JP7500414B2

JP7500414B2 - 梁接合構造及び梁接合構造の性能向上方法

Info

Publication number: JP7500414B2
Application number: JP2020211518A
Authority: JP
Inventors: 佳和澤本; 淳久保田; 敬太上瀧
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2024-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: JP2022098141A

Description

本発明は、鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造及び接合構造の性能向上方法に関する。

特許文献１には、鋼製の柱に接合されるＨ形鋼材製の梁のウェブ部にスカラップを設けた構成が開示されている。

特開２００４－６８３８５号公報

特許文献１に記載の梁接合構造のように、鋼製の柱に対して梁のフランジ部を連続溶接するために、梁のウェブ部にはフランジ部に向かって切り欠かれた略四分円形状のスカラップが一般的に設けられる。このように梁のウェブ部にスカラップが設けられた構成では、地震等によって梁に鉛直方向荷重や捩じり荷重が作用すると、スカラップ周辺に応力が集中することによって梁のフランジ部に早期に亀裂が生じるおそれがある。

本発明は、スカラップを有する梁接合構造において、梁に早期に亀裂が生じることを抑制することを目的とする。

本発明は、鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造であって、前記梁は、一対のフランジ部と前記一対のフランジ部に挟まれたウェブ部とを有するＨ形鋼材により形成され、強軸方向が鉛直方向に沿うように前記柱に接合され、前記ウェブ部は、前記柱に対向する端面から前記一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップと、前記下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部と、を有し、前記減厚部の上端は、前記下側スカラップの鉛直方向における最大高さよりも上方に位置する。

また、本発明は、鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造の性能向上方法であって、前記梁が、一対のフランジ部をウェブ部に溶接接合することにより形成され、その強軸方向が鉛直方向に沿うように前記柱に接合され、前記ウェブ部が、前記柱に対向する端面から前記一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップを有する、梁接合構造の性能を向上する方法において、前記下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部を前記ウェブ部に形成する工程と、前記下側フランジと前記ウェブ部とを溶接接合する際に設けられた溶接部を前記ウェブ部とともに切削することによって前記下側スカラップを前記梁の材軸方向において拡大する工程と、を有し、前記減厚部の上端は、前記下側スカラップの鉛直方向における最大高さよりも上方に位置する。

本発明によれば、スカラップを有する梁接合構造において、梁に早期に亀裂が生じることを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る梁接合構造の側面図である。図１の矢印Ａで示される部分の拡大図である。図２のＢ－Ｂ線に沿う立断面図である。減厚部による変形性能の変化を示すグラフである。減厚部による破断寿命の変化を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る梁接合構造の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る梁接合構造及び梁接合構造の性能向上方法について説明する。

＜第１実施形態＞
図１～３を参照して、第１実施形態に係る梁接合構造１００について説明する。梁接合構造１００は、鉄骨造の建築物において、鋼製の柱１０に溶接接合される鋼製の梁２０の接合部の構造であり、以下では、図１に示すように、鉛直方向に沿って立設された柱１０に対して溶接接合される水平方向に沿って配置された梁２０の接合部の構造を例に説明する。

図１は、第１実施形態に係る梁接合構造１００を示す側面図であり、図２は、図１の矢印Ａで示される部分を拡大して示した拡大図であり、図３は、図２のＢ－Ｂ線に沿う断面を拡大して示した拡大断面図である。なお、柱１０は、厳密に鉛直方向に沿ったものに限定されず、また、梁２０は、厳密に水平方向に沿って配置されたものに限定されない。また、柱１０と梁２０とは互いに直交して接合されるものに限定されない。

図１に示すように、柱１０は、角形鋼管により形成された鋼管部１１と、鉛直方向において鋼管部１１の間に設けられ、突合せ溶接によって鋼管部１１と一体化されるダイアフラム１２と、により構成された鋼管柱である。

ダイアフラム１２は、いわゆる通しダイアフラムであり、鋼管部１１よりも一辺の長さが大きい略正方形の鋼板により形成される。ダイアフラム１２は、後述の梁２０の一対のフランジ部２１，２２の間隔に合わせて、鉛直方向に所定の間隔をあけて一対配置され、その厚さは、フランジ部２１，２２の板厚よりも所定の大きさだけ厚く設定されている。

