(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱梁架構を構成する柱等の相手側部材に対して、端部にガゼットプレートを接合した鉄骨ブレース等の軸力材を、前記柱梁架構の構面内に前記相手側部材とは非直角の或る角度に配置すること、
前記軸力材のガゼットプレートを、柱等の相手側部材に対して、前記柱梁架構の構面と平行な水平方向に同相手側部材を貫通する配置とした複数本の長ボルトで剪断力と引張り力の伝達が可能に接合すること、
前記複数本の長ボルトに前記軸力材の軸力Ｑｄに対する反力として発生する引張り力  Ｔ１、Ｔ２の合力の作用点ｃと、軸力材における前記軸力Ｑｄの中心線の延長線が前記剪断力ｑの作用線Ｙと交わる交点ｄとを一致させることを特徴とする、鉄骨ブレース等の接合方法。
【請求項２】
柱梁架構を構成する柱等の相手側部材に対して、端部にガゼットプレートを接合した鉄骨ブレース等の軸力材が、前記柱梁架構の構面内に前記相手側部材とは非直角の或る角度に配置され、
前記軸力材のガゼットプレートが、柱等の相手側部材に対して、前記柱梁架構の構面と平行な水平方向に同相手側部材を貫通する配置とした複数本の長ボルトで剪断力と引張り力の伝達が可能に接合され、
前記複数本の長ボルトに前記軸力材の軸力Ｑｄに対する反力として発生する引張り力  Ｔ１、Ｔ２の合力の作用点ｃと、軸力材における前記軸力Ｑｄの中心線の延長線が前記剪断力ｑの作用線Ｙと交わる交点ｄとを一致させたことを特徴とする、鉄骨ブレース等の接合構造。
【請求項３】
軸力材が補強ブレース材で、その相手側部材は既設又は新設の鋼管柱であり、ガゼットプレートのボルト接合位置にＴ形材が接合されており、前記Ｔ形材が鋼管柱を貫通する配置とした複数本の長ボルトで鋼管柱と剪断力および引張り力の伝達が可能に接合されていることを特徴とする、請求項２に記載した鉄骨ブレース等の接合構造。
【請求項４】
軸力材が補強ブレース材で、相手側部材は既設又は新設のＨ鋼柱であり、ガゼットプレートのボルト接合位置にＴ形材が接合されており、Ｈ鋼柱のフランジ間にＣ形鋼状の補強材が挟み込まれて該補強材によりフランジの変形が拘束されており、前記Ｔ形材がＨ鋼柱のフランジ間を貫通する配置とした長ボルトによりＨ鋼柱と剪断力および引張り力の伝達が可能に接合されていることを特徴とする、請求項２に記載した鉄骨ブレース等の接合構造。
【請求項５】
鋼管柱の横断面が円形である場合に、Ｔ形材と鋼管柱の外周面との接触部はフィラーにより間詰めされていることを特徴とする、請求項３に記載した鉄骨ブレース等の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば柱又は梁部材と補強ブレース部材とを、火を使用しないでボルト接合する場合の接合方法及び接合構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、柱又は梁部材と補強ブレース部材とを、火を使用しないでボルト接合する必要性は、例えば図７に例示したように、鉄骨造の既存建物における柱梁架構１、２を後付けの補強ブレース３で強度を補強する耐震補強工事、或いは図８のように柱梁架構１、２の内側へ組み入れた縦、横の枠組み鉄骨４、５を鉄骨ブレース６及びステー７で強度、剛性を補強する耐震補強工事などに見られる。新設建物の耐震補強も同様に実施されることが多い。
【０００３】
従来一般のブレースによる強度の補強は、鉄骨造建物の場合は施工性の観点から現場溶接による接合を行うのが主流であり、火を使用しない圧着工法などの実施例は皆無に等しい。
【０００４】
しかし、近年は建築主の要求として、既存建物の耐震補強工事は、建物内を通常業務に供用しながらの所謂「居ながら工事」が普及している。この場合に、現場溶接施工を実施すると、溶接時の火の粉による火災の心配、溶接時のノイズやスパークによるＯＡ機器、特にコンピュータの機能障害の発生などの懸念が問題とされる。そのため事務所ビルや工場、倉庫などでは現場溶接施工はなかなか採用されない。
