｂ）に示されるように、側面部３ｃと、側面部３ｃに対向する側面部３ｄに耐力要素６が接合される接合部構造Ａ１の場合、側面部３ｃにはＵ字板１３ａが用いられ、側面部３ｄにはＵ字板１３ａが用いられる。この場合、いずれのＵ字板１３ａにおいても、ガイド孔２３ａにドリルねじ２１が螺入され、ガイド孔２４ａにドリルねじ２２が螺入される。

また、図６（ｃ）に示されるように、側面部３ｃと、側面部３ｃに隣接する側面部３ｅに耐力要素６が接合される接合部構造Ａ２の場合、側面部３ｃにはＵ字板１３ａが用いられ、側面部３ｅにはＵ字板２７ａが用いられる。この場合、Ｕ字板１３ａにおいては、ガイド孔２３ｂにドリルねじ２１が螺入され、ガイド孔２４ｂにドリルねじ２２が螺入される。一方、Ｕ字板２７ａにおいては、ガイド孔２３ｂの斜め上のガイド孔２３ａにドリルねじ２１が螺入され、ガイド孔２４ｂの下のガイド孔２４ａにドリルねじ２２が螺入される。このように、用いるガイド孔を高さ方向で変えることにより、隣接するドリルねじ２１，２２同士の干渉が避けられる。

図６（ｄ）に示されるように、側面部３ｃと、側面部３ｃに隣接する側面部３ｅ，３ｆに耐力要素６が接合される接合部構造Ａ３の場合や、図６（ｅ）に示されるように、すべての側面部３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆに耐力要素６が接合される接合部構造Ａ４の場合であっても、用いるガイド孔を高さ方向で変えることにより、隣接するドリルねじ２１，２２同士の干渉が避けられる。

（梁接合部構造）
図７は、本実施形態の梁接合部構造Ｂを拡大して示す正面図である。図８（ａ）は、ジョイントボックスの正面図、図８（ｂ）は、ジョイントボックスの平面図、図８（ｃ）は、ジョイントボックスの底面図である。図７に示されるように、梁接合部構造Ｂは、柱本体４ａの上端板１６の中心から上方に突出する円柱形状の突出部材１２と、既存梁１のフランジ部（下フランジ）１ａに対して固定されたジョイントボックス１１と、を有している。突出部材１２は、中実であってもよいし、中空であってもよい。

図８に示されるように、ジョイントボックス１１は、フランジ部１ａの下方で水平方向に延在すると共に、突出部材１２が嵌入される嵌入孔３１ａが形成された板状の保持部材３１と、保持部材３１上に固定されて、嵌入孔３１ａの直径よりも僅かに大きな内径を有する円筒部材３２と、円筒部材３２の上端に固定されて、円筒部材３２をフランジ部１ａに接合する接合板３３とを有する。

接合板３３および保持部材３１は、いずれも正方形の外形をなしており、ほぼ等しい大きさを有している。円筒部材３２は、保持部材３１の嵌入孔３１ａと同心状に配置される。保持部材３１の中心位置は嵌入孔３１ａの中心位置にほぼ一致している。保持部材３１、円筒部材３２、および接合板３３は、互いに溶接により接合されている。保持部材３１は、円筒部材３２および接合板３３を介してフランジ部１ａに対して固定されている。接合板３３には、フランジ部１ａに対する固定のための４つのボルト孔３３ａが形成されている。

さらに、ジョイントボックス１１は、円筒部材３２の外周側に立設されると共に保持部材３１の上面と接合板３３の下面とを連結し、Ｘ方向およびＹ方向（互いに直交する２方向）に沿って配置された４枚の補強板３４を有する。ジョイントボックス１１の円筒部材３２、接合板３３、および補強板３４は、ジョイントボックス１１の剛性を高めている。

図７に示されるように、梁接合部構造Ｂでは、建物の層間変形に応じた既存梁１の上下方向の変位に応じ、嵌入孔３１ａに突出部材１２が嵌入された状態で、突出部材１２と保持部材３１とが上下方向に互いに摺動するように構成されている。より詳しくは、突出部材１２は、建物の層間変形に応じた既存梁１の上下方向の変位に応じ、保持部材３１の嵌入孔３１ａの周縁および円筒部材３２の内周面に摺動する。円筒部材３２内の円柱状の空間３２ａは、突出部材１２が上下方向に最大のストローク長で摺動した場合であっても、突出部材１２の相対移動を許容する程度の長さ（高さ）を有する。すなわち、突出部材１２は、接合板３３に当接したり、嵌入孔３１ａから抜けたりすることがないように設計されている。

