JP2004293114A

JP2004293114A - 鉄骨骨組構造

Info

Publication number: JP2004293114A
Application number: JP2003085982A
Authority: JP
Inventors: Hajime Komazaki; 肇駒崎; Katsumasa Okano; 勝政岡野
Original assignee: JFE Metal Products and Engineering Inc; Orient Corp
Current assignee: JFE Metal Products and Engineering Inc; Orient Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4029340B2

Abstract

【課題】Ｈ形断面の柱及び梁を用い、製造、運搬及び施工が容易でコストを低減できる二方向ラーメン構造又は二方向にラーメン構造とブレースを混用した鉄骨骨組構造を提供する。
【解決手段】Ｈ形断面の鋼材からなる柱１と梁２０，２０ａ，２０ｂとを有し、柱１の柱頂部において強軸方向にはエンドプレート２３を介して梁２０がボルト接合され、弱軸方向には摩擦接合により梁２０ａ，２０ｂが接合されて二方向に曲げモーメントが伝達される剛な構造とし、弱軸方向に接合される２本の梁２０ａ，２０ｂの上フランジと柱１とを１枚のスプライスプレート３０で接合した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨骨組構造に係り、さらに詳しくは、例えば、店舗や工場・倉庫などに適用される平家建ての建築物に適用されるＨ形断面の鋼材からなる柱と梁を用いた二方向ラーメン鉄骨骨組構造、あるいは、二方向にラーメン構造とブレースとを混用した鉄骨骨組構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種技術は、Ｈ形鋼の柱の頭柱よりやや下方において、フランジ及びウェブに固定された接合部材と、Ｈ形鋼の柱の柱頭においてウェブにアングル材を介してボルトにより固定された天板と、接合部材と天板に接合された梁とからなる柱梁接合構造がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実願平３−８０４３０号（実開平５−３４０３号）のマイクロフィルム
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の柱梁接合構造においては、１枚の天板によりＨ形鋼の柱と２本の梁を一体に接合している。すなわち、Ｈ形鋼の柱の強軸方向については上記のように構成しているが、弱軸方向にはモーメント接合が用意されておらず、二方向に剛な接合にはなっていない。
また、Ｈ形鋼の柱には接合部材が固定されて突出しているため運搬が面倒であり、さらに、梁の接合に要する部品（接合プレートや接合ボルト）が多く、このため製造、施工が面倒でコストが増大するなどの問題もある。
【０００５】
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形断面の柱及び梁を用い、製造、運搬及び施工が容易でコストを低減できる二方向ラーメン構造又は二方向にラーメン構造とブレースを混用した鉄骨骨組構造を提供することを目的としたもものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る鉄骨骨組構造は、Ｈ形断面の鋼材からなる柱と梁とを有し、前記柱の柱頂部において強軸方向にはエンドプレートを介して梁がボルト接合され、弱軸方向には摩擦接合により梁が接合されて二方向に曲げモーメントが伝達される剛な構造とし、前記弱軸方向に接合される２本の梁の上フランジと柱とを１枚のスプライスプレートにより接合したものである。
