JP2018084139A - Column-beam joining structure of square steel pipe column and h-shaped steel beam - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として建築分野において用いられる、角形鋼管柱とH形鋼梁との柱梁接合構造に関する。 The present invention relates to a beam-to-column connection structure between a square steel pipe column and an H-shaped steel beam, which is mainly used in the construction field.
建築鋼構造において、角形鋼管柱とH形鋼梁による柱梁接合構造では、その柱梁接合部の耐力を補完するために、ダイアフラムと称する接合要素が用いられるのが一般的である。例えば、非特許文献1に示される種々の形式が採用されており、その形式は図9に例示するように、角形鋼管柱1とH形鋼梁2との柱梁接合部として、図9(a)に示す外ダイアフラム21を用いた形式(外ダイアフラム形式)、図9(b)に示す通しダイアフラム22を用いた形式(通しダイアフラム形式)、図9(c)に示す内ダイアフラム23を用いた形式(内ダイアフラム形式)に大別される。
In a building steel structure, in a column beam connection structure using a square steel pipe column and an H-shaped steel beam, a joining element called a diaphragm is generally used to supplement the strength of the column beam connection portion. For example, various forms shown in
その中で、内ダイアフラム形式は、一般的にはエレクトロスラグ溶接により接合され、溶接部では数十万〜数百万J/cm程度の非常に大きな入熱が作用するため、一般の建築構造用鋼材では溶接部での靭性が非常に小さくなり、溶接部での脆性破断が生じ易い。この傾向は特に高強度鋼材で顕著である。さらに、冷間ロール成形角形鋼管や円形鋼管では、その形状によりエレクトロスラグ溶接が適用できないため、内ダイアフラム23を用いた形式の適用が一般には困難である。
Among them, the inner diaphragm type is generally joined by electroslag welding, and a very large heat input of about several hundred thousand to several million J / cm acts on the welded part. In steel materials, the toughness at the welded portion is very small, and brittle fracture is likely to occur at the welded portion. This tendency is particularly remarkable in high-strength steel materials. Further, in cold roll-formed square steel pipes and circular steel pipes, electroslag welding cannot be applied due to its shape, so that it is generally difficult to apply the type using the
また、通しダイアフラム形式は、角形鋼管柱1を通しダイアフラム22の配置位置で一旦切断し、その切断した位置でダイアフラム22を角形鋼管柱1に溶接した後、分割された角形鋼管柱1を再び組み立てるので溶接量が多く、また仕口のずれなど精度確保に難点がある。
Further, in the through-diaphragm type, the rectangular
これに対して、外ダイアフラム形式では、角形鋼管柱1との溶接は隅肉溶接が適用可能であるため、大入熱による溶接部の靭性劣化の心配は不要であり、高強度鋼材に対しても適用し易い。また、外ダイアフラム21を用いた形式は、通しダイアフラム22を用いた形式に比べて溶接量・加工量が少ないこと、角形鋼管柱1にコンクリートを充填する際の施工性に優れること等の利点がある。
On the other hand, in the outer diaphragm type, fillet welding can be applied to welding with the square
ただし、外ダイアフラム形式では、外ダイアフラム21を予め鉄骨製作工場にて角形鋼管柱1に溶接接合する場合、工場から建設現場への運搬効率を勘案すると、外ダイアフラム21の寸法は可能な限り小さく抑えることが望ましい。
However, in the case of the outer diaphragm type, when the
この観点から、特許文献1では寸法の小さい外ダイアフラム形式が提案されている。
From this viewpoint,
しかしながら、特許文献1では、H形鋼梁2の梁端溶接部始終端での歪集中を緩和することも目的にして、12角形の外ダイアフラムを用いることが提案されており、この場合、ダイアフラムの加工工数が多いこと、製作時の材料ロスが多いこと、接合される梁幅によってダイアフラムの形状寸法が制約されることなどが問題点として挙げられる。
However,
本発明では、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、角形鋼管柱とH形鋼梁との外ダイアフラム形式による柱梁接合構造として、製作加工性と現場施工性に優れた柱梁接合構造を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is a column beam excellent in manufacturing workability and on-site workability as a column beam connection structure in the form of an outer diaphragm between a square steel pipe column and an H-shaped steel beam. The object is to provide a joint structure.
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。 In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
[1]角形鋼管柱とH形鋼梁との柱梁接合構造であって、4枚のL字形鋼片が、各L字形鋼片の端部が隣に位置するL字形鋼片の端部と突き合された状態で、角形鋼管柱と溶接接合されることで、外ダイアフラムが形成されていて、該外ダイアフラムを介して角形鋼管柱とH形鋼梁が接合されていることを特徴とする、角形鋼管柱とH形鋼梁との柱梁接合構造。 [1] A column beam connection structure of a square steel pipe column and an H-shaped steel beam, in which four L-shaped steel pieces are end portions of L-shaped steel pieces that are adjacent to each other. The outer diaphragm is formed by being welded to the rectangular steel pipe column in a state of being butted, and the rectangular steel pipe column and the H-shaped steel beam are bonded via the outer diaphragm. Column beam connection structure of a square steel pipe column and an H-shaped steel beam.
