JP3208554U - 柱と梁とブレースとの接合部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレース取付部のＨ形鋼梁のフランジ部の面外曲げの極めて少ない、柱と梁とブレースとの接合部構造を提供する。【解決手段】柱２と梁１とブレース３とを接合金物４で固定する接合部構造で、接合金物は、梁のフランジの外面に接合可能な底板部２１、３２と、柱の側面に接合可能な側板部２２、３３と、底板部とブレースの支持金具に接合可能な延出部２３とから形成されていて、梁の上又は下フランジ１１、１２のウェブ部１３の両側に設けられたフランジ外面と接合金物の底板部、及び柱の側面と接合金物の側板部とはボルトで固定され、ブレースの支持金具は、接合金物の延出部とボルトで固定されることにより柱と梁に接合され、梁の上又は下フランジの外面と接合金物の底板部との固定において、フランジ補強板５、３１を用いて、底板部、梁のフランジ、フランジ補強板の順に配置した状態でボルトにより固定されている。【選択図】図２

Description

本考案は、鉄骨構造における、角形鋼管柱とＨ形鋼梁の接合部にブレースが取り付けられた、柱と梁とブレースとの接合部構造に関する。

建築構造物に加わる二つの力として、建築の自重、建築物に載せる荷重、雪等により発生する鉛直力と、地震や強風等により発生する水平力があるが、構造上重要なのは水平力である。水平力に対抗できる構造として、柱と梁を頑丈にしてつなぐラーメン構造、柱と梁に囲まれた面に斜めに筋交を渡す、ブレース構造（筋交構造）、柱と梁に加えて丈夫な壁で構成する壁構造等が知られているが、住宅などの軽量鉄骨（肉の薄い鉄骨）構造にはブレース構造が広く用いられている。
鉄骨構造における柱と梁から形づくられる長方形は、地震や強風などにより水平力を受けたときに該長方形は平行四辺形に変形させる力が働くが、このような場合に、長方形の対角線状にブレースを配置することにより、変形を防止することが可能になる。このブレースの引張力は梁のフランジ・ウェブと柱の側面等に伝達される。

鉄骨住宅等の軽量鉄骨の鋼材として、梁部材にはＨ形鋼が広く用いられており、その接合部において、柱梁接合部、梁同士の接合部など応力が大きくなる部分には梁のＨ形鋼の上下フランジ間にスティフナを溶接して補強構造を形成することが知られている。このスティフナは通常、溶接により梁のフランジ及びウェブに取り付けられるため、溶接作業、溶接の際に発生する熱ひずみの除去、溶接部の探傷検査等が必要となる。

下記特許文献１には、角形鋼管柱と梁とで囲まれる架構面内にブレース材を配置して接合する構造において、角形鋼管柱の架構面に平行な側面に、板材を隅肉溶接し、この板材の架構面内に延出する延出部にブレース材を接合してなる、ブレース接合構造が開示されている。
下記特許文献２には、柱鉄骨と梁鉄骨からなるフレーム内に架設されるブレースの端部が柱・梁の接合部に接合される鉄骨造フレームにおいて、柱鉄骨のフランジに重なってボルト接合されるフランジプレートと、ブレースの端部が重なってボルト接合され、梁鉄骨の端面に対向するウェブプレートとを備え、フランジプレートとウェブプレートが少なくとも梁鉄骨の端部とブレースの端部がボルト接合されるのに十分な長さを持っている、ブレース用接合金物が開示されている。

下記特許文献３には、ブレースを取り付けた、鉄骨造の柱梁構造体の、Ｈ形鋼管柱と梁の柱梁接合部において、柱は梁の上下フランジのそれぞれに金物で固定され、金物は柱の相対する側面と前記上下フランジの外面にそれぞれボルト結合され、かつ両端部に雄ねじ部を有する長締めボルトを前記上下フランジ間に挿通して、上下フランジの外面にボルト結合され、前記梁のウェブの内外面の少なくとも一方に補強板がボルト結合されている、柱梁接合部が開示されている。

