JP3996744B2

JP3996744B2 - 薄板鋼部材の接合構造

Info

Publication number: JP3996744B2
Application number: JP2001194763A
Authority: JP
Inventors: 公司半谷; 良一菅野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003003565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、スチールハウス等の薄板鋼建築物における薄板鋼部材の接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スチールハウス等を構築する骨組み構造体として、通常、木材よりも軽量で、反りや捩じれ等に対して耐久性に優れた板厚が０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の鋼板を加工した溝形鋼などの薄板鋼部材が好適に用いられている。
【０００３】
従来、薄板鋼建築物における薄板鋼部材の接合手段としては、ボルト接合が一般的に使用されている。このような薄板鋼部材のボルト接合には、支圧接合による中ボルトが広く用いられ、例えば、スチールハウスの屋根トラスの標準ディテールにも含まれている。
【０００４】
また、前記したような中ボルトによるボルト接合では、施工性を向上させるために、図７示すように、互いに重ね合わされる薄板鋼部材１，２同士の接合端面部１ａ，２ａの接合部位１個所に真円のボルト孔３を開設し、このボルト孔３に１本の中ボルト４を挿通して、中ボルト４に座金５を介してナット６を螺合させて締結するような接合方法（１本ボルト接合）が望ましい。
【０００５】
ところが、スチールハウスの屋根トラスなどのようなトラススパンが大きい場合には、薄板鋼部材１，２同士の１個所の接合部位に加わる力（剪断力）も大きくなるため、１本ボルト接合を確立するためには、ボルト軸径の大きな中ボルト４を用いる必要があり、図９に示すように、ボルト軸径Ｄが２０ｍｍ（Ｍ２０）の太い中ボルト４を用いて接合しなければならいこともある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このため、前記した従来の薄板鋼部材の接合構造にあっては、図９に示すような薄板鋼部材１，２同士の接合部位にボルト軸径Ｄの太い中ボルト４を用いた場合、ボルト頭部の大きさだけが非常に目立つ。例えば、背丈が９０ｍｍで、幅が４０ｍｍの標準的な溝形鋼からなる屋根トラスの接合部位に、Ｍ２０のような太い中ボルト４を用いると、ボルト接合部の形態が滑稽で見苦しく、見る人に違和感を与え、外観を低下させる。
【０００７】
また、接合部に加わる剪断力の大小にあわせて、中ボルトのサイズを変更しなければならないことも大きな問題となる。複数の種類の中ボルトを混在させて使用することは、施工性の低下を引き起こすだけでなく、付け間違いによる施工不良の発生原因にもつながる恐れがある。
【０００８】
このようなボルト接合部の外観性を高め、かつボルトの混在使用を行わずに施工性を向上させるためには、図７に示すように、例えばＭ１２のようなボルト軸径Ｄの細い中ボルト４のみを用いて、剪断力の大きい場合でも接合できるようにする必要がある。
【０００９】
ところが、図１０に示すように、薄板鋼部材１，２に引張力Ｆが作用、反作用として加わり、それらの接合端面部１ａ，２ａ間に剪断力が作用したとき、座金の直径が中ボルトの軸径の２倍程度であると、中ボルト４が引張力Ｆの作用方向に回転し傾倒する。これにより、ボルト孔３の周辺の薄板鋼部材１，２に面外への膨れ変形（面外変形）が生じ、接合部位の平面性を維持することができないばかりでなく、亀裂破壊も発生し易い。
【００１０】
図１１は、薄板鋼部材の板厚（ｔ）を１．２ｍｍとし、中ボルトのボルト軸径Ｄ（Ｄ：Ｍ１０，Ｍ１２，Ｍ１６，Ｍ２０）に対するボルト１本当たりの剪断力Ｐ（ｋＮ）との実験結果を示す。この場合、座金の直径ｄは、ボルト軸径Ｄの２倍（２Ｍ）とする。
【００１１】
また、図１２は、中ボルトのボルト軸径Ｄを１２ｍｍ（Ｍ１２）とし、薄板鋼部材の板厚（ｔ：８ｍｍ，１．２ｍｍ，１．６ｍｍ，２．３ｍｍ，３．２ｍｍ）に対するボルト１本当たりの剪断力Ｐ（ｋＮ）の測定結果を示す。この場合、座金の直径ｄは、ボルト軸径Ｄの２倍（２Ｍ）とする。
【００１２】
すなわち、図１１及び図１２から明らかなように、薄板鋼部材１，２の接合端面部１ａ，２ａ間の接合部位では、中ボルト４のボルト軸径Ｄ及び薄板鋼部材の板厚ｔによってボルト１本当たりの剪断力が大きく影響される。しかし、従来では、薄板鋼部材１，２の接合端面部１ａ，２ａを中ボルト４の締結により拘束（支圧）する座金５の直径ｄが、ボルト軸径Ｄに対して約２倍と小径であるため、ボルト支圧力が低いと、接合部位に作用する剪断力Ｐによる中ボルト４の傾倒回動が生じ、その結果、ボルト孔３の周辺の鋼材が面外へ曲がり出るような変形を生じた時点で、接合部位の強度が決定されることになる。