【０００５】
よって、前記の技術分野では、部材同士を、火を使用しないでボルト接合する技術の確立が急務になっている。
従来、当該技術分野において、部材同士を、火を使用しないでボルト接合する技術に関しては、例えば特開平１１−３６４４８号公報に記載された接合方法の発明が公知である。これは建物の骨組みを構成する中空鋼材に対して、耐震補強用の枠付き鉄骨ブレースを取り付ける場合の技術である。中空部材へ当てがった鉄骨ブレースを、同中空部材へ長ボルトを貫通させて締め込むことにより仮に取り付ける。更に中空部材の内部に無収縮モルタルを充填し、モルタルの硬化後に前記長ボルトを本締めすることを内容とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１１−３６４４８号公報に記載された接合方法の場合、これを既存建物の耐震補強工事に実施するときは、同公報の図１又は図３を見ると明らかな通り、建物の骨組みを構成する中空鋼材が柱又は梁であるとすれば（同公報の段落［００１０］の３行目に中空鋼材が柱又は梁である旨の記載が認められる。）、長ボルトは建物の内外方向へ水平に貫通させる構成である。したがって、既存建物の柱又は梁の背後側に壁その他の部材が存在するときは、長ボルトを貫通させること、及び締め込むことは不可能に近く、実施が至難という問題がある。
【０００７】
次に、建物の耐震補強等に使用されるブレースと柱又は梁との接合部は、当然に剪断力と引張り力又は圧縮力を伝達出来ることが必須条件となる。そこで前記剪断力と引張り力の伝達効率について、図９を基に説明する。
【０００８】
図９の例は、上記特開平１１−３６４４８号公報に記載された接合方法とは異なり、既存建物の耐震補強工事に支障が発生しないように、ブレース材３を柱梁架構の構面内に配置し、長ボルト１０は、柱１に対して前記架構面と平行な水平方向に貫通させて接合する構造を採用している。
【０００９】
図９の接合構造の問題点は、次のように説明出来る。
図９の接合構造は、鉄骨柱１とブレース材（軸力材）３とを非直角の或る角度αをもって接合したもので、ブレース材３はガゼットプレート１１を介して鉄骨柱１と長ボルト１０で接合し、剪断力と引張り力（又は圧縮力、以下同じ）の伝達を可能ならしめている。
【００１０】
前記ブレース材３に発生する引張り軸力Ｑｄは、ガゼットプレート１１とブレース材３とを接合した部分の重心位置（力点）Ｋ点において、水平力Ｎと剪断力Ｑの合力として考えることが出来る。
【００１１】
そこで前記力の釣り合いについて検討する。先ず剪断力Ｑは、上下のボルト接合部で負担する剪断力ｑ１、ｑ２の合力（ｑ１＋ｑ２）と釣り合う。水平力Ｎは、上下のボルト接合部で負担する引張り力Ｔ１  、Ｔ２  の合力（Ｔ１＋Ｔ２）と釣り合うことになる。次に、モーメントの釣り合いについて検討するとき、本来は前記重心位置（力点）Ｋ点と上下のボルト接合部で負担する剪断力の作用線Ｙとの間の偏心量ｅに起因して点ｃ回りに発生するモーメントの影響を考慮するのが順当である。しかし、問題を簡単にするため、引張り軸力Ｑｄと、その力の作用線が前記剪断力の作用線Ｙと交わる交点ｄの回りのモーメントで考える。この場合、所謂「腕」が無いので、モーメントはゼロである。
【００１２】
そして、前記の条件によれば、前記水平力Ｎは、図９に点線Ｎで示したように交点ｄに作用すると仮定すべきである。
【００１３】
そうすると、前記水平力Ｎに対する反力としての引張り力Ｔ１  とＴ２  の大きさは、前記ｄ点から反力Ｔ１  又はＴ２  の作用線までの距離ａ１、ａ２の大きさに反比例することになる。かくして図９に例示した引張り力Ｔ１とＴ２のベクトル長さが大きく異なるように、両者は非同一（等分にならない）の関係となることが明らかである。
【００１４】
