JP3958175B2

JP3958175B2 - 円形鋼管柱の柱梁接合構造

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Publication number: JP3958175B2
Application number: JP2002285648A
Authority: JP
Inventors: 隆司森田; 文久吉田
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004124369A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円形の鋼管柱に、鋼管柱よりも幅狭のＨ形鋼製の梁を接合したノンダイヤフラム形式の柱梁接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、円形鋼管柱の柱梁接合構造として、図９に示すダイヤフラム形式のものが一般に採用されている。この従来例では、円形の鋼管柱２１の梁接合部に、予め工場で平面形状が八角形の上下２段のダイヤフラム２９，２９を溶接すると共に、これら上下２段のダイヤフラム２９，２９の各一辺と、両ダイヤフラム２９，２９間の鋼管柱２１の側面とに、Ｈ形鋼製のブラケット２８を溶接する。現場では、鋼管柱２１のブラケット２８に、添え板による梁継手２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを介してＨ形鋼製の梁２２をボルト接合する。鋼管柱２１へのブラケット２８の溶接は、上下のダイヤフラム２９，２９の対応する各一辺にブラケット２８の上下フランジ２８ａの端部を、また鋼管柱２１の側面にブラケット２８のウェブ２８ｂの端部をそれぞれ突き合わせ溶接して行う。
【０００３】
しかし、このような柱梁接合構造では、工場での鋼管柱２１の加工工数が多くなり、しかも添え板の梁継手２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃも必要で、コストアップとなる。
【０００４】
他のダイヤフラム形式の例として、図１０に示すものも知られている。この従来例では、円形の鋼管柱２１の梁接合部に、予め工場で図９の従来例の場合と同様の上下２段のダイヤフラム２９，２９を溶接すると共に、これら両ダイヤフラム２９，２９の間の鋼管柱２１側面にガセットプレート２６を溶接する。現場では、梁２２のウェブ２２ｂの端部を鋼管柱２１のガセットプレート２６にボルト止めし、両ダイヤフラム２９，２９の対応する各一辺に梁２２の上下フランジ２２ａ，２２ａ端を突き合わせ溶接する。
【０００５】
この従来例の場合、ブラケットや、添え板形式の梁継手が不要であるが、ダイヤフラム形式であるため、工場での鋼管柱２１の加工工数が多くなる点は図９の従来例と同じである。
【０００６】
ノンダイヤフラム形式の従来例としては、図１１に示す増肉鋼管柱を用いたものがある。この従来例は、円形の鋼管柱２１の梁接合部を増肉部２１ａとして補強し、その鋼管柱２１の梁接合部に、予め工場でＨ形鋼製のブラケット２８Ａを溶接したものである。現場では、鋼管柱２１のブラッケット２８Ａに、添え板式の梁継手２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを介して梁２２をボルト接合する。鋼管柱２１へのブラケット２８Ａの溶接は、ブラケット２８Ａの端部を図１２のように鋼管柱２１の外径に合わせて円弧状に開先加工して行う。
【０００７】
このように、ダイヤフラムを省略した場合は、梁２２（具体的にはブラケット２８Ａ）の端部を鋼管柱２１の外径に合わせて円弧状に加工しなければならない。また、このように端部をＲ加工された梁２２は、図１３のように、現場で既に建て込まれた鋼管柱２１の間に、側方から納めようとしても、Ｒ加工部分の端部が中央よりも出っ張っていて円形鋼管柱２１との干渉を生じるため、納めることができない。そのため、上述のように、予め工場で鋼管柱２１にブラケット２８Ａを溶接しておき、現場では梁２２を添え板式の梁継手２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを介してボルト接合しなければならない。このようにブラケット２８Ａと添え板とを用いるため、やはりコストアップとなる。
