JP4127225B2 - 柱梁接合部 - Google Patents

Description

本発明は、角形鋼管からなる柱部材と、Ｈ形断面部材からなる梁部材を備えた鉄骨構造の柱梁接合部に関わり、特に耐震性を要求される建築構造物に好適なものに関する。

角形鋼管柱は、板厚が薄くても大きな剛性が確保でき、耐火被覆や横材受けブラケットなどの取り付けが容易であるため、中低層建築物の鉄骨構造柱としてＨ形鋼やＢＯＸ柱のかわりに用いられる場合が多い。

角形鋼管柱に、H形形状の梁を組みあわせた柱梁接合部では、H形形状のウエブに対向する位置が中空なため柱の管壁（柱フランジとも呼ぶ）の面外剛性が低く、結果として、取付け部の継手効率が低下する。

本発明において継手効率とは、「柱梁接合部の応力伝達能力が完全である場合に対する実際の応力伝達の割合」という意味である。正確には、H形鋼梁の「ウェブの継手効率」のことであり「梁が十分に塑性化した状態でウェブが実際に負担するモーメントの、ウェブ全断面有効とした場合のウェブの全塑性モーメントに対する比」と定義している。

つまり、実際に良く用いられる中空断面柱による柱梁接合部では、柱の管壁の面外変形やスカラップの存在により、必ずしもウェブが全塑性状態にならないことを表現する指標である。

ウェブの継手効率は、柱と梁ウェブの降伏点が等しく、かつ梁の高さが等しい場合は、近似的に柱幅厚比（柱の外径／柱の管厚）の逆数の1/2乗に比例することが知られている（非特許文献１）。従って、柱幅厚比を小さくして面外剛性を高くすれば、継手効率も向上する。

図５に柱梁接合部の一例を示す。図は角形鋼管柱４００にH形鋼からなる梁２００を接合した接合部の部分断面図を示し、柱梁接合部の角形鋼管柱４００は、ダイアフラム３００ａ，３００ｂを介して上下の角形鋼管柱１００ａ，１００ｂに接合されている。

角形鋼管柱にＨ形形状の梁を取り付ける柱梁接合部における、接合強度や耐震性を向上させるため、取付け部の継手効率を高くするべく柱管壁の面外剛性を上げる方法として、接合部に肉厚の厚い角形鋼管を用いたり、鋼管内部に内ダイヤフラムを設け、ウエブに対向する位置に縦スチフナなどを配置することが提案されている。

特許文献１は、角形鋼管柱の柱梁接合部に関し、接合部となる鋼管柱に、厚肉継目無鋼管を熱間圧延成形し、柱梁接合部の上下の柱に対し、肉厚がより厚く、四隅コーナ部外面丸みが一致するものを用いて、単純な構造で高い強度が得られる柱梁接合部が記載されている。

特許文献２は、継手効率に優れる柱梁接合部を有する角形鋼管に関し、２本の溝形鋼５００ａ、５００ｂを突き合わせ溶接により角形鋼管とする際、接合部となる部分に溶接用裏当材６００を取り付けた内ダイヤフラム７００を設け、梁となるＨ形鋼のウエブに対向する位置に縦スチフナを取り付け、継手効率を向上させた角形鋼管が記載されている（図６）。

特許文献３には、柱梁接合部などを補強するために接合部となる部分に内ダイヤフラムを設けた角形鋼管の製造方法に関し、内ダイヤフラム７００と溝形鋼１００をエレクトロスラグ溶接で溶接する際、溶接孔部からの溶融金属の流出を防止するように内ダイヤフラムを形成することが記載されている（図７）。

特許文献４は、コンクリート充填鋼管柱と梁部材の接合部の構造に関し、接合部の剛性を高めるため、鋼管柱で梁部材との仕口位置となる個所の内部に設けた補強部材をコンクリートに埋設した状態で固定するコンクリート充填鋼管が記載されている。
特開平８−３０２８９９号公報 特開平１１−１２４９０７号公報 特開２００２−５４２３１号公報 特開平９−１２５５１８号公報 （社）日本建築学会発行「鋼構造接合部の力学性状に関する研究の現状」１９９３年、ｐ．８０

しかしながら、特許文献１記載の角形鋼管は、厚肉継目無鋼管を熱間圧延成形して製造するので厚肉継目無鋼管の製品寸法によってその寸法が制約され、適用する建築構造物が限定される。特許文献２、３記載の方法は、鋼管内部に内ダイヤフラムを設けるため、角形鋼管製造工程が複雑で、製品コストが高く、また加工精度を確保するための手間が必要となる。

そこで、本発明は簡単な加工で、種々の寸法の角鋼管柱を高い加工精度で安価に製造することができ、耐震性にも優れた接合部の構造を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成できる。
１ 建築構造物に用いられる柱梁接合部であって、柱は、複数の角形鋼管を、それらの管壁を固着することにより一体となした角形管状体であり、梁は、そのウエブが、前記角形管状体の管壁における前記角形鋼管の当接部に沿って、接合されていることを特徴とする柱梁接合部。

本発明によれば、梁を取り付けた場合の継手効率に優れる柱梁接合部が得られるので、建築物の耐震性を向上させることが可能で、産業上極めて有用である。

本発明は、柱梁接合部の梁を取り付ける鋼管柱として、複数本の角形鋼管を組合わせて、１本とした角形管状体を用いることを特徴とする。

図１は、本発明の一実施形態に係る柱梁接合部の構造を説明する概略断面図を示し、図において１は角形管状体で、１１、１２、１３、１４は角形管状体１を構成する角形鋼管、２は梁、２１は２の梁のウエブ部、３は１１、１２、１３、１４の角形鋼管を接合する溶接部、４は１１、１２、１３、１４の角形鋼管を締結する締結部材を示す。

