JP3772259B2 - エネルギー吸収部材を有する柱継手部 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明に属する分野】
この発明は、建物が地震や風により水平方向の力を受けた際に柱継手部に生じる圧縮応力、せん断応力に耐えて、引張応力はエネルギー吸収部材で吸収し応答を低減させる柱継手部の技術分野に属する。
【０００２】
【従来技術】
従来、建築物の柱継手部は、図１に示すように、建築物の柱脚部近傍や３層程毎に配置されている（図１中の符号Ａ〜Ｃ）。柱継手には、溶接接合や高力ボルト摩擦接合等の剛接合が広く採用されている。
【０００３】
例えば、特許第２７０２８８２号公報には、角形鋼管柱相互の剛接合構法として、当て板を上下の角形鋼管柱にわたり接合部の表面および裏面の各々に設け、ワンサイドボルトによって接合した構成が開示されている。
【０００４】
特公平７−８１３１４号公報には、上下の鉄骨柱を接合する場合に、上下の柱間に接合金物を介在させ、上下の柱と接合金物とを溶接や高力ボルトで強固に接合した構成が開示されている。
【０００５】
柱継手には、一般的にフランジ継手と呼ばれる技術も広く採用されている。例えば、特開平８−１４４３８４号公報に、柱として接続される上下の管体の端部に予めフランジを設け、その外周面を半割金物で挟み、スリーブによって強固に締め付けるフランジ継手の構成が開示されている。
【０００６】
建物の主要構造部材にエネルギー吸収部材を取り付けた例としては、例えば特開平２０００−２７３９７１公報に、Ｈ型鋼梁端のフランジにカバープレートを付けた構成が開示されている。Ｈ形鋼梁のフランジの左右両面に、三角形板状の極低降伏点鋼材（エネルギー吸収部材）からなるパンチプレート又はカバープレートを水平に添設して柱に溶接することにより、Ｈ形鋼梁との接合部が補強され、地震時おけるＨ形鋼梁の柱に対する変形追随性能が向上し、Ｈ形鋼梁がパンチプレート又はカバープレートと共に地震時の履歴エネルギーを吸収する構造である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許第２７０２８８２号公報、特公平７−８１３１４号公報に開示された溶接接合や高力ボルト摩擦接合等による剛接継手および特開平８−１４４３８４号公報のフランジ継手は、柱相互間を強固に緊結することはできる。しかし、地震や風等で柱継手部に生じる応力に関しては殆どそのエネルギーを低減できないという問題がある。
【０００８】
特開平２０００−２７３９７１公報記載の継手は、エネルギー吸収部材をＨ形鋼梁に取付けた構成であり、柱継手部に生じる応力は低減できない。
【０００９】
本発明の目的は、鋼構造またはこれに類する建築物の柱継手部にエネルギー吸収部材を取付けること、そして、柱継手部に凸部、凹部のダボ構造を設けることにより、地震時に柱継手部に生じる圧縮応力、せん断応力に耐えると共に、引張り応力は柱端部の浮き上がり効果及びエネルギー吸収部材によってそのエネルギーを吸収させ地震応答を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るエネルギー吸収部材を有する柱継手部は、建築物の柱継手部において、
上下に接合される柱６、７のいずれか一方の柱６の端面部中央に軸方向の凸部６ａが設けられ、他方の柱７の端面部中央に軸方向の凹部７ａが設けられ、上下の柱６、７は端面部の凸部６ａと凹部７ａをはめ合わせて水平力に抵抗するダボ構造とし上位の柱６の下端面が下位の柱７の上端面へ浮き上がり可能な当接状態に接続されていること、
上下の柱６、７の前記端部は、上下方向の引張り力に対して塑性変形する複数のエネルギー吸収部材８で連結されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態及び実施例】
