JP2021156116A - 梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｈ形断面梁の上フランジを支持部材に直接的に接合しない梁接合構造において、施工中の剛性を向上させる。【解決手段】第１の上フランジ、第１の下フランジおよび第１のウェブを有する第１のＨ形断面梁と、第１のＨ形断面梁の長手方向端面に対向する支持部材とを備え、支持部材は、第１のウェブに接合される第１の部分、および第１の下フランジに作用する圧縮力が第１の圧縮力伝達手段によって伝達される第２の部分を含み、第１の上フランジに直接的に接合される部分を含まず、第１のＨ形断面梁の長手方向端面における第１のウェブの高さ中心を回転中心とする第１のウェブの面内回転に対して、第１の部分と第１のウェブとの接合による回転抵抗は、第１のウェブの高さ中心線の上側で第１のウェブの高さ中心線の下側よりも大きい、梁接合構造が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、梁接合構造に関する。

例えばＲＣ梁または壁と大梁との間、または大梁と小梁との間のような梁端接合部は、一般的に剛接合またはピン接合として設計される。支持部材を大梁とした例でいうと、剛接合の場合には小梁の上下フランジを大梁に溶接またはボルト接合し、さらに小梁のウェブを大梁にボルト接合する。ピン接合の場合、小梁のウェブを大梁に取り付けたフィンプレート（シアプレート、ガセットプレート等ともいう）にボルト接合し、小梁の上下フランジは大梁に接合しない。小梁のウェブと大梁とのボルト接合は、通常、小梁ウェブの高さ方向に均等、かつウェブの高さ方向の中心に対して上下対称に配置される。

これに対して、非特許文献１には、水平力を負担しないグラビティフレームや、水平力が小さく逆対称曲げにならない場合のモーメントフレームなど、接合部のモーメントが逆転しない荷重条件下において梁と床スラブとをシアコネクタで一体化した合成構造が記載されている。この場合、小梁の上フランジは大梁に直接的には接合されないが、床スラブの中の鉄筋を介して引張力が伝達されるため、容易に接合部の剛性を高めることができる。接合部の剛性を高めることによって、梁のたわみや梁中央の曲げモーメントが低減され、設計の余裕度を高めたり、梁断面をより小さくしたりできる。

EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION、「Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures Part 1-1: General rules and rules for buildings」、２００９年４月

しかしながら、上記の非特許文献１に記載されたような接合部の場合、施工中に床スラブのコンクリートが硬化する前の状態では小梁の上フランジを介した引張力の伝達がされないため、下フランジを大梁に接合しない場合には実質的にピン接合と同等の剛性しか発揮されない。一方、非特許文献１には接触部材を用いて小梁の下フランジから大梁に圧縮力を伝達することも記載されているが、引張力に対しては小梁のウェブのボルト接合のみで対抗することになるため、ボルトとウェブまたは支持部材との間にすべりが生じ、曲げ耐力が低下することによって小梁のたわみが大きくなる可能性がある。

さらに、引張力を負担する小梁のウェブのボルト接合が、小梁ウェブの高さ方向に均等、かつウェブの高さ方向の中心に対して上下対称に配置されている場合、引張力の作用線はウェブの高さ方向の中心となる。この場合、小梁の下フランジから大梁に伝達される圧縮力の作用線との距離は小梁のウェブ高さの半分しか得られないため、これらの引張力と圧縮力との距離によって生じる回転抵抗の大きさは限られる。

また、接合部の回転中心から最も遠いボルトは、最も大きい力を負担するため他のボルトに比べてすべりやすい。ボルトが１本でもすべり出すと接合部の回転剛性が低下してしまうが、小梁のウェブのボルト接合が、小梁ウェブの高さ方向に均等、かつウェブの高さ方向の中心に対して上下対称に配置されている場合には、回転中心から各ボルトまでの距離の差がボルト同士の間で大きいために、回転中心から最も遠いボルトがすべり出すときの他のボルトの回転抵抗への寄与が十分に得られない。

そこで、本発明は、Ｈ形断面梁の上フランジを支持部材に直接的に接合しない梁接合構造において、施工中の剛性を向上させることが可能な梁接合構造を提供することを目的とする。

