JP2023045974A - 接合部 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋼管柱と、梁、ブレース等の鋼製の横架材との接合部において、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮し、溶接作業に要する手間および施工時間を削減する。【解決手段】 鋼管柱と、鋼製の横架材との接合部において、前記鋼管柱内には、前記横架材に備えられる水平の板要素が取り付けられる高さに、内ダイアフラムが接合されており、前記内ダイアフラムの外周には、前記鋼管柱の内面のうち前記横架材の前記水平の板要素が取り付けられる側の部分と溶接接合されている第1接合領域と、前記第1接合領域とは異なる位置で前記鋼管柱の内面と溶接接合されている第2接合領域と、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域と、が設けられるようにする。【選択図】図1
Description
本発明は、鋼管柱と、水平の板要素を有する鋼製の横架材との接合部に関し、特に、鋼管柱内に内ダイアフラムが設けられる接合部に関する。
鉄骨造やコンクリート充填鋼管(CFT)構造の構造物において、鋼管柱と、水平の板要素を有する梁またはブレースとの接合部には、梁またはブレースから曲げモーメントが作用して、鋼管柱の側面に面外の変形が発生する。この面外変形が大きくなると、構造物の柱や梁等の主要構造部が本来有する耐力を十分発揮する前に、接合部の降伏が先行して発生し、構造物の層間変形角が過大となる結果、構造物全体の剛性が低下して早期に崩壊するおそれがある。
そこで、上記のような構造物の接合部においては、鋼管柱の側面の面外変形を抑制して接合部に十分な耐力を備えるべく、ダイアフラムと呼ばれる鋼板が水平方向に設けられ、梁のフランジやブレースから作用する押圧力または引張力がこのダイアフラムを介して柱に伝達されるようになっている。
ダイアフラムの主な形式としては、内ダイアフラム形式、通しダイアフラム形式、外ダイアフラム形式がある。このうち、鋼管柱の内側にダイアフラムが接合される内ダイアフラム形式では、ダイアフラムが鋼管柱の断面を貫通するように設けられる通しダイアフラム形式とは異なり、ダイアフラムおよび溶接材料に、梁と同じ強度のものを用いればよい。また、内ダイアフラム形式では、鋼管柱の内側にダイアフラムが納まるため、外ダイアフラムよりも柱の運搬性や施工性に優れる。
内ダイアフラムを鋼管柱の内側に溶接接合するにあたっては、柱が箱形断面四面溶接柱の場合にはエレクトロスラグ溶接が用いられ、柱がロールコラムやプレスコラム等の鋼製柱の場合にはCO2溶接が用いられる。内ダイアフラムを溶接接合するにあたって、エレクトロスラグ溶接が用いられる場合は、溶接線が交差する角部の処理に手間を要する。また、CO2溶接が用いられる場合は、手作業による溶接となるため、施工時間が長くなるという問題がある。
特許文献1には、鋼管柱とブレースとの接合部において、鋼管柱とブレースのガゼットプレートとの間に鉛直力伝達材および水平力伝達材を設けることにより、鋼管柱内の内ダイアフラムを省略する技術が開示されている。
また、特許文献2には、高さが異なる複数の梁が取り付けられる、通しダイアフラム形式の接合部において、これら複数の梁のフランジのうち他の梁のフランジと高さが合わないものを、柱の側面に配置されるコの字形の梁接合部材を介して柱に接合することで、柱の内部に内ダイアフラムを設けることなく接合部の剛性および耐力を確保する技術が開示されている。
また、特許文献3には、柱のうち接合部近傍の部分を、十分な板厚を有する接合部コアによって構成することで、柱にダイアフラムを設けることなく接合部の剛性および耐力を確保する技術が開示されている。
しかし、特許文献1に開示される技術では、鉛直力伝達材を柱に接合したり、水平力伝達材を梁に接合したりする必要があり、その手間が大きい。また、鉛直力伝達材が柱の外側に取り付けられ、水平力伝達材も梁の外側に取り付けられるため、柱や梁の運搬や現場作業に支障を生じる場合もある。
また、特許文献2に開示される技術では、梁接合部材の製作に手間を要し、また、手作業による溶接量も多くなるため、施工時間が長くなる。
