JP7155488B2

JP7155488B2 - 構造物耐震補強構造

Info

Publication number: JP7155488B2
Application number: JP2017152635A
Authority: JP
Inventors: 正伊東; 章文牧野; 努横並; 美帆子山田
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2037-08-07
Also published as: JP2019031815A

Description

本発明は、構造物耐震補強構造に関する。

鉄骨柱の側壁部に金物を接合するボルトであって、鉄骨柱の側壁部に対して片側から施工可能なワンサイドボルトが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７－３３１７４４号公報

ところで、構造物の耐震補強構造として、例えば、架構の開口内に門型フレームを設置する門型フレーム補強が知られている。

しかしながら、門型フレーム補強では、架構の開口内に補強柱が立てられるため、架構の開口面積が狭くなる可能性がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、架構の開口面積を広く確保しつつ、構造物の耐震性を向上させることを目的とする。

第１態様に係る構造物耐震補強構造は、躯体上に立てられるとともに、梁が接合される鉄骨柱と、前記鉄骨柱を囲むとともに、下端部が前記鉄骨柱及び前記躯体の少なくとも一方に接合され、上端部が前記鉄骨柱及び前記梁の少なくとも一方に接合される筒状柱と、を備える。

第１態様に係る構造物耐震補強構造によれば、鉄骨柱は、躯体上に立てられるとともに、梁が接合される。この鉄骨柱は、筒状柱によって囲まれる。

筒状柱の下端部は、鉄骨柱及び躯体の少なくとも一方に接合される。また、筒状柱の上端部は、鉄骨柱及び梁の少なくとも一方に接合される。この筒状柱によって、構造物の耐震性が向上する。

このように本発明では、筒状柱によって鉄骨柱を囲むことにより、例えば、門型補強フレーム補強のように、架構の開口内に補強柱を併設する場合と比較して、架構の開口面積を広く確保することができる。

したがって、本発明では、架構の開口面積を広く確保しつつ、構造物の耐震性を向上することができる。

第２態様に係る構造物耐震補強構造は、第１態様に係る構造物耐震補強構造において、前記筒状柱の中間部は、前記鉄骨柱と構造的に縁が切られている。

第２態様に係る構造物耐震補強構造によれば、筒状柱の中間部は、鉄骨柱と構造的に縁が切られている。換言すると、筒状柱の中間部は、鉄骨柱と構造的に一体化されておらず、地震時に鉄骨柱の中間部と筒状柱とが別々に挙動するように構成されている。

これにより、鉄骨柱及び筒状柱の耐力を別々に算定することができる。そのため、例えば、設計条件（補強条件）に応じて、鉄骨柱及び筒状柱の靭性指標の中から、適切な靭性指標を選択することができる。したがって、耐震補強の設計自由度が向上する。

第３態様に係る構造物耐震補強構造は、第１態様又は第２態様に係る構造物耐震補強構造において、前記筒状柱から前記梁の下面に沿って延出して該梁を支持する補強梁、及び前記筒状柱から斜め上方へ延出して前記梁を支持する方杖部材の少なくとも一方を備える。

第３態様に係る構造物耐震補強構造によれば、補強梁及び方杖部材の少なくとも一方を備える。これにより、構造物の耐震補強効果を確保することができる。

以上説明したように、本発明に係る構造物耐震補強構造によれば、架構の開口面積を広く確保しつつ、構造物の耐震性を向上させることができる。

一実施形態に係る構造物耐震補強構造が適用された構造物を示す立面図である。図１に示される鉄骨柱（既存鉄骨柱）の柱脚部を示す立面図である。図１に示される鉄骨柱及び筒状柱の上端部を示す平断面図である。図３に示される鉄骨柱及び筒状柱の分解平断面図である。図３の５－５線断面図である。図１に示される鉄骨柱及び筒状柱の下端部を示す平断面図である。図１に示される鉄骨柱及び筒状柱の下端部を示す立面図である。図１に示される鉄骨柱及び筒状柱の中間部を示す平断面図である。一実施形態に係る構造物耐震補強構造の変形例が適用された構造物を示す立面図である。一実施形態に係る構造物耐震補強構造の変形例が適用された構造物を示す立面図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態に係る構造物耐震補強構造について説明する。

（構造物）
図１には、本実施形態に係る構造物耐震補強構造１０が適用された構造物１２の架構１４が示されている。既設（既存）の架構１４は、梁１６と、一対の鉄骨柱２０とを有している。また、架構１４は、梁１６及び一対の鉄骨柱２０によって囲まれた開口１４Ａを有している。

（梁）
梁１６は、鉄骨造のトラス梁とされている。また、梁１６は、上下の上弦材１６Ａ及び下弦材１６Ｂと、上弦材１６Ａと下弦材１６Ｂとに斜めに架設される複数の斜材１６Ｃとを有している。この梁１６は、一対の鉄骨柱２０に架設されている。

