JP6179757B2 - Column-to-column connection structure for different diameter column connections in buildings - Google Patents
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Description
この発明は、建築物における下階柱の上端部に溶接接合される柱梁接合部コアの上端部に、前記下階柱より小径の上階柱を溶接接合する建築物の異径柱接合用柱梁接合構造に関する。 The present invention is for joining different-diameter columns of a building in which an upper column having a diameter smaller than that of the lower column is welded to the upper end of a column beam joint core welded to the upper end of the lower column of the building. It relates to the beam-column joint structure.
柱に角形鋼管を用い、梁にＨ形鋼を用いる建築物における柱梁接合部として、一般に、通しダイアフラム形式、内ダイアフラム形式、外ダイアフラム形式などが採用されている。
通しダイアフラム形式の柱梁接合構造は、柱梁接合部とされる短尺角形鋼管の上下端に、柱を貫通して短尺角形鋼管の周囲外側に張り出したダイアフラムを溶接固定した構造であり、前記ダイアフラムにＨ形鋼梁のフランジが溶接接合される。
Generally, a through-diaphragm type, an inner diaphragm type, an outer diaphragm type, and the like are adopted as a column-beam joint in a building using a square steel pipe as a column and an H-shaped steel as a beam.
The through-diaphragm-type column beam connection structure is a structure in which a diaphragm extending through the column and projecting to the outer periphery of the short rectangular steel pipe is welded and fixed to the upper and lower ends of the short rectangular steel pipe that is the column beam connection portion. The flange of the H-shaped steel beam is welded.
また、ダイアフラムを設けずに短尺の厚肉角形鋼管からなる柱梁接合部コアを用いてその管壁面にＨ形鋼梁を直接溶接可能にしたノンダイアフラム形式の柱梁接合構造も採用されている（特許文献１〜３）。
この種の柱梁接合部コアとして、例えば図９に示すように、２つの熱間圧延溝形鋼を対向させフランジ先端部どうしを突合せ溶接して角形断面にする溝形鋼二丁合わせ溶接方式の柱梁接合部コア１がある。図で上下２辺の外側の突起は突合せ溶接部の余盛りを示す。なお、突起状の余盛りは、必要であれば切削又は研削して削除する。
In addition, a non-diaphragm-type column beam connection structure is adopted in which a H-beam is directly welded to the pipe wall surface using a column beam connection core made of a short thick square steel pipe without a diaphragm. (
As this type of column beam joint core, for example, as shown in FIG. 9, two hot rolled grooved steels face each other and the flange end parts are butt welded to form a square cross section. There is a column
角形鋼管柱を用いた中低層鉄骨造建物の実施設計では、上下階で柱の幅を変化させることがしばしば行われる。上下階で柱径が変化する柱梁接合構造、すなわち異径柱接合用柱梁接合構造としては、従来、いずれも通しダイアフラム形式である厚肉プレート形式やテーパ管形式が多く採用されている。
一方、前記ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアは、図１２に示した特殊な形状のもの（特許文献４）を除き、異径柱接合用柱梁接合構造に適用することは考えられていなかった。
In the practical design of medium- and low-rise steel frame buildings using square steel pipe columns, it is often performed to change the width of the columns on the upper and lower floors. Conventionally, as a column beam connection structure in which the column diameter changes between the upper and lower floors, that is, a column beam connection structure for different diameter column connection, a thick plate type and a taper tube type, which are all through diaphragm type, have been conventionally employed.
On the other hand, the non-diaphragm type column beam joint core is not considered to be applied to the column beam joint structure for different diameter column joints except for the special shape shown in FIG. 12 (Patent Document 4). It was.
図１０に通しダイアフラム形式の柱梁接合構造を異径柱接合用柱梁接合構造として用いた前記厚肉プレート形式の異径柱接合用柱梁接合構造８を示す。
厚肉プレート形式は、上下の柱２、３を繋ぐ短尺角形鋼管５の上側のダイアフラム６として、外周が短尺角形鋼管５よりも周囲に張り出すサイズの厚肉プレート６を用いる形式である。７は下側のダイアフラムを示す。この厚肉プレート６を介して短尺角形鋼管５の上方に上階鋼管柱２の下端を接合し、前記厚肉プレート６にＨ形鋼梁４のフランジ４ａを溶接接合し、ウエブ４ｂを短尺角形鋼管５の側面に溶接接合する。上階柱２にかかる軸力および曲げモーメントは、厚肉プレート６を介して短尺角形鋼管５に伝達される（『鋼構造接合部設計指針：日本建築学会（2012.3）』）。
FIG. 10 shows the columnar
The thick plate type is a type in which a thick plate 6 having a size that the outer periphery projects beyond the short
図１１に前記テーパ管形式の異径柱接合用柱梁接合構造１０を示す。
テーパ管形式は、下端の断面形状が下階鋼管柱３の断面形状に合致し、上端の断面形状が上側鋼管柱２の断面形状に合致する短尺のテーパ管（テーパ角形鋼管）１１を用いる形式である。テーパ管１１は、台形のプレートを４枚溶接して製作するか、テーパ管の展開図を２分割した形状の２枚の板をそれぞれコ字形に折り曲げ加工し対向させ溶接接合して製作する。このテーパ管１１を準備しておき、外周が下階鋼管柱３よりも周囲に張り出す下側ダイアフラム１３を介して、下階鋼管柱３の上端にテーパ管１１の下端を接合する。また、外周が上階鋼管柱２よりも周囲に張り出す上側ダイアフラム１２を介して、テーパ管１１の上端に上階鋼管柱２の下端を接合し、上下のダイアフラム１２、１３及びテーパ管１１の側面にＨ形鋼梁４のフランジ４ａ及びウエブ４ｂを接合する。上階鋼管柱２にかかる軸力および曲げモーメントは、テーパ管１１を介して下階鋼管柱３に伝達される（前記『鋼構造接合部設計指針』）。