また、特許文献3に開示される技術では、柱梁接合部コアの製作に手間を要し、柱梁接合部コアと柱との間を溶接接合する手間も生じるため、施工時間が長くなる。
上記課題を解決すべく、本発明は、鋼管柱と、梁、ブレース等の鋼製の横架材との接合部において、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮し、溶接作業に要する手間および施工時間を削減することが可能となる接合部を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。
[1] 鋼管柱と、鋼製の横架材との接合部であって、前記鋼管柱内には、前記横架材に備えられる水平の板要素が取り付けられる高さに、内ダイアフラムが接合され、前記内ダイアフラムの外周には、前記鋼管柱の内面のうち前記横架材の前記水平の板要素が取り付けられる側の部分と溶接接合されている第1接合領域と、前記第1接合領域とは異なる位置で前記鋼管柱の内面と溶接接合されている第2接合領域と、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域と、が設けられている、接合部。
ここで、前記鋼管柱には、箱形断面四面溶接柱を含むものとする。また、前記横架材には、梁およびブレースを含むものとする。
[2] 前記第2接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第1接合領域と対向する側に設けられている、[1]に記載の接合部。
[3] 前記第2接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第1接合領域を両側から挟む2箇所に一対で設けられている、[1]に記載の接合部。
[4] 一対の前記第2接合領域は、前記第1接合領域から等距離となるように対称に配置されている、[3]に記載の接合部。
[5] 前記内ダイアフラムの外周のうち、第1接合領域および第2接合領域が設けられている部分以外の全ての領域は、前記非接合領域とされている、[1]~[4]のいずれかに記載の接合部。
[6] 前記横架材の数が複数である、[1]~[5]のいずれかに記載の接合部。
[7] 複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域と対向する側に設けられている前記第2接合領域が、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域を兼ねている、[6]に記載の接合部。
[8] 複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域と、該第1接合領域と対向する側に設けられている前記第2接合領域とが、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域を両側から挟む2箇所に一対で設けられている前記第2接合領域を兼ねている、[6]または[7]に記載の接合部。
[9] 前記内ダイアフラムの幅Dd(mm)、前記内ダイアフラムの板厚td(mm)、前記内ダイアフラムの降伏強度σd(N/mm2)、内ダイアフラムの最大断面欠損幅Dl(mm)が、前記内ダイアフラムに作用することを想定する水平荷重の最大値Pmax(N)に対して、下記式(1)の関係を満たす、[1]~[8]のいずれかに記載の接合部。
(Dd-Dl)×td×σd≧Pmax ……(1)
[10] 前記鋼管柱はコンクリート充填鋼管柱である、[1]~[9]のいずれかに記載の接合部。
[10] 前記鋼管柱はコンクリート充填鋼管柱である、[1]~[9]のいずれかに記載の接合部。
本発明の接合部によれば、内ダイアフラムの外周に、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域が設けられていながらも、横架材の前記水平の板要素から第1接合領域を介して内ダイアフラムに伝達される荷重を、第1接合領域とは異なる位置に設けられている第2接合領域を介して、鋼管柱の内面のうち横架材の水平の板要素が取り付けられていない側に伝達できる。
