JP2021059857A - Column-beam joint part and structure having the same - Google Patents

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難波 隆行
Takayuki Nanba
隆行 難波
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Abstract

To provide a column-beam joint part and a structure having the same capable of surely preventing local deformation from occurring in a steel pipe wall of a column in the column-beam joint part by a simple and rational structure in the column-beam joint part between the column composed of a concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged vertically at an interval.SOLUTION: In a column-beam joint part between a column made of a concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged vertically at an interval, a diaphragm is provided at a height to which the upper plate element of the pair of plate elements is connected, and a diaphragm is not provided at a height to which the lower plate element of the pair of plate elements is connected; the column has a continuous cross-sectional shape from a height at which the diaphragm is provided to a column intermediate part on the lower side of the column-beam joint.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁との柱梁接合部、およびこれを有する構造物に関する。 The present invention relates to a beam-column joint between a column made of a concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged at intervals above and below, and a structure having the same.
コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁(上下に間隔を隔てて配置される一対のフランジを有するH形鋼等)との柱梁接合部において、梁端を剛接合とする場合には、梁端に生じる曲げモーメントを柱が受けることになる。このとき、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁には、梁の上記板要素から面外方向の力が入力するので、この面外方向の力により鋼管壁に局部変形が生じないようにして、柱梁接合部の耐力および剛性を確保する必要がある。 A beam-column joint between a column made of concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged at intervals above and below (such as H-shaped steel having a pair of flanges arranged at intervals above and below). In the case where the beam end is rigidly joined, the column receives the bending moment generated at the beam end. At this time, since an out-of-plane force is input from the above-mentioned plate element of the beam to the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column, the steel pipe wall is prevented from being locally deformed by this out-of-plane force. , It is necessary to ensure the strength and rigidity of the beam-column joint.
そこで、上記局部変形を防ぐべく、非特許文献1に示されるように、柱梁接合部のパネルゾーンには、梁の上記板要素の接合位置にダイアフラムが設けられるのが通例である。 Therefore, in order to prevent the local deformation, as shown in Non-Patent Document 1, it is customary to provide a diaphragm at the joint position of the plate elements of the beam in the panel zone of the beam-column joint.
この場合、上下一対の板要素の接合位置の各々、すなわち上下二箇所にダイアフラムを設ける必要がある。特に、柱梁接合部に複数の梁が取り付き、これら複数の梁の梁せいが互いに異なる場合には、梁毎に板要素の高さも異なることとなるため、一箇所の柱梁接合部に設けるダイアフラム数がさらに増加して、柱とダイアフラムとの溶接の工数が大幅に増加する。 In this case, it is necessary to provide diaphragms at each of the joining positions of the pair of upper and lower plate elements, that is, at two upper and lower positions. In particular, when a plurality of beams are attached to the beam-column joint and the beam lengths of the plurality of beams are different from each other, the height of the plate element is also different for each beam. The number of diaphragms is further increased, and the number of steps for welding the column and the diaphragm is greatly increased.
また、柱梁接合部にダイアフラムを設けないノンダイアフラム形式を採用する場合には、例えば特許文献1に示されるように、柱梁接合部のパネルゾーンにおいて、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁の板厚を極厚にする等の対応を取る必要がある。このようにすれば、梁の上記板要素から入力する面外方向の力により、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁に局部変形が生じることを防ぐことができる。しかし、柱の鋼管壁の板厚を極厚にすると、必要な鋼材重量が増大し、また、柱梁接合部のみにおいて柱の鋼管壁の板厚を極厚にするには、必要となる溶接の工数も増大してしまう。 Further, when a non-diaphragm type in which a diaphragm is not provided at the beam-column joint is adopted, for example, as shown in Patent Document 1, in the panel zone of the beam-column joint, the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column. It is necessary to take measures such as making the plate thickness extremely thick. In this way, it is possible to prevent the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column from being locally deformed by the force in the out-of-plane direction input from the plate element of the beam. However, if the thickness of the steel pipe wall of the column is made extremely thick, the required weight of the steel material increases, and the welding required to make the thickness of the steel pipe wall of the column extremely thick only at the beam-column joint. Man-hours will also increase.
柱梁接合部において梁端をピン接合とする(例えば、H形鋼からなる梁のウェブのみを柱にボルト接合する)場合には、梁の上下一対の板要素は柱に接合されないため、上記のような対応を取る必要は無い。しかし、梁端を剛接合とした場合に比べて、梁の中央部のたわみが非常に大きくなるとともに、構造物の架構にブレースを設ける必要も生じる。そこで、建築物等の構造物では、ラーメン構造を採用し、柱梁接合部を剛接合とするのが一般的である。 When the beam end is pin-joined at the beam-column joint (for example, only the web of the beam made of H-shaped steel is bolted to the column), the pair of upper and lower plate elements of the beam are not joined to the column. There is no need to take such measures. However, as compared with the case where the beam end is rigidly joined, the deflection of the central portion of the beam becomes very large, and it becomes necessary to provide a brace in the frame of the structure. Therefore, in structures such as buildings, it is common to adopt a rigid frame structure and make the column-beam joint a rigid joint.
