JP4337962B2 - 柱梁接合金物及び柱梁接合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨建物構造物の角形断面鋼管の柱とＨ形鋼等の鉄骨梁との接合部に用いられる柱梁接合金物及びこれにより接合された柱梁接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨建物構造物の角形断面管の柱とＨ形鋼等の鉄骨梁との接合部では梁からの力を柱に効率良く伝達するために梁が取り付けられる部分を補強するのが一般である。
【０００３】
例えば、従来の柱鉄骨と梁鉄骨との接合部の一例としては、図２に示すように、Ｈ形鋼からなる梁101のフランジ101a位置に補強材として平板からなるダイアフラム102が角形断面管の柱103を貫通して溶接されるか、柱103の内部或いは柱103の外周部に溶接されて補強される。図２に示すように左右の梁101のフランジ101aに段差が生じる場合には、夫々のフランジ101aの位置にダイアフラム102が設けられていた（第１従来例）。
【０００４】
また、図３に示すように、角形断面管の柱103の外径と略等しく、柱103よりも肉厚で、接合される梁101の梁成（梁101の図３（ｂ）の上下方向の高さ寸法）よりも長い寸法を有して形成された接合金物104を用いて梁101と柱103とを溶接接合したものがあり、図３（ａ）に示すように、梁101の水平方向の幅（図３（ａ）の上下方向の幅）が柱成となる柱103の水平方向の幅（図３（ａ）の上下方向の幅）よりも小さい場合には、梁101の接合金物104に接続される側のフランジ101aに幅広の水平ハンチ101bを設けて溶接接合することで梁101からの力を柱103に円滑に伝達出来るようにしている（第２従来例）。
【０００５】
また、図４に示す特開平8-135017号公報には、角形断面管の柱と梁101とを接合する接合部材105が筒体106と、該筒体106の対向する２辺を支持する対辺プレート107と、筒体106の角部を挟む２辺を支持する隣辺プレート108とを鋳鋼で一体成型したものが提案されている（第３従来例）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図２に示した第１従来例では、溶接工数が多く、手間がかかるため接合作業に時間を要し、工期が延びて高コストになる上、接合部の品質がばらつく虞があった。この傾向は図２に示すように梁101のフランジ101aの取り付く位置が異なる場合にはダイアフラム102の数が増えるため顕著となる。
【０００７】
また、ダイアフラム102が柱103の表面から突出する場合や、柱103が側面を溶接接合した角形断面管の場合には管表面に溶接部が盛り上がるため、接合の際にこれ等を避けるためのスカラップ（切り欠き）を梁101の端部に形成して溶接する必要があるため梁101端部の複雑な加工が必要であった。
【０００８】
図３に示した第２従来例では、前記第１従来例のようにダイアフラム102を設けることによる複雑な加工が必要なく、梁101のフランジ101aに段差がある場合にも対応出来るので梁101の梁成の変更や梁101の取付位置の変更が容易であるが、梁101の水平方向の幅が柱成（柱103の水平方向の幅）よりも小さい場合（例えば、８０％以下）や、更に柱103に対して梁101が偏芯して取り付く場合には、接合金物104のフランジ104aに面外曲げ応力がかかるため接合部の剛性や耐力が著しく低下するという問題があった。
【０００９】
また、接合金物104に接続される側の梁101のフランジ101aに該接合金物104の隅角部外周面に亘って溶接接合される水平ハンチ101bを設けた場合には、剛性や耐力が低下することは無いが梁101の加工が複雑になる上、梁101と接合金物104との溶接量が増えるため鉄骨全体の溶接接合作業に時間がかかり高コストになっていた。