【０００７】
（２）上記（１）の柱の弱軸方向に接合される梁は、下フランジが前記柱に設けた下ダイアフラムに載置されてボルト接合され、上フランジは前記柱の柱頂部に取付けた柱頂部ダイアフラムにボルト接合されたスプライスプレートにボルト接合される。
【０００８】
（３）上記（２）の柱頂部ダイアフラムに接合されるスプライスプレートのボルトの数を、該スプライスプレートに接合される２本の梁の上フランジの一端に設けたボルトの数の和の２分の１以下とした。
【０００９】
（４）上記（１），（２）又は（３）の柱の柱頂部を、一方のフランジ及びこのフランジに直交するウェブの一部を残して、他方のフランジ及びウェブの上部を切除し、この切除部に前記柱頂部ダイアフラムを取付け、前記梁をエンドプレートを介して前記一方のフランジにボルト接合した。
【００１０】
（５）上記（１），（２）又は（３）の柱の一方のフランジの上端部に厚板部材を接合し、前記梁をエンドプレートを介して前記厚板部材とフランジにボルト接合した。
【００１１】
（６）上記（１），（２）又は（３）の柱の一方のフランジの外面に、前記エンドプレートとほぼ同じ大きさのプレートを、その上部を柱頂部から突出させて接合し、前記梁をエンドプレートを介して前記プレートとフランジにボルト接合した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
鉄骨骨組構造は、一般に、ブレース構造とラーメン構造とに大別され、また、方向についてみると、二方向ともブレース構造のもの、一方向がブレース構造で他方向がラーメン構造のもの、及び二方向ともラーメン構造のものに分類される。
また、梁はほとんどＨ形断面の鋼材（以下、Ｈ形梁という）が用いられるが、柱にはＨ形断面の鋼材（以下、Ｈ形柱という）の場合と角形断面の鋼材の場合がある。これは、主に曲げに対する性能に起因するもので、曲げ性能の高い強軸側と、曲げ性能の低い弱軸側とからなるＨ形柱の場合には、主として、二方向ブレース構造または強軸側にラーメン構造、弱軸側にブレース構造が適用され、二方向とも曲げ性能が高い角形断面鋼柱では、主として二方向ラーメン構造が適用される。
【００１３】
一般に、開口部の多い店舗などの平屋建ての建築物では、主として角形断面からなる柱に二方向ラーメン構造が適用され、一部には、弱軸方向の曲げ性能もある程度大きい幅広のＨ形柱を用いたラーメン構造も利用されている。
一方、工場や倉庫などの平屋建て建築物などではＨ形柱を用い、長手方向にブレースが設けられる場合が多く、一方向がブレース構造で、多方向がラーメン構造の場合が多い。なお、上記のいずれの場合においても、Ｈ形梁の間に小梁が設けられている。
【００１４】
本発明は、上記の従来技術に鑑みてなされたもので、細幅の２本のＨ形柱と、その強軸方向に接合したＨ形梁とからなる強軸方向（Ｙ方向）のラーメン構造を単位骨組とし、この単位骨組をほぼ等スパンで弱軸方向（Ｘ方向）に必要数配置し、Ｘ方向のＨ形柱間をＨ形梁で接合して柱・梁骨組構造を構成する。そして、必要に応じてＸ方向にブレースを設けたもので、Ｘ方向、Ｙ方向共に小梁を一切設けない構造としたものである。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る鉄骨骨組構造の要部の斜視図、図２は図１の分解斜視図、図３は一部を断面で示した図１の模式的側面図である。
図において、１は細幅のＨ形柱である。このＨ形柱１は柱頂部を、図４（ａ）に示すように、一方のフランジ（例えば３ｂ）及びフランジ３ｂと直交するウェブ２の一部を残して、フランジ３ａ及びウェブ２の上部を破線の位置で切断し、図４（ｂ）に示すように、両フランジ３ａ，３ｂの間に段差を有する切除部４を設け、ウェブ２の残部によりフランジ３ｂの補強リブ５を形成したものである。なお、フランジ３ｂ及び補強リブ５の切除部４の上面からの突出長は、後述のＨ形梁の上フランジの上面からこれに取付けたエンドプレートの上端部までの高さに対応する。
