JP3890516B2

JP3890516B2 - Earthquake-resistant column / beam joint structure

Info

Publication number: JP3890516B2
Application number: JP11904899A
Authority: JP
Inventors: 真一坂本; 重則深井; 雅泰多賀; 泰裕大橋; 昭犬伏; 庄滋中村; 圭薬師寺
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: JP2000309981A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震型柱・梁接合構造とＨ形断面部材で構成した梁に関し、特に、梁端部を増厚したＨ形断面部材で構成した梁を用いて、塑性変形点を梁母材に設定し梁端仕口部の耐力を塑性変形点における母材耐力と同一にすることで塑性変形性能を大きくさせて耐震性の向上を図り、併せて接合構造の簡素化、溶接の合理化及び鉄骨重量の削減をも達成する耐震型柱・梁接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨造建物においては、Ｈ形断面部材から構成される梁と柱との結合によって柱・梁接合部を形成しているが、地震時には、この柱・梁接合部に最も大きな応力を生じる。このため、梁端仕口部のフランジ溶接部とその周辺に変形が集中する結果、フランジ溶接部とその周辺での破壊が多くなっている。
このような破壊を回避するために、補強部材を付加してフランジ幅を拡大したり厚さを増すことなどによって、梁断面を大きくする工法が採用されることもある。
梁断面を拡大して接合部分の強化を図るための加工作業は、専ら溶接によっているために、作業効率や溶接の品質が問題になる。さらに、このように断面積を変えたとしても、地震時の応力は依然としてフランジ溶接部とその周辺に集中することに変わりがなく、補強部材を付加するための溶接作業等の増加によって結果的に梁のコスト高を招いていた。
【０００３】
梁部材の高い塑性変形性能を得るためには、塑性変形領域が梁材軸方向に充分に広がる必要がある。このためには、梁端仕口部の降伏以後の耐力上昇率が大きくなければならないが、以下のような場合には、耐力上昇率を見込めないばかりでなく、早期に脆性破壊を生じてしまう可能性が高い。
（１）歪が著しく集中する箇所が存在する場合。
（２）梁ウエブからの曲げモーメント伝達がほとんど期待できない場合。
（３）梁全体の曲げ性能に占めるフランジの負担割合が小さい場合。
（４）梁フランジ材の降伏比が高い場合や、破壊靭性値が低い場合。
（５）溶接施工が適切でない場合。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
脆性的な破壊を回避して高い塑性変形性能を得るためには、大地震時に塑性化する領域を従来の接合部よりも拡がるように、梁材に強度ギャップを設け、梁フランジ部分だけで柱への応力伝達ができるように、梁フランジのボリュームを増大させることで、各部に生じる歪量を小さくして、破壊発生時期を遅らせるようにし、梁フランジの完全溶込み溶接部の応力を低減させる必要がある。又、課題を解決するための部材の採用や作業においても、最善の選択をするための検討が求められている。
【０００５】
本発明は、上記の要求を達成して、建物の耐震性能の向上を図ることを課題にしており、加えて溶接作業を省略した梁端部の増厚形状を有する梁を採用することによって、接合部の強度の向上と簡素化及び鉄骨重量の削減を図ることが可能な、耐震型柱・梁接合構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による耐震型柱・梁接合構造は、Ｈ型断面部材で構成された梁のフランジの端面を耐震型柱に溶接接合した耐震型柱・梁接合構造において、前記梁の梁端仕口部から前記梁の長手方向に前記梁の梁せいの１／２以上離隔させて塑性変形点を設定し、前記梁端仕口部における耐力が、前記塑性変形点における梁断面が降伏した時に前記梁端仕口部に生じる曲げモーメントと同一であって、地震荷重が加えられた場合に少なくとも前記梁端仕口部と前記塑性変形点における梁断面とが降伏するように、前記フランジの厚みを拡大したことを特徴としており、塑性化する領域を従来の接合部よりも拡がるように、梁材に強度ギャップを設け、梁フランジ部分だけで柱への応力伝達ができるようにしている。
【０００７】
請求項２、３の発明による耐震型柱・梁接合構造は、梁端部を増厚形状にしたフランジの母材側に傾斜を設けたり、梁に作用するモーメント分布に対応させて梁材軸方向に拡大させることを特徴としており、梁端部の増厚を梁材に強度ギャップを設け、梁フランジ部分だけで柱への応力伝達するのに、モーメントを考慮した合理的な形状によって達成している。
【０００８】
請求項４の発明による耐震型柱・梁接合構造は、上記の各発明において梁端部をフランジの増厚と幅の拡大による形状に構成することを特徴としており、構造設計上の要求に応じてフランジの増厚拡幅の兼ね合いを調整した柔軟な形状を選択できる自由度を確保している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による耐震型柱・梁接合構造は、塑性変形点を梁母材に設定し梁端仕口部の耐力を塑性変形点における母材耐力と同一にするために、梁せいの１／２以上の長さで、塑性変形点の母材耐力と増厚する長さとで設定される値に梁端部のフランジを増厚することを特徴としており、塑性化する領域を従来の接合部よりも広がるように、梁材に強度ギャップを設け、梁フランジ部分だけで柱への応力伝達ができるようにしている。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１、２は、本発明による耐震型柱・梁接合構造を説明するための斜視図である。
