JP5759317B2 - 梁と柱との接合構造および接合部材 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱に対して、異なる高さの梁を接合するための梁と柱との接合構造等に関するものである。

従来、鋼管柱を用いた構造物において、Ｈ形鋼からなる梁を接合する場合がある。柱と梁とを接合する場合には、接合部において、梁からの応力を柱に効率良く伝達させるために、梁のフランジ部の高さに応じた通しダイアフラムが設けられる。通しダイアフラムは、柱と柱の間に溶接等で接合される板状部材である。通常、梁のフランジ部は、通しダイアフラムの側面で突きあわされて溶接される。

しかし、柱に接合される梁のサイズ（高さ）が全ての方向で同じではない場合がある。例えば、一方向の梁のみ、高さが低い梁を接合する場合がある。このような場合には、当該梁の上下のフランジ部の内、少なくとも一方は他の梁が接合される通しダイアフラムと接合することができない。

したがって、このような高さの異なる梁を接合するためには柱内部に内ダイアフラムを接合する等の必要がある。

また、このような高さの異なる梁を接合するための柱梁接合構造として、角形断面管と、該角形断面管の並行する２辺を支持する十字プレートと、該角形断面管の角部を挟む２辺を支持する斜めプレートとが鋳造により一体的に成形され、且つ外周面の少なくとも梁が取り付けられる範囲が平坦に形成された柱梁接合金物の端部が角形断面管からなる柱に溶接接合され、Ｈ形鋼からなる梁が前記柱梁接合金物の外周面にノンスカラップ溶接により接合される柱梁接合構造がある（特許文献１）。

特開２００１−３２９６１３号公報

しかし、柱内部に内ダイアフラムを設ける作業は、溶接量が多く、作業性が悪いという問題がある。また、特許文献１に記載の構造では、柱梁接合部を一体成型する必要があり、金物の質量が大きくなるとともに高価なものとなる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、異なる高さの梁を柱に接合する場合において、柱内部にダイアフラム等の部材を接合することなく、簡易な構造で柱の外部のみで作業が可能な梁と柱との接合構造を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、梁と柱との接合構造であって、柱と接合される柱接合面と、前記柱接合面と略垂直な面である梁設置面とを有し、前記柱接合面には、ダイアフラムとの干渉を防止するための切欠き部が本体の幅方向に渡って形成される接合部材を用い、柱に形成される一対のダイアフラムと、上下の前記ダイアフラムにそれぞれのフランジ部が接合される第１の梁と、前記第１の梁と高さが異なり、前記第１の梁とは異なる方向に前記柱と接合される第２の梁と、を具備し、前記切欠き部において干渉を防止した前記ダイアフラムの延長部と前記接合部材との交差部における前記接合部材の厚みが前記柱の厚みよりも大きくなるように設定され、前記第２の梁の一方のフランジ部は一方の前記ダイアフラムと接合され、前記第２の梁の他方のフランジ部と他方の前記ダイアフラムとの間の前記柱の外面側に前記接合部材の前記柱接合面が接合され、前記接合部材を介して、前記第２の梁の他方のフランジ部と他方の前記ダイアフラムとの間の応力伝達が行われることを特徴とする梁と柱との接合構造である。

前記柱接合面側に凹部が設けられ、前記凹部の深さは、前記接合部材の全厚の半分以上の深さであり、かつ、前記切欠き部において干渉を防止した前記ダイアフラムの延長部と前記接合部材との交差部における前記接合部材の厚みが前記柱の厚みよりも大きくなるように設定される事が望ましい。前記第２の梁の他方のフランジ面の下面が、前記接合部材の前記梁設置面と接触することが望ましい。前記凹部には、幅方向にリブが形成されてもよい。

第１の発明によれば、柱に接合される接合面側に凹部が形成され、凹部の深さが本体の厚みの半分以上であるため過剰な強度を有さずに軽量化を達成することができる。例えば、梁が柱から離れる方向に力が付与された際には、柱が引張力を負担し、接合部材が圧縮力を負担する。この際、接合部材に付与される圧縮力は、接合部材の厚みの中心から外方側が受け持つこととなる。

