JP6243168B2 - 柱脚補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱脚補強構造に関する。

従来、既存の構造物の耐震補強を図るため、構造物の柱の柱脚部に鉄筋コンクリートの根巻きを施す補強（例えば、特許文献１参照）や、柱脚部に設けられたフランジ状の補強金具を用いてアンカーを打ち増す補強（例えば、特許文献２参照）が行われている。

特開平１０−１８４２４号公報 特開平１０−３３１４３７号公報

しかしながら、上記従来技術の場合、根巻きやアンカーによる補強によって柱脚部の移動を規制し、コンクリート躯体や梁（桁）に固定されている柱脚部が水平方向にずれることを防ぐことはできるが、比較的大きな地震の揺れで柱が大きく撓むと、根巻きやアンカー部分がその変形に追従できずに損傷してしまうことがある。
根巻きやアンカー部分が損傷し、その補強構造の機能が損なわれて柱脚部までが損傷してしまうと、柱を修復したり付け替えたりしなければならなくなり、地震後の早期復旧が困難になることがあり問題となる。

本発明の目的は、地震後の早期復旧が可能な柱脚補強構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、
所定の躯体上に立設されている柱の柱脚部を補強する柱脚補強構造であって、
前記躯体に固定されているとともに、前記柱脚部の周囲に当接して前記柱脚部の移動を規制する移動規制部材と、
前記移動規制部材を跨ぐように配されて、前記移動規制部材で囲われた部分よりも上方の前記柱に一端部が固定され、前記移動規制部材よりも下方の前記躯体に他端部が固定されている板状部材と、
を備え、
前記移動規制部材は、前記柱脚部の周囲を囲う枠部と、前記枠部から外側に延在したフランジ部を有し、前記フランジ部が、前記柱の長手方向に沿う向きのアンカーを用いて前記躯体に固定されており、
前記板状部材の他端部は、前記柱の長手方向と直交する向きのアンカーを用いて前記躯体に固定されており、
前記板状部材は、曲げ延性を有する材料からなるようにした。

かかる構成によれば、所定の躯体に立設されている柱の柱脚部の周囲には、躯体に固定されている移動規制部材が当接しており、地震の揺れによって柱の柱脚部が移動することが規制されているので、例えば、柱脚部が水平方向にずれることを防止し、柱脚部が損傷することを防ぐことができる。
さらに、比較的大きな地震の揺れによって柱が大きく撓む力が作用した場合には、一端部が柱に固定されて他端部が躯体に固定されている板状部材が曲がったり延びたりするように変形することで地震のエネルギーを吸収し、躯体にその力（地震に伴う柱の揺動エネルギー）を伝達させないようにすることができる。
そして、移動規制部材が柱の柱脚部が水平方向に移動することを規制することと、板状部材が変形することで地震に伴う柱の揺動エネルギー（柱の曲げモーメント）を吸収することによって、例えば、柱が躯体から浮き上がってしまうなど柱脚部が損傷することを防ぐことができるので、地震後に柱を修復したり付け替えたりする必要がなく、板状部材のみの交換で復旧させることができるので、地震後の早期復旧が可能になる。
また、板状部材は、移動規制部材を跨ぐように柱の側面に沿って露出した状態で取り付けられており、変形した板状部材を取り替える作業が容易であるので、地震後の早期復旧が可能になる。

特に、移動規制部材を躯体に固定しているアンカーが、柱の長手方向に沿う向きに躯体に埋め込まれていることで、地震による水平方向の揺れに抗することができ、移動規制部材が躯体に固定された状態を維持することができる。
また、板状部材を躯体に固定しているアンカーが、柱の長手方向と直交する向きに躯体に埋め込まれていることで、地震の揺れで撓む柱に一端部が固定されている板状部材が上方に引っ張られることに抗することができ、板状部材が躯体に固定された状態を維持することができる。
そして、移動規制部材と板状部材がともに躯体に固定された状態を維持することで、柱の柱脚部が損傷することをより確実に防ぐことができる。

また、望ましくは、
前記フランジ部は、前記板状部材との間に前記柱を挟む位置に設けられているようにする。
例えば、躯体の縁に柱が立設されて、躯体の側面に板状部材の他端部が固定されている場合、板状部材の一端部が固定されている柱の側面の背面側となる枠部にフランジ部を設け、フランジ部と板状部材で柱を挟むようにすれば、移動規制部材と板状部材とでバランスよく柱の柱脚部を補強することができる。

