JP6936591B2

JP6936591B2 - 柱の補強構造

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Publication number: JP6936591B2
Application number: JP2017040183A
Authority: JP
Inventors: 元希内山; 豪人熊野; 太志大堀
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: JP2018145646A

Description

本発明は、柱の補強構造に関する。

建物の柱と梁とで構成される柱梁架構を補強する補強部材として、例えば特許文献１には、柱材と梁材とからなる直交軸に対して角度をもって直線状に延び、ガセットプレートを介して両端部が柱材及び梁材に固定された方杖材が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されているような直線状に延びる方杖材は、柱梁架構における面外方向へ加わる外力によって座屈し易いという問題があった。

特開２０１３−１７７７９７号公報

本発明は上記事実に鑑み、補強部材の柱梁架構における面外方向への座屈を抑制することができる柱の補強構造を提供することを目的とする。

第１態様に係る柱の補強構造は、柱と、前記柱に接合された梁と、前記柱と前記梁とで構成される柱梁架構の構面内に設けられ、前記柱と前記梁に接合されるとともに上向き又は下向きに凸となるように湾曲する補強部材と、を有する。

上記構成によれば、柱と梁とで構成される柱梁架構の構面内に、柱と梁にそれぞれ接合される補強部材を設けることで、柱を補強することができる。また、補強部材が上向き又は下向きに凸となるように湾曲しているため、補強部材が直線状に延びる構成と比較して、補強部材の意匠性を高めることができるとともに、補強部材の柱梁架構における面外方向への座屈を抑制することができる。

第２態様に係る柱の補強構造は、第１態様に係る柱の補強構造であって、前記補強部材は、上向きに凸となるように湾曲しており、長手方向一端面が前記柱の一側面に接合され、長手方向他端面が前記梁の下面に接合されている。

上記構成によれば、補強部材の長手方向両端面が柱の一側面と梁の下面にそれぞれ接合されているため、補強部材の側面が柱と梁に接合されている構成と比較して、柱の曲げ変形をより抑制することができる。また、補強部材が上向きに凸となるように湾曲しているため、梁下の有効空間を広くとることができる。

第３態様に係る柱の補強構造は、第１又は第２態様に係る柱の補強構造であって、前記柱はＨ形鋼からなり、前記柱の一方のフランジに前記補強部材が接合されているとともに、前記一方のフランジと他方のフランジの間に補強プレートが取付けられている。

上記構成によれば、柱をＨ形鋼で構成することで、柱が円形鋼管等とされている比較してコストを削減することができる。また、柱の一方のフランジに補強部材が接合され、一方のフランジと他方のフランジの間に補強プレートが取付けられているため、補強部材によって柱梁架構の面内方向における柱の曲げ変形を抑制することができるとともに、補強プレートによって柱梁架構の面外方向における柱の曲げ変形を抑制することができる。

本発明によれば、補強部材の柱梁架構における面外方向への座屈を抑制することができる。

第１実施形態に係る柱の補強構造を示す全体図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。第２実施形態に係る柱の補強構造を示す全体図である。（Ａ）は図３における梁と補強部材の接合部を示す分解図であり、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る柱の補強構造について、図１、図２を用いて説明する。

＜構成＞
図１に示すように、第１実施形態の柱１０は例えばＨ形鋼で構成されており、複数（本実施形態では２本）の柱１０が床１１から立設している。また、柱１０の上部には、例えばＨ形鋼で構成された梁１２が架渡されて接合されており、この柱１０と梁１２とで柱梁架構１４が構成されている。

さらに、柱梁架構１４の構面１４Ａ内には、柱１０を補強する補強部材としての方杖１６が設けられている。方杖１６は、例えばＨ形鋼で構成されており、全体が上向きに凸となるように湾曲している。また、方杖１６の長手方向一端面は柱１０の一側面に接合され、長手方向他端面は梁１２の下面に接合されている。

具体的には、方杖１６は、柱梁架構１４の面内方向が強軸方向とされており、図２に示すように、複数のボルト孔１８Ａが形成されたプレート１８が長手方向一端面に溶接されている。柱１０の一方のフランジ１０Ａの対応する位置にも複数のボルト孔が形成されており、ボルト２０によってプレート１８が柱１０のフランジ１０Ａに接合されることにより、方杖１６の長手方向一端面が柱１０に接合されている。

なお、図１に示すように、方杖１６の長手方向他端面にもプレート２２が溶接されており、ボルト２４によってプレート２２が梁１２の下フランジ１２Ａに接合されることにより、方杖１６の長手方向他端面が梁１２に接合されている。

また、柱１０と方杖１６との接合部分において、柱１０のウェブ１０Ｂには複数（本実施形態では２つ）の補強用のリブプレート２６が溶接されている。同様に、梁１２と方杖１６との接合部分において、梁１２のウェブ１２Ｂには複数（本実施形態では２つ）の補強用のリブプレート２８が溶接されている。

