JP2013204306A - Column-beam joining structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造に関する。 The present invention relates to a column beam connection structure in which a column and a steel beam are rigidly bonded.
従来、図１の概略側面図に示すような柱梁架構１においては、柱１０と鉄骨梁２０とを溶接等で剛接合している。例えば、同図１の例では、梁２０の本体をなすＨ形鋼の上下フランジ２０ｆ，２０ｆを柱１０のダイアフラム１２，１２等に溶接するとともに、同ウエブ２０ｗを、ガセットプレート３１等を介して柱１０に摩擦接合している。 Conventionally, in the column beam frame 1 as shown in the schematic side view of FIG. 1, the column 10 and the steel beam 20 are rigidly joined by welding or the like. For example, in the example of FIG. 1, the upper and lower flanges 20f and 20f of H-shaped steel forming the main body of the beam 20 are welded to the diaphragms 12 and 12 of the column 10, and the web 20w is connected via the gusset plate 31 and the like. The column 10 is friction bonded.
そして、かかる柱梁架構１に、地震力や風荷重等の外力が水平方向に入力されると、それによる曲げモーメントは、図１中に併記するように、梁２０のスパン方向（梁２０の長手方向）の中央側よりも端側（以下、梁端側とも言う）の方で大きくなるため、梁端２０ｅｅにて応力が最大となり、結果、最初に梁端２０ｅｅで全断面降伏して損傷する。すなわち、この場合、梁２０の全体強度を決定する断面位置は、梁端２０ｅｅとなる。なお、以下では、最初に全断面降伏して梁２０の全体強度を決定する断面位置のことを「危険断面位置」とも言う。 Then, when an external force such as seismic force or wind load is input to the column beam frame 1 in the horizontal direction, the bending moment caused thereby is the span direction of the beam 20 (of the beam 20 as shown in FIG. 1). Since it is larger on the end side (hereinafter also referred to as the beam end side) than the center side in the longitudinal direction, the stress becomes maximum at the beam end 20ee, and as a result, the entire cross section first yields and is damaged at the beam end 20ee. To do. That is, in this case, the cross-sectional position that determines the overall strength of the beam 20 is the beam end 20ee. In the following, the cross-sectional position where the overall cross-section yields first to determine the overall strength of the beam 20 is also referred to as “dangerous cross-section position”.
そして、かかる危険断面位置に、上述のような溶接部が存在していると、当該溶接部は脆性破壊し易いことから、柱梁架構１の瞬時倒壊の虞がある。 And when the above-mentioned welding part exists in this dangerous cross-section position, since the said welding part tends to brittle fracture, there exists a possibility of the column beam frame 1 collapsing instantaneously.
このような梁端２０ｅｅでの脆性破壊を防ぐ方法の一例として、図２Ａの斜視図に示すように、梁２０の本体をなすＨ形鋼の端部に水平ハンチ２５を設けて梁２０の端部２０ｅの断面積を増大することが挙げられる（特許文献１）。そして、この方法によれば、水平ハンチ２５による断面積増大作用に基づいて、端部２０ｅの断面に作用する応力は低減されるので、危険断面位置は、図２Ｂの上面図に示すように、溶接部の在る梁端２０ｅｅから、梁２０のスパン方向の中央側へ寄った位置に変わる。すなわち、危険断面位置は、水平ハンチ２５における中央側の端２５ｅｅの位置に移動する。そして、同位置には溶接部が概ね無いことから、脆性破壊起因の柱梁架構１の瞬時倒壊を有効に防ぐことができる。 As an example of a method for preventing such brittle fracture at the beam end 20ee, as shown in the perspective view of FIG. 2A, a horizontal hunch 25 is provided at the end of the H-shaped steel forming the main body of the beam 20, and the end of the beam 20 is Increasing the cross-sectional area of the portion 20e is mentioned (Patent Document 1). And according to this method, since the stress acting on the cross section of the end portion 20e is reduced based on the cross sectional area increasing action by the horizontal haunch 25, as shown in the top view of FIG. It changes from the beam end 20ee where the weld exists to a position closer to the center side in the span direction of the beam 20. That is, the dangerous cross-sectional position moves to the position of the center end 25ee of the horizontal haunch 25. And since there is almost no weld in the same position, the instantaneous collapse of the column beam frame 1 resulting from a brittle fracture can be prevented effectively.
ところで、上述のような水平ハンチ２５を具備した梁２０にあっては、その断面形状が、水平ハンチ２５におけるスパン方向の中央側の端２５ｅｅの位置で急変することになる。すなわち、同位置を起点として梁幅方向の寸法が拡大していて、これにより断面の断面積が急増している。以下、この断面形状が急変する位置のことを「断面急変位置」と言うが、この断面急変位置では剛性が急変することから、断面の一部たる図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分、つまり断面急変位置のうちの隅角部Ａに局所的に応力が集中して、当該隅角部Ａに大きな塑性ひずみが集中して生じ得る（図７ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。すると、当該隅角部Ａで集中的に亀裂が発生・進展し得て、その結果、梁２０の全体強度の低下を招く虞がある。すなわち、梁幅方向に一様に応力が作用する前提で設計した曲げモーメントの計画値よりも小さい曲げモーメントで梁２０が破損する虞がある。 By the way, in the beam 20 having the horizontal haunch 25 as described above, the cross-sectional shape of the beam 20 changes suddenly at the position of the end 25ee on the horizontal side in the span direction of the horizontal haunch 25. That is, the dimension in the beam width direction is expanded from the same position as a starting point, and the cross-sectional area of the cross section rapidly increases. Hereinafter, the position where the cross-sectional shape suddenly changes is referred to as a “cross-sectional sudden change position”. However, since the rigidity changes suddenly at this cross-sectional sudden change position, the portion A in FIG. 2A and FIG. Stress can be locally concentrated at the corner A of the sudden change position of the cross section, and a large plastic strain can be concentrated at the corner A (see the FEM analysis result in FIG. 7A). Then, cracks may be generated and propagated intensively at the corner portion A, and as a result, the overall strength of the beam 20 may be reduced. That is, the beam 20 may be damaged by a bending moment smaller than the planned bending moment designed on the assumption that stress is applied uniformly in the beam width direction.
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、水平ハンチ等が設けられて断面積が増大した断面積増大部を端部に有する鉄骨梁と柱とを剛接合する柱梁接合構造において、断面積増大部に隣接する断面急変位置のうちの隅角部に局所的に生じる応力集中を軽減することにある。 The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and its purpose is to provide a steel beam and a column having a cross-sectional area increasing portion with an increased cross-sectional area provided with a horizontal hunch or the like at an end. In the column beam connection structure that rigidly joins, the stress concentration locally generated in the corner portion of the sudden change position of the cross section adjacent to the cross sectional area increasing portion is reduced.
かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも梁幅方向に拡幅して断面積が増大した断面積増大部と、を有し、
前記断面積増大部のうちで前記基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分に貫通孔が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve this object, the invention shown in claim 1
In a column beam connection structure in which a column and a steel beam are rigidly connected,
The steel beam is widened in the beam width direction from the reference cross section while being positioned closer to the end of the steel beam than the reference cross section, and a reference cross section having a reference cross section of the steel beam A cross-sectional area increasing portion having an increased cross-sectional area,
A through-hole is formed in a portion of the cross-sectional area increasing portion that protrudes outward in the beam width direction from the reference cross-sectional portion.
上記請求項１に示す発明によれば、断面積増大部のうちで梁幅方向の外方に突出した部分に貫通孔が形成されているので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差が縮小される。よって、基準断面部と断面積増大部との境界位置、すなわち断面急変位置における隅角部の応力集中を軽減可能となる。 According to the first aspect of the present invention, since the through hole is formed in the cross-sectional area increasing portion that protrudes outward in the beam width direction, the gap between the reference cross-sectional area and the cross-sectional area increasing portion is formed. The stiffness difference is reduced. Therefore, it is possible to reduce the stress concentration at the corner portion at the boundary position between the reference cross-sectional portion and the cross-sectional area increasing portion, that is, the cross-sectional sudden change position.
