JP2009030357A - 柱と梁の溶接接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨柱に設置したダイアフラムと鉄骨梁のフランジ端部を突合せ溶接で接合してなる溶接接合構造において、簡単な構成で梁フランジとダイアフラムの突合せ溶接接合部を補強することができ、曲げモーメントに対する梁フランジの破断を確実に防止することのできる柱と梁の溶接接合構造を提供する。
【解決手段】突合せ溶接部７から鉄骨梁側へ山形鋼１１ｂを延在させ、その山形鋼１１ｂを鉄骨梁２の梁フランジ２ａに添接させて隅肉溶接で固定するとともに、鉄骨柱側に山形鋼１１ａを通しダイアフラム３に隅肉溶接で固定し、さらに、鉄骨梁側の山形鋼１１ｂと鉄骨柱側の山形鋼１１ａをＬ字形の補強プレート１０により連結することによって、梁フランジ２ａ端部の溶接接合部７を補強する。
【選択図】図１

Description

本発明は、角形鋼管柱や溶接ボックス柱などの鉄骨柱と、上下に平行フランジを有するＨ形鋼やＩ形鋼などの鉄骨梁とを溶接で接合する場合に用いる柱と梁の溶接接合構造に関するものである。

角形鋼管柱や溶接ボックス柱などの鉄骨柱とＨ形鋼やＩ形鋼などの鉄骨梁を接合する場合、溶接を用いて接合することが行われている（例えば、特許文献１参照）。一例として、図５、図６に示すような溶接接合構造が採用されている。ちなみに、鋼管柱等の鉄骨柱とＨ形鋼等の鉄骨梁を溶接接合する際には、その溶接接合部の剛性を高め、応力の伝達をスムースにするために、鉄骨柱にダイアフラムを設置し、そのダイアフラムに鉄骨梁（梁ブラケット）のフランジ（梁フランジ）を溶接するのが一般的であるが、ダイアフラムの設置方法としては、鋼管柱を貫通してダイアフラムを設置する通しダイアフラム方式や鋼管柱の外周にダイアフラムを設置する外ダイアフラム方式などがあり、図５、図６は、通しダイアフラム方式の溶接接合構造の例である。

まず、図５は、通しダイアフラムと梁フランジとの溶接を事前に工場で行う工場溶接の場合であり、（ａ）に側面図、（ｂ）に（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、（ｃ）に（ａ）のＡ部詳細図を示すように、角形鋼管柱の鉄骨柱１とＨ形鋼の鉄骨梁（梁ブラケット）２の接合部において、上下の梁フランジ２ａ、２ａの高さ位置に対応して、鉄骨柱１に通しダイアフラム３、３を設置している。そして、通しダイアフラム３に梁フランジ２ａの端部を溶接で接合するに際し、それぞれの梁フランジ２ａの接合端部に開先４を設け、梁ウェブ２ｂの接合端部における上下にスカラップ５を設け、前記開先４の底を形成する裏当て金５０を梁フランジ２ａに仮付け溶接しておき、このような梁フランジ２ａを通しダイアフラム３に突合せた後、開先４に溶接肉盛り（突合せ溶接）７を施すことにより、通しダイアフラム３に梁フランジ２ａを溶接接合している。また、それとともに、鉄骨柱１のスキンプレート１ａに梁ウェブ２ｂをすみ肉溶接６で固定している。

なお、裏当て金５０の梁幅方向の両端部にはエンドタブ５１を設け、このエンドタブ５１まで溶接を行うことにより、梁幅端部における溶接欠陥を防止している。

次に、図６は、通しダイアフラムと梁フランジとの溶接を現場で行う現場溶接の場合であり、（ａ）に側面図、（ｂ）に（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、（ｃ）に（ａ）のＡ部詳細図を示すように、予め鉄骨柱１のスキンプレート８にガセットプレート８をすみ肉溶接等で取付けておくとともに、鉄骨梁２のフランジ２ａには裏当て金５０を取付けておき、現場で鉄骨柱１、１間に鉄骨梁２を吊り込み、ガセットプレート８に梁ウェブ２ｂをボルト９で仮止めした後、通しダイアフラム３と梁フランジ２ａの突合せ溶接７を行い、溶接終了後、ボルト９を本締めして鉄骨柱１と鉄骨梁２を接合している。
特開平３−１７６５２６号公報

