JP3346359B2 - 柱梁接合部および柱用ｈ形鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、鉄骨造（Ｓ造）
や鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱梁接合部の
構造、およびそれに使用する柱用Ｈ形鋼に関するもので
ある。特に、事務所ビル、ショッピングセンター、倉
庫、工場等のスパンの大きい中低層建築物の構築に適し
ている。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造
において、柱に用いられる鋼材としてはＨ形鋼が一般的
であり、その他、角形鋼管、丸鋼管等が用いられてい
る。角形鋼管や丸鋼管は、鉄骨梁との関係では強軸、弱
軸がなく、どの方向に対しても同様な接合が可能である
反面、閉断面の部材であるため、内ダイアフラムまたは
外ダイアフラムを設けるなど、接合構造が複雑となり、
接合作業が難しくなる。

【０００３】これに対しＨ形鋼は開断面であるため、比
較的接合作業が容易であるが、強軸、弱軸があるため、
特に弱軸方向における接合構造が問題となる。柱鋼材と
して、Ｈ形鋼を用いる場合の柱梁接合部の接合形式とし
ては、ブラケットとしての端部Ｈ形鋼を工場で溶接し、
現場でスプライスプレートを用いて高力ボルト摩擦接合
により中間の梁鉄骨を接合するブラケットタイプ、端部
Ｈ形鋼を用いない現場溶接タイプ、接合金物としてスプ
リットティーを用い、高力ボルト接合を行うスプリット
ティータイプなどがある。

【０００４】図４は、最も一般的な接合形式であるブラ
ケットタイプでの柱梁接合部の一例を示したものであ
る。従来、このような鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造
に用いられるＨ形鋼１１は、ウェブ１１ｂの厚みが、フ
ランジ１１ａの厚み以下となっている。これは、Ｈ形鋼
１１の曲げ耐力や曲げ剛性等の断面性能を考えた場合、
フランジ１１ａを厚くした方が重量効率が良いためであ
る。

【０００５】一方、ラーメン構造の鉄骨造や鉄骨鉄筋コ
ンクリート造の柱に、Ｈ形鋼１１を単材で用いた場合の
柱梁接合部では、この図４に示すように、強軸側鉄骨梁
の端部Ｈ形鋼１２のフランジ１２ａおよびウェブ１２ｂ
は柱のＨ形鋼フランジ１１ａに直接接合されているが、
弱軸側鉄骨梁の端部Ｈ形鋼１３のフランジ１３ａは柱Ｈ
形鋼フランジ１１ａと柱Ｈ形鋼ウェブ１１ｂの両方に溶
接接合されている。

【０００６】この場合、弱軸側鉄骨梁の端部Ｈ形鋼１３
のフランジ１３ａはテーパー等の形状となるため、溶接
組立Ｈ形鋼を用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】柱鋼材としてＨ形鋼を
用いた上記従来の柱梁接合部では、弱軸側鉄骨梁の端部
Ｈ形鋼が組立Ｈ形鋼になることと、そのフランジが柱に
用いたＨ形鋼のフランジとウェブの両方に溶接接合され
ることから、柱梁接合部について加工や溶接の手間が多
くかかるという欠点がある。

【０００８】このことは、ブラケットタイプに限らず、
現場溶接タイプでも同様であり、柱梁接合部に補剛材や
接合金物等を必要とすることで、接合作業に手間がかか
る他、構造的にも複雑となり合理的な設計が難しくな
る。本願発明は上述のような従来技術における課題を解
決し、接合部の構造が大幅に簡略化でき、施工が容易
で、力学的にも明解で信頼性の高い柱梁接合部の構造お
よびその柱梁接合部に用いられる柱用Ｈ形鋼を提供する
ことを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明は、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を構成
するＨ形鋼に鉄骨梁を溶接してなる柱梁接合部であっ
て、柱を構成する前記Ｈ形鋼としてウェブの板厚ｔ₁ と
フランジの板厚ｔ₂ の関係が、１．１≦（ｔ₁ ／ｔ₂ ）
≦２．０であるＨ形鋼を用い、弱軸側の鉄骨梁の端部を
この柱鋼材としてのＨ形鋼のウェブのみに直接接合して
あることを特徴とするものである。

【００１０】ここで、柱鋼材としてのＨ形鋼のウェブに
直接接合というのは、従来、強軸側の鉄骨梁について適
用されている接合構造を適用できることを意味してお
り、フランジとウェブをともに溶接接合する場合（工場
溶接の場合は、通常、フランジを突合わせ溶接し、ウェ
ブをすみ肉溶接する）や、フランジを溶接接合し、ウェ
ブを接合金物を利用して接合する場合等も含まれる。