角形管状体１を、複数本の角形鋼管１１〜１４で構成する場合、角形管状体１に梁２のウエブ部２１が取り付く部分が、角形鋼管１１〜１４の突合せ部（図１では溶接部３）となるように、角形鋼管１１〜１４の寸法を決める。

角形鋼管として市販されているものを用いる場合は辺長が１５０〜２５０ｍｍ以下の熱間成形角形鋼管が利用でき（例えばＪＦＥスチール商品名ＪＦＥカクホット）、角形管状体１の辺長を３００ｍｍ以上とすることができる。

角形鋼管１１〜１４は、ボルトなどの締結部材４により固定した後、突合せ部を溶接する。梁の取り付けが容易となるように、溶接は角形鋼管１１〜１４のコーナＲ部の突き合わせにより生じる空隙を溶接金属で充填させるように行う。

図２は本発明の他の実施形態に係る柱梁接合部の構造を示す透視図で、図において５ａは建築構造物の上柱、５ｂは建築構造物の下柱、６ａは角形管状体の上面に取り付けられる通しダイアフラム、６ｂは接合部の下面に取り付けられる通しダイアフラム、ｔは角形鋼管の板厚を示す。その他の符号は図１と同じものとする。

図３は、図２の柱梁接合部に用いる角形管状体１の構造を示すもので、角形鋼管の上部、下部に取り付けられる通しダイアフラムには角形鋼管を溶接するためのスリットが加工されている。スリットは４本の角形鋼管が通しダイアフラムに溶接できるように十字形とし、スリットの幅ｂを角形鋼管の板厚の１．５倍程度とすることが好ましい。スリット長さは角形管状体１の辺長Ｂから角形鋼管の板厚の２倍を減じた長さとすることが好ましい。

図２の接合部１を構築する場合は以下の工程とすることが好ましい。
１ 角形鋼管の組み合わせ工程
辺長２５０ｍｍの角形鋼管１１〜１４を正方形を形成するように４本組み合わせ、溶接して角形管状体１とする。角形鋼管１１〜１４として熱間成形角形鋼管（例えばＪＦＥスチール商品名 ＪＦＥカクホット）を用いると冷間成形角形鋼管よりコーナＲ部が小さいため、溶接作業が簡略化でき好ましい。

角形鋼管の長さは、ダイアフラム外面に梁フランジ外面を合わせる場合、梁せいからダイアフラムの厚さを減じた長さとする。
２ 角形管状体の開先加工
角形管状体の上下端にダイアフラムを溶接で取り付けるための開先加工を施す。
３ 角形管状体へのダイアフラム取り付け工程
ダイアフラムに設けられたスリットに角形鋼管の端部を一致させて溶接した後、角形管状体の上下端とダイアフラムを溶接する。

４ 角形管状体への梁の取り付け工程
角形管状体にＨ形断面梁を、溶接、ボルト結合で取り付ける。Ｈ形断面梁のフランジとダイアフラムは溶接し、ウエブと角形管状体は溶接またはボルト結合する。

図４は本発明の他の実施形態に係る柱梁接合部の構造を示す外観図で、（ａ）は建築構造物の柱の全長を、４本の角形鋼管からなる角形管状体５で構成した場合を示す。本発明に係る柱梁接合部は一本の角形鋼管を柱とした場合に対して断面２次モーメントが高いため、柱梁接合部の角形管状体５を柱の全長となるように延長した場合、柱の断面寸法を小さくすることが可能となる。

図４（ｂ）は角形管状体５を構成する角形鋼管の内部にコンクリート７を充填した場合を示す。コンクリート７を充填する場合、複数本の角形鋼管を連通する孔を設けると、より剛性の高い角形管状体が得られて好ましい。内ダイアフラム形式において、有孔内ダイアフラムを用い、コンクリートを充填する場合に対して、充填性に優れる。

本発明は、柱梁接合部の角形管状体を構成する角形鋼管の本数は特に限定しない。Ｈ形断面梁のウエブからのモーメントが角形管状体に継手効率良く伝達できるように、角形鋼管の本数は適宜、選定することができ、例えば、角形管状体の辺長が、４本の角形鋼管の辺長で構成されるようにする、すなわち、１６本の角形鋼管で角形管状体を構成することも可能である。

また、接合部における梁の取り付け方向に応じて、角形鋼管の形状を矩形断面とすることも可能である。例えば、２本の梁が、水平方向にのみ取り付けられる場合は、２本の矩形断面の角形鋼管で角形管状体を構成する。

本発明の一実施形態に係る柱梁接合部を示す図。 本発明の一実施形態に係る柱梁接合部を示す図。 本発明の一実施形態に係る柱梁接合部の角形管状体の構造を示す図。 本発明の他の実施形態に係る柱梁接合部構造を示す図。 従来例 従来例 従来例

符号の説明

１ 角形管状体
１１、１２、１３、１４ 角形鋼管
２ 梁
２１ ウエブ部
３ 溶接部
４ 締結部材
５ａ 上柱
５ｂ 下柱
６ａ 通しダイアフラム
６ｂ 通しダイアフラム
７ コンクリート
１００ａ，１００ｂ 角鋼管柱
２００ 梁
３００ａ，３００ｂ ダイアフラム
４００ 角鋼管柱
５００、５００ａ 溝形鋼
６００ 溶接用裏当材
７００ 内ダイアフラム

Claims (1)

1. 建築構造物に用いられる柱梁接合部であって、柱は、複数の角形鋼管を、それらの管壁を固着することにより一体となした角形管状体であり、梁は、そのウエブが、前記角形管状体の管壁における前記角形鋼管の当接部に沿って、接合されていることを特徴とする柱梁接合部。

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