しかし、１９９５年兵庫県南部地震において、上述したような従来型の溶接接合部では、曲げモーメントに対して、多くの損傷が発生した。その損傷は、梁端溶接部、スカラップ近傍、エンドタブ近傍など多様なき裂・破断からなる。主な原因は、材料の靭性低下によるもの以外に、溶接部の欠陥、スカラップ形状、エンドタブによる形状不連続などの溶接構造自体に起因する。特に、柱が角形鋼管などの中空断面の場合は、梁ウェブ２ｂが有効に働かないことが多く、梁フランジ２ａに力が集中することにより、スカラップ底やエンドタブから発生したき裂が進展し、梁フランジ２ａが破断した例が多数見られた。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、鉄骨柱に設置したダイアフラムと鉄骨梁のフランジ端部を突合せ溶接で接合してなる溶接接合構造において、簡単な構成で梁フランジとダイアフラムの突合せ溶接接合部を補強することができ、曲げモーメントに対する梁フランジの破断を確実に防止することのできる柱と梁の溶接接合構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鉄骨柱とＨ形断面の鉄骨梁を接合する際に、鉄骨柱に設置したダイアフラムと鉄骨梁のフランジ端部を突合せ溶接で接合してなる溶接接合構造において、その突合せ溶接部から鉄骨梁側へ山形鋼を延在させ、該山形鋼を鉄骨梁のフランジに添接して溶接で固定するとともに、鉄骨柱側に別の山形鋼を前記ダイアフラムに溶接で固定し、さらに、前記の２つの山形鋼をＬ字形のプレートにより連結することを特徴とする柱と梁の溶接接合構造。

［２］山形鋼とＬ字形のプレートに孔を設け、両者の孔の位置を合わせ、孔にボルトを挿入して締結することにより、それぞれの山形鋼とＬ字形のプレートとを接合することを特徴とする前記［１］に記載の柱と梁の溶接接合構造。

［３］Ｌ字形のプレートに孔を設け、その孔を設けた個所を山形鋼に重ね、孔内を溶着金属で充填することにより、それぞれの山形鋼とＬ字形のプレートとを接合することを特徴とする前記［１］に記載の柱と梁の溶接接合構造。

本発明では、鉄骨柱に設置したダイアフラムとＨ形断面の鉄骨梁のフランジ端部を突合せ溶接で接合してなる溶接接合構造において、突合せ溶接部から鉄骨梁側へ山形鋼を延在させ、該山形鋼を鉄骨梁のフランジに添接して溶接で固定するとともに、鉄骨柱側に別の山形鋼を前記ダイアフラムに溶接で固定し、さらに、前記の２つの山形鋼をＬ字形のプレートにより連結するようにしているので、簡単な構成で突合せ溶接接合部を適切に補強することができ、曲げモーメントに対する梁フランジの破断を確実に防止することができる。

本発明の実施形態に係る柱と梁の溶接接合構造を以下に述べる。なお、ここでは、通しダイアフラム方式の溶接接合構造を例にして説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る柱と梁の溶接接合構造を示すものであり、図２は、本発明の第２の実施形態に係る柱と梁の溶接接合構造を示すものである。いずれも、通しダイアフラムと梁フランジとの溶接を事前に工場で行う工場溶接による溶接接合構造である。

また、図３は、本発明の第３の実施形態に係る柱と梁の溶接接合構造を示すものであり、図４は、本発明の第４の実施形態に係る柱と梁の溶接接合構造を示すものである。いずれも、通しダイアフラムと梁フランジとの溶接を現場で行う現場溶接による溶接接合構造である。

なお、図１〜図４において、それぞれ、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図、（ｄ）は（ａ）のＡ部詳細図を示している。

そして、図１〜図４に示すように、いずれの実施形態においても、前述の図５あるいは図６で示した溶接接合構造において、Ｌ字形連結プレート１０と山形鋼１１ａ、１１ｂを使用して、突合せ溶接部７を補強している。

すなわち、それぞれの実施形態においては、鉄骨柱（鋼管柱等の閉鎖断面柱）１に設置した通しダイアフラム３に鉄骨梁（Ｈ形鋼やＩ形鋼の平行フランジを有する梁）２のフランジ２ａの端部を裏当て金５０を用いて突合せ溶接で接合してなる溶接接合構造において、その突合せ溶接部７から鉄骨梁側へ山形鋼１１ｂを延在させ、その山形鋼１１ｂを鉄骨梁２の梁フランジ２ａに添接させて隅肉溶接で固定するとともに、鉄骨柱側に別の山形鋼１１ａを通しダイアフラム３に隅肉溶接で固定し、さらに、鉄骨梁側の山形鋼１１ｂと鉄骨柱側の山形鋼１１ａをＬ字形の補強プレート１０により連結することによって、梁フランジ２ａ端部の溶接接合部７を補強するようにしている。