請求項２に示す発明は、請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
前記柱と前記鉄骨梁との接合部は、少なくとも一部が溶接部であり、
前記接合部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記基準断面部と前記断面積増大部との境界位置の部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさ、及び前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする。
The invention shown in claim 2 is the beam-column joint structure according to claim 1,
At least a part of the joint between the column and the steel beam is a weld,
Bending moment at the beam end when the entire cross-section yields at the boundary position between the reference cross-sectional portion and the cross-sectional area increasing portion, rather than the magnitude of the bending moment at the beam end when the joint yields the entire cross-section The cross-sectional design is such that the bending moment at the beam end when the section where the through-hole is formed in the cross-sectional area increasing portion yields the entire cross-section is smaller. It is characterized by.
上記請求項２に示す発明によれば、柱と鉄骨梁との接合部が全断面降伏するよりも先に、基準断面部と断面積増大部との境界位置の部分の方が全断面降伏するか、或いは、柱と鉄骨梁との接合部が全断面降伏するよりも先に、断面積増大部のうちで貫通孔が形成された部分が全断面降伏する。よって、柱と鉄骨梁との接合部が有する溶接部に起因した脆性破壊は有効に回避される。 According to the second aspect of the present invention, the entire cross-section yields at the boundary position between the reference cross-section and the cross-sectional area increasing portion, before the junction between the column and the steel beam yields the entire cross-section. Alternatively, before the joint portion between the column and the steel beam yields the entire cross section, the portion where the through hole is formed in the cross sectional area increasing portion yields the entire cross section. Therefore, brittle fracture due to the welded portion of the joint between the column and the steel beam is effectively avoided.
請求項３に示す発明は、請求項２に記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔は円孔であり、
前記境界部は、二直線が交差した形状の隅角部を有し、
前記境界部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする。
The invention shown in claim 3 is the column beam connection structure according to claim 2,
The through hole is a circular hole,
The boundary portion has a corner portion in a shape where two straight lines intersect,
Bending moment at the beam end when the section where the through hole is formed in the cross-sectional area increasing portion is larger than the magnitude of the bending moment at the beam end when the boundary yields in the entire cross section The cross-sectional design is such that the size of is smaller.
上記請求項３に示す発明によれば、断面積増大部のうちで貫通孔が形成された部分にも、貫通孔に起因して局所的に応力集中するが、この貫通孔は円孔なので、その応力の集中度合いは、基準断面部と断面積増大部との境界部における上記隅角部よりも軽度である。よって、貫通孔の形成部分で応力集中に起因して亀裂が発生することは、上記隅角部よりも起き難い。そして、上述のように曲げモーメントの大小関係を設定すれば、この亀裂が発生し難い貫通孔の形成部分の方が、境界部よりも先に全断面降伏するようになる。よって、梁が最初に全断面降伏する過程において亀裂起因で急速に梁が破損してしまう事態を有効に回避することができて、柱梁接合構造の安全性を高めることができる。 According to the invention described in claim 3 above, stress is locally concentrated in the portion where the through-hole is formed in the cross-sectional area increasing portion due to the through-hole, but since this through-hole is a circular hole, The degree of concentration of the stress is lighter than the corner portion at the boundary portion between the reference cross section and the cross sectional area increasing portion. Therefore, it is less likely that cracks occur due to stress concentration at the through hole formation portion than at the corner portion. And if the magnitude relationship of a bending moment is set as mentioned above, the formation part of the through-hole in which this crack is hard to generate | occur | produce will come to a full cross-section yield before a boundary part. Therefore, it is possible to effectively avoid a situation in which the beam is rapidly damaged due to a crack in the process of yielding the entire cross section for the first time, and the safety of the column beam connection structure can be improved.
請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
前記基準断面部は、前記Ｈ形鋼であり、
前記断面積増大部は、前記Ｈ形鋼のフランジにおける梁幅方向の各端縁に水平ハンチを溶接して形成されており、
前記水平ハンチに前記貫通孔が形成されていることを特徴とする。
The invention shown in claim 4 is the column beam connection structure according to any one of claims 1 to 3,
The steel beam has H-shaped steel as its main body,
The reference cross section is the H-section steel,
The cross-sectional area increasing portion is formed by welding a horizontal hunch to each edge in the beam width direction of the flange of the H-shaped steel,
The through hole is formed in the horizontal haunch.
上記請求項４に示す発明によれば、水平ハンチはＨ形鋼と別部材であるので、Ｈ形鋼に溶接する前に水平ハンチに貫通孔を加工可能となる。よって、容易且つ正確に貫通孔を形成することができる。
また、貫通孔は水平ハンチに形成されており、つまり、Ｈ形鋼のフランジと水平ハンチとの溶接部を跨いでは形成されないので、貫通孔起因の溶接部での応力集中を未然に防ぐことができて、その結果、溶接部での亀裂発生による脆性破壊は有効に防止される。
According to the fourth aspect of the present invention, since the horizontal haunch is a separate member from the H-shaped steel, it is possible to process through holes in the horizontal haunch before welding to the H-shaped steel. Therefore, the through hole can be formed easily and accurately.
Moreover, since the through hole is formed in the horizontal haunch, that is, it is not formed across the welded portion of the flange of the H-shaped steel and the horizontal haunch, it is possible to prevent stress concentration at the welded portion due to the through hole in advance. As a result, brittle fracture due to cracking in the weld is effectively prevented.
請求項５に示す発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔としての円孔が、前記鉄骨梁の長手方向に並んで複数設けられており、
前記長手方向の柱側の端部に近づく程、前記円孔の孔径が小さくなっていることを特徴とする。
The invention shown in claim 5 is the column beam connection structure according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of circular holes as the through holes are provided side by side in the longitudinal direction of the steel beam,
The diameter of the circular hole is smaller as it approaches the end on the column side in the longitudinal direction.
上記請求項５に示す発明によれば、長手方向に並ぶ円孔の孔径は、鉄骨梁の長手方向の柱側の端部に近づく程、小さくなっている。よって、地震時に鉄骨梁に作用する曲げモーメントの大きさが、梁の端部に向かうに従って漸増していることに対応させて、梁の端部寄りに位置する円孔の形成部分ほど、応力を負担可能な断面積が大きくなるように設計することができて、これにより、これら円孔が形成されている部分同士を、概ね同時に全断面降伏させることが可能となる。つまり、塑性ヒンジの形成タイミングを、これら複数の円孔の形成部分同士の間で概ね揃えることができる。その結果、地震時の振動エネルギー吸収性能に長けた柱梁接合構造となる。 According to the fifth aspect of the present invention, the diameters of the circular holes arranged in the longitudinal direction become smaller as approaching the end of the steel beam in the longitudinal direction on the column side. Therefore, corresponding to the fact that the magnitude of the bending moment acting on the steel beam during an earthquake increases gradually toward the end of the beam, the stress is applied to the formation part of the circular hole located closer to the end of the beam. It can be designed so that the cross-sectional area that can be borne is large, and it is thereby possible to yield the cross-sections of the portions where these circular holes are formed almost simultaneously. That is, the formation timing of the plastic hinge can be substantially aligned between the portions where the plurality of circular holes are formed. As a result, it becomes a column beam connection structure with excellent vibration energy absorption performance at the time of earthquake.
請求項６に示す発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔には、何も差し込まれていないことを特徴とする。
The invention shown in claim 6 is the column beam connection structure according to any one of claims 1 to 5,
Nothing is inserted into the through hole.
上記請求項６に示す発明によれば、貫通孔には何も差し込まれていないので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差を確実に縮小可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, since nothing is inserted into the through hole, the difference in rigidity between the reference cross section and the cross sectional area increasing portion can be reliably reduced.
