JP2018105066A - 柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し変形能力が高い柱梁接合構造等を提供する。【解決手段】柱梁接合構造は、鉄骨梁１のフランジ１０とウェブ１１の長手方向の先端を鋼製の柱２に接合したものである。フランジ１０の長手方向の端部には、フランジ１０の基準幅部分に対して拡幅した拡幅部１００が設けられ、拡幅部１００の始端Ａ１と柱２との距離LH’が所定距離LH以上である。所定距離LHは、フランジ１０の基準幅部分の側辺の延長線上において柱２から所定距離LHの位置にある点Ｃと、ウェブ１１のフランジ１０側の辺の柱２側の端点Ｅとの距離LB1が、端点Ｅと、柱２におけるフランジ１０の接合箇所３１の幅方向の端点Ｆとの距離LB2以上となる値である。【選択図】図４

Description

本発明は、柱梁接合構造に関する。

柱梁接合構造において、Ｈ形鋼等を用いた鉄骨梁の先端を柱に溶接する場合、溶接部の保護を目的として鉄骨梁の端部でフランジに拡幅部を設けることが多い。

しかしながら、このようなディテールでは拡幅部の始端で剛性が急変して応力集中を招き、繰り返し荷重下で早期に亀裂が発生し、破断へと至る可能性がある。特許文献１、２には、このような早期の破断を防ぐことを目的としたディテールの例が開示されている。

特開2005-264583号公報 特開2015-206229号公報

継続時間の長い長周期地震動に対し柱梁接合構造が健全な性能を保持するためには、鉄骨梁の端部の早期破断を防止しなければならない。特に近年の大規模な震災では長周期地震動による構造物の損壊が問題となっており、前記した応力集中の問題だけでなく、新たな観点から拡幅部のディテールを定めて繰り返し変形能力を向上させることが求められている。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、繰り返し変形能力が高い柱梁接合構造等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、鉄骨梁のフランジとウェブの長手方向の先端を柱に接合した柱梁接合構造であって、前記フランジの長手方向の端部に、前記端部より中央側の基準幅部分に対して拡幅した拡幅部が設けられ、前記拡幅部の始端と前記柱との距離は所定値以上であり、前記所定値は、前記フランジの基準幅部分の側辺の延長線上において前記柱から所定距離の位置にある点と、前記ウェブの前記フランジ側の辺の前記柱側の端点との距離が、前記端点と、前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点との距離以上となるような所定距離のうち最小の値であることを特徴とする柱梁接合構造である。

本発明では、フランジの拡幅部の始端を、少なくとも柱から上記した所定値以上となる位置に定めることで、フランジの拡幅部の始端付近に早期に破断が発生するのを防ぎつつ、拡幅部が後述する斜線をカバーすることが可能になって早期の降伏を防ぐことができ、繰り返し変形能力を向上させることができる。

前記拡幅部の平面は、前記フランジの基準幅部分の側辺の延長線上において前記柱から前記所定距離の位置にある点と、前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点より内側にある点とを結び、前記柱側に行くにつれ外側に傾斜する斜線の全長を含むことが望ましい。ここで、前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点と、前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点より内側にある点との距離は、前記鉄骨梁のうち前記フランジが負担する曲げモーメントの負担分に応じて定められる。
拡幅部は平面において上記の斜線の全長を含むように定められる。この斜線は、鉄骨梁が負担する曲げモーメントからウェブが負担可能な曲げモーメントを差し引いた値をフランジの負担分として考慮し、この負担分の曲げモーメントに対し拡幅部が弾性状態を維持するように定めることができる。従って、拡幅部の平面を少なくとも斜線の全長を含むものとしておけば拡幅部は危険断面とはならず、早期に降伏して塑性ヒンジが発生するのを防ぐことができる。

前記拡幅部の側辺が、前記斜線と接することが望ましい。
これにより、小面積の拡幅部によって早期の降伏を効率良く防ぐことができ、鋼材量の低減を図ることができる。

前記拡幅部は、始端において前記フランジの基準幅部分の側辺と円弧によって滑らかに連続することが望ましい。また、前記拡幅部は、前記拡幅部の始端から段状に拡幅する定幅部を有し、前記定幅部の幅は、前記拡幅部の終端の幅より小さいことも望ましい。
これらの方法によって、拡幅部の始端付近での剛性の急変を緩和することができ、応力集中を防ぐことができる。そのため、多数回の繰り返し荷重下において鉄骨梁の変形性能の向上を図ることができる。

