JP2023012013A

JP2023012013A - 柱梁接合構造

Info

Publication number: JP2023012013A
Application number: JP2021115401A
Authority: JP
Inventors: 伸中島; Shin Nakajima; 正博中島; Masahiro Nakajima; 英樹加納; Hideki Kano
Original assignee: Nakajima Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: Nakajima Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-25

Abstract

【課題】ノンダイアフラム形式の架構において、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有する柱梁接合構造を提供する。【解決手段】柱梁接合構造１０は、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと、梁１３と、仕口コア１２と、水平ハンチ３１と、を備える。仕口コア１２は、仕口コア１２の板厚ｔｐと、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃとの関係が、ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５となるように形成され、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅと、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃとの関係が、ｅ≧Ｂｃ／４となるように形成される。水平ハンチ３１は、水平ハンチ３１の幅方向の長さＷと、仕口コア１２の平板部１２ｓの幅方向の長さＷ１との関係が、Ｗ≧Ｗ１となるように形成され、水平ハンチ３１の長さ方向の長さＬと、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃ及びフランジ１３ａの幅方向の長さＷ２と、の関係が、Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２となるように形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、角形鋼管によって構成される柱部と、Ｈ形鋼によって構成される梁部と、角形鋼管によって構成されて前記柱部と前記梁部との接続部分となるノンダイアフラム形式の仕口部と、を備える柱梁接合構造に関するものである。

従来、この種の柱梁接合構造は、複数の鋼管を溶接結合することによって構成されており、その際の溶接結合としては、例えば、通しダイアフラム形式、内ダイアフラム形式等の接合形式がある。
しかしながら、これら通しダイアフラム形式、内ダイアフラム形式等の接合形式によると、組立て工数（溶接箇所）が多く、且つ溶接長さが長くなるため、全体の作業が複雑化するという問題点があった。また、これら接合形式によると、柱部の内側に設けられるダイアフラムが柱部の外側から目視できないため、ダイアフラムが柱部の内側に適切に設けられているかを確認できないという問題があった。

そこで、このような問題点を解決したものとして、柱部と梁部との接続部分となる仕口部に熱間成形によって成形された厚肉の短尺角形鋼管を採用したノンダイアフラム形式の柱梁接合構造が提供されている（例えば、特許文献１）。このような熱間成形によって得た厚肉の短尺角形鋼管を採用した柱梁接合構造によると、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、全体の作業が簡略化できる。また、柱部の内側にダイアフラムを設けないため、ダイアフラムを柱部の外側から確認する必要がない。

特開２００３－２６８８７７号公報

しかしながら、特許文献１の柱梁接合構造では、柱部と梁部との接続部分である仕口部に、地震等による外力が加わると、梁部の接合端部に大きな応力やひずみが集中する。そのため、梁部の接合端部の損傷や梁部の押し込みによる仕口部の変形が生じる場合がある。そして、特許文献１の柱梁接合構造のようなノンダイアフラム形式の架構では、上記仕口部の変形が、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構において生じる上記仕口部の変形と比べて大きいという問題がある。すなわち、特許文献１の柱梁接合構造のようなノンダイアフラム形式の架構では、その剛性が、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構の剛性と比べて小さいという問題がある。

そこで、本発明は、ノンダイアフラム形式の架構において、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有する柱梁接合構造を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の柱梁接合構造は、角形鋼管により構成される柱部と、一対のフランジと、前記フランジを連結するウェブと、を有するＨ形鋼によって構成される梁部と、角形鋼管によって構成され、前記柱部と前記梁部との接続部分となるノンダイアフラム形式の仕口部と、前記フランジの一端側の端面と前記仕口部の側面との間に設けられる平板状の水平ハンチと、を備える柱梁接合構造であって、前記仕口部は、前記仕口部の板厚ｔｐと、前記柱部の外径Ｂｃとの関係が、ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５となるように形成され、前記仕口部の上端及び／又は下端と前記梁部の上端及び／又は下端との間に形成される余長部の余長ｅと、前記柱部の外径Ｂｃとの関係が、ｅ≧Ｂｃ／４となるように形成され、前記水平ハンチは、前記水平ハンチの幅方向の長さＷと、前記仕口部の平板部における幅方向の長さＷ１との関係が、Ｗ≧Ｗ１となるように形成され、前記水平ハンチの長さ方向の長さＬと、前記柱部の外径Ｂｃ及び前記フランジの幅方向の長さＷ２と、の関係が、Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２となるように形成されるものである。

