JP2013181292A - 柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】危険断面位置を断面急変位置からずらすことにより、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが生じることを防ぎ、断面急変位置の断面全体の性能を生かし切るようにする。
【解決手段】柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造である。前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも断面積が増大した断面積増大部と、を有する。前記基準断面部と前記断面積増大部との境界位置を跨ぎながら、補強部材が前記基準断面部と前記断面積増大部とに接合されている。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造に関する。

従来、図１の概略側面図に示すような柱梁架構１においては、柱１０と鉄骨梁２０とを溶接等で剛接合している。そして、かかる柱梁架構１に、地震力や風荷重等の外力が水平方向に入力されると、それによる曲げモーメントは、同図中に併記するように、梁２０のスパン方向（梁２０の長手方向）の中央側よりも端側（以下、梁端側とも言う）の方で大きくなるため、梁端２０ｅｅにて応力が最大となり、結果、最初に梁端２０ｅｅで全断面降伏して損傷する。すなわち、この場合、梁２０の全体強度を決定する断面位置は、梁端２０ｅｅとなる。なお、以下では、最初に全断面降伏して梁２０の全体強度を決定する断面位置のことを「危険断面位置」と言う。

このような梁端２０ｅｅでの損傷を防ぐ方法の一例として、図２Ａの斜視図に示すように、梁２０の端部２０ｅにハンチ２５を設けて端部２０ｅの断面積を増大することにより、端部２０ｅの断面に作用する応力を低減することが挙げられる（特許文献１）。そして、この方法の場合には、ハンチ２５による断面積増大作用に基づいて、危険断面位置は、図２Ｂの上面図に示すように、梁端２０ｅから、梁２０のスパン方向の中央側へ寄った位置に変わる。すなわち、危険断面位置は、ハンチ２５における中央側の端２５ｅｅの位置に移動する。
そして、同位置の断面に作用する曲げモーメントは、梁端２０ｅｅに比べて小さいことから、小断面の梁２０を使用可能となってコスト削減を図れる。また、梁端２０ｅｅの溶接部の応力度を低減し、当該溶接部の破壊を防止することができる。

特開２０００−３０９９８０号公報

ここで、このハンチ２５も梁２０の一部と考えた場合には、当該梁２０の断面形状は、ハンチ２５の上記端２５ｅｅの位置で急変している。すなわち、同位置を起点として断面の断面積が急増している。以下、この断面形状が急変する位置のことを「断面急変位置」と言うが、この断面急変位置では、断面の一部、すなわち、図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分に塑性ひずみが集中して生じる傾向にある（図１０ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。

また、この断面急変位置たるハンチ２５の端２５ｅｅの位置は、上記のように危険断面位置でもあり、つまり梁２０のうちで最初に全断面降伏すべき位置でもある。そして、そのような位置に、Ａ点部分の如き塑性ひずみが集中して生じる部分が含まれていると、地震力や風荷重等の外力によって断面急変位置の断面が塑性化する際に、特にＡ点部分に非常に大きな塑性ひずみが集中して生じ易くなる。すると、同断面のＡ点部分で集中的に亀裂が発生・進展するなど当該Ａ点部分で集中的に損傷が進行してしまい、結果、断面全体の性能を十分に生かし切れずにいた。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、危険断面位置を断面急変位置からずらすことにより、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが生じることを防ぎ、断面急変位置の断面全体の性能を生かし切ることにある。

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも断面積が増大した断面積増大部と、を有し、
前記基準断面部と前記断面積増大部との境界位置を跨ぎながら、補強部材が前記基準断面部と前記断面積増大部とに接合されていることを特徴とする。

上記請求項１に示す発明によれば、基準断面部と断面積増大部との境界位置たる断面急変位置を跨いで補強部材を接合しており、これにより、鉄骨梁の危険断面位置は、断面急変位置から、鉄骨梁のスパン方向（鉄骨梁の長手方向）の中央側にずらされている。例えば、危険断面位置は、補強部材における梁のスパン方向の中央側の端の位置に移動され、これにより、断面急変位置と危険断面位置とは互いに異なる位置に分離されている。
よって、地震力や風荷重等の外力による曲げモーメントが鉄骨梁に作用した際には、塑性変形は主に危険断面位置で進行して、断面急変位置での塑性変形は抑制されるので、同断面急変位置の断面に発生するひずみを全体的に抑制できて、それに伴って、同断面の一部に大きな塑性ひずみが集中して生じることも抑制される。これにより、断面急変位置の断面全体の性能を生かし切ることができる。