特開2002−038586号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-0385886
本発明は、コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁との柱梁接合部において、簡単で合理的な構造により、柱梁接合部における柱の鋼管壁に局部変形が生じるのを確実に防ぐことのできる柱梁接合部、およびこれを有する構造物を提供することを目的とする。 The present invention provides a column at a beam-column joint with a simple and rational structure at a beam-column joint between a column made of concrete-filled steel pipes and a beam having a pair of plate elements arranged at intervals above and below. It is an object of the present invention to provide a beam-column joint capable of reliably preventing local deformation of the steel pipe wall of the above, and a structure having the same.
上記課題を解決するため、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]コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁との柱梁接合部であって、前記一対の板要素のうち上側の板要素が接続される高さには、ダイアフラムが設けられ、前記一対の板要素のうち下側の板要素が接続される高さには、ダイアフラムが設けられず、前記柱は、前記ダイアフラムが設けられる高さから、前記柱梁接合部の下側の柱中間部にかけて、連続的な断面形状を有することを特徴とする柱梁接合部。 [1] A column-beam joint between a column made of a concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged at intervals above and below, and the upper plate element of the pair of plate elements is connected. A diaphragm is provided at a height to be formed, a diaphragm is not provided at a height to which a lower plate element of the pair of plate elements is connected, and the pillar is provided with a diaphragm. A beam-column joint having a continuous cross-sectional shape from the beam to the middle of the column below the beam-column joint.
[2]前記下側の板要素から前記柱に対して圧縮応力のみが作用する条件で設計される部位に設けられることを特徴とする[1]に記載の柱梁接合部。 [2] The column-beam joint according to [1], wherein the column-beam joint is provided at a portion designed under the condition that only compressive stress acts on the column from the lower plate element.
[3]前記柱梁接合部において前記柱に接合される前記梁は複数であり、複数の前記梁の梁せいは互いに異なり、複数の前記梁の前記上側の板要素は、互いに同じ高さに設けられることを特徴とする[1]または[2]に記載の柱梁接合部。 [3] There are a plurality of the beams joined to the columns at the column-beam joint portion, the beams of the plurality of beams are different from each other, and the upper plate elements of the plurality of beams are at the same height as each other. The beam-column joint according to [1] or [2], which is provided.
[4]前記ダイアフラムは、外ダイアフラム、内ダイアフラム、または通しダイアフラムであることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の柱梁接合部。 [4] The beam-column joint according to any one of [1] to [3], wherein the diaphragm is an outer diaphragm, an inner diaphragm, or a through diaphragm.
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の前記柱梁接合部を有することを特徴とする構造物。 [5] A structure having the column-beam joint according to any one of [1] to [4].
本発明の柱梁接合部は、適用対象として地震荷重等の変則的な外力が作用することを想定する必要が無い構造物の柱梁接合部、すなわち、コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁との柱梁接合部において、一対の板要素のうち下側の板要素から前記柱に対して圧縮応力のみまたは鋼管の面外変形による降伏が生じない程度の引張応力が作用する条件で設計される部位に設けられるものを想定しており、十分な耐力および剛性を簡単な構造で確保することができる。 The beam-column joint of the present invention can be applied to a beam-column joint of a structure that does not need to be assumed to be subjected to an irregular external force such as a seismic load, that is, a column made of concrete-filled steel pipes, and vertically. At the beam-column joint with a beam having a pair of plate elements arranged at intervals, yielding due to compressive stress alone or out-of-plane deformation of the steel pipe from the lower plate element of the pair of plate elements to the column. It is assumed that it is installed in a part designed under the condition that tensile stress does not occur, and sufficient strength and rigidity can be secured with a simple structure.
具体的には、上側の板要素が接続される高さにはダイアフラムが設けられているため、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁のうち上側の板要素が接続される部位がダイアフラムによって補強される。よって、上側の板要素から入力する引張応力により、鋼管壁に局部変形が生じることを確実に防ぐことができる。 Specifically, since a diaphragm is provided at the height at which the upper plate element is connected, the portion of the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column to which the upper plate element is connected is reinforced by the diaphragm. Will be done. Therefore, it is possible to reliably prevent the steel pipe wall from being locally deformed due to the tensile stress input from the upper plate element.
また、柱に対して圧縮応力のみを及ぼす下側の板要素が接続される高さにはダイアフラムが設けられていないが、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁のうち下側の板要素が接続される部位は、鋼管壁の内部に充填されたコンクリートによって支持されている。よって、下側の板要素から入力する圧縮応力は、鋼管壁の内部に充填されたコンクリートにより支持されることとなる。したがって、下側の板要素から入力する圧縮応力により、鋼管壁に局部変形が生じることを確実に防ぐことができる。 Further, although the diaphragm is not provided at the height at which the lower plate element that exerts only compressive stress on the column is connected, the lower plate element of the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe that constitutes the column is The connected part is supported by concrete filled inside the steel pipe wall. Therefore, the compressive stress input from the lower plate element is supported by the concrete filled inside the steel pipe wall. Therefore, it is possible to reliably prevent the steel pipe wall from being locally deformed due to the compressive stress input from the lower plate element.