本発明の柱梁接合構造によれば、柱梁接合部の梁材端である梁部のフランジの一端側に、所定の条件によって形成される水平ハンチを設け、さらに、所定の条件によって形成されたノンダイアフラム形式の仕口部を組み合わせることから、架構の剛性を大きくすることができ、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有するノンダイアフラム形式の架構を構成することができる。そのため、ノンダイアフラム形式を採用した建物の構造設計において、梁の梁端部を剛接合としてモデル化することができる。

本発明に係る柱梁接合構造の要部の一部切り欠き斜視図である。本発明に係る柱梁接合構造の要部の縦断正面図である。本発明に係る柱梁接合構造の要部の横断平面図である。本発明に係る柱梁接合構造の要部の一部拡大横断平面図である。ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造の解析モデルを示す概要図である。ＦＥＭ解析に用いたＧｅｎｅｒａｌＹｉｅｌｄ法の概要図である。ＦＥＭ解析の結果一覧を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。まず、本発明に係る柱梁接合構造１０について説明する。なお、本発明は、以下に説明する柱梁接合構造１０に限定されるものではない。

図１に示すように、柱梁接合構造１０は、上下方向に延設される上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ（「柱部」の一例）と、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの間に配設される仕口コア１２（「仕口部」の一例）と、仕口コア１２の四方に向く外側面１２ｃのそれぞれから水平方向に延びて設けられる梁１３（「梁部」の一例）と、仕口コア１２の外側面１２ｃと梁１３の一端側の端面との間に設けられるビルドＨ形鋼３０と、から構成される。

図１から図３に示すように、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、加熱炉等の加熱手段によって加熱され、成形ロール装置等の成形手段によって熱間成形された長尺の角形鋼管である。柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃ（シャフト幅）は、２００ｍｍから５５０ｍｍである。柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃは、９ｍｍから２５ｍｍである。柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの隅角部分１１ａの外側曲率半径は、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃの２．０倍から３．０倍となるように設定されている。柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、切削加工装置等の加工手段によって、その端部の外側部分を切削加工することで、所定角度の開先部が形成されている。

仕口コア１２は、加熱炉等の加熱手段によって加熱され、成形ロール装置等の成形手段によって熱間成形された短尺の角形鋼管である。図１から図３に示すように、仕口コア１２は、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと梁１３との接続部であり、ノンダイアフラム形式によって構成される。仕口コア１２の長手方向（鉛直方向）の高さＨ１は、梁１３の高さＨ２（上下のフランジ１３ａ間の高さ）より長くなるように設定されている。仕口コア１２の外径Ｂｐは、２２０ｍｍから５７５ｍｍである。仕口コア１２の板厚（パネル厚）ｔｐは、１９ｍｍから５０ｍｍである。ここで、仕口コア１２の板厚（パネル厚）ｔｐは、接合される柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径（シャフト幅）Ｂｃとの関係で決定され、仕口コア１２の板厚（パネル厚）ｔｐと、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径（シャフト幅）Ｂｃとの関係が、ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５となるように形成される。例えば、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃが４００ｍｍの場合には、仕口コア１２の板厚ｔｐは、４５ｍｍ以上に設定される。仕口コア１２の隅角部分１２ａの外側曲率半径は、仕口コア１２の板厚ｔｐの１．５倍から２．５倍に設定される。ここで、仕口コア１２の隅角部分１２ａの外側曲率半径とは、仕口コア１２における隣り合う内側面と外側面を直交する辺と４５度の角度をなす線と隅角部分１２ａの外側の交点での曲率半径をいう。

