JP2004076345A

JP2004076345A - 柱と梁の接合構造

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Publication number: JP2004076345A
Application number: JP2002236183A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ito; 伊藤　均; Shigeki Ito; 伊藤　茂樹; Kazuchika Konno; 今野　和近; Hisaya Kamura; 加村　久哉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: JP3952905B2

Abstract

【課題】Ｈ形鋼柱の弱軸側へのＨ形鋼梁の接合を容易かつ低コストで行うことができ、これらを接合するためのスプライスプレートの材質、板厚、高力ボルトの本数を選択することにより、設計者の意図する性能を持たせることのできる柱と梁の接合構造を提供する。
【解決手段】Ｈ形鋼柱１の弱軸側にＨ形鋼梁１５を接合する柱と梁の接合構造であって、Ｈ形鋼柱１の弱軸側に設けたブラケット１０のウェブ１１及び上フランジ１２ａと、Ｈ形鋼梁１５のウェブ１６及び上フランジ１７ａとをスプライスプレート２３ａ，２３ｂ、２０ａ，２０ｂを用いてボルト接合した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼構造骨組構造物における柱と梁の接合構造に係り、さらに詳しくは、Ｈ形鋼柱の弱軸方向に接合されるＨ形鋼梁の接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造骨組構造物の柱にＨ形鋼柱を用いた場合、強軸方向（以下、強軸側という）のＨ形鋼梁と弱軸方向（以下、弱軸側という）のＨ形鋼梁とは梁せいが異なる場合が多く、通常強軸側のＨ形鋼梁の梁せいの方が大きい。この場合、建築骨組においては、強軸側のＨ形鋼梁と弱軸側のＨ形鋼梁の上フランジのレベルを揃えるため、下フランジのレベルが異なることになる。
【０００３】
従来のこの種Ｈ形鋼柱とＨ形鋼梁の接合構造の一例を図９に示す。Ｈ形鋼柱１の強軸側のフランジには、Ｈ形鋼梁５（以下、強軸側鋼梁という）が先端部に設けたエンドプレート６によりボルト接合されている。
また、Ｈ形鋼柱１の弱軸側には、ウェブとフランジで囲まれた領域内に溶接接合されたブラケット４０の端部に、Ｈ形鋼梁１５（以下、弱軸側鋼梁という）が、スプライスプレート２０，２３によりボルト接合されている。
【０００４】
ブラケット４０のせいは、その基部側（Ｈ形鋼柱１に接合される側）が強軸側鋼梁５の梁せいと等しく、先端部側（弱軸側鋼梁１５が接合される側）は下部をハンチ状にして弱軸側鋼梁１５の梁せいと等しく形成されている。また、上下のフランジ４２ａ，４２ｂの幅は、基部側がＨ形鋼柱１のウェブとフランジで囲まれた領域の内寸法とほぼ等しく、先端部側は弱軸側鋼梁１５の上下のフランジ１７ａ，１７ｂの幅とほぼ等しく、平面Ｔ字状に形成されている。このようなブラケット４０は、その上フランジ４２ａを、Ｈ形鋼柱１の強軸側のフランジに接合される強軸側鋼梁５の上フランジの位置に整合させて、あらかじめ工場等において弱軸側に溶接接合されている。
【０００５】
そして、Ｈ形鋼柱１を建築現場の所定の位置に立設して、強軸側のフランジにエンドプレート６を介して強軸側鋼梁５を高力ボルトで接合したのち、ブラケット４０の先端部に、弱軸側鋼梁１５の端部を、その上フランジ１７ａをブラケット４０の上フランジ４２ａと整合させて当接又は近接させる。