JP3796984B2

JP3796984B2 - Ｈ形鋼柱の梁接合部構造

Info

Publication number: JP3796984B2
Application number: JP31194398A
Authority: JP
Inventors: 久哉加村; 茂樹伊藤; 忠輝形山; 卓也植木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2018-11-02
Also published as: JP2000136565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＨ形鋼柱の梁接合部構造、特にＨ形鋼柱の梁接合部において、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の接合部構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来のＨ形鋼柱の強軸方向の接合部に梁が剛接合され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合された状態の概略を示す平面図、図１０は同Ｈ形鋼柱の強軸方向の接合部に梁が剛接合され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合された状態を示す斜視図、図１１は従来のＨ形鋼柱の強軸方向と弱軸方向の接合部に梁が剛接合された状態を示す斜視図である。
通常、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の接合部は、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の耐力が強軸方向の約１／３であるため、図９及び図１０に示すようにＨ形鋼柱１１の弱軸方向の接合部に梁１２がピン１３によりピン接合されることが多い。そして、Ｈ形鋼柱１１の強軸方向の接合部に梁２が溶接により剛接合される。
このとき、Ｈ形鋼柱１１の強軸方向には剛接合のラーメンフレーム、弱軸方向はブレース構造となっているのが一般的である。
しかし、ピン接合される接合部は梁１２のたわみが大きくなるため、図１１に示すようにＨ形鋼柱１の弱軸方向の接合部に梁１２が溶接と梁継手１４により剛接合される場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｈ形鋼柱１１は強軸方向と弱軸方向の断面積が大きく異なる異方性あり、１９８１年に改正された建築基準法に基づく耐震設計法においてはブレース構造がラーメン構造よりも不利なため、近年我が国においては殆ど使われていない。しかし、Ｈ形鋼柱１１はオープン断面であるため、接合部の加工がしやすい特徴がある。
さらに、Ｈ形鋼柱１１の弱軸方向の接合部に梁１２がピン１３によりピン接合されると、ピン接合された梁は剛接合された梁に比較してたわみが大きくなるため、梁せいを大きくした大きな断面を使うか、スパンを小さくする必要があるという問題があった。
【０００４】
また、耐震設計上、柱崩壊型よりもエネルギー吸収能力の大きな梁降伏型の崩壊型を実現するため、柱の耐力を梁の耐力の１．１〜１．５倍とするのが望ましいとされている。
このため、たわみを大きくしないようにＨ形鋼柱１１の弱軸方向を剛接合する場合、柱の強軸方向の梁の１／３程度の耐力の梁１２しか使えないため、スパンを小さくする必要があった。
そこで、スパンを小さくするか、梁せいを大きくして梁耐力をＨ形鋼柱１１の弱軸耐力以上にする場合、地震の時に柱が崩壊する柱崩壊モードになり、耐震安全性状の点で好ましくなく、柱が崩壊すると復旧が困難であり、さらに建物の倒壊の危険性が増大するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の梁が剛接合された接合部にヒューズ部材を用いることにより、常時の剛性を向上させつつ、地震時にヒューズ部材を降伏させることにより、梁崩壊型を実現することができるＨ形鋼柱の梁接合部構造を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るＨ形鋼柱の梁接合部構造は、Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設けたダイアフラムに梁の一方のフランジをスプライスプレートを介して接合し、かつ該梁の他方のフランジを柱の曲げ体力以下のモーメントで降伏するヒューズ部材を介して接合したものである。
【０００７】
本発明の請求項２に係るＨ形鋼柱の梁接合部構造のヒューズ部材がフランジを具備する面材であって梁のウエブと略平行に設置されている。
【０００８】
本発明の請求項３に係るＨ形鋼柱の梁接合部構造のヒューズ部材は低降伏点鋼で形成されている。
【０００９】
本発明の請求項４に係るＨ形鋼柱の梁接合部構造の梁のウエブに補強リブが設けられ、当該補強リブの直下に上記ヒューズ部材が具備したフランジが位置するようにしている。
【００１０】
