JP2000136565A - Ｈ形鋼柱の梁接合部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｈ形鋼柱の弱軸方向の梁が剛接合された接合
部にヒューズ部材を用いることにより、常時の剛性を向
上させつつ、地震時にヒューズ部材を降伏させることに
より、梁崩壊型を実現すること。 【解決手段】 Ｈ形鋼柱１に接合された上ダイアフラム
４に弱軸方向の梁３の上フランジ３ａをスプライスプレ
ート８により剛接合し、Ｈ形鋼柱１に接合された下ダイ
アフラム５に弱軸方向の梁３の下フランジ３ｂを柱の曲
げ耐力以下のモメントでせん断降伏するフランジ１１と
補強板１２を有するヒューズ部材１０を介して剛接合し
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＨ形鋼柱の梁接合部
構造、特にＨ形鋼柱の梁接合部において、Ｈ形鋼柱の弱
軸方向の接合部構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来のＨ形鋼柱の強軸方向の接合
部に梁が剛接合され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合
された状態の概略を示す平面図、図１０は同Ｈ形鋼柱の
強軸方向の接合部に梁が剛接合され、弱軸方向の接合部
に梁がピン接合された状態を示す斜視図、図１１は従来
のＨ形鋼柱の強軸方向と弱軸方向の接合部に梁が剛接合
された状態を示す斜視図である。通常、Ｈ形鋼柱の弱軸
方向の接合部は、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の耐力が強軸方向
の約１／３であるため、図９及び図１０に示すようにＨ
形鋼柱１１の弱軸方向の接合部に梁１２がピン１３によ
りピン接合されることが多い。そして、Ｈ形鋼柱１１の
強軸方向の接合部に梁２が溶接により剛接合される。こ
のとき、Ｈ形鋼柱１１の強軸方向には剛接合のラーメン
フレーム、弱軸方向はブレース構造となっているのが一
般的である。しかし、ピン接合される接合部は梁１２の
たわみが大きくなるため、図１１に示すようにＨ形鋼柱
１の弱軸方向の接合部に梁１２が溶接と梁継手１４によ
り剛接合される場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｈ形鋼柱１
１は強軸方向と弱軸方向の断面積が大きく異なる異方性
あり、１９８１年に改正された建築基準法に基づく耐震
設計法においてはブレース構造がラーメン構造よりも不
利なため、近年我が国においては殆ど使われていない。
しかし、Ｈ形鋼柱１１はオープン断面であるため、接合
部の加工がしやすい特徴がある。さらに、Ｈ形鋼柱１１
の弱軸方向の接合部に梁１２がピン１３によりピン接合
されると、ピン接合された梁は剛接合された梁に比較し
てたわみが大きくなるため、梁せいを大きくした大きな
断面を使うか、スパンを小さくする必要があるという問
題があった。

【０００４】また、耐震設計上、柱崩壊型よりもエネル
ギー吸収能力の大きな梁降伏型の崩壊型を実現するた
め、柱の耐力を梁の耐力の１．１〜１．５倍とするのが
望ましいとされている。このため、たわみを大きくしな
いようにＨ形鋼柱１１の弱軸方向を剛接合する場合、柱
の強軸方向の梁の１／３程度の耐力の梁１２しか使えな
いため、スパンを小さくする必要があった。そこで、ス
パンを小さくするか、梁せいを大きくして梁耐力をＨ形
鋼柱１１の弱軸耐力以上にする場合、地震の時に柱が崩
壊する柱崩壊モードになり、耐震安全性状の点で好まし
くなく、柱が崩壊すると復旧が困難であり、さらに建物
の倒壊の危険性が増大するという問題があった。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の梁が剛
接合された接合部にヒューズ部材を用いることにより、
常時の剛性を向上させつつ、地震時にヒューズ部材を降
伏させることにより、梁崩壊型を実現することができる
Ｈ形鋼柱の梁接合部構造を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
Ｈ形鋼柱の梁接合部構造は、Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設け
たダイアフラムに梁の一方のフランジをスプライスプレ
ートを介して接合し、かつ該梁の他方のフランジを柱の
曲げ体力以下のモーメントで降伏するヒューズ部材を介
して接合したものである。

