JP6489864B2 - 建造物における無溶接補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、建造物における無溶接補強構造に関するものであり、詳しくは、鉄骨造建物等において溶接を行うことなく、既設の柱梁接合部に対してブレース材を取り付けることが可能な補強構造に関するものである。

建造物（例えば、鉄骨建造物）における耐震補強工法として、鉄骨ブレース工法が一般的である。鉄骨ブレース工法では、通常の場合、既存の柱梁接合部に対して現場溶接でガセットプレートを取り付け、このガセットプレートにブレース材をボルト接合することにより、地震時に発生する水平力に抵抗することができる。

ところで、建造物に対して耐震補強工事を行うには、鉄骨等にガセットプレートを取り付けるため、現場溶接作業を行う必要がある。このような現場溶接作業では火花が飛び散って火災が発生する危険性があり、十分な注意と対策を施した上で作業を行っていた。しかし、既設の鉄骨建造物（例えば、工場）は、耐震補強工事を行う際にも稼働中であることが多い。また、可燃性物質を扱っている工場では、火気取扱注意または火気厳禁の措置が採られているため、現場における溶接作業を実施できない場合もある。さらに、現場における溶接作業は、作業環境によっては施工精度に与える影響が大きい。

このため、現場溶接作業を必要としないで耐震補強構造を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術は、柱材と梁材と補強材を有する骨組構造において、補強材の一端又は両端を、柱材又は梁材に設けられた接合部に取り付ける。そして、接合部は、補強材を連結するガセットプレートと、剥離防止手段とを備えている。ガセットプレートは、その一部が柱材又は梁材に接着されている。また、剥離防止手段は、ガセットプレートと対向プレートによって柱材又は梁材を挟持するとともに、ガセットプレートと対向プレートをボルト連結することで、ガセットプレートの剥離を防止し得るとしている。

特開２０１３−１７７７９７号公報

しかし、特許文献１に記載された技術は、柱材や梁材を一対の鋼板で挟み込んでボルト止めするとともに、少なくとも一方の鋼板に対して、予めガセットプレートを溶接した構造となっている。そして、一対の鋼板を連結するためのボルトは、既存の柱材や梁材の外側に位置するため、柱材や梁材の位置によっては適切な位置にボルトを取り付けることができない場合がある。また、既存の柱材や梁材の外側に位置するボルトが他の部材と干渉したり、邪魔になったりするおそれがある。

さらに、一対の鋼板で柱材や梁材を挟み込んで、鋼板の端部同士をボルトにより連結しているため、ボルトに取り付けるナットを締め付けすぎると鋼板が撓み、鋼板と柱材や梁材との間に隙間が生じるおそれがある。このように、鋼板と柱材や梁材との間に隙間が生じると、両者の接着面積が狭くなり、設計通りの接着強度を保てないおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、現場における溶接作業を必要とせず、簡易でありながら施工精度が高い建造物における無溶接補強構造を提供することを目的とする。

本発明の建造物における無溶接補強構造は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の建造物における無溶接補強構造は、二分割された接合部材を一体に組み付けることにより、柱材または梁材の外周面を覆う被覆部材と、被覆部材を柱材または梁材に固定するために、柱材または梁材の外周面に取り付けた複数の基部ナットと、二分割された接合部材にそれぞれ設けられ基部ナットと対向する複数のネジ挿通孔と、複数のネジ挿通孔にそれぞれ挿通され、一端部を基部ナットにネジ付けるとともに、他端部を接合部材の外周面から突出させるネジ棒と、ネジ棒の他端部にネジ付ける固定ナットとからなる固定部材と、被覆部材の内周面と柱材または梁材の外周面との間に充填する充填材と、接合部材の少なくとも一方に予め溶接されたガセットプレートと、ガセットプレートに取り付けるブレース材とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の建造物における無溶接補強構造は、上述した構成に加えて、定着部材として機能するとともに、被覆部材の内周面と柱材または梁材の外周面とのクリアランスを確保するための複数の突起を設けることが好ましい。

上述した構成の建造物における無溶接補強構造では、例えば、断面略コ字状の接合部材を一対として柱材または梁材を挟み込み、接合部材を一体に組み付けることにより被覆部材を形成する。そして、固定部材により、被覆部材を柱材または梁材に固定する。

