JP4895284B2 - 既存鋼構造部材の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は既存鋼構造物を構成している既存鋼構造部材の補強構造に関する。

既存鋼構造物を構成するラチス柱やラチス梁などの既存鋼構造部材に補強を施すことが必要とされるのは、例えば、経年変化により強度が低下した既存鋼構造物に補強を施す場合や、耐震性能が不十分な既存鋼構造物に耐震補強を施す場合などである。また、補強が必要になる鋼構造物には、鉄骨造建物の骨組をはじめとする様々な鋼製の支持構造体などがある。
既存鋼構造物を構成している既存鋼構造部材を補強する場合、補強用鋼材を既存鋼構造部材に溶接により接合する技術は既に知られている（特許文献１）。
補強用鋼材を既存鋼構造部材に溶接により接合する場合、補強用鋼材の位置合わせをして仮付け溶接を行い、次に、本溶接が行なわれる。
しかしながら、溶接作業では仮付け溶接から本溶接までの間溶接養生が必要とされ、また溶接作業は高度の技能を有する有資格者しかできないため、施工コスト及び人員配置の手間がかかり、工期の短縮化を図る上で不利があった。
特開平８−２７６８８９

本発明は、このような事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、既存鋼構造物を構成している既存鋼構造部材を補強するに際し、有資格者による作業を減少して人員配置を迅速に行なえ、工期の短縮化、施工コストの低減化を図る上で有利な新規な補強構造を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、互いに対向して延在する一対の既存弦材と、それら既存弦材間にそれら既存弦材が延在する方向に対して斜めに掛け渡された複数の既存ラチス材とを有する既存鋼構造部材を補強する構造であって、前記既存ラチス材と同じ長さの複数の補強用ラチス材が設けられ、前記補強用ラチス材の長手方向の両端に、前記既存ラチス材と同じ厚さのスペーサが取り付けられ、前記補強用ラチス材の長手方向の中央が前記各既存ラチス材の長手方向の中央に当て付けられ前記既存弦材の延在方向に対して斜めで前記既存ラチス材と逆向きに前記補強用ラチス材が前記一対の弦材間に掛け渡わたされてその長手方向の両端のスペーサが前記一対の既存弦材にそれぞれ当て付けられ、前記補強用ラチス材の両端は前記スペーサと共に、ドリルねじまたは打ち込み鋲により前記一対の既存弦材に取り付けられ、前記補強用ラチス材の長手方向の中央は、ドリルねじまたは打ち込み鋲により前記既存ラチス材の長手方向の中央に取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明は、互いに対向して延在する一対の既存弦材と、それら既存弦材間にそれら既存弦材が延在する方向に対して斜めに掛け渡された複数の既存ラチス材とを有し、前記一対の既存弦材間で隣り合う前記既存ラチス材の間に、それら隣り合う既存ラチス材を２辺とし、それら隣り合う既存ラチス材に挟まれた前記既存弦材部分を一辺とする三角形スペースが、隣り合う既存ラチス材で挟まれた頂点が逆向きとなるように複数並べられて配置されている既存鋼構造部材を補強する構造であって、前記三角形スペースに対応した形状の複数の三角形鋼板が設けられ、それら三角形鋼板が前記三角形スペースに装入され、前記三角形鋼板の一辺が前記三角形スペースの一辺を構成する前記既存弦材にドリルねじまたは打ち込み鋲により取り付けられると共に、前記三角形鋼板の一辺に対向する前記三角形鋼板の頂点が前記既存弦材に対向する他方の既存弦材にドリルねじまたは打ち込み鋲により取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、既存鋼構造部材の面内および面外剛性性能や耐力の向上を図ることが可能となる。
また、ドリルねじや打ち込み鋲を用いるので、有資格者による作業を減少して人員配置を迅速に行なえ、工期の短縮化、施工コストの低減化を図る上で有利となり、火気を使用することなく補強を行なえ、したがって、溶接の際の火気養生は不要となり、工期の短縮化および施工コストを低減化する上で有利となる。