［１］第１の上フランジ、第１の下フランジおよび第１のウェブを有する第１のＨ形断面梁と、第１のＨ形断面梁の長手方向端面に対向する支持部材とを備え、支持部材は、第１のウェブに接合される第１の部分、および第１の下フランジに作用する圧縮力が第１の圧縮力伝達手段によって伝達される第２の部分を含み、第１の上フランジに直接的に接合される部分を含まず、第１のＨ形断面梁の長手方向端面における第１のウェブの高さ中心を回転中心とする第１のウェブの面内回転に対して、第１の部分と第１のウェブとの接合による回転抵抗は、第１のウェブの高さ中心線の上側で第１のウェブの高さ中心線の下側よりも大きい、梁接合構造。
［２］第１のウェブは第１の部分にボルト接合され、高さ中心線の上側に配置されるボルトの耐力と高さ中心線からの距離との積の総和は、高さ中心線の下側に配置されるボルトの耐力と高さ中心線からの距離との積の総和よりも大きい、［１］に記載の梁接合構造。
［３］高さ中心線の上側に配置されるボルトの数は、高さ中心線の下側に配置されるボルトの数よりも多い、［１］または［２］に記載の梁接合構造。
［４］第１のウェブを第１の部分に接合するボルトは、高さ中心線の上側にのみ配置される、［１］または［２］に記載の梁接合構造。
［５］第１の圧縮力伝達手段の圧縮耐力は、第１の下フランジの断面圧縮耐力よりも小さい、［１］から［４］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［６］第１の圧縮力伝達手段は、第１の下フランジの端面と第２の部分との間に介挿される接触部材である、［１］から［５］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［７］接触部材は、一様な断面形状を有する、［６］に記載の梁接合構造。
［８］第２の部分は、第１の下フランジに平行な板状部分であり、第１の圧縮力伝達手段は、第１の下フランジの端面と板状部分の端面との間に形成される突合せ溶接部である、［１］から［５］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［９］第２の部分は、第１の下フランジに平行な板状部分であり、第１の圧縮力伝達手段は、第１の下フランジまたは板状部分のいずれか一方の端面と他方の上面との間に形成される隅肉溶接部である、［１］から［５］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１０］コンクリート、およびコンクリートに埋設され少なくとも第１のＨ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含み、第１のＨ形断面梁および支持部材の上方に配置されるＲＣスラブまたはデッキ合成スラブと、第１の上フランジおよび支持部材にそれぞれ接合されるとともに、ＲＣスラブまたはデッキ合成スラブを構成するコンクリートに定着させられる係止部材とをさらに備える、［１］から［９］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１１］第１の圧縮力伝達手段の圧縮耐力は、梁接合構造におけるＲＣスラブまたはデッキ合成スラブの有効幅領域内に配置された引張力伝達部材の引張耐力、および第１のＨ形断面梁の負曲げ領域内に配置された係止部材のせん断耐力のうち小さい方の耐力以上である、［１０］に記載の梁接合構造。
［１２］支持部材に対して第１のＨ形断面梁の反対側に配置され、第２の上フランジ、第２の下フランジおよび第２のウェブを有する第２のＨ形断面梁をさらに備え、支持部材は、第２のＨ形断面梁の長手方向端面に対向し、第２のウェブにボルト接合される第３の部分、および第２の下フランジから第２の圧縮力伝達手段によって圧縮力が伝達される第４の部分をさらに含み、第２の上フランジに直接的に接合される部分を含まず、第２のＨ形断面梁の長手方向端面における第２のウェブの高さ中心を回転中心とする第２のウェブの面内回転に対して、第３の部分と第２のウェブとの接合による回転抵抗は、第２のウェブの高さ中心線の上側で第２のウェブの高さ中心線の下側よりも大きい、［１］から［１１］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１３］第２の圧縮力伝達手段の圧縮耐力は、第２の下フランジの断面圧縮耐力よりも小さい、［１２］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１４］支持部材は、第３の上フランジ、第３の下フランジおよび第３のウェブを有する第３のＨ形断面梁であり、第２の部分は、第３の下フランジの側端面であり、第１のＨ形断面梁と第３のＨ形断面梁との断面高さが等しい、［１］から［１３］のいずれか１項に記載の梁接合構造。

上記の構成によれば、Ｈ形断面梁の上フランジを支持部材に直接的に接合しない梁接合構造において、第１の部分とウェブとの接合によって伝達される引張力の作用線が、下フランジから圧縮力伝達手段を介して伝達される圧縮力の作用線から遠ざけられるため、同じボルト耐力であれば従来技術より曲げ耐力に寄与するモーメントが大きくなり、施工中の剛性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。 参考例に係る梁接合構造を示す図である。 図１に示された例における接触部材の配置例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造の構造解析の条件について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造の構造解析の条件について説明するための図である。 図４および図５に示した解析において接合部で発生するモーメントの大きさを示すグラフである。 図４および図５に示した解析において接合部で発生するモーメントの大きさを示すグラフである。 特徴値の算出方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造の別の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造のさらに別の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造のさらに別の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る梁接合構造の別の例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。図１に示される梁接合構造は、小梁１と、大梁２と、フィンプレート３１と、リブ３２と、接触部材４と、ＲＣスラブ５と、シアコネクタ６とを含む。小梁１は、上フランジ１１と、下フランジ１２と、ウェブ１３とを含むＨ形断面梁である。大梁２は、上フランジ２１と、下フランジ２２と、ウェブ２３とを含む別のＨ形断面梁であり、フィンプレート３１およびリブ３２とともに小梁１の長手方向端面に対向する支持部材を構成する。

上記のような梁接合構造において、フィンプレート３１は大梁２の上フランジ２１、下フランジ２２、およびウェブ２３にそれぞれ溶接され、小梁１のウェブ１３にボルト３３を用いて接合される支持部材の第１の部分である。リブ３２は、フィンプレート３１およびウェブ２３に溶接され、接触部材４を介して小梁１の下フランジ１２に接触する支持部材の第２の部分である。接触部材４は、小梁１の下フランジ１２とリブ３２との間の隙間に介挿され、隙間の大きさに合わせて寸法が可変であることによって、隙間の大きさにかかわらず下フランジ１２とリブ３２との間の接触を維持し、下フランジ１２からリブ３２に圧縮力を伝達する圧縮力伝達手段である。