FIG. 11 shows the columnar
The tapered pipe form uses a short taper pipe (tapered square steel pipe) 11 in which the cross-sectional shape at the lower end matches the cross-sectional shape of the lower
特許文献１〜３には、ダイアフラム形式とは異なり、柱梁接合部をダイアフラムで補強せずに、短尺の厚肉角形鋼管からなるノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを用いる技術が記載されている。ダイアフラムを用いないことで、部材数低減および溶接に関する施工の手間が大幅に削減できる。
図１２に前述した特殊な形状として異径柱接合用柱梁接合構造に採用可能にしたノンダイアフラム形式の柱梁接合部コア１６による異径柱接合用柱梁接合構造１５を示す（特許文献４）。
前記柱梁接合部コア１６は、短尺の角形断面管の上端部に、柱の軸方向に対して４０〜５０度の傾斜角度を有して、角形断面管の内部に向かって徐々に肉薄になるように形成された補強部１８（１８ａ、１８ｂ）を有する特殊な形状の柱梁接合部コア（柱梁接合金物）である。この柱梁接合部コア１６は、鋳造成型や高周波加熱による断面増厚法で前記補強部を成型している。
FIG. 12 shows a column
The column
前記厚肉プレート形式の異径柱接合用柱梁接合構造８には以下の問題がある。
上下の鋼管柱の柱幅差は、鋼管構造設計指針に記載される設計に基づく場合、耐力及び剛性を確保するために厚肉プレートの厚みが例えば４０ｍｍを超える厚みになる場合がある。厚みが４０ｍｍを超える厚肉プレートは、一般的な建築資材としては市販されておらず、特注品の扱いとなるため、コスト高になる。また、厚肉プレート６の厚みが４０ｍｍを超える場合、厚肉プレートの設計基準強度を低減しなければならない（建築基準法に基づく告示による）。また、ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアに比べ部材数が多く、梁が接合されるダイアフラム６、７が短尺角形鋼管５よりも周囲に張り出す形状となっているため梁４の部材加工も複雑で、溶接の手間もかかるという問題もある。
The thick plate type column-to-
When the column width difference between the upper and lower steel pipe columns is based on the design described in the steel pipe structure design guideline, the thickness of the thick plate may exceed, for example, 40 mm in order to ensure proof stress and rigidity. A thick plate having a thickness exceeding 40 mm is not commercially available as a general building material, and is handled as a custom-made product, resulting in high costs. Moreover, when the thickness of the thick plate 6 exceeds 40 mm, the design standard intensity | strength of a thick plate must be reduced (by the notification based on a building standard law). Further, since the number of members is larger than that of the non-diaphragm column beam joint core, the diaphragms 6 and 7 to which the beams are joined have a shape projecting to the periphery of the short
前記テーパ管形式の異径柱接合用柱梁接合構造１０には以下の問題がある。テーパ管１１は、４枚の台形をした板材、若しくはコの字状に折り曲げた２枚の板材それぞれが互いに適正な角度をなすように溶接接合して製作されるが、その製作に高度な技術と手間を要する。
また、Ｈ形鋼梁４の端部もテーパ管側面形状に合わせて加工しなければならず、この加工にも時間がかかる。また段違い梁とした場合には、テーパ管中間部にダイアフラムを設けなければならず、非常に設計も施工も手間がかかる。
The tapered tube-type column-to-
In addition, the end of the H-
特許文献４の特殊形状の柱梁接合部コア１６による異径柱接合用柱梁接合構造１５には以下の問題がある。
この柱梁接合部コア１６は、その特殊な形状を鋳造成型や高周波過熱による断面増厚法で成型するため、各サイズの全体を成型する大型の金型を必要とし、また、成型に時間が掛かるなど、コストが高くなる。また、下階柱の径と上階柱の径とが同じ場合に用いる一般的なノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを材料に用いて成型することができず、取り付けられる柱梁のサイズに応じて都度最初から成型する必要があるという問題もある。
The column-
The column
ところで、引用文献４のような特殊形状ではない単なる短尺厚肉角形鋼管による一般的なノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを異径柱接合用柱梁接合構造に採用するという発想は、種々の事情から退けられてきた。
また、短尺厚肉角形鋼管１の上端部内面に、上階柱を溶接固定するための四角形のプレートの周囲を溶接固定する構造が考えられるが、この場合、上階柱の管径によっては、あるいは上階柱の下階柱に対する位置によっては、柱梁接合部コアの内面と四角形のプレートの周囲との溶接ビード（溶接金属部）の上に、上階柱の下端を溶接する溶接ビードが重なる場合がある。この場合のように２つの部材の溶接ビードに他の部材を溶接する溶接ビードが重なることは、特に工学的に明確な根拠がある訳ではないが、一般的には良好な溶接接合部が得られないものとして避けられている背景がある。
ダイアフラムを用いずに梁を接合可能にしたというノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアは、そもそもノンダイアフラムであるから、ダイアフラムを設けるという発想がないという背景があり、従来は、前記の通り、ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアに内ダイアフラム的なプレートを溶接固定するという構造は考慮外にあった。
By the way, the idea of adopting a general non-diaphragm-type column beam joint core made of a mere short thick square steel pipe which is not a special shape as in the cited
In addition, a structure in which the periphery of a rectangular plate for fixing the upper floor column by welding is fixed to the inner surface of the upper end portion of the short thick-walled
The non-diaphragm column-beam joint core, which is capable of joining beams without using a diaphragm, is originally a non-diaphragm, so there is no idea of providing a diaphragm. The structure of welding and fixing the inner diaphragm plate to the diaphragm beam-column joint core was out of consideration.
