JP6543137B2 - 柱梁架構の耐震改修構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼製柱と鋼製梁により構成された柱梁架構の耐震改修構造に関する。

特許文献１には、鋼管柱に鉄骨梁を溶接することによって構成された柱梁接合構造が開示されている。

このような、鋼製柱と鋼製梁を溶接することによって構成された柱梁架構を有する建物においては、必要とされる耐震性が得られるだけの変形性能を柱梁架構が発揮できるように、鋼製柱と鋼製梁が接合されていなければならない。

よって、このような変形性能を柱梁架構が発揮できる強度で、鋼製柱と鋼製梁が接合されていない場合には、耐震改修によって、柱梁架構の変形性能を向上させる対策を施さなければならない。

ここで、Ｈ形鋼からなる通し梁のフランジの外面にＨ形鋼からなる柱の長手方向端部を溶接して柱梁架構が構成されている建物に、柱梁架構の変形性能を向上させる為の耐震改修を行う場合、例えば、通し梁のフランジの外面に柱の長手方向端部を溶接し直す方法は、既存の溶接材を取り除いたり、柱の長手方向端部に開先加工を施し直したりする必要があるので、実質的に難しい。

また、例えば、既設の柱と同じ断面寸法のＨ形鋼からなる新しい柱を既設の柱の隣りに設けて既設の通し梁と接合し、この新しい柱と既設の通し梁とによって既設の柱梁架構よりも変形性能の高い柱梁架構を構築する方法は、新たに設けた柱によって建物の室内スペースが狭くなってしまう。

特開２０１５−５２２４７号公報

本発明は係る事実を考慮し、建物の室内スペースを大きく狭めることなく、既設の柱梁架構よりも変形性能の高い柱梁架構を構築することを課題とする。

第１態様の発明は、Ｈ形鋼からなり通し梁又は通し柱とされた既設の第１部材と、Ｈ形鋼からなり前記第１部材のフランジの外面に長手方向端部が溶接され、柱又は梁とされた既設の第２部材と、前記第２部材のウェブの両面に立設されて前記第２部材の長手方向へ配置され、長手方向端部が前記第１部材のフランジの外面に溶接された鋼製の板状部材と、前記第２部材のフランジの外面に沿って配置されるとともに前記第２部材のフランジの外面に接合され、長手方向端部が前記第１部材のフランジの外面に溶接された鋼製の添え部材と、を有する柱梁架構の耐震改修構造である。

第１態様の発明では、Ｈ形鋼からなり通し梁又は通し柱とされた既設の第１部材と、Ｈ形鋼からなり柱又は梁とされた既設の第２部材とによって構成された既設の柱梁架構に対して、第２部材に板状部材と添え部材を設け、板状部材の長手方向端部と添え部材の長手方向端部を第１部材のフランジの外面にそれぞれ溶接し、添え部材と板状部材を有する１つの構造断面の鋼製の柱部材又は梁部材を構成することにより、建物の室内スペースを大きく狭めることなく、既設の柱梁架構よりも変形性能の高い柱梁架構を構築することができ、建物の耐震性を高めることができる。

第２態様の発明は、第１態様の柱梁架構の耐震改修構造において、前記第１部材は前記通し梁であり、前記第２部材は前記柱であり、前記通し梁のフランジの外面に前記板状部材の長手方向端部、及び前記添え部材の長手方向端部が完全溶け込み溶接接合されている。

第２態様の発明では、通し梁のフランジの外面に、板状部材の長手方向端部、及び添え部材の長手方向端部が完全溶け込み溶接により確実に溶接された柱梁架構を構築することができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の柱梁架構の耐震改修構造において、前記板状部材は、前記第２部材のウェブの両面にボルト接合されている。

第３態様の発明では、第２部材のウェブ両面に板状部材をボルト接合することにより、現場での溶接を行わずに、既設の第２部材のウェブ両面に板状部材を効率よく取り付けることができる。

本発明は上記構成としたので、建物の室内スペースを大きく狭めることなく、既設の柱梁架構よりも変形性能の高い柱梁架構を構築することができる。

本発明の実施形態に係る柱梁架構の耐震改修構造を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る耐震改修される前の柱梁架構を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る板状部材の柱のウェブへの取り付け方のバリエーションを示す平面断面図である。 本発明の実施形態に係る板状部材の柱のウェブへの取り付け方のバリエーションを示す平面断面図である。 本発明の実施形態に係る添え部材のバリエーションを示す平面断面図である。 本発明の実施形態に係る柱梁架構の耐震改修構造のバリエーションを示す正面図である。

