JP4129423B2 - エネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法及び継手構造 - Google Patents

Description

この発明は、鉄骨造建築物の鉄骨柱のメタルタッチによるボルト継手構法及び継手構造の技術分野に属し、更に言えば、エネルギー吸収部材（ダンパー板）を用いて緊結を行い、建築物が地震や風により水平力を受けた場合に、柱の軸圧縮力、及び剪断力に耐えつつ引き抜き力に起因する引張り応力をエネルギー吸収部材で吸収して応答を低減させるようにエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法及び継手構造の技術分野に属する。

従来、鉄骨造建築物の鉄骨柱の継手部は、溶接継手、高力ボルト摩擦接合継手等の剛接合が一般的に実施されている。
例えば下記の特許文献１に開示された角形鋼管柱相互の剛接合構造は、上下の角形鋼管柱を、その内外面に当てがわれた当て板を利用して、中間に破断溝を有する特殊構造のワンサイドボルトで剛接合した構成である。これは上記の高力ボルト摩擦接合継手の一種に分類される。
また、特許文献２に開示された上下鉄骨柱の接合構造は、筒状の上下鉄骨柱の接合部に、筒体内部に接合筒体を介在させ、内向きに通した高力ボルトで締結して剛接合した構成である。これも上記の高力ボルト摩擦接合継手の一種に分類される。
なお、本出願人による特願２０００−８６５３５号に係る発明「エネルギー吸収部材を有する柱継手」は、溶接継手に分類される内容である。

特許第２７０２８８２号公報 特公平７−８１３１４号公報

従来、鉄骨造建築物の鉄骨柱の継手部としては、上下の鉄骨柱を現場で溶接する溶接継手が多く実施されている。しかし、溶接継手の場合は、特に雨天時には溶接作業ができないなど天候に左右されるという問題がある。その上、溶接接合の仕上がりは溶接作業者の技能に左右され、品質が不安定であるし、溶接後の品質検査が難しく、多くの労力を要して施工性が悪い、或いは爾後の解体が難しいといった問題点が指摘されている。

その点、上記特許文献１，２に開示された継手は、高力ボルト等の乾式ファスナーによる機械式継手であるから、作業が天候に左右される度合いが低いし、接合の仕上がりは機械的にほぼ一定している。仕上がり状態は目視確認が容易にできるし、品質も安定しており、爾後の解体も容易である等々の利点もある。
しかし、上記特許文献１のように中間に破断溝を有する特殊構造のワンサイドボルトで剛接合する構成の場合は、それなりに専用の締め付け工具を使用し、高価なワンサイドボルトを使用しなければならないから、大変高価な継手構造になってしまう。
特許文献２のように上下の筒状鉄骨柱の接合部の筒体内部に接合筒体を介在させる構成の場合にも、接合筒体は特注品となるので、それなりに高価な継手構造になる。

しかも、上記の特許文献１，２に開示された継手に共通な問題点は、それぞれ上下の鉄骨柱をいわば単純に剛接合するのみであり、耐震性能に関する配慮が皆無に等しいということである。地震や風等で柱継手部に生ずる応力に関しては、殆どそのエネルギーを吸収できない構造である。鉄骨造建築物の耐震性は不可欠の要請であり、特に柱を利用した耐震機構は今後の展開が注目を集めている。

従って、本発明の目的は、鉄骨造建築物における鉄骨柱の継手が、エネルギー吸収機能を有し、施工性にも優れ、爾後の解体等も容易なボルト継手構法およびボルト継手構造を提供することである。
本発明の目的は、上下の鉄骨柱をメタルタッチとし、エネルギー吸収部材により、ボルト等の乾式ファスナーを用いて緊結するボルト継手構法およびボルト継手構造を提供することである。
本発明の更なる目的は、上下の鉄骨柱の断面が食い違わないようにメタルタッチさせるダボを剪断抵抗部材として備えたボルト継手構法およびボルト継手構造を提供することである。