【００１６】
１０は平面四角形状の柱頂部ダイアフラムで、Ｈ形柱１の両フランジ３ａ，３ｂを結ぶ面積とほぼ等しいか又はこれより若干大きく形成されており、フランジ３ｂ側には補強リブ５に嵌合される切込み部１１が設けられている。１２は複数（図には４個の場合が示してある）のボルト挿通穴である。
この柱頂部ダイアフラム１０は、あらかじめ工場等において、その切込み部１１を補強リブ５に嵌合して切除部４上に載置され、切除部４、フランジ３ａ，３ｂ及び補強リブ５に溶接により接合される。
【００１７】
１５はＨ形柱１のウェブ２の一方の面とフランジ３ａ，３ｂで囲まれた領域とほぼ同じ大きさの基部１６と、基部１６の中央部から突設された取付部１７とからなる平面ほぼ凸状の下部ダイアフラムで、取付部１７には複数（図には４個の場合が示してある）のボルト１８が設けられている。この下部ダイアフラム１５は、柱頂部ダイアフラム１０の上面から、後述のＨ形梁のフランジの外面間の高さに対応した下方の位置に、あらかじめ、工場等において、Ｈ形柱１のウェブ２とフランジ３ａ，３ｂに溶接により接合されている。１９はウェブ２のほぼ中間部において、ウェブ２、柱頂部ダイアフラム１０及び下部ダイアフラム１５に溶接接合された補強プレートである。なお、補強プレート１９には、必要に応じて、後述の梁２０ａ，２０ｂのウェブ２１とボルト接合するためのボルト挿通穴が設けられる。
Ｈ形柱１のウェブ２の反対側においても、同様にして下部フランジ１５及び補強プレート１９が設けられている。
【００１８】
２０はＨ形柱１の強軸方向に接合されるＨ形梁で、端部にはエンドプレート２３があらかじめ工場等で溶接により接合されている。このエンドプレート２３の幅はＨ形柱１のフランジ３ｂの幅とほぼ等しいか又は若干広く、高さはフランジ３ｂの残置された上端部から下部ダイアフラム１５の下方までの高さとなっており、フランジ３ｂの柱頂部ダイアフラム１０の上下及び下部ダイアフラム１５の上下に設けたボルト挿通穴３ｃに対応して、ボルト挿通穴２４が設けられている。
【００１９】
２０ａ，２０ｂはＨ形柱１の弱軸方向に接合されるＨ形梁で、上フランジ２２ａ、下フランジ２２ｂの端部近傍にはそれぞれ複数（図には、各４個の場合が示してある）のボルト挿通穴２５ａ，２５ｂが設けられている。
【００２０】
３０は鋼板からなるスプライスプレートで、その幅はＨ形梁２０ａ，２０ｂのフランジ２２ａの幅とほぼ等しく、長さは柱頂部ダイアフラム１０の幅に、両Ｈ形梁２０ａ，２０ｂのボルト挿通穴２５ａ，２５ｂが設けられた領域を加えた長さより若干長く形成されている。３１は柱頂部ダイアフラム１０のボルト挿通穴１２に対応して設けられたボルト挿通穴、３２ａ，３２ｂはＨ形梁２０ａ，２０ｂのボルト挿通穴２５ａ，２５ｂに対応してそれぞれ設けられたボルト挿通穴である。
【００２１】
次に、上記のように構成したＨ形柱１とＨ形梁２０，２０ａ，２０ｂとの接合手順の一例について説明する。なお、Ｈ形柱１の柱頂部の切除部４はあらかじめ工場等において切除され、また、柱頂部ダイアフラム１０、下部ダイアフラム１５及び補強プレート１９は、前述のようにあらかじめ工場等において、Ｈ形柱１の所定の位置に溶接により接合されているものとする。
【００２２】
先ず、Ｈ形柱１の一方のフランジ３ｂに、Ｈ形梁２０のエンドプレート２３を当接し、ボルト挿通穴２４，６にボルト４０（図３参照）を挿通し、ナットにより固定する。なお、Ｈ形梁２０の上フランジ２２ａは、Ｈ形柱１に設けた柱頂部ダイアフラム１０とほぼ同一平面上に位置する。
【００２３】
ついで、柱頂部ダイアフラム１０の上にスプライスプレート３０を載置し、ボルト挿通穴３１，１２にボルト４０を挿通してナットを締め、仮止めする。