また、前記拡幅部は、前記フランジに溶接した鋼板によって形成され、前記鋼板を前記フランジに溶接した接合箇所において、前記柱から前記所定距離以上の範囲では、前記柱から前記所定距離未満の範囲と比べて溶接パス数が少ないことが望ましい。
このように鋼板を溶接して拡幅部とする場合、応力集中を避けるために拡幅部の始端付近で溶接緩和を行うことが可能である。

本発明により、繰り返し変形能力が高い柱梁接合構造等を提供することができる。

柱梁接合構造３を示す図。 鉄骨梁１の断面を示す図。 拡幅部１００の形状について説明する図。 拡幅部１００の形状について説明する図。 拡幅部１００の形状について説明する図。 定幅部１２０の延長部分１２０ａを示す図。 柱梁接合構造３ａを示す図。 柱梁接合構造３ｂを示す図。 柱梁接合構造３ｃを示す図。 柱梁接合構造３ｄを示す図。 柱梁接合構造３ｅを示す図。 柱梁接合構造３ｆを示す図。 柱梁接合構造３ｇを示す図。 柱梁接合構造３ｈを示す図。 柱梁接合構造および実施例と参考例の鉄骨梁について示す図。 加力実験の結果を示す図。 実施例と参考例の鉄骨梁について示す図。 加力実験の結果を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．柱梁接合構造３）
図１は本発明の第１の実施形態に係る柱梁接合構造３を示す図である。柱梁接合構造３は鉄骨梁１と柱２を接合したト字状架構であり、図１（ａ）は鉄骨梁１を側方から見た図、図１（ｂ）は鉄骨梁１を上から見た図である。また図２は鉄骨梁１の長手方向の中央における断面の例である。

鉄骨梁１にはフランジ１０とウェブ１１を有するＨ形鋼が用いられる。フランジ１０はウェブ１１の上下に設けられる。本実施形態では鋼板をＨ形に組み合わせたビルトＨ形鋼を用いるものとする。

柱２は鋼製の柱であり、本実施形態ではCFT(Concrete Filled Steel
Tube)柱が用いられる。CFT柱は、鋼管２１の内部にコンクリート２２を充填して形成される。鋼管２１は例えば角形鋼管であるが、これに限ることはない。また、鋼管２１の内部において、鉄骨梁１のフランジ１０に対応する位置には内ダイアフラム（不図示）が設けられるものとする。

鉄骨梁１の長手方向の先端は柱２に接合される。この際、フランジ１０の長手方向の先端が接合箇所３０で鋼管２１に溶接して接合される。ウェブ１１の長手方向の先端は、鋼管２１の側面に設けた添接板２４にボルト２５等で締結して接合される。この先端には、溶接作業用のスカラップ（切欠き）１２が上下に設けられる。

本実施形態では、フランジ１０の長手方向の端部に拡幅部１００が設けられる。当該端部より中央側の部分では、フランジ１０が一定の基準幅Bを有する。以下、この部分を基準幅部分という。拡幅部１００は、フランジ１０の基準幅部分に対してハンチ状に拡幅する。

拡幅部１００は、柱２へと向かって順に円弧部１１０と定幅部１２０を有する。円弧部１１０は、フランジ１０の基準幅部分から円弧状に拡幅する部分である。定幅部１２０は、上記の基準幅Bより大きい一定の幅を有する部分である。

（２．拡幅部１００の形状）
次に、拡幅部１００の形状の詳細について説明する。拡幅部１００の形状は、図２に例示する所定の断面形状を有する鉄骨梁１に対し、以下のように決定される。

（２−１．拡幅部１００の始端と柱２との距離L_H’）
図３に示すように、拡幅部１００の始端と柱２との距離L_H’は、所定距離L_H以上となるように定められる。ここで、始端とは鉄骨梁１の長手方向の中央側の端をいい、これに対し柱２側の端は終端というものとする。また、距離とは平面における最短距離をいうものとする。

上記の所定距離L_Hは、図４（ａ）に示すようにフランジ１０の基準幅部分の側辺の延長線上において柱２から所定距離L_Hの位置にある点をＣとした時に、図４（ｂ）に示すように、ウェブ１１のフランジ１０側の辺（点線で示す）の柱２側の端点Ｅと点Ｃとの距離L_B1が、柱２におけるフランジ１０の接合箇所３０の幅方向（図４（ｂ）の上下方向に対応する）の端点Ｆと端点Ｅとの距離L_B2以上となる値である。

これにより、拡幅部１００の始端付近で早期に破断が発生するのを防ぎつつ、拡幅部１００を後述する最小耐力線の全長を含むものとすることができる。なお、本実施形態では前記したようにウェブ１１がスカラップ１２を有しており（図１（ａ）参照）、上記の端点Ｅはスカラップ縁となる。