上記の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用いたボルト継手構法は、鉄骨造建築物の鋼管柱のメタルタッチによるボルト継手構法において、
柱脚のダイアフラム３の上面に立ち上がる中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部にそれぞれダンパー板１０をボルト止めするためのボルト孔を加工し、各ボルト孔に外向きにボルト７を通し、粘着テープ９等により仮固定する段階と、
鋼材から成るエネルギー吸収用のダンパ板１０にも、前記中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部に加工したボルト孔と共通する配置でボルト孔を加工する段階と、
前記中継ぎ鋼管５の内周面に沿って垂直に立ち上がる剪断抵抗部材８を同中継ぎ鋼管５の上端面よりも高く突き出させ、この剪断抵抗部材８は中継ぎ鋼管５の内周面及びダイアフラム３と溶接等で接合して設置すること、
上位の鋼管柱６の下端部を前記剪断抵抗部材８に沿ってその外周部分へ差し入れてその下端を前記中継ぎ鋼管５の上端へメタルタッチ状態に載せ、前記のダンパー板１０をその各ボルト孔へ上位の鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５へ予め取り付けたボルト７を通して当てがい、ナット１１をねじ込み緊結する段階とから成ることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法において、
中継ぎ鋼管５は、上位の鋼管柱６の下端部を所要の長さ、少なくともスラブ１４の厚さＴ以上の長さＬに切断して製作し、その切断面を上向きにして柱脚のダイアフラム３の上面に溶接して設置することを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載したエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法において、
各ダンパー板１０のボルト止めが完了した後に、各ダンパー板１０の外周を取り巻く環状形態のタイバンドを設置し、このタイバンド１２で各ダンパー板１０を締め付けて拘束することを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係るエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構造は、鉄骨造建築物の鋼管柱のメタルタッチによるボルト継手構造であって、
柱脚のダイアフラム３の上面に立ち上がる中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部にそれぞれダンパー板１０をボルト止めするためのボルト孔が加工され、各ボルト孔に外向きにボルト７が通され、粘着テープ８等により仮固定されていること、
鋼材から成るエネルギー吸収用のダンパー板１０にも、前記中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部に加工したボルト孔と共通する配置でボルト孔が加工されていること、
前記中継ぎ鋼管５の内周面に沿って垂直に立ち上がる剪断抵抗部材８を同中継ぎ鋼管５の上端面よりも高く突き出させ、この剪断抵抗部材８は中継ぎ鋼管５の内周面及びダイアフラム３と溶接等で接合して設置されていること、
上位の鋼管柱６の下端部が前記剪断抵抗部材８に沿ってその外周部分へ差し入れられ、同鋼管柱６の下端が中継ぎ鋼管５の上端へメタルタッチ状態に載せられ、前記のダンパー板１０はその各ボルト孔へ上位の鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５へ予め取り付けたボルト７を通して当てがわれ、ナット１１をねじ込み緊結されていることを特徴とする。

請求項１〜４の発明に係るエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法及びボルト継手構造は、ボルト接合による乾式ファスナーで実施されるので、当然の事ながら、作業が天候に左右される度合いは低いし、接合の仕上がり状態は機械的にほぼ一定しており、目視確認が容易にできる。また、品質も安定して検査が楽であり、爾後の解体等も容易である。施工性に優れ、工期の短縮も図れる。
上位の鋼管柱６と中継ぎ鋼管５とのメタルタッチ部には、中継ぎ鋼管５の上端に突き出た剪断抵抗部材８がダボの如くに存在しているので、鋼管柱断面のメタルタッチ部に、吊り込み時の水平力や柱材軸回りの捻り力による食い違いやガタを発生させず、上下の鉄骨柱のメタルタッチ作業を容易に能率良く行える。また、剪断外力に対する抵抗が充分に大きく、変形を拘束できる。一方、地震時の引き抜き応力にはダンパー板１０が抵抗し、その塑性変形によってエネルギーが吸収され、地震応答を低減する制震効果が得られる。
中継ぎ鋼管５を、上位の鋼管柱６の下端部を切断したもので製作すると、必然的にメタルタッチ部の整合性に優れる。また、中継ぎ鋼管５がスラブ１４の厚さＴ以上の長さＬ（高さ）であると、スラブコンクリートの打設作業の型枠代わりとなるなど作業上に種々好都合である。
上位の鋼管柱６と中継ぎ鋼管５を緊結したダンパー板１０（エネルギー吸収部材）の外周をタイバンド１２で取り巻き締め付けて拘束すると、鉄骨柱のメタルタッチ部の水平方向のズレを防止できるだけでなく、ダンパー板１０の面外変形をも拘束でき、座屈防止に有効であり、より高い制震効果を期待できる。