以下、本発明の実施の形態について図面にしたがって説明する。
図１（Ａ）は補強すべき既存のラチス柱の平面図、（Ｂ）は同正面図を示している。
補強すべき既存のラチス柱１２は、互いに対向して鉛直方向に延在する一対の既存弦材１４と、それら既存弦材１４間に鉛直方向に対して斜めに掛け渡された複数の既存ラチス材（斜材）１６とを含んで構成されている。
本実施の形態では、既存弦材１４として山形鋼が用いられ、既存弦材１４は矩形の頂点に位置するように配置され、それら４つの既存弦材１４により鉛直方向に延在する直方体の輪郭が形成され、その直方体の各側面を構成する一対の既存弦材１４間にそれぞれ複数の既存ラチス材１６が設けられている。
既存ラチス材１６は型鋼で構成され、型鋼として平鋼が用いられている。
既存ラチス材１６の長手方向の両端は、各既存弦材１４を構成する山形鋼のフランジ１４０２にリベットにより、あるいは、ボルト、ナットの締結により固定されている。

（第１の実施の形態）
図２は第１の実施の形態の補強構造の説明図で、（Ａ）はラチス柱の平面図、（Ｂ）は同正面図を示している。
第１の実施の形態では、このようなラチス柱１２を補強するに際して、複数の補強用ラチス材２０が設けられる。
本実施の形態では、補強用ラチス材２０は型鋼で構成され、型鋼として既存ラチス材１６と同じ厚さ、長さ、幅の平鋼が用いられている。
各補強用ラチス材２０の長手方向の両端には、既存ラチス材１６と同じ厚さのスペーサ（鋼板）２２が取り付けられている。

ラチス柱１２を補強するには、まず、補強用ラチス材２０の長手方向の中央を各既存ラチス材１６の長手方向の中央に当て付け鉛直方向に対して斜めで既存ラチス材１６と逆向きに補強用ラチス材２０を一対の既存弦材１４間に掛け渡し、その長手方向の両端のスペーサ２２を一対の既存弦材１４のフランジ１４０２にそれぞれ当て付ける。
つぎに、補強用ラチス材２０の両端をスペーサ２２と共に、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより一対の既存弦材１４に取り付ける。
また、補強用ラチス材２０の長手方向の中央を、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより既存ラチス材１６の長手方向の中央に取り付ける。
これにより、補強用ラチス材２０の長手方向の中央が各既存ラチス材１６の長手方向の中央に当て付けられ、鉛直方向に対して斜めで既存ラチス材１６と逆向きに補強用ラチス材２０が一対の既存弦材１４間に掛け渡たされ、その長手方向の両端のスペーサ２２が一対の既存弦材１４のフランジ１４０２にそれぞれ当て付けられ、かつ、補強用ラチス材２０の両端がスペーサ２２と共に、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより一対の既存弦材１４に取り付けられ、補強用ラチス材２０の長手方向の中央が、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより既存ラチス材１６の長手方向の中央に取り付けられた補強構造が得られる。
なお、補強用ラチス材２０を設ける箇所は、直方体状の輪郭を呈するラチス柱１２の４つの側面の全てでもよく、あるいは、３つ、あるいは、２つ、あるいは、１つの側面でもよい。

ドリルねじＤは、頭部と、頭部から突出するねじ部と、ねじ部の先端から突出するドリル刃とを備え、施工時にその先端のドリル刃が鋼板にタッピング用の下孔をあけ、続いてねじ部がその下孔にタッピングして締め付けを完了するものであり、電動式やエア式のドライバを用いることで、補強用ラチス材２０の端部およびスペーサ２２が既存弦材１４のフランジ１４０２に対してがたつくことなく密接した接合状態で簡単に確実に取り付けられ、また、補強用ラチス材２０の長手方向の中央が既存ラチス材１６の長手方向の中央に対してがたつくことなく密接した接合状態で簡単に確実に取り付けられる。
また、打ち込み鋲Ｂ２２は、頭部と軸部とを有し、軸部の先端が鋭く尖った鋲であり、エア式やガス式、火薬式などの打鋲機を用いて打ち込むことにより、下孔をあけていない鋼材にも、あたかも木材に釘を打ち込むように打ち込むことができる鋲であり、ドリルねじＤと同様に、補強用ラチス材２０の端部およびスペーサ２２が既存弦材１４のフランジ１４０２に対してがたつくことなく密接した接合状態で簡単に確実に取り付けられ、また、補強用ラチス材２０の長手方向の中央が既存ラチス材１６の長手方向の中央に対してがたつくことなく密接した接合状態で簡単に確実に取り付けられる。
なお、補強用ラチス材２０の端部およびスペーサ２２に、また、補強用ラチス材２０の長手方向の中央に、ドリルねじＤや打ち込み鋲Ｂ２２の挿通孔（下孔）を予め形成しておくと、施工効率を高める上で極めて有利となる。