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柱梁架構の耐震改修構造について説明する。

図１の正面図には、図２の正面図に示す既設の柱梁架構１０を改修して構築された柱梁架構の耐震改修構造１２が示されている。

図２に示すように、建物９２の有する既設の柱梁架構１０は、Ｈ形鋼からなる第１部材としての既設の通し梁１４と、Ｈ形鋼からなる第２部材としての既設の柱１６、１８とを有している。柱１６、１８は、建物９２の外周柱を構成している。

また、既設の柱梁架構１０は、通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２に、柱１６の長手方向端部（柱１６のフランジ２４、２６の長手方向端部２４Ａ、２６Ａ、及び柱１６のウェブ２８の長手方向端部２８Ａ）を溶接により接合し、通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２に、柱１８の長手方向端部（柱１８のフランジ３４、３６の長手方向端部３４Ａ、３６Ａ、及び柱１８のウェブ３８の長手方向端部３８Ａ）を溶接により接合することによって構成されている。

通し梁１４の上フランジ２０と下フランジ３０の間には、縦リブ８０、８２が設けられている。縦リブ８０は、柱１６のフランジ２４、及び柱１８のフランジ３４の延長線上に配置され、縦リブ８２は、柱１６のフランジ２６、及び柱１８のフランジ３６の延長線上に配置されている。

図１に示すように、柱梁架構の耐震改修構造１２は、通し梁１４と、柱１６、１８と、板状部材４０、４２と、添え部材４４、４６とを有して構成されている。

図１、及び図１のＡ−Ａ断面図である図３に示すように、板状部材４０は、鋼製のプレートからなり、柱１６のウェブ２８の両面に立設されて、柱１６の長手方向４８へ配置されている。

板状部材４０は、Ｌ形鋼５０を介して、柱１６のウェブ２８の両面に取り付けられている。Ｌ形鋼５０は、直交する一方の板部５０Ａが板状部材４０に溶接等により接合され、直交する他方の板部５０Ｂが柱１６のウェブ２８にボルト５２及びナット５４によって固定されている。すなわち、板状部材４０は、柱１６のウェブ２８の両面にボルト接合（ボルト接合部により柱１６のウェブ２８と接合）されて取り付けられている。また、板状部材４０の長手方向端部４０Ａは、通し梁１４の上フランジ２０の外面(上面）２２に完全溶け込み溶接によって接合（完全溶け込み溶接部により通し梁１４の上フランジ２０の外面(上面）２２と接合）されている。

板状部材４２は、Ｌ形鋼５０を介して、柱１８のウェブ３８の両面に取り付けられている。Ｌ形鋼５０は、直交する一方の板部５０Ａが板状部材４２に溶接等により接合され、直交する他方の板部５０Ｂが柱１８のウェブ３８にボルト５２及びナット５４によって固定されている。すなわち、板状部材４２は、柱１８のウェブ３８の両面にボルト接合(ボルト接合部により柱１８のウェブ３８と接合）されて取り付けられている。また、板状部材４２の長手方向端部４２Ａは、通し梁１４の下フランジ３０の外面(下面）３２に完全溶け込み溶接によって接合（完全溶け込み溶接部により通し梁１４の下フランジ３０の外面(下面）３２と接合）されている。

添え部材４４は、Ｈ形鋼からなり、柱１６のフランジ２４の外面６０に沿って配置されるとともに、このフランジ２４の外面６０にフランジ６８をボルト６２及びナット６４によりボルト接合（ボルト接合部によりフランジ２４の外面６０と接合）することによって、柱１６に接合されている。また、添え部材４４の長手方向端部（添え部材４４のフランジ６６の長手方向端部６６Ａ、及び添え部材４４のウェブ７０の長手方向端部７０Ａ）は、通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２に完全溶け込み溶接によって接合（完全溶け込み溶接部により通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２と接合）されている。添え部材４４は、柱１６の内側（建物９２の屋内側）に配置されている。

添え部材４６は、Ｈ形鋼からなり、柱１８のフランジ３４の外面７２に沿って配置されるとともに、このフランジ３４の外面７２にフランジ７６をボルト６２及びナット６４によりボルト接合（ボルト接合部によりフランジ３４の外面７２と接合）することによって、柱１８に接合されている。また、添え部材４６の長手方向端部（添え部材４６のフランジ７４の長手方向端部７４Ａ、及び添え部材４６のウェブ７８の長手方向端部７８Ａ）は、通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２に完全溶け込み溶接によって接合（完全溶け込み溶接部により通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２と接合）されている。添え部材４６は、柱１８の内側（建物９２の屋内側）に配置されている。