請求項２に示す発明は、請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
前記Ｈ形鋼のフランジのフランジ面に前記補強部材が接合されていることを特徴とする。
上記請求項２に示す発明によれば、Ｈ形鋼のフランジのフランジ面に補強部材を接合しているので、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが集中して生じることを、より有効に防止可能となる。

請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の柱梁接合構造であって、
前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
前記Ｈ形鋼のウエブのウエブ面に前記補強部材が接合されていることを特徴とする。
上記請求項３に示す発明によれば、Ｈ形鋼のウエブのウエブ面に補強部材を接合しているので、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが集中して生じることを有効に防止可能となる。

請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記鉄骨梁は、外力の増加に伴って生じる曲げモーメントにより最初に全断面降伏する位置を危険断面位置として有し、
前記補強部材の接合に基づいて、前記危険断面位置が、前記断面積増大部に係る前記境界位置よりも前記鉄骨梁のスパン方向の中央側の位置にずらされていることを特徴とする。
上記請求項４に示す発明によれば、上記境界位置たる断面急変位置から、危険断面位置がスパン方向にずらされて離間されているので、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが集中して生じることを確実に防止可能となる。

請求項５に示す発明は、請求項４に記載の柱梁接合構造であって、
前記危険断面位置とすべき位置に作用する曲げモーメントの大きさをＭ１とし、前記境界位置に作用する曲げモーメントの大きさをＭ２とし、
前記危険断面位置とすべき位置の塑性断面係数をＺｐ１し、前記補強部材が接合された状態の前記境界位置の塑性断面係数をＺｐ２とした場合に、
比率α（＝（Ｍ１／Ｚｐ１）／（Ｍ２／Ｚｐ２））が、１よりも大きくなるように前記補強部材が設計されていることを特徴とする。
上記請求項５に示す発明によれば、比率αが１よりも大きくなるように補強部材は設計されているので、危険断面位置とすべき位置の方が、境界位置たる断面急変位置よりも先に全断面降伏するようになる。つまり、危険断面位置とすべき位置を、確実に危険断面位置として設定することができる。

本発明によれば、危険断面位置を断面急変位置からずらすことにより、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが生じることを防ぎ、断面急変位置の断面全体の性能を生かし切ることができる。