よって、内ダイアフラムの外周のうち、鋼管柱の面外変形の抑制に効果が大きい部分である第1接合領域および第2接合領域では、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接部を確保しつつ、内ダイアフラムの外周の他の部分である非接合領域では溶接を省略することで、内ダイアフラムと鋼管柱との間の溶接長を短くすることができる。よって、溶接施工に要する時間を短縮でき、溶接材料の使用量を削減できる。
以下、図面を参照して、本発明の接合部の実施形態について、詳細に説明する。
図1に、本発明の第一の実施形態の接合部1Aの縦断面図を示す。また、図2に、本実施形態の接合部1Aの水平断面図を示す。
図1および図2に示すように、本実施形態の接合部1Aは、鋼管柱3と、H形鋼からなる2本の梁(横架材)6、7との柱梁接合部である。鋼管柱3は、箱形断面四面溶接柱、ロールコラム、プレスコラム等から構成されており、矩形状の断面を有している。梁6、7はそれぞれ、水平の板要素である上フランジ61、71および下フランジ62、72を有している。2本の梁6、7は、互いに対向するように、鋼管柱3の側面に取り付けられている。
鋼管柱3の内部には、梁6、7の上フランジ61、71および下フランジ62、72が接合される高さに、それぞれ内ダイアフラム21が接合されている。鋼管柱3が箱形断面四面溶接柱からなる場合は、エレクトロスラグ溶接によって、鋼管柱がロールコラムまたはプレスコラムからなる場合は、CO2溶接によって、内ダイアフラム21が鋼管柱3に接合されている。
具体的には、図1および図2に示すように、内ダイアフラム21の外周のうち、梁6が鋼管柱3に取り付けられる側には、第1接合領域W1が設けられ、この第1接合領域W1で内ダイアフラム21が鋼管柱3の内面に溶接接合されている。また、内ダイアフラム21の外周のうち、第1接合領域W1と対向する側には、第2接合領域W2が設けられ、この第2接合領域W2でも内ダイアフラム21が鋼管柱3の内面に溶接接合されている。内ダイアフラム21の外周のうち、第1接合領域W1および第2接合領域W2が設けられている部分以外の全ての領域である非接合領域では、鋼管柱3の内面に接合されていない。
図3に、本発明の第一の実施形態の変形例の接合部1Bの縦断面図を示す。本変形例の接合部1Bは、図1および図2に示す接合部1Aにおいて、さらに梁6、7の下側に、ガゼットプレート11を介してブレース10が接合されたものである。ガゼットプレート11の下縁には、水平の板要素であるスチフナ12が設けられている。そして、鋼管柱3の内部には、ガゼットプレート11のスチフナ12が接合される高さにも、内ダイアフラム21が接合されている。
なお、本変形例の接合部1Bにおいて梁6、7が設けられない場合、すなわち鋼管柱3の側面にブレース10のみが接合される場合も、ガゼットプレート11の下縁のスチフナ12が接合される高さの鋼管柱3内に設けられている内ダイアフラム21の外周が鋼管柱3に溶接接合される部分を上述のようにすることで、本発明が適用される。
図4(a)および図4(b)に、本発明の第一の実施形態の他の変形例の接合部1C、1Dの水平断面図をそれぞれ示す。図4(a)および図4(b)に示す変形例の接合部1C、1Dでは、鋼管柱3の側面に取り付けられる梁(横架材)6の数が1本のみである。
さらに、図4(a)に示す変形例の接合部1Cは、図2に示す接合部1Aの内ダイアフラム21に代えて、貫通孔22hが設けられた内ダイアフラム22が用いられて構成されている。内ダイアフラム22に必要な耐力を確保できる場合は、本変形例のように内ダイアフラム22に貫通孔22hを設けてもよい。後述する第十四の実施形態の接合部1Qのように、鋼管柱がコンクリート充填角形鋼管柱である場合は、内ダイアフラム22に設けられている貫通孔22hは、鋼管柱内に打設されるコンクリートの充填や空気抜きの用途に供する孔として用いられる。内ダイアフラム22に設けられている貫通孔22hの形状は円形に限られず、例えば楕円、矩形等としてもよい。
また、図4(b)に示す変形例の接合部1Dは、図2に示す接合部1Aの内ダイアフラム21に代えて、内ダイアフラム21よりも幅が小さい内ダイアフラム23が用いられて構成されている。内ダイアフラム23に必要な耐力を確保し、かつ第1接合領域W1および第2接合領域W2に必要な溶接長が確保できる場合は、ダイアフラムの幅は鋼管柱の内径と必ずしも同じにする必要はなく、本変形例のように、内ダイアフラム23の幅を鋼管柱3の内径よりも小さくしてもよい。