また、ダイヤフラムを省略したこの従来例の場合、梁フランジ幅が狭いと、鋼管柱２１の面外変形耐力が小さいため、図１４のように梁端モーメントにより梁２２のフランジ２２ａに大きい引っ張り力Ｔが働いたときに、鋼管柱２１が変形することがある。
このため、梁２２における上下フランジ２２ａの先端部の幅をテーパ状に広げることを考えた。このように梁フランジ幅を変えることは、梁２２に、上下フランジ２２ａとウェブとを溶接組立したタイプのもの、いわゆるビルト型のＨ形鋼を用いることで可能である。しかし、このようなビルト型のＨ形鋼でフランジ幅をテーパ状に加工するには、加工が煩雑となり、コスト高の要因となる。
【０００８】
この発明の目的は、このような課題を解消し、構造が簡素で、堅固な接合が行え、かつ加工が容易で安価に構築できる円形鋼管柱の柱梁接合構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の円形鋼管柱の柱梁接合構造は、円形の鋼管柱に、この鋼管柱よりも幅狭のＨ形鋼製の梁を接合した柱梁接合構造において、上記鋼管柱の梁接合部がノンダイヤフラム構造であり、上記梁は、梁端部で上側のフランジの上面および下側のフランジの下面にそれぞれ重ねて接合された接合プレートを介して上記鋼管柱に接合され、上記各接合プレートは柱接合端が梁幅よりも広がっていて、この柱接合端が鋼管柱の側面に沿う円弧形状であり、鋼管柱の側面に突合わせ溶接されたものである。接合プレートと梁との接合は、溶接であっても、ボルト接合であっても良い。梁の幅は、例えば円形鋼管柱の外周面の断面となる円に内接する正方形の１辺の幅と同程度か、またはこの１辺よりも狭い幅である。この構成によると、梁の上下フランジを、接合プレートを介して鋼管柱に接合するようにしたため、円形鋼管柱の外周形状に沿わせる開先加工が、平板状の部材である接合プレートを円弧状に加工するだけで良く、従来のＨ形鋼の上下フランジに円弧状の加工を行うものに比べて加工が容易である。そのため、安価に構成できる。梁のフランジに発生する荷重は、接合プレートを介して鋼管柱に伝わる。この場合に、接合プレートは柱接合端が梁幅よりも広がっているため、広い範囲で鋼管柱と接合できて、鋼管柱の面外変形耐力も確保される。また、ノンダイヤフラム構造であり、しかも鋼管柱に梁端部となるブラケットが不要となるため、鋼管柱の構造も簡素なものとなる。鋼管柱にブラケットがないため、運搬容積が小さくなり、運搬コストも安くなる。
【００１０】
上記接合プレートは、梁の幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレートに分割されたものとする。このように接合プレートが２枚に分割されていると、接合プレートを円形鋼管柱に現場溶接する場合に、梁を鋼管柱間に納めてから、２枚の分割接合プレートを梁の両側方から鋼管柱の外周面に持って来ることができ、梁の現場施工を容易に行うことができる。また、接合プレートを鋼管柱に工場溶接しておいて、現場で接合プレートに鋼管柱を溶接する場合には、接合プレートが上記のように２枚に分割されていると、次のように接合プレートの梁に対する溶接長を長く得ることができる。
【００１１】
すなわち、接合プレートが、梁の幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレートに分割されたものである場合に、これら２枚の分割接合プレートは、上記梁のフランジに重なる全ての辺、つまり梁幅中央側の辺、梁接合端と反対側の辺、および梁幅外側の斜めの辺の一部で梁のフランジに隅肉溶接しても良い。このように接合プレートを分割構成とすることで、分割接合プレートの梁幅中央側の辺の隅肉溶接が可能となり、同サイズの接合プレートを１枚の非分割品とした場合に比べて、梁への接合プレートの溶接長が長くなる。そのため、接合強度を堅固にすることができる。
【００１２】
また、接合プレートが、梁の幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレートに分割されたものであり、また接合プレートを梁に溶接されたものとする場合に、これら２枚の各分割接合プレートは、梁のフランジに１本の仮止め用のボルトで回動自在に取付けられ、梁接合端を鋼管柱の側面に合わせて鋼管柱に溶接されたものとしても良い。