その一方で、大梁２、フィンプレート３１およびリブ３２を含む支持部材は、小梁１の上フランジ１１に直接的に接合される部分を含まない。小梁１の上フランジ１１および大梁２の上フランジ２１にそれぞれ接合される係止部材であるシアコネクタ６がＲＣスラブ５に定着することによって、上フランジ１１と支持部材との間で引張力が伝達される。ＲＣスラブ５は、コンクリート５１と、コンクリート５１に埋設され少なくとも小梁１の材軸方向に延びる鉄筋５２と、デッキプレート５３とを含み、鉄筋５２が引張力伝達部材として機能する。ＲＣスラブに代えて、デッキ合成スラブを用いてもよい。この場合は、デッキプレートが引張力伝達部材として機能する。

上記のような本実施形態に係る梁接合構造では、小梁１の長手方向端面におけるウェブ１３の高さ中心ＣＨを回転中心とするウェブ１３の面内回転に対して、フィンプレート３１とウェブ１３との接合による回転抵抗（以下、単に回転抵抗ともいう）が、ウェブ１３の高さ中心線ＣＬの上側で高さ中心線ＣＬの下側よりも大きい。具体的には、図１に示された例では、フィンプレート３１が高さ中心線ＣＬよりも上側でウェブ１３に重なり、ウェブ１３をフィンプレート３１に接合するボルト３３が高さ中心線ＣＬの上側にのみ配置されるため、高さ中心ＣＨを回転中心とするウェブ１３の面内回転に対して、回転抵抗は高さ中心線ＣＬの上側でのみ作用し、高さ中心線ＣＬの下側では回転抵抗が実質的に０である。後述するように、高さ中心線ＣＬの下側にもボルトが配置されてもよい。その場合、高さ中心線ＣＬの下側での回転抵抗は０よりも大きく、高さ中心線ＣＬの上側での回転抵抗よりも小さい値になる。

図２は、参考例に係る梁接合構造を示す図である。図２の例では、ウェブ１３の高さ中心線ＣＬの上下両側で同じようにフィンプレート３１Ｐがウェブ１３に重なり、高さ中心線ＣＬの上下両側に同じ数のボルト３３が直列に配置される。ここで、梁接合構造の施工中にＲＣスラブ５のコンクリート５１が硬化する前の状態では、小梁１の上フランジ１１を介した引張力の伝達がされないため、小梁１に作用する鉛直荷重に対しては、ボルト３３のすべり抵抗によって伝達される引張力と、接触部材４を介して伝達される圧縮力とが釣り合いの系を形成することによって曲げ耐力が発揮される。参考例の場合、６本のボルト３３のうち高さ中心線ＣＬの下側に位置する３本のボルト３３（ボルト３３Ｐとして図示する）では、引張力の作用線が接触部材４を通る圧縮力の作用線に近いため、曲げ耐力に寄与するモーメントが小さくなる。

これに対して、本実施形態の場合、ボルト３３の数は参考例と同じ６本であるが、参考例とは異なり並列に配置される３本のボルト３３（ボルト３３Ｑとして図示する）を含むすべてのボルト３３が高さ中心線ＣＬの上側に位置する。これらのボルト３３Ｑについては、引張力の作用線が接触部材４を通る圧縮力の作用線から遠ざかる結果、曲げ耐力に寄与するモーメントが参考例における３本のボルト３３Ｐよりも大きくなる。従って、６本のボルト３３の総和として発揮される曲げ耐力は、参考例よりも本実施形態の例で大きくなる。つまり、本実施形態の例では、参考例に比べて、同じ数のボルトの配置を変更することによって、施工中にＲＣスラブ５のコンクリート５１が硬化する前の状態における梁接合構造の剛性及び耐力を向上させることができる。

なお、図１に示された例では小梁１のウェブ１３をフィンプレート３１に接合するボルト３３が高さ中心線ＣＬの上側にのみ配置されるが、他の例では、ボルト３３が高さ中心線ＣＬの下側にも配置されてもよい。この場合も、以下に式（１）として示すように、高さ中心線ＣＬの上側に配置されるＮ本のボルト３３の耐力Ｐ_ｉと高さ中心線ＣＬからの距離ｄ_ｉとの積の総和が、高さ中心線ＣＬの下側に配置されるＭ本のボルト３３の耐力Ｐ_ｊと高さ中心線ＣＬからの距離ｄ_ｊとの積の総和よりも大きければ、上記の例と同様にコンクリート５１が硬化する前の状態における梁接合構造の剛性を向上させる効果が得られる。ここで、ボルト３３の耐力Ｐ_ｉ，Ｐ_ｊは、ボルト３３のすべり耐力またはせん断耐力のうち小さい方として定義される。例えば、高さ中心線ＣＬの上側に配置されるボルト３３の数が高さ中心線ＣＬの下側に配置されるボルトの数よりも多いことによって式（１）が満たされてもよい。あるいは、高さ中心線ＣＬの上下両側に配置されるボルト３３の数は同じであるものの、高さ中心線ＣＬの上側に配置されるボルト３３の方が高さ中心線ＣＬからの距離が大きいことによって式（１）が満たされてもよい。図１に示された例では、式（１）においてＭ＝０になる（この場合、Ｎの値にかかわらず式（１）が成り立つ）。