なお、梁１６は、トラス構造に限らず、例えば、Ｈ形鋼等の鉄骨部材によって形成されても良い。また、梁１６は、鉄骨造に限らず、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造等であっても良い。

（鉄骨柱）
図２に示されるように、鉄骨柱（既存鉄骨柱）２０は、基礎部１８上に立てられている。躯体としての基礎部１８は、例えば、地盤Ｇに設けられた鉄筋コンクリート造の基礎とされる。この鉄骨柱２０は、組柱（組立柱）とされている。なお、地盤Ｇ上には、土間スラブ１９が敷設されている。

図３に示されるように、鉄骨柱２０は、断面矩形状に形成されている。この鉄骨柱２０は、角部に配置される４本の角柱部材２２と、隣り合う角柱部材２２に斜めに架設される複数の斜材（ラチス材）２４とを有している。

角柱部材２２は、Ｌ形鋼によって形成されており、その角部を鉄骨柱２０の外側へ向けた状態で配置されている。また、角柱部材２２は、一対のフランジ部２２Ａを有している。各フランジ部２２Ａには、斜材２４の端部がリベット２６（図２参照）によって接合されている。この鉄骨柱２０の周囲には、筒状柱３０が設けられている。

（筒状柱）
筒状柱３０は、断面矩形の筒状（ＢＯＸ状）に形成されており、鉄骨柱２０を囲んでいる。この筒状柱３０は、複数の補強鋼板３２を有している。補強鋼板３２は、平板状に形成されており、鉄骨柱２０の側面と対向して配置されている。また、隣り合う補強鋼板３２の端部同士は、筒状柱３０の角部において突き合わされ、溶接等によって接合されている。

図３及び図６に示されるように、筒状柱３０の上端部３０Ｕ及び下端部３０Ｌは、鉄骨柱２０に接合されている。これにより、筒状柱３０の上端部３０Ｕ及び下端部３０Ｌと鉄骨柱２０との間で、地震力が伝達可能とされている。なお、筒状柱３０は、基本的に、構造物１２の長期軸力を負担しない。

一方、図８に示されるように、筒状柱３０の材軸方向（上下方向）の中間部３０Ｍは、鉄骨柱２０に接合されておらず、鉄骨柱２０とは構造的に縁が切られている。これにより、地震時には、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０との間で地震力が伝達されない構成とされている。以下、筒状柱３０の上端部３０Ｕ、下端部３０Ｌ、及び中間部３０Ｍの構成について詳説する。

（筒状柱の上端部）
筒状柱３０の上端部３０Ｕでは、図３及び図４に示されるように、補強鋼板３２の幅方向の端部３２Ｅが、スペーサ部材（ライナープレート）３４を介して角柱部材２２のフランジ部２２Ａに重ねられている。

図４に示されるように、補強鋼板３２の端部３２Ｅ、スペーサ部材３４、及び角柱部材２２のフランジ部２２Ａには、ボルト孔４０がそれぞれ形成されている。これらのボルト孔４０に挿入されたボルト４２によって、補強鋼板３２の端部３２Ｅが、角柱部材２２のフランジ部２２Ａに接合されている。これにより、筒状柱３０の上端部３０Ｕと鉄骨柱２０との間で、地震力が伝達可能とされる。

ボルト４２は、例えば、補強鋼板３２の片側から施工可能なワンサイドボルト（片側施工ボルト）とされている。なお、ボルト４２は、補強鋼板３２の両側から施工する通常のボルトであっても良い。

図５に示されるように、スペーサ部材３４は、鋼板等によって板状に形成されている。このスペーサ部材３４の厚み（板厚）Ｔは、補強鋼板３２がリベット２６の頭部２６Ｈに干渉しないように適宜設定されている。

（筒状柱の下端部）
図６及び図７に示されるように、筒状柱３０の下端部３０Ｌは、筒状柱３０の上端部３０Ｕと同様に、ボルト４２によって、鉄骨柱２０の角柱部材２２に接合されている。これにより、筒状柱３０の下端部３０Ｌと鉄骨柱２０との間で、地震力が伝達可能とされている。

さらに、筒状柱３０の下端部３０Ｌは、アングル５０を介して根巻コンクリート５２に接合されている。アングル５０は、断面Ｌ字状に形成されている。このアングル５０の一方のフランジ部５０Ａは、ボルト４２によって補強鋼板３２に接合されている。

アングル５０の他方のフランジ部５０Ｂは、鉄骨柱２０の下端部の周囲に設けられた根巻コンクリート５２に、後施工アンカー５４によって接合されている。根巻コンクリート５２は、基礎部１８（図７参照）から立ち上げられている。これにより、筒状柱３０の下端部３０Ｌと根巻コンクリート５２及び基礎部１８との間で、地震力が伝達可能とされている。