特開平１１−４４００２号公報 特開２００７−１６９９８３号公報 特許第５４８７７３５号公報

前記特許文献１に開示された接合構造は、角形鋼管柱に隅肉溶接した板材の延出部にブレース材がボルトによる固定で接合されている。上記特許文献２に開示された接合構造は、Ｈ形鋼柱とＨ形鋼梁は、該柱にボルトで固定された補強プレートを介して接合されており、柱に角形鋼管柱は用いられてはおらず、また主に重量鉄骨を対象とするものである。上記特許文献３に開示された接合構造は、梁のウェブが座屈しないように補強板を用いると共に上下フランジ間に長締めボルトを挿通して両側の外面からボルト結合している。このような構造は、応力伝達の観点から構造的に問題は生じないが、ウェブ補強の目的で使用する補強プレートが直交梁接合部と干渉しないようにするためには形状の異なる多種類の接合金物を用意することが必要となるので、必然的にコスト高になってしまう。

上記から、特許文献１では、柱にブレースを接合するためにいずれも柱に板材又はガゼットプレートが溶接されている。特許文献２に開示の接合構造では柱に角形鋼管柱は使用できない。また、特許文献１，２は、いずれも重量鉄骨構造に適用される構造である。
本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、鉄骨構造の柱と梁の接合部にブレースを取り付ける場合に溶接加工を行うことなく、かつブレースが取り付けられている接合金物と梁のＨ形鋼フランジ部の面外曲げが抑制された、柱と梁とブレースの支持金具との接合部構造を提供することを目的とする。

本考案者は、上記従来技術に鑑みて、角形鋼管柱とＨ形鋼梁とブレースとの接合において、柱の側面、梁の上又は下フランジ外面、及びブレースの支持金具とのそれぞれの接合面を有する接合金物を用い、かつ梁のウェブ部の両側に設けられた上又は下フランジのいずれかの外面と接合金物との固定において、フランジ補強板を用いて、接合金物、梁のフランジ、フランジ補強板の順に配置した状態でボルト・ナットにより固定することにより、鉄骨柱と鉄骨梁にかかる引張力に対して充分な抗力を生じさせると共に、柱とブレースの接合する梁のフランジ部の面外曲げを抑制できることを見出し、本考案を完成するに至った。即ち、本考案は、以下に記載する考案を要旨とする。

鉄骨構造の角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合部における、柱と梁の上又は下のいずれかのフランジとブレースとを接合金物で固定する、柱と梁とブレースとの接合部構造であって、
前記接合金物は、梁の上又は下フランジのいずれかの外面に接合可能な底板部（Ｓ１）と、底板部（Ｓ１）の柱側端部から垂直に立ち上がり、柱側面に接合可能な側板部（Ｓ２）と、底板部（Ｓ１）と側板部（Ｓ２）の双方の面から垂直に立ち上がり、ブレースの支持金具に接合可能な延出部（Ｓ３）と、から形成されており、
前記柱と梁は、梁の上又は下フランジのいずれかにおけるウェブ部の両側に設けられたフランジ外面と接合金物の底板部（Ｓ１）、及び柱の側面と接合金物の側板部（Ｓ２）とが、それぞれボルト・ナットで固定されることにより接合され、
前記ブレースは、その端部に位置するブレースの支持金具が接合金物の延出部（Ｓ３）とボルト・ナットで固定されることにより、柱と梁に接合され、
更に、前記梁のウェブ部の両側に設けられたフランジ外面と接合金物の底板部（Ｓ１）との固定において、フランジ補強板（Ｓ）を用いて、底板部（Ｓ１）、前記梁のウェブ部の両側に設けられたフランジ、フランジ補強板（Ｓ）の順に配置した状態でボルト・ナットにより固定することを特徴とする、柱と梁とブレースとの接合部構造。

本考案の接合部構造において、接合金物の使用により溶接加工を行うことなく、角形鋼管柱とＨ形鋼梁の接合部分にブレースを容易に固定することが可能になる。また、本考案の接合部構造において、梁の上又は下フランジのいずれかの外面と接合金物の底板部（Ｓ１）とを固定するために、フランジ補強板（Ｓ）を用いて、底板部（Ｓ１）、梁のフランジ、フランジ補強板（Ｓ）の順に配置した状態でボルト・ナットにより固定することにより、ブレース取り付け部のＨ形鋼フランジ部の面外曲げを極めて小さくすることが可能になる。また、ウェブ補強が不要なために使用する金物の種類が少なくなるので、金物加工に要するコストを大幅に削減することができる。

図１は、本考案の鉄骨構造物の一実施例における正面図である。 図２は、図１におけるＡ部を拡大した正面図である。 図３は、図２に示す接合金物を説明する図（取付前）で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその右側面図、（ｃ）はその平面図である。 図４は、図２に示すフランジ補強板を説明する図（取付前）で、（ａ）はそのフランジ補強板の平面図であり、（ｂ）はそのフランジ補強板の正面図である。 図５は、図２に示す、副次的に使用可能な、柱梁接合金物を説明する図（取付前）で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその右側面図、（ｃ）はその底面図である。

