JP4148362B2

JP4148362B2 - Steel frame seismic reinforcement structure and reinforcement method

Info

Publication number: JP4148362B2
Application number: JP2003123130A
Authority: JP
Inventors: 香二與田; 英志五島; 和明宮川
Original assignee: JFE Civil Engineering and Construction Corp
Current assignee: JFE Civil Engineering and Construction Corp
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP2004324322A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄骨フレーム耐震補強構造および補強工法に係り、詳しくは、既存建物にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを取り付けて耐震補強する際に、その鉄骨フレームを組み立てるにあたって、品質確保に多大の手間や熟練作業等を要する溶接を排除し、安価に提供できるようにした鉄骨フレームの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組は、これを建物の柱・梁に内付けもしくは外付けすることにより、既存建物を耐震補強することができる。内付けは柱・梁内の壁等が取り除かれた開口部に予め組み立てられた枠組を嵌め込むことにより、また、外付けは壁等を取り除くことなく柱・梁内に沿って建物の外壁に枠組を一体化させることにより、既存建物の耐震性を増強させようとするものである。
【０００３】
その枠組を構成する水平材や鉛直材には、Ｈ形鋼を採用することが推奨されている。その鋼材は寸法の標準化された圧延Ｈ形鋼であることが多いが、応力が大きく作用する部分では板厚の大きいもの、適宜のサイズや非標準断面を有した溶接Ｈ形鋼が使用されることもある。従って、安価な溝形鋼や山形鋼が枠組に採用されるということはほとんど無いに等しく、逆に言えばその使用が実質的に排除されているとも言える。
【０００４】
枠組は上記したように剛性等の高いＨ形鋼が使用されるといえども、通常は枠組の保形性を上げるために各部材相互が強固に接合される。そのうえ、枠組にはブレースが組み込まれて耐震性の増強も図られる。このブレースの導入によりＨ形鋼の大型化も抑制され、ひいては鉄骨フレームの軽量化にも寄与させるようにしている。
【０００５】
そのブレースは枠組の中にＶ字状もしくは逆Ｖ字状にまたは対角線状に配置されることが多く、それらを枠組に取り付けるためにガセットプレートが使用される。なお、ブレース自体は鋼管であったり単純な断面形状の形鋼などであることが多いが、その両端には同種構造の継手が取り付けられ、これを介してガセットプレートに接合される。
【０００６】
その継手としてはクレビス継手が採用されたり、十字継手が使用される。前者は一本の太いピンによるピン接合であり、後者は数枚の重ね用当て板と多数の高力ボルトによる締結の剛接合である。いずれにしても、その接合のために溶接が施されることはない。この接合部分に僅かといえども溶接歪みが残留することになれば、それは補強用の斜材として機能を発揮させるうえで好ましくないからでもある。
【０００７】
一方、ブレースの両端を固定するガセットプレートは、水平材や鉛直材に強固に取り付けておく必要があるから、直接溶接付けされたり別途製作されたブラケットを介するなどしてボルト止めされる。ブラケットはやはり枠組に溶接されることになるので、いずれにしてもガセットプレートは直接もしくは間接の別なく溶接を介して固定されることになる。
【０００８】
ところで、ガセットプレートはブレースと接合される関係上、厚い板材が使用される。ましてやピン接合の場合、接合点にモーメントが作用しない設計になるとはいえ荷重が一点集中するので尚更厚くする必要がある。そのガセットプレートをＨ形鋼に取り付けようとするフランジまたはウエブは、往々にしてガセットプレートより薄い。厚いガセットプレートを薄い例えばフランジに溶接しようとすれば、ガセットプレートが取りつく辺りの裏面にスティフナを配置するなどして、Ｈ形鋼のフランジを補強しておかねばならない。
【０００９】
ちなみに、スティフナが存在することになれば、鉄骨フレームに作用する応力のかなりの部分はそのスティフナを介して伝播されることになる。その場合、水平材や鉛直材に対しては必ずしもスムーズな応力伝達がなされるとは限らないという問題も潜んでいる。
【００１０】
そうは言っても、枠組を形成する水平材と鉛直材とを溶接で、ガセットプレートと枠組とも溶接で一体化し、さらには裏当て材としてのスティフナも溶接で固定せざるを得ないことが多い。図８は、内付け用として準備された溶接接合構造の鉄骨フレームの一例である。
【００１１】
これは、上下の水平材４１，４１と左右の鉛直材４２，４２で構成する枠組にガセットプレート４３，４４を介してブレース４５，４５をＶ字形に配したものである。この鉄骨フレーム５１は図９の（ａ）にも示すように、ケミカルアンカ５２、スタッドジベル５３、スパイラルフープ５４などによって高強度無収縮モルタル５５の発現強度の増強を図るなどして躯体５６に内付けされる。
【００１２】
このようにして通常一つの鉄骨フレームを予め組み立てておき、それを開口部に嵌め込むという工程をとるが、その前作業は溶接の中でも最も厄介と言われる突き合わせ溶接が大半を占める。すなわち、図１０からも分かるように、Ｖ形ブレースの鉄骨フレーム５１の場合、水平材４１、鉛直材４２、ブレース４５のほかに、ガセットプレート取付部４６，４７が設けられ、これらが符号４６Ａ，４７Ａで表した一群のような幾つもの部品から構成されることになる。
【００１３】
もう少し詳しく述べると、ガセットプレートが取り付く部分には大きな荷重が集中するので、水平材４１や鉛直材４２よりは剛性の高い構造が与えられる。ガセットプレート取付部４６の例で言えば、水平材４１や鉛直材４２と繋がるところに、Ｈ形鋼のフランジよりも厚い板４８，４８でフランジ部を形成したＨ形断面溶接物が導入される。そして、フランジ部間を橋渡しかつウエブ部４９にも一体化されるスティフナ５０が、ガセットプレート４３，４４の取付位置を考慮して幾つか配置される。
【００１４】
これらの各部材を溶接により高い精度で組み立て、それらを水平材や鉛直材に溶接して枠組を形成させようとすれば、鉄骨フレームの製作にはどうしても設備の整った工場での作業が必要となる。言うまでもなく、組立作業に多くの工数を要し、また溶接歪みを少なくする高度な技能も必要となって簡単な作業でない。突き合わせ溶接では、溶接の手間に加えて、図９の（ｂ），（ｃ）からも分かるように、前加工として開先部４８ａ，５０ａや図１０に示すスカラップ４９ａ，４１ａ，４２ａの形成およびスティフナ５０の取り付けなどの工程が必要となるからである。
【００１５】
ちなみに、溶接による接合品質は近年非溶接部の強度を越えるほどに高くなっていると評価されている。しかし、これはあくまでも熟練工による高度な技能、必要な治具の準備や設備が整った作業環境によって実現されるものである。そのうえ、突き合わせ溶接部には超音波探傷が義務づけられており、厳密な品質管理が強いられているからにほかならない。それゆえ、コストが跳ね上がる原因となっていることは否定できない。
【００１６】
かと言って、鉄骨フレームは、Ｈ形鋼や角形パイプを枠組部材にして、高力ボルトの使用により簡単に組み立てることができるという代物であるとは到底考え難い。また、溶接組立品となっている鉄骨フレームを、そのまま工事現場へ搬入することになるので、工事資材は嵩張ったままの荷姿となり、部材単体での取り扱いの場合に比べれば輸送は極めて手間取り、これがまたコストアップの要因となる。
【００１７】
上記したように突き合わせ溶接は高度な知識と技能を必要とするが、近年、溶接技能者の不足が大きな問題ともなっており、その事態を考慮すると、溶接に代えることができると共にコスト低減にも大いに寄与する接合方法が待たれるところである。
【００１８】
