JP7348527B2

JP7348527B2 - 接合部材

Info

Publication number: JP7348527B2
Application number: JP2020038924A
Authority: JP
Inventors: 政樹有田; 聡北岡; 慧木村; 悠介鈴木; 貴之平山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2040-03-06
Also published as: JP2021139463A

Description

本発明は、接合部材に関する。

例えばＲＣ梁または壁と大梁との間、または大梁と小梁との間の梁端接合部は、一般的に剛接合またはピン接合として設計される。大梁と小梁との例でいうと、剛接合の場合には小梁のフランジを大梁に溶接またはボルト接合し、さらに小梁のウェブを大梁にボルト接合する。ピン接合の場合、小梁のウェブを大梁に取り付けたシアプレートにボルト接合し、小梁のフランジは大梁に接合しない。

これに対して、非特許文献１には、水平力を負担しないグラビティフレームや、水平力が小さく逆対称曲げにならない場合のモーメントフレームなど、接合部のモーメントが逆転しない荷重条件下におけるコンタクトプレートを用いた接合が記載されている。コンタクトプレートは、被接触部材である鉄骨梁の下側フランジの小端面と支持部材との間の隙間に介挿され、鉄骨梁の圧縮側フランジの力を対向する支持部材に伝達する。

ところが、一般に、鉄骨梁の下側フランジの小端面と支持部材との間の隙間は、建方精度のばらつきなどによってその寸法が変動する。コンタクトプレートの厚みが隙間の寸法に対応していなければ力は伝達されないため、コンタクトプレートの厚みを可変にする必要がある。具体的には、特許文献１では、コンタクトプレートに相当する部材をくさび状にすることによって隙間の寸法変動に対応する技術が記載されている。

特開２００５－２８２０１９号公報

EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION、「Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures Part 1-8: Design of joints」、２００５年５月

しかしながら、特許文献１に記載された技術のようにコンタクトプレートに相当する部材をくさび状にした場合、鉄骨梁の下側フランジの小端面または支持部材の少なくともいずれかとの間の接触領域がフランジ板厚に対して狭幅になる。この場合、下側フランジの断面積に比べてメタルタッチ部の面積が小さくなるため、局所圧縮状態が発生し、作用する圧縮力に対して接触部分が塑性化したり、剛性および耐力が安定しないために設計が困難になったりする可能性がある。

また、上記のようにくさび状の部材を用いる場合、接合構造を形成する鉄骨梁が支持部材に対して所定の位置に配置された後でなければ、下側フランジと支持部材との間にくさび状の部材を介挿することができない。一般に接合構造の施工箇所は高所であるため、くさび状の部材を施工箇所まで持ち運ぶ手間が煩雑である、くさび状の部材が施工中に落下したり、施工後に脱落したりする可能性がある、といった施工上の不便があった。

そこで、本発明は、隙間の寸法が変動する部材間に安定して介挿することが可能でありつつ、施工上の不便を最小化することが可能な接合部材を提供することを目的とする。

［１］
互いに対向する第１被接合部材の面と第２被接合部材の面との間に介挿される接合部材であって、
第１被接合部材の面に接触する第１後接触面、および第１後接触面に対して傾斜した第１前接触面を有する第１部材と、
第２被接合部材の面に接触する第２後接触面、第２後接触面に対して傾斜し第１前接触面に接触する第２前接触面、および少なくとも被接合部材の面の対向軸に沿った方向に延びる第１の部分を含む形状の貫通孔を有する第２部材と、
第１部材に固定され、第２部材の貫通孔に挿通される棒状部材と
を備える接合部材。
［２］
棒状部材は、軸方向の少なくとも一部にねじ溝を有し、
棒状部材に螺合し、棒状部材の第１部材とは反対側から第２部材に向かって締め付けることが可能なナットをさらに備える、［１］に記載の接合部材。
［３］
第１被接合部材の面は、板状部分の端面であり、
第１部材は、板状部分を挿入することが可能な溝部をさらに有し、
第１後接触面は、溝部の底面を形成する、［１］または［２］に記載の接合部材。
［４］
棒状部材は、軸方向の少なくとも一部にねじ溝を有し、第１部材に螺合することによって第１部材に固定され、第１部材を貫通して溝部の側面から突出する、［３］に記載の接合部材。
［５］
第２部材の貫通孔の形状は、第１の部分に交差する方向に延びた第２の部分をさらに含む、［１］から［４］のいずれか１項に記載の接合部材。

