JP6368543B2

JP6368543B2 - 耐震補強方法

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Publication number: JP6368543B2
Application number: JP2014108022A
Authority: JP
Inventors: 喜信小野; 宇佐美　徹; 徹宇佐美; 賢二山▲崎▼
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-05-26
Also published as: JP2015224427A

Description

本発明は、鋼製の柱部材にＨ形鋼からなる梁部材を溶接接合することにより構成された柱梁接合部の耐震性を向上させる耐震補強方法に関する。

Ｈ形鋼からなる梁部材のフランジ端部を鋼製の柱部材に溶接接合することにより構成される柱梁接合部において、従来は、梁部材のフランジ端部の溶接部に大きな変形が生じないようにすることで、地震時における梁部材のフランジ端部の破断を防ぐ方法が用いられていた。

具体的には、梁部材のフランジ端部にカバープレートを設けたり、梁部材のフランジ端部を拡幅したり、梁部材の端部にハンチを設けたりする方法が挙げられる。

また、梁部材のフランジ近傍のウェブにスカラップを設けないようにして、梁部材のウェブから柱部材へ伝達される曲げモーメント量を増やすことにより、梁部材のフランジ端部の溶接部に大きな変形が生じないようにする方法がある。

例えば、特許文献１には、梁部材のフランジ端部の下面に固定された裏当て金を柱部材のフランジに突き当てて溶接することにより、ウェブにスカラップを設けずに梁部材を柱部材に溶接接合する方法が開示されている。

しかし、これまで述べた従来の耐震補強方法は、補強用の部材を新たに追加するものなので、既設の柱梁接合部の耐震改修工事に用いることは難しい。

特開平８−３１１９８８号公報

本発明は係る事実を考慮し、耐震改修工事に用いて、柱梁接合部における梁部材のフランジ端部の破断を防ぐことができる耐震補強方法を提供することを課題とする。

第１態様の発明は、鋼製の既設柱部材に、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼からなる既設梁部材を接合して構成された柱梁接合部を耐震補強する耐震補強方法において、前記ウェブの端部の前記フランジと交差する部分に形成されたスカラップを溶接で充填する耐震補強方法。

第１態様の発明では、スカラップを溶接で充填することにより、ウェブの断面欠損を無くす又は減らすことができる。これにより、スカラップに形成された溶接充填部を介してウェブの端部から柱部材へ曲げモーメントが伝達され、既設梁部材の端部から既設柱部材への曲げモーメント伝達率（伝達される曲げモーメント量）が大きくなる。よって、既設梁部材の端部の変形能力を向上させることができ、地震時に既設梁部材のフランジの端部が破断してしまうことを防ぐことができる。また、この耐震補強方法は、補強用の部材を新たに追加する必要がないので、耐震改修工事に用いて、柱梁接合部における梁部材のフランジ端部の破断を防ぐことができる。

第２態様の発明は、第１態様の耐震補強方法において、前記ウェブの端部を、前記既設柱部材に溶接接合する。

第２態様の発明では、既設柱部材に既設梁部材のウェブの端部を溶接接合することにより、梁部材の端部から柱部材への曲げモーメント伝達率をより大きくすることができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の耐震補強方法において、前記既設柱部材又は前記既設梁部材に押し当て部材を取り付ける工程と、前記スカラップへ裏当て金を挿入し、該裏当て金を前記押し当て部材により前記ウェブに押し当てて固定する工程と、前記裏当て金を受けにして前記スカラップを溶接で充填する工程と、を有する。

第３態様の発明では、ウェブの片面側のみからの溶接作業によって、スカラップを溶接で充填することができる。

本発明は上記構成としたので、耐震改修工事に用いて、柱梁接合部における梁部材のフランジ端部の破断を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る耐震補強方法によって耐震補強を行う前の柱梁接合部を示す側面図である。本発明の実施形態に係る耐震補強方法によって耐震補強を行った柱梁接合部を示す側面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る耐震補強方法の効果を示す側面図である。本発明の実施形態に係る実証試験の結果を示す線図である。本発明の実施形態に係る実証試験の結果を示す線図である。本発明の実施形態に係る実証試験の結果を示す線図である。本発明の実施形態に係る比較例としての柱梁接合部を示す側面図である。本発明の実施形態に係るスカラップを溶接で充填する方法を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るスカラップを溶接で充填する方法を示す平面図である。本発明の実施形態に係るスカラップを溶接で充填する方法を示す断面図である。本発明の実施形態に係るスカラップを溶接で充填する方法を示す側面図である。本発明の実施形態に係るスカラップを溶接で充填する方法を示す側面図である。本発明の実施形態に係るスカラップを溶接で充填する方法を示す平面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る耐震補強方法について説明する。

