JP2017053102A - 梁の接合構造及び梁の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】梁の耐荷重を維持しながら施工性を向上することのできる梁の接合構造及び梁の接合方法を提供する。【解決手段】大梁１１と、この大梁１１に対して直交するように配置された小梁１５とを、ガセットプレート１２及び高力ボルト１３によってピン接合する。更に、小梁１５の下面に、大梁１１に溶接されたスプライスプレート１６を高力ボルト１７によって固定する。大梁１１と小梁１５の上面には、連続する床スラブ２０を配置する。この床スラブ２０は、小梁１５に固定された頭付スタッドボルト２５と、鉄筋２３とがコンクリート２２に埋設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、梁の接合構造及び梁の接合方法に関する。

従来、梁と梁とを接続する方法として、ピン接合による接合方法が知られている。
図６（ａ）に示すように、このピン接合においては、梁５１に溶接されたガセットプレート５２を、梁５１に直交するように配置された梁５５のウェブに、ボルトによって固定する。そして、梁５１と梁５５との上面に床スラブ６０が形成される。

図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、このようなピン接合においては、スラブ打設時（床スラブ６０を形成する時の状態）や床スラブ６０に積載荷重載荷を載置した場合には、梁５５の中央における曲げモーメントが最大になる。従って、図６（ｄ）に示すように、これら曲げモーメントを合計した値（梁５５の中央における曲げモーメントの大きさ）に応じて梁５５を設計する必要がある。更に、ピン接合においては、梁５５の耐荷重が低いため、梁５５の数を増やしたり梁５５の背を大きくしたりする必要がある。

そこで、ピン接合により接合した構成において、補強部材を配置した構造が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献においては、小梁の上フランジは、大梁の上フランジの上面に重ねてボルトで接合した上側接合プレートの下面にボルトで接合する。小梁の下フランジは、大梁のウェブに溶接された下側接合プレートの上面に重ねてボルトで接合する。下側接合プレートは、大梁に接合されたリブ部材に下面を接合して補強する。

また、図６（ｅ）に示すように、梁と梁とを剛接合によって接合する方法も知られている。この剛接合においては、梁５１の上フランジを、この梁５１に直交する梁５５の上フランジに突き合わせ溶接して固定する。更に、梁５５の下フランジを梁５１のウェブに溶接して固定する。そして、梁５１と梁５５との上面に床スラブ６０が形成される。

図６（ｆ）及び図６（ｇ）に示すように、この剛接合においては、スラブ打設時や床スラブ６０に積載荷重載荷を載置した場合には、梁５５の端部が曲げモーメントの最大になる。従って、図６（ｈ）に示すように、これら曲げモーメントを合計した値（梁５５の端部における曲げモーメントの大きさ）に応じて梁５５を設計する必要がある。この剛接合はピン接合よりも強固であるため、梁の耐荷重が高い。

特開２０１５−４５１９５号公報

しかしながら、図６（ｅ）に示した剛接合では、上フランジ及び下フランジにおいて突合せ溶接を行なう必要があり、施工性が悪い。
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、梁の耐荷重を維持しながら施工性を向上することのできる梁の接合構造及び梁の接合方法を提供することにある。

上記課題を解決するための梁の接合構造は、梁と被接合部材との接合構造であって、前記梁と前記被接合部材との上面には、スラブが設けられており、前記梁の上部は、前記被接合部材の上部と直接接合されておらず、かつ前記梁に固定された係止部材を埋設した前記スラブを介して、前記被接合部材と接合されており、前記梁の下部は、前記被接合部材に溶接又は当接された圧縮力伝達部材を介して接合されている。ここで、直接接合とは、梁と被接合部材とを、溶接や当接により接合すること、又はプレート等の１つの部材を渡して接合することを意味する。これにより、梁と被接合部材の上部における直接接合を省略することができるため、施工性がよい。また、梁に固定された係止部材及びスラブ内の鉄筋によって引張力に抵抗するため、スラブが形成された場合には、梁と被接合部材とを剛接合による接合状態にすることができる。従って、梁の端部及び中央の一方のみの曲げモーメントが大きくなることがなく、梁は荷重を効率的に支持することができるため、梁の耐荷重を維持することができる。

上記梁の接合構造において、前記係止部材は、頭付スタッドボルトであることが好ましい。これにより、スラブ床において通常、埋設される頭付スタッドボルトを、係止部材として用いることができる。