【０００７】本発明の請求項２に係るＨ形鋼柱の梁接合
部構造のヒューズ部材がフランジを具備する面材であっ
て梁のウエブと略平行に設置されている。

【０００８】本発明の請求項３に係るＨ形鋼柱の梁接合
部構造のヒューズ部材は低降伏点鋼で形成されている。

【０００９】本発明の請求項４に係るＨ形鋼柱の梁接合
部構造の梁のウエブに補強リブが設けられ、当該補強リ
ブの直下に上記ヒューズ部材が具備したフランジが位置
するようにしている。

【００１０】本発明の請求項１においては、Ｈ形鋼柱の
弱軸方向に設けたダイアフラムに梁の一方のフランジを
スプライスプレートを介して接合し、かつ該梁の他方の
フランジを柱の曲げ耐力以下のモーメントで降伏するヒ
ューズ部材を介して接合したから、常時荷重に対しては
剛接合となるが、地震により梁にＨ形鋼柱の弱軸方向の
耐力以下の曲げモーメントが加えられると、ヒューズ部
材が降伏するため、ヒューズ部材が変形して梁崩壊型の
メカニズムが実現できる。

【００１１】本発明の請求項２においては、ヒューズ部
材がフランジを具備する面材であって梁のウエブと略平
行に設置されているから、ヒューズ部材の降伏後も梁の
せん断力がヒューズ部材のフランジを介して下ダイアフ
ラムからＨ形鋼柱へと効率よく伝達される。

【００１２】本発明の請求項３においては、ヒューズ部
材が低降伏点鋼で形成されている場合、普通鋼で形成さ
れている場合に比べて歪みエネルギー吸収力が増え、Ｈ
形鋼柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが複数回
以上繰り返されても容易に破断しないため、ヒューズ部
材の取り替えが必要にならず、履歴ダンパーとしての性
能が得られる。

【００１３】本発明の請求項４においては、梁のウエブ
に補強リブが設けられ、当該補強リブの直下にヒューズ
部材が具備したフランジが位置するようにしているか
ら、常時荷重における梁に加えられたせん断力は、梁の
ウエブに接合された補強リブを介し、直応力としてヒュ
ーズ部材が具備したフランジに、さらに下ダイアフラム
からＨ形鋼柱のウエブへと効率よく伝達される。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施形態１のＨ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す側面
図、図２は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す平面
図、図３は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面
図、図４は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の施工前の状態を
示す斜視図、図５は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造に用いら
れるヒューズ部材を示す斜視図、図６は柱と梁の十字形
試験体を示す模式図、図７は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造
の柱と梁の荷重−変位関係を示す線図である。図におい
て、１はＨ形鋼柱、２はＨ形鋼柱１の強軸方向のフラン
ジ１ａに溶接により剛接合された強軸方向の梁、３はＨ
形鋼柱１の弱軸方向に接合される弱軸方向の梁で、その
ウエブ３ｃの上端及び上フランジ３ａの端部が切欠され
ている。

【００１５】４はＨ形鋼柱１に接合され、弱軸方向の梁
３に接合される上ダイアフラムで、フランジ１ａの側端
部より突出している。５はＨ形鋼柱１に接合され、弱軸
方向の梁３に接合される下ダイアフラムで、弱軸方向の
梁３の下フランジ３ｂより下方に位置している。６は下
ダイアフラム５の下面とＨ形鋼柱１の弱軸方向のウエブ
１ｂに溶接により取り付けられたダイアフラム用補強リ
ブ、７はＨ形鋼柱１に接合され、強軸方向の下ダイアフ
ラムである。８は上ダイアフラム４と弱軸方向の梁３の
上フランジ３ａとを接合するスプライスプレート、９は
弱軸方向の梁３のウエブ３ｃの端部側両面にそれぞれ間
隔を置いて設けられた２個の補強リブである。