そして、下側の板要素が接続される高さにはダイアフラムが設けられないため、一箇所の柱梁接合部に設けるダイアフラム数が減り、柱とダイアフラムとの溶接の工数を大幅に減らすことができる。そして、柱梁接合部のパネルゾーンにおいては、下側の板要素が接続される高さを含め、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁の板厚を厚くする必要がなく、ダイアフラムが設けられる高さからその下側にかけて、柱の断面形状が連続的になる。よって、柱の鋼管壁の板厚を厚くすることによる鋼材重量の増大が発生しない。 Since the diaphragm is not provided at the height at which the lower plate element is connected, the number of diaphragms provided at one beam-column joint is reduced, and the man-hours for welding the column and the diaphragm can be significantly reduced. it can. Further, in the panel zone of the column-beam joint, it is not necessary to increase the thickness of the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column, including the height at which the lower plate elements are connected, and a diaphragm is provided. From the height to the lower side, the cross-sectional shape of the column becomes continuous. Therefore, the weight of the steel material does not increase due to the increase in the thickness of the steel pipe wall of the column.
本発明の柱梁接合部を示す図である。It is a figure which shows the column-beam joint part of this invention. 本発明の柱梁接合部を有する構造物を示す図である。It is a figure which shows the structure which has the column-beam joint part of this invention. 本発明の柱梁接合部の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the column-beam joint part of this invention. 本発明の柱梁接合部のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows still another example of the column-beam joint part of this invention.
本発明の柱梁接合部およびこれを有する構造物の実施形態を、図面を参照しつつ、以下に説明する。 An embodiment of a beam-column joint of the present invention and a structure having the same will be described below with reference to the drawings.
図1に、本実施形態の柱梁接合部1を示す。 FIG. 1 shows a beam-column joint 1 of the present embodiment.
柱梁接合部1は、角型鋼管からなる鋼管壁11の内部にコンクリート12が充填されて構成されたコンクリート充填鋼管からなる柱10と、上下に間隔を隔てて配置される一対のフランジ(一対の板要素)21、22を有するH形鋼からなる梁20との柱梁接合部である。 The beam-column joint 1 is a column 10 made of a concrete-filled steel pipe formed by filling the inside of a steel pipe wall 11 made of a square steel pipe with concrete 12, and a pair of flanges (a pair) arranged at intervals above and below. It is a column-beam joint with a beam 20 made of H-shaped steel having 21 and 22.
本発明の柱梁接合部は、適用対象として、地震荷重等の変則的な外力が作用することが想定されない構造物の柱梁接合部を想定している。具体的には、地震がほとんど発生しない地域に建設される構造物の柱梁接合部等が、本発明の適用対象となりうる。 The beam-column joint of the present invention is intended to be applied to a beam-column joint of a structure in which an irregular external force such as a seismic load is not expected to act. Specifically, the present invention can be applied to beam-column joints and the like of structures constructed in areas where earthquakes rarely occur.
そして、本発明の柱梁接合部1は、上記一対のフランジ(一対の板要素)21、22のうち下フランジ(下側の板要素)22から柱10に対して圧縮応力のみまたは鋼管の面外変形による降伏が生じない程度の引張応力が作用する条件で設計される部位に設けられ、このような応力が作用する条件で設計されるものである。 Then, the beam-column joint 1 of the present invention has only compressive stress or the surface of the steel pipe from the lower flange (lower plate element) 22 to the column 10 of the pair of flanges (pair of plate elements) 21 and 22. It is provided at a site designed under conditions where tensile stress is applied to the extent that yielding due to external deformation does not occur, and is designed under conditions at which such stress acts.
本実施形態の柱梁接合部1において、梁20の上フランジ21が接続される高さには、ダイアフラム30が溶接されている。一方、梁20の下フランジ22が接続される高さには、ダイアフラムが設けられておらず、下フランジ22は柱10を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁に、ダイアフラムを介さずに直接溶接されている。 In the beam-column joint 1 of the present embodiment, the diaphragm 30 is welded to the height at which the upper flange 21 of the beam 20 is connected. On the other hand, no diaphragm is provided at the height at which the lower flange 22 of the beam 20 is connected, and the lower flange 22 is directly welded to the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column 10 without a diaphragm. ing.
柱10、すなわち鋼管壁11およびこの内部に充填されるコンクリート12の各々は、柱梁接合部1内のダイアフラム30が設けられる高さから、この柱梁接合部1の下側の柱中間部にかけて、上下方向に同一の断面形状を有している。 Each of the columns 10, that is, the steel pipe wall 11 and the concrete 12 filled therein, extends from the height at which the diaphragm 30 in the beam-column joint 1 is provided to the middle column of the lower column-beam joint 1. , Has the same cross-sectional shape in the vertical direction.
