JP2011102512A - 柱と梁の溶接接合構造 - Google Patents

柱と梁の溶接接合構造 Download PDF

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Abstract

【課題】H形鋼、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(H形鋼梁)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として、簡単な構成で、梁フランジの突合せ溶接接合部を補強することができ、曲げ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】ダイアフラム2が設置された鉄骨柱1にH形鋼梁材4が溶接接合される柱・梁溶接接合構造として、H形鋼梁材4のフランジ4aの幅より幅が広いフランジ3aを有するH形鋼ブラケット3を鉄骨柱1に溶接接合し、そのH形鋼ブラケット3にH形鋼梁材4を溶接接合するようにした柱・梁溶接接合構造。
【選択図】図1

Description

本発明は、H形鋼、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(H形鋼梁)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(柱・梁溶接接合構造)に関するもので、特に、ブラケットを配置した柱・梁溶接接合構造に関するものである。
従来、H形鋼、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(H形鋼梁)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としては、例えば以下のようなものが知られている。
(従来技術1)
図6は、従来の角形鋼管柱とH形鋼梁の柱・梁溶接接合構造の一例を示すものであり、特許文献1に従来技術1(図4)として示されているものである。図6(a)は平面図、図6(b)は、側面図である。
図6(a)、(b)において、角形鋼管柱1にダイアフラム2が設置され、該ダイアフラム2にブラケット13のフランジ13aの一端部が溶接6で接合されている。さらに、該ブラケット13のフランジ13aの他端部に、該ブラケット13と同一断面であるH形鋼梁4のフランジ4aの端部が対峙し、対峙する相互のフランジ13a、4aを跨いでスプライスプレート7が該フランジ13a、4aの上下両面に配置されている。さらに、ブラケット13およびH形鋼梁4およびスプライスプレート7にはボルト孔5が穿設され、該ボルト孔5に設置した図示しないボルトにより、ブラケット13とスプライスプレート7とH形鋼梁4が機械的に接合されている。このとき、ボルト孔5の周囲(断面欠損部)を塑性化させないため、該ボルト孔5の位置を、曲げモーメントが小さくなるように角形鋼管柱1から遠ざけている。
しかし、1995年兵庫県南部地震において、前記の従来技術1等の従来型の溶接接合部では、曲げに対して、多くの損傷が発生した。その損傷は、梁端溶接部6、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6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1が角形鋼管などの中空断面の場合は、梁ウェブ4bが有効に働かないことが多く、梁フランジ4a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4aが破断した例が多数見られた。
(従来技術2)
図7は、従来の角形鋼管柱とH形鋼梁の柱・梁溶接接合構造の他の例を示すものであり、従来技術1等において生じた前記の溶接部の破断を防止するために、図7(a)、(b)に平面図を示すように、梁端のフランジを拡幅する方法が用いられている。梁4端部の幅は、梁端側の端部から梁4中央に向けて減少し、接続するH形鋼梁4のフランジ幅に同幅となるように加工されている。
図7(a)に示す柱・梁溶接接合構造では、梁端部を拡幅したフランジ23aとウェブ23bを溶接組立てするH形鋼ブラケット23を用いる。すなわち、ブラケット23は、鋼板から切り出したフランジ23aとウェブ23bとを溶接することにより製作される。
図7(b)に示す柱・梁溶接接合構造では、H形鋼梁4と同幅のH形鋼ブラケット33のフランジ33a側面に三角形状の水平リブプレート38を溶接39で接合して梁端部を拡幅する。ブラケット33には主に圧延H形鋼が用いられることが多い。
特開2002−146907号公報(図4)
しかしながら、前記従来技術1、2においては以下のような問題点がある。
(従来技術1の問題点)
前述したように、1995年兵庫県南部地震において、従来技術1等の従来型の溶接接合部では、曲げに対して、多くの損傷が発生した。図6(b)に示すモーメント分布Mから明らかなように、梁端溶接部近傍(ダイアフラム2とブラケット13の接合部6)で、モーメントが最大となり、溶接部6近傍の応力が最大となる。また、該モーメントに対応した梁フランジ4aの軸方向力は、ブラケット13のフランジ13aおよびダイアフラム2を介して角形鋼管柱1に伝達される。このとき、力の流れとして溶接部6の幅端部(ブラケット13のフランジ幅端部)に応力が集中し易いため、また、この溶接部6の幅端部(ブラケット13のフランジ幅端部)には溶接欠陥が発生し易いため、該部位が破壊し易くなる。すなわち、梁4が変形した際には、溶接部6での破壊現象が生じ易くなるとの問題点がある。さらに、ボルト孔5位置において、塑性変形が生じないように、ボルト孔5を柱1から遠ざけているため、ブラケット13が大型になるとの問題点がある。
