JP2002227300A - 柱梁接合構造 - Google Patents
柱梁接合構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 梁の応力を柱に確実に伝達できると共に、柱
の局部降伏が生じにくく施工性にも優れた柱梁接合構造
を提供する。 【解決手段】 Ｈ形鋼製の梁１０をＨ形鋼製の柱１のフ
ランジ部３にノンダイヤフラムにて剛接合する柱梁接合
構造であって、柱１に梁１０の曲げにより発生する梁の
軸方向力が加わった際に、柱１より梁１０が先に降伏す
るように柱１と梁１０の降伏耐力を設定した。
の局部降伏が生じにくく施工性にも優れた柱梁接合構造
を提供する。 【解決手段】 Ｈ形鋼製の梁１０をＨ形鋼製の柱１のフ
ランジ部３にノンダイヤフラムにて剛接合する柱梁接合
構造であって、柱１に梁１０の曲げにより発生する梁の
軸方向力が加わった際に、柱１より梁１０が先に降伏す
るように柱１と梁１０の降伏耐力を設定した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は柱と梁の接合構造に
関し、特にＨ形鋼の柱と梁の接合構造に関する。
関し、特にＨ形鋼の柱と梁の接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来のＨ形鋼からなる柱と梁
（以下においては単に「柱」「梁」という）の接合構造
の説明図であり、柱の水平断面を含む平面図を示してい
る。従来の柱梁接合構造は、図１０に示すように、柱５
０の両側の柱フランジ５１に梁５５の梁フランジ５７及
び梁ウェブ５９を直接接合している。そして、対向する
柱フランジ５１間に柱ウェブ５３に直角方向に梁フラン
ジ５７と同厚以上のダイアフラム６１を設置している。
ダイアフラム６１を設置するのは、梁５５の応力を柱５
０に確実に伝達し、かつ接合部パネル部に図１１（ａ）
（ｂ）（図１１（ｂ）はパネル部の側面図）に示すよう
な局部降伏が生ずるのを避けるためである。そして、接
合部パネルに局部降伏が生じない結果、柱５０の座屈を
防止して建物全体の倒壊を可及的に防止している。
（以下においては単に「柱」「梁」という）の接合構造
の説明図であり、柱の水平断面を含む平面図を示してい
る。従来の柱梁接合構造は、図１０に示すように、柱５
０の両側の柱フランジ５１に梁５５の梁フランジ５７及
び梁ウェブ５９を直接接合している。そして、対向する
柱フランジ５１間に柱ウェブ５３に直角方向に梁フラン
ジ５７と同厚以上のダイアフラム６１を設置している。
ダイアフラム６１を設置するのは、梁５５の応力を柱５
０に確実に伝達し、かつ接合部パネル部に図１１（ａ）
（ｂ）（図１１（ｂ）はパネル部の側面図）に示すよう
な局部降伏が生ずるのを避けるためである。そして、接
合部パネルに局部降伏が生じない結果、柱５０の座屈を
防止して建物全体の倒壊を可及的に防止している。
【０００３】従来の柱梁接合構造に関する他の例とし
て、図１２に示すように、柱フランジ５１に接合したガ
セットプレート６３に梁ウェブ５９のみをボルト接合し
たピン接合構造がある。この接合構造では柱５０に対し
て梁５５のせん断力と軸方向力のみを伝達して曲げを伝
えないため、ダイアフラムを設けないのが一般的であ
る。
て、図１２に示すように、柱フランジ５１に接合したガ
セットプレート６３に梁ウェブ５９のみをボルト接合し
たピン接合構造がある。この接合構造では柱５０に対し
て梁５５のせん断力と軸方向力のみを伝達して曲げを伝
えないため、ダイアフラムを設けないのが一般的であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示した接合構
造においては、ダイアフラム６１を取り付けるための裏
はつり等の溶接施工が難しく、材料コストおよび施工コ
ストの増加につながるという問題がある。また、柱の弱
軸方向（柱５０のウェブ５３に直交する方向）に梁、壁
部材等のその他の部材を接合する場合にダイアフラム６
１がじゃまになって施工がやりにくいという問題もあ
る。また、図１２に示したピン接合構造の場合には、鉛
直荷重に対して梁５５の中央部の曲げモーメントが大き
くなり、梁５５のたわみも大きくなるため柱スパンが短
くなるという問題がある。
造においては、ダイアフラム６１を取り付けるための裏
はつり等の溶接施工が難しく、材料コストおよび施工コ
ストの増加につながるという問題がある。また、柱の弱
軸方向（柱５０のウェブ５３に直交する方向）に梁、壁
部材等のその他の部材を接合する場合にダイアフラム６
１がじゃまになって施工がやりにくいという問題もあ
る。また、図１２に示したピン接合構造の場合には、鉛
直荷重に対して梁５５の中央部の曲げモーメントが大き
くなり、梁５５のたわみも大きくなるため柱スパンが短
くなるという問題がある。
【０００５】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、梁の応力を柱に確実に伝達できると