本発明の請求項１においては、Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設けたダイアフラムに梁の一方のフランジをスプライスプレートを介して接合し、かつ該梁の他方のフランジを柱の曲げ耐力以下のモーメントで降伏するヒューズ部材を介して接合したから、常時荷重に対しては剛接合となるが、地震により梁にＨ形鋼柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが加えられると、ヒューズ部材が降伏するため、ヒューズ部材が変形して梁崩壊型のメカニズムが実現できる。
【００１１】
本発明の請求項２においては、ヒューズ部材がフランジを具備する面材であって梁のウエブと略平行に設置されているから、ヒューズ部材の降伏後も梁のせん断力がヒューズ部材のフランジを介して下ダイアフラムからＨ形鋼柱へと効率よく伝達される。
【００１２】
本発明の請求項３においては、ヒューズ部材が低降伏点鋼で形成されている場合、普通鋼で形成されている場合に比べて歪みエネルギー吸収力が増え、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが複数回以上繰り返されても容易に破断しないため、ヒューズ部材の取り替えが必要にならず、履歴ダンパーとしての性能が得られる。
【００１３】
本発明の請求項４においては、梁のウエブに補強リブが設けられ、当該補強リブの直下にヒューズ部材が具備したフランジが位置するようにしているから、常時荷重における梁に加えられたせん断力は、梁のウエブに接合された補強リブを介し、直応力としてヒューズ部材が具備したフランジに、さらに下ダイアフラムからＨ形鋼柱のウエブへと効率よく伝達される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施形態１のＨ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す側面図、図２は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す平面図、図３は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面図、図４は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の施工前の状態を示す斜視図、図５は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造に用いられるヒューズ部材を示す斜視図、図６は柱と梁の十字形試験体を示す模式図、図７は同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の柱と梁の荷重−変位関係を示す線図である。
図において、１はＨ形鋼柱、２はＨ形鋼柱１の強軸方向のフランジ１ａに溶接により剛接合された強軸方向の梁、３はＨ形鋼柱１の弱軸方向に接合される弱軸方向の梁で、そのウエブ３ｃの上端及び上フランジ３ａの端部が切欠されている。
【００１５】
４はＨ形鋼柱１に接合され、弱軸方向の梁３に接合される上ダイアフラムで、フランジ１ａの側端部より突出している。５はＨ形鋼柱１に接合され、弱軸方向の梁３に接合される下ダイアフラムで、弱軸方向の梁３の下フランジ３ｂより下方に位置している。
６は下ダイアフラム５の下面とＨ形鋼柱１の弱軸方向のウエブ１ｂに溶接により取り付けられたダイアフラム用補強リブ、７はＨ形鋼柱１に接合され、強軸方向の下ダイアフラムである。
８は上ダイアフラム４と弱軸方向の梁３の上フランジ３ａとを接合するスプライスプレート、９は弱軸方向の梁３のウエブ３ｃの端部側両面にそれぞれ間隔を置いて設けられた２個の補強リブである。
【００１６】
１０は弱軸方向の梁３の下フランジ３ｂの下部に梁３のせん断力と曲げモーメントを伝達する普通鋼で形成されたヒューズ部材である。このヒューズ部材１０は両縁にそれぞれフランジ１１を具備し、Ｈ型断面の面材として形成されている。さらにヒューズ部材１０とフランジ１１の一端には補強板１２が取り付けられて函状になっている。
また、ヒューズ部材１０に設けられたフランジ１１の幅は梁３の幅以下程度で、フランジ部１１の断面積は梁３に作用するせん断力で降伏しないように形成されている。
さらに、ヒューズ部材１０の断面積はＨ形鋼柱１の曲げ耐力以下のモメントによる作用力によってせん断降伏するように形成されている。
なお、ヒューズ部材１０を塑性変形能力若しくは伸び能力の大きな例えば、ＬＹ１００、ＬＹ１６０等の低降伏点鋼で構成し、履歴ダンパーとしての性能が得られるようにしてもよい。
【００１７】
次に、Ｈ形鋼柱１に弱軸方向の梁３を接合する手順について説明する。
Ｈ形鋼柱１に接合された下ダイアフラム２の先端にヒューズ部材１０に設けられた補強板１２をフランジ１１が梁３のウエブ３ｃに直交するようにボルト１５とナット１６により取り付けておく。なお、溶接により固定してもよい。
しかる後に、弱軸方向の梁３の下フランジ３ｂの端部をヒューズ部材１０とフランジ１１に載せ、下フランジ３ｂの下面とヒューズ部材１０及びフランジ１１の上面を溶接により接合する。このとき、ヒューズ部材１０が梁３のウエブ３ｃと直下で平行に位置し、また梁３のウエブ３ｃに接合されたウエブ用補強リブ９の下方にヒューズ部材１０に設けられたフランジ１１が位置することとなる。
