JP2004169298A - 柱と梁の接合構造、柱と梁の接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】梁端フランジにボルト穴による断面欠損がなく、かつ、柱に接合される梁のスパンが大きく変化してもそれに対応して梁の耐力を調整することが可能な柱と梁の接合構造を提供する。
【解決手段】鋼管柱１０の外周にダイアフラム４，５を溶接し、該ダイアフラム４，５に鉄骨梁２の端部のフランジ２ａ，２ｂを溶接してなる柱と梁の接合構造において、鉄骨梁２の端部の下フランジ２ｂの下面に鉛直リブ材８を溶接して鉛直ハンチを設け、この鉛直ハンチを下側のダイアフラム４に溶接した。鉛直ハンチに代えて、鉄骨梁２のフランジ２ａ，２ｂに水平リブ板を溶接して水平ハンチを設けてもよい。
【選択図】 図１
【解決手段】鋼管柱１０の外周にダイアフラム４，５を溶接し、該ダイアフラム４，５に鉄骨梁２の端部のフランジ２ａ，２ｂを溶接してなる柱と梁の接合構造において、鉄骨梁２の端部の下フランジ２ｂの下面に鉛直リブ材８を溶接して鉛直ハンチを設け、この鉛直ハンチを下側のダイアフラム４に溶接した。鉛直ハンチに代えて、鉄骨梁２のフランジ２ａ，２ｂに水平リブ板を溶接して水平ハンチを設けてもよい。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨の柱と梁の接合構造および接合方法に係り、特に、外ダイアフラム構造を用いた柱と梁の接合構造および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨の柱と梁の接合構造として、柱を分断することなく柱の外周に上下２枚のダイアフラムを溶接し、このダイアフラムに鉄骨梁端部を接合する外ダイアフラム構造が知られている。例えば、特許文献１に開示される柱と梁の接合構造では、柱の断面外径と略同形状の貫通穴を有する単板の上下ダイアフラムに柱を挿通してこれらダイアフラムを柱に溶接する。そして、鉄骨梁端部の下フランジは下側のダイアフラムに載置してボルト接合し、鉄骨梁端部の上フランジはダイアフラムと干渉しないように切り欠いたうえで、上フランジとダイアフラムとの間に跨って設置されたスプライスプレートを介してボルト接合している。
【０００３】
かかる構成によれば、梁端部がダイアフラムで補強されることにより、塑性ヒンジの発生位置が梁中央部側へ寄った位置（梁とスプライスプレートとの接合部の最も梁中央側の位置）となるため、地震等による荷重が梁に作用した場合に梁端溶接部で破断することが防止される。また、ダイアフラムが単一板で構成されることで応力がダイアフラム内で分散するため、梁端における破断は一層生じ難くなる。このように、特許文献１に開示される柱と梁の接合構造によれば、梁へ作用する外部荷重に対する耐力を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９６７０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示される構成でも、以下に述べるように改良の余地があった。先ず、ダイアフラムと梁とがボルトで接合されているため、ボルト孔の分だけ断面が欠損することとなり、断面効率が低くなる。また、柱仕口部で直交する梁のスパンが互いに異なり、それらスパンの相違に応じて梁の耐力を調整する必要がある場合にも、上下ダイアフラムとの取り合いの関係上スパン毎に梁成を変えることはできない。このため、梁フランジの幅や厚さで耐力を調整せざるを得ず、スパンが大きく異なる場合には対応することができない。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、梁端フランジにボルト穴による断面欠損をなくすことができると共に、柱に接合される梁のスパンが異なる場合にも、それらの梁端における梁成を一致させてダイアフラムとの取り合いを確保しながら、スパンに応じて梁の耐力を調整することが可能な柱と梁の接合構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、鋼管柱に、フランジおよびウエブを備えてなる鉄骨梁を接合するようにした柱梁仕口部において、前記鋼管柱の断面外形と略同形状の貫通孔を有し一部材からなるダイアフラムを前記鋼管柱に挿通し、該鋼管柱に該ダイアフラムを断続溶接または部分熔込み溶接し、該ダイアフラムに前記鉄骨梁のフランジを前記ダイアフラムに接合してなる柱と梁の接合構造であって、前記鉄骨梁の端部にそのフランジ幅または梁成の少なくとも何れかを拡大するハンチが設けられ、このハンチが前記ダイアフラムに溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、梁端部にハンチ部が設けられるので、梁端部における耐力が向上する。そして、耐力の大きさはハンチ部の寸法によって変化する。したがって、柱に接合される梁のスパンが異なって、梁端に必要な耐力が梁によって異なる場合にも、各梁の梁端における梁成を一致させてダイアフラムとの取り合いを確保しつつ、ハンチ部の寸法により梁端の耐力を必要な大きさに調整することができる。また、ダイアフラムと鉄骨梁のフランジとがボルト接合ではなく溶接されるので、ボルト孔に断面欠損も発生しない。
【０００９】
また、請求項２に記載された発明は、請求項１記載の柱と梁の接合構造において、前記ハンチは、前記鉄骨梁の端部の梁成を拡大する鉛直ハンチであることを特徴とする。このように、梁端部に設けるハンチを鉛直ハンチとすることにより、梁端部における耐力を効果的に向上させることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載された発明は、請求項２記載の柱と梁の接合構造において、前記ハンチは、Ｈ型鋼をそのウエブで切断してなる断面がＴ型のリブ部材を、逆Ｔ字型の状態で前記鉄骨梁の下フランジの下側に溶接されて構成されていることを特徴とする。このように既成品であるＨ型鋼を切断したリブ材を溶接して鉛直ハンチを設けることにより、ハンチの製作コストを抑えることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載された発明は、請求項３記載の柱と梁の接合構造において、前記リブ部材の、前記鋼管柱に接合される側とは反対側の端部に、鉛直方向に対して傾斜した斜部が形成されており、該斜部にはフランジが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載された発明は、請求項１記載の柱と梁の接合構造において、前記ハンチは、前記鉄骨梁の上フランジおよび下フランジの少なくとも一方のフランジ幅を拡大する水平ハンチであることを特徴とする。このように、梁端部に設けるハンチを水平ハンチとすることにより、梁端部においてハンチが下に出っ張ることがなくなるため、十分な階高がとれない建物への適用が可能となる。