ここで、そのＬ字形連結プレート１０は、例えば、梁幅方向の幅が従来の裏当て金５０と両端エンドタブ５１を合わせた長さで、梁材長方向の長さが裏当て金５０の幅の数倍ある矩形のプレートとする。また、Ｌ字形連結プレート１０の厚さは、裏当て金５０の厚さと同じかそれ以上の厚さとする。なお、連結プレート１０の梁材長方向の長さおよび厚さは、上記の範囲で、鉄骨梁２の梁せいやフランジ厚などから適宜決定すればよい。ちなみに、Ｌ字形連結プレート１０は、真っ直ぐなプレートを冷間加工にて適切な曲率でＬ字形に折り曲げること等で製作される。

そして、前述したように、鉄骨梁側の山形鋼１１ｂと鉄骨柱側の山形鋼１１ａをＬ字形補強プレート１０により連結しているが、その際に、第１の実施形態と第３の実施形態においては、山形鋼１１ａ、１１ｂとＬ字形補強プレート１０をボルト９によって接合しているのに対して、第２の実施形態と第４の実施形態においては、山形鋼１１ａ、１１ｂとＬ字形補強プレート１０を充填溶接１２によって接合している。

すなわち、第１の実施形態、第３の実施形態においては、図１、図３に示すように、Ｌ字形補強プレート１０の鉄骨梁材長方向に所定数の孔１０ａを設け、同様に山形鋼１１ｂに所定数の孔（図示せず）を設け、両者の対応する孔の位置を合わせ、その孔にボルト９を挿入して締結することにより、鉄骨梁側の山形鋼１１ｂとＬ字形補強プレート１０を接合する。また、Ｌ字形補強プレート１０の鉄骨柱側にも所定数の孔１０ａを設け、同様に山形鋼１１ａに所定数の孔１１ｃを設け、両者の対応する孔の位置を合わせ、その孔にボルト９を挿入して締結することにより、鉄骨梁側の山形鋼１１ａとＬ字形補強プレート１０を接合する。これによって、Ｌ字形補強プレート１０が、山形鋼１１ｂを介して梁フランジ２ａに固定されるとともに、山形鋼１１ａを介して通しダイアフラム３にも固定される。

これに対して、第２の実施形態、第４の実施形態においては、図２、図４に示すように、Ｌ字形補強プレート１０の鉄骨梁材長方向に所定数の孔１０ａを設け、その孔１０ａを設けた個所を山形鋼１１ｂに重ね、孔１０ａ内を溶着金属で充填（充填溶接１２）することにより、山形鋼１１ｂとＬ字形連結プレート１０を接合する。また、Ｌ字形補強プレート１０の鉄骨柱側にも所定数の孔１０ａを設け、その孔１０ａを設けた個所を山形鋼１１ａに重ね、孔１０ａ内を溶着金属で充填（充填溶接１２）することにより、山形鋼１１ａとＬ字形連結プレート１０を接合する。これによって、Ｌ字形補強プレート１０が、山形鋼１１ｂを介して梁フランジ２ａに固定されるとともに、山形鋼１１ａを介して通しダイアフラム３にも固定される。

なお、Ｌ字形連結プレート１０に設ける孔１０ａの形状は、設計者がこのＬ字形連結プレート１０に要求する耐力により変化させることができ、正円だけでなく、楕円などでもよい。

そして、以上のような溶接接合構造において、図１に示す第１の実施形態あるいは図２に示す第２の実施形態のように工場溶接の場合は、鉄骨柱１と鉄骨梁２の突合せ溶接を行った後、山形鋼１１ｂを梁フランジ２ａに隅肉溶接で固定し、山形鋼１１ａを通しダイアフラム３に隅肉溶接で固定し、そして、Ｌ字形連結プレート１０をボルト９あるいは充填溶接１２で山形鋼１１ｂと山形鋼１１ａに接合するという施工手順になる。

ちなみに、工場溶接の場合は、下向き溶接、横向き溶接など最適な溶接姿勢として溶接を行うことができるため、下部の梁フランジ２ａではＬ字形連結プレート１０を下面側に位置させて、上部の梁フランジ２ａと上下対称の構造とすることができる。

なお、曲げモーメントは上下のフランジ２ａ、２ａを介して通しダイアフラム３、３から鉄骨柱１に伝達され、せん断力は梁ウェブ２ｂを介して鉄骨柱１に伝達されるため、梁ウェブ２ｂはすみ肉溶接で鉄骨柱１のスキンプレート１ａに固定しておく。

