JP2000328650A

JP2000328650A - 柱と梁の接合構造及びこれを備えた建築物

Info

Publication number: JP2000328650A
Application number: JP11138766A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Yokoyama; 重和横山; Toshifumi Oki; 利文大木
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: JP3842484B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造体を塑性化させることなく大地震の振動
エネルギーを吸収することができ、また建築計画を制限
することがなく、さらに施工性及びメンテナンス性の良
好な柱と梁の接合構造を提供する。【解決手段】Ｈ形鋼からなる梁(１)の上フランジ(３)
端部を、柱(２)に対して塑性変形することなく角度変化
を許容した状態で柱(２)に接合するとともに、梁(１)の
下フランジ(20)端部を、摩擦ダンパー(40)を介して柱
(２)に接合する。大地震の振動エネルギーが作用する
と、摩擦ダンパー(40)が機能してこれを吸収し、梁(１)
や柱(２)は弾性変形の範囲内に留まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、柱と梁とを接合
する制振機能を有する接合構造及びこれを備えた建築物
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ラーメン構造の鋼構造建築物に
おいては、中地震時には、構造体である梁や柱が弾性変
形することによって地震力に抵抗し、この弾性変形の範
囲を越えるような大地震の振動エネルギーに対しては、
梁や柱が塑性変形することによって地震エネルギーを吸
収するようになっている。この場合、鉛直荷重を支えて
いる梁や柱が塑性化するため、震災後の補修が極めて難
しく、災害復旧に多くの時間と経費を必要としていた。

【０００３】近年では、大地震の振動エネルギーを吸収
する各種の制振機構を備えたラーメン構造の建築物が、
種々提案されている。この場合、梁や柱の構造体が塑性
化することがないから、震災後の補修が容易で、災害復
旧を迅速かつ少ない経費で実現することができる。

【０００４】しかしながら、上記の制振機構は、柱間や
壁内に設けられていることが多く、建築計画を制限して
しまうことがあった。また、特殊な材料を使用したり、
複雑な構造となっていたので、プレハブ住宅に採用する
には非常に高価なものとなっていた。

【０００５】そこで、建築計画の自由度の増大及びコス
トダウンを目的として、特開平10-18637号公報には、Ｈ
形鋼からなる梁を分割して、その分割した梁材の上フラ
ンジ同士及び下フランジ同士を摩擦ダンパーを介して接
合することによって、制振機構を備えていないラーメン
構造とほとんど変わらない外観とした建築物が提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の提案例
においては、梁の上下フランジに摩擦ダンパーを取り付
けるようになっているので、ダンパーの取付箇所が多く
なって構造及び施工が複雑になるとともに、コストダウ
ンもそれほど期待できるものではなかった。また、梁の
上フランジの上面側に摩擦ダンパーが露出した状態で取
り付けられるので、梁への柱や床材の設置に支障をきた
すといった不具合がある。さらに、大地震の振動エネル
ギーを吸収することによって位置ずれが生じた摩擦ダン
パーの補修、メンテナンスに際して、特に上フランジ側
の摩擦ダンパーにおいては、床材が障害となって煩雑な
作業を強いられるといった不具合もある。

【０００７】本発明は、上記の不具合を解消して、柱や
梁といった構造体を塑性化させることなく大地震の振動
エネルギーを吸収することができ、また建築計画の自由
度の向上、構造の簡略化及びコストダウンを図ることが
でき、さらには施工性及びメンテナンス性の良好な柱と
梁の接合構造及びこれを備えた建築物の提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、梁端部の上下２箇所の接続部分のうち
の一側を、柱に対して塑性変形することなく角度変化を
許容した状態で前記柱に接合するとともに、梁端部の上
下２箇所の接続部分のうちの他側を、摩擦ダンパーを介
して前記柱に接合するようにしている。

