JP2010265677A - 柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造および柱・梁接合の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 必要な耐力および剛性を確保することができ、材料の加工がし易く、かつ溶接作業が容易な柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造を提供する。
【解決手段】 この柱・梁接合構造は、下側鋼管柱１の上端面に、周囲に張り出すダイアフラム７を溶接で接合し、ダイアフラム７の上面に、下側鋼管柱１よりも幅狭の上側鋼管柱２の下端を溶接で接合し、ダイアフラム７の端面に、下側鋼管柱１に接合される鉄骨梁３の端面を接合した構造に適用される。ダイアフラム７の下面に補強プレート８を重ねて設ける。補強プレート８は、上側鋼管柱２の内周面に整合するかもしくはそれ以下の寸法の切抜穴８ａを有し、かつ外周が下側鋼管柱１の内周面に略合致して嵌る形状である。下側鋼管柱１の上端面とダイアフラム７の下面と補強プレート８の外周面を相互に溶接で接合し、補強プレート８の切抜穴８ａの開口縁をダイアフラム７の下面に溶接で接合する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、下側鋼管柱と、この下側鋼管柱よりも幅狭の上側鋼管柱とで構成される柱幅変化鋼管柱における上下両鋼管柱の継ぎ部に鉄骨梁を接合する場合に適用される柱・梁接合構造および柱・梁接合の施工方法に関する。

上記柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造としては、従来、図９に示すテーパ管形式や、図１０に示す厚肉プレート形式が多く採用されてきた。
テーパ管形式は、下端の断面形状が下側鋼管柱１の断面形状に合致し、上端の断面形状が上側鋼管柱２の断面形状に合致するテーパ管２０を用いる形式である。テーパ管２０は、台形のプレート２０ａを４枚溶接して製作する。このテーパ管２０を準備しておき、外周が下側鋼管柱１よりも周囲に張り出す下側ダイアフラム６を介して、下側鋼管柱１の上端にテーパ管２０の下端を接合する。また、外周が上側鋼管柱２よりも周囲に張り出す上側ダイアフラム７を介して、テーパ管２０の上端に上側鋼管柱２の下端を接合し、テーパ管２０の側面および上下のダイアフラム６，７に鉄骨梁３の端面を接合する。上側鋼管柱２にかかる荷重は、テーパ管２０を介して下側鋼管柱１に伝達される。鉄骨梁３は一般にはＨ形鋼であり、上側のフランジ部３ａが上側ダイアフラム７に接合され、下側のフランジ部３ａが下側ダイアフラム３に接合され、ウェブ部３ｂがテーパ管２０の側面に接続される。

厚肉プレート形式は、上側のダイアフラムとして、外周が下側鋼管柱１よりも周囲に張り出す厚肉プレート２１を用いる形式である。この厚肉プレート２１を介して、下側鋼管柱１の上端と上側鋼管柱２の下端とを接合し、下側鋼管柱１および厚肉プレート２１に鉄骨梁３の端面を接合する。上側鋼管柱２にかかる荷重は、厚肉プレート２１を介して下側鋼管柱１に伝達される。図の例では、下側鋼管柱１が、鉄骨梁３の下端の高さ位置で下側鋼管柱本体４と下側鋼管柱分割体５とに分割され、これら下側鋼管柱本体４と下側鋼管柱分割体５との間にダイアフラム６を介在させてある。鉄骨梁３がＨ形鋼である場合、上側のフランジ部３ａが厚肉プレート２１に接合され、下側のフランジ部３ａがダイアフラム６に接合され、ウェブ部３ｂが下側鋼管柱分割体５の側面に接続される。

特開平６−４９９００号公報 特開平１０−２６６３３９号公報

テーパ管形式の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造は、以下の問題があった。すなわち、テーパ管２０は、４枚の台形をした板材２０ａをそれぞれが互いに適正な角度をなす状態に溶接で接合して製作されるが、その製作に高度な技術と手間を要する。また、鉄骨梁３の端部もテーパ管２０の形状に合わせて加工しなければならず、この加工にも時間がかかる。

厚肉プレート形式の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造は、以下の問題があった。すなわち、厚肉プレート２１の厚みが４０mmを超える場合、厚肉プレート２１の設計基準強度を低減しなければならない。このことは、建築基準法に基づく告示による。また、上下の鋼管柱１，２の柱幅差が１００mmを超える場合、耐力上は問題ないが、剛性を確保するために厚肉プレート２１の厚みが大きくなる場合がある。厚みが４０mmを超える厚肉プレートは、一般的な建築資材としては市販されておらず、特注品の扱いとなるため、コスト高になる。