また、上記した距離の関係は、「拡幅部１００の始端と柱２との距離L_H’は、少なくとも、所定距離L_Hが取り得る最小の値（所定値）以上である」と言い換えることができる。所定距離L_Hの値は前記の距離L_B1、L_B2が等しい時に最小となり、この時の所定距離L_Hの値および点Ｃの位置を、図４（ａ）にL_H”、Ｃ’として例示する。

（２−２．定幅部１２０の幅B₁）
図３に示す定幅部１２０の幅B₁は、鉄骨梁１の長手方向の先端の設計用曲げモーメントをフランジ１０の応力のみで負担できるように定めることができる。

すなわち、定幅部１２０の幅B₁は、上記の設計用曲げモーメントM_D、フランジ１０の降伏応力度σ_yf、フランジ厚t_f、上下のフランジ１０の中心間距離（梁せいＨからフランジ厚t_fを引いた値。図２参照）H-t_fを用い、モーメントの釣り合いから下式（１）によって定めることができる。
B₁=M_D/{σ_yf・(H-t_f)・t_f}…（１）

降伏応力度σ_yfは、例えば鋼材の種類に応じた設計基準強度Fに所定の係数（例えば1.1）を掛けた値とする。

設計用曲げモーメントM_Dは、図４（ｃ）に示すように、柱２から所定距離L_Hの位置での曲げ耐力Mpに、せん断力による距離L_H分の曲げモーメントの上昇率1/(1-λ)と、１を超える所定の係数（最大局部座屈強度係数）sを掛けて下式（２）で表すことができる。図４（ｃ）は鉄骨梁１の曲げモーメント図であり、横軸を柱２からの距離、縦軸を曲げモーメントとしたものである。
M_D=(s・M_P)/(1-λ)…（２）

ここで、λは柱２から鉄骨梁１の長手方向の中央までの距離L₀（鉄骨梁１の全長の約1/2）と上記の所定距離L_Hを用いてL_H/L₀で表すことができる。

最大局部座屈強度係数sは、フランジ１０およびウェブ１１が相互に拘束し合う場合のフランジ１０の局部座屈発生応力度と鋼材の設計基準強度の比であり、所定距離L_Hの位置でのフランジ１０の鋼材の降伏後、塑性化に伴いF値の1.1倍まで耐力が上昇した状況までフランジ１０の局部座屈を先行させないために設定される。

最大局部座屈強度係数sの算出方法は、加藤勉、中尾雅躬「局部座屈に支配されるH形断面鋼部材の耐力と変形性能」、日本建築学会構造系論文集、第458号、pp.127〜136に記載されており、鉄骨梁１のフランジ１０やウェブ１１の形状、フランジ１０やウェブ１１の降伏応力度、鋼材のヤング係数等を用いて算出することができる。

具体的には、例えば400級の鋼材を用いる場合、係数sは下式（３−１）を用いて算出され、490級の鋼材を用いる場合、係数sは下式（３−２）を用いて算出される。
1/s=0.4896/α_f+0.046/α_w+0.7606…（３−１）
1/s=0.2868/α_f+0.059/α_w+0.7730…（３−２）

式（３−１）、（３−２）のα_fとα_wは、それぞれ下式（４−１）、（４−２）で表される。
α_f=(E/α_yf)×(t_f/b)²…（４−１）
α_w=(E/α_yw)×(2t_w/d)²…（４−２）

ここで、Eは鋼材のヤング係数、α_ywはウェブ１１の降伏応力度、t_wはウェブ厚（図２参照）、bはフランジの基準幅Bの半分（=B/2）、dはウェブ高さである。

なお、定幅部１２０の幅B₁については、拡幅部１００の局部座屈防止のため、幅厚比B₁/(2t_f)が基準値以下となるように下式（５）のような条件を定めてもよい。
240(σ_yf)^1/2≧B₁/(2t_f)…（５）

式（５）では、拡幅部１００を弾性範囲内に留めるため、日本建築学会の鋼構造設計基準に示される梁フランジ幅厚比制限値を参照し、降伏応力度σ_yfの1/2乗値に240を掛けたものを基準値として用いている。ただし、基準値はこれに限らない。

（２−３．最小耐力線２０１）
拡幅部１００の平面は、図４（ａ）に示す斜線２０１の全長を含むように定められる。この斜線２０１は、柱２において前記の端点Ｆより距離b_hだけ内側にある点Ｄと前記の点Ｃとを結び、柱２側に行くにつれ外側へと傾斜する。ここで、内側とはフランジ１０の幅方向（図４（ａ）の上下方向に対応する。以下フランジ幅方向という）の中心に近い方をいい、外側とはその反対方向をいうものとする。