【００１３】
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたもので、ボルト接合部位の破壊性状を分析し、薄板鋼部材の接合強度の決定要因がボルトから薄板鋼部材に伝達される支圧力による鋼材の面外変形であることを見い出し、面外変形を拘束することにより、ボルト接合部位に大きな剪断力が作用しても、ボルト軸径を大径化することなく、接合強度（支圧強度）を高めることができる薄板鋼部材の接合構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本発明は、次のように構成する。
【００１５】
第１の発明は、互いに重ね合わされる薄板鋼部材同士の接合端部に開設したボルト孔に座金を挟んでボルトを挿通し、当該ボルトに前記座金と対となる座金を介してナットを螺合させて締結することにより、前記薄板鋼部材同士の接合を行うにあたり、前記一対の座金の直径は、前記ボルトのボルト軸径の３倍以上、５倍以下からなり、前記一対の座金の板厚は、前記座金の直径の１／１６以上、１／８以下からなり、前記薄板部材の板厚は、 0.4 ｍｍ以上、 2.0 ｍｍ以下からなることを特徴とする。
【００１９】
【作用】
本発明に係る薄板鋼部材の接合構造は、中ボルトのボルト軸径の少なくとも３倍以上の直径を有する大径な座金を用いることにより、ボルト支圧力を高めることを可能にしている。このため、薄板鋼部材同士の接合端面部を締結する中ボルトの回転変形及びボルト孔の周囲の面外変形が同時に拘束され、真円のボルト孔が剪断力の作用方向に楕円形に変形するような破壊（支圧破壊）が生じ、接合部位の強度が決定される。これにより、従前のような中ボルトのボルト軸径を太くすることなく、大径な座金によるボルト接合部位の支圧強度の向上が図れるとともに、接合部位の平面性を維持することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１から図６に示す図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の図示の実施形態において、図７から図１０に示す従来構造と構成が重複する部分は同一符号を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る薄板鋼部材の接合構造の一実施形態を示す。図１に示すように、互いに重ね合わされる薄板鋼部材１，２同士の接合端面部１ａ，２ａの接合部位には、真円のボルト孔３が開設され、このボルト孔３に中ボルト４を挿通するとともに、この中ボルト４に座金５を介してナット６を螺合させて締結してなる構成を有する。
【００２２】
そして、前記座金５は、図２に示すように、中ボルト４のボルト軸径Ｄ（Ｍ）に対して、３倍以上の直径ｄ（３Ｍ）を有する。
【００２３】
図３及び図４は、本発明における中ボルト４のボルト軸径及び薄板鋼部材の板厚に対するボルト１本当たりの剪断力の測定結果を、図１１及び図１２に示す従来の測定結果と比較して示す。図３は、薄板鋼部材の板厚（ｔ）を１．２ｍｍとし、中ボルト４のボルト軸径Ｄ（Ｄ：Ｍ１０，Ｍ１２，Ｍ１６，Ｍ２０）に対するボルト１本当たりの剪断力Ｐ（ｋＮ）を示す。この場合、座金の直径ｄは、ボルト軸径Ｄの４倍（４Ｍ）とする。また、図４は、中ボルト４のボルト軸径Ｄを１２ｍｍ（Ｍ１２）とし、薄板鋼部材の板厚（ｔ：８ｍｍ，１．２ｍｍ，１．６ｍｍ，２．３ｍｍ，３．２ｍｍ）に対するボルト１本当たりの剪断力Ｐ（ｋＮ）を示す。この場合、座金の直径ｄは、ボルト軸径Ｄの４倍（４Ｍ）とする。
【００２４】
すなわち、図５に示すように、薄板鋼部材１，２に引張力Ｆが作用、反作用として加わり、それらの接合端面部１ａ，２ａ間に剪断力が作用したとき、中ボルト４のボルト軸径Ｄの少なくとも３倍以上（本実施例では４倍）の直径ｄを有する大径な座金５を用いているため、従来よりも、ボルト１本当たりの剪断力を高めることが可能になり、ボルト支圧力の向上が図れる。このため、薄板鋼部材１，２同士の接合端面部１ａ，２ａを締結する中ボルト４の回転変形及びボルト孔の周囲の面外変形が同時に拘束され、真円のボルト孔３が剪断力の作用方向に楕円形に変形するような破壊（支圧破壊）が生じ、接合部位の強度が決定される。
【００２５】
なお、図６は、中ボルト４のボルト軸径Ｄを１２ｍｍ（Ｍ１２）として、座金５の直径ｄ（ｄ：１．５Ｍ，２Ｍ，３Ｍ，３．５Ｍ，４Ｍ，５Ｍ）による薄板鋼部材の板厚（ｔ）に対するボルト１本当たりの剪断力Ｐ（ｋＮ）への影響度を示する。図６（ａ）は薄板鋼部材の板厚（ｔ）が０．８ｍｍ、図６（ｂ）は薄板鋼部材の板厚（ｔ）が１．２ｍｍにおける測定結果である。