通し梁１４の上フランジ２０と下フランジ３０の間には、縦リブ８４、８６が設けられている。縦リブ８４は、添え部材４４のフランジ６６、及び添え部材４６のフランジ７４の延長線上に配置され、縦リブ８６は、板状部材４０及び板状部材４２の延長線上に配置されている。

このようにして、柱１６のウェブ２８に板状部材４０を取り付け、柱１６のフランジ２４に添え部材４４を接合することにより、添え部材４４のフランジ６６、添え部材４４のウェブ７０、既設の柱１６のウェブ２８の一部、及び２つの板状部材４０の断面を有するＨ形断面を構造断面とする鋼製の柱部材８８が構成されている。また、柱１８のウェブ３８に板状部材４２を取り付け、柱１８のフランジ３４に添え部材４６を接合することにより、添え部材４６のフランジ７４、添え部材４６のウェブ７８、既設の柱１８のウェブ３８の一部、及び２つの板状部材４２の断面を有するＨ形断面を構造断面とする鋼製の柱部材９０が構成されている。そして、これにより、通し梁１４と、柱部材８８、９０とを有する柱梁架構５８が構築されている。

柱梁架構の耐震改修構造１２を構築する柱梁架構の耐震改修方法は、板状部材４０の設置工程、板状部材４２の設置工程、添え部材４４の設置工程、添え部材４６の設置工程、及び縦リブ８４、８６の設置工程を有して構成されている。

板状部材４０の設置工程は、板状部材４０を、Ｌ形鋼５０を介して柱１６のウェブ２８の両面に取り付ける工程と、板状部材４０の長手方向端部４０Ａを、通し梁１４の上フランジ２０の外面(上面）２２に完全溶け込み溶接によって接合する工程とを有して構成されている。

板状部材４２の設置工程は、板状部材４２を、Ｌ形鋼５０を介して柱１８のウェブ３８の両面に取り付ける工程と、板状部材４２の長手方向端部４２Ａを、通し梁１４の下フランジ３０の外面(下面）３２に完全溶け込み溶接によって接合する工程とを有して構成されている。

添え部材４４の設置工程は、添え部材４４を柱１６のフランジ２４の外面６０に沿って配置し、このフランジ２４の外面６０に添え部材４４のフランジ６８をボルト接合することによって、添え部材４４を柱１６に接合する工程と、添え部材４４の長手方向端部（添え部材４４のフランジ６６の長手方向端部６６Ａ、及び添え部材４４のウェブ７０の長手方向端部７０Ａ）を、通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２に完全溶け込み溶接によって接合する工程とを有して構成されている。

添え部材４６の設置工程は、添え部材４６を柱１８のフランジ３４の外面７２に沿って配置し、このフランジ３４の外面７２に添え部材４６のフランジ７６をボルト接合することによって、添え部材４６を柱１８に接合する工程と、添え部材４６の長手方向端部（添え部材４６のフランジ７４の長手方向端部７４Ａ、及び添え部材４６のウェブ７８の長手方向端部７８Ａ）を、通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２に完全溶け込み溶接によって接合する工程とを有して構成されている。

縦リブ８４、８６の設置工程は、通し梁１４の上フランジ２０と下フランジ３０の間に、縦リブ８４、８６を設ける工程を有して構成されている。

次に、本発明の実施形態に係る柱梁架構の耐震改修構造の作用と効果について説明する。

本実施形態の柱梁架構の耐震改修構造１２では、図１及び図３に示すように、通し梁１４と柱１６、１８とによって構成された既設の柱梁架構１０に対して、柱１６、１８に板状部材４０、４２と添え部材４４、４６を設け、板状部材４０の長手方向端部４０Ａと、添え部材４４の長手方向端部（添え部材４４のフランジ６６の長手方向端部６６Ａ、及び添え部材４４のウェブ７０の長手方向端部７０Ａ）とを通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２にそれぞれ溶接することにより、添え部材４４のフランジ６６、添え部材４４のウェブ７０、既設の柱１６のウェブ２８の一部、及び２つの板状部材４０の断面を有する１つのＨ形断面を構造断面とする鋼製の柱部材８８を構成することができ、板状部材４２の長手方向端部４２Ａと、添え部材４６の長手方向端部（添え部材４６のフランジ７４の長手方向端部７４Ａ、及び添え部材４６のウェブ７８の長手方向端部７８Ａ）とを通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２にそれぞれ溶接することにより、添え部材４６のフランジ７４、添え部材４６のウェブ７８、既設の柱１８のウェブ３８の一部、及び２つの板状部材４２の断面を有する１つのＨ形断面を構造断面とする鋼製の柱部材９０を構成することができる。