すなわち、前述した梁からの力の向きに対しては、接合部材の厚みの中心から内方側は圧縮力を負担せず、また、引張力は柱が受け持つため、この部位に過剰な強度は不要である。したがって、この部位に凹部を形成することで、高い強度と軽量化を両立することができる。

また、接合部材がダイアフラムと柱の外面に溶接され、梁のフランジ部の下面と接合部材の梁設置面とが接触すれば、梁からの応力を確実に柱に伝達することができる。

また、凹部において、幅方向にリブが形成されれば、梁から柱に力が付与された際における接合部材の変形等を防止することができる。

第２の発明は、梁と柱との接合部材であって、柱と接合される柱接合面と、前記柱接合面と略垂直な面である梁設置面と、前記柱接合面の幅方向に渡って形成される、ダイアフラムとの干渉を防止するための切欠き部と、を具備し、前記柱接合面には、前記接合部材の厚みの半分以上の深さの凹部が形成されることを特徴とする接合部材である。

第２の発明によれば、サイズの異なる梁と柱との接合部に使用することができ、梁から柱への応力を効率よく伝達することができるとともに、軽量な梁接合部材を得ることができる。

本発明によれば、異なる高さの梁を柱に接合する場合において、柱内部にダイアフラム等の部材を接合することなく、簡易な構造で柱の外部のみで作業が可能な梁と柱との接合構造を提供することができる。

柱と梁の接合構造１を示す斜視図。 梁接合部材９を示す斜視図であり、（ａ）は上面斜視図、（ｂ）は底面斜視図。 柱と梁の接合構造１を示す立面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は柱と梁の接合構造１を示す立面図であり、図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。 梁接合部材２１を示す斜視図であり、（ａ）は上面斜視図、（ｂ）は底面斜視図。 柱と梁の接合構造２０を示す立面図。

以下、本発明の実施の形態にかかる柱と梁の接合構造１について説明する。図１は、柱と梁の接合構造１を示す斜視図である。柱と梁の接合構造１は、柱５に複数の梁７ａ、７ｂが接合された構造である。

柱５は中空の角形鋼管であり、梁７ａ、７ｂはＨ形鋼である。梁７ａと梁７ｂとは、梁の高さが異なる。なお、図１の例では、梁７ａが柱５の三方向に形成され、梁７ｂが一方向に形成される例を示すが、本発明ではこれに限られず、梁７ｂを複数方向に設けてもよい。

柱５には、一対のダイアフラム３ａ、３ｂが接合される。なお、ダイアフラム３ａ、３ｂは、柱５の外方に突出する通しダイアフラムである。ダイアフラム３ａ、３ｂは、柱５に所定の間隔をあけて上下に設けられる。

梁７ａの上下のフランジ部の端部は、それぞれダイアフラム３ａ、３ｂと溶接によって接合される。すなわち、ダイアフラム３ａ、３ｂの設置間隔は梁７ａのフランジ部間隔と一致する。したがって、梁７ａからの応力を柱に確実に伝達することができる。

梁７ｂの上方のフランジ部８ａの端部は、上方のダイアフラム３ａと溶接によって接合される。梁７ｂは梁７ａよりも高さが低いため、梁７ｂの下方のフランジ部８ｂとダイアフラム３ｂとの間には隙間が生じる。

本発明では、ダイアフラム３ｂと梁７ｂのフランジ部８ｂとの間に梁接合部材９が接合される。すなわち、梁接合部材９を介して梁７ｂのフランジ部８ｂとダイアフラム３ｂとが接合される。したがって、梁７ｂからの応力を柱に確実に伝達することができる。

図２は、梁接合部材９示す斜視図であり、図２（ａ）は上面斜視図、図２（ｂ）は底面斜視図である。梁接合部材９は、底面側が柱接合面１４となり、一方の側面が梁設置面１６となる。すなわち、柱接合面１４と梁設置面１６とは略垂直に形成される。