さらに、柱１０の一方のフランジ１０Ａと他方のフランジ１０Ｃとの間には、補強用の一対の補強プレート３０が溶接されている。補強プレート３０は、リブプレート２６を覆うように、柱１０の長手方向中央部分から梁１２との接合部分である上部にわたって設けられており、フランジ１０Ａ、１０Ｃと補強プレート３０とによって閉断面が形成されている。

なお、補強プレート３０は、少なくとも柱１０の上部に取付けられていればよく、フランジ１０Ａ、１０Ｃ間に全面にわたって取付けられていてもよい。また、フランジ１０Ａ、１０Ｃ間に間隔をあけて複数の補強プレート３０が取付けられていてもよい。

＜作用及び効果＞
本実施形態によれば、柱１０と梁１２とで構成される柱梁架構１４の構面１４Ａ内に、柱１０と梁１２にそれぞれ接合される方杖１６を設けている。このため、方杖１６によって柱１０を補強することができ、柱梁架構１４の面内方向における柱１０の曲げ変形を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、方杖１６がＨ形鋼で構成されているため、方杖がＫＴブレース等の円形鋼管で構成されている構成と比較して、コストを削減することができる。ここで、一般的にＨ形鋼で構成された方杖１６は、強軸方向、すなわち柱梁架構１４の面内方向へ加わる外力に対する座屈耐力に対し、弱軸方向、すなわち柱梁架構１４の面外方向へ加わる外力に対する座屈耐力が小さい。

しかしながら、本実施形態によれば、方杖１６が湾曲形状とされているため、方杖が直線形状とされている構成と比較して、柱梁架構１４の面外方向へ加わる外力に対する限界荷重が大きくなる。このため、方杖１６を湾曲形状とすることで、直線形状とされた方杖と比較して、方杖１６の柱梁架構１４における面外方向への座屈を抑制することができる。また、直線形状とされた方杖と比較して、方杖１６の断面積を小さくすることができるため、材料コストを削減することができる。

さらに、方杖１６が上向きに凸となるように湾曲しているため、直線形状とされた方杖と比較して、方杖１６や柱梁架構１４全体の意匠性を高めることができるとともに、特に梁１２の下部の有効空間を広くとることができる。

また、本実施形態によれば、方杖１６の長手方向両端面が柱１０の一側面と梁１２の下面にそれぞれ接合されている。このため、方杖１６の側面が柱１０や梁１２に接合されている構成と比較して、方杖１６によって柱１０の曲げ変形をより抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、柱１０のフランジ１０Ａ、１０Ｃ間に補強プレート３０が溶接されている。このため、補強プレート３０によって柱梁架構１４の面外方向における柱１０の曲げ変形を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る柱の補強構造について、図３、図４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については適宜説明を省略する。

＜構成＞
図３に示すように、第２実施形態では第１実施形態と同様に、複数（本実施形態では２本）の柱４０の上部に梁４２が架渡されて接合されており、この柱４０と梁４２とで柱梁架構４４が構成されている。

また、柱梁架構４４の構面４４Ａ内には、柱４０を補強する補強部材としてのアーチ部材４６が設けられている。アーチ部材４６は、例えばＨ形鋼で構成された一対の湾曲材４８と、湾曲材４８同士を連結するジョイント部材５０とからなり、隣合う柱４０同士を繋ぐように設けられている。

具体的には、一対の湾曲材４８は、柱梁架構４４の面内方向が強軸方向とされており、全体が上向きに凸となるようにそれぞれ湾曲している。また、湾曲材４８の長手方向一端面は、ボルト５２によって柱４０の一方のフランジ４０Ａにプレート５４を介して接合されている。なお、湾曲材４８の長手方向他端部には、図４（Ａ）に示すように、上フランジ４８Ａ、下フランジ４８Ｂ、及びウェブ４８Ｃにそれぞれ複数のボルト孔５６が形成されている。

ジョイント部材５０は、例えばＨ形鋼で構成されており、柱梁架構４４の面内方向が強軸方向とされているとともに、全体が上向きに凸となるように湾曲している。また、ジョイント部材５０の長手方向両端部には、上フランジ５０Ａ、下フランジ５０Ｂ、及びウェブ５０Ｃにそれぞれ複数のボルト孔５８が形成されている。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、湾曲材４８の長手方向他端部とジョイント部材５０の長手方向両端部は、ウェブ４８Ｃ、５０Ｃ間に跨り、かつウェブ４８Ｃ、５０Ｃを挟み込む一対のプレート６０によって固定されている。

具体的には、プレート６０には複数のボルト孔６０Ａが形成されており、湾曲材４８のボルト孔５６、ジョイント部材５０のボルト孔５８、及びプレート６０のボルト孔６０Ａにボルト６２を挿通させることによって、プレート６０を介して一対の湾曲材４８とジョイント部材５０とが互いに連結されている。