ついで、両者の上フランジ１７ａ，４２ａと下フランジ１７ｂ，４２ｂをスプライスプレート２０，４３を介して高力ボルトによりそれぞれ接合すると共に、両者のウェブ１６，４１をスプライスプレート２３を介して高力ボルトにより接合し、両者を剛接合する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＨ形鋼柱１と弱軸側鋼梁１５との接合構造においては、Ｈ形鋼柱１の弱軸側に接合したブラケット４０の先端部側の下部を、ハンチ状に形成しなければならないので、ウェブ４１の下部を斜めに切除して下フランジ４２ｂを折り曲げるか、又は下フランジ４２ｂをハンチ部分と水平部分に分けて両者を完全溶け込み溶接により接合しなければならず、また、下部のスプライスプレート２０を折り曲げる必要があり、これらの作業には高度の技術を要するため、製作コストが増嵩するという問題があった。
なお、特開平７−１０２６３５号、特開平１１−２２９４９３号、特開２００１−１５２５５０号及び特開２００１−３００３６５号公報には、Ｈ形鋼柱の強軸側へのＨ形鋼梁の接合についての発明が記載されているが、Ｈ形鋼柱の弱軸側へのＨ形鋼梁の接合についての提案はなされていない。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、Ｈ形鋼柱の弱軸側へのＨ形鋼梁の接合を容易かつ低コストで行うことができ、これらを接合するためのスプライスプレートの材質、板厚、高力ボルトの本数を選択することにより、設計者の意図する性能を持たせることのできる柱と梁の接合構造を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、Ｈ形鋼柱の弱軸側にＨ形鋼梁を接合する柱と梁の接合構造であって、前記Ｈ形鋼柱の弱軸側に設けたブラケットのウェブ及び上フランジと、前記Ｈ形鋼梁のウェブ及び上フランジとをスプライスプレートを用いてボルト接合したものである。
【０００９】
（２）上記（１）のブラケットとＨ形鋼梁のウェブをスプライスプレートを用いて接合するためのボルトを、前記ブラケットとＨ形鋼梁の下部側に多く配置した。
【００１０】
（３）上記（１）又は（２）のブラケットとＨ形鋼梁のウェブ及び上フランジを接合するためのスプライスプレートに極軟鋼を用いた。
（４）上記（３）の極軟鋼からなるスプライスプレートの縁部に円弧状の切り込みを設けた。
【００１１】
（５）上記（１）のブラケットとＨ形鋼梁のウェブを接合するためのスプライスプレートに極厚高強度鋼を用いた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１はの本発明の実施の形態１に係る柱と梁の接合構造の平面図、Ａ矢視図及びＢ矢視図、図２は図１の分解斜視図である。
図において、１はＨ形断面の鋼材からなる柱（以下、Ｈ形鋼柱という）で、その強軸側のフランジ３ａ，３ｂには、Ｈ形断面の鋼材からなる梁５（以下、強軸側鋼梁という）が先端部に取付けたエンドプレート６によりボルト接合されている。
【００１３】
１０はその基部がＨ形鋼柱１のウェブ２とフランジ３ａ，３ｂに囲まれた弱軸側の領域内の、強軸側鋼梁５と整合した位置に溶接接合され、先端部側がＨ形鋼柱１から突出したＨ形断面の鋼材からなるブラケットで、そのせいは強軸側鋼梁５の梁せいと等しく形成されており、上下のフランジ１２ａ，１２ｂの基部側の幅は、Ｈ形鋼柱１のフランジ３ａ，３ｂの間隔とほぼ等しく、先端部側の幅が、このブラケット１０に接合される弱軸側の梁１５（以下、弱軸側鋼梁という）の上下のフランジ１７ａ，１７ｂの幅とほぼ等しい平面Ｔ字状に形成されている。そして、ウェブ１１の先端部側の上下方向及び上フランジ１２ａの先端部側のウェブ１１の両側には、複数のボルト挿通穴１３，１４が設けられている。
【００１４】
弱軸側鋼梁１５はその梁せいが強軸側鋼梁５の梁せいより低く形成されており、ウェブ１６の端部側（ブラケット１０側）の上下方向及び上フランジ１７ａの端部側のウェブ１６の両側には、複数のボルト挿通穴１８，１９が設けられている。
【００１５】
２０ａは弱軸側鋼梁１５の降伏点とほぼ等しい降伏点（例えば、降伏点２２５Ｎ／ｍｍ^２）の鋼材からなる上フランジ接合用の上面スプライスプレート、２０ｂは同じく一対の下面スプライスプレートで、それぞれブラケット１０の上フランジ１２ａと弱軸側鋼梁１５の上フランジ１７ａに設けたボルト挿通穴１４，１９に対応して、ボルト挿通穴２１，２２が設けられている。