図において、１はＣＦＴの柱であり、２は大梁である。柱１には、ダイヤフラム３とシャープレート４が敷設してある。大梁２はフランジ５を有するロール材のＨ形鋼であり、その母材に設定した塑性変形点６の位置から端部７まで、フランジ５を増厚しており、本実施の形態では増厚フランジ８の塑性変形点６側をフランジの母材側に傾斜させて形成している。
柱１と大梁２との接合は、ダイヤフラム３と大梁２の増厚フランジ８とを溶接接合し、シャープレート４と大梁２のウエブ９とは高力ボルト摩擦接合で一体化を図っている。
【００１２】
母材に設定した塑性変形点６における塑性変形耐力と梁端部の塑性変形耐力を同一に設定するために、梁端部の増厚フランジ８の長さと厚さは以下のように設定される。
▲１▼増厚フランジの長さは梁せいの１／２以上にする。
１／２・ｄ≦Ｌｊ（１）
Ｌｊ：増厚フランジの形成長さ
ｄ：梁せい
梁ウエブの曲げ歪分布性状を有限要素法で解析すると、柱表面から梁せいの１／２以上離れるとウエブの曲げ歪分布が、平面保持を仮定して定まる分布形状にほぼ一致することから上記の選択をしている。
【００１３】
▲２▼ 梁端部の増厚フランジ５の厚さｔｆｒは、柱が閉鎖断面で幅厚比（径厚比）が大きい場合やウエブがボルト接合となるノンブラケットの場合に曲げモーメントの伝達が期待できないことから、梁ウエブを無視して梁フランジ部のみが有効とし、使用材料の各部位の降伏応力度が同一と仮定して、上記式（１）と式（２）とから算定している。
Ｍｃ＝Ｍｅ＊（２）
Ｍｃは、梁端仕口部の全塑性モーメント、Ｍｅ＊は、仕口に要求される耐力
Ｍｃ＝Ｂ・ｔｆｒ・ｄ′・σｙ
ｄ′：梁フランジの重心間距離
σｙ：降伏点
Ｍｅ＊＝Ｍｅ・Ｌ／（Ｌ−Ｌｊ）
Ｍｅ：増厚フランジの開始位置における梁の全塑性モーメント
Ｌ：反曲点までの梁長さ
Ｍｅ＝[Ｂ・ｔｆ・ｄ′＋ｄｗ²・ｔｗ／４]・σｙ
そして、梁母材の降伏耐力の設定や増厚フランジ８の長さＬｊと厚さｔｆｒについては、上記した算出式に従って総合的に設定されることになる。
【００１４】
梁端仕口部の耐力は、母材に設定した塑性変形点６における耐力を決定してから、上記のようにこれと同一の値に設定して、梁材に強度ギャップを設けているので、柱・梁仕口部は塑性変形領域の拡大を図っていることになる。
梁端仕口部と塑性変形点を設定した大梁の母材部分とは、同一状態で塑性変形領域を形成することになり、梁端仕口部と増厚フランジの開始位置における梁とがほぼ同時に降伏するようになり、柱への応力伝達が増厚したフランジ部分だけで可能になる。
【００１５】
従って、地震力等が建物に加えられた時には、柱・梁の塑性変形性能を向上させて梁端仕口部近傍での破壊が回避され高い塑性変形性能が期待できるから、耐震対策として有効に作用する。
さらに、梁材は、増厚フランジの開始位置における梁に生じる応力に対して設計できるので、従来の梁断面より小さい断面を用いることができることから、コストダウンに貢献できる。
【００１６】
図１で示した増厚フランジ８は、大梁２の母材に設定した塑性変形点６における耐力と梁端仕口部の耐力とを同一に設定しており、増厚範囲の塑性変形点６側をフランジの母材側に１／５程度に傾斜させて形成している。
この傾斜は、フランジの増厚部分に応力の急激な変化が発生しないようにしているものであるから、その傾斜角は特別に限定されるものでないが、塑性変形点６から梁端部７までの作用モーメントによって生じる応力を均一にするように傾斜角を決定することも可能である。
【００１７】
即ち、塑性変形点６から梁端部７までの全塑性モーメントＭｅは、上述の式に従って算出することが可能であるから、フランジの増厚は、その計算値に対応させて傾斜を梁材軸方向に拡大させるもので、水平荷重によって各部に発生する全塑性モーメントに対応させるようにその形状を決定することができる。
増厚部の各位置におけるモ−メントの値は、梁の端部７に向かって暫時増大して行くことから、これに対応する増厚フランジ８の形状は、塑性変形点６から梁の端部７に向かって暫時拡大するテーパー形状になる。
このテーパー形状は、梁端仕口部のフランジに合わせて要求される耐力の最小値を保証するものに対応しているので、使用する大梁等の部材数量を削減させることが可能になり、コストダウンの点で有利である。
【００１８】
図３、４は、本発明の他の実施形態を説明するための斜視図である。
上記実施の形態では、梁の母材部分に塑性変形点を設定し梁端仕口部の耐力はモーメント勾配に従って母材部分の値より高いものにするために、梁端仕口部のフランジ厚を増大させてフランジの断面積を拡大してきた。しかし、増厚フランジの採用は、増厚した梁端部と溶接接合する柱側のダイヤフラムをも増厚させるものであり、柱側の製造コストを増大させることになる。
【００１９】
本実施の形態は、上記の問題を解決する例である。
図において、１１はＣＦＴの柱であり、１２は大梁である。柱１１には、ダイヤフラム１３とシャープレート１４が敷設してある。大梁１２はフランジ１５を有するロール材のＨ形鋼であり、その母材に設定した塑性変形点１６の位置から端部１７まで、フランジ１５を増厚拡幅しており、本実施の形態では増厚拡幅フランジ１８の塑性変形点１６側をフランジの母材側に傾斜させて形成している。柱１１と大梁１２との接合は、ダイヤフラム１３と大梁１２の増厚拡幅フランジ１８とを溶接接合し、シャープレート１４と大梁１２のウエブ１９とは高力ボルト摩擦接合で一体化を図っている。
【００２０】
母材に設定した塑性変形点１６における耐力と梁端仕口部の耐力とを同一に設定するために、梁端部の増厚拡幅フランジ１５の長さと厚さ及び幅は以下のように設定される。