[2]各L字形鋼片の端部が隣に位置するL字形鋼片の端部と突き合された突き合せ部が、H形鋼梁のフランジ幅内に位置することを特徴とする前記[1]に記載の角形鋼管柱とH形鋼梁との柱梁接合構造。 [2] The above-mentioned aspect, wherein the end of each L-shaped steel slab is in contact with the end of the L-shaped steel slab adjacent to the end of the L-shaped steel slab is located within the flange width of the H-shaped steel beam. A column beam joint structure of the square steel pipe column and the H-shaped steel beam according to [1].
[3]前記突き合せ部は、接合されていないことを特徴とする前記[2]に記載の角形鋼管柱とH形鋼梁との柱梁接合構造。 [3] The beam-column joining structure of a rectangular steel pipe column and an H-shaped steel beam according to [2], wherein the butted portion is not joined.
[4]L字形鋼片は、圧延によって製造された山形鋼をスライスして製作したものであることを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかに記載の角形鋼管柱とH形鋼梁との柱梁接合構造。 [4] The square steel pipe column and the H-shape according to any one of [1] to [3], wherein the L-shaped slab is manufactured by slicing an angle steel produced by rolling. Column beam connection structure with steel beam.
本発明においては、角形鋼管柱とH形鋼梁との外ダイアフラム形式による柱梁接合構造として、製作加工性と現場施工性に優れた柱梁接合構造を提供することができる。 In the present invention, a column beam connection structure excellent in manufacturing workability and on-site workability can be provided as a column beam connection structure by an outer diaphragm type between a square steel pipe column and an H-shaped steel beam.
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1、図2は、本発明の一実施形態に係る柱梁接合構造を示すものであり、図1は斜視図、図2は上面図である。 1 and 2 show a column beam connection structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view and FIG. 2 is a top view.
図1、図2に示すように、本発明の一実施形態に係る柱梁接合構造10は、角形鋼管柱1とH形鋼梁2(フランジ2a、ウェブ2b)との柱梁接合構造であって、4枚のL字形鋼片12が、各L字形鋼片12の長辺側の端部が隣に位置するL字形鋼片12の短辺側の端部と突き合された状態で、角形鋼管柱1と隅肉溶接もしくは部分溶け込み溶接によって接合されることで、分割式外ダイアフラム11が形成されていて、その分割式外ダイアフラム11を介して角形鋼管柱1とH形鋼梁2が溶接接合されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a column
なお、ここでは、各L字形鋼片12の長辺側端部が隣に位置するL字形鋼片12の短辺側端部と突き合された個所(突き合せ部)13は、完全溶け込み溶接で接合されている。
Here, the portion (butting portion) 13 where the long-side end of each L-
このような、4個のL字形鋼片12を組み合わせた分割式の外ダイアフラム11を用いることによって、製作加工性と現場施工性に優れた柱梁接合構造となっている。
By using such a split
すなわち、従来の一体式の外ダイアフラム21を現場施工する場合は、角形鋼管柱1の上端から一体式外ダイアフラム21を通して所定位置まで移動させる必要があり、現場施工で非常に手間がかかる。また、一体式外ダイアフラム21を鋼板から製作加工する場合には、一体式外ダイアフラム21の中央部に該当する部分を切除して空間にする必要があり、材料ロスが多い。
That is, when constructing a conventional integrated
これに対して、この実施形態に係る分割式外ダイアフラム11を現場施工する場合は、分割式外ダイアフラム11を角形鋼管柱1の上端を通して所定位置まで移動させる必要はなく、所定位置に分割式外ダイアフラム11を直接溶接接合することができるので、現場施工が非常に容易である。また、この分割式外ダイアフラム11を鋼板から製作加工する場合には、鋼板からL字形鋼片12を順次隣り合わせて切り出していけばよいので、材料ロスが少ない。
On the other hand, when constructing the split
なお、この分割式外ダイアフラム11では、突き合せ部(溶接部)13は、H形鋼梁2のフランジ2aの幅内に位置することが好ましい。
In the split
突き合せ部(溶接部)13がH形鋼梁2のフランジ2aの幅外に位置していると、地震時にH形鋼梁2から分割式外ダイアフラム11に引張力が作用した際に、この突き合せ部(溶接部)13付近には応力・歪が集中しやすく、強度・靭性が劣化した溶接熱影響部付近より早期に破断に至る危険性があるからである。
If the butted portion (welded portion) 13 is located outside the width of the
逆に言えば、突き合せ部(溶接部)13が、H形鋼梁2のフランジ2aの幅内に位置している場合は、この突き合せ部(溶接部)13付近には応力・歪が集中することはなく、その突き合せ部(溶接部)13から脆性的に破断する危険性を低減することが可能になる。
In other words, when the butt portion (welded portion) 13 is positioned within the width of the
したがって、場合によっては、突き合せ部13は接合されていなくともよく、溶接等の手間を省くことができる。
Therefore, depending on the case, the butt | matching