ここで、柱10が、コンクリートが充填されない鋼管壁のみからなる場合を想定すると、梁20の端部に生じる曲げモーメントを柱が受けるとき、下フランジ22から鋼管壁に作用する圧縮応力により、鋼管壁が局部的に面外曲げ変形して、下フランジ22の近傍に降伏域が生じうる。上記柱中間部とは、この降伏域よりも下側の部位を指す。 Here, assuming that the column 10 is composed of only a steel pipe wall that is not filled with concrete, when the column receives a bending moment generated at the end of the beam 20, the steel pipe is caused by the compressive stress acting on the steel pipe wall from the lower flange 22. The wall may be locally bent and deformed out of plane to create a yield zone in the vicinity of the lower flange 22. The middle part of the column refers to a part below this yield area.
本実施形態の柱梁接合部1においては、図1に示すように、ダイアフラム30は、通しダイアフラムにより構成されている。ダイアフラム30の鋼管壁11より内側の部分には貫通穴30aが設けられ、この貫通穴30aを通じて、ダイアフラム30の上側から下側に向かって、鋼管壁11の内部にコンクリート12が充填される。 In the beam-column joint 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the diaphragm 30 is composed of a through diaphragm. A through hole 30a is provided in a portion of the diaphragm 30 inside the steel pipe wall 11, and the inside of the steel pipe wall 11 is filled with concrete 12 from the upper side to the lower side of the diaphragm 30 through the through hole 30a.
図2に、本発明の柱梁接合部1を有する構造物50の例を示す。構造物50は、鋼管壁の内部にコンクリートが充填されて構成されたコンクリート充填鋼管からなる柱10と、上下に間隔を隔てて配置される一対のフランジ(一対の板要素)を有するH形鋼からなる梁20とを含んで構成され、上述のように、適用対象として、地震荷重等の変則的な外力が作用することが想定されない構造物を想定している。そして、構造物50の各柱梁接合部のうち、梁20の下フランジ(下側の板要素)22から柱10に対して圧縮応力のみまたは鋼管の面外変形による降伏が生じない程度の引張応力が作用する条件で設計される柱梁接合部に、本発明の柱梁接合部1が用いられる。 FIG. 2 shows an example of the structure 50 having the beam-column joint 1 of the present invention. The structure 50 is an H-shaped steel having a pillar 10 made of a concrete-filled steel pipe formed by filling the inside of a steel pipe wall with concrete, and a pair of flanges (a pair of plate elements) arranged vertically at intervals. As described above, it is assumed that the structure includes a beam 20 and is not expected to be subjected to an irregular external force such as a seismic load. Then, among the beam-column joints of the structure 50, the tension from the lower flange (lower plate element) 22 of the beam 20 to the column 10 is such that yielding does not occur due to only compressive stress or out-of-plane deformation of the steel pipe. The beam-column joint 1 of the present invention is used for the beam-column joint designed under the condition that stress acts.
図3および図4に、本発明の柱梁接合部の他の実施形態を示す。 3 and 4 show other embodiments of the beam-column joint of the present invention.
図3に示す柱梁接合部1’においては、それぞれH形鋼からなる2本の梁20A、20Bが柱10に接合され、これら2本の梁20A、20Bの梁せいhA、hBが互いに異なっている。そして、2本の梁20A、20Bの上フランジ(上側の板要素)21A、21Bは、互いに同じ高さに揃えて設けられており、2本の梁20A、20Bの下フランジ(下側の板要素)22A、22Bは、互いに異なる高さに設けられている。 In the beam-column joint 1'shown in FIG. 3, two beams 20A and 20B made of H-shaped steel are joined to the column 10, and the beams hA and hB of these two beams 20A and 20B are different from each other. ing. The upper flanges (upper plate elements) 21A and 21B of the two beams 20A and 20B are provided so as to be aligned with each other at the same height, and the lower flanges (lower plate) of the two beams 20A and 20B are provided. Elements) 22A and 22B are provided at different heights from each other.
また、図4に示す柱梁接合部1’’においては、それぞれH形鋼からなる3本の梁20A、20B、20Cが柱10に接合され、これら3本の梁20A、20B、20Cの梁せいhA、hB、hCが互いに異なっている。そして、3本の梁20A、20B、20Cの上フランジ(上側の板要素)21A、21B、21Cは、互いに同じ高さに揃えて設けられており、3本の梁20A、20B、20Cの下フランジ(下側の板要素)22A、22B、22Cは、互いに異なる高さに設けられている。 Further, in the beam-column joint 1 ″ shown in FIG. 4, three beams 20A, 20B, and 20C made of H-shaped steel are joined to the column 10, and the beams of these three beams 20A, 20B, and 20C are joined to the column 10. The hA, hB, and hC are different from each other. The upper flanges (upper plate elements) 21A, 21B, 21C of the three beams 20A, 20B, 20C are provided so as to be aligned with each other at the same height, and below the three beams 20A, 20B, 20C. The flanges (lower plate elements) 22A, 22B, and 22C are provided at different heights from each other.