共に、柱の局部降伏が生じにくく施工性にも優れた柱梁
接合構造を提供することを目的とする。
されたものであり、梁の応力を柱に確実に伝達できると
共に、柱の局部降伏が生じにくく施工性にも優れた柱梁
接合構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る柱梁接合構
造は、Ｈ形鋼製の梁をＨ形鋼製の柱のフランジ部にノン
ダイヤフラムにて剛接合する柱梁接合構造であって、前
記柱に前記梁の曲げにより発生する梁の軸方向力が加わ
った際に、前記柱より前記梁が先に降伏するように前記
柱と前記梁の降伏耐力を設定したものである。
造は、Ｈ形鋼製の梁をＨ形鋼製の柱のフランジ部にノン
ダイヤフラムにて剛接合する柱梁接合構造であって、前
記柱に前記梁の曲げにより発生する梁の軸方向力が加わ
った際に、前記柱より前記梁が先に降伏するように前記
柱と前記梁の降伏耐力を設定したものである。
【０００７】また、Ｈ形鋼製の梁をＨ形鋼製の柱のフラ
ンジ部にノンダイヤフラムにて剛接接合する柱梁接合構
造であって、前記柱に前記梁の曲げにより発生する梁の
軸方向力が加わった際に、前記柱より前記梁が先に降伏
するように前記柱と前記梁の断面形状バランスを設定し
たものである。
ンジ部にノンダイヤフラムにて剛接接合する柱梁接合構
造であって、前記柱に前記梁の曲げにより発生する梁の
軸方向力が加わった際に、前記柱より前記梁が先に降伏
するように前記柱と前記梁の断面形状バランスを設定し
たものである。
【０００８】また、柱と梁の断面形状バランスを次式に
よって特定したことを特徴とするものである。
よって特定したことを特徴とするものである。
【数２】
【０００９】また、柱のウェブに弱軸方向に向けて梁を
ボルト接合したことを特徴とするものである。
ボルト接合したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の一
実施の形態の説明図であり、梁と柱の接合構造の側面図
（図１（ａ））と平面図（図１（ｂ））を示している。
図に示すように、本実施の形態における柱と梁の接合構
造は、Ｈ形鋼からなる柱１のフランジ部３に、同じくＨ
形鋼からなる梁１０を溶接接合し、かつ、柱１にダイヤ
フラムを設けていない構造である（本明細書においてノ
ンダイヤフラムという）。
実施の形態の説明図であり、梁と柱の接合構造の側面図
（図１（ａ））と平面図（図１（ｂ））を示している。
図に示すように、本実施の形態における柱と梁の接合構
造は、Ｈ形鋼からなる柱１のフランジ部３に、同じくＨ
形鋼からなる梁１０を溶接接合し、かつ、柱１にダイヤ
フラムを設けていない構造である（本明細書においてノ
ンダイヤフラムという）。
【００１１】このように本実施の形態の柱梁接合構造に
おいては、ダイヤフラムを設けることなく、接合部パネ
ル部に局部降伏が生じないように、柱１と梁１０の断面
形状バランスを設定している。
おいては、ダイヤフラムを設けることなく、接合部パネ
ル部に局部降伏が生じないように、柱１と梁１０の断面
形状バランスを設定している。
【００１２】以下、この断面形状バランスについて説明
する。なお、柱と梁の断面形状を構成する各部位、及び
応力度については、次のように表記する。 １．柱に関するもの 柱のウェブ厚 ：cｔw 柱のフランジ厚：cｔf 柱のフィレットの半径：ｒ 柱ウェブの降伏引張力：cＰy 柱降伏応力度：cσy 柱フランジに生じる曲げモーメント：bＭy ２．梁に関するもの 梁のウェブ厚 ：bｔw 梁のフランジ厚：bｔf 梁のフランジ幅：bＢ 梁降伏引張力：bＰy 梁降伏応力度：bσy
する。なお、柱と梁の断面形状を構成する各部位、及び
応力度については、次のように表記する。 １．柱に関するもの 柱のウェブ厚 ：cｔw 柱のフランジ厚：cｔf 柱のフィレットの半径：ｒ 柱ウェブの降伏引張力：cＰy 柱降伏応力度：cσy 柱フランジに生じる曲げモーメント：bＭy ２．梁に関するもの 梁のウェブ厚 ：bｔw 梁のフランジ厚：bｔf 梁のフランジ幅：bＢ 梁降伏引張力：bＰy 梁降伏応力度：bσy
【００１３】柱１は柱フランジ３と柱ウェブ５から構成
されているので、柱１が局部降伏しないためには柱フラ
ンジ３及び柱ウェブ５が梁１０よりも先に降伏しなけれ
ばよい。逆に言えば、梁１０が柱フランジ３及び柱ウェ
ブ５よりも先に降伏するように設定すればよい。ところ
で、柱フランジ３には上下の梁フランジ１３が接合され
ており、梁１０に下向き荷重が作用した場合には、柱１
は梁１０の上フランジ１３からは引張力を受け、下フラ
ンジ１３からは圧縮力を受けることになる。ただ、引張
力、圧縮力共に柱フランジ３及び柱フランジ３を介して
の柱ウェブ５に力を及ぼし、その大きさもほぼ等しいと
考えられるので、梁１０の上フランジ１３側における柱
１との接合部を検討すれば、それはそのまま下フランジ
１３側でも妥当する。
されているので、柱１が局部降伏しないためには柱フラ
ンジ３及び柱ウェブ５が梁１０よりも先に降伏しなけれ
ばよい。逆に言えば、梁１０が柱フランジ３及び柱ウェ