斜線２０１は、拡幅部１００の平面が最低限カバーすべき範囲を示すものである。すなわち、前記した曲げモーメントM_Dはフランジ１０だけでなくウェブ１１でも負担できるので、ウェブ１１での負担割合に応じてフランジ１０が負担する曲げモーメントは軽減される。その分定幅部１２０の幅B₁は低減可能であり、この低減幅の1/2が上記の距離b_hである。

ここで、フランジ１０が最低限負担する曲げモーメントをM_D’とすると、前記の式（１）と同様、モーメントの釣り合いから以下の式（６）が成り立ち、式（６’）のようにb_hの値を定めることができる。
B₁-2b_h=M_D’/{σ_yf・(H-t_f)・t_f}…（６）
b_h=[B₁-M_D’/{σ_yf・(H-t_f)・t_f}]/2…（６’）

曲げモーメントM_D’は前記の曲げモーメントM_Dからウェブ１１で負担可能な曲げモーメントm・M_pwを差し引いて下式（７）により算出できる。
M_D’=M_D-m・M_pw…（７）

ここで、mはウェブ１１の曲げ耐力寄与率であり、無次元化曲げ耐力とも呼ばれる。mの値は、日本建築学会の鋼構造接合部設計指針に準拠し、柱２の水平方向の断面形状（Ｈ形、角形、円形など）等に応じて定めることができる。M_pwはウェブ１１の全塑性モーメントであり、本実施形態ではスカラップ１２による欠損を考慮した値である。

拡幅部１００を平面において上記の斜線２０１の全長を含むように定めることで、設計上、フランジ１０が負担する曲げモーメントに対し拡幅部１００が弾性状態を維持することが可能になり、鋼材の耐力が拡幅部１００に生じる応力を上回る。一方、拡幅部１００が斜線２０１の一部を含んでいないと、その部分でフランジ１０が早期に降伏し塑性ヒンジが発生することとなる。以下、この斜線２０１を最小耐力線というものとする。

（２−４．円弧部１１０の形状）
円弧部１１０の側辺は、図４（ａ）に示すように始端Ａ１においてフランジ１０の基準幅部分の側辺と滑らかに連続する。

ここで、「滑らかに連続する」とは、円弧と直線が連続する場合には、これらの境界において円弧の接線が上記の直線と略一致することをいい、円弧同士が連続する場合には、これらの境界において両円弧の接線同士が略一致することをいうものとする。ここでは、始端Ａ１において円弧部１１０の側辺の接線がフランジ１０の基準幅部分の側辺に略一致する。

始端Ａ１から延びる円弧部１１０の側辺は、点Ｂにおいて最小耐力線２０１に接し、終端Ａ２で定幅部１２０の側辺と接続する。

なお、円弧部１１０の側辺の曲率半径Rは、応力集中を防ぐべく、下式（８）で算出される応力集中係数Kが所定値、例えば1.5以下となるように定めることが可能である。下式（８）において、B_h’=B₁-2b_hであり、B_r=(B_h’-B)/2である。またθ=tan^-1(B_r/L_H’)である。

（２−５．定幅部１２０の長さ）
図４（ａ）に示すように、定幅部１２０の側辺は、始端Ａ２からフランジ１０の長手方向（図４（ａ）の左右方向に対応する。以下フランジ長手方向という）に沿って柱２まで直線状に延びる。

図４（ａ）に示す定幅部１２０の長さL_Uは、接合箇所３０における溶接の超音波探傷検査が可能になることを条件として定めることできる。

すなわち、図５に示すように超音波探傷検査に用いる探触子４０を定幅部１２０の上面に載せて検査ができるように、定幅部１２０の長さL_Uを、定幅部１２０の先端の開先と柱２との距離（ルート）L₁、フランジ厚t_f、開先角度α、探触子４０の超音波の出射角β、および、探触子４０の超音波の出射部から鉄骨梁１の長手方向の中央側の端までの距離L₂を用いて、下式（９）の条件を満たすように定めることができる。
L_U≧L₁+L₂+t_f(tanα+tanβ)…（９）

例えば図４（ａ）の例で定幅部１２０の長さL_Uが上式（９）を満たさない場合、図６に示すように定幅部１２０に延長部分１２０ａを設けてもよい。

また図６の例では、円弧部１１０’の側辺が円弧１１１、１１２および直線１１３によって構成される。円弧１１１は始端Ａ１においてフランジ１０の基準幅部分の側辺と滑らかに連続し、終端Ａ２において円弧１１２と滑らかに連続する。円弧１１２は始端Ａ２から延び終端Ａ３において直線１１３と滑らかに連続する。円弧１１２の曲率半径は円弧１１１よりも小さい。直線１１３は始端Ａ３からフランジ幅方向に沿って直線状に延び、終端Ａ４において延長部分１２０ａの側辺と接続する。

