JP2004076303A - 柱と梁の連結構造体 - Google Patents

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小野寺 隆二
Yukio Yokoyama
横山 幸夫
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Abstract

【課題】鉄骨柱と鉄骨梁を連結する構造に於いて該鉄骨柱を厚くすることなく剛性強度や耐力を向上させる技術を提供する。
【解決手段】円管状の上方鉄骨柱4及び円管状下の方鉄骨柱5の間に、中空状の角柱体直方体等の形状でなる連結構造体6を配設している。該連結構造体6は前記円管状の上方及び下方鉄骨柱4、5の幅寸法(径長)と略同一の幅寸法に設定され、かつ鉄鋼部材やその他の金属部材で成型されており、その4つの側面6a、6a、6a、6aにそれぞれH型鋼等の鉄骨梁7、7、7、7が溶接等により接合している。該鉄骨梁7、7、7、7は、それぞれ上側フランジ7a及び下側フランジ7bを水平方向に備え、該上側及び下側フランジ7a及び7b間にウエブ7cを垂直方向に一体形成している。
【選択図】
図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、柱と梁の連結構造体に関するもので、特に、中空鋼管柱、鋼管コンクリート柱、鉄筋コンクリート等各種の柱体と、鉄骨梁を連結する仕口の構造すなわち、柱と梁の連結構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】
マンションやビルディング等建築構造物に採用される鉄骨構造は、構造上に於ける主要な骨組部分に、H形鋼等の圧延材をはじめとする各種形鋼、鋼板又は平鋼等で組立てた溶接H形鋼やボックス材若しくは丸形鋼管や角形鋼管で成る鋼材を組立てて構成され、耐久性及び耐震性等に富んでおり、例えば、高層建築や大スパン建築等に用いられている。そして、前記柱を例えば角形又は丸形の中空鋼管で構成し、梁をH形鋼や溝形鋼などの各種の形鋼で構成した鉄骨構造が従来から多用されている。
そして、前記柱と梁の連結部分等には前記梁自体の荷重、床荷重や積載荷重等の鉛直荷重及び当該建築構造物に地震又は風による水平荷重の発生に伴う曲げモーメントや軸力又は剪断力等を受けることになる。
従って、これらの諸荷重等に対応し又はこれを吸収するために、例えば中空状の柱内にダイヤフラム等を配置する構成にしたものが一般的である。
【0003】
例えば、従来の技術としては、図8(a)に示すように、鉄骨の構造物に於いて、柱部材としてボックスコラムの如き、内部が管状の柱部材1を採用し、該鉄骨柱1にH形鋼で形成される鉄骨梁2を接合するようにしたラーメン架溝がある。このように鉄骨のラーメン架溝に管状の鉄骨柱を採用することにより、該鉄骨柱が中空状であるため座屈し難い上に、強度当たりの単位重量が小さく、又、内部にコンクリートを打設することによりコンクリートとの合成構造を容易に構築することができるため、最近に於いて、広い分野で採用されている。
【0004】
そして、叙上のラーメン架溝の柱・梁仕口部では、管状の柱部材1の内周に板状のダイヤフラムを、鉄骨梁2のフランジ2aが接合される位置と合致する高さに配設すると共に、鉄骨梁2のフランジ2aをダイヤフラム3に合致させる一方、鉄骨梁2のウエブ2bは柱部材1の外側面に当接させて鉄骨梁2を建込むように構成している。このような仕口部構造とすることにより、鉄骨梁2に作用する曲げモーメント等の応力をフランジ2aからダイヤフラム3を介して柱部材1に伝達するように構成している。
そして、柱体の断面形状が変化する、例えば鉄筋コンクリート柱から鉄骨柱に変化する等の場合には柱同士の連結が複雑になり、製作上の難点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、例えば叙上したように柱部材1の内部にダイヤフラム3を水平位置に配設した構成であるので、鉄骨梁2のフランジ2aをダイアフラム3に合致させねばならず、鉄骨製作上ダイアフラムの厚さを増してダイアフラム3と梁フランジ2aとのズレを少なくする等の対処が必要である。柱内のダイアフラムと梁フランジのズレは今般、建築基準法であらたに規定されたように耐震上非常に大きな影響を及ぼすもので、このズレを防止するために、例えば特別な治具を用意する必要があるなど、溶接作業の繁雑化と共に作業工数が極めて増大する問題点がある。