ところで、特開２００２−１４６９０５号公報には、ガセットプレートを枠組に取りつけるブラケットもボルトによって固定する例が開示されている。このように高力ボルト等を使用して締結したり接合することは他の技術分野と同様に耐震補強用フレームの分野においても行われなくはない。
【００１９】
そのようなブラケットを使用するのは、ガセットプレート単体を直接水平材や鉛直材にボルト止めすることが難しいことによるが、それは枠組には角形パイプやＨ形鋼が使用されており、パイプ外面やＨ形鋼のフランジといった水平面や鉛直面を対象にして、それに対して直角に取り付けなければならないことに大きく原因している。
【００２０】
この例に限らないが、ボルト固定方式を採用しようとすると、ガセットプレートを固定するための二次的な部材としてのブラケットやアングルなどが多く必要になる。また、取り付けに際して多数のボルトが使用され、枠組を構成する部品点数の著しい増大をきたす。しかも、水平材・鉛直材にかなりの断面欠損を与えたり、その影響を抑えようとすれば大きなサイズの導入が余儀なくされることになる。
【００２１】
ちなみに、特開２００２−７０３２９号公報には、ブレースを２本の形鋼で構成させ、その先端部においてはガセットプレートを挟みつけて接合した構造が記載されている。それは、溝形鋼を背中合わせにすることによって挟み付けを可能にしたものであり、その三つ重ね部をボルト締めさせた形態となっている。しかし、ガセットプレートはあくまでも枠組を構成する水平材や鉛直材のＴ形鋼と溶接するなどして一体化されたものであり、ガセットプレートを枠組にボルトでじか付けするという思想は見られるところでない。
【００２２】
【特許文献１】
特開２００２−１４６９０５号公報
【特許文献２】
特開２００２−７０３２９号公報の図１の（Ｂ）
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、鉄骨フレームを組み立てるにあたり高度な技能を必要とする溶接を排除し、鉄骨フレームの組み立て場所を選ばず、建物や工事の難易さもしくは進捗に応じた柔軟な輸送や製作が可能となるようにすること、熟練溶接工不足の影響を受けず、また枠組には高価なＨ形鋼の使用に限定されることなくして、結局はコスト高となるのを抑制できること、構成部品点数を可及的に少なくして施工の簡略化・標準化を図りやすくすること、構成の簡素化によって応力伝播の単純化や枠組部材への円滑な伝達を可能にし、投入資材の有効利用度向上とその消費量の抑制が図られることなどを実現した鉄骨フレーム耐震補強構造および補強工法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に取り付けることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強構造に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、ブレース４を取り付けるためのガセットプレート７には、水平材１、鉛直材２もしくはその両方にボルト付けするための多数のボルト挿通孔１０が備えられる。その水平材１および鉛直材２のそれぞれは、ガセットプレート７を挟み付けるべく背中合わせとした二つの形鋼９，９（例えば図２の（ａ）も参照）で形成される。そのガセットプレート７は、その二つの形鋼との三つ重ね状態で高力ボルト８，８による摩擦接合によって固定される。水平材、鉛直材、ブレース、ガセットプレートを含んだ鉄骨フレーム５には、これら部材相互の接合のために溶接が使用されていないことである。
【００２５】
耐震補強工法にあっては、背中合わせすることができる二つの形鋼で形成された水平材１や鉛直材２に、平鋼板で製作されたガセットプレート７を挟んで三つ重ねとし、その重ね部において高力ボルト８により摩擦接合し、ブレース４を取り付けるためのガセットプレート７を介しそれぞれ二部材９，９からなる水平材１と鉛直材２とを結合させて、鉄骨フレーム５を形成させるようにしたことである。
【００２６】
また、図７を参照して、上下のフランジ２１ｆ，２１ｆとそれを繋ぐウエブ２１ｗからなる溝形鋼２１の腹面を既存建物外壁面に対面させ、その溝形鋼の背面を外側にして水平材１と鉛直材２からなる鉄骨フレーム５Ａを形成する。両部材の繋ぎ部分の背面側であって溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に平鋼板製のガセットプレート７を配置し、その重ね部において高力ボルト８により摩擦接合する。ブレースを取り付けるためのガセットプレートを介しそれぞれ一部材からなる水平材と鉛直材とを結合させて鉄骨フレームを形成し、既存建物の外付け耐震補強を可能にしたことである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、既存建物の耐震補強に供するブレースを組み込んだ鉄骨フレームが、水平材、鉛直材およびブレース取付用ガセットプレートを高力ボルトによる接合により容易に組み立てられるようになる。ガセットプレートの取付部の溶接は不要で溶接補強用スティフナも排除され、組み立てに要するコストの大幅な低減が図られる。従って、近年の溶接技能者不足の影響も受けることなく、等質かつ高品質な製品の提供が可能となる。
【００２８】
ガセットプレートの枠組部材への挟み込み構造としたことで、ガセットプレートの形状を若干変えるだけで、ブレースとの取り合いをクレビス接合および高力ボルト接合のいずれの形態であっても簡単に対応させることができる。スティフナを必要としないから応力の流れは単純化し、構造材として極めて効果的に機能させることができる。
【００２９】
枠組を形成する水平材および鉛直材には、背中合わせさえできれば安価な一般形鋼（溝形鋼、山形鋼など）を使用することができる。しかも、それに施す加工は切断、孔明け、摩擦面処理、塗装といった一次加工にとどまり、溶接した場合のような手間の掛かる作業や後処理は、三つ重ねの摩擦接合により必要でなくなる。
【００３０】
さらに言えば、鉄骨フレームの組み立て場所は工場に限らず大型の治工具が準備できない屋外でも可能となり、建物現場の状況や工事の難易、進捗具合に応じた柔軟な輸送や製作が可能となり、施工時間の無駄排除や作り置きを含めた資材管理もしやすくなる。ガセットプレートの枠組へのじか付けによって構成部品点数は可及的に減少し、また高力ボルトによる締結箇所数も大幅に少なくなり、施工の簡略化・標準化も図りやすいものとなる。
【００３１】
ガセットプレートを挟んで形成した三つ重ね部を高力ボルトで摩擦接合し、ガセットプレートを介して各二部材からなる水平材と鉛直材とを結合させた耐震補強工法によれば、ブレースを鉄骨フレーム耐震補強構造に組み込むためのガセットプレートに枠組部材コネクタとしての機能も発揮させることになり、枠組締結専用部品の導入を省き、少ない数の部品によって強固な枠組を形成させることができる。
【００３２】
溝形鋼の腹面を既存建物外壁面に対面させて鉄骨フレームを形成し、その背面側にガセットプレートを配置するようにすれば、形鋼の持つ剛強な雰囲気は和らげられ、建物壁に融和した見栄えの向上が図られる。ガセットプレートは溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に位置することになり、枠組を構成する水平材や鉛直材の曲げ変形は抑制され、安価な鋼材でかつ少量の投入であっても、鉄骨フレームとしての耐用性を発揮させることができるようになる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る鉄骨フレーム耐震補強構造および補強工法を、その実施の形態を表した図面に基づいて詳細に説明する。図１は、既存建物を耐震補強するための鉄骨フレームの全体を表す。これは、上下の水平材１，１と左右の鉛直材２，２とで囲む枠組３にブレース４，４がＶ字状に組み込まれたフレームであり、内付け施工のための構造となっている。
【００３４】
図からも分かるように、この鉄骨フレーム５にはブレース４の端部接合のためにクレビス継手６が採用され、それを接合するガセットプレート７は高力ボルト８によって枠組３に組み込まれている。その枠組を構成する水平材１や鉛直材２にはＨ形鋼が採用されず、例えば図２の（ａ）に示す安価な溝形鋼９が使用される。
【００３５】