本発明によれば、水平ハンチ等が設けられて断面積が増大した断面積増大部を端部に有する鉄骨梁と柱とを剛接合する柱梁接合構造において、断面積増大部に隣接する断面急変位置のうちの隅角部に局所的に生じる応力集中を軽減することができる。 According to the present invention, a cross-section adjacent to a cross-sectional area increasing portion in a beam-to-column connection structure in which a steel beam and a column having a cross-sectional area increasing portion having an increased cross-sectional area by providing a horizontal haunch or the like and a column are rigidly connected. It is possible to reduce the stress concentration locally generated at the corner of the sudden change position.
＝＝＝本実施形態＝＝＝
図３Ａは、本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図であり、図３Ｂは、同概略上面図である。
=== This Embodiment ===
FIG. 3A is an external perspective view of a column beam joint structure according to the present embodiment, and FIG. 3B is a schematic top view thereof.
図３Ａに示すように、柱１０は、例えば断面矩形形状の鋼製角パイプを本体とし、また、梁２０は鉄骨梁であって、この例では、断面Ｈ形形状のＨ形鋼を本体とする。そして、これら柱１０と梁２０とは互いに剛接合されている。すなわち、柱１０は、上下一対の通しダイアフラム１２，１２を有し、それぞれ対応する通しダイアフラム１２，１２に梁２０の上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆが溶接で連結されているとともに、梁２０のウエブ２０ｗは、柱１０の外周面１０ｓに一体に溶接されたガセットプレート３１に重ね合わされてボルト締結により摩擦接合されており、これにより、柱１０と梁２０とは剛接合されている。 As shown in FIG. 3A, the column 10 has, for example, a steel square pipe having a rectangular cross section as a main body, and the beam 20 is a steel beam. In this example, the H section steel having a H cross section has a main body. To do. The columns 10 and the beams 20 are rigidly joined to each other. That is, the column 10 has a pair of upper and lower through diaphragms 12, 12. The upper flange 20 f and the lower flange 20 f of the beam 20 are connected to the corresponding through diaphragms 12, 12 by welding, and the web of the beam 20 is also connected. 20w is overlapped with a gusset plate 31 integrally welded to the outer peripheral surface 10s of the column 10 and is friction-joined by bolt fastening, whereby the column 10 and the beam 20 are rigidly joined.
なお、「剛接合」とは、モーメントを伝達可能な接合様式のことである。また、図３Ａの例では、当該剛接合に通しダイアフラム１２を用いていたが、剛接合が可能であれは何等これに限らず、外ダイアフラムを用いても良いし、或いはダイアフラムを用いずに柱１０の外周面１０ｓにフランジ２０ｆを溶接で直結しても良いし、更には、溶接に代えてボルト締結により摩擦接合しても良い。また、柱１０についても何等上記の角パイプに限るものではなく、梁２０を剛接合可能であれば、別の断面形状の柱や別の構造の柱を適用可能である。例えば断面形状が円形形状の鋼製丸パイプを用いても良いし、あるいはＣＦＴ（コンクリート充填鋼管）を使用しても良いし、更にはＲＣ造やＳＲＣ造の柱でも構わない。 The “rigid connection” is a connection mode capable of transmitting a moment. In the example of FIG. 3A, the diaphragm 12 is used through the rigid joint. However, the diaphragm 12 is not limited to this, and the outer diaphragm may be used, or the column without using the diaphragm. The flange 20f may be directly connected to the outer peripheral surface 10s of the steel plate 10 by welding, or may be friction bonded by bolt fastening instead of welding. Also, the column 10 is not limited to the above-described square pipe, and a column having a different cross-sectional shape or a column having another structure can be applied as long as the beam 20 can be rigidly joined. For example, a steel round pipe having a circular cross section may be used, a CFT (concrete-filled steel pipe) may be used, or an RC or SRC column may be used.
梁２０は、柱１０との接合部の近傍部分２０ｅに、すなわちスパン方向の端部２０ｅに水平ハンチ２５，２５…を有している。かかる水平ハンチ２５，２５…は、既述のように梁２０の端部２０ｅの断面を増大して梁端２０ｅｅの接合部の損傷を防ぐものである。すなわち、梁２０において端部２０ｅよりもスパン方向の中央側に位置するＨ形鋼のみの部分を、梁２０の基準の断面形状をなす基準断面部２０ｂと定義した場合に、この基準断面部２０ｂよりも梁２０の端部２０ｅの断面積を増大する目的で同端部２０ｅを梁幅方向に拡幅すべく同端部２０ｅの一部として一体に設けられたものが、水平ハンチ２５，２５…である。 The beam 20 has horizontal hunches 25, 25... In the vicinity 20e of the joint with the column 10, that is, in the end 20e in the span direction. As described above, the horizontal hunches 25, 25... Increase the cross section of the end portion 20e of the beam 20 to prevent damage to the joint portion of the beam end 20ee. That is, when the portion of only the H-shaped steel located on the center side in the span direction with respect to the end portion 20e in the beam 20 is defined as the reference cross-sectional portion 20b having the standard cross-sectional shape of the beam 20, this reference cross-sectional portion 20b In order to increase the cross-sectional area of the end 20e of the beam 20, the end 20e is integrally provided as a part of the end 20e in order to widen the end 20e in the beam width direction. It is.
そして、かかる水平ハンチ２５は、例えば平面視矩形状の鋼板であり、上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆの梁幅方向の両側にそれぞれ水平に設けられている。詳しくは、上フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５は、それぞれ上フランジ２０ｆにおける梁幅方向の両側の側面（端縁に相当）に突き合わせられて溶接で一体に接合され、また、下フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５は、それぞれ下フランジ２０ｆにおける梁幅方向の両側の側面（端縁に相当）に突き合わせられて溶接で一体に接合されており、更に、上フランジ２０ｆ用及び下フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５…は、柱１０側の側面にて柱１０の通しダイアフラム１２，１２に溶接で一体に接合されている。 The horizontal haunch 25 is, for example, a rectangular steel plate in plan view, and is horizontally provided on both sides of the upper flange 20f and the lower flange 20f in the beam width direction. Specifically, each horizontal hunch 25, 25 for the upper flange 20f is abutted against both side surfaces (corresponding to end edges) in the beam width direction of the upper flange 20f and joined together by welding, and the lower flange 20f Each horizontal hunch 25, 25 is abutted against both side surfaces (corresponding to end edges) of the lower flange 20f in the beam width direction and joined together by welding, and is further joined integrally by welding. The horizontal hunches 25, 25 ... for 20f are integrally joined to the through diaphragms 12, 12 of the column 10 by welding on the side surface on the column 10 side.
ちなみに、請求項に記載の構成との対応関係で言えば、図３Ｂに示すように、Ｈ形鋼に加えて水平ハンチ２５，２５…を具備する梁２０の端部２０ｅが、請求項に係る「梁幅方向に拡幅して断面積が増大した断面積増大部２０ｅ」に相当し、水平ハンチ２５が、「断面積増大部２０ｅのうちで基準断面部２０ｂよりも梁幅方向の外方に突出した部分２５」に相当する。更に、水平ハンチ２５における梁２０のスパン方向の中央側の端２５ｅｅの位置を起点として梁２０の断面積が増大しているので、この例では、この端２５ｅｅの位置が「断面急変位置」であり、そして、この断面急変位置は、請求項に係る「境界位置」、つまり「基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの境界位置」に相当する。 Incidentally, as shown in FIG. 3B, the end portion 20e of the beam 20 including the horizontal hunches 25, 25... The horizontal hunch 25 corresponds to “a cross-sectional area increasing portion 20e that is widened in the beam width direction and the cross-sectional area is increased”, and the horizontal haunch 25 is “outside of the cross-sectional area increasing portion 20e in the beam width direction from the reference cross-sectional portion 20b”. This corresponds to the protruding portion 25 ". Furthermore, since the cross-sectional area of the beam 20 is increased from the position of the end 25ee of the center side in the span direction of the beam 20 in the horizontal haunch 25, in this example, the position of the end 25ee is the “section sudden change position”. The section sudden change position corresponds to the “boundary position” according to the claims, that is, “the boundary position between the reference sectional portion 20b and the sectional area increasing portion 20e”.
