JP2002220873A - H形鋼製梁の梁端接合部構造 - Google Patents
H形鋼製梁の梁端接合部構造Info
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Abstract
えられたH形鋼製梁のフランジの強度を保証することが
できて、梁の塑性ヒンジ領域となる梁端接合部の構造耐
力を向上させることができるH形鋼製梁の梁端接合部構
造を提供する。 【解決手段】 中空断面の鋼製柱23に接合されるH形
鋼製梁27の梁端接合部29に対し、そのウエブ22に
溶接接合してリブ材30を設けるようにしたH形鋼製梁
の梁端接合部構造において、上記梁端接合部29の上記
フランジ24a,24bの断面積が、上記梁27の一般
部分よりも大きく形成され、また、前記リブ材30は、
前記フランジ24a,24bに対し、そのフランジ小端
24cを除いて、溶接接合される。
Description
補強するためにリブ材が備えられたH形鋼製梁のフラン
ジの強度を保証することができて、梁の塑性ヒンジ領域
となる梁端接合部の構造耐力を向上させることができる
H形鋼製梁の梁端接合部構造に関する。
の鋼製柱とH形鋼製梁との柱梁接合部1a,1bが示さ
れている。(a)に示す工場溶接継ぎ手の場合には、梁
の端部をなすH形鋼製の梁端部片2のウエブ3を中空断
面鋼製柱4の側面に直接溶接接合するとともに、梁端部
片2の上下フランジ5a,5bは鋼製柱4に設けたダイ
アフラム6に溶接接合して柱梁接合部ユニット7を構成
するようにし、最終的に当該柱梁接合部ユニット7のウ
エブ3およびフランジ5a,5bに対して、梁の一般部
分をなすH形鋼製の梁本体のウエブおよびフランジをそ
れぞれボルト接合したり、溶接接合するようにしてい
る。以下、この工場溶接継ぎ手の梁端部片2は下記の梁
と同義として説明する。他方、(b)に示す現場溶接継
ぎ手の場合には、直接梁8のウエブ3を、中空断面鋼製
柱4に設けたガセットプレート9にボルト接合するとと
もに、梁8の上下フランジ5a,5bは鋼製柱4に設け
たダイアフラム6に溶接接合して柱梁接合部1bを構成
するようにしている。
あっても、地震などの外力の作用によって柱梁接合部1
a,1b近傍の梁端接合部10に座屈が生じるおそれが
あり、この座屈によって不安定現象が発生することが予
想される。そこで、このような座屈の発生が予想される
領域、すなわち梁2,8の塑性ヒンジ領域を占める梁端
接合部10のウエブ3を補強するために、梁2,8の長
手方向に適宜間隔を隔てて複数枚のリブ材11を設ける
ようにしている。
ンジ5a,5b間に挟み込むようにしてウエブ3に直角
に突き当てて配設され、その周囲3箇所の端縁がそれぞ
れ梁2,8の上フランジ5a下面、ウエブ3表面、並び
に下フランジ5b上面に溶接接合されることによって取
り付けられるようになっていた。そしてこれらリブ材1
1によって柱梁接合部1a,1b近傍の梁端接合部10
を補強することにより、ウエブ3の座屈耐力を向上させ
るとともに、圧縮側となる梁2,8の上フランジ5aの
座屈耐力をも向上させ、さらにはウエブ3の板厚を薄く
できるようにしていた。
にあっては、リブ材11の取り付けによって梁2,8の
塑性ヒンジ領域の補強が可能である一方で、この塑性ヒ
ンジ領域には当該リブ材11の取り付けのために多数の
溶接接合部が存在していた。これら接合部は溶接熱の影
響で材質の劣化が生じていて応力集中により大きな歪み
が生じやすく、このためにリブ材11による補強効果が
減殺されてしまうという課題があった。
ブ材11との溶接接合の溶接止端部12であるフランジ
小端5cは図15に示すように、フランジ5a,5bお
よびリブ材11の端縁の先端部分同士の接合箇所である
ため、溶接熱による材質劣化部分であることも相俟っ
て、梁2,8に作用する引張力や圧縮力による応力集中
が繰り返し発生して損傷が累積する部分であり、従って
梁2,8はウエブ3よりも先にフランジ5a,5bから
破壊してしまう傾向にあった。殊に、引張側となる梁
2,8の下フランジ5bのフランジ小端5cを起点とし
て梁2,8が脆性的に破断してしまうおそれがあった。
2,8が終局耐力に達した際、図16に示したように中