そして、スプライスプレート３０と下部ダイアフラム１５との間に、一方のＨ形梁２０ａの端部を挿入して下部ダイアフラム１５上に載置し、各ボルト挿通穴３２ａと２５ａ、２５ａと１８にそれぞれボルト４０を挿通し、ナットで仮止めする。このとき、Ｈ形梁２０ａの上フランジ２２ａの端部は、柱頂部ダイアフラム１０の端部に当接又は近接して位置する。同様にして、他方のＨ形梁２０ｂの端部を、Ｈ形柱１のスプライスプレート３０と下部ダイアフラム１５の間に挿入し、仮止めする。そして、両Ｈ形梁２０ａ，２０ｂの位置合わせを行ったのちナットを本締めし、固定する。これにより、二方向ラーメン構造の骨組構造が構成される。
【００２４】
上記のように構成した本実施の形態によれば、Ｈ形柱１の強軸方向にエンドプレート２３を介してＨ形梁２０をボルト接合しているので、従来技術のようにＨ形柱１のフランジ３ａ，３ｂに外面への突出部がない。このため、運搬面で効率的であるばかりでなく、フランジ３ａ，３ｂの外面に接合するブラケットやガセットなどの溶接加工物を無くすことができるので、精度面でも効果的である。また、柱には比較的軽量の細幅のＨ形柱１を用いたので、下部ダイアフラム１５が突出して形成されているものの、通常の柱に取付けられるブラケット部材の突出の大きさに比較すれば、下部ダイヤフラム１５の先端部から、Ｈ形柱１の反対側の下部ダイアフラム１５の先端部までの距離は大幅に小さいものになっており、運搬面、施工面及びコスト面で大きなメリットが生じる。
【００２５】
また、Ｈ形梁２０をエンドプレート２３を介してボルト接合するＨ形柱１側の構造性能要件は、Ｈ形梁２０に荷重が作用したときに、Ｈ形梁２０からエンドプレート２３、ボルト４０を経てＨ形柱１のフランジ３ｂに応力がスムーズに伝達されることが必要であるが、本実施の形態においては、エンドプレート２３を接合する側のフランジ３ｂを上方に突出させているので、Ｈ形梁２０の上フランジ２２ａと対向する位置にＨ形柱１の柱頂部ダイアフラム１０が存在し、また、エンドプレート２３が接合される範囲にはウェブ２が存在するので、Ｈ形柱１のフランジ３ａ，３ｂを比較的薄くしても応力を伝達することができる。
【００２６】
さらに、Ｈ形柱１の一方のフランジ３ｂを、これと直交するウェブ２の一部
（補強リブ５）と共に残して他の部分の上部を切除し、この切除部４に柱頂部ダイアフラム１０を接合してその上にスプライスプレート３０をボルト接合するようにしている。この柱頂部ダイアフラム１０は、梁２０及び２本の梁２０ａ，２０ｂの３本の梁の応力をＨ形柱１に伝達するダイアフラムの役目と、梁２０ａ，２０ｂをボルト接合するブラケットの役目とを１枚の板で負担させており、構造が簡単で、低コストかつ合理的なダイアフラムとなっている。
【００２７】
また、従来、Ｈ形柱の弱軸方向の両側に接続されたＨ形梁からの応力は、一方のＨ形梁から一旦Ｈ形柱に伝達されたのち他方のＨ形梁に伝達されるため、Ｈ形梁のＨ形柱への接合に多くのボルトが必要であった。
本実施の形態においては、２本のＨ形梁２０ａ，２０ｂとＨ形柱１とを、１枚のスプライスプレート３０で直接接合するようにしたので、一方のＨ形梁２０ａからの応力はスプライスプレート３０を介して直接他方のＨ形梁２０ｂに伝達することができる。すなわち、Ｈ形柱１を経ずに応力のやりとりをすることができる。
【００２８】
このため、Ｈ形柱１に流す応力に対応する分だけボルト４０を設ければよいので、本発明が対象としている鉄骨骨組構造に生じる応力の実態においては、スプライスプレート３０を柱頂部ダイアフラム１０に接合するボルト４０の数を、両Ｈ形梁２０ａ，２０ｂの一方の端部をスプライスプレート３０に接合するボルト４０の数の和の２分の１以下にすることができるなど、スプライスプレート３０を柱頂部ダイアフラム１０に接合するボルト４０の数を減らすことができる。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、二方向に曲げモーメントを伝達できる柱・梁の接合部が構成され、二方向ラーメン構造の部分やブレース、壁が少なく、空間の自由度の高い鉄骨骨組構造を得ることができる。