この発明の目的は、必要な耐力および剛性を確保することができ、材料の加工がし易く、かつ溶接作業が容易な柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造を提供することである。
この発明の他の目的は、溶接作業を容易に行え、かつ材料の無駄がない柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合部の施工方法を提供することである。

この発明の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造は、下側鋼管柱の上端面に、この下側鋼管柱の上端開口を閉じて周囲に張り出すダイアフラムを溶接で接合し、前記ダイアフラムの上面に、前記下側鋼管柱よりも幅狭の上側鋼管柱の下端を溶接で接合し、前記ダイアフラムの端面に、前記下側鋼管柱に接合される鉄骨梁の端面を接合してなり、前記ダイアフラムの下面に補強プレートを重ねて設け、この補強プレートは、上側鋼管柱の内周面に整合するかもしくはそれ以下の寸法の切抜穴を有し、かつ外周が下側鋼管柱の内周面に略合致して嵌る形状であり、前記下側鋼管柱の上端面と前記ダイアフラムの下面と前記補強プレートの外周面を相互に溶接で接合し、前記補強プレートの前記切抜穴の開口縁を前記ダイアフラムの下面に溶接で接合したことを特徴とする。

この構造によれば、上側鋼管柱にかかる上下方向等の力が、ダイアフラムおよび補強プレートを介して下側鋼管柱に伝わる。その際、ダイアフラムおよび補強プレートにおける平面位置が上側鋼管柱の内周に相当する部分には力がかからない。そのため、補強プレートは、補強作用を得るうえで無駄となる部分、つまり最大で上側鋼管柱の内周面に整合する範囲を切抜穴として省き、鋼材使用量を節減している。すなわち、ダイアフラムを補強プレートで補強することで耐力および剛性の向上を図っているのであるが、ダイアフラム全体を補強するのでなく、応力集中が起こる部分だけを補強してある。これでも、耐力および剛性を確保する上で問題にならない。補強プレートは、ダイアフラムに重ねて設けるため、板厚が標準以上に厚い特殊な鋼板を用いる必要がなく、コスト増が抑えられる。

補強プレートは切削加工だけで製作することができるので、加工が容易である。また、ダイアフラムの下面に補強プレートを重ね、下側鋼管柱の上端面とダイアフラムの下面と補強プレートの外周面とを相互に溶接で接合し、補強プレートの切抜穴の開口縁をダイアフラムの下面に溶接で接合した構造とすることにより、補強プレートを下側鋼管柱とダイアフラムとの溶接箇所の裏当て金とすることができ、溶接作業を容易に行える。

この発明において、前記補強プレートは、平板から切抜プレートを切り抜いて前記切抜穴を形成したものであってよい。この切抜穴は、前記上側鋼管柱の内周面に整合する形状である。その場合、前記切抜プレートを前記上側鋼管柱の内周に嵌り込み状態として前記ダイアフラムの上面に載せ、前記上側鋼管柱の下端面と前記ダイアフラムの上面と前記切抜プレートの外周面とを相互に接合することができる。

平板から切抜プレートを切り抜いて切抜穴を形成することで、補強プレートを容易に製作することができる。切り抜かれた切抜プレートは、上側鋼管柱とダイアフラムとの溶接箇所の裏当て金として使用することができる。すなわち、切抜プレートを上側鋼管柱の内周に嵌り込み状態としてダイアフラムの上面に載せ、上側鋼管柱の下端面とダイアフラムの上面と切抜プレートの外周面とを相互に接合する。これにより、上側鋼管柱に曲げモーメントが加わったとき、切抜プレートが上側鋼管柱と一体になって曲げ動作に追従し、上側鋼管柱に加わった曲げモーメントをダイアフラムが広い面積で受けることができる。そのため、上側鋼管柱とダイアフラムの溶接箇所が損傷しにくい。

この発明において、前記下側鋼管柱が、前記鉄骨梁の下端の高さ位置で、下側鋼管柱分割体と下側鋼管柱本体とに上下分割され、これら下側鋼管柱分割体の下面と下側鋼管柱本体の上面との間に、前記ダイアフラムである上側ダイアフラムとは別の下側ダイアフラムを介在させて、前記下側鋼管柱分割体および下側鋼管柱本体に上下面を溶接で接合し、前記下側ダイアフラムの端面に前記鉄骨梁の端面を接合してもよい。

上記構成とすれば、鉄骨梁がフランジ部を水平にして配置したＨ形鋼である場合に、鉄骨梁の上側フランジ部の端面を上側ダイアフラムに、下側フランジ部の端面を下側ダイアフラムに、ウェブ部の端面を下側鋼管柱分割体にそれぞれ溶接で接合させられて、耐力と剛性に優れた構造になる。