上記課題を解決するための梁の接合方法は、梁と被接合部材との接合方法であって、前記梁と前記被接合部材とを、前記梁の上部においては直接接合せずに、前記梁の下部において直接接合し、前記梁に固定された係止部材を埋設してスラブを打設することにより、前記梁の上部を、前記スラブを介して前記被接合部材と接合させ、前記梁の下部に、前記被接合部材に溶接された又は当接する圧縮力伝達部材を設ける。これにより、梁と被接合部材の上部における直接接合を省略することができるため、施工性がよい。また、梁に固定された係止部材及びスラブ内の鉄筋によって引張力に抵抗するため、スラブが形成された場合には、梁と被接合部材とを剛接合による接合状態にすることができる。従って、梁の端部及び中央の一方のみの曲げモーメントが大きくなることがなく、梁は荷重を効率的に支持することができるため、梁の耐荷重を維持することができる。

本発明によれば、梁の耐荷重を維持しながら施工性を向上することができる。

本実施形態における梁の接合構造の構成を説明する正面図。 本実施形態における梁の接合構造の構成を説明する斜視図。 本実施形態における梁に作用する引張力と圧縮力を説明する説明図。 本実施形態における梁の接合構造に曲げモーメントを説明する説明図であって、（ａ）はスラブ打設時の曲げモーメント、（ｂ）は積載荷重載荷時の曲げモーメント、（ｃ）は合成時の曲げモーメントを示す。 本実施形態における梁の接合構造と従来の剛接合の接合構造における荷重に対する変位の関係を示すグラフ。 従来技術における梁の接合構造及び曲げモーメントを説明する説明図であって、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はピン接合における正面図、スラブ打設時の曲げモーメント、積載荷重載荷時の曲げモーメント、合成時の曲げモーメントを示し、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は剛接合における正面図、スラブ打設時の曲げモーメント、積載荷重載荷時の曲げモーメント、合成時の曲げモーメントを示す。

以下、図１〜図５を用いて、梁の接合構造及び接合方法の一実施形態を説明する。本実施形態では、上面にスラブが形成された梁と、この梁に接合される被接合部材との接合構造及び接合方法について説明する。ここでは、建物の柱に取り付けられる大梁（請求項における被接合部材）を用い、この大梁に直交して配置される小梁（請求項における梁）を用いて説明する。

図１及び図２は、それぞれ、本実施形態の梁の接合構造１０の正面図及び斜視図である。
図１に示すように、大梁１１（Ｈ鋼）の延在方向（図１の紙面に直交する方向）に対して、直交する方向（図１の左右方向）に延在する小梁１５（Ｈ鋼）が配置されている。本実施形態では、大梁１１を挟んで両側に対向するように２つの小梁１５が配置されている。更に、本実施形態では、大梁１１の上フランジと小梁１５の上フランジとが面一となる高さで配置されている。

大梁１１には、板形状のガセットプレート１２が溶接されている。ガセットプレート１２は、大梁１１の延在方向に対して直交する方向（小梁１５の延在方向）で、かつ鉛直方向に延在するように配置されている。このガセットプレート１２は、大梁１１のウェブ、上フランジ及び下フランジと溶接されている。更に、ガセットプレート１２は、中央上部が小梁１５側に突出した取付部１２ａを備える。

図２に示すように、ガセットプレート１２の取付部１２ａは、小梁１５のウェブの一面に高力ボルト１３によって取り付けられている。更に、各小梁１５の各下フランジには、矩形状のスプライスプレート１６が取り付けられている。スプライスプレート１６の一端部は、小梁１５の下フランジに、高力ボルト１７により接合されている。更に、スプライスプレート１６の大梁１１側の端部は、大梁１１のウェブに突合せ溶接されている。

図１に示すように、大梁１１の上フランジと小梁１５の上フランジの上方には、床スラブ２０が設けられている。この床スラブ２０は、大梁１１及び小梁１５に載置されたデッキプレート２１を下面に備えている。床スラブ２０は、デッキプレート２１の上方にコンクリート２２が打設されている。この床スラブ２０のコンクリート２２内には、上下２段の格子状に配置された鉄筋２３と、立設された複数の頭付スタッドボルト２５とが埋設されている。頭付スタッドボルト２５の先端部は、小梁１５の上フランジの上面に溶接されて固定されている。

次に、図３及び図４を用いて、この梁の接合構造における力の作用について説明する。
図３には、本実施形態の接合構造１０の上方に配置された床スラブ２０に荷重（積載荷重載荷）が加わった場合の力の関係を示している。小梁１５の端部（大梁１１との接合部）には、矢印に示す方向の曲げモーメントＭｅが作用する。これにより、小梁１５の下フランジには圧縮力が作用し、小梁１５の上フランジには引張力が作用する。本実施形態では、小梁１５の下フランジに接合されたスプライスプレート１６は、大梁１１のウェブに溶接している。従って、このスプライスプレート１６によって、小梁１５の下フランジに作用する圧縮力に抵抗することができる。