曲げモーメント図を併記した柱梁架構１の概略側面図である。 図２Ａは従来の柱梁接合構造の斜視図であり、図２Ｂは同上面図である。 本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図である。 同上面図である。 補強部材３０の断面の設計に使用される比率αの説明図である。 図５Ａは、梁２０の本体たるＨ形鋼の断面図であり、図５Ｂは、同Ｈ形鋼のフランジ２０ｆ，２０ｆに補強鋼材３０，３０が接合されたＨ形鋼の断面図であり、図５Ｃは、同Ｈ形鋼のウエブ２０ｗに補強鋼材３０が接合されたＨ形鋼の断面図である。 補強鋼材３０を上フランジ２０ｆの下面及び下フランジ２０ｆの上面に接合した場合の斜視図である。 図７Ａは本実施形態の変形例の外観斜視図であり、図７Ｂは同上面図である。 ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルである。 ＦＥＭ解析で検討した三つのケースの説明図であって、図９Ａは、比較例に対応する補強鋼材無しケースの説明図であり、図９Ｂは、本実施形態に対応するフランジ補強ケースの説明図であり、図９Ｃは、本実施形態の変形例に対応するウエブ補強ケースの説明図である。 補強鋼材無しケースの解析結果（相対比較用）である。 フランジ補強ケースの解析結果（相対比較用）である。 ウエブ補強ケースの解析結果（相対比較用）である。 補強鋼材無しケースの解析結果（絶対評価用）である。 フランジ補強ケースの解析結果（絶対評価用）である。 ウエブ補強ケースの解析結果（絶対評価用）である。 下フランジ２０ｆのＡ点部分に生じる相当塑性ひずみ（％）を、変形角Ｒをパラメータとして整理したグラフであって、図１２Ａは、補強鋼材無しケースのグラフであり、図１２Ｂは、フランジ補強ケースのグラフであり、図１２Ｃは、ウエブ補強ケースのグラフである。 図１３Ａ乃至図１３Ｃは、水平ハンチ２５のその他の形状例を示す概略斜視図である。 鉛直ハンチ２６で形成された断面積増大部２０ｅを示す概略斜視図である。 梁２０の断面積増大部２０ｅを、単一部材で構成した場合の概略斜視図である。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
図３Ａは、本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図であり、図３Ｂは、同上面図である。
図３Ａに示すように、柱１０は、例えば断面矩形形状の鋼製角パイプを本体とし、また、梁２０は鉄骨梁であって、この例では、断面Ｈ形形状のＨ形鋼を本体とする。そして、これら柱１０と梁２０とは互いに剛接合されている。すなわち、柱１０は、上下一対の通しダイアフラム１２，１２を有し、それぞれ対応する通しダイアフラム１２，１２に梁２０の上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆが溶接等で連結されているとともに、梁２０のウエブ２０ｗは、柱１０の外周面１０ｓに溶接等で直結され、これにより、柱１０と梁２０とは剛接合されている。

なお、「剛接合」とは、モーメントを伝達可能な接合様式のことである。また、図３Ａの例では、当該剛接合に通しダイアフラム１２を用いていたが、剛接合が可能であれは何等これに限らず、外ダイアフラムを用いても良いし、或いは、ダイアフラムを用いずに柱１０の外周面１０ｓにフランジ２０ｆを直結しても良いし、更には、溶接接合に代えてボルト接合しても良い。また、柱１０についても何等上記の角パイプに限るものではなく、梁２０を剛接合可能であれば、別の断面形状の柱や別の構造の柱を適用可能である。例えば断面形状が円形形状の鋼製丸パイプを用いても良いし、あるいはＣＦＴ（コンクリート充填鋼管）を使用しても良いし、更にはＲＣ造やＳＲＣ造の柱でも構わない。

梁２０の端部２０ｅ、すなわち梁２０における柱１０との接合部の近傍部分２０ｅには、水平ハンチ２５，２５…が設けられている。かかる水平ハンチ２５，２５…は、既述のように梁２０の端部２０ｅの断面を増大して梁端２０ｅｅの損傷を防ぐものである。すなわち、梁２０において端部２０ｅよりもスパン方向の中央側に位置するＨ形鋼のみの部分を、梁２０の基準の断面形状をなす基準断面部２０ｂと定義した場合に、この基準断面部２０ｂよりも、梁２０の端部２０ｅの断面積を増大する目的で同端部２０ｅの一部として一体に設けられたものが、水平ハンチ２５，２５…である。そして、かかる水平ハンチ２５は、例えば平面視矩形状の鋼板であり、上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆの梁幅方向の両側にそれぞれ水平に設けられている。詳しくは、上フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５は、それぞれ上フランジ２０ｆにおける梁幅方向の両側の側面に突き合わせられて溶接等で一体に接合され、また、下フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５は、それぞれ下フランジ２０ｆにおける梁幅方向の両側の側面に突き合わせられて溶接等で一体に接合されており、更に、上フランジ２０ｆ用及び下フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５…は、柱１０側の側面にて柱１０の通しダイアフラム１２，１２に溶接等で一体に接合されている。

ちなみに、請求項に記載の構成との対応関係で言えば、図３Ｂに示すように、Ｈ形鋼に加えて水平ハンチ２５，２５…を具備する梁２０の端部２０ｅが、請求項に係る「断面積増大部２０ｅ」に相当する。また、水平ハンチ２５における梁２０のスパン方向の中央側の端２５ｅｅの位置を起点として梁２０の断面積が増大しているので、以下では、この位置のことを「断面急変位置」と言う。なお、この断面急変位置は、請求項に係る「境界位置」、つまり「基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの境界位置」に相当する。