この溝形鋼９が採用されているのは、後述するが二つを背中合わせにして組み合わせることができる形状であるからである。すなわち、水平材の溝形鋼９，９とガセットプレート７とで三つ重ね部を形成し、また鉛直材においてもガセットプレートとの三つ重ね部を形成して、それらを挿通する高力ボルト８によって摩擦接合による一体化を図り、ガセットプレート７を枠組３に組み込む構造としようとするのである。
【００３６】
そのために、ブレース４を取り付けるガセットプレート７には、図３に示すように、水平材１や鉛直材２もしくはその両方にボルト付けするための多数のボルト挿通孔１０が設けられる。従って、ガセットプレート７は後述するガセットプレート兼コネクタプレートとして機能することにもなる。背中合わせされる溝形鋼９は原則として同一断面形状であり、三つ重ね部には高力ボルト８を通す抜き孔１１が穿設される、すなわち、一方の形鋼の腹面から挿入され他方の形鋼の腹面側に突き出るボルトのねじ部にナットを掛けて固縛するようにしている（図２の（ａ）を参照）。
【００３７】
これによって、水平材１、鉛直材２、ブレース４、ガセットプレート７を含んだ鉄骨フレーム５は、これら部材相互の接合のために溶接が一切使用されることなく不動な組立品となる。それゆえ、高度な技能を必要とする突き合わせ溶接作業は必要とされず、しかも後で触れるが、その接合は溶接による場合よりやや柔な状態を残しておくことができる。これは、従来技術で示した図１０のように下側の水平材を左右二分しておく必要もなく、鉛直材と同じく水平材も単一寸法品を準備しておけばよいことになる。
【００３８】
このような鉄骨フレームは既存建物の耐震補強を目的とするものであるが、後で述べる外付けする場合を含めて、ＲＣ造のみならずＳＲＣ造、Ｓ造にも適用することができる。なお、本発明は補強フレームの組立構造を主題とするものであるので、鉄骨フレームの躯体取付構造については詳しく触れない。内付けの場合は、例えば図２の（ｂ）に示すようにスタッドジベル５２を植設するなどして図８の外周部（特に右側）に表した要領で固定すればよい。
【００３９】
この内付けの場合、鉄骨フレームの躯体への組込作業は通常一つのユニットを予め組み立てておき、それを開口部に嵌め込むという工程をとる。しかし、本発明に係る鉄骨フレームの場合ではボルト止めであるから組立作業は何処でもできる余地があり、工事現場まで部材単位で輸送し、そこで組み立てたり、甚だしくは開口部に運んでから組み立てつつ固定するということもできる。従って、鉄骨フレームを１ユニットとして取り扱うことが多くなるにしても、施工にはかなりの柔軟性を持たせることができる。
【００４０】
上記したように鉄骨フレームを組み立てるに当たっては溶接を排除できるようにしているので、従来問題となっていた溶接接合によるコスト高は解決される。溶接を排除することになれば、近年問題となっている溶接技能者不足の影響も受けず、かつ鉄骨フレームの等質性を確保した高い品質を発揮させることも容易となる。
【００４１】
鉄骨フレームで荷重に対して最重視されるのは言うまでもなく水平材と鉛直材であり、それらに高価なＨ形鋼を使用しなければならないという従来からの観念を取り除くことになれば、鋼材の投入量の減少や量産品・既製品の積極的な活用が図られ、その面から大幅なコスト低減が期待できることになる。これはブレースに背中合わせ材を使用する場合とは異なり、構造主材を背合わせ品とするという特異な発想によるもので、コスト面のみならず施工の利便性も著しく向上させることになる。
【００４２】
なお、枠組部分は既存建物に融合して埋没もしくはそれに近いかたちとされることになるが、ブレースはその枠組をよぎる部材であり、それが背合わせ品であると見栄えを損なう。従って、図１のように体裁のよい筒状本体を持ったブレースをスマートなピン接合用のクレビス継手で接合するか、剛接合式とするなら後述する十字継手とすれば見栄えが良くなる。
【００４３】
いずれにしても目に映りやすいブレースにはソフトな印象を与えておき、建物に融和させやすい枠組部分は美的感覚が少し欠けても差し支えない場合が多いとの知見にも基づいていると言える。本発明においては枠組材を背合わせ品とするので、それにガセットプレートを挟み込んで取り付ける。そして溶接を採用していないことにもよるが、後述する図６の左下部に表したように、ブレース４をいずれの箇所にでも配置できる余地が残される。
【００４４】
その点でも、ガセットプレートの位置やブレースの長さに関して大きな自由度を与えておくことができ、設計に高い柔軟性を持たせることができ都合よいものとなる。さらには、工作の単純化、高精度加工からの解放、組立作業の簡易化という面などでボルト締結はおおいに寄与するものであり、価格面で着工が手控えられることの多い耐震補強工事の一層の普及を促すことができる。
【００４５】
ピン接合にするとモーメントは作用しなくなるとはいえ、一点集中するのでガセットプレートは厚くなる傾向にある。図１の例では一枠組あたり３枚、図４の対角線配置なら２枚のガセットプレート７が必要であるが、水平材と鉛直材との接合を図る必要のある角部にガセットプレートが位置しない場合、同じ厚みの接合用プレート（スペーサ兼コネクタプレート）１２を準備してやればよい。ガセットプレートは単純な一枚板でよく、接合用プレートと共に同一の板材から材料どりすることができる。
【００４６】
すなわち、枠組を構成する部材としては溝形鋼と平鋼板を準備しておけばよいことを意味し、これによって購入しておかなければならない鋼材の寸法や種類は可及的に少なくなる。例えば特開２００２−１４６９０５号公報などに記載されているような多岐にわたる形状のブラケット等を製作するための各種鋼材の準備や、それらからの個々の部材の製作は必要でなくなる。それゆえ、枠組にガセットプレートを固定するための高力ボルトの数も格段に少なくなり、ひいてはボルト締結の作業量低減が助長される。
【００４７】
ガセットプレートの枠組に対する固定形態が簡素化されると、ブレースとの間でやりとりされる力の伝達も、スティフナが取り付けられている場合に比べれば単純化されることになる。構造材としての寄与率は高くなり、無駄の抑えられた鉄骨フレームを製作することができる。
【００４８】
なお、背合わせ品となる水平材や鉛直材の対面隙間にはモルタルを圧入するなどして部材としての一体性を上げておくことが好ましい。これは、内付けの場合も後述する外付けの場合（図２の（ｅ）を参照）も、躯体５６との接合に無収縮モルタル５５等を施すときに自ずと充填されるようにしておくか、両者同時期に充填操作するなどすれば、それがために特に大きな作業負担を新たに生じさせることもない。
【００４９】
ちなみに、水平材や鉛直材さらにはガセットプレートやスペーサ兼コネクタプレートにおいても、高力ボルトが挿通する孔にはねじが刻設されることなくナットを掛けて固定される。従って、ボルト挿通孔はねじ径に対して多少余裕のある大きさとなっている。高力ボルトによる接合はあくまで摩擦接合を達成させようとするものであるが、この孔の僅かな余裕は接合時の挿通作業の労力を軽減させるだけでなく、溶接による場合のような無用な残留応力の発生も回避させる効用があり、また部材の対面馴染みも助長させることになって都合がよい。
【００５０】
ところで、図２の（ａ）に表した例で言えば、ガセットプレート７におけるクレビス座面にはディスク１３，１３を張りつけるなどして接合時の係合状態の安定が図られている。この部分は、溶接による一体化で歪みが残ったとしても、ボルト止めされるまでは単品で扱われるから、後処理を施すなどして修正することができる。本発明はこの部分まで溶接排除を企図するものでなく、ガセットプレートの重量増を抑える配慮や母材の座面増厚等は適宜な手段で行えばよい。
【００５１】
上の例では背合わせ品として溝形鋼を使用した例を説明したが、それに限らず図２の（ｃ），（ｄ）に示した山形鋼９Ａや図示しないＴ形鋼であっても差し支えない。背中合わせが可能な形状の形鋼であればよく、しかも標準品などの低廉な圧延鋼材で十分である。いずれにしても、鋼材に施す加工は切断、孔明け、摩擦面処理、塗装といった一次加工だけでよくなり、溶接のような手間の掛かる作業や後処理は必要でなくなる。このように溝形鋼等を枠組を形成する水平材や鉛直材に適用するということは、Ｈ形鋼の使用を一般的な推奨規準としていることに対して一石を投じることになるとも言える。
【００５２】