図１の側面図には、本実施形態の耐震補強方法によって耐震補強される前の柱梁接合部１０が示され、図２の側面図には、本実施形態の耐震補強方法によって耐震補強された柱梁接合部１０が示されている。

図１に示すように、柱梁接合部１０は、既設の柱部材１２に、既設の梁部材１４を接合して構成されている。柱部材１２は、通しダイアフラム１６、１８を備えた角形鋼管からなる鋼製の部材であり、梁部材１４は、上フランジ２０、ウェブ２２、及び下フランジ２４を有するＨ形鋼からなる鋼製の部材である。

梁部材１４は、柱部材１２に備えられた通しダイアフラム１６、１８に、上フランジ２０の端部２６と下フランジ２４の端部２８をそれぞれ開先溶接することによって、柱部材１２に接合されている。

また、梁部材１４は、柱部材１２の外周面３０から張り出して設けられたガセットプレート３２に、梁部材１４のウェブ２２の端部３４をボルト接合することによって、柱部材１２に接合されている。

ウェブ２２の端部３４の上フランジ２０と交差する部分（ウェブ２２の上部）には、スカラップ３６が形成され、ウェブ２２の端部３４の下フランジ２４と交差する部分（ウェブ２２の下部）には、スカラップ３８が形成されている。スカラップ３６、３８は、上フランジ２０の下面に裏当て金４０を設けたり、ダイアフラム１６、１８に上フランジ２０の端部２６と下フランジ２４の端部２８をそれぞれ開先溶接したりする等のために形成されている。

梁部材１４の上には、鉄筋コンクリート製の床スラブ４２が設けられている。また、柱部材１２、梁部材１４、及び柱梁接合部１０には、湿式の耐火被覆（不図示）が施されている。

本実施形態の耐震補強方法では、図２に示すように、スカラップ３６、３８、及びスカラップ３６、３８付近に施されている耐火被覆を剥がした後に、スカラップ３６、３８の内壁面と柱部材１２の外周面３０との間に充填溶接により溶接充填部４４、４６を形成して、梁部材１４のスカラップ３６、３８を溶接で充填する。さらに、図２のＡ−Ａ断面図である図３に示すように、ウェブ２２の端面４８付近に位置する柱部材１２の外周面３０及びウェブ２２の端部３４に施されている耐火被覆を剥がした後に、梁部材１４のウェブ２２の端部３４を柱部材１２の外周面３０に溶接接合（溶接部５０）して一体化する。これらによって、柱梁接合部１０を耐震補強する。

次に、本発明の実施形態に係る耐震補強方法の作用と効果について説明する。

本実施形態の耐震補強方法では、図２に示すように、スカラップ３６、３８を溶接で充填することにより、梁部材１４のウェブ２２の断面欠損を無くすことができる。これにより、スカラップ３６、３８に形成された溶接充填部４４、４６を介してウェブ２２の端部３４から柱部材１２へ曲げモーメントが伝達され、梁部材１４の端部から柱部材１２への曲げモーメント伝達率（伝達される曲げモーメント量）が大きくなる。よって、梁部材１４の端部の変形能力を向上させることができ、地震時に梁部材１４の下フランジ２４の端部２８が破断してしまうことを防ぐことができる。また、図２及び図３に示すように、柱部材１２の外周面３０にウェブ２２の端部３４を溶接接合することにより、梁部材１４の端部から柱部材１２への曲げモーメント伝達率をより大きくすることができる。