ここで本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、上フランジ２０ｆの上面及び下フランジ２０ｆの下面には、それぞれ、補強部材３０の一例としての補強鋼材３０が、断面急変位置を梁２０のスパン方向（長手方向）に跨いだ状態で接合一体化されている。詳しくは、補強鋼材３０は、例えば所定厚みの矩形平板部材であり、その片面の略全面を上フランジ２０ｆの上面に密着させつつ、上フランジ２０ｆよりも梁幅方向の外方に突出しないように位置決めされながら全周隅肉溶接で接合されており、他方、同様の補強鋼材３０（図３Ａ及び図３Ｂでは不図示）が、下フランジ２０ｆの下面にも同様の仕様で接合されている。

そして、これら補強鋼材３０，３０の接合に基づいて、梁２０の危険断面位置は、図３Ｂに示すように、断面急変位置よりもスパン方向の中央側に移動されている。これにより、断面急変位置の断面の一部に大きな塑性ひずみが生じることを防ぎ、断面急変位置の断面全体の性能を生かし切るようにしている。その結果、断面急変位置を起点とした梁２０の損傷を防ぎ、仮に梁２０が損傷するとしても、その場合には、危険断面位置の方で優先して損傷するようにしている。以下、これについて詳説する。

既述の図２Ｂは、補強鋼材３０を未設置の梁２０の場合の断面急変位置と危険断面位置との位置関係を示しているが、同図２Ｂの如く補強鋼材３０を設けない場合には、水平ハンチ２５の端２５ｅｅの位置が、断面急変位置になっているとともに危険断面位置にもなっている。

ここで、この断面急変位置では、断面の一部、すなわち、図２Ｂ中のＡ点部分にひずみが集中して生じる傾向にある（例えば図１０ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。他方、危険断面位置は、梁２０のなかで最初に全断面降伏する位置であるが、そのような位置に、上記のＡ点部分の如きひずみが集中して生じる部分が含まれていると、地震力や風荷重等の外力によって断面急変位置の断面が塑性化する際に、特にＡ点部分に非常に大きな塑性ひずみが集中して生じることになる。すると、同断面のＡ点部分で集中的に亀裂が発生・進展するなど、当該Ａ点部分で集中的に損傷が進行してしまい、結果、同断面急変位置の断面の全域で略均等に塑性変形して外力に抗するような状態にはなり得ず、もって、断面全体の性能を十分に生かし切ることができない。

この点につき、図３Ｂのように補強鋼材３０を接合した場合には、補強鋼材３０を有する梁２０の部分は、補強鋼材３０の断面積分、より多くの応力を負担できるため、同部分の梁２０の曲げ耐力は高くなる。これにより、危険断面位置は、図３Ｂに示すように、断面急変位置よりも梁２０のスパン方向の中央側に移動し、つまり、危険断面位置は断面急変位置から中央側にずれて互いに離間した状態になる。すると、中央側にずれた断面危険位置には、上述のＡ点部分のような塑性ひずみが集中して生じる部分が存在しないので、梁２０のうちで最初に全断面降伏する際も同断面の全面で略均等に塑性変形が進んでいくようになる。
また、地震力や風荷重等の外力による曲げモーメントが梁２０に作用した際に、塑性変形は主に危険断面位置で進行して、断面急変位置での塑性変形は抑制されるので、同断面急変位置の断面に発生する塑性ひずみを全体的に抑制できて、それに伴って、同断面の一部に大きな塑性ひずみが集中して生じることも抑制される。これにより、断面急変位置の断面全体の性能を生かし切ることができる。

ちなみに、図３Ａ及び図３Ｂの例では、補強鋼材３０として矩形平板部材を使用し同部材を全周隅肉溶接でフランジ２０ｆに接合していたが、分離不能にフランジ２０ｆに接合一体化されて応力負担可能であれば、何等これに限るものではない。例えば、接合方法は、適宜な接着剤による接着でも良いし、ボルト等の締結部材の締め付けによる摩擦接合でも良く、また、補強鋼材３０の平面形状にあっては、矩形以外の多角形や円形でも良いし、これらを組み合わせてなる複合形状でも良い。

