JP4746023B2 - 鉄骨構造物の耐震改修方法及び耐震鉄骨構造物 - Google Patents

Description

本発明は、既存の鉄骨構造物に対して適用可能な耐震改修方法及び耐震構造物に関する。

図１５に示す三角形をユニットとしたトラス構造物１００においては、一般に水平力を支持するために一対のブレース（brace）１０１ａ，１０１ｂが逆方向に傾斜して設置されている。このトラス構造物１００が地震発生時に水平方向の力を受けると、一方のブレース１０１ａ又は（１０１ｂ）には圧縮力が、他方のブレース１０１ｂ（又は１０１ａ）には引張力が交互に作用して地震力に抵抗するようになっている。
図１６は、上述したブレース１０１ａ，１０１ｂの軸力−軸変位特性曲線を示したものである。この特性曲線から分かるように、接合部及び接続部材等は、圧縮力についてはブレース１０１ａ，１０１ｂの座屈耐力Ｎｃｒ（ブレースの降伏軸力−Ｎｙより小さい）に対して強度を維持し、引張力についてはブレース１０１ａ，１０１ｂの降伏軸力Ｎｙに対して強度を維持するように設計されている。従って、設計地震外力以上の力が作用した場合には、引張力が作用するブレース側は、ブレース又は接合部が降伏し、圧縮力が作用するブレース側は、ブレース又は接合部が座屈し、これによって構造系が崩れて構造物の崩壊につながる虞がある。

上述したトラス構造物に対する耐震対策として、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものが知られている。
特許文献１は、図１７に示すように、柱２０２と梁２０３との間の空間２０４に傾斜して架設されるブレース２０１の外面をロックウール等の耐火内張層を介して被包鋼管２０５で被包すると共に、耐火内張層と被包鋼管２０５との間にモルタル層２０６を充填する。耐火内張層はブレース２０１とモルタル層２０６および被包鋼管２０５との間を力学的に絶縁し、ブレース２０１の座屈は防止されるが、ブレース２０１の軸変形を許容する構造となっている。これにより、耐震性能の向上が計れる。

また、特許文献２は、図１８に示すように、鉄骨製のブレース材３０１と、このブレース材３０１を半径方向に間隔をおいて取り囲む鋼管３０２と、この鋼管３０２に分配配置され、半径方向外側から鋼管３０２にねじ込まれた多数のボルト３０３とを備えている。このボルト３０３はその半径方向内側の先端がブレース材３０１に対して小さな隙間を有するかまたは接触するようにねじ込まれている。

特許文献１、特許文献２の提案は、既存のブレースの断面形状はそのままとして、ブレース全体を補剛部材で覆い、座屈拘束することによって圧縮力に対しても座屈せず、引張耐力と同等の耐力を有する履歴型ダンパ（軸降伏型ダンパ）を構成している。
特許文献１、特許文献２ともに、既存ブレースが座屈しないので圧縮、引張ともに安定した履歴特性を示すブレースに改修できているが、構造全体として見た場合の地震応答における降伏荷重の調整ができない。すなわち、制震効果を変化させることができない。また、既存構造設計において、引張ブレースは引張耐力、圧縮ブレースは座屈耐力（引張耐力よりも小さい荷重）にて発生せん断力を算定し、それに基づき基礎などの設計が実施されている。したがって、単純に圧縮耐力を引張耐力まで引き上げると基礎構造に発生する反力も増加することになる。このため、他の構造部分や基礎構造を補強する必要が生じ、補強コストが増加するという問題点があった。

本発明者等は、この問題を解消する耐震構造物及び耐震改修方法を特許文献３で提案した。特許文献３は、図１９に示すように、トラス鉄骨構造４００に設置された既存ブレース４０１の端部側の両方又は一方の一部を切削して断面積を既存ブレースの一般部より縮小し、この断面積縮小部４０１ｂに局部座屈防止用補剛具４０２を取り付ける。
切削対象箇所を切削して断面積縮小部４０１ｂを形成する前に、図２０に示すように、既存ブレース４０１に切削対象箇所をバイパスするように軸力伝達部材４０３を取り付けておくことが好ましい。つまり、断面積縮小部４０１ｂを切削により形成する前に、軸力伝達部材４０３を、切削対象箇所である断面積縮小部４０１ｂに該当する部分を跨ぐようにブレース一般部４０１ａに予め取り付けることにより、既存ブレース４０１に作用する軸力（死荷重圧縮軸力）がこの軸力伝達部材４０３をバイパスしてガセット４０４に伝達するようにした後、対象箇所の切削を行う。軸力伝達部材４０３は、既存ブレース４０１の軸線に沿った伝達部材４０３ａと、横断部材４０３ｂとからなっている。

