JP2017014809A - 柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】上下階の柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが異なる接合箇所を簡素な構造で接合でき、製造コストの低減が可能な柱梁接合構造を提供する。【解決手段】Ｈ形鋼梁１５を側面に接合可能なノンダイアフラム形式の角形鋼管からなる接合部パネル１１と、接合部パネル１１の上端に接合され、接合部パネル１１よりも外径の大きいダイアフラム１２とを備え、下階柱１３の上端に接合部パネル１１の下端が接合され、ダイアフラム１２の上面に下階柱１３より小径の上階柱１４の下端が接合され、接合部パネル１１の側面に、梁せいが異なる複数のＨ形鋼梁１５が接合されているものである。【選択図】図１

Description

本発明は、角形鋼管柱とＨ形鋼梁とを接合する柱梁接合構造に関するものである。

従来より、角形鋼管柱とＨ形鋼梁とを用いた鋼構造建築物の柱梁接合構造において、上階と下階とで柱幅が異なる場合、テーパー管形式、または、異幅接合形式が用いられる。

テーパー管形式は、図５に示すように、四角錐台形状のテーパー管で構成された接合部パネル５１とダイアフラム５２（５２ａ、５２ｂ）とを用いる形式であり、下階柱５３の上端に下側ダイアフラム５２ａを介して接合部パネル５１の下端を接合し、接合部パネル５１の上端に上側ダイアフラム５２ｂを介して上階柱５４の下端を接合する構造である。そして、Ｈ形鋼梁５５のフランジ５５ａが上側ダイアフラム５２ｂおよび下側ダイアフラム５２ａに溶接接合され、Ｈ形鋼梁５５のウェブ５５ｂが接合部パネル５１の側面に溶接接合された構造となっている。

このようなテーパー管形式に用いられるテーパー管は、テーパー形状に形成する必要があるため、製作に手間を要し、コスト高となることが問題となっている。異幅接合形式は、テーパー管形式のこの問題を解決した形式であり、次のような形式である。

異幅接合形式は、図６に示すように、下階柱５３と同等の柱サイズの角形鋼管で構成された接合部パネル６１とダイアフラム６２（６２ａ、６２ｂ）とを用い、下階柱５３の上端に下側ダイアフラム６２ａを介して接合部パネル６１の下端を接合し、接合部パネル６１の上端に下側よりも板厚を増大させた上側ダイアフラム６２ｂを介して上階柱５４の下端を接合する構造である。また、テーパー管形式と同様に、Ｈ形鋼梁５５がダイアフラム６２および接合部パネル６１の側面に溶接接合される。異幅接合形式については例えば特許文献１に開示がある。

また、柱梁接合構造において、接合部パネルの側面に、梁せい（梁の高さ寸法）が互いに異なるＨ形鋼梁を接合する、いわゆる段違い梁の場合には、割込みダイアフラム形式、または、ノンダイアフラム形式が用いられる。

割込みダイアフラム形式は、図７に示すように、各Ｈ形鋼梁５５それぞれのフランジ５５ａ毎にダイアフラム５２を設ける形式である。

ノンダイアフラム形式は、図８に示すように通常より板厚を増大させた接合部パネル７１を用い、接合部パネル７１の側面に直接、Ｈ形鋼梁５５を溶接するようにしてダイアフラムを設けない形式である。

特開２０１３−２８９９７号公報

柱梁接合構造において、上下階の柱幅が異なり、かつ、Ｈ形鋼梁の梁せいが異なる場合には、上述の割込みダイアフラム形式にテーパー管形式もしくは異幅接合形式を併用するか、または、ノンダイアフラム形式に異幅接合形式を併用する構造で対応する。

しかしながら、割込みダイアフラム形式は上述したように各梁それぞれのフランジ毎にダイアフラムを設ける形式であるため、割込みダイアフラム形式を用いる場合、必然的にダイアフラムの数が多くなって構造が複雑化し、製作の手間を要し、コスト高になるという問題があった。

よって、ダイアフラムの数を削減可能な構造が求められ、その観点ではノンダイアフラム形式が有効であるものの、ノンダイアフラム形式を用いて上下階の柱の異幅と段違い梁との両方に対応可能な柱梁接合構造について検討した技術は未だ見当たらない。