図１に示す柱梁接合部１０において、梁部材１４に曲げモーメントＭが発生した場合に、柱部材１２におけるウェブ２２が取り付けられている部分の剛性が低いと、図４（ａ）の側面図に示すような変形メカニズムになるが、スカラップ３６、３８によってウェブ２２に断面欠損が形成されるので、梁部材１４のウェブ２２に生じる応力度分布５２（右下がりの斜線が描かれている領域）は限定的となる。

これに対して、本実施形態の耐震補強方法によって耐震補強された、図２に示す柱梁接合部１０においては、スカラップ３６、３８を溶接で充填することにより、梁部材１４のウェブ２２の断面欠損を無くすことができる。これにより、スカラップ３６、３８に形成された溶接充填部４４、４６を介してウェブ２２の端部３４から柱部材１２へ曲げモーメントが伝達されるので、図４（ｂ）の側面図に示すように、梁部材１４のウェブ２２に生じる応力度分布５４（右下がりの斜線が描かれている領域と、右上がりの斜線が描かれている領域とを合わせた領域）は、応力度分布５２よりも広い分布となる。よって、梁部材１４の端部から柱部材１２への曲げモーメント伝達率（伝達される曲げモーメント量）が大きくなる。

さらに、本実施形態の耐震補強方法は、補強用の部材を新たに追加する必要がないので、耐震改修工事に用いて、柱梁接合部１０における梁部材１４の下フランジ２４の端部２８の破断を防ぐことができる。

また、従来は、梁部材のフランジ端部の溶接部に大きな変形が生じないようにすることで、地震時における梁部材のフランジ端部の破断を防ぐ耐震補強方法が用いられていた。例えば、梁部材のフランジ端部にカバープレートを設けたり、梁部材のフランジ端部を拡幅したり、梁部材の端部にハンチを設けてこの端部の断面性能を上げることにより塑性ヒンジの発生位置を梁部材の中央部側へ移動させたりしていた。

しかし、これらの従来の耐震補強方法においては、付加物を取り付けることに伴って発生する応力集中点が脆性破壊の起点となり得たり、梁部材の端部の曲げ耐力増加に伴って設計で想定した崩壊形と異なる崩壊形に変わってしまったり、梁の中央方向への塑性ヒンジの発生位置の移動に伴って梁部材に要求される変形角が増大してしまうことなどが懸念される。

これに対して、本実施形態の耐震補強方法は、スカラップ３６、３８を溶接で充填することにより、梁部材１４の端部から柱部材１２への曲げモーメント伝達率（伝達される曲げモーメント量）を大きくし、さらに、柱部材１２の外周面３０にウェブ２２の端部３４を溶接接合することにより、梁部材１４の端部から柱部材１２への曲げモーメント伝達率をより大きくするものなので、先に述べた従来の耐震補強方法において懸念される問題を起こすことなく、柱梁接合部１０における梁部材１４の下フランジ２４の端部２８の破断を防ぐことができる。

（実施例）

ここでは、実証実験によって検証した本実施形態の耐震補強方法の効果について説明する。

図５に示すグラフには、図８の側面図に示すように、梁部材１４を構成するウェブ２２の端部３４が溶接によって柱部材１２の外周面３０に接合され、スカラップ３６、３８を有する柱梁接合部１０（図２の柱梁接合部１０において溶接充填部４４、４６が形成されていないもの）に対して行った載荷試験の値５８が示されている。グラフの横軸を梁部材１４の変形角とし、グラフの縦軸を梁部材１４の柱部材１２との接合部における曲げモーメントとしている。また、実線６０は、梁部材１４の端部の最大曲げ耐力の算定値を示し、点線６２は、梁部材１４の端部の全塑性曲げモーメントの算定値を示している。

図６に示すグラフには、図２に示すように、梁部材１４を構成するウェブ２２の端部３４が溶接によって柱部材１２の外周面３０に接合され、スカラップ３６、３８が溶接で充填された柱梁接合部１０に対して行った載荷試験の値６４が示されている。グラフの横軸を梁部材１４の変形角とし、グラフの縦軸を梁部材１４の柱部材１２との接合部における曲げモーメントとしている。また、実線６６は、梁部材１４の端部の最大曲げ耐力の算定値を示し、点線６８は、梁部材１４の端部の全塑性曲げモーメントの算定値を示している。