また、望ましくは、
前記板状部材の前記一端部と前記他端部の間には、前記一端部及び前記他端部よりも細く形成されている変形可能部が設けられているようにする。
板状部材においてその両端よりも細く形成されている変形可能部は、板状部材に負荷が掛かったときに変形し易いので、変形可能部が曲がったり延びたりするように変形することで負荷のエネルギーを吸収し、柱に固定されている一端部や躯体に固定されている他端部を損傷させないようにすることができる。

本発明によれば、地震後の早期復旧が可能な柱脚補強構造を得ることができる。

本実施形態の柱脚補強構造を示す斜視図である。 本実施形態の柱脚補強構造を示す上面図（ａ）と、側面図（ｂ）と、背面図（ｃ）である。 移動規制部材を示す斜視図（ａ）と、板状部材を示す斜視図（ｂ）である。 プラットホームの上家を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る柱脚補強構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は柱脚補強構造１００の斜視図である。図２（ａ）は柱脚補強構造１００の上面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は背面図である。本実施形態では、図４に示すような、高架駅のプラットホームＰの上家Ｒの柱１を補強対象としている。
図１、図２に示すように、上家Ｒの柱である鉄骨柱１は、プラットホームＰを構成するホーム桁１０上に立設されている。
ホーム桁１０は、鉄筋コンクリート造の躯体である。ホーム桁１０にはコンクリート製のホームスラブ（図示省略）が設けられており、プラットホームＰ上を歩行可能にしている。
鉄骨柱１は、Ｈ形鋼２の下端部に矩形板状のベースプレート３が溶接されてなり、鉄骨柱１のベースプレート３部分が柱固定用のアンカーボルト４でホーム桁１０に固定されている。
なお、鉄骨柱１は、プラットホームの長手方向に沿うホーム桁１０ａと、プラットホームの幅方向に沿うホーム桁１０ｂとが略Ｔ字状に交わっている箇所に固定されている。

次に、既存のアンカーボルト４でホーム桁１０に固定されている鉄骨柱１の柱脚部を補強するための柱脚補強構造１００について説明する。
柱脚補強構造１００は、図１、図２に示すように、ホーム桁１０に固定されているとともに鉄骨柱１の柱脚部の周囲に当接して柱脚部の移動を規制する移動規制部材２０と、一端部が鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）に固定されて他端部がホーム桁１０に固定されている板状部材３０等を備えている。
この移動規制部材２０と板状部材３０は、鉄骨柱１の柱脚部を補強する補強部材として機能する。

移動規制部材２０は、図１、図２、図３（ａ）に示すように、鉄骨柱１の柱脚部の周囲を囲う枠部２１と、枠部２１の一壁面から外側に延在したフランジ部２２を有している。
枠部２１は、略ロ字状に組み合わせた４枚の鋼板を溶接によって一体化したものである。枠部２１は４つの壁面を有し、矩形の開口を有する無底の角筒である。
フランジ部２２は、アンカー２３を取り付けるための４つの取付穴２２ａが設けられた鋼板からなり、その鋼板の一辺を枠部２１の外面下部に溶接によって接合したものである。

この移動規制部材２０を鉄骨柱１の柱脚部に取り付ける場合、まず、鉄骨柱１の周囲を囲うように、４枚の鋼板を鉄骨柱１のベースプレート３の四辺にそれぞれ当接させて略ロ字状に配する。この４枚の鋼板の端部が互いにつき合わされているコーナー部分を溶接して枠部２１を形成する。なお、２枚の鋼板を予め略Ｌ字状に接合したものを２つ用意し、それらを鉄骨柱１の周囲で溶接して枠部２１を形成するようにしてもよい。また、３枚の鋼板を予め略コ字状に接合したものと１枚の鋼板を鉄骨柱１の周囲で溶接して枠部２１を形成するようにしてもよい。
次いで、所定の取付穴２２ａが設けられている鋼板を、枠部２１の一壁面の下部に溶接してフランジ部２２を形成する。ここでは、プラットホームの幅方向に沿うホーム桁１０ｂの上に相当する位置にフランジ部２２を形成している。なお、フランジ部２２となる鋼板を予め枠部２１の一壁面となる鋼板に接合しておき、その鋼板を溶接して枠部２１を形成した際にはフランジ部２２が一体に設けられているようにしてもよい。
そして、フランジ部２２の取付穴２２ａを通じてアンカー２３をホーム桁１０ｂに埋め込み、移動規制部材２０をホーム桁１０（１０ｂ）に固定する。このフランジ部２２に取り付けられたアンカー２３は、鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）の長手方向に沿う向きにホーム桁１０ｂに埋め込まれている。
こうして、鉄骨柱１の柱脚部を囲うように移動規制部材２０を組み立て、移動規制部材２０のフランジ部２２をアンカー２３でホーム桁１０に固定することで、移動規制部材２０の取り付けが完了する。