この構成の場合、現場で梁を柱間に配置するときは、２枚の分割接合プレートを梁と干渉しないように両側方へ開いておき、柱間に梁を配置した後に、２枚の分割接合プレートを仮止め用のボルトを中心にして閉じ側へ回動させことで、各分割接合プレートの柱接合端を円形鋼管柱の側面に沿わせる。この後、各分割接合プレートを梁のフランジおよび鋼管柱へ溶接する。上記のように分割接合プレートを仮止め用のボルトで回動自在に取付けることで、分割接合プレートを梁に工場や現場の地上で取付けておいた状態で、梁を建込み位置へ吊り上げることができる。また、接合プレートの溶接に際して、接合プレートを位置決めする作業が、回動操作で済む。これらのため、接合プレートの取扱や溶接のための作業が簡単になる。
【００１３】
この発明において、上記接合プレートは、鋼管柱側の幅が幅広となるように、テーパ状に先広がり形状となったものとする。テーパ状に先広がりとなった形状であれば、円形鋼管柱の面外変形耐力の確保が可能で、かつ接合プレートの余分な梁幅方向への突出部分がなく、材料の節減ともなる。このテーパ状の接合プレートは、柱接合端の幅を鋼管柱の径に応じて自由に変更し、鋼管柱の径等に応じて鋼管柱の面外変形耐力を適正化することができる。
【００１４】
この発明において、上記梁は、ウェブが鋼管柱の側面に溶接されたものであっても良い。その場合、例えば、接合プレートは鋼管柱に工場溶接しておき、現場で梁と接合プレートとの接合、および梁のウェブと鋼管柱側面との溶接を行う。
この構成の場合、梁のウェブと鋼管柱側面とを溶接した堅固な接合構造でありながら、従来の梁接合用のブラケットを鋼管柱に溶接する構造のものに比べ、鋼管柱からの出っ張りも少なくなるので、現場への運搬や構築前の保管が容易になる。
【００１５】
この発明において、上記梁は、上記鋼管柱の側面に上下方向に沿って接合されたガセットプレートにボルト接合されたものであっても良い。
この構成の場合、鋼管柱の側面に予め接合されたガセットプレートに梁のウェブをボルト接合した状態で、接合プレートの鋼管柱や梁への接合作業を行うことができる。そのため、現場での梁接合作業をより容易に行うことができる。
【００１６】
上記発明において、上記鋼管柱の梁接合部は、この鋼管柱の他の部分よりも肉厚の厚い厚肉部とする。
このように厚肉部とした場合、ノンダイヤフラム構造であっても、鋼管柱の十分な面外変形耐力を確保できる。上記厚肉部は、素材となる鋼管を増肉加工した部分とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はこの実施形態に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す正面図，側面図および平面図である。この柱梁接合構造は、円形の鋼管柱１に、この鋼管柱１よりも幅狭のＨ形鋼製の梁２を接合したものであって、鋼管柱１の梁接合部がノンダイヤフラム構造とされている。円形鋼管柱１の梁接合部は、この鋼管柱１の他の部分よりも肉厚の厚い厚肉部１ａとされている。上記梁２は、梁端部で上下のフランジ２ａ，２ａにそれぞれ接合される接合プレート３，３を介して鋼管柱１に接合される。各接合プレート３は、鋼管柱１側の幅が幅広となるように、テーパ状の先広がり形状とされており、柱接合端が梁幅よりも広がっている。この広がった柱接合端は、鋼管柱１の側面に沿う円弧形状とされている。上記接合プレート３は、梁２の幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレート４，４に分割されている。換言すれば、梁幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレート４，４を合わせて「接合プレート３」と称している。この接合プレート３は、予め工場において鋼管柱１の側面に突き合わせ溶接等により溶接される。
【００１８】