ブ５よりも先に降伏するように設定すればよい。ところ
で、柱フランジ３には上下の梁フランジ１３が接合され
ており、梁１０に下向き荷重が作用した場合には、柱１
は梁１０の上フランジ１３からは引張力を受け、下フラ
ンジ１３からは圧縮力を受けることになる。ただ、引張
力、圧縮力共に柱フランジ３及び柱フランジ３を介して
の柱ウェブ５に力を及ぼし、その大きさもほぼ等しいと
考えられるので、梁１０の上フランジ１３側における柱
１との接合部を検討すれば、それはそのまま下フランジ
１３側でも妥当する。
【００１４】また、柱１は梁１０端部のウェブ１５から
も力を受けることになるが、柱１はＨ形鋼であるため、
梁ウェブ１５と柱ウェブ５が同軸上に位置しており、梁
ウェブ１５の応力は柱ウェブ５に直接伝達され、梁ウェ
ブ１５に発生する応力の柱フランジへ３の影響はない。
また、梁ウェブ１５の応力は、梁ウェブ１５の上下部で
最も大きくなり、中央で最小となり、梁フランジ１３の
応力よりも小さいので、梁フランジ１３の応力を検討す
れば足りる。このように、梁フランジ１３の応力を検討
すれば、梁ウェブ１５の応力を別個に検討する必要はな
いと言える。そこで、以下においては、柱１と梁１０の
上フランジ１３との接合部に着目し、この部分において
柱ウェブ５及び柱フランジ３が梁フランジ１３よりも降
伏耐力が大きくなるように設定する方法について説明す
る。
も力を受けることになるが、柱１はＨ形鋼であるため、
梁ウェブ１５と柱ウェブ５が同軸上に位置しており、梁
ウェブ１５の応力は柱ウェブ５に直接伝達され、梁ウェ
ブ１５に発生する応力の柱フランジへ３の影響はない。
また、梁ウェブ１５の応力は、梁ウェブ１５の上下部で
最も大きくなり、中央で最小となり、梁フランジ１３の
応力よりも小さいので、梁フランジ１３の応力を検討す
れば足りる。このように、梁フランジ１３の応力を検討
すれば、梁ウェブ１５の応力を別個に検討する必要はな
いと言える。そこで、以下においては、柱１と梁１０の
上フランジ１３との接合部に着目し、この部分において
柱ウェブ５及び柱フランジ３が梁フランジ１３よりも降
伏耐力が大きくなるように設定する方法について説明す
る。
【００１５】この設定方法としては、柱ウェブ５及び柱
フランジ３における応力負担部分を特定し、この部分に
おける柱ウェブ５の降伏引張力：cＰyが梁降伏引張力：
bＰyより大きく、かつ、柱フランジ３の降伏曲げモーメ
ント：cＭyが梁降伏時に柱フランジ３に生じる曲げモー
メント：bＭyより大きく設定すればよい。
フランジ３における応力負担部分を特定し、この部分に
おける柱ウェブ５の降伏引張力：cＰyが梁降伏引張力：
bＰyより大きく、かつ、柱フランジ３の降伏曲げモーメ
ント：cＭyが梁降伏時に柱フランジ３に生じる曲げモー
メント：bＭyより大きく設定すればよい。
【００１６】まず、柱ウェブ５について説明する。図２
は柱ウェブ５の応力負担面積の特定方法の説明図であ
り、図２（ａ）が側面図、図２（ｂ）が平面図である。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、柱フランジ３に梁フラ
ンジ１３が溶接され、梁フランジ１３から柱フランジ３
に対して引張力Ｐが作用すると、この力は柱１の上下方
向に一定の広がりをもって伝達される。このとき、柱フ
ランジ３に伝達された力が柱フランジ３の厚み及びフィ
レット７で一定の角度で上下方向に広がりながら伝達さ
れると考えられる。
は柱ウェブ５の応力負担面積の特定方法の説明図であ
り、図２（ａ）が側面図、図２（ｂ）が平面図である。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、柱フランジ３に梁フラ
ンジ１３が溶接され、梁フランジ１３から柱フランジ３
に対して引張力Ｐが作用すると、この力は柱１の上下方
向に一定の広がりをもって伝達される。このとき、柱フ
ランジ３に伝達された力が柱フランジ３の厚み及びフィ
レット７で一定の角度で上下方向に広がりながら伝達さ
れると考えられる。
【００１７】そこで、この上下方向への広がりを柱フラ
ンジ３の厚み及びフィレット７の半径ｒを用いて表す
と、α（応力分布係数），δを定数としてα（cｔf＋δ
ｒ）と表すことができる。ここで、ｒにδを乗じたの
は、力の広がりに関しては柱フランジ３よりもフィレッ
ト７の影響は小さいと考えられるが、この影響をどの程
度と見るかが不明なためである（この点は後に明らかに
する）。上下方向への広がりをα（cｔf＋δｒ）とした
場合、柱ウェブ５の応力負担部分の面積Ａwは（柱ウェ
ブ厚）×（柱ウェブ負担高さ）となり、次の式（１）で
表現できる。 Ａw＝cｔw（bｔf＋α（cｔf＋δｒ））・・・・・・・（１） したがって、柱の局部降伏耐力式はc Ｐy＝cσy×Ａw ＝cσy×cｔw（bｔf＋α（cｔf＋δｒ））・・・（２） と表現できる。
ンジ３の厚み及びフィレット７の半径ｒを用いて表す
と、α（応力分布係数），δを定数としてα（cｔf＋δ