【００１８】
その後、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向のウエブ１ｂに接合された上ダイアフラム４と梁３の上フランジ３ａとを３つのスプライスプレート８で挟み込み、これら三者をボルト１５とナット１６で固定して剛接合する。なお、梁３のウエブ３ｃは上ダイアフラム４や下ダイアフラム５やＨ形鋼柱１とは接続されない。
上述した説明では、下ダイアフラム２にフランジ１１と補強板１２とを有するヒューズ部材１０を予め取り付けた例を示しているが、梁３の下フランジ３ｂにフランジ１１と補強板１２とを有するヒューズ部材１０を予め取り付けておき、その後にそのヒューズ部材１０等を下ダイアフラム５に接合するようにしてもよいことは勿論である。また、この場合のヒューズ部材１０と下ダイアフラム５の接合はボルトとナットによるか溶接でもよい。
【００１９】
このように構成された本発明の実施の形態１のＨ形鋼柱の梁接合部構造では、梁３の上フランジ３ａがスプライス８により上ダイアフラム４を介してＨ形鋼柱１に接合され、梁３の下フランジ３ｂがフランジ１１と補強板１２とを有するヒューズ部材１０により下ダイアフラム５を介してＨ形鋼柱１に接合されているため、常時荷重に対しては剛接合とすることができる。
そして、弱軸方向の梁３に加えられたせん断力は、梁３のウエブ３ｃに接合されたウエブ用補強リブ９を介し、直応力としてヒューズ部材１０に設けられたフランジ１１に、さらに下ダイアフラム５からその下のダイアフラム用補強リブ６、さらにはＨ形鋼柱１のウエブ１ｂへと伝達される。
また、梁３に加えられる曲げモーメント（即ち、梁３のフランジの直応力）はヒューズ部材１０のせん断力として下ダイアフラム５を介してＨ形鋼柱１へと伝達される。
【００２０】
また、地震時には、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントに対して、ヒューズ部材１０が降伏するように設計されているため、地震により梁３にＨ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが作用した場合に、これによりヒューズ部材１０にせん断力が作用して降伏するため、梁崩壊型のメカニズムが実現できる。
そして、常時荷重時に梁３の上下フランジ３ａ，３ｂの中心にあった梁３の回転中心は、地震時にヒューズ部材１０が降伏すれば梁３の上フランジ３ａ側に移動するため、ヒューズ部材１０のせん断変形角が大きくなり、ヒューズ部材１０に変形が集中し、ダンパーとして有効に作用することとなる。
ヒューズ部材１０が普通鋼で形成されている場合、図７の柱と梁の十字形試験体について、図８に示す試験結果である柱と梁の荷重−変位関係を示す線図を見ると、点線で示すように荷重に対する変形が大きく、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが６回繰り返されると、溶接部に亀裂が生じ、耐力低下を起こすため、ヒューズ部材１０の取り替えが必要になる。
【００２１】
また、ヒューズ部材１０が低降伏点鋼を用いて形成されている場合、図７の柱と梁の十字形試験体について、図８に示す試験結果である柱と梁の荷重−変位関係を示す線図を見ると、実線で示すように荷重に対する変形が小さく、Ｈ形鋼柱１の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが１０回繰り返されて耐力低下が起こらず、ヒューズ部材１０の取り替えが必要にならず、履歴ダンパーとしての性能が得られる。
さらに、低降伏点鋼を用いれば、降伏強度が普通鋼よりも小さいため、ヒューズ部材１０に同じ耐力を付与するためにヒューズ部材１０の板厚を厚くできるため、剛性を高くできる利点がある。
【００２２】
実施の形態２．
図８は本発明の実施形態２のＨ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面図である。
この実施の形態２は、実施の形態１とはヒューズ部材１０の取り付け位置が異なるものである。
この実施の形態２では、Ｈ形鋼柱１に接合された上ダイアフラム４に弱軸方向の梁３の上フランジ３ａがフランジ１１と補強板１２を有するヒューズ部材１０を介して接合され、Ｈ形鋼柱１に接合された下ダイアフラム５に弱軸方向の梁３の下フランジ３ａがスプライスプレート８を介して接合されたものである。なお、上ダイアフラム４の上面とＨ形鋼柱１にダイアフラム用補強リブ６が溶接により取り付けられている。
上述した実施の形態１が主に上方から下方へ梁３にせん断力や曲げモーメントが強く働いた場合に有効に機能するの対し、実施の形態２は主に下方から上方へ梁３にせん断力や曲げモーメントが強く働いた場合に有効に機能するように設計されたもので、それ以外の作用、効果は実施の形態１と同様である。
また、実施の形態２においても、ヒューズ部材１０が普通鋼で形成されたものと、低降伏点鋼で形成されたものが適用されることはいうまでもなく、その作用、効果も実施の形態１と同様である。
【００２３】