以上説明したように、本実施形態では、柱２からフランジ１０の拡幅部１００の始端Ａ１までの距離L_H’を、少なくとも前記した所定値L_H”以上とすることで、フランジ１０の拡幅部１００の始端付近に早期に破断が発生するのを防ぎつつ、拡幅部１００が最小耐力線２０１をカバーすることが可能になって早期の降伏を防ぐことができ、繰り返し変形能力を向上させることができる。

このように、拡幅部１００は平面において最小耐力線２０１の全長を含むように定められる。最小耐力線２０１は、前記のように鉄骨梁１が負担する曲げモーメントからウェブ１１が負担可能な曲げモーメントを差し引いた値をフランジ１０の負担分として考慮し、この負担分の曲げモーメントに対し拡幅部１００が弾性状態を維持するように定めることができる。従って、拡幅部１００の平面を少なくとも最小耐力線２０１の全長を含むものとしておけば拡幅部１００は危険断面とはならず、早期に降伏して塑性ヒンジが発生するのを防ぐことができる。

また本実施形態では拡幅部１００の側辺が最小耐力線２０１と接していることから、小面積の拡幅部１００によって早期の降伏を効率良く防ぐことができ、鋼材量の低減を図ることができる。

また拡幅部１００では、円弧部１１０の側辺が始端Ａ１においてフランジ１０の基準幅部分の側辺と滑らかに連続しており、これにより拡幅部１００の始端付近での剛性の急変を緩和することができ、応力集中を防ぐことができる。そのため、多数回の繰り返し荷重下において鉄骨梁１の変形性能の向上を図ることができる。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば柱２はCFT柱に限らず、Ｈ形鋼を用いた鉄骨柱などであってもよい。また鉄骨梁１も上記に限らず、例えばウェブ１１においてスカラップ１２が省略されることもある。

以下、本発明の別の例を第２〜第９の実施形態として説明する。各実施形態はそれまでに説明した実施形態と異なる構成について説明し、略同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

まず、拡幅部の形状が第１の実施形態と異なる例について、第２、第３の実施形態として説明する。

［第２の実施形態］
図７（ａ）の柱梁接合構造３ａでは、鉄骨梁１ａのフランジ１０ａの拡幅部１００ａが、柱２へと向かって順に斜線部１３０と定幅部１２０を有する。

斜線部１３０はフランジ１０ａの基準幅部分から斜線状に拡幅する部分であり、その側辺は、図７（ｂ）に示すように傾斜角の異なる２つの斜線１３１、１３２から構成される。

斜線１３１はフランジ１０ａの基準幅部分を始端Ａ１として最小耐力線２０１上を終端Ａ２まで延びる。本実施形態において、始端Ａ１は前記の点Ｃと略一致している。

斜線１３２は始端Ａ２から延び終端Ａ３において定幅部１２０の側辺と接続する。斜線１３２のフランジ長手方向に対する傾斜角γは、斜線１３１（最小耐力線２０１）よりも大きい。

［第３の実施形態］
図８（ａ）の柱梁接合構造３ｂでは、鉄骨梁１ｂのフランジ１０ｂの拡幅部１００ｂが、柱２へと向かって順に斜線部１３０ａと定幅部１２０を有する。

斜線部１３０ａはフランジ１０ｂの基準幅部分から主として斜線状に拡幅するが、フランジ１０ｂの基準幅部分とは円弧によって滑らかに接続される。すなわち、斜線部１３０ａの側辺は、図８（ｂ）に示すように円弧１３３と斜線１３４から構成される。

円弧１３３は始端Ａ１においてフランジ１０ａの基準幅部分の側辺と滑らかに連続し、終端Ａ２において斜線１３４と滑らかに連続する。円弧１３３の曲率半径は例えば10〜50mm程度と小さいものであるが、これに限ることはない。

斜線１３４は始端Ａ２から延び終端Ａ３において定幅部１２０の側辺と接続する。なお、本実施形態において前記の点Ｃは斜線１３４の延長線上にある。

これら第２、第３の実施形態においても、拡幅部１００ａ、１００ｂの平面が最小耐力線２０１の全長を含む構成となっており、第１の実施形態と同様の効果が得られる。このように、フランジの拡幅部の形状は、最小耐力線２０１の全長を含むものであれば特に限定されず、繰り返し変形能力や加工性等の観点から適宜選択することが可能である。