また、一対のダイアフラム１２間に配置される鋼管部１１には、図示しない高力ボルトを介して後述の梁２０のウェブ部２３と接合されるガセットプレート１４が鉛直方向に沿って溶接接合されている。

なお、柱１０の構成は、上述の構成に限定されず、梁２０が溶接接合可能であればどのような構成であってもよく、例えば、Ｈ形鋼や円形鋼管で構成された鋼製柱や複数の等辺山形鋼を連結することにより構成されたトラス構造柱、鋼管内にコンクリートを流し込むことにより形成されたコンクリート充填鋼管柱であってもよい。また、ダイアフラム１２は、通しダイアフラムに限定されず、鋼管部１１の内側に溶接された内ダイアフラムであってもよいし、ダイアフラムが設けられない構成であってもよい。

梁２０は、一対のフランジ部２１，２２と、一対のフランジ部２１，２２に挟まれたウェブ部２３と、を有するＨ形鋼材であって、一対のフランジ部２１，２２となる一対の鋼板がウェブ部２３となる鋼板に溶接接合されることによって形成された、いわゆるビルドＨ形鋼である。

梁２０は、ウェブ部２３をガセットプレート１４に図示しない高力ボルトを介して仮接合した状態で、一対のフランジ部２１，２２をダイアフラム１２にそれぞれ溶接接合することによって柱１０に接合される。つまり、梁２０は、強軸方向が鉛直方向に沿った状態、すなわち、鉛直方向下方に配置された下側フランジ２１と鉛直方向上方に配置された上側フランジ２２とに挟まれたウェブ部２３が鉛直方向に沿って配置された状態で柱１０に接合される。

なお、柱１０に対するウェブ部２３の接合は、高力ボルトによるボルト接合に限定されず、ウェブ部２３の端面２３ａを柱１０に直接溶接接合することにより行われてもよい。この場合、ガセットプレート１４は柱１０に設けられない。

柱１０に対する梁２０の溶接接合は、具体的には、各フランジ部２１，２２の下面とダイアフラム１２の側面とに対して部分的に溶接固定された裏当て金３１を各フランジ部２１，２２の幅方向に沿って予め設けておき、裏当て金３１に沿って各フランジ部２１，２２とダイアフラム１２との対向部分を連続的に溶接する完全溶け込み溶接によって行われる。

溶接が行われることによって、各フランジ部２１，２２とダイアフラム１２と裏当て金３１とにより囲まれた領域には、溶接部３２が形成されるが、この溶接部３２を各フランジ部２１，２２の幅方向に沿って連続して形成するために、ウェブ部２３には下側スカラップ２５ａ及び上側スカラップ２５ｂが予め形成されている。

下側スカラップ２５ａは、下側フランジ２１とダイアフラム１２とが溶接される部分の近傍において、柱１０に対向するウェブ部２３の端面２３ａから下側フランジ２１に向かってウェブ部２３を略四分円形状に切り欠かくことにより形成された切り欠きである。下側スカラップ２５ａが設けられることで、下側フランジ２１とダイアフラム１２との間に溶接部３２を裏当て金３１に沿って連続的に形成することが可能である。

一方、上側スカラップ２５ｂは、上側フランジ２２とダイアフラム１２とが溶接される部分の近傍において、柱１０に対向するウェブ部２３の端面２３ａから上側フランジ２２に向かってウェブ部２３を略四分円形状に切り欠かくことにより形成された切り欠きである。上側スカラップ２５ｂが設けられることで、上側フランジ２２の幅方向に沿って裏当て金３１を予め通しておくことが可能である。

このようにウェブ部２３に下側スカラップ２５ａ及び上側スカラップ２５ｂを設けておくことによって、各フランジ部２１，２２をダイアフラム１２に対してそれぞれ連続溶接することが可能となり、柱１０と梁２０との接続強度を十分確保することができる。なお、溶接部３２の始端及び終端において溶接不良が生じることを防止するために、各フランジ部２１，２２の幅方向外側にエンドタブを設けてもよい。

一方で、下側スカラップ２５ａがウェブ部２３に設けられた構成では、地震等によって梁２０に鉛直方向荷重や捩じり荷重が作用すると、ウェブ部２３を介して下側フランジ２１に荷重が伝達される際に、下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中し、応力集中部分を起点として下側フランジ２１に早期に亀裂が生じ、結果として、梁２０が早期に破断に至るおそれがある。