(従来技術2の問題点)
これに対して、従来技術2では、梁端部に拡幅したフランジを用いることで、従来技術1等において生じた溶接部の破断を防止するようにしている。
しかし、図7(a)に示したような、溶接組立てタイプのH形鋼ブラケット23を用いて梁端部のフランジを拡幅する場合、広い面積の鋼板を必要とし、歩留まりが悪い。またその加工が上下に平行フランジを有するH形鋼に対してやや煩雑となる。圧延H形鋼で梁端を拡幅するためには、幅の広い圧延H形鋼を準備し、所定の形状になるようにフランジを切断する必要があり、効率が悪い。
また、図7(b)に示したような、H形鋼ブラケット33のフランジ33a側面に三角形状の水平リブプレート38を溶接して梁端部のフランジを拡幅する場合、水平リブプレート38とフランジ33aは同厚であることから、それらが厚い場合、溶接量が多くなる。また、溶接熱によって、水平リブプレート38に反りやねじれが生じやすくなる。さらに、水平リブプレート38の梁中央側の端部(リブ先端)において、溶接熱の影響でフランジ材質が劣化したり、溶接欠陥が発生したりする。このため、リブ先端付近でH形鋼梁4が早期に脆性的破断を起こす危険がある。
また、図7(a)、図7(b)に共通していえることとして、図7(a)、図7(b)においては、H形鋼ブラケット23またはH形鋼ブラケット33と接合する個所付近のH形鋼梁4を塑性変形させて安定した構造性能を確保するが、梁端部を確実に弾性範囲内に収めようとすると、梁端部の幅が広くなり過ぎる場合がある。梁端部の幅は柱幅よりも狭くする必要があるため、この場合は、ブラケット23、33のフランジ23a、33aの厚さを厚くして、梁端部の幅を抑える必要がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、H形鋼、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(H形鋼梁)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として、簡単な構成で、梁フランジの突合せ溶接接合部を補強することができ、曲げ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。
前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]ダイアフラムが設置された鉄骨柱にH形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造であって、高さが前記H形鋼梁材の高さに等しく、且つ、フランジ幅が前記H形鋼梁材のフランジ幅よりも大きいH形鋼ブラケットのフランジを、前記ダイアフラムまたは前記鉄骨柱に溶接接合し、且つ、前記H形鋼ブラケットのフランジ端部と該H形鋼梁材のフランジ端部を突合せ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]前記ブラケットが、圧延により一体的に成形されてい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]前記ブラケットのフランジの強度がウェブの強度以上であ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。
本発明においては、ダイアフラムが設置された鉄骨柱にH形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造として、フランジ幅がH形鋼梁材のフランジ幅より広いH形鋼ブラケットを鉄骨柱に溶接接合し、そのH形鋼ブラケットにH形鋼梁材を溶接接合するようにしているので、以下のような顕著な効果が得られる。
(1)曲げは梁フランジを介して鉄骨柱のダイアフラムから鉄骨柱に、または梁フランジを介して鉄骨柱のスキンプレートに伝達され、せん断力は梁ウェブを介して鉄骨柱のスキンプレートに伝達される。H形鋼ブラケットが梁フランジに溶接で固定されるとともに、鉄骨柱のダイアフラムまたは鉄骨柱(柱スキンプレート)に溶接で固定されることにより、梁フランジの接合端部が補強され、曲げ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。すなわち、H形鋼梁材とH形鋼ブラケットとの接合部が塑性ヒンジ化するため、H形鋼ブラケット端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、H形鋼ブラケットの幅の広いフランジ部により、鉄骨梁からの応力を鉄骨柱内へスムースに流すことができる。