具体的に、実施例の計算例を示す。水平力Ｎの大きさが４３１．２ｋＮ（４４トン）、剪断力Ｑの大きさが２３５．２ｋＮ（２４トン）、偏心量ｅが１５ｃｍ、上下のボルト接合部の間隔（ａ１＋ａ２）が３０ｃｍである場合、上側のボルト接合部が負担する引張り力−Ｔ１  は１５６．８ｋＮ（１６トン）であるが、下側のボルト接合部が負担する引張り力−Ｔ２  は２７４．４ｋＮ（２８トン）の大きさとなる。逆に圧縮軸力Ｑｄが作用した場合には、正反対の力関係となる。
【００１５】
従って、上記の計算例の場合、長ボルト１０の直径は、当然、下側のボルト接合部が負担する引張り力−Ｔ２  （２８トン）の大きさを設計荷重として計算するほかなく、上側のボルト接合部が負担する引張り力−Ｔ１  に対しては甚だ不経済な設計となる。偏心量ｅ及び上下のボルト接合部の間隔ａ１、ａ２の大きさの設計如何によっては、引張り力−Ｔ１がゼロとなったり、逆に下側のボルト接合部が負担する引張り力−Ｔ２が極大となって、設計が不可能なほどの不経済設計となることが懸念されるのである。
【００１６】
よって本発明の目的は、新築建物への適用可能性は当然として、既存建物への適用も容易に可能で、上記した不経済設計を解決したボルト接合の接合方法及び接合構造を提供することである。
【００１７】
本発明の具体的な目的は、上下のボルト接合部で負担する引張り力Ｔ１とＴ２がほぼ等しくなり、経済設計が可能なボルト接合の接合方法及び接合構造を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る鉄骨ブレース等の接合方法は、
柱梁架構を構成する柱等の相手側部材に対して、端部にガゼットプレートを接合した鉄骨ブレース等の軸力材を、前記柱梁架構の構面内に前記相手側部材とは非直角の或る角度に配置すること、
前記軸力材のガゼットプレートを、柱等の相手側部材に対して、前記柱梁架構の構面と平行な水平方向に同相手側部材を貫通する配置とした複数本の長ボルトで剪断力と引張り力の伝達が可能に接合すること、
前記複数本の長ボルトに前記軸力材の軸力Ｑｄに対する反力として発生する引張り力  Ｔ１、Ｔ２の合力の作用点ｃと、軸力材における前記軸力Ｑｄの中心線の延長線が前記剪断力ｑの作用線Ｙと交わる交点ｄとを一致させることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載した発明に係る鉄骨ブレース等の接合構造は、
柱梁架構を構成する柱等の相手側部材に対して、端部にガゼットプレートを接合した鉄骨ブレース等の軸力材が、前記柱梁架構の構面内に前記相手側部材とは非直角の或る角度に配置され、
前記軸力材のガゼットプレートが、柱等の相手側部材に対して、前記柱梁架構の構面と平行な水平方向に同相手側部材を貫通する配置とした複数本の長ボルトで剪断力と引張り力の伝達が可能に接合され、
前記複数本の長ボルトに前記軸力材の軸力Ｑｄに対する反力として発生する引張り力  Ｔ１、Ｔ２の合力の作用点ｃと、軸力材における前記軸力Ｑｄの中心線の延長線が前記剪断力ｑの作用線Ｙと交わる交点ｄとを一致させたことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した鉄骨ブレース等の接合構造において、
軸力材が補強ブレース材で、その相手側部材は既設又は新設の鋼管柱であり、ガゼットプレートのボルト接合位置にＴ形材が接合されており、前記Ｔ形材が鋼管柱をを貫通する配置とした複数本の長ボルトで鋼管柱と剪断力および引張り力の伝達が可能に接合されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載した発明は、請求項２に記載した鉄骨ブレース等の接合構造において、
軸力材が補強ブレース材で、相手側部材は既設又は新設のＨ鋼柱であり、ガゼットプレートのボルト接合位置にＴ形材が接合されており、Ｈ鋼柱のフランジ間にＣ形鋼状の補強材が挟み込まれて該補強材によりフランジの変形が拘束されており、前記Ｔ形材がＨ鋼柱をを貫通する配置とした長ボルトによりＨ鋼柱と剪断力および引張り力の伝達が可能に接合されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載した発明は、請求項３に記載した鉄骨ブレース等の接合構造において、