また、既設の柱１６、１８のウェブ２８、３８の一部を柱部材８８、９０のウェブの一部とすることにより、既設の柱１６、１８に設ける添え部材４４、４６の柱せいを小さくすることができる。すなわち、添え部材４４、４６を柱１６、１８に設けることにより狭められる柱１６、１８の内側のスペースを小さくすることができる。

よって、建物９２の室内スペースを大きく狭めることなく、既設の柱梁架構１０よりも変形性能の高い柱梁架構５８を構築することができ、建物９２の耐震性を高めることができる。

また、本実施形態の柱梁架構の耐震改修構造１２では、図１及び図３に示すように、既設の柱１６、１８を利用してＨ形断面を構造断面とする柱部材８８、９０を効率的に構成することができ、柱梁架構５８を構築する施工手間を低減することができる。

さらに、本実施形態の柱梁架構の耐震改修構造１２では、図１に示すように、通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２に、柱部材８８の長手方向端部（板状部材４０の長手方向端部４０Ａ、添え部材４４のフランジ６６の長手方向端部６６Ａ、及び添え部材４４のウェブ７０の長手方向端部７０Ａ）が完全溶け込み溶接により確実に溶接され、通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２に、柱部材９０の長手方向端部（板状部材４２の長手方向端部４２Ａ、添え部材４６のフランジ７４の長手方向端部７４Ａ、及び添え部材４６のウェブ７８の長手方向端部７８Ａ）が完全溶け込み溶接により確実に溶接された柱梁架構５８を構築することができる。

また、本実施形態の柱梁架構の耐震改修構造１２では、図１及び図３に示すように、柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に板状部材４０、４２をボルト接合することにより、現場での溶接を行わずに、既設の柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に板状部材４０、４２を効率よく取り付けることができる。さらに、柱１６、１８のフランジ２４、３４の外面６０、７２に添え部材４４、４６をボルト接合することにより、現場での溶接を行わずに、柱１６、１８のフランジ２４、３４の外面６０、７２に添え部材４４、４６を効率よく取り付けることができる。

さらに、本実施形態の柱梁架構の耐震改修構造１２では、図１に示すように、柱１６、１８が建物９２の外周柱の場合、通し梁１４に板状部材４０、４２や添え部材４４、４６の長手方向端部を溶接する溶接箇所や、柱１６、１８に添え部材４４、４６を接合する接合箇所が、建物９２の内側になるので、これらの作業を建物９２の外壁パネル（不図示）を取り外さずに行うことができる。

また、既設の柱１６、１８に添え柱を一体に設けて柱１６、１８を補強する従来の補強方法は、柱１６、１８の強度アップにはなるが、柱１６、１８が通し梁１４にしっかり接合されていないと、柱梁架構１０の変形性能を向上させることはできない。これに対して、本実施形態の柱梁架構の耐震改修構造１２では、通し梁１４の上フランジ２０の外面（上面）２２に、Ｈ形断面を構造断面として新しく構成される柱部材８８の長手方向端部（板状部材４０の長手方向端部４０Ａ、フランジ６６の長手方向端部６６Ａ、及びウェブ７０の長手方向端部７０Ａ）が完全溶け込み溶接により確実に溶接され、通し梁１４の下フランジ３０の外面（下面）３２に、Ｈ形断面を構造断面として新しく構成される柱部材９０の長手方向端部（板状部材４２の長手方向端部４２Ａ、フランジ７４の長手方向端部７４Ａ、及びウェブ７８の長手方向端部７８Ａ）が完全溶け込み溶接により確実に溶接されるので、既設の柱梁架構１０よりも高い変形性能を発揮する柱梁架構５８を構築することができる。