上記の構成によれば、接合部材を隙間の寸法が変動する部材間に安定的に介挿することが可能でありつつ、施工上の不便を最小化することができる。

本発明の一実施形態に係る接合部材の斜視図である。図１からボルトおよびナットを取り除いた図である。図１に示した接合部材を含む接合構造の斜視図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。本発明の一実施形態の変形例に係る接合構造の斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る接合部材の斜視図である。図示された例において、接合部材１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、ボルト１３と、ナット１４とを含む。接合部材１０は、互いに対向する２つの被接合部材の面の間に介挿される。被接合部材は、例えば後述する例のようにＨ形断面梁の下フランジや、Ｈ形断面梁に接合されるリブなどである。以下では、第１部材１１および第２部材１２が互いに対向する側をそれぞれの前側、第１部材１１および第２部材１２がそれぞれの被接合部材に対向する側をそれぞれの後側として、各部材の構成について説明する。

第１部材１１は、第１後接触面１１１と、第１後接触面１１１に対して傾斜した第１前接触面１１２とを有する。図示された例において、第１部材１１の後側には後述するように被接合部材の板状部分を挿入することが可能な溝部１１３が形成され、第１後接触面１１１は溝部１１３の底面１１３Ｂを形成する。この場合、第１後接触面１１１は、溝部１１３に挿入された被接合部材の板状部分の端面に接触する。また、図示された例において、第１部材１１には後述するボルト１３が螺合する貫通ねじ孔１１４が形成される。

第２部材１２は、第２後接触面１２１と、第２後接触面１２１に対して傾斜し第１部材１１の第１前接触面１１２に接触する第２前接触面１２２とを有する。接合部材１０が被接合部材の互いに対向する面の間に介挿された状態において、被接合部材の面の対向軸（ｘ軸として図示する）に対する第１前接触面１１２および第２前接触面１２２のそれぞれの傾斜角度θ_１，θ_２は互いに補角の関係にある。また、第２部材１２は、ボルト１３が挿通される貫通孔１２４を有する。ボルト１３が第１部材１１に固定されるとともに第２部材１２の貫通孔１２４に挿通されることによって、第１部材１１と第２部材１２とが互いに係合される。

ここで、図１からボルト１３およびナット１４を取り除いた図２に示されるように、貫通孔１２４の形状は、被接合部材の面の対向軸に沿った方向（ｘ軸方向）に延びた第１の部分１２４Ａを含む。第１の部分１２４Ａの長さは、ボルト１３の軸径よりも大きい。これによって、貫通孔１２４および貫通ねじ孔１１４にボルト１３を挿通して第１部材１１が被接合部材に固定された後も、第２部材１２をｘ軸の方向に移動させて第１前接触面１１２と第２前接触面１２２とを互いに摺動させ、図１に示す第１後接触面１１１から第２後接触面１２１までの距離Ｄを被接合部材の面の間の隙間の大きさに応じて調節することができる。