【００１３】
また、請求項６に記載された発明は、請求項１記載の柱と梁の接合構造において、前記鉄骨梁の上フランジに梁端部のフランジ幅を拡大する水平ハンチが設けられ、下フランジの下側に梁端部の梁成を拡大する鉛直ハンチが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載された発明は、同じ鋼管柱の同じ高さに接合される複数の鉄骨梁のうちの一つまたは複数の鉄骨梁と前記鋼管柱とが、夫々、請求項２〜６のうち何れか１項記載の接合構造により接合されていることを特徴とする。このようにすれば、鋼管柱に接合される各鉄骨梁のスパンが異なっている場合に、スパンに応じて鉄骨梁と鋼管柱との接合形態を変えることで、梁成を一定に保ちつつ、梁端部の耐力をより柔軟に調整することができる。
【００１５】
また、請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のうち何れか１項記載の柱と梁の接合構造において、前記ダイアフラムにガセットが溶接されており、このガセットが前記鉄骨梁のウエブにボルト接合されていることを特徴とする。このように、ダイアフラムに溶接したガセットを鉄骨梁のウエブにボルト接合することで、梁端における耐力を更に向上させることができる。
【００１６】
また、請求項９に記載された発明は、鋼管柱に、フランジおよびウエブを備えてなる鉄骨梁を接合するようにした柱梁仕口部において、前記鋼管柱の断面外形と略同形状の貫通孔を有し一部材からなるダイアフラムを前記鋼管柱に挿通し、該鋼管柱に該ダイアフラムを断続溶接または部分熔込み溶接し、該ダイアフラムに前記鉄骨梁のフランジを前記ダイアフラムに接合する柱と梁の接合方法であって、予め前記鋼管柱に前記ダイアフラムを挿通して溶接しておくと共に、前記鉄骨梁のフランジの梁端部にそのフランジ幅または梁成を拡大するハンチを設けておき、これら鋼管柱および鉄骨梁を工事現場へ搬入して、前記ダイアフラムと前記ハンチとを溶接することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である柱と梁の接合構造１０を示す斜視図であり、図２は、接合構造１０の正面図である。また、図３は、接合構造１０を柱と梁とに分離して示す分解図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態の接合構造１０は、鋼管柱１と鉄骨梁２とを接合する。鋼管柱１は角柱状の鋼管により構成されており、その外周面には２枚のダイアフラム４，５が溶接されている。ダイアフラム４，５は、その中央部に鋼管柱１の断面外径とほぼ同形状の貫通孔４ａ，５ａを有する単一の板材により構成されている。このダイアフラム４，５の貫通孔４ａ，５ａに鋼管柱１が挿通され、貫通孔４ａ，５ａの内周と、鋼管柱１の外周面とが全周にわたって断続溶接または部分熔込み溶接されることにより互いに接合されている。
【００１９】
２枚のダイアフラム４，５の間には、ガセット６およびガゼット板７およびが設けられている。ガセット６は、鋼管柱１の外周の各面に対応して４個、それら各面に略垂直の状態で溶接されていると共に、上下両端部においてダイアフラム４，５に溶接されている。各ガセット６には、鉄骨梁２側へ突出したボルト締め部６ａが設けられている。後述するように、このボルト締め部６ａは鉄骨梁２の上下フランジの間に収まる寸法に構成されており、ボルト締め部６ａに設けられたボルト孔６ｂにより鉄骨梁２のウエブにボルト接合されるようになっている。
【００２０】
一方、鉄骨梁２は、上下フランジ２ａ，２ｂとウエブ２ｃとからなるＨ形鋼により構成されている。鉄骨梁２の梁端部には、鉛直リブ材８が溶接されることにより鉛直ハンチが設けられている。鉛直リブ材８は、図４に示すように、フランジ２０ａとウエブ２０ｂとからなる圧延製造された既成のＨ型鋼２０を、ウエブ２０ｂで切断することにより構成されたＴ字型断面を有する部材である。鉛直リブ材８は、そのフランジ８ａが下側となる逆Ｔ字型の状態で、鉄骨梁２の下フランジ２ｂの下面に溶接されている。また、鉄骨梁２のウエブ２ｃの梁端部には、上記したガセット６のボルト締め部６ａとボルト接合するためのボルト孔２ｄが設けられている。
【００２１】
なお、本実施形態では、図４に示すように、Ｈ型鋼２０を２本の直線ＡおよびＢで切断している。直線Ａはフランジ２０ａに対して傾斜し、直線Ｂは直線Ａよりも更に大きく傾斜している。したがって、鉛直リブ材８が鉄骨梁２に溶接された状態で、鉛直リブ材８のフランジ８ａの下辺が鉄骨梁２に対して僅かに傾斜し、また、鋼管柱１とは反対側の端部に斜部８ｂが形成される。本実施形態では、この斜部８ｂに、フランジ８ａに対して略垂直な板材８ｃを溶接等により接合することでフランジ部を設けている。
【００２２】
上述のように鉛直リブ材８に斜部８ｂが形成されることで、鉛直リブ材８の端部でその高さが徐々に変化するようになり、不連続的な寸法変化に起因する応力集中が生じないようになっている。また、直線Ａが傾斜していることで、１個のＨ型鋼から製作される２つの鉛直リブ材８の梁端側の高さを別々に設定することができる。例えば、図４の例では、一方の鉛直リブ材８の梁端側の高さをｈ１、他方の鉛直リブ材８の梁端側の高さをｈ２としている。後述するように、鉛直リブ材８の梁端側の高さは、梁のスパンに応じて調節する必要があるが、その場合にも、斜めの直線ＡでＨ型鋼２０を切断するだけで、梁端部の高さの異なる２つの鉛直リブ材８を製作できることとなり、切断作業の手間が少なくて済む。
