JP2007270609A - Ｈ形断面部材の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェブ添接部材を外部から見えないようにして意匠性の向上を図るとともに、継手部の曲げ耐力の向上を図り得るＨ形断面部材の継手構造を提供する。
【解決手段】上フランジ1aと、下フランジ1bと、これら上下フランジ1a、1bを繋ぐとともに、離間を空けて配設された２つのウェブ1c、1dとによって縦長の中空部1eが形成された中空Ｈ形断面部材１，１同士を突合わせ状態で接合するための継手構造であって、前記中空部1eの形状にほぼ整合する断面の継手部材２を持ち込み、その右半部分を一方側の中空Ｈ形断面部材１の中空部1eに挿入するとともに、左半部分を他方側の中空Ｈ形断面部材１の中空部1eに挿入し、前記右半部分及び左半部分のそれぞれにおいて、中空Ｈ形断面部材１の外面側から前記２つのウェブ1c、1d及び前記継手部材２を貫通して設けられた１又は複数のボルト３，３…と、これらボルト３，３…に螺合させたナット４，４…により締結を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｈ形断面部材の継手構造に係り、詳しくは上下フランジ部分の継手を省略し、ウェブ部分のみで継手を行うウェブ曲げ継手を適用したＨ形断面部材の継手構造に関する。

従来より、建築構造又は土木構造の骨組部材として、Ｈ形断面部材が多く使用されている。前記Ｈ形断面部材の継手構造は、従来は図１５に示されるように、上下フランジ５０ａ、５０ｂ及びウェブ５０ｃのそれぞれに添接板５１ａ、５１ｂ、５１ｃを夫々添わせてボルト５２・ナット５３により締結する構造が一般的であったが、この継手構造の場合は、上フランジ５０ａの上面に、添接板５１ａ及びボルト５２・ナット５３が突出する構造となるため、鉄骨梁上にデッキプレートや床版等を載置する場合の納まりが悪く、かつ意匠性も悪いなどの問題があった。

そこで近年は、上下フランジの外面から突出する部材を無くし、ウェブ部分のみに添接板を添わせボルト・ナットにより締結を行うウェブ曲げ継手構造が提案されている。

例えば、下記特許文献１では、図１６に示されるように、上下フランジ５０ａ、５０ｂとウェブ５０ｃを有し、フランジ５０ａ、５０ｂとウェブ５０ｃの交差部の内隅角部がアールをなす形鋼５０を突合せ状態に接合するものであり、高さが前記形鋼５０の上下フランジ内法寸法に等しい隅切鋼板の接合部材５４を使用し、前記接合部材５４を上下フランジ５０ａ、５０ｂ間において突合せた形鋼５０のウェブ５０ｃ間に跨って、かつ隅切鋼板の隅切部分がフランジ５０ａ、５０ｂとウェブ５０ｃの交差部の内隅角部のアールに添った状態で形鋼５０のウェブ５０ｃにボルト・ナット５２，５３により固着してある形鋼の接合部構造が提案されている。

また、下記特許文献２では、図１７に示されるように、扁平断面の柱鉄骨５５の梁接合部のフランジを除き梁鉄骨５６の端面を突合せ、柱鉄骨５５と梁鉄骨５６のウェブに両面に添わせて梁鉄骨５６のウェブ高に略等しい高さの接合プレート５７をボルト接合したウェブ曲げ継手構造が提案されている。

一方、近年はリサイクル性と加工性に優れたアルミニウム合金が、環境負荷の総合的な削減の一翼を担う素材として脚光を浴び始めている。そして、アルミニウム合金を建築構造に使用できる法整備が2000年６月に行われ、戸建て住宅や低層建築物などへの適用実績も増えつつある。
特許第２９０８６７４号公報 特開平７−２５２８８６号公報

上記特許文献１及び特許文献２記載の継手構造の場合は、上下フランジ部の添接板を省略し、ウェブのみに添接板を配設する構造であるため従来の継手構造よりも意匠性も優れるようになるが、特に架構が外部から見えるようなドーム型架構構造や、屋根構造がスケルトン方式のような構造の場合には、ウェブに配設される添接板が意匠性を損ねているなどの問題があった。また、ウェブ外面に添接板を添わせた継手構造の場合、雨水や、高塩分含有空気／雨水の環境下に晒されることになり、添接板と形材との隙間部分（界面）に雨水が溜まり錆の発生箇所に成りやすいなどの問題があった。