空断面の鋼製柱4の梁取り付け箇所13が面外変形し
て、このために梁端接合部10のウエブ3からの曲げモ
ーメントが鋼製柱4に十分に伝達されない事態が生じ、
応力が梁端接合部10のフランジ5a,5bに集中して
梁2,8が破断したことも知られている。
て梁端接合部10、特にウエブ3を補強しているけれど
も、ウエブ3が十分に働かないうちにフランジ5a,5
bの方が破断してしまって、当該フランジ5a,5bが
最終的な梁耐力を左右することになっており、従ってH
形鋼製梁の梁端接合部10においては、曲げ応力に対し
てフランジ5a,5bは有効に働くが、ウエブ3の方は
その全体が有効に働くとは必ずしも言えず、ウエブ3の
全断面を有効とした梁断面の算定を行うことができなか
った。
て成されたもので、主としてウエブを補強するためにリ
ブ材が備えられたH形鋼製梁のフランジの強度を保証す
ることができて、梁の塑性ヒンジ領域となる梁端接合部
の構造耐力を向上させることができるH形鋼製梁の梁端
接合部構造を提供することを目的とする。
めに本発明のH形鋼製梁の梁端接合部構造にあっては、
鋼製柱に接合されるH形鋼製梁の梁端接合部に対し、そ
のウエブに溶接接合してリブ材を設けるようにしたH形
鋼製梁の梁端接合部構造において、上記梁端接合部の上
記フランジの断面積が、上記梁の一般部分よりも大きく
形成されることを特徴とする。
し、そのフランジ小端を除いて、溶接接合されることを
特徴とする。
構造にあっては、鋼製柱に接合されるH形鋼製梁の梁端
接合部に対し、そのウエブに溶接接合してリブ材を設け
るようにしたH形鋼製梁の梁端接合部構造において、上
記リブ材は、上記フランジに対し、そのフランジ小端を
除いて、溶接接合されることを特徴とする。
面を参照して詳細に説明する。図1には、従来技術にお
いて説明したと同様な、鉄骨造構造物の中空断面鋼製柱
とH形鋼製梁との柱梁接合部20a,20bが2種類示
されている。
合には、梁の端部をなすH形鋼製の梁端部片21のウエ
ブ22を鋼製柱23の側面に直接溶接接合するととも
に、梁端部片21の上下フランジ24a,24bは鋼製
柱23に設けたダイアフラム25に溶接接合して柱梁接
合部ユニット26を構成するようにし、最終的に当該柱
梁接合部ユニット26のウエブ22およびフランジ24
a,24bに対して、梁の一般部分をなすH形鋼製の梁
本体のウエブおよびフランジをそれぞれボルト接合した
り、溶接接合する。以下、この工場溶接継ぎ手の梁端部
片21は下記の梁と同義として説明する。
の場合には、直接梁27のウエブ22を、鋼製柱23に
設けたガセットプレート28にボルト接合するととも
に、梁27の上下フランジ24a,24bは鋼製柱23
に設けたダイアフラム25に溶接接合して柱梁接合部2
0bを構成する。
も、梁21,27の塑性ヒンジ領域を占める梁端接合部
29には図1および図2に示すように、そのウエブ22
の面外変形を拘束して補強するために梁21,27の長
手方向に適宜間隔を隔てて複数枚のリブ材30が設けら
れている。これらリブ材30は従来と同様に、梁21,
27の上下フランジ24a,24b間に挟み込むように
してウエブ22に直角に突き当てて配設され、その周囲
の3箇所の端縁30a,30b,30cがぞれぞれ梁2
1,27の上フランジ24a下面、ウエブ22表面、並
びに下フランジ24b上面に溶接接合されることによっ
て取り付けられている。
手形式のいずれに対しても適用することができる。以
下、現場溶接継ぎ手の構造を例にとって説明する。図示
するように、梁端接合部29をなす梁27の端部のフラ
ンジ24a,24bは幅一定部分Xと拡張部分Yとから
形成され、拡張部分Yは、梁27の一般部分や幅一定部
分Xと同一厚さで、かつその左右両側のフランジ小端2
4cが梁27の長手方向に幅一定部分Xから鋼製柱23
に向かって互いに離隔するテーパ状に形成され、これに
よりフランジ幅が梁27の長手方向に幅一定部分Xから
鋼製柱23に向かって順次広げられて形成されて、梁端
接合部29のフランジ24a,24bの断面積が梁27
の一般部分や幅一定部分Xよりも大きく形成される。
の境界で塑性ヒンジを発生させることができ、設定によ