ここで本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、各水平ハンチ２５には、それぞれ、円孔２５ｈ（貫通孔に相当）が板厚方向（上下方向）に貫通形成されている。そして、これにより、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの剛性差を小さくして、断面急変位置の断面の一部たる図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分、つまり断面急変位置のうちの隅角部Ａに局所的に応力が集中することを防いでいる。 Here, in this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, each horizontal hunch 25 is formed with a circular hole 25h (corresponding to a through hole) penetrating in the plate thickness direction (vertical direction). As a result, the rigidity difference between the reference cross-section portion 20b and the cross-sectional area increasing portion 20e is reduced, and the portion A in FIG. 2A and FIG. The stress is prevented from concentrating locally on the corner portion A of the.
詳しく説明すると、先ず、図２Ｂの比較例のように水平ハンチ２５に円孔２５ｈが形成されていない場合には、既述のように、断面急変位置の隅角部Ａは、同断面急変位置のうちの隅角部Ａ以外の部分よりも大きな塑性ひずみが集中して生じる傾向にある（図７ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。すると、同断面急変位置のうちで特に隅角部Ａに亀裂が発生・進展して、その結果、梁２０の全体強度の低下を招く虞がある。すなわち、梁幅方向に一様に応力が作用する前提で設計した曲げモーメントの計画値よりも小さい曲げモーメントで梁２０が破損する虞がある。 More specifically, first, when the circular hole 25h is not formed in the horizontal haunch 25 as in the comparative example of FIG. 2B, as described above, the corner portion A of the sudden change position of the cross section is the sudden change position of the cross section. There is a tendency that a larger plastic strain than that of the portion other than the corner portion A is concentrated (see the FEM analysis result of FIG. 7A). As a result, cracks are generated and propagated particularly in the corner portion A in the sudden change position of the cross section, and as a result, the overall strength of the beam 20 may be reduced. That is, the beam 20 may be damaged by a bending moment smaller than the planned bending moment designed on the assumption that stress is applied uniformly in the beam width direction.
そして、かかる応力集中の原因としては、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの間で剛性差が大きいことが挙げられ、そのため、本実施形態では、断面積増大部２０ｅの水平ハンチ２５に円孔２５ｈを板厚方向に貫通形成することにより、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの剛性差を小さくして、隅角部Ａの応力集中の軽減を図っている。 As a cause of such stress concentration, there is a large difference in rigidity between the reference cross-sectional portion 20b and the cross-sectional area increasing portion 20e. Therefore, in this embodiment, the horizontal haunch 25 of the cross-sectional area increasing portion 20e By forming the circular holes 25h in the plate thickness direction, the difference in rigidity between the reference cross-sectional portion 20b and the cross-sectional area increasing portion 20e is reduced, and the stress concentration in the corner portion A is reduced.
なお、この例では、円孔２５ｈの開口形状を正円としているが、何等これに限らず、楕円や長円でも良いし、或いは、互いに曲率が異なる複数の円弧が組み合わされた円でも良い。但し、円弧の曲率が大きいと、当該円孔２５ｈにおける曲率の大きい部分に大きな応力集中が生じる虞があるため、この応力集中回避の観点からは、円孔２５ｈの曲率は、その全周に亘って小さい方が好ましい。 In this example, the opening shape of the circular hole 25h is a perfect circle. However, the shape is not limited to this, and it may be an ellipse or an ellipse, or a circle formed by combining a plurality of arcs having different curvatures. However, if the curvature of the arc is large, there is a risk that a large stress concentration occurs in the portion of the circular hole 25h where the curvature is large. From the viewpoint of avoiding this stress concentration, the curvature of the circular hole 25h is the entire circumference. The smaller one is preferable.
円孔２５ｈの孔径は、水平ハンチ２５のサイズやＨ形鋼の断面サイズにもよるが、例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲から選択される。 The hole diameter of the circular hole 25h is selected from a range of 10 mm to 100 mm, for example, although it depends on the size of the horizontal haunch 25 and the cross-sectional size of the H-shaped steel.
また、円孔２５ｈは、水平ハンチ２５からはみ出さずに、つまり水平ハンチ２５内に収まるように形成され、これにより、当該円孔２５ｈは、水平ハンチ２５を梁２０のフランジ２０ｆに溶接する溶接部を跨いでいない。よって、円孔２５ｈ起因の溶接部での応力集中を防ぐことができて、結果、溶接部での亀裂発生による脆性破壊は有効に防止される。 Further, the circular hole 25 h is formed so as not to protrude from the horizontal haunch 25, that is, to be accommodated in the horizontal haunch 25, whereby the circular hole 25 h is welded to weld the horizontal haunch 25 to the flange 20 f of the beam 20. It does not straddle the department. Therefore, it is possible to prevent stress concentration at the welded portion caused by the circular hole 25h, and as a result, brittle fracture due to cracking at the welded portion is effectively prevented.
また、本実施形態では、水平ハンチ２５と梁２０のＨ形鋼とを別部材とし、同水平ハンチ２５を梁２０のＨ形鋼に溶接することで断面積増大部２０ｅを形成しているが、何等これに限るものではなく、断面積増大部２０ｅを単一部材で構成しても良い。例えば、図４の概略斜視図に示すように、梁２０のスパン方向の端部２０ｅよりも中央側部分の方のフランジ幅が狭くなるように、同中央側部分のフランジ２０ｆの梁幅方向の両端部の一部を切除して縮幅すれば、Ｈ形鋼の端部に単一部材からなる断面積増大部２０ｅが形成されることになる。但し、その場合には、水平ハンチ２５に円孔２５ｈを形成する際に梁２０全体をハンドリングしなければならず、当該円孔２５ｈの形成作業を行い難くなる。そのため、孔加工の容易性の観点からは、図３Ａの本実施形態のように水平ハンチ２５と梁２０のＨ形鋼とを別部材とするのが良い。すなわち、この場合には、水平ハンチ２５に円孔２５ｈを加工後に同水平ハンチ２５をＨ形鋼のフランジ２０ｆに溶接することができるので、水平ハンチ２５への円孔２５ｈの形成作業を容易に行うことができ、また円孔２５ｈの加工精度も向上する。 In this embodiment, the horizontal haunch 25 and the H-shaped steel of the beam 20 are separate members, and the horizontal haunch 25 is welded to the H-shaped steel of the beam 20 to form the cross-sectional area increasing portion 20e. However, the present invention is not limited to this, and the cross-sectional area increasing portion 20e may be formed of a single member. For example, as shown in the schematic perspective view of FIG. 4, the flange 20f of the center side portion in the beam width direction is narrower so that the flange width of the center side portion is narrower than the end portion 20e of the beam 20 in the span direction. If a part of both ends are cut out and reduced in width, a cross-sectional area increasing portion 20e made of a single member is formed at the end of the H-shaped steel. However, in that case, when the circular hole 25h is formed in the horizontal haunch 25, the entire beam 20 must be handled, and it becomes difficult to perform the work of forming the circular hole 25h. Therefore, from the viewpoint of ease of drilling, it is preferable that the horizontal hunch 25 and the H-shaped steel of the beam 20 are separate members as in this embodiment of FIG. 3A. That is, in this case, since the horizontal hunch 25 can be welded to the H-shaped steel flange 20f after the circular hole 25h is formed in the horizontal haunch 25, the work of forming the circular hole 25h in the horizontal haunch 25 is facilitated. In addition, the processing accuracy of the circular hole 25h is improved.
なお、望ましくは、スパン方向における円孔２５ｈの形成位置は、図３Ｂに示すように、梁端２０ｅｅに設定される梁２０と柱１０との接合部よりも断面急変位置の方に近づけると良く、このようにすれば、隅角部Ａへの応力集中の軽減効果をより高めることができる。 Desirably, the formation position of the circular hole 25h in the span direction should be closer to the position where the cross section suddenly changes than the joint between the beam 20 and the column 10 set at the beam end 20ee, as shown in FIG. 3B. In this way, the effect of reducing the stress concentration on the corner A can be further enhanced.
