JP2001207533A - 鉄骨構造物の柱・梁接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄骨構造物の梁に延性を与え、かつ梁の耐力
を有効に利用できるようにする。 【解決手段】 柱５に、梁１としてH形鋼（梁母材２）
を接合した鉄骨構造物の柱・梁接合構造において、梁母
材２の柱５に接合する端部のフランジ２ａ，２ａに、補
強板３，３，３，３を設ける。この補強板３，３，３，
３は、H形鋼の長手方向に長尺に形成され、かつ該H形鋼
のフランジの表面に長手方向に沿って接合する。また、
補強板３，３，３，３の縁部には、切欠部４，４，４，
４を前記柱側の端部から略等しい距離に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨構造物の柱・
梁接合構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼材の柱に鋼材の梁を接合して構成され
た鉄骨構造物は、地震等による外力が加わると、図５に
示すように、柱と梁との接合部に最大のモーメントがか
かり、接合部から遠ざかるに連れてかかるモーメントも
小さくなっていく。しかしながら、この最大モーメント
の生じる梁端部は柱に溶接接合されることが多く、応力
集中が生じやすい部位となっている。鉄骨構造物は、こ
の柱と梁との接合部が大きな外力を受けると延性破断や
脆性破壊を起こし、破壊してしまう恐れがある。このた
め、鉄骨構造物では接合部での損傷を防止するため、梁
端部近傍で梁のフランジをカットして小さくすることに
より、梁端部から離れた部分で塑性ヒンジが先行して生
じるようにする「ドックボーンタイプ」が提案されてい
る。

【０００３】鉄骨構造物の柱及び梁は、主に角形鋼管の
柱あるいはＨ形鋼の柱に、Ｈ形鋼の梁を接合したもので
ある。従来、この梁に延性を持たせるために、例えば特
開平１０−１５９１７６号公報に示すように、Ｈ形鋼の
フランジの柱からある一定の位置を一部切り欠き、これ
により、その切り欠き部分で梁フランジが延び、接合部
にかかる力を吸収するようにしてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような梁
の構造では、接合部の脆性破壊を防止することはできる
が、梁の母材であるＨ形鋼のフランジをカットしている
ため、Ｈ形鋼の耐力を有効に利用することができない。

【０００５】本発明の課題は、梁に延性を与え、かつ梁
の耐力を有効に利用できるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、例えば図１に示すように、柱
（５）に、梁（１）としてＨ形鋼（梁母材２）を接合し
た鉄骨構造物の柱・梁接合構造であって、前記Ｈ形鋼
（２）の前記柱に接合する端部のフランジ（２ａ）に
は、補強板（３）が設けられており、この補強板（３）
の縁部には、切欠部（４）が形成されていることを特徴
としている。

【０００７】ここで、補強板は鋼板により形成するのが
望ましい。また、補強板は請求項２記載の発明のよう
に、フランジの縁部に接合しても良いし、請求項４記載
の発明のようにフランジの表面に接合しても良い。

【０００８】以上のように、請求項１記載の発明によれ
ば、Ｈ形鋼で形成された梁の、柱に接合する端部のフラ
ンジに補強板を設けることにより、梁の断面積を容易に
調整できる、つまり、梁全体を太くせずに、大きなモー
メントがかかる柱と梁との接合部分のみの断面積を大き
くすることができ、接合部を補強することができる。ま
た、この補強板の縁部に切欠部を設けたことにより、梁
に延性を持たせることができると共に、梁を切欠かない
ので本来の梁の耐力を保持することができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、例えば図１に示す
ように、請求項１記載の鉄骨構造物の柱・梁接合構造で
あって、前記補強板（３）は、前記Ｈ形鋼（２）の長手
方向に長尺に形成され、かつ該Ｈ形鋼（２）のフランジ
（２ａ）の両縁部に長手方向に沿って接合されており、
前記補強板（３）を含む梁（１）の幅が、前記切欠部
（４）を除いて前記柱（５）から離間するに従って漸次
小さくなっていることを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、補強板をＨ
形鋼の長手方向に長尺に形成して、Ｈ形鋼のフランジの
両縁部に長手方向に沿って接合したことにより、切欠部
の設置位置を自由に設定することができる、つまり、降
伏ヒンジ位置を梁上で容易に調整することができるの
で、設計の自由度を増すことができる。また、この補強
板を含む梁の幅を切欠部を除いて柱から離間するに従っ
て、次第に小さくしていくことにより、切欠部以外で梁
の幅が急激に変化するところがないので、応力の流れが
スムーズとなり、切欠部のみに応力を集中させることが
できる。