本実施形態の接合部1A~1Dのように、鋼管柱3の側面に2本の梁6、7が互いに対向するように取り付けられる場合や、1本の梁6のみが取り付けられる場合には、内ダイアフラム21、22の外周のうち第1接合領域W1および第2接合領域W2が設けられている部分を、平行な2辺に限定できる。よって、溶接施工において、溶接線が交差する柱角部での溶接線の処理が不要となる。
図5(a)および図5(b)を参照して、本実施形態の接合部1Aを備える構造物に地震力などの外力が作用する時の、接合部1Aにおける応力伝達について説明する。
図5(a)に示すように、接合部1Aに内ダイアフラム21が設けられていない場合は、鋼管柱3の側面が梁6の上フランジ61または下フランジ62から引張力を受けると、面外変形する。これに対し、図5(b)に示すように、接合部1Aに内ダイアフラム21が設けられていると、梁6の上フランジ61または下フランジ62から鋼管柱3の側面に作用する引張力は、第1接合領域W1から内ダイアフラム21を通って、第2接合領域W2から鋼管柱3の反対側の側面に伝わる。そして、第1接合領域W1を両側から挟む鋼管柱3の両側面を通って伝わるせん断力(図5(b)中の右向きの矢印)とつり合う。
また、これとは逆に、鋼管柱3の側面が梁6の上フランジ61または下フランジ62から圧縮力を受けるときも、この圧縮力は、第1接合領域W1から内ダイアフラム21を通って、第2接合領域W2から鋼管柱3の反対側の側面に伝わり、鋼管柱3の両側面のせん断力とつり合う。
建築物等の構造物では、地震時等の短期荷重作用時または長期荷重作用時に、接合部内に設けられているダイアフラムよりも、接合部に取り付けられる梁の端部が先に降伏するように、接合部が設計されるのが一般的である。そこで、本実施形態の接合部1A~1Dでは、内ダイアフラム21~23よりも、接合部1A~1Dに取り付けられる梁6、7の端部が先行して降伏するように、内ダイアフラム21~23の形状および強度が設定されていることが好ましい。
すなわち、内ダイアフラム22に貫通孔22hが設けられたり、内ダイアフラム23の幅が鋼管柱3の内径よりも小さかったりすることによる断面欠損を考慮して、内ダイアフラム21~23の最小断面を決定することが好ましい。このようにすると、内ダイアフラム21~23の最小断面の降伏耐力が、梁6、7の上フランジ61、71および下フランジ62、72の降伏耐力よりも小さくなるようにすることができる。
具体的には、内ダイアフラム21の幅Dd(mm)、内ダイアフラム21の板厚td(mm)、内ダイアフラム21の降伏強度σd(N/mm2)、内ダイアフラム21の最大断面欠損幅Dl(mm)は、内ダイアフラム21に作用することを想定する水平荷重の最大値Pmax(N)に対して、下記式(1)の関係を満たすように設定されていることが好ましい。
(Dd-Dl)×td×σd≧Pmax ……(1)
このように、地震時等の短期荷重作用時もしくは長期荷重作用時に、接合部1A~1D内に設けられている内ダイアフラム21~23に作用する荷重よりも、内ダイアフラム21~23の降伏耐力が大きくなるように、内ダイアフラム21~23の形状および鋼種を設定することで、内ダイアフラム21~23が降伏せず、接合部1A~1Dを備える構造物が十分な変形能力を発揮できる。
このように、地震時等の短期荷重作用時もしくは長期荷重作用時に、接合部1A~1D内に設けられている内ダイアフラム21~23に作用する荷重よりも、内ダイアフラム21~23の降伏耐力が大きくなるように、内ダイアフラム21~23の形状および鋼種を設定することで、内ダイアフラム21~23が降伏せず、接合部1A~1Dを備える構造物が十分な変形能力を発揮できる。
また、上記式(1)の要件を緩和して、式(1)において内ダイアフラム21の降伏強度σdに代えて、内ダイアフラム21の引張強度σuを用いるようにしてもよい。このように、ダイアフラム21~23に作用する荷重よりも、内ダイアフラム21~23の引張耐力が大きくなるように、内ダイアフラム21~23の形状および鋼種を設定することで、接合部1A~1Dを備える構造物が十分な変形能力を発揮できる。
図6(a)に、本発明の第二の実施形態の接合部1Eの水平断面図を示す。