また、各部材の接合に要する部品（接合プレート、接合ボルト等）の数が少なく、製造、施工が簡単で、部品管理も容易であり、コスト低減することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
図５は本発明の実施の形態２に係る鉄骨骨組構造の一部を断面で示した模式的側面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
実施の形態１においては、Ｈ形柱１の柱頂部を、一方のフランジ３ｂ及びこれと直交するウェブ２の一部を残して、フランジ３ａ側とウェブ２ａの上部を切除して切除部４を形成し、この切除部４に柱頂部ダイアフラム１０を溶接接合した場合を示したが、本実施の形態においては、Ｈ形柱１の柱頂部を平坦（水平）に形成し、一方のフランジ（例えば３ｂ）の上端部に、フランジ３ｂとほぼ同じ幅の厚板からなる厚板部材７を溶接により接合してフランジ３ｂを上方に延長して、この厚板部材７とフランジ３ｂにＨ形梁２０に設けたエンドプレート２３を接合するようにしたものである。
本実施の形態の効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様であるが、Ｈ形柱１の柱頂部に特別な加工を施す必要がないので、製造が容易である。
【００３２】
［実施の形態３］
図６は本発明の実施の形態３に係る鉄骨骨組構造の一部を断面で示した模式図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、実施の形態２の場合と同様に、Ｈ形柱１の柱頂部を平坦に形成し、Ｈ形梁２０のエンドプレート２３とほぼ同じ大きさで厚板のプレート８を、その上部を柱頂部から突出させてフランジ３ｂに溶接接合し、このプレート８を介してフランジ３ｂにエンドプレート２３をボルト接合したものである。
なお、上記の実施の形態１〜３によるＨ形柱１の柱頂部近傍の構造は、応力状態、Ｈ形柱１のフランジ３ａ，３ｂの板厚、Ｈ形梁２０のフランジ２２ａ，２２ｂの幅等によって設計的に選択される。
【００３３】
図７は本発明を実施した建築物の施工の一例を示す説明図である。
施工にあたっては、先ず、所定の位置においてＹ方向に、強軸方向を対向させて、例えば実施の形態１に係る２本のＨ形柱１を立設し、両Ｈ形柱１の強軸方向の間に両端部にエンドプレート２３が設けられた実施の形態１に係るＨ形梁２０配設し、エンドプレート２３を両Ｈ形柱１にそれぞれボルト接合して、門型のＹ方向ラーメン構造の単位骨組み５０ａを構成する。そして、これと平行にほぼ等しい間隔で、Ｘ方向に単位骨組５０ｂ，５０ｃ，…５０ｎを設置する。
【００３４】
ついで、各単位骨組５０ａ，５０ｂ，…のＸ方向において、隣接するＨ形柱１の弱軸方向の間に実施の形態１に係るＨ形梁２０ａ，２０ｂをそれぞれ配設し、両端部を下部ダイアフラム１５とスプライスプレート３０の間に挿入してボルト接合し、柱・梁骨組を構成する。この場合、Ｘ方向、Ｙ方向には、小梁は一切設けない。なお、必要に応じてＸ方向にブレース５１を設けてもよく、また、柱・梁骨組の両端部（妻部）に庇梁５２を設けてもよい。
このような柱・梁骨組は、敷地の規模等において、単位骨組５０を増減することにより、骨組構成と部材を変更することなく所望の規模の建築物を構築することができる。
【００３５】