【０００９】具体的には、Ｈ形鋼からなる梁の上フラン
ジ端部を、柱に対して塑性変形することなく角度変化を
許容した状態で前記柱に接合するとともに、前記梁の下
フランジ端部を、摩擦ダンパーを介して前記柱に接合す
るようにしている。

【００１０】そして、前記摩擦ダンパーは、前記梁の下
フランジ端部と前記柱側のブラケットとの間に滑り材を
介在させ、所定の大きさ以上の荷重がかかると、前記下
フランジ端部と滑り材との間又は前記ブラケットと滑り
材との間に滑りが生じるように、これら各部材を接合ボ
ルトによって摩擦接合することによって構成されてい
る。

【００１１】また、前記摩擦ダンパーは、前記柱側のブ
ラケットを、前記梁の下フランジ端部とこれに連結した
スプライスプレートとで挟み込むとともに、前記ブラケ
ットと下フランジ端部との間及びブラケットとスプライ
スプレートとの間に滑り材を夫々介在させ、所定の大き
さ以上の荷重がかかると、前記下フランジ端部、スプラ
イスプレートと滑り材との間又は前記ブラケットと滑り
材との間に滑りが生じるように、これら各部材を接合ボ
ルトによって摩擦接合することによって構成されてい
る。

【００１２】さらに、前記梁の上フランジの端面に取り
付けた垂直方向に沿って延びるエンドプレートを、前記
柱側の垂直面に取り付けるようにしている。また、前記
ブラケットは、垂直プレートと水平プレートとを一体的
に連結してなり、前記垂直プレートを前記柱側の垂直面
に取り付けるとともに、前記水平プレートによって前記
下フランジを支えるようになっている。さらにまた、建
築物において、上記のような柱と梁の接合構造を骨組に
組み込むようにしている。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は、第１実
施形態に係る柱と梁の接合部分の分解斜視図、図２は、
同じくその側断面図である。図において、(１)はＨ型鋼
からなる梁、(２)は角型鋼管からなる柱である。梁(１)
の上フランジ(３)の端面からウエブ(４)の端面の上半部
分にわたって、垂直方向に沿って延びるエンドプレート
(５)が取り付けられている。この取り付けは、上フラン
ジ(３)の端面からウエブ(４)の端面の上半部分にかけて
を、エンドプレート(５)に溶接(７)することによってな
されている。このエンドプレート(５)には、上フランジ
(３)を挟んで上側に３個、下側に２個の合計５個のボル
ト挿入用穴(６)(６)…が形成されている。なお、下側の
ボルト挿入用孔(６)(６)は、ウエブ(４)を挟んで両側に
形成されている。

【００１４】一方、エンドプレート(５)に対向する柱
(２)の垂直面には、垂直方向に沿って延びる取付プレー
ト(10)が取り付けられている。この取り付けは、取付プ
レート(10)の垂直方向に延びる両側端部を、柱(２)のコ
ーナー部分に沿って溶接(８)することでなされている。
なお、取付プレート(10)の両側端部だけでなく、その上
下端部も柱(２)に溶接して、取付強度を高めるようにし
ても良い。この取付プレート(10)には、エンドプレート
(５)のボルト挿入用穴(６)(６)…に対応して、合計５個
のボルト穴(11)(11)…が形成されている。

【００１５】そして、取付プレート(10)に、梁(１)側の
エンドプレート(５)を重ね合わせて、ワンサイドの特殊
高力ボルト(12)(12)…の一端のねじ部(13)(13)…を、取
付プレート(10)のボルト穴(11)(11)…に螺合し、エンド
プレート(５)から突出した特殊高力ボルト(12)(12)…の
中央部分のスプライン(14)(14)…に、ボルト廻り止め部
材(15)(15)…をスプライン嵌合し、さらに特殊高力ボル
ト(12)(12)…の他端のねじ部(16)(16)…に、締付ナット
(17)(17)…を螺合して締め付けることによって、エンド
プレート(５)と取付プレート(10)とが連結されている。

