(57)【要約】【課題】既設構造物の耐震補強工事の施工現場において、火気を使用しない構造物の補修・補強構造および方法を提供する。【解決手段】構造物における既存鉄骨柱２の柱頭部または柱脚部の少なくとも一方を補修・補強することによる構造物の補修・補強構造であって、互いにボルト４０で接合されることによって、柱頭部４（または柱脚部）の外周を囲繞するように配置される少なくとも２つの補強部材２０と、外周面４ａと補強部材２０との間の隙間６に設けられた硬化性部材３０とを備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物における既存鉄骨柱の柱頭部または柱脚部の少なくとも一方を補修・補強することによる構造物の補修・補強構造であって、
互いにボルト接合されることによって、前記柱頭部または柱脚部の少なくとも一方の外周を囲繞するように配置される少なくとも２つの補強部材と、
前記外周面と前記補強部材との間の隙間に設けられた硬化性部材とを備えることを特徴とする構造物の補修・補強構造。
【請求項２】
前記補強部材は、先端を互いに外向きに延ばしたフランジを有する略Ｕ字形断面の鋼板であり、前記２つの補強部材は、互いに対向配置した前記フランジでボルト接合されることを特徴とする請求項１に記載の構造物の補修・補強構造。
【請求項３】
前記対向配置したフランジは、前記補強部材が配置される前記柱頭部または柱脚部にガセットプレートを介して接続される筋交い用部材の前記ガセットプレートをその両側面から挟持するものであって、前記対向配置したフランジと前記ガセットプレートとは一体にボルト接合されることを特徴とする請求項２に記載の構造物の補修・補強構造。
【請求項４】
前記補強部材の前記鉄骨柱の長手方向の長さは、前記鉄骨柱の幅の略１／２〜１倍の長さであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の構造物の補修・補強構造。
【請求項５】
前記鉄骨柱に固定され、前記補強部材および前記硬化性部材の重量を前記鉄骨柱に伝達するための自重受け部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の構造物の補修・補強構造。
【請求項６】
前記鉄骨柱は、角形鋼管柱であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の構造物の補修・補強構造。
【請求項７】
前記硬化性部材は、モルタル充填材であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の構造物の補修・補強構造。
【請求項８】
構造物における既存鉄骨柱の柱頭部または柱脚部の少なくとも一方を補修・補強することによる構造物の補修・補強方法であって、
前記柱頭部または柱脚部の少なくとも一方の外周を囲繞するように、少なくとも２つの補強部材を前記外周方向に配置して、互いの前記補強部材をボルト接合する工程と、
前記外周面と前記補強部材との間の隙間に硬化性部材を設ける工程とを含むことを特徴とする構造物の補修・補強方法。
【請求項９】
前記補強部材は、先端を互いに外向きに延ばしたフランジを有する略Ｕ字形断面の鋼板であって、互いに対向配置した前記フランジで前記２つの補強部材をボルト接合する際に、前記補強部材が配置される前記柱頭部または柱脚部にガセットプレートを介して接続される筋交い用部材の前記ガセットプレートをその両側面から挟持するように前記フランジを対向配置して、前記フランジと前記ガセットプレートとを一体にボルト接合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の構造物の補修・補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の補修・補強構造、および構造物の補修・補強方法に関し、特に、既設の土木・建築構造物の鉄骨柱の柱脚または柱頭を補修・補強することによって、この構造物の耐震性を高める構造物の補修・補強構造および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐震性の低い既存の鉄骨構造の建物の耐震性を向上させる方法として、鉄骨柱の柱頭や柱脚に鋼板等の補強部材を溶接接合することによって、その剛性を高める方法が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０３７１５号公報
【非特許文献１】「既存鉄骨造建築物の耐震改修施工マニュアル（平成１２年改訂版）」、建設省住宅局建築指導課編集、社団法人  日本鋼構造協会・財団法人  日本建築防災協会発行