図４はＶ字形のブレースに代えて対角線に配したブレース４Ａを備える鉄骨フレームの例である。これにおいても理屈上は図１の場合と何ら変わるところはない。ちなみに、この図は、水平材１と鉛直材２との端部がそれぞれ約４５度に切り落とされ、両部材の交差部材が斜めに突き合わされた例となっている。このようにしておけば、内付けの場合、躯体との接合において小口塞ぎを積極的に行わなくても充填モルタルが漏れ出ないようにしておくことができる利点がある。
【００５３】
図５は十字継手１５を採用したブレース１６が組み込まれている例である。断面が十字をなす継手は、左側に表したようにガセットプレート７Ａ，７Ａ間に配置した後、右側のように当て板１７が継手面に重ねられて高力ボルト８により固縛される。この例においても、図４のように交差部を斜めに突き合わせておくことは差し支えない。
【００５４】
十字継手を使用する場合はクレビス継手の場合に比べて薄いガセットプレートを使用できるので、その場合にはスペーサ兼コネクタプレート１２Ａも薄いものを採用することができる。これからも分かるように、ガセットプレートの枠組部材への挟み込み構造としていることで、ガセットプレートの形状を少し変えたり厚みを変更するだけで、クレビス接合および高力ボルト接合といったごとく、ブレースとの取り合いに対して簡単に対応を変化させることができる。
【００５５】
図６は外付け工事とした場合の例である。その場合には、部材を一つひとつ組み上げていくことが多い。建物の前に広場があれば、地上で何階分もの枠組を一体化して作り、それを立て掛けるということもできる。なお、この図のように水平材１Ａを左右に長く通すと鉛直材２Ａは一区画ごとの短いものとなる。図示しないが、鉛直材を長くすれば水平材は区画単位のものとなる。いずれにしても、水平材１と鉛直材２の交差部にはスペーサ兼コネクタプレート１２が、その部分にブレース４が取り付けられる場合にはガセットプレート兼コネクタプレート１４を使用することになる。
【００５６】
もちろん、ガセットプレート（ガセットプレート兼コネクタプレートを含む）やスペーサ兼コネクタプレートは一区画で独立させるのではなく、左右や上下の区画との連続性を図る配慮がなされた形状となることは言うまでもない。なお、水平材、鉛直材のいずれが長くても、ガセットプレートやガセットプレート兼コネクタプレート等は限られた数の形のものを準備しておけば十分となる。
【００５７】
外付けする場合の躯体への取付構造は内付けの場合と向きが異なる程度で実質的に変わりがなく、図２の（ｅ）に表したように枠組３と躯体５６の壁面との間に各種の繋ぎ材を配して無収縮モルタル５５が打設される。以上述べたようにピン接合であれ高力ボルト接合（十字継手）であれ枠組には何の影響も及ばなく、従って、ガセットプレートを変えるだけで枠組は共通して使用することができ、ボルト孔の数や位置が若干違うことを除けば、ガセットプレートの厚みが異なるだけということになる。
【００５８】
本発明はまた、ガセットプレートを挟んで形成した三つ重ね部を高力ボルトで摩擦接合し、ガセットプレートを介してそれぞれ二部材からなる水平材と鉛直材とを結合させた鉄骨フレームによる耐震補強工法ともしているので、ブレースを鉄骨フレームに組み込むためのガセットプレートに、枠組部材（水平材・鉛直材）のコネクタとしての機能も発揮させることができる。従って、枠組締結専用部品の導入は必要でないか少なくなり、数少ない部品によって強固な鉄骨フレームを形成させることができる。
【００５９】
ところで、溝形鋼を水平材と鉛直材に使用した場合には、三つ重ねとすることなく、図７に示すように、背中合わせとしない形態とすることもできる。すなわち、溝形鋼２１を水平材１および鉛直材２として各一本採用し、その腹面を既存建物外壁面に対面させ、背面側にガセットプレート７および結合用プレート１２を固定するようにしている。
【００６０】
もう少し詳しく述べれば、上下のフランジ２１ｆ，２１ｆとそれを繋ぐウエブ２１ｗからなる溝形鋼２１の背面を外に向けることにより、ウエブ外面の平坦さが人目につくようにして鉄骨フレームの存在を目立たなくさせようとするものである。この図７の例では、ガセットプレート７は水平材１と鉛直材２の繋ぎ部分および水平材１の中央部分に外側から重ね合わされて高力ボルト８により固定されるが、鉄骨フレーム５Ａの全体としてはフランジが突き出た図１などに比べ、見た目では躯体側との馴染みが向上したものとなる。
【００６１】
ガセットプレート７は外面に現れることになるが、それゆえブレースが鉄骨フレーム面から少し迫り出したかのように映る。ブレースの存在がやや強調されることになるが、その美観上の善し悪しは別として、力学的に極めて当を得た構造を形づくる。すなわち、ブレースに作用する軸力はガセットプレートを介して水平材や鉛直材に伝わるが、そのガセットプレートが溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に位置するという極めて都合のよい形態をとる。
【００６２】
地震が発生するなどして水平材とブレースの交差部において圧縮側ブレースが最大耐力に達すると、それ以後も引張側ブレースの耐力は上昇するため、水平材に剪断力が生じる。水平材に溝形鋼一本が採用される場合には、この剪断力は左右非対称な溝形鋼に捩れの発生を伴う。ところが、本発明においては、ガセットプレート７を介してブレース４に軸力が作用し、水平材に剪断力が作用すると、力の中心が溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に位置するため、捩りモーメントの発生が抑制されることになるという実用上極めて有用な挙動を発現させることができる。
【００６３】
このように、ガセットプレートを溝形鋼の背面に固定すれば、溝形鋼のみによって、しかも少ない数量により枠組を形成させることができる。言うまでもなく既製の溝形鋼は安価な鋼材であるから、工費の節減は大幅なものとなる。使用に耐え得ないとみなされていた低廉材の飛躍的な耐用性増進も図られる。なお、補強の程度にもよるが、アングル材二つを突き合わせ（図示せず）、溝形鋼同等の断面形状を得るように組み合わせて使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄骨フレーム耐震補強構造の代表的な例を表した正面図。
【図２】（ａ）ないし（ｄ）は枠組を構成する部材とガセットプレートとの三つ重ねによる固縛状態の説明図、（ｅ）は外付けした場合の躯体固定状態断面図。
【図３】鉄骨フレームの構成品を分離して描いた分解図。
【図４】ブレースを対角線状に配置した場合の正面図。
【図５】十字継手による接合を採用した鉄骨フレームの正面図。
【図６】階層を連ねて外付けする場合の正面図。
【図７】溝形鋼の背面を外側にしてガセットプレートを取り付けた外付け用の鉄骨フレームの正面図および各部の他方向矢視図。
【図８】従来技術である溶接構造となっている内付け用鉄骨フレームの正面図。
【図９】（ａ）は内付けした場合の躯体固定状態説明図、（ｂ）および（ｃ）はスティフナや開先部の位置および形状を表したガセットプレート取付部断面図。
【図１０】溶接構造の鉄骨フレームを分解した構成品図。
【符号の説明】
１，１Ａ…水平材、２，２Ａ…鉛直材、３…枠組、４，４Ａ…ブレース、５，５Ａ…鉄骨フレーム、７，７Ａ…ガセットプレート、８…高力ボルト、９…溝形鋼、９Ａ…山形鋼、１０…ボルト挿通孔、１４…ガセットプレート兼コネクタプレート、１６…ブレース、２１…溝形鋼、２１ｆ…フランジ、２１ｗ…ウエブ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel frame seismic reinforcement structure and a reinforcing method, and more particularly, when assembling a steel frame with braces incorporated in an existing building and assembling the steel frame, a great deal of effort and quality are required for assembling the steel frame. The present invention relates to a structure of a steel frame that eliminates welding that requires skilled work and can be provided at low cost.