本発明は上記背景のもとになされたもので、柱に角形鋼管を用いる建築物について下階柱の管径と上階柱の管径とが異なる場合に、管壁外面に鋼管梁を溶接接合可能なノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアの上端平面内に上階柱を自由に溶接接合することができ、かつ、上階柱にかかる鉛直軸力および曲げモーメントを柱梁接合部コアに確実に伝達できる建築物の異径柱接合用柱梁接合構造を提供することを目的とする。 The present invention was made based on the above background, and in a building using a square steel pipe as a column, when the pipe diameter of the lower floor column and the pipe diameter of the upper floor column are different, the steel pipe beam is welded to the outer surface of the pipe wall. The upper floor column can be freely welded and joined to the upper end plane of the non-diaphragm column beam joint core that can be joined, and the vertical axial force and bending moment applied to the upper column can be applied to the beam beam joint core. An object of the present invention is to provide a beam-to-column connection structure for different-diameter column connections of a building that can be reliably transmitted.
上記課題を解決する請求項１の発明は、角形鋼管からなる下階柱の上端部に短尺厚肉角形鋼管からなるノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアの下端部が溶接接合され、前記柱梁接合部コアの上端部に、前記下階柱より小径の角形鋼管からなる上階柱を溶接接合する建築物の異径柱接合用柱梁接合構造であって、
角形鋼管からなる下階柱の上端部に短尺厚肉角形鋼管からなるノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアの下端部が溶接接合され、前記柱梁接合部コアの上端部に、前記下階柱より小径の角形鋼管からなる上階柱を溶接接合する建築物の異径柱接合用柱梁接合構造であって、
前記柱梁接合部コアの段差を持たない上端部内面に、周囲に開先を形成した四角形板状の水平面材が、その上面が前記柱梁接合部コアの上端面と面一となるように溶接接合され、かつ、前記柱梁接合部コアの上端部内面と前記水平面材の周囲との間の溶接ビードの余盛りが平坦に切削又は研削されて、柱梁接合部コアの上端面と前記水平面材の上面と溶接ビードの上面とが面一に形成された異径柱接合用柱梁接合仕口と、
前記異径柱接合用柱梁接合仕口の下端に溶接接合される下階柱と、
前記異径柱接合用柱梁接合仕口の上端面に溶接接合される前記下階柱より小径の上階柱とを備え、
前記上階柱は、当該上階柱の下端部と前記異径柱接合用柱梁接合仕口上端面との間の溶接ビードが、前記柱梁接合部コアと前記水平面材との間の平坦に切削又は研削された溶接ビードと少なくとも一部が重なる態様で溶接接合されていることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention for solving the above problem, the lower end of a non-diaphragm column beam joint core made of a short thick-walled square steel pipe is welded to the upper end portion of a lower floor column made of a square steel pipe, A column beam joint structure for different-diameter column joining of a building in which an upper floor column made of a square steel pipe having a diameter smaller than that of the lower floor column is welded to the upper end portion of the joint core,
The lower end of a non-diaphragm column-beam joint core made of a short thick-walled square steel pipe is welded to the upper end of a lower-floor column made of square steel pipe, and the lower-floor column is joined to the upper end of the beam-beam joint core. It is a beam-to-column connection structure for different-diameter column connection of a building in which an upper floor column made of a smaller diameter square steel pipe is welded,
A rectangular plate-shaped horizontal surface material having a groove formed on the inner surface of the upper end portion of the beam-beam joint core without a step so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the beam-beam joint core. The weld bead and the surplus of the weld bead between the inner surface of the upper end of the beam-beam joint core and the periphery of the horizontal surface material are cut or ground flatly, and the upper end surface of the beam-beam joint core and the and different径柱joining beam bonding joint that the upper surfaces and weld bead horizontal surface material is formed flush,
A lower column that is welded to the lower end of the column beam joint for the different diameter column joint;
An upper floor pillar having a smaller diameter than the lower floor pillar welded and joined to the upper end surface of the column beam joint for different diameter pillar joints,
In the upper column, the weld bead between the lower end of the upper column and the upper end surface of the column connection joint for different diameter columns is flat between the core of the column connection and the horizontal member. It is characterized in that it is welded and joined in such a manner that at least a portion thereof overlaps with the cut or ground weld bead.
請求項２は、請求項１の建築物の異径柱接合用柱梁接合構造において、平面視で上階柱の板厚部分と柱梁接合部コアの板厚部分とが少なくとも一部重なっていることを特徴とする。
本発明の異径柱接合用柱梁接合構造によれば、異径柱接合用柱梁接合仕口の上端部に、柱梁接合部コアの上端部内面に当該柱梁接合部コア上端と面一となるように溶接接合された水平面材を有するので、下階柱より小径の上階柱を容易に接合することができる。
また、本発明では短尺厚肉角形鋼管と1枚の水平面材のみで異径柱接合用柱梁接合仕口を構成することが可能なので、厚肉プレートを用いた異径柱接合用柱梁接合構造と比較して部材数が少なく、加工、溶接の手間が抑えられ、製作コストを低減できる。
また、厚肉プレートを用いた従来の異径柱接合用柱梁接合構造では、必要となる厚肉プレートの板厚が厚いため市中で入手しにくいが、本発明の異径柱接合用柱梁接合構造によれば、前記厚肉プレートより薄いプレート（水平面材）を用いることができるので、材料の市中での入手が容易である。
特許文献４の特殊形状のノンダイアフラム形式の柱梁接合部コア（柱梁接合金物）と異なり、下階柱の径と上階柱の径とが同じ場合に用いる、単なる短尺厚肉角形鋼管である一般的なノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを材料に用いることができるので、各サイズに応じた水平面材と裏当金があれば製作することができ、要求性能に応じた最適構造とすることが可能である。
According to the column beam joint structure for different diameter column joint of the present invention, the upper end of the column beam joint core is connected to the upper end portion of the column beam joint for the different diameter column joint, the upper end portion inner surface of the column beam joint core. because it has a weld joined horizontal member so that one, Ru can be easily joined to Kaibashira on the smaller diameter than the lower Kaibashira.
