JP2004076479A

JP2004076479A - 鋼管柱と鋼管梁の接合構造

Info

Publication number: JP2004076479A
Application number: JP2002240331A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ito; 伊藤　茂樹; Koji Oki; 沖　晃司
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】比較的軽量でコストを低減できる柱・梁接合部の接合金物を備えた鋼管柱と鋼管梁の接合構造を提供する。
【解決手段】鋼管柱１に設けた角形断面の接合金物２に、エンドプレート１１，１６を有する角形断面の鋼管梁１０，１５をボルト接合するための構造であって、接合金物２を、内壁の角部３を肉厚に形成して一方の対向する面の角部３の上下方向に複数の第１のねじ穴４を設けると共に、他方の対向する面の角部３の上下方向に第１のねじ穴４と上下方向にずらせて複数の第２のねじ穴５を設け、エンドプレート１１，１６の鋼管梁１０，１５の両側に、接合金物２の第１のねじ穴４又は第２のねじ穴５に対応してボルト挿通穴を設けた。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管柱と鋼管梁の接合構造に係り、さらに詳しくは、角形断面又は円形断面の鋼管柱と、角形断面の鋼管梁とを接合するための構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
閉鎖断面である鋼管柱は、断面性能に方向性がなく、座屈しにくい性能のため、多くの鉄骨構造物に利用されている。
しかし、閉鎖断面であるために、外部から鋼管柱の内部に手が回らないため、梁やその他の部材を鋼管柱に接合する場合に、ボルトで簡単に取付けることができない。そのため、大型の建造物では、溶接により梁を接合するか、あるいは溶接により鋼管柱にブラケットを接合し、そのブラケットに梁をボルト接合する方式が一般的である。
【０００３】
一方、住宅や小規模店舗あるいは駐車場などの小規模鉄骨骨組構造では、コスト面、現場作業面などから、溶接やブラケット接合は好まれず、簡単にボルト接合できることが望ましい。
このため、従来より多くの接合方法が提案されているが、その共通的な構成としては、次の通りである。
【０００４】
（１）図９に示すように、鋼管柱１と梁３５との接合部分（以下、柱・梁接合部という）に、鋳鋼からなる肉厚の厚い筒状の金物３０を鋼管柱１に溶接して用いるか（例えば、特開平４−３３９９３７号、特開平４−３４３９３３号公報）、又は鋼管柱１に補強板を当てて肉増して柱・梁接合部とする。
（２）Ｈ形断面からなる梁３５にはエンドプレート３６を溶接しておく。
（３）梁３５のエンドプレート３６にはボルト挿通穴３７を、また、対する筒状の金物３０にはねじ穴３１（又はナット状のものをつけておく）をあらかじめ加工しておく。
（４）エンドプレート３６を鋼管柱１に設けた筒状の金物３０にボルト４０で接合し、鋼管柱１に梁３５を接合する。
【０００５】
ところで、小規模鉄骨骨組構造における柱と梁の接合方法については、前述のように多くの提案がなされており、これらの提案及び現に実施されている構造物においては、ほとんどのものにＨ形断面梁が用いられており、僅かに溝形断面梁が用いられている。
そして、Ｈ形断面梁を用いる場合は、これを筒状の金物３０又は補強板に接合するボルト４０は、図１０に示すように、梁３５のフランジに発生する応力４６（斜線で示す）を柱・梁接合部に効果的に伝達するために、柱幅の中間位置近傍に配置することになるので、筒状の金物３０や補強板は、幅方向の中間部においても板厚を厚くする必要があり、このため、幅方向にほぼ均等に肉厚化がはかられている。
【０００６】
Ｈ形断面梁は、断面性能の効率がよく、住宅や店舗に必要な種々の構造部材、小梁や床・屋根の根太あるいは水平ブレースなどの二次部材を取付ける上でも、簡単にボルト接合できることなどから広く使用されている。