【００１０】
図４に示した第３従来例も前記第２従来例と同様に前述した第１従来例のようにダイアフラム102を設けることによる複雑な加工が必要なく、梁101のフランジ101aに段差がある場合にも対応出来るので梁101の梁成の変更や梁101の取付位置の変更が容易であるが、梁101からの力に対して対辺プレート107に歪みが集中することにより早期に降伏状態に至り、局部変形を生じるという問題があった。
【００１１】
また、隣辺プレート108は、梁101からの力に対して曲げ変形を生じ易いため、梁101からの力を柱103に効率良く伝達することが出来ないという問題があった。また、筒体106の内部に対辺プレート107や隣辺プレート108を形成した複雑な形状であるので鋳造時に欠陥が生じ易く、接合部材105の部位間で強度のばらつきが大きくなってしまうという問題がある。
【００１２】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、溶接加工が少なく、信頼性の高い柱梁接合金物及びこれを用いた柱梁接合構造を提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る柱梁接合金物は、建物の柱と梁とを接合する柱梁接合金物であって、接合される角形断面管の柱の外径と略同一の外径を有し、該柱の板厚以上の板厚を有する角形断面管の内部隅角部の４箇所全部に、接合される梁の梁成よりも長い範囲に亘って形成された厚肉部が一体的に鋳造成形され、該厚肉部の該柱梁接合金物の管辺に対する傾斜角度は４５度であり、該厚肉部の寸法Ｌは、該柱梁接合金物の外形寸法Ｄ、接合される梁の水平方向の幅Ｂに対して、Ｄ−Ｂ≦Ｌ≦Ｄ−Ｂ＋Ｂ／４＝Ｄ−３Ｂ／４………(1)かつ、Ｌ≦Ｄ／２………(2)の条件を満足することを特徴とする。
【００１４】
柱梁接合金物は、例えば、角形断面管の柱の板厚の１倍から２倍の板厚を有する厚肉管で、その内部隅角部に管辺に対して４５度程度の傾斜面を有する厚肉部が該柱梁接合金物に接合される梁の梁成（梁の上下方向の高さ寸法）よりも長い範囲に亘って形成され、これ等を鋳鋼やダクタイル鋳鉄等により一体的に鋳造成型して構成される。
【００１５】
上記構成によれば、柱梁接合金物に接合された梁の水平方向の梁幅が柱成（柱の水平方向の幅寸法）よりも小さい場合や、梁と柱が偏芯して取り付く場合でも内部隅角部に形成された厚肉部により柱梁接合金物の接合部フランジの面外曲げ応力を低減することが出来、接合部の剛性や耐力の低下を防止することが出来る。
【００１６】
また、柱梁接合金物の構造は、局部的に歪みが集中して早期に降伏に達することがなく局部変形を生じる部分がない。また、内部隅角部に形成された厚肉部は梁からの力に対して曲げ変形が殆ど生じないため座屈により急激に耐力が低下することもなく梁からの力を柱に効率良く伝達することが出来る。
【００１７】
また、簡単な形状であるので鋳造型枠等の構造が簡単であり、鋳造作業が容易で短時間で出来、製造コストを抑えることが出来る。また、鋳造製造時に欠陥が生じにくく、柱梁接合金物の部位間で強度のばらつきが少ない。
【００１８】
また、鋳造により成形することで柱梁接合金物の表面を平坦に出来、梁の端部にスカラップ（切り欠き）を形成せず、力学的性能に優れたノンスカラップ溶接が容易に行える。
【００１９】
また、柱梁接合金物と柱との溶接接合時に柱梁接合金物と柱内面との段差部に当て板金を設置することが出来、柱梁接合金物と柱との溶接接合が容易で且つ確実に出来る。
【００２０】
また、柱梁接合金物の角形断面管の内部隅角部に、接合される梁の梁成よりも長い範囲に亘って厚肉部が形成されたことで、梁のフランジに段差がある場合でも容易に対応出来、該厚肉部が形成された範囲内であれば梁のフランジ位置を複数段階に配置することが出来る。