柱脚のダイアフラム３の上面に立ち上がる中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部にそれぞれダンパー板１０をボルト止めするためのボルト孔を加工し、各ボルト孔に外向きにボルト７を通し、粘着テープ等により仮固定する。
鋼材から成るエネルギー吸収用のダンパー板１０にも、前記中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部に加工したボルト孔と共通する配置でボルト孔を加工する。
前記中継ぎ鋼管５の内周面に沿って垂直に立ち上がる剪断抵抗部材８を同中継ぎ鋼管５の上端面よりも高く突き出させ、この剪断抵抗部材８は中継ぎ鋼管５の内周面及びダイアフラム３と溶接等で接合して設置する。
上位の鋼管柱の下端部を前記剪断抵抗部材に沿ってその外周部分へ差し入れてその下端を前記中継ぎ鋼管５の上端へメタルタッチ状態に接触させ、前記のダンパー板１０をその各ボルト孔へ上位の鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５へ予め取り付けたボルト７を通して当てがい、ナット１１をねじ込み緊結する。
前記中継ぎ鋼管５は、上位の鋼管柱６の下端部を所要の長さ、少なくともスラブ１４の厚さＴ以上の長さに切断して製作し、その切断面を上向きにしてダイアフラム３の上面に溶接して設置する。

図１〜図４は、本発明に係るエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法及びボルト継手構造の施工手順の要点を順に示している。
先ず図１は、下方から立ち上がってきた下位の鋼管柱１の上端の梁接合位置に、鉄骨梁２のフランジと整合する配置で上下（柱脚及び柱頭）のダイアフラム３，４が設けられ、これらに鉄骨梁２がそれぞれ接合されている。そして、柱脚のダイアフラム３の上面に立ち上がる中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部にそれぞれ、ダンパー板１０をボルト止めするためのボルト孔が加工され、各ボルト孔に鋼管内部から外向きにボルト７を通し、粘着テープ９或いは接着剤、点付け溶接等により脱落したりナット締結時に共回りしない程度に仮固定した段階を示している。
図１はまた、前記中継ぎ鋼管５の内周面に沿って垂直に立ち上がる剪断抵抗部材８を同中継ぎ鋼管の上端面よりも高く突き出させ、この剪断抵抗部材８は中継ぎ鋼管５の内周面（及びダイアフラム３）と後述するように溶接等で強固に接合して設置した状態も示している。

中継ぎ鋼管５は、上位の鋼管柱６のメタルタッチによる継ぎ足しを実現するための柱体で、好ましくは上位の鋼管柱６の下端部を所要の長さ、具体的には、少なくとも鉄骨梁２の上に追って打設されるコンクリートスラブ１４の厚さＴ以上の長さＬに切断して製作し、その切断面を上向きにしてダイアフラム３の上面の柱芯々の位置に溶接して設置する（請求項２記載の発明）。かくすると、後述するように上位の鋼管柱６の下端部を中継ぎ鋼管５の上端へメタルタッチ状態に載せて建て方を行う際に、両者の馴染みが丁度良いメタルタッチを実現できる。また、コンクリートスラブ１４が打設される際の型枠代用となるし、下方のボルト止め位置がコンクリート中に埋没されることを防止でき、ナット１１の締め直し又は解体作業に好都合である。