【非特許文献２】「耐震改修促進法のための既存鉄骨造建築物の耐震診断および耐震改修指針・同解説（１９９６）」、建設省住宅局建築指導課監修、財団法人  日本建築防災協会発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、既存建物に対する耐震補強工事は、建物を使用しながらの施工となるのが通常であり、施工に際しては建物の居住者等の居住性に対する配慮が必要となる。この場合、上記の従来の溶接接合による方法では、施工現場にて火気を使用することから、防火設備を配置するなどの火気対策を講じる必要があり、工事コストの上昇を招く。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、既設構造物の耐震補強工事の施工現場において、火気を使用しない構造物の補修・補強構造および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る構造物の補修・補強構造は、構造物における既存鉄骨柱の柱頭部または柱脚部の少なくとも一方を補修・補強することによる構造物の補修・補強構造であって、互いにボルト接合されることによって、前記柱頭部または柱脚部の少なくとも一方の外周を囲繞するように配置される少なくとも２つの補強部材と、前記外周面と前記補強部材との間の隙間に設けられた硬化性部材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る構造物の補修・補強構造は、上述した請求項１において、前記補強部材は、先端を互いに外向きに延ばしたフランジを有する略Ｕ字形断面の鋼板であり、前記２つの補強部材は、互いに対向配置した前記フランジでボルト接合されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る構造物の補修・補強構造は、上述した請求項２において、前記対向配置したフランジは、前記補強部材が配置される前記柱頭部または柱脚部にガセットプレートを介して接続される筋交い用部材の前記ガセットプレートをその両側面から挟持するものであって、前記対向配置したフランジと前記ガセットプレートとは一体にボルト接合されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る構造物の補修・補強構造は、上述した請求項１から請求項３のいずれか一つにおいて、前記補強部材の前記鉄骨柱の長手方向の長さは、前記鉄骨柱の幅の略１／２〜１倍の長さであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る構造物の補修・補強構造は、上述した請求項１から請求項４のいずれか一つにおいて、前記鉄骨柱に固定され、前記補強部材および前記硬化性部材の重量を前記鉄骨柱に伝達するための自重受け部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る構造物の補修・補強構造は、上述した請求項１から請求項５のいずれか一つにおいて、前記鉄骨柱は、角形鋼管柱であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項７に係る構造物の補修・補強構造は、上述した請求項１から請求項６のいずれか一つにおいて、前記硬化性部材は、モルタル充填材であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項８に係る構造物の補修・補強方法は、構造物における既存鉄骨柱の柱頭部または柱脚部の少なくとも一方を補修・補強することによる構造物の補修・補強方法であって、前記柱頭部または柱脚部の少なくとも一方の外周を囲繞するように、少なくとも２つの補強部材を前記外周方向に配置して、互いの前記補強部材をボルト接合する工程と、前記外周面と前記補強部材との間の隙間に硬化性部材を設ける工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項９に係る構造物の補修・補強方法は、上述した請求項８において、前記補強部材は、先端を互いに外向きに延ばしたフランジを有する略Ｕ字形断面の鋼板であって、互いに対向配置した前記フランジで前記２つの補強部材をボルト接合する際に、前記補強部材が配置される前記柱頭部または柱脚部にガセットプレートを介して接続される筋交い用部材の前記ガセットプレートをその両側面から挟持するように前記フランジを対向配置して、前記フランジと前記ガセットプレートとを一体にボルト接合する工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、既設鉄骨柱の柱頭部または柱脚部は、少なくとも２つの補強部材をボルト接合することによって囲繞される。このように、施工現場での溶接作業を伴わないので火気対策を不要とすることができ、既設鉄骨柱への補修・補強工事をより経済的かつ簡便に施工することができる。また、外周面と補強部材との間の硬化性部材によって柱頭部または柱脚部と補強部材との一体化が図られ、鉄骨柱の柱頭部または柱脚部の剛性が高められる。この結果、既存構造物の耐震性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る構造物の補修・補強構造および方法の好適な実施の形態を、既設鉄骨造建物に対する補修・補強を例にとり詳細に説明する。図１は、本発明に係る構造物の補修・補強構造が設けられた柱頭の一例を示す概略側面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った概略横断面図である。図３は、補修・補強前の柱頭を示す概略側面図である。
【００１７】