以下に、図１〜５を用いて本考案を説明する。尚、下記の図１〜５は本考案の一具体例であり、本考案はこれらの図の説明に限定されるものではない。
図１は、本考案に係る、柱と梁とブレースとの接合部における、角形鋼管からなる柱２とＨ形鋼からなる梁１の上フランジとブレース３を固定するブレースの支持金具６とを接合金物４で固定している接合部構造を示す正面図である。尚、ブレースが接合されていない柱と梁の接合部においては、例えば図１に示すように、柱梁接合金物７を用いて、柱と梁を接合することができる。

図２は、図１のＡ部を拡大図した正面図である。接合金物４の一部である底板部（Ｓ１）２１は、梁１の上フランジ１１の外面側に固定されているが、更に該上フランジ１１の内面側にフランジ補強板（Ｓ）５を用いて、底板部（Ｓ１）、梁の上フランジ、フランジ補強板（Ｓ）の順に配置させてボルトで固定されている。接合金物４の一部である側板部（Ｓ２）２２は、柱（上側）２の側面部とボルトで固定されている。接合金物４の一部である延出部（Ｓ３）２３は、ブレース３の一部であるブレースの支持金具とボルトで固定されている。また、図２において、上側の柱２と下側の柱は、上下の柱軸が一致するよう接合金物４と柱梁接合金物７を介して梁１の上下フランジでそれぞれ固定されている。

本考案で副次的に使用できる柱梁接合金物７は、ブレースが使用されない接合部において、柱と梁を接合する金物で、その底板部（Ｔ１）３２は、梁１の下フランジの外面側に固定されるが、図２に示すように、該下フランジ１２の内面側にフランジ補強板（Ｔ）３１を用いて、底板部（Ｔ１）、梁の下フランジ、フランジ補強板（Ｔ）の順に配置させてボルトで固定することができる。柱梁接合金物７の一部である側板部（Ｔ２）３３は、柱（下側）２の側面部とボルトで固定される。また、本考案において図２に示すように、副次的に使用できるウェブ補強板８を梁１のウェブ１３の片面又は両面に配置して、梁のウェブを補強することができる。

図３は、図２に示す接合金物４の説明図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその右側面図、（ｃ）はその平面図である。図４は、フランジ補強板（Ｓ）５の説明図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。図５は、本考案において副次的に使用できる、柱梁接合金物７の説明図で、柱梁接合金物７は、梁１の下フランジ１２の外面で固定される底板部（Ｔ１）３２、及び柱２の側面で固定される側板部（Ｔ２）３３からなり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその右側面図、（ｃ）はその底面図である。

以下に、本考案について説明する。
尚、本考案の２本の柱と２本の梁で形成される四角形内における、柱と梁とブレースの接合部構造において、図２のＡ部（第１態様）の真上に存在する柱と梁とブレースの接合部（第２態様）は、Ａ部に示す接合構造を垂直方向に１８０度回転させた構造になり、Ａ部の右側に存在する柱と梁とブレースの接合部（第３態様）は、Ａ部に示す接合構造を水平方向に１８０度回転させた構造になり、Ａ部の対角線側に存在する柱と梁とブレースの接合部構造（第４態様）は、Ａ部に示す接合構造を水平方向に１８０度回転させた後に更に垂直方向に１８０度回転させた構造になる。従って、Ａ部における梁の上フランジ１１と下フランジ１２については、Ａ部の真上の接合部、及びＡ部と対角線上にある接合部においては、上下が逆になる。本考案で２本の柱と２本の梁で形成される、１つの四角形内においては、接合金型４について上記４種の態様が存在するが、記載表現を簡素化するために、これらの４つの態様を第１図のＡ部に示す態様で以下説明する。

（イ）梁、柱
本考案の鉄骨構造において、使用される柱としては角形鋼管柱を用いることが望ましく、梁としてはＨ形鋼を用いることが望ましい。梁は図２に示すように、上フランジ１１、下フランジ１２、及びウェブ部１３から構成される。本考案の、梁の上又は下のいずれかのフランジと柱とブレースの支持金具とを接合金物で固定する接合部構造は主として軽量鉄骨構造用に使用される構造である。
本考案において、柱と梁がＴ字状又は十字に交差する箇所では、角形鋼管柱等の中空の柱が柱の長さ方向に直交する方向に切断された形状になっており、上側の柱と下側の柱は、接合金物同士、又は接合金物４と後述する柱梁接合金物７により上側の柱と下側の柱の軸が一致するようにそれぞれ固定される。