（アンカーボルトの設置方法および耐力パネルの設置方法）
図９は、柱脚部を拡大して示す正面図である。図１０（ａ）は、柱脚部材４ｂの正面図、図１０（ｂ）は柱脚部材４ｂの平面図、図１０（ｃ）は、柱脚部材４ｂの側面図である。図８に示されるように、柱本体４ａの下端に接合された柱脚部材４ｂは、既存基礎２の上面２ａに設置されて、既存基礎２の立ち上がり部２ｃに埋設されたアンカーボルト４０およびダブルナット４１により固定されている。

図１０に示されるように、柱脚部材４ｂは、アンカーボルト４０が挿通されるボルト挿通孔４２ａが形成されて既存基礎２の上面２ａに固定される底板４２と、ボルト孔４３ａが形成されて柱本体４ａの下端に接合される天板４３と、底板４２と天板４３との間を連結する２枚のＬ字板４４と、４枚の補強板４７と、を有する。これらの底板４２、ボルト孔４３ａ、Ｌ字板４４、および補強板４７は、互いに溶接により接合され、一体化されている。

図１０に示される柱脚部材４ｂはあくまで一例を示したものに過ぎず、既存基礎２の配置状態と、それに応じたにアンカーボルトの配置状態に応じて、あらゆるタイプの柱脚部材を用いることができる。

次に、図１１および図１２のフローチャートを参照して、アンカーボルトの設置方法および耐力パネルの設置方法について説明する。

まず、図１１に示されるように、既存基礎２の立ち上がり部２ｃにアンカーボルト４０を設置する（Ｓ１）。ステップＳ１のアンカーボルト４０の設置は、図１２に示されるフローに従って行われる。

図１２および図１３（ａ）に示されるように、立ち上がり部２ｃの上面２ａから縦穴５１を穿設する（Ｓ１１）。次に、図１３（ａ）に示されるように、立ち上がり部２ｃの側面２ｂから、縦穴５１に向けて、横穴５０を穿設する（Ｓ１２）。このステップＳ１２では、立ち上がり部２ｃの一方の側面２ｂから横穴５０を穿設し、他方の側面２ｄには横穴５０が貫通しないようにする（図１５（ｂ）参照）。ステップＳ１１およびＳ１２の工程により、立ち上がり部２ｃ内で互いに連通する縦穴５１および横穴５０がそれぞれ穿設される。縦穴５１および横穴５０は、いずれも円形断面であって、その中心がほぼ一致している。横穴５０の直径は、縦穴５１の直径よりも大きい。なお、ステップＳ１１およびＳ１２の工程は、逆の順序であってもよい。

次に、立ち上がり部２ｃの上面２ａにプラスチック製のプラグアンカー５２（図１３（ａ）参照）を埋設する（Ｓ１３）。

次に、図１４（ａ）に示されるように、セットプレート５７の水平板部５４を用意する。この水平板部５４は、Ｘ方向に延在する長方形状の鋼材であり、その両端には、アンカーボルト４０を挿通させるボルト挿通孔５４ａが形成されている。また、水平板部５４には、立ち上がり部２ｃの上面２ａの厚さ方向（Ｙ方向）の中央線に一致させるためのけがき線（基準線）５４ｃが形成されている。けがき線５４ｃ上であって水平板部５４のＸ方向の中心位置には、ビス挿通孔５４ｂが形成されている。縦穴５１，５１およびプラグアンカー５２の配置は、水平板部５４におけるボルト挿通孔５４ａ，５４ａおよびビス挿通孔５４ｂの配置と同じである。

そして、図１３（ｂ）に示されるように、上端部のねじ形成部４０ｂに２個のナット（第２のナット）５３が螺入されたアンカーボルト４０をボルト挿通孔５４ａに挿通し、掛止ナット５３を水平板部５４に掛止させることによりアンカーボルト４０を垂下させる（Ｓ１４）。

さらに、立ち上がり部２ｃの上面２ａであって縦穴５１，５１の上端の周縁に、Ｌ字状の鋼材である２個の脚部５６を載置する。この脚部５６は、水平板部５４を立ち上がり部２ｃの上面２ａから離隔させる。そして、水平板部５４のけがき線５４ｃと上面２ａの厚さ方向の中央線とを目視にて概ね一致させつつ、ボルト挿通孔５４ａが縦穴５１の真上に位置するように２個の脚部５６上に載置する（Ｓ１５）。このステップＳ１５により、アンカーボルト４０は縦穴５１内に挿入され、垂下させられる。これらの水平板部５４および脚部５６によって、セットプレート５７が構成されている。また、セットプレート５７および掛止ナット５３によって、アンカーボルト保持具５８が形成されている。