図6(a)に示すように、本実施形態の接合部1Eでは、内ダイアフラム22の外周のうち、梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と対向する側には、第2接合領域W2が設けられておらず、これに代えて、第1接合領域W1を両側から挟む位置に、一対の第2接合領域W3が設けられている。そして、第1接合領域W1および一対の第2接合領域W3とで、内ダイアフラム22が鋼管柱3の内面に溶接接合されている。内ダイアフラム22の外周のうち、第1接合領域W1および一対の第2接合領域W3が設けられている部分以外の全ては、鋼管柱3に接合されていない。
図6(b)を参照して、本実施形態の接合部1Eを備える構造物に地震力などの外力が作用する時の、接合部1Eにおける応力伝達について説明する。
図6(b)に示すように、梁6の上フランジ61または下フランジ62から鋼管柱3の側面に作用する引張力または圧縮力は、第1接合領域W1から内ダイアフラム22を通って、一対の第2接合領域W3から鋼管柱3の両側面に伝わる。そして、第1接合領域W1を両側から挟む鋼管柱3の両側面を通って伝わるせん断力(図6(b)中の右向きの矢印)とつり合う。
図6(a)に示すように、一対の第2接合領域W3は、第1接合領域W1から等距離となるように対称に配置されている。このようにすると、鋼管柱3の側面が梁6の上フランジ61または下フランジ62から作用する引張力や圧縮力が、一対の第2接合領域W3に対称に伝達されるため、鋼管柱3にねじり変形が生じることがない。
また、図6(b)に示すように、一対の第2接合領域W3は、内ダイアフラム22の外周のうち梁6の長さ方向と平行に設けられている。このようにすると、鋼管柱3の側面が梁6の上フランジ61または下フランジ62から作用する引張力や圧縮力を、一対の第2接合領域W3から鋼管柱3の両側面に、せん断力として確実に伝達できる。
図7(a)~図7(c)に、本発明の第三の実施形態~第五の実施形態の接合部1F~1Hの水平断面図をそれぞれ示す。図7(a)に示す第三の実施形態の接合部1Fでは、2本の梁6、7が、互いに対向するように、鋼管柱3の側面に取り付けられている。図7(b)に示す第四の実施形態の接合部1Gでは、2本の梁6、8が、互いに直交するように、鋼管柱3の側面に取り付けられている。図7(c)に示す第五の実施形態の接合部1Hでは、3本の梁6~8が、互いに直交するように、鋼管柱3の側面に取り付けられている。
図7(a)に示す第三の実施形態の接合部1Fでは、複数の梁6、7のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と対向する側に設けられている第2接合領域W2が、複数の梁6、7のうちの他の梁7が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域を兼ねている。
図7(b)に示す第四の実施形態の接合部1Gでは、複数の梁6、8のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と、この第1接合領域W1と対向する側に設けられている第2接合領域W2とが、複数の梁6、8のうちの他の梁8が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域を両側から挟む一対の第2接合領域を兼ねている。
図7(c)に示す第五の実施形態の接合部1Hでは、複数の梁6~8のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と対向する側に設けられている第2接合領域W2が、複数の梁6、7のうちの他の梁7が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域を兼ねている。また、複数の梁6、8のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と、この第1接合領域W1と対向する側に設けられている第2接合領域W2とが、複数の梁6、8のうちの他の梁8が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域を両側から挟む一対の第2接合領域を兼ねている。