建築物等の構造物においては、梁スパンが均一とならないことが多く、このような場合には、図3および図4に示す柱梁接合部1’、1’’のように、一箇所の柱梁接合部1’、1’’において柱に接合される複数の梁20A、20B、20Cの梁せいhA、hB、hCが互いに異なるものとなる。しかし、これら複数の梁20A、20B、20Cの上に設置される部材(床スラブ等)の高さは揃っていることが多いため、図3および図4に示す柱梁接合部1’、1’’のように、これら複数の梁20A、20B、20Cの上フランジ21A、21B、21Cも、互いに同じ高さに設けられて高さが揃うことが多い。 In structures such as buildings, the beam span is often not uniform, and in such a case, one location such as the column-beam joints 1'and 1'shown in FIGS. 3 and 4. The beams hA, hB, and hC of the plurality of beams 20A, 20B, and 20C joined to the column at the column-beam joint 1'1'' are different from each other. However, since the heights of the members (floor slabs, etc.) installed on the plurality of beams 20A, 20B, and 20C are often the same, the beam-column joints 1'1 shown in FIGS. 3 and 4 are shown. '', The upper flanges 21A, 21B, 21C of the plurality of beams 20A, 20B, 20C are often provided at the same height as each other and have the same height.
上記各実施形態の柱梁接合部1、1’、1’’によれば、柱10に対して引張応力のみを及ぼす上フランジ(上側の板要素)21、21A、21B、21Cが接続される高さには、ダイアフラム30が設けられている。よって、柱10を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁のうち上フランジ21、21A、21B、21Cが接続される部位がダイアフラム30によって補強される。したがって、上フランジ21、21A、21B、21Cから入力する引張応力により、柱10の鋼管壁11に局部変形が生じることを確実に防ぐことができる。 According to the column-beam joints 1, 1', 1'' of each of the above embodiments, the upper flanges (upper plate elements) 21, 21A, 21B, 21C that exert only tensile stress on the column 10 are connected. A diaphragm 30 is provided at the height. Therefore, the portion of the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column 10 to which the upper flanges 21, 21A, 21B, and 21C are connected is reinforced by the diaphragm 30. Therefore, it is possible to reliably prevent the steel pipe wall 11 of the column 10 from being locally deformed due to the tensile stress input from the upper flanges 21, 21A, 21B, and 21C.
また、柱10に対して圧縮応力のみを及ぼす下フランジ(下側の板要素)22、22A、22B、22Cが接続される高さには、ダイアフラム30が設けられていないが、柱10を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁11のうち下フランジ22、22A、22B、22Cが接続される部位は、鋼管壁11の内部に充填されたコンクリート12によって支持されている。よって、下フランジ22、22A、22B、22Cから入力する圧縮応力は、鋼管壁11の内部に充填されたコンクリート12により支持されることとなる。したがって、下フランジ22、22A、22B、22Cから入力する圧縮応力により、鋼管壁11に局部変形が生じることを確実に防ぐことができる。 Further, although the diaphragm 30 is not provided at the height at which the lower flanges (lower plate elements) 22, 22A, 22B, and 22C that exert only compressive stress on the column 10 are connected, the column 10 is formed. The portion of the steel pipe wall 11 of the concrete-filled steel pipe to which the lower flanges 22, 22A, 22B, and 22C are connected is supported by the concrete 12 filled inside the steel pipe wall 11. Therefore, the compressive stress input from the lower flanges 22, 22A, 22B, and 22C is supported by the concrete 12 filled inside the steel pipe wall 11. Therefore, it is possible to reliably prevent the steel pipe wall 11 from being locally deformed due to the compressive stress input from the lower flanges 22, 22A, 22B, and 22C.
そして、下フランジ22、22A、22B、22Cが接続される高さにはダイアフラム30が設けられないため、一箇所の柱梁接合部1、1’、1’’に設けるダイアフラム数が減り、柱10とダイアフラムとの溶接の工数を大幅に減らすことができる。そして、柱梁接合部1、1’、1’’のパネルゾーンにおいては、下フランジ22、22A、22B、22Cが接続される高さを含め、柱10を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁11の板厚を厚くする必要がなく、柱梁接合部1、1’、1’’のダイアフラム30が設けられる高さからこの柱梁接合部1、1’、1’’に隣接する下側の柱中間部にかけて、柱10の断面形状が連続的になる。 Since the diaphragm 30 is not provided at the height at which the lower flanges 22, 22A, 22B, and 22C are connected, the number of diaphragms provided at one beam-column joint 1, 1', 1'' is reduced, and the column The man-hours for welding the 10 and the diaphragm can be significantly reduced. Then, in the panel zone of the beam-column joints 1, 1', 1'', the steel pipe wall 11 of the concrete-filled steel pipe constituting the column 10, including the height to which the lower flanges 22, 22A, 22B, 22C are connected. It is not necessary to increase the plate thickness of the column-beam joint, and the lower side adjacent to the beam-column joint 1, 1', 1'' from the height at which the diaphragm 30 of the column-beam joint 1, 1', 1'' is provided. The cross-sectional shape of the column 10 becomes continuous toward the intermediate portion of the column.
よって、柱10の鋼管壁11の板厚を厚くすることによる鋼材重量の増大が発生しない。 Therefore, the weight of the steel material does not increase due to the increase in the thickness of the steel pipe wall 11 of the column 10.