【００２６】
図６に示す測定結果から明らかなように、ボルト１本当たりの剪断力は、座金５の直径ｄが中ボルト４のボルト軸径Ｄの３倍未満（ｄ：１．５Ｍ，２Ｍ）では剪断力の上昇が期待することができず、３倍以上、５倍以下の範囲とした場合に剪断力の上昇が望めることが分かる。このように、座金５の直径ｄに対する接合部位の強度の上昇は、ボルト軸径Ｄの３倍（３Ｍ）乃至５倍（５Ｍ）の範囲で最も有効に作用する。
【００２７】
また、図３及び図４から明らかなように、座金５の直径ｄによる接合部位の強度は、本発明のような鋼材の板厚（ｔ）が０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の範囲で５０％程度の上昇が期待でき、従来の鋼構造分野において使用されているような板厚（ｔ）が２．３ｍｍ以上の鋼材では比較的効果が小さい。
【００２８】
さらに、鋼材からなる被接合材の板厚が３．２ｍｍ以上の従来の軽量鉄骨造におけるボルト接合構造では、座金の厚さが被接合材の板厚よりも薄い場合が多いが、本発明では、座金の厚さを被接合材となる薄板鋼部材の板厚（０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ程度）よりも厚くすることで、接合部位における中ボルト４の回転変形及びボルト孔３の周囲の面外変形に対する拘束効果を高める工夫を施している。
【００２９】
これらの座金による拘束効果を効果的に発揮させるためには、接合する薄板綱部材の板厚の最適範囲は、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍであり、使用する座金の板厚が、その直径の１／１６〜１／８となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る薄板鋼部材の接合構造は、中ボルトのボルト軸径の少なくとも３倍以上の直径を有する大径な座金を用いることにより、ボルト支圧力を高めることができ、これにより、従前のような中ボルトのボルト軸径を太くすることなく、大径な座金によるボルト接合部位の支圧強度の向上を図ることができるとともに、接合部位の平面性を維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る薄板鋼部材の接合構造の一実施形態を示し、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】同じく接合部位の要部拡大図である。
【図３】同じく本発明における中ボルトのボルト軸径に対するボルト１本当たりの剪断力の測定結果を示す説明図である。
【図４】同じく本発明における薄板鋼部材の板厚に対するボルト１本当たりの剪断力の測定結果を示す説明図である。
【図５】同じく本発明における接合部位の支圧破壊状態を示す説明図である。
【図６】図６は本発明における座金の直径による薄板鋼部材の板厚に対するボルト１本当たりの剪断力への影響度を示し、同図（ａ）は薄板鋼部材の板厚が０．８ｍｍおける測定結果を示す説明図、同図（ｂ）は薄板鋼部材の板厚が１．２ｍｍおける測定結果を示す説明図である。
【図７】図７は従来の薄板鋼部材の接合構造を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。
【図８】同じく接合部位の要部拡大図である。
【図９】図９は従来の薄板鋼部材の接合構造を他の例を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。
【図１０】同じく接合部位の面外変形状態を示す説明図である。
【図１１】同じく従来の中ボルトのボルト軸径に対するボルト１本当たりの剪断力の測定結果を示す説明図である。
【図１２】同じく従来の薄板鋼部材の板厚に対するボルト１本当たりの剪断力の測定結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１薄板鋼部材
１ａ接合端面部
２薄板鋼部材
２ａ接合端面部
３ボルト孔
４中ボルト
５座金
６ナット
Ｄボルト軸径
ｄ座金の直径

Claims

互いに重ね合わされる薄板鋼部材同士の接合端部に開設したボルト孔に座金を挟んでボルトを挿通し、当該ボルトに前記座金と対となる座金を介してナットを螺合させて締結することにより、前記薄板鋼部材同士の接合を行うにあたり、前記一対の座金の直径は、前記ボルトのボルト軸径の３倍以上、５倍以下からなり、前記一対の座金の板厚は、前記座金の直径の１／１６以上、１／８以下からなり、前記薄板部材の板厚は、 0.4 ｍｍ以上、 2.0 ｍｍ以下からなることを特徴とする薄板鋼部材の接合構造。