特に、図２に示すように、下側フランジ２１とウェブ部２３とが溶接接合されるビルドＨ形鋼においては、ウェブ部２３の最も端面２３ａ側に形成される端面側溶接部２４ａの周辺、すなわち、下側フランジ２１に下側スカラップ２５ａの下端部が接合される部分の周辺には、直線状の溶接よりも作業時間が長くなる回し溶接が行われることによって、溶接熱影響部が比較的広い範囲に形成される。溶接熱影響部は溶接時の熱により母材が変質し脆化していることから、溶接熱影響部が形成された下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中すると、この部分を起点として下側フランジ２１に亀裂が生じやすくなる。

このような現象が生じることを避けるために、本実施形態では、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６をウェブ部２３に設けている。

減厚部２６は、図３に示されるように、その厚さｔ２が、ウェブ部２３の他の部分における板厚ｔ１、すなわち、ウェブ部２３を形成する鋼板の板厚ｔ１よりも薄くされた部分であり、図２に示されるように、梁２０の材軸方向（長手方向）に沿って下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって、下側フランジ２１の上面２１ａから所定の高さで設けられる。

具体的には、減厚部２６の厚さｔ２は、例えばウェブ部２３の板厚ｔ１の半分以下に設定され、下側フランジ２１の上面２１ａからの鉛直方向における減厚部２６の高さＨ２は、例えば下側スカラップ２５ａの最大高さであるスカラップ高さＨ１から５ｍｍを超えない範囲に設定される。

また、減厚部２６が設けられる部分のウェブ部２３の端面２３ａからの梁２０の材軸方向における長さＬ２、すなわち、減厚部２６が設けられる部分のうち梁２０の材軸方向においてウェブ部２３の端面２３ａから最も離れた部分までの端面２３ａからの長さＬ２は、例えばウェブ部２３の端面２３ａからの梁２０の材軸方向における下側スカラップ２５ａの最大長さであるスカラップ長さＬ１の２倍以上に設定される。

なお、上述の減厚部２６の厚さｔ２、高さＨ２及び長さＬ２の設定範囲は例示であって、この範囲に限定されるものではなく、減厚部２６の厚さｔ２は、ウェブ部２３の元々の厚さよりも薄くなっていればよく、また、減厚部２６の高さＨ２は、ウェブ部２３の剛性が極度に低下しなければ、スカラップ高さＨ１から５ｍｍを超えていてもよいし、スカラップ高さＨ１と同等かこれよりも低くてもよい。

また、図２及び図３に示されるように、下側フランジ２１とウェブ部２３とを梁２０の材軸方向に沿って隅肉溶接する際に形成される材軸方向溶接部２４ｂ（溶接部）が設けられる場合、減厚部２６は、材軸方向溶接部２４ｂに及んで設けられ、その一部を下側フランジ２１の上面２１ａに沿って切削加工等によって除去することにより形成される。

図３に示される例では、減厚部２６が設けられる部分のウェブ部２３の厚さは、材軸方向溶接部２４ｂが形成される部分においても下側フランジ２１に向かって同じ厚さ（ｔ２）に設定されているが、材軸方向溶接部２４ｂが形成される部分では、例えば、図３において一点鎖線（２６ａ）で示されるように、材軸方向溶接部２４ｂの余盛がある程度残るように、下側フランジ２１に向かって厚さが徐々に厚くなっていてもよい。なお、材軸方向溶接部２４ｂの一部が除去されることで形成される下側フランジ２１側の平面は、下側フランジ２１の上面２１ａと同一平面上に位置することが好ましいが、厳密に面一となっていなくともよい。

このように減厚部２６は、ウェブ部２３やウェブ部２３と下側フランジ２１と溶接接合する材軸方向溶接部２４ｂの厚さを減少させることによって形成される。

上記形状の減厚部２６は、梁２０が柱１０に溶接接合される前、または、梁２０が柱１０に溶接接合された後に、エンドミル等の一般的な工具を用いて形成することが可能であり、例えば、既に建築されている建築物の梁２０に減厚部２６を後から加工することも可能である。

このような減厚部２６がウェブ部２３に設けられることによって、下側フランジ２１に対してウェブ部２３が接続される部分における断面積は、減厚部２６が設けられていない部分よりも減厚部２６が設けられる下側スカラップ２５ａの周辺において小さくなる。