本実施の形態によれば、ラチス柱１２を構成する複数の既存ラチス材１６と向きを逆にして複数の補強用ラチス材２０をそれぞれ交差させ、各補強用ラチス材２０の長手方向の両端と中央を、既存弦材１４と既存ラチス材１６とに取着するようにしたので、ラチス柱１２の面内および面外剛性性能や耐力の向上を図ることが可能となる。
また、ラチス柱１２を補強するに際し、ドリルねじＤや打ち込み鋲Ｂ２２を用いて複数の補強用ラチス材２０をそれぞれ既存ラチス材１６に取着するようにしており、この作業は、電動式やエア式のドライバや打鋲機などを用いて簡単に行なえるので、有資格者による作業を減少して人員配置を迅速に行なえ、工期の短縮化、施工コストの低減化を図る上で有利となる。
各補強用ラチス材２０の長手方向の両端に、既存ラチス材１６と同じ厚さのスペーサ２２が取り付けられているので、補強用ラチス材２０と既存ラチス材１６とがそれらの長手方向の中央で干渉することはなく、補強用ラチス材２０の配設も簡単になされる。
また、本実施の形態では、ドリルねじＤや打ち込み鋲Ｂ２２を用いているので、火気を使用することなくラチス柱１２の補強を行なえ、したがって、溶接の際の火気養生は不要となり、工期の短縮化および施工コストを低減化する上で有利となる。

（第２の実施の形態）
図３は第２の実施の形態の補強構造の説明図で、（Ａ）はラチス柱の平面図、（Ｂ）は同正面図を示している。
第２の実施の形態では、図１に示すラチス柱１２を補強するに際して、複数の三角形鋼板３０が用いられる。
上述のように、図１に示すラチス柱１２の各側面は、互いに対向して鉛直に延在する一対の既存弦材１４と、それら既存弦材１４間に鉛直方向に対して斜めに掛け渡された複数の既存ラチス材１６とを有している。
そして、一対の既存弦材１４間で上下に隣り合う既存ラチス材１６の間に、それら上下の既存ラチス材１６を２辺とし、それら上下の既存ラチス材１６に挟まれた既存弦材１４部分を一辺とする三角形スペースＳが、上下に隣り合う既存ラチス材１６で挟まれた頂点が逆向きとなるように上下に複数並べられて配置されている。

複数の三角形鋼板３０は三角形スペースＳに対応した形状の三角形で形成されている。より詳細には、三角形スペースＳに装入できる寸法で形成されている。

ラチス柱１２を補強するには、三角形鋼板３０を三角形スペースＳに装入し、三角形鋼板の一辺を三角形スペースＳの一辺を構成する既存弦材１４（フランジ１４０２）に当て付けドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより取り付けると共に、三角形鋼板３０の一辺に対向する三角形鋼板の頂点Ｔを既存弦材１４に対向する他方の既存弦材１４（フランジ１４０２）に当て付けドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより取り付ける。
このようにして、上下に並べられた複数の三角形スペースＳにそれぞれ三角形鋼板３０を挿入し、取り付けていく。
これにより、三角形鋼板３０が三角形スペースＳに装入され、三角形鋼板の一辺が三角形スペースＳの一辺を構成する既存弦材１４（フランジ１４０２）に当て付けられ、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより取り付けられると共に、三角形鋼板３０の一辺に対向する三角形鋼板の頂点Ｔが既存弦材１４に対向する他方の既存弦材１４（フランジ１４０２）に当て付けられ、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより取り付けられた補強構造が得られる。
なお、三角形鋼板３０を設ける箇所は、直方体状の輪郭を呈するラチス柱１２の４つの側面の全てでもよく、あるいは、３つ、あるいは、２つ、あるいは、１つの側面でもよい。
また、三角形鋼板３０に、ドリルねじＤや打ち込み鋲Ｂ２２の挿通孔（下孔）を予め形成しておくと、施工効率を高める上で極めて有利となる。