ところで、上述の補強鋼材３０を接合すれば、概ね、補強鋼材３０における中央側の端３０ｅｅの位置を危険断面位置として全断面降伏するようになるので、断面急変位置は危険断面位置と異なる位置に概ね設定されるようになるが、より確実に、断面急変位置と異なる位置を危険断面位置として設定したい場合には、下式１を満足するように補強鋼材３０の断面を設計すれば良い。
比率α＝（Ｍ１／Ｚｐ１）／（Ｍ２／Ｚｐ２）＞１ … （１）
ここで、上式中のＭ１は、図４の斜視図に示すように、危険断面位置として設定したい位置に作用する曲げモーメントであり、Ｍ２は、断面急変位置に作用する曲げモーメントであり、Ｚｐ１は、危険断面位置として設定したい位置の塑性断面係数であり、Ｚｐ２は、断面急変位置の塑性断面係数である。

例えば、上述の図３Ｂの例では、危険断面位置を補強鋼材３０の中央側の端３０ｅｅの位置に設定したいので、その場合には、Ｍ１及びＺｐ１は、それぞれ下式２及び下式３で表される。なお、この図３Ｂの例では、危険断面位置にはぎりぎり補強鋼材３０が存在しないので、Ｚｐ１は、梁２０において補強鋼材３０が無い部分の塑性断面係数となっており、つまりＨ形鋼単体の塑性断面係数となっている。なお、下式２中のＰは、図４に示すように、地震力や風荷重等の水平外力を想定した場合に梁２０のスパン方向のモーメントの反曲点に作用する鉛直荷重Ｐ（剪断力）であり、同式２中のＬ２は、鉛直荷重Ｐが作用する上記モーメントの反曲点から危険断面位置までの距離である。また、下式３中の各記号Ｂ，ｔｆ，ｄ，ｔｆ，ｔｗの意味については、図５Ａ中に併記している。
Ｍ１＝Ｐ×Ｌ１ … （２）
Ｚｐ１＝Ｂ×ｔｆ×（ｄ−ｔｆ）＋（１／４）×（ｄ−２×ｔｆ）^２×ｔｗ …（３）

他方、断面急変位置のＭ２及びＺｐ２は、それぞれ下式４及び下式５で表される。なお、断面急変位置には補強鋼材３０が存在するので、Ｚｐ２は、梁２０において補強鋼材３０が有る部分の塑性断面係数となっており、つまりＨ形鋼及び補強鋼材３０の両者に基づく塑性断面係数となっている。なお、下式４中のＬ２は、図４に示すように、上述の鉛直荷重Ｐが作用するモーメントの反曲点から断面急変位置までの距離であり、また、下式５中の各記号Ｂｆｐ，ｔｆｐの意味については、図５Ｂ中に併記している。
Ｍ２＝Ｐ×Ｌ２ … （４）
Ｚｐ２＝Ｂ×ｔｆ×（ｄ−ｔｆ）
＋（１／４）×（ｄ−２×ｔｆ）^２＋Ｂｆｐ×ｔｆｐ×（ｄ＋ｔｆｐ） …（５）

ところで、本実施形態では、補強鋼材３０，３０を上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆの両者にそれぞれ設けていたが、何等これに限るものではなく、何れか一方に設けても良い。そして、そのようにしても、相応の効果はある。
また、本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、補強鋼材３０，３０を上フランジ２０ｆの上面及び下フランジ２０ｆの下面にそれぞれ接合していたが、場合によっては、これら補強鋼材３０，３０に代えて、又は加えて、図６の斜視図に示すように上フランジ２０ｆの下面及び下フランジ２０ｆの上面に補強鋼材３０，３０を設けても良い。但し、その場合には、ウエブ２０ｗとの干渉を避けるべく、補強鋼材３０を梁幅方向に２分割してなる一対の分割片３０ｄ，３０ｄを、それぞれウエッブ２０ｗを挟む各位置に接合することになる。また、同図６に示すように、上フランジ２０ｆの上面に補強鋼材３０を設けずに上フランジ２０ｆの下面のみに補強鋼材３０（３０ｄ，３０ｄ）を設けた場合には、上フランジ２０ｆの上面を補強鋼材３０の無い平坦面にすることができるので、上フランジ２０ｆ上にデッキプレート等の床材を載置し易くなる。