図１、図２および図３に示すように、本発明に係る構造物の補修・補強構造（以下、「補強構造」という。）１０は、角形鋼管の既設鉄骨柱２の柱頭４を囲繞する補強部材としての２枚の分割補強鋼板２０と、補強鋼板２０と柱頭４との間の隙間６に充填される硬化性部材としてのモルタル３０とを備える。補強鋼板２０は、先端を互いに外向きに延ばしたフランジ２２を有する略Ｕ字形断面の鋼材からなっており、２枚の補強鋼板２０は、対向配置させたフランジ面２２ａでボルト４０で接合されて互いに緊結される。このように、ボルト接合の構造とすることによって、溶接のような火気を用いずに、既設の鉄骨柱の柱頭４における曲げ耐力の向上を図ることができる。
【００１８】
補強構造１０は、柱の長手方向の高さＨが、柱頭４の幅の長さＷの略１／２〜１倍となるように設けられる。補強構造１０は、柱頭４に対するモルタル３０の付着力によって自重が保持されるようになっているが、さらに自重受け部を鉄骨柱２に設けるようにしてもよい。この場合、例えば、図４に示すように、柱頭４の下部表面にＬ型鋼などのアングル材４２を接着して設け、これを自重受け部として自重を支持させてもよいし、モルタル３０が付着する柱頭４の外周面４ａや補強鋼板２０に突起物（不図示）を接着して設け、これによって自重を支持させるようにしてもよい。
【００１９】
次に、柱脚８の補強構造１１について説明する。図５は補強前の柱脚を示す概略側面図であり、図６は補強構造が設けられた柱脚を示す概略側面図である。図５および図６に示すように、柱脚８の補強構造１１は、柱頭４の補強構造１０と同様に、柱脚８を囲繞する２枚の補強鋼板２０とモルタル３０とを備えて構成され、床スラブ９上に設けられる。２枚の補強鋼板２０は、フランジ２２でボルト４０により接合される。このように、溶接を不要にするとともに柱脚８における曲げ耐力の向上を図ることができる。
【００２０】
上記の実施形態において、補強鋼板２０にブレースや方杖のような筋交い部材を取り付けた構造とすることもできる。図７の左の（ａ）は、引張力のみに効かせる比較的軽微なブレースが取り付けられる補強構造の一例を示す概略側面図である。図７の右の（ｂ）は、圧縮力にも効かせるブレースが取り付けられる補強構造の一例を示す概略側面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線に沿った概略横断面図である。
【００２１】
ブレース５０は、図７（ａ）および図８に示すように、２枚の補強鋼板２０をボルト４０で緊結する際に、ブレース接合用のガセットプレート５２をフランジ２２の間に挟ませて、フランジ２２とガセットプレート５２とを同時にボルト４０で接合し一体化する。このようにすることで、鉄骨柱２にガセットプレート５２を直接取り付ける際によく用いられる非常に高価なワンサイドボルトを使用せずに済む。このため、ワンサイドボルトよりも安価な一般的な高力ボルトを用いてガセットプレート５２を鉄骨柱２に接合することができる。
【００２２】
また、鉄骨柱２にガセットプレート５２を直接取り付ける構造の場合には、鉄骨柱２のスキンプレート２ａの面外変形によってブレース５０の性能の発揮が不十分となることがあった。しかし、上記のように、フランジ２２とガセットプレート５２とをボルト４０で接合することによる構造を採用すれば、ブレース５０の性能発揮においてスキンプレート２ａの面外変形の影響を直接受けることもなくなるので好都合である。
【００２３】
また、図７（ｂ）および図８に示すように、ブレース５０の圧縮力によってガセットプレート５２が面外座屈しないように、ガセットプレート５２にはその面外変形を抑制する補剛リブ５４を設けることができる。補剛リブ５４としては、スプライスプレートを曲げ加工したものをガセットプレート５２面に垂直かつブレース５０の伸長方向の延長に沿うように配置する構成としてもよい。また、略Ｔ字形断面の２枚の鋼板のフランジ上面同士を当接してボルト接合するとともに、各鋼板のウェブ部の一端側に設けたプレート部を補強鋼板２０のフランジ２２で挟持して、ボルト４０で接合してもよい。
【００２４】
図９は、既設のＨ型鋼梁端部３に方杖が設けられる場合の補強構造の一例を示す概略側面図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ線に沿った概略縦断面図である。方杖６０は、図９および図１０に示すように、２本の溝形鋼６２を背向させた構成であり、その一端は、図７と同様の態様で鉄骨柱２側に設けられた方杖取り付け用のガセットプレート６２に接続される。方杖の他端は、既設梁端部３の下フランジ３ａにボルト接合された略Ｔ字形断面の方杖取り付け用鋼材６４の下方に延びるウェブ部６６にボルト接合される。なお、方杖は、溝形鋼２本を背向させた上記構成以外の構成であっても構わない。
【００２５】
次に、本発明に係る構造物の補修・補強方法による作業手順について、柱頭４の補強の場合を例にとり図１および図２を用いて説明する。まず、図１および図２に示すように、柱頭４の外周を囲繞するように２枚の補強鋼板２０を外周方向に配置し、互いのフランジ２２同士をボルト４０で接合する。ついで、柱頭４の外周面４ａと補強鋼板２０の内側面２０ａとの間にできる隙間６にモルタル３０を充填する。この場合、モルタル３０が下に漏れ出ないように隙間６の下側には底板（不図示）を配置して開口を閉塞しておく。モルタル３０が硬化したらこの底板を外す。なお、図７〜図１０に示すように、補強鋼板２０のフランジ２２をボルト４０で接合する際に、ブレース５０や方杖６０が接続されるガセットプレート５２，６２等をフランジ２２間に挟み込んでこれらを同時にボルト４０で接合するようにしてもよい。