次に図２は、図１の状態から、上位の鋼管柱６の下端部を前記剪断抵抗部材８に沿ってその外周部分へ差し入れるように下降させ、その下端を前記中継ぎ鋼管５の上端へメタルタッチ状態に載せて、ダンパー板１０をボルト止めにより緊結する段階を示している。
低降伏点鋼又は極低降伏点鋼や一般鋼材等の鋼材のみから成るか又は支持部を鋼材で平板形状に製作したエネルギー吸収用のダンパー板１０には、前記中継ぎ鋼管５、及び上位の鋼管柱６の下端部に加工したボルト孔と共通する配置でボルト孔が加工されている。ダンパー板１０は、その各ボルト孔へ、上位の鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５に予め取り付けられ仮固定された上記のボルト７を通して上位の鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５の外側面へ当てがい、図３のようにナット１１をねじ込み強固に緊結されている。

図４は、図３のように各ダンパー板１０のボルト止めによる緊結が完了した後、必要に応じて各ダンパー板１０の外周を取り巻く環状形態のタイバンド１２を設置し、各ダンパー板１０を外側から強固に締め付けて拘束した完成状態を示している（請求項３に記載した発明）。
図５Ａ，Ｂは、タイバンド１２で各ダンパー板１０の外周を締め付けて拘束する構造の異なる例を示している。
図５Ａは、鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５が円形断面の場合で、当然のことながらダンパー板１０も円弧状とされている。タイバンド１２は、円を直径線方向に二分割したに等しい一対のバンド１２Ａと１２Ｂを組み合わせ、それぞれの両端の端部板をボルト・ナットによる締結機構１３で結合して締め付けた構成例を示している。
図５Ｂは、鋼管柱６及び中継ぎ鋼管５が角形断面の場合で、ダンパー板１０は四辺に沿う平板形状とされている。タイバンド１２は、四角形を対角線方向に二分割したに等しい一対のバンド１２Ａと１２Ｂを組み合わせ、それぞれの両端の端部板をボルト・ナットによる締結機構１３で結合して締め付けた構成の例である。

次に、図６と図７は、上記剪断抵抗部材８の異なる構成の例を示している。
先ず図６Ａ、Ｂは、角断面の鋼材を所要長さに切断して製作した４本の剪断抵抗部材８Ａを先行して、角断面の中継ぎ鋼管５における四隅相当位置へ対角線方向に配置し、その下端部を柱脚のダイアフラム３と全周溶接している。その後に差し込まれダイアフラム３と全周溶接した中継ぎ鋼管５とも、剪断抵抗部材８Ａの各接点が連続溶接され、水平力に抵抗するように強固に構成されている。もっとも、溶接以外の接合手段で実施することも可能である。
図７Ａ、Ｂの場合は、中継ぎ鋼管５を先行してダイアフラム３と全周溶接した後に、中継ぎ鋼管５の内周に内接する径の角鋼管（又は鋼管柱６を切って利用することもできる。）を所要長さに切断し、更に縦に４分割（又は二分割でも可）した４個の剪断抵抗部材８Ｂを前記中継ぎ鋼管５の中へ組み入れて再び四角形に組み立て、前記縦の分割線を相互に連続溶接して再び１個の角管に完成し水平力に抵抗する構成とされている。剪断抵抗部材８Ｂの下端を柱脚のダイアフラム３と溶接することも必要に応じて行う。

ところで、中層以上の鉄骨造建築物の建築において、鉄骨柱は、一般的に３層程度を１節として製作される。図８は、そのような場合の実施例を示している。
即ち、図８中の点線円１５，１６は上述した構成で上下の鋼管柱１と６及び６と６’を予め工場等においてエネルギー吸収部材たるダンパー板１０を用いボルト止めにより緊結して現地へ搬入し建て方を行う場合の構成例を示している。