ステップＳ１４およびＳ１５の工程によって、立ち上がり部２ｃ上に設置したアンカーボルト保持具５８によってアンカーボルト４０の上部を保持するとともに、縦穴５１内にアンカーボルト４０が垂下させられる。アンカーボルト４０が垂下させられた状態で、アンカーボルト４０の下端は横穴５０内に位置する。なお、ステップＳ１４およびＳ１５の工程は、逆の順序であってもよい。

次に、図１３（ｃ）に示されるように、アンカーボルト保持具５８のセットプレート５７の水平板部５４に形成されたビス挿通孔５４ｂにビス５９を挿入して、ビス５９をプラグアンカー５２に螺入し、セットプレート５７（アンカーボルト保持具５８）を固定する（Ｓ１６）。

次に、定着部材６０（図１４（ｂ）参照）を用意する。この定着部材６０は、中央にすり鉢状のテーパ孔部６１ａとテーパ孔部６１ａの下部に連通するストレート孔部６１ｂとが形成された定着板６１と、定着板６１の下面に溶接されたナット（第１のナット）６２と、を有する。定着板６１は正方形状をなしており、その一辺の長さ（最少幅）は横穴５０の直径以下である。また、定着板６１の対角線の長さ（最大幅）は縦穴５１の直径以上である。テーパ孔部６１ａおよびストレート孔部６１ｂによって、ガイド孔６１ｃが構成されている。

そして、図１５（ａ）に示されるように、横穴５０内に垂下したアンカーボルト４０の下端部のねじ形成部４０ａに定着部材６０のナット６２を螺入し、定着部材６０を取り付ける（Ｓ１７）。このステップＳ１７では、アンカーボルト４０を少し持ち上げた状態で、定着部材を横穴５０から挿入して、アンカーボルト４０の下端部に螺入する。

次に、図１５（ｂ）に示されるように、充填材７０の注入口６３ａが形成された横穴５０の閉止板６３を立ち上がり部２ｃの側面２ｂに固定し、横穴５０を閉止する。さらに、注入口６３ａに隙間ができないよう、注入口６３ａにホース６４の先端を挿入し、ホース６４の基端には漏斗６６を接続する。漏斗６６の高さを上面２ａよりも上に維持し、漏斗６６内に充填材（グラウト）７０を注入する。これにより、重力を利用して、ホース６４および注入口６３ａを解して充填材７０を横穴５０および縦穴５１に充填し、充填材７０を硬化させる（Ｓ１８）。

そして、図１５（ｃ）に示されるように、充填材７０が硬化した後にアンカーボルト保持具５８（水平板部５４と脚部５６とからなるセットプレート５７、および掛止ナット５３）およびビス５９を取り外す（Ｓ１９）。以上の工程によって、立ち上がり部２ｃの上面２ａから所定の長さ突出したアンカーボルト４０が設置される。

次に、図１１および図１６（ａ）に示されるように、アンカーボルト４０を介して柱脚部材（後設置柱４の下部部材）４ｂを既存基礎２に接合する（Ｓ２）。このステップＳ２では、柱脚部材４ｂに形成されたボルト挿通孔４２ａにアンカーボルト４０の上端部を挿通させ、そのねじ形成部４０ｂにダブルナット４１を螺合させることにより、柱脚部材４ｂを設置する。次に、床パネル９を敷設する。この床パネル９は、柱本体４ａを取り付ける際の作業床となる。

次に、図１６（ｂ）に示されるように、既存梁２および柱脚部材４ｂに対し、柱本体（柱の上部部材）４ａを鉛直ローラー接合により接合することで後設置柱４を立設する（Ｓ３）。より具体的には、柱本体４ａの上端から突出した突出部材１２を、ジョイントボックス１１の嵌入孔３１ａおよび円筒部材３２の空間３２ａ内に嵌入させ、上端板１６上にジョイントボックス１１を載置した状態で、既存梁１および柱脚部材４ｂの間に柱本体４ａおよびジョイントボックス１１を挿入する。さらに、柱本体４ａの下端および柱脚部材４ｂを接合した後、ジョイントボックス１１を持ち上げて既存梁１のフランジ部１ａに当接させ、ジョイントボックス１１をフランジ部１ａに接合する。