【００１６】このようにして柱(２)に接合された梁(１)
の上フランジ(３)は、そのエンドプレート(５)との溶接
(７)部分付近において、柱(２)に対して塑性変形するこ
となく角度変化を許容された状態、すなわち柱(２)に対
して上下方向への曲げ弾性変形が許容された状態となっ
ており、これによって梁(１)が、上フランジ(３)端部を
中心として、上下方向に揺動可能となっている。すなわ
ち、上フランジ(３)端部は、ピン接合に近い状態で、柱
(２)に接合されている。

【００１７】梁(１)の下フランジ(20)の端部は、柱(２)
側のブラケット(21)に連結されている。このブラケット
(21)は、垂直プレート(22)の中央部と水平プレート(23)
の端部を一体的に連結することによって、倒Ｔ字形に形
成されている。垂直プレート(22)は、その垂直方向に延
びる両側端部を、柱(２)のコーナー部分に沿って溶接(2
5)することによって、柱(２)の取付プレート(10)よりも
下方の垂直面に取り付けられている。なお、垂直プレー
ト(22)の両側端部だけでなく、その上下端部も柱(２)に
溶接して、取付強度を高めるようにしても良い。

【００１８】この取付状態において、水平プレート(23)
は、柱(２)から突出して、梁(１)の下フランジ(20)端部
を支えるようになっている。また、水平プレート(23)に
は、下フランジ(20)の長手方向に沿った方向に延びる幅
方向一対のボルト挿入用の長穴(24)(24)が形成されてい
る。

【００１９】そして、ブラケット(21)の水平プレート(2
3)が、梁(１)の下フランジ(20)端部とその下側に対向配
置したスプライスプレート(30)とで挟み込まれ、下フラ
ンジ(20)端部と水平プレート(23)との間、及び水平プレ
ート(23)とスプライスプレート(30)との間に、滑り材と
してのステンレスプレート(31)(31)が夫々介在されてい
る。

【００２０】下フランジ(20)端部、ステンレスプレート
(31)(31)及びスプライスプレート(30)には、水平プレー
ト(23)の長穴(24)(24)に対応した合計４個のボルト挿入
用穴(32)(32)…が夫々形成されており、互いに一致させ
たボルト挿入用穴(32)(32)…及び長穴(24)(24)へ、高力
ボルトである接合ボルト(33)(33)…を下方から挿入し、
下フランジ(20)から突出した接合ボルト(33)(33)…の先
端に締付ナット(34)(34)…を螺合して締め付けることに
よって、これら部材が摩擦接合されている。

【００２１】また、スプライスプレート(30)は、水平プ
レート(23)よりも柱離間方向に延出されており、そのス
プライスプレート(30)の延出部分と下フランジ(20)との
間に、中間プレート(35)が介在されている。この中間プ
レート(35)は、その厚みが水平プレート(23)とステンレ
スプレート(31)(31)とを合わせた厚さに設定されてお
り、また合計４個のボルト貫通穴(36)(36)…が形成され
ている。

【００２２】下フランジ(20)及びスプライスプレート(3
0)の延出部分には、中間プレート(35)のボルト貫通穴(3
6)(36)…に対応した合計４個のボルト挿入用穴(37)(37)
…が夫々形成されており、互いに一致させたボルト挿入
用穴(37)(37)…及びボルト貫通穴(36)(36)…に接合ボル
ト(38)(38)…を下方から挿入し、下フランジ(20)から突
出した接合ボルト(38)(38)…の先端に締付ナット(39)(3
9)…を螺合して締め付けることによって、下フランジ(2
0)とスプライスプレート(30)とが連結されている。

【００２３】このようにブラケット(21)の水平プレート
(23)を、ステンレスプレート(31)(31)を介在させた状態
で、下フランジ(20)端部とこの端部に連結されたスプラ
イスプレート(30)とで挟み込み、これら各部材を接合ボ
ルト(33)(33)…によって摩擦接合することによって、捻
れの生じ難い二面摩擦の摩擦ダンパー(40)が構成されて
いる。すなわち、下フランジ(20)端部は、この二面摩擦
の摩擦ダンパー(40)を介して柱(２)に接合されている。