図７Ａは本実施形態の変形例の外観斜視図であり、図７Ｂは同上面図である。上述の本実施形態では、補強鋼材３０を梁２０のフランジ２０ｆに接合していたが、この変形例では、図７Ａ及び図７Ｂに示すように補強鋼材３０を梁２０のウエブ２０ｗに接合している。そして、この点で主に上述の本実施形態とは相違し、これ以外の点では概ね上述の本実施形態と同じである。

すなわち、この変形例では、水平ハンチ２５，２５…による断面急変位置を跨ぐように梁２０のウエブ２０ｗに補強鋼材３０が接合されており、これにより、危険断面位置が、断面急変位置から梁２０のスパン方向の中央側へずらされている。より詳しくは、断面急変位置は補強鋼材３０における梁２０のスパン方向の中央側の端３０ｅｅの位置までずらされている。よって、上述の本実施形態と同様の作用効果を奏し得る。

ちなみに、このようにウエブ２０ｗに補強鋼材３０を接合した場合の断面急変位置の塑性断面係数Ｚｐ１は、例えば下式６で与えられる。なお、式６中のｔｗｐの記号の意味については、図５Ｃ中に併記している。
Ｚｐ１＝Ｂ×ｔｆ×（ｄ−ｔｆ）
＋（１／４）×（ｄ−２×ｔｆ）^２×（ｔｗ＋ｔｗｐ） …（６）
また、図７Ａ及び図７Ｂの例では、補強鋼材３０として、ウエブ２０ｗの高さ方向を長辺とする矩形鋼板を全周隅肉溶接で梁２０のウエブ２０ｗに接合一体化しているが、その平面形状や接合方法が何等これに限らないのは、上述の本実施形態の場合と同様である。

ところで、本願の発明者は、かかる補強鋼材３０が断面急変位置におけるＡ点部分への塑性ひずみの集中を軽減する効果に関して、予めＦＥＭ（有限要素法）解析で検討しているので、以下、それについて説明する。

図８に、ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルを示すが、この解析では、柱１０と梁２０との接合部の近傍部分を、上下方向、梁２０のスパン方向、及び梁幅方向の三方向のそれぞれについて半分だけ取り出して矩形要素で分割してモデル化した。また、地震力や風荷重等の水平方向の外力の作用状態を模擬すべく、梁２０のスパン方向の中央位置に上向きの荷重Ｐを加えて変形角Ｒ（＝δ／Ｌ）を変化させ、その時の相当塑性ひずみの変化を解析した。なお、変形角Ｒに係るδ及びＬは、それぞれ、上記中央位置の上方変位δ及び同中央位置から柱１０の芯までの距離Ｌである。また、解析に用いた柱１０、梁２０、水平ハンチ２５、及び補強鋼材３０の寸法等の各種諸元については、図８及び図９Ａ乃至図９Ｃ中に併記している。

図９Ａ乃至図９Ｃに検討ケースを示すが、三つのケースについて検討した。すなわち、比較例として補強鋼材３０を設けず水平ハンチ２５，２５のみを設けた図９Ａの補強鋼材無しケースと、上記の本実施形態を模擬したケースとしてフランジ２０ｆ，２０ｆ毎に補強鋼材３０，３０を接合した図９Ｂのフランジ補強ケースと、上記の変形例を模擬したケースとしてウエブ２０ｗに補強鋼材３０を接合した図９Ｃのウエブ補強ケースとの三ケースについて検討した。