また、前記ウェブ曲げ継手は、曲げモーメント及び剪断力に対する耐力をウェブの継手のみで確保するものであるが、更に曲げ耐力の向上を図ることが望まれている。

そこで本発明の主たる課題は、ウェブ添接部材を外部から見えないようにして意匠性の向上を図るとともに、継手部の曲げ耐力の向上を図り得るＨ形断面部材の継手構造を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、上フランジと、下フランジと、これら上下フランジを繋ぐとともに、所定の離間を空けて配設された２つ又は３つのウェブとによって縦長に１又は２つの中空部が形成された中空Ｈ形断面部材同士を突合わせ状態で接合するための継手構造であって、
前記中空部の形状にほぼ整合する断面寸法の継手部材を持ち込み、その右半部分を、一方側の中空Ｈ形断面部材の中空部に挿入するとともに、左半部分を他方側の中空Ｈ形断面部材の中空部に挿入し、中空Ｈ形断面部材の外面側から前記２つ又は３つのウェブ及び前記継手部材を貫通して設けた複数のボルトと、これら各ボルトに螺合させたナットにより締結するか、前記２つ又は３つのウェブ及び前記継手部材を貫通して設けたリベットにより締結したことを特徴とするＨ形断面部材の継手構造が提供される。

上記請求項１記載の発明においては、Ｈ形断面部材として、ウェブを中空構造とした断面形状とし、これら中空部に跨って挿入される継手部材と、ウェブ及び継手部材を貫通して設けられるボルト・ナット或いはリベットにより締結を図るものである。従って、継手部材が外部から見えなくなることによって意匠性の向上を図ることができる。また、ウェブを２枚又は３枚とした構造であるため、従来のものよりウェブの総厚を確保することができるため、曲げ耐力の向上を図ることができる。さらに、継手部材が外部に露出しない構造であるため、雨水、塩分含有空気、塩分含有雨水等に晒されることがなくなり、錆の発生を防止できるようになるなどの利点を有する。

請求項２に係る本発明として、前記中空Ｈ形断面部材の素材は、鋼またはアルミニウム合金である請求項１記載のＨ形断面部材の継手構造が提供される。本発明に係る継手構造は、鋼またはアルミニウム合金製の中空Ｈ形断面部材に対して適用が可能である。しかし、ウェブ本体の支圧強度が鋼材などに比べて低いアルミニウム合金製のＨ形断面部材の継手構造に対して特に好適とされる。

請求項３に係る本発明として、前記ウェブと継手部材との接触面に夫々、部材長手方向に沿って互いに係合関係にある凹凸を設けてある請求項１，２いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造が提供される。

上記請求項３記載の発明は、ウェブと継手部材との接触面に夫々、部材長手方向に沿って互いに係合関係にある凹凸を設けることにより、梃子反力の分散を図り、局部的な破壊を防ぐことで円滑に曲げ及び剪断力を伝達し、曲げ耐力の向上を図ることができる。また、前記凹凸の係合によって、接合面で発生する滑りを阻止し、中空Ｈ形断面部材が継手部で角折れするのを防止することができる。

請求項４に係る本発明として、前記継手部材と、上フランジ及び／又は下フランジとの間の隙間に、中空Ｈ形断面部材間に跨るように薄板部材を挿入してある請求項１〜３いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造が提供される。

上記請求項４記載の発明は、継手部材と、上フランジ及び／又は下フランジとの間の隙間に、中空Ｈ形断面部材間に跨るように薄板部材を挿入することにより前記隙間を無くして、曲げ及び剪断耐力の増強を図るものである。また、上下部の隙間を埋めることによって、接合面で発生する滑りを抑制し、中空Ｈ形断面部材が角折れによる変形角増大を防止することができる。

請求項５に係る本発明として、前記中空Ｈ形断面部材と、前記継手部材との断面係数又は塑性断面係数を近似させるように夫々の断面を決定してある請求項１〜４記載のＨ形断面部材の継手構造が提供される。

上記請求項５記載の発明では、中空Ｈ形断面部材と、前記継手部材との断面係数又は塑性断面係数を近似させるように、若しくは継手板の曲げ耐力は、Ｈ形断面梁の曲げ耐力と同等以上とすることが望ましいが、継手板の曲げ耐力が小さくても、継手板の塑性曲げ耐力の上昇と、継手板・Ｈ形フランジ間及びＨ形フランジ間同士の支圧力として伝達できるように、夫々の断面を決定するものである。弾性応力限界又は塑性応力限界状態に対して、前記中空Ｈ形断面部材と前記継手部材とがほぼ同時的に達することになり、部材断面の無駄を無くし経済的設計が可能となる。