▲１▼増厚拡幅フランジの長さは梁せいの１／２以上にする。
１／２・ｄ≦Ｌｊ（１）
Ｌｊ：増厚拡幅フランジの形成長さ
ｄ：梁性
梁ウエブの曲げ歪分布性状を有限要素法で解析すると、柱表面から梁せいの１／２以上離れるとウエブの曲げ歪分布が、平面保持を仮定して定まる分布形状にほぼ一致することから上記の選択をしている。
【００２１】
▲２▼ 梁端部の増厚拡幅フランジ１８の厚さと幅は、柱が閉鎖断面で幅厚比（径厚比）が大きい場合やウエブがボルト接合となるノンブラケットの場合に曲げモーメントの伝達が期待できないことから、梁ウエブを無視して梁フランジ部のみが有効とし、使用材料の各部位の降伏応力度が同一と仮定して、上記式（
１）と式（２）とから算定している。
Ｍｃ＝Ｍｅ＊（２）
Ｍｃは、梁端仕口部の全塑性モーメント、Ｍｅ＊は、仕口部に要求される耐力
Ｍｃ＝（Ｂ＋２Ｂｒ）・ｔｆｒ・ｄ′・σｙ
ｄ′：梁フランジの重心間距離
σｙ：降伏点
Ｍｅ＊＝Ｍｅ・Ｌ／（Ｌ−Ｌｊ）
Ｍｅ：増厚拡幅フランジの開始位置における梁の全塑性モーメント
Ｌ：反曲点までの梁長さ
Ｍｅ＝[Ｂ・ｔｆ・ｄ′＋ｄｗ²・ｔｗ／４]・σｙ
そして、梁母材の耐力の設定や増厚拡幅フランジ１８の長さＬｊと厚さｔｆｒ及び幅（Ｂ＋２Ｂｒ）については、上記した算出式に従って総合的に設定されることになる。
【００２２】
本実施の形態においても、梁端仕口部は、梁材に強度ギャップを設けて塑性変形領域の拡大を図っており、同時に大梁の母材部分と同一状態で塑性変形領域を形成して大梁とほぼ同じ状態で降伏するので、柱への応力伝達が増厚拡幅したフランジ部分だけで可能になる。
【００２３】
さらに、梁端部と溶接接合する柱側のダイヤフラムは、厚さを減少させることができ、同時に梁材は、増厚拡幅フランジの開始位置における梁に生じる応力に対して設計でき、従来の梁断面より小さい断面を用いられるので、コストダウンに貢献するものである。
【００２４】
以上、各実施の形態で説明したように、本発明による耐震型柱・梁接合構造は、Ｈ形断面部材で構成した梁を用いて、梁端部を所定の値に増厚もしくは増厚拡幅した形状に形成することで、梁材に強度ギャップを設け、梁フランジ部分だけで柱への応力伝達ができるようにしているから、梁端仕口部と塑性変形点を設定した大梁の母材部分とを同一状態で塑性変形領域に形成して塑性変形領域の拡大を図っており、耐震型柱・梁接合構造の塑性変形性能を向上させている。
【００２５】
上記実施の形態では、Ｈ形断面部材で構成した梁の梁端部の形状について、フランジを厚くしたり、幅を拡大することで所望の機能を発揮させることを説明してきたが、フランジの増厚や拡幅を必要とする場合には、一般的に定型のＨ形断面部材で構成した梁を用いて、梁の定型フランジに対して補完的に所定の補強板を溶接接合することで施工することになる。
しかるに、梁端部における補強板の溶接接合は、応力が比較的大きい部分での溶接であるから、確実な作業によって信頼度を向上させる必要がある。このために、補強板の溶接作業は、本発明による耐震型柱・梁接合構造において生産性の向上、工期短縮及びコストダウンの点で検討が必要になっている。
【００２６】
本発明では、上記の検討点に鑑みて、上記耐震型柱・梁接合構造に適し、かつ、通常の梁材としても有効な梁を提供している。
本発明によるＨ形断面部材で構成した梁は、梁端部を高周波誘導加熱によって加工した増厚形状にすることを特徴としており、接合部の強度を向上できると共に溶接作業を省略して作業の合理化とコストダウンを図っている。
以下に、実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図５は、本発明によるＨ形断面部材で構成した梁の端部を示しており、図６は図５における（６）−（６）矢視の断面図である。
本発明による梁端部の加工は、誘導加熱による梁端部の軟化を基盤にしている。
高周波誘導加熱は、装置内に内蔵された誘導コイルに高周波電力を供給して、内部に設置された金属製の加工物に誘導電流を発生させることで行われるものであるから、本発明による梁端部の加工は、加熱装置内で誘導加熱によって軟化した梁を別置した型枠内に挿入加圧することで、所定の仕上がり形状に容易に成形している。
従って、梁２１の端部２２は、誘導加熱と型枠による成形によって、増厚したウエブ２３と上下のフランジ２４とを形成しており、中央部のウエブ２５とフランジ２６に対して所定の寸法に厚さを増加させている。
【００２８】
本発明による梁端部の増厚は、補強材の溶接接合による場合と比較して以下のような効果を有しているので、生産性の向上、工期短縮及びコストダウンが図れる。
▲１▼母材と同様の材質に加工できる。
▲２▼加熱による焼鈍効果が生じないので、品質保証ができる。
▲３▼半自動化で、未熟練者でも短期間で加工できる。
▲４▼加工後の形状と寸法は、高精度に成形されている。
従って、建築現場における構築においてもその取り扱いを有利に展開できる。
【００２９】
以下に説明する実施の形態における梁端部の増厚は、上記実施の形態のようにウエブとフランジの両方でなく、ウエブのみを増厚している。
図７、８は、柱・梁接合部に上記梁を適用している例である。
本実施の形態例での大梁３０は、図７を（８）−（８）矢視した図８の断面で明示するように、フランジ３１はそのままで、梁端部のウエブ３２を増厚している。
梁端仕口部は、図示のように柱のシャープレート３４と大梁３０の増厚ウエブ３２とを高力ボルト摩擦接合して、柱側のダイヤフラムと梁３０の増厚していないフランジ３１とを溶接することで一体化している。
大梁３０の採用は、梁端部の増厚ウエブ３２によって、梁端部３５に必要なウエブ厚を確保しながら、中央部のウエブ３３は設計上の必要厚に限定することができるので、コストダウンを図ることができる。