なお、アングル５０のフランジ部５０Ｂと根巻コンクリート５２の上面との間には、アングル５０の高さ調整用のモルタルＭが充填されている。また、筒状柱３０の下端部３０Ｌは、アングル５０に限らず、他の部材を介して、根巻コンクリート５２と接合しても良い。例えば、補強鋼板３２の下端部に外側へ延出するフランジ部を溶接し、当該フランジ部を後施工アンカー５４等によって根巻コンクリート５２に接合しても良い。

（筒状柱の中間部）
図８に示されるように、筒状柱３０の中間部３０Ｍでは、角柱部材２２のフランジ部２２Ａと補強鋼板３２の端部３２Ｅとの間にスペーサ部材３４（図４参照）が設けられておらず、フランジ部２２Ａに補強鋼板３２の端部３２Ｅが接合されていない。これにより、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０とは、構造的に縁が切られている。換言すると、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０とは、構造的に一体化されていない。

なお、ここでいう「筒状柱３０と鉄骨柱２０とが、構造的に縁が切られている」とは、構造設計上、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０との間で地震力が伝達されないことを意味する。したがって、例えば、鉄骨柱２０と筒状柱３０とを、単なる位置決めのために、ボルト接合したり、溶接接合したりすることは可能である。

（補強梁及び方杖部材）
一対の筒状柱３０の上端部３０Ｕには、補強梁６０が架設されている。補強梁６０は、例えば、鉄骨部材によって形成されている。この補強梁６０は、梁１６の下面に沿って配置されており、図示しないブラケットを介して梁１６と接合されている。

また、一対の筒状柱３０と補強梁６０とは、斜めの方杖部材６２によって連結されている。方杖部材６２は、例えば、補剛鋼管内に鉄骨心材を挿入することにより形成されている。この方杖部材６２の一端部は、筒状柱３０の上部に接合されている。また、方杖部材６２の他端部は、補強梁６０の材軸方向の中間部に接合されている。この方杖部材６２及び補強梁６０によって、一対の筒状柱３０を連結することにより、架構１４の補強効果が高められている。

なお、方杖部材６２の補剛鋼管は、適宜省略可能である。また、方杖部材６２及び補強梁６０は、Ｈ形鋼等の種々の鉄骨部材によって形成することができる。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る構造物耐震補強構造１０によれば、鉄骨柱２０は、基礎部１８（図２参照）上に立てられるとともに、梁１６が接合されている。また、鉄骨柱２０は、筒状柱３０によって囲まれている。この筒状柱３０の上端部３０Ｕは、ボルト４２によって鉄骨柱２０及び基礎部１８に接合されている。また、筒状柱３０の下端部３０Ｌは、ボルト４２鉄骨柱２０に接合されている。

一対の筒状柱３０の上端部３０Ｕには、補強梁６０が架設されている。補強梁６０は、梁１６の下面に沿って配置されており、図示しないブラケットを介して梁１６に接合されている。また、筒状柱３０と補強梁６０とには、方杖部材６２が架設されている。

方杖部材６２は、筒状柱３０の上部から斜め上方へ延出し、梁１６に接続されている。これらの筒状柱３０、補強梁６０、及び方杖部材６２によって、架構１４が補強されている。したがって、構造物１２の耐震性能が向上する。

また、筒状柱３０は、前述したように、鉄骨柱２０を囲んでいる。これにより、例えば、門型補強フレーム補強のように、架構１４の開口内に補強柱を併設する場合と比較して、架構１４の開口１４Ａの開口面積を広く確保することができる。

このように本実施形態では、架構１４の開口１４Ａの開口面積を広く確保しつつ、構造物１２の耐震性を向上することができる。

また、筒状柱３０の中間部３０Ｍは、鉄骨柱２０と構造的に縁が切られている。換言すると、筒状柱３０の中間部３０Ｍは、鉄骨柱２０と構造的に一体化されておらず、地震時に鉄骨柱２０の中間部と筒状柱とが別々に挙動するように構成されている。

これにより、鉄骨柱２０及び筒状柱３０の耐力を別々に算定することができる。ここで、例えば、複数の柱がある場合、複数の柱の靭性指標のうち、最も低い靭性指標に基づいて構造物の耐震性能が評価される。

本実施形態では、例えば、算定された既存の鉄骨柱２０の靭性指標が１．２であり、新設の筒状柱３０の靭性指標が３．２である場合、既存の鉄骨柱２０の耐力を無視することにより、筒状柱３０の靭性指標（３．２）を採用することができる。一方、既存の鉄骨柱２０の耐力を無視せずに、鉄骨柱２０の靭性指標（１．２）を採用することも可能である。