（ロ）接合金物
接合金物４は、梁の上又は下フランジのいずれかの外面に接合可能な底板部（Ｓ１）と、該底板部（Ｓ１）の柱側端部から垂直に立ち上がり、柱の側面に接合可能な側板部（Ｓ２）と、底板部（Ｓ１）と側板部（Ｓ２）の双方の面から垂直に立ち上がり、ブレースの支持金具に接合可能な延出部（Ｓ３）とから形成されている。
接合部における梁と上側の柱間は、前記梁の上又は下フランジのいずれかにおけるウェブ部の両側に設けられたフランジ外面と接合金物の底板部（Ｓ１）、及び柱の側面と接合金物の側板部（Ｓ２）とが、それぞれボルト・ナットで固定されることにより接合される。また、接合部分の梁を挟んでその下側にブレースが接合されない場合には、例えば、後述する通り、梁と下部の柱間は柱梁接合金物７により接合することができる。

本考案では、接合金物４同士、又は接合金物４と柱梁接合金物７とを組み合わせて梁の上又は下フランジ外面に配置することで、全ての柱梁接合形態（Ｌ型接合、Ｔ型接合、十字型接合）に対応できる。この場合、接合金物と柱梁接合金物とはそれぞれ左右対称、上下対象等にして使用される場合がある。本考案の柱と梁とブレースの支持金具との接合部構造においては、柱と梁を接続するために、柱等に溶接されるガセットプレートやブラケットを用いないので、溶接が不要になり、その結果、非破壊検査を行う必要なくなるので熟練を要さず生産性に優れる。

（ハ）フランジ補強板（Ｓ）
前記梁のウェブ部の両側に設けられた上又は下フランジのいずれかの外面と接合金物の底板部（Ｓ１）との固定において、図１、２、４に示すように、該フランジの内面側にフランジ補強板（Ｓ）を用いて、接合金物の底板部（Ｓ１）、梁のフランジ、フランジ補強板（Ｓ）の順に配置させた状態でボルト・ナットにより固定する。フランジ補強板（Ｓ）の使用により、接合金物とボルト・ナットで固定される梁のフランジ部にブレースの引張力を受けて面外曲げ極めて少なくすることができる。フランジ補強板（Ｓ）のサイズは、梁のフランジ内面の幅と略同じで、その長さが該幅の１〜２倍であり、その厚みがフランジ厚みの２．５〜３.０倍であることが望ましい。例えば、フランジ厚みが４．５ｍｍ程度のＨ形鋼を使用する場合には、フランジ補強板（Ｓ）の厚みは１２ｍｍとすることが望ましい。
このようなサイズのフランジ補強板（Ｓ）を用いることにより、本考案の柱・梁接合鉄骨構造の組立工事が容易になると共に、梁のフランジの局所的な変形による耐力低下も効果的に抑制することができる。ここで、ボルト・ナット止めに用いられるボルトは、中ボルトを使用することができる。

（ニ）ブレース
柱と梁から形成される軽量鉄骨構造の強度を向上するために、筋交いのようにタスキ掛けに設ける線状のブレース３が用いられる。ブレースには、接合金物を介して柱と梁とに接合するためにその端部にブレースの支持金具６が設けられている。ブレースの支持金具と接合金物の延出部（Ｓ３）２３とがボルト・ナットで固定されることにより、柱と梁に接合されて、ブレース部の応力は柱と梁に伝達されることになる。ブレースを用いることにより、地震や強風の際などに、柱と梁の接合部が変形することを抑制することができると共に、本考案の接合金物とフランジ補強板（Ｓ）を用いることにより、梁における面外曲げを極めて少なくすることが可能になる。本考案において、ブレースには右ネジと左ネジを本体一回転で一度に締め付ける便利な締結金具であるターンバックルを用いることができる。