【００２４】この摩擦ダンパー(40)では、水平プレート
(23)の長穴(24)(24)の範囲内で接合ボルト(33)(33)…の
移動を許容しており、大地震の振動エネルギーに相当す
る所定の大きさ以上の荷重がかかると、水平プレート(2
3)とステンレスプレート(31)(31)との間に、下フランジ
(20)の長手方向に沿った方向への滑りすなわち位置ずれ
が生じるようになっている。

【００２５】なお、接合ボルト(33)(33)…の本数や締付
力を適宜調整することによって、骨組の剛性に関係な
く、滑り荷重すなわち骨組の耐力を任意に設定すること
ができるようになっている。

【００２６】上記の柱(２)と梁(１)の接合構造におい
て、中地震に伴う振動エネルギーが作用した場合には、
梁(１)や柱(２)の弾性変形により地震力に抵抗する。こ
のとき摩擦ダンパー(40)は機能せず、無被害で補修の必
要はない。

【００２７】大地震に伴う振動エネルギーが作用した場
合には、摩擦ダンパー(40)が機能して梁(１)や柱(２)は
弾性変形の範囲内に留まる。すなわち、梁(１)が上フラ
ンジ(３)端部を中心として揺動するとともに、摩擦ダン
パー(40)における水平プレート(23)とステンレスプレー
ト(31)(31)との間に繰り返し滑りが生じ、このときの摩
擦抵抗によって振動エネルギーを吸収する。このため、
構造体が塑性化することなく、摩擦ダンパー(40)におい
て各部材の相互の位置が若干ずれる程度で済む。そし
て、大地震被災後の復旧の際には、摩擦ダンパー(40)の
接合ボルト(33)(33)…を緩めて、建築物の残留変形を修
正し、再び接合ボルト(33)(33)…を締め直すといった簡
単な作業によって、当初の耐力性能を取り戻して継続使
用することができるようになっている。

【００２８】図３は、上記の柱(２)と梁(１)の接合構造
を組み込むようにした建築物の骨組を示しているが、柱
(２)への取付プレート(10)及びブラケット(21)の取付位
置は任意に設定することができるので、階高を自由に設
定することができ、スキップフロア等にも対応し易くな
っている。

【００２９】（第２実施形態）図４は、第２実施形態に
係る柱と梁の接合部分の側断面図である。第１実施形態
においては、梁(１)の上フランジ(３)側のエンドプレー
ト(５)を、柱(２)の垂直面に沿って取り付けた取付プレ
ート(10)に連結し、下フランジ(20)を、同じく柱(２)の
垂直面に沿って取り付けたブラケット(21)に連結してい
るので、梁応力を水平及び垂直方向に分散させながら、
柱(２)の管壁へ効率良く伝達することができるようにな
っている。従って、柱(２)の鋼管内にダイヤフラムを設
けなくて済み、柱(２)の鋼管内は遮蔽物のない空洞とな
っている。

【００３０】そこで、第２実施形態では、第１実施形態
における柱(２)の鋼管内にコンクリートである充填材(5
0)を充填して、柱(２)を鋼管コンクリート構造の柱とす
ることにより、高い剛性及び優れた耐火性能を確保する
とともに、鉄骨造の弱点である振動障害の起こり難い構
造としている。

【００３１】なお、このように柱(２)を、鋼管コンクリ
ート構造の柱とすることによって、柱(２)の耐火被覆を
廃止することができるが、この場合、火災時に柱(２)の
外表面が高温となって、取付プレート(10)及びブラケッ
ト(21)の溶接部分の強度が低下してしまうといった問題
がある。このため、取付プレート(10)及びブラケット(2
1)から夫々突出させた上下一対のアンカーボルト(51)(5
1)を、柱(２)の外側面に形成した貫通穴(52)(52)…から
柱(２)内部へ夫々挿入して、これらアンカーボルト(51)
(51)を充填材(50)によって保持させることで、強度を保
つようにしている。その他の構成は、第１実施形態と同
様であり、第１実施形態と同様の機能を有する部材につ
いては同符号を付してある。