(2)H形鋼梁材とH形鋼ブラケットとの接合部が塑性ヒンジになったときに、H形鋼ブラケットと鉄骨柱との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、H形鋼ブラケットの長さを短くすることが可能になる。よって、H形鋼ブラケットの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。
(3)H形鋼ブラケットとして、圧延により一体的に成形されている圧延H形鋼をそのまま用いることができるので、従来技術2のように、水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さにH形鋼を切断するだけでよいので、従来技術2のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。
(4)梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、H形鋼ブラケットのフランジの厚さを厚くしなければならない場合でも、H形鋼ブラケットのフランジの強度がウェブの強度よりも大きい圧延H形鋼を使用するようにすれば、H形鋼ブラケットのフランジの厚みをH形鋼梁材のフランジの厚みと同じにすることができる。
本発明の実施形態1に係る柱・梁溶接接合構造を示す図。 本発明の実施形態2に係る柱・梁溶接接合構造を示す図。 本発明の実施形態3に係る柱・梁溶接接合構造を示す図。 本発明の実施例において、柱・梁溶接接合構造の性能を確認のための試験状況を示す外観図。 本発明の実施例において、柱・梁溶接接合構造の性能を確認のための試験結果を示す荷重変形線図。 従来の柱・梁溶接接合構造の例(従来技術1)。 従来の柱・梁溶接接合構造の例(従来技術2)。
本発明は、ダイアフラムが設置された鉄骨柱にH形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造として、H形鋼梁材のフランジ幅よりフランジ幅が広いH形鋼ブラケットを鉄骨柱に溶接接合し、そのH形鋼ブラケットにH形鋼梁材を溶接接合するようにした柱・梁溶接接合構造である。
本発明の実施形態を以下に述べる。
[実施形態1]
本発明の実施形態1に係る柱・梁溶接接合構造を図1に示す。図1(a)は側面図、図1(b)は平面図である。
図1(a)、(b)に示すように、この実施形態1においては、H形鋼梁4のフランジ4aの幅より幅が広いフランジ3aを有するH形鋼ブラケット3(3A)の一端部のフランジ3aを角形鋼管柱1に設置された通しダイアフラム2に突合せ溶接で接合し、かつウェブ3bを角形鋼管柱1にすみ肉溶接9で接合した状態で、H形鋼ブラケット3Aの他端部のフランジ3aをH形鋼梁4のフランジ4aに溶接接合するとともに、H形鋼ブラケット3Aのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bを突合せ溶接9で接合している。
なお、H形鋼ブラケット3Aには、圧延H形鋼を用いることが好ましい。さらに、フランジ3aの強度がウェブ3bの強度よりも大きい圧延H形鋼を使用するようにしてもよい。
これによって、この実施形態1においては、以下のような効果を得ることができる。
(1.1)曲げは梁フランジ4aを介して角形鋼管柱1の通しダイアフラム2から角形鋼管柱1に伝達され、せん断力は梁ウェブ4bを介して角形鋼管柱1のスキンプレートに伝達される。H形鋼ブラケット3Aが梁フランジ4aに溶接で固定されるとともに、角形鋼管柱1の通しダイアフラム2に溶接で固定されることにより、梁フランジ4aの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジ4aの破断を確実に防止することができる。すなわち、H形鋼梁材4とH形鋼ブラケット3Aとの接合部が塑性ヒンジ化するため、H形鋼ブラケット3A端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、H形鋼ブラケット3Aの幅の広いフランジ部3aにより、H形鋼梁材4からの応力を角形鋼管柱1内へスムースに流すことができる。
(1.2)H形鋼梁材4とH形鋼ブラケット3Aとの接合部が塑性ヒンジになったときに、H形鋼ブラケット3Aと角形鋼管柱1との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、H形鋼ブラケット3Aの長さを短くすることが可能になる。よって、H形鋼ブラケット3Aの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。
(1.3)H形鋼ブラケット3Aとして、圧延により一体的に成形されている圧延H形鋼をそのまま用いることができるので、従来技術2のように、水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さにH形鋼を切断するだけでよいので、従来技術2のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。
(1.4)梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、H形鋼ブラケット3Aのフランジ3aの厚さを厚くしなければならない場合でも、H形鋼ブラケット3Aのフランジ3aの強度がウェブ3bの強度よりも大きい圧延H形鋼を使用するようにすれば、H形鋼ブラケット3Aのフランジ3aの厚みをH形鋼梁材4のフランジ4aの厚みと同じにすることができる。
