JP2009046901A - 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を含むように鉄骨柱側から鉄骨梁側へＴ形鋼１０を延在させ、このＴ形鋼１０のウェブ１０ｂを梁フランジ２ａに添接させて溶接で固定するとともに、Ｔ形鋼１０の鉄骨柱側のフランジ１０ａとウェブ１０ｂを通しダイアフラム３に溶接で固定する。
【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３、図４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３、図４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３は、通しダイアフラムと梁フランジ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４は、通しダイアフラムと梁フランジ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、その突合せ溶接部を含むように鉄骨柱側から鉄骨梁側へＴ形鋼を延在させ、該Ｔ形鋼のウェブ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、同Ｔ形鋼の鉄骨柱側を前記ダイアフラムに溶接で固定することを特徴とする柱と梁の溶接接合構造。

［２］鉄骨梁フランジへのＴ形鋼ウェブの溶接およびダイアフラムへのＴ形鋼の溶接はすみ肉溶接にて行う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］Ｔ形鋼は、鉄骨梁のフランジの幅端部より外側へはみ出して固定することを特徴とする前記［１］または［２］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、その突合せ溶接部を含むようにして鉄骨柱側から鉄骨梁側へ延在させたＴ形鋼を梁フランジとダイアフラムに溶接で固定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、通しダイアフラムと梁フランジ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。図１において、（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。

また、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り、通しダイアフラムと梁フランジ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。図２において、（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および図２に示すように、いずれの実施形態においても、前述の図３あるいは図４で示した溶接接合構造において、その突合せ溶接部７を補強するために、突合せ溶接部７を含むようにして鉄骨柱側から鉄骨梁側へ延在させたＴ形鋼１０を設置している。

すなわち、本発明の第１の実施形態および第２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を含むように鉄骨柱側から鉄骨梁側へＴ形鋼１０を横向きＴ字姿勢で延在させ、このＴ形鋼１０のウェブ１０ｂを梁フランジ２ａに添接させて溶接で固定するとともに、Ｔ形鋼１０の鉄骨柱側のフランジ１０ａとウェブ１０ｂを通しダイアフラム３に溶接で固定することによって、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Ｔ形鋼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Ｔ形鋼とする。そして、Ｔ形鋼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、Ｔ形鋼１０の梁材長方向の長さおよび厚さは、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。

また、Ｔ形鋼１０の通しダイアフラム３と交叉する部分は、通しダイアフラム３の厚さよりやや大きなスリット１２をコの字形に切り込み形成しておき、通しダイアフラム３と干渉しないようにしておく。

上記のようなＴ形鋼１０を鉄骨梁２の梁フランジ２ａと鉄骨柱１の通しダイアフラム３にすみ肉溶接で固定する。

なお、Ｔ形鋼１０は圧延Ｈ形鋼を半分に切断したＴ形鋼（カットＴ形鋼）でもよいし、厚板を溶接にて組立てたＴ形鋼（溶接Ｔ形鋼）でもよい。また、Ｔ形鋼１０の寸法は、設計者がこのＴ形鋼１０に要求する耐力により変化させることができる。

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（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、Ｔ形鋼１０をすみ肉溶接１１で鉄骨梁（梁ブラケット）２の梁フランジ２ａおよび鉄骨柱１の通しダイアフラム３に固定するという施工手順となる。

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Ｔ形鋼１０のウェブ１０ｂを内面側に位置させて、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２に示す第２の実施形態（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（工場溶接）の場合と同様に、Ｔ形鋼１０をすみ肉溶接にて梁フランジ２ａと通しダイアフラム３に固定する。

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Ｔ形鋼１０のウェブ１０ｂを外面側に位置させて、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側においてもすみ肉溶接１１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、Ｔ形鋼によって梁フランジ２ａの接合端部が補強されているので、曲げモーメントに対する梁フランジ２ａの破断を確実に防止することができる。

さらに、図１、図２に示しているように、Ｔ形鋼１０を梁フランジ２ａの幅端よりはみ出して固定することにより、鉄骨梁２からの応力を鉄骨柱１内へスムースに流すことができ、より一層の効果を得ることができる。

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（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 Ｔ形鋼
１０ａ Ｔ形鋼のフランジ
１０ｂ Ｔ形鋼のウェブ
１１ すみ肉溶接
１２ コの字形スリット
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、その突合せ溶接部を含むように鉄骨柱側から鉄骨梁側へＴ形鋼を延在させ、該Ｔ形鋼のウェブ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、同Ｔ形鋼の鉄骨柱側を前記ダイアフラムに溶接で固定することを特徴とする柱と梁の溶接接合構造。
2. 鉄骨梁フランジへのＴ形鋼ウェブの溶接およびダイアフラムへのＴ形鋼の溶接はすみ肉溶接にて行う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. Ｔ形鋼は、鉄骨梁のフランジの幅端部より外側へはみ出して固定することを特徴とする請求項１または２に記載の柱と梁の溶接接合構造。

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