また、図3および図4に示す柱梁接合部1’、1’’においては、柱10に接合される複数の梁20A、20B、20Cの梁せいhA、hB、hCが互いに異なっていても、これら複数の梁20A、20B、20Cの上フランジ21A、21B、21Cが互いに同じ高さに設けられて高さが揃っているので、下フランジ22A、22B、22Cの高さが揃っていなくても、一箇所の柱梁接合部1’、1’’に設けるダイアフラム数が一つで済む。よって、柱10とダイアフラム30との溶接の工数をより大幅に減らすことができる。 Further, in the beam-column joints 1 ′ and 1 ″ shown in FIGS. 3 and 4, even if the beam flanges hA, hB and hC of the plurality of beams 20A, 20B and 20C joined to the column 10 are different from each other. Since the upper flanges 21A, 21B, 21C of these plurality of beams 20A, 20B, 20C are provided at the same height and have the same height, the heights of the lower flanges 22A, 22B, 22C are not the same. However, only one diaphragm is provided at one beam-column joint 1', 1''. Therefore, the man-hours for welding the column 10 and the diaphragm 30 can be significantly reduced.
なお、上記各実施の形態では、ダイアフラム30を、通しダイアフラムにより構成した例について説明したが、これに代えて、ダイアフラムを外ダイアフラムまたは内ダイアフラムにより構成すれば、柱梁接合部のパネルゾーンを含む柱の鋼管壁を一本の鋼管で連続的に構成することができ、柱梁接合部における溶接の工数を大幅に減らすことができる。 In each of the above embodiments, an example in which the diaphragm 30 is composed of a through diaphragm has been described, but instead, if the diaphragm is composed of an outer diaphragm or an inner diaphragm, a panel zone of the column-beam joint is included. The steel pipe wall of the column can be continuously composed of one steel pipe, and the man-hours for welding at the beam-column joint can be significantly reduced.
また、上記各実施の形態では、柱10の鋼管壁11が、柱梁接合部1内のダイアフラム30が設けられる高さからこの柱梁接合部1の下側の柱中間部にかけて、上下方向に同一の断面形状を有している例について説明したが、これに代えて、柱梁接合部1内のダイアフラム30が設けられる高さからこの柱梁接合部1の下側の柱中間部にかけて、柱の板厚や断面形状が徐々に変化するようにしても、本願発明の効果が得られる。例えば、柱の上下方向に板厚が徐々に変化するLP鋼板等からなるスキンプレートを組み合わせて箱形断面鋼管柱を構成し、これを柱の鋼管壁として用いる場合等が考えられる。 Further, in each of the above embodiments, the steel pipe wall 11 of the column 10 extends in the vertical direction from the height at which the diaphragm 30 in the column-beam joint 1 is provided to the column intermediate portion on the lower side of the column-beam joint 1. An example having the same cross-sectional shape has been described, but instead, from the height at which the diaphragm 30 in the column-beam joint 1 is provided to the column intermediate portion on the lower side of the column-beam joint 1, The effect of the present invention can be obtained even if the plate thickness and the cross-sectional shape of the column are gradually changed. For example, a box-shaped cross-section steel pipe column may be formed by combining skin plates made of LP steel plates or the like whose plate thickness gradually changes in the vertical direction of the column, and this may be used as the steel pipe wall of the column.
本発明のように、コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁との柱梁接合部において、柱に対して圧縮応力のみを及ぼす下側の板要素が接続される高さにダイアフラムが設けられていなくても、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁の内部に充填されたコンクリートによって、鋼管壁の局部変形を確実に防止する効果が得られるかについて、下記のとおり数値計算により検証した。 At the beam-column joint between a column made of concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged at intervals above and below, as in the present invention, the lower side that exerts only compressive stress on the column. Even if the diaphragm is not provided at the height at which the plate elements are connected, the concrete filled inside the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe that constitutes the column has the effect of reliably preventing local deformation of the steel pipe wall. It was verified by numerical calculation as follows.
本発明例として、コンクリート充填鋼管からなる柱(断面寸法が□−700×36、降伏耐力が385N/mm、引張強度が550N/mmの箱形断面鋼管柱(鋼管壁)に、圧縮強度が60N/mmのコンクリートを充填したもの)と、H形鋼からなる梁(断面寸法がH−900×300×16×28、降伏耐力が325N/mm、引張強度が490N/mm)との柱梁接合部を想定した。この柱梁接合部において、H形鋼(梁)の上フランジ(上側の板要素)が接続される高さに設けられるダイアフラムとしては、厚さ36mmの通しダイアフラムを想定した。この厚さは、H形鋼のフランジ厚28mmに対応して一般的に用いられる寸法であり、上フランジと通しダイアフラムの間の仕口耐力は、H形鋼の上フランジの引張降伏耐力(325N/mm)と同等となる。また、H形鋼(梁)の下フランジ(下側の板要素)は、柱の鋼管壁をなす箱形断面鋼管柱のスキンプレート(板要素)に直接接合されるものとした。 As the present invention example, the pillars made of concrete filled steel tube (cross-sectional dimension □ -700 × 36, yield strength is 385N / mm 2, a tensile strength of 550 N / mm 2 of the box-section steel column (steel pipe wall), compressive strength 60 N / mm 2 filled with concrete) and a beam made of H-shaped steel (cross-sectional dimensions H-900 x 300 x 16 x 28, yield strength 325 N / mm 2 , tensile strength 490 N / mm 2 ) I assumed the column-beam joint with. As the diaphragm provided at the height at which the upper flange (upper plate element) of the H-shaped steel (beam) is connected in this column-beam joint, a through diaphragm having a thickness of 36 mm is assumed. This thickness is a dimension generally used corresponding to the flange thickness of 28 mm of the H-section steel, and the joint yield strength between the upper flange and the through diaphragm is the tensile yield strength (325N) of the upper flange of the H-section steel. / Mm 2 ) is equivalent. Further, the lower flange (lower plate element) of the H-shaped steel (beam) is directly joined to the skin plate (plate element) of the box-shaped cross-section steel pipe column forming the steel pipe wall of the column.