このような円孔２５ｈによる隅角部Ａの応力集中の軽減効果については、ＦＥＭ（有限要素法）解析で検討しているので、以下、これについて説明する。 Since the effect of reducing the stress concentration in the corner portion A by the circular hole 25h is examined by FEM (finite element method) analysis, this will be described below.
図５に、ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルを示すが、この解析では、柱１０と梁２０との接合部の近傍部分を、上下方向、梁２０のスパン方向、及び梁幅方向の三方向のそれぞれについて半分だけ取り出して矩形要素で分割してモデル化している。また、地震力や風荷重等の水平方向の外力の作用状態を模擬すべく、梁２０のスパン方向の中央位置に上向きの荷重Ｐを加えて変形角Ｒ（＝δ／Ｌ）を変化させ、その時の相当塑性ひずみの変化を解析した。なお、変形角Ｒに係るδ及びＬは、それぞれ、上記中央位置の上方変位δ及び同中央位置から柱１０の芯までの距離Ｌである。また、解析に用いた柱１０、梁２０、水平ハンチ２５、円孔２５ｈの寸法等の各種諸元については、図５及び図６Ａ乃至図６Ｃ中に併記している。 FIG. 5 shows a beam-column joint structure model used for the FEM analysis. In this analysis, the vicinity of the joint between the column 10 and the beam 20 is measured in the vertical direction, the span direction of the beam 20, and the beam width direction. Only half of each of the three directions is extracted and divided into rectangular elements for modeling. Further, in order to simulate the action state of horizontal external force such as seismic force or wind load, an upward load P is applied to the center position in the span direction of the beam 20 to change the deformation angle R (= δ / L), The change of equivalent plastic strain at that time was analyzed. Note that δ and L related to the deformation angle R are the upper displacement δ of the center position and the distance L from the center position to the core of the column 10, respectively. Various specifications such as dimensions of the column 10, the beam 20, the horizontal hunch 25, and the circular hole 25h used for the analysis are also shown in FIGS. 5 and 6A to 6C.
ちなみに、この解析では、地震力等の水平方向の外力の向きを、前述の図１とは逆向きにしているため、図５の梁２０のスパン方向の略中央位置には上方の鉛直荷重Ｐが作用し、これにより、梁２０に作用する曲げモーメントの方向が、前述の図１とは逆になっているが、これらは、互いに曲げモーメントの反曲点位置（スパン方向の略中央位置）に関して点対称関係にある点で相違し、実質的には同じである。但し、このような上向きの鉛直荷重Ｐが作用する場合には、上フランジ２０ｆ及び上の水平ハンチ２５よりも、下フランジ２０ｆ及び下の水平ハンチ２５の方に大きな負荷が作用し、これにより下フランジ２０ｆ及び下の水平ハンチ２５の方が、塑性ひずみが大きくなる。よって、以下では、下フランジ２０ｆ及び下の水平ハンチ２５の塑性ひずみに着目して説明する。 Incidentally, in this analysis, since the direction of the horizontal external force such as seismic force is opposite to that of FIG. 1 described above, the upper vertical load P is at the approximate center position in the span direction of the beam 20 in FIG. Thus, the direction of the bending moment acting on the beam 20 is opposite to that in FIG. 1 described above, but these are the inflection point positions of the bending moment (substantially the center position in the span direction). Are different in terms of point symmetry and are substantially the same. However, when such an upward vertical load P is applied, a larger load is applied to the lower flange 20f and the lower horizontal haunch 25 than to the upper flange 20f and the upper horizontal haunch 25. The flange 20f and the lower horizontal hunch 25 have a greater plastic strain. Therefore, the following description will be made focusing on the plastic strain of the lower flange 20f and the lower horizontal hunch 25.
図６Ａ乃至図６Ｃに検討ケースを示すが、三つのケースについて検討した。すなわち、第１比較例として図６Ａのように水平ハンチ２５が平面視矩形状で円孔２５ｈの無い「無孔矩形ハンチケース」と、第２比較例として図６Ｂのように水平ハンチ２５が平面視台形状で円孔２５ｈの無い「無孔台形ハンチケース」と、上記の本実施形態を模擬したケースとして図６Ｃのように水平ハンチ２５が平面視矩形状で円孔２５ｈを有する「有孔矩形ハンチケース」と、の三ケースについて検討した。なお、図６Ａの無孔矩形ハンチケースの水平ハンチ２５と、図６Ｃの有孔矩形ハンチケースの水平ハンチ２５とは、互いに外形寸法は同じである。また、図６Ｂの無孔台形ハンチケースの水平ハンチ２５は、図６Ａの無孔矩形ハンチケースの水平ハンチ２５から、スパン方向の中央側且つ梁幅方向の端側の角部２５ｃを、テーパー状に切り欠いたものである。 Although examination cases are shown in FIGS. 6A to 6C, three cases were examined. That is, as a first comparative example, the horizontal haunch 25 has a rectangular shape in plan view and has no circular hole 25h as shown in FIG. 6A, and as a second comparative example, the horizontal haunch 25 has a flat surface as shown in FIG. 6B. A “non-perforated trapezoidal haunch case” that has a circular shape and has a circular hole 25h as shown in FIG. 6C as a case simulating the above-described embodiment. Three cases, “rectangular hunch case” were examined. 6A and the horizontal hunch 25 of the perforated rectangular hunch case in FIG. 6C have the same external dimensions. Further, the horizontal haunch 25 of the non-perforated trapezoidal haunch case of FIG. 6B is tapered from the horizontal haunch 25 of the non-perforated rectangular haunch case of FIG. It is a notch.
図７Ａ乃至図７Ｃに、変形角Ｒ＝０．０２（＝２％）とした場合の解析結果を示す。各図には、相当塑性ひずみの大きさ（％）が濃淡で示されている。つまり、濃い部分には、大きな相当塑性ひずみが生じており、薄い部分には、小さな相当塑性ひずみが生じていることを示している。そして、図７Ａが無孔矩形ハンチケースの解析結果であり、図７Ｂが無孔台形ハンチケースの解析結果であり、図７Ｃが有孔矩形ハンチケースの解析結果である。なお、これら図７Ａ乃至図７Ｃでは、三つのケースの相対比較を容易にする目的で、各図の右部の濃淡スケール（濃淡と塑性ひずみの大きさ（％）の対応関係）を互いに揃えている。 7A to 7C show analysis results when the deformation angle R = 0.02 (= 2%). In each figure, the magnitude (%) of the equivalent plastic strain is shown by shading. That is, it shows that a large equivalent plastic strain is generated in the dark portion, and a small equivalent plastic strain is generated in the thin portion. 7A shows the analysis result of the non-perforated rectangular hunch case, FIG. 7B shows the analysis result of the non-perforated trapezoidal hunch case, and FIG. 7C shows the analysis result of the perforated rectangular hunch case. In FIGS. 7A to 7C, for the purpose of facilitating the relative comparison of the three cases, the density scales (correspondence between the density and the magnitude (%) of plastic strain) on the right side of each figure are aligned with each other. Yes.
一方、図８Ａ乃至図８Ｃには、図７Ａ乃至図７Ｃと同じ解析結果をケース毎に絶対評価できるように濃淡のスケールを個別に拡縮調整したものを示している。そして、図８Ａが無孔矩形ハンチケースの解析結果であり、図８Ｂが無孔台形ハンチケースの解析結果であり、図８Ｃが有孔矩形ハンチケースの解析結果である。 On the other hand, FIGS. 8A to 8C show the scales of the gray scale individually adjusted so that the same analysis results as in FIGS. 7A to 7C can be evaluated for each case. 8A is an analysis result of the non-perforated rectangular haunch case, FIG. 8B is an analysis result of the non-perforated trapezoidal haunch case, and FIG. 8C is an analysis result of the perforated rectangular haunch case.