先ず、柱継手部の参考的な実施形態を図２、図３に基づいて説明する。
図２ａ〜ｃと図３ａ〜ｃは、上下に接合される柱１、２のうち、下位の柱２の上端部に、柱継手部に作用するせん断力に耐える強度及び剛性のタイバンド３を同柱２の外周を取り巻くように環状に設けた状態を示す。
【００１４】
図２ａは角形鋼管柱の例であり、図２ｂは円形鋼管柱の例であり、図２ｃはＨ形鋼柱にそれぞれタイバンド３を取付けた例を示している。タイバンド３も鋼製であり、通例、溶接で下方の柱２と一体化（固定）させる。
【００１５】
上位の柱１の下端部は、前記タイバンド３の内側へ差入れられ、下位の柱２の上端面へ浮き上がり可能な当接状態（メタルタッチ）に接続され（符号１ａ、２ａが当接位置を示す）、圧縮応力は柱断面間で伝達し、引張応力は浮き上がりによってそのエネルギーを吸収可能に構成されている。水平力（せん断力）にはタイバンド３の強度、剛性によって抵抗する。
【００１６】
図３ａ〜ｃには、上記のように当接状態に接続した上下の柱１、２の端部を上下方向の引張り力に対して塑性変形する複数のエネルギー吸収部材４で接続した状態を示す。図３ａ、ｂはエネルギー吸収部材４の上端部４ａは上方の柱１へ直接溶接で接合し、同下端部４ｂはタイバンド３へ溶接で接合されている。図３ｃは、上位の柱１の下端に固定したタイバンド３と、柱頭を前記タイバンド３の中へ差し入れた下位の柱２の上端部とをエネルギー吸収部材４で接続した例を示す。
【００１７】
従って、地震時の水平力（せん断力）は、タイバンド３の強度及び剛性により抵抗し、上下の柱１、２の接続状態は安定に保持される。引張り力が作用した場合には、上位の柱１の浮上がりと、それに伴うエネルギー吸収部材４の塑性変形とにより、地震エネルギーを吸収して過大な変形を抑制する。したがって、上位の柱１の復元時に衝撃的な騒音を発生する虞はない。
【００１８】
なお、図３ａは柱中間部における柱継手部の実施形態を示す。図３ｂは柱脚部における柱継手部の実施形態を示し、図３ｃは柱頭部における柱継手部の実施形態を示している。大梁の上にはスラブ５が施工されている。図３ｂと図３ｃは、上下方向に見て対称的な構成である。
【００１９】
次に、請求項１に記載した発明に係るエネルギー吸収部材を有する柱継手部の実施形態を、図４ａ、ｂと図５ａ〜ｃに基づいて説明する。
【００２０】
図４ａ、ｂは、上下に接合される柱６、７のうち、上位の柱６の下端面部に軸方向下向きの凸部６ａが設けられ、下位の柱７の上端面部中央に軸方向上向きに開口する凹部７ａが孔として設けられた状態を示している。
【００２１】
図４ａは角形鋼管柱の例であり、図４ｂは円形鋼管柱の例である。
【００２２】
上位の柱６は、その凸部６ａを、下位の柱７の凹部７ａへはめ合わされ、下位の柱７の上端面へ浮き上がり可能な当接状態（メタルタッチ）に接続され（符号６ｂ、７ｂが当接位置を示す）、圧縮応力は柱断面間で伝達し、引張応力は浮き上がりによってそのエネルギーを吸収可能に構成されている。水平力（せん断力）には、はめ合わせた凸部６ａと凹部７ａとの所謂ダボ効果（支圧効果）によって抵抗する。
【００２３】
図５ａ〜ｃには、上記のように当接状態に接続した上下の柱６、７の端部を上下方向の引張り力に対して塑性変形する複数のエネルギー吸収部材８で接続した状態を示す。図５ａは、エネルギー吸収部材８の上端部８ａが上位の柱６の側面へ直接溶接で接合されている。同下端部８ｂは前記当接部位を跨いで下位の柱７の上端部側面と溶接で接合されている。図５ｂは、下位の柱７の上端に位置する所謂ダイアフラム上の柱脚部へ、上位の柱６の下端が当接状態に接続され、同ダイアフラムと上位の柱６の下部側面とがエネルギー吸収部材８で接続された例を示す。図５ｃは逆に、上位の柱６の下端に位置するダイアフラムの下面に設けた柱頭部の下端へ、下位の柱７の上端が当接状態に接続され、同ダイアフラムと下位の柱７の上部側面とがエネルギー吸収部材８で接続された例を示す。