鋼管柱の横断面が円形である場合に、Ｔ形材と鋼管柱の外周面との接触部はフィラーにより間詰めされていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施形態】
以下に、図１〜図６を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、請求項１及び２に記載した発明に係る鉄骨ブレース等の接合方法および接合構造の実施形態を示している。
【００２５】
図１に示した実施形態の構成は、図９の例と基本的に類似している。即ち、鉄骨ブレース等の軸力材３と、柱等の相手側部材１とを非直角の或る角度αをもって接合する方法又は構造の例を示している。軸力材３の端部にガゼットプレート１１を複数本のボルト（又は溶接等でも可）で接合し、前記のガゼットプレート１１を相手側部材たる鋼管柱１と複数本の長ボルト１０を水平方向に用いて接合し、もって剪断力と引張り力（又は圧縮力）の伝達を可能ならしめている。したがって、例えば図８のようなブレース３の接合に好適に適用出来る。
【００２６】
図１の実施形態はまた、図２に示したように、軸力材たるブレース３が柱梁架構１、２の構面内に配置され、長ボルト１０は、角形の鋼管柱１に対して、前記柱梁架構の構面と平行な水平方向に貫通する配置で締め込まれている。したがって、この構成によれば、既存建物へ適用する場合でも、何の支障もなく実施できる。新築建物への適用性についても同様である。
【００２７】
前記軸力材３（補強ブレース材）のガゼットプレート１１には、長ボルト１０による接合位置にそれぞれ、Ｔ形材１３（又はＣＴ鋼）が溶接等で接合されており、このＴ形材１３が複数本ずつの長ボルト１０で鋼管柱１と強固に接合されている（請求項３に記載した発明）。つまり、複数本の長ボルト１０による締め付け力を各Ｔ形材１３に集約させる目的による。同じ目的で、鋼管柱１の反対側面にもＴ形鋼１３が使用されている。
【００２８】
本発明の特徴は次の構成にある。
図１において、上側のＴ形材１３及び下側のＴ形材１３にそれぞれ集約された複数本の長ボルト１０に発生する反力（＝引張り力Ｔ１とＴ２）の合力の位置（この位置は、前記引張り力Ｔ１とＴ２の作用線から等距離の位置で、ａ＝ａの位置である。）における同合力の作用点ｃと、ガゼットプレート１１と接合した軸力材３における軸力Ｑｄの中心線の延長線とを交わらせたことを特徴とする。前記合力の作用点ｃは、合力の作用線と剪断力ｑの作用線Ｙとの交点上に存在する。したがって、軸力材３における軸力Ｑｄの中心線の延長線と剪断力ｑの作用線Ｙとが交わる交点ｄ（図９を参照）と、前記合力の作用点ｃとを一致させた構成でもある（図９の構成と対比されたい。）。
【００２９】
その結果、この接合構造の力の平衡は次のように説明できる。
図９に基づいて既に説明したように、前記ブレース材３に発生する引張り軸力Ｑｄは、ガゼットプレート１１とブレース材３とを接合した部分の重心位置（力点）Ｋ点において、水平力Ｎと剪断力Ｑとの合力として考えることが出来る。
【００３０】
前記力の釣り合いとして、先ず剪断力Ｑは、上下のＴ形材１３のボルト接合部で負担する剪断力ｑ１、ｑ２の合力（ｑ１＋ｑ２）と釣り合う。水平力Ｎは、上下の長ボルト１０が負担する引張り力Ｔ１とＴ２の合力（Ｔ１＋Ｔ２）と釣り合うことになる。
【００３１】
次に、モーメントの釣り合いについては、やはり問題を簡単にするため、引張り軸力Ｑｄと、その力の作用線が前記剪断力ｑの作用線Ｙと交わる交点ｄ（ｃ点でもある。）の回りのモーメントで考えると、所謂「腕」が無いので、モーメントはゼロである。
【００３２】
上記の条件によれば、上記水平力Ｎは、図１に点線Ｎで示したように交点ｄに作用すると仮定できる。
【００３３】