[0002]
[Prior art]
A frame formed by enclosing a horizontal member and a vertical member can be retrofitted to an existing building by attaching or detaching it to or from a pillar or beam of the building. The internal mounting is performed by fitting a pre-assembled frame into the opening from which the walls of the pillar / beam are removed, and the external mounting is performed on the outer wall of the building along the pillar / beam without removing the walls. It is intended to enhance the earthquake resistance of existing buildings by integrating the framework.
[0003]
It is recommended to use H-shaped steel for the horizontal and vertical members that make up the framework. In many cases, the steel material is a rolled H-section steel with standardized dimensions, but in a portion where a large amount of stress is applied, a steel sheet having a large thickness, a suitable size or a non-standard cross-section is used. Sometimes. Therefore, it is almost impossible to use inexpensive channel steel or angle steel for the frame, and conversely, it can be said that its use is substantially excluded.
[0004]
As described above, the H-shaped steel having high rigidity and the like is used for the frame, but usually the members are firmly joined to improve the shape retention of the frame. In addition, braces are incorporated into the framework to enhance earthquake resistance. The introduction of this brace suppresses the increase in the size of the H-shaped steel, which in turn contributes to the weight reduction of the steel frame.
[0005]
The braces are often arranged in a V-shape, inverted V-shape or diagonal in the framework, and gusset plates are used to attach them to the framework. In many cases, the brace itself is a steel pipe or a section steel having a simple cross-sectional shape, but joints of the same structure are attached to both ends of the brace and are joined to the gusset plate via the joint.
[0006]
As the joint, a clevis joint or a cross joint is used. The former is a pin connection with a single thick pin, and the latter is a rigid connection that is fastened with several overlapping backing plates and a number of high-strength bolts. In any case, no welding is performed for the joining. Even if a slight amount of welding strain remains in the joint portion, it is not preferable for exhibiting the function as a reinforcing diagonal material.
[0007]
On the other hand, since the gusset plate for fixing both ends of the brace needs to be firmly attached to the horizontal member or the vertical member, it is bolted by being directly welded or via a separately manufactured bracket. Since the bracket is still welded to the frame, in any case, the gusset plate is fixed through welding, whether directly or indirectly.
[0008]
By the way, a thick plate material is used for the gusset plate because it is joined to the brace. Furthermore, in the case of pin connection, although the design is such that the moment does not act on the connection point, the load is concentrated at one point, so it is necessary to make it even thicker. The flange or web on which the gusset plate is to be attached to the H-section steel is often thinner than the gusset plate. If a thick gusset plate is to be welded to a thin flange, for example, the flange of the H-shaped steel must be reinforced by placing a stiffener on the back surface around the gusset plate.
[0009]
Incidentally, if a stiffener is present, a considerable part of the stress acting on the steel frame is propagated through the stiffener. In that case, there is also a problem that smooth stress transmission is not always performed for the horizontal member and the vertical member.
[0010]
Even so, it is often necessary to weld the horizontal and vertical materials that form the frame together by welding, and to integrate the gusset plate and frame together by welding, and also to fix the stiffener as the backing material by welding. . FIG. 8 is an example of a steel frame having a welded joint structure prepared for internal use.
[0011]
In this structure, braces 45 and 45 are arranged in a V shape via gusset plates 43 and 44 on a frame constituted by upper and lower horizontal members 41 and 41 and left and right vertical members 42 and 42. As shown in FIG. 9 (a), the steel frame 51 is incorporated in the housing 56 by increasing the expression strength of the high-strength non-shrink mortar 55 with a chemical anchor 52, a stud gibble 53, a spiral hoop 54, and the like. Attached.
[0012]
In this way, usually one steel frame is assembled in advance and the process of fitting it into the opening is taken, but most of the previous work is butt welding, which is said to be the most troublesome among welding. That is, as can be seen from FIG. 10, in the case of the steel frame 51 of the V-shaped brace, in addition to the horizontal member 41, the vertical member 42, and the brace 45, gusset plate mounting portions 46 and 47 are provided. It consists of several parts such as a group represented by 47A.
[0013]
More specifically, since a large load concentrates on the portion to which the gusset plate is attached, a structure having higher rigidity than the horizontal member 41 and the vertical member 42 is provided. In the case of the gusset plate mounting portion 46, an H-shaped cross-section welded material in which a flange portion is formed by plates 48 and 48 that are thicker than the flange of the H-shaped steel is introduced at a place connected to the horizontal member 41 and the vertical member 42. . Several stiffeners 50 that bridge between the flange portions and are also integrated with the web portion 49 are arranged in consideration of the attachment positions of the gusset plates 43 and 44.
[0014]
If these members are assembled with high accuracy by welding, and they are welded to a horizontal or vertical member to form a framework, the production of the steel frame will inevitably require work in a well-equipped factory. Become. Needless to say, it requires a lot of man-hours for the assembly work, and it requires a high level of skill to reduce welding distortion. In butt welding, as can be seen from (b) and (c) of FIG. 9 in addition to the labor of welding, formation of groove portions 48a and 50a and scallops 49a, 41a and 42a shown in FIG. This is because a process such as attachment of the stiffener 50 is required.
[0015]
Incidentally, joint quality by welding has recently been evaluated to be high enough to exceed the strength of non-welded parts. However, this is only realized by a high level of skill by skilled workers, the preparation of necessary jigs, and a working environment equipped with equipment. In addition, ultrasonic testing is required for the butt welds, which is nothing but strict quality control. Therefore, it cannot be denied that it is the cause of the cost jump.
[0016]
However, it is difficult to think that the steel frame is a substitute that can be easily assembled by using high-strength bolts using H-shaped steel or square pipes as frame members. In addition, since the steel frame that is a welded assembly will be carried directly to the construction site, the construction materials will remain in a bulky state, and transportation will be extremely time-consuming compared to the case of handling the parts alone. This also causes an increase in cost.
[0017]
As described above, butt welding requires advanced knowledge and skills, but in recent years, the shortage of welding technicians has become a major problem, and considering this situation, it can be replaced with welding and greatly reduces costs. A joining method that contributes is awaited.
[0018]
By the way, JP 2002-146905 A discloses an example in which a bracket for attaching a gusset plate to a frame is also fixed by a bolt. Fastening and joining using high-strength bolts and the like in this way must be performed in the field of seismic reinforcement frames as well as other technical fields.
[0019]
The reason for using such a bracket is that it is difficult to bolt the gusset plate alone directly to a horizontal or vertical material, but that is because square frames and H-shaped steel are used for the frame. This is largely due to the fact that it must be mounted at a right angle to a horizontal or vertical surface such as an H-shaped steel flange.
[0020]
Although it is not restricted to this example, if it is going to employ | adopt a bolt fixing system, many brackets, angles, etc. as a secondary member for fixing a gusset plate will be needed. In addition, a large number of bolts are used for mounting, and the number of parts constituting the frame is significantly increased. In addition, if a significant cross-sectional defect is given to the horizontal member or the vertical member, or if the influence is to be suppressed, the introduction of a large size is unavoidable.
[0021]
Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-70329 describes a structure in which a brace is composed of two shape steels and a gusset plate is sandwiched and joined at the tip. That is, it is possible to pinch the grooved steel back to back, and the three-layered portion is bolted. However, the gusset plate is integrated by welding with the horizontal and vertical T-shaped steels that make up the frame, and the idea of bolting the gusset plate directly to the frame can be seen. Absent.