本実施の形態によれば、ラチス柱１２の側面の三角形スペースＳに三角形鋼板３０を装入し取り付けていくようにしたので、ラチス柱１２の面内および面外剛性性能や耐力の向上を図ることが可能となる。
特に、ラチス柱１２の４つの側面の全てに三角形鋼板３０を取り付けるようにすると、ラチス柱１２は箱型断面となり、ラチス柱１２の面内および面外剛性性能や耐力の向上を図る上でより一層有利となる。
また、ラチス柱１２を補強するに際し、ドリルねじＤや打ち込み鋲Ｂ２２を用いて複数の三角形鋼板３０をラチス柱１２に取着するようにしたので、第１の実施の形態と同様に、有資格者による作業を減少して人員配置を迅速に行なえ、工期の短縮化、施工コストの低減化を図る上で有利となり、また、溶接の際の火気養生は不要となり、工期の短縮化および施工コストを低減化する上で有利となる。

（第３の実施の形態）
図４は第３の実施の形態の補強構造の説明図で、（Ａ）はラチス柱の平面図、（Ｂ）は同正面図を示している。
第３の実施の形態は、第２の実施の形態に、さらに、つなぎ鋼鈑４０を用いたものである。すなわち、第３の実施の形態では、三角形鋼鈑３０とつなぎ鋼鈑４０を用いてラチス柱１２を補強している。
第３の実施の形態では、三角形鋼鈑３０はその厚さが既存ラチス材１６の厚さと同一のものを用い、第２の実施の形態の通りに複数の三角形鋼板３０を三角形スペースＳに装入し、ラチス柱１２に取り付ける。
この状態で、三角形鋼板が既存ラチス材１６に臨む縁と、この縁に臨む既存ラチス材１６の縁との間に隙間Мが存在している。
第３の実施の形態では、この隙間Мを閉塞する幅で、それら縁に沿って一対の既存弦材１４間に延在する長さの複数のつなぎ鋼板４０を設ける。

そして、三角形鋼板３０と既存ラチス材１６との隙間Мを閉塞するように複数のつなぎ鋼板４０を配置し、それらつなぎ鋼板４０の幅方向の両端で長手方向に沿った複数箇所を、三角形鋼板３０の長手方向に沿った複数箇所および既存ラチス材１６の長手方向に沿った複数箇所にドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより取り付ける。
これにより三角形鋼板３０と既存ラチス材１６との隙間Мを閉塞するように複数のつなぎ鋼板４０が配置され、それらつなぎ鋼板４０の幅方向の両端で長手方向に沿った複数箇所が、三角形鋼板３０の長手方向に沿った複数箇所および既存ラチス材１６の長手方向に沿った複数箇所にドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂにより取り付けられた補強構造が得られる。
この場合、つなぎ鋼板４０の幅方向の両端でその長手方向に沿った複数箇所に、ドリルねじＤまたは打ち込み鋲Ｂの挿通用の下孔を予め形成しておくと、施工効率を高める上で極めて有利となる。

第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様な効果が奏されるほか、三角形鋼板３０と既存ラチス材１６とが一体化されるので、力の伝達がスムーズになされラチス柱１２の耐力を増強する上で極めて有利となる。

なお、第１乃至第３の実施の形態では、ラチス柱を補強する場合について説明したが、本発明は、ラチス材を有する既存鋼構造部材に広く適用可能であり、したがって、既存構造部材はラチス材を有する柱に限定されず、ラチス材を有する梁などの各種の既存鋼構造部材に広く適用されるものである。