２３ａ，２３ｂは上・下面スライスプレート２０ａ，２０ｂと同じ鋼材からなるウェブ接合用のウェブ用スライスプレートで、ブラケット１０のウェブ１１と弱軸側鋼梁１５のウェブ１６に設けたボルト挿通穴１３，１８に対応してボルト挿通穴２４が設けられている。
【００１６】
次に、本実施の形態におけるＨ形鋼柱１への弱軸側鋼梁１５の接合手順の一例について説明する。なお、Ｈ形鋼柱１には、あらかじめ工場等においてブラケット１０が溶接接合されており、このＨ形鋼柱１は建築現場に輸送されて所定の位置に立設され、その強軸側には強軸側鋼梁５がエンドプレート６を介して高力ボルト３０により接合されているものとする。
【００１７】
先ず、弱軸側鋼梁１５をクレーン等で吊上げて、その端部をブラケット１０の先端部に当接又は近接させ、上フランジ１７ａをブラケット１０の上フランジ１２ａと同じレベルに整合させる。そして、ブラケット１０の上フランジ１２ａと弱軸側鋼梁１５の上フランジ１７ａの上面に、両者を跨いで上面スプライスプレート２０ａを載置すると共に、ウェブ１１，１６の両側において両者の上フランジ１２ａ，１７ａの下面に下面スプライスプレート２０ｂを当接し、これらのボルト挿通穴２１，１４，２２及び２１，１９，２２にそれぞれ高力ボルト３０を挿通し、ナットにより仮り止めする。
【００１８】
次に、ブラケット１０のウェブ１１と弱軸側鋼梁１５のウェブ１６を跨いで両面にウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂを当接し、ボルト挿通穴２４，１３，２４及び２４，１８，２４にそれぞれ高力ボルト３０を挿通し、ナットにより本締めして固定する。最後に仮り止めした上・下面スプライスプレート２０ａ，２０ｂの高力ボルト３０を本締めして固定する。これにより、Ｈ形鋼柱１の弱軸側への弱軸側鋼梁１５の接合が完了する。なお、上記の接合手順はその一例を示すもので、現場の状況等に応じて適宜変更することができる。
【００１９】
ところで、Ｈ形鋼柱１の弱軸側に、従来技術で説明したように弱軸側鋼梁１５を剛接合すると、弱軸側鋼梁１５の接合部の強度が過剰になる場合が多い。そこで、本発明においては、Ｈ形鋼柱１の弱軸側にブラケット１０を介して弱軸側鋼梁１５を接合する場合、弱軸側鋼梁１５のウェブ１６及び上フランジ１７ａと、ブラケット１０のウェブ１１及び上フランジ１２ａを、ウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂ及び上・下面スプライスプレート２０ａ，２０ｂを用いて高力ボルト３０で接合し、弱軸側鋼梁１５の下フランジ１７ｂは、ブラケット１０に接合しないようにしたものである。
【００２０】
このようにしてＨ形鋼柱１に弱軸側鋼梁１５を接合することにより、接合部の強度は、弱軸側鋼梁１５が有する全強度、全剛性を持つことができず、いわゆる半剛接合となるが、Ｈ形鋼柱１との接合が弱軸方向であるため、接合部に適切な強度バランスを実現することができる。
この半剛接合の強度及び剛性は、両者のウェブ１１，１６を接合するウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂの材質及び板厚と、これを固定する高力ボルト３０の本数とにより調整することができ、Ｈ形鋼柱１の強度及び剛性との関係において設計者の意図した性能に調整することができる。
【００２１】
図３は本実施の形態の別の例を示すもので、本例はＨ形鋼１の強軸側に接合する強軸側鋼梁５を、端部にエンドプレート６を溶接接合することなく、スプリットティ接合金物２５ａ，２５ｂとＬ字状のスプライスプレート２６を用いて、高力ボルト３０により接合したもので、Ｈ形鋼柱１の弱軸側への弱軸側鋼梁１５の接合は、図１、図２の場合と同様である。
【００２２】