【００１１】この場合、弱軸側の鉄骨梁もその端部を、
柱鋼材としてのＨ形鋼のウェブのみに対して接合すれば
よいので、組立Ｈ形鋼に比べ、安価で性能も安定してい
る圧延Ｈ形鋼を用いることができる。本願の請求項２に
係る柱用Ｈ形鋼は、上記請求項１に係る柱梁接合部に用
いるＨ形鋼を与えるものであり、ウェブの板厚ｔ₁ とフ
ランジの板厚ｔ₂ の関係が、１．１≦（ｔ₁ ／ｔ₂ ）≦
２．０であることを特徴とするものである。

【００１２】以下に、柱鋼材としてのＨ形鋼のウェブの
板厚ｔ₁ とフランジの板厚ｔ₂ の関係を、１．１≦（ｔ
₁ ／ｔ₂ ）≦２．０に限定した理由を述べる。表１〜３
は現在、一般に広く使用されている圧延Ｈ形鋼の形状、
そのウェブの板厚ｔ₁ とフランジの板厚ｔ₂ の関係を示
したものである。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【表３】

【００１６】表１の細幅系列や表２の中幅系列は、主に
曲げ応力を受ける梁などに用いられており、ウェブ厚
（ｔ₁ ）／フランジ厚（ｔ₂ ）の比は、０．５４〜０．
７２となっている。これは、フランジを厚くし、ウェブ
を薄くすると、曲げ剛性や曲げ耐力の対重量効率が良く
なることに起因している。

【００１７】表３の広幅系列については、主に柱やブレ
ースなどに用いられており、ウェブ厚（ｔ₁ ）／フラン
ジ厚（ｔ₂ ）の比は、０．６１〜０．７０のものと、フ
ランジとウェブが同厚のものとの２通りの形状がある。
特に、ウェブが厚いタイプは、材軸方向に大きな圧縮力
を受ける部材に適した断面となっている。

【００１８】いずれの場合についても、現状の圧延Ｈ形
鋼ではウェブはフランジ以下の厚みとなっている。本願
発明は、柱鉄骨にＨ形鋼を用いた柱梁接合部について、
構造の単純化の面からその見直しを行い、柱に用いるＨ
形鋼のウェブ厚を厚くすることで、弱軸側の鉄骨梁の端
部を、柱のＨ形鋼のウェブのみに直接接合することとし
たものであり、そのためにはウェブの厚さをどの程度と
すればよいかが問題となる。

【００１９】そこで、図３に示す柱梁接合部部分モデル
を対象に解析によるケーススタディを行った。このモデ
ルは、柱が鉄骨鉄筋コンクリート造、梁が鉄骨造の中層
建物の部分架構を抽出したもので、ケーススタディで
は、特に大地震時の柱鉄骨（柱Ｈ形鋼１）と梁鉄骨（弱
軸側鉄骨梁３）の応力伝達について検討した。なお、部
分架構の方向は、柱のＨ形鋼にとって弱軸側となってい
る。

【００２０】具体的には、梁鉄骨および柱鉄骨につい
て、種々の寸法を想定し、さらに柱のウェブ厚（ｔ₁ ）
／フランジ厚（ｔ₂ ）の比について、従来のウェブ厚が
フランジ厚以下のものと、ウェブ厚がフランジ厚より厚
くなる場合について解析を行った。解析結果をまとめた
ものが、表４である。

【００２１】

【表４】

【００２２】表４に示されるように、柱のＨ形鋼のウェ
ブが薄い場合には、柱の曲げ降伏に達する前に、梁フラ
ンジが接合されている部分の柱ウェブが局部降伏するこ
ととなり、ウェブが厚い場合は、柱が曲げ降伏するま
で、柱ウェブは局部降伏しない。

【００２３】柱ウェブの局部降伏が先行する場合は、梁
鉄骨から柱鉄骨への応力伝達が不十分となり、この架構
が大地震時に、その耐力を十分発揮できないこととな
る。このようなことから、柱のＨ形鋼のウェブ厚は、フ
ランジ厚の１．１倍以上が好ましい。また、ウェブ厚の
上限については、鋼材の重量、コスト面からフランジ厚
の２．０倍程度以内が適当であり、それ以上、厚くして
もメリットはほとんどないものと考えられる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本願発明に係
る柱梁接合部および柱用Ｈ形鋼の一実施形態として、鉄
骨鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨梁からなるラーメン構
造における柱梁接合部を示したものである。

【００２５】鉄骨鉄筋コンクリート柱４の柱鉄骨１に
は、ウェブ１ｂがフランジ１ａより厚い圧延Ｈ形鋼を用
いている。この柱４に対して、強軸側鉄骨梁２と弱軸側
鉄骨梁３が取り付いて柱梁接合部が形成されている。な
お、鉄骨鉄筋コンクリート柱４のコンクリート部分につ
いては、図示を省略し、２点鎖線で外郭を示している。

