JP2007284912A - ラーメン架構の柱・梁接合部 - Google Patents

Abstract

【課題】 柱のフランジと仕口部の補強が不要で、エンドプレートの板厚を薄くし、かつ高力ボルトの本数を削減することを可能にしたラーメン架構の柱・梁接合部を提供する。
【解決手段】 梁１と柱２にＨ形鋼を使用してラーメン架構を構築する。梁１の端部にエンドプレート５を、柱２の上端部にエンドプレート９をそれぞれ溶接により取り付ける。エンドプレート５とエンドプレート９は、当該エンドプレート５および９の水平面に対する傾きが柱２および梁１の出隅側フランジ２ａ，１ａ同士の交点と入隅側フランジ２ｂ，１ｂ同士の交点とを結ぶ直線の傾きと等しく、かつ互いに同じ位置で密着するようにそれぞれ溶接することにより取り付ける。当該エンドプレート５とエンドプレート９どうしを複数の高力ボルト３によって接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱と梁にＨ形鋼もしくは弦材をＴ形鋼とするラチス形式の組立て材が使用されてなるラーメン架構の柱・梁接合部に関し、特に柱のフランジと仕口部(パネルゾーン)の補強が不要で、しかもエンドプレートの板厚を薄くし、高力ボルトの本数を削減できるようにしたものである。

平屋建ての工場や倉庫などの構造形式は、一般に梁間方向を山形または門形のラーメン構造とし、桁行方向をブレース構造とすることが多い。また、山形または門形の架構を構成する柱と梁には、Ｈ形鋼もしくは弦材をＴ形鋼とするラチス形式の組立て材が使われることが多い。

ここで、山形架構は、図３（ａ）に図示するような梁１の中央部が山形に折れ曲がった棟部を有する架構をいい、梁が斜めに直線状に延びる片流れの架構も含む。また、門形架構は図３（ｂ）に図示するような梁１が水平に延び、棟部のない矩形架構をいう。

ところで、この種の構造形式において、柱と梁は一般に、図５に図示するようなブラケット形式、または図６(ａ)，(ｂ)に図示するようなエンドプレート形式によって接合されている。

ブラケット形式は、図５に図示するように、梁１を梁端部（以下「ブラケット」という）１Ａと梁中央部（以下「梁本体」という）１Ｂとから形成し、ブラケット１Ａは柱２に工場などで溶接し、施工現場においてブラケット１Ａが突設された柱２を建て付けた後、梁本体１Ｂの端部をブラケット１Ａに高力ボルト３と添え板４によって高力ボルト摩擦接合する接合形式であり、特に柱２とブラケット１Ａとの接合部を仕口部、ブラケット１Ａと梁本体１Ｂとの接合部を継手部という。

一方、エンドプレート形式は、図６（ａ），（ｂ）に図示するように、梁１の端部に工場などでエンドプレート５を溶接し、施工現場で柱２のフランジ２ｂにエンドプレート５を高力ボルト３で高力ボルト引張接合する接合形式である。

特開平２−３１３０８５号公報 特開平４−２５８４２９号公報

ブラケット形式は、柱２の仕口部からブラケット１Ａが突出した状態にあるため、運搬時などに嵩張って運搬効率が悪いだけでなく、1箇所の継手に通常８枚の添え板４と相当数の高力ボルトを必要とするため、現場接合に非常に多くの手間がかかる等の課題がある。また、仕口と継手の両方の加工が必要なため、エンドプレート形式に比べて加工にも余計に手間がかかり、コストも嵩む。

一方、エンドプレート形式は、梁側からの曲げによる引張力と圧縮力に備えて柱２のフランジ２ｂを充分に補強する必要があるため、加工の手間がかかる。 また特に、従来のエンドプレート形式では、梁１の曲げモーメントは梁端部のエンドプレート５の引張側においては高力ボルト３の引張力として、圧縮側においてはエンドプレート５と柱フランジ２ｂ間の圧縮力として柱２に伝達されることから、エンドプレート５には高力ボルト３の引張力により大きな面外曲げモーメントが発生するため、梁１の許容曲げモーメント以上の接合部耐力を確保しようとすると、エンドプレート５の厚さは梁１のフランジ厚の２倍程度は必要になることが多い。