なお、本明細書において、被接合部材の面の対向軸（ｘ軸）は、互いに対向する２つの被接合部材の面の少なくとも一方に直交する軸として定義される。接合部材１０では、第１後接触面１１１および第２後接触面１２１が、互いに対向する２つの被接合部材の面にそれぞれ一致する。後述する図３や図７に示された例のように互いに対向する２つの被接合部材の面が互いに平行である場合、２つの被接合部材の面の両方に直交する対向軸が定義される。また、加工誤差や斜角の形成のために２つの被接合部材の面が平行ではない場合、２つの被接合部材の面のいずれか一方に直交する対向軸が定義される。この場合も、上述のように、対向軸に対する第１前接触面１１２および第２前接触面１２２のそれぞれの傾斜角度θ１，θ２は互いに補角の関係にある。また、貫通孔１２４の形状が対向軸に沿った方向に延びた第１の部分１２４Ａを含むことによって、第２部材１２を対向軸に沿った方向に移動させて第１前接触面１１２と第２前接触面１２２とを互いに摺動させることができる。ここで、例えば貫通孔１２４が形成される第２部材１２の上面が対向軸に対して平行ではないような場合、貫通孔１２４の第１の部分１２４Ａは対向軸に沿った方向にのみ延びるわけではないが、このような場合も第２部材１２を対向軸に沿った方向を含む方向に移動させることによって、上記と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態において、貫通孔１２４の形状は、第１の部分１２４Ａに交差する方向に延びた第２の部分１２４Ｂをさらに含む。貫通孔１２４に挿通されたボルト１３を第２の部分１２４Ｂに押し込むことによって、第１前接触面１１２と第２前接触面１２２との間の摺動が規制され、第１後接触面１１１から第２後接触面１２１までの距離Ｄが固定される。例えば、距離Ｄが最小になったときにボルト１３が位置する第１の部分１２４Ａの端部に第２の部分１２４Ｂが交差するようなＬ字形に貫通孔１２４を形成することによって、後述する例のように距離Ｄが最小の状態で第１部材１１に第２部材１２を固定することができる。

ボルト１３は、第１部材１１に固定され、第２部材１２の貫通孔１２４に挿通される棒状部材の例である。本実施形態において、ボルト１３は頭部１３１を除く全長にわたってねじ溝を有し、貫通ねじ孔１１４に螺合することによって第１部材１１に固定される。また、ナット１４がボルト１３に螺合し、第１部材１１とは反対側から第２部材１２に向かって締め付けることが可能なように配置される。第１部材１１と第２部材１２との間でボルト１３に螺合する追加のナットが配置され、ナット１４との間で第２部材１２を挟み込むダブルナットを形成してもよい。ナット１４を配置することによって、後述する例のように適切な距離Ｄを設定した状態で第１部材１１と第２部材１２との位置関係を固定することができる。

さらに、本実施形態では、ボルト１３が第１部材１１の貫通ねじ孔１１４を貫通して溝部１１３の側面１１３Ｓから突出する。これによって、溝部１１３に被接合部材の板状部分が挿入された場合、ボルト１３の端部を被接合部材の板状部分の板面に接触させ、対向する溝部１１３の側面との間で板状部分を締め付けることができる。これによって、溝部１１３に被接合部材の板状部分を挿入したときに、第１部材１１が板状部分から脱落することをより確実に防止できる。

なお、他の実施形態において、ボルト１３は必ずしも第１部材１１を貫通しなくてもよい。例えば、ボルト１３が配置されるのとは反対側（図１では下側）の溝部１１３の側面から突出するボルトが別途配置されてもよい。あるいは、被接合部材の板状部分の厚さが一定であり、溝部１１３が板状部分の厚さに対応する幅で形成されている場合、ボルト１３による締め付けがなくても第１部材１１は板状部分から脱落しない。逆にいえば、ボルトによって溝部１１３に挿入された板状部分を締め付けられる構成にすることによって、溝部１１３に挿入される板状部分の厚さが一定でなく、板状部分の厚さと溝部１１３の幅とが対応しない場合にも、第１部材１１が板状部分から脱落することを防止できる。

また、さらに他の実施形態において、ボルト１３は第１部材に螺合によって固定されなくてもよい。例えば、ボルト１３は第１部材１１に溶接されてもよい。この場合、ボルト１３の第１部材１１側の部分にはねじ溝が形成されなくてもよい。また、ナット１４が設けられない場合は、ボルト１３の中間部分にねじ溝が形成されなくてもよい。この場合、ボルト１３ではなくねじ溝を有さない棒状部材が配置される。棒状部材の場合、ボルト１３のような頭部１３１は設けられなくてもよい。また、ボルト１３の場合も、例えば頭なしボルトを用いることによって頭部１３１を設けなくてもよい。