[実施形態2]
本発明の実施形態2に係る柱・梁溶接接合構造を図2に示す。図2(a)は側面図、図2(b)は平面図である。
図2(a)、(b)に示すように、この実施形態2においては、H形鋼梁4のフランジ4aの幅より幅の広いフランジ3aを有するH形鋼ブラケット3(3B)の一端部のフランジ3aのみを角形鋼管柱1に設置された通しダイアフラム2に突合せ溶接で接合した状態で、H形鋼ブラケット3Bにフランジ3aの突き出し長さ分だけフランジ4aを短くしたH形鋼梁4をH形鋼ブラケット3Bと角形鋼管柱1に溶接して一体化している。すなわち、H形鋼ブラケット3Bの他端部のフランジ3aをH形鋼梁4のフランジ4aに溶接で接合するとともに、H形鋼梁4のウェブ4bと角形鋼管柱1を溶接9で接合している。また、H形鋼ブラケット3Bのフランジ3aの上下間に挿入されたH形鋼梁4のウェブ4bは、H形鋼ブラケット3Bのフランジ3aにすみ肉溶接9で接合されている。
なお、H形鋼ブラケット3Bの上下フランジ3aの強度を、その間に挿入されるH形鋼梁4のウェブ4bの強度よりも大きくしてもよい。
ここで、この実施形態2におけるH形鋼ブラケット3Bには、上下のフランジ3aはあるものの、上下のフランジ3aの間にウェブ3bは有していないが、その代わりに、上下のフランジ3aの間にH形鋼梁4のウェブ4bが挿入されている。したがって、本発明では、このような上下のフランジ3aのみの形態でもH形鋼ブラケットと称することにする。
そして、この実施形態2においては、以下のような効果を得ることができる。
(2.1)曲げは梁フランジ4aを介して角形鋼管柱1の通しダイアフラム2から角形鋼管柱1に伝達され、せん断力は梁ウェブ4bを介して角形鋼管柱1のスキンプレートに伝達される。H形鋼ブラケット3Bが梁フランジ4aに溶接で固定されるとともに、角形鋼管柱1の通しダイアフラム2に溶接で固定されることにより、梁フランジ4aの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジ4aの破断を確実に防止することができる。すなわち、H形鋼梁材4とH形鋼ブラケット3Bとの接合部が塑性ヒンジ化するため、H形鋼ブラケット3B端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、H形鋼ブラケット3Bの幅の広いフランジ部3aにより、H形鋼梁材4からの応力を角形鋼管柱1内へスムースに流すことができる。
(2.2)H形鋼梁材4とH形鋼ブラケット3Bとの接合部が塑性ヒンジになったときに、H形鋼ブラケット3Bと角形鋼管柱1との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、H形鋼ブラケット3Bの長さを短くすることが可能になる。よって、H形鋼ブラケット3Bの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。
(2.3)H形鋼ブラケット3Bとして、鋼板を用いることができるので、従来技術2のように、H形鋼ブラケット33に水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さに鋼板を切断するだけでよいので、従来技術2のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。
(2.4)梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、H形鋼ブラケット3Bのフランジ3aの厚さを厚くしなければならない場合でも、H形鋼ブラケット3Bの上下フランジ3aの強度を、その間に挿入されるH形鋼梁材4のウェブ4bの強度よりも大きくするようにすれば、H形鋼ブラケット3Bのフランジ3aの厚みをH形鋼梁材4のフランジ4aの厚みと同じにすることができる。
[実施形態3]
本発明の実施形態3に係る柱・梁溶接接合構造を図3に示す。図3(a)は側面図、図3(b)は平面図である。
図3(a)、(b)に示すように、この実施形態3においては、フランジ3aの幅がH形鋼梁4のフランジ4aの幅より幅が広いフランジ3aを有するH形鋼ブラケット3(3C)の一端部のフランジ3aを角形鋼管柱1に設置された通しダイアフラム2に突合せ溶接で接合し、かつウェブ3bを角形鋼管柱1にすみ肉溶接9で接合した状態で、H形鋼ブラケット3Cの他端部のフランジ3aをH形鋼梁4のフランジ4aに溶接接合するとともに、H形鋼ブラケット3Cのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bを高力ボルト接合している。すなわち、H形鋼ブラケット3Cのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bを跨いでスプライスプレート7がウェブ3bとウェブ4bの左右両面に配置されており、H形鋼ブラケット3Cのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bおよびスプライスプレート7にはボルト孔5が穿設され、そのボルト孔5に設置した図示しない高力ボルトにより、H形鋼ブラケット3Cのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bがスプライスプレート7を介して機械的に接合されている。