また、柱２のフランジ２ｂにも高力ボルト３によって同じ大きさの面外方向の引張力が作用するため、それによる面外曲げモーメントに耐えるようにする必要がある。しかし、上記した平屋建てのラーメン架構では、柱２と梁１にほぼ同じ断面寸法のＨ形鋼や組立て材が使用されることから、仕口部における柱２のフランジ２ｂの厚さが相対的に不足するため、何らかの補強が必要になる。

この場合の補強方法としては、従来、柱２のフランジ２ｂの内側にフランジ２ｂと垂直に水平スチフナ６を溶接によって取り付け、さらにフランジ２ｂの外面に被せるようにカバープレート７を溶接して取り付けることによりフランジ２ｂの総厚を厚くすることが行われている。

また特に、Ｈ形鋼からなる柱の場合、パネルゾーン（フランジとスチフナで囲まれた部分のウェブ）には大きな剪断力が作用するため、ウェブ２ｃが薄い場合には、ダブラープレート(補強鋼板)８を取り付けて補強する必要があるため、余計に加工の手間を必要とする。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、柱のフランジと仕口部(パネルゾーン)の補強が不要で、エンドプレートの板厚を薄くし、高力ボルトの本数を削減することを可能にしたラーメン架構の柱・梁接合部を提供することを目的とするものである。

請求項１記載のラーメン架構の柱・梁接合部は、ラーメン架構の柱・梁接合部において、前記柱と梁の端部にエンドプレートが当該エンドプレートの水平面に対する傾きが前記柱および梁の出隅側フランジ同士の交点と入隅側フランジ同士の交点とを結ぶ直線の傾きと等しく、かつ互いに同じ位置で密着するようにそれぞれ溶接することにより取り付けられ、当該エンドプレート同士が複数の高力ボルトによって接合されてなることを特徴とするものである。

本発明は特に、柱と梁の端部にエンドプレートを当該柱および梁の材軸に対して斜めに互いに添い合わされた状態にそれぞれ突設し、当該エンドプレート同士を高力ボルト接合することによって、柱のフランジおよびパネルゾーンの補強を不要にすると共に、これまでのエンドプレート接合に比べて高力ボルトの径と本数を減らし、かつエンドプレートの板厚を薄くできるようにしたものである。

請求項２記載のラーメン架構の柱・梁接合部は、請求項１記載のラーメン架構の柱・梁接合部において、柱・梁接合部の出隅側においてエンドプレートの端部は、柱および梁の出墨側フランジより外側に突出され、当該突出部が複数の高力ボルトによって締結され、前記柱・梁接合部の入隅側において前記エンドプレートは、前記柱および梁の入隅側フランジの内側において複数の高力ボルトによって締結されてなることを特徴とするものである。

本発明は、仕口部の出隅側においては、エンドプレートの縁端を柱および梁の出隅側フランジよりも外側に突出させ、当該エンドプレートの縁端部を高力ボルトによって接合し、入隅側においては、エンドプレートの縁端をフランジより外側に突出させないで、エンドプレート同士を柱および梁の入隅側フランジの内側で高力ボルトによって接合することで、高力ボルトをスムーズに締め付けられるようにしたものである。

請求項３記載のラーメン架構の柱・梁接合部は、請求項１または２記載のラーメン架構の柱・梁接合部において、柱と梁にＨ形鋼もしくは弦材をＴ形鋼とするラチス形式の組立て材が使用されてなることを特徴とするものである。

ところで、日本建築学会の「鋼構造接合部設計指針」によれば、図４（ｂ）に図示するようなエンドプレート形式の柱・梁接合部においては、梁の引張側に作用する引張力は次式で与えられる。
Ｐ_ｊ＝Ｍ_ｊ／ｄ_ｔ

ここで、Ｐ_ｊはエンドプレートの梁引張側フランジ周辺をスプリットティーとみなした場合のスプリットティーの作用する引張力、Ｍ_ｊは梁端部の曲げモーメント、ｄ_ｔは梁の出隅側フランジと入隅側フランジ間の板厚中心間距離である。

本発明のようにエンドプレートと梁フランジとのなす角度が直角ではない場合
（図４（ａ）参照）、その角度をθとすると、エンドプレートに作用する垂直方向の引張力Ｔ_ｊは次式で表される。
Ｔ_ｊ＝Ｐ_ｊ・ｓｉｎθ