さらに、柱本体４ａに対し耐力要素６，６を接合する（Ｓ４）。このステップＳ４では、柱本体４ａに対し、耐力要素６，６をワンサイドボルト２０（図４参照）とドリルねじ２１とを併用して接合する。上述したように、ワンサイドボルト２０を取り付けるとともにドリルねじ２１を螺入して、耐力要素６，６を柱本体４ａに接合する。

以上の工程により、既存梁１、既存基礎２、および既存柱３に対して、後設置柱４および耐力要素６，６からなる耐力パネル８０を後設置できる。

図１７は、接合部構造Ａを採用した本実施形態の耐力パネル構造１０に係る実施例と、高力ボルトのみを用いた従来の接合部構造に係る比較例とについて、荷重に対する耐力要素の変位を示した図である。図１７に示されるように、実線で示される実施例の接合部構造では、破線で示される比較例の接合部構造に比して、過重の正負が入れ替わる際の変位（スリップ量）が少なかった（変位が３０ｍｍ付近の挙動を参照）。

本実施形態の接合部構造Ａおよび耐力パネル８０によれば、既存柱３の側面部３ｃおよび後設置柱４の側面部４ｃに対し、耐力要素６がワンサイドボルト２０により接合される。さらに、既存柱３の側面部３ｃおよび後設置柱４の側面部４ｃに対し、耐力要素６がドリルねじ２１によって固定される。このドリルねじ２１により、ワンサイドボルト２０とボルト挿通孔との間にクリアランスがあっても、板状部同士が確実に固定される。ワンサイドボルト２０とドリルねじ２１とを併用することにより、水平力によって、接合部の接合面方向、すなわちワンサイドボルト２０にせん断力が作用する方向に力が作用しても、ドリルねじ２１がせん断力を負担し、板状部同士のスリップが防止される。ワンサイドボルト２０およびドリルねじ２１は汎用品であり、かつ施工も容易である。よって、コストや手間をかけることなく十分な強度を得ることができる。

既存柱３に対して耐力要素６を接合する場合、新設柱のように裏面側にタッププレートが設けられていないことがある。そのような場合でも、ワンサイドボルト２０とドリルねじ２１とを併用した本実施形態の接合部構造Ａおよび耐力パネル８０によれば、所望の強度を確実かつ容易に実現することができる。

また、複数のガイド孔２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂは、構造設計上の必要数（上記実施形態では４個）よりも多く形成され（上記実施形態では８個）、かつ、高さ方向の異なる位置に形成される。この構成によれば、複数のガイド孔の中からドリルねじ２１を通すガイド孔を適宜選択することができる。よって、既存柱３の側面部３ｃと、側面部３ｃに直交する他の側面部３ｅ，３ｆとに耐力要素６を接合する際に、側面部３ｃおよび他の側面部３ｅ，３ｆからそれぞれ螺入されたドリルねじ２１の相互の干渉を防止することができる。したがって、構造設計上、必要となる数のドリルねじ２１を確実に取り付けることができる。

また、耐力要素６の当接部である取付板１３，２７には、他の側面部に係止されて、耐力要素６の横方向の位置決めをする係止片２６，２９が設けられる。この構成によれば、他の側面部に係止片２６，２９が係止されて、耐力要素６が横方向に位置決めされるので、耐力要素６の位置決めが容易である。また、取り付け時における耐力要素６の横方向のずれが防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。たとえば、図１８（ａ）に示されるように、既存柱３，３同士の間に耐力要素６，６を後設置した耐力パネル構造１０Ａの耐力パネル８０Ａとすることもできる。この耐力パネル８０Ａは、ワンサイドボルト２０およびドリルねじ２１を用いた接合部構造Ａおよびアンカーボルト４０の施工方法に関して、適用可能である。また、図１８（ｂ）に示されるように、鉛直ローラー柱である後設置柱４，４同士の間に耐力要素６，６を設置した耐力パネル構造１０Ｂの耐力パネル８０Ｂとすることもできる。

上記実施形態では、既存柱３および後設置柱４に対して接合部構造Ａによる耐力要素６の接合がなされる耐力パネル８０について説明したが、一対の柱のうちいずれか一方に対してのみ接合部構造Ａを適用した耐力パネルとすることもできる。たとえば、後設置柱４の方には側面部４ｃの裏面側にタッププレートを設けておいて、従来の高強度ボルトを用いた施工を行ってもよい。その場合でも既存柱３に対してはワンサイドボルト２０およびドリルねじ２１を併用することで、耐力要素６を支障なく取り付けることができる。このように、接合部構造Ａおよびこれを用いた耐力パネル８０は、特に既存柱３に対する施工において効果的である。