【００２３】
再び図１〜図３を参照すると、鋼管柱１側のダイアフラム４，５は、それらの間隔が、鉄骨梁２の梁端における梁成（すなわち、上フランジ２ａと、鉛直リブ材８のフランジ８ａとの間隔）に等しくなるように鋼管柱１に溶接されている。また、ガセット６のボルト締め部６ａの高さは、鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂの間隔よりやや小さな寸法に設定されている。そして、ガセット６のボルト締め部６ａが鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂの間に収まった状態でウエブ２ｃにボルト締めされ、さらに、ダイアフラム４，５が夫々鉄骨梁２の上フランジ２ａおよび鉛直リブ材８のフランジ８ａと突き合わされて溶接されることで、鋼管柱１と鉄骨梁２とが接合されている。
【００２４】
鋼管柱１へダイアフラム４，５を接合する手順は次の通りである。すなわち、予め２枚のダイアフラム４，５を所定の間隔を保ちながら両者間にガセット６を溶接することにより、ダイアフラムユニット９（図３を参照）を製作しておく。そして、ダイアフラム４，５の中央の貫通孔４ａ，５ａに鋼管柱１を挿通させ、ダイアフラムユニット９を鋼管柱１に対して所定位置に位置決めしたうえで、ダイアフラム４，５およびガセット６を鋼管柱１に溶接する。以上のようなダイアフラムユニット９の組み立ておよび鋼管柱１への取り付けの作業は工場で行っておく。同様に、鉄骨梁２についても予め工場で鉛直リブ材８を溶接しておく。そして、これら鋼管柱１および鉄骨梁２を工事現場へ搬入し、ガセット６と鉄骨梁２のウエブ２ｃとをボルト締めした後、ダイアフラム４，５とフランジ２ａ，２ｂとの溶接を行う。このように、工事現場では、ガセット６と鉄骨梁２のウエブ２ｃとのボルト締めおよびダイアフラム４，５とフランジ２ａ，２ｂとの溶接を行うだけで、鋼管柱１と鉄骨梁２とを接合することができる。したがって、工事現場での作業を簡単化でき、工期短縮およびコストダウンを図ることが可能となる。
【００２５】
以上説明した柱と梁の接合構造１０によれば、鉄骨梁２の梁端に鉛直リブ材８が溶接されて鉛直ハンチが設けられることにより梁端部が補強される。このため、鉄骨梁２に地震等による荷重が作用した場合に塑性ヒンジの発生位置が梁端溶接部から梁中央側へ寄った位置となり、これにより、梁端部における耐力を向上させることができる。また、鉛直ハンチが設けられることで、梁の剛性が向上するので、地震等の外力が作用した場合の架構の水平変形を小さく抑えることができる。
【００２６】
さらに、鉄骨梁２のフランジ２ａ，２ｂとダイアフラム４，５との接合は溶接によって行われるので、フランジとダイアフラムとをボルト接合する場合のようにボルト孔による断面欠損が生ずることがない。このため、梁端部の耐力をボルト接合の場合に比べて向上させることができる。
【００２７】
また、鉄骨梁２の梁端部の下フランジ２ｂに鉛直リブ材８を接合する構成であるため、梁端における梁成は、鉄骨梁２の梁成に鉛直リブ材８の高さを加えた寸法となる。このため、鋼管柱１に接合される梁のスパンが異なり、それに応じて、鉄骨梁２の梁成が異なる場合にも、各スパンの鉛直リブ材８の高さを梁端における梁成が互いに一致するように調整することで、ダイアフラム４，５との取り合いを確保して突き合わせ溶接を行うことができる。
【００２８】
また、鉛直リブ材８は廉価な既成のＨ型鋼を切断するだけで製作できるため、製作コストを抑えることができる。特に、本実施形態では、図４を参照して述べたように、Ｈ型鋼２０のウエブを斜めの直線Ａで切断することで、所望の梁端寸法を有する２つの鉛直リブ材８を製作できるため、製作コストは更に小さくなる。
【００２９】
また、上述のように、フランジとダイアフラムとの接合にボルトを用いない分だけ鋼材の使用量を抑えることができ、その点でも、コストの低減を図ることができる。
【００３０】
また、梁端部において鉄骨梁２の下フランジ２ｂがウエブ２ｃを補剛する機能を持つ。このため、ウエブ２ｃが座屈によって側方にはらみ出そうとした場合に、そのはらみ出しを最小限に抑えることができ、これにより、ウエブ２ｃの座屈耐力を向上させることができる。
【００３１】
図５〜図８は、本実施形態の接合構造１０の各種変形例を示す。図５は、鉛直リブ材８の上下を平行にしたものであり、図６は、さらに、鉛直リブ材８の斜線部８ｂを省略して長方形状の鉛直ハンチとしたものである。また、図７は、鉛直リブ材８を三角形状にしたものである。さらに、図８は、上記実施形態および各変形例のように鉄骨梁２に鉛直リブ材８を溶接してハンチを設けるのではなく、鉄骨梁２自体を、そのウエブ２ｃの高さが梁端部で次第に大きくなるように形成することにより鉛直ハンチを設けたものである。このように、鉄骨梁２の梁端部に鉛直ハンチを設ける構成として、様々な変形例が考えられ、それらは全て本発明の範囲に含まれる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図９は、本実施形態の柱と梁の接合構造１００を示す斜視図であり、図１０は、接合構造１０の平面図である。また、図１１は、接合構造１００を柱と梁とに分離して示す分解図である。なお、図９〜図１１において、上記第１実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図９〜図１１に示すように、本実施形態では、鉄骨梁２の梁端部の上下フランジ２ａ，２ｂの両側に、台形状の板材からなる水平リブ板１０２を溶接することにより水平ハンチを設けている。また、鋼管柱１側のダイアフラム４，５は、それらの間隔が鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂの間隔に等しくなるように鋼管柱１に溶接される。
【００３４】