このように、一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側と対向する側に設けられている第2接合領域W2が、複数の梁6、7のうちの他の梁7が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域を兼ねたり、複数の梁6、8のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と、この第1接合領域W1と対向する側に設けられている第2接合領域W2とが、複数の梁6、8のうちの他の梁8が鋼管柱3に取り付けられる側を両側から挟む一対の第2接合領域を兼ねたりするようにすると、接合部1F~1Hに複数本の梁が取り付けられる場合であっても、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮しやすい。
図8(a)~図8(d)を参照して、第三の実施形態~第五の実施形態の接合部1F~1Hを備える構造物に地震力などの外力が作用する時の、接合部1F~1Hにおける応力伝達について説明する。
図8(a)~図8(c)に示すように、複数の梁6~8のうちの一の梁6の上フランジ61または下フランジ62から鋼管柱3の側面に作用する引張力または圧縮力は、第1接合領域W1から内ダイアフラム22を通って、第2接合領域W2から鋼管柱3の反対側の側面に伝わる。そして、第1接合領域W1を両側から挟む鋼管柱3の両側面を通って伝わるせん断力(図8(a)~図8(c)中の右向きの矢印)とつり合う。
図8(a)および図8(c)に示すのとは逆に、梁7の上フランジ71または下フランジ72から鋼管柱3の側面に引張力または圧縮力が作用する場合の応力伝達は、図8(a)および図8(c)に示す力の流れとは左右対称となる。
また、図8(d)に示すように、複数の梁6~8のうちの他の梁8の上フランジ81または下フランジ82から鋼管柱3の側面に作用する引張力または圧縮力は、他の梁8が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W4から内ダイアフラム22を通って、一対の第2接合領域W1、W2から鋼管柱3の両側面に伝わる。そして、第1接合領域W4を両側から挟む鋼管柱3の両側面を通って伝わるせん断力(図8(d)中の下向きの矢印)とつり合う。
図8(d)には、第五の実施形態の接合部1Hにおける応力伝達を図示しているが、図7(b)および図8(b)に示す第四の実施形態の接合部1Gにおいて、複数の梁6、8のうちの他の梁8の上フランジ81または下フランジ82から鋼管柱3の側面に引張力または圧縮力が作用する場合の応力伝達も、図8(d)と同様である。
図9(a)~図9(h)に、本発明の第六の実施形態~第十三の実施形態の接合部1I~1Pの水平断面図をそれぞれ示す。第六の実施形態~第十三の実施形態の接合部1I~1Pは、矩形状の断面ではなく円形の断面を有する鋼管柱4と、H形鋼からなる1~3本の梁6~8との柱梁接合部である。鋼管柱4の内部に設けられている内ダイアフラム24、25は、鋼管柱の内周に合わせて円形に形成されている。
図9(f)~図9(h)に示す第十一の実施形態~第十三の実施形態の接合部1N~1Pのように、鋼管柱4に取り付けられる複数本の梁6~8が互いに直交していなくてもよい。そして、図7(a)~図7(c)に示す第三の実施形態の接合部1F~1Gと同様に、複数の梁6~8のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側と対向する側に設けられている第2接合領域W2が、複数の梁6、7のうちの他の梁7が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域を兼ねたり、複数の梁6、8のうちの一の梁6が鋼管柱3に取り付けられる側に設けられている第1接合領域W1と、この第1接合領域W1と対向する側に設けられている第2接合領域W2とが、複数の梁6、8のうちの他の梁8が鋼管柱3に取り付けられる側を両側から挟む一対の第2接合領域を兼ねたりするようにすると、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮しやすい。
また、図9(a)に示す接合部1Iのように、内ダイアフラム24に貫通孔が設けられていなくてもよいし、内ダイアフラムに必要な耐力を確保できる場合は、図9(b)~図9(h)に示す接合部1I~1Pのように、内ダイアフラム25に貫通孔25hが設けられていてもよい。そして、内ダイアフラム21~23の最小断面の降伏耐力が、梁6~8の上フランジ61、71、81および下フランジ62、72、82の降伏耐力よりも小さくなるように、内ダイアフラム24、25の形状および強度を適宜設定する。
図10に、本発明の第十四の実施形態の接合部1Qの縦断面図を示す。図10には、本実施形態の接合部1Qにおける力の流れを併せて示している。本実施形態の接合部1Qは、鋼管51の内部にコンクリート52が充填されて構成されるコンクリート充填角形鋼管柱5と、H形鋼からなる梁6との柱梁接合部である。本実施形態の接合部1Qでは、内ダイアフラム22と鋼管51との間の応力伝達に加えて、図10中に矢印で示すように、内ダイアフラム22の近傍のコンクリート52と鋼管3との間も応力伝達が行われることにより、接合部1Qの弾性剛性および耐力を上昇させることができる。
図11に、本発明の第十五の実施形態の接合部1Rの縦断面図を示す。本実施形態の接合部1Rでは、図1に示す第一の実施形態の接合部1Aと同様に、2本の梁6、9が、互いに対向するように、鋼管柱3の側面に取り付けられている。ただし、第一の実施形態の接合部1Aとは異なり、2本の梁6、9の梁せいが異なっており、梁6の下フランジ61と、梁9の下フランジ91の高さも異なっている。そして、鋼管柱3の内部には、梁6、9の上フランジ61、91が接合される高さ、梁6の下フランジ62が接合される高さ、および梁9の下フランジ92が接合される高さに、それぞれ内ダイアフラム21が接合されている。
本実施形態の接合部1Rのように、鋼管柱3に取り付けられる複数本の梁6、9のフランジ(水平の板要素)61、62、91、92の高さが異なる場合には、内ダイアフラム21の各々と同じ高さに設けられているフランジ61、62、91、92との位置関係で、内ダイアフラム21の外周の一部に、上述の第1接合領域および第2接合領域を設定する。
具体的には、本実施形態の接合部1Rに設けられている三つのダイアフラム21のうち、上段のダイアフラム21の高さでは、梁6の上フランジ61と、梁9の上フランジ91とが、互いに対向するように、鋼管柱3の側面に取り付いている。そこで、図2および図7(a)に示すような、2本の梁が互いに対向するように鋼管柱3の側面に取り付けられている場合と同様にして、内ダイアフラム21の外周の一部に、第1接合領域および第2接合領域を設定する。
また、本実施形態の接合部1Rに設けられている三つのダイアフラム21のうち、中段または下段のダイアフラム21の高さでは、梁6の下フランジ62または梁9の下フランジ92の一方のみが鋼管柱3の側面に取り付いている。そこで、図4(a)および図6(a)に示すような、1本の梁のみが鋼管柱3の側面に取り付けられている場合と同様にして、内ダイアフラム21の外周の一部に、第1接合領域および第2接合領域を設定する。
鋼管柱に複数本の梁が交差する向きに取り付き、かつこれらの梁のフランジの高さが異なる場合も、内ダイアフラムの各々について、上述の方法で、第1接合領域および第2接合領域を設定できる。
また、鋼管柱に複数本のブレースが取り付けられる接合部において、各ブレースに備えられる水平の板要素が鋼管柱に取り付けられる高さが異なる場合も、内ダイアフラムの各々について、上述の方法で、第1接合領域および第2接合領域を設定できる。
なお、上記各実施形態では、梁の上フランジと下フランジの両方について、本発明に沿って、内ダイアフラムの外周の一部に第1接合領域および第2接合領域を設定する場合について説明した。しかし、本発明は、このような例に限られず、例えば、上フランジと下フランジの一方のみについて、本発明に沿って、内ダイアフラムの外周の一部に第1接合領域および第2接合領域を設定するようにしてもよい。
1A~1R 接合部
21~25 内ダイアフラム
22h、25h 貫通孔
3~5 鋼管柱、コンクリート充填鋼管柱
51 鋼管
52 コンクリート
6~9 梁(横架材)
61、71、81、91 上フランジ(水平の板要素)
62、72、82、92 下フランジ(水平の板要素)
10 ブレース(横架材)