図１０Ａ乃至図１０Ｃに、変形角Ｒ＝０．０２（＝２％）とした場合の解析結果を示す。これらの図には、相当塑性ひずみの大きさ（％）が濃淡で示されており、つまり、濃い部分には、大きな相当塑性ひずみが生じており、薄い部分には、小さな相当塑性ひずみが生じていることを示している。そして、図１０Ａが補強鋼材無しケースの解析結果であり、図１０Ｂがフランジ補強ケースの解析結果であり、図１０Ｃがウエブ補強ケースの解析結果である。なお、これら図１０Ａ乃至図１０Ｃは、三つのケースの間の相対比較用として、各図の右部に示す濃淡のスケール（濃淡と塑性ひずみの大きさ（％）の対応関係）を互いに揃えている。

一方、図１１Ａ乃至図１１Ｃには、図１０Ａ乃至図１０Ｃと同じ解析結果をケース毎に絶対評価できるように濃淡のスケールを個別に拡縮調整したものを示しており、図１０Ａ乃至図１０Ｃと同様に、図１１Ａが補強鋼材無しケースの解析結果であり、図１１Ｂがフランジ補強ケースの解析結果であり、図１１Ｃがウエブ補強ケースの解析結果である。

図１０Ａ乃至図１０Ｃを参照すると、図１０Ａの補強鋼材無しケースと比べて、図１０Ｂのフランジ補強ケース及び図１０Ｃのウエブ補強ケースでは、断面急変位置のＡ点部分の塑性ひずみが緩和されており、そして、その周囲の広い範囲に塑性ひずみが広がって分布しているのがわかる。よって、補強鋼材３０を接合すれば、Ａ点部分の周囲の部分にも広い範囲で応力を負担させて塑性ひずみを広範囲に分散させることが可能であり、その分だけ、Ａ点部分の塑性ひずみの集中が軽減されることが確認できた。

なお、図１０Ｂのフランジ補強ケースでは、Ａ点部分の塑性ひずみが大幅に縮小されており、また、濃淡のスケールを個別調整した図１１Ｂを参照すると、このフランジ補強ケースでは、小さい塑性ひずみが梁幅方向に亘って略均等且つ広範に分散して生じていることがわかる。よって、フランジ２０ｆに補強鋼材３０を接合することが非常に有効であると考えられる。

図１２Ａ乃至図１２Ｃは、下フランジ２０ｆのＡ点部分に生じる相当塑性ひずみ（％）を、変形角Ｒをパラメータとして整理したグラフである。
これらの図を参照すると、図１２Ａの補強鋼材無しケースと比べて、図１２Ｂのフランジ補強ケース及び図１２Ｃのウエブ補強ケースでは、０〜３％の変形角Ｒの略全域に亘って、Ａ点部分の相当塑性ひずみが小さくなっているのがわかる。よって、梁２０のフランジ２０ｆ又はウエブ２０ｗに補強鋼材３０を接合すれば、Ａ点部分の塑性ひずみの集中を軽減可能なことが確認できた。

また、特に、図１２Ｂのフランジ補強ケースにあっては、０〜３％の変形角Ｒの略全域に亘って相当塑性ひずみの大きさが、図１２Ａの補強鋼材無しケースに対して略半減している。よって、Ａ点部分の塑性ひずみの集中の軽減効果の観点からは、ウエブ２０ｗよりもフランジ２０ｆの方に補強鋼材３０を接合するのが好ましいと考えられる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

上述の実施形態では、鉄骨梁２０としてＨ形鋼を本体としていたが、何等これに限るものではない。例えば、Ｃ形断面の溝形鋼を梁２０の本体としても良いし、矩形断面の鋼製角パイプを本体としても良い。

上述の実施形態では、補強部材として補強鋼材３０を例示したが、応力を負担可能な部材であれば、何等これに限らない。例えば、鋼以外の他の金属で補強部材を構成しても良いし、樹脂等の非金属素材、或いはＦＲＰ等の複合材で補強部材を形成しても良い。

上述の実施形態では、水平ハンチ２５として平面視矩形状の鋼板を例示したが、その形状は何等矩形状に限らない。例えば、図１３Ａのように水平ハンチ２５の角部をテーパー形状に切り欠いたものを用いても良いし、図１３Ｂのように水平ハンチ２５の角部を矩形形状に切り欠いたものを使用しても良いし、更には、図１３Ｃのように水平ハンチ２５を円孔で切り欠いたものを用いても良い。なお、図１３Ａ乃至図１３Ｃの各図には、それぞれの断面急変位置（何れの図の例も断面積がステップ状に不連続に増大する位置が断面急変位置となっている）、及び塑性ひずみが集中するＡ点部分を示している。