本実施形態でも、上記第１の実施形態と同様に、梁端部に水平ハンチが設けられることで、塑性ヒンジの発生位置が梁端溶接部から梁中央側へ寄った位置となることにより梁端部における耐力が向上する。また、水平ハンチにより梁剛性も向上するので、地震時における水平変形も抑えることができる。
【００３５】
また、本実施形態のように水平ハンチを設けた構成では、その水平リブ板１０２の幅が大きいほど、鉄骨梁２の梁端部における耐力も大きくなる。したがって、鋼管柱１２に接合される梁のスパンが異なる場合に、スパンが大きい鉄骨梁２ほど幅の大きな水平リブ板１０２を設けることにより、鋼管柱１に接合される鉄骨梁２の梁成を互いに一致させつつ、各スパンに応じて必要な耐力を確保することができる。これにより、異なるスパンの鉄骨梁２が鋼管柱１に接合される場合にも、各鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂおよびそれらに溶接された水平リブ板１０２を、鋼管柱１側のダイアフラム４，５に突き合わせて溶接することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、水平リブ板１０２で梁端の耐力を向上させる構成であるため、梁成は梁の全長に亘り一定である。したがって、梁端部が下方に突出して室内を圧迫することがないため、本実施形態の構成は、階高があまり大きくとれない一般のビルやマンション等の建物への適用に適している。
【００３７】
図１２〜図１４は、本実施形態の変形例を示す。図１２では、水平リブ板１０２の形状を向きの異なる台形に変更し、また、図１３では、水平リブ板１０２の形状を五角形としている。また、図１４では、鉄骨梁２をその上下フランジ２ａ，２ｂの幅が梁端部において拡がるように形成することにより水平ハンチを設けている。このように、水平ハンチの構成についても種々の変形例が考えられ、これらは全て本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
なお、上記第１の実施形態では鉛直ハンチを設ける構成を、また、上記第２の実施形態では水平ハンチを設ける構成を、それぞれ説明したが、両者を組み合わせた構成も本発明の範囲に含まれる。例えば、鉄骨梁２の上フランジ２ａに水平ハンチを設け、下フランジ２ｂに鉛直ハンチを設ける構成や、同じ鋼管柱１に接合される複数本の梁のうち一部に鉛直ハンチを設け、他の梁に水平ハンチを設ける構成や、複数本の梁のうち一部の梁にのみ水平ハンチまたは鉛直ハンチを設ける構成等である。すなわち、鋼管柱１に４本の鉄骨梁２が接合される場合、鉄骨梁２の計４個の上フランジ２ａの夫々については水平ハンチを設けるか設けないかの２通りの接合形態があり、計４個の下フランジ２ｂについては、水平ハンチを設けるか、鉛直ハンチを設けるか、ハンチを設けないかの３通りがあるが、それらの任意の組み合わせを用いることができる。したがって、鋼管柱１に接合される各鉄骨梁２のスパンが異なっている場合にも、各鉄骨梁２の各フランジ２ａ，２ｂ毎にハンチの形態やハンチの有無を選択することで、梁成を一定に保ちつつ、スパンに応じて梁端部に必要とされる耐力をより柔軟に調整することができ、鋼管柱に接合される梁のスパンが広範囲で変化する場合にも対応可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、梁端フランジにボルト穴による断面欠損をなくすことができると共に、柱に接合される梁のスパンが異なる場合にも、それらの梁端における梁成を一致させてダイアフラムとの取り合いを確保しながら、スパンに応じて梁の耐力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である柱と梁の接合構造を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の接合構造の正面図である。
【図３】本実施形態の接合構造を柱と梁とに分離して示す分解図である。
【図４】鉛直リブ材の製作方法を示す図である。
【図５】本実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図６】本実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図７】本実施形態の第３の変形例を示す図である。
【図８】本実施形態の第４の変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態である柱と梁の接合構造を示す斜視図である。
【図１０】本実施形態の接合構造の平面図である。
【図１１】本実施形態の接合構造を柱と梁とに分離して示す分解図である。
【図１２】本実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図１３】本実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図１４】本実施形態の第３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０，１００ 接合構造
１ 鋼管柱
２ 鉄骨梁
２ａ 上フランジ
２ｂ 下フランジ
２ｃ ウエブ
４，５ ダイアフラム
６ ガセット
８ 鉛直リブ材
２０ Ｈ型鋼
１０２ 水平リブ板
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨の柱と梁の接合構造および接合方法に係り、特に、外ダイアフラム構造を用いた柱と梁の接合構造および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨の柱と梁の接合構造として、柱を分断することなく柱の外周に上下２枚のダイアフラムを溶接し、このダイアフラムに鉄骨梁端部を接合する外ダイアフラム構造が知られている。例えば、特許文献１に開示される柱と梁の接合構造では、柱の断面外径と略同形状の貫通穴を有する単板の上下ダイアフラムに柱を挿通してこれらダイアフラムを柱に溶接する。そして、鉄骨梁端部の下フランジは下側のダイアフラムに載置してボルト接合し、鉄骨梁端部の上フランジはダイアフラムと干渉しないように切り欠いたうえで、上フランジとダイアフラムとの間に跨って設置されたスプライスプレートを介してボルト接合している。