換言すれば、減厚部２６が設けられることで、下側スカラップ２５ａの周辺ではウェブ部２３を介して下側フランジ２１へと荷重を伝達することが可能な面積が減ることになる。このため、下側スカラップ２５ａの周辺において下側フランジ２１に作用する荷重が減少し、結果として、下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中してしまうことが抑制される。

これにより、下側スカラップ２５ａの下端部が下側フランジ２１に接合された部分の周辺に形成された溶接熱影響部において、早期に亀裂が生じることが抑制され、梁２０が早期に破断に至ることを抑制することができる。

続いて、図４Ａ及び図４Ｂを参照し、減厚部２６が設けられることによる梁２０の変形性能の変化について説明する。図４Ａは、減厚部２６の厚さｔ２を変えた場合の変形性能の変化を示すグラフであり、図４Ｂは、減厚部２６の長さＬ２を変えた場合の破断寿命の変化を示すグラフである。

図４Ａのグラフは、下側スカラップ２５ａが形成されたウェブ部２３と、ウェブ部２３が溶接接合された下側フランジ２１と、下側フランジ２１が溶接接合されたダイアフラム１２と、にそれぞれ相当する部材を少なくとも有する試験片に対して、下側フランジ２１に相当する部材とダイアフラム１２に相当する部材とを引き離す方向に引張荷重を負荷した際の荷重方向における試験片の変形量を計測した結果を示している。

図４Ａのグラフ中の実線Ａは、減厚部２６が設けられていない、つまり、減厚部２６の厚さｔ２が板厚ｔ１に等しい従来の梁接合構造に相当する試験片の変形量を示し、一点鎖線Ｂは、減厚部２６の厚さｔ２が板厚ｔ１の２分の１に設定された本実施形態に係る梁接合構造１００に相当する試験片の変形量を示し、二点鎖線Ｃは、減厚部２６の厚さｔ２が板厚ｔ１の３分の１に設定された本実施形態に係る梁接合構造１００に相当する試験片の変形量を示している。

各試験片に作用する荷重が塑性範囲において最大荷重の９０％に低下したときを終局点とすると、終局点に至ったときの変形量は、図４Ａに示されるように、減厚部２６が設けられていない場合の変形量δＡが最も小さく、減厚部２６の厚さｔ２が板厚ｔ１の２分の１である場合の変形量δＢよりも減厚部２６の厚さｔ２が板厚ｔ１の３分の１である場合の変形量δＣの方が大きくなっていることがわかる。

つまり、上述のような減厚部２６をウェブ部２３に設け、その厚さｔ２を板厚ｔ１の２分の１から３分の１程度に設定することによって、減厚部２６が設けられていない場合に比べて塑性変形性能を向上させることが可能であるといえる。

図４Ｂのグラフは、下側スカラップ２５ａが形成されたウェブ部２３を有する梁２０と、梁２０が接合された柱１０と、を少なくとも有する解析モデルに対して、梁２０を所定の塑性率（μ＝２．０）で振幅させ、下側フランジ２１が破断に至るまでの繰り返し回数をシミュレーションにより求めた結果を示している。

図４Ｂのグラフにおいて、横軸は、スカラップ長さＬ１に対する減厚部２６の長さＬ２の比率（Ｌ２／Ｌ１）を示し、縦軸は、減厚部２６が設けられていない場合の破断寿命を１としたときの破断寿命の比率を示している。

図４Ｂに示されるように、スカラップ長さＬ１に対する減厚部２６の長さＬ２の比率（Ｌ２／Ｌ１）を２よりも大きくするにつれて破断寿命が向上し、比率（Ｌ２／Ｌ１）が４程度になると、破断寿命の向上が鈍化していることがわかる。

つまり、スカラップ長さＬ１に対する減厚部２６の長さＬ２の比率（Ｌ２／Ｌ１）を２～４程度に設定することによって、減厚部２６が設けられていない場合に比べて破断寿命を向上させることが可能であるといえる。

このように、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって所定の厚さの減厚部２６を設けることによって、下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることが抑制され、梁２０の塑性変形能力及び破断寿命を向上させることができる。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

上記構成の梁接合構造１００では、鋼製の柱１０に溶接接合されるＨ形鋼材により形成された梁２０のウェブ部２３に、下側スカラップ２５ａと、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６と、が設けられる。