[0022]
[Patent Document 1]
JP 2002-146905 A
[Patent Document 2]
FIG. 1B of JP-A-2002-70329.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to eliminate welding that requires a high level of skill in assembling a steel frame, regardless of where the steel frame is assembled, the difficulty of building or construction, or In the end, it will be cost effective, enabling flexible transportation and production according to progress, not being affected by the lack of skilled welders, and without being limited to the use of expensive H-shaped steel for the framework. It is possible to suppress the increase in height, to reduce the number of component parts as much as possible, to simplify the construction and to standardize, and to simplify the propagation of stress and smooth transmission to the frame members by simplifying the configuration. It is possible to provide a steel frame seismic reinforcement structure and reinforcement method that enable the effective utilization of input materials and control the consumption thereof.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is applied to a steel frame seismic reinforcement structure that enables seismic reinforcement by attaching a steel frame in which braces are incorporated into a frame formed by surrounding a horizontal member and a vertical member to an existing building. Referring to FIG. 1, the gusset plate 7 for attaching the brace 4 is provided with a large number of bolt insertion holes 10 for bolting the horizontal member 1, the vertical member 2 or both. It is done. Each of the horizontal member 1 and the vertical member 2 is formed of two shape steels 9 and 9 that are back-to-back to sandwich the gusset plate 7 (see, for example, FIG. 2A). The gusset plate 7 is fixed by friction joining with high strength bolts 8 and 8 in a three-layered state with the two shape steels. The steel frame 5 including the horizontal member, the vertical member, the brace, and the gusset plate does not use welding for joining these members.
[0025]
In the seismic strengthening method, the horizontal part 1 and the vertical part 2 made of two shaped steels that can be back-to-back are overlapped with a gusset plate 7 made of a flat steel sheet, and the overlapped part. In order to form a steel frame 5 by joining the horizontal member 1 and the vertical member 2 composed of two members 9 and 9 through a gusset plate 7 for attaching the brace 4 by friction welding with a high-strength bolt 8 in FIG. It is that.
[0026]
In addition, referring to FIG. 7, the horizontal surface of the grooved steel 21 composed of the upper and lower flanges 21f and 21f and the web 21w connecting the flanges faces the outer wall surface of the existing building, and the rear surface of the grooved steel faces outside. A steel frame 5A composed of 1 and a vertical member 2 is formed. A gusset plate 7 made of a flat steel plate is disposed on the back side of the connecting portion between the two members and at or near the shearing center of the channel steel, and is frictionally joined by a high-strength bolt 8 at the overlapping portion. A steel frame was formed by combining a horizontal member and a vertical member, each of which is a single member, through a gusset plate for attaching braces, enabling external seismic reinforcement of existing buildings.
[0027]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steel frame incorporating the brace used for the seismic reinforcement of the existing building comes to be easily assembled by joining a horizontal material, a vertical material, and a gusset plate for brace attachment with a high strength bolt. It is not necessary to weld the gusset plate mounting portion, and the stiffener for welding reinforcement is eliminated, so that the cost required for assembly can be greatly reduced. Therefore, it is possible to provide a product of the same quality and high quality without being affected by the shortage of welding technicians in recent years.
[0028]
By adopting a structure in which the gusset plate is sandwiched between the frame members, the shape of the gusset plate can be changed slightly, and the connection with the brace can be easily handled regardless of whether it is a clevis joint or a high-strength bolt joint. it can. Since a stiffener is not required, the flow of stress can be simplified and can function extremely effectively as a structural material.
[0029]
For the horizontal member and the vertical member forming the frame, inexpensive general shape steel (such as channel steel and angle steel) can be used as long as they can be back to back. In addition, the processing applied to it is limited to primary processing such as cutting, drilling, friction surface treatment, and painting, and labor-intensive work and post-processing such as welding are not required by three-layer friction welding.
[0030]
Furthermore, the assembly location of the steel frame is not limited to factories and can be used outdoors where large jigs and tools are not prepared, allowing flexible transportation and production according to the situation of the building site, difficulty of construction, and progress. It becomes easy to manage materials including waste of time and preparation. By directing the gusset plate to the frame, the number of components is reduced as much as possible, and the number of fastening points with high-strength bolts is greatly reduced, making it easier to simplify and standardize the construction.
[0031]
According to the seismic reinforcement method in which the three overlapping parts formed with the gusset plate sandwiched are joined with high-strength bolts and the two horizontal members and vertical members are joined via the gusset plate, the brace is The function as a frame member connector is exhibited in the gusset plate to be incorporated in the frame seismic reinforcement structure, and the introduction of the frame fastening exclusive parts can be omitted, and a strong frame can be formed with a small number of parts.
[0032]
By forming a steel frame with the abdominal surface of the channel steel facing the outer wall of the existing building and placing a gusset plate on the back side, the strong atmosphere of the shape steel was softened and united with the building wall The appearance is improved. The gusset plate will be located at or near the shear center of the channel steel, and the bending deformation of the horizontal and vertical members that make up the frame will be suppressed. As a result, the durability can be exhibited.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a steel frame seismic reinforcement structure and a reinforcement method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof. FIG. 1 shows an entire steel frame for seismic reinforcement of an existing building. This is a frame in which braces 4 and 4 are incorporated in a V-shape in a frame 3 surrounded by upper and lower horizontal members 1 and 1 and left and right vertical members 2 and 2, and is a structure for internal installation. Yes.
[0034]
As can be seen from the figure, a clevis joint 6 is used for joining the ends of the brace 4 to the steel frame 5, and a gusset plate 7 for joining the clevis joint 6 is incorporated in the framework 3 by high-strength bolts 8. An H-section steel is not adopted for the horizontal member 1 and the vertical member 2 constituting the frame, and an inexpensive channel steel 9 shown in FIG. 2A is used, for example.
[0035]
The reason why the groove steel 9 is employed is that the two can be combined back to back as will be described later. That is, a high-strength bolt that forms a three-layered portion with the horizontal grooved steel 9 and 9 and the gusset plate 7 and also forms a three-layered portion with the gusset plate also in the vertical material, and passes them through. 8 is intended to be integrated by friction bonding, and a structure in which the gusset plate 7 is incorporated into the frame 3 is intended.
[0036]
Therefore, the gusset plate 7 to which the brace 4 is attached is provided with a large number of bolt insertion holes 10 for bolting the horizontal member 1 and / or the vertical member 2 as shown in FIG. Therefore, the gusset plate 7 also functions as a gusset plate / connector plate described later. The grooved steel 9 to be back-to-back has the same cross-sectional shape in principle, and a three-layered portion is provided with a punch hole 11 through which the high-strength bolt 8 is passed, that is, inserted from the abdominal surface of one shape steel and the other. A nut is hung on the threaded portion of the bolt protruding to the belly surface side of the shape steel (see (a) of FIG. 2).
[0037]
As a result, the steel frame 5 including the horizontal member 1, the vertical member 2, the brace 4, and the gusset plate 7 becomes an immovable assembly without using any welding for joining these members. Therefore, a butt welding operation that requires a high level of skill is not required, and it will be touched later, but the joining can leave a slightly softer state than in the case of welding. As shown in FIG. 10 shown in the prior art, it is not necessary to divide the lower horizontal material into left and right parts, and it is only necessary to prepare a single horizontal dimension for the horizontal material as well as the vertical material.
[0038]
Such a steel frame is intended for seismic reinforcement of existing buildings, but can be applied not only to RC construction but also to SRC construction and S construction, including the case of external attachment described later. In addition, since this invention makes the theme the assembly structure of a reinforcement frame, it does not touch in detail about the frame attachment structure of a steel frame. In the case of internal attachment, for example, as shown in FIG. 2 (b), a stud gibber 52 may be implanted and fixed in the manner shown on the outer peripheral portion (particularly the right side) of FIG.
[0039]
In the case of this internal attachment, the work of assembling the steel frame into the housing usually takes a step of assembling one unit in advance and fitting it into the opening. However, in the case of the steel frame according to the present invention, since it is bolted, there is room for assembly work anywhere, and it can be transported to the construction site in units of parts, assembled there, or transported to the opening and then fixed while assembling. It can also be said. Therefore, even if the steel frame is often handled as one unit, the construction can be given considerable flexibility.
[0040]
As described above, since the welding can be eliminated in assembling the steel frame, the high cost due to the welding joining, which has been a problem in the past, can be solved. If welding is to be eliminated, it will be not affected by the shortage of welding technicians, which has become a problem in recent years, and it will be easy to exhibit high quality while ensuring the homogeneity of the steel frame.