特許文献３の提案によれば、断面積縮小部４０１ｂの周りに局部座屈防止用補剛具４０２を取り付け、その際、断面積縮小部４０１ｂの降伏軸力を、局部座屈防止用補剛具４０２取り付け前の既存ブレース４０１の全体座屈耐力より低く設定したので、地震力が作用した際、断面積縮小部４０１ｂは他部より早期に降伏し、局部座屈防止用補剛具４０２の作用によって局部座屈が拘束されて安定した応答を示し、安定した繰返し軸変位応答を行って地震エネルギを吸収する。この提案によれば、断面積縮小部４０１ｂの降伏軸力を、局部座屈防止用補剛具４０２取り付け前の既存ブレース４０１の全体座屈耐力より低く設定したので、他の構造部分や基礎構造を補強する必要がない。

特開平９−３２８８１３号公報 特許第３３８２１７８号公報 特開２００３−２１３８１５号公報

特許文献３によれば、以上のような効果を奏するが、軸力伝達部材４０３を効率的に取り付ける方法が開示されていない。そこで本発明は、軸力伝達部材を効率的に取り付ける方法を提供することを目的とする。

本発明は、柱、梁及びブレースが組み合わされたトラス鉄骨構造の既存ブレースの一部を切削して、断面積を既存ブレースよりも縮小した断面積縮小部を形成し、断面積縮小部に対して制震ダンパ化を行う鉄骨構造物の耐震改修方法であって、断面積縮小部を形成する前に、断面積縮小部に相当する領域を迂回して既存ブレースに軸力伝達部材を取り付ける工程と、軸力伝達部材を取り付けた後に、断面積縮小部を形成する工程と、断面積縮小部に対して制震ダンパ化を行う工程と、軸力伝達部材を取り除く工程と、を備える。この軸力伝達部材は、既存ブレースを挟んで対称に設置される第１部材及び第２部材からなり、第１部材及び第２部材は、各々、既存ブレースの軸方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ既存ブレースを把持する一対の把持部と、一対の把持部間を繋ぐ伝達部とからなり、第１部材の把持部と第２部材の把持部と接合される。そして、軸力伝達部材を取り付ける工程において、既存ブレースに圧縮の軸力が作用したときに軸力を軸力伝達部材に伝える一対の固定部材によって軸力伝達部材を軸方向に固定する。この一対の固定部材は、一対の把持部の軸方向の両端間の長さと同等の距離だけ間隔を開けて既存ブレースに固定される。
軸力伝達部材は、死荷重軸力を受けるものであり、この死荷重軸力は、圧縮の軸力である。そこで、本発明では、軸力伝達部材を直接既存ブレースに接合するのではなく、圧縮の軸力が作用したときに軸力を軸力伝達部材に伝える固定部材によって軸力伝達部材を軸方向に固定することとした。また本発明によると、第１部材及び第２部材を各々既存ブレースに取り付けるのに比べて、半分の工数で第１部材及び第２部材を既存ブレースに取り付けることができる。

本発明の耐震改修方法において、柱と梁の交点、及び梁のいずれか一方又は双方を補強した後に、軸力伝達部材を取り付けることができる。死荷重軸力が大きい場合に有効である。

本発明は、軸力伝達部材に制震ダンパ機能を付加することができる。この軸力伝達部材は、既存ブレースに取り付けた後に除去することなく、そのまま残すことにより、制震ダンパとして機能する。
すなわち本発明は、柱、梁及びブレースが組み合わされたトラス鉄骨構造の既存ブレースの一部を切削して、断面積を既存ブレースよりも縮小した断面積縮小部を形成し、断面積縮小部に対して制震ダンパ化を行う鉄骨構造物の耐震改修方法であって、断面積縮小部を形成する前に、断面積縮小部に相当する領域を迂回して既存ブレースに軸力伝達部材を取り付ける工程と、制震ダンパ機構を備えた軸力伝達部材を取り付けた後に、断面積縮小部を形成する工程と、を備える。この軸力伝達部材は、既存ブレースを挟んで対称に設置される第１部材及び第２部材からなり、第１部材及び第２部材は、各々、既存ブレースの軸方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ既存ブレースを把持する一対の把持部と、一対の把持部間を繋ぐ伝達部とからなり、第１部材の把持部と第２部材の把持部と接合され、断面積縮小部を迂回して既存ブレースに取り付けられる。そして、軸力伝達部材を取り付ける工程において、既存ブレースに圧縮又は引張りの軸力が作用したときに軸力を軸力伝達部材に伝える固定部材によって軸力伝達部材を軸方向に固定する。この一対の固定部材は、一対の把持部の軸方向の両端間の長さと同等の距離だけ間隔を開けて既存ブレースに固定される。

以上の本発明による耐震改修方法において、制震ダンパ機構は、軸降伏型のダンパ機構であることが好ましい。
また、断面積縮小部に、粘弾性ダンパを介在させることが好ましい。