図４は本実施の形態の別の例を示すもので、本例は、ブラケット１０の下部フランジ１２ｂを省略し、ウェブ１１の先端部のせいを弱軸側鋼梁１５の梁せいの高さとほぼ等しくしたものである。なお、Ｈ形鋼柱１の弱軸側への弱軸側鋼梁１５の接合は、図１、図２の場合と同様である。
本例によれば、ブラケット１０の材料及び製作工数を節減できると共に、軽量化することができる。
【００２３】
図５は本発明の実施の形態の別の例を示すもので、図１〜図４の場合は、ブラケット１０と弱軸側鋼梁１５のウェブ１１，１６を、両ウェブ１１，１６の上下方向のほぼ前面にわたる大きさのウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂを用い、多数の高力ボルト３０で接合した場合を示したが、本例は、高さの低いウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂを用い、両ウェブ１１，１６の下部側に配置して比較的少数の高力ボルト３０で接合するようにしたものである。この場合、図１〜図４のウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂとほぼ同じ大きさのスプライスプレートを用い、下部側に多くの高力ボルトを配して接合してもよい。
本例によれば、高力ボルトを必要最小限にとどめることができる。
【００２４】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態は、Ｈ形鋼柱１の弱軸側にブラケット１０を介して弱軸側鋼梁１５を接合するにあたり、ブラケット１０のウェブ１１及び上フランジ１２ａと、弱軸側鋼梁１５のウェブ１６と上フランジ１７ａとをスプライスプレート２０ａ，２０ｂ、２３ａ，２３ｂを用いて高力ボルト３０で接合し、両者の下フランジ１２ｂと１７ｂは接合しないようにしたので、接合部における適切な強度バランスを実現することができる。
また、ブラケット１０の製作が容易であるばかりでなく、Ｈ形鋼柱１への弱軸側鋼梁１５の接合が容易なのでコストを低減することができる。
【００２５】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係る柱と梁の接合構造の平面図、Ａ矢視図及びＢ矢視図である。
実施の形態１では、Ｈ形鋼柱１の弱軸側に設けたブラケット１０と弱軸側鋼梁１５を、弱軸側鋼梁１５の降伏点とほぼ等しい降伏点の鋼材からなる上・下面スプライスプレート２０ａ，２０ｂと、ウェブ用スプライスプレート２３ａ，２３ｂで接合した場合を示したが、本実施の形態においては、これら上・下面スプライスプレート１２０ａ，１２０ｂ及びウェブ用スプライスプレート１２３ａ，１２３ｂに極軟鋼（例えば、降伏点１６０／Ｎｍｍ^２）を用い、高力ボルトによって接合したものである。
【００２６】
本実施の形態によれば、上・下面スプライスプレート１２０ａ，１２０ｂ及びウェブ用スプライスプレート１２３ａ，１２３ｂに極軟鋼を用いたので、建物に地震等が作用したときに早期に降伏させ、この部分にエネルギー吸収能力を持たせて制振機構を構成することができるので、他の部分の損傷を防止することができる。なお、ブラケット１０と弱軸側鋼梁１５の上フランジ１２ａ，１７ａを接合する下面スプライスプレート１２０ｂを省略してもよい。
【００２７】
図７は本実施の形態の別の例を示すもので、本例は、極軟鋼からなる上・下面スプライスプレート１２０ａ，１２０ｂと、ウェブ用スプライスプレート１２３ａ，１２３ｂの両者又はいずれか一方に、ブラケット１０と弱軸側鋼梁１５の端部の当接部又は近接部に対応して、両縁部に円弧状若しくはＵ字状（以下、両者を合わせて円弧状という）の切り込み１２１，１２４を設けたものである。
これにより、地震等による上・下面スプライスプレート１２０ａ，１２０ｂ、ウェブ用スプライスプレート１２３ａ，１２３ｂの降伏時の降伏位置を特定することができる。
【００２８】
［実施の形態３］
図８は本発明の実施の形態３に係る柱と梁の接合構造の平面図、Ａ矢視図及びＢ矢視図である。