り任意に塑性ヒンジ領域を拡大させることができる。本
実施形態にあっては、このフランジ24a,24bの拡
張部分Yは図2に示すように、左右のフランジ小端24
cそれぞれに三角形状の板材31を溶接により接合する
ことで形成されている。
うに、フランジ幅寸法Bよりも狭い左右方向幅寸法R、
具体的にはウエブ22の両側において、ウエブ22表面
とフランジ小端24cとの間の距離よりも短い長さで形
成されて、左右方向端縁の一方の端縁30bがウエブ2
2に溶接接合されるとともに、他方の端縁30dがフラ
ンジ小端24cよりもフランジ24a,24bの内側に
位置される。これらリブ材30とフランジ24a,24
bの幅寸法の関係としては、R=4B/5程度が好まし
い。このリブ材30は、フランジ24a,24bの拡張
部分Yでも同じものが設けられ、従ってリブ材30のウ
エブ22と溶接接合される端縁30bとは反対側の端縁
30dは、テーパ状をなすフランジ小端24cから離隔
されている。
端縁の一方の端縁30bがウエブ22表面に溶接接合さ
れ、上下方向端縁30a,30cが上フランジ24a下
面および下フランジ24b上面にそれぞれ溶接されるこ
とになる。この際、リブ材30の左右方向幅寸法がウエ
ブ22表面からフランジ小端24cとの間の距離よりも
短いので、図3に示すようにフランジ24a,24bと
の溶接接合の溶接止端部32はフランジ小端24cに達
することはない。
bの幅一定部分Xおよび拡張部分Yいずれにあっても、
リブ材30の左右方向の長さを短く設定することによっ
てフランジ24a,24bとリブ材30との溶接止端部
32をフランジ小端24cよりもフランジ24a,24
b内側にするようにしたが、溶接止端部32がフランジ
小端24cよりもフランジ24a,24b内側であれ
ば、図3に仮想線で示したようにリブ材30はその左右
方向長さがフランジ小端24cに達するものでも、また
フランジ小端24cから外側に張り出すものでもよく、
要するに溶接止端部32がフランジ小端24cとならな
いようにすればよい。
えたH形鋼製梁27にあっては、地震等の外力が入力さ
れることで曲げモーメントが発生すると、この曲げモー
メントを、梁27のウエブ22から、上フランジ24a
が圧縮側で下フランジ24bが引張側の当該フランジ2
4a,24bを介して鋼製柱23に伝達する。
それに伴う面外変形はリブ材30によって抑えられる。
このようにリブ材30によって補強されたウエブ22か
らの曲げモーメントを鋼製柱23に伝達するフランジ2
4a,24b、特に鋼製柱23に接続されて梁27の塑
性ヒンジ領域を構成するその梁端接合部29のフランジ
部分を、いわゆる水平ハンチ形式でフランジ幅を拡張す
ることによってその断面積を梁27の一般部分や幅一定
部分Xよりも大きくした拡張部分Yとして形成したの
で、この断面積の大きな拡張部分Yで梁端接合部29に
発生する応力を低減させることができ、リブ材30の取
り付けのために多数の溶接接合箇所を抱える梁端接合部
29であってもフランジ24a,24bの耐力を向上さ
せることができる。
耐力を向上させたことにより、鋼製柱23の梁取り付け
箇所が面外変形した場合であっても、フランジ24a,
24bが早期に破断されることを防止することができ
る。またこれにより、フランジ厚を薄くすることも可能
になる。
るフランジ24a,24bの耐力を向上させたので、ウ
エブ22の応力を、当該拡張部分Yを介して鋼製柱23
に有効に伝達させることが可能となり、ウエブ22全体
を有効に働かせることができる。これにより曲げ応力に
対して、H形をなすこれらウエブ22およびフランジ2
4a,24b双方の全断面を有効として梁27の断面を
算定することができるようになる。
0cとフランジ24a,24bの先端部分であるフラン
ジ小端24cとを溶接接合しないようにして、溶接止端
部32がフランジ小端24cとならないようにしたの
で、従来のようにフランジ小端24c、特に引張側の下
フランジ24bのフランジ小端24cを溶接止端部とし
た場合にこの部分に圧縮や引っ張りが繰り返し作用して
応力が集中し、これにより当該フランジ小端24cを起
点としてフランジ24a,24bが脆性的に破断してし