【００１１】請求項３記載の発明は、例えば図２に示す
ように、請求項１または２記載の鉄骨構造物の柱・梁接
合構造であって、前記補強板（３）の縁部には、補強材
（６）が該補強板（３）に対して略直角に接合されてい
ることを特徴としている。

【００１２】請求項３記載の発明によれば、補強板の縁
部に、補強板に対して略直角に補強材を接合したことに
より、梁の断面積を容易に調整可能となる。また、前記
補強材は、梁の側面側からの補強であるため、補強既存
建物の耐震補強をより有利に行うことができる。

【００１３】請求項４記載の発明は、例えば図３に示す
ように、請求項１記載の鉄骨構造物の柱・梁接合構造で
あって、前記補強板（７）は、前記Ｈ形鋼（２）の長手
方向に長尺に形成され、かつ該Ｈ形鋼（２）のフランジ
（２ａ）の表面に長手方向に沿って接合されていること
を特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明によれば、補強板をＨ
方鋼の方向に長尺に形成し、Ｈ形鋼のフランジの表面に
長手方向に沿って接合することにより、切欠部の設置位
置を自由に設定することができる、つまり、降伏ヒンジ
位置を梁上で容易に調整することができるので、設計の
自由度を増すことができる。また、補強板をフランジの
表面に接合するので、フランジの両縁部に補強板を接合
する場合に比べ、補強板の接合を容易に行うことができ
る。

【００１５】請求項５記載の発明は、例えば図１および
図２に示すように、請求項１〜４のいずれかに記載の鉄
骨構造物の柱・梁接合構造であって、前記補強板（３）
の両縁部にそれぞれ切欠部（４）が、前記柱（５）側の
端部から略等しい距離に形成されていることを特徴とす
る。

【００１６】請求項５記載の発明によれば、切欠部を補
強板の両縁部にそれぞれ柱側の端部から略等しい距離に
形成することにより、切欠部で梁の断面積を効率的に小
さくして、梁に括れを形成することができる、つまり、
降伏ヒンジを確実に形成することができる。

【００１７】請求項６記載の発明は、例えば図４に示す
ように、請求項５記載の鉄骨構造物の柱・梁接合構造で
あって、前記切欠部（１０）には、補強板（９）の先端
側に向かうにしたがって漸次内側に傾斜する傾斜部（１
１）が形成されていることを特徴とすることを特徴とす
る。

【００１８】請求項６記載の発明によれば、切欠部に、
補強板の先端に向かうにしたがって漸次内側に傾斜する
傾斜部を形成することにより、降伏範囲を広く設定する
ことができ、塑性履歴によるエネルギー吸収力を良くす
ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、図を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 ＜第一の実施の形態例＞まず、構成を説明する。図１
（ａ）〜（ｅ）に示すように、梁１はＨ形鋼で形成され
た梁母材２の柱５側の端部のフランジ２ａ，２ａの両端
部に、鋼板で形成された補強板３，３，３，３が溶接さ
れて構成されている。この補強板３，３，３，３は、Ｈ
形鋼の長手方向に長尺に形成され、かつ該Ｈ形鋼のフラ
ンジの両縁部に長手方向に沿って接合されており、柱５
側から略等しい距離に切欠部４，４，４，４が設けられ
ている。ここで、切欠部４，４，４，４は柱５から離間
して設けられている。また、補強板３，３，３，３は、
切欠部４，４，４，４部分を除いて、柱５側から離間す
るに連れて、徐々に幅が狭くなっている。補強板３，
３，３，３の梁母材２への溶接が、工場内で行なわれ、
梁１の柱５への溶接が、現場で行なわれることで鉄骨構
造物が構成されている。