Further, in the present invention, since it is possible to configure a column beam joint for different diameter column joining with only a short thick square steel pipe and one horizontal plane member, it is possible to construct a column beam joint for different diameter column joining using a thick plate. Compared to the structure, the number of members is small, the labor of processing and welding can be suppressed, and the manufacturing cost can be reduced.
In addition, in the conventional beam-to-column connection structure for connecting different diameter columns using thick plates, the thickness of the required thick plate is so thick that it is difficult to obtain in the market. According to the beam joint structure, since a plate (horizontal plane material) thinner than the thick plate can be used, it is easy to obtain the material in the market.
Unlike the special non-diaphragm type column beam joint core (column beam joint hardware) of
また、柱梁接合部コアの上端部内面と前記水平面材の周囲との間の溶接ビードの余盛りが平坦に切削又は研削されているので、上階柱の下端部と前記異径柱接合用柱梁接合仕口上端面との間の溶接ビードが、柱梁接合部コアと水平面材との間の溶接ビードと重なる場合でも、上階柱を異径柱接合用柱梁接合仕口の上端面に溶接接合することが可能となる。なお、上階柱の下階柱に対する位置関係について、柱梁接合部コアと水平面材との間の溶接ビードに上階柱の溶接接合部（溶接ビード）が必ずくるという訳ではないが、そのような位置関係となる場合は充分あるので、そのような位置関係の場合に対応可能であることは必要である。 In addition, the remaining prime weld bead between the periphery of the upper end inner surface of the beam-column joints core the horizontal member has a flat cutting or grinding, wherein the lower end of the upper Kaibashira different径柱junction Even if the weld bead between the upper end of the beam-column joint and the welded bead between the column-beam joint core and the horizontal surface overlaps, the upper column is placed above the column-beam joint for different diameter columns. It becomes possible to weld-join to the end face. As for the positional relationship of the upper column with respect to the lower column, the welded joint (weld bead) of the upper column does not necessarily come to the weld bead between the beam-column joint core and the horizontal surface material. because if the positional relationship as well some, it Ru required der such is adaptable to the case of the positional relationship.
請求項２によれば、平面視で上階柱の板厚部分と柱梁接合部コアの板厚部分とが少なくとも一部重なっているので、上階柱にかかる軸力や曲げモーメントが柱梁接合部コアへ直接伝達される部分が存在することなり、水平面材への伝達応力や曲げモーメントが低減し、水平面材の厚を低減できる。 According to the second aspect , since the plate thickness portion of the upper story column and the plate thickness portion of the column beam joint core overlap at least partially in plan view, the axial force and bending moment applied to the upper story column are A portion that is directly transmitted to the joint core is present, so that the transmission stress and bending moment to the horizontal surface material are reduced, and the thickness of the horizontal surface material can be reduced.
以下、本発明の建築物の異径柱接合用柱梁接合構造を実施するための形態について、図面を参照して説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing the column-beam joining structure for different diameter column joining of the building of this invention is demonstrated with reference to drawings.
図１（イ）は本発明の一実施例の建築物の異径柱接合用柱梁接合構造２０の断面図、（ロ）は平面図である。図２は上記異径柱接合用柱梁接合構造２０における異径柱接合用柱梁接合仕口２１のみを示すもので、（イ）は斜視図、（ロ）は断面図、（ハ）は平面図、（ニ）は柱梁接合部コア２２の上端部に水平面材２３を配置した、溶接固定する前の状態を示す斜視図、（ホ）は水平面材２３のみを示す斜視図である。図３は上記異径柱接合用柱梁接合構造を説明する斜視図である。
これらの図に示すように、この異径柱接合用柱梁接合構造２０は、角形鋼管からなる下階柱３の上端部に短尺厚肉角形鋼管からなるノンダイアフラム形式の柱梁接合部コア２２の下端部が溶接接合され、その柱梁接合部コア２２の上端部に、前記下階柱３より小径の角形鋼管からなる上階柱２を溶接接合する構造であり、異径柱接合用柱梁接合仕口２１により構成される。
前記異径柱接合用柱梁接合仕口２１は、短尺厚肉角形鋼管からなる前記柱梁接合部コア２２の上部内側に、図２（ホ）にも示したような周囲に開先２３ａを形成した四角形板状の前記水平面材２３を、その上面が柱梁接合部コア２２の上端と面一になるように溶接接合して形成される。なお、仕口内部に水平材を設ける一般的な内ダイアフラムは、梁からの水平力を伝達及び負担するものであるが、本発明における水平面材２３は、梁４からの水平力の伝達及び負担を要求されておらず、梁４の接合位置に関係なく柱梁接合部コア２２の上端と面一になるように溶接接合され、上階柱３の接合に適した配置がされる。
柱梁接合部コア２２に水平面材２３を溶接接合する際、図２（ロ）にも示すように、柱梁接合部コア２２の上端近傍の内周面に、上端より水平面材２３の板厚分だけ下の位置にて裏当て金２４を仮付け溶接し、その上に水平面材２３を載せた図２（ニ）の状態にて開先２３ａの部分で溶接する。その溶接接続部（溶接ビード２５）をドットハッチングで示す。各部の溶接はいずれも完全溶け込み溶接である。
なお、本実施例では、上階柱及び下階柱の材質はBCR295(日本鉄鋼連盟製品規格)、柱梁接合部コア及び水平面材の材質はSN490C（JIS
G 3136）を用いているが、これに限らず他の材質を用いてもよい。
FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of a column-
As shown in these drawings, this column-to-
The beam-column joint 21 for different-diameter column connection is provided with a
When the
In this example, the material of the upper and lower floor pillars is BCR295 (Japan Iron and Steel Federation product standard), and the material of the column beam joint core and horizontal plane material is SN490C (JIS
G 3136) is used, but the present invention is not limited to this, and other materials may be used.