図１及び図２に示すように、柱梁接合構造１０では、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと、仕口コア１２と、が直線状に配置される。具体的には、下側の柱シャフト１１Ｂの上端部に仕口コア１２の下端部が配置され、上側の柱シャフト１１Ａの下端部に仕口コア１２の上端部が配置される。すなわち、仕口コア１２を柱シャフト１１Ａ、１１Ｂによって上下方向から挟み込むように配置される。柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと仕口コア１２とは、外側から溶接１７によって接合される。柱梁接合構造１０では、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面に載置可能となるように、仕口コア１２の外径Ｂｐが、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃより長く設定されている。

図１から図３に示すように、梁１３は、Ｈ形鋼によって形成される。梁１３は、対向する２枚の平板状のフランジ１３ａと、対向するフランジ１３ａの間に形成されるウェブ１３ｂと、から構成されている。梁１３は、フランジ１３ａが上下方向に対向した位置となるように配置され、フランジ１３ａ及びウェブ１３ｂの一端側がビルドＨ形鋼３０に溶接接合される。

ビルドＨ形鋼３０は、略Ｈ字状の部材である。ビルドＨ形鋼３０の一端は、梁１３の一端に溶接接合され、ビルドＨ形鋼３０の他端は、仕口コア１２の外側面１２ｃに溶接整合される。これにより、ビルドＨ形鋼３０は、仕口コア１２の外側面１２ｃと梁１３の一端との間に設けられて、仕口コア１２と梁１３とを接合する。ビルドＨ形鋼３０は、対向する２枚の平板状の水平ハンチ３１と、対向する水平ハンチ３１の間に形成される仕切り板３２と、から構成される。

水平ハンチ３１は、梁１３のフランジ１３ａと同じ厚みの略長方形状の平板状の部材によって構成される。水平ハンチ３１の一端面は、フランジ１３ａの一端面に溶接接合される。水平ハンチ３１の他端面は、仕口コア１２の外側面１２ｃに溶接接合される。具体的には、水平ハンチ３１の一端側とフランジ１３ａの一端側に第１裏当て金３３を当接させた状態で、水平ハンチ３１とフランジ１３ａとを溶接３４によって接合する。また、水平ハンチ３１の他端側と仕口コア１２の外側面１２ｃに第２裏当て金３５を当接させた状態で水平ハンチ３１と仕口コア１２の外側面１２ｃとを溶接３６によって接合する。仕口コア１２の外側面１２ｃと梁１３の一端との間に水平ハンチ３１を設けることで、仕口コア１２に生じる応力が小さくなり、仕口コア１２の鋼管壁の面外変形が小さくなる。

図４に示すように、水平ハンチ３１のフランジ幅（フランジ１３ａの一端面及び仕口コア１２の外側面１２ｃに溶接接合される部分の長さ）Ｗは、仕口コア１２の平板部１２ｓにおける幅方向の長さＷ１（仕口コア１２の各側面の両端の２つのＲ止まりＲ０間の長さ）以上（Ｗ≧Ｗ１）の長さである。具体的には、水平ハンチ３１のフランジ幅Ｗは、水平ハンチ３１の他端面が仕口コア１２の側面（平板部１２ｓ）に溶接接合される際に、水平ハンチ３１の端面の両端のそれぞれを、中間位置Ｒ２（仕口コア１２の隅角部分１２ａの頂点Ｒ１と、頂点Ｒ１を含む隅角部分１２ａのＲ止まりＲ０と、の中間位置）に配置可能な長さに設定される。ここで、図４に示すように、仕口コア１２の隅角部分１２ａの頂点Ｒ１とは、仕口コア１２の隅角部分１２ａの外径側面と仕口コア１２の対角線Ｔとが交わる位置をいう。また、隅角部分１２ａのＲ止まりＲ０とは、隅角部分１２ａの外径側面であって隅角部分１２ａの湾曲部分が終了する位置（仕口コア１２の側面における平板部１２ｓが開始する位置）をいう。

水平ハンチ３１のフランジ長さ（フランジ幅Ｗと水平に直交する方向の長さ）Ｌは、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃと、フランジ１３ａの幅（水平ハンチ３１に溶接接合される部分の長さ）Ｗ２と、の関係から設定される。具体的には、水平ハンチ３１は、フランジ長さＬが、Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２となるように形成される。例えば、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃが４００ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２が２００ｍｍの場合には、水平ハンチ３１のフランジ長さＬは、２００ｍｍ以上に設定される。ノンダイアフラム形式の仕口コア１２においては、仕口コア１２の頂部及び底部に設けられる水平ハンチ３１のフランジ長さＬが、ノンダイアフラム形式の架構の剛性及び耐力に大きく影響を及ぼす。