上記実施形態では、既存の梁や柱に対して耐力パネルを後設置する場合について説明したが、後設置する場合に限られない。新築時における耐力パネルを有する構造の構築に本発明を適用することもできる。

上記実施形態では、柱と耐力要素との接合において接合部構造Ａを適用する場合について説明したが、これに限られず、板状部を有する鋼材同士の接合であればどのような接合にも適用することができる。たとえば、鉄骨梁のフランジ部に対して板材を接合する場合等に適用することもできる。この場合でも、ワンサイドボルトとドリルねじとを併用することにより、板状部の接合面方向、すなわちワンサイドボルトにせん断力が作用する方向に力が作用しても、ドリルねじがせん断力を負担し、板状部同士のスリップが防止される。

１…既存梁、１ａ…フランジ部（下フランジ）、２…既存基礎、２ａ…上面、２ｂ…側面、２ｃ…立ち上がり部、３…既存柱（縦材）、３ｃ…側面部、４…後設置柱（縦材）、４ａ…柱本体（上部部材）、４ｂ…柱脚部材（下部部材）、４ｃ…側面部、６…耐力要素、１０…耐力パネル構造、１２…突出部材、１３…取付板（当接部）、２０…ワンサイドボルト、２１…ドリルねじ、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ…ガイド、２６…係止片、２７…取付板（当接部）、２９…係止片、３１…保持部材、３１ａ…嵌入孔、３２…円筒部材、３３…接合板、３４…補強板、４０…アンカーボルト、４０ａ…ねじ形成部、５０…横穴、５１…縦穴、５２…プラグアンカー、５３…掛止ナット（第２のナット）、５４…水平板部、５６…脚部、５７…セットプレート、５８…アンカーボルト保持具、５９…ビス、６０…定着部材、６１…定着板、６１ｃ…ガイド孔、６２…ナット（第１のナット）、６３…閉止板、７０…充填材、８０…耐力パネル、Ａ…接合部構造、Ｂ…梁接合部構造。

Claims (5)

1. 板状部を有する複数の鋼材同士を接合する鋼材の接合部構造であって、
   板状部の厚さ方向に貫通する第１のボルト挿通孔が形成された第１の鋼材と、
   板状部の厚さ方向に貫通する第２のボルト挿通孔が形成された第２の鋼材と、
   前記第１のボルト挿通孔および前記第２のボルト挿通孔に挿通されたワンサイドボルトと、
   前記第１の鋼材の板状部および前記第２の鋼材の板状部に螺入されたドリルねじと、を備えたことを特徴とする鋼材の接合部構造。
2. 閉断面を形成する鋼材からなり、上下の横架材の間に立設された一対の縦材と、
   鋼材からなり、前記一対の縦材の対向する側面部に接合された耐力要素と、
   少なくとも一方の縦材の側面部において鋼材の厚さ方向に貫通する第１のボルト挿通孔と、前記耐力要素において鋼材の厚さ方向に貫通する第２のボルト挿通孔とに挿通されたワンサイドボルトと、
   前記耐力要素および前記少なくとも一方の縦材の側面部に螺入されたドリルねじと、を備えたことを特徴とする鋼構造物の耐力パネル。
3. 前記縦材は角形鋼管からなり、
   前記耐力要素には、前記ドリルねじを案内する複数のガイド孔が形成されており、
   前記複数のガイド孔は、構造設計上の必要数よりも多く形成され、かつ、高さ方向の異なる位置に形成される、請求項２に記載の鋼構造物の耐力パネル。
4. 前記縦材は、一の側面部に連設され前記一の側面部とは異なる方向に延びる他の側面部を有し、
   前記少なくとも一方の縦材の前記一の側面部に当接する前記耐力要素の当接部には、前記他の側面部に係止されて、前記耐力要素の横方向の位置決めをする係止片が設けられる、請求項２または３に記載の鋼構造物の耐力パネル。
5. 板状部の厚さ方向に貫通する第１のボルト挿通孔が形成された第１の鋼材と、
   板状部の厚さ方向に貫通する第２のボルト挿通孔が形成された第２の鋼材と、を接合する鋼材の接合方法であって、
   前記第１のボルト挿通孔および前記第２のボルト挿通孔にワンサイドボルトを挿通する第１の工程と、
   前記第１の鋼材の板状部および前記第２の鋼材の板状部にドリルねじを螺入する第２の工程と、
   を含むことを特徴とする鋼材の接合方法。

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