【００２４】
従って、地震時の水平力（せん断力）は、上下の柱の凸部６ａ、凹部７ａのダボ構造により抵抗し、柱相互の接続状態は安定に保持される。引張り力が作用した場合には、上位の柱６の浮上がりと、それに伴うエネルギー吸収部材８の塑性変形とにより地震エネルギーを吸収して過大な変形を抑制する。したがって、上位の柱６の復元時に衝撃的な騒音を発生する虞はない。
【００２５】
図５ａは柱中間部における柱継手部の実施形態を示す。図５ｂは柱脚部における柱継手部の実施形態を示し、図５ｃは柱頭部における柱継手部の実施形態を示している。大梁の上にはスラブ９が施工されている。図５ｂと図５ｃは、上下方向に対称的に構成されている。
【００２６】
各柱端部相互に設ける凸部、凹部は、嵌合してダボ効果を発揮する構成ならば、本実施形態に限らないし、上下の柱のどちらに設けてもよい。
【００２７】
エネルギー吸収部材には、極低降伏点鋼や低降伏点鋼等の履歴ダンパーを用いる。勿論、普通の鋼材を使用して、溶接施工の簡略化や工期の短縮を図ることも可能である。
【００２８】
なお、エネルギー吸収部材に極低降伏点鋼を使用する際に、溶接による降伏応力度の上昇が懸念される場合には、溶接熱の影響のない領域を変形長さとすると共に、座屈による性能劣化しない長さに設計する。
【００２９】
以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため申し添える。例えば、柱端面部の凸部、凹部の設計には、用途に応じて様々な形状が考えられる。又、柱継手部分は３層程度毎に一箇所設けても良いし、１本の柱に複数箇所設けても良い。
【００３０】
【発明の奏する効果】
請求項１に記載した発明に係るエネルギー吸収部材を有する柱継手部によれば、鋼構造またはこれに類する構造の柱継手部を、上下の柱は当接状態で接続し、且つエネルギー吸収部材を取付けると共に、柱端面部に凸部、凹部を設けたので、地震時に柱継手部に生じる圧縮応力、せん断応力に良く耐えるし、引張応力は柱端部の浮き上がりとそれに伴うエネルギー吸収部材の塑性変形によってそのエネルギーを吸収させるので、地震応答を低減する効果に優れるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 継手部の設置場所を示した概念図である。
【図２】 ａはタイバンドを角形鋼管柱に取付けた参考例である。ｂはタイバンドを円形鋼管柱に取付けた参考例である。ｃはタイバンドをＨ形鋼柱に取付けた参考例である。
【図３】 ａは柱中間部に実施した側面図である。ｂは柱脚部に実施した側面図である。ｃは柱頭部に実施した側面図である。
【図４】 本発明の実施例を示すもので、ａは角形鋼管柱の上下の端面部に凸部・凹部を設けた実施例である。ｂは円形鋼管柱の上下の端面部に凸部・凹部を設けた実施例である。
【図５】 本発明の実施例を示すもので、ａは柱中間部について実施した例を一部破断して示す側面図である。ｂは柱脚部について実施した例を一部破断して示す側面図である。ｃは柱脚部について実施した例を一部破断して示す側面図である。
【符号の説明】
１、２、６、７ 上下の柱
３ タイバンド
４、８ エネルギー吸収部材
６ａ 凸部
７ａ 凹部

Claims (1)

1. 建築物の柱継手部において、上下に接合される柱のいずれか一方の柱の端面部中央に軸方向の凸部が設けられ、他方の柱の端面部中央に軸方向の凹部が設けられ、上下の柱は端面部の凸部と凹部をはめ合わせて水平力に抵抗するダボ構造とし上位の柱の下端面が下位の柱の上端面へ浮き上がり可能な当接状態に接続されていること、
   上下の柱の前記端部は、上下方向の引張り力に対して塑性変形する複数のエネルギー吸収部材で連結されていることを特徴とする、エネルギー吸収部材を有する柱継手部。

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