本発明はまた、柱、梁及びブレースが組み合わされたトラス鉄骨構造の既存ブレースの一部を切削して、断面積を既存ブレースよりも縮小した断面積縮小部を形成し、断面積縮小部に対して制震ダンパ化が行われた鉄骨構造物であって、制震ダンパは、断面積縮小部を迂回して既存ブレースに取り付けられ、死荷重軸力を伝達し、かつ軸降伏型ダンパとして機能することを特徴とする耐震鉄骨構造物をも提供する。この制震ダンパは、既存ブレースを挟んで対称に設置される第１部材及び第２部材からなり、第１部材及び第２部材は、各々、既存ブレースの軸方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ既存ブレースを把持する一対の把持部と、一対の把持部間を繋ぐ伝達部とからなり、第１部材の把持部と第２部材の把持部と接合され、断面積縮小部を迂回して既存ブレースに取り付けられる。

本発明によれば、軸力伝達部材を直接既存ブレースに接合するのではなく、圧縮の軸力が作用したときに軸力を軸力伝達部材に伝える固定部材によって軸力伝達部材を軸方向に固定することとしたので、軸力伝達部材を効率的に取り付けることができる。

＜第１実施形態＞
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、第１実施形態による耐震改修方法の工程を示す図である。
第１実施形態による耐震改修方法は、例えば図１５に示すトラス鉄骨構造物に適用されるものである。より詳しくは、梁（水平材）２及び柱（垂直材）３よりなる構面に、ガセット５を介して所定の角度をなして一対の既存ブレース４が取り付けられた鉄骨構造物の構造単位１０から、既存ブレース４の一部を除去して、制震ダンパ７を取り付ける改修方法に関するものである。

図１の上段に示すように、既存ブレース４には、死荷重軸力が矢印の向きに作用している。死荷重軸力が大きい場合には、既存ブレース４の一部の断面積を縮小し、又は既存ブレース４の一部を除去した場合に、梁２のたわみが大きくなる。そのため、特に、既存ブレース４の一部を除去した場合の残存ブレース間の距離が大きく変動する。そこで、第１実施形態は、軸力伝達部材を効率的に取り付ける工程を含む耐震改修方法を提案する。なお、本実施形態では、既存ブレース４として鋼管を例にしているが、本発明はこれに限定されない。

＜図１ ＳＴＥＰ１＞
第１実施形態による耐震改修方法は、略コ字状の形態をなした軸力伝達部材６を、切削除去対象箇所をバイパスするように跨いで各々の既存ブレース４に取り付ける。軸力伝達部材６は、既存ブレース４に生じている圧縮方向の死荷重軸力に対抗する部材である。既存ブレース４に軸力伝達部材６を取り付けた後、切削除去対象箇所を適宜の手段で切削して除去する。切削除去後に残った部分を残存ブレース４ａとすると、既存ブレース４に生じていた死荷重軸力は、残存ブレース４ａ、軸力伝達部材６が受けることになる。このようにして、梁２のたわみを防止することができる。なお、軸力伝達部材６の取り付け方法は、後述する。

＜図１ ＳＴＥＰ２＞
次に、切削箇所の処理を行い、制震ダンパ接合用の部材を設置した後、別途製作した制震ダンパ７を装着し、例えばボルト接合にて残存ブレース４ａに結合して制震ダンパ化する。その後、軸力伝達部材６を撤去する。制震ダンパ７としては、公知の軸降伏型制震ダンパを用いることができる。軸降伏型ダンパとしては、公知のダンパを用いることができ、例えば、第３実施形態で示すものを用いることができる。

次に、軸力伝達部材６について、図２〜図４を参照して詳述する。
軸力伝達部材６は、同一の構成を有する第１部材６１及び第２部材６５の２つの部材を組み合わせて構成される。第１部材６１は、所定間隔を隔てて配置される一対のブレース把持部６２と、各ブレース把持部６２から突出して形成される一対のコラム６３と、一対のコラム６３を介してブレース把持部６２を繋ぐ伝達部材６４とから構成される。同様に、第２部材６５は、所定間隔を隔てて配置される一対のブレース把持部６６と、各ブレース把持部６６から突出して形成される一対のコラム６７と、一対のコラム６７を介してブレース把持部６６を繋ぐ伝達部材６８とから構成される。

ブレース把持部６２（６６）は、既存ブレース４の外径と同等の断面が半円状の本体６２ａ（６６ａ）と、本体６２ａの両端から突き出した締結部６２ｂ（６６ｂ）とから構成される。対応する締結部６２ｂ、６６ｂの位置を合わせて、本体６２ａ、６６ａの内周面を既存ブレース４の外周面に接触させる。この状態で、締結部６２ｂ、６６ｂをボルト締めすることにより、軸力伝達部材６を既存ブレース４に取り付ける。なお、このとき本体６２ａ、６６ａは、既存ブレース４に対して摺動が可能である。つまり、軸力伝達部材６自体は、既存ブレース４に対して相対的に移動が可能に取り付けられている。