次に、鉄骨梁としてロールＨ形鋼を用いる例について、第４の実施形態として説明する。

［第４の実施形態］
図９（ａ）の柱梁接合構造３ｃは、鉄骨梁１ｃとして圧延によりフランジ１０’とウェブ１１を一体に成形したロールＨ形鋼を用い、長尺矩形状のフランジ１０’の両側部に鋼板を接合して拡幅部１００ｃとしたものである。鋼板は接合箇所３１でフランジ１０’に溶接して接合される。

拡幅部１００ｃは、柱２へと向かって順に定幅部１４０、斜線部１３０ｂ、定幅部１２０を有する。

図９（ｂ）に示すように、定幅部１４０は、柱２から所定距離L_H以上の位置にある始端Ａ１からフランジ１０’に対し段状に拡幅し、その側辺がフランジ長手方向に沿って直線状に終端Ａ２まで延びる部分である。本実施形態では定幅部１４０の終端Ａ２が最小耐力線２０１上にある。

定幅部１４０の鋼板幅W₁は定幅部１２０の鋼板幅W₂よりも小さく、例えばフランジ厚t_fの0.5倍から2倍程度とする。また始端Ａ１から点Ｃまでの距離はフランジ厚t_f以上とし、例えばフランジ厚t_fの1倍から4倍程度とする。しかしながら、定幅部１４０の形状がこれに限ることはない。

斜線部１３０ｂの側辺は、傾斜角の異なる２つの斜線１３５、１３６から構成される。

斜線１３５は、始端Ａ２から最小耐力線２０１上を終端Ａ３まで延びる。当該終端Ａ３は、柱２と点Ｃの間の中点よりも柱２側にあるが、これに限ることはない。

斜線１３６は、始端Ａ３から延びて終端Ａ４において定幅部１２０の側辺と接続する。斜線１３６のフランジ長手方向に対する傾斜角γは斜線１３５（最小耐力線２０１）よりも大きく、例えば60度程度とするが、これに限ることはない。

また本実施形態では、接合箇所３１において、柱２から所定距離L_H以上の範囲（始端Ａ１から点Ｃまでの範囲）での溶接を、所定距離L_H未満の範囲よりも溶接パス数を減らすことで軽減している。

この第４の実施形態でも、前記と同様、拡幅部１００ｃの平面が最小耐力線２０１の全長を含む構成となっており、ロールＨ形鋼を用いる場合でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。

また本実施形態では、フランジ長手方向に２つの定幅部１２０、１４０を設け、拡幅部１００ｃの始端付近の定幅部１４０の幅を細幅とし、定幅部１２０の幅（拡幅部１００ｃの終端の幅）より小さくすることで、拡幅部１００ｃの始端付近での剛性の急変を緩和し、応力集中を防ぐことができる。また柱２から所定距離L_H以上の範囲で溶接を軽減することで当該範囲での亀裂の進展をあえて誘導し、同じく拡幅部１００ｃの始端付近での剛性の急変を緩和することができる。

次に、拡幅部の形状が第４の実施形態と異なる例について、第５〜第９の実施形態として説明する。

［第５の実施形態］
図１０（ａ）の柱梁接合構造３ｄでは、鉄骨梁１ｄの拡幅部１００ｄが、柱２へと向かって順に定幅部１４０ａ、円弧部１１０ａ、定幅部１２０を有する。

図１０（ｂ）に示すように、定幅部１４０ａは始端Ａ１でフランジ１０’に対して段状に拡幅し、その側辺がフランジ長手方向に沿って直線状に終端Ａ２まで延びる。

円弧部１１０ａの側辺は始端Ａ２から延び、途中の点Ｂで最小耐力線２０１に接し、終端Ａ３において定幅部１２０の側辺と接続する。円弧部１１０ａの側辺は、始端Ａ２において定幅部１４０ａの側辺と滑らかに連続する。

［第６の実施形態］
図１１（ａ）の柱梁接合構造３ｅでは、鉄骨梁１ｅの拡幅部１００ｅが矩形状の鋼板によって形成され、定幅部１４０ｂのみによって構成された簡易な形状となっている。図１１（ｂ）に示すように、定幅部１４０ｂは始端Ａ１においてフランジ１０’に対し段状に拡幅し、その側辺がフランジ長手方向に沿って直線状に柱２まで延びる。

［第７の実施形態］
図１２（ａ）の柱梁接合構造３ｆでは、鉄骨梁１ｆの拡幅部１００ｆが、柱２へと向かって順に斜線部１３０ｃと定幅部１２０を有する。

図１２（ｂ）に示すように、斜線部１３０ｃは、始端Ａ１においてフランジ１０’に対し段状に拡幅し、その側辺がフランジ長手方向に対して斜めに延び、終端Ａ２において定幅部１２０の側辺と接続する。