図３は、図１に示された例における接触部材の配置例を示す図である。図示された例において、支持部材を構成するリブ３２と小梁１の下フランジ１２とは接触部材４Ａ，４Ｂを介して互いに接触し、これによって下フランジ１２と支持部材との間で圧縮力が伝達される。本実施形態において、下フランジ１２とリブ３２との間には、ウェブ１３の両側に１つずつ、合わせて２つの接触部材４Ａ，４Ｂが介挿される。つまり、図示された例において、接触部材４Ａ，４Ｂはウェブ１３と下フランジ１２との交差部分を除く部分にのみ配置される。また、接触部材４Ａ，４Ｂは、下フランジ１２の幅方向端部には配置されていない。

本実施形態では、上記のような接触部材４Ａ，４Ｂの配置によって、下フランジ１２の幅方向における接触部材４Ａ，４Ｂの合計寸法ｗ_ｃｐ１＋ｗ_ｃｐ２が、下フランジ１２の幅Ｂ_ｆよりも短くなる（ｗ_ｃｐ１＋ｗ_ｃｐ２＜Ｂ_ｆ）。従って、下フランジ１２とリブ３２との間の接触部材４Ａ，４Ｂを介した接触面積Ｓ_ｃｐは下フランジ１２の断面積Ｓ_ｆよりも小さい（Ｓ_ｃｐ＜Ｓ_ｆ）。これによって、接触部材４Ａ，４Ｂと下フランジ１２との間で材料強度が同程度である場合、接触部材４Ａ，４Ｂの圧縮耐力Ｙ_ｃｐが下フランジ１２の断面圧縮耐力Ｙ_ｆよりも小さくなる。後述するように、接触部材４Ａ，４Ｂの圧縮耐力Ｙ_ｃｐが下フランジ１２の断面圧縮耐力Ｙ_ｆよりも小さいことには利点があるため、上記のような寸法差をもたせるとともに、あるいは寸法差がない場合（ｗ_ｃｐ１＋ｗ_ｃｐ２＝Ｂ_ｆ）であっても、接触部材４Ａ，４Ｂの材料強度を下フランジ１２の材料強度よりも小さくしてもよい。

特に小梁１のスパンが長い（例えば８ｍ以上）ような場合、たわみ量の制限を満たすように小梁１の断面を設計すると曲げ耐力やせん断耐力には余裕があり、実際の存在応力は小梁１の断面耐力、具体的には降伏応力よりも小さくなる。従って、上記の接触部材の圧縮耐力Ｙ_ｃｐを下フランジ１２の断面圧縮耐力Ｙ_ｆよりも小さくしても、実際の存在応力に対してなおも余裕があると考えられる。また、ＲＣスラブ５のコンクリート５１が硬化した後は、鉄筋５２を介して伝達される引張力と接触部材４Ａ，４Ｂを介して伝達される圧縮力とが釣り合いの系を形成することによって接合部の曲げ耐力が発揮されるため、接触部材の圧縮耐力Ｙ_ｃｐを下フランジ１２の断面圧縮耐力Ｙ_ｆほど大きくしなくても、接合部の曲げ耐力は変わらない。

具体的には、上記のように接合部の曲げ耐力を考慮した場合、接触部材の圧縮耐力Ｙ_ｃｐは、大梁２に小梁１を接合する梁接合構造におけるＲＣスラブ５の有効幅領域内に配置された鉄筋５２の引張耐力の総和、および小梁１の負曲げ領域内に配置されたシアコネクタ６のせん断耐力のうち小さい方の耐力以上であれば十分である。なお、ＲＣスラブ５の有効幅領域については、日本建築学会発行の「各種合成構造設計指針・同解説」、またはEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION、「Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures Part 1-1:General rules and rules for buildings」に規定された合成梁のスラブ有効幅の算出方法によって決定することができる。また、小梁１の負曲げ領域は、大梁２との接合部から小梁１の材軸方向中央に向かって曲げモーメントの反曲点位置までの領域、すなわち小梁１に作用する曲げモーメントが上フランジ１１側で引張、下フランジ１２側が圧縮になる領域である。

上述のように、梁接合構造の施工中にＲＣスラブ５のコンクリート５１が硬化する前の状態では、小梁１に作用する鉛直荷重に対してボルト３３のすべり抵抗によって伝達される引張力と接触部材４Ａ，４Ｂを介して伝達される圧縮力とが釣り合いの系を形成することによって曲げ耐力が発揮される。この場合において、上記の接触部材の圧縮力に対する剛性Ｙ_ｃｐが必要以上に大きいと、小梁１の回転中心（ウェブ１３の高さ中心ＣＨと下フランジ１２との間に位置する）が下フランジ１２に近づく。そうすると、高さ中心線ＣＬの上側に配置され、回転中心からの距離が大きいために回転に対抗するモーメントが大きいボルト３３において、ウェブ１３およびフィンプレート３１との間で早期にすべりが発生し、結果として曲げ耐力が小さくなることによって小梁１のたわみが大きくなる可能性がある。上記のように、機能性を損なわない範囲で圧縮力に対する剛性Ｙ_ｃｐを小さくすることによって、小梁１の回転中心を高さ中心ＣＨに近づけ、高さ中心線ＣＬの上側に配置されたボルト３３のすべりを抑制することによって曲げ耐力をより確実に発揮させることができる。小梁１の回転中心を高さ中心ＣＨに近づけると、ボルト３３のすべり抵抗によって生じる小梁１の回転中心に対する回転抵抗が小さくなるが、一方で接触部材４Ａ，４Ｂを介して伝達される圧縮力の作用線から小梁１の回転中心までの距離が大きくなるため、小梁１の回転中心に対する回転抵抗が大きくなる。従って、圧縮力に対する剛性Ｙ_ｃｐを小さくしても、小梁１の回転中心に対する回転抵抗は一定に保つことができる。