図７Ａ乃至図７Ｃを参照すると、図７Ａの無孔矩形ハンチケース及び図７Ｂの無孔台形ハンチケースと比べて、図７Ｃの有孔矩形ハンチケースでは、断面急変位置の隅角部Ａの塑性ひずみが緩和されている。例えば図７Ａや図７Ｂでは、相当塑性ひずみの最大値が３．２８％であるのに対し、図７Ｃでは２．９９％となっており、約１０％減少している。また、図８Ｃを見ると、有孔矩形ハンチケースでは、円孔２５ｈの周囲の広い範囲に亘って塑性ひずみが分布しているのがわかる。
よって、水平ハンチ２５に円孔２５ｈを形成すれば、隅角部Ａ以外の部分にも広い範囲で応力を負担させて塑性ひずみを広範囲に分散させることが可能であり、その分だけ、隅角部Ａの塑性ひずみの集中が軽減されることが確認された。
Referring to FIGS. 7A to 7C, the perforated rectangular hunch case of FIG. 7C is more plastic than the non-porous rectangular haunch case of FIG. 7A and the non-perforated trapezoidal haunch case of FIG. 7B. The strain is relaxed. For example, in FIGS. 7A and 7B, the maximum value of the equivalent plastic strain is 3.28%, whereas in FIG. 7C, it is 2.99%, which is a decrease of about 10%. 8C shows that plastic strain is distributed over a wide range around the circular hole 25h in the perforated rectangular hunch case.
Therefore, if the circular hole 25h is formed in the horizontal haunch 25, it is possible to disperse the plastic strain over a wide range by applying a stress to a portion other than the corner portion A in a wide range. It was confirmed that the concentration of plastic strain in part A was reduced.
ところで、既述のように、梁端２０ｅｅに位置する柱１０と梁２０との接合部は、大きな溶接部（通しダイアフラム１２とフランジ２０ｆ及び水平ハンチ２５との溶接部）を含んでいるので、この接合部が、梁２０のなかで比較的早期に全断面降伏する場合には、溶接部の脆性破壊に起因して柱梁架構１が瞬時倒壊する虞がある。そのため、上記梁端２０ｅｅの接合部を、梁２０のなかで相対的に遅いタイミングで全断面降伏するように設定しておくのが望ましく、本実施形態では、断面急変位置の部分及び円孔２５ｈの形成部分の両者がそれぞれ全断面降伏した後に、梁端２０ｅｅの接合部が全断面降伏するように設定している。 By the way, as described above, the joint portion between the column 10 and the beam 20 located at the beam end 20ee includes a large welded portion (a welded portion between the through diaphragm 12, the flange 20f, and the horizontal haunch 25). When the joint yields in the entire cross section within the beam 20 relatively early, the column beam frame 1 may collapse instantaneously due to brittle fracture of the weld. Therefore, it is desirable to set the joint portion of the beam end 20ee so as to yield the entire cross section at a relatively late timing in the beam 20. In this embodiment, the portion of the cross section sudden change position and the circular hole 25h are desirable. After both of the formed portions yield a full cross section, the joint of the beam end 20ee is set to yield a full cross section.
ここで、このように設定する方法について説明する。図９は、梁２０の曲げ耐力線（スパン方向の各位置の断面の曲げ耐力を、塑性断面係数等でモーメント換算したもの）と、柱梁架構１に地震力や風荷重等の水平外力が作用した際に梁２０に生じる曲げモーメントの分布と、を示すグラフである。なお、縦軸には、曲げ耐力線の大きさ、及び曲げモーメントの大きさを取っており、横軸には、梁端２０ｅｅからの梁２０のスパン方向の距離を取っている。なお、同図９中の下部には、横軸のスパン方向の距離に対応させて、梁２０の位置を具体的に示している。 Here, a method of setting in this way will be described. FIG. 9 shows the bending strength line of the beam 20 (the bending strength of the cross section at each position in the span direction converted to a moment by the plastic section modulus) and horizontal external forces such as seismic force and wind load on the column beam frame 1. It is a graph which shows distribution of the bending moment which arises in the beam 20 when it acts. The vertical axis represents the magnitude of the bending strength line and the magnitude of the bending moment, and the horizontal axis represents the distance in the span direction of the beam 20 from the beam end 20ee. In the lower part of FIG. 9, the position of the beam 20 is specifically shown in correspondence with the distance in the span direction of the horizontal axis.
同図９に示すように、梁端２０ｅｅから水平ハンチ２５の中央側の端２５ｅｅの位置たる断面急変位置までは、水平ハンチ２５の幅が一定であるため、円孔２５ｈの形成部分を除いて、曲げ耐力線の値は一定の第１所定値となっている。そして、円孔２５ｈの形成部分は、円孔２５ｈの分だけ断面が小さくなっているため、曲げ耐力線の値は、上記第１所定値よりも小さくなっている。また、断面急変位置よりも中央側では、水平ハンチ２５が無いことから、曲げ耐力線の値は、上記第１所定値よりも小さい第２所定値で一定になっている。 As shown in FIG. 9, since the width of the horizontal haunch 25 is constant from the beam end 20ee to the sudden change position of the cross-section, which is the position of the central end 25ee of the horizontal haunch 25, the portion where the circular hole 25h is formed is excluded. The value of the bending strength line is a constant first predetermined value. And since the cross section of the formation part of the circular hole 25h becomes small by the part of the circular hole 25h, the value of a bending strength line is smaller than the said 1st predetermined value. Further, since there is no horizontal haunch 25 on the center side of the sudden change position of the cross section, the value of the bending strength line is constant at a second predetermined value smaller than the first predetermined value.
一方、梁２０に作用する曲げモーメントは、既述のように梁端２０ｅｅにおいて最大となり、スパン方向の中央側に向かうに従って梁端２０ｅｅからの距離に比例して所定の傾きで低下する（例えば、曲げモーメント（Ｉ）を参照）。そして、梁２０のスパン方向の中央位置に作用する鉛直荷重Ｐを増加すれば、曲げモーメントも、その傾きの大きさを変えることで図９のＩ→II→III→IVのように増加していくが、その増加の過程で、かかる曲げモーメントの値が曲げ耐力線を超えると、その超えた位置の部分が、超えた順番で順次全断面降伏することになる。 On the other hand, the bending moment acting on the beam 20 is maximum at the beam end 20ee as described above, and decreases with a predetermined inclination in proportion to the distance from the beam end 20ee toward the center in the span direction (for example, See bending moment (I)). If the vertical load P acting on the center position of the beam 20 in the span direction is increased, the bending moment is also increased as I → II → III → IV in FIG. 9 by changing the magnitude of the inclination. However, when the value of the bending moment exceeds the bending strength line in the course of the increase, the portion at the position exceeding the bending yield line sequentially yields in the entire cross section in the order in which it exceeded.
例えば、図９の場合には、最初に断面急変位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（II）を参照）、最初に断面急変位置の部分で全断面降伏し、次に円孔２５ｈの形成部分の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（III）を参照）、次に円孔２５ｈの形成部分で全断面降伏し、最後に梁端２０ｅｅの接合部の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（IV）を参照）、最後に梁端２０ｅｅの接合部で全断面降伏することになる。 For example, in the case of FIG. 9, since the bending strength line is first exceeded at the sudden change position of the cross section (see bending moment (II)), first, the entire cross section yields at the position of the sudden change position of the cross section, and then the circular hole 25h Since the bending strength line is exceeded at the position of the forming portion (see bending moment (III)), the yielding of the entire cross section is then yielded at the forming portion of the circular hole 25h, and finally the bending strength line is applied at the position of the joint of the beam end 20ee. (See the bending moment (IV)), and finally the entire cross section yields at the joint of the beam end 20ee.