［第８の実施形態］
図１３（ａ）の柱梁接合構造３ｇでは、鉄骨梁１ｇの拡幅部１００ｇが、柱２へと向かって順に定幅部１４０ｃ、斜線部１３０ｄ、定幅部１２０を有する。

図１３（ｂ）に示すように、定幅部１４０ｃは始端Ａ１でフランジ１０’に対し段状に拡幅し、その側辺がフランジ長手方向に沿って直線状に終端Ａ２まで延びる。終端Ａ２は、柱２から所定距離L_Hの位置にある。

斜線部１３０ｄの側辺は、始端Ａ２からフランジ長手方向に対して斜めに延び、終端Ａ３で定幅部１２０の側辺と接続する。

［第９の実施形態］
図１４（ａ）の柱梁接合構造３ｈでは、鉄骨梁１ｈの拡幅部１００ｈが、柱２へと向かって順に定幅部１４０ｄ、円弧部１１０ｂ、定幅部１２０を有する。

図１４（ｂ）に示すように、定幅部１４０ｄは始端Ａ１でフランジ１０’に対して段状に拡幅し、その側辺がフランジ長手方向に沿って直線状に終端Ａ２まで延びる。

円弧部１１０ｂの側辺は始端Ａ２から延び、途中の点Ｂ’で前記の端点Ｆと点Ｃを結ぶ斜線２０２に接し、終端Ａ３において定幅部１２０の側辺と接続する。円弧部１１０ｂの側辺は、始端Ａ２において定幅部１４０ｄの側辺と滑らかに連続する。

これら第５〜第９の実施形態でも、拡幅部１００ｄ〜１００ｈの平面が最小耐力線２０１の全長を含む構成となっており、第１の実施形態と同様の効果が得られる。このように、ロールＨ形鋼を用いる場合でも、フランジの拡幅部の形状は最小耐力線２０１の全長を含むものであれば特に限定されず、繰り返し変形能力や加工性等の観点から適宜選択することが可能である。

次に、本発明の柱梁接合構造の実施例について加力実験を行い、その効果について検証を行った結果を説明する。しかしながら、本発明が実施例に限られることはない。

（実施例１）
図１５（ａ）に実験対象の柱梁接合構造を、図１５（ｂ）に柱と梁の接合箇所の詳細を示す。鉄骨梁としては、長手方向の中央における断面のサイズが梁せい600mm、フランジ幅225mm、フランジ厚19mm、ウェブ厚12mmとなるビルトＨ形鋼を用いた。鉄骨梁の長手方向の先端は片持梁状に柱に接合し、ト字状の柱梁接合構造を形成した。

柱は、設計基準強度F_c=60(N/mm²)のコンクリートを角形鋼管に充填したCFT柱とした。鋼管の断面のサイズは縦450mm、横450mm、厚さ16mmとなっており、径厚比は約28である。また柱の上下端はピンローラーによって支持した。

鉄骨梁や柱の鋼材としてはSN490Bを用いた。また、鉄骨梁の長手方向の中央付近、および柱と反対側の端部には面外変形を防ぐための面外拘束部材を設けた。

鉄骨梁には、第１の実施形態で説明した拡幅部１００と同様、図１５（ｃ）に示すように柱へと向かって順に円弧部と定幅部を有する拡幅部を形成した。円弧部の側辺の曲率半径の大きさは150mmであり、この拡幅部は所定の最小耐力線の全長を含み、応力集中係数Kも1.5以下となっている。

柱梁接合構造におけるその他の形状あるいは位置関係、載荷位置等については図１５（ａ）〜（ｃ）に数値（単位mm）で示した通りである。

（参考例１）
一方、実施例１と比較する参考例１は、鉄骨梁の拡幅部の形状のみが異なっている。

参考例１において、鉄骨梁の拡幅部は図１５（ｄ）に示すように柱へと向かって順に斜線部と定幅部を有し、斜線部の始端を曲率半径5mmの円弧としてフランジの基準幅部分の側辺と滑らかに連続させたものである。拡幅部のその他の形状については図１５（ｄ）に数値（単位mm）で示した通りであるが、上記した所定の最小耐力線を一部含まないものとなっており、更に、応力集中係数Kも1.5より大きくなっている。

（加力実験とその結果）
実施例１と参考例１の柱梁接合構造について、梁塑性率2.0 と一定で、フランジが全幅破断するまで正負の繰り返し加力を行った。この際の荷重・変形関係を図１６（ａ）に示す。図１６（ｂ）は繰り返し加力時の荷重低下率の変化を示す。