【００３０】
即ち、従来の梁端仕口部は、図示のように柱のシャープレート３４と高力ボルト摩擦接合をしている場合に、梁端部３５のウエブは、ボルト孔によってせん断耐力を減少することから、必要な断面積を確保するためにウエブを厚くしなければならず、このために、梁全体のウエブを厚くしたＨ形断面部材を使用しており、過剰品質と重量の増加を招くと共にコストアップになっていたからである。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による耐震型柱・梁接合構造は、塑性変形点を梁母材に設定し梁端仕口部の耐力を塑性変形点における母材耐力と同一にするために、梁せいの１／２以上の長さで、塑性変形点の母材耐力と増厚する長さとで設定される値に梁端部のフランジを増厚もしくは増厚拡幅することを発明の趣旨にしているものであるから、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能であることは当然のことである。
【００３２】
又、本発明によるＨ形断面部材で構成した梁は、梁端部を高周波誘導加熱によって加工した増厚形状にすることを発明の趣旨にしているものであるから、上記実施の形態に何ら限定されるものでないことは、同様である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明による耐震型柱・梁接合構造は、梁の梁端仕口部から梁の長手方向に梁の梁せいの１／２以上離隔させて塑性変形点を設定し、梁端仕口部における耐力が、塑性変形点における梁断面が降伏した時に梁端仕口部に生じる曲げモーメントと同一であって、地震荷重が加えられた場合に少なくとも梁端仕口部と塑性変形点における梁断面とが降伏するように、フランジの厚みを拡大することで、梁材に強度ギャップを設け、梁フランジ部分だけで柱への応力伝達ができるようにしているから、耐震型柱・梁接合構造に加えられる応力の状況に合わせて塑性変形性能を大きくさせて耐震性の向上を図ることができると共に、鉄骨単価の低減を図ることができ、大梁部材の鉄骨数量の低減とシャープレート・ボルト数量の低減が図れ、結果として柱・梁接合部での応力の集中が回避される効果を奏する。
【００３４】
請求項２、３の発明による耐震型柱・梁接合構造は、梁端部を増厚形状にしたフランジの母材側に傾斜を設けたり、梁に作用するモーメント分布に対応させて梁材軸方向に拡大させることを特徴としており、梁端部のフランジの増厚を要求される塑性変形性能を保証する合理的な形状に限定できるので、上記効果に加えて使用する部材の数量を削減させることが可能になり、コストダウンを図れる効果を奏する。
【００３５】
請求項４の発明による耐震型柱・梁接合構造は、上記の各発明において梁端部をフランジの増厚と幅の拡大による形状に構成することを特徴としており、構造設計上の要求に応じてフランジの増厚拡幅の兼ね合いを調整した柔軟な形状を選択できる自由度を確保できる効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐震型柱・梁接合構造を基本的に示す斜視図
【図２】図１の梁を（２）−（２）矢視した断面図
【図３】本発明による他の耐震型柱・梁接合構造の斜視図
【図４】図３の梁を（４）−（４）矢視した断面図
【図５】本発明によるＨ形断面部材で構成した梁の立面と側面図
【図６】図５の梁を（６）−（６）矢視した断面図
【図７】本発明による梁を適用した柱・梁接合部の斜視図
【図８】図７の梁を（８）−（８）矢視した断面図
【符号の説明】
１柱、２大梁、３ダイヤフラム、４シャープレート、
５フランジ、６塑性変形点、７端部、８増厚フランジ、
９ウエブ、１１柱、１２大梁、１３ダイヤフラム、
１４シャープレート、１５フランジ、１６塑性変形点、
１７端部、１８増厚フランジ、１９ウエブ、
２１大梁、２２梁端部、２３増厚ウエブ、２４増厚フランジ、
２５ウエブ、２６フランジ、３０大梁、３１フランジ、
３２増厚ウエブ、３３ウエブ、３４シャープレート、
３５梁端部、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam composed of an earthquake-resistant column / beam joint structure and an H-shaped cross-section member, and in particular, using a beam composed of an H-shaped cross-section member with a thickened beam end, the plastic deformation point is defined as the beam base material. To improve the seismic resistance by increasing the plastic deformation performance by making the proof strength of the beam end joint the same as the base material proof stress at the plastic deformation point, as well as simplifying the joint structure, streamlining welding and steel weight This is related to a seismic-type column / beam connection structure that achieves a reduction in energy consumption.