更に、管状の鉄骨柱すなわち柱部材1を採用して軽量化を図るものであるが、荷重耐力向上のために鉄骨量を増大させ、全体の架溝重量が嵩むと共に建築構造物のコスト高を招来するという弊害が存在した。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る柱と梁の連結構造体は、柱内のダイヤフラムをなくしたいわゆるノンダイヤフラムを可能にして連結体を備え、また柱内にダイヤフラムや強靭な補強部材を接合することなく、これに伴う溶接作業を排除し、簡単な構成でもって梁に作用する応力を吸収すると共に、建築現場で組立容易にし、耐力を向上させた新規な柱と梁の連結構造体を提供すること目的としたものであって、次の構成、手段から成立する。
【0007】
請求項1記載の発明によれば、建築構造物の鉄骨構造に於いて、鉄骨柱間及び鉄骨梁間に連結される連結構造体であって、該連結構造体が該鉄骨柱の幅寸法と略同一の幅長を有する中空状の角柱体で構成されたことを特徴とする柱と梁の連結構造体である。
【0008】
請求項2記載の発明によれば、前記連結構造体としての角柱体が断面多角形に形成されたことを特徴とする請求項1記載の柱と梁の連結構造体である。
【0009】
請求項3記載の発明によれば、前記連結構造体の中空部の断面部の形状が、略四角形又は略円形であることを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体である。
【0010】
請求項4記載の発明によれば、前記連結構造体の中空部の断面が複数の小円形を隣接配設した形状又は蜂巣形状であることを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体である。
【0011】
請求項5記載の発明によれば、前記連結構造体の中空部に断面が略十字状の補強リブを型成形にしたことを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体である。
【0012】
請求項6記載の発明によれば、前記連結構造体は上段及び下段に第1、第2フランジ保持部を、中段に前記鉄骨柱と略同一幅寸法の中間鉄骨柱を一体形成して構成したことを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体である。
【0013】
請求項7記載の発明によれば、前記一方及び他方の鉄骨梁が前記中空状の角柱体の側面に溶接接合したことを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体である。
【0014】
請求項8記載の発明によれば、前記鉄骨柱が中空状であって、断面形状が略円形、略四角形又はその他の多角形で構成されたことを特徴とする請求項1記載の柱と梁の連結構造体である。
【0015】
請求項9記載の発明によれば、前記鉄骨柱の中空部にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項8記載の柱と梁の連結構造体である。
【0016】
請求項10記載の発明によれば、前記鉄骨梁がI形鋼、溝形鋼、H形鋼、T形鋼、等辺山形鋼又はリップ溝形鋼の形鋼並びに鉄板で溶接組立したH形やボックス形でなることを特徴とする請求項1記載の柱と梁の連結構造体である。
【0017】
請求項11記載の発明によれば、前記連結構造体としての角柱体の側面の一部に、前記鉄骨梁を溶接接合する継手鋼板を突設したことを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の柱と梁の連結構造体である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0019】
【発明の実施の形態1】
図1は本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態1を示す図面であって、(a)は全体斜視図、(b)は(a)の矢印A−A方向の端面図である。図1(a)、(b)を説明することにより、本発明に係る柱と梁の連結構造体の実施の形態1を明らかにする。
本発明に係る連結構造体が適用される柱梁の仕口部は図1(a)に示すように、円管状の上方鉄骨柱4及び円管状の下方鉄骨柱5の間に、例えば中空状の角柱体つまり、直方体等の形状でなる連結構造体6を配設している。該連結構造体6は鉄鋼部材やその他の金属部材で成型されており、その4つの側面6a、6a、6a、6aにそれぞれH型鋼等の鉄骨梁7、7、7、7が溶接等により接合している。該鉄骨梁7、7、7、7は、それぞれ上側フランジ7a及び下側フランジ7bを水平方向に備え、該上側及び下側フランジ7a及び7b間にウエブ7cを垂直方向に一体形成している。そして該連結構造体6は、前記円管状の上方及び下方鉄骨柱4、5の幅寸法(径長)と略同一の幅寸法に設定されている。当該連結構造体6は図1(b)に示すように、中心部分が断面円形の中空であって、中空部6bに形成してある。
【0020】