図１６に示すように、鉄骨梁のフランジが破断するまでの繰り返し数は、参考例１では34回であるが、実施例１では117回と参考例１の約3.4倍となっており、繰り返し変形能力の向上効果が見られた。

次に、鉄骨梁をロールＨ形鋼により製作し、上記と同様の実験を行って溶接を軽減する効果について検討した。

（実施例２）
実施例２として、第４の実施形態で説明した拡幅部１００ｃと同様、図１７（ａ）に示すように柱へと向かって順に定幅部、斜線部、定幅部を有する拡幅部を形成した鉄骨梁を用いた。拡幅部のその他の形状については図１７（ａ）に数値（単位mm）で示した通りであり、所定の最小耐力線の全長を含むものとなっている。

また、拡幅部は鋼板をフランジに溶接することで形成し、柱２から所定距離L_H以上の範囲では鋼板とフランジの溶接パス数を1層のみとし、所定距離L_H未満の範囲よりも少なくして溶接の軽減を行った。その他の点については実施例１で説明したものと同様である。

（参考例２）
一方、実施例２と比較する参考例２は、鉄骨梁の拡幅部の形状と溶接方法のみが異なっている。

参考例２において、鉄骨梁の拡幅部は図１７（ｂ）に示すように柱へと向かって順に斜線部と定幅部を有するものとなっており、拡幅部に用いる鋼板は、実施例２のような溶接の軽減を行わず、全長に亘って同じ溶接パス数（２層以上）でフランジに溶接した。拡幅部のその他の形状については図１７（ｂ）に数値（単位mm）で示した通りであり、上記した所定の最小耐力線の全長を含むものとなっている。

（加力実験とその結果）
実施例２と参考例２の柱梁接合構造について、前記と同じく、梁塑性率2.0 と一定で、フランジが全幅破断するまで正負の繰り返し加力を行った。この際の荷重・変形関係を図１８（ａ）に示す。図１８（ｂ）は繰り返し加力時の荷重低下率の変化を示す。

図１８に示すように、鉄骨梁のフランジが破断するまでの繰り返し数は、参考例２では31回であるが、実施例２では58回と参考例２の約1.9倍となっており、溶接を軽減することによる繰り返し変形能力の向上効果が見られた。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ：鉄骨梁
２：柱
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ：柱梁接合構造
１０、１０’、１０ａ、１０ｂ：フランジ
１１：ウェブ
１２：スカラップ
２１：鋼管
２２：コンクリート
２４：添接板
２５：ボルト
３０、３１：接合箇所
４０：探触子
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ：拡幅部
１１０、１１０’、１１０ａ、１１０ｂ：円弧部
１２０、１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ：定幅部
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ：斜線部
２０１：最小耐力線（斜線）

Claims (7)

1. 鉄骨梁のフランジとウェブの長手方向の先端を柱に接合した柱梁接合構造であって、
   前記フランジの長手方向の端部に、前記端部より中央側の基準幅部分に対して拡幅した拡幅部が設けられ、
   前記拡幅部の始端と前記柱との距離は所定値以上であり、
   前記所定値は、
   前記フランジの基準幅部分の側辺の延長線上において前記柱から所定距離の位置にある点と、前記ウェブの前記フランジ側の辺の前記柱側の端点との距離が、
   前記端点と、前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点との距離以上となるような所定距離のうち最小の値であることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 前記拡幅部の平面は、
   前記フランジの基準幅部分の側辺の延長線上において前記柱から前記所定距離の位置にある点と、前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点より内側にある点とを結び、前記柱側に行くにつれ外側に傾斜する斜線の全長を含むものであることを特徴とする請求項１記載の柱梁接合構造。
3. 前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点と、
   前記柱における前記フランジの接合箇所の幅方向の端点より内側にある点との距離は、
   前記鉄骨梁のうち前記フランジが負担する曲げモーメントの負担分に応じて定められることを特徴とする請求項２記載の柱梁接合構造。
4. 前記拡幅部の側辺が、前記斜線と接することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の柱梁接合構造。
5. 前記拡幅部は、始端において前記フランジの基準幅部分の側辺と円弧によって滑らかに連続することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の柱梁接合構造。
6. 前記拡幅部は、前記拡幅部の始端から段状に拡幅する定幅部を有し、
   前記定幅部の幅は、前記拡幅部の終端の幅より小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の柱梁接合構造。
7. 前記拡幅部は、前記フランジに溶接した鋼板によって形成され、
   前記鋼板を前記フランジに溶接した接合箇所において、前記柱から前記所定距離以上の範囲では、前記柱から前記所定距離未満の範囲と比べて溶接パス数が少ないことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の柱梁接合構造。