[0002]
[Prior art]
In a steel building, a column / beam joint is formed by connecting a beam composed of an H-shaped cross-section member and a column, but the greatest stress is generated in the column / beam joint during an earthquake. For this reason, as a result of the concentration of deformation at the flange welded portion of the beam end joint portion and the periphery thereof, the destruction at the flange welded portion and its periphery has increased.
In order to avoid such destruction, a method of increasing the beam cross-section by adding a reinforcing member to increase the flange width or increase the thickness may be employed.
Since the processing work for enlarging the beam cross section and strengthening the joint is performed exclusively by welding, work efficiency and welding quality become problems. Furthermore, even if the cross-sectional area is changed in this way, the stress at the time of the earthquake is still concentrated on the flange welded part and its surroundings, resulting in an increase in welding work for adding a reinforcing member and the like. Invited the high cost of the beam.
[0003]
In order to obtain a high plastic deformation performance of the beam member, the plastic deformation region needs to be sufficiently widened in the beam material axial direction. For this purpose, the rate of increase in yield strength after the yielding of the beam end joint must be large, but in the following cases, not only the rate of increase in yield strength can be expected, but also brittle fracture may occur at an early stage. Is expensive.
(1) When there is a place where distortion is remarkably concentrated.
(2) When almost no bending moment can be transmitted from the beam web.
(3) When the burden ratio of the flange in the bending performance of the entire beam is small.
(4) When the yield ratio of the beam flange material is high or when the fracture toughness value is low.
(5) When welding is not appropriate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to obtain high plastic deformation performance by avoiding brittle fracture, a strength gap is provided in the beam material so that the region to be plasticized in the event of a large earthquake is wider than the conventional joint, and the column is formed only by the beam flange. By increasing the volume of the beam flange so that the stress can be transmitted to the tube, the amount of strain generated in each part is reduced, the failure occurrence time is delayed, and the stress of the full penetration weld of the beam flange is reduced. There is a need. Moreover, examination for making the best choice is required also in the adoption and work of members for solving the problems.
[0005]
The present invention achieves the above-mentioned requirements and aims to improve the earthquake-resistant performance of the building, and in addition, by adopting a beam having a thickened shape at the end of the beam that omits welding work, It is an object of the present invention to provide a seismic-type column / beam joint structure capable of improving and simplifying the strength of the joint and reducing the weight of the steel frame.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The seismic-type column / beam joint structure according to the invention of claim 1 is a seismic-type column / beam joint structure in which an end face of a flange of a beam composed of an H-shaped cross-section member is welded to the seismic-type column. A plastic deformation point is set apart from the beam in the longitudinal direction of the beam in the longitudinal direction of the beam by setting a plastic deformation point, and the yield strength at the beam end joint is determined when the beam section at the plastic deformation point yields. The flange thickness is enlarged so that at least the beam end joint and the beam cross section at the plastic deformation point yield when a seismic load is applied. In addition , a strength gap is provided in the beam so that the region to be plasticized is wider than the conventional joint, so that stress can be transmitted to the column only by the beam flange portion.
[0007]
The seismic-resistant column / beam connection structure according to the second and third aspects of the present invention is such that the beam end is provided with an inclination on the base metal side of the flange having a thickened beam end, or the beam material shaft corresponding to the moment distribution acting on the beam. The beam end thickening is achieved by a rational shape that takes moment into account to provide a strength gap in the beam material and transmit the stress to the column using only the beam flange. ing.
[0008]
The earthquake-resistant column / beam connection structure according to the invention of claim 4 is characterized in that, in each of the above-mentioned inventions, the beam end portion is formed into a shape by increasing the thickness of the flange and expanding the width. The flexibility to select a flexible shape that adjusts the balance between thickening and widening of the flange is ensured.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The seismic-type column / beam connection structure according to the present invention has a plastic deformation point set to the beam base material and the proof strength of the beam end joint is equal to the base material strength at the plastic deformation point. The length is characterized by thickening the flange at the end of the beam to a value set by the base material yield strength of the plastic deformation point and the length to increase the thickness, and the plasticizing area is wider than the conventional joint As described above, a strength gap is provided in the beam material so that the stress can be transmitted to the column only by the beam flange portion.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0011]
1 and 2 are perspective views for explaining an earthquake-resistant column / beam joint structure according to the present invention.
In the figure, 1 is a CFT column, and 2 is a large beam. A pillar 3 is laid with a diaphragm 3 and a shear plate 4. The large beam 2 is a rolled H-shaped steel having a flange 5, and the thickness of the flange 5 is increased from the position of the plastic deformation point 6 set to the base material to the end portion 7. In this embodiment, the thickness is increased. The flange 8 is formed by inclining the plastic deformation point 6 side of the flange 8 toward the base material side of the flange.
The column 1 and the beam 2 are joined by welding the diaphragm 3 and the thickened flange 8 of the beam 2, and the shear plate 4 and the web 9 of the beam 2 are integrated by high-strength bolt friction welding.