本実施形態は、リング状のリブ６９ａ、６９ｂを用いて、軸力伝達部材６は既存ブレース４の軸方向の動きが拘束されて固定される。リブ６９ａ、６９ｂは、既存ブレース４に対して接合される。軸力伝達部材６は、既存ブレース４に接合されたリブ６９ａ、６９ｂの間に挟み込まれる。図２は、一対のブレース把持部６２（６６）の間の所定領域を切削除去した状態を示すが、圧縮の死荷重軸力は、図中の白抜き矢印で示されるように、残存ブレース４ａに接合されたリブ６９ａ（６９ｂ）を介して、軸力伝達部材６に伝わり、死荷重軸力を受け止める。本実施形態は、軸力伝達部材６が、圧縮の死荷重軸力のみを受けることを想定しているため、リブ６９ａ、６９ｂは、軸力伝達部材６の軸方向の両端にのみ設ければよい。

次に、図３及び図４を参照して、軸力伝達部材６を既存ブレース４に取り付ける手順を説明する。
はじめに、既存ブレース４の外周にリブ６９ａ、６９ｂを接合する。リブ６９ａ、６９ｂは、軸力伝達部材６の一対のブレース把持部６２（６６）の両端間の長さと同等の距離だけ間隔を開けて既存ブレース４に接合される。リブ６９ａ、６９ｂは、例えば溶接により既存ブレース４に接合される。リブ６９ａ、６９ｂの溶接は、既存ブレース４に対する溶接面積が小さいので、溶接作業が軽減され、また、既存ブレース４ａに対する熱影響が少ないという利点がある。リブ６９ａ、６９ｂの固定は、溶接に限らない。例えば、リブ６９ａ、６９ｂにスリーブを設けて、ボルトによって固定することもできる。また、リブ６９ａ、６９ｂと既存ブレース４の間に楔を挿入して、リブ６９ａ、６９ｂを固定することもできる。つまり、リブ６９ａ、６９ｂが既存ブレース４の軸方向の動きを止めることができれば、その手段は問われない。

リブ６９ａ、６９ｂを固定した後に、既存ブレース４を挟んで軸力伝達部材６を構成する第１部材６１、第２部材６５を対称の位置に配置させ、リブ６９ａ、６９ｂ間に第１部材６１、第２部材６５を配置する。その後、第１部材６１の締結部６２ｂと第２部材６５の締結部６６ｂ同士をボルトにより締結する。前述したように、第１部材６１、第２部材６５は、このボルトによる締結によって既存ブレース４に直接接合されるものでない。しかし、軸力伝達部材６（第１部材６１、第２部材６５）は、一端でリブ６９ａに接し、他端でリブ６９ｂに接触する。リブ６９ａ、６９ｂが既存ブレース４に接合されているため、軸力伝達部材６（第１部材６１、第２部材６５）は、軸方向の動きがリブ６９ａ、６９ｂによって拘束、固定される。

軸力伝達部材６の取り付けが終了した後に、既存ブレース４の所定部位を切削して削除する。そうすると、残存ブレース４ａ、軸力伝達部材６が死荷重軸力を受けることによって、梁２のたわみを防止することができる。

通常、死荷重軸力は圧縮力である。したがって、本実施形態のように、切削、除去する既存ブレース４の両側にリブ６９ａ、６９ｂを溶接接合にて設置し、その間に軸力伝達部材６を設置すれば、特に軸力伝達部材６と既存ブレース４を溶接などにより強固に接合しておく必要はない。したがって、本実施形態は、耐震改修の施工コストの低減を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明による第２実施形態について説明する。第２実施形態は、死荷重軸力が大きい場合に好ましい耐震改修方法である。
死荷重軸力が大きい場合には、最終的に廃却する軸力伝達部材６に必要な強度も大きくなる。この場合、軸力伝達部材６の施工が非効率的な工事となる。これに対応する方法として、既存ブレース４が取り合う梁２、柱３・梁２交点、柱３などの部材に予め補強を施しておくことが有効である。これにより、既存ブレース４に作用する死荷重軸力が解放された状態、つまり切削除去対象箇所を切削、除去した状態でも、梁２に過大なたわみなどが生じず、力は柱３側に伝達される構造となる。以下、図５〜図７を参照して、第２実施形態を具体的に説明する。