柱接合面１４は、柱の表面と接合される部位である。柱接合面１４には、凹部１５が形成される。凹部１５の深さは、梁接合部材９の本体厚みの半分以上の深さであることが望ましい。

また、柱接合面１４には、幅方向に渡って切欠き部１１が形成される。切欠き部１１は、ダイアフラムとの干渉を避けるものである。切欠き部１１の近傍において、凹部１５には、必要に応じて幅方向にリブ１７が設けられる。リブ１７の端面は、柱接合面１４と同一面となってもよく、または、リブ１７の高さが、凹部１５の深さよりも低くてもよい。リブ１７は、梁接合部材の変形を防止して梁接合部材を補強するものである。

梁接合部材９の両側面の柱接合面との縁部には、テーパ部１３が設けられる。テーパ部１３は、梁接合部材９と柱５との溶接代を示すものである。溶接代が小さすぎると、溶接強度を確保することができず、また、溶接代が大きすぎると、梁接合部材等の歪が大きくなるとともに、過剰なコストを要するためである。したがって、適切な溶接代を示すためのテーパ部１３が形成される。

梁接合部材９は、切欠き部１１において、最も厚みが厚く、両端に向かって厚みが徐々に薄くなるように形成される。なお、梁接合部材９の形状は、図示した例に限られず、凹部１５の形状や梁接合部材９の外形などは、前述した構成を有する限り、適宜設定される。

図３は、柱と梁の接合構造１を示す図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。また、同様に図４（ａ）は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図３に示すように、梁接合部材９は、上面（梁設置面１６）が梁７ｂのフランジ部８ｂの下面と接触するように柱５に接合される。すなわち、梁接合部材９は、通しダイアフラムであるダイアフラム３ｂの突出部上面と梁７ｂ下面との間を埋めるように固定される。

前述の通り、梁接合部材９のダイアフラム３ｂとの接合部に対応する部位は、切欠き部１１が形成される。このため、梁接合部材９とダイアフラム３ｂとが干渉することがない。梁接合部材９の下端は、ダイアフラム３ｂよりも下方に位置する。すなわち、梁接合部材９は、ダイアフラム３ｂをまたいで柱５の外周面と接合される。

梁接合部材９と柱５とは、前述したテーパ部において、溶接部１９によって接合される。なお、梁７ｂのフランジ部８ｂの下面と梁設置面１６との接触面は、必ずしも溶接する必要はない。

また、図３において、梁７ｂの上方のフランジ部８ａとダイアフラム３ａの接触部とを溶接し、梁７ｂのウェブ部およびフランジ部８ｂの端部と柱５の外周面との接触部とを溶接し、梁接合部材９と柱５およびダイアフラム３ｂとの接触部を溶接してもよいが、梁接合部材９は、柱５の外周面と溶接されれば良く、梁接合部材９とダイアフラム３ｂとは、必ずしも溶接する必要はない。この場合には、切欠き部１１を大きくし、梁接合部材９とダイアフラム３ｂとの間には隙間が形成されてもよい。

なお、梁接合部材９が接合されるダイアフラム３ｂの延長部（梁接合部材９を鉛直方向の柱に接合した際に、これと直交する方向の延長部）と梁接合部材９との交差部における梁接合部材９の厚み（当該部位における凹部１５の底部における厚み）をＴとすると、Ｔは、柱５の厚みｔよりも大きくなるように設定される。すなわち、凹部１５の深さは、梁接合部材９の本体全厚の半分以上の深さであり、かつ、Ｔがｔよりも大きくなるように設定される。

このように、ダイアフラム３ｂと梁７ｂとの間に梁接合部材９を設けることで、梁７ｂからの下方に向かう応力や、ダイアフラム３ａとの接合部を起点としたモーメント等を確実に柱５に伝達することができる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。前述の通り、梁接合部材９は、テーパ部１３で柱５と溶接される。この状態で、梁から柱に力が加わった場合には、梁接合部材９にも力が付与される。