一方、閉鎖断面である角形鋼管は、上記のような他部材との接合が困難なため、このような構造物には全く使用されていない。しかしながら、Ｈ形断面梁に比べてねじれ難いなどの特性を有するため、特に長スパンの骨組構造にしたいが途中にねじれを防止する部材を設置できないような場合、あるいは、断面効率よりも意匠性を重視するような場合に、鋼管梁を使用することが考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
鋼管柱に鋼管梁を接合する場合、前記した従来技術に準じて角形断面の鋼管梁を接合しようとすると、梁が鋼管梁であることやコストの面で種々問題があり、新しい工夫が必要になる。
特に、コスト面では、従来技術では肉厚の筒状の金物が必要であり、このため、柱・梁接合部の重量が大きく、高価な鋳鋼金物を用いるため高コストの柱・梁接合部になってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するめたになされたもので、比較的軽量で、コストを低減できる柱・梁接合部の接合金物を備えた鋼管柱と鋼管梁の接合構造を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼管柱に設けた角形断面の接合金物に、エンドプレートを有する角形断面の鋼管梁をボルト接合するための構造であって、前記接合金物を、内壁の角部を肉厚に形成して一方の対向する面の前記角部の上下方向に複数の第１のねじ穴を設けると共に、他方の対向する面の前記角部の上下方向に前記第１のねじ穴と上下方向にずらせて複数の第２のねじ穴を設け、前記エンドプレートの前記鋼管梁の両側に、前記接合金物の第１のねじ穴又は第２のねじ穴に対応してボルト挿通穴を設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る鋼管柱と鋼管梁の接合構造の要部を示す斜視図である。
図において、１は角形鋼管柱、２は鋳鋼金物からなり、柱・梁接合部において、上下の角形鋼管柱１（図には上部の角形鋼管柱１は省略してある）の間に溶接により接合された筒状の接合金物である。
【００１１】
この接合金物２は、図２に示すように、外形は角形鋼管柱１とほぼ同様に角形断面に形成されており、内壁は角部３が肉厚で、その他の部分は肉薄に形成されている。
４は一方の対向する面の両側縁部近傍（肉厚の角部３の近傍）の上下方向に設けられた複数の第１のねじ穴、５はこの面と直交して対向する前の両側縁部近傍の上下方向に設けられた複数の第２のねじ穴である。
【００１２】
１０は接合金物２の一方の対向する面に接合される断面長方形の鋼管梁で、一端にはエンドプレート１１が溶接により接合されている。このエンドプレート１１の幅は接合金物２の接合面の幅とほぼ等しいかこれより若干狭く、高さは鋼管梁１０の高さより若干高く形成されており、鋼管梁１０の両側には接合金物２の一方の対向面に設けた第１のねじ穴４に対応してボルト挿通穴１２が設けられている。
【００１３】
１５は接合金物２の上記と直交する面に接合される断面長方形の鋼管梁で、一端にはエンドプレート１６が溶接により接合されており、エンドプレート１６の鋼管梁１５の両側には、接合金物２の他方の対向面に設けた第２のねじ穴５に対応してボルト挿通穴１７が設けられている。なお、鋼管梁１５の幅が鋼管梁１０の幅より狭い場合が示してあるが、両者は同じ幅であってもよい。また、鋼管梁１５のエンドプレート１６に、鋼管梁１０のエンドプレート１１と同じ形状のものを用いた場合を示したが、両者は高さが異なるものであってもよい。
【００１４】
上記の接合金物２に設けた第１、第２のねじ穴４，５及びエンドプレート１１，１６にこのねじ穴４，５に対応して設けたねじ挿通穴１２，１７は、ねじ挿通穴１２，１７からねじ穴４，５にボルトを螺入したときに、ボルトが互いに干渉しないように、図３に示すように上下方向にずらせて設けられている。
【００１５】
上記のような本実施の形態において、接合金物２を介して角形鋼管柱１に鋼管梁１０，１５を接合するにあたっては、図４に示すように、例えば鋼管梁１０のエンドプレート１１を接合金物２の一方の面に当接し、各ボルト挿通穴１２に挿通したボルト４０を接合金物２に設けたねじ穴４に螺入して固定する。