図示例の柱梁接合部コア２２は、図９で説明した柱梁接合部コア１と同様に、２つの熱間圧延溝形鋼の二丁合わせ溶接による厚肉角形鋼管を用いており、その角形断面の２辺の内面が平面視でテーパ状をなしている。したがって、前記水平面材２３の対応する２辺の部分はそのテーパ形状に合わせて開先を形成している。なお、前記裏当て金２４の外側輪郭も前記テーパ形状に合わせた形状としている。
The column beam
柱梁接合部コア２２に水平面材２３を溶接接合してなる前記異径柱接合用柱梁接合仕口２１の下端部が下階柱３の上端部に溶接接合され、上端面に下階柱３より小径の上階柱２が溶接接合される。また、異径柱接合用柱梁接合仕口２１の柱梁接合部コア２２の側面（管壁面）にＨ形鋼梁４が溶接接合される。図３はその状況を説明する図である。
The lower end of the column-beam joint 21 for connecting different-diameter columns formed by welding a
図示例では図１及び要部を拡大した図４（ハ）に示すように、上階柱２は、当該上階柱２の下端部と前記異径柱接合用柱梁接合仕口２１の上端面との間の溶接ビード２６が、前記柱梁接合部コア２２と前記水平面材２３との間の溶接ビード２５と一部が重なる態様で溶接接合されている。
この場合、図４（イ）、（ロ）に示すように、溶接ビード２５の余盛り２５ａを切削又は研削して平坦にし、柱梁接合部コア２２の上端と水平面材２３の上面と溶接ビード２５の上端との全体（すなわち、異径柱接合用柱梁接合仕口２１の上面全体）が面一の水平面になるようにするとよい。
In the illustrated example, as shown in FIG. 1 and FIG. 4C, which is an enlarged view of the main part, the
In this case, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
ところで、発明が解決しようとする課題の項において、柱梁接合部コアの内面と四角形のプレートの周囲との溶接ビードの上に、上階柱を溶接する溶接ビードが重なる場合のように、２つの部材の溶接ビードに他の部材を溶接する溶接ビードが重なることは、特に工学的に明確な根拠がある訳ではないが、一般的には良好な溶接接合部が得られないものとして避けられていると記載した。
しかし、本願発明者らが図１や図４（ハ）のように、柱梁接合部コア２２と水平面材２３との溶接ビード２５の上に上階柱２の溶接ビード２６が重なる場合について実験をした結果によれば、溶接品質に問題のない溶接接合が得られることが確認された。
By the way, in the section of the problem to be solved by the invention, as in the case where the weld bead for welding the upper column overlaps the weld bead between the inner surface of the column beam joint core and the periphery of the rectangular plate, 2 The overlap of a weld bead that welds another member to the weld bead of one member is not particularly clear from an engineering standpoint, but is generally avoided as a good weld joint cannot be obtained. It has been described.
However, as shown in FIG. 1 and FIG. 4C, the inventors of the present application conducted an experiment in the case where the
前記実験の内容について説明する。
試料として、柱梁接合部コアが熱間圧延溝形鋼の二丁合わせ溶接による短尺厚肉角形鋼管（外形300×300ｍｍ・板厚２９ｍｍ・材質SN490C（JIS-G-3136））、上階柱が口-250×250×16（BCR295）、水平面材がPL-28（SN490C）、ソリッドワイヤがYM-55C（Y）（YGW18）を用いて中柱形式の異径柱接合用柱梁接合仕口サンプルを製作した。
溶接形状および条件は「建築工事標準仕様書JASS6鉄骨工事：日本建築学会(2007.2)」、「2008年度版冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル：独立行政法人建築研究所（2008.12）」に準拠して設定した。溶接条件および形状を表１に示す。柱梁接合部コア-水平面材溶接、水平面材-上階柱溶接のいずれも設定入熱およびパス間温度を満足し、溶接後のＵＴ検査に合格した。また、溶接外観も不良部分が無いことを確認した。
As a sample, the column beam joint core is a short thick-walled square steel pipe (external dimensions 300 x 300 mm, plate thickness 29 mm, material SN490C (JIS-G-3136)) by hot-rolled grooved steel, and the upper floor column -250 × 250 × 16 (BCR295), horizontal plane material is PL-28 (SN490C), solid wire is YM-55C (Y) (YGW18) Mouth samples were made.
Welding shapes and conditions conform to “Standard Building Construction Specification JASS6 Steel Construction: Architectural Institute of Japan (2007.2)”, “2008 Cold Forming Square Steel Pipe Design and Construction Manual: National Institute for Building Science (December 2008)” Set. Table 1 shows welding conditions and shapes. Both the beam-to-column joint core-horizontal plane welding and horizontal plane-upper column welding satisfy the set heat input and interpass temperature, and pass the UT inspection after welding. It was also confirmed that there were no defective parts in the weld appearance.
溶接部の品質を確認する目的で前記サンプルの溶接部から素材試験片を採取し、ビッカース硬さ試験とシャルピー衝撃試験を行った。
図７（イ）にビッカース硬さ結果を示す。母材部に比べて熱影響部および溶接部が硬くなる傾向にあるが、最高硬さが２２０ＨＶであり低温割れを起こす可能性は低い。また、顕著な熱影響部の軟化もなかった。図７（イ）の横軸である硬さ測定位置を図７（ロ）に示す（上階柱の内面から１ｍｍ深さ位置でのＰ点（0）からＱ点（55）までの領域）。
シャルピー衝撃試験においても溶接部の０℃吸収エネルギーが１００Ｊを超えており、溶接品質は良好であった（表２にシャルピー衝撃試験結果を示す）。
上記の通りであり、従来、２つの部材の溶接ビードに他の部材を溶接する溶接ビードが重なることは、一般的には良好な溶接接合部が得られないものとして避けられてきたが、少なくとも、上述のような柱梁接合部コア２２と水平面材２３との溶接ビード２５の上に上階柱２の溶接ビード２６が重なる溶接施工をした場合については、良好な溶接が行なわれることが分かった。
FIG. 7 (a) shows the Vickers hardness results. Although the heat-affected zone and the weld zone tend to be harder than the base metal portion, the maximum hardness is 220 HV, which is unlikely to cause cold cracking. Moreover, there was no remarkable softening of the heat affected zone. The hardness measurement position, which is the horizontal axis in FIG. 7 (a), is shown in FIG. 7 (b) (region from point P (0) to point Q (55) at a depth of 1 mm from the inner surface of the upper column) .