【００２１】
また、本発明に係る柱梁接合構造は、前述の柱梁接合金物を有し、前記柱梁接合金物の端部に角形断面管の柱が溶接接合され、該柱梁接合金物の側面部で内部隅角部に形成された厚肉部を含む範囲に鉄骨梁が溶接接合されたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、前述の柱梁接合金物を用いて溶接加工が少なく、柱と梁とを容易に接合することが出来、梁からの力を効率良く柱に伝達することが出来、信頼性の高い柱梁接合構造を提供することが出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る柱梁接合金物及びこれを用いた柱梁接合構造の一実施形態を具体的に説明する。図１（ａ）は本発明に係る柱梁接合金物及びこれを用いた柱梁接合構造の第１実施形態を示す横断面説明図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ縦断面説明図である。
【００２４】
図１において、鉄骨建物構造物の角形断面管からなる柱１と、Ｈ形鋼からなる梁２とを溶接により接合する角形断面管からなる柱梁接合金物３は、柱１の外径と略同一の外径を有し、柱１の板厚ｔ_１以上の板厚ｔ_２を有している。
【００２５】
柱梁接合金物３の板厚ｔ_２は、柱１の板厚ｔ_１の１倍以上、２倍以下であることが好ましく、更に好ましくは１．３倍以上、１．８倍以下である。これにより接続される梁２の剪断耐力と柱梁接合金物３の耐力のバランスが良い。
【００２６】
柱１は角形断面管であれば良く、ロール成形柱、プレス成形柱、或いは組立溶接柱であっても良い。また、中空内部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱を使用して高強度化と耐火性向上を図ったものでも良い。また、梁２はＨ形鋼であり、プレス成形梁或いは組立溶接梁であっても良い。尚、梁２はＨ形鋼以外の鋼材であっても良い。
【００２７】
柱梁接合金物３の内部で４箇所の隅角部には、接合される梁２の梁成（梁２の図１（ｂ）の上下方向の高さ寸法）よりも長い範囲に亘って、該柱梁接合金物３の管辺に対して４５度程度の傾斜面を有して形成された厚肉部３ａが設けられている。
【００２８】
柱梁接合金物３は鋳鋼やダクタイル鋳鉄等を鋳造成型することにより角形断面管と、その内部の４箇所の隅角部に設けられる厚肉部３ａとが一体的に成形される。
【００２９】
厚肉部３ａは柱梁接合金物３の全長に亘って設けられることが望ましく、これによって柱梁接合金物３の形状が簡単で鋳造成型が容易である。また、厚肉部３ａの範囲内であればどの位置に梁２が溶接接合されても良いので、梁２の梁成を変更したり、梁２の取付位置や取付方向を変更することが容易である。
【００３０】
また、厚肉部３ａが柱梁接合金物３の内部で４箇所全部の隅角部に設けられたことにより、鉄骨建物構造物において、柱１の設置位置が、梁２が直交する２方向に接合される隅柱、梁２が１８０度反対方向に接合される側柱、梁２が直交する４方向に接合される中柱のいずれの柱として使用されても共通の柱梁接合金物３を利用して各方向に伸びる梁２を溶接接合することが出来る。
【００３１】
厚肉部３ａは、図１（ａ）に示す柱梁接合金物３の側面部３ｂの表面から角形断面管の板厚に延長された厚肉部３ａの寸法Ｌが、該柱梁接合金物３の外径寸法Ｄ、梁２の水平方向の幅Ｂに対して以下の(1)，(2)式の条件を満足するように設定することで、力学的に効率良く補剛することが出来る。
【００３２】
[数１]
Ｄ−Ｂ≦Ｌ≦Ｄ−Ｂ＋Ｂ／４＝Ｄ−３Ｂ／４………(1)
Ｌ≦Ｄ／２………(2)
【００３３】
ここで、例えば、柱１の外径寸法Ｄを２５０mm、梁２の幅Ｂを２００mmとすると、上記(1)，(2)式から寸法Ｌは以下の範囲となる。