上述の実施形態では、梁２０の端部２０ｅを断面積増大部にすべくＨ形鋼のフランジ２０ｆ，２０ｆに水平ハンチ２５，２５…を設けていたが、何等これに限るものではない。例えば、図１４に示すように、Ｈ形鋼のウエブ２０ｗに鉛直ハンチ２６を設けることにより、梁２０の端部２０ｅを断面積増大部にしても良い。図１４の例では、鉛直ハンチ２６は、ウエブ２０ｗの下端が梁端２０ｅｅに向かうに従って下方に突出することにより形成されている。そして、この場合には、鉛直ハンチ２６における梁２０のスパン方向の中央側の端２６ｅｅの位置が、断面急変位置となるので、この位置を跨ぐように補強鋼材３０，３０がフランジ２０ｆ及びウエブ２０ｗの少なくとも一方に接合される。なお、図１４の例では、フランジ２０ｆ及びウエブ２０ｗの両者にそれぞれ補強鋼材３０，３０が接合されている。

上述の実施形態では、梁２０の本体をなすＨ形鋼とは別体の水平ハンチ２５，２５…をＨ形鋼の上下フランジ２０ｆ，２０ｆに溶接等で接合することによって梁２０の端部２０ｅを断面積増大部に設定していたが、何等これに限るものではなく、断面積増大部を単一部材で構成しても良い。例えば、図１５の概略斜視図に示すように、梁２０のスパン方向の端部２０ｅよりも中央側部分の方のフランジ幅が狭くなるように、同中央側部分のフランジ２０ｆの梁幅方向の両端部の一部を切除して縮幅すれば、Ｈ形鋼の端部に単一部材からなる断面積増大部２０ｅが形成されることになる。

１ 柱梁架構、１０ 柱、１０ｓ 外周面、１２ 通しダイアフラム、
２０ 梁（鉄骨梁）、２０ｂ 基準断面部、
２０ｅ 端部（断面積増大部）、２０ｅｅ 梁端、
２０ｆ フランジ、２０ｗ ウエッブ、
２５ 水平ハンチ、２５ｅｅ 端、２６ 鉛直ハンチ、２６ｅｅ 端、
３０ 補強鋼材（補強部材）、３０ｄ 分割片、
３０ｅｅ 端、

Claims (5)

1. 柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
   前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも断面積が増大した断面積増大部と、を有し、
   前記基準断面部と前記断面積増大部との境界位置を跨ぎながら、補強部材が前記基準断面部と前記断面積増大部とに接合されていることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
   前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
   前記Ｈ形鋼のフランジのフランジ面に前記補強部材が接合されていることを特徴とする柱梁接合構造。
3. 請求項１又は２に記載の柱梁接合構造であって、
   前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
   前記Ｈ形鋼のウエブのウエブ面に前記補強部材が接合されていることを特徴とする柱梁接合構造。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
   前記鉄骨梁は、外力の増加に伴って生じる曲げモーメントにより最初に全断面降伏する位置を危険断面位置として有し、
   前記補強部材の接合に基づいて、前記危険断面位置が、前記断面積増大部に係る前記境界位置よりも前記鉄骨梁のスパン方向の中央側の位置にずらされていることを特徴とする柱梁接合構造。
5. 請求項４に記載の柱梁接合構造であって、
   前記危険断面位置とすべき位置に作用する曲げモーメントの大きさをＭ１とし、前記境界位置に作用する曲げモーメントの大きさをＭ２とし、
   前記危険断面位置とすべき位置の塑性断面係数をＺｐ１し、前記補強部材が接合された状態の前記境界位置の塑性断面係数をＺｐ２とした場合に、
   比率α（＝（Ｍ１／Ｚｐ１）／（Ｍ２／Ｚｐ２））が、１よりも大きくなるように前記補強部材が設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。