また、これと直交する面に鋼管梁１５のエンドプレート１６を当接し、前記と同様にボルト挿通穴１７に挿通したボルト４０をねじ穴５に螺入して固定する。このとき、直交する面のねじ穴４，５は、前述のように上下方向にずらせて設けられているので、ボルト４０が干渉することはない。なお、接合金物２の直交する他方の面に鋼管梁１０，１５を接合する場合も、上記と同様にして行うことができる。
【００１６】
次に、本実施の形態の作用及び効果を従来技術と比較しながら説明する。
従来技術で説明したＨ形断面梁の場合は、図１０に示すように、Ｈ形断面梁３５のウェブの上部中央部近傍が曲げモーメントに起因する梁３５の応力の支配的な領域（図１０に斜線４６で示す）であるため、その近傍にボルト（ボルト挿通穴３７で示す）を配置して応力を伝達することが効果的である。
一方、本実施の形態のように、長方形断面の鋼管梁１０，１５（以下、鋼管梁１０について説明する）では、図５に斜線４５で示すように、鋼管梁１０の角部近傍が曲げモーメントに起因する応力の支配的領域であるため、その近傍にボルトを配置することが効果的であり、そのため、エンドプレート１１のボルト挿通穴１２を鋼管梁１０の長辺に沿ってその両側に設けた。
【００１７】
また、一般的に、梁幅に対して柱幅の方が広く、曲げモーメントに起因する梁の応力は、ボルトを介して柱・梁接合部の全面（エンドプレートが当接される面）からこの面と直交する面（パネルゾーンと呼ばれる）に流れ、下部の柱に伝達される。
このため、従来のＨ形断面梁３５を用いた場合は、図１１に矢印で示すように、応力がボルト４０から筒状の金物３０内を大きく曲って鋼管柱１に伝達されるため、応力の流れを円滑にするためには、筒状の金物３０の板厚を一様に厚くしなければならず、高価な鋳鋼金物である筒状の金物３０がより高価になり、重量も増大する。
【００１８】
これに対して、本実施の形態においては、エンドプレート１１に鋼管梁１０の長辺に沿ってその両側にボルト挿通穴１２を設けたので、図６に矢印で示すように、曲げモーメントに起因する応力は、ボルト４０から急激に向きを変えることなく接合金物２の角部３を経て角形鋼管柱１に円滑に伝達されるため、角部３以外の板厚を十分薄くすることができる。
【００１９】
この場合、一般に角形断面の部材においては、内壁の角部は直角に形成されることなく、適度なＲによって形成されているので、本実施の形態においても接合金物２の角部３のＲを若干大きめに形成すればよく、その他の部分の肉厚を大きく減らすことができる。
このように、本実施の形態においては、接合金物２の断面形状を上記のように形成したので、高価な鋳鋼製の接合金物２によって柱・梁接合部を構成する場合に、コストを低減できるばかりでなく、重量を軽減し作業性を向上することができる。
【００２０】
本実施の形態において、鋼管梁１０のエンドプレート１１を、接合金物２の角部３の近傍にボルト接合することは、上述のように、応力伝達及びコスト上の効果が大きいが、接合金物２に直交して接合する鋼管梁１０，１５のボルト４０が干渉することが問題になる。この点については、前述のように直交する鋼管梁１０，１５を固定するボルト４０の位置を、上下方向にずらすことにより解決した。
【００２１】
このため、柱・梁接合部に設ける接合金物２を特別な断面形状にする必要がないという効果が得られる一方、直交して接合する鋼管梁１０，１５を固定するボルト４０の位置が上下方向にずれることによる構造性能的な問題について検討する必要がある。すなわち、直交して接合する鋼管梁１０，１５のボルト４０の位置が異なれば、両者の接合強度が変わることは避けられないからである。
【００２２】
一般に、鉄骨骨組構造においては、必要な性能に方向性を有するものである。例えば、図７に示すような小規模建築物で代表的な柱と梁の配置を想定すると、方向ＡとＢとでは、スパンが異なることやそれぞれの方向に作用する外力も異なることから、柱１には等方向性の角形鋼管や円形鋼管を用いるが、Ａ方向の梁１０とＢ方向の梁１５とでは必要な断面性能が異なるのが一般的である。したがって、たとえ梁に同じ部材を用いた場合でも（構造以外の観点から同じサイズの梁を用いる場合も多い）、直交する梁に必要な接合性能には必ず大小がある。
【００２３】