図１から図３に示すように、仕切り板３２は、梁１３のウェブ１３ｂと同じ厚みの平板状の部材によって構成される。仕切り板３２の一端面は、ウェブ１３ｂの一端面に溶接接合される。仕切り板３２の他端面は、仕口コア１２の外側面１２ｃに溶接接合される。

仕口コア１２の余長部１５（仕口コア１２の上端及び／又は下端と梁１３のフランジ１３ａの上端（上面）及び／又は下端（下面）との間に形成される部分）の余長ｅは、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃに基づいて設定されている。具体的には、仕口コア１２の余長部１５は、余長ｅが、ｅ≧Ｂｃ／４となるように形成される。例えば、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃが４００ｍｍの場合には、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅは、１００ｍｍ以上に設定される。

以上のように、柱梁接合構造１０では、仕口コア１２が、ノンダイアフラム形式によって構成されている。また、仕口コア１２の板厚ｔｐと、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃとの関係が、ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５となるように、仕口コア１２が増厚コラムに形成されている。さらに、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅと、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃとの関係が、ｅ≧Ｂｃ／４となるように、仕口コア１２の余長部１５が形成されている。さらに、梁１３が、梁端に水平ハンチ３１のビルドＨ形鋼３０を含むＨ形鋼の梁によって構成されている。また、水平ハンチ３１の幅方向の長さＷと、仕口コア１２の平板部１２ｓにおける幅方向の長さＷ１との関係が、Ｗ≧Ｗ１となるように、水平ハンチ３１が形成されている。さらに、水平ハンチ３１の長さ方向の長さＬと、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂｃ及びフランジ１３ａの幅Ｗ２と、の関係が、Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２となるように、水平ハンチ３１が形成されている。以上のような条件で柱梁接合構造１０を構成することで、柱梁接合構造１０は、ノンダイアフラム形式の架構において、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有する柱梁接合構造を構成することができる。

次に、本発明の効果をＦＥＭ解析によって確認したため、これについて以下の実施例で説明する。

以下の実施例１－１から１－５Ａでは、柱梁接合構造１０における柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを、□－４００×４００×１９（Ｒ＝７５）、ＳＨＣ４９０Ｂの熱間ロール成形の角形鋼管によって構成し、梁１３を、Ｈ－６００×３００×１２×２２、Ｆ値２３５Ｎ／ｍｍ^２又は３２５Ｎ／ｍｍ^２、ＳＮ４００Ｂ又はＳＮ４９０ＢのＨ形鋼で構成した、ノンダイアフラム形式の十字形架溝（試験体）を用いてＦＥＭ解析を行った。

実施例１－１、１－１Ａにおける十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×４０（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例１－１では、仕口コア１２の板厚（パネル厚）ｔｐを４０ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１００ｍｍ、フランジ１３ａの幅（梁幅）Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。実施例１－１Ａでは、仕口コア１２の板厚ｔｐを４０ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１００ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を３２５Ｎ／ｍｍ^２とした。さらに、実施例１－１、１－１Ａにおける十字形架溝の梁１３は、ＳＮ４９０ＢのＨ形鋼で構成した。

実施例１－２における十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×４０（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例１－２では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４０ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを５０ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。さらに、実施例１－２における十字形架溝の梁１３は、ＳＮ４００ＢのＨ形鋼で構成した。

実施例１－３における十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×３６（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例１－３では、仕口コア１２の板厚ｔｐを３６ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１００ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。さらに、実施例１－３における十字形架溝の梁１３は、ＳＮ４００ＢのＨ形鋼で構成した。

実施例１－４、１－５、１－５Ａにおける十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×４５（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例１－４では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４５ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを５０ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。また、実施例１－５では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４５ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを３０ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。さらに、実施例１－５Ａでは、仕口コア１２の板厚ｔｐを４５ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを３０ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を３００ｍｍ、梁１３のＦ値を３２５Ｎ／ｍｍ^２とした。さらにまた、実施例１－４、１－５、１－５Ａにおける十字形架溝の梁１３は、ＳＮ４９０ＢのＨ形鋼で構成した。