つまり、前述の実施形態1では、H形鋼ブラケット3Aのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bの接合を突合せ溶接で行っているのに対して、この実施形態3では、H形鋼ブラケット3Cのウェブ3bとH形鋼梁4のウェブ4bの接合を高力ボルト接合で行っている。
なお、H形鋼ブラケット3Cには、圧延H形鋼を用いることが好ましい。さらに、フランジ3aの強度がウェブ3bの強度よりも大きい圧延H形鋼を使用するようにしてもよい。
これによって、この実施形態3においては、以下のような効果を得ることができる。
(3.1)曲げは梁フランジ4aを介して角形鋼管柱1の通しダイアフラム2から角形鋼管柱1に伝達され、せん断力は梁ウェブ4bを介して角形鋼管柱1のスキンプレートに伝達される。H形鋼ブラケット3Cが梁フランジ4aに溶接で固定されるとともに、角形鋼管柱1の通しダイアフラム2に溶接で固定されることにより、梁フランジ4aの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジ4aの破断を確実に防止することができる。すなわち、H形鋼梁材4とH形鋼ブラケット3Cとの接合部が塑性ヒンジ化するため、H形鋼ブラケット3C端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、H形鋼ブラケット3Cの幅の広いフランジ部3aにより、H形鋼梁材4からの応力を角形鋼管柱1内へスムースに流すことができる。
(3.2)H形鋼梁材4とH形鋼ブラケット3Cとの接合部が塑性ヒンジになったときに、H形鋼ブラケット3Cと角形鋼管柱1との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、H形鋼ブラケット3Cの長さを短くすることが可能になる。よって、H形鋼ブラケット3Cの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。
(3.3)H形鋼ブラケット3Cとして、圧延により一体的に成形されている圧延H形鋼をそのまま用いることができるので、従来技術2のように、水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さにH形鋼を切断するだけでよいので、従来技術2のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。
(3.4)梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、H形鋼ブラケット3Cのフランジ3aの厚さを厚くしなければならない場合でも、H形鋼ブラケット3Cのフランジ3aの強度がウェブ3bの強度よりも大きい圧延H形鋼を使用するようにすれば、H形鋼ブラケット3Cのフランジ3aの厚みをH形鋼梁材4のフランジ4aの厚みと同じにすることができる。
ここで、梁端のフランジを拡幅することは、高層・超高層建築物に採用されている。一般に高層・超高層建築物を対象とした場合、梁端のフランジを拡幅する梁のせいは700mm以上である。この場合、拡幅する幅は、梁材とブラケットとの接合部を塑性化させ、ブラケットと柱との溶接部を弾性範囲に抑え、破壊を防止するという条件より、梁幅の1.41〜2.08倍で概ね400mm〜600mm程度の範囲である。また、上記高層・超高層建築物で使用される梁サイズを対象とした場合、ブラケットの長さについては、梁せいの0.28〜0.32であり、概ね200mm〜320mm程度の範囲である。
したがって、前記のH形鋼ブラケット3A、3B、3Cのフランジ3a幅は、400mm以上とすることが好ましい。また、H形鋼ブラケット3A、3B、3Cの長さについては、200mm〜320mm程度の範囲ということになるが、あまり短すぎると製作上取扱いにくいので、300mm以上とする方が望ましい。
そして、上記の実施形態1〜3においては、角形鋼管柱1という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することが可能である。
また、上記の実施形態1〜3においては、鉄骨柱(角形鋼管柱)1に鉄骨梁(H形鋼梁)4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。
本発明の実施例として、前述の本発明の実施形態に係る柱・梁溶接接合構造の性能を確認するための試験を行った。なお、ここでは、前述の実施形態1に係る柱・梁溶接接合構造についての試験体を製作した。
図4は、この実施例における試験に供した柱・梁溶接接合構造の試験体(柱梁部分架構)10の側面図である。この実施例における試験に供した試験体10は、2体(試験体10A、試験体10B)である。
まず、試験体Aは、角形鋼管柱1が、□−500×500×19、厚さ19.0mm、長さ6000mmのBCR325角形鋼管であり、H形鋼ブラケット3Aが、H−700×400×12×22、長さ300mm、SN490の圧延H形鋼であり、H形鋼梁4が、H−700×250×12×19、長さ4000mm、SN490の圧延H形鋼である。また、通しダイアフラム2はSN490で、幅550mm、長さ550mm、厚さ22.0mmである。