一方、図３に示す第３の実施形態あるいは図４に示す第４の実施形態のように現場溶接の場合は、予め鉄骨柱１のスキンプレート８にガセットプレート８をすみ肉溶接等で取付けておくとともに、鉄骨梁２のフランジ２ａには裏当て金５０を取付けておき、現場で鉄骨柱１、１間に鉄骨梁２を吊り込み、ガセットプレート８に梁ウェブ２ｂをボルト９で仮止めした後、通しダイアフラム３と梁フランジ２ａの突合せ溶接７を行い、溶接終了後、ボルト９を本締めして鉄骨柱１と鉄骨梁２を接合する。その後、上記の第１の実施形態あるいは第２の実施形態のような工場溶接の場合と同様に、山形鋼１１ｂを梁フランジ２ａに隅肉溶接で固定し、山形鋼１１ａを通しダイアフラム３に隅肉溶接で固定し、そして、Ｌ字形連結プレート１０をボルト９あるいは充填溶接１２で山形鋼１１ｂと山形鋼１１ａに接合するという施工手順になる。

なお、現場溶接においては、一般に下向き溶接が好ましいので、下部の梁フランジ２ａではＬ字形連結プレート１０を上面側に位置させて、上部の梁フランジ２ａと同じ位置関係にする。これにより、下部の梁フランジ２ａ側においても充填溶接１２を下向きで行うことが可能である。

以上のようにして構成された、本発明の実施形態に係る柱と梁の溶接接合構造においては、曲げモーメントは梁フランジ２ａを介して通しダイアフラム３から鉄骨柱１に伝達され、せん断力は梁ウェブ２ｂを介して鉄骨柱１のスキンプレート１ａに伝達されるが、その際に、山形鋼１１ｂを介して梁フランジ２ａに固定されているＬ字形補強プレート１０が、山形鋼１１ａを介して通しダイアフラム３にも固定されていることから、梁フランジ２ａの接合端部が適切に補強されるようになり、Ｌ字形連結プレート１０と山形鋼１１ａ、１１ｂという簡単な構成で、曲げモーメントに対する梁フランジの破断を確実に防止することができる。

なお、上記の実施形態では、鉄骨柱に鉄骨梁が片側からのみ取付く場合を示しているが、外柱、中柱、内柱に応じて複数の鉄骨梁が取付くことはいうまでもない。

また、上記の実施形態では、通しダイアフラム方式の溶接接合構造を例にして説明したが、本発明は外ダイアフラム方式の溶接接合構造においても適用することができる。

さらに、上記の実施形態では、鋼管柱などの閉鎖断面柱に限定して説明したが、Ｈ形鋼柱などの開放断面柱にも本発明を適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る柱と梁の溶接接合部構造（工場溶接）を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る柱と梁の溶接接合部構造（工場溶接）を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る柱と梁の溶接接合部構造（現場溶接）を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る柱と梁の溶接接合部構造（現場溶接）を示す図である。 従来の柱と梁の溶接接合部構造（工場溶接）の例を示す図である。 従来の柱と梁の溶接接合部構造（現場溶接）の例を示す図である。

符号の説明

１ 鉄骨柱（鋼管柱等の閉鎖断面柱）
１ａ 鉄骨柱のスキンプレート
２ 鉄骨梁（Ｈ形鋼やＩ形鋼の平行フランジを有する梁）
２ａ 梁フランジ
２ｂ 梁ウェブ
３ 通しダイアフラム
４ 開先
５ スカラップ
６ すみ肉溶接（すみ肉溶接部）
７ 突合せ溶接（突合せ溶接部）
８ ガセットプレート
９ ボルト
１０ Ｌ字形連結プレート
１０ａ 孔
１１ 山形鋼
１１ａ 山形鋼（柱側）
１１ｂ 山形鋼（梁側）
１１ｃ 孔
１２ 充填溶接（充填溶接部）
５０ 裏当て金
５１ エンドタブ

Claims (3)

1. 鉄骨柱とＨ形断面の鉄骨梁を接合する際に、鉄骨柱に設置したダイアフラムと鉄骨梁のフランジ端部を突合せ溶接で接合してなる溶接接合構造において、その突合せ溶接部から鉄骨梁側へ山形鋼を延在させ、該山形鋼を鉄骨梁のフランジに添接して溶接で固定するとともに、鉄骨柱側に別の山形鋼を前記ダイアフラムに溶接で固定し、さらに、前記の２つの山形鋼をＬ字形のプレートにより連結することを特徴とする柱と梁の溶接接合構造。
2. 山形鋼とＬ字形のプレートに孔を設け、両者の孔の位置を合わせ、孔にボルトを挿入して締結することにより、それぞれの山形鋼とＬ字形のプレートとを接合することを特徴とする請求項１に記載の柱と梁の溶接接合構造。
3. Ｌ字形のプレートに孔を設け、その孔を設けた個所を山形鋼に重ね、孔内を溶着金属で充填することにより、それぞれの山形鋼とＬ字形のプレートとを接合することを特徴とする請求項１に記載の柱と梁の溶接接合構造。

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