Also in the Charpy impact test, the 0 ° C. absorbed energy of the weld exceeded 100 J, and the welding quality was good (Table 2 shows the Charpy impact test results).
As described above, it has been generally avoided that a weld bead for welding another member overlaps a weld bead of two members, as a generally good weld joint cannot be obtained. In the case where the
ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアによる本発明の異径柱接合用柱梁接合構造と、従来の通しダイアフラム形式（厚肉プレート形式）による異径柱接合用柱梁接合構造の構造設計上の差異について説明する。
（１）従来の通しダイアフラム形式による異径柱接合用柱梁接合構造。
前述の『鋼構造接合部設計指針』に、冷間ロール成形角形鋼管（BCR295）を用いた場合の通しダイフラム形式による異幅接合形式箱形断面柱梁接合部における通しダイアフラム必要板厚が記載されており、表３に示す。この必要板厚は、その算定要領の詳細は省略するが、中柱形式、側柱形式、外柱形式、隅柱形式の４種類の接合形式に対して、降伏線理論と柱の軸降伏エネルギーを組み合わせた極限解析を行い、得られた塑性曲げ耐力ｊＭｐを用いて算定した結果である。
ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアによる異径柱接合用柱梁接合構造では、上階柱の応力は水平面材の面外曲げ抵抗を介して柱梁接合部コアに伝達されるため、水平面材のの面外曲げ耐力および面外曲げ剛性に配慮して、水平面材の板厚を設計する必要がある。
本発明の異径柱接合用柱梁接合構造は、柱梁接合部コア（短尺厚肉角形鋼管）の上端部に水平面材を溶接固定した構造を有しており、上階柱の応力が柱梁接合部コアに伝達される態様としては、通しダイアフラム形式（厚肉プレート形式）による異径柱接合用柱梁接合構造の場合と基本的に同じ構造と言える。したがって、本発明の異径柱接合用柱梁接合構造における水平面材の必要板厚の設計には、前述の『鋼構造接合部設計指針』において通しダイアフラムの必要板厚を算定した設計手法（算定手法）を採用することができる。
前記表３の通しダイアフラム必要板厚はパネル接合部にBCR295（F値=295N/mm2）を用いた場合であり、材質がSN490Cである実施例の柱梁接合部コア（F値＝325N/mm2）はBCR295よりも強度が高く板厚も２９ｍｍと厚いため、前述の通り「鋼構造接合部設計指針」に従い水平面材の板厚を設定すれば改めて接合部の構造計算を行わずに柱梁接合部コアの上下を異幅とすることができると考えられる。
図８に通しダイアフラム異径柱接合用柱梁接合構造と本発明の異径柱接合用柱梁接合構造のＭ−Ｎ相関曲線を示す。表４に通しダイアフラム異径柱接合用柱梁接合構造の仕様と本発明の異径柱接合用柱梁接合構造の仕様を示す。
本発明の異径柱接合用柱梁接合構造のｊＭｐは通しダイアフラム異径柱接合用柱梁接合構造のｊＭｐを上回っており、本発明の異径柱接合用柱梁接合構造は「鋼構造接合部設計指針」に従って水平面材の板厚を設定すれば、安全側に評価できることが分かる。
(1) A conventional beam-to-column connection structure for connecting different diameter columns using a through diaphragm type.
The above-mentioned “Guidelines for Designing Steel Structure Joints” describes the required thickness of through diaphragms in box-shaped cross-section column-beam joints with different width joints when using cold rolled square steel pipes (BCR295). Table 3 shows. Although the details of the calculation procedure for this required plate thickness are omitted, the yield line theory and the axial yield energy of the column are used for the four types of joint types: center column type, side column type, outer column type, and corner column type. Is the result of calculation using the obtained plastic bending strength j M p .
In the non-diaphragm beam-column joint structure with different-diameter column joints, the stress of the upper column is transmitted to the beam-joint core through the out-of-plane bending resistance of the horizontal plate, In consideration of the out-of-plane bending strength and out-of-plane bending rigidity, it is necessary to design the plate thickness of the horizontal surface material.
The column-to-column connection structure for connecting different-diameter columns according to the present invention has a structure in which a horizontal plane material is welded and fixed to the upper end of a column-beam joint core (short thick square steel pipe), and the stress of the upper column is columnar. It can be said that the mode transmitted to the beam joint core is basically the same structure as that of the column beam joint structure for different diameter column joints using a through diaphragm type (thick plate type). Therefore, in the design of the required plate thickness of the horizontal plane members in the beam-to-column connection structure for different-diameter column connections of the present invention, a design method (calculation) that calculates the required plate thickness of the diaphragm through the aforementioned “steel structure joint design guidelines”. Method).
The required plate thickness of the through-diaphragm in Table 3 above is the case where BCR295 (F value = 295N / mm2) is used for the panel joint, and the column beam joint core of the embodiment whose material is SN490C (F value = 325N / mm2) ) Is stronger than BCR295 and has a plate thickness of 29mm. Therefore, if the plate thickness of the horizontal plane material is set according to the “steel structure joint design guidelines” as described above, it is not necessary to calculate the joint structure again. It is considered that the top and bottom of the core part can have different widths.
FIG. 8 shows an MN correlation curve of the column-beam joint structure for diaphragm different-diameter column joining and the column-beam joint structure for different-diameter column joint of the present invention. Table 4 shows the specifications of the diaphragm-to-diameter column-to-column connection structure and the specifications of the column-to-column connection structure of the present invention.