一方、試験体Bは、角形鋼管柱1が、□−500×500×19、厚さ19.0mm、長さ6000mmのBCR325角形鋼管であり、H形鋼ブラケット3Aが、H−700×400×12×19、長さ300mm、フランジが550N/mmの強度で、ウェブがSN490の圧延H形鋼であり、H形鋼梁4が、H−700×250×12×19、長さ4000mm、SN490の圧延H形鋼である。また、通しダイアフラム2はSN490で、幅550mm、長さ550mm、厚さ22.0mmである。
そして、図4は、この実施例における試験状況を示す外観図も兼ねる。図4において、梁4先端に取り付けたアクチュエーターが平面内を矢印のように繰返し稼動するため、梁4端部には、曲げとせん断力が作用することになる。
図5は、この実施例における試験結果を示す荷重−変形線図であって、図5(a)は試験体10Aについての試験結果であり、図5(b)は試験体10Bについての試験結果である。
そして、図5では、図4における梁4先端に取り付けたアクチュエーターが水平方向(実物では垂直方向に相当)に所定変位しては、次の所定変位を加えていく場合を示している。図5において、横軸はアクチュエーターが取り付けられた梁4先端の水平方向変位量(垂直方向からの回転角)であり、縦軸はアクチュエーターから梁4に加わる載荷荷重であって、図4における右矢印方向をプラス方向(右方向)に示している。
まず、図4において右矢印方向に載荷している。原点から弾性変形を開始し、降伏した後、極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいる。やがて、所定変位Cに到達したところで、図4において左矢印方向に向かって載荷している。所定変位Dに到達したところで、所定変位Eに向かって戻る。
さらに、図4において右矢印方向に載荷するため、梁4の塑性変形が進んでいる。やがて、所定変位Eに到達したところで、図4において左矢印側に向かって載荷し、所定変位Fに向かって戻る。
以下、アクチュエーターが右矢印方向と左矢印方向の載荷を繰返すため、図5に図示するようなバウシンガー効果を有するヒステリシス曲線が描かれている。
そして、両試験体10A、10Bとも梁端変位が1/30を超え、十分な変形能力を発揮している。最終的には、梁フランジ局部座屈により耐力低下を生じて破壊に至っている。
また、試験体10Bのように、H形鋼ブラケット3Aのフランジ3aの強度を増すことによって、H形鋼ブラケット3Aのフランジ3aの厚さを梁フランジ4aと同厚にしても、試験体10Aと同様に変形能力を確保できている。
以上の試験結果より、本発明の実施形態に係る柱・梁溶接接合構造の繰り返し加力回数は多く、十分なエネルギを吸収していることから、本発明の効果が顕著であることが示されている。
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、特に、ブラケットを配置した柱・梁溶接接合構造に関するものであり、簡単な部材で梁端接合部を補強することができ、曲げ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。
1 柱(角形鋼管柱)
2 ダイアフラム(通しダイアフラム)
3 H形鋼ブラケット
3A H形鋼ブラケット
3B H形鋼ブラケット
3C H形鋼ブラケット
3a H形鋼ブラケットのフランジ
3b H形鋼ブラケットのウェブ
4 梁(H形鋼梁材、H形鋼梁)
4a H形鋼梁材のフランジ
4b H形鋼梁材のウェブ
5 ボルト孔
6 ダイアフラムとブラケットの溶接接合部(梁端溶接部)
7 スプライスプレート
9 溶接
10 試験体(柱梁部分架構)
10A 試験体(柱梁部分架構)
10B 試験体(柱梁部分架構)
13 ブラケット
13a ブラケットのフランジ
23 ブラケット
23a ブラケットのフランジ
23b ブラケットのウェブ
33 ブラケット
33a ブラケットのフランジ
38 水平リブプレート
39 溶接部

Claims (3)

  1. ダイアフラムが設置された鉄骨柱にH形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造であって、高さが前記H形鋼梁材の高さに等しく、且つ、フランジ幅が前記H形鋼梁材のフランジ幅よりも大きいH形鋼ブラケットのフランジを、前記ダイアフラムまたは前記鉄骨柱に溶接接合し、且つ、前記H形鋼ブラケットのフランジ端部と該H形鋼梁材のフランジ端部を突合せ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. 前記ブラケットが、圧延により一体的に成形されてい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. 前記ブラケットのフランジの強度がウェブの強度以上であ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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