請求項６に係る本発明として、前記中空Ｈ形断面部材は梁部材として用いられる請求項１〜５いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造が提供される。本発明に係る継手構造は、ウェブ中空部の形状にほぼ整合する断面寸法の継手部材がウェブ曲げ継手の添設板に相当する部材として機能するものであり、曲げを受ける梁部材に対して好適に適用される。

以上詳説のとおり本発明によれば、ウェブ添接部材を外部から見えないように隠蔽することにより意匠性の向上を図ることができるとともに、継手部の曲げ耐力の向上を図り得るようになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔第１形態例〕
図１は本発明に係る継手構造の側面図であり、図２は図１のII−II線矢視図（断面図）である。

本継手構造は、図１及び図２に示されるように、上フランジ１ａと、下フランジ１ｂと、これら上下フランジ１ａ、１ｂを繋ぐとともに、離間をおいて配設された２つのウェブ１ｃ、１ｄとによって縦長の中空部１ｅが形成された中空Ｈ形断面部材１，１同士を突合わせ状態で接合するための継手構造である。

すなわち、前記中空部１ｅの形状にほぼ整合する断面寸法の継手部材２を持ち込み、その右半部分を、一方側の中空Ｈ形断面部材１の中空部１ｅに挿入するとともに、左半部分を他方側の中空Ｈ形断面部材１の中空部１ｅに挿入し、前記右半部分及び左半部分のそれぞれにおいて、中空Ｈ形断面部材１，１の外面側から前記２つのウェブ１ｃ、１ｄ及び前記継手部材２を貫通して設けられた１又は複数のボルト３，３…と、これらボルト３，３…に螺合させたナット４，４…により締結を図るものである。前記中空部１ｅ及び継手部材２の断面を完全な矩形断面としたが、四隅部の角部を後述の第２、３形態例のように、曲面状（Ｒ面）とすることが好ましい。

前記中空Ｈ形断面部材１としては、鋼材はもちろんの事、アルミニウム合金によって製造された形材とすることができる。また、前記断面矩形の継手部材２としては、鋼材はもちろんの事、アルミニウム合金によって製造された部材とすることができる。前記ボルト３及びナット４としては、摩擦接合用高力ボルトを使用するのが望ましいが、アルミ製ハイテンションボルトなどのアルミ材とすることも可能である。

前記継手部材２の幅寸法Ｂは、概ね２０〜１００mm、好ましくは２０〜６０mm程度とし、高さ寸法については、中空Ｈ形断面の中空部高さ寸法に合わせた寸法とするのが望ましい。なお、前記継手部材２としては無垢の部材を用いるのが望ましいが、場合によって中空の矩形断面部材を用いることも可能である。

前記中空Ｈ形断面部材１の中空部１ｅと、前記継手部材２の断面寸法とは隙間を空けることなく、前記継手部材２を摺接させながら挿入可能な寸法差とすることが望ましいが、製作精度の点からある程度の寸法差が必要である。この寸法差は特に縦方向寸法差（隙間寸法）については１mm〜３mm、好ましくは１mm〜２mm、より好ましくは１mm以内とするのが望ましい。隙間寸法については極力小さくするのが望ましい。特に、アルミニウム合金の場合は成形性の点で製作精度が出し易く、隙間寸法を小さくすることが容易に可能である。また、横方向寸法差については、ウェブ１ｃ、１ｄの側面と継手部材２の側面との隙間を、２mm以内、好ましくは１mm以内とするのが望ましい。

前記中空Ｈ形断面部材１，１は梁部材として使用されることが望ましく、曲げ及び剪断等の作用力を受けた際に、変形初期はボルト３及びナット４による接合によって、曲げ及び剪断に対して抵抗するが、その後、作用力が増大しボルト３及びナット４による接合面に滑りが生じた後は、図３に示されるように、上フランジ１ａ、１ａの突合わせ面が当接し（△印）、かつ継手部材２の下面が中空部１ｅの下面と当接（▽印）することにより、梃子作用として曲げ及び剪断力を伝達できるようになる。

〔第２形態例〕
次いで、図４〜図７に基づき、本発明の第２形態例について詳述する。

本第２形態例では、前記ウェブ１ｃ、１ｄと継手部材２との接触面に夫々、部材長手方向に沿って互いに係合関係にある凹凸１ｆ、２ｄを設けるようにしたものである。

前述したように、前記中空Ｈ形断面部材１，１が、曲げ及び剪断等の作用力を受けた際に、摩擦接合耐力の許容値を越えると、ボルト３及びナット４による接合面に滑りが生じることになるが、本第２形態例では、前記凹凸を設けることにより、接合面における滑りが発生した後に、前記凹凸同士の係合によって梃子反力を分散することができ、局部的な破壊を防ぐことで円滑に曲げを伝達することができる。