＜図５ ＳＴＥＰ１＞
第２実施形態では、軸力伝達部材６を取り付ける前に、梁２と柱３の交点を補強部材８により補強する。補強部材８は、例えばＴ型鋼を図６に示す形状に加工して、梁２と柱３の交点を下側から支持する箇所に溶接により接合する。補強部材８は、梁２と柱３の交点の上側に設けることもできる。
補強は、梁２と柱３の交点に限らず、梁２に対して行うことができる。図７にこの補強方法を示すが、Ｈ型鋼からなる梁２の側方に補強板２１を溶接により接合する（図７（ａ））、Ｈ型鋼からなる梁２の上下面に補強板２３を溶接により接合する（図７（ｂ））、Ｈ型鋼からなる梁２の上下面にＴ型鋼からなる補強部材２５を溶接により接合する（図７（ｃ））等の手法が採用される。これら手法は、いずれも、死荷重軸力による梁２のたわみ方向に対応する断面二次モーメントを大きくすることを目的とするものである。
梁２と柱３の交点の補強と、梁２の補強を組合せて行うこともできる。

＜図５ ＳＴＥＰ２＞
以上の補強を行った後に、軸力伝達部材６を、切削除去対象箇所をバイパスするように跨いで各々の既存ブレース４に取り付ける。軸力伝達部材６の取り付けは、第１実施形態と同様に行われるので、ここでの説明は省略する。
軸力伝達部材６を取り付けた後、第１実施形態と同様に、切削除去対象箇所を適宜の手段で切削して除去する。
ここで、梁２と柱３の交点の補強、梁２の補強を予め施しておくことで、既存ブレース４に作用する死荷重軸力が解放された状態、つまり切削除去対象箇所を切削、除去しても、梁２の過大なたわみなどが生じず、力は柱３側に伝達される構造となる。したがって、軸力伝達部材６も小さくすることが可能となるとともに、最終的に軸力伝達部材６を撤去した後に制震ダンパ７に作用する初期軸力を小さくできる。補強を強固にすれば、この初期軸力をほとんどなくすこともできる。

＜図５ ＳＴＥＰ３＞
軸力伝達部材６の取り付け、切削除去対象箇所を切削、除去した後は、第１実施形態と同様に、別途製作した制震ダンパ７を装着する。

以上の第２実施形態によれば、梁２と柱３の交点の補強、梁２の補強を予め施しておくことで、梁２のたわみの低減、軸力伝達部材６のサイズダウンの効果、ひいては制震ダンパ７に初期に作用させる死荷重軸力を低減できるので、地震応答などを予測しやすくなる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明による第３実施形態を説明する。
第３実施形態は、軸力伝達部材に制震ダンパの機能を与えるものである。したがって、軸力伝達部材を取り付けた後に、制震ダンパを別途取り付ける必要がなくなる。第３実施形態は、この制震ダンパとして、軸降伏型ダンパを用いる。
第３実施形態は、例えば図１５に示すトラス鉄骨構造物に適用されるものであり、図８に示すように、梁２及び柱３よりなる構面に、対向する残存ブレース４ａの間に軸降伏型ダンパ９が取り付けられた鉄骨構造物の構造単位２０を構成する。

軸降伏型ダンパ９は、図９に示すように、同一の構成を有する第１部材９１及び第２部材９５の２つの部材を組み合わせて構成される。第１部材９１は、所定間隔を隔てて配置される一対のブレース把持部９２と、各ブレース把持部９２から突出して形成される一対のコラム９３と、一対のコラム９３の間に配設される軸降伏型ダンパ本体９４とから構成される。同様に、第２部材９５は、所定間隔を隔てて配置される一対のブレース把持部９６と、各ブレース把持部９６から突出して形成される一対のコラム９７と、一対のコラム９７の間に配設される軸降伏型ダンパ本体９８とから構成される。

ブレース把持部９２（９６）は、図３に示したブレース把持部６２（６６）と同様の構造を有しており、既存ブレース４の外径と同等の断面が半円状の本体と、本体の両端から突き出した締結部とから構成される。対応する締結部の位置を合わせて、本体の内周面を既存ブレース４の外周面に接触させる。この状態で、締結部をボルト締めすることにより、軸降伏型ダンパ９を既存ブレース４に取り付ける。なお、このとき本体は、既存ブレース４に対して摺動が可能である。つまり、軸降伏型ダンパ９自体は、既存ブレース４に対して相対的に移動が可能に取り付けられている。

軸降伏型ダンパ９は、第１実施形態の軸力伝達部材６と基本的な構造は一致しており、軸力伝達部材６の伝達部材６４（６８）が、軸降伏型ダンパ本体９４（９８）に置き換えられたものである。したがって、既存ブレース４に対する基本的な取り付け方法も、軸力伝達部材６の場合と同様でよい。
ただし、軸降伏型ダンパ９は、リング状のリブ７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂを用いて、既存ブレース４（残存ブレース４ａ）の軸の両方向の動きが拘束される。第１実施形態の軸力伝達部材６は、圧縮のみを想定すればよい死荷重軸力を受けるものであるから、リブ６９ａ、６９ｂを、軸力伝達部材６の軸方向の両端にのみ設けていた。これに対して、本実施形態による軸降伏型ダンパ９は、軸力伝達部材６とは異なり、取り付けた後にそのまま存在して、圧縮、引張りの両方の軸力を受ける。本実施形態では、ブレース把持部９２、９６の軸方向の両側に設けることにより、軸降伏型ダンパ９が圧縮及び引張りの両方の軸力を受けるようにしてある。