比較例としては、上記本発明例の柱を、コンクリート充填鋼管柱から中空の鋼管柱(断面寸法が□−700×36、降伏耐力が385N/mm、引張強度が550N/mmの箱形断面の鋼管柱)に置き換えてなる柱梁接合部を想定した。 As a comparative example, the pillars of the present invention embodiment, a hollow steel column from concrete filled steel tube column (cross-sectional dimension □ -700 × 36, yield strength is 385N / mm 2, a tensile strength of 550 N / mm 2 of the box-shaped It is assumed that the column-beam joint will be replaced with a steel pipe column in cross section.
上記本発明例および比較例の双方において、柱の鋼管壁(箱形断面鋼管柱のスキンプレート)が、H形鋼(梁)の下フランジから圧縮応力を受けたときの、面外曲げ変形に対する降伏耐力について、下記のとおり数値計算を行った。 In both the examples of the present invention and the comparative examples, the steel pipe wall of the column (skin plate of the box-shaped cross-section steel pipe column) is subjected to out-of-plane bending deformation when a compressive stress is applied from the lower flange of the H-shaped steel (beam). The yield strength was calculated numerically as follows.
まず、H形鋼(梁)の下フランジの圧縮降伏耐力は、325N/mm×300mm×28mm=2730[kN]と算出される。 First, the compressive yield strength of the lower flange of the H-shaped steel (beam) is calculated as 325 N / mm 2 × 300 mm × 28 mm = 2730 [kN].
また、柱の鋼管壁(箱形断面鋼管柱のスキンプレート)の面外曲げ変形に対する降伏耐力は、森田他による「増厚補強箱形断面柱−H形断面梁接合部の構造性能に関する研究」(鋼構造論文集、一般社団法人日本鋼構造協会、平成10年9月、第5巻、第19号、pp.39−53)の算定方法に従えば、1575[kN]と評価される。 In addition, the yield resistance of the steel pipe wall of the column (skin plate of the box-shaped cross-section steel pipe column) against out-of-plane bending deformation was determined by Morita et al. According to the calculation method of (Steel Structure Papers, Japan Steel Structure Association, September 1998, Vol. 5, No. 19, pp. 39-53), it is evaluated as 1575 [kN].
よって、柱の鋼管壁の面外曲げ変形に対する降伏耐力は、梁の下フランジの圧縮降伏耐力を下回るため、比較例の場合は、柱の鋼管壁に局部変形が生じる恐れがある。 Therefore, the yield strength against out-of-plane bending deformation of the steel pipe wall of the column is lower than the compressive yield strength of the lower flange of the beam. Therefore, in the case of the comparative example, the steel pipe wall of the column may be locally deformed.
一方、本発明例のように、柱の鋼管壁の内部にコンクリートが充填される場合は、梁の下フランジから入力する圧縮応力は、柱の鋼管壁の内部に充填されたコンクリートの支圧耐力により支持されることが期待される。この支圧耐力は「鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説 第8版」(一般社団法人日本建築学会編、丸善出版、2010年2月、pp.342〜343)の算定方法に従えば、梁の下フランジの圧縮応力が柱の鋼管壁(箱形断面鋼管柱のスキンプレート)内で45度の範囲で広がるものと考えると、コンクリートが局所圧縮を受ける面積は(36mm+300mm+36mm)×(36mm+28mm+36mm)=37200[mm]と算出される。また、支圧端部から離れて応力が一様分布になったところの断面積は十分大きいと考えられるため、支圧面積比は2となる。これより、柱の鋼管壁に充填されたコンクリートの支圧許容耐力は、2/3×60[N/mm]×37200[mm]×2=2976[kN]と評価される。 On the other hand, when concrete is filled inside the steel pipe wall of the column as in the example of the present invention, the compressive stress input from the lower flange of the beam is the bearing capacity of the concrete filled inside the steel pipe wall of the column. Is expected to be supported by. This bearing capacity is under the beam according to the calculation method of "Reinforced Concrete Structure Calculation Criteria / Explanation 8th Edition" (edited by Japan Institute of Architecture, Maruzen Publishing, February 2010, pp.342-343). Considering that the compressive stress of the flange spreads within the steel pipe wall of the pillar (skin plate of the steel pipe pillar with a box-shaped cross section) within a range of 45 degrees, the area where the concrete receives local compression is (36 mm + 300 mm + 36 mm) × (36 mm + 28 mm + 36 mm) = 37200 [ mm 2 ] is calculated. Further, since it is considered that the cross-sectional area where the stress is uniformly distributed away from the bearing end portion is sufficiently large, the bearing area ratio is 2. From this, the allowable bearing capacity of the concrete filled in the steel pipe wall of the column is evaluated as 2/3 × 60 [N / mm 2 ] × 37200 [mm 2 ] × 2 = 2976 [kN].