例えば、門形架構でθ＝４５°の場合、引張力Ｔ_ｊはＰ_ｊの０．７０７倍に低減される。したがって、通常のエンドプレート形式の接合部に比べて高力ボルトの本数や径を減らし、エンドプレートの板厚を薄くすることができる。

一方、エンドプレートと引張フランジとの交点（接合部）での力の釣り合いから、エンドプレートの面内方向には次式で示される圧縮力Ｃ_ｊが作用する。
Ｃ_ｊ＝Ｐ_ｊ・ｃｏｓθ

ただし、引張力Ｔ_ｊに対して設計したエンドプレートの板厚は、本発明による場合でもかなり厚くなるため、圧縮力Ｃ_ｊに対しては十分に安全である。

また、エンドプレートの中央付近もエンドプレート同士を密着させるために計算外の高力ボルトを締結する場合には、当該高力ボルトがエンドプレートの面外座屈を拘束するため、安全度はさらに高くなる。

因みに、図５と図６（ａ），（ｂ）にそれぞれ図示するような、従来のブラケット形式やエンドプレート形式による接合では、本発明のエンドプレートに相当する斜めの部材が接合部のパネルゾーンに存在しないため、梁フランジから柱に伝達される引張力Ｐ_ｊと圧縮力Ｃ_ｊは、パネルゾーンの柱ウェブの剪断力τを介して釣り合うことになる。

このため、柱のウェブが薄い場合には剪断力が許容値を超えるため、パネルゾーンの片面もしくは両面にダブラープレートを取り付けて補強する必要がある。

これに対し、本発明においては、従来パネルゾーンの剪断力で処理していた力をエンドプレートの面内軸力で処理できるため、パネルゾーンの補強は全く不要となる。

また、柱・梁接合部の出隅側においては、エンドプレートの縁端を梁および柱の出隅側フランジよりも外側に突出させ、この縁端部を高力ボルトによって締結し、一方、入隅側においてはエンドプレートの縁端を柱および梁のフランジより外側に突出させず、梁および柱の入隅側フランジの内側でエンドプレートを高力ボルトによって締結することで、高力ボルトを締め付ける際に、高力ボルト用電動レンチがフランジに当たるような事態を回避でき、高力ボルトをスムーズに締め付けることができる。

通常のエンドプレート接合では、梁のフランジの内側と外側の両方に高力ボルトを締め付けることが多いが、これは梁の降伏曲げモーメントを伝えようとすると、高力ボルトが片側だけでは接合部の曲げ耐力が不足するからである。

しかし、本発明のようにエンドプレートを斜めに設置した場合、フランジとエンドプレートとの接合部の角度が鋭角をなす側の高力ボルトについては、ボルトがフランジに当たってボルト孔に挿入できないか、挿入できたとしても高力ボルト用電動レンチがフランジに当たって締め付けられない事態となる。

したがって本発明では、鈍角側、すなわち出隅側フランジの外側と入隅側フランジの内側にのみ高力ボルトを配置することとしたが、これが可能になった理由は、先に述べたように、作用する引張力が７割程度に低減されるからである。

さらに、出隅側については、高力ボルトを締め付ける側のエンドプレートとフランジとの接合部の角度が鈍角になっているので、図７（ａ）に図示するように、高力ボルト用電動レンチの胴部分とフランジとの干渉が発生せず、高力ボルトの位置を通常よりもフランジに近くまで寄せることができる。

高力ボルトの位置がフランジに近い方が、てこ反力が小さくなり、接合部の引張耐力が増加することになるので、フランジ片側のみの高力ボルト配置でも設計が可能となる。

一方、入隅側については、仮に高力ボルトの締付け方法を工夫して、フランジの外側にエンドプレートの縁端を突出させ、高力ボルトを設置したとすると、建物としての室内有効高さがそれだけ減じられることになる。逆に室内有効高さを通常のエンドプレート接合の建物と同じにしようとすれば、軒の高さをそれだけ上げることになり、コストアップにつながる。