継手部材２は、図示例では図６に示されるように、部材長手方向に沿う鉛直面で４分割された板状の継手部材２ａ〜２ｃからなる。これら継手部材２ａ〜２ｃの内、側部継手部材２ａ、２ｃの外面には部材長手方向に沿って複数条の凹凸２ｄが設けられている。

一方、ウェブ１ｃ、１ｄの内面側には、前記凹凸２ｄに対して係合する凹凸１ｆが部材長手方向に沿って複数条設けられており、図５に示されるように、継手部材２が中空部１ｅ内に挿入された状態では、継手部材２に設けられた凹凸２ｄと、ウェブ１ｃ、１ｄに設けられた凹凸１ｆとが噛み合うように係合する。なお、前記凹凸２ｄ、１ｆは、図示されるように、所定幅の凹凸が高さ方向に交互に配置された形状とされる。

前記継手部材２の凹凸２ｄと、ウェブ１ｃ、１ｄの凹凸１ｆとの凹凸係合により、梃子反力を分散できるので、局部による破壊に至り難く、曲げ及び剪断に対する抵抗力が格段に向上するようになるため、ボルト・ナットの本数については、前記第１形態例よりも大幅に低減することができる。

上記継手構造においては、中空Ｈ形断面部材１と、前記継手部材２との断面係数又は塑性断面係数を近似させるように夫々の断面を決定するのが望ましい。部材が曲げ及び剪断力を受けた状態で、前記中空Ｈ形断面部材１と、前記継手部材２とが弾性限界状態又は塑性限界状態で同等の応力になるように断面を決定することにより、部材断面の無駄が無くなり、経済的となる。

ところで、上記形態例では、継手部材２を部材長手方向に沿う鉛直面で４分割したが、図７(A)に示されるように、部材長手方向に沿う鉛直面で２分割したり、図７(B)に示されるように、単一断面とすることも可能である。すなわち、任意の分割面とすることが可能である。

〔第３形態例〕
次いで、図８〜図１０に示される第３形態例は、上記第２形態例と同様に、前記ウェブ１ｃ、１ｄと継手部材２との接触面に夫々、部材長手方向に沿って互いに係合関係にある凹凸１ｆ、２ｄを設けてあるものであるが、本形態例では、前記凹凸１ｆ、２ｄの凹凸形状を鋸歯状（ギザ波状）に形成してある。それ以外の構造は、上記第２形態例と同様であるため、同符合を付して説明は省略する。

〔第４形態例〕
更に、図１１〜図１３に示される第４形態例は、継手部材２と、上フランジ１ａ及び／又は下フランジ１ｂとの間の隙間に、中空Ｈ形断面部材１，１間に跨るように薄板部材５を挿入するようにしたものである。

前述したように、前記中空Ｈ形断面部材１の中空部１ｅと、前記継手部材２の断面寸法とは隙間を空けることなく、前記継手部材２を摺接させながら挿入可能な寸法差とすることが望ましいが、製作精度の点からある程度の寸法差が必要である。この隙間は、摩擦接合耐力の許容値を越える曲げや剪断力を受けた場合、接合面に滑りを生じさせ、継手部を角折れさせる原因となるが、この滑り及び角折れ現象は極力生じさせない方が望ましいため、継手部材２を中空Ｈ形断面部材１，１に挿入した後、継手部材２と上フランジ１ａ及び／又は下フランジ１ｂとの隙間を埋めるために前記薄板部材５を中空Ｈ形断面部材１，１間に跨るように挿入する。前記薄板部材５としては、強度の点から継手部材２と同種のアルミ素材又は鋼材を用いるのが望ましい。

なお、前記薄板部材５の挿入設置は、上記第２形態例や第３形態例に係る継手構造と組み合わせることも可能である。

〔第５形態例〕
次に、本発明の第５形態例に係るＨ型断面部材１’の継手構造を図１３に基づいて説明する。

第５形態例に係るＨ形断面部材１’は、、図１３に示されるように、上フランジ１ａと、下フランジ１ｂと、これら上下フランジ１ａ、１ｂを繋ぐとともに、所定の離間を空けて配設された３つのウェブ１ｃ〜１ｅとによって縦長に２つの中空部１ｆ、１ｇが形成された断面部材とするものであり、この場合も上記第１〜第４形態例と同様に、前記各中空部１ｆ、１ｇの形状にほぼ整合する断面寸法の継手部材２，２を持ち込み、その右半部分を、一方側の中空Ｈ形断面部材１’の中空部１ｆ，１ｇに挿入するとともに、左半部分を他方側の中空Ｈ形断面部材１’の中空部１ｆ、１ｇに挿入し、中空Ｈ形断面部材１’の外面側から前記３つのウェブ１ｃ〜１ｅ及び前記継手部材２，２を貫通して設けた複数のボルト３，３…と、これら各ボルト３，３…に螺合させたナット４，４…により締結を図る。