図３は、図１に示した接合部材を含む接合構造の斜視図である。図示された例において、接合構造は、小梁２とリブ３１との間に形成される。小梁２は、上フランジ２１、ウェブ２２および下フランジ２３を含むＨ形断面梁である。リブ３１は、上フランジ４１、ウェブ４２および下フランジ４３を有するＨ形断面梁である大梁４に、フィンプレート３２とともに溶接される。接合部材１０は、小梁２の下フランジ２３を第１被接合部材、リブ３１を第２被接合部材として、互いに対向する下フランジ２３の端面２３Ｅとリブ３１の端面３１Ｅとの間に介挿される。

上記のような接合構造において、小梁２は、ウェブ２２の端部でフィンプレート３２に接合される。ウェブ２２とフィンプレート３２との接合は、例えばボルト３３を用いた接合であってもよいし、溶接であってもよい。ウェブ２２とフィンプレート３２との接合によって、小梁２の軸方向の圧縮力および引張力、ならびにせん断力が伝達される。小梁２は、下フランジ２３の端面２３Ｅで接合部材１０を介してリブ３１の端面３１Ｅに接触する。下フランジ２３の端面２３Ｅとリブ３１の端面３１Ｅとの接触によって、小梁２の軸方向の圧縮力が大梁４に伝達される。

本実施形態では、接合部材１０を適切に配置して、第１部材１１の第１後接触面１１１が下フランジ２３の端面２３Ｅに接触し、第２部材１２の第２後接触面１２１がリブ３１の端面３１Ｅに接触し、かつ第１前接触面１１２と第２前接触面１２２とが互いに接触した状態を維持することによって、圧縮力を効果的に伝達することができる。

図４から図６Ｃは、本発明の一実施形態における接合部材の設置手順の例を示す図である。まず、図４に示された例では、第２部材１２の貫通孔１２４に挿通されたボルト１３が、第２の部分１２４Ｂに押し込まれている。上述のように、本実施形態では貫通孔１２４が第１の部分１２４Ａと第２の部分１２４Ｂとを含むＬ字形に形成されるため、ボルト１３を第２の部分１２４Ｂに押し込むことによって、第１後接触面１１１から第２後接触面１２１までの距離Ｄが最小の状態で第１部材１１を第２部材１２に固定することができる。

例えば、図４に示した状態で第１部材１１の溝部１１３に小梁２の下フランジ２３の端部を挿入し、接合部材１０を小梁２に予め取り付けて施工箇所まで搬送してもよい。ボルト１３が貫通孔１２４の第２の部分１２４Ｂに押し込まれていてもボルト１３の軸回りの回転は可能である。従って、下フランジ２３を溝部１１３に挿入した後に、ボルト１３を回転させて貫通ねじ孔１１４を貫通して溝部１１３の側面１１３Ｓから突出させ、下フランジ２３を締め付けることによって第１部材１１を下フランジ２３に固定してもよい。

次に、図５Ａから図５Ｃに示された例では、第２部材１２の貫通孔１２４に挿通されたボルト１３が、第２の部分１２４Ｂから第１の部分１２４Ａに移り、第１前接触面１１２と第２前接触面１２２との間の摺動が可能になっている。これによって、第１後接触面１１１から第２後接触面１２１までの距離を、図５Ａに示した最小の距離Ｄ_１から、より大きい距離Ｄ_２、最大の距離Ｄ_３まで変化させることができる。例えば、上述のように下フランジ２３に距離Ｄが最小（距離Ｄ_１）の状態で接合部材１０を予め取り付け、下フランジ２３の端面２３Ｅがリブ３１の端面３１Ｅに対向した後に図５Ａから図５Ｃに示したように距離Ｄを徐々に拡大する（距離Ｄ_２および距離Ｄ_３）ことによって、接合部材１０の配置を端面２３Ｅと端面３１Ｅとの間の隙間の大きさに容易に整合させることができる。

さらに、図６Ａから図６Ｃに示された例では、図５Ａから図５Ｃに示されたように様々な距離Ｄで第１部材１１および第２部材１２が配置された状態でナット１４を第２部材１２に向かって締め付けることによって、第１部材１１と第２部材１２との位置関係が固定されている。ナット１４を締め付けると、距離Ｄが小さくなる方向については第１前接触面１１２と第２前接触面１２２との間の摺動が規制されるため、施工後に第１部材１１と第２部材１２との間に相対的な動きが発生したことによって距離Ｄが小さくなり、接合部材１０が被接合部材の面同士の隙間から脱落することを防止できる。