したがって、高力ボルトの片側配置で設計が可能なことは、高力ボルトの締め付けの施工困難を回避するだけでなく、上記のコストアップを回避することにもつながる。

本発明は特に、柱と梁の端部にエンドプレートを当該柱および梁の材軸に対し斜めに互いに添い合わされた状態にそれぞれ突設し、当該エンドプレート同士を高力ボルトによって締結することにより、柱のフランジおよびパネルゾーンの補強を不要にすることができると共に、これまでのエンドプレート接合に比べて高力ボルトの径と本数を減らすことができ、かつエンドプレートの板厚も薄くできるため、柱・梁接合部の製作・施工コストを大幅に削減できる。

また特に、柱・梁接合部の出隅側においては、前記エンドプレートの出隅側の端部を前記柱および梁の出隅側フランジの外側に突出し、この突出部を高力ボルトによって締結することにより、接合部の出隅側を強固にかつ確実に接合することができ、一方接合部野入隅側においては、エンドプレート同士を柱および梁の入隅側フランジの内側で高力ボルトによって接合することで、高力ボルトをスムーズに締め付けることができる。

図１(ａ)，(ｂ)は、梁１と柱２が共にＨ形鋼からなる門形ラーメン架構の柱・梁接合部を示し、図２(ａ)，(ｂ)は、柱と梁に弦材をＴ形鋼とするラチス形式の組立て材が使用された門形ラーメン架構の柱・梁接合部を示したものである。

図において、梁１の端部と柱２の上端部にそれぞれエンドプレート５と９が突設され、当該エンドプレート５と９は互いに添い合わせられ、かつ複数の高力ボルト３によって締結されている。

梁１と柱２の端面は共に、梁１の材軸に対して仕口部の入隅側から出隅側方向にほぼ４５°昇り勾配をなす斜めに形成されている。

エンドプレート５と９は同一寸法の長方形板状に形成され、エンドプレート５は梁１の端部に、エンドプレート９は柱２の上端部にそれぞれ溶接することによって斜めに取り付けられている。

すなわち、エンドプレート５および９は、当該プレートの水平面に対する傾きが柱２および梁１の出隅側フランジ１ａ，２ａ同士の交点と入隅側フランジ１b,２b同士の交点とを結ぶ直線の傾きと等しく、かつ互いに同じ位置で密着するようにそれぞれ溶接することにより取り付けられている。

また、エンドプレート５および９の出隅側の端部５ａと９ａは、梁１の出隅側フランジ１ａおよび柱２の出隅側フランジ２ａの外側に所定長さ突出し、エンドプレート５および９の入り隅側の端部５ｂと９ｂは、梁１および柱２の入隅側フランジ１ｂおよび２ｂの外側にわずかに突出している。

そして、エンドプレート５と９の出隅側の端部５ａと９ａは、梁１および柱２の出隅側フランジ１ａおよび２ａの外側において複数の高力ボルト３によって締結されている。

一方、エンドプレート５と９の入隅側の端部５ｂと９ｂは、梁１および柱２の入隅側フランジ１ｂおよび２ｂの内側において複数の高力ボルト３によって締結されている。さらに、図２(ａ)，(ｂ)の例においては、エンドプレート５と９の中央部分も複数の高力ボルト３によって締結されている。

こうして、梁１の端部と柱２の上端部がエンドプレート５と６を介し、複数の高力ボルト３によって直角に剛接合されている。

この場合、エンドプレート５と９の出隅側の端部５ａと９ａは、継手として梁１および柱２の出隅側フランジ１ａおよび２ａの外側に所定長さ突出し、この突出した端部に高力ボルト３が締結されている。一方、入隅側においては、高力ボルト３は梁１および柱２のフランジ１ａおよび２ａの内側でエンドプレート５と９に締結されているため、出隅側および入り隅側のいずれの側においても、高力ボルト３を締め付ける際、図７（ａ）に図示するように高力ボルト用電動レンチ１０がフランジ１ａと１ｂにあたることがないので、高力ボルト３の締め付けをスムーズに行うことができる。

すなわち、図７（ａ）に図示するように、エンドプレート５と梁１の出隅側フランジ１ａおよび入隅側フランジ１ｂとのなす出隅側の交角、およびエンドプレート９と柱２の出隅側フランジ２ａおよび入隅側フランジ２ｂとのなす出隅側の交角はいずれも鈍角になるため、レンチ１０の胴部分とフランジとの干渉がなく、高力ボルト３の位置を通常よりもフランジの近く（ｇ）まで寄せることができる。