このように、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって所定の厚さの減厚部２６を設けることによって、下側スカラップ２５ａの周辺ではウェブ部２３を介して下側フランジ２１へと荷重を伝達することが可能な面積が減少する。このため、下側スカラップ２５ａの周辺において下側フランジ２１に作用する荷重が減少し、結果として、下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中してしまうことが抑制される。これにより、下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることが抑制され、梁２０が早期に破断に至ることを抑制することができる。

また、減厚部２６が設けられた部分ではウェブ部２３と下側フランジ２１との接続面積が減少することから、減厚部２６が設けられた部分の周辺では下側フランジ２１の塑性変形性能が向上することとなる。これにより、地震力に対する梁２０のエネルギー吸収性能が向上し、結果として、上記構成の梁接合構造１００が適用された建築物の耐震性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る梁接合構造２００について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、その説明を省略する。

第２実施形態に係る梁接合構造２００は、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって所定の厚さの減厚部２６が設けられている点においては、上述の第１実施形態に係る梁接合構造１００と同じであるが、下側スカラップ２５ａを梁２０の材軸方向において拡大することにより形成された拡大スカラップ１２５ａが設けられている点において、上述の第１実施形態に係る梁接合構造１００と異なっている。なお、図５は、図２に相当する部分を示した拡大図である。

拡大スカラップ１２５ａは、図５に示されるように、梁２０の材軸方向において下側スカラップ２５ａよりもウェブ部２３の端面２３ａから離れた位置に設けられた切り欠きであり、下側スカラップ２５ａとほぼ同じ形状に形成される。

具体的には、拡大スカラップ１２５ａは、下側スカラップ２５ａが形成されたウェブ部２３と下側フランジ２１とを溶接接合する際に形成される端面側溶接部２４ａを下側フランジ２１の上面２１ａに沿うように切削加工等によって除去するとともに、下側スカラップ２５ａが設けられたウェブ部２３の部分を材軸方向に沿って所定の長さだけ切削することによって形成される。

また、拡大スカラップ１２５ａが設けられる梁２０のウェブ部２３には、上記第１実施形態と同様に、ウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向において所定の長さＬ２を有し、下側フランジ２１の上面２１ａから鉛直方向において所定の高さＨ２を有する減厚部２６が下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって設けられる。

このため、梁接合構造２００は、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６をウェブ部２３に形成する工程と、下側フランジ２１とウェブ部２３とを溶接接合する際に設けられた溶接部である端面側溶接部２４ａをウェブ部２３とともに切削することによって下側スカラップ２５ａを梁２０の材軸方向において拡大し拡大スカラップ１２５ａを形成する工程と、の２つの工程を経て形成される。なお、これら２つの工程は、どちらが先に行われてもよい。

上記形状の減厚部２６及び拡大スカラップ１２５ａは、梁２０が柱１０に溶接接合される前、または、梁２０が柱１０に溶接接合された後に、エンドミル等の一般的な工具を用いて形成することが可能であり、例えば、既に建築されている建築物の梁２０に減厚部２６及び拡大スカラップ１２５ａを後から加工することも可能である。

ここで、下側スカラップ２５ａの下端に形成される端面側溶接部２４ａの周辺は、上述のように脆化した溶接熱影響部となっている。このため、ウェブ部２３及び端面側溶接部２４ａを介して下側フランジ２１へと荷重が伝達されると、端面側溶接部２４ａと下側フランジ２１とが最も端面２３ａ寄りにおいて融合した部分に生じた端面側熱影響部Ｐ１（図５参照）に応力が集中し、この端面側熱影響部Ｐ１やその周辺を起点として下側フランジ２１に早期に亀裂が生じるおそれがある。

これに対して本実施形態では、上述のように下側スカラップ２５ａを拡大して拡大スカラップ１２５ａを形成することにより、拡大スカラップ１２５ａの下端位置を、下側スカラップ２５ａの下端位置よりもウェブ部２３の端面２３ａから離れて位置させている。

つまり、ウェブ部２３と下側フランジ２１とが端面２３ａ側において接続される位置である拡大スカラップ１２５ａの下端位置は、図５に示されるように、梁２０の材軸方向において端面側熱影響部Ｐ１から所定の第１距離Ｄ１だけ離れた場所に位置することになる。なお、第１距離Ｄ１の大きさは、例えば、端面側熱影響部Ｐ１から下側スカラップ２５ａの下端位置までの距離である第２距離Ｄ２の２倍以上に設定される。