【００１６】１０は弱軸方向の梁３の下フランジ３ｂの
下部に梁３のせん断力と曲げモーメントを伝達する普通
鋼で形成されたヒューズ部材である。このヒューズ部材
１０は両縁にそれぞれフランジ１１を具備し、Ｈ型断面
の面材として形成されている。さらにヒューズ部材１０
とフランジ１１の一端には補強板１２が取り付けられて
函状になっている。また、ヒューズ部材１０に設けられ
たフランジ１１の幅は梁３の幅以下程度で、フランジ部
１１の断面積は梁３に作用するせん断力で降伏しないよ
うに形成されている。さらに、ヒューズ部材１０の断面
積はＨ形鋼柱１の曲げ耐力以下のモメントによる作用力
によってせん断降伏するように形成されている。なお、
ヒューズ部材１０を塑性変形能力若しくは伸び能力の大
きな例えば、ＬＹ１００、ＬＹ１６０等の低降伏点鋼で
構成し、履歴ダンパーとしての性能が得られるようにし
てもよい。

【００１７】次に、Ｈ形鋼柱１に弱軸方向の梁３を接合
する手順について説明する。Ｈ形鋼柱１に接合された下
ダイアフラム２の先端にヒューズ部材１０に設けられた
補強板１２をフランジ１１が梁３のウエブ３ｃに直交す
るようにボルト１５とナット１６により取り付けてお
く。なお、溶接により固定してもよい。しかる後に、弱
軸方向の梁３の下フランジ３ｂの端部をヒューズ部材１
０とフランジ１１に載せ、下フランジ３ｂの下面とヒュ
ーズ部材１０及びフランジ１１の上面を溶接により接合
する。このとき、ヒューズ部材１０が梁３のウエブ３ｃ
と直下で平行に位置し、また梁３のウエブ３ｃに接合さ
れたウエブ用補強リブ９の下方にヒューズ部材１０に設
けられたフランジ１１が位置することとなる。

【００１８】その後、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向のウエブ１
ｂに接合された上ダイアフラム４と梁３の上フランジ３
ａとを３つのスプライスプレート８で挟み込み、これら
三者をボルト１５とナット１６で固定して剛接合する。
なお、梁３のウエブ３ｃは上ダイアフラム４や下ダイア
フラム５やＨ形鋼柱１とは接続されない。上述した説明
では、下ダイアフラム２にフランジ１１と補強板１２と
を有するヒューズ部材１０を予め取り付けた例を示して
いるが、梁３の下フランジ３ｂにフランジ１１と補強板
１２とを有するヒューズ部材１０を予め取り付けてお
き、その後にそのヒューズ部材１０等を下ダイアフラム
５に接合するようにしてもよいことは勿論である。ま
た、この場合のヒューズ部材１０と下ダイアフラム５の
接合はボルトとナットによるか溶接でもよい。

【００１９】このように構成された本発明の実施の形態
１のＨ形鋼柱の梁接合部構造では、梁３の上フランジ３
ａがスプライス８により上ダイアフラム４を介してＨ形
鋼柱１に接合され、梁３の下フランジ３ｂがフランジ１
１と補強板１２とを有するヒューズ部材１０により下ダ
イアフラム５を介してＨ形鋼柱１に接合されているた
め、常時荷重に対しては剛接合とすることができる。そ
して、弱軸方向の梁３に加えられたせん断力は、梁３の
ウエブ３ｃに接合されたウエブ用補強リブ９を介し、直
応力としてヒューズ部材１０に設けられたフランジ１１
に、さらに下ダイアフラム５からその下のダイアフラム
用補強リブ６、さらにはＨ形鋼柱１のウエブ１ｂへと伝
達される。また、梁３に加えられる曲げモーメント（即
ち、梁３のフランジの直応力）はヒューズ部材１０のせ
ん断力として下ダイアフラム５を介してＨ形鋼柱１へと
伝達される。