鋼管柱１は、この接合プレート３が溶接された状態で、工場より現場に運搬され、建てられる。現場では、この建てられた鋼管柱１の上下の接合プレート３，３間に梁端部が嵌まり込むように、梁２が吊り上げて配置される。この後、接合プレート３が梁２の上下のフランジ２ａにそれぞれ溶接される。この場合に、図１（Ｃ）のように、接合プレート３を構成する２枚の分割接合プレート４，４は、フランジ２ａに重なる辺の全てが隅肉溶接される。接合プレート３がこのようなテーパ形状である場合、その各分割接合プレート４のフランジ２ａと重なる辺は、梁幅中央側の辺４ａ、梁接合端と反対側の辺４ｂ、および梁幅外側の斜めの辺４ｃの一部となる。また、梁２は、そのウェブ２ｂの端部が鋼管柱１の側面に溶接される。
【００１９】
この円形鋼管柱の柱梁接合構造によると、梁２の上下フランジ２ａを、接合プレート３を介して鋼管柱１に接合するようにしたため、円形鋼管柱１の外周形状に沿わせる開先加工が、平板状の部材である接合プレート４を円弧状に加工するだけで良く、従来のＨ形鋼の上下フランジに円弧状の加工を行うものに比べて加工が容易である。そのため、安価に構成できる。梁２の上下フランジ２ａに発生する荷重は、接合プレート３を介して鋼管柱１に伝わる。この場合に、接合プレート３は柱接合端が梁幅よりも広がっているため、広い範囲で接合プレート３と接合できて、鋼管柱１の面外曲げ耐力等の面外変形耐力が確保される。また、ノンダイヤフラム構造であり、しかも鋼管柱１に梁端部となるブラケットが不要となるため、鋼管柱１の構造も簡素なものとなる。鋼管柱１にブラケットがないため、運搬容積が小さくなり、運搬コストも安くなる。
【００２０】
また、接合プレート３は、梁２の幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレート４からなるものとしているので、その各分割接合プレート４は、梁幅中央側の辺４ａ、梁接合端と反対側の辺４ｂ、および梁幅外側の斜めの辺４ｃの一部で梁２のフランジ２ａに隅肉溶接することができる。このため、接合プレート３を１枚の非分割のものとした場合に比べて、梁２への接合プレート３の溶接長が長くなる。そのため、十分な接合強度を確保できる。
さらに、円形鋼管柱１は梁接合部が厚肉部１ａとされているので、ノンダイヤフラム構造でありながら、十分な耐力が確保される。
【００２１】
なお、この実施形態において、接合プレート３の鋼管柱１への溶接は、現場で行うようにしても良い。その場合、梁２を吊り上げて鋼管柱１間に配置した状態で、接合プレート３の鋼管柱１への溶接および梁２への溶接を行う。接合プレート３の鋼管柱１への溶接と梁２への溶接とは、いずれを先に行っても良い。鋼管１間に梁２を配置した後に、接合プレート３の鋼管柱１への溶接を行うようにすれば、接合プレート３が梁２の鋼管柱１間への配置の邪魔となることがない。
【００２２】
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す正面図，側面図および平面図である。この柱梁接合構造は、図１に示す第１の実施形態において、接合プレート３を構成する２枚の分割接合プレート４，４を、予め工場で円形鋼管柱１の側面に溶接しておき、現場でこれら２枚の分割接合プレート４，４を、梁２のフランジ２ａにボルト５で接合したものである。ボルト５には高力ボルトが用いられる。梁２のウェブ２ｂの端部を円形鋼管柱１の側面に溶接すること、およびその他の構造は第１の実施形態の場合と同じである。
この提案例の場合、現場での溶接作業を無くすことができ、現場作業が容易になり、接合の信頼性が向上する。その他の効果は図１の実施形態の場合と同様である。
【００２３】
図３（Ａ），（Ｂ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す平面図および正面図である。この柱梁接合構造では、図１に示す第１の実施形態において、円形鋼管柱１の梁接合部の側面に、予め工場で上下方向に沿うガセットプレート６が溶接により接合される。接合プレート３は、鋼管柱１に対して現場溶接とする。現場では、先ず梁２のウェブ２ｂの端部がガセットプレート６にボルト７で接合される。接合プレート３を構成する２枚の分割接合プレート４，４は、梁２のフランジ２ａに１本の仮止め用のボルト５Ａで回動自在に取付けられる。この仮止め用のボルト５Ａによる分割接合プレート４の取付けは、現場で梁２の吊り上げ前に行うようにしても、予め工場で行うようにしても良い。ボルト５Ａで仮止めした分割接合プレート４，４は、梁２の柱１間への配置作業時には図４に実線で示すように互いに開いておく。梁２の柱１間への配置が完了し、ガセットプレート６への梁ウェブ２ｂのボルト接合の後に、両分割接合プレート４を互いに閉じ回動させて、その柱接合端を鋼管柱１の外面に沿わせる。この後、分割接合プレート４を鋼管柱１の側面に溶接する。なお、円形鋼管柱１における梁接合部の側面には、分割接合プレート４を円形鋼管柱１に溶接するときの裏当て材８を予め工場で溶接しておく。その他の構成は図１の実施形態と同様である。