本実施の形態は、ブラケット１０と弱軸側鋼梁１５のウェブ１１，１６を接合するウェブ用スプライスプレート１２５ａ，１２５ｂに極厚高強度鋼（例えば、降伏点４４０／ｍｍ^２、板厚４０ｍｍ）を用い、高力ボルト３０により接合したものである。なお、上・下面スプライスプレート２０ａ，２０ｂには、実施の形態１の場合と同じものを使用する。
これにより、上・下面スプライスプレート２０ａ，２０ｂと合わせた接合部の断面性能を、弱軸側鋼梁１５の断面性能とほぼ同程度にして、剛接合に近い強度及び剛性をもたせたものである。
本実施の形態によれば、地震等による外力が作用した場合に、建物の変形を少なく抑えることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、Ｈ形鋼柱の弱軸側にＨ形鋼梁を接合するにあたり、Ｈ形鋼柱の弱軸側に設けたブラケットのウェブ及び上フランジと、Ｈ形鋼梁のウェブ及び上フランジとをスプライスプレートを用いてボルト接合し、両者の下フランジは接合しないようにしたので、接合部における適切な強度バランスを実現することができる。また、ブラケットの製作が容易であるばかりでなく、Ｈ形鋼柱へのＨ形鋼梁の接合が容易なのでコストを低減することができる。
さらに、スプライスプレートの材質、板厚、高力ボルトの本数を選択することにより、接合部に設計者の意図する性能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る柱と梁の接合構造の平面図、Ａ矢視図及びＢ矢視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】実施の形態１の別の例の説明図である。
【図４】実施の形態１の別の例の説明図である。
【図５】実施の形態１の別の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る柱と梁の接合構造の平面図、Ａ矢視図及びＢ矢視図である。
【図７】実施の形態２の別の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る柱と梁の接合構造の平面図、Ａ矢視図及びＢ矢視図である。
【図９】従来の柱と梁の接合構造の一例の説明図である。
【符号の説明】
１　Ｈ形鋼柱
５　強軸側鋼梁
１０　ブラケット
１５　弱軸側鋼梁
２０ａ　上面スプライスプレート
２０ｂ　下面スプライスプレート
２３ａ，２３ｂ　ウェブ用スプライスプレート
３０　高力ボルト
１２０ａ　極軟鋼の上面スプライスプレート
１２０ｂ　極軟鋼の下面スプライスプレート
１２３ａ，１２３ｂ　極軟鋼のウェブ用スプライスプレート
１２１，１２４　切り込み
１２５ａ，１２５ｂ　極厚高強度鋼のウェブ用スプライスプレート

Claims

Ｈ形鋼柱の弱軸側にＨ形鋼梁を接合する柱と梁の接合構造であって、
前記Ｈ形鋼柱の弱軸側に設けたブラケットのウェブ及び上フランジと、前記Ｈ形鋼梁のウェブ及び上フランジとをスプライスプレートを用いてボルト接合したことを特徴とする柱と梁の接合構造。
前記ブラケットとＨ形鋼梁のウェブをスプライスプレートを用いて接合するためのボルトを、前記ブラケットとＨ形鋼梁の下部側に多く配置したことを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造。
前記ブラケットとＨ形鋼梁のウェブ及び上フランジを接合するためのスプライスプレートに極軟鋼を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の柱と梁の接合構造。
前記極軟鋼からなるスプライスプレートの縁部に円弧状の切り込みを設けたことを特徴とする請求項３記載の柱と梁の接合構造。
前記ブラケットとＨ形鋼梁のウェブを接合するためのスプライスプレートに極厚高強度鋼を用いたことを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造。