この発明の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合部の施工方法は、平板から前記切抜プレートを切り抜いて前記補強プレートを製作し、この補強プレートを裏当て金として用いて前記ダイアフラムと下側鋼管柱の上端面との溶接を行い、前記切抜プレートを裏当て金として用いて前記ダイアフラムと前記上側鋼管柱の下端面との溶接を行う。

この施工方法によれば、１枚の平板から得られる補強プレートおよび切抜プレートをダイアフラムと下側鋼管柱との溶接箇所の裏当て金、切抜プレートをダイアフラムと上側鋼管柱との溶接箇所の裏当て金としてそれぞれ用いる。そのため、溶接作業を容易に行える。また、材料の無駄がなく、かつ補強プレートおよび切抜プレートが同時に得られるので、加工能率がよい。

この発明の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造は、下側鋼管柱の上端面に、この下側鋼管柱の上端開口を閉じて周囲に張り出すダイアフラムを溶接で接合し、前記ダイアフラムの上面に、前記下側鋼管柱よりも幅狭の上側鋼管柱の下端を溶接で接合し、前記ダイアフラムの端面に、前記下側鋼管柱に接合される鉄骨梁の端面を接合した柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造において、前記ダイアフラムの下面に補強プレートを重ねて設け、この補強プレートは、上側鋼管柱の内周面に整合するかもしくはそれ以下の寸法の切抜穴を有し、かつ外周が下側鋼管柱の内周面に略合致して嵌る形状であり、前記下側鋼管柱の上端面と前記ダイアフラムの下面と前記補強プレートの外周面を相互に溶接で接合し、前記補強プレートの前記切抜穴の開口縁を前記ダイアフラムの下面に溶接で接合したため、必要な耐力および剛性を確保することができ、材料の加工がし易く、かつ溶接作業が容易である。

この発明の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合部の施工方法は、平板から前記切抜プレートを切り抜いて前記補強プレートを製作し、この補強プレートを裏当て金として用いて前記ダイアフラムと下側鋼管柱の上端面との溶接を行い、前記切抜プレートを裏当て金として用いて前記ダイアフラムと前記上側鋼管柱の下端面との溶接を行うことにより、溶接作業を容易に行え、かつ材料の無駄がない。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の平面図、（Ｂ）はそのＩＢ−ＩＢ断面図である。 図１（Ｂ）の部分拡大図である。 同柱・梁接合構造の分解図である。 （Ａ）はこの発明の異なる実施形態にかかる柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の平面図、（Ｂ）はそのIVＢ−IVＢ断面図である。 同柱・梁接合構造の補強プレートおよび切抜プレートの斜視図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の平面図、（Ｂ）はそのVIＢ−VIＢ断面図である。 同柱・梁接合構造の補強プレートおよび切抜プレートの斜視図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の断面図である。 従来の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の側面図である。 従来の異なる柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の側面図である。

この発明の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造は、太さが異なる下側鋼管柱１と上側鋼管柱２との継ぎ部に、左右一対の鉄骨梁３を接合したものである。この例では、下側鋼管柱１および上側鋼管柱２は共に角形鋼管からなり、下側鋼管柱１の方が上側鋼管柱２よりも縦横の幅寸法がいずれも大きい。形式的には、両鋼管柱１，２の中心軸が同一線上に位置する中柱形式である。下側鋼管柱１は、鉄骨梁３の下端の高さ位置で、下側鋼管柱本体４と下側鋼管柱分割体５とに上下分割されている。鉄骨梁３はＨ形鋼からなり、フランジ部３ａが水平を向く姿勢で配置されている。フランジ部３ａの端面はウェブ部３ｂの端面よりも若干後退させてあり、かつウェブ部３ｂの端部におけるフランジ部３ａ付近に切欠き状の逃がし３ｃが形成されている。

上記各構造材、すなわち下側鋼管柱本体４、下側鋼管柱分割体５、上側鋼管柱２、および左右一対の鉄骨梁３の接合には、下側ダイアフラム６、上側ダイアフラム７、補強プレート８、および切抜プレート９が用いられる。下側ダイアフラム６と上側ダイアフラム７は同形、同寸法の鋼板で、それぞれを下側鋼管柱分割体５の上下の端面に当てた状態で、外縁端が下側鋼管柱分割体５よりも少し張り出す形状、寸法とされている。補強プレート８は、上記ダイアフラム６，７と同じか、または同程度の厚みを有する鋼板からなり、上側鋼管柱２の内周面に整合する切抜穴８ａを有し、かつ外周が下側鋼管柱１の内周面に略合致して嵌る形状とされている。切抜プレート９は、上側鋼管柱２の内周に嵌り込む形状の鋼板である。例えば、切抜プレート９は、補強プレート８の製作時に切抜穴８ａを切り抜いたときに生じる切抜プレートをそのまま使用することができる。切抜プレート９として、補強プレート８の製作時に生じる切抜プレートを使用しない場合は、補強プレート８の切抜穴８ａの寸法を、上側鋼管柱２の内周面の寸法以下としてもよい。

この柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の施工方法を説明する。
下側鋼管柱本体４の上端面に下側ダイアフラム６を載せ、この下側ダイアフラム６の下面と下側鋼管柱本体４の上端外周とを溶接で接合する。上記下側ダイアフラム６の上に下側鋼管柱分割体５を載せ、下側ダイアフラム６の上面と下側鋼管分割体５の下端外周とを溶接で接合する。これにより、下側鋼管柱分割体５の下面と下側鋼管柱本体４の上面との間に下側ダイアフラム６を介在させて、下側鋼管柱本体４と下側鋼管柱分割５とが接合される。

また、上側ダイアフラム７の下面に補強プレート８を重ね、補強プレート８の切抜穴８ａの開口縁の全周を上側ダイアフラム７の下面に溶接部Ａ（図２）で溶接により接合する。この上側ダイアフラム７と補強プレート８の接合体を、下側鋼管柱分割体５の上端に配置し、図２に示すように、下側鋼管柱分割体５の上端面と上側ダイアフラム７の下面と補強プレート８の外周面とを、全周にわたり相互に溶接部Ｂで溶接により接合する。つまり、補強プレート８は、下側鋼管柱５と上側ダイアフラム７とを溶接する際の裏当て金としても機能している。詳しくは、下側鋼管柱分割体５の上端面に上側ダイアフラム７の下面との間に台形溝状の開先１０を形成する面取部を設けておき、この開先１０に溶接ビードを盛る。補強プレート８の下面と下側鋼管柱分割体５の内周面との間の角部も、全周にわたり溶接部Ｃで隅肉溶接を施す。

さらに、上側ダイアフラム７の上に切抜プレート９を載せ、中心軸を下側鋼管柱１と合致させて配置した上側鋼管柱２の下端内周に前記切抜プレート９を嵌り込ませ、上側鋼管柱２の下端面と上側ダイアフラム７の上面と切抜プレート９の外周面とを、全周にわたり相互に溶接部Ｄで溶接により接合する。つまり、切抜プレート９は、上側鋼管柱２と上側ダイアフラム７とを溶接する際の裏当て金として機能している。詳しくは、上側鋼管柱２の下端面に上側ダイアフラム７の上面との間に台形溝状の開先１１を形成する面取部を設けておき、この開先１１に溶接ビードを盛る。

そして、下側鋼管柱分割体５と同じ高さ位置に鉄骨梁３を保持し、鉄骨梁３の上側のフランジ部３ａを上側ダイアフラム７に溶接で接合し、下側のフランジ部３ａを下側ダイアフラム６に溶接で接合し、ウェブ部３ｂを下側鋼管柱分割体５の側面に溶接で接合する。これにより、柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の施工が完了する。

この柱・梁接合構造は、上側鋼管柱２にかかる力が、上側ダイアフラム７および補強プレート８を介して下側鋼管柱１に伝わる。上側ダイアフラム７が補強プレート８で補強されているため、十分な耐力および剛性を確保できる。上側ダイアフラム７および補強プレート８における平面位置が上側鋼管柱２の内周に相当する部分には力がかからないので、補強プレート８が切抜穴８ａを有していても問題にならない。つまり、上側ダイアフラム７全体を補強するのでなく、応力集中が起こる部分だけを補強してある。補強プレート８に切抜穴８ａを設けることにより、使用鋼材を削減できる。また、補強プレート８は、下側鋼管柱分割体５と上側ダイアフラム７との溶接箇所の裏当て金として機能するため、溶接作業を容易に行える。

補強プレート８に切抜穴８ａを加工する際に生じる切抜プレート９は、上側ダイアフラム７と上側鋼管柱２との溶接箇所の裏当て金に利用される。そのため、溶接作業を容易に行える。また、切抜プレート９を裏当て金として使用することにより、上側鋼管柱２に曲げモーメントＭ（図２）が加わったとき、切抜プレート９が上側鋼管柱２と一体になって曲げ動作に追従するため、上側鋼管柱２に加わった曲げモーメントＭを、上側ダイアフラム７が広い面積で受けることができる。そのため、上側鋼管柱とダイアフラムの溶接箇所が損傷しにくい。図２の符号Ｆは、上側ダイアフラム７に生じる反力の総和を表している。