まうことを防止できる。
てその座屈耐力が向上しているので、ウエブ厚を薄くで
きるとともに、リブ材30によってウエブ22が負担す
べき曲げモーメントも少なくなるので、鋼製柱23とウ
エブ22との接合部分において曲げモーメントの伝達を
担うフランジ24a,24bの拡張部分Yも、リブ材3
0がない場合に比べて、小さくすることができる。
接合部構造によれば、柱梁接合部20a,20bにおい
て、フランジ24a,24bの破断やウエブ22の座屈
が早期に発生することを防止でき、梁24a,24bの
塑性ヒンジ領域を拡大できて梁端接合部29の塑性変形
能力を高めることができるとともに、これと併せて梁2
7のフランジ厚やウエブ厚を薄くすることも可能であっ
て、梁27に対する鋼材使用量の削減も図ることができ
る。
示されている。図4は、リブ材30を、ウエブ22を挟
んで同じ位置に配置し、そのウエブ側端縁30bのみを
ウエブ22表面に溶接接合し、上下方向端縁30a,3
0cとフランジ24a,24bとはまったく溶接接合し
ないようにしたものである。リブ材30をフランジ24
a,24bに対して溶接接合しないので、梁27の耐力
は拡張部分Yを含むフランジ24a,24bの局部座屈
で決まることとなり、梁端接合部29に発生する歪みを
抑制することができる。
のみに配置し、そのウエブ側端縁30bのみをウエブ2
2表面に溶接接合し、上下方向端縁30a,30cとフ
ランジ24a,24bとはまったく溶接接合しないよう
にしたものである。図6は、リブ材30を、ウエブ22
を挟んで互い違いになるように異なる位置に配置し、そ
のウエブ側端縁30bのみをウエブ22表面に溶接接合
し、上下方向端縁30a,30cとフランジ24a,2
4bとはまったく溶接接合しないようにしたものであ
る。図5および図6の場合、図4の場合の効果に加え
て、ウエブ22に対する必要な座屈耐力を確保しつつ、
その補強箇所を少なくすることができる。
エブ22に溶接接合してウエブ22を補強し、かつフラ
ンジ24a,24bの拡張部分Yでその耐力を向上させ
るようにしていて、フランジ小端24cとの溶接接合も
存在しないようになっている。
例が示されている。これら変形例にあっては、リブ材3
0は、梁27の長手方向に沿って水平にかつウエブ22
の高さ方向に適宜間隔を隔てて複数枚配列され、そのウ
エブ側端縁30bがウエブ22表面に直角に突き当てら
れて設けられている。これにより、リブ材30はそのウ
エブ側端縁30bのみがウエブ22表面に溶接接合さ
れ、フランジ24a,24bとは距離が隔てられてまっ
たく溶接接合されないようになっている。
で同じ高さ位置に配置したものであり、図8は、リブ材
30を、ウエブ22の片側のみに配置したものであり、
図9は、リブ材30を、ウエブ22を挟んで互い違いに
なるように異なる高さ位置に配置したものである。図7
の構成では図4の場合と同様な効果を得ることができ、
また図8および図9の構成では図5および図6の場合と
同様な効果を確保することができる。
8の構造とを組み合わせて、ウエブ22の片面には上下
方向にリブ材30を配設し、反対側の面には水平方向に
リブ材30を配設する構成としてもよい。
張部分Yに関し、上記実施形態の変形例が示されてい
る。上記実施形態にあっては、拡張部分Yは左右のフラ
ンジ小端24cに三角形状の板材31を溶接接合するこ
とで形成されていたが、これに代えて図中(a)に示す
ように、鍛造で一体的に形成してもよい。この場合、梁
はウエブ22とフランジ24a,24bとを溶接接合し
て組み立てる組み立て式とし、柱梁接合部20aとして
は、工場溶接継ぎ手の形式をとることが好ましい。
ランジ小端24cには、図中(b)に示すような台形状
や図中(c)に示すような五角形状、さらには四半円形
状などの各種形態の板材31を溶接接合して、様々に形
成することができる。
張部分Yに関し、他の変形例が示されている。上記実施
形態では、フランジ24a,24bの断面積を拡張する
拡張部分Yを、フランジ幅を広げるようにして構成した
が、これに代えて、フランジ厚を厚くすることで形成す
るようにしてもよい。
9をなす梁27の端部のフランジ24a,24bは厚さ