板状部材３０は、図１、図２、図３（ｂ）に示すように、鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）に固定される柱脚接合部３１と、ホーム桁１０に固定される基礎接合部３２と、柱脚接合部３１と基礎接合部３２の間の変形可能部３３と、を有している。
この板状部材３０は、曲げ延性を有する材料からなり、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼からなる鋼板で形成された部材である。板状部材３０における柱脚接合部３１は基礎接合部３２よりも幅が細く形成され、変形可能部３３は柱脚接合部３１と基礎接合部３２よりも幅が細く形成されている。
柱脚接合部３１と基礎接合部３２よりも変形可能部３３が細く形成されていることで、板状部材３０に負荷が掛かったときに変形可能部３３が変形し易くなっており、変形可能部３３が柱脚接合部３１や基礎接合部３２よりも先にダメージを受けて負荷のエネルギーを吸収することで、柱脚接合部３１や基礎接合部３２を損傷させないようになっている。
また、基礎接合部３２にはアンカー３５を取り付けるための４つの取付穴３２ａが設けられている。
また、柱脚接合部３１には、比較的小さな鋼板を柱脚接合部３１に溶接して板状部材３０と一体化した接合板３４が設けられている。

この板状部材３０を鉄骨柱１の柱脚部に取り付ける場合、まず、移動規制部材２０の枠部２１を跨ぐように板状部材３０を配し、移動規制部材２０よりも下方のホーム桁１０ａの側面に板状部材３０の基礎接合部３２を固定する。具体的には、基礎接合部３２の取付穴３２ａを通じてアンカー３５をホーム桁１０ａに埋め込んで、板状部材３０をホーム桁１０（１０ａ）に固定する。この基礎接合部３２に取り付けられたアンカー３５は、鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）の長手方向と直交する向きにホーム桁１０に埋め込まれている。
次いで、移動規制部材２０の枠部２１で囲われた部分よりも上方の鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）に、板状部材３０の柱脚接合部３１を溶接によって固定する。ここでは鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）の側面と柱脚接合部３１との間隙に相当する厚みの接合板３４を用い、柱脚接合部３１と接合板３４を溶接するとともに、接合板３４と鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）を溶接することによって、板状部材３０の一端部を鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）に固定している。なお、予め接合板３４が柱脚接合部３１に接合されている板状部材３０を用いてもよい。
こうして、基礎接合部３２をアンカー３５でホーム桁１０に固定するとともに、接合板３４を介して柱脚接合部３１を鉄骨柱１（Ｈ形鋼２）に固定することで、板状部材３０の取り付けが完了する。

このように本実施形態の柱脚補強構造１００では、アンカー２３を用いて移動規制部材２０がホーム桁１０に固定されており、その移動規制部材２０の枠部２１が鉄骨柱１の各側面に当接するように設けられている。
また、一端の柱脚接合部３１が溶接によって鉄骨柱１に固定され、他端の基礎接合部３２がアンカー３５を用いてホーム桁１０に固定された板状部材３０が、移動規制部材２０を跨ぐように設けられている。
なお、この柱脚補強構造１００における移動規制部材２０等を覆い隠すように、柱脚部の周囲を囲う化粧板を配設してもよい。

本実施形態の柱脚補強構造１００によれば以下のような効果が得られる。
（１） ホーム桁１０に立設されている鉄骨柱１の柱脚部の四面には、ホーム桁１０にアンカー２３で固定されている移動規制部材２０の枠部２１が当接しているので、地震の揺れによって鉄骨柱１の柱脚部が前後左右に移動することが規制され、柱脚部が水平方向にずれることを防止し、柱脚部が損傷することを防ぐことができる。