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、板状部材４０、４２をボルト接合によって柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に取り付けた例を示したが、柱部材８８、９０の構造断面を形成できれば、板状部材４０、４２は、どのようにして柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に取り付けてもよい。例えば、図４の平面断面図に示すように、板状部材４０、４２を、柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面にボルト接合によって取り付けてもよい。図４では、板状部材４０、４２が略直交するようにして一体に設けられているベースプレート９４を、柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面にボルト５２及びナット５４によりボルト接合することによって、板状部材４０、４２が柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に取り付けられている例が示されている。また、例えば、図５の平面断面図に示すように、板状部材４０、４２を、柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に溶接接合によって取り付けてもよい。図５では、板状部材４０、４２の端部に開先加工が施されており、板状部材４０、４２の端部を柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に完全溶け込み溶接により接合することによって、板状部材４０、４２が柱１６、１８のウェブ２８、３８の両面に取り付けられている例が示されている。

また、本実施形態では、添え部材４４、４６をＨ形鋼とした例を示したが、添え部材４４、４６は、他の構造断面形状のものであってもよい。例えば、図６の正面断面図に示すように、Ｔ形鋼からなる添え部材９６、９８としてもよい。図６では、添え部材９６、９８のウェブ１００、１０２の端部に開先加工が施されており、ウェブ１００、１０２の端部を柱１６、１８のフランジ２４、３４の外面６０、７２に完全溶け込み溶接により接合することによって、添え部材９６、９８が柱１６、１８に取り付けられている例が示されている。

さらに、本実施形態では、添え部材４４、４６のフランジ６８、７６を、柱１６、１８のフランジ２４、３４にボルト接合することにより、添え部材４４、４６を柱１６、１８に接合した例を示したが、柱部材８８、９０の構造断面を形成できれば、添え部材４４、４６は、溶接等の他の方法で柱１６、１８に接合してもよい。

また、本実施形態では、第１部材を通し梁１４とし、第２部材を柱１６、１８とした例を示したが、図７の正面図に示す柱梁架構の耐震改修構造１０４のように、第１部材を通し柱１０６とし、第２部材を梁１０８としたものであってもよい。

図７の柱梁架構の耐震改修構造１０４は、既設の通し柱１０６と既設の梁１０８とを有して構成された既設の柱梁架構１１０を改修して、柱梁架構１１２を構築したものである。

柱梁架構の耐震改修構造１０４は、Ｈ形鋼からなる第１部材としての既設の通し柱１０６と、Ｈ形鋼からなり通し柱１０６のフランジ１１４の外面に長手方向端部が溶接された第２部材としての既設の梁１０８と、梁１０８のウェブ１１６の両面に立設されて梁１０８の長手方向１１８へ配置され、長手方向端部が通し柱１０６のフランジ１１４の外面に完全溶け込み溶接（完全溶け込み溶接部により接合）された鋼製の板状部材１２０と、梁１０８のフランジ１２２の外面に沿って配置されるとともに梁１０８のフランジ１２２の外面にボルト接合（ボルト接合部により接合）され、長手方向端部が通し柱１０６のフランジ１１４の外面に完全溶け込み溶接（完全溶け込み溶接部により接合）されたＨ形鋼からなる鋼製の添え部材１２４と、を有して構成されている。

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。

１２、１０４ 柱梁架構の耐震改修構造
１４ 通し梁（第１部材）
１６、１８ 柱（第２部材）
２０ 上フランジ（フランジ）
２２、３２、６０、７２ 外面
２４、３４、１１４、１２２ フランジ
２８、３８、１１６ ウェブ
３０ 下フランジ（フランジ）
４０、４２、１２０ 板状部材
４４、４６、１２４ 添え部材
１０６ 通し柱（第１部材）
１０８ 梁（第２部材）

Claims (3)

1. Ｈ形鋼からなり通し梁又は通し柱とされた既設の第１部材と、
   Ｈ形鋼からなり前記第１部材のフランジの外面に長手方向端部が溶接され、柱又は梁とされた既設の第２部材と、
   前記第２部材のウェブの両面に立設されて前記第２部材の長手方向へ配置され、長手方向端部が前記第１部材のフランジの外面に溶接された鋼製の板状部材と、
   前記第２部材のフランジの外面に沿って配置されるとともに前記第２部材のフランジの外面に接合され、長手方向端部が前記第１部材のフランジの外面に溶接された鋼製の添え部材と、
   を有する柱梁架構の耐震改修構造。
2. 前記第１部材は前記通し梁であり、前記第２部材は前記柱であり、前記通し梁のフランジの外面に前記板状部材の長手方向端部、及び前記添え部材の長手方向端部が完全溶け込み溶接されている請求項１に記載の柱梁架構の耐震改修構造。
3. 前記板状部材は、前記第２部材のウェブの両面にボルト接合されている請求項１又は２に記載の柱梁架構の耐震改修構造。

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