[0012]
In order to set the plastic deformation strength at the plastic deformation point 6 set to the base material and the plastic deformation strength of the beam end portion to be the same, the length and thickness of the thickening flange 8 at the beam end portion are set as follows. .
(1) The length of the thickening flange should be at least 1/2 of the length of the beam.
1/2 · d ≦ Lj (1)
Lj: Formation length of thickened flange d: Analyzing the bending strain distribution of the beam web by the finite element method, the bending strain distribution of the web is maintained flat when it is separated from the column surface by 1/2 or more of the beam The above selection is made because it almost coincides with the assumed distribution shape.
[0013]
(2) The thickness tfr of the thickening flange 5 at the beam end is such that the bending moment is transmitted when the column is closed and the width-thickness ratio (diameter-thickness ratio) is large, or when the web is a non-bracket with bolted connection. Since it cannot be expected, it is calculated from the above formula (1) and formula (2), assuming that the beam flange is only effective, ignoring the beam web, and that the yield stress level of each part of the material used is the same. Yes.
Mc = Me * (2)
Mc is the total plastic moment of the joint at the end of the beam, and Me * is the proof stress Mc = B · tfr · d ′ · σy required for the joint.
d ′: Distance between center of gravity of beam flange σy: Yield point Me * = Me · L / (L−Lj)
Me: Total plastic moment of the beam at the starting position of the thickening flange L: Beam length to the inflection point Me = [B · tf · d ′ + dw ² · tw / 4] · σy
The setting of the yield strength of the beam base material and the length Lj and the thickness tfr of the thickening flange 8 are comprehensively set according to the above calculation formula.
[0014]
Since the proof strength of the beam end joint is set to the same value as described above after determining the proof strength at the plastic deformation point 6 set in the base material, a strength gap is provided in the beam material.・ Beam joints are intended to expand the plastic deformation area.
The beam end joint and the base part of the large beam with the plastic deformation point set will form the plastic deformation region in the same state, so that the beam end joint and the beam at the starting position of the thickening flange will yield at the same time. Thus, stress transmission to the column is possible only with the thickened flange portion.
[0015]
Therefore, when seismic force is applied to the building, the plastic deformation performance of columns and beams can be improved to avoid fracture near the joint at the end of the beam and high plastic deformation performance can be expected. .
Furthermore, since the beam material can be designed with respect to the stress generated in the beam at the start position of the thickening flange, it is possible to use a cross section smaller than the conventional cross section of the beam, thereby contributing to cost reduction.
[0016]
In the thickening flange 8 shown in FIG. 1, the proof stress at the plastic deformation point 6 set on the base material of the large beam 2 and the proof stress of the beam end joint are set to be the same. It is formed to be inclined about 1/5 on the base metal side of the flange.
Since this inclination prevents a sudden change in stress from occurring in the thickened portion of the flange, the inclination angle is not particularly limited, but from the plastic deformation point 6 to the beam end 7. It is also possible to determine the tilt angle so that the stress caused by the acting moment is uniform.
[0017]
That is, since the total plastic moment Me from the plastic deformation point 6 to the beam end 7 can be calculated according to the above-described formula, the thickness of the flange is increased according to the calculated value. The shape can be determined so as to correspond to the total plastic moment generated in each part by the horizontal load.
Since the moment value at each position of the thickened portion increases for a while toward the end portion 7 of the beam, the shape of the thickened flange 8 corresponding to this increases from the plastic deformation point 6 to the end of the beam. The taper shape expands for a while toward the portion 7.
This taper shape corresponds to the one that guarantees the minimum value of the proof stress required according to the flange of the beam end joint, so it becomes possible to reduce the number of members such as large beams to be used and to reduce the cost. This is advantageous.
[0018]
3 and 4 are perspective views for explaining another embodiment of the present invention.
In the above embodiment, in order to set the plastic deformation point in the base material part of the beam and make the proof stress of the beam end joint part higher than the value of the base part according to the moment gradient, the flange thickness of the beam end joint part is increased. The cross-sectional area of the flange has been enlarged. However, the use of the thickened flange also increases the thickness of the column-side diaphragm that is welded to the thickened beam end, which increases the manufacturing cost of the column-side.
[0019]
The present embodiment is an example for solving the above problem.
In the figure, 11 is a CFT column, and 12 is a large beam. A diaphragm 13 and a shear plate 14 are laid on the pillar 11. The girder 12 is a rolled H-shaped steel having a flange 15, and the flange 15 is thickened and widened from the position of the plastic deformation point 16 set to the base material to the end portion 17. The thick deformation flange 18 is formed by inclining the plastic deformation point 16 side toward the base material side of the flange. The column 11 and the girder 12 are joined by welding the diaphragm 13 and the thickened and widened flange 18 of the girder 12, and the shear plate 14 and the web 19 of the girder 12 are integrated by high strength bolt friction joining. .
[0020]
In order to set the proof stress at the plastic deformation point 16 set in the base material and the proof strength of the beam end joint at the same time, the length, thickness and width of the thickening widening flange 15 at the beam end are set as follows. .
(1) The length of the thickening and widening flange should be at least 1/2 of the length of the beam.
1/2 · d ≦ Lj (1)
Lj: Formation length of thickening widening flange d: Analysis of bending strain distribution of beam-like beam web by finite element method, bending strain distribution of web is maintained flat when it is more than ½ of beam length from column surface The above selection is made because it substantially matches the distribution shape determined on the assumption of.