図５では、破断点５６で梁部材１４に破断が生じている。また、図６では、梁部材１４に破断は生じず、梁部材１４の局部座屈によって梁部材１４の曲げ耐力が低下している。

よって、図５の値５８と図６の値６４を比べることにより、スカラップ３６、３８を溶接で充填することによって、繰り返し変形性能が向上していることがわかる。

図７のグラフには、図１に示すように、耐震補強していない柱梁接合部１０に対して行った載荷試験の値７０が示されている。グラフの横軸を梁部材１４の変形角とし、グラフの縦軸を梁部材１４の柱部材１２との接合部における曲げモーメントとしている。また、実線７２は、梁部材１４の端部の最大曲げ耐力の算定値を示し、点線７４は、梁部材１４の端部の全塑性曲げモーメントの算定値を示している。

図７では、破断点７６で梁部材１４に破断が生じている。これは、ガセットプレート３２を用いたボルト接合による接合部は、梁部材１４を構成するウェブ２２の端部３４を柱部材１２の外周面３０に溶接接合する接合部と比べて剛性が小さくなるので、梁部材１４のウェブ２２から柱部材１２へ曲げモーメントが十分に伝達されず、梁部材１４の下フランジ２４に過大な応力と歪が生じたためである。

よって、図５の値５８と図７の値７０を比べることにより、梁部材１４を構成するウェブ２２の端部３４を溶接により柱部材１２の外周面３０に接合することによって、変形能力が向上していることがわかる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図２に示すように、梁部材１４のスカラップ３６、３８の両方を溶接で充填した例を示したが、梁部材１４のスカラップ３６、３８の一方又は両方が溶接で充填されていればよい。スカラップ３６、３８の一方を溶接で充填した場合、梁部材１４のウェブ２２の断面欠損を減らすことができる。これにより、スカラップ３６に形成された溶接充填部４４、又はスカラップ３８に形成された溶接充填部４６を介してウェブ２２の端部３４から柱部材１２へ曲げモーメントが伝達され、梁部材１４の端部から柱部材１２への曲げモーメント伝達率（伝達される曲げモーメント量）が大きくなる。よって、梁部材１４の端部の変形能力を向上させることができ、地震時に梁部材１４の下フランジ２４の端部２８が破断してしまうことを防ぐことができる。

また、本実施形態では、梁部材１４のスカラップ３８を溶接で充填する例を示したが、例えば、図９の斜視図に示す押し当て部材７８を用いれば、梁部材１４のウェブ２２の片面側のみからの溶接作業によってスカラップ３８を溶接で充填することができる。

ここでは、まず、図９に示すように、柱部材１２又は梁部材１４に押し当て部材７８を取り付ける。図９の例では、押し当て部材７８が、帯状の板バネ８０と、この板バネ８０の一端部が固定されたマグネット８２とを有して構成されており、梁部材１４のウェブ２２に磁力によりマグネット８２を固定することによって、梁部材１４に押し当て部材７８が取り付けられている。

次に、図９、及び図１０（ａ）の平面図に示すように、ウェブ２２の片面側からスカラップ３８へ裏当て金８４を挿入し、裏当て金８４を押し当て部材７８によりウェブ２２に押し当てて固定する。図９及び図１０（ａ）の例では、柱部材１２の外周面３０に溶接ビード８６を盛り、板バネ８０の弾性力により裏当て金８４の一方端部８８を溶接ビード８６に押し当てると共に、裏当て金８４の他方端部９０をウェブ２２に押し当てることによって、裏当て金８４を固定している。

次に、裏当て金８４を受けにして、スカラップ３８を溶接で充填する。スカラップ３８を溶接で充填する際には、まず、図１０（ｂ）の平面図に示すように、スカラップ３８の下側から１〜２層程度の溶接を行ってこの溶接により裏当て金８４を下フランジ２４及び通しダイアフラム１８に固定し、この状態で、押し当て部材７８を取り外す。次に、図１０（ｃ）の平面図に示すように、残っているスカラップ３８の全てを溶接で充填する。