また、被覆部材の内周面に複数の突起を設けて、被覆部材の内周面と柱材または梁材の外周面との隙間にコンクリート等の充填材を充填する。この際、複数の突起が定着部材として機能する。

本発明の建造物における無溶接補強構造によれば、被覆部材により柱材または梁材を挟み込んで固定するとともに、予め被覆部材にガセットプレートを溶接しておくことにより、現場における溶接作業を行う必要がなくなる。このため、現に稼働中の工場等や、火気取扱注意または火気厳禁の工場等の建造物であっても、安全に作業を行うことができる。

また、一対の接合部材をボルト接合するという簡単な作業で耐震補強を行うことができるので、作業効率が向上し、工期の短縮及び工費の削減を図ることができる。

また、被覆部材の内周面に複数の突起を設けて被覆部材の内周面と柱材または梁材の外周面とのクリアランスを確保し、当該隙間にコンクリート等の充填材を充填することにより、被覆部材と柱材または梁材とを強固に固定することができる。

したがって、地震等により建造物に水平力が加わった場合であっても、柱材または梁材の変形に伴う応力に対して、ブレース材の引張力および圧縮力で抵抗することができる。すなわち、建造物に水平力が加わった場合には、ブレース材を取り付けるガセットプレートおよび被覆部材には応力が生じるが、引張力に対しては被覆部材の内面に設けた突起で抵抗し、圧縮力に対しては被覆部材と柱材または梁材との間に充填した充填材で抵抗することができる。

また、被覆部材と充填材とで柱材または梁材を拘束することにより、柱材または梁材の頭部や脚部の座屈を防止することができる。

本発明の実施形態に係る建造物における無溶接補強構造（Ｈ形鋼タイプ）を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る建造物における無溶接補強構造（角型鋼管タイプ）を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る建造物における無溶接補強構造の施工手順を示す分解斜視図。 接合部材を重ね合わせた状態を示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係る建造物における無溶接補強構造を説明するもので、図１及び図２は無溶接補強構造をそれぞれＨ形鋼、角型鋼管に適用した状態を示す斜視図、図３は施工手順を示す分解斜視図、図４は接合部材を重ね合わせた状態を示す断面図である。

＜基本構成＞
本発明の実施形態に係る建造物における無溶接補強構造は、図１〜図４に示すように、一対の接合部材１１からなる被覆部材１０と、被覆部材１０を柱材または梁材（以下、取付対象部材６０と総称する）に固定する固定部材２０と、被覆部材１０の内周面と取付対象部材６０の外周面との間に充填する充填材３０と、固定部材２０に取り付けたガセットプレート４０と、ブレース材５０を基本的な構成部材としている。被覆部材１０の内面に複数の突起１２を設けることにより、被覆部材１０の内周面と取付対象部材６０の外周面とのクリアランスを確保して、被覆部材１０の内周面と取付対象部材６０の外周面との間に充填材３０を充填する。

＜被覆部材＞
被覆部材１０は、図１〜図４に示すように、断面略コ字状の接合部材１１を一組として取付対象部材６０を挟み込むことにより、ブレース材５０を取り付けるための基本構造を構成する部材である。接合部材１１は、向かい合わせに組み付けた際に、開放側の先端部が重複するようになっており、被覆する取付対象部材６０の断面形状に合わせて形成されている。すなわち、接合部材１１の形状は、断面略コ字状に限定されるものではなく、取付対象部材６０の形状に合わせて適宜変更することができる。

接合部材１１には、固定部材２０の一部となるネジ棒２１を挿通するためのネジ挿通孔１３を複数設けてある。このネジ挿通孔１３は、一組の接合部材１１を組み付ける際に、ネジ棒２１を一連に挿通可能な位置に設けられている。また、接合部材１１の内面には、スタットボルト１２が予め溶接されている。このスタットボルト１２は、定着部材（アンカー）として機能する部材である。また、スタットボルト１２を、接合部材１１の内周面と取付対象部材６０の表面とのクリアランスを確保するための部材として機能させてもよい。