よって、柱の鋼管壁の内部に充填されたコンクリートの支圧耐力が、梁の下フランジの圧縮降伏耐力を上回るため、本発明例の場合は、柱の鋼管壁の局部変形を確実に防止する効果が得られていることがわかる。 Therefore, the bearing capacity of the concrete filled inside the steel pipe wall of the column exceeds the compressive yield strength of the lower flange of the beam. Therefore, in the case of the example of the present invention, the local deformation of the steel pipe wall of the column is surely prevented. It can be seen that the effect is obtained.
このように、本発明の柱梁接合部によれば、柱を構成するコンクリート充填鋼管の鋼管壁の内部に充填されたコンクリートによって、鋼管壁の局部変形を確実に防止され、柱梁接合部の耐力および剛性が確保されることが確認できた。 As described above, according to the beam-column joint of the present invention, the concrete filled inside the steel pipe wall of the concrete-filled steel pipe constituting the column reliably prevents the local deformation of the steel pipe wall, and the beam-column joint is formed. It was confirmed that the strength and rigidity were secured.
なお、上述のとおり、柱の鋼管壁の面外曲げ変形に対する降伏耐力は、1575[kN]と評価されており、本発明例の場合、H形鋼(梁)の下フランジに作用する引張力は1575[kN]まで許容される。 As described above, the yield strength against out-of-plane bending deformation of the steel pipe wall of the column is evaluated as 1575 [kN], and in the case of the present invention, the tensile force acting on the lower flange of the H-shaped steel (beam). Is allowed up to 1575 [kN].
1、1’、1’’ 柱梁接合部
10 柱
11 鋼管壁
12 コンクリート
20、20A、20B、20C 梁
21、21A、21B、21C 上側の板要素
22、22A、22B、22C 下側の板要素
30 ダイアフラム
50 構造物
hA、hB、hC 梁せい
1, 1', 1'' Column-beam joint 10 Column 11 Steel pipe wall 12 Concrete 20, 20A, 20B, 20C Beam 21, 21A, 21B, 21C Upper plate element 22, 22A, 22B, 22C Lower plate element 30 Diaphragm 50 Structure hA, hB, hC Beam

Claims (5)

  1. コンクリート充填鋼管からなる柱と、上下に間隔を隔てて配置される一対の板要素を有する梁との柱梁接合部であって、
    前記一対の板要素のうち上側の板要素が接続される高さには、ダイアフラムが設けられ、
    前記一対の板要素のうち下側の板要素が接続される高さには、ダイアフラムが設けられず、
    前記柱は、前記ダイアフラムが設けられる高さから、前記柱梁接合部の下側の柱中間部にかけて、連続的な断面形状を有することを特徴とする柱梁接合部。
    A column-beam joint between a column made of concrete-filled steel pipe and a beam having a pair of plate elements arranged at intervals above and below.
    A diaphragm is provided at a height at which the upper plate element of the pair of plate elements is connected.
    No diaphragm is provided at the height at which the lower plate element of the pair of plate elements is connected.
    The column has a continuous cross-sectional shape from the height at which the diaphragm is provided to the column intermediate portion below the beam-column joint.
  2. 前記下側の板要素から前記柱に対して圧縮応力のみが作用する条件で設計される部位に設けられることを特徴とする請求項1に記載の柱梁接合部。 The column-beam joint according to claim 1, wherein the column-beam joint is provided at a portion designed under the condition that only compressive stress acts on the column from the lower plate element.
  3. 前記柱梁接合部において前記柱に接合される前記梁は複数であり、
    複数の前記梁の梁せいは互いに異なり、
    複数の前記梁の前記上側の板要素は、互いに同じ高さに設けられること
    を特徴とする請求項1または2に記載の柱梁接合部。
    At the column-beam joint portion, there are a plurality of the beams to be joined to the column.
    The beams of the multiple beams are different from each other
    The column-beam joint according to claim 1 or 2, wherein the upper plate elements of the plurality of beams are provided at the same height as each other.
  4. 前記ダイアフラムは、外ダイアフラム、内ダイアフラム、または通しダイアフラムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の柱梁接合部。 The beam-column joint according to any one of claims 1 to 3, wherein the diaphragm is an outer diaphragm, an inner diaphragm, or a through diaphragm.
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の前記柱梁接合部を有することを特徴とする構造物。 A structure having the column-beam joint according to any one of claims 1 to 4.
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