ｒ）と表すことができる。ここで、ｒにδを乗じたの
は、力の広がりに関しては柱フランジ３よりもフィレッ
ト７の影響は小さいと考えられるが、この影響をどの程
度と見るかが不明なためである（この点は後に明らかに
する）。上下方向への広がりをα（cｔf＋δｒ）とした
場合、柱ウェブ５の応力負担部分の面積Ａwは（柱ウェ
ブ厚）×（柱ウェブ負担高さ）となり、次の式（１）で
表現できる。 Ａw＝cｔw（bｔf＋α（cｔf＋δｒ））・・・・・・・（１） したがって、柱の局部降伏耐力式はc Ｐy＝cσy×Ａw ＝cσy×cｔw（bｔf＋α（cｔf＋δｒ））・・・（２） と表現できる。
【００１８】ここで、まず、δ値の決定方法について説
明する。ｒ＝２６ｍｍとｒ＝５２ｍｍとした２つのＦＥ
Ｍ解析を行った結果得られた解析値（Ａ２６、Ａ５２）
と、上記の式において仮にα＝３，δ＝１とした時の、
ｒ＝２６ｍｍとｒ＝５２ｍｍの場合における計算値（Ｂ
２６、Ｂ５２）をそれぞれ求める。この結果、Ａ２６＝
Ｂ２６となってもＡ５２＝Ｂ５２とはならなかった。こ
のことから、仮にα＝２とした場合には、Ａ５２＝Ｂ５
２にはなったとしても、反対にＡ２６＝Ｂ２６とはなら
ないことなる。これは、δ＝１と仮定したことがｒの影
響を大きく評価し過ぎていることを意味する。
明する。ｒ＝２６ｍｍとｒ＝５２ｍｍとした２つのＦＥ
Ｍ解析を行った結果得られた解析値（Ａ２６、Ａ５２）
と、上記の式において仮にα＝３，δ＝１とした時の、
ｒ＝２６ｍｍとｒ＝５２ｍｍの場合における計算値（Ｂ
２６、Ｂ５２）をそれぞれ求める。この結果、Ａ２６＝
Ｂ２６となってもＡ５２＝Ｂ５２とはならなかった。こ
のことから、仮にα＝２とした場合には、Ａ５２＝Ｂ５
２にはなったとしても、反対にＡ２６＝Ｂ２６とはなら
ないことなる。これは、δ＝１と仮定したことがｒの影
響を大きく評価し過ぎていることを意味する。
【００１９】そこで、ある一つのαに対する計算値が、
ぞれぞれ解析値（Ａ２６，Ａ５２）と等しくなるための
ｒの係数を求めることを考える。αを変数として、その
他のパラメータは全て決まっているとすると、上記式
（２）について以下のような式が立てられる。 Ａ２６＝Ｘ＋α26×（Ｙ＋２６δ）・・・・・・・・・・・・（３） Ａ５２＝Ｘ＋α52×（Ｙ＋５２δ）・・・・・・・・・・・・（４） 但し、Ｘ，Ｙは固定値とする。前述のように、δ＝１と
して上記２式からそれぞれ得られるα26（＝３）とα 52
（＝２）は等しくならない。
ぞれぞれ解析値（Ａ２６，Ａ５２）と等しくなるための
ｒの係数を求めることを考える。αを変数として、その
他のパラメータは全て決まっているとすると、上記式
（２）について以下のような式が立てられる。 Ａ２６＝Ｘ＋α26×（Ｙ＋２６δ）・・・・・・・・・・・・（３） Ａ５２＝Ｘ＋α52×（Ｙ＋５２δ）・・・・・・・・・・・・（４） 但し、Ｘ，Ｙは固定値とする。前述のように、δ＝１と
して上記２式からそれぞれ得られるα26（＝３）とα 52
（＝２）は等しくならない。
【００２０】そこで、ｒの係数δを１／２，１／３、１
／４・・・・と変えて同じように式を立て、このとき
の、α26／α52を縦軸に、ｒの値を横軸にとってグラフ
に示すと図３のようになる。
／４・・・・と変えて同じように式を立て、このとき
の、α26／α52を縦軸に、ｒの値を横軸にとってグラフ
に示すと図３のようになる。
【００２１】図３から判るように、δ＝０．２（１／
５）のときにα26／α52＝１となっており、この時のα
をα’とし、式（２）による計算値をＢ’とすれば、 Ｂ’＝Ｘ＋α'×（Ｙ＋ｒ／５）・・・・・・・・・・・・・（５） となり、ｒ＝２６ｍｍとｒ＝５２ｍｍをそれぞれ代入し
て得られるＢ’２６、Ｂ’５２、はそれぞれ解析値であ
るＡ２６、Ａ５２と一致し、Ｂ’２６＝Ａ２６かつＢ’
５２＝Ａ５２となる。以上より、フレットの影響を決定
する係数δは１／５が適切であることが判明した。そこ
で、δ＝１／５を式（２）に代入すると、c Ｐy＝cσy×Ａw ＝cσy×cｔw（bｔf＋α（cｔf＋１／５ｒ））・・・・・（６） となる。
５）のときにα26／α52＝１となっており、この時のα
をα’とし、式（２）による計算値をＢ’とすれば、 Ｂ’＝Ｘ＋α'×（Ｙ＋ｒ／５）・・・・・・・・・・・・・（５） となり、ｒ＝２６ｍｍとｒ＝５２ｍｍをそれぞれ代入し
て得られるＢ’２６、Ｂ’５２、はそれぞれ解析値であ
るＡ２６、Ａ５２と一致し、Ｂ’２６＝Ａ２６かつＢ’
５２＝Ａ５２となる。以上より、フレットの影響を決定
する係数δは１／５が適切であることが判明した。そこ
で、δ＝１／５を式（２）に代入すると、c Ｐy＝cσy×Ａw ＝cσy×cｔw（bｔf＋α（cｔf＋１／５ｒ））・・・・・（６） となる。
【００２２】以上のように柱の局部降伏耐力式を特定で
きたので、次に、実際のＦＥＭ解析結果と上記の式
（６）の計算結果からαの値を求める。図４はＦＥＭ解
析結果と式（６）の結果との対比から得られる応力分布
係数αと柱ウェブ厚cｔwの関係を示すグラフであり、縦