【００２４】
この実施形態の場合、２枚の分割接合プレート４，４を梁２のフランジ２ａにボルト５Ａで回動自在に仮止めするので、鋼管柱１間への梁２の配置作業に接合プレート３が邪魔とならない。また、鋼管柱１に予め接合されたガセットプレート６に梁２のウェブ２ｂをボルト７で接合することからも、現場での梁接合作業をより簡単に行うことができる。
【００２５】
図５はさらに他の提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す平面図である。この柱梁接合構造は、図３および図４に示す実施形態において、接合プレート３を構成する２枚の分割接合プレート４，４を、それぞれ複数のボルト５で梁２のフランジ２ａに接合するようにしたものである。これらのボルト５のうち、１本のボルト５Ａは、仮止め用とする。分割接合プレート４および梁２のフランジ２ａには、ボルト５，５Ａを挿通させる複数のボルト挿通孔（図示せず）がそれぞれ形成される。
現場では、図３および図４の実施形態の場合と同様に、分割接合プレート４を１本の仮止め用のボルト５Ａだけで取付けて、梁２の鋼管柱１間への配置を行い、その後に分割接合プレート４の梁２への各ボルト５による接合、および分割接合プレート４の先端の鋼管柱１への突き合わせ溶接を行う。その他の構成は図３および図４の実施形態と同様である。この提案例の場合、分割接合プレート４の梁２への接合がボルト接合となるので、現場溶接が少なくなり、作業性および信頼性が向上する。
【００２６】
図６はさらに他の提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す平面図である。この柱梁接合構造は、図３，図４に示す実施形態において、接合プレート３を１枚の非分割のプレートとしたものである。その他の構成は図１の実施形態と同様である。
【００２７】
この実施形態の場合、接合プレート３が１枚のプレートからなるので、梁２のフランジ２ａに接合プレート３を隅肉溶接するときの溶接長が得難いが、裏面側から溶接することなどで、溶接長が確保される。その他の効果は図３，図４の実施形態と同様である。図１に示す第１実施形態においても、この接合プレート３を１枚の非分割のプレートとした構成が採用できる。
【００２８】
図７（Ａ），（Ｂ）はさらに他の提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す正面図および平面図である。この柱梁接合構造は、図１に示す実施形態において、円形鋼管柱１を、通常の肉厚の円形鋼管１Ａと、厚肉の円形鋼管１Ｂとを溶接することにより縦に連結して形成し、厚肉の円形鋼管１Ｂの部分を梁接合部としたものである。その他の構成は図１の実施形態と同様である。
このように構成することにより、梁接合部を厚肉部１ａとした円形鋼管柱１を安価に形成できる。図３，図４の提案例など、他の各提案例においても、この厚肉の円形鋼管１Ｂにより厚肉部１ａを構成した構成が採用できる。
【００２９】
図８はこの発明のさらに他の実施形態に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造を示す平面図である。この柱梁接合構造は、図１に示す実施形態において、円形鋼管柱１内にコンクリート９を充填してＣＦＴ構造の鋼管柱としたものである。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。