【００２６】
以上のように、本発明によれば、施工現場において溶接作業やボルト穴を開ける作業をせずに済み、既設建物の鉄骨柱の補修・補強工事を経済的かつ簡便に実施することが可能である。この場合、柱頭または柱脚のいずれか一方にのみ補強構造を囲繞するように配置してもよいし、両方に対して配置してももちろんよく、いずれにしても本発明と同一の作用効果が得られる。また、ブレースや方杖の取り付けによる補強についても、ボルト接合で済むので溶接などの火気を用いる必要はない。
【００２７】
また、本発明によれば、一部の柱頭や柱脚を補強することで、他の部分への補強の波及効果も期待できる。図１１は、既設建物の架構構造を、２本の鉄骨柱２，２と上下階梁５，５とによって構成される１層１スパンのラーメン１００として単純化して、このラーメン１００に水平力が作用したときのモーメントによる概略曲げ応力図を示したものである。また、図１２は、図１１における柱脚８を、本発明の補強構造１１または方法によって補強してこの部分の剛性を高めた場合に同じ水平力が作用したときの概略曲げ応力図を示したものである。この図１２には、図１１の補強前における曲げ応力分布を点線で示してある。
【００２８】
図１２に示すように、本発明による補強構造１１によって柱脚８の剛性が上がるので、反曲点がＰ１点からＰ２点へと高くなり、柱頭４および上階梁端３の曲げ応力が低下していることがわかる。このように、柱脚８だけを補強しても柱頭４および上階梁端３に生じる応力を低減させることができ、柱頭４等の補強を施したのと同様の効果が発揮されている。なお、この例では下階の梁端３のモーメントによる曲げ応力が大きくなっている。このため、この場合には必要に応じて例えば方杖６０等による補強を実施することが好ましい。
【００２９】
上記の実施形態においては、補強部材が２枚の略Ｕ字状断面の補強鋼板２０で構成される場合について説明したが、補強鋼板２０は２枚に限るものではなく、略Ｌ字状断面の鋼板４枚で柱頭や柱脚を囲繞するように構成してもよいし、それ以上の枚数で囲繞してもよい。また、鉄骨柱が角形鋼管柱の場合に用いられる略Ｕ字状断面の補強鋼板について説明したが、この組み合わせに限らず、例えば、鉄骨柱が円形鋼管柱の場合には半円形断面の鋼板２枚をボルト接合してもよく、補強鋼板は鉄骨柱に合わせた形状を用いることができる。また、上記の実施形態において、硬化性部材としてモルタル３０を用いる場合について説明したが、他のセメント系充填材や接着剤系充填材を用いてもよく、いずれにしても本発明と同一の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る構造物の補修・補強構造の一例を示す柱頭の概略側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った概略横断面図である。
【図３】補修・補強前の柱頭を示す概略側面図である。
【図４】自重受け部が設けられた補強構造の一例を示す概略側面図である。
【図５】補修・補強前の柱脚を示す概略側面図である。
【図６】本発明に係る構造物の補修・補強構造の一例を示す柱脚の概略側面図である。
【図７】本発明に係る構造物の補修・補強構造の一例を示す概略側面図であり、（ａ）は引張力のみに効かせるブレースが、（ｂ）は圧縮力にも効かせるブレースが取り付けられる補強構造の一例を示す概略側面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線に沿った概略横断面図である。
【図９】方杖が設けられた補強構造の一例を示す概略側面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿った概略縦断面図である。
【図１１】補強されていない１層１スパンのラーメン構造に水平力が作用したときの概略曲げ応力図である。
【図１２】本発明の補強構造により柱脚が補強された１層１スパンのラーメン構造に水平力が作用したときの概略曲げ応力図である。
【符号の説明】
【００３１】
２  鉄骨柱
３  梁端部
４  柱頭
４ａ  外周面
５  梁
６  隙間
８  柱脚
９  床スラブ
１０，１１  補修・補強構造
２０  補強鋼板（補強部材）
２２  フランジ
３０  モルタル（硬化性部材）
４０  ボルト
４２  アングル部材（自重受け部）
５０  ブレース（筋交い部材）
５２，６２  ガセットプレート
５４  補剛リブ
６０  方杖
６４  方杖取り付け用鋼材
１００  ラーメン
【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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【図１０】
2009235817.tif 000012
【図１１】
2009235817.tif 000013
【図１２】
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