【００３２】（第３実施形態）図５は、第３実施形態に
係る柱と梁の接合部分の側断面図である。第３実施形態
においては、柱(60)としてＨ型鋼が用いられている。こ
の場合、エンドプレート(５)及びブラケット(21)の垂直
プレート(22)を、溶接ではなく接合ボルト(61)(61)…に
よって柱(60)のフランジ(62)に接合することができ、施
工の効率化を図ることができる。その他の構成は第１実
施形態と同様であり、第１実施形態と同様の機能を有す
る部材については同符号を付してある。

【００３３】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正
及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、梁は、
Ｈ型鋼に限らず、角形鋼管であっても良い。また、梁の
上フランジを、摩擦ダンパーを介して柱に接合し、下フ
ランジを、柱に対する角度を可変とする弾性変形を許容
した状態で柱に接合するようにしても良い。さらに、梁
に連結するスプライスプレートを廃止して、下フランジ
端部とブラケットとの間にステンレスプレートを介在さ
せ、これらを接合ボルトで摩擦接合することによって摩
擦ダンパーを構成するようにしても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の柱と梁の接合構造によると、中地震のような比較的小
さい振動エネルギーが作用した場合には、柱や梁の弾性
変形によって抵抗し、大地震のような大きな振動エネル
ギーが作用した場合には、摩擦ダンパーが機能してこれ
を効率良く吸収することができるので、構造体が塑性化
することがなく、震災後の補修を容易にして災害復旧を
迅速かつ少ない経費で実現することができる。しかも、
通常のラーメン構造とほとんどかわらない外観とするこ
とができるので、建築計画を制限してしまうといった不
具合も生じることはない。

【００３５】さらに、梁の２箇所の接続部分のうちの一
方にのみ摩擦ダンパーを設けるようにしているので、従
来のように梁の上下フランジに摩擦ダンパーを夫々設け
るときと比べて、構造の簡略化及び施工の簡素化を実現
でき、コストダウンも可能となって、プレハブ住宅にも
十分に採用することができる。

【００３６】特に、梁の上下２箇所の接続部のうち下側
(Ｈ形鋼の梁であれば下フランジ)を、摩擦ダンパーを介
して柱に接合するように構成すれば、梁の上側(Ｈ形鋼
の梁であれば上フランジの上面側)への柱や床材の施工
に際して、摩擦ダンパーが邪魔にならず、また摩擦ダン
パーの補修やメンテナンスに際しても、床材等が障害と
なるといった不具合をなくすことができ、施工性及びメ
ンテナンス性を向上することができる。

【００３７】また、摩擦ダンパーにおいては、その接合
ボルトの本数や締付力を適宜調整することによって、骨
組の剛性に関係なく耐力を任意に設定することが可能と
なり、様々な規模の建築物に有効に適用することができ
る。

【００３８】さらに、梁の上フランジ側のエンドプレー
トを、柱側の垂直面に取り付け、梁の下フランジを、同
じく柱側の垂直面に取り付けたブラケットに連結する
と、梁応力を水平及び垂直方向に分散させながら、柱の
管壁に効率良く伝達することができ、このため柱の内部
に通常設けるダイヤフラムを廃止することができる。こ
れにより、柱側における鋼材量や溶接量を低減して、コ
ストダウンを図ることができ、また柱を切断する必要も
ないため、施工性の向上を図ることができる。しかも、
このようにダイヤフラムを廃止すれば、柱の内部へのコ
ンクリート等の充填を容易にして、柱の機能性を高める
ことができる。さらにまた、柱側のブラケットの水平プ
レートによって、梁の下フランジを支えるようなってい
れば、柱と梁の接合作業の際に、梁を水平プレートに仮
置きした状態で接合ボルト等の締め付けを行うことがで
きるので、施工性を向上することができる。