よって、図９に示すような関係に予め曲げ耐力線を設定しておけば、梁端２０ｅｅの接合部は、断面急変位置の部分、及び円孔２５ｈの形成部分の両者がそれぞれ全断面降伏した後に、全断面降伏することになり、その結果、梁端２０ｅｅの接合部が含む溶接部に起因した脆性破壊は有効に抑制される。
そして、このような曲げ耐力線の関係は、接合部の位置たる梁端２０ｅｅに作用する曲げモーメントの大きさに着目すると、次のように表現することができる。
Therefore, if the bending strength lines are set in advance in the relationship as shown in FIG. 9, the joint portion of the beam end 20ee is yielded in the entire cross section at both the portion where the cross section suddenly changes and the portion where the circular hole 25h is formed. Later, the entire cross-section yields, and as a result, brittle fracture due to the welded portion included in the joint of the beam end 20ee is effectively suppressed.
The relationship between the bending strength lines can be expressed as follows by paying attention to the magnitude of the bending moment acting on the beam end 20ee as the position of the joint.
すなわち、「梁端２０ｅｅの接合部が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭｆ（IVの状態）よりも、断面急変位置の部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭｐ（IIの状態）、及び円孔２５ｈの形成部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭａ（IIIの状態）の方が小さくなるように、梁２０の断面寸法や円孔２５ｈの孔径、スパン方向の孔位置等が設計されている」と表現することができる。 That is, “the beam end 20ee when the section at the sudden change position of the cross section yields the entire cross section yields more than the bending moment magnitude Mf (the state of IV) at the beam end 20ee when the joint of the beam end 20ee yields the entire cross section. The bending moment magnitude Mp (II state) at the beam end and the bending moment magnitude Ma (III state) at the beam end 20ee when the formation of the circular hole 25h yields the entire cross-section is smaller. In addition, the cross-sectional dimension of the beam 20, the hole diameter of the circular hole 25h, the hole position in the span direction, and the like are designed ".
なお、断面急変位置の部分と円孔２５ｈの形成部分との全断面降伏タイミングの前後関係については、望ましくは、円孔２５ｈの形成部分の方が先に全断面降伏すると良い。この理由は、次の通りである。 As for the front-rear relationship of the yield timing of the entire cross section between the portion where the cross section suddenly changes and the portion where the circular hole 25h is formed, it is desirable that the portion where the circular hole 25h is formed first yields the entire cross section. The reason for this is as follows.
図９に示すように、断面急変位置の隅角部Ａの形状は、二直線が交差した形状になっているが、かかる尖った形状の隅角部Ａは、応力集中が大きくなり易い。これに対して、円孔２５ｈの形成部分にも応力集中するが、その形状は円弧という緩形状であるため、応力の集中度合いは、上述の隅角部Ａよりも格段に軽度である。そのため、円孔２５ｈの形成部分の方を先に全断面降伏させた方が、脆性破壊をより後に遅らせることができて、その方が柱梁架構１の安全上好ましく、かかる理由から、円孔２５ｈの形成部分の方を先に全断面降伏させるのが良いのである。 As shown in FIG. 9, the shape of the corner portion A at the sudden change position of the cross section is a shape in which two straight lines intersect, but the sharp corner portion A tends to have a large stress concentration. On the other hand, although stress is concentrated on the portion where the circular hole 25h is formed, since the shape is a gentle shape called an arc, the degree of stress concentration is much lighter than that of the corner portion A described above. For this reason, it is preferable to first yield the entire cross section of the formation portion of the circular hole 25h to delay the brittle fracture later, which is preferable for the safety of the column beam frame 1. For this reason, the circular hole It is better to first yield the entire cross section of the formation portion of 25h.
図１０は、このような前後関係に調整された曲げ耐力線のグラフである。そして、同グラフの場合において、曲げモーメントをＩ→II→III→IVのように増加していくと、その増加の過程で、最初に円孔２５ｈの形成部分の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（II）を参照）、最初に円孔２５ｈの形成部分で全断面降伏し、次に断面急変位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（III）を参照）、次に断面急変位置の部分で全断面降伏し、最後に梁端２０ｅｅの接合部の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（IV）を参照）、最後に梁端２０ｅｅの接合部で全断面降伏することになる。 FIG. 10 is a graph of the bending strength line adjusted to such a context. In the case of the graph, when the bending moment is increased as I → II → III → IV, the bending strength line is exceeded at the position where the circular hole 25h is first formed in the process of the increase. (Refer to bending moment (II)) First, the entire section yields at the part where the circular hole 25h is formed, and then exceeds the bending strength line at the position where the section suddenly changes (see bending moment (III)). Yield the entire section at the position, and finally exceed the bending strength at the position of the joint of the beam end 20ee (see bending moment (IV)), and finally yield the entire section at the joint of the beam end 20ee become.
そして、このように円孔２５ｈの形成部分の方を先に全断面降伏させるような曲げ耐力線についても、梁端２０ｅｅに作用する曲げモーメントの大きさに着目すれば、次のように表現することができる。 Further, the bending strength line that yields the entire cross section of the portion where the circular hole 25h is formed in this way is expressed as follows by paying attention to the magnitude of the bending moment acting on the beam end 20ee. be able to.
すなわち、「断面急変位置の部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントＭｐの大きさ（IIIの状態）よりも、円孔２５ｈの形成部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントＭａの大きさ（IIの状態）の方が小さくなるように、梁２０の断面寸法や円孔２５ｈの孔径、スパン方向の孔位置等が設計されている」と表現することができる。 That is, “the beam end 20ee when the formation portion of the circular hole 25h yields the entire cross section rather than the magnitude of the bending moment Mp at the beam end 20ee when the section at the sudden change position of the cross section yields the entire cross section (state III)”. The cross-sectional dimension of the beam 20, the diameter of the circular hole 25h, the position of the hole in the span direction, etc. are designed so that the magnitude of the bending moment Ma at II (state II) becomes smaller. it can.
図１１は、本実施形態の変形例の概略上面図である。上述の実施形態では、水平ハンチ２５毎に円孔２５ｈを一つずつ貫通形成していたが、この変形例では、水平ハンチ２５毎に複数の一例として二つの円孔２５ｈａ，２５ｈｂをスパン方向に並べて形成している点で相違し、これ以外の点では同じである。そのため、以下の説明では、同一の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。 FIG. 11 is a schematic top view of a modification of the present embodiment. In the above-described embodiment, one circular hole 25h is formed through each horizontal hunch 25. However, in this modification, two circular holes 25ha and 25hb are provided in the span direction as a plurality of examples for each horizontal hunch 25. The difference is that they are formed side by side, and the other points are the same. Therefore, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure and the description is abbreviate | omitted.
図１１に示すように、水平ハンチ２５には、大径の円孔２５ｈａと、この大径の円孔２５ｈａよりも小径の円孔２５ｈｂとが、スパン方向に並んで形成されている。そして、大径の円孔２５ｈａの方が、スパン方向の中央側に位置し、小径の円孔２５ｈｂの方が、スパン方向の端側（梁端２０ｅｅ側）に位置しているが、この理由は次の通りである。既述のように梁２０に作用する曲げモーメントの大きさは、梁端２０ｅｅに向かうに従って漸増しているが、これに対応させて、梁端２０ｅｅ寄りに位置する円孔２５ｈほど孔径を小さく設定すれば、円孔２５ｈの形成部分において応力を負担可能な断面積を、梁端２０ｅｅ寄りに位置する円孔２５ｈほど大きくすることができて、上述の曲げモーメントの漸増と相殺させることができる。そして、これにより、これら円孔２５ｈａ，２５ｈｂの形成部分同士を、概ね同タイミングで全断面降伏させることが可能となって、つまりこれら二つの部分に概ね同じタイミングで塑性ヒンジが形成されて、その結果、地震時の振動エネルギー吸収性能に長けた柱梁接合構造となるからである。 As shown in FIG. 11, the horizontal haunch 25 is formed with a large-diameter circular hole 25ha and a circular hole 25hb having a diameter smaller than that of the large-diameter circular hole 25ha arranged in the span direction. The large diameter circular hole 25ha is located on the center side in the span direction, and the small diameter circular hole 25hb is located on the end side in the span direction (beam end 20ee side). Is as follows. As described above, the magnitude of the bending moment acting on the beam 20 gradually increases toward the beam end 20ee. Correspondingly, the diameter of the circular hole 25h located closer to the beam end 20ee is set smaller. By doing so, the cross-sectional area that can bear the stress in the portion where the circular hole 25h is formed can be made larger as the circular hole 25h is located closer to the beam end 20ee, and this can be offset with the above-described gradual increase of the bending moment. As a result, it is possible to yield the cross sections of the circular holes 25ha and 25hb at almost the same timing, that is, plastic hinges are formed at the same timing at the two portions. As a result, the beam-to-column connection structure is excellent in vibration energy absorption performance during an earthquake.