比較例１

実施例１―１から１－５Ａに対する比較例１では、柱梁接合構造１０における柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを、□－４００×４００×１９（Ｒ＝７５）、ＳＨＣ４９０Ｂの熱間ロール成形の角形鋼管によって構成し、梁１３を、Ｈ－６００×３００×１２×２２、ＳＮ４００ＢのＨ形鋼で構成した通しダイアフラム形式の十字形架溝（試験体）を用いてＦＥＭ解析を行った。

比較例１における十字形架溝の仕口コア１２は、□－４００×４００×１９（Ｒ＝７５）、ＳＨＣ４９０Ｂの熱間成形の角形鋼管によって構成した。さらに、ダイアフラムは、板厚２８ｍｍ、ＳＮ４９０Ｃの板材で構成した。

以下の実施例２－１から２－４では、柱梁接合構造１０における柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを、□－４００×４００×１９（Ｒ＝７５）、ＳＨＣ４９０Ｂの熱間ロール成形の角形鋼管によって構成し、梁１３を、Ｈ－６００×２００×１２×２２、Ｆ値２３５Ｎ／ｍｍ^２又は３２５Ｎ／ｍｍ^２、ＳＮ４００ＢのＨ形鋼で構成したノンダイアフラム形式の十字形架溝（試験体）を用いてＦＥＭ解析を行った。

実施例２－１、２－２における十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×４０（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例２－１では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４０ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１００ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を２００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。また、実施例２－２では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４０ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１５０ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を２００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。

実施例２－３、２－３Ａにおける十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×４５（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例２－３では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４５ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１００ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を２００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。さらに、実施例２－３Ａでは、仕口コア１２の板厚ｔｐを４５ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを１００ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を２００ｍｍ、梁１３のＦ値を３２５Ｎ／ｍｍ^２とした。

実施例２－４における十字形架溝の仕口コア１２は、□－４１０×４１０×４５（Ｒ＝８０）、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管によって構成した。なお、実施例２－４では、仕口コア１２の板厚ｔｐを４５ｍｍ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを５０ｍｍ、フランジ１３ａの幅Ｗ２を２００ｍｍ、梁１３のＦ値を２３５Ｎ／ｍｍ^２とした。

比較例２

実施例２－１から２－４に対する比較例２では、柱梁接合構造１０における柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを、□－４００×４００×１９（Ｒ＝７５）、ＳＨＣ４９０Ｂの熱間ロール成形の角形鋼管によって構成し、梁１３を、Ｈ－６００×２００×１２×２２、ＳＮ４００ＢのＨ形鋼で構成した通しダイアフラム形式の十字形架溝（試験体）を用いてＦＥＭ解析を行った。

比較例２における十字形架溝の仕口コア１２は、□－４００×４００×１９（Ｒ＝７５）、ＳＨＣ４９０Ｂの熱間成形の角形鋼管によって構成した。さらに、ダイアフラムは、板厚２８ｍｍ、ＳＮ４９０Ｃの板材で構成した。

図５に示すように、本実施例においては、上記試験体を１／２対称モデルでモデル化を行った。仕口コア１２、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ、梁１３の部材端部から部材中央までは８節点ソリッド要素（完全積分要素）でモデル化し、部材中央から部材先端までは２節点梁要素（線形材料要素）でモデル化した。梁要素とソリッド要素の接続は、接続位置で平面保持が成立するように、梁要素端接点を独立節点とし、ソリッド要素フェース節点を従属節点に設定した。拘束条件としては、ソリッド要素部は対称面で面外方向への変位を拘束し（Ｕ_ｚ＝０）、梁要素部は面外変位、面外方向への回転及び捩れ回転を拘束し（Ｕ_ｚ＝０、θ_ｘ＝０、θ_ｙ＝０）、加力点以外の梁要素先端は、材軸方向自由とするローラ支持を行う（梁１３：Ｕ_ｙ＝０、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ：Ｕ_ｘ＝０）。解析は材料幾何学的非線形を考慮し、上部の柱シャフト１１Ａの先端位置での変位制御による増分解析とした（層間変形角で１／１０ｒａｄまで）。