なお、接触部材の構成は図示された例には限られず、例えば特許第６６３５１７５号公報や特許第６６３１６７９号公報などに記載されたような各種の接触部材を用いることができる。本実施形態に係る接触部材、および上記の文献に記載された他の接触部材は、いずれも一様な断面形状を有するため、例えば押出成形によって容易に製造することができる。また、上記の例では小梁１のウェブ１３の両側に１つずつ、合わせて２つの接触部材が介挿されたが、例えばウェブ１３にスカラップを形成するなどして、ウェブ１３を貫通する単一の接触部材を介挿してもよい。あるいは、３つ以上の接触部材を小梁１とリブ３２との間に介挿してもよい。

上記で図１に示された例では、２つの小梁１が、大梁２を幅方向の両側から挟んで対向するように配置され、大梁２とともに支持部材を構成するフィンプレート３１およびリブ３２、ならびに接触部材４も、大梁２の両側にそれぞれ配置される。つまり、上記の例では、梁接合構造が第１のＨ形断面梁、および支持部材に対して第１のＨ形断面梁の反対側に配置される第２のＨ形断面梁を含み、支持部材が第１および第２のＨ形断面梁のそれぞれのウェブ１３にボルト接合される１対のフィンプレート３１と、それぞれの下フランジ１２から接触部材４によって圧縮力が伝達される１対のリブ３２とを含む。一方、支持部材は、第１および第２のＨ形断面梁のそれぞれの上フランジ１１に直接的に接合される部分を含まない。また、ＲＣスラブ５は、２つの小梁１およびそれらの間の大梁２の上方に配置され、それぞれの小梁１の上フランジ１１、および大梁２の上フランジ２１は、シアコネクタ６を用いてＲＣスラブ５に接合される。上記の例に限らず、大梁２の幅方向の片側だけに小梁１が配置され、大梁２とともに支持部材を構成するフィンプレート３１およびリブ３２、ならびに接触部材４も、大梁２の片側のみに配置されてもよい。小梁１が大梁２の両側に配置されても片側に配置されてもよい点は、後述する他の梁接合構造の例でも同様である。

図４および図５は、本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造の構造解析の条件について説明するための図である。図４および図５に示すような寸法の梁接合構造で、施工中、すなわちＲＣスラブのコンクリートが未硬化の状態における接触部材の挙動を評価するために、大梁の幅方向中心（対称面）から１５００ｍｍの位置で小梁の５０ｍｍの鉛直変位δ_ｂを与えた場合について有限要素解析（ＦＥＡ）を実施した。図４に示すのは図１を参照して説明した本実施形態に対応するモデルであり、図５に示すのは図２を参照して説明した参考例に対応するモデルである。

それぞれのモデルにおいて、小梁１のウェブとフィンプレートとの間は、６本のボルト（Ｆ１０Ｔ ６−Ｍ２０）で接合する。ボルトは、図４の例では３×２、すなわち小梁ウェブの高さ中心線よりも上側に３本ずつ２列で配置され、図５の例では６×１、すなわち小梁ウェブの高さ中心線を挟んで３本ずつ、計６本が１列に配置される。解析は、図４および図５の例のそれぞれについて、図３に示した接触部材の幅ｗ_ｃｐ（＝ｗ_ｃｐ１＝ｗ_ｃｐ２）を４０ｍｍとし、以下で表１に示すように小梁ウェブとフィンプレートとの間の摩擦係数μ_１を０．４５と０．８０との間で変化させた（接触部材と小梁の下フランジおよびリブとの間の摩擦係数μ_２は０．４５で固定）４通りのケースと、比較例として小梁下フランジが全幅でリブに接合されるものとした２通りのケースの計６ケースで実施した。

図６は、図４および図５に示した解析において接合部で発生するモーメントの大きさを、接触部材の寸法が小梁下フランジの幅よりも小さい場合（ＮＯ．３およびＮＯ．３ｄ）と小梁下フランジが全幅でリブに接合される場合（ＮＯ．８およびＮＯ．８ｄ）とで比較して示すグラフである。グラフに示された接合部のモーメントＭ_ｊは、大梁の幅方向中心（対称面）からの距離Ｌ_ｂの位置で小梁に鉛直変位δ_ｂが発生しているときに、この位置に加えられている荷重の大きさＰと接合部までの距離Ｌ_ｂとの積として算出される（Ｍ_ｊ＝Ｐ・Ｌ_ｂ）。一方、接合部の回転角度φ_ｊは、上フランジ側での小梁の水平変位δ_ｆｔと下フランジ側での小梁の水平変位δ_ｆｂを小梁の断面高さｚ_ｊで割ることによって算出される（φ_ｊ＝（δ_ｆｔ−δ_ｆｂ）／ｚ_ｊ）。