そして、前記円管状の上方及び下方鉄骨柱4、5並びに前記鉄骨梁7を前記連結構造体6に接合するには、該円管状の上方鉄骨柱4の下端4aを該連結構造体6の上面6cに、及び該円管状の下方鉄骨柱5の上端5aを該連結構造体6の下面6dにそれぞれ溶接等によって接合する。
次に、前記鉄骨梁7の上側フランジ7a及び下側フランジ7bを端面7d、7eを該連結構造体6の側面6aに溶接等によって接合する。また、前記連結構造体6に接合を必要とする該鉄骨梁7の数に応じて、それぞれ他の側面6aに同様に接合する。
上記した本発明に係る柱と梁の連結構造体によれば、鉄骨梁7の上側フランジ7a及び下側フランジ7bの端面7d、7eに加わる曲げモーメントや応力が上記鉄骨柱4、5に加わることなく、前記連結構造体6の側面6aで吸収され、当該柱と梁の連結構造の耐力を向上させる。
【0021】
尚、上記説明に於いて、上方および下方の鉄骨柱4、5はその断面形状が互いに同一形状でなくてもよく、例えば、上方の鉄骨柱4が円管状であって、下方の鉄骨柱5が略中空の四角形状でもよく、その逆の場合でもよい。更に、上方の鉄骨柱4の断面形状が円管状又は略中空四角形状であって、下方の鉄骨柱5のそれが略十字形状であっても差支えない。上方および下方の鉄骨柱4、5は円管状の鋳鋼部材等に限定されず、各種の金属部材であってもよく又、中空状の角柱やその他の中空状の多角形柱体、更には中空状でなく、単に中実状の柱体でもよい。
【0022】
また、前記円管状の上方及び下方鉄骨柱4、5内にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱、いわゆるCFT柱として構成することもでき、前記鉄骨柱4、5に更に耐荷力等を向上させることもできる。
【0023】
また、前記連結構造体6の4つの側面6a、6a、6a、6aは、必要に応じて継手鋼板6e、6e、6e、6eを突設し、該継手鋼板6eに前記鉄骨梁7、7、7、7のウエブ7cを溶接等で固定する。他の固定方法とは、該継手鋼板6b、6b、6b、6bと鉄骨梁7、7、7、7を高圧ボルト等によって締め付けて行う。このように構成すれば該鉄骨梁7、7、7、7の位置決めや固定状態が安定し、連結構造の耐力を向上させる。
ここで、前記鉄骨梁7は、鋳鋼部材に限定されず、溶接可能なその他の部材も含み、H形鋼以外のT形鋼、溝形鋼、等辺山形鋼、リップ溝形鋼等の形鋼並びに鉄板で溶接組立したH形やボックス形各種形状の鉄骨梁を採用し、建築構造物の建築構造条件に適応させることができる。
【0024】
【発明の実施の形態2】
図2は本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態2を示す図面であって、(a)は全体斜視図、(b)は(a)の矢印B−B方向の端面図である。
図2(a)、(b)を説明することにより、本発明に係る柱と梁の連結構造体の実施形態2をを明らかにする。
【0025】
本発明に係る実施の形態2は、連結構造体61は4つの側面61a、61a、61a、61aを有し、特に、連結構造体61の中空部に断面形状が略十字状の補強リブ61bを一体形成している。該補強リブ61bは、前記連結構造体61を作製する際、同時に型作製する。このようにすれば、当該補強リブ61bにより鉄骨梁7から加わる大きい曲げモーメントや耐力を吸収でき、当該連結構造体61の耐久性を向上させる。また、該補強リブ61bは溶接等によって接合することがなく、連結構造体61の製作性を向上させると共に、強度も確保できる利点がある。
図2(b)に示すように、連結構造体61には曲げによるモーメントや矢印a方向に荷重耐力が加わるが、該補強リブ61bによりこれを吸収する。
更に、補強リブ61bによって、連結構造体61の厚みそのものを薄くする事が出来る。
尚、本発明に係る実施の形態2による上方及び下方鉄骨柱4、5を実施の形態1と同様に、いわゆるCFT柱としてもよい。
この連結構造体を使用すれば、柱の下方が例えば十字断面をした鉄骨鉄筋コンクリート柱の連結も容易に行ない得る。
【0026】
本発明に係る実施の形態2の他の構成部分やその作用は、前記実施の形態1と略同一であるので、同一番号、同一符号を付し、その説明を省略する。
【0027】
【発明の実施の形態3】
図3ないし図7は本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態3を示す図面である。特に、連結構造体62は、図3に示すように上段に該鉄骨梁7の上側フランジ7aを接合する第1フランジ保持部62aを、下段に該鉄骨梁7の下側フランジ7bを接合する中空状の第2フランジ保持部62aを、該第1フランジ保持部62aと、第2フランジ保持部62bとの間に中空状の中間鉄骨柱62cをそれぞれ一体形成している。而して、該連結構造体62の中空部62dは上面から下面まで例えば、図4(a)ないし図4(c)に示すように、連続して断面が円形となり貫通孔を形成している。