【００２０】また、地震時には、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向
の耐力以下の曲げモーメントに対して、ヒューズ部材１
０が降伏するように設計されているため、地震により梁
３にＨ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメント
が作用した場合に、これによりヒューズ部材１０にせん
断力が作用して降伏するため、梁崩壊型のメカニズムが
実現できる。そして、常時荷重時に梁３の上下フランジ
３ａ，３ｂの中心にあった梁３の回転中心は、地震時に
ヒューズ部材１０が降伏すれば梁３の上フランジ３ａ側
に移動するため、ヒューズ部材１０のせん断変形角が大
きくなり、ヒューズ部材１０に変形が集中し、ダンパー
として有効に作用することとなる。ヒューズ部材１０が
普通鋼で形成されている場合、図７の柱と梁の十字形試
験体について、図８に示す試験結果である柱と梁の荷重
−変位関係を示す線図を見ると、点線で示すように荷重
に対する変形が大きく、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以
下の曲げモーメントが６回繰り返されると、溶接部に亀
裂が生じ、耐力低下を起こすため、ヒューズ部材１０の
取り替えが必要になる。

【００２１】また、ヒューズ部材１０が低降伏点鋼を用
いて形成されている場合、図７の柱と梁の十字形試験体
について、図８に示す試験結果である柱と梁の荷重−変
位関係を示す線図を見ると、実線で示すように荷重に対
する変形が小さく、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以下の
曲げモーメントが１０回繰り返されて耐力低下が起こら
ず、ヒューズ部材１０の取り替えが必要にならず、履歴
ダンパーとしての性能が得られる。さらに、低降伏点鋼
を用いれば、降伏強度が普通鋼よりも小さいため、ヒュ
ーズ部材１０に同じ耐力を付与するためにヒューズ部材
１０の板厚を厚くできるため、剛性を高くできる利点が
ある。

【００２２】実施の形態２．図８は本発明の実施形態２
のＨ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面図である。
この実施の形態２は、実施の形態１とはヒューズ部材１
０の取り付け位置が異なるものである。この実施の形態
２では、Ｈ形鋼柱１に接合された上ダイアフラム４に弱
軸方向の梁３の上フランジ３ａがフランジ１１と補強板
１２を有するヒューズ部材１０を介して接合され、Ｈ形
鋼柱１に接合された下ダイアフラム５に弱軸方向の梁３
の下フランジ３ａがスプライスプレート８を介して接合
されたものである。なお、上ダイアフラム４の上面とＨ
形鋼柱１にダイアフラム用補強リブ６が溶接により取り
付けられている。上述した実施の形態１が主に上方から
下方へ梁３にせん断力や曲げモーメントが強く働いた場
合に有効に機能するの対し、実施の形態２は主に下方か
ら上方へ梁３にせん断力や曲げモーメントが強く働いた
場合に有効に機能するように設計されたもので、それ以
外の作用、効果は実施の形態１と同様である。また、実
施の形態２においても、ヒューズ部材１０が普通鋼で形
成されたものと、低降伏点鋼で形成されたものが適用さ
れることはいうまでもなく、その作用、効果も実施の形
態１と同様である。

【００２３】上述した実施の形態１、２では、ヒューズ
部材１０にフランジ１１と補強板１２を設けた例につい
て説明したが、補強板１２がないもの、或いはフランジ
１１と補強板１２がないものについても本発明を適用で
きることは勿論である。また、弱軸方向の梁３のウエブ
３ｃの端部側両面に２個の補強リブ９を設けた例につい
て説明したが、ヒューズ部材１０の中央部に更にフラン
ジを設けた場合にはウエブ３ｃの端部側両面にそれぞれ
１個の補強リブ９又は３個の補強リブ９を設けても本発
明を適用できることは勿論である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１によれ
ば、Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設けたダイアフラムに梁の一
方のフランジをスプライスプレートを介して接合し、か
つ該梁の他方のフランジを柱の曲げ耐力以下のモーメン
トで降伏するヒューズ部材を介して接合したから、常時
荷重に対しては剛接合となるが、地震により梁にＨ形鋼
柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが加えられる
と、ヒューズ部材が降伏するため、ヒューズ部材が変形
して梁崩壊型のメカニズムがメカニズムが実現でき、さ
らに、梁の接合部をヒューズ部材を取り替える補修だけ
で済むという効果がある。