[0041]
Needless to say, the most important thing with respect to load in steel frames is horizontal and vertical materials, and if the conventional idea that expensive H-shaped steel has to be used for them is to be removed, Reductions in input and active use of mass-produced products and ready-made products can be expected, and in this respect, significant cost reductions can be expected. This differs from the case of using back-to-back materials for braces, which is based on the unique idea of using the main structural material as a back-to-back product, which significantly improves not only the cost but also the convenience of construction.
[0042]
In addition, the frame part is merged with an existing building and buried or close to it, but the brace is a member that crosses the frame, and if it is a back-to-back product, the appearance is impaired. Therefore, as shown in FIG. 1, if a brace having a cylindrical body having a good appearance is joined by a smart clevis joint for pin joining, or a rigid joint type, a cross joint described later improves the appearance.
[0043]
In any case, it can be said that it is based on the knowledge that the brace that is easy to be seen in the eyes gives a soft impression, and the frame part that is easy to be integrated into the building can be a little lack of aesthetic sense. In the present invention, since the frame material is a back-to-back product, a gusset plate is sandwiched and attached thereto. And although it is based also on not having employ | adopted welding, as shown in the lower left part of FIG. 6 mentioned later, the room which can arrange | position the brace 4 in any location is left.
[0044]
In this respect as well, it is possible to give a large degree of freedom with respect to the position of the gusset plate and the length of the brace, and it is possible to give a high flexibility to the design, which is convenient. In addition, bolt tightening contributes greatly in terms of simplification of work, release from high-precision machining, and simplification of assembly work. Can promote dissemination.
[0045]
Although the moment does not work when pinned, the gusset plate tends to be thick because it concentrates on one point. In the example of FIG. 1, three gusset plates 7 are required per frame, and two gusset plates 7 are required in the case of the diagonal arrangement of FIG. 4, but the gusset plates are not located at the corners where the horizontal material and the vertical material need to be joined. In this case, a bonding plate (spacer / connector plate) 12 having the same thickness may be prepared. The gusset plate may be a simple single plate and can be made from the same plate material together with the joining plate.
[0046]
That is, it means that it is only necessary to prepare a grooved steel and a flat steel plate as members constituting the frame, and this reduces the size and type of steel materials that must be purchased as much as possible. For example, it is not necessary to prepare various steel materials for manufacturing brackets having various shapes as described in JP-A-2002-146905 and the like, and to manufacture individual members therefrom. Therefore, the number of high-strength bolts for fixing the gusset plate to the frame is also greatly reduced, which in turn helps to reduce the amount of bolt fastening work.
[0047]
When the fixing form of the gusset plate to the frame is simplified, the transmission of the force exchanged with the brace is also simplified as compared with the case where the stiffener is attached. The contribution rate as a structural material is increased, and a steel frame with reduced waste can be manufactured.
[0048]
In addition, it is preferable to raise the integrity as a member by press-fitting mortar into the facing gap between the horizontal material and the vertical material to be back-to-back. Whether this is internally attached or externally described later (see (e) of FIG. 2), is it naturally filled when the non-shrink mortar 55 or the like is applied to the casing 56? If the filling operation is performed at the same time, it does not cause a particularly large work load.
[0049]
Incidentally, in the horizontal member, the vertical member, the gusset plate, and the spacer / connector plate, a screw is not engraved in the hole through which the high-strength bolt is inserted, and the nut is fixed. Therefore, the bolt insertion hole has a size with some margin with respect to the screw diameter. Joining with high-strength bolts is intended only to achieve frictional joining, but the slight margin of this hole not only reduces the labor of insertion work during joining, but also leaves unwanted use as in welding. This has the effect of avoiding the generation of stress, and is also convenient because it facilitates the familiarity of the members.
[0050]
By the way, in the example shown in FIG. 2A, the engagement state at the time of joining is stabilized by sticking the disks 13 and 13 to the clevis seating surface of the gusset plate 7. Even if distortion remains due to integration by welding, this portion is handled as a single item until it is bolted, and can be corrected by post-processing. The present invention does not intend to eliminate welding up to this portion, and considerations for suppressing the weight increase of the gusset plate, thickening of the bearing surface of the base material, and the like may be performed by appropriate means.
[0051]
In the above example, the example in which the grooved steel is used as the back-to-back product has been described. However, the present invention is not limited to this, and the angle steel 9A shown in (c) and (d) of FIG. Absent. Any shape steel that can be back-to-back can be used, and a cheap rolled steel material such as a standard product is sufficient. In any case, the work to be applied to the steel material is only a primary process such as cutting, drilling, friction surface treatment, and painting, and labor and post-treatment such as welding are not necessary. In this way, it can be said that applying the grooved steel or the like to the horizontal member or the vertical member forming the frame places a stone on the fact that the use of H-section steel is a general recommended standard.
[0052]
FIG. 4 shows an example of a steel frame provided with braces 4A arranged diagonally instead of V-shaped braces. Even in this case, in theory, there is no difference from the case of FIG. Incidentally, this figure is an example in which the ends of the horizontal member 1 and the vertical member 2 are cut off at about 45 degrees, and the cross members of both members are abutted diagonally. In this way, in the case of the internal attachment, there is an advantage that the filling mortar can be prevented from leaking without actively closing the small mouth in joining with the housing.
[0053]
FIG. 5 shows an example in which a brace 16 employing a cross joint 15 is incorporated. After the joint having a cross-section is arranged between the gusset plates 7A and 7A as shown on the left side, the contact plate 17 is overlapped on the joint surface as shown on the right side and is secured by the high-strength bolts 8. Also in this example, it is safe to cross the crossing portions diagonally as shown in FIG.
[0054]
When using a cruciform joint, a thinner gusset plate can be used as compared with a clevis joint. In this case, a thin spacer / connector plate 12A can be used. As can be seen, the gusset plate is sandwiched between the frame members, so that the gusset plate can be changed with a little change in thickness or thickness, making it possible to engage with braces, such as clevis joints and high-strength bolt joints. The response can be easily changed.
[0055]
FIG. 6 shows an example in the case of external construction. In that case, the members are often assembled one by one. If there is a plaza in front of the building, it is possible to make a framework of several floors on the ground and build it up. In addition, when the horizontal member 1A is passed through to the left and right as shown in this figure, the vertical member 2A is short for each section. Although not shown, if the vertical member is lengthened, the horizontal member becomes a unit of section. In any case, the spacer / connector plate 12 is used at the intersection of the horizontal member 1 and the vertical member 2, and the gusset plate / connector plate 14 is used when the brace 4 is attached to that portion.
[0056]
Of course, the gusset plate (including the gusset plate / connector plate) and the spacer / connector plate are not made independent in one section, but needless to say, the shape is designed to ensure continuity with the left and right and upper and lower sections. . Note that it is sufficient to prepare a limited number of gusset plates, gusset plates / connector plates, etc., regardless of whether the horizontal material or the vertical material is long.
[0057]
The attachment structure to the case when externally attached is substantially the same as the case of internal attachment with a different direction, and as shown in FIG. 2 (e), between the frame 3 and the wall surface of the case 56. Non-shrinking mortar 55 is placed with various connecting materials. As described above, whether it is pin joint or high-strength bolt joint (cross joint), there is no effect on the frame. Therefore, the frame can be used in common only by changing the gusset plate. The only difference is the thickness of the gusset plates, except that the number and position of the gussets are slightly different.
[0058]
The present invention also provides a seismic reinforcement by a steel frame in which a three-layered portion formed with a gusset plate interposed therebetween is friction-joined with a high-strength bolt, and a horizontal member and a vertical member each consisting of two members are joined via a gusset plate. Since it is also a construction method, the function of the frame member (horizontal material / vertical material) as a connector can be exerted on the gusset plate for incorporating the brace into the steel frame. Therefore, it is not necessary or necessary to introduce special parts for frame fastening, and a strong steel frame can be formed with few parts.