【０００３】
かかる構成によれば、梁端部がダイアフラムで補強されることにより、塑性ヒンジの発生位置が梁中央部側へ寄った位置（梁とスプライスプレートとの接合部の最も梁中央側の位置）となるため、地震等による荷重が梁に作用した場合に梁端溶接部で破断することが防止される。また、ダイアフラムが単一板で構成されることで応力がダイアフラム内で分散するため、梁端における破断は一層生じ難くなる。このように、特許文献１に開示される柱と梁の接合構造によれば、梁へ作用する外部荷重に対する耐力を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９６７０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示される構成でも、以下に述べるように改良の余地があった。先ず、ダイアフラムと梁とがボルトで接合されているため、ボルト孔の分だけ断面が欠損することとなり、断面効率が低くなる。また、柱仕口部で直交する梁のスパンが互いに異なり、それらスパンの相違に応じて梁の耐力を調整する必要がある場合にも、上下ダイアフラムとの取り合いの関係上スパン毎に梁成を変えることはできない。このため、梁フランジの幅や厚さで耐力を調整せざるを得ず、スパンが大きく異なる場合には対応することができない。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、梁端フランジにボルト穴による断面欠損をなくすことができると共に、柱に接合される梁のスパンが異なる場合にも、それらの梁端における梁成を一致させてダイアフラムとの取り合いを確保しながら、スパンに応じて梁の耐力を調整することが可能な柱と梁の接合構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、鋼管柱に、フランジおよびウエブを備えてなる鉄骨梁を接合するようにした柱梁仕口部において、前記鋼管柱の断面外形と略同形状の貫通孔を有し一部材からなるダイアフラムを前記鋼管柱に挿通し、該鋼管柱に該ダイアフラムを断続溶接または部分熔込み溶接し、該ダイアフラムに前記鉄骨梁のフランジを前記ダイアフラムに接合してなる柱と梁の接合構造であって、前記鉄骨梁の端部にそのフランジ幅または梁成の少なくとも何れかを拡大するハンチが設けられ、このハンチが前記ダイアフラムに溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、梁端部にハンチ部が設けられるので、梁端部における耐力が向上する。そして、耐力の大きさはハンチ部の寸法によって変化する。したがって、柱に接合される梁のスパンが異なって、梁端に必要な耐力が梁によって異なる場合にも、各梁の梁端における梁成を一致させてダイアフラムとの取り合いを確保しつつ、ハンチ部の寸法により梁端の耐力を必要な大きさに調整することができる。また、ダイアフラムと鉄骨梁のフランジとがボルト接合ではなく溶接されるので、ボルト孔に断面欠損も発生しない。
【０００９】
また、請求項２に記載された発明は、請求項１記載の柱と梁の接合構造において、前記ハンチは、前記鉄骨梁の端部の梁成を拡大する鉛直ハンチであることを特徴とする。このように、梁端部に設けるハンチを鉛直ハンチとすることにより、梁端部における耐力を効果的に向上させることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載された発明は、請求項２記載の柱と梁の接合構造において、前記ハンチは、Ｈ型鋼をそのウエブで切断してなる断面がＴ型のリブ部材を、逆Ｔ字型の状態で前記鉄骨梁の下フランジの下側に溶接されて構成されていることを特徴とする。このように既成品であるＨ型鋼を切断したリブ材を溶接して鉛直ハンチを設けることにより、ハンチの製作コストを抑えることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載された発明は、請求項３記載の柱と梁の接合構造において、前記リブ部材の、前記鋼管柱に接合される側とは反対側の端部に、鉛直方向に対して傾斜した斜部が形成されており、該斜部にはフランジが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載された発明は、請求項１記載の柱と梁の接合構造において、前記ハンチは、前記鉄骨梁の上フランジおよび下フランジの少なくとも一方のフランジ幅を拡大する水平ハンチであることを特徴とする。このように、梁端部に設けるハンチを水平ハンチとすることにより、梁端部においてハンチが下に出っ張ることがなくなるため、十分な階高がとれない建物への適用が可能となる。
【００１３】
また、請求項６に記載された発明は、請求項１記載の柱と梁の接合構造において、前記鉄骨梁の上フランジに梁端部のフランジ幅を拡大する水平ハンチが設けられ、下フランジの下側に梁端部の梁成を拡大する鉛直ハンチが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載された発明は、同じ鋼管柱の同じ高さに接合される複数の鉄骨梁のうちの一つまたは複数の鉄骨梁と前記鋼管柱とが、夫々、請求項２〜６のうち何れか１項記載の接合構造により接合されていることを特徴とする。このようにすれば、鋼管柱に接合される各鉄骨梁のスパンが異なっている場合に、スパンに応じて鉄骨梁と鋼管柱との接合形態を変えることで、梁成を一定に保ちつつ、梁端部の耐力をより柔軟に調整することができる。
【００１５】
また、請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のうち何れか１項記載の柱と梁の接合構造において、前記ダイアフラムにガセットが溶接されており、このガセットが前記鉄骨梁のウエブにボルト接合されていることを特徴とする。このように、ダイアフラムに溶接したガセットを鉄骨梁のウエブにボルト接合することで、梁端における耐力を更に向上させることができる。
【００１６】