このように構成することにより、円形鋼管柱１の圧縮耐力の向上が図れる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明の円形鋼管柱の柱梁接合構造は、円形の鋼管柱に、この鋼管柱よりも幅狭のＨ形鋼製の梁を接合した柱梁接合構造において、上記鋼管柱の梁接合部がノンダイヤフラム構造であり、上記梁は、梁端部で上下のフランジにそれぞれ接合された接合プレートを介して上記鋼管柱に接合され、上記各接合プレートは柱接合端が梁幅よりも広がっていて、この柱接合端が鋼管柱の側面に沿う円弧形状であり、鋼管柱の側面に突合わせ溶接されたものとしたため、構造が簡素で、堅固な接合が行え、かつ加工が容易で安価に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の正面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）は同平面図である。
【図２】（Ａ）は提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の正面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）は同平面図である。
【図３】（Ａ）はの発明のさらに他の実施形態に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の平面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図４】同柱梁接合構造の梁建方説明図である。
【図５】提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の平面図である。
【図６】さらに他の提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の平面図である。
【図７】（Ａ）はさらに他の提案例に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の正面図、（Ｂ）は同平面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態に係る円形鋼管柱の柱梁接合構造の平面図である。
【図９】（Ａ）は従来例の平面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１０】他の従来例の正面図である。
【図１１】（Ａ）はさらに他の従来例の平面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１２】同従来例における梁端部Ｒ加工の説明図である。
【図１３】円形鋼管柱に梁を現場溶接する場合の問題点を示す説明図である。
【図１４】円形鋼管柱に狭幅の梁を接合する場合の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１…円形鋼管柱
１ａ…厚肉部
２…梁
２ａ…フランジ
２ｂ…ウェブ
３…接合プレート
４…分割接合プレート
５Ａ…仮止め用ボルト
６…ガセットプレート
７…ボルト

Claims

円形の鋼管柱に、この鋼管柱よりも幅狭のＨ形鋼製の梁を接合した柱梁接合構造において、上記鋼管柱の梁接合部がノンダイヤフラム構造であり、上記梁は、梁端部で上側のフランジの上面および下側のフランジの下面にそれぞれ重ねて接合された接合プレートを介して上記鋼管柱に接合され、上記各接合プレートは鋼管柱側の幅が幅広となるように、テーパ状に先広がり形状となり、柱接合端が梁幅よりも広がっていて、この接合プレートは、梁の幅方向に並ぶ２枚の分割接合プレートに分割され、上記２枚の分割接合プレートは、梁幅中央側の辺、梁接合端と反対側の辺、および梁幅外側の斜めの辺の一部となる、上記梁に重なる全ての辺が上記フランジに隅肉溶接され、上記柱接合端が鋼管柱の側面に沿う円弧形状であり、鋼管柱の側面に突合わせ溶接され、上記鋼管柱の梁接合部が、この鋼管柱の他の部分よりも肉厚の厚い厚肉部であって、素材となる鋼管を増肉加工した部分である円形鋼管柱の柱梁接合構造。
請求項１において、上記梁は、ウェブが鋼管柱の側面に溶接されたものである円形鋼管柱の柱梁接合構造。
請求項１において、上記梁は、上記鋼管柱の側面に上下方向に沿って接合されたガセットプレートにボルト接合されたものである円形鋼管柱の柱梁接合構造。