Well above the j M p of j M p is passed through the diaphragm different径柱joining beam-column joint structure different径柱joining beam-column joint structure of the present invention, Beam junction structure for a different径柱joint of the present invention It can be seen that if the thickness of the horizontal surface material is set according to the “steel structure joint design guideline”, it can be evaluated on the safe side.
本発明の異径柱接合用柱梁接合構造によれば、以下のような種々の効果が得られる。
図１０のように通しダイアフラム形式に厚肉プレート６を用いた異径柱接合用柱梁接合構造８では、必要となる厚肉プレートの板厚が厚いため市中で入手しにくいが、本発明の異径柱接合用柱梁接合構造によれば、水平面材として厚肉プレートより薄いプレートを用いることができるので、市中での入手が容易である。
また、ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアの一般的な長所であるが、通しダイアフラム形式に厚肉プレートを用いる技術や、通しダイアフラム形式で短尺角形鋼管をテーパ管にする技術に比べ、ノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを用いる本発明の異径柱接合用柱梁接合構造は、部材数が少ないため、開先加工および溶接個所が圧倒的に少ない。また、通しダイアフラム形式のようにダイアフラムが鋼管外周より周囲に張り出すことがないため、梁端部の加工が容易となる。
According to the column-beam joint structure for joining different-diameter columns of the present invention, the following various effects can be obtained.
As shown in FIG. 10, in the beam-to-
In addition, this is a general advantage of non-diaphragm type beam-column joint cores, but it is non-diaphragm compared to technology that uses a thick plate for through-diaphragm type and technology that uses a short-diameter square steel tube as a tapered tube with through-diaphragm type. The column beam connection structure for connecting different-diameter columns according to the present invention using the type of column beam connection core has a small number of members, and therefore has an extremely small number of groove processing and welding points. Moreover, since the diaphragm does not protrude from the outer periphery of the steel pipe as in the case of the through diaphragm type, the beam end portion can be easily processed.
本発明の異径柱接合用柱梁接合構造は、前述の通り『鋼構造接合部設計指針』が提案する厚肉プレート形式の場合と同様の設計手法で設計することができる。すなわち、上階鋼管柱にかかる軸力と曲げモーメントが、厚肉プレート形式の場合に上部ダイアフラムを介して短尺角形鋼管及び下階鋼管柱に伝わるのと同様の態様で、水平面材を介して柱梁接合部コアおよび下階鋼管柱に伝わるとする設計方法を採用できる。一方、本発明における柱梁接合部コアの板厚は厚いので、水平面材と上部ダイアフラムの板厚が同厚という条件でも、耐力および剛性は本工法の方が高くなる。前述した図８の極限解析結果の通りである。例えば上階柱軸力が１０００ｋＮの場合の水平面材又は上部ダイアフラムの塑性曲げ耐力は２００kNmから５００kNmに高くなる。
また、本発明では厚肉角形鋼管と1枚の水平面材のみで異径柱接合用柱梁接合構造を構成することができるので、厚肉プレート形式の場合と比較して部材数が少なく、加工、溶接の手間が抑えられ、製作コストを低減できる。
The beam-column joint structure for different-diameter column joint of the present invention can be designed by the same design method as the thick plate type proposed by the “steel structure joint design guideline” as described above. That is, in the same manner as the axial force and bending moment applied to the upper steel pipe column are transmitted to the short rectangular steel pipe and the lower steel pipe column through the upper diaphragm in the case of the thick plate type, It is possible to adopt a design method that is assumed to be transmitted to the beam joint core and the lower story steel pipe column. On the other hand, since the plate thickness of the column beam joint core in the present invention is thick, the proof stress and the rigidity are higher in this method even under the condition that the plate thickness of the horizontal plane member and the upper diaphragm are the same. It is as the limit analysis result of FIG. 8 mentioned above. For example, when the upper columnar axial force is 1000 kN, the plastic bending strength of the horizontal plane member or the upper diaphragm is increased from 200 kNm to 500 kNm.
Further, in the present invention, the column beam connection structure for different-diameter column connection can be configured with only a thick-walled square steel pipe and one horizontal plane member, so the number of members is small compared to the case of the thick-wall plate type, This saves the labor of welding and reduces the manufacturing cost.
本発明の異径柱接合用柱梁接合構造によれば、異径柱接合用柱梁接合仕口２１の上面全体が面一となり、上階柱を異径柱接合用柱梁接合仕口２１のフラットな上面全体において自由な位置に上階柱を接合することができる。図６は下階柱３がそれぞれ中柱形式の場合（イ）、側柱形式の場合（ロ）、外柱形式の場合（ハ）、隅柱形式の場合（ニ）について、上階柱２の位置をそれぞれに対応して異径柱接合用柱梁接合仕口２１の上端面内で変えた具体例を示している。
また、柱梁接合部コアと水平面材との間の溶接ビードの余盛りを切削しない場合でも、水平面材の上面内で自由な位置に上階柱を接合することができる。
According to the column beam joining structure for different diameter column joining of the present invention, the entire upper surface of the column beam joining joint 21 for different diameter column joining is flush, and the upper floor column is joined to the column beam joining joint 21 for different diameter column joining. It is possible to join the upper column to a free position on the entire flat upper surface. FIG. 6 shows the case where the
In addition, even when the weld bead is not cut between the column beam joint core and the horizontal plane member, the upper floor column can be bonded at a free position within the upper surface of the horizontal plane member.