また、部材共通化の観点から、上下階の柱幅が異なり、かつ、Ｈ形鋼梁の梁せいが同じる場合にも用いることができる柱梁接合構造が求められている。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、上下階の柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが異なる接合箇所と、上下階の柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが同じ接合箇所に共通に用いることができ、また、簡素な接合構造を実現して、製造コストの低減が可能な柱梁接合構造を提供することを目的とする。

本発明に係る柱梁接合構造は、Ｈ形鋼梁を側面に接合可能なノンダイアフラム形式の角形鋼管からなる接合部パネルと、接合部パネルの上端に接合され、接合部パネルよりも外径の大きいダイアフラムとを備え、下階柱の上端に接合部パネルの下端が接合され、ダイアフラムの上面に下階柱より小径の上階柱の下端が接合され、接合部パネルの側面に、梁せいが異なる複数のＨ形鋼梁が接合されているものである。

本発明によれば、上下階の柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが異なる接合箇所と、上下階の柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが同じ接合箇所に共通に用いることができ、また、構造を簡素化でき、製造コストを削減できる。

本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）において上階柱およびダイアフラムを取り外した状態の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造の一部分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造における上階柱、ダイアフラム、接合部パネルおよび下階柱の分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造の他の適用例を示す斜視図である。 従来の柱梁接続構造の説明図で、上階と下階とで柱幅が異なる場合に用いられるテーパー管形式の説明図である。 従来の柱梁接続構造の説明図で、上階と下階とで柱幅が異なる場合に用いられる異幅接合形式の説明図である。 従来の柱梁接続構造の説明図で、段違い梁の場合に用いられる割込みダイアフラム形式の説明図である。 従来の柱梁接続構造の説明図で、段違い梁の場合に用いられるノンダイアフラム形式の説明図である。

以下、本発明の鋼構造建築物の柱梁接合構造を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

図１は、本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）において上階柱およびダイアフラムを取り外した状態の平面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造の一部分解斜視図である。図３は、本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造における上階柱、ダイアフラム、接合部パネルおよび下階柱の分解斜視図である。

柱梁接合構造１は、Ｈ形鋼梁１５を直接、側面に接合可能なノンダイアフラム形式の角形鋼管からなる接合部パネル１１と、四角形板状で厚肉のダイアフラム１２とを備えている。ダイアフラム１２は接合部パネル１１よりも外径が大きく形成され、接合部パネル１１の上端に載せた状態で接合部パネル１１に接合されている。そして、角形鋼管柱からなる下階柱１３の上端に接合部パネル１１の下端が接合され、ダイアフラム１２の上面に、下階柱１３より小径の上階柱１４の下端が接合された構造を有する。

接合部パネル１１は、ノンダイアフラム形式であるため、通常（例えば、割込みダイアフラム形式を用いる場合）より板厚が増大されていて極厚に形成されている。

柱梁接合構造１はさらにＨ形鋼梁１５（１５Ａ、１５Ｂ）を有しており、Ｈ形鋼梁１５（１５Ａ、１５Ｂ）の上側フランジ１５ａがダイアフラム１２の側面に接合され、Ｈ形鋼梁１５の下側フランジ１５ｂおよびウェブ１５ｃが接合部パネル１１の側面に接合されている。Ｈ形鋼梁１５ＡとＨ形鋼梁１５Ｂとは、梁せいが互いに異なるものであり、接合部パネル１１に厚肉角形鋼管を用いることで、ダイアフラム無しで直接、Ｈ形鋼梁１５Ｂを接合部パネル１１に溶接接合可能としている。つまり、本実施の形態の柱梁接合構造１は、いわばノンダイアフラム形式を用いて上下階の柱の異幅と段違い梁との両方に対応可能な構造であり、段違い梁に対してノンダイアフラム形式を用いることで、ダイアフラム１２の枚数を低減可能となっている。なお、本発明でいうノンダイアフラム形式は、Ｈ形鋼梁１５を直接、側面に接合する構成の他、Ｈ形鋼梁１５を例えばガセットプレートを介して接合部パネル１１の側面に接合する構成も含むものである。

ここで、Ｈ形鋼梁１５の接合部パネル１１に対する鉛直方向の接合範囲は以下のように設定している。すなわち、接合範囲の上限は、Ｈ形鋼梁１５の上側フランジ１５ａの板芯とダイアフラム１２の板芯とが一致する高さ位置であり、接合範囲の下限は、接合部パネル１１領域内としている。図２には、Ｈ形鋼梁１５を上限位置に接合した状態を示している。