このため、ウェブ部２３を介して下側フランジ２１へと伝達される荷重は、端面側熱影響部Ｐ１から離れた拡大スカラップ１２５ａの下端位置周辺に作用することとなり、端面側熱影響部Ｐ１に応力が集中することが抑制される。これにより、端面側熱影響部Ｐ１やその周辺を起点として下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることを抑制することができる。

なお、溶接熱影響部の脆化を改善するために、端面側溶接部２４ａを除去し拡大スカラップ１２５ａを形成した後、拡大スカラップ１２５ａの下端位置からウェブ部２３の端面２３ａに向かって下側フランジ２１の上面２１ａにピーニング処理を施すことが好ましい。このように端面側溶接部２４ａが除去された部分を含む範囲にピーニング処理を施すことによって、端面側溶接部２４ａが除去された部分、端面側熱影響部Ｐ１、及び、これらの周辺において早期に亀裂が生じることを抑制することができる。

続いて、図４Ａを参照し、減厚部２６及び拡大スカラップ１２５ａが設けられることによる梁２０の変形性能の変化について説明する。図４Ａのグラフは、下側スカラップ２５ａまたは拡大スカラップ１２５ａが形成されたウェブ部２３と、ウェブ部２３が溶接接合された下側フランジ２１と、下側フランジ２１が溶接接合されたダイアフラム１２と、にそれぞれ相当する部材を少なくとも有する試験片に対して、下側フランジ２１に相当する部材とダイアフラム１２に相当する部材とを引き離す方向に引張荷重を負荷した際の荷重方向における試験片の変形量を計測した結果を示している。

図４Ａのグラフ中の実線Ａは、下側スカラップ２５ａは設けられているが上述のように減厚部２６が設けられていない従来の梁接合構造に相当する試験片の変形量を示し、破線Ｄは、減厚部２６の厚さｔ２が板厚ｔ１の２分の１に設定されるとともに上述の拡大スカラップ１２５ａが形成された本実施形態に係る梁接合構造２００に相当する試験片の変形量を示している。

各試験片に作用する荷重が塑性範囲において最大荷重の９０％に低下したときを終局点とすると、終局点に至ったときの変形量は、図４Ａに示されるように、減厚部２６及び拡大スカラップ１２５ａが設けられていない場合の変形量δＡに比べて、減厚部２６及び拡大スカラップ１２５ａが設けられた場合の変形量δＤの方が大幅に大きくなっていることがわかる。また、減厚部２６及び拡大スカラップ１２５ａが設けられた場合の変形量δＤは、減厚部２６のみが設けられた上述の第１実施形態に係る梁接合構造１００に相当する試験片の変形量δＢ及びδＣよりも大きくなっている。

つまり、減厚部２６を設けるとともに拡大スカラップ１２５ａを設けることによって、減厚部２６が設けられていない場合や減厚部２６のみが設けられている場合に比べて塑性変形性能を大幅に向上させることが可能であるといえる。

以上の第２実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果に加えて、以下に示す効果を奏する。

上記構成の梁接合構造２００では、鋼製の柱１０に溶接接合されるＨ形鋼材により形成された梁２０のウェブ部２３に、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６と、下側スカラップ２５ａを梁２０の材軸方向において拡大することにより形成された拡大スカラップ１２５ａと、が設けられる。

このように、下側スカラップ２５ａを梁２０の材軸方向において拡大し拡大スカラップ１２５ａを形成することによって、ウェブ部２３を介して下側フランジ２１へと伝達される荷重は、端面側熱影響部Ｐ１から所定の第１距離Ｄ１だけ離れた拡大スカラップ１２５ａの下端位置周辺に作用することとなる。これにより、端面側熱影響部Ｐ１に応力が集中することが抑制され、結果として、端面側熱影響部Ｐ１やその周辺が起点なって下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることを抑制することができる。

なお、次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の各実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