むしろ、高力ボルト３がフランジに近い方がてこ反力が小さくなり、接合部の引張耐力が増加することになるので、フランジ片側のみの高力ボルト配置でも設計が可能となる。

なお、入隅側については、仮に高力ボルト３の締付け方法を工夫して、エンドプレート５および９の端部をフランジの外側に突出させ、この突出した部分を高力ボルト３で締結することも考えられるが、建物としての室内有効高さがそれだけ減じられることになる。逆に室内有効高さを通常のエンドプレート接合の建物と同じにしようとすれば、軒の高さをそれだけ上げることになり、コストアップにつながる。

本願発明の場合、梁１および柱２のフランジの片側の内側にのみ、高力ボルト３を締結することが可能なことで、高力ボルト３の締め付け時の施工困難を回避することができるだけでなく、コストアップを回避することにもつながる。

また、通常のエンドプレート接合では、梁１の降伏曲げモーメントを柱２側に伝えようとすると、高力ボルト３をフランジ１ａの片側のみに配置だけでは、接合部の曲げ耐力が不足するため、フランジの内側と外側の両方に高力ボルト設置することが多いが、本発明の場合、作用する引張力が７割程度に低減されることから、鈍角側、すなわち出隅側フランジの外側と入隅側フランジの内側のみに高力ボルトを配置することができる。

本発明は、柱と梁にＨ形鋼もしくは弦材をＴ形鋼とするラチス形式の組立て材が使用されてなるラーメン架構を低コストで効率的に構築することができる。

柱と梁がＨ形鋼からなる本発明のラーメン架構の柱・梁接合部を示し、(ａ)はその正面図、(ｂ)は(ａ)におけるイ−イ線断面図である。 柱と梁が組立て材からなる本発明のラーメン架構の柱・梁接合部を示し、(ａ)はその正面図、(ｂ)は(ａ)におけるロ−ロ線断面図である。 本発明の柱・梁接合部によって構築されたラーメン架構を示し、(ａ)は山形ラーメン架構の正面図、(ｂ)は門形ラーメン架構の正面図である。 (ａ)は、本発明の柱・梁接合部における力の伝達機構を示す図、(ｂ)は、従来のエンドプレート形式による柱・梁接合部における力の伝達機構を示す図である。 従来のブラケット形式の柱・梁接合部を示す正面図である。 従来のエンドプレート形式の柱・梁接合部を示し、(ａ)は正面図、(ｂ)は(ａ)におけるハ−ハ線断面図である。 (ａ)は、本発明の柱・梁接合部における高力ボルトの締付け方法を示す図、(ｂ)は、従来のエンドプレート形式による柱・梁接合部における高力ボルトの締付け方法を示す図である。

符号の説明

１ 梁
２ 柱
３ 高力ボルト
４ 添え板
５ エンドプレート
６ 水平スチフナー
７ カバープレート
８ ダブラープレート
９ エンドプレート
１０ 高力ボルト用電動レンチ

Claims (3)

1. ラーメン架構の柱・梁接合部において、前記柱と梁の端部にエンドプレートが当該エンドプレートの水平面に対する傾きが前記柱および梁の出隅側フランジ同士の交点と入隅側フランジ同士の交点とを結ぶ直線の傾きと等しく、かつ互いに同じ位置で密着するようにそれぞれ取り付けられ、当該エンドプレート同士が複数の高力ボルトによって接合されてなることを特徴とするラーメン架構の柱・梁接合部。
2. 柱・梁接合部の出隅側においてエンドプレートの端部は、柱および梁の出墨側フランジより外側に突出され、当該突出部同士が複数の高力ボルトによって締結され、前記柱・梁接合部の入隅側において前記エンドプレート同士は、前記柱および梁の入隅側フランジの内側において複数の高力ボルトによって締結されてなることを特徴とする請求項１記載のラーメン架構の柱・梁接合部。
3. 柱と梁にＨ形鋼もしくは弦材をＴ形鋼とするラチス形式の組立て材が使用されてなることを特徴とする請求項１または２記載のラーメン架構の柱・梁接合部。

Images