例えば、図３において、梁７ｂが柱５ｃから離れる方向（図中右方向）に力が付与されるとする。この場合、柱５および梁接合部材９の厚み方向の中心（図中Ｄ）よりも内方側（図中Ｅ）には引張方向の力が付与される。また、梁接合部材９の厚み方向の中心（図中Ｄ）よりも外方側（図中Ｆ）には、圧縮力が付与される。

この場合には、引張力は柱５が受け持つことができるため、梁接合部材９の中心Ｄよりも内方側Ｅにおいては、過剰な強度は不要である。一方、梁接合部材９の中心Ｄよりも外方側Ｆにおいては、梁接合部材９のみで圧縮力を受け持つため、高い強度が必要である。

本発明に係る梁接合部材９は、この高い強度が要求される部位（Ｆ）を厚肉とし、強度を要さない部位（Ｅ）においては、肉を薄くするために凹部１５が形成される。すなわち、柱５に接合された状態で、柱５の接合面から遠い部位の肉厚を厚くすることで、効率的に補強を行うとともに、凹部１５によって、軽量化を達成することができる。特に、柱から遠い部位の肉厚を厚くすることで補強した柱の面外方向の耐力を向上させることができる。

なお、梁接合部材９は、梁７ｂの下部に設置する必要はなく、上部に設けてもよい。この場合には、図２、図３の上下が反転した状態で、梁７ｂと梁接合部材９とを接合すればよい。この場合には、梁接合部材９の底板と梁７ｂとの接触面とは溶接等で接合する必要がある。

以上説明したように、本実施の形態によれば、高さの異なる梁７ｂを柱５に接合する場合において、柱５の内部に内ダイアフラムを設けることを必要とせず、また、特殊な接合金物を柱の一部に接合する必要がない。このため、梁と柱との接合作業性に優れる。

また、梁接合部材９は、一般の鋼材を用いることができるため、安価である。また、通しダイアフラムの突出部上面（または下面）と梁７ｂ下面（または上面）との鉛直方向の空間を梁接合部材で確実に埋めて、柱５と梁７ｂとが接合されるため、梁７ｂからの鉛直方向の力やモーメントを確実に梁接合部材が受けることができる。したがって、簡易な構造で確実に梁７ｂからの応力を柱５に伝達することができる。

また、柱接合面側に凹部１５が形成されるため、軽量であり、また、特に強度が必要な部位の肉厚が厚いため、効率的に補強を行うことができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、テーパ部１３は、必ずしもテーパ形状である必要はなく、溶接代を視認可能であれば、段部やけがき線等であってもよい。

また、前述の実施形態では、柱接合面に凹部を形成したが、凹部は必ずしも必要ではない。図５は、凹部を有さない梁接合部材２１を示す斜視図であり、図５（ａ）は上面斜視図、図５（ｂ）は底面斜視図である。梁接合部材２１は、底面側が柱接合面２４となり、一方の側面が梁設置面２６となる。すなわち、柱接合面２４と梁設置面２６とは略垂直に形成される。柱接合面２４は、柱の表面と接合される部位である。柱接合面２４には、幅方向に渡って切欠き部１２が形成される。切欠き部１２は、ダイアフラムとの干渉を避けるものである。

梁接合部材２１の両側面の柱接合面２４との縁部近傍には、必要に応じて、けがき線２３が設けられる。けがき線２３は、梁接合部材２１と柱５との溶接範囲を特定するためのものであり、テーパ部１３と同様の機能を奏する。

図６は、柱と梁の接合構造２０を示す図である。図６に示すように、梁接合部材２１は、上面（梁設置面２６）が梁７ｂのフランジ部８ｂの下面と接触するように柱５に接合される。すなわち、梁接合部材２１は、通しダイアフラムであるダイアフラム３ｂの突出部上面と梁７ｂ下面との間を埋めるように固定される。