また、請求項９に記載された発明は、鋼管柱に、フランジおよびウエブを備えてなる鉄骨梁を接合するようにした柱梁仕口部において、前記鋼管柱の断面外形と略同形状の貫通孔を有し一部材からなるダイアフラムを前記鋼管柱に挿通し、該鋼管柱に該ダイアフラムを断続溶接または部分熔込み溶接し、該ダイアフラムに前記鉄骨梁のフランジを前記ダイアフラムに接合する柱と梁の接合方法であって、予め前記鋼管柱に前記ダイアフラムを挿通して溶接しておくと共に、前記鉄骨梁のフランジの梁端部にそのフランジ幅または梁成を拡大するハンチを設けておき、これら鋼管柱および鉄骨梁を工事現場へ搬入して、前記ダイアフラムと前記ハンチとを溶接することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である柱と梁の接合構造１０を示す斜視図であり、図２は、接合構造１０の正面図である。また、図３は、接合構造１０を柱と梁とに分離して示す分解図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態の接合構造１０は、鋼管柱１と鉄骨梁２とを接合する。鋼管柱１は角柱状の鋼管により構成されており、その外周面には２枚のダイアフラム４，５が溶接されている。ダイアフラム４，５は、その中央部に鋼管柱１の断面外径とほぼ同形状の貫通孔４ａ，５ａを有する単一の板材により構成されている。このダイアフラム４，５の貫通孔４ａ，５ａに鋼管柱１が挿通され、貫通孔４ａ，５ａの内周と、鋼管柱１の外周面とが全周にわたって断続溶接または部分熔込み溶接されることにより互いに接合されている。
【００１９】
２枚のダイアフラム４，５の間には、ガセット６およびガゼット板７およびが設けられている。ガセット６は、鋼管柱１の外周の各面に対応して４個、それら各面に略垂直の状態で溶接されていると共に、上下両端部においてダイアフラム４，５に溶接されている。各ガセット６には、鉄骨梁２側へ突出したボルト締め部６ａが設けられている。後述するように、このボルト締め部６ａは鉄骨梁２の上下フランジの間に収まる寸法に構成されており、ボルト締め部６ａに設けられたボルト孔６ｂにより鉄骨梁２のウエブにボルト接合されるようになっている。
【００２０】
一方、鉄骨梁２は、上下フランジ２ａ，２ｂとウエブ２ｃとからなるＨ形鋼により構成されている。鉄骨梁２の梁端部には、鉛直リブ材８が溶接されることにより鉛直ハンチが設けられている。鉛直リブ材８は、図４に示すように、フランジ２０ａとウエブ２０ｂとからなる圧延製造された既成のＨ型鋼２０を、ウエブ２０ｂで切断することにより構成されたＴ字型断面を有する部材である。鉛直リブ材８は、そのフランジ８ａが下側となる逆Ｔ字型の状態で、鉄骨梁２の下フランジ２ｂの下面に溶接されている。また、鉄骨梁２のウエブ２ｃの梁端部には、上記したガセット６のボルト締め部６ａとボルト接合するためのボルト孔２ｄが設けられている。
【００２１】
なお、本実施形態では、図４に示すように、Ｈ型鋼２０を２本の直線ＡおよびＢで切断している。直線Ａはフランジ２０ａに対して傾斜し、直線Ｂは直線Ａよりも更に大きく傾斜している。したがって、鉛直リブ材８が鉄骨梁２に溶接された状態で、鉛直リブ材８のフランジ８ａの下辺が鉄骨梁２に対して僅かに傾斜し、また、鋼管柱１とは反対側の端部に斜部８ｂが形成される。本実施形態では、この斜部８ｂに、フランジ８ａに対して略垂直な板材８ｃを溶接等により接合することでフランジ部を設けている。
【００２２】
上述のように鉛直リブ材８に斜部８ｂが形成されることで、鉛直リブ材８の端部でその高さが徐々に変化するようになり、不連続的な寸法変化に起因する応力集中が生じないようになっている。また、直線Ａが傾斜していることで、１個のＨ型鋼から製作される２つの鉛直リブ材８の梁端側の高さを別々に設定することができる。例えば、図４の例では、一方の鉛直リブ材８の梁端側の高さをｈ１、他方の鉛直リブ材８の梁端側の高さをｈ２としている。後述するように、鉛直リブ材８の梁端側の高さは、梁のスパンに応じて調節する必要があるが、その場合にも、斜めの直線ＡでＨ型鋼２０を切断するだけで、梁端部の高さの異なる２つの鉛直リブ材８を製作できることとなり、切断作業の手間が少なくて済む。
【００２３】
再び図１〜図３を参照すると、鋼管柱１側のダイアフラム４，５は、それらの間隔が、鉄骨梁２の梁端における梁成（すなわち、上フランジ２ａと、鉛直リブ材８のフランジ８ａとの間隔）に等しくなるように鋼管柱１に溶接されている。また、ガセット６のボルト締め部６ａの高さは、鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂの間隔よりやや小さな寸法に設定されている。そして、ガセット６のボルト締め部６ａが鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂの間に収まった状態でウエブ２ｃにボルト締めされ、さらに、ダイアフラム４，５が夫々鉄骨梁２の上フランジ２ａおよび鉛直リブ材８のフランジ８ａと突き合わされて溶接されることで、鋼管柱１と鉄骨梁２とが接合されている。
【００２４】
鋼管柱１へダイアフラム４，５を接合する手順は次の通りである。すなわち、予め２枚のダイアフラム４，５を所定の間隔を保ちながら両者間にガセット６を溶接することにより、ダイアフラムユニット９（図３を参照）を製作しておく。そして、ダイアフラム４，５の中央の貫通孔４ａ，５ａに鋼管柱１を挿通させ、ダイアフラムユニット９を鋼管柱１に対して所定位置に位置決めしたうえで、ダイアフラム４，５およびガセット６を鋼管柱１に溶接する。以上のようなダイアフラムユニット９の組み立ておよび鋼管柱１への取り付けの作業は工場で行っておく。同様に、鉄骨梁２についても予め工場で鉛直リブ材８を溶接しておく。そして、これら鋼管柱１および鉄骨梁２を工事現場へ搬入し、ガセット６と鉄骨梁２のウエブ２ｃとをボルト締めした後、ダイアフラム４，５とフランジ２ａ，２ｂとの溶接を行う。このように、工事現場では、ガセット６と鉄骨梁２のウエブ２ｃとのボルト締めおよびダイアフラム４，５とフランジ２ａ，２ｂとの溶接を行うだけで、鋼管柱１と鉄骨梁２とを接合することができる。したがって、工事現場での作業を簡単化でき、工期短縮およびコストダウンを図ることが可能となる。