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
=== Other Embodiments ===
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, The deformation | transformation as shown below is possible in the range which does not deviate from the summary.
上述の実施形態では、鉄骨梁２０としてＨ形鋼を本体としていたが、何等これに限るものではない。例えば、Ｃ形断面の溝形鋼を梁２０の本体としても良いし、矩形断面の鋼製角パイプを本体としても良い。なお、その場合には、これら溝形鋼や角パイプのみの部分が、「基準断面部」となり、そして、これら溝形鋼や角パイプのスパン方向の端部に水平ハンチ２５を溶接することで、同端部を、基準断面部よりも断面積が増大した「断面積増大部」に形成することができる。 In the above-described embodiment, the H-shaped steel is used as the main body of the steel beam 20, but the present invention is not limited to this. For example, C-shaped cross-section grooved steel may be used as the main body of the beam 20, or a rectangular cross-section steel square pipe may be used as the main body. In this case, only the groove steel and the square pipe are the “reference cross section”, and the horizontal haunch 25 is welded to the end in the span direction of the groove steel and the square pipe. The same end portion can be formed in a “cross-sectional area increasing portion” having a cross-sectional area larger than that of the reference cross-sectional portion.
上述の実施形態では、円孔２５ｈを貫通形成した水平ハンチ２５として平面視矩形状の水平ハンチ２５を例示したが、その平面形状は何等これに限るものではない。例えば、図６Ｂで例示したような平面視台形状の水平ハンチ２５に円孔２５ｈを貫通形成しても良いし、これ以外の平面形状でも構わない。 In the above-described embodiment, the horizontal hunch 25 having a rectangular shape in plan view is illustrated as the horizontal hunch 25 formed so as to penetrate the circular hole 25h. However, the planar shape is not limited to this. For example, the circular hole 25h may be formed through the horizontal haunch 25 having a trapezoidal shape as illustrated in FIG. 6B, or other planar shapes may be used.
上述の実施形態では、水平ハンチ２５の円孔２５ｈ内へボルト等が差し込まれるのか否かについて述べていなかったが、この円孔２５ｈはボルト孔等ではなく、つまり円孔２５ｈ内には挿入物は一切挿入されない。そして、これにより、挿入物による円孔２５ｈの周囲部分の拘束は概ね無く、円孔２５ｈの周囲部分に応力が広く分散されるようになって、その結果、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの間の剛性差を確実に縮小可能となる。 In the above-described embodiment, whether or not a bolt or the like is inserted into the circular hole 25h of the horizontal haunch 25 is not described, but the circular hole 25h is not a bolt hole or the like, that is, an insert is inserted in the circular hole 25h. Is not inserted at all. As a result, there is almost no constraint on the peripheral portion of the circular hole 25h by the insert, and the stress is widely dispersed in the peripheral portion of the circular hole 25h. As a result, the reference cross-sectional portion 20b and the cross-sectional area increasing portion The rigidity difference from 20e can be reliably reduced.
１ 柱梁架構、１０ 柱、１０ｓ 外周面、１２ 通しダイアフラム、
２０ 梁（鉄骨梁）、２０ｂ 基準断面部、２０ｅ 端部（断面積増大部）、
２０ｅｅ 梁端、２０ｆ フランジ、２０ｗ ウエブ、
２５ 水平ハンチ（梁幅方向の外方に突出した部分）、
２５ｃ 角部、２５ｅｅ 端、
２５ｈ 円孔（貫通孔）、２５ｈａ 円孔（貫通孔）、２５ｈｂ 円孔（貫通孔）、
３１ ガセットプレート、
Ａ 隅角部（Ａ点部分）、
1 column beam frame, 10 columns, 10s outer peripheral surface, 12 through diaphragm,
20 beams (steel beams), 20b reference cross-section, 20e end (cross-sectional area increasing portion),
20ee Beam end, 20f flange, 20w web,
25 horizontal haunch (part protruding outward in the beam width direction),
25c corner, 25ee end,
25h circular hole (through hole), 25ha circular hole (through hole), 25hb circular hole (through hole),
31 gusset plates,
A corner (point A),
Claims (6)
前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも梁幅方向に拡幅して断面積が増大した断面積増大部と、を有し、
前記断面積増大部のうちで前記基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分に貫通孔が形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。 In a column beam connection structure in which a column and a steel beam are rigidly connected,
The steel beam is widened in the beam width direction from the reference cross section while being positioned closer to the end of the steel beam than the reference cross section, and a reference cross section having a reference cross section of the steel beam A cross-sectional area increasing portion having an increased cross-sectional area,
A column-beam joint structure, wherein a through-hole is formed in a portion of the cross-sectional area increasing portion that protrudes outward in the beam width direction from the reference cross-sectional portion.
前記柱と前記鉄骨梁との接合部は、少なくとも一部が溶接部であり、
前記接合部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記基準断面部と前記断面積増大部との境界部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさ、及び前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。 The beam-column joint structure according to claim 1,
At least a part of the joint between the column and the steel beam is a weld,
The magnitude of the bending moment at the beam end when the boundary portion between the reference cross section and the cross-sectional area increasing portion yields the entire cross section rather than the magnitude of the bending moment at the beam end when the joint yields the entire cross section. And the cross-sectional design is such that the portion of the cross-sectional area increasing portion where the through hole is formed yields a smaller bending moment at the beam end when the entire cross-section yields. Column beam connection structure.
前記貫通孔は円孔であり、
前記境界部は、二直線が交差した形状の隅角部を有し、
前記境界部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。 The beam-column joint structure according to claim 2,
The through hole is a circular hole,
The boundary portion has a corner portion in a shape where two straight lines intersect,
Bending moment at the beam end when the section where the through hole is formed in the cross-sectional area increasing portion is larger than the magnitude of the bending moment at the beam end when the boundary yields in the entire cross section Column beam connection structure, characterized in that the cross section is designed so that the size of is smaller.
前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
前記基準断面部は、前記Ｈ形鋼であり、
前記断面積増大部は、前記Ｈ形鋼のフランジにおける梁幅方向の各端縁に水平ハンチを溶接して形成されており、
前記水平ハンチに前記貫通孔が形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。 The beam-column joint structure according to any one of claims 1 to 3,
The steel beam has H-shaped steel as its main body,
The reference cross section is the H-section steel,
The cross-sectional area increasing portion is formed by welding a horizontal hunch to each edge in the beam width direction of the flange of the H-shaped steel,
The beam-column joining structure, wherein the through hole is formed in the horizontal haunch.
前記貫通孔としての円孔が、前記鉄骨梁の長手方向に並んで複数設けられており、
前記長手方向の柱側の端部に近づく程、前記円孔の孔径が小さくなっていることを特徴とする柱梁接合構造。 The beam-column joint structure according to claim 1,
A plurality of circular holes as the through holes are provided side by side in the longitudinal direction of the steel beam,
The beam-to-column connection structure characterized in that the diameter of the circular hole is smaller toward the end on the column side in the longitudinal direction.
前記貫通孔には、何も差し込まれていないことを特徴とする柱梁接合構造。 The beam-column joint structure according to any one of claims 1 to 5,
A beam-column joint structure in which nothing is inserted into the through hole.
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