したがって、上記水平力Ｎに対する反力として長ボルト１０に発生する引張り力Ｔ１とＴ２の大きさは、上記したようにｄ点又はｃ点から反力Ｔ１又はＴ２の作用線までの距離ａの大きさが等しいので、図１にベクトル長さを等しく示したように、引張り力Ｔ１とＴ２はそれぞれ同一（または等分）の関係（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｎ／２）となる。
【００３４】
従って、各長ボルト１０の直径は、反力（Ｎ／２）の大きさを設計荷重として設計できるのであり、極めて経済的な設計となる。
【００３５】
図３は、ガゼットプレート１１の上下に３個のＴ形材１３が等間隔ａで設けられ、軸力材３の軸力Ｑｄの作用線が中央のＴ形材１３が位置する反力を合成した合力の作用点ｃと交わる構成とした実施形態を示している。従って、長ボルト１０の各反力Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はそれぞれＮ／３で等しい大きさである。
【００３６】
図４は逆に、ガゼットプレート１１に１個のＴ形材１３が設けられ、軸力材３の軸力Ｑｄの作用線が前記Ｔ形材１３が位置する反力の合力の作用点ｃと交わる構成とした実施形態を示している。従って、長ボルト１０の反力Ｔ２は水平力Ｎと等しい大きさである。
【００３７】
図５は、上記構成による鉄骨ブレース等の接合構造において、柱が既設又は新設のＨ鋼柱２０である場合の実施形態を示している。この場合にも、図示を省略した軸力材（補強ブレース材で）のガゼットプレート１１には長ボルト１０による接合位置にＴ形材１３が接合されている。一方、Ｈ鋼柱２０のフランジ間にはＣ形鋼状の補強材１４が内向きに挟み込まれ、該補強材１４によりフランジの変形（内方への倒れ）が発生しないように拘束されている。その上で、前記Ｔ形材１３が長ボルト１０によりＨ鋼柱２０と強固に接合されている（請求項４に記載した発明）。
【００３８】
図６は、やはり上記構成による鉄骨ブレース等の接合構造において、既設又は新設の柱の横断面が円形の円形鋼管柱２１である場合の実施形態を示している。この場合も図示を省略した軸力材（補強ブレース材で）のガゼットプレート１１にはボルト接合位置にＴ形材１３が接合され、円形鋼管柱２１を貫通させた長ボルト１０により前記Ｔ形材１３が円形鋼管柱２１と強固に接合されている。円形鋼管柱２１とＴ形材１３との間に発生する隙間はフィラー１５により間詰めされており、長ボルト１０の締め付け力が効果的に働く構成とされている（請求項５に記載した発明）。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１〜５に記載した発明に係る鉄骨ブレース等の接合方法及び接合構造によれば、長ボルト１０に発生する反力（引張り力Ｔ１、Ｔ２など）は必ず同一（又は等分）の大きさとなるから、各長ボルト１０の直径は、前記反力の大きさを設計荷重として極めて経済的な設計が出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄骨ブレース等の接合方法及び接合構造の実施形態を示した説明図である。
【図２】図１の水平断面図である。
【図３】本発明の異なる実施形態を示した説明図である。
【図４】本発明の更に異なる実施形態を示した説明図である。
【図５】本発明の異なる実施形態を示した水平断面図である。
【図６】本発明の更に異なる実施形態を示した水平断面図である。
【図７】耐震補強ブレースの設置例を示した立面図である。
【図８】枠組み鉄骨と鉄骨ブレース等の設置例を示した立面図である。
【図９】従来の接合方法及び接合構造の例を示した説明図である。
【符号の説明】
１    柱（相手側部材）
３    軸力材
１１  ガゼットプレート
１０  長ボルト
ｃ    合力の位置
Ｋ    交点
１３  Ｔ形材
２０  Ｈ鋼柱
１４  補強材
１５  フィラー
２１  円形鋼管柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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