【００２６】本願発明では、柱ウェブ１ｂが厚いことを
利用して、強軸側鉄骨梁２と同様に、弱軸側鉄骨梁３に
ついても、フランジ３ａ、ウェブ３ｂをともに、柱ウェ
ブ１ｂに直接溶接接合している。この場合、弱軸側梁３
ａと柱フランジ１ａを溶接接合する必要がなく、また弱
軸側梁３にも圧延Ｈ形鋼を用いることが可能となる。

【００２７】また、この柱梁接合部（パネルゾーン）に
おける接合構造が簡略化され、かつ強固な接合構造が得
られ、応力の流れも明確であることから、図示した例で
は、この柱梁接合部について、柱主筋５を取り巻く柱フ
ープ筋６を省略することで、さらに柱梁接合部の構造を
簡略化し、施工性を高めている。ただし、設計によって
は、必要に応じ、通常の場合と同様に、柱梁接合部にも
柱フープ筋を配筋することになる。

【００２８】なお、図示した例では、柱鉄骨１のＨ形鋼
の断面寸法として、Ｈ−３００×３００×２２×１９
（規格：ＳＮ４９０Ｂ、Ｃ）、強軸側、弱軸側の鉄骨梁
２，３のＨ形鋼の断面寸法として、Ｈ−６００×２００
×１１×１７を想定している。

【００２９】

【発明の効果】本願発明に係る柱梁接合部あるいは柱用
Ｈ形鋼によれば、柱用Ｈ形鋼のウェブ厚をフランジ厚の
１．１倍以上としているため、Ｈ形鋼柱の弱軸側に鉄骨
梁を取り付ける場合において、梁フランジに生じる圧縮
および引張力に対し、柱用Ｈ形鋼のウェブの面外曲げ耐
力のみで抵抗でき、梁フランジを柱ウェブのみに直接接
合することが可能となる。

【００３０】すなわち、本願発明に係る柱梁接合部で
は、別途補強することなく、接合部パネルのせん断降伏
や柱の曲げ降伏に先行して、弱軸側の梁フランジの柱ウ
ェブへの接合部分が局部破壊するといったことが回避さ
れ、鋼材断面の効率的な利用が可能となる。

【００３１】また、柱用Ｈ形鋼のウェブ厚をフランジ厚
の２．０倍以下とすることで、上記効果を維持しつつ、
鋼材重量およびコストの増大を抑えることができ、柱梁
接合部全体としての経済性を確保することができる。柱
用Ｈ形鋼の弱軸側に梁鉄骨が直接取り付く構造であるた
め、従来、溶接組み立てＨ形鋼が用いられていた弱軸側
の鉄骨梁に圧延Ｈ形鋼等を利用することができ、従来の
構造に比べて、加工、溶接の手間が大幅に軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る柱梁接合部および柱用Ｈ形鋼の
一実施形態を示す斜視図である。

【図２】図１に対応する柱梁接合部の水平断面図であ
る。

【図３】柱用Ｈ形鋼のウェブ厚さ等に関するケーススタ
ディのための柱梁接合部部分モデルの図である。

【図４】従来の柱鉄骨としてＨ形鋼を用いた柱梁接合部
の一例（ブラケットタイプ）を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…柱鉄骨、１ａ…フランジ、１ｂ…ウェブ、２…強軸
側鉄骨梁、２ａ…フランジ、２ｂ…ウェブ、３…弱軸側
鉄骨梁、３ａ…フランジ、３ｂ…ウェブ、４…鉄骨鉄筋
コンクリート柱、５…柱主筋、６…柱フープ筋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04B 1/24 E04B 1/16 E04B 1/30 E04B 1/58 508

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の
   柱を構成するＨ形鋼に鉄骨梁を溶接してなる柱梁接合部
   であって、柱を構成する前記Ｈ形鋼としてウェブの板厚
   ｔ₁ とフランジの板厚ｔ₂ の関係が、１．１≦（ｔ₁ ／
   ｔ₂ ）≦２．０であるＨ形鋼を用い、弱軸側の鉄骨梁の
   端部を前記Ｈ形鋼のウェブのみに直接接合してあること
   を特徴とする柱梁接合部。
2. 【請求項２】 ウェブの板厚ｔ₁ とフランジの板厚ｔ₂
   の関係が、１．１≦（ｔ₁ ／ｔ₂ ）≦２．０であること
   を特徴とする請求項１記載の柱梁接合部に用いる柱用Ｈ
   形鋼。