（ホ）柱梁接合金物、ウェブ補強板
本考案において、柱と梁とブレースとの接合部分の梁を挟んで梁の下側フランジの外面にブレースが接合されない場合には、例えば、梁と下部の柱間は、図２に示すように柱梁接合金物７により接合することが望ましい。柱梁接合金物７は、ブレース３が使用されない接合部で、柱と梁を接合する金物で、その底板部（Ｔ１）３２は、梁１の下フランジの外面側に固定されるが、図２に示すように、該下フランジ１２の内面側にフランジ補強板（Ｔ）３１を用いて、底板部（Ｔ１）、梁の下フランジ、フランジ補強板（Ｔ）の順に配置させてボルト・ナットで固定することができる。フランジ補強板（Ｔ）のサイズは、上記フランジ補強板（Ｓ）とほぼ同様のサイズとすることが好ましい。柱梁接合金物７の一部である側板部（Ｔ２）３３は、柱（下側）２の側面部とボルト・ナットで固定されている。

（ヘ）その他
本考案の好ましい実施態様として、柱２が□７５×７５×３．２（ｍｍ）の角形鋼管と、梁２が高さ（Ａ）２５０×フランジ幅（Ｂ）１２５×ウェブ厚み（ｔ１）３．２×フランジ厚み（ｔ２）４．５（ｍｍ）のＨ形鋼を使用し、かつ本考案の接合金物とブレースにターンバックルを使用し、更に長さ（Ｌ）８０×幅（Ｗ）４５×厚み（ｔ）１２（ｍｍ）のフランジ補強板（Ｓ）を使用した鉄骨構造が挙げられる。
柱と梁とブレースとの接合部に、本考案の接合金物とフランジ補強板（Ｓ）を用いると、現場において溶接加工を行う必要がなくなるので天候等にかかわらず作業を行え、且つ溶接作業に比べて安全に作業を行うことができ、また、現場施工時に溶接加工を行うことがないので、熟練を要さず生産性に優れると共に、梁として防食めっき等のめっき加工された鋼材を用いた場合であっても、めっきを完全に剥がす作業等を行うことがなく、そのままボルト・ナット止めにより接合することができるので、施工作業性に優れる。

１ 梁
２ 柱
３ ブレース
４ 接合金物
５ フランジ補強板（Ｓ）
６ ブレースの支持金具
７ 柱梁接合金物
８ ウェブ補強板
１１ 上フランジ部
１２ 下フランジ部
１３ ウェブ部
２１ 底板部（Ｓ１）
２２ 側板部（Ｓ２）
２３ 延出部（Ｓ３）
２４ ターンバックル
３１ フランジ補強板（Ｔ）
３２ 底板部（Ｔ１）
３３ 側板部（Ｔ２）
３４ 補強部（Ｔ３）
４１ ボルト用孔
４２ ボルト・ナット
４３ 土台
４４ 基礎

Claims (2)

1. 鉄骨構造の角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合部における、柱と梁の上又は下のいずれかのフランジとブレースとを接合金物で固定する、柱と梁とブレースとの接合部構造であって、
   前記接合金物は、梁の上又は下フランジのいずれかの外面に接合可能な底板部（Ｓ１）と、底板部（Ｓ１）の柱側端部から垂直に立ち上がり、柱側面に接合可能な側板部（Ｓ２）と、底板部（Ｓ１）と側板部（Ｓ２）の双方の面から垂直に立ち上がり、ブレースの支持金具に接合可能な延出部（Ｓ３）と、から形成されており、
   前記柱と梁は、梁の上又は下フランジのいずれかにおけるウェブ部の両側に設けられたフランジ外面と接合金物の底板部（Ｓ１）、及び柱の側面と接合金物の側板部（Ｓ２）とが、それぞれボルト・ナットで固定されることにより接合され、
   前記ブレースは、その端部に位置するブレースの支持金具が接合金物の延出部（Ｓ３）とボルト・ナットで固定されることにより、柱と梁に接合され、
   更に、前記梁のウェブ部の両側に設けられたフランジ外面と接合金物の底板部（Ｓ１）との固定において、フランジ補強板（Ｓ）を用いて、底板部（Ｓ１）、前記梁のウェブ部の両側に設けられたフランジ、フランジ補強板（Ｓ）の順に配置した状態でボルト・ナットにより固定することを特徴とする、柱と梁とブレースとの接合部構造。
2. 前記フランジ補強板（Ｓ）のサイズは、その幅が梁のウェブ部の両側に設けられたフランジ内面の幅と略同じで、その長さが該幅の１〜２倍であり、その厚みが該フランジ厚みの２．５〜３．０倍であることを特徴とする、請求項１に記載の柱と梁とブレースとの接合部構造。

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