[0059]
By the way, when channel steel is used for a horizontal material and a vertical material, it can also be set as a form which does not make it back-to-back, as shown in FIG. That is, the grooved steel 21 is adopted as each of the horizontal member 1 and the vertical member 2, the abdomen face is faced to the outer wall surface of the existing building, and the gusset plate 7 and the coupling plate 12 are fixed to the back side. .
[0060]
More specifically, the presence of the steel frame is conspicuous so that the flatness of the outer surface of the web is conspicuous by turning the back of the grooved steel 21 composed of the upper and lower flanges 21f and 21f and the web 21w connecting the flanges 21f and 21f outward. This is what you want to lose. In the example of FIG. 7, the gusset plate 7 is superimposed on the connecting portion of the horizontal member 1 and the vertical member 2 and the central portion of the horizontal member 1 from the outside and fixed by the high-strength bolts 8. Compared with FIG. 1 etc. where the flange protrudes, the familiarity with the housing side is improved in appearance.
[0061]
The gusset plate 7 will appear on the outer surface, and therefore it will appear as if the brace is slightly protruding from the steel frame surface. The presence of braces will be emphasized somewhat, but apart from its good and bad aesthetics, it will form a structure that is quite reasonable mechanically. In other words, the axial force acting on the brace is transmitted to the horizontal member and the vertical member through the gusset plate, but the gusset plate takes a very convenient form in that it is located at or near the shearing center of the channel steel.
[0062]
If the compression side brace reaches the maximum yield strength at the intersection of the horizontal material and the brace due to an earthquake or the like, the tensile strength of the tension side brace will increase after that, resulting in a shearing force on the horizontal material. When a single channel steel is adopted as the horizontal member, this shearing force is accompanied by generation of torsion in the asymmetric channel steel. However, in the present invention, when an axial force acts on the brace 4 via the gusset plate 7 and a shearing force acts on the horizontal member, the center of the force is located at or near the shearing center of the channel steel. It is possible to develop a practically very useful behavior that the generation of moment is suppressed.
[0063]
In this way, if the gusset plate is fixed to the back surface of the channel steel, the frame can be formed by only the channel steel and in a small quantity. Needless to say, since the ready-made channel steel is an inexpensive steel material, the construction cost is greatly reduced. It is possible to dramatically improve the durability of low-priced materials that have been regarded as unusable. Although depending on the degree of reinforcement, two angle members may be abutted (not shown) and combined to obtain a cross-sectional shape equivalent to that of a grooved steel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a typical example of a steel frame seismic reinforcement structure according to the present invention.
FIGS. 2A to 2D are explanatory views of a locked state by three-layering a member constituting a frame and a gusset plate, and FIG. 2E is a cross-sectional view showing a fixed state of a housing when externally attached.
FIG. 3 is an exploded view in which the components of the steel frame are drawn separately.
FIG. 4 is a front view when braces are arranged diagonally.
FIG. 5 is a front view of a steel frame that employs a joint with a cross joint.
FIG. 6 is a front view in the case of externally connecting a hierarchy.
FIG. 7 is a front view of an external steel frame attached with a gusset plate with the rear surface of the channel steel facing outside, and a view in the other direction of each part.
FIG. 8 is a front view of an internal steel frame having a welding structure according to the prior art.
FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams of a state in which the housing is fixed when attached internally, and FIGS. 9B and 9C are cross-sectional views of a gusset plate mounting portion showing the positions and shapes of stiffeners and groove portions. FIGS.
FIG. 10 is an exploded structural view of a welded steel frame.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Horizontal material, 2, 2A ... Vertical material, 3 ... Frame, 4, 4A ... Brace, 5, 5A ... Steel frame, 7, 7A ... Gusset plate, 8 ... High strength bolt, 9 ... Channel steel, 9A ... Angle steel, 10 ... Bolt insertion hole, 14 ... Gusset plate / connector plate, 16 ... Brace, 21 ... Channel steel, 21f ... Flange, 21w ... Web.

Claims

水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に取り付けることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強構造において、
前記ブレースを取り付けるためのガセットプレートには、水平材、鉛直材もしくはその両方にボルト付けするための多数のボルト挿通孔が備えられ、
前記水平材および鉛直材のそれぞれは、前記ガセットプレートを挟み付けるべく背中合わせとした二つの形鋼で形成され、
前記ガセットプレートは、前記二つの形鋼との三つ重ね状態で高力ボルトによる摩擦接合によって固定され、
水平材、鉛直材、ブレース、ガセットプレートを含んだ鉄骨フレームには、これら部材相互の接合のために溶接が使用されていないことを特徴とする鉄骨フレーム耐震補強構造。In the steel frame seismic reinforcement structure, which can be seismically strengthened by attaching a steel frame in which braces are incorporated into a frame formed by surrounding a horizontal material and a vertical material to an existing building,
The gusset plate for attaching the brace is provided with a number of bolt insertion holes for bolting to a horizontal member, a vertical member or both,
Each of the horizontal member and the vertical member is formed of two shaped steels that are back to back to sandwich the gusset plate,
The gusset plate is fixed by friction bonding with a high-strength bolt in a three-layered state with the two shape steels,
A steel frame seismic reinforcement structure characterized in that welding is not used for joining the members to the steel frame including horizontal members, vertical members, braces, and gusset plates.

水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に取り付けることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強工法において、
背中合わせすることができる二つの形鋼で形成された水平材や鉛直材に、平鋼板で製作されたガセットプレートを挟んで三つ重ねとし、その重ね部において高力ボルトにより摩擦接合し、ブレースを取り付けるためのガセットプレートを介しそれぞれ二部材からなる水平材と鉛直材とを結合させて鉄骨フレームを形成するようにしたことを特徴とする鉄骨フレームによる耐震補強工法。In the steel frame seismic retrofitting method, which can be seismically reinforced by attaching a steel frame with braces incorporated into a frame formed by enclosing it with horizontal and vertical members,
A horizontal or vertical material made of two shape steels that can be back-to-back, and a gusset plate made of flat steel plate, sandwiched in three layers, and friction bonded with high-strength bolts at the overlapped part, braces An anti-seismic reinforcement method using a steel frame characterized in that a steel frame is formed by joining a horizontal member and a vertical member each consisting of two members via a gusset plate for attachment.

水平材と鉛直材とで囲んで形成される枠組にブレースが組み込まれた鉄骨フレームを既存建物に外付けすることにより、耐震補強できるようにした鉄骨フレーム耐震補強工法において、
上下のフランジとそれを繋ぐウエブからなる溝形鋼の腹面を既存建物外壁面に対面させ、該溝形鋼の背面を外側にして水平材と鉛直材からなる鉄骨フレームを形成し、該両部材の繋ぎ部分の背面側であって該溝形鋼の剪断中心もしくはその近傍に平鋼板製のガセットプレートを配置し、その重ね部において高力ボルトにより摩擦接合し、ブレースを取り付けるためのガセットプレートを介しそれぞれ一部材からなる水平材と鉛直材とを結合させて鉄骨フレームを形成するようにしたことを特徴とする鉄骨フレームによる耐震補強工法。In the steel frame seismic reinforcement method, which can be seismically strengthened by externally attaching a steel frame with braces incorporated in a frame formed by surrounding a horizontal material and a vertical material to an existing building,
Form the steel frame consisting of horizontal and vertical materials with the abdominal surface of the grooved steel consisting of the upper and lower flanges and the web connecting them facing the outer wall of the existing building, with the back of the channeled steel facing outward, A gusset plate made of a flat steel plate is arranged on the back side of the connecting portion of the grooved steel at or near the shear center of the channel steel, and a gusset plate for attaching a brace by frictional joining with a high-strength bolt at the overlapped portion. An anti-seismic reinforcement method using a steel frame characterized in that a horizontal frame and a vertical material each consisting of a single member are combined to form a steel frame.