リブ７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂを既存ブレース４に対して固定する方法は、第１実施形態と同様でよい。ただし、本実施形態は、軸降伏型ダンパ９をそのまま残すものであるから、軸降伏型ダンパ９を直接既存ブレース４に溶接によって接合してもよい。

図１０の（ａ）に図９のＢ−Ｂ矢視断面図を、また、図１０の（ｂ）に図９のＣ−Ｃ矢視断面図を示す。これらに示されるように、軸降伏型ダンパ本体９４（９８）は、角管から構成される補剛管９４ａ（９８ａ）と、補剛管９４ａ（９８ａ）の内部空間に配置される芯材９４ｂ（９８ｂ）とから構成されている。芯材９４ｂ（９８ｂ）は、十字型鋼から構成される。
芯材９４ｂ（９８ｂ）は、その両端がコラム９３（９７）に接合されている。したがって、芯材９４ｂ（９８ｂ）は、残存ブレース４ａからの軸力を受ける。これに対して、補剛管９４ａ（９８ａ）は、コラム９３（９７）及び芯材９４ｂ（９８ｂ）とは機械的に結合されておらず、芯材９４ｂ（９８ｂ）を内部空間に収容しているだけである。圧縮の軸力が作用したときに、芯材９４ｂ（９８ｂ）の変形（座屈）を阻止する。

ところで、特許文献３には、軸力伝達部材を制震ダンパ化する例が記載されている。この制震ダンパとして、せん断降伏型ダンパを用いている（特許文献３ 図１１、図１５）。この場合、せん断降伏型ダンパが対向する残存ブレースの両側に各々に設置されることになり、この各々について塑性変形が生ずることがある。この場合は、残存ブレースの両端において塑性ヒンジに近い状態になる。これでも通常は問題ないが、想定外の横たわみなどが生じた場合には、ブレース全体としての構造系が不安定になる可能性がある。
これに対して、本実施形態は、特許文献３のせん断降伏型ダンパとしていた箇所を、ブレース把持部９２、コラム９３（ブレース把持部９６、コラム９７）からなる弾性部材とし、力を軸力として伝達する部分を軸降伏型ダンパ本体９１、９８とした。この構造系では、軸降伏型ダンパの芯材９４ｂ、９８ｂは塑性ヒンジ状態となり得るが、この芯材９４ｂ、９８ｂは、補剛管９４ａ、９８ａに補剛されているために、ピン状態とはならない。したがって、せん降伏型ダンパのように想定外の横たわみなどが生じた場合でも不安定な状態は発生せず、より信頼性の高い耐震構造を得ることができる。

さらに、特許文献３が用いるせん断降伏型ダンパはダンパ高さにより許容変位が設定される。この許容変位は、通常高さの１/５０程度である。仮に高さが２００ｍｍの場合、両側で８ｍｍの軸方向変形が許容できる。

これに対して本実施形態が用いる軸降伏型ダンパ９は、許容変位が軸降伏型ダンパ本体９１（９８）の長さの３/１００程度であり、軸降伏型ダンパ本体９１（９８）の長さが５００ｍｍの場合には、１５ｍｍの変位を許容できる。制震ダンパとしての性能は、せん断降伏型ダンパと軸降伏型ダンパは同等であるが、大きな変位量を許容する場合、せん断降伏型ダンパはその高さを高くする必要があり、その分だけ制震ダンパの既存ブレース４（残存ブレース４ａ）からの張り出し量が大きくなる。したがって、空間阻害率が大きくなる。また、制震ダンパの既存ブレース４（残存ブレース４ａ）からの張り出し量が大きくなると、既存ブレース４（残存ブレース４ａ）の軸芯からの偏芯量が大きくなるため、不安定な構造となりやすい。これに対して、軸降伏型ダンパ９は既存ブレース４（残存ブレース４ａ）の軸芯からの距離を一定に保ったままで許容変位を変化させることが可能であり、安定した構造系としやすい利点がある。