軸が応力分布係数αを、横軸が柱ウェブ厚cｔwをそれぞ
れ示している。図４のグラフからα＝２．５が最小値で
あり、α＝２．５として断面形状バランスを特定すれば
柱ウェブ５の強度としては最も安全側になる。従って、
式（６）にα＝２．５を代入し、柱ウェブ５の降伏引張
力：cＰyを特定する。 cＰy＝cσy×cｔw（bｔf＋２．５（cｔf＋１／５ｒ））・・・（７）
きたので、次に、実際のＦＥＭ解析結果と上記の式
（６）の計算結果からαの値を求める。図４はＦＥＭ解
析結果と式（６）の結果との対比から得られる応力分布
係数αと柱ウェブ厚cｔwの関係を示すグラフであり、縦
軸が応力分布係数αを、横軸が柱ウェブ厚cｔwをそれぞ
れ示している。図４のグラフからα＝２．５が最小値で
あり、α＝２．５として断面形状バランスを特定すれば
柱ウェブ５の強度としては最も安全側になる。従って、
式（６）にα＝２．５を代入し、柱ウェブ５の降伏引張
力：cＰyを特定する。 cＰy＝cσy×cｔw（bｔf＋２．５（cｔf＋１／５ｒ））・・・（７）
【００２３】式（７）は柱ウェブ５の降伏引張力を示し
ているので、梁フランジ１３が柱ウェブ５に先行して降
伏するためには、柱ウェブ５の降伏引張力：cＰyが梁降
伏引張力：bＰy＝bＢ×bｔf×bσyよりも大きいこと、
すなわちcＰy＞bＰyとなることが必要条件となる。この
cＰy＞bＰyを具体的に示すと次の式（８）になる。
ているので、梁フランジ１３が柱ウェブ５に先行して降
伏するためには、柱ウェブ５の降伏引張力：cＰyが梁降
伏引張力：bＰy＝bＢ×bｔf×bσyよりも大きいこと、
すなわちcＰy＞bＰyとなることが必要条件となる。この
cＰy＞bＰyを具体的に示すと次の式（８）になる。
【００２４】
【数３】
【００２５】次に、柱フランジ３について説明する。図
５は柱フランジ３の応力負担部分の特定方法の説明図で
あり、柱フランジ３と梁フランジ１３の接合部を側方か
ら見た図である。図５に示すように、柱フランジ３に梁
フランジ１３が溶接され、梁フランジ１３から柱フラン
ジ３に対して引張力Ｐが作用すると、この力は柱フラン
ジ３の上下方向一定の範囲で応力負担される。そこで、
この範囲を、定数β（応力分布係数）を用いてβbｔfと
表現する。ところで、柱フランジ３の降伏モーメントc
Ｍyは断面係数Ｚcを用いて表すとcＭy＝cσyＺcとな
る。そして、このcＭyを上記の柱フランジの応力負担高
さβbｔfを用いて表せば、次の式（９）になる。 cＭy＝cσy（β×bｔf×cｔf 2）／６・・・・・・・・・・・・（９）
５は柱フランジ３の応力負担部分の特定方法の説明図で
あり、柱フランジ３と梁フランジ１３の接合部を側方か
ら見た図である。図５に示すように、柱フランジ３に梁
フランジ１３が溶接され、梁フランジ１３から柱フラン
ジ３に対して引張力Ｐが作用すると、この力は柱フラン
ジ３の上下方向一定の範囲で応力負担される。そこで、
この範囲を、定数β（応力分布係数）を用いてβbｔfと
表現する。ところで、柱フランジ３の降伏モーメントc
Ｍyは断面係数Ｚcを用いて表すとcＭy＝cσyＺcとな
る。そして、このcＭyを上記の柱フランジの応力負担高
さβbｔfを用いて表せば、次の式（９）になる。 cＭy＝cσy（β×bｔf×cｔf 2）／６・・・・・・・・・・・・（９）
【００２６】次に、実際のＦＥＭ解析結果と上記の式
（９）の算出結果からβの値を求める。図６はＦＥＭ解
析結果と式（９）の計算結果との対比から得られる応力
分布係数βと柱ウェブ厚cｔwの関係を示すグラフであ
り、縦軸が応力分布係数βを、横軸が柱ウェブ厚cｔwを
それぞれ示している。図６のグラフから判るようにβ＝
４．５が最小値であり、β＝４．５として断面形状バラ
ンスを特定すれば柱フランジ３の強度としては最も安全
側になる。したがって、柱フランジ３の降伏モーメント
cＭyは次式（１０）のように表現できる。 cＭy＝cσy（４．５×bｔf×cｔf 2）／６・・・・・・・・・（１０）
（９）の算出結果からβの値を求める。図６はＦＥＭ解
析結果と式（９）の計算結果との対比から得られる応力
分布係数βと柱ウェブ厚cｔwの関係を示すグラフであ
り、縦軸が応力分布係数βを、横軸が柱ウェブ厚cｔwを
それぞれ示している。図６のグラフから判るようにβ＝
４．５が最小値であり、β＝４．５として断面形状バラ
ンスを特定すれば柱フランジ３の強度としては最も安全
側になる。したがって、柱フランジ３の降伏モーメント
cＭyは次式（１０）のように表現できる。 cＭy＝cσy（４．５×bｔf×cｔf 2）／６・・・・・・・・・（１０）
【００２７】一方、梁降伏時に柱フランジ３に生じる曲
げモーメントをbＭyとし、このbＭyの値を求める。図７
はbＭyの求め方の説明図であり、柱梁接合部の平面図で
ある。そして、図７（ａ）が各部の寸法関係の説明図で
あり、図７（ｂ）が梁フランジ１３に生ずる単位長さ当
たりの応力を示している。
げモーメントをbＭyとし、このbＭyの値を求める。図７
はbＭyの求め方の説明図であり、柱梁接合部の平面図で