【００２５】
以上説明した柱と梁の接合構造１０によれば、鉄骨梁２の梁端に鉛直リブ材８が溶接されて鉛直ハンチが設けられることにより梁端部が補強される。このため、鉄骨梁２に地震等による荷重が作用した場合に塑性ヒンジの発生位置が梁端溶接部から梁中央側へ寄った位置となり、これにより、梁端部における耐力を向上させることができる。また、鉛直ハンチが設けられることで、梁の剛性が向上するので、地震等の外力が作用した場合の架構の水平変形を小さく抑えることができる。
【００２６】
さらに、鉄骨梁２のフランジ２ａ，２ｂとダイアフラム４，５との接合は溶接によって行われるので、フランジとダイアフラムとをボルト接合する場合のようにボルト孔による断面欠損が生ずることがない。このため、梁端部の耐力をボルト接合の場合に比べて向上させることができる。
【００２７】
また、鉄骨梁２の梁端部の下フランジ２ｂに鉛直リブ材８を接合する構成であるため、梁端における梁成は、鉄骨梁２の梁成に鉛直リブ材８の高さを加えた寸法となる。このため、鋼管柱１に接合される梁のスパンが異なり、それに応じて、鉄骨梁２の梁成が異なる場合にも、各スパンの鉛直リブ材８の高さを梁端における梁成が互いに一致するように調整することで、ダイアフラム４，５との取り合いを確保して突き合わせ溶接を行うことができる。
【００２８】
また、鉛直リブ材８は廉価な既成のＨ型鋼を切断するだけで製作できるため、製作コストを抑えることができる。特に、本実施形態では、図４を参照して述べたように、Ｈ型鋼２０のウエブを斜めの直線Ａで切断することで、所望の梁端寸法を有する２つの鉛直リブ材８を製作できるため、製作コストは更に小さくなる。
【００２９】
また、上述のように、フランジとダイアフラムとの接合にボルトを用いない分だけ鋼材の使用量を抑えることができ、その点でも、コストの低減を図ることができる。
【００３０】
また、梁端部において鉄骨梁２の下フランジ２ｂがウエブ２ｃを補剛する機能を持つ。このため、ウエブ２ｃが座屈によって側方にはらみ出そうとした場合に、そのはらみ出しを最小限に抑えることができ、これにより、ウエブ２ｃの座屈耐力を向上させることができる。
【００３１】
図５〜図８は、本実施形態の接合構造１０の各種変形例を示す。図５は、鉛直リブ材８の上下を平行にしたものであり、図６は、さらに、鉛直リブ材８の斜線部８ｂを省略して長方形状の鉛直ハンチとしたものである。また、図７は、鉛直リブ材８を三角形状にしたものである。さらに、図８は、上記実施形態および各変形例のように鉄骨梁２に鉛直リブ材８を溶接してハンチを設けるのではなく、鉄骨梁２自体を、そのウエブ２ｃの高さが梁端部で次第に大きくなるように形成することにより鉛直ハンチを設けたものである。このように、鉄骨梁２の梁端部に鉛直ハンチを設ける構成として、様々な変形例が考えられ、それらは全て本発明の範囲に含まれる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図９は、本実施形態の柱と梁の接合構造１００を示す斜視図であり、図１０は、接合構造１０の平面図である。また、図１１は、接合構造１００を柱と梁とに分離して示す分解図である。なお、図９〜図１１において、上記第１実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図９〜図１１に示すように、本実施形態では、鉄骨梁２の梁端部の上下フランジ２ａ，２ｂの両側に、台形状の板材からなる水平リブ板１０２を溶接することにより水平ハンチを設けている。また、鋼管柱１側のダイアフラム４，５は、それらの間隔が鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂの間隔に等しくなるように鋼管柱１に溶接される。
【００３４】
本実施形態でも、上記第１の実施形態と同様に、梁端部に水平ハンチが設けられることで、塑性ヒンジの発生位置が梁端溶接部から梁中央側へ寄った位置となることにより梁端部における耐力が向上する。また、水平ハンチにより梁剛性も向上するので、地震時における水平変形も抑えることができる。
【００３５】
また、本実施形態のように水平ハンチを設けた構成では、その水平リブ板１０２の幅が大きいほど、鉄骨梁２の梁端部における耐力も大きくなる。したがって、鋼管柱１２に接合される梁のスパンが異なる場合に、スパンが大きい鉄骨梁２ほど幅の大きな水平リブ板１０２を設けることにより、鋼管柱１に接合される鉄骨梁２の梁成を互いに一致させつつ、各スパンに応じて必要な耐力を確保することができる。これにより、異なるスパンの鉄骨梁２が鋼管柱１に接合される場合にも、各鉄骨梁２の上下フランジ２ａ，２ｂおよびそれらに溶接された水平リブ板１０２を、鋼管柱１側のダイアフラム４，５に突き合わせて溶接することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、水平リブ板１０２で梁端の耐力を向上させる構成であるため、梁成は梁の全長に亘り一定である。したがって、梁端部が下方に突出して室内を圧迫することがないため、本実施形態の構成は、階高があまり大きくとれない一般のビルやマンション等の建物への適用に適している。
【００３７】
図１２〜図１４は、本実施形態の変形例を示す。図１２では、水平リブ板１０２の形状を向きの異なる台形に変更し、また、図１３では、水平リブ板１０２の形状を五角形としている。また、図１４では、鉄骨梁２をその上下フランジ２ａ，２ｂの幅が梁端部において拡がるように形成することにより水平ハンチを設けている。このように、水平ハンチの構成についても種々の変形例が考えられ、これらは全て本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