さらに、本実施形態では、梁部材１４のスカラップ３６を溶接で充填する例を示したが、例えば、図１２（ａ）の側面図に示す拡張式の裏当て部材９２を用いれば、梁部材１４のウェブ２２の片面側のみからの溶接作業によってスカラップ３６を溶接で充填することができる。

ここでは、まず、図１１（ａ）の断面図に示すように、ウェブ２２の片面側からスカラップ３６へ裏当て部材９２を挿入し、図１１（ｂ）の断面図、及び図１２（ａ）に示すように、柱部材１２又は梁部材１４に取り付ける。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、及び図１２（ａ）の例では、裏当て部材９２が、裏当て金となる重ねて設けられた３つの鋼板９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃと、鋼板９４Ｃに設けられたマグネット９６とを有して構成され、鋼板９４Ｃに対して鋼板９４Ｂが横方向へ、鋼板９４Ｃに対して鋼板９４Ａが下方向へそれぞれ移動可能に設けられており、梁部材１４の上フランジ２０の下面に磁力によりマグネット９６を固定することによって、梁部材１４に裏当て部材９２が取り付けられている。

次に、図１２（ｂ）の側面図に示すように、バネ１００の反発力により鋼板９４Ｂを右方向へ移動させ、バネ１０２の反発力により鋼板９４Ａを下方向へ移動させて、鋼板９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃによって拡張した裏当て面９８を形成する。

次に、拡張した裏当て面９８を受けにして、スカラップ３６の全てを溶接で充填する。

また、本実施形態では、梁部材１４のスカラップ３８を溶接で充填する例を示したが、例えば、図１３（ａ）の側面図に示す閉塞部材１０４を用いれば、スカラップ３８に充填する溶接量を減らすことができる。

ここでは、まず、図１３（ａ）、及び図１４（ａ）の平面図に示すように、ウェブ２２の片面側からスカラップ３８へ閉塞部材１０４を挿入し所定の位置にセットする。図１３（ａ）及び図１４（ａ）の例では、閉塞部材１０４は、挿入部１０６と係合部１０８を有する平面視にて略Ｌ字状の鋼製ブロックであり、挿入部１０６をスカラップ３８に挿入した状態で係合部１０８がウェブ２２に接触するようにしてセットされている。係合部１０８は、スカラップ３８の右端部を覆うことにより、裏当て金の役割も兼ねている。

次に、図１３（ｂ）の側面図、及び図１４（ｂ）の平面図に示すように、閉塞部材１０４の一方端部を溶接により柱部材１２に接合し（溶接部１１０）、閉塞部材１０４の他方端部を溶接によりウェブ２２に接合する（溶接部１１２）。

さらに、本実施形態では、柱部材１２を角形鋼管とした例を示したが、柱部材１２は、鋼製の部材であればよい。例えば、柱部材１２を、形鋼や鋼管によって構成してもよいし、鋼管の中空部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管によって構成してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０柱梁接合部
１２柱部材（既設柱部材）
１４梁部材（既設梁部材）
２０上フランジ（フランジ）
２２ウェブ
２４下フランジ（フランジ）
３４端部（ウェブの端部）
３６、３８スカラップ
７８押し当て部材
８４裏当て金

Claims

鋼製の既設柱部材に、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼からなる既設梁部材を接合して構成され耐火被覆が施された柱梁接合部を改修により耐震補強する耐震補強方法において、
前記ウェブの端部の前記フランジと交差する部分に形成されたスカラップに施されている前記耐火被覆を剥がした後に該スカラップを溶接で充填する耐震補強方法。
前記ウェブの端部を、前記既設柱部材に溶接接合する請求項１に記載の耐震補強方法。
鋼製の既設柱部材に、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼からなる既設梁部材を接合して構成された柱梁接合部を耐震補強する耐震補強方法において、
前記既設柱部材又は前記既設梁部材に押し当て部材を取り付ける工程と、
前記ウェブの端部の前記フランジと交差する部分に形成されたスカラップへ裏当て金を挿入し、該裏当て金を前記押し当て部材により前記ウェブに押し当てて固定する工程と、
前記裏当て金を受けにして前記スカラップを溶接で充填する工程と、
を有する耐震補強方法。