接合部パネル１１は図１（Ｂ）に示すように四角形状の４枚の板材１６（１６Ａ、１６Ｂ）を突合わせ溶接で接合して構成されている。４枚の板材１６のうち、２枚の板材１６Ｂの相対する一対の端面に開先１７が形成され、開先１７の部分で板材１６Ａと突合わせ溶接されて接合部パネル１１が構成されている。なお、接合部パネル１１の製作方法はこの方法に限られたものではなく、要するに４枚の板材の接合端面に開先１７が設けられ、開先１７部分で溶接接合されて構成されていればよい。

接合部パネル１１は、Ｌ型や溝型の２枚の部材を角形に組み合わせて接合することで製作することも可能であるが、その方法では、Ｌ型や溝型の部材に開先１７を設けるために、機械を特注とする必要が生じる。しかし、本実施の形態のように単純な四角形状の板材であれば、開先１７を簡単に設けることができる。以上のような観点から、接合部パネル１１は、４枚の板材１６を突合わせ溶接して接合したものとすることが好ましいが、Ｌ型や溝型の２枚の部材を角形に接合した構成のものを本発明から排除するものではない。

また、本実施の形態１の柱梁接合構造１は、柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが異なる接合箇所だけでなく、柱幅が異なり、かつ、梁の梁せいが同じ接合箇所にも対応可能な構造であり、その適用例について次の図４に示す。

図４は、本発明の一実施の形態に係る柱梁接合構造の他の適用例を示す斜視図である。
図４には、上下階で柱幅が異なっており、かつ、接合部パネル１１に接合されるＨ形鋼梁１５が、全て梁せいの同じＨ形鋼梁１５Ｂである例を示している。

ところで、上下階で柱幅が異なる場合に用いられる一般的な異幅接合形式では、文献（鋼構造接合部設計指針：日本建築学会（２０１２．３））により規定されている上下階の柱幅の差が５０ｍｍまでと上限が規定されている現状にある。これに対し、本実施の形態の柱梁接合構造１では、ダイアフラム１２と接合部パネル１１との両方を厚肉構造としたことで、上階柱１４と下階柱１３との柱幅の差の適用範囲を０ｍｍ超から最大１００ｍｍ程度まで拡大可能となっている。この点を検証した結果について以下に説明する。

上下階の柱幅の差が１００ｍｍの場合について、本実施の形態の接合部パネル１１およびダイアフラム１２を用いて力学挙動を実験的および解析的に検証した。具体的には、上階柱１４が□−２５０ｘ１２、接合部パネル１１が□−３５０ｘ３２、ダイアフラム１２の板厚が３２ｍｍの試験体において、その試験体の耐力および剛性が文献（鋼構造接合部設計指針：日本建築学会（２０１２．３））の規定されているものと同等であることを確認した。当該検証結果から上下階の柱幅の差を１００ｍｍ以下とすることに力学上問題がないことを確認した。よって、本実施の形態の柱梁接合構造１では、上下階の柱幅の差の適用範囲を１００ｍｍ程度まで拡大することが可能である。

本実施の形態で用いるダイアフラム１２には、接合部パネル１１よりも外径が大きいものを採用しており、接合部パネル１１の上端にダイアフラム１２を載せる接合構造としている。接合部パネル１１とダイアフラム１２との他の接合構造として、接合部パネル１１の内側にダイアフラム１２を接合する構造も考えられるが、この構造とした場合、上階柱１４とダイアフラム１２との突合わせ溶接を行う前に、接合部パネル１１とダイアフラム１２との溶接部分の余盛りを切削し、溶接面を平坦に仕上げておく必要が生じ、製作の手間となる。さらに、接合部パネル１１とダイアフラム１２との溶接部分と、上階柱１４とダイアフラム１２との溶接部分とが重なることで溶接品質が低下する恐れがある。