上記実施形態は、下側鋼管柱１と上側鋼管柱２の中心軸の平面位置が同じの中柱形式であるが、図４または図６に示すように、下側鋼管柱１と上側鋼管柱２の中心軸の位置が異なっている場合にも、この発明の柱・梁接合構造を適用することができる。図４は、下側鋼管柱１の１辺と上側鋼管柱２の１辺が平面位置で重なる側柱形式である。側柱形式の場合、補強プレート８は図５に示す形状となり、切抜穴８ａは１辺が外に開口する切欠き状である。図６は、下側鋼管柱１の一隅と上側鋼管柱２の一隅が平面位置で重なる隅柱形式である。隅柱形式の場合、補強プレート８は図７に示す形状となり、切抜穴８ａは隣合う２辺が外に開口する切欠き状である。つまり、側柱形式および隅柱形式についても、上側ダイアフラム７の応力集中が起こる部分だけを補強プレート８で補強する。これにより、前記同様の作用、効果が得られる。

ただし、側柱形式や隅柱形式の場合、下側鋼管柱１と上側鋼管柱２の側板間の平面距離が大きく離れた箇所で応力集中が起きやすいので、中柱形式の場合よりも、補強プレート８の厚みを厚くするのが望ましい。

図８は、図１〜図３の実施形態において、上側ダイアフラム７の上面と切抜プレート９の下面との間に炭素シート１２を介在させた例である。炭素シート１２は、例えば上側ダイアフラム７の上面に全面にわたって貼り付ける。このように炭素シート１２を設ければ、上側ダイアフラム７と切抜プレート９との接触箇所を補強する作用が得られ、耐力および剛性をより一層高めることができる。炭素シート１２の代わりに、他の剛性の高い素材からなるシート状材を用いてもよい。

１…下側鋼管柱
２…上側鋼管柱
３…鉄骨梁
４…下側鋼管柱本体
５…下側鋼管柱分割体
６…下側ダイアフラム
７…上側ダイアフラム
８…補強プレート
８ａ…切抜穴
９…切抜プレート

Claims (4)

1. 下側鋼管柱の上端面に、この下側鋼管柱の上端開口を閉じて周囲に張り出すダイアフラムを溶接で接合し、前記ダイアフラムの上面に、前記下側鋼管柱よりも幅狭の上側鋼管柱の下端を溶接で接合し、前記ダイアフラムの端面に、前記下側鋼管柱に接合される鉄骨梁の端面を接合した柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造において、
   前記ダイアフラムの下面に補強プレートを重ねて設け、この補強プレートは、上側鋼管柱の内周面に整合するかもしくはそれ以下の寸法の切抜穴を有し、かつ外周が下側鋼管柱の内周面に略合致して嵌る形状であり、前記下側鋼管柱の上端面と前記ダイアフラムの下面と前記補強プレートの外周面を相互に溶接で接合し、前記補強プレートの前記切抜穴の開口縁を前記ダイアフラムの下面に溶接で接合したことを特徴とする柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造。
2. 請求項１において、前記補強プレートが、平板から切抜プレートを切り抜いて前記切抜穴を形成したものであり、この切抜穴は前記上側鋼管柱の内周面に整合する形状であり、前記切抜プレートを前記上側鋼管柱の内周に嵌り込み状態として前記ダイアフラムの上面に載せ、前記上側鋼管柱の下端面と前記ダイアフラムの上面と前記切抜プレートの外周面とを相互に接合した柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造。
3. 請求項１または請求項２において、前記下側鋼管柱が、前記鉄骨梁の下端の高さ位置で、下側鋼管柱分割体と下側鋼管柱本体とに上下分割され、これら下側鋼管柱分割体の下面と下側鋼管柱本体の上面との間に、前記ダイアフラムである上側ダイアフラムとは別の下側ダイアフラムを介在させて、前記下側鋼管柱分割体および下側鋼管柱本体に上下面を溶接で接合し、前記下側ダイアフラムの端面に前記鉄骨梁の端面を接合した柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造。
4. 請求項２記載の柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合構造の施工方法であって、平板から前記切抜プレートを切り抜いて前記補強プレートを製作し、この補強プレートを裏当て金として用いて前記ダイアフラムと下側鋼管柱の上端面との溶接を行い、前記切抜プレートを裏当て金として用いて前記ダイアフラムと前記上側鋼管柱の下端面との溶接を行う柱幅変化鋼管柱の柱・梁接合部の施工方法。

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