ある。そして、図７（ａ）が各部の寸法関係の説明図で
あり、図７（ｂ）が梁フランジ１３に生ずる単位長さ当
たりの応力を示している。
【００２８】本実施の形態においては、図７（ａ）に示
すように、柱フランジ片側荷重負担幅Ｌを次式（１１）
のように特定した。 Ｌ＝（ｂＢ−（cｔw＋２×ｒ）／２）／２・・・・・・・・・（１１） このように、柱フランジ片側荷重負担幅をＬとして、柱
フランジ３は外側端部を自由端、中央側を固定端とする
片持梁とみなすことができる。そして、このとき、柱断
面より梁フランジ１３に生じる応力分布は直線的に変化
し、図７（ｂ）に示すように柱フランジ３の外端側から
中央に向けて除々に大きくなり、中央部で最大となるこ
とが解析結果から判明した。なお、柱フランジ３の外端
部の応力をω1、中央部の応力をω2、柱フランジ３を片
持梁と見なしたときの固定端における応力をω3として
いる。
すように、柱フランジ片側荷重負担幅Ｌを次式（１１）
のように特定した。 Ｌ＝（ｂＢ−（cｔw＋２×ｒ）／２）／２・・・・・・・・・（１１） このように、柱フランジ片側荷重負担幅をＬとして、柱
フランジ３は外側端部を自由端、中央側を固定端とする
片持梁とみなすことができる。そして、このとき、柱断
面より梁フランジ１３に生じる応力分布は直線的に変化
し、図７（ｂ）に示すように柱フランジ３の外端側から
中央に向けて除々に大きくなり、中央部で最大となるこ
とが解析結果から判明した。なお、柱フランジ３の外端
部の応力をω1、中央部の応力をω2、柱フランジ３を片
持梁と見なしたときの固定端における応力をω3として
いる。
【００２９】そして、柱断面位置により梁フランジ１３
に生じる応力分布が図７（ｂ）に示すように直線変化す
ることから、この変化率を梁１０の中央部と端部の応力
比率を上記負担幅Ｌと柱フランジ厚cｔfの幅厚比cｔf／
Ｌを用いて近似し、中央部応力ω2と端部応力ω1をそれ
ぞれ次式（１２），（１３）で表す。 ω1＝（cｔf／Ｌ）ω2 ・・・・・・・・・・・・（１２） ω2＝２ω／（１＋cｔf／Ｌ） ・・・・・・・・・・・（１３） ここで、ωは等分布としたときの単位長さ当たりの応力
である。
に生じる応力分布が図７（ｂ）に示すように直線変化す
ることから、この変化率を梁１０の中央部と端部の応力
比率を上記負担幅Ｌと柱フランジ厚cｔfの幅厚比cｔf／
Ｌを用いて近似し、中央部応力ω2と端部応力ω1をそれ
ぞれ次式（１２），（１３）で表す。 ω1＝（cｔf／Ｌ）ω2 ・・・・・・・・・・・・（１２） ω2＝２ω／（１＋cｔf／Ｌ） ・・・・・・・・・・・（１３） ここで、ωは等分布としたときの単位長さ当たりの応力
である。
【００３０】bＢ−２Ｌの幅（図７（ａ）の中央部）で
は、完全剛で曲げによる影響はないものとすると、固定
端での応力ω3はω1、ω2を用いて次式（１４）のよう
に表すことができる。 ω3＝（１−２Ｌ／bＢ）ω1＋（２Ｌ／bＢ）ω2・・・・（１４） そして、長さＬの片持ち梁の自由端にω1、固定端にω3
の荷重を受けたときの固定端部に生じる曲げモーメント
Ｍは、梁の公式から次式（１５）によって求められる。 Ｍ＝（２ω1＋ω3）Ｌ2／６ ・・・・・・・・・・・（１５） そして、梁降伏応力度をbσyとすれば、梁降伏時におい
ては、ω＝bσy×bｔfとなるので、梁降伏時の固体端部
に生じるモーメントbＭyは、式（１５）に式（１２）〜
（１４）を代入すると共にω＝bσy×bｔfの関係を代入
することによって次式（１６）のようになる。
は、完全剛で曲げによる影響はないものとすると、固定
端での応力ω3はω1、ω2を用いて次式（１４）のよう
に表すことができる。 ω3＝（１−２Ｌ／bＢ）ω1＋（２Ｌ／bＢ）ω2・・・・（１４） そして、長さＬの片持ち梁の自由端にω1、固定端にω3
の荷重を受けたときの固定端部に生じる曲げモーメント
Ｍは、梁の公式から次式（１５）によって求められる。 Ｍ＝（２ω1＋ω3）Ｌ2／６ ・・・・・・・・・・・（１５） そして、梁降伏応力度をbσyとすれば、梁降伏時におい
ては、ω＝bσy×bｔfとなるので、梁降伏時の固体端部
に生じるモーメントbＭyは、式（１５）に式（１２）〜
（１４）を代入すると共にω＝bσy×bｔfの関係を代入
することによって次式（１６）のようになる。
【００３１】
【数４】
【００３２】以上のようにして、cＭyとbＭyが式により
特定できたので、梁が柱フランジより先に降伏するため
の条件、cＭy＞ｂＭｙは次式（１７）となる。
特定できたので、梁が柱フランジより先に降伏するため
の条件、cＭy＞ｂＭｙは次式（１７）となる。
【００３３】
【数５】
【００３４】以上から、梁が柱より先に降伏するための
条件はcＰy＞bＰyかつcＭy＞ｂＭｙであり、具体的には
式（８），（１７）を満たすことであり、次式（１８）
になる。
条件はcＰy＞bＰyかつcＭy＞ｂＭｙであり、具体的には
式（８），（１７）を満たすことであり、次式（１８）
になる。
【００３５】
【数６】