尚、前記連結構造体62の中空部62dの断面形状は、図6(b)(c)及び(d)に示すように、略四角形でもよく、図7(b)に示すように、複数の小円形63dを隣接配置した構成や蜂巣形状、その他多角形や任意の形状であっても差支えない。
【0028】
本発明に係る実施の形態3によれば、図5に示すように建築現場以外の場所に於いて、一方の鉄骨梁7の上側フランジ7a及び下側フランジ7bの端面を7d、7eを連結構造体62の上段及び下段の第1、第2フランジ保持部62a、62bに於ける一方側面62a1、62b1を溶接等により接合し、また、他方の鉄骨梁7の上側フランジ7a及び下側フランジ7bの端面7d、7eを該連結構造体62の上段及び下段の第1、第2フランジ保持部62a、62bに於ける他方側面62a2、62b2を溶接等により接合する。
そして更に、建築現場にて上方及び下方の鉄骨柱4、5間に固定する。すなわち該上方の鉄骨柱4の下端4aを第1フランジ保持部62aの上面6cに、及び該下方の鉄骨柱5の上端5aを前記第2フランジ保持部62bの下面6dに、それそれ溶接等により接合する。
【0029】
本発明の実施の形態3は叙上のように構成したので、特に、鉄骨梁7の重直長L1が長い場合に適用される。そして鉄骨梁7の上側フランジ7a及び下側フランジ7bの各端面に加わる曲モーメントや応力が上記上方及び下方の鉄骨柱4、5に加わることなく、前記第1及び第2フランジ保持部62a、62bでこれを吸収し、連結構造体62の耐力を向上させる。そして前記鉄骨梁7の垂直長L1の程度に応じて、当該連結構造体62の全体高さを変更できるものとし、特に、前記第1フランジ保持部62aと、第2フランジ62bの厚み幅や中間鉄骨柱62cの垂直長さL2を変更すればよい。そして、本発明に係る実施の形態3によれば、該中間鉄骨柱62cと前記第1、第2フランジ保持部62a、62bとを溶接する必要がなく溶接工数を削減できる。
【0030】
図6(a)、(b)、(c)、(d)に示す連結構造体63は、図3ないし図5に示す前記本発明に係る実施の形態3の変形例であって、特に、鉄骨梁7垂直長さが短い場合に適用されるもので、中間鉄骨柱62cを省略した場合の構成である。そして、前記上方及び下方の鉄骨柱4、5は中空状であって、連結構造体63の断面形状が図6(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、略四角形となっている。尚、当該上方及び下方の鉄骨柱4、5の中空状の断面形状は前述したようにこれに限定されず円形、六角形、その他や多角形であっても差支えない。
【0031】
また、本発明の実施の形態3の他の変形例として図7(a)、(b)に示す構成のものがある。連結構造体63の断面形状が複数の小円63dを隣接配置した構成である。また、当該複数の小円63dの他に蜂巣状の断面形状であってもよく、その作用は略同一である。
尚、本発明に係る実施の形態3による上方及び下方鉄骨柱4、5を実施の形態1と同様に、いわゆるCFT柱としてもよい。
【0032】
そして、当該連結構造体63を前記上方及び下方の鉄骨柱4、5に接合するためには、各鉄骨柱4、5の下端又は上端を前記連結構造体63の上面又は下面に溶接等により接合する。
尚、前記鉄骨柱4、5を剛性の高い鋳鋼等で構成することにより、前記連結構造体63をこれに一体形成することもできる。このようにすれば、更に、溶接作業を省略し、溶接工数を大幅に削減できる。
【0033】
【発明の効果】
本発明に係る柱と梁の連結構造体は叙上の構成、作用を有するので次の効果がある。すなわち、鉄骨柱内のダイヤフラムをなくしたいわゆるノンダイヤフラムを可能にした連結体を提供することができ、上下の鉄骨柱への肉厚を厚く設定する必要がないと共に、該鉄骨柱内にダイヤフラムの如き、補強部材を溶接することがないので、軽量であって、かつ溶接工数を削減したうえで、鉄骨梁にかかる曲げモーメントや荷重耐力に対しても、これを吸収でき、耐力を向上させる効果がある。
また、連結構造体を予め建現場以外で組付けかつ接合することができるので、建築施工工期を大幅に短縮できる効果がある。
また、当該連結構造体に接合する鉄骨梁の垂直長さが長い場合でも中空鉄骨柱等の長さを調整することになり、これに対応させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態1を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は(a)の矢印A−A方向の端面図である。
【図2】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態2を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は(a)の矢印B−B方向の端面図である。