同様に、湾曲材４８の上フランジ４８Ａとジョイント部材５０の上フランジ５０Ａは、上フランジ４８Ａ、５０Ａ間に跨り、かつ上フランジ４８Ａ、５０Ａを挟み込む一対のプレート６４を介してボルト６６で固定されている。湾曲材４８の下フランジ４８Ｂとジョイント部材５０の下フランジ５０Ｂも、下フランジ４８Ｂ、５０Ｂ間に跨り、かつ下フランジ４８Ｂ、５０Ｂを挟み込む一対のプレート６８を介してボルト７０で固定されている。

また、ジョイント部材５０の上フランジ５０Ａには、接続プレート７２が立設されており、接続プレート７２が梁４２の長手方向における略中央部の下フランジ４２Ａに溶接されることによって、ジョイント部材５０が梁４２に固定されている。

さらに、第１実施形態と同様に、柱４０の一方のフランジ４０Ａと他方のフランジ４０Ｃとの間には、補強用の一対の補強プレート７４が溶接されている。補強プレート７４は、柱４０の長手方向中央部分から梁４２との接合部分である上部にわたって設けられており、フランジ４０Ａ、４０Ｃと補強プレート７４とによって閉断面が形成されている。

＜作用及び効果＞
本実施形態によれば、第１実施形態の方杖１６と同様に、アーチ部材４６が湾曲形状とされている。このため、例えばアーチ部材４６の湾曲材４８が直線形状とされている構成と比較して、アーチ部材４６全体の柱梁架構１４における面外方向への座屈を抑制することができる。

また、補強部材としてアーチ部材４６を用いることで、直線形状とされた方杖等を用いる場合と比較して、柱梁架構４４全体の意匠性を高めることができるとともに、特に梁４２の下部の有効空間を広くとることができる。

さらに、本実施形態によれば、アーチ部材４６が隣合う柱４０同士を繋ぐように設けられており、アーチ部材４６の長手方向における略中央部が梁４２に接合されている。このため、アーチ部材４６に加わる外力を柱４０や梁４２に分散させることができ、柱４０や梁４２を補強するリブプレートが不要となる。

（その他の実施形態）
以上、本発明について実施形態の一例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。

例えば、第１、第２実施形態において、補強部材としての方杖１６やアーチ部材４６が上向きに凸となる湾曲形状とされていたが、下向きに凸となる湾曲形状とされていてもよい。この場合でも、補強部材が直線形状とされている構成と比較して、方杖１６やアーチ部材４６の柱梁架構１４、４４における面外方向への座屈を抑制することができる。

また、第２実施形態において、アーチ部材４６が一対の湾曲材４８と、湾曲材４８同士を連結するジョイント部材５０とで構成されていたが、アーチ部材４６はアーチ形状の一部材で構成されていてもよい。

以下、本発明の実施例１及び比較例１について具体的に説明する。なお、本発明の実施形態は、以下に示す実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、第１実施形態の方杖１６と同様の湾曲形状とされたＨ形鋼の方杖モデルを作成した。なお、方杖モデルの長手方向両端面は、柱の一側面及び梁の下面にそれぞれピン接合されており、接合点間の直線距離は３ｍとされている。

［比較例１］
比較例１では、柱及び梁に対して角度をもって直線状に延びる従来のＨ形鋼の方杖モデルを作成した。なお、方杖モデルの長手方向両端面は、柱の一側面及び梁の下面にそれぞれピン接合されており、接合点間の直線距離は３ｍとされている。

＜座屈解析＞
実施例１の方杖モデル及び比較例１の方杖モデルについて、有限要素解析プログラムＭＩＤＡＳを用いて柱梁架構における面外方向の座屈時限界荷重をそれぞれ比較した結果、実施例１の方杖モデルの座屈時限界荷重は、比較例１の方杖モデルの座屈時限界荷重のおよそ２．５倍であった。本解析により、湾曲形状とされた方杖は、直線形状とされた方杖と比較して、柱梁架構の面外方向へ加わる外力に対する座屈時限界荷重が大きくなることが確認できた。

１０、４０柱
１０Ａ、１０Ｃ、４０Ａ、４０Ｃフランジ
１２、４４梁
１４、４４柱梁架構
１４Ａ、４４Ａ構面
１６方杖（補強部材の一例）
３０、７４補強プレート
４６アーチ部材（補強部材の一例）

Claims

柱と、
前記柱に接合された梁と、
前記柱と前記梁とで構成される柱梁架構の構面内に設けられ、前記柱と前記梁に接合されるとともに上向きに凸となるように湾曲する補強部材と、
を有し、
前記補強部材は、長手方向一端部の該長手方向に交差するように形成された端面が前記柱の一側面に接合され、長手方向他端部の該長手方向に交差するように形成された端面が前記梁の下面に接合されている、柱の補強構造。
前記柱はＨ形鋼からなり、前記柱の一方のフランジに前記補強部材が接合されているとともに、前記一方のフランジと他方のフランジの間に前記一方のフランジ及び前記他方のフランジとによって閉断面を形成するように補強プレートが取付けられている、請求項１に記載の柱の補強構造。