【００３６】以上のように本実施の形態１においては、
ダイヤフラムを設けることなく、接合部パネル部に局部
降伏が生じないように、柱１と梁１０の断面形状バラン
スを設定したので、ダイアフラムを設置することに伴う
施工および加工コストを減少させることができる。
ダイヤフラムを設けることなく、接合部パネル部に局部
降伏が生じないように、柱１と梁１０の断面形状バラン
スを設定したので、ダイアフラムを設置することに伴う
施工および加工コストを減少させることができる。
【００３７】実施の形態２．図８は本発明の実施の形態
２の説明図である。この実施の形態２においては、実施
の形態１に示した柱梁接合構造を採用し、弱軸方向にＨ
形鋼からなる別の梁を柱のウェブにボルト接合したもの
である。
２の説明図である。この実施の形態２においては、実施
の形態１に示した柱梁接合構造を採用し、弱軸方向にＨ
形鋼からなる別の梁を柱のウェブにボルト接合したもの
である。
【００３８】図８（ａ）においては、ガセットプレート
２１を柱ウェブ５に溶接し、これに梁ウェブ１５をボル
ト接合したものである。また、図８（ｂ）は柱弱軸方向
に設置する梁の先端部に接合用プレート２３を溶接し、
この接合用プレート２３を柱ウェブ５にボルト接合した
ものである。
２１を柱ウェブ５に溶接し、これに梁ウェブ１５をボル
ト接合したものである。また、図８（ｂ）は柱弱軸方向
に設置する梁の先端部に接合用プレート２３を溶接し、
この接合用プレート２３を柱ウェブ５にボルト接合した
ものである。
【００３９】以上のように本実施の形態においては、実
施の形態１の断面形状バランスを採用することにより柱
弱軸側のダイヤフラムを不要とした結果、柱弱軸方向に
梁を簡単に設置することができる。
施の形態１の断面形状バランスを採用することにより柱
弱軸側のダイヤフラムを不要とした結果、柱弱軸方向に
梁を簡単に設置することができる。
【００４０】
【実施例】梁をＲＨ−６００×２００×１１×１７とし
た場合と、ＲＨ−９００×３００×１６×２８とした場
合の２通りについて、実施の形態１における（１８）式
を用いて求めたノンダイアフラムとすることが可能な柱
断面の範囲を具体例に示す。なお、柱フランジ幅は梁幅
と同じとし、柱せいはＨ＝４５２＋２×cｔfとしてい
る。
た場合と、ＲＨ−９００×３００×１６×２８とした場
合の２通りについて、実施の形態１における（１８）式
を用いて求めたノンダイアフラムとすることが可能な柱
断面の範囲を具体例に示す。なお、柱フランジ幅は梁幅
と同じとし、柱せいはＨ＝４５２＋２×cｔfとしてい
る。
【００４１】図９は、この具体例の範囲を示す図であ
り、図９において縦軸は柱フランジ厚、横軸は柱ウェブ
厚をそれぞれ示しており、図中において影を付けた部分
が適用可能な範囲を示している。
り、図９において縦軸は柱フランジ厚、横軸は柱ウェブ
厚をそれぞれ示しており、図中において影を付けた部分
が適用可能な範囲を示している。
【００４２】なお、上記の説明では梁を柱に先行して降
伏させるために柱と梁の断面形状バランスを特定するこ
ととして説明したが、柱と梁の材料強度の違いによって
は、断面形状が同じであっても、梁を柱に先行して降伏
させることはできる。したがって、本発明のこのような
場合も含むものである。
伏させるために柱と梁の断面形状バランスを特定するこ
ととして説明したが、柱と梁の材料強度の違いによって
は、断面形状が同じであっても、梁を柱に先行して降伏
させることはできる。したがって、本発明のこのような
場合も含むものである。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、柱に梁の曲げにより発生する梁の軸方向力が加わっ
た際に、柱より梁が先に降伏するように柱と梁の降伏耐
力を設定したことにより、柱フランジおよびウェブの局
部降伏を生じないための十分な剛性を確保したノンダイ
アフラム構造が可能となり、施工および加工コストを低
減させることができる。また、柱梁接合部をノンダイア
フラム構造とすることにより、柱の弱軸方向に梁を簡易
なボルト接合で取り付けることが可能となる。さらに、
柱の強弱軸方向で異なるせいの梁を簡易に取り付けるこ
とも可能となる。
は、柱に梁の曲げにより発生する梁の軸方向力が加わっ
た際に、柱より梁が先に降伏するように柱と梁の降伏耐
力を設定したことにより、柱フランジおよびウェブの局
部降伏を生じないための十分な剛性を確保したノンダイ
アフラム構造が可能となり、施工および加工コストを低
減させることができる。また、柱梁接合部をノンダイア
フラム構造とすることにより、柱の弱軸方向に梁を簡易
なボルト接合で取り付けることが可能となる。さらに、
柱の強弱軸方向で異なるせいの梁を簡易に取り付けるこ
とも可能となる。
【図１】 本発明の一実施の形態の説明図である。
【図２】 本発明の一実施の形態の柱ウェブの応力負担
面積の特定方法の説明図である。
面積の特定方法の説明図である。
【図３】 本発明の一実施の形態の柱ウェブの応力負担
面積の特定方法の説明図である。