11 ガゼットプレート
12 スチフナ(水平の板要素)
W1 第1接合領域(第2接合領域)
W2 第1接合領域(第2接合領域)
W3 第2接合領域
W4 第1接合領域
21~25 内ダイアフラム
22h、25h 貫通孔
3~5 鋼管柱、コンクリート充填鋼管柱
51 鋼管
52 コンクリート
6~9 梁(横架材)
61、71、81、91 上フランジ(水平の板要素)
62、72、82、92 下フランジ(水平の板要素)
10 ブレース(横架材)
11 ガゼットプレート
12 スチフナ(水平の板要素)
W1 第1接合領域(第2接合領域)
W2 第1接合領域(第2接合領域)
W3 第2接合領域
W4 第1接合領域
Claims (10)
- 鋼管柱と、鋼製の横架材との接合部であって、
前記鋼管柱内には、前記横架材に備えられる水平の板要素が取り付けられる高さに、内ダイアフラムが接合され、
前記内ダイアフラムの外周には、前記鋼管柱の内面のうち前記横架材の前記水平の板要素が取り付けられる側の部分と溶接接合されている第1接合領域と、前記第1接合領域とは異なる位置で前記鋼管柱の内面と溶接接合されている第2接合領域と、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域と、が設けられている、接合部。 - 前記第2接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第1接合領域と対向する側に設けられている、請求項1に記載の接合部。
- 前記第2接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第1接合領域を両側から挟む2箇所に一対で設けられている、請求項1に記載の接合部。
- 一対の前記第2接合領域は、前記第1接合領域から等距離となるように対称に配置されている、請求項3に記載の接合部。
- 前記内ダイアフラムの外周のうち、第1接合領域および第2接合領域が設けられている部分以外の全ての領域は、前記非接合領域とされている、請求項1~4のいずれかに記載の接合部。
- 前記横架材の数が複数である、請求項1~5のいずれかに記載の接合部。
- 複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域と対向する側に設けられている前記第2接合領域が、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域を兼ねている、請求項6に記載の接合部。
- 複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域と、該第1接合領域と対向する側に設けられている前記第2接合領域とが、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第1接合領域を両側から挟む2箇所に一対で設けられている前記第2接合領域を兼ねている、請求項6または7に記載の接合部。
- 前記内ダイアフラムの幅Dd(mm)、前記内ダイアフラムの板厚td(mm)、前記内ダイアフラムの降伏強度σd(N/mm2)、内ダイアフラムの最大断面欠損幅Dl(mm)が、前記内ダイアフラムに作用することを想定する水平荷重の最大値Pmax(N)に対して、下記式(1)の関係を満たす、請求項1~8のいずれかに記載の接合部。
(Dd-Dl)×td×σd≧Pmax ……(1) - 前記鋼管柱はコンクリート充填鋼管柱である、請求項1~9のいずれかに記載の接合部。
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JP2021154619A Pending JP2023045974A (ja) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | 接合部 |
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- 2021-09-22 JP JP2021154619A patent/JP2023045974A/ja active Pending
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