【００３４】
[数２]
５０mm≦Ｌ≦１００mm………(1)′
Ｌ≦１２５mm………(2)′
【００３５】
従って、この場合には、柱梁接合金物３の側面部３ｂの表面から角形断面管の板厚に延長された厚肉部３ａの寸法Ｌは５０mm以上で１００mm以下であることが望ましい。
【００３６】
そして、図１に示すように、柱梁接合金物３の上下両端部に角形断面管の柱１が溶接接合され、柱梁接合金物３の側面部３ｂで内部隅角部に形成された厚肉部３ａを含む範囲に所定の方向で所定の位置に鉄骨梁２が溶接接合される。
【００３７】
上記構成によれば、図２に示した第１従来例のようにダイアフラム102を設ける必要がないので、溶接箇所を低減出来、作業性が良く、工期の短縮を図ることが出来、信頼性も高い。
【００３８】
また、柱梁接合金物３の内部にダイアフラム102を設けないために柱梁接合金物３の内部に大きな空間を確保出来、柱梁接合金物３の内部に補強用セメント等を容易に充填することが出来る。
【００３９】
また、柱梁接合金物３と柱１との溶接接合時に柱梁接合金物３と柱１内面との段差部に当て板金を設置することが出来、柱梁接合金物３と柱１との溶接接合が容易で且つ確実に出来る。
【００４０】
また、柱梁接合金物３に接合された梁２の水平方向の梁幅が柱１の柱成（柱１の水平方向の幅寸法）よりも小さい場合や、更に梁２と柱１が偏芯して取り付く場合でも内部隅角部に形成された厚肉部３ａにより柱梁接合金物３の接合部フランジ３ｃの面外曲げ応力を低減することが出来、接合部の剛性や耐力の低下を防止することが出来る。
【００４１】
また、厚肉管の内部隅角部に形成された厚肉部３ａを有する柱梁接合金物３の構造は、局部的に歪みが集中して早期に降伏に達することがなく局部変形を生じない。また、梁２からの力に対して曲げ変形が殆ど生じないため座屈により急激に耐力が低下することがなく梁２からの力を柱１に効率良く伝達することが出来る。
【００４２】
また、柱梁接合金物３が簡単な形状であるので鋳造型枠等の構造が簡単であり、鋳造作業が容易で短時間で出来る。また、鋳造時に欠陥が生じにくく、柱梁接合金物３の部位間で強度のばらつきが少ない。
【００４３】
また、鋳造により成形することで柱梁接合金物３の表面を平坦に出来、力学的性能に優れたノンスカラップ溶接が容易に出来る。尚、必要に応じて梁２の端部にスカラップを設けて溶接することでも良い。
【００４４】
また、柱梁接合金物３は鋼板をロール加工やプレス加工して製作するのとは異なり、隅角部外周の曲率半径を、例えば、５mm〜１０mm程度に小さく出来るので、柱梁接合金物３の側面部３ｂの表面と、梁２のフランジ２ａの側面２ｂとの段差を小さくすることが出来る。
【００４５】
また、角形断面管の内部隅角部に、接合される梁２の梁成よりも長い範囲に亘って厚肉部３ａが形成されたことで、梁２のフランジ２ａに段差がある場合でも容易に対応出来、該厚肉部３ａが形成された範囲内であれば梁２のフランジ２ａの位置を複数段階に配置することが出来る。
【００４６】
これにより、段差が異なる梁２が複数接合される場合や、梁幅が柱１の柱成に対して小さい場合や、柱１と梁２とが偏芯した場合に共通の柱梁接合金物３で対応出来るので柱梁接合金物３を大量生産することが出来、製造コストや部品管理コストを低減することが出来る。
【００４７】
また、図３に示した第２従来例のように、水平ハンチ101bを設ける場合と比較して梁２のフランジ２ａの特殊な加工が必要でなく、溶接量が低減出来るので品質のばらつきを抑えることが出来、信頼性が高く梁２の加工時間を短縮することが出来る。
【００４８】
また、図４に示した第３従来例のように、柱梁接合金物３の内部に対辺プレート107等を設けないため局部的に歪みが集中し、早期に降伏に達することがなく、局部変形を生じる虞が無い。
【００４９】