【００２０】次に前記鉄骨構造物に外力が加わった際の
作用について説明する。柱及び梁によって構成された鉄
骨構造物に外力が加わると、梁には図５に示すように、
柱との接合部に最大のモーメントがかかり、柱から遠ざ
かっていくに連れ、かかるモーメントが小さくなる。こ
の梁にかかるモーメントが、柱と梁の接合部の強度より
大きくなると、該接合部に延性破断や脆性破壊が生じ
る。上述したように、Ｈ形鋼で構成された梁母材２のフ
ランジ２ａ，２ａの柱５側端部に、補強板３，３，３，
３を設けると、大きなモーメントがかかる柱５と梁１と
の接合部の梁１の断面係数を大きくすることができる。
また、この補強板３，３，３，３に切欠部４，４，４，
４を設けると、この切欠部４，４，４，４部分で梁１の
断面係数が小さくなる。従って梁１の断面係数は図６に
示すようになり、梁１は図６における点Pで示す部分に
塑性変形位置が発生する、つまり梁１の切欠部４，４，
４，４で延性を示すようになる。このような梁１と柱５
により構成された鉄骨構造物が、外力を受けた場合、切
欠部４，４，４，４は降伏ヒンジとなり、変形して構造
物に作用する地震エネルギーを吸収する。

【００２１】従って、梁母材２のフランジ２ａ，２ａ
に、補強板３，３，３，３を設けたことにより、梁１の
断面積を容易に調整できる、つまり、梁母材２全体を太
くすることなく、大きなモーメントがかかる部分のみを
太くして断面係数を大きくすることができるので、梁１
を経済的な設計で梁1の損傷を防止することができる。
また、この補強板３，３，３，３の柱５から略等しい距
離置換した位置に、切欠部４，４，４，４を設けて、断
面係数が小さい部分を設けたことにより、この切欠部
４，４，４，４が降伏ヒンジとなって鉄骨構造物の外力
による歪を吸収し、柱５と梁１との接合部の脆性破壊を
防止することができるとともに、梁母材２を切欠かない
ので、梁母材１の耐力も有効に利用することが可能とな
る。また、補強板３，３，３，３の幅を柱５から離間す
るに連れて徐々に狭くすることにより、切欠部４，４，
４，４以外で断面係数が急激に変化することがないの
で、応力の流れがスムーズとなり、確実に切欠部４，
４，４，４に応力を集中させることができる。また、補
強板３，３，３，３に切欠部４，４，４，４を設けるよ
うにしたことにより、降伏ヒンジをの設定位置を自由に
設定することが可能である。

【００２２】また、図１（ａ）に破線で示すように、梁
に略円形の孔１２，１２を設けると降伏ヒンジを形成し
やすくなる。この孔１２，１２は、梁母材２の耐力をほ
とんど低下させない小さいもので良い。

【００２３】＜第二の実施の形態例＞まず、構成を説明
する。上述した第一の実施の形態例と略同様に、図２
（ａ）〜（ｅ）に示すように、梁１においては、Ｈ形鋼
で形成された梁母材２の柱５側の端部のフランジ２ａ，
２ａの両端部に鋼板製の補強板３，３，３，３を溶接し
ており、補強板３，３，３，３はＨ形鋼の長手方向に長
尺に形成され、柱５側から略等しい距離に切欠部４，
４，４，４が設けられている。ここでも、切欠部４，
４，４，４は柱５から離間して設けられており、補強板
３，３，３，３は、切欠部４，４，４，４部分を除い
て、柱５側から離間するに連れて、徐々に幅が狭くなっ
ている。補強板３，３，３，３の縁部には補強材６が、
補強板３，３，３，３に対して略直角に設けられてい
る。

【００２４】上述したように構成された梁１は、第一の
実施の形態例と同様に、大きなモーメントがかかる柱５
と梁１との接合部の梁１の断面係数が大きくなり、切欠
部４，４，４，４では断面係数が小さくなるので、切欠
部４，４，４，４は降伏ヒンジとなる。

【００２５】従って、第一の実施の形態例と同様の効果
を得られる。また、補助板６を設けたことにより、さら
に梁１の断面積を調整し安くなり、かつ、鉄骨構造物の
耐震補強をより有効に行うことができる。

【００２６】＜第三の実施の形態例＞まず、構成を説明
する。図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、梁１において
は、Ｈ形鋼で形成された梁母材２の柱５側の端部のフラ
ンジ２ａ，２ａの表面に鋼板製の補強板７，７が溶接さ
れている。この補強板７，７は、Ｈ形鋼の長手方向に長
尺に形成され、かつ該Ｈ形鋼のフランジに長手方向に沿
って接合されており、柱５側から略等しい距離に切欠部
８，８，８，８が設けられている。ここで、切欠部８，
８，８，８は柱５から離間して設けられている。補強板
７，７の柱５との接合部側の幅は、梁母材２よりも広
く、コの字型となっており、フランジ２ａ，２ａを覆う
ように溶接されている。ここで、切欠部８，８，８，８
は柱５から離間して設けられている。補強板７，７の梁
母材２への溶接が、工場内で行なわれ、梁１の柱５への
溶接が、現場で行なわれることで鉄骨構造物が構成され
ている。