[0021]
(2) Thickness and width of the thickening and widening flange 18 at the end of the beam is the transmission of bending moment when the column is closed and the width-thickness ratio (diameter-thickness ratio) is large, or when the web is a non-bracket with bolt connection. Assuming that the beam web is ignored and only the beam flange is effective, and the yield stress level of each part of the material used is the same, the above formula (
It is calculated from 1) and formula (2).
Mc = Me * (2)
Mc is the total plastic moment of the joint at the beam end, and Me * is the proof stress Mc = (B + 2Br) · tfr · d '· σy required for the joint.
d ′: Distance between center of gravity of beam flange σy: Yield point Me * = Me · L / (L−Lj)
Me: Total plastic moment of the beam at the start position of the thickening widening flange L: Beam length to the inflection point Me = [B · tf · d ′ + dw ² · tw / 4] · σy
The setting of the yield strength of the beam base material and the length Lj, thickness tfr, and width (B + 2Br) of the thickening widening flange 18 are comprehensively set according to the above-described calculation formula.
[0022]
Also in the present embodiment, the beam end joint portion is provided with a strength gap in the beam material so as to expand the plastic deformation region, and at the same time, the plastic deformation region is formed in the same state as the base material portion of the large beam, and almost the same as the large beam. Since it yields in the same state, stress transmission to the column is possible only with the flange part with increased thickness.
[0023]
In addition, the column-side diaphragm that is welded to the beam end can reduce the thickness, and at the same time the beam material can be designed against the stress generated in the beam at the start of the thickening widening flange, Since a cross section smaller than the cross section is used, it contributes to cost reduction.
[0024]
As described above, as described in each embodiment, the earthquake-resistant column / beam joint structure according to the present invention uses a beam composed of an H-shaped cross-section member to increase or increase the thickness of the beam end to a predetermined value. By forming the shape of the beam, a strength gap is provided in the beam material so that stress can be transmitted to the column only by the beam flange part. Are formed in the plastic deformation region in the same state, and the plastic deformation region is expanded to improve the plastic deformation performance of the earthquake-resistant column / beam joint structure.
[0025]
In the above embodiment, the shape of the beam end portion of the beam constituted by the H-shaped cross-section member has been described to achieve a desired function by increasing the flange or expanding the width. When thickness or widening is required, it is generally constructed by welding a predetermined reinforcing plate complementarily to the fixed flange of the beam using a beam composed of a standard H-shaped cross-section member. It will be.
However, since the welding of the reinforcing plate at the beam end is welding at a portion where the stress is relatively large, it is necessary to improve the reliability by a reliable operation. For this reason, it is necessary to examine the welding work of the reinforcing plate in terms of improving productivity, shortening the work period, and reducing the cost in the earthquake resistant column / beam joint structure according to the present invention.
[0026]
In view of the above considerations, the present invention provides a beam that is suitable for the earthquake-resistant column / beam connection structure and that is also effective as a normal beam material.
The beam composed of the H-shaped cross-section member according to the present invention is characterized in that the beam end is formed into a thickened shape processed by high-frequency induction heating, and the strength of the joint can be improved and the welding operation can be omitted. Streamline and reduce costs.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 5 shows an end portion of a beam composed of an H-shaped cross-section member according to the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along arrows (6)-(6) in FIG.
The beam end processing according to the present invention is based on softening of the beam end by induction heating.
The high-frequency induction heating is performed by supplying high-frequency power to an induction coil incorporated in the apparatus and generating an induction current in a metal work piece installed in the apparatus. The end portion is easily formed into a predetermined finished shape by inserting and pressing a beam softened by induction heating in a heating apparatus into a separate formwork.
Accordingly, the end portion 22 of the beam 21 forms a thickened web 23 and upper and lower flanges 24 by induction heating and molding by a mold, and has a predetermined dimension with respect to the web 25 and the flange 26 in the central portion. The thickness is increased.
[0028]
The increase in the thickness of the beam end portion according to the present invention has the following effects as compared with the case where the reinforcing material is welded. Therefore, the productivity can be improved, the work period can be shortened, and the cost can be reduced.
(1) It can be processed into the same material as the base material.
(2) Since the annealing effect by heating does not occur, the quality can be guaranteed.
(3) Semi-automatic, even unskilled workers can process in a short period of time.
(4) The shape and dimensions after processing are formed with high accuracy.
Therefore, the handling can be advantageously developed even in the construction on the construction site.
[0029]
In the embodiment described below, the thickness of the beam end is increased only in the web, not both the web and the flange as in the above embodiment.
7 and 8 are examples in which the beam is applied to a column / beam joint.
The large beam 30 in the present embodiment increases the thickness of the web 32 at the end of the beam without changing the flange 31 as clearly shown in the cross section of FIG. 8 as viewed in the direction of arrows (8)-(8) in FIG. ing.
As shown in the figure, the beam end joint portion welds the column-side diaphragm and the non-thickened flange 31 of the beam 30 by friction-joining the shear plate 34 of the column and the thickened web 32 of the large beam 30 with a high-strength bolt. It is integrated by doing.
The use of the girder 30 is possible because the thick web 32 at the beam end can secure the necessary web thickness at the beam end 35, while the central web 33 can be limited to the required design thickness. You can go down.
[0030]
That is, when the conventional beam end joint is in high-strength bolt friction bonding with the column shear plate 34 as shown in the figure, the web of the beam end 35 reduces the shear strength due to the bolt holes. To secure the necessary cross-sectional area, the web must be thickened. For this reason, an H-shaped cross-section member with a thickened web is used, resulting in an increase in quality and weight, and an increase in cost. Because it was.