グラフに示されるように、ボルトを小梁ウェブの高さ中心線よりも上側にのみ配置した本実施形態の例（ＮＯ．３ｄ）の方が、ボルトを小梁ウェブの高さ方向について均等に配置した参考例（ＮＯ．３）よりも同じ接合部の回転角度φ_ｊに対してモーメントＭ_ｊ、すなわち曲げ耐力が大きい。これは、上記で説明したように、上フランジを介して引張力が伝達されない場合、下フランジから離れた位置、具体的には小梁ウェブの高さ中心線よりも上側に配置されるボルトが多いほど、ボルトのすべり抵抗による曲げ抵抗に寄与するモーメントの総和が大きくなることによって曲げ耐力が向上することを示している。

さらに、グラフに示されるように、接触部材の寸法が小梁下フランジの幅よりも小さい場合は、全体的に本実施形態の例（ＮＯ．３ｄ）のモーメントＭ_ｊが参考例（ＮＯ．３）を上回る。また、小梁下フランジが全幅でリブに接合される場合も、小梁の変位開始から弾性限界を過ぎるまでは本実施形態の例（ＮＯ．８ｄ）のモーメントＭ_ｊが参考例（ＮＯ．８）を上回る。この結果も、本実施形態において小梁ウェブの高さ中心線よりも上側にボルトを配置する構成によって梁接合構造の曲げ耐力が向上することを示している。また、接触部材の寸法が小梁下フランジの幅よりも小さく、かつ小梁ウェブの高さ中心線よりも上側にボルトを配置する本実施形態の例（ＮＯ．３ｄ）において最もモーメントＭ_ｊが大きくなることから、接触部材のような圧縮力伝達手段の圧縮耐力を小梁下フランジの断面圧縮耐力よりも小さくする構成と、本実施形態のようなボルト配置とを組み合わせることには相乗効果があることがわかる。

図７は、図４および図５に示した解析において接合部で発生するモーメントの大きさを、図６とは小梁ウェブとフィンプレートとの間の摩擦係数μ_１の設定が異なる場合（ＮＯ．４およびＮＯ．４ｄ）について示すグラフである。グラフに示された例では、小梁の変位開始から弾性限界を過ぎるまでの区間で本実施形態の例のモーメントＭ_ｊが参考例を上回る。

表２には、上記の各ケースにおける初期回転剛性Ｓ_ｊ、降伏モーメント抵抗Ｍ_ｊ，ｙ、および塑性モーメント抵抗Ｍ_ｊ，ｐｌが、それぞれ示されている。これらの特徴値の算出方法は、図８に示されている。一般に、設計上接合部に作用すると想定される曲げモーメントＭ_ｊ（図６および図７の縦軸の値）が、降伏モーメント抵抗Ｍ_ｊ，ｙ以下であることを確認して、初期回転剛性Ｓ_ｊを用いて梁たわみを計算する。接合部に作用すると想定される曲げモーメントＭ_ｊが降伏モーメント抵抗Ｍ_ｊ，ｙを超える場合には、永久変形（荷重を除いても変形が残る状態）が生じてしまい、初期回転剛性Ｓ_ｊをたわみ計算に用いることができない。本実施形態で想定する施工時の荷重に対しては、通常、接合部は弾性変形（永久変形が生じない状態）に留めるため、降伏モーメント抵抗Ｍ_ｊ，ｙが大きいほど施工時に大きい荷重に耐えられることを意味する。

図９は、本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造の別の例を示す図である。図示された例では、小梁１の下フランジ１２およびウェブ１３が大梁２のウェブ２３付近まで延び、小梁１の上フランジ１１およびウェブ１３の一部が大梁２の上フランジ２１と干渉する部分において切り欠かれている。これによって、小梁１の下フランジ１２の端面は大梁２のウェブ２３に対向し、接触部材４は小梁１の下フランジ１２と大梁２のウェブ２３との間に介挿される。従って、図示された例では大梁２とフィンプレート３１とが支持部材を構成し、大梁２のウェブ２３に小梁１の下フランジ１２から接触部材４を介して圧縮力が伝達される。この例でも、上記の例と同様に、ボルト３３をウェブ１３の高さ中心線ＣＬよりも上側に配置することによって、施工中における梁接合構造の剛性を向上させることができる。