一定部分Vと厚板部分Wとから形成され、厚板部分W
は、梁27の一般部分や厚さ一定部分Vと同一幅で、か
つその厚さt2が梁27の長手方向に厚さ一定部分Vの
厚さt1から鋼製柱23に向かって順次厚くなるテーパ
状に形成され、これにより梁端接合部29のフランジ2
4a,24bの断面積が梁27の一般部分や厚さ一定部
分Vよりも大きく形成される。そしてこれにより、厚板
部分Wと厚さ一定部分Vとの境界で塑性ヒンジを発生さ
せることができ、設定により任意に塑性ヒンジ領域を拡
大させることができる。本実施形態にあっても、上記実
施形態と同様な作用・効果を奏することはもちろんであ
る。
に図2の構造を適用して、すなわち梁端接合部29の厚
板部分Wを水平方向左右に拡張して、上記拡張部分Yと
して形成してもよい。このようにすれば、板厚とフラン
ジ幅とでさらに効果的に梁端接合部29におけるフラン
ジ24a,24bの断面積を増大させることができる。
限らず、円形や多角形であってもよく、その製造方法も
問わない。また、上記実施形態では、鋼管柱として中空
断面のものを例示して説明したが、コンクリート充填鋼
管柱でもH形鋼製の柱等、梁と溶接によって接合される
こととなる鋼製柱であれば、どのような柱であってもよ
いことはもちろんである。
製梁の梁端接合部構造にあっては、梁の塑性ヒンジ領域
を構成するその梁端接合部のフランジ部分を、その断面
積を梁の一般部分よりも大きく形成したので、この断面
積の大きなフランジ部分で梁端接合部に発生する応力を
低減させることができ、リブ材の取り付けのために多数
の溶接接合箇所を抱える梁端接合部であってもフランジ
の耐力を向上させることができる。従って、鋼製柱の梁
取り付け箇所が面外変形した場合であっても、フランジ
が早期に破断されることを防止することができる。
ランジの耐力を向上させたので、ウエブの応力を、鋼製
柱に有効に伝達させることが可能となり、ウエブ全体を
有効に働かせることができる。これにより曲げ応力に対
して、H形をなすこれらウエブおよびフランジ双方の全
断面を有効として梁の断面を算定することができる。
場合に、フランジ小端と溶接接合しないようにしたの
で、従来のようにフランジ小端を起点としてフランジが
脆性的に破断してしまうことを防止できる。
めにリブ材が備えられたH形鋼製梁のフランジの強度を
適切に保証することができ、梁の塑性ヒンジ領域となる
梁端接合部の構造耐力を向上させることができる。
一実施形態を示すための2種類の柱梁仕口部の斜視図で
ある。
一実施形態を説明するための図である。
一実施形態におけるフランジ小端部分の拡大斜視図であ
る。
変形例を説明するための図である。
変形例を説明するための図である。
変形例を説明するための図である。
変形例を説明するための図である。
変形例を説明するための図である。
変形例を説明するための図である。
の変形例を説明するための図である。
の他の変形例を説明するための図である。
のさらに他の変形例を説明するための図である。
のさらに他の変形例を説明するための図である。
めの2種類の柱梁仕口部の斜視図である。
フランジ小端部分の拡大斜視図である。
柱との接合部分の側面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 鋼製柱に接合されるH形鋼製梁の梁端接
合部に対し、そのウエブに溶接接合してリブ材を設ける
ようにしたH形鋼製梁の梁端接合部構造において、上記
梁端接合部の上記フランジの断面積が、上記梁の一般部
分よりも大きく形成されることを特徴とするH形鋼製梁
の梁端接合部構造。 - 【請求項2】 前記リブ材は、前記フランジに対し、そ
のフランジ小端を除いて、溶接接合されることを特徴と
する請求項1に記載のH形鋼製梁の梁端接合部構造。 - 【請求項3】 鋼製柱に接合されるH形鋼製梁の梁端接
合部に対し、そのウエブに溶接接合してリブ材を設ける
ようにしたH形鋼製梁の梁端接合部構造において、上記
リブ材は、上記フランジに対し、そのフランジ小端を除
いて、溶接接合されることを特徴とするH形鋼製梁の梁
端接合部構造。
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