＜固定部材＞
固定部材２０は、被覆部材１０を取付対象部材６０に固定するための部材であり、図３に示すように、取付対象部材６０の表面であって、接合部材１１のネジ挿通孔１３に対向する位置に接着した複数の基部ナット２２と、基部ナット２２にネジ着けるネジ棒２１と、一連となったネジ挿通孔１３から、被覆部材１０の外側へ突出するネジ棒２１にネジ着ける固定ナット２３とからなる。このように、ネジ棒２１及び固定ナット２３を用いることにより、現場において重ね合わせた接合部材１１（被覆部材１０）の厚みの差違に適応することができる。なお、重ね合わせた接合部材１１（被覆部材１０）の厚みの差違が問題とならない場合には、ネジ棒２１及び固定ナット２３を一体のボルトとしてもよい。

被覆部材１０を取付対象部材６０に固定するには、一組の接合部材１１で取付対象部材６０を挟み込み、各接合部材１１に設けた複数のネジ挿通孔１３の位置を一連に合わせるとともに、各ネジ挿通孔１３の外側からネジ棒２１を挿通し、ネジ棒２１の先端部を基部ナット２２にネジ着けるとともに、被覆部材１０の外側に突出したネジ棒２１に固定ナット２３をネジ着けることにより、被覆部材１０を取付対象部材６０に固定することができる。

＜充填材＞
図１、図２、図４に示す例では、被覆部材１０の内周面と、取付対象部材６０の外周面とはスタットボルト１２によりクリアランスが保たれている（隙間が形成されている）。この隙間内に、充填材３０を充填することにより、被覆部材１０と取付対象部材６０とを強固に固定することができる。充填材３０としては、例えば、コンクリートやグラウト材を用いることができる。なお、充填材３０を充填する際には、隙間の下部にシール材（図示せず）を取り付けて、充填材３０が漏れ出すのを防止することが好ましい。

＜ガセットプレート＞
ガセットプレート４０は、図１〜図３に示すように、ブレース材５０を取り付けるための部材で、接合部材１１の少なくとも一方に、予め溶接されている。ブレース材５０を溶接する位置は、接合部材１１の開放側に対向する基端側の外側面である。ガセットプレート４０には、図３に示すように、ブレース材５０を固定するための複数のボルト挿通孔５１を設けてある。

＜ブレース材＞
ブレース材５０は、柱材と梁材との間に掛け渡す斜材であり、材質、太さ、形状等は、施工対象条件に合わせて適宜設定することができる。ブレース材５０の端部には、ガセットプレート４０に設けたボルト挿通孔５１に対向する位置に開口（図示せず）を設けてある。そして、ガセットプレート４０に設けたボルト挿通孔５１とブレース材５０に設けた開口とに一連にボルト５２を挿通し、ボルト５２の先端部にナット（図示せず）をネジ着けることにより、ブレース材５０をガセットプレート４０に取り付けることができる。

＜Ｈ形鋼タイプ＞
図１を参照して、本発明の無溶接補強構造をＨ形鋼からなる取付対象部材６０に適用した例を説明する。Ｈ形鋼タイプは、図１に示すように、Ｈ形鋼からなる取付対象部材６０に被覆部材１０を固定し、予めガセットプレート４０を溶接した被覆部材１０にブレース材５０を取り付けるようになっている。

このＨ形鋼タイプに使用する被覆部材１０は、断面略コ字状の接合部材１１を一組として用いる。各接合部材１１は、同一の形状をなしており、Ｈ形鋼を挟み込んだ際に、開放側の一部が重なり合うようになっている。すなわち、接合部材１１は、図４に示すように、基部１１ａと、基部１１ａの両端部からそれぞれ延長して設けた側部１１ｂからなり、側部１１ｂの長さをＨ形鋼の直径（フランジの幅）の１／２以上とすることにより、対向する接合部材１１の側部１１ｂの先端部を重ね合わせることができる。

接合部材１１の側部１１ｂの先端部には、重複する側部１１ｂにおいて一連となるように複数のネジ挿通孔１３を設けてある。また、フランジの外周面であって、一連となったネジ挿通孔１３に対向する位置には、それぞれ基部ナット２２を接着してある。ここで、Ｈ形鋼の外周面に基部ナット２２を取り付ける際に、溶接ではなく接着を行うのは、現場における溶接作業を実施しないためである。基部ナット２２を接着するための接着剤は、特に限定されるものではなく、基部ナット２２及び取付対象部材６０が金属製（鉄製）である場合には、金属同士を接着可能な接着剤を用いればよい。