【００２５】本発明の請求項２によれば、ヒューズ部材
がフランジを具備する面材であって梁のウエブと略平行
に設置されているから、ヒューズ部材の降伏後も梁のせ
ん断力がヒューズ部材のフランジを介して下ダイアフラ
ムからＨ形鋼柱へと効率よく伝達されるという効果があ
る。

【００２６】本発明の請求項３によれば、ヒューズ部材
が低降伏点鋼で形成されている場合、普通鋼で形成され
ている場合に比べて歪みエネルギー吸収力が増え、Ｈ形
鋼柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが複数回以
上繰り返されても容易に破断しないため、ヒューズ部材
の取り替えが必要にならず、履歴ダンパーとしての性能
が得られるという効果がある。

【００２７】本発明の請求項４によれば、梁のウエブに
補強リブが設けられ、当該補強リブの直下にヒューズ部
材が具備したフランジが位置するようにしているから、
常時荷重における梁に加えられたせん断力は、梁のウエ
ブに接合された補強リブを介し、直応力としてヒューズ
部材が具備したフランジに、さらに下ダイアフラムから
Ｈ形鋼柱のウエブへと効率よく伝達されるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１のＨ形鋼柱の梁接合部構造
の構成を示す側面図である。

【図２】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す平面図
である。

【図３】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面図
である。

【図４】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の施工前の状態を示
す斜視図である。

【図５】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造に用いられるヒュー
ズ部材を示す斜視図である。

【図６】柱と梁の十字形試験体を示す模式図である。

【図７】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の柱と梁の荷重−変
位関係を示す線図である。

【図８】本発明の実施形態２のＨ形鋼柱の梁接合部構造
の構成を示す断面図である。

【図９】従来のＨ形鋼柱の強軸方向の接合部に梁が剛接
合され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合された状態の
概略を示す平面図である。

【図１０】同Ｈ形鋼柱の強軸方向の接合部に梁が剛接合
され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合された状態を示
す斜視図である。

【図１１】従来のＨ形鋼柱の強軸方向と弱軸方向の接合
部に梁が剛接合された状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ Ｈ形鋼柱 ３ 弱軸用の梁 ３ａ 上フランジ ３ｂ 下フランジ ３ｃ ウエブ ４ 上ダイアフラム ５ 下ダイアフラム ８ スプライスプレート １０ ヒューズ部材 １１ フランジ １２ 補強板

フロントページの続き (72)発明者 形山 忠輝 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 植木 卓也 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AB01 AC15 AG03 AG04 AG12 AG41 AG50 AG57 BB02 BB22 BD01 CA05 3J066 AA26 BA03 BB04 BC03 BF11 BG01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設けたダイアフラ
   ムに梁の一方のフランジをスプライスプレートを介して
   接合し、かつ該梁の他方のフランジを柱の曲げ耐力以下
   のモーメントで降伏するヒューズ部材を介して接合した
   ことを特徴とするＨ形鋼柱の梁接合部構造。
2. 【請求項２】 上記ヒューズ部材がフランジを具備する
   面材であって上記梁のウエブと略平行に設置されている
   ことを特徴とする請求項１記載のＨ形鋼柱の梁接合部構
   造。
3. 【請求項３】 上記ヒューズ部材は低降伏点鋼で形成さ
   れていることを特徴とする請求項１又は２記載のＨ形鋼
   柱の梁接合部構造。
4. 【請求項４】 上記梁のウエブに補強リブが設けられ、
   当該補強リブの直下に上記ヒューズ部材が具備したフラ
   ンジが位置することを特徴とする請求項２又は３記載の
   Ｈ形鋼柱の梁接合部構造。