一方、本実施形態では、小梁１５の上フランジには、床スラブ２０のコンクリート２２に埋設された頭付スタッドボルト２５が溶接されている。従って、小梁１５の上フランジに作用した引張力は、頭付スタッドボルト２５及びコンクリート２２を介して鉄筋２３に伝達される。このため、引張力は、床スラブ２０の鉄筋２３によって抵抗される。

図４は、本実施形態の梁の接合構造１０の小梁１５に作用する曲げモーメントの分布を示している。
図４（ａ）に示すように、スラブ打設時（大梁１１に対して小梁１５を取り付けた場合）においては、小梁１５は、大梁１１と、ガセットプレート１２を介して高力ボルト１３によって固定されており、ピン接合になっている。この場合、小梁１５の曲げモーメントは、従来のピン接合の接合状態と同じく、中央が最大となる。

また、図４（ｂ）に示すように、積載荷重載荷時においては、剛接合となっているため、小梁１５の曲げモーメントは、端部が最大となる。
従って、図４（ｃ）に示すように、床スラブ２０が上面に配置された小梁１５の曲げモーメントは、図４（ａ）に示す分布と図４（ｂ）に示す分布との合計となる。このため、小梁１５は、中央における曲げモーメントＭｃ又は端部における曲げモーメントＭｅが極端に大きくなることがなく、小梁１５に加わる荷重を効率よく分散させることができる。

図５は、床スラブ２０を打設した後に、大梁１１の中心を小梁１５の支持点として、小梁１５に対して上から荷重を加えたときの荷重と小梁１５の変位量との関係を示している。図５において、線Ｓ０は、図６（ｅ）に示す従来の剛接合の構造における荷重と変位量との関係を示している。線Ｓ１は、本実施形態の接合における荷重と変位量との関係を示している。また、線ＡＳ１は、長期許容応力度に相当する荷重を示している。図５に示すように、長期許容応力度相当荷重以下の荷重においては、従来の剛接合とほぼ同じ変位量である。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、大梁１１と、この大梁１１に対して直交するように配置された小梁１５とを、ガセットプレート１２及び高力ボルト１３によってピン接合する。従って、床スラブ２０を打設する前の状態においては、大梁１１と小梁１５とを強固に接合しなくてよいので、施工性を向上させることができる。

（２）本実施形態では、大梁１１と小梁１５の上面には、連続する床スラブ２０を配置する。この床スラブ２０は、小梁１５に固定された頭付スタッドボルト２５と、鉄筋２３とがコンクリート２２に埋設されている。これにより、小梁１５の上部に加わる引張力は、頭付スタッドボルト２５及びコンクリート２２を介して、床スラブ２０の鉄筋２３に伝達される。そして、鉄筋２３によって引張力は抵抗を受ける。また、大梁１１に溶接したスプライスプレート１６を、小梁１５の下面に、高力ボルト１７によって固定する。小梁１５の下部に加わる圧縮力は、スプライスプレート１６を介して大梁１１のウェブに伝達され、受け止められる。このため、床スラブ２０の形成後には、小梁１５と大梁１１とを剛接合にすることができる。従って、小梁１５の端部及び中央の一方のみの曲げモーメントが大きくなることがなく、小梁１５に加わる荷重を効率的に支持することができるため、小梁１５の耐荷重を維持することができる。

（３）本実施形態では、大梁１１の両側に小梁１５を配置する。このため、大梁１１を挟んで小梁１５に作用する力が均等になるため、より強固に、大梁１１と小梁１５とを接合することができる。

（４）本実施形態では、小梁１５の上部に加わる引張力を、頭付スタッドボルト２５を介して床スラブ２０に伝達する。この圧縮力は、床スラブ２０の鉄筋２３に伝達されて、受け止められる。このため、床スラブ２０の構成を変更することなく、小梁１５の上部に加わる引張力に抵抗することができる。

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、大梁１１と小梁１５との上面に床スラブ２０を設けた。小梁１５と、これに接続する大梁１１との上面に形成されるスラブは、床スラブに限定されるものではない。例えば、屋根スラブを上面に連続して形成した梁と被接合部材との接合構造に用いてもよい。