（Ａ）は補強すべき既存のラチス柱の平面図、（Ｂ）は補強すべき既存のラチス柱の正面図である。 第１の実施の形態の補強構造の説明図で、（Ａ）はラチス柱の平面図、（Ｂ）はラチス柱の正面図である。 第２の実施の形態の補強構造の説明図で、ラチス柱の正面図である。 第３の実施の形態の補強構造の説明図で、（Ａ）はラチス柱の平面図、（Ｂ）はラチス柱の正面図である。

符号の説明

１２……ラチス柱、１４……既存弦材、１６……既存ラチス材、２０……補強用ラチス材、３０……三角形鋼板、４０……つなぎ鋼板。

Claims (5)

1. 互いに対向して延在する一対の既存弦材と、それら既存弦材間にそれら既存弦材が延在する方向に対して斜めに掛け渡された複数の既存ラチス材とを有する既存鋼構造部材を補強する構造であって、
   前記既存ラチス材と同じ長さの複数の補強用ラチス材が設けられ、
   前記補強用ラチス材の長手方向の両端に、前記既存ラチス材と同じ厚さのスペーサが取り付けられ、
   前記補強用ラチス材の長手方向の中央が前記各既存ラチス材の長手方向の中央に当て付けられ前記既存弦材の延在方向に対して斜めで前記既存ラチス材と逆向きに前記補強用ラチス材が前記一対の弦材間に掛け渡わたされてその長手方向の両端のスペーサが前記一対の既存弦材にそれぞれ当て付けられ、
   前記補強用ラチス材の両端は前記スペーサと共に、ドリルねじまたは打ち込み鋲により前記一対の既存弦材に取り付けられ、
   前記補強用ラチス材の長手方向の中央は、ドリルねじまたは打ち込み鋲により前記既存ラチス材の長手方向の中央に取り付けられている、
   ことを特徴とする既存鋼構造部材の補強構造。
2. 前記補強用ラチス材の長手方向の両端と中央に、ドリルねじまたは打ち込み鋲の挿通用の下孔が形成されていることを特徴とする既存鋼構造部材の補強構造。
3. 互いに対向して延在する一対の既存弦材と、それら既存弦材間にそれら既存弦材が延在する方向に対して斜めに掛け渡された複数の既存ラチス材とを有し、前記一対の既存弦材間で隣り合う前記既存ラチス材の間に、それら隣り合う既存ラチス材を２辺とし、それら隣り合う既存ラチス材に挟まれた前記既存弦材部分を一辺とする三角形スペースが、隣り合う既存ラチス材で挟まれた頂点が逆向きとなるように複数並べられて配置されている既存鋼構造部材を補強する構造であって、
   前記三角形スペースに対応した形状の複数の三角形鋼板が設けられ、
   それら三角形鋼板が前記三角形スペースに装入され、前記三角形鋼板の一辺が前記三角形スペースの一辺を構成する前記既存弦材にドリルねじまたは打ち込み鋲により取り付けられると共に、前記三角形鋼板の一辺に対向する前記三角形鋼板の頂点が前記既存弦材に対向する他方の既存弦材にドリルねじまたは打ち込み鋲により取り付けられている、
   ことを特徴とする既存鋼構造部材の補強構造。
4. 前記三角形鋼鈑の厚さは前記既存ラチス材の厚さと同一であり、
   前記三角形鋼板が前記既存ラチス材に臨む縁と、この縁に臨む前記既存ラチス材の縁との間の隙間を閉塞する幅で、それら縁に沿って前記一対の既存弦材間に延在する長さの複数のつなぎ鋼板が設けられ、
   前記三角形鋼板と前記既存ラチス材との前記隙間を閉塞するように前記複数のつなぎ鋼板が配置され、それらつなぎ鋼板の幅方向の両端で長手方向に沿った複数箇所が、前記三角形鋼板の長手方向に沿った複数箇所および前記既存ラチス材の長手方向に沿った複数箇所にドリルねじまたは打ち込み鋲により取り付けられている、
   ことを特徴とする請求項３記載の既存鋼構造部材の補強構造。
5. 前記三角形鋼板および前記つなぎ鋼板に、ドリルねじまたは打ち込み鋲の挿通用の下孔が形成されていることを特徴とする請求項４記載の既存鋼構造部材の補強構造。

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