このように本実施形態では、鉄骨柱２０及び筒状柱３０を別々の柱と見なすことにより、例えば、設計条件（補強条件）に応じて、鉄骨柱２０及び筒状柱３０の靭性指標（１．２及び３．２）の中から、適切な靭性指標を選択することができる。したがって、設計自由度が向上する。

また、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０とを構造的に一体化する場合には、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０との接合作業に手間がかかる。これに対して本実施形態では、筒状柱３０の中間部３０Ｍと鉄骨柱２０とを構造的に一体化しないため、接合作業の手間が低減される。したがって、施工性が向上する。

さらに、本実施形態では、筒状柱３０の上端部３０Ｕ及び下端部３０Ｌを鉄骨柱２０に接合するボルト４２として、ワンサイドボルトを用いている。これにより、筒状柱３０の上端部３０Ｕ及び下端部３０Ｌの外側から、筒状柱３０を鉄骨柱２０に接合することができる。したがって、施工性が向上する。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

図９に示されるように、方杖部材６３が補剛鋼管によって補剛されていない場合は、例えば、方杖部材６３と補強梁６０とを連結部材６４を介して連結することにより、方杖部材６３を補剛しても良い。これにより、構造物１２の耐震性能を高めることができる。

また、図１０に示されるように、構造物耐震補強構造７０は、間隔が比較的広い（例えば、１０ｍｍ以上）既存の鉄骨柱２０，８０と、これらの鉄骨柱２０，８０に架設された大スパン梁７２とに適用されても良い。具体的には、大スパン梁７２は、鉄骨造のトラス梁とされている。また、大スパン梁７２は、例えば、屋根を構成する屋根梁とされている。この大スパン梁７２と鉄骨柱２０，８０によって架構７１が構成されている。なお、大スパン梁７２は、梁の一例である。

筒状柱３０と鉄骨柱８０とには、補強梁７３が架設されている。補強梁７３は、例えば、Ｈ形鋼等の鉄骨部材によって形成されている。また、補強梁７３は、大スパン梁７２の下面に沿って配置されており、ブラケット７４を介して大スパン梁７２と接合されている。

筒状柱３０と補強梁７３とには、方杖部材６２が架設されている。方杖部材６２は、筒状柱３０の上部から斜め上方へ延出し、補強梁７３に接続されている。

このように構造物耐震補強構造７０は、架構７１に適用することも可能である。この場合、架構７１の開口７１Ａの開口面積を広く確保しつつ、構造物１２の耐震性を向上することができる。

また、図１０に示される変形例では、筒状柱３０の下端部３０Ｌが躯体としての床スラブ７６に接合されている。このように筒状柱３０の下端部３０Ｌが接合される躯体としては、床スラブ７６や前述した基礎部１８、鉄骨柱２０に接合される梁７８等が挙げられる。

また、上記実施形態では、筒状柱３０の上端部３０Ｕを鉄骨柱２０に接合したが、上記実施形態はこれに限らない。筒状柱３０の上端部３０Ｕは、鉄骨柱２０及び梁１６の少なくとも一方に接合することができる。

また、上記実施形態では、一対の筒状柱３０に補強梁６０が架設されるとともに、筒状柱と補強梁６０とが方杖部材６２に架設されるが、上記実施形態はこれに限らない。補強梁６０及び方杖部材６２の少なくとも一方は、省略されても良い。

また、上記実施形態では、鉄骨柱２０が組柱とされるが、上記実施形態はこれに限らない。鉄骨柱２０は、組柱に限らず、例えば、Ｈ形鋼や鋼管等によって形成されても良い。

また、上記実施形態では、筒状柱３０の断面形状が矩形状とされるが、筒状柱の断面形状は、例えば、円形状等とされても良い。

以上、本発明の一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限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、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構造物耐震補強構造
１４梁
１８基礎部（躯体）
２０鉄骨柱
３０筒状柱
３０Ｕ上端部
３０Ｌ下端部
３０Ｍ中間部
６０補強梁
６２方杖部材
６３方杖部材
７０構造物耐震補強構造
７２大スパン梁（梁）
７６床スラブ（躯体）

Claims

躯体上に立てられるとともに、梁が接合される鉄骨柱と、
前記鉄骨柱の柱脚部から柱頭部に渡って前記鉄骨柱を囲む補強鋼板を有し、前記補強鋼板の下端部が前記鉄骨柱及び前記躯体の少なくとも一方に接合され、前記補強鋼板の上端部が前記鉄骨柱及び前記梁の少なくとも一方に接合される筒状柱と、
を備え、
前記筒状柱の中間部は、前記鉄骨柱と構造的に縁が切られている、
構造物耐震補強構造。
前記筒状柱から前記梁の下面に沿って延出して該梁を支持する補強梁、及び前記筒状柱から斜め上方へ延出して前記梁を支持する方杖部材の少なくとも一方を備える、
請求項１の記載の構造物耐震補強構造。