図７は、本発明の一実施形態の変形例に係る接合構造の斜視図である。上記で図３に示した例では接合部材１０の第１部材１１が小梁２の下フランジ２３側に、第２部材１２がリブ３１側に配置されていたが、この配置を逆にし、第１部材１１をリブ３１側に、第２部材１２を下フランジ２３側に配置してもよい。この場合、第１部材１１の溝部１１３にはリブ３１が挿入され、第１後接触面１１１にはリブ３１の端面３１Ｅが接触する。また、第２部材１２の第２後接触面１２１には下フランジ２３の端面２３Ｅが接触する。

上記の例に示されるように、本発明の実施形態における接合部材１０の第１部材１１および第２部材１２のそれぞれと、接合構造を構成する被接合部材との関係は特に限定されない。第１部材１１の溝部１１３には、被接合部材の板状部分であればどのようなものが挿入されてもよい。また、第２部材１２の第２後接触面１２１には、図示された例のように板状部材が当接されてもよいし、あるいはより大きい壁面などに第２後接触面１２１が接触させられてもよい。

以上で説明したような本発明の一実施形態では、接合部材１０を構成する第１部材１１の第１前接触面１１２と第２部材１２の第１前接触面２１２とが傾斜して形成され、かつ互いに対して摺動可能である。従って、接合部材１０は、隙間の寸法が変動する部材間に安定して介挿することができる。また、第１部材１１に固定されたボルト１３が第２部材１２の貫通孔１２４に挿通されるため、第１部材１１と第２部材１２とを互いに係合させ、例えば施工中や施工後における第２部材の脱落を防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２…小梁、４…大梁、１０…接合部材、１１…第１部材、１２…第２部材、１３…ボルト、１４…ナット、２１…上フランジ、２２…ウェブ、２３…下フランジ、２３Ｅ…端面、３１…リブ、３１Ｅ…端面、３２…フィンプレート、３３…ボルト、４１…上フランジ、４２…ウェブ、４３…下フランジ、１１１…第１後接触面、１１２…第１前接触面、１１３…溝部、１１３Ｂ…底面、１１３Ｓ…側面、１１４…貫通ねじ孔、１２１…第２後接触面、１２２…第２前接触面、１２４…貫通孔、１２４Ａ…第１の部分、１２４Ｂ…第２の部分、１３１…頭部、２１２…第１前接触面。

Claims

互いに対向する第１被接合部材の面と第２被接合部材の面との間に介挿される接合部材であって、
前記第１被接合部材の面に接触する第１後接触面、および前記第１後接触面に対して傾斜した第１前接触面を有する第１部材と、
前記第２被接合部材の面に接触する第２後接触面、前記第２後接触面に対して傾斜し前記第１前接触面に接触する第２前接触面、および少なくとも被接合部材の面の対向軸に沿った方向に延びる第１の部分を含む形状の貫通孔を有する第２部材と、
前記第１部材に固定され、前記第２部材の貫通孔に挿通される棒状部材と
を備える接合部材。
前記棒状部材は、軸方向の少なくとも一部にねじ溝を有し、
前記棒状部材に螺合し、前記棒状部材の前記第１部材とは反対側から前記第２部材に向かって締め付けることが可能なナットをさらに備える、請求項１に記載の接合部材。
前記第１被接合部材の面は、板状部分の端面であり、
前記第１部材は、前記板状部分を挿入することが可能な溝部をさらに有し、
前記第１後接触面は、前記溝部の底面を形成する、請求項１または請求項２に記載の接合部材。
前記棒状部材は、軸方向の少なくとも一部にねじ溝を有し、前記第１部材に螺合することによって前記第１部材に固定され、前記第１部材を貫通して前記溝部の側面から突出する、請求項３に記載の接合部材。
前記第２部材の貫通孔の形状は、前記第１の部分に交差する方向に延びた第２の部分をさらに含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接合部材。