また、ＦＥＭ荷重変形によって得られる降伏耐力Ｑｙ及びＦＥＭ荷重変形によって得られる全塑性耐力Ｑｐは、図６に示すＧｅｎｅｒａｌＹｉｅｌｄ法によって算出した。なお、図７におけるｓＱｙは、各部位短期耐力から決まる架構の短期水平耐力（ｋＮ）であり、ｓＱｐは、各部位短期耐力から決まる架構の全塑性耐力（ｋＮ）であり、ｓＫｊは、仕口コア１２の側面の外曲げ回転剛性（ｋＮ．ｍ／ｒａｄ）であり、Ｋ０は、ＦＥＭ荷重変形によって得られる初期剛性（ｋＮ／ｍｍ）であり、Ｋａは、ＦＥＭ荷重変形によって得られる短期降伏耐力ｓＱｙ時の割線剛性（ｋＮ／ｍｍ）であり、ＴＤＫ０は、同梁幅の通しダイアフラム形式架構の初期剛性（ｋＮ／ｍｍ）である。

本ＦＥＭ解析では、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ及び仕口コア１２に、熱間成形角形鋼管（ＳＨＣ材）を採用した水平荷重を受けるノンダイアフラム形式の十字形試験体を試験対象とし、仕口コア１２の板厚ｔｐ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅ、フランジ１３ａの幅Ｗ２、梁１３のＦ値（梁材基準強度Ｆｂ）を解析変数として、実施例１－１から１－５Ａ、実施例２－１から２－４、比較例１、２についてＦＥＭ解析を行い、比較、検討を行った。

図７に示すノンダイアフラム形式架構の水平耐力の計算値ｓＱｙ、ｓＱｐは、ＦＥＭ解析の結果に対して安全側の評価となり、構造設計での運用に問題はない。なお、梁１３の端部であるフランジ１３ａの縁部における応力が卓越することから、特に、フランジ１３ａの縁部が仕口コア１２のＲ部に掛かるような場合は、裏当て金やエンドタブ等によって溶接部を保持することが好ましい。

ノンダイアフラム形式架構の場合、仕口コア１２の板厚ｔｐ或いは仕口コア１２の余長部１５の余長ｅを増減させることで架構の水平剛性も増減するが、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅより仕口コア１２の板厚ｔｐの方が、架構の剛性に与える影響が大きい。なお、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃや鋼種によっては、仕口コア１２の板厚ｔｐより仕口コア１２の余長部１５の余長ｅの方が、架構の剛性に与える影響が大きくなる可能性がある。

ノンダイアフラム形式架構の場合、仕口コア１２の断面寸法（仕口コア１２の板厚ｔｐ、仕口コア１２の余長部１５の余長ｅ）が同じであっても、フランジ１３ａの幅Ｗ２によって仕口コア１２の面外曲げ回転剛性（割線剛性）Ｋｊが大きく変化し、架構の水平剛性に与える影響が大きい。

ノンダイアフラム形式架構の短期水平耐力ｓＱｙ時の割線剛性Ｋａは、梁１３における梁材の材料強度（梁材基準強度Ｆｂ）に大きな影響は受けない。

図７に示す仕口コア１２の面外曲げ回転剛性ｓＫｊによるＫｊは、誤差１０％の範囲に収まる精度で評価し、構造設計上の運用で問題ないと考えられるケースもあるが、誤差２０％を超えるようなケースも存在する。評価の傾向としては、梁１３における梁鋼材の梁材基準強度Ｆｂ＝２３５Ｎ／ｍｍ^２のケースは回転剛性を大きく評価する傾向にあり、Ｆｂ＝３２５Ｎ／ｍｍ^２のケースは回転剛性を小さく評価する傾向にある。