これに対し、本実施の形態では、接合部パネル１１の上端に、接合部パネル１１よりも外径が大きく形成されたダイアフラム１２を載せる接合構造であるため、接合部パネル１１とダイアフラム１２との溶接部分はダイアフラム１２の下面に位置することになる。よって、上記のような不都合は生じない。つまり、極厚の接合部パネル１１の上端にダイアフラム１２を乗せる形式をとることで溶接面の切削等の製作の手間を解決でき、製造コストの削減が可能である。さらに、溶接部が直接重なることがなくなり、溶接品質の確保も容易になる。

以上説明したように本実施の形態によれば上下階の柱幅が異なり、かつ、梁せいが異なる場合の接合箇所に、Ｈ形鋼梁を直接、側面に接合可能なノンダイアフラム形式の角形鋼管からなる接合部パネル１１の上端にダイアフラム１２を接合した構造を用いるため、接合箇所の構造を簡素化でき、製造コストを削減できる。また、本実施の形態の柱梁接合構造は、上下階の柱幅が異なり、かつ、梁せいが同じ場合の接合箇所にも用いることができる。

また、ダイアフラム１２の数を低減できることで、従来の製作上の手間および溶接接合によるコスト高を解決できる。

また、上下階の柱幅の差の適用範囲を１００ｍｍ程度まで拡大できる。

また、接合部パネル１１は、四角形状の４枚の板材の接合端面に開先１７が設けられ、開先部分で溶接接合されて構成されているので、開先１７を簡単に形成できる。

なお、本発明の柱梁接続構造は、図１〜図４に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。例えば、本実施の形態では、Ｈ形鋼梁１５が接合部パネル１１の軸に対して垂直に接合されていたが、傾斜して接合されていてもよい。また、Ｈ形鋼梁１５の上側フランジ１５ａがダイアフラム１２の側面に接合された例を示したが、上側フランジ１５ａが接合部パネル１１の側面に接合されていてもよい。

１ 柱梁接合構造、１１ 接合部パネル、１２ ダイアフラム、１３ 下階柱、１４ 上階柱、１５ Ｈ形鋼梁、１５Ａ Ｈ形鋼梁、１５Ｂ Ｈ形鋼梁、１５ａ 上側フランジ、１５ｂ 下側フランジ、１５ｃ ウェブ、１６ 板材、１６Ａ 板材、１６Ｂ 板材、１７ 開先、５１ 接合部パネル、５２ ダイアフラム、５２ａ 下側ダイアフラム、５２ｂ 上側ダイアフラム、５３ 下階柱、５４ 上階柱、５５ Ｈ形鋼梁、５５ａ フランジ、５５ｂ ウェブ、６１ 接合部パネル、６２ ダイアフラム、６２ａ 下側ダイアフラム、６２ｂ 上側ダイアフラム、７１ 接合部パネル。

Claims (6)

1. Ｈ形鋼梁を側面に接合可能なノンダイアフラム形式の角形鋼管からなる接合部パネルと、前記接合部パネルの上端に接合され、前記接合部パネルよりも外径の大きいダイアフラムとを備え、
   下階柱の上端に前記接合部パネルの下端が接合され、前記ダイアフラムの上面に前記下階柱より小径の上階柱の下端が接合され、
   前記接合部パネルの側面に、梁せいが異なる複数の前記Ｈ形鋼梁が接合されていることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 前記Ｈ形鋼梁はウェブと前記ウェブの上下に形成されたフランジとを有したものであり、
   上側の前記フランジが前記ダイアフラムに接合され、前記ウェブおよび下側の前記フランジが前記接合部パネルの側面に接合されていることを特徴とする請求項１記載の柱梁接合構造。
3. 前記接合部パネルは、四角形状の４枚の板材の接合端面に設けられた開先の部分で溶接接合されて構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の柱梁接合構造。
4. 前記接合部パネルは、２枚の前記板材のそれぞれにおいて相対する一対の端面に前記開先が設けられ、前記開先が設けられていない他の２枚の前記板材と前記開先の部分で突合わせ溶接して形成されていることを特徴とする請求項３記載の柱梁接合構造。
5. 前記Ｈ形鋼梁の前記接合部パネルに対する鉛直方向の接合範囲の上限が、前記Ｈ形鋼梁の上フランジの板芯と前記ダイアフラムの板芯とが一致する高さ位置であり、前記接合範囲の下限が前記接合部パネルの領域内であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の柱梁接合構造。
6. 前記下階柱と前記上階柱との柱幅の差が０ｍｍ超、１００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の柱梁接合構造。

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