図３で示したボルト配置の例では、鋼管梁１０のボルト配置の場合に比べて、鋼管梁１５のボルト配置では、同じサイズのボルトを用いたとすれば、鋼管梁１５の方が接合耐力は弱いことになる。しかし、必要とする鋼管梁の耐力に方向によって大小があるのであるから、この方向性に対応して鋼管梁１０及び鋼管梁１５を接合することができるので、このように接合強度が変ることはバランス上好ましいということができる。
勿論、梁サイズ（板厚が薄い場合も含む）が小さければ全く問題がなく、また、必要であればボルトサイズを変えることで等価にすることができるので、直交して柱１に接合する鋼管梁１０，１５のボルトの位置を上下方向にずらすことは、全く問題がない。
【００２４】
［実施の形態２］
図８は本発明の実施の形態２に係る鋼管柱と鋼管梁の接合構造の要部を示す説明図である。
実施の形態１では柱に角形断面の鋼管を用いた場合を示したが、本実施の形態は、柱に円形断面の鋼管（以下、円形断面鋼管柱という）を用いたもので、接合金物２には実施の形態１の場合とほぼ同じ構造のものを用い、その上下に円形断面鋼管柱１ａを溶接により接合して、柱・梁接合部を構成したものである。
【００２５】
従来、円形断面鋼管柱にＨ形断面梁をエンドプレートを介して接合する場合は、例えば、特開平４−３３９９３７号公報にみられるように、接合用筒体のボルト螺入位置の肉厚を大幅に厚くする必要があり、このため全体として肉厚を減らすことができず、コスト高になるばかりでなく、重量の増大は避けられなかった。
【００２６】
本実施の形態は、柱・梁接合部を構成する接合部材２に、図８に示すように、角部３がＲを利用して肉厚に形成され、その他の部分が肉薄で内部の中空部が円形に近い、実施の形態１とほぼ同じ構造のものを用いることができる。
このため、実施の形態１の場合と同様の作用、効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る鋼管柱と鋼管梁の接合構造は、鋼管柱の柱・梁接合部に接合される角形断面の接合金物を、内壁の角部を肉厚にその他の部分を肉薄に形成し、この角部に鋼管梁のエンドプレートをボルト接合するためのねじ穴を設け、また、エンドプレートの鋼管梁の両側に接合金物のねじ穴に対応してボルト挿通穴を設けたので、鋳鋼からなる接合金物の重量を軽減し、コストを低減することができ、さらに、曲げモーメントに起因する応力を鋼管柱に円滑に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鋼管柱と鋼管梁の接合構造の要部を示す斜視図である。
【図２】図１の接合金物の平断面図である。
【図３】図１の鋼管梁のエンドプレートの正面図である。
【図４】図１の接合金物への鋼管梁の接合状態を示す説明図である。
【図５】実施の形態１の鋼管梁に生じる応力の状態を示す説明図である。
【図６】実施の形態１の応力の伝達状態を示す説明図である。
【図７】小規模建築物における柱と梁の配置例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る鋼管柱と鋼管梁の接合構造の要部を示す説明図である。
【図９】従来の鋼管柱とＨ形断面梁との接合構造の一例を示す説明図である。
【図１０】図９のＨ形断面梁に生じる応力の状態を示す説明図である。
【図１１】図９の応力の伝達状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ　鋼管柱
２　接合金物
３　角部
４　第１のねじ穴
５　第２のねじ穴
１０，１５　鋼管梁
１１，１６　エンドプレート
１２，１７　ボルト挿通穴

Claims

鋼管柱に設けた角形断面の接合金物に、エンドプレートを有する角形断面の鋼管梁をボルト接合するための構造であって、
前記接合金物を、内壁の角部を肉厚に形成して一方の対向する面の前記角部の上下方向に複数の第１のねじ穴を設けると共に、他方の対向する面の前記角部の上下方向に前記第１のねじ穴と上下方向にずらせて複数の第２のねじ穴を設け、前記エンドプレートの前記鋼管梁の両側に、前記接合金物の第１のねじ穴又は第２のねじ穴に対応してボルト挿通穴を設けたことを特徴とする鋼管柱と鋼管梁の接合構造。