上記のように構成した柱・梁骨組（庇梁を設けた場合）に鉛直荷重が作用したときの応力状態は、図８に示すように（図にはＸ方向の単位骨組５０が３本の場合が示してある）、中央のＨ形柱１には曲げモーメントはほとんど発生せず、また、庇梁５２の曲げモーメントとＨ形梁２０ａからの曲げモーメントがバランスして、両側のＨ形柱１の曲げモーメントの負担が小さくなるため、各部材の接合に必要なボルトなどが少なくてすむと共に、Ｈ形柱も断面性能の小さいものを使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、Ｈ形断面の鋼材からなる柱と梁とを有し、前記柱の柱頂部において強軸方向にはエンドプレートを介して梁がボルト接合され、弱軸方向には摩擦接合により梁が接合されて二方向に曲げモーメントが伝達される剛な構造とし、前記弱軸方向に接合される２本の梁の上フランジと柱とを１枚のスプライスプレートにより接合するようにしたので、製造、運搬及び施工が容易でコストを低減できる二方向ラーメン構造又は二方向ラーメン構造とブレースを混用した鉄骨骨組構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鉄骨骨組構造の要部の斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】一部を断面で示した図１の模式的側面図である。
【図４】図１の柱頂部の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る一部を断面で示した鉄骨骨組構造の要部の模式的側面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る一部を断面で示した鉄骨骨組構造の要部の模式的側面図である。
【図７】本発明を実施した建築物の施工の一例を示す説明図である。
【図８】図７の建築物の応力状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ｈ形柱
３ａ，３ｂフランジ
４切除部
５補強リブ
７厚板部材
８プレート
１０柱頂部ダイアフラム
１５下部ダイアフラム
２０，２０ａ，２０ｂＨ形梁
３０スプライスプレート
４０ボルト

Claims

Ｈ形断面の鋼材からなる柱と梁とを有し、前記柱の柱頂部において強軸方向にはエンドプレートを介して梁がボルト接合され、弱軸方向には摩擦接合により梁が接合されて二方向に曲げモーメントが伝達される剛な構造とし、
前記弱軸方向に接合される２本の梁の上フランジと柱とを１枚のスプライスプレートにより接合したことを特徴とする鉄骨骨組構造。
前記柱の弱軸方向に接合される梁は、下フランジが前記柱に設けた下ダイアフラムに載置されてボルト接合され、上フランジは前記柱の柱頂部に取付けた柱頂部ダイアフラムにボルト接合されたスプライスプレートにボルト接合されることを特徴とする請求項１記載の鉄骨骨組構造。
前記柱頂部ダイアフラムに接合されるスプライスプレートのボルトの数を、該スプライスプレートに接合される２本の梁の上フランジの一端に設けたボルトの数の和の２分の１以下としたことを特徴とする請求項２記載の鉄骨骨組構造。
前記柱の柱頂部を、一方のフランジ及びこのフランジに直交するウェブの一部を残して、他方のフランジ及びウェブの上部を切除し、この切除部に前記柱頂部ダイアフラムを取付け、前記梁をエンドプレートを介して前記一方のフランジにボルト接合したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の鉄骨骨組構造。
前記柱の一方のフランジの上端部に厚板部材を接合し、前記梁をエンドプレートを介して前記厚板部材とフランジにボルト接合したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の鉄骨骨組構造。
前記柱の一方のフランジの外面に、前記エンドプレートとほぼ同じ大きさのプレートを、その上部を柱頂部から突出させて接合し、前記梁をエンドプレートを介して前記プレートとフランジにボルト接合したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の鉄骨骨組構造。