【図3】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態3を示す側面図である。
【図4】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態3を示す断面図であって、(a)は前記図3の矢印C−C方向の断面図、(b)は前記図3の矢印D−D方向の断面図、
(c)は前記E−E方向の断面図断面図である。
【図5】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態3を示す斜視図である。
【図6】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態3の変形例を示す図面であって、(a)側面図、(b)は(a)の矢印F−F方向の断面図、(c)は(a)の矢印G−G方向の断面図、(d)は(a)の矢印H−H方向の断面図である。
【図7】本発明に係る柱と梁の連結構造体に於ける実施の形態3の他の変形例を示す図面であって、(a)側面図、(b)は(a)の矢印I−I方向の断面図である。
【図8】従来の技術に於ける鉄骨柱と鉄骨梁の接合構造を示す図であって、(a)は斜面図、(b)は矢印J−J方向の端面図である。
【符号の説明】
1     柱部材
2     鉄骨梁
2a    鉄骨梁のフランジ
2b    鉄骨梁のウエブ
3     ダイヤフラム
4     上方鉄骨柱
4a    上方鉄骨柱の下端
5     下方鉄骨柱
5a    下方鉄骨柱の下端
6     連結構造体
6a    連結構造体の側面
6b    連結構造体の中空部
6c    連結構造体の上面
61    連結構造体
61a   連結構造体の側面
61b   補強リブ
62    連結構造体
62a   連結構造体の第1フランジ保持部
62a1  連結構造体の第1フランジ保持部の一方側面
62b   連結構造体の第2フランジ保持部
62b1  連結構造体の第2フランジ保持部の一方側面
62c   中間鉄骨柱
62d   中間鉄骨柱の中空部
63    連結構造体
63d   連結構造体の小円
7     鉄骨梁
7a    鉄骨梁の上側ラウンジ
7b    鉄骨梁の下側ラウンジ
7c    鉄骨梁のウエブ
7d、7e 鉄骨梁の端面

Claims (11)

  1. 建築構造物の鉄骨構造に於いて、鉄骨柱間及び鉄骨梁間に連結される連結構造体であって、該連結構造体が該鉄骨柱の幅寸法と略同一の幅長を有する中空状の角柱体で構成されたことを特徴とする柱と梁の連結構造体。
  2. 前記連結構造体としての角柱体が断面多角形に形成されたことを特徴とする請求項1記載の柱と梁の連結構造体。
  3. 前記連結構造体の中空部の断面部の形状が、略四角形又は略円形であることを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体。
  4. 前記連結構造体の中空部の断面が複数の小円形を隣接配設した形状又は蜂巣形状であることを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体。
  5. 前記連結構造体の中空部に断面が略十字状の補強リブを型成形にしたことを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体。
  6. 前記連結構造体は上段及び下段に第1、第2フランジ保持部を、中段に前記鉄骨柱と略同一幅寸法の中間鉄骨柱を一体形成して構成したことを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体。
  7. 前記一方及び他方の鉄骨梁が前記中空状の角柱体の側面に溶接接合したことを特徴とする請求項1又は2記載の柱と梁の連結構造体。
  8. 前記鉄骨柱が中空状であって、断面形状が略円形、略四角形又はその他の多角形で構成されたことを特徴とする請求項1記載の柱と梁の連結構造体。
  9. 前記鉄骨柱の中空部にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項8記載の柱と梁の連結構造体。
  10. 前記鉄骨梁がI形鋼、溝形鋼、H形鋼、T形鋼、等辺山形鋼又はリップ溝形鋼の形鋼並びに鋼板で溶接組立したH形やボックス形でなることを特徴とする請求項1記載の柱と梁の連結構造体。
  11. 前記連結構造体としての角柱体の側面の一部に、前記鉄骨梁を溶接接合する継手鋼板を突設したことを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の柱と梁の連結構造体。
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