図８、図９に示した例では、軸降伏型ダンパ９を構造単位２０の面内方向に２箇所設けたが、軸降伏型ダンパ９の設置数は任意であり、例えば図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、面外方向を含めて４箇所に設置することもできる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明による第４実施形態を説明する。第４実施形態は、第３実施形態の制震性能を向上するものである。図１１〜図１４を参照して、第４実施形態を説明する。なお、図１２は、図１１のＤ−Ｄ矢視断面図（図１２（ａ））、Ｅ−Ｅ矢視断面図（図１２（ｂ））及びＦ−Ｆ矢視断面図（図１２（ｃ））を示している。また、図１３は、図１１のＧ−Ｇ矢視断面図を示している。
第４実施形態は、対向する残存ブレース４ａ、４ａの先端外周に粘弾性体からなる粘弾性層８２を形成するとともに、粘弾性層８２を鋼管からなる被覆層８１にて取り囲んで、粘弾性ダンパ８０を設けた。残存ブレース４ａ、４ａの外周面と粘弾性層８２の内周面は接合され、粘弾性層８２の外周面と被覆層８１の内周面は接合されている。接合は、例えば接着により行われる。粘弾性ダンパ８０は、一方の残存ブレース４ａに対してボルト等の締結手段により固定される。なお、粘弾性層８２を構成する粘弾性体は、弾性と粘性両方の性質を持った物体をいい、力を加えると徐々に変形していき、力を加えるのをやめると瞬時に少し縮むという特質を持つものである。粘弾性体としては、公知の高分子材料、例えばゴムアスファルト系の材料を用いればよい。
粘弾性ダンパ８０以外の構成は、第３実施形態と同じである。

図１３に、残存ブレース４ａに引張り方向の軸力が作用したときの粘弾性ダンパ８０近傍の軸方向断面を示している。すなわち、図１３（ａ）の無負荷状態から、図１３（ｂ）に示すように粘弾性ダンパ８０を備えた軸降伏型ダンパ９に、引張り方向の軸力が作用すると、粘弾性層８２は軸方向に伸びる。被覆層８１は、粘弾性層８２の伸びに伴って変位する。圧縮方向の軸力が作用するときには、粘弾性層８２は軸方向に縮む。この伸縮によって、粘弾性層８２は、減衰効果を発揮する。

図１４は、軸降伏型ダンパ９及び粘弾性ダンパ８０の軸力−軸変位特性曲線を示す。なお、線図Ｘが軸降伏型ダンパ９の軸力−軸変位特性曲線、線図Ｙが粘弾性ダンパ８０の軸力−軸変位特性曲線を示す。
本実施の形態によれば、図１４に示すように、基本的な復元力特性は軸降伏型ダンパ９に支配されるが、残存ブレース４ａ間の可動量に対応した相対変形量を粘弾性層８２のせん断変形に換える粘弾性ダンパ８０を設けることで、粘弾性体の粘性減衰が付加される。
また、第３実施形態では、残存ブレース４ａの内部に雨水などが流入するおそれがあるが、粘弾性ダンパ８０を設けることにより雨水などの流入を阻止することができる。

以上説明した以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。例えば、本実施形態では、断面積縮小部として、既存ブレースの一部を切削により除去（１００％断面積縮小）したが、例えば、断面積を８０％に減少させるような断面積縮小部としても本発明を実施することができる。この場合、ブレースの残存している部分が、制震ダンパ化の要素となる。つまり、本発明において制震ダンパ化を行うとは、本実施形態で具体的に示した制震ダンパを取り付ける形態と、残存しているブレースを制震ダンパの一要素とする形態を包含している。

第１実施形態による耐震改修方法の工程を示す図である。 軸力伝達部材の取り付け部分の拡大図である。 軸力伝達部材の取り付け方法を工程順に示す図である。 軸力伝達部材の取り付け方法を工程順に示す図である。 第２実施形態による耐震改修方法の工程を示す図である。 第２実施形態による梁の補強方法の具体例を示す図である。 第２実施形態による柱・梁交点の補強方法を示す図である。 第３実施形態による耐震改修構造を示す図である。 第３実施形態による軸降伏型ダンパを示す図である。 第３実施形態による軸降伏型ダンパの断面を示し、（ａ）は図９のＢ−Ｂ矢視断面図を、また、（ｂ）は図９のＣ−Ｃ矢視断面図を示す図である。 第４実施形態による軸降伏型ダンパを示す図である。 第４実施形態による軸降伏型ダンパの断面を示し、（ａ）は図１１のＤ−Ｄ矢視断面図を、（ｂ）は図１１のＥ−Ｅ矢視断面図を、（ｃ）は図１１のＦ−Ｆ矢視断面図を示す図である。 第４実施形態による軸降伏型ダンパの断面を示し、図１１のＧ−Ｇ矢視断面図を示す図である。 第４実施形態による軸降伏型ダンパの復元力特性を示すグラフである。 トラス構造の代表的な鉄骨構造物を示す全体構成図である。 図１５の鉄骨構造物におけるブレースの軸力−軸変位特性曲線を示す図である。 特許文献１に開示された鉄骨建造物のブレース補強構造を示す図である。 特許文献２に開示された鉄骨建造物のブレース補強構造を示す図である。 特許文献３に開示された軸力伝達材を用いた工法を示す図である。 特許文献３に開示された軸力伝達材を用いた工法を示す図である。