【００２７】上述したように、Ｈ形鋼で構成された梁母
材２のフランジ２ａ，２ａの柱５側端部表面に、補強板
７，７を設けると、第一の実施の形態例と同様に大きな
モーメントがかかる柱５と梁１との接合部の梁１の断面
係数を大きくすることができ、切欠部８，８，８，８で
断面係数が小さくなる。したがって第一の実施の形態例
と同様に、梁１と柱５により構成された鉄骨構造物が外
力を受けた場合、切欠部８，８，８，８は降伏ヒンジと
なる。

【００２８】従って、上述した第三の実施の形態例の梁
１によっても、第一の実施の形態例と同様の効果を得る
ことができる。

【００２９】また、図３（ａ）に破線で示すように、梁
に小さな切欠部１３，１３を設けると降伏荷重を更にコ
ントロールしやすくなる。この場合、この切欠部１３，
１３は、補強板７に切欠部８，８が設けてあるため、従
来の梁に設ける切欠部よりも小さいもので良く、梁母材
２の耐性をほとんど低下させない。

【００３０】＜第四の実施の形態例＞まず、構成を説明
する。上述した第三の実施の形態例と略同様に、図４
（ａ）〜（ｅ）に示すように、梁１においては、Ｈ形鋼
で形成された梁母材２の柱５側の端部のフランジ２ａ，
２ａの表面に鋼板製の補強板９，９を溶接しており、補
強板９，９は、Ｈ形鋼の長手方向に長尺に形成され、柱
５側から略等しい距離に切欠部１０，１０，１０，１０
が設けられている。ここでも、補強板９，９の柱５との
接合部側の幅は、梁母材２よりも広く、コの字型となっ
ており、フランジ２ａ，２ａを覆うように溶接されてお
り、切欠部１０，１０，１０，１０は柱５から離間して
設けられている。切欠部１０，１０，１０，１０は、補
強板９，９の先端側に向かうにしたがって漸次内側に傾
斜する傾斜部１１，１１が形成されている

【００３１】上述したように、Ｈ形鋼で構成された梁母
材２のフランジ２ａ，２ａの柱５側端部表面に、補強板
９，９を設けると、第一の実施の形態例と同様に大きな
モーメントがかかる柱５と梁１との接合部の梁１の断面
係数が大きくなり、切欠部１０，１０，１０，１０部分
では断面係数が小さくなる。従って梁１の断面係数は図
７に示すようになり、梁１は図７における点Q〜点Rで示
す部分に塑性変形位置が分散して発生する、つまり切欠
部１０の傾斜部１１で延性を示すようになり、第一の実
施の形態例よりも降伏範囲が広く設定される。

【００３２】従って、上述した第四の実施の形態例の梁
１は、第一の実施の形態例と同様の効果を得ることがで
き、また、傾斜部１１，１１を設けたことにより、降伏
範囲が広く設定されるため、塑性履歴によるエネルギー
吸収力がより優れる。

【００３３】なお、以上の実施の形態例においては、第
二の実施の形態例において、補強材を、補強材と補強板
の断面視がＴ字状になるように、補強板に取り付けた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、断面視が
Ｌ字状になるように設けても良い。また、予め断面がＴ
字状またはＬ字状の鋼板を補強板として用いても良い。
また、第一の実施の形態例及び第二の実施の形態例にお
いては切欠部を円弧状とし、第三の実施の形態例におい
ては切欠部をＶ字状としたが、第一の実施の形態例及び
第二の実施の形態例の切欠部をＶ字状とし、第三の実施
の形態例の切欠部を円弧状としても良い。また、第一の
実施の形態例及び第二の実施の形態例の切欠部を第四の
実施の形態例の切欠部と同様の形状としても良い。ま
た、梁のフランジには局部座屈を防止するため、適宜補
強リブを設けても良い。切欠部の設置位置等も任意であ
り、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更
可能であることは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、梁の柱に
接合する端部のフランジに補強板を設けることにより、
梁の断面積を容易に調整できる。したがって、大きなモ
ーメントがかかる柱と梁との接合部分のみの断面積を大
きくすることができ、柱と梁との接合部を補強して破断
を防止することができる。また、この補強板に切欠部を
設けたことにより、梁に延性持たせることができる。ま
た、梁を切欠かないので本来の梁の耐力を保持し、有効
に利用することができる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、請求項１の
発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、
Ｈ形鋼の長手方向に長尺に形成した補強板を、フランジ
の両縁部に長手方向に沿って接合し、この補強板を含む
梁の幅を切欠部を除いて柱から離間するに従って、次第
に狭くなることにより、切欠部以外で梁の幅が急激に変
化しないので、応力の流れがスムーズとなり、切欠部の
みに応力を集中させることができる。また、切欠部の設
置位置を自由に設定でき、設計の自由度を増すことがで
きる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論
のこと、補強板の縁部に、補強材を補強板に対して略直
角に設けたことにより、梁の断面積を容易に調整可能と
することができ、また建物の耐震補強をより有利に行う
ことができる。