図１０は、本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造のさらに別の例を示す図である。図示された例では、小梁１の断面高さ（梁せい）と、大梁２の断面高さ（梁せい）とが等しい。これによって、小梁１の下フランジ１２の材軸方向の端面は大梁２の下フランジ２２の幅方向の側端面に対向し、接触部材４は小梁１の下フランジと大梁２の下フランジ２２との間に介挿される。従って、図示された例では大梁２とフィンプレート３１とが支持部材を構成し、大梁２の下フランジ２２に小梁１の下フランジ１２から接触部材４を介して圧縮力が伝達される。この例でも、上記の例と同様に、ボルト３３をウェブ１３の高さ中心線ＣＬよりも上側に配置することによって、施工中における梁接合構造の剛性を向上させることができる。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造のさらに別の例を示す図である。図示された例では、ＲＣ梁７、ベースプレート８１およびフィンプレート８２が支持部材を構成する。ＲＣ梁７は、コンクリート７１と、コンクリート７１に埋設される鉄筋７２とを含む。鉄筋７２は、小梁１に直交する方向に延びる主筋７２Ａと、スターラップ７２Ｂとを含む。ベースプレート８１は、ベースプレート８１に接合されるアンカー８４がコンクリート７１に定着させられることによってＲＣ梁７に接合される。フィンプレート８２は、ベースプレート８１に溶接され、小梁１のウェブ１３にボルト８３を用いて接合される。他の例では、小梁１のウェブ１３がベースプレート８１に溶接され、フィンプレート８２が設けられなくてもよい。接触部材４は、小梁１の下フランジ１２の端面とベースプレート８１との間に介挿される。小梁１およびＲＣ梁７の上方に配置されるＲＣスラブ５は、シアコネクタ６によって小梁１に接合される。一方、ＲＣ梁７は、鉄筋７２を上面から露出した状態でコンクリート７１を打設し、その後に上方にＲＣスラブ５のコンクリート５１を打設して鉄筋７２をコンクリート５１に定着させることによってＲＣスラブ５に接合される。この例でも、上記の例と同様に、ボルト８３をウェブ１３の高さ中心線ＣＬよりも上側に配置することによって、施工中における梁接合構造の剛性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。図１２に示される梁接合構造は、小梁１と、大梁２と、フィンプレート３１と、リブ３２と、ＲＣスラブ５と、シアコネクタ６とを含む。上記の各部材の構成は第１の実施形態と同様である。フィンプレート３１が高さ中心線ＣＬよりも上側でウェブ１３に重なり、ウェブ１３をフィンプレート３１に接合するボルト３３が高さ中心線ＣＬの上側にのみ配置されるため、高さ中心ＣＨを回転中心とするウェブ１３の面内回転に対して、回転抵抗は高さ中心線ＣＬの上側でのみ作用し、高さ中心線ＣＬの下側では回転抵抗が実質的に０である点も上記の第１の実施形態と同様である。本実施形態では、接触部材が配置されず、代わりに小梁１の下フランジ１２とリブ３２との間に形成される突合せ溶接部９Ａが圧縮力伝達手段として機能する。具体的には、突合せ溶接部９Ａは、小梁１の下フランジ１２の端面と、支持部材を構成し下フランジ１２に平行な板状部分であるリブ３２の端面との間に、裏当金９１を用いて形成される。本実施形態において、下フランジ１２またはリブ３２の端面に開先が形成されていてもよい。

本実施形態では、突合せ溶接部９Ａを介して圧縮力が小梁１の下フランジ１２からリブ３２に伝達される。従って、突合せ溶接部９Ａを通る圧縮力の作用線からより遠い位置、すなわち高さ中心線ＣＬの上側にボルト３３を配置することによって、施工中にＲＣスラブ５のコンクリート５１が硬化する前の状態における梁接合構造の剛性を向上させられる点は上記の第１の実施形態と同様である。ボルト３３が高さ中心線ＣＬの下側にも配置されてもよく、その場合は上記の式（１）が満たされればよい点も第１の実施形態と同様である。また、下フランジ１２の幅方向における突合せ溶接部９Ａの寸法について、図３を参照して説明した接触部材４Ａ，４Ｂの例と同様に、突合せ溶接部９Ａの合計寸法が下フランジ１２の幅よりも短い場合に、突合せ溶接部９Ａを形成する溶接金属と下フランジ１２との間で材料強度が同程度であれば突合せ溶接部９Ａの圧縮耐力が下フランジ１２の断面圧縮耐力よりも小さくなる。このような寸法差をもたせるとともに、あるいは寸法差がない場合（突合せ溶接部が下フランジの全幅に形成される場合）であっても、突合せ溶接部９Ａを形成する溶接金属の材料強度を下フランジ１２の材料強度よりも小さくしてもよい。このような構成によって、小梁１の回転中心を高さ中心ＣＨに近づけ、高さ中心線ＣＬの上側に配置されたボルト３３のすべりを抑制することによって曲げ耐力をより確実に発揮させることができる。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係る梁接合構造の別の例を示す図である。図示された例では、小梁１の下フランジ１２が、リブ３２の上面に載せかけられるように配置されており、載せかけられた下フランジ１２の端面とリブ３２の上面との間に隅肉溶接部９Ｂが形成される。この場合も、支持部材を構成するリブ３２と小梁１との間で隅肉溶接部９Ｂを介して圧縮力が伝達される。従って、ボルト３３をウェブ１３の高さ中心線ＣＬよりも上側に配置することによって、施工中における梁接合構造の剛性を向上させることができる。なお、例えば上記で図９から図１１に示されたような小梁１と大梁２との接合部においても、接触部材を図１２または図１３に示されたような溶接部に置き換えることが可能である。また、図１３に示された例とは逆にリブが下フランジの上面に載せかけられ、リブの端面と下フランジの上面との間に隅肉溶接部が形成されてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載され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、これらについても、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…小梁、１１…上フランジ、１２…下フランジ、１３…ウェブ、２…大梁、２１…上フランジ、２２…下フランジ、２３…ウェブ、３１，３１Ｐ…フィンプレート、３２…リブ、３３，３３Ｐ，３３Ｑ…ボルト、４，４Ａ，４Ｂ…接触部材、５…ＲＣスラブ、５１…コンクリート、５２…鉄筋、５３…デッキプレート、６…シアコネクタ、７…ＲＣ梁、７１…コンクリート、７２…鉄筋、７２Ａ…主筋、７２Ｂ…スターラップ、８１…ベースプレート、８２…フィンプレート、８３…ボルト、８４…アンカー、９Ａ…突合せ溶接部、９Ｂ…隅肉溶接部、９１…裏当金、ＣＨ…高さ中心、ＣＬ…高さ中心線。