上述した実施の形態１、２では、ヒューズ部材１０にフランジ１１と補強板１２を設けた例について説明したが、補強板１２がないもの、或いはフランジ１１と補強板１２がないものについても本発明を適用できることは勿論である。
また、弱軸方向の梁３のウエブ３ｃの端部側両面に２個の補強リブ９を設けた例について説明したが、ヒューズ部材１０の中央部に更にフランジを設けた場合にはウエブ３ｃの端部側両面にそれぞれ１個の補強リブ９又は３個の補強リブ９を設けても本発明を適用できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１によれば、Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設けたダイアフラムに梁の一方のフランジをスプライスプレートを介して接合し、かつ該梁の他方のフランジを柱の曲げ耐力以下のモーメントで降伏するヒューズ部材を介して接合したから、常時荷重に対しては剛接合となるが、地震により梁にＨ形鋼柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが加えられると、ヒューズ部材が降伏するため、ヒューズ部材が変形して梁崩壊型のメカニズムがメカニズムが実現でき、さらに、梁の接合部をヒューズ部材を取り替える補修だけで済むという効果がある。
【００２５】
本発明の請求項２によれば、ヒューズ部材がフランジを具備する面材であって梁のウエブと略平行に設置されているから、ヒューズ部材の降伏後も梁のせん断力がヒューズ部材のフランジを介して下ダイアフラムからＨ形鋼柱へと効率よく伝達されるという効果がある。
【００２６】
本発明の請求項３によれば、ヒューズ部材が低降伏点鋼で形成されている場合、普通鋼で形成されている場合に比べて歪みエネルギー吸収力が増え、Ｈ形鋼柱の弱軸方向の耐力以下の曲げモーメントが複数回以上繰り返されても容易に破断しないため、ヒューズ部材の取り替えが必要にならず、履歴ダンパーとしての性能が得られるという効果がある。
【００２７】
本発明の請求項４によれば、梁のウエブに補強リブが設けられ、当該補強リブの直下にヒューズ部材が具備したフランジが位置するようにしているから、常時荷重における梁に加えられたせん断力は、梁のウエブに接合された補強リブを介し、直応力としてヒューズ部材が具備したフランジに、さらに下ダイアフラムからＨ形鋼柱のウエブへと効率よく伝達されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のＨ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す側面図である。
【図２】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す平面図である。
【図３】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面図である。
【図４】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の施工前の状態を示す斜視図である。
【図５】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造に用いられるヒューズ部材を示す斜視図である。
【図６】柱と梁の十字形試験体を示す模式図である。
【図７】同Ｈ形鋼柱の梁接合部構造の柱と梁の荷重−変位関係を示す線図である。
【図８】本発明の実施形態２のＨ形鋼柱の梁接合部構造の構成を示す断面図である。
【図９】従来のＨ形鋼柱の強軸方向の接合部に梁が剛接合され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合された状態の概略を示す平面図である。
【図１０】同Ｈ形鋼柱の強軸方向の接合部に梁が剛接合され、弱軸方向の接合部に梁がピン接合された状態を示す斜視図である。
【図１１】従来のＨ形鋼柱の強軸方向と弱軸方向の接合部に梁が剛接合された状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１Ｈ形鋼柱
３弱軸用の梁
３ａ上フランジ
３ｂ下フランジ
３ｃウエブ
４上ダイアフラム
５下ダイアフラム
８スプライスプレート
１０ヒューズ部材
１１フランジ
１２補強板

Claims

Ｈ形鋼柱の弱軸方向に設けたダイアフラムに梁の一方のフランジをスプライスプレートを介して接合し、かつ該梁の他方のフランジを柱の曲げ耐力以下のモーメントで降伏するヒューズ部材を介して接合したことを特徴とするＨ形鋼柱の梁接合部構造。
上記ヒューズ部材がフランジを具備する面材であって上記梁のウエブと略平行に設置されていることを特徴とする請求項１記載のＨ形鋼柱の梁接合部構造。
上記ヒューズ部材は低降伏点鋼で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＨ形鋼柱の梁接合部構造。
上記梁のウエブに補強リブが設けられ、当該補強リブの直下に上記ヒューズ部材が具備したフランジが位置することを特徴とする請求項２又は３記載のＨ形鋼柱の梁接合部構造。