（２） 比較的大きな地震の揺れで鉄骨柱１が大きく撓む力が作用した場合には、板状部材３０の変形可能部３３が曲がったり延びたりするように変形することで地震のエネルギーを吸収し、ホーム桁１０にその力（地震に伴う柱の揺動エネルギー）を伝達させないようにすることができる。

（３） そして、移動規制部材２０が鉄骨柱１の柱脚部が前後左右に移動することを規制することと、板状部材３０（変形可能部３３）が変形することで地震に伴う柱の揺動エネルギー（柱の曲げモーメント）を吸収することによって、鉄骨柱１がホーム桁１０から浮き上がってしまうなど、鉄骨柱１の柱脚部が損傷することを防ぐことができるので、地震後の早期復旧が可能になる。また、板状部材３０のみの交換で復旧させることができるので、より迅速な復旧が可能になる。

特に、移動規制部材２０をホーム桁１０に固定しているアンカー２３は、鉄骨柱１の長手方向に沿う向きにホーム桁１０に埋め込まれているので、地震による水平方向の揺れに抗して、移動規制部材２０がホーム桁１０に固定された状態を維持することができる。
また、板状部材３０をホーム桁１０に固定しているアンカー３５は、鉄骨柱１の長手方向と直交する向きにホーム桁１０に埋め込まれているので、地震の揺れで鉄骨柱１が撓んだことに伴い、その撓んだ鉄骨柱１に一端部が固定されている板状部材３０が上方に引っ張られることに抗して、板状部材３０がホーム桁１０に固定された状態を維持することができる。
そして、移動規制部材２０と板状部材３０がともにホーム桁１０に固定された状態を維持することで、鉄骨柱１の柱脚部が損傷することをより確実に防ぐことができる。

（４） 板状部材３０は、鉄骨柱１やホーム桁１０の側面に沿って露出した状態で取り付けられており、変形した板状部材３０を取り替える作業が容易であるので、地震後の早期復旧が可能になる。

なお、本実施形態では、鉄骨柱１はホーム桁１０の縁に立設されており、板状部材３０は鉄骨柱１とホーム桁１０の側面に沿うように配され、板状部材３０の基礎接合部３２はホーム桁１０の側面に固定されている。
そして、移動規制部材２０のフランジ部２２は、板状部材３０との間に鉄骨柱１を挟む位置に設けられている。
このように、ホーム桁１０の縁に鉄骨柱１が立設されて、ホーム桁１０の側面に板状部材３０が取り付けられている場合、板状部材３０の柱脚接合部３１が固定されている鉄骨柱１の側面の背面側となる枠部２１にフランジ部２２を設け、フランジ部２２と板状部材３０で鉄骨柱１を挟むようにすれば、移動規制部材２０と板状部材３０とでバランスよく鉄骨柱１の柱脚部を補強することができる。

なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 鉄骨柱（柱）
２ Ｈ形鋼
３ ベースプレート
４ アンカーボルト
１０（１０ａ、１０ｂ） ホーム桁（躯体）
２０ 移動規制部材
２１ 枠部
２２ フランジ部
２３ アンカー
３０ 板状部材
３１ 柱脚接合部（一端部）
３２ 基礎接合部（他端部）
３３ 変形可能部
３４ 接合板部
３５ アンカー
１００ 柱脚補強構造

Claims (3)

1. 所定の躯体上に立設されている柱の柱脚部を補強する柱脚補強構造であって、
   前記躯体に固定されているとともに、前記柱脚部の周囲に当接して前記柱脚部の移動を規制する移動規制部材と、
   前記移動規制部材を跨ぐように配されて、前記移動規制部材で囲われた部分よりも上方の前記柱に一端部が固定され、前記移動規制部材よりも下方の前記躯体に他端部が固定されている板状部材と、
   を備え、
   前記移動規制部材は、前記柱脚部の周囲を囲う枠部と、前記枠部から外側に延在したフランジ部を有し、前記フランジ部が、前記柱の長手方向に沿う向きのアンカーを用いて前記躯体に固定されており、
   前記板状部材の他端部は、前記柱の長手方向と直交する向きのアンカーを用いて前記躯体に固定されており、
   前記板状部材は、曲げ延性を有する材料からなることを特徴とする柱脚補強構造。
2. 前記フランジ部は、前記板状部材との間に前記柱を挟む位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の柱脚補強構造。
3. 前記板状部材の前記一端部と前記他端部の間には、前記一端部及び前記他端部よりも細く形成されている変形可能部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の柱脚補強構造。

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