上記各実施形態では、減厚部２６の厚さは全域において一定である。減厚部２６の厚さは全域で一定でなくともよく、例えば、ウェブ部２３の端面２３ａに向かって徐々に薄くなるようにしてもよいし、下側フランジ２１に向かって徐々に薄くなるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、減厚部２６は、下側スカラップ２５ａの周囲のみに設けられている。ウェブ部２３を介して鉛直方向下方に向かう荷重が下側フランジ２１に作用することによって下側フランジ２１に形成された溶接熱影響部において早期に亀裂が生じることを抑制するためには、少なくとも下側スカラップ２５ａの周囲に減厚部２６を設けておけばよいが、溶接熱影響部は、上側スカラップ２５ｂの上端部が上側フランジ２２に接合された部分の周囲にも形成されている。このため、減厚部２６は、下側スカラップ２５ａの周囲に加えて、上側スカラップ２５ｂの周囲に設けられていてもよい。このように上側スカラップ２５ｂの周囲にも減厚部２６を設けておくことによって、上側フランジ２２の溶接熱影響部において早期に亀裂が生じることを抑制することができる。

また、上記各実施形態では、下側スカラップ２５ａ及び拡大スカラップ１２５ａの形状は、略四分円形状である。下側スカラップ２５ａ及び拡大スカラップ１２５ａの形状はこれに限定されず、異なる曲率の円弧が複数組み合わされた形状であってもよく、例えば、下端位置よりもウェブ部２３の端面２３ａから離れている部分を有する形状であってもよい。

また、上記各実施形態では、梁２０は、ビルドＨ形鋼であるが、梁２０は、ウェブ部２３と、ウェブ部２３と一体化された下側フランジ２１と、を有する鋼材であればよく、例えば、圧延により形成されたＨ形鋼である、いわゆるロールＨ形鋼であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００，２００・・・梁接合構造
１０・・・柱
２０・・・梁
２１・・・下側フランジ
２１ａ・・・下側フランジ２１の上面
２３・・・ウェブ部
２３ａ・・・ウェブ部２３の端面
２４ａ・・・端面側溶接部
２４ｂ・・・材軸方向溶接部
２５ａ・・・下側スカラップ
２６・・・減厚部
１２５ａ・・・拡大スカラップ
Ｈ１・・・スカラップ高さ
Ｌ１・・・スカラップ長さ
ｔ１・・・ウェブ部２３の板厚
ｔ２・・・減厚部２６の厚さ
Ｈ２・・・減厚部２６の高さ
Ｌ２・・・減厚部２６の長さ
Ｐ１・・・端面側熱影響部
Ｄ１・・・第１距離
Ｄ２・・・第２距離

Claims

鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造であって、
前記梁は、一対のフランジ部と前記一対のフランジ部に挟まれたウェブ部とを有するＨ形鋼材により形成され、強軸方向が鉛直方向に沿うように前記柱に接合され、
前記ウェブ部は、
前記柱に対向する端面から前記一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップと、
前記下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部と、を有し、
前記減厚部の上端は、前記下側スカラップの鉛直方向における最大高さよりも上方に位置する、
梁接合構造。
前記減厚部は、前記下側フランジからの鉛直方向における高さが、前記下側スカラップの鉛直方向における最大高さから５ｍｍを超えない範囲に設けられる、
請求項１に記載の梁接合構造。
前記減厚部が設けられる部分のうち前記梁の材軸方向において前記ウェブ部の前記端面から最も離れた部分までの前記端面からの長さは、前記端面からの前記梁の材軸方向における前記下側スカラップの最大長さの２倍以上である、
請求項１または２に記載の梁接合構造。
前記梁は、前記一対のフランジ部が前記ウェブ部に溶接接合されることにより形成され、
前記減厚部は、前記下側フランジと前記ウェブ部とを前記梁の材軸方向に沿って溶接接合する溶接部に及んで設けられる、
請求項１から３の何れか１つに記載の梁接合構造。
鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造の性能向上方法であって、
前記梁が、一対のフランジ部をウェブ部に溶接接合することにより形成され、その強軸方向が鉛直方向に沿うように前記柱に接合され、前記ウェブ部が、前記柱に対向する端面から前記一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップを有する、梁接合構造の性能を向上する方法において、
前記下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部を前記ウェブ部に形成する工程と、
前記下側フランジと前記ウェブ部とを溶接接合する際に設けられた溶接部を前記ウェブ部とともに切削することによって前記下側スカラップを前記梁の材軸方向において拡大する工程と、を有し、
前記減厚部の上端は、前記下側スカラップの鉛直方向における最大高さよりも上方に位置する、
梁接合構造の性能向上方法。