実施例１－１から１－５Ａ、及び実施例２－１から２－４において、ノンダイアフラム形式架構の割線剛性Ｋａと、通しダイアフラム形式の架構の初期剛性ＴＤＫ０と、の比Ｋａ／ＴＤＫ０が、「０．９５」を上回り、建物の構造設計における架構のモデル化で梁１３の梁端を節点に半剛接ではなく剛接合としてモデル化しても問題がないようなケースの試験体寸法を抜粋すると、図７に示すように、実施例１－１、１－１Ａ、１－４、１－５、１－５Ａ、２－３、２－３Ａの７ケースの実施例（図７においてハッチングされている実施例）となった。

この７ケースの実施例（実施例１－１、１－１Ａ、１－４、１－５、１－５Ａ、２－３、２－３Ａ）によって、梁１３の梁端が剛接合と見なせる共通条件は、以下の２つの条件となる。
（１）ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５
ｔｐ：仕口コア１２の板厚（パネル厚）
Ｂｃ：柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径（シャフト幅）
（２）ｅ≧Ｂｃ／４
ｅ：仕口コア１２の余長部１５の余長
Ｂｃ：柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径（シャフト幅）

さらに、梁１３の梁端に、水平ハンチ３１を有するビルドＨ形鋼３０を設けることで、梁１３の梁端は、剛接合としてモデル化して構造計算することができる。そのため、以下の２つの条件を満たす水平ハンチ３１を有するビルドＨ形鋼３０を配置することも考慮して、柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと、梁１３との組み合わせを行う。
（１）Ｗ≧Ｗ１
Ｗ：水平ハンチ３１のフランジ幅（フランジ１３ａの一端面及び仕口コア１２の外側面１２ｃに溶接接合される部分の長さ）
Ｗ１：仕口コア１２の平板部１２ｓにおける幅方向の長さ（仕口コア１２の各側面の両端の２つのＲ止まりＲ０間の長さ）
（２）Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２
Ｌ：水平ハンチ３１のフランジ長さ（フランジ幅Ｗと水平に直交する方向の長さ）
Ｂｃ：柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径（シャフト幅）
Ｗ２：フランジ１３ａの幅（水平ハンチ３１に溶接接合される部分の長さ）

以上のように、柱梁接合部の梁材端である梁１３のフランジ１３ａの一端側に、所定の条件（Ｗ≧Ｗ１、Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２）によって形成される水平ハンチ３１を設け、さらに、所定の条件（ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５、ｅ≧Ｂｃ／４）によって形成されたノンダイアフラム形式の仕口コア１２を組み合わせることから、架構の剛性を大きくすることができ、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有するノンダイアフラム形式の架構を構成することができる。そのため、ノンダイアフラム形式を採用した建物の構造設計において、梁１３の梁端部を剛接合としてモデル化することができる。

１０柱梁接合構造
１１Ａ柱シャフト（柱部）
１１Ｂ柱シャフト（柱部）
１２仕口コア（仕口部）
１２ｓ平板部
１３梁（梁部）
１３ａフランジ
１３ｂウェブ
３１水平ハンチ

Claims

角形鋼管により構成される柱部と、
一対のフランジと、前記フランジを連結するウェブと、を有するＨ形鋼によって構成される梁部と、
角形鋼管によって構成され、前記柱部と前記梁部との接続部分となるノンダイアフラム形式の仕口部と、
前記フランジの一端側の端面と前記仕口部の側面との間に設けられる平板状の水平ハンチと、
を備える柱梁接合構造であって、
前記仕口部は、
前記仕口部の板厚ｔｐと、前記柱部の外径Ｂｃとの関係が、ｔｐ≧（Ｂｃ／１０）＋５となるように形成され、
前記仕口部の上端及び／又は下端と前記梁部の上端及び／又は下端との間に形成される余長部の余長ｅと、前記柱部の外径Ｂｃとの関係が、ｅ≧Ｂｃ／４となるように形成され、
前記水平ハンチは、
前記水平ハンチの幅方向の長さＷと、前記仕口部の平板部における幅方向の長さＷ１との関係が、Ｗ≧Ｗ１となるように形成され、
前記水平ハンチの長さ方向の長さＬと、前記柱部の外径Ｂｃ及び前記フランジの幅方向の長さＷ２と、の関係が、Ｌ≧Ｂｃ－Ｗ２となるように形成されること
を特徴とする柱梁接合構造。