〔その他の形態例〕
(1)上記形態例では、中空Ｈ形断面部材１，１を直線的に接合する態様を示したが、曲線的或いは屈曲状に部材同士を接合することも可能である。例えば、図１４(A)は下側に湾曲する形状で中空Ｈ形断面部材１，１同士を接合した場合の側面図であり、図１４(B)は上側に湾曲する形状で中空Ｈ形断面部材１，１同士を接合した場合の側面図であり、図１４(C)は両側勾配でヘ字状に中空Ｈ形断面部材１，１同士を接合した場合の側面図である。
(2)前記ボルト３及びナット４による締結に代えて、リベット（鋲打ち接合）によって締結するようにしてもよい。

本発明の第１形態例に係る継手構造の側面図である。 図１のII−II線矢視図である。 本継手構造の曲げ抵抗状態を示す模式図である。 第２形態例に係る継手構造を示す斜視図である。 その継手構造を示す、(A)は側面図、(B)はB-B線矢視図、(C)は横断面図である。 その継手部材２を示す、(A)は側面図、(B)は正面図である。 (A)、(B)は共に継手部材２の他例を示す継手部横断面図である。 第３形態例に係る継手構造を示す斜視図である。 その継手構造を示す、(A)は側面図、(B)はB-B線矢視図、(C)は横断面図である。 その継手部材２を示す、(A)は側面図、(B)は正面図である。 第４形態例に係る継手構造を示す斜視図である。 その継手構造を示す、(A)は側面図、(B)はB-B線矢視図、(C)は横断面図である。 本発明の第５形態例に係るＨ形断面部材１’の継手構造を示す、(A)は側面図、(B)は断面図である。 (A)〜(C)は夫々、中空Ｈ形断面部材１，１の他の接合形状を示す側面図である。 従来のＨ形断面部材の継手構造（その１）を示す側面図である。 従来のＨ形断面部材の継手構造（その２）を示す、(A)は側面図、(B)は断面図である。 従来のＨ形断面部材の継手構造（その３）を示す、(A)は側面図、(B)は断面図である。

符号の説明

１・１’…中空Ｈ形断面部材、２…継手部材、３…ボルト、４…ナット、５…薄板部材

Claims (6)

1. 上フランジと、下フランジと、これら上下フランジを繋ぐとともに、所定の離間を空けて配設された２つ又は３つのウェブとによって縦長に１又は２つの中空部が形成された中空Ｈ形断面部材同士を突合わせ状態で接合するための継手構造であって、
   前記中空部の形状にほぼ整合する断面寸法の継手部材を持ち込み、その右半部分を、一方側の中空Ｈ形断面部材の中空部に挿入するとともに、左半部分を他方側の中空Ｈ形断面部材の中空部に挿入し、前記右半部分及び左半部分のそれぞれにおいて、中空Ｈ形断面部材の外面側から前記２つ又は３つのウェブ及び前記継手部材を貫通して設けた１又は複数のボルトと、これら各ボルトに螺合させたナットにより締結するか、前記２つ又は３つのウェブ及び前記継手部材を貫通して設けたリベットにより締結したことを特徴とするＨ形断面部材の継手構造。
2. 前記中空Ｈ形断面部材の素材は、鋼またはアルミニウム合金である請求項１記載のＨ形断面部材の継手構造。
3. 前記ウェブと継手部材との接触面に夫々、部材長手方向に沿って互いに係合関係にある凹凸を設けてある請求項１，２いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造。
4. 前記継手部材と、上フランジ及び／又は下フランジとの間の隙間に、中空Ｈ形断面部材間に跨るように薄板部材を挿入してある請求項１〜３いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造。
5. 前記中空Ｈ形断面部材と、前記継手部材との断面係数又は塑性断面係数を近似させるように夫々の断面を決定してある請求項１〜４いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造。
6. 前記中空Ｈ形断面部材は梁部材として用いられる請求項１〜５いずれかに記載のＨ形断面部材の継手構造。

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