また、接合部材１１の内面には、スタッドボルト１２を予め溶接してある。このスタッドボルト１２は、定着部材（アンカー）として機能する部材であり、また、接合部材１１の内周面と取付対象部材６０の外周面とのクリアランスを確保するための部材として機能させてもよい。

＜角型鋼管タイプ＞
図２を参照して、本発明の無溶接補強構造を角型鋼管タイプからなる取付対象部材６０に適用した例を説明する。角型鋼管タイプは、図２に示すように、角型鋼管からなる取付対象部材６０に被覆部材１０を固定し、予めガセットプレート４０を溶接した被覆部材１０にブレース材５０を取り付けるようになっている。

基本的な構成は、図１に示す実施例１と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。また、角型鋼管タイプでは、スタットボルト１２が被覆部材１０の内周面と取付対象部材（柱材または梁材）６０の外周面とのクリアランスを確保するための部材として機能し、被覆部材１０の内周面と取付対象部材６０の外周面との隙間に充填材３０充填するようになっている。

＜施工手順＞
図３を参照して、本発明の無溶接補強構造の施工手順を説明する。なお、図３に示す例は、本発明をＨ形鋼に適用した例であるが、角型鋼管に適用した場合も、ほぼ同様の手順で施工することができる。また、本発明の無溶接補強構造では、予め、接合部材１１にガセットプレート４０及びスタッドボルト１２を溶接しておくとともに、ネジ挿通孔１３を設けておく。

図３に示すように、Ｈ形鋼のフランジを接合部材１１の固定部として基部ナット２２を接着するとともに、フランジとウェブの間に形成される凹部を、接合部材１１の基部１１ａ側に位置させる。そして、一組の接合部材１１によりＨ形鋼を両側から挟み込み、重ね合わさった各ネジ挿通孔１３にネジ棒２１を一連に挿通し、Ｈ形鋼のフランジに接着した基部ナット２２にネジ棒２１をネジ着ける。さらに、被覆部材１０の外側に突出したネジ棒２１に固定ナット２３をネジ着けて、Ｈ形鋼に被覆部材１０を固定する。

その後、フランジとウェブの間に形成される凹部の下部をシール材等により閉塞して、凹部内にコンクリート等の充填材３０を充填する。そして、図示しないが、被覆部材１０に予め溶接されたガセットプレート４０にブレース材５０を取り付ける。

１０ 被覆部材
１１ 接合部材
１１ａ 基部
１１ｂ 側部
１２ スタットボルト
１３ ネジ挿通孔
２０ 固定部材
２１ ネジ棒
２２ 基部ナット
２３ 固定ナット
３０ 充填材
４０ ガセットプレート
５０ ブレース材
５１ ボルト挿通孔
５２ ボルト
６０ 取付対象部材（柱材または梁材）

Claims (2)

1. 柱材または梁材にブレース材を取り付けて耐震補強を行うための構造であって、
   二分割された接合部材を一体に組み付けることにより、前記柱材または梁材の外周面を覆う被覆部材と、
   前記被覆部材を前記柱材または梁材に固定するために、前記柱材または梁材の外周面に取り付けた複数の基部ナットと、二分割された接合部材にそれぞれ設けられ前記基部ナットと対向する複数のネジ挿通孔と、前記複数のネジ挿通孔にそれぞれ挿通され、一端部を前記基部ナットにネジ付けるとともに、他端部を前記接合部材の外周面から突出させるネジ棒と、前記ネジ棒の他端部にネジ付ける固定ナットとからなる固定部材と、
   前記被覆部材の内周面と前記柱材または梁材の外周面との間に充填する充填材と、
   前記接合部材の少なくとも一方に予め溶接されたガセットプレートと、
   前記ガセットプレートに取り付けるブレース材と、
   を備えたことを特徴とする建造物における無溶接補強構造。
2. 前記被覆部材の内周面に、定着部材として機能するとともに、前記被覆部材の内周面と前記柱材または梁材の外周面とのクリアランスを確保するための複数の突起を設けたことを特徴とする請求項１に記載の建造物における無溶接補強構造。

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