特許文献４の異径柱接合用柱梁接合構造と比較すると、次のような効果が得られる。
特許文献４の特殊形状のノンダイアフラム形式の柱梁接合部コア（柱梁接合金物）と異なり、下階柱の径と上階柱の径とが同じ場合に用いる、単なる短尺厚肉角形鋼管である一般的なノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを材料に用いることができるので、各サイズに応じた水平面材と裏当金があれば製作することができ、市場入手性がよく、要求性能に応じた最適構造とすることが可能である。
また、鋳造成型のように各サイズの全体を成型する大型の金型を必要としない。また、裏当金を用いた溶接と肉盛部の切削という簡単な加工によるので、高周波過熱による断面増厚法等と比べて製作コストが少なく済む。また、前記の通り一般的なノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアを材料に用いることができるので、製作に要する時間が少なく済む。
Compared with the column-beam joint structure for different diameter column joint of
Unlike the special non-diaphragm type column beam joint core (column beam joint hardware) of
Further, a large mold for molding the entire size is not required as in casting. In addition, since it is a simple process of welding using a backing metal and cutting of the built-up portion, the manufacturing cost is less than that of a cross-section thickening method using high-frequency overheating. Further, as described above, since a general non-diaphragm type column beam joint core can be used as a material, the time required for manufacturing can be reduced.
また、本発明の異径柱接合用柱梁接合構造は、柱梁接合部コアがノンダイアフラム形式であることから、ノンダイアフラム形式の一般的な長所ではあるが、梁を厚肉角形鋼管（柱梁接合部コア）の側面内の自由な位置に接合することができるという長所がある。
また、通しダイアフラム形式の従来工法では、上階柱や梁のサイズに対応させてダイアフラムの位置や枚数を変化させなければならないのに対して、本発明では異径柱接合用柱梁接合仕口２１の上面、側面部に自由に部材を接合できるため、設計、施工の手間を大幅に削減することができる。
In addition, the beam-to-column connection structure for connecting different-diameter columns according to the present invention is a general advantage of the non-diaphragm type because the column-beam joint core is a non-diaphragm type. There is an advantage that it can be joined at a free position in the side surface of the beam joint core.
In addition, in the conventional method of through diaphragm type, the position and number of diaphragms must be changed in accordance with the size of upper floor columns and beams. Since the members can be freely joined to the upper surface and the side surface portion of 21, the labor of design and construction can be greatly reduced.
なお、上述の実施例ではノンダイアフラム形式の柱梁接合部コアとして、２つの熱間圧延溝形鋼の二丁合わせ溶接による厚肉角形鋼管を用いる場合について説明したが、２つの熱間圧延山形鋼を対向させフランジ先端部どうしを突合せ溶接して角形断面にする山形鋼二丁合わせ溶接方式の厚肉角形鋼管を用いることも当然可能である。 In addition, although the above-mentioned Example demonstrated the case where the thick square-shaped steel pipe by two-joint welding of two hot-rolled channel steel was used as a non-diaphragm type column beam joint core, two hot-rolled chevrons were used. Naturally, it is also possible to use a thick-walled square steel pipe of a two-sided angle steel welding method in which the steel faces each other and the flange tip portions are butt welded to form a square cross section.
２ 上階柱（上階鋼管柱）
３ 下階柱（下階鋼管柱）
４ 梁（Ｈ形鋼梁）
４ａ フランジ
２０ 建築物の異径柱接合用柱梁接合構造
２１ 異径柱接合用柱梁接合仕口
２２ （ノンダイアフラム形式の）柱梁接合部コア
２３ 水平面材
２３ａ 開先
２４ 裏当て金
２５ 溶接ビード（柱梁接合部コアと水平面材との間の溶接ビード）
２５ａ 余盛り
２６ 溶接ビード（上階柱下端と異径柱接合用柱梁接合仕口上面との間の溶接ビード）
2 Upper floor pillar (upper steel pipe pillar)
3 Lower floor pillar (lower steel pipe pillar)
4 Beam (H-shaped steel beam)
Claims (2)
前記柱梁接合部コアの段差を持たない上端部内面に、周囲に開先を形成した四角形板状の水平面材が、その上面が前記柱梁接合部コアの上端面と面一となるように溶接接合され、かつ、前記柱梁接合部コアの上端部内面と前記水平面材の周囲との間の溶接ビードの余盛りが平坦に切削又は研削されて、柱梁接合部コアの上端面と前記水平面材の上面と溶接ビードの上面とが面一に形成された異径柱接合用柱梁接合仕口と、
前記異径柱接合用柱梁接合仕口の下端に溶接接合される下階柱と、
前記異径柱接合用柱梁接合仕口の上端面に溶接接合される前記下階柱より小径の上階柱とを備え、
前記上階柱は、当該上階柱の下端部と前記異径柱接合用柱梁接合仕口上端面との間の溶接ビードが、前記柱梁接合部コアと前記水平面材との間の平坦に切削又は研削された溶接ビードと少なくとも一部が重なる態様で溶接接合されていることを特徴とする建築物の異径柱接合用柱梁接合構造。 The lower end of a non-diaphragm column-beam joint core made of a short thick-walled square steel pipe is welded to the upper end of a lower-floor column made of square steel pipe, and the lower-floor column is joined to the upper end of the beam-beam joint core. It is a beam-to-column connection structure for different-diameter column connection of a building in which an upper floor column made of a smaller diameter square steel pipe is welded,
A rectangular plate-shaped horizontal surface material having a groove formed on the inner surface of the upper end portion of the beam-beam joint core without a step so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the beam-beam joint core. The weld bead and the surplus of the weld bead between the inner surface of the upper end of the beam-beam joint core and the periphery of the horizontal surface material are cut or ground flatly, and the upper end surface of the beam-beam joint core and the and different径柱joining beam bonding joint that the upper surfaces and weld bead horizontal surface material is formed flush,
A lower column that is welded to the lower end of the column beam joint for the different diameter column joint;
An upper floor pillar having a smaller diameter than the lower floor pillar welded and joined to the upper end surface of the column beam joint for different diameter pillar joints,
In the upper column, the weld bead between the lower end of the upper column and the upper end surface of the column connection joint for different diameter columns is flat between the core of the column connection and the horizontal member. A beam-to-column structure for joining different-diameter columns in a building, wherein the welded beads are welded and joined in such a manner that at least a portion thereof overlaps with a cut or ground weld bead.
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