【００３７】請求項４記載の発明によれば、請求項１の
発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、
補強板を長手方向に長尺に形成し、Ｈ形鋼のフランジの
表面に長手方向に沿って接合したので、切欠部の設置位
置を自由に設定でき、設計の自由度を増すことができる
と共に、フランジの両縁部に補強板を接合する場合に比
して、補強板の接合が容易になる。

【００３８】請求項５記載の発明によれば、請求項１〜
４のいずれかの発明と同様の効果を得ることができるの
は勿論のこと、それぞれの切欠部を補強板の柱側の端部
から略等しい距離に形成することにより、切欠部で梁の
断面積を効率的に小さくすることができ、降伏ヒンジを
形成することができる。

【００３９】請求項６記載の発明によれば、請求項５の
発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、
切欠部に、補強板の先端に向かうにしたがって漸次内側
に傾斜する傾斜部を形成することにより、降伏範囲を広
く設定することができ、塑性履歴によるエネルギー吸収
力を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第一の実施の形態例の梁の構
造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ａ）中の
Ｂ−Ｂ断面図、（ｅ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図２】本発明を適用した第二の実施の形態例の梁の構
造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ａ）中の
Ｂ−Ｂ断面図、（ｅ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図３】本発明を適用した第三の実施の形態例の梁の構
造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ａ）中の
Ｂ−Ｂ断面図、（ｅ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図４】本発明を適用した第四の実施の形態例の梁の構
造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ａ）中の
Ｂ−Ｂ断面図、（ｅ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図５】鉄骨構造物における梁にかかるモーメントを示
す図である。

【図６】第一の実施の形態例における梁の断面係数とモ
ーメントを示す図である。

【図７】第四の実施の形態例における梁の断面係数とモ
ーメントを示す図である。

【符号の説明】

１ 梁 ２ 梁母材 ２ａ フランジ ３，７，９ 補強板 ４，８，１０ 切欠部 ５ 柱 ６ 補強材 １１ 傾斜部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 敏雄 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 宮木 聡 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】柱に、梁としてＨ形鋼を接合した鉄骨構造
   物の柱・梁接合構造であって、 前記Ｈ形鋼の前記柱に接合する端部のフランジには、補
   強板が設けられており、 この補強板の縁部には、切欠部が形成されていることを
   特徴とする鉄骨構造物の柱・梁接合構造。
2. 【請求項２】前記補強板は、前記Ｈ形鋼の長手方向に長
   尺に形成され、かつ該Ｈ形鋼のフランジの両縁部に長手
   方向に沿って接合されており、 前記補強板を含む梁の幅が、前記切欠部を除いて前記柱
   から離間するに従って漸次小さくなっていることを特徴
   とする請求項１記載の鉄骨構造物の柱・梁接合構造。
3. 【請求項３】前記補強板の縁部には、補強材が該補強板
   に対して略直角に接合されていることを特徴とする請求
   項１または２記載の鉄骨構造物の柱・梁接合構造。
4. 【請求項４】前記補強板は、前記Ｈ形鋼の長手方向に長
   尺に形成され、かつ該Ｈ形鋼のフランジの表面に長手方
   向に沿って接合されていることを特徴とする請求項１記
   載の鉄骨構造物の柱・梁接合構造。
5. 【請求項５】前記補強板の両縁部にそれぞれ切欠部が、
   前記柱側の端部から略等しい距離に形成されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉄骨構造
   物の柱・梁接合構造。
6. 【請求項６】前記切欠部には、補強板の先端側に向かう
   にしたがって漸次内側に傾斜する傾斜部が形成されてい
   ることを特徴とする請求項５記載の鉄骨構造物の柱・梁
   接合構造。