符号の説明

２…梁、３…柱、４…既存ブレース、４ａ…残存ブレース、５…ガセット、６…軸力伝達部材、７…制震ダンパ、８，２５…補強部材、９…軸降伏型ダンパ、１０，２０…構造単位、２１，２３…補強板、６９ａ、６９ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ…リブ

Claims (6)

1. 柱、梁及びブレースが組み合わされたトラス鉄骨構造の既存ブレースの一部を切削して、断面積を前記既存ブレースよりも縮小した断面積縮小部を形成し、前記断面積縮小部に対して制震ダンパ化を行う鉄骨構造物の耐震改修方法であって、
   前記断面積縮小部を形成する前に、前記断面積縮小部に相当する領域を迂回して前記既存ブレースに軸力伝達部材を取り付ける工程と、
   前記軸力伝達部材を取り付けた後に、前記断面積縮小部を形成する工程と、
   前記断面積縮小部に対して制震ダンパ化を行う工程と、
   前記軸力伝達部材を取り除く工程と、
   を備え、
   前記軸力伝達部材は、
   前記既存ブレースを挟んで対称に設置される第１部材及び第２部材からなり、
   前記第１部材及び前記第２部材は、各々、
   前記既存ブレースの軸方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ前記既存ブレースを把持する一対の把持部と、
   一対の前記把持部間を繋ぐ伝達部とからなり、
   前記第１部材の前記把持部と前記第２部材の前記把持部と接合され、
   前記軸力伝達部材を取り付ける工程において、
   前記既存ブレースに圧縮の軸力が作用したときに前記軸力を前記軸力伝達部材に伝える一対の固定部材によって前記軸力伝達部材を軸方向に固定し、
   一対の前記固定部材は、
   一対の前記把持部の前記軸方向の両端間の長さと同等の距離だけ間隔を開けて前記既存ブレースに固定される、
   ことを特徴とする鉄骨構造物の耐震改修方法。
2. 前記柱と前記梁の交点、及び前記梁のいずれか一方又は双方を補強した後に、前記軸力伝達部材を取り付けることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨構造物の耐震改修方法。
3. 柱、梁及びブレースが組み合わされたトラス鉄骨構造の既存ブレースの一部を切削して、断面積を前記既存ブレースよりも縮小した断面積縮小部を形成し、前記断面積縮小部に対して制震ダンパ化を行う鉄骨構造物の耐震改修方法であって、
   前記断面積縮小部を形成する前に、前記断面積縮小部に相当する領域を迂回して前記既存ブレースに軸力伝達部材を取り付ける工程と、
   制震ダンパ機構を備えた前記軸力伝達部材を取り付けた後に、前記断面積縮小部を形成する工程と、
   を備え、
   前記軸力伝達部材は、
   前記既存ブレースを挟んで対称に設置される第１部材及び第２部材からなり、
   前記第１部材及び前記第２部材は、各々、
   前記既存ブレースの軸方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ前記既存ブレースを把持する一対の把持部と、
   一対の前記把持部間を繋ぐ伝達部とからなり、
   前記第１部材の前記把持部と前記第２部材の前記把持部と接合され、
   前記軸力伝達部材を取り付ける工程において、
   前記既存ブレースに圧縮又は引張りの軸力が作用したときに前記軸力を前記軸力伝達部材に伝える一対の固定部材によって前記軸力伝達部材を軸方向に固定し、
   一対の前記固定部材は、
   一対の前記把持部の前記軸方向の両端間の長さと同等の距離だけ間隔を開けて前記既存ブレースに固定される、
   ことを特徴とする鉄骨構造物の耐震改修方法。
4. 前記制震ダンパ機構は、軸降伏型のダンパ機構であることを特徴とする請求項３に記載の鉄骨構造物の耐震改修方法。
5. 前記断面積縮小部に、粘弾性ダンパを介在させることを特徴とする請求項３又は４に記載の鉄骨構造物の耐震改修方法。
6. 柱、梁及びブレースが組み合わされたトラス鉄骨構造の既存ブレースの一部を切削して、断面積を前記既存ブレースよりも縮小した断面積縮小部を形成し、前記断面積縮小部に対して制震ダンパ化が行われた鉄骨構造物であって、
   前記制震ダンパは、
   前記既存ブレースを挟んで対称に設置される第１部材及び第２部材からなり、
   前記第１部材及び前記第２部材は、各々、
   前記既存ブレースの軸方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ前記既存ブレースを把持する一対の把持部と、
   一対の前記把持部間を繋ぐ伝達部とからなり、
   前記第１部材の前記把持部と前記第２部材の前記把持部と接合され、
   前記断面積縮小部を迂回して前記既存ブレースに取り付けられ、
   死荷重軸力を伝達し、かつ軸降伏型ダンパとして機能することを特徴とする耐震鉄骨構造物。

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