【００３９】また、柱への梁の接合位置は、任意に設定
することができるので、階高を自由に設定することがで
き、スキップフロア等にも対応し易く、自由な空間構成
が可能となる。

【００４０】さらに、このような柱と梁の接合構造を骨
組に組み込んだ建築物においては、その耐震性能及び設
計の自由度を格段に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る柱と梁の接合部分の分解斜
視図である。

【図２】同じくその側断面図である。

【図３】柱と梁の接合構造を組み込むようにした建築物
の骨組を示す図である。

【図４】第２実施形態に係る柱と梁の接合部分の側断面
図である。

【図５】第３実施形態に係る柱と梁の接合部分の側断面
図である。

【符号の説明】

(１) 梁 (２)(60) 柱 (３) 上フランジ(接続部分) (５) エンドプレート (20) 下フランジ(接続部分) (21) ブラケット (22) 垂直プレート (23) 水平プレート (30) スプライスプレート (31) ステンレスプレート(滑り材) (33) 接合ボルト (40) 摩擦ダンパー

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】梁端部の上下２箇所の接続部分のうちの
一側を、柱に対して塑性変形することなく角度変化を許
容した状態で前記柱に接合するとともに、梁端部の上下
２箇所の接続部分のうちの他側を、摩擦ダンパーを介し
て前記柱に接合するようにしたことを特徴とする柱と梁
の接合構造。
【請求項２】梁端部の上下２箇所の接続部分のうちの
上側を、柱に対して塑性変形することなく角度変化を許
容した状態で前記柱に接合するとともに、梁端部の上下
２箇所の接続部分のうちの下側を、摩擦ダンパーを介し
て前記柱に接合するようにしたことを特徴とする柱と梁
の接合構造。
【請求項３】Ｈ形鋼からなる梁の上フランジ端部を、
柱に対して塑性変形することなく角度変化を許容した状
態で前記柱に接合するとともに、前記梁の下フランジ端
部を、摩擦ダンパーを介して前記柱に接合するようにし
たことを特徴とする柱と梁の接合構造。
【請求項４】前記摩擦ダンパーは、前記梁の下フラン
ジ端部と前記柱側のブラケットとの間に滑り材を介在さ
せ、所定の大きさ以上の荷重がかかると、前記下フラン
ジ端部と滑り材との間又は前記ブラケットと滑り材との
間に滑りが生じるように、これら各部材を接合ボルトに
よって摩擦接合してなる請求項３記載の柱と梁の接合構
造。
【請求項５】前記摩擦ダンパーは、前記柱側のブラケ
ットを、前記梁の下フランジ端部とこれに連結したスプ
ライスプレートとで挟み込むとともに、前記ブラケット
と下フランジ端部との間及びブラケットとスプライスプ
レートとの間に滑り材を夫々介在させ、所定の大きさ以
上の荷重がかかると、前記下フランジ端部、スプライス
プレートと滑り材との間又は前記ブラケットと滑り材と
の間に滑りが生じるように、これら各部材を接合ボルト
によって摩擦接合してなる請求項３記載の柱と梁の接合
構造。
【請求項６】前記梁の上フランジの端面に取り付けた
垂直方向に沿って延びるエンドプレートを、前記柱側の
垂直面に取り付けるようにした請求項３乃至５のいずれ
かに記載の柱と梁の接合構造。
【請求項７】前記ブラケットは、垂直プレートと水平
プレートとを一体的に連結してなり、前記垂直プレート
を前記柱側の垂直面に取り付けるとともに、前記水平プ
レートによって前記下フランジを支えるようにした請求
項３乃至６のいずれかに記載の柱と梁の接合構造。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の接合
構造を骨組に組み込むようにしたことを特徴とする建築
物。