前述の通り、梁接合部材２１のダイアフラム３ｂとの接合部に対応する部位は、切欠き部１２が形成される。このため、梁接合部材２１とダイアフラム３ｂとが干渉することがない。梁接合部材２１の下端は、ダイアフラム３ｂよりも下方に位置する。すなわち、梁接合部材２１は、ダイアフラム３ｂをまたいで柱５の外周面と接合される。

また、図６において、梁７ｂの上方のフランジ部８ａとダイアフラム３ａの接触部とを溶接し、梁７ｂのウェブ部およびフランジ部８ｂの端部と柱５の外周面との接触部とを溶接し、梁接合部材２１と柱５およびダイアフラム３ｂとの接触部を溶接してもよいが、梁接合部材２１は、柱５の外周面と溶接されれば良く、梁接合部材２１とダイアフラム３ｂとは、必ずしも溶接する必要はない。この場合には、切欠き部１２を大きくし、梁接合部材２１とダイアフラム３ｂとの間には隙間が形成されてもよい。

なお、梁接合部材２１が接合されるダイアフラム３ｂの延長部（梁接合部材２１を鉛直方向の柱に接合した際に、これと直交する方向の延長部）と梁接合部材２１との交差部における梁接合部材２１の厚みをＴとすると、Ｔは、柱５の厚みｔよりも大きくなるように設定される。

このように、凹部を有さない梁接合部材２１を用いても、梁接合部材９と同様の効果を得ることができる。

１、２０………柱と梁の接合構造
３ａ、３ｂ………ダイアフラム
５………柱
７ａ、７ｂ………梁
８ａ、８ｂ………フランジ部
９、２１………梁接合部材
１１、１２………切欠き部
１３………テーパ部
１４、２４………柱接合面
１５………凹部
１６、２６………梁設置面
１７………リブ
１９………溶接部
２３………けがき線

Claims (5)

1. 梁と柱との接合構造であって、
   柱と接合される柱接合面と、前記柱接合面と略垂直な面である梁設置面とを有し、前記柱接合面には、ダイアフラムとの干渉を防止するための切欠き部が本体の幅方向に渡って形成される接合部材を用い、
   柱に形成される一対のダイアフラムと、
   上下の前記ダイアフラムにそれぞれのフランジ部が接合される第１の梁と、
   前記第１の梁と高さが異なり、前記第１の梁とは異なる方向に前記柱と接合される第２の梁と、を具備し、
   前記切欠き部において干渉を防止した前記ダイアフラムの延長部と前記接合部材との交差部における前記接合部材の厚みが前記柱の厚みよりも大きくなるように設定され、
   前記第２の梁の一方のフランジ部は一方の前記ダイアフラムと接合され、前記第２の梁の他方のフランジ部と他方の前記ダイアフラムとの間の前記柱の外面側に前記接合部材の前記柱接合面が接合され、前記接合部材を介して、前記第２の梁の他方のフランジ部と他方の前記ダイアフラムとの間の応力伝達が行われることを特徴とする梁と柱との接合構造。
2. 前記柱接合面側に凹部が設けられ、前記凹部の深さは、前記接合部材の全厚の半分以上の深さであり、かつ、前記切欠き部において干渉を防止した前記ダイアフラムの延長部と前記接合部材との交差部における前記接合部材の厚みが前記柱の厚みよりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載の梁と柱との接合構造。
3. 前記凹部には、幅方向にリブが形成されることを特徴とする請求項２記載の梁と柱との接合構造。
4. 前記第２の梁の他方のフランジ面の下面が、前記接合部材の前記梁設置面と接触することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の梁と柱との接合構造。
5. 梁と柱との接合部材であって、
   柱と接合される柱接合面と、
   前記柱接合面と略垂直な面である梁設置面と、
   前記柱接合面の幅方向に渡って形成される、ダイアフラムとの干渉を防止するための切欠き部と、を具備し、
   前記柱接合面には、前記接合部材の厚みの半分以上の深さの凹部が形成されることを特徴とする接合部材。

Images