Claims (14)

1. 第１の上フランジ、第１の下フランジおよび第１のウェブを有する第１のＨ形断面梁と、前記第１のＨ形断面梁の長手方向端面に対向する支持部材とを備え、
   前記支持部材は、前記第１のウェブに接合される第１の部分、および前記第１の下フランジに作用する圧縮力が第１の圧縮力伝達手段によって伝達される第２の部分を含み、前記第１の上フランジに直接的に接合される部分を含まず、
   前記第１のＨ形断面梁の長手方向端面における前記第１のウェブの高さ中心を回転中心とする前記第１のウェブの面内回転に対して、前記第１の部分と前記第１のウェブとの接合による回転抵抗は、前記第１のウェブの高さ中心線の上側で前記第１のウェブの高さ中心線の下側よりも大きい、梁接合構造。
2. 前記第１のウェブは前記第１の部分にボルト接合され、
   前記高さ中心線の上側に配置されるボルトの耐力と前記高さ中心線からの距離との積の総和は、前記高さ中心線の下側に配置されるボルトの耐力と前記高さ中心線からの距離との積の総和よりも大きい、請求項１に記載の梁接合構造。
3. 前記高さ中心線の上側に配置されるボルトの数は、前記高さ中心線の下側に配置されるボルトの数よりも多い、請求項１または請求項２に記載の梁接合構造。
4. 前記第１のウェブを前記第１の部分に接合するボルトは、前記高さ中心線の上側にのみ配置される、請求項１または請求項２に記載の梁接合構造。
5. 前記第１の圧縮力伝達手段の圧縮耐力は、前記第１の下フランジの断面圧縮耐力よりも小さい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の梁接合構造。
6. 前記第１の圧縮力伝達手段は、前記第１の下フランジの端面と前記第２の部分との間に介挿される接触部材である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の梁接合構造。
7. 前記接触部材は、一様な断面形状を有する、請求項６に記載の梁接合構造。
8. 前記第２の部分は、前記第１の下フランジに平行な板状部分であり、
   前記第１の圧縮力伝達手段は、前記第１の下フランジの端面と前記板状部分の端面との間に形成される突合せ溶接部である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の梁接合構造。
9. 前記第２の部分は、前記第１の下フランジに平行な板状部分であり、
   前記第１の圧縮力伝達手段は、前記第１の下フランジまたは前記板状部分のいずれか一方の端面と他方の上面との間に形成される隅肉溶接部である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の梁接合構造。
10. コンクリート、および前記コンクリートに埋設され少なくとも前記第１のＨ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含み、前記第１のＨ形断面梁および前記支持部材の上方に配置されるＲＣスラブまたはデッキ合成スラブと、
    前記第１の上フランジおよび前記支持部材にそれぞれ接合されるとともに、前記ＲＣスラブまたは前記デッキ合成スラブを構成するコンクリートに定着させられる係止部材と
    をさらに備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の梁接合構造。
11. 前記第１の圧縮力伝達手段の圧縮耐力は、前記梁接合構造における前記ＲＣスラブまたは前記デッキ合成スラブの有効幅領域内に配置された前記引張力伝達部材の引張耐力、および前記第１のＨ形断面梁の負曲げ領域内に配置された前記係止部材のせん断耐力のうち小さい方の耐力以上である、請求項１０に記載の梁接合構造。
12. 前記支持部材に対して前記第１のＨ形断面梁の反対側に配置され、第２の上フランジ、第２の下フランジおよび第２のウェブを有する第２のＨ形断面梁をさらに備え、
    前記支持部材は、前記第２のＨ形断面梁の長手方向端面に対向し、前記第２のウェブにボルト接合される第３の部分、および前記第２の下フランジから第２の圧縮力伝達手段によって圧縮力が伝達される第４の部分をさらに含み、前記第２の上フランジに直接的に接合される部分を含まず、
    前記第２のＨ形断面梁の長手方向端面における前記第２のウェブの高さ中心を回転中心とする前記第２のウェブの面内回転に対して、前記第３の部分と前記第２のウェブとの接合による回転抵抗は、前記第２のウェブの高さ中心線の上側で前記第２のウェブの高さ中心線の下側よりも大きい、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の梁接合構造。
13. 前記第２の圧縮力伝達手段の圧縮耐力は、前記第２の下フランジの断面圧縮耐力よりも小さい、請求項１２に記載の梁接合構造。
14. 前記支持部材は、第３の上フランジ、第３の下フランジおよび第３のウェブを有する第３のＨ形断面梁であり、
    前記第２の部分は、前記第３の下フランジの側端面であり、
    前記第１のＨ形断面梁と前記第３のＨ形断面梁との断面高さが等しい、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の梁接合構造。

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