面積の特定方法の説明図である。
【図４】 本発明の一実施の形態の柱ウェブの応力負担
面積の特定方法の説明図である。
面積の特定方法の説明図である。
【図５】 本発明の一実施の形態の柱フランジの応力負
担面積の特定方法の説明図である。
担面積の特定方法の説明図である。
【図６】 本発明の一実施の形態の柱フランジの応力負
担面積の特定方法の説明図である。
担面積の特定方法の説明図である。
【図７】 本発明の一実施の形態の柱フランジの応力負
担面積の特定方法の説明図である。
担面積の特定方法の説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の説明図である。
【図９】 本発明の実施例の説明図である。
【図１０】 従来のＨ形鋼からなる柱とＨ形鋼からなる
梁の接合構造の説明図である。
梁の接合構造の説明図である。
【図１１】 従来のＨ形鋼からなる柱とＨ形鋼からなる
梁の接合構造の問題点の説明図である。
梁の接合構造の問題点の説明図である。
【図１２】 他の従来例の説明図である。
１ 柱 ３ 柱フランジ ５ 柱ウェブ １０ 梁 １３ 梁フランジ １５ 梁ウェブ
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｈ形鋼製の梁をＨ形鋼製の柱のフランジ
部にノンダイヤフラムにて剛接合する柱梁接合構造であ
って、 前記柱に前記梁の曲げにより発生する梁の軸方向力が加
わった際に、前記柱より前記梁が先に降伏するように前
記柱と前記梁の降伏耐力を設定したことを特徴とするノ
ンダイアフラム柱梁接合構造。 - 【請求項２】 Ｈ形鋼製の梁をＨ形鋼製の柱のフランジ
部にノンダイヤフラムにて剛接合する柱梁接合構造であ
って、 前記柱に前記梁の曲げにより発生する梁の軸方向力が加
わった際に、前記柱より前記梁が先に降伏するように前
記柱と前記梁の断面形状バランスを設定したことを特徴
とする柱梁接合構造。 - 【請求項３】 柱と梁の断面形状バランスを次式によっ
て特定したことを特徴とする請求項２記載の柱梁接合構
造。 【数１】 - 【請求項４】 柱のウェブに弱軸方向に向けて梁をボル
ト接合したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の柱梁接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001027944A JP4719985B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 柱梁接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001027944A JP4719985B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 柱梁接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002227300A true JP2002227300A (ja) | 2002-08-14 |
| JP4719985B2 JP4719985B2 (ja) | 2011-07-06 |
Family
ID=18892527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001027944A Expired - Fee Related JP4719985B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 柱梁接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4719985B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4838250A (ja) * | 1971-09-17 | 1973-06-05 | ||
| JP2000136565A (ja) * | 1998-11-02 | 2000-05-16 | Nkk Corp | Ｈ形鋼柱の梁接合部構造 |
-
2001
- 2001-02-05 JP JP2001027944A patent/JP4719985B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4838250A (ja) * | 1971-09-17 | 1973-06-05 | ||
| JP2000136565A (ja) * | 1998-11-02 | 2000-05-16 | Nkk Corp | Ｈ形鋼柱の梁接合部構造 |
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| JP4719985B2 (ja) | 2011-07-06 |
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