そして、4枚のL字形鋼片12は、同一の寸法・形状であることが好ましい。それによって、正方形の分割式外ダイアフラム11を構成できるとともに、容易に突き合せ部13をH形鋼梁2のフランジ2aの幅内に位置させることができる。また、L字形鋼片12の製作加工と管理も容易となる。
And it is preferable that the four L-
なお、図3に示すように、分割式外ダイアフラム11を構成するL字形鋼片12は2つの辺が等しくともよい。
In addition, as shown in FIG. 3, the two sides of the L-shaped
ここで、分割式外ダイアフラム11を構成するL字形鋼片12の代表的な寸法例について、図4を用いて説明する。なお、図4(a)は上面図、図4(b)は側面図である。
Here, the typical example of a dimension of the L-shaped
すなわち、L字形鋼片12の代表的な寸法は下記の如くである。
That is, typical dimensions of the L-shaped
長辺の長さA=500〜700mm
短辺の長さB=500mm
幅C=40〜60mm
厚さD=40〜60mm
Long side length A = 500-700mm
Short side length B = 500mm
Width C = 40-60mm
Thickness D = 40-60mm
そして、L字形鋼片12の製作加工方法の例について、図5を用いて説明する。
And the example of the manufacturing method of the L-shaped
まず、図5(a)は、鋼板31からL字形鋼片12を製作する場合である。上述したように、鋼板31からL字形鋼片12を順次隣り合わせて切り出していけばよいので、材料ロスが少なくて済む。
First, FIG. 5A shows a case where the L-shaped
また、図5(b)は、圧延された山形鋼32からL字形鋼片12を製作する場合である。山形鋼32を順次スライスしていけばよいので、材料ロスがほぼ無くて済む。
FIG. 5B shows a case where the L-shaped
このように、この実施形態に係る柱梁接合構造10は、製作加工性と現場施工性に優れた柱梁接合構造となっている。
As described above, the beam-
本発明の実施例として、本発明に係る柱梁接合構造の効果を実証するためにFEM解析を実施した。 As an example of the present invention, FEM analysis was performed in order to verify the effect of the column beam connection structure according to the present invention.
解析モデルは、図6(a)に上面図、図6(b)、(c)に斜視図を示すように、角形鋼管柱1を想定した「コ」の字形の部材に、外ダイアフラムを介して梁フランジ2aが接合された構造である。なお、図6中の3は、「コ」の字形の部材(角形鋼管柱)1に連結した仮想の掴み部である。
As shown in the top view in FIG. 6 (a) and the perspective view in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the analysis model is formed on a “U” -shaped member assuming a square
その際に、本発明例として、上記の本発明の一実施形態に係る柱梁接合構造10を用いた。すなわち、図7(a)に示すように、外ダイアフラムとして、L字形鋼片12で形成した分割式外ダイアフラム11を採用した場合である。なお、分割式外ダイアフラム11は、L字形鋼片12の突き合せ部13を接合せずにメタルタッチとした。
At that time, as an example of the present invention, the beam-column
これに対して、比較のために、比較例として、図7(b)に示すように、外ダイアフラムとして、図9(a)に示したような、一体物として製作された一体型の外ダイアフラム21を用いた場合とした。 On the other hand, for comparison, as a comparative example, as shown in FIG. 7B, as an outer diaphragm, as shown in FIG. 21 was used.
そして、梁フランジ2aと掴み材3に引張力を作用させ、図6中のA点とB点の間の変位を出力し、荷重−変位関係を確認した。角形鋼管柱1には780N/mm2級鋼を想定し、外ダイアフラム11、21には550N/mm2級鋼を想定して、それぞれに対応する応力−歪特性を与えた。また、梁フランジ2aと掴み材3は弾性体としてモデル化した。表1に解析ケース(本発明例1〜5、比較例1〜5)の一覧を示す。
And the tensile force was made to act on the
図8は、本発明例と比較例において、各部寸法が同一の解析ケース(本発明例1と比較例1、本発明例2と比較例2、・・・、本発明例5と比較例5)について、両者の荷重−変位関係を比較して示したものである。 FIG. 8 shows an analysis case in which the dimensions of each part are the same in the inventive example and the comparative example (the inventive example 1 and the comparative example 1, the inventive example 2 and the comparative example 2,..., The inventive example 5 and the comparative example 5). ) For comparing the load-displacement relationship between the two.
図8(a)〜(e)に示すように、いずれの場合も本発明例と比較例の荷重−変位関係はほぼ同一であり、本発明が有効であることが実証された。 As shown in FIGS. 8A to 8E, in any case, the load-displacement relationship of the present invention example and the comparative example is almost the same, which proves that the present invention is effective.
1 角形鋼管柱
2 H形鋼梁
2a H形鋼梁のフランジ
2b H形鋼梁のウェブ
3 掴み材
10 柱梁接合構造
11 分割式外ダイアフラム
12 L字形鋼片
13 突き合せ部
21 外ダイアフラム
22 通しダイアフラム
23 内ダイアフラム
31 鋼板
32 山形鋼
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