・上記実施形態では、係止部材として頭付スタッドボルト２５を用いた。スラブに埋設される係止部材は、頭付スタッドボルト２５に限定されるものではなく、梁の上フランジに加わる引張力を、スラブの鉄筋に伝達する部材であればよく、他の形状の部材や他の材料の部材であってもよい。また、上記実施形態では、頭付スタッドボルト２５を、大梁１１及び小梁１５の上に配置した。頭付スタッドボルト２５（係止部材）は、デッキプレート２１を貫通させて大梁１１及び小梁１５の上に配置してもよい。

・上記実施形態では、小梁１５の下面に、スプライスプレート１６を取り付け、このスプライスプレート１６を大梁１１に溶接させた。小梁１５の下部に取り付ける部材は、小梁１５からの圧縮力を大梁１１（被接合部材）に伝達可能な部材であれば、スプライスプレートに限定されるものではない。例えば、水平部を小梁に固定し垂直部を大梁に当接させたＬ字形状のプレートを用いてもよい。また、この圧縮力伝達部材の取り付け方法も突合せ溶接に限定されるものではない。例えば、突合せ溶接の代わりに隅肉溶接を用いることも可能である。更に、溶接せずにスプライスプレート１６を大梁１１に当接させるだけでもよい。また、上記実施形態では、圧縮力伝達部材であるスプライスプレート１６を、小梁１５に接合する前に、床スラブ２０を打設したが、取付と打設の順番は限定されるものではない。具体的には、スプライスプレート１６を、大梁１１に溶接するとともに、小梁１５に接合した後に、床スラブ２０を打設してもよいし、床スラブ２０を打設した後に、スプライスプレート１６を大梁１１に溶接し小梁１５に接合してもよい。

・上記実施形態では、小梁１５と、これが接続される大梁１１との接合構造として説明した。梁と、この梁と接合する被接合部材との上面にスラブが形成されている梁の接合構造であれば、小梁１５と大梁１１との接合構造に限定されるものではない。例えば、小梁と小梁との上面にスラブが形成されている場合に、すなわち、梁及び被接合部材が小梁の場合に、これらの接合構造に用いてもよい。

・上記実施形態では、大梁１１と小梁１５とを上部以外の部分で接合するために、大梁１１のウェブ、上フランジ及び下フランジに溶接されたガセットプレート１２を用いた。このガセットプレート１２の形状や構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、ガセットプレート１２の下端部を、小梁１５の下フランジまでの長さとし、大梁１１の下フランジに溶接しない構成としてもよい。
更に、上記実施形態では、大梁１１に溶接したガセットプレート１２の取付部１２ａを、小梁１５のウェブの一面に高力ボルト１３によって取り付けた。床スラブ２０を打設する前の大梁１１と小梁１５とのピン接合は、小梁１５のウェブを両面から接合する、いわゆるダブルシェアによって行なってもよい。この場合、フランジの幅に対応するガセットプレート１２を大梁１１に溶接し、このガセットプレート１２及び小梁１５のウェブに渡るように矩形のスプライスプレートを配置し、このスプライスプレートをガセットプレート１２及び小梁１５のウェブのそれぞれに高力ボルトによって取り付ける。これにより、簡単な施工で、より強固に大梁１１と小梁１５とを接合することができる。

１０…接合構造、１１…大梁、１２…ガセットプレート、１２ａ…取付部、１３、１７…高力ボルト、１５…小梁、１６…スプライスプレート、２０…床スラブ、２１…デッキプレート、２２…コンクリート、２３…鉄筋、２５…頭付スタッドボルト。

Claims (3)

1. 梁と被接合部材との接合構造であって、
   前記梁と前記被接合部材との上面には、スラブが設けられており、
   前記梁の上部は、前記被接合部材の上部と直接接合されておらず、かつ前記梁に固定された係止部材を埋設した前記スラブを介して、前記被接合部材と接合されており、
   前記梁の下部は、前記被接合部材に溶接又は当接された圧縮力伝達部材を介して接合されていることを特徴とする梁の接合構造。
2. 前記係止部材は、頭付スタッドボルトであることを特徴とする請求項１に記載の梁の接合構造。
3. 梁と被接合部材との接合方法であって、
   前記梁と前記被接合部材とを、前記梁の上部においては直接接合せずに、前記梁の下部において直接接合し、前記梁に固定された係止部材を埋設してスラブを打設することにより、前記梁の上部を、前記スラブを介して前記被接合部材と接合させ、
   前記梁の下部に、前記被接合部材に溶接された又は当接する圧縮力伝達部材を設けたことを特徴とする梁の接合方法。