なお、上記第１の実施形態では鉛直ハンチを設ける構成を、また、上記第２の実施形態では水平ハンチを設ける構成を、それぞれ説明したが、両者を組み合わせた構成も本発明の範囲に含まれる。例えば、鉄骨梁２の上フランジ２ａに水平ハンチを設け、下フランジ２ｂに鉛直ハンチを設ける構成や、同じ鋼管柱１に接合される複数本の梁のうち一部に鉛直ハンチを設け、他の梁に水平ハンチを設ける構成や、複数本の梁のうち一部の梁にのみ水平ハンチまたは鉛直ハンチを設ける構成等である。すなわち、鋼管柱１に４本の鉄骨梁２が接合される場合、鉄骨梁２の計４個の上フランジ２ａの夫々については水平ハンチを設けるか設けないかの２通りの接合形態があり、計４個の下フランジ２ｂについては、水平ハンチを設けるか、鉛直ハンチを設けるか、ハンチを設けないかの３通りがあるが、それらの任意の組み合わせを用いることができる。したがって、鋼管柱１に接合される各鉄骨梁２のスパンが異なっている場合にも、各鉄骨梁２の各フランジ２ａ，２ｂ毎にハンチの形態やハンチの有無を選択することで、梁成を一定に保ちつつ、スパンに応じて梁端部に必要とされる耐力をより柔軟に調整することができ、鋼管柱に接合される梁のスパンが広範囲で変化する場合にも対応可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、梁端フランジにボルト穴による断面欠損をなくすことができると共に、柱に接合される梁のスパンが異なる場合にも、それらの梁端における梁成を一致させてダイアフラムとの取り合いを確保しながら、スパンに応じて梁の耐力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である柱と梁の接合構造を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の接合構造の正面図である。
【図３】本実施形態の接合構造を柱と梁とに分離して示す分解図である。
【図４】鉛直リブ材の製作方法を示す図である。
【図５】本実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図６】本実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図７】本実施形態の第３の変形例を示す図である。
【図８】本実施形態の第４の変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態である柱と梁の接合構造を示す斜視図である。
【図１０】本実施形態の接合構造の平面図である。
【図１１】本実施形態の接合構造を柱と梁とに分離して示す分解図である。
【図１２】本実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図１３】本実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図１４】本実施形態の第３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０，１００ 接合構造
１ 鋼管柱
２ 鉄骨梁
２ａ 上フランジ
２ｂ 下フランジ
２ｃ ウエブ
４，５ ダイアフラム
６ ガセット
８ 鉛直リブ材
２０ Ｈ型鋼
１０２ 水平リブ板
Claims (9)
- 鋼管柱に、フランジおよびウエブを備えてなる鉄骨梁を接合するようにした柱梁仕口部において、前記鋼管柱の断面外形と略同形状の貫通孔を有し一部材からなるダイアフラムを前記鋼管柱に挿通し、該鋼管柱に該ダイアフラムを断続溶接または部分熔込み溶接し、該ダイアフラムに前記鉄骨梁のフランジを前記ダイアフラムに接合してなる柱と梁の接合構造であって、前記鉄骨梁の端部にそのフランジ幅または梁成の少なくとも何れかを拡大するハンチが設けられ、このハンチが前記ダイアフラムに溶接されていることを特徴とする接合構造。
- 前記ハンチは、前記鉄骨梁の端部の梁成を拡大する鉛直ハンチであることを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造。
- 前記ハンチは、Ｈ型鋼をそのウエブで切断してなる断面がＴ型のリブ部材を、逆Ｔ字型の状態で前記鉄骨梁の下フランジの下側に溶接されて構成されていることを特徴とする請求項２記載の柱と梁の接合構造。
- 前記リブ部材の、前記鋼管柱に接合される側とは反対側の端部に、鉛直方向に対して傾斜した斜部が形成されており、該斜部にはフランジが設けられていることを特徴とする請求項３記載の柱と梁の接合構造。
- 前記ハンチは、前記鉄骨梁の上フランジおよび下フランジの少なくとも一方のフランジ幅を拡大する水平ハンチであることを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造。
- 前記鉄骨梁の上フランジに梁端部のフランジ幅を拡大する水平ハンチが設けられ、下フランジの下側に梁端部の梁成を拡大する鉛直ハンチが設けられていることを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造。
- 同じ鋼管柱の同じ高さに接合される複数の鉄骨梁のうちの一つまたは複数の鉄骨梁と前記鋼管柱とが、夫々、請求項２〜６のうち何れか１項記載の接合構造により接合されていることを特徴とする柱と梁の接合構造。
- 前記ダイアフラムにガセットが溶接されており、このガセットが前記鉄骨梁のウエブにボルト接合されていることを特徴とする請求項１〜７のうち何れか１項記載の柱と梁の接合構造。
- 鋼管柱に、フランジおよびウエブを備えてなる鉄骨梁を接合するようにした柱梁仕口部において、前記鋼管柱の断面外形と略同形状の貫通孔を有し一部材からなるダイアフラムを前記鋼管柱に挿通し、該鋼管柱に該ダイアフラムを断続溶接または部分熔込み溶接し、該ダイアフラムに前記鉄骨梁のフランジを前記ダイアフラムに接合する柱と梁の接合方法であって、予め前記鋼管柱に前記ダイアフラムを挿通して溶接しておくと共に、前記鉄骨梁のフランジの梁端部にそのフランジ幅または梁成を拡大するハンチを設けておき、これら鋼管柱および鉄骨梁を工事現場へ搬入して、前記ダイアフラムと前記ハンチとを溶接することを特徴とする柱と梁の接合方法。
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| JP4110270B2 (ja) | 2008-07-02 |
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