上下の鋼管柱の建て方直前の段階を示した立面図である。 上下の鋼管柱をメタルタッチさせダンパー板でボルト止めする段階を示した立面図である。 上下の鋼管柱をダンパー板でボルト止めした段階を示す立面図である。 上下の鋼管柱をダンパー板を用いて緊結した完成段階を示す立面図である。 ＡとＢはタイバンドの異なる構成の例を示す平面図である。 ＡとＢは剪断抵抗部材の構成例を示した平面図と立面図である。 ＡとＢは剪断抵抗部材の異なる構成例を示した平面図と立面図である。 ３層１節の鉄骨柱についての本発明の実施例を示した立面図である。

符号の説明

３ ダイアフラム
５ 中継ぎ鋼管
６ 上位の鋼管柱
１０ ダンパー板
７ ボルト
９ 粘着テープ
８ 剪断抵抗部材
１４ スラブ
Ｔ スラブの厚さ
１２ タイバンド

Claims (4)

1. 鉄骨造建築物の鋼管柱のメタルタッチによるボルト継手構法において、
   柱脚のダイアフラムの上面に立ち上がる中継ぎ鋼管、及び上位の鋼管柱の下端部にそれぞれダンパー板をボルト止めするためのボルト孔を加工し、各ボルト孔に外向きにボルトを通し、粘着テープ等により仮固定しておく段階と、
   鋼材から成るエネルギー吸収用のダンパー板にも、前記中継ぎ鋼管、及び上位の鋼管柱の下端部に加工したボルト孔と共通する配置でボルト孔を加工しておく段階と、
   前記中継ぎ鋼管の内周面に沿って垂直に立ち上がる剪断抵抗部材を同中継ぎ鋼管の上端面よりも高く突き出させ、この剪断抵抗部材は中継ぎ鋼管の内周面及びダイアフラムと溶接等で接合して設置する段階と、
   上位の鋼管柱の下端部を前記剪断抵抗部材に沿ってその外周部分へ差し入れてその下端を前記中継ぎ鋼管の上端へメタルタッチ状態に載せ、前記のダンパー板をそのボルト孔へ上位の鋼管柱及び中継ぎ鋼管へ予め取り付けたボルトを通して当てがい、ナットをねじ込み緊結する段階とからなることを特徴とする、エネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法。
2. 中継ぎ鋼管は、上位の鋼管柱の下端部を所要の長さ、少なくともスラブの厚さ以上の長さに切断して製作し、その切断面を上向きにして柱脚のダイアフラムの上面に溶接して設置することを特徴とする、請求項１に記載したエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法。
3. 各ダンパー板のボルト止めが完了した後に、各ダンパー板の外周を取り巻く環状形態のタイバンドを設置し、このタイバンドで各ダンパー板の外周を締め付けて拘束することを特徴とする、請求項１又は２に記載したエネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構法。
4. 鉄骨造建築物の鋼管柱のメタルタッチによるボルト継手構造であって、
   柱脚のダイアフラムの上面に立ち上がる中継ぎ鋼管、及び上位の鋼管柱の下端部にそれぞれダンパー板をボルト止めするためのボルト孔が加工され、各ボルト孔に外向きにボルトが通され、粘着テープ等により仮固定されていること、
   鋼材から成るエネルギー吸収用のダンパー板にも、前記中継ぎ鋼管、及び上位の鋼管柱の下端部に加工したボルト孔と共通する配置でボルト孔が加工されていること、
   前記中継ぎ鋼管の内周面に沿って垂直に立ち上がる剪断抵抗部材を同中継ぎ鋼管の上端面よりも高く突き出させ、この剪断抵抗部材は中継ぎ鋼管の内周面及びダイアフラムと溶接等で接合して設置されていること、
   上位の鋼管柱の下端部が前記剪断抵抗部材に沿ってその外周部分へ差し入れられ、同鋼管柱の下端が中継ぎ鋼管の上端へメタルタッチ状態に載せられ、前記のダンパー板はその各ボルト孔へ上位の鋼管柱及び中継ぎ鋼管へ予め取り付けたボルトを通して当てがわれ、ナットをねじ込み緊結されていることを特徴とする、エネルギー吸収部材を用いた鉄骨柱のボルト継手構造。

Images