[0031]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiment. However, the earthquake-resistant column / beam joint structure according to the present invention sets the plastic deformation point to the beam base material and sets the proof stress of the beam end joint at the plastic deformation point. In order to make it the same as the base material strength, increase the thickness of the flange at the end of the beam to a value set by the base material strength of the plastic deformation point and the length to increase the thickness at least 1/2 the length of the beam. Since the purpose of the invention is to widen and increase the thickness, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible without departing from the spirit of the invention. Of course.
[0032]
In addition, the beam formed of the H-shaped cross-section member according to the present invention is intended to have a thickened shape obtained by processing the beam end portion by high-frequency induction heating, and thus is not limited to the above embodiment. It is the same not to be done.
[0033]
【The invention's effect】
The seismic-type column / beam joint structure according to the first aspect of the invention is such that the plastic deformation point is set apart from the beam end joint of the beam in the longitudinal direction of the beam by ½ or more of the beam, and the yield strength at the beam end joint is set. Is the same as the bending moment generated at the beam end joint when the beam cross section at the plastic deformation point yields, and at least the beam end joint and the beam cross section at the plastic deformation point yield when an earthquake load is applied. By increasing the thickness of the flange , a strength gap is created in the beam material so that stress can be transmitted to the column using only the beam flange. At the same time, the plastic deformation performance can be increased to improve the earthquake resistance, and the steel unit price can be reduced, the number of steel frames of the large beam members and the number of shear plates and bolts can be reduced, An effect of concentration are avoided stress in columns and beams joints as result.
[0034]
The seismic-resistant column / beam connection structure according to the second and third aspects of the present invention is such that the beam end is provided with an inclination on the base metal side of the flange having a thickened beam end, or the beam material shaft corresponding to the moment distribution acting on the beam. In addition to the above effects, the number of members to be used can be reduced because the thickness of the flange at the beam end can be limited to a reasonable shape that guarantees the required plastic deformation performance. This makes it possible to reduce the cost.
[0035]
The earthquake-resistant column / beam connection structure according to the invention of claim 4 is characterized in that, in each of the above-mentioned inventions, the beam end portion is formed into a shape by increasing the thickness of the flange and expanding the width. This has the effect of ensuring the flexibility of selecting a flexible shape that adjusts the balance between increasing and increasing the width of the flange.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view basically showing a seismic-resistant column / beam connection structure of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the beam in FIG. 1 taken along arrows (2)-(2). FIG. 4 is a cross-sectional view of the beam shown in FIG. 3 taken along arrows (4)-(4). FIG. 5 is an elevation view of the beam composed of an H-shaped cross-section member according to the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view of the beam of FIG. 5 taken along arrows (6)-(6). FIG. 7 is a perspective view of a column / beam joint to which the beam according to the present invention is applied. Sectional view of the beam taken from (8)-(8) [Explanation of symbols]
1 pillar, 2 girder, 3 diaphragm, 4 shear plate,
5 flange, 6 plastic deformation point, 7 end, 8 thickened flange,
9 web, 11 pillars, 12 girder, 13 diaphragm,
14 shear plate, 15 flange, 16 plastic deformation point,
17 end, 18 thickened flange, 19 web,
21 Large beam, 22 Beam end, 23 Thickened web, 24 Thickened flange,
25 web, 26 flange, 30 girder, 31 flange,
32 thickened web, 33 web, 34 shear plate,
35 Beam end,

Claims

Ｈ型断面部材で構成された梁のフランジの端面を耐震型柱に溶接接合した耐震型柱・梁接合構造において、In the earthquake-resistant column / beam joint structure where the end face of the flange of the beam composed of H-shaped cross-section members is welded to the earthquake-resistant column,
前記梁の梁端仕口部から前記梁の長手方向に前記梁の梁せいの１／２以上離隔させて塑性変形点を設定し、前記梁端仕口部における耐力が、前記塑性変形点における梁断面が降伏した時に前記梁端仕口部に生じる曲げモーメントと同一であって、地震荷重が加えられた場合に少なくとも前記梁端仕口部と前記塑性変形点における梁断面とが降伏するように、前記フランジの厚みを拡大したことを特徴とする耐震型柱・梁接合構造。A plastic deformation point is set apart from the beam end joint of the beam in the longitudinal direction of the beam by a distance of 1/2 or more of the beam, and the yield strength at the beam end joint is the yield of the beam cross section at the plastic deformation point. The flange thickness is increased so that at least the beam end joint and the beam cross section at the plastic deformation point yield when the seismic load is applied. Seismic-type column / beam joint structure characterized by

梁端部を増厚形状にしたフランジの母材側に傾斜を設けたことを特徴とする請求項１に記載の耐震型柱・梁接合構造。 2. The earthquake-resistant column / beam connection structure according to claim 1, wherein an inclination is provided on a base material side of a flange having a thickened beam end.

梁端部のフランジは、梁に作用するモーメント分布に対応させて梁材軸方向に拡大させることを特徴とする請求項１に記載の耐震型柱・梁接合構造。 The earthquake-resistant column / beam connection structure according to claim 1, wherein the flange at the beam end portion is expanded in the beam material axial direction in accordance with a moment distribution acting on the beam.

増厚フランジを補完するように、梁端部のフランジ幅を拡大することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐震型柱・梁接合構造。 The earthquake resistant column / beam joint structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the flange width of the beam end portion is expanded so as to complement the thickened flange.