また、柱梁接合金物３の内部隅角部に設けた厚肉部３ａは図４に示した第３従来例の隣辺プレート108のように梁２からの力に対して曲げ変形が殆ど生じないため座屈により急激に耐力が低下することがなく、梁２から柱１へ効率良く力を伝達することが出来る。
【００５０】
これにより、柱梁接合金物３を用いて溶接加工が少なく、柱１と梁２とを容易に溶接接合することが出来、梁２からの力を効率良く柱１に伝達することが出来、信頼性の高い柱梁接合構造を提供することが出来る。
【００５１】
尚、鉄骨建物構造物において、全部の柱１と梁２の接合部に柱梁接合金物３を用いても良いし、一部の柱１と梁２の接合部に柱梁接合金物３を用いて構成しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、溶接加工が少なく、信頼性の高い柱梁接合金物及びこれを用いた柱梁接合構造を提供することが出来る。
【００５３】
即ち、柱梁接合金物に接合された梁の水平方向の梁幅が柱成（柱の水平方向の幅寸法）よりも小さい場合や、更に梁と柱が偏芯して取り付く場合でも内部隅角部に形成された厚肉部により柱梁接合金物の接合部フランジの面外曲げ応力を低減することが出来、接合部の剛性や耐力の低下を防止することが出来る。
【００５４】
また、厚肉管とその内部隅角部に形成された厚肉部により構成される柱梁接合金物は、局部的に歪みが集中して早期に降伏に達することがなく局部変形を生じない。また、柱梁接合金物の内部隅角部に形成された厚肉部は梁からの力に対して曲げ変形が殆ど生じないため座屈により急激に耐力が低下することがなく梁からの力を柱に効率良く伝達することが出来る。
【００５５】
また、簡単な形状であるので鋳造型枠等の構造が簡単であり、鋳造作業が容易で短時間で出来る。また、鋳造製造時に欠陥が生じにくく、柱梁接合金物の部位間で強度のばらつきが少ない。
【００５６】
また、鋳造により成形することで柱梁接合金物の表面を平坦に出来、梁の端部にスカラップ（切り欠き）を形成する等の加工が必要でない。
【００５７】
また、柱梁接合金物と柱との溶接接合時に柱梁接合金物と柱内面との段差部に当て板金を設置することが出来、柱梁接合金物と柱との溶接接合が容易で且つ確実に出来る。
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明に係る柱梁接合金物及びこれを用いた柱梁接合構造の第１実施形態を示す横断面説明図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ縦断面説明図である。
【図２】 第１従来例を説明する図である。
【図３】 第２従来例を説明する図である。
【図４】 第３従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１…柱
２…梁
２ａ…フランジ
２ｂ…側面
３…柱梁接合金物
３ａ…厚肉部
３ｂ…側面部
３ｃ…接合部フランジ

Claims (2)

1. 建物の柱と梁とを接合する柱梁接合金物であって、
   接合される角形断面管の柱の外径と略同一の外径を有し、該柱の板厚以上の板厚を有する角形断面管の内部隅角部の４箇所全部に、接合される梁の梁成よりも長い範囲に亘って形成された厚肉部が一体的に鋳造成形され、該厚肉部の該柱梁接合金物の管辺に対する傾斜角度は４５度であり、該厚肉部の寸法Ｌは、該柱梁接合金物の外形寸法Ｄ、接合される梁の水平方向の幅Ｂに対して、
   Ｄ−Ｂ≦Ｌ≦Ｄ−Ｂ＋Ｂ／４＝Ｄ−３Ｂ／４………(1)
   かつ、
   Ｌ≦Ｄ／２………(2)
   の条件を満足することを特徴とする柱梁接合金物。
2. 請求項１に記載の柱梁接合金物を有し、前記柱梁接合金物の端部に角形断面管の柱が溶接接合され、該柱梁接合金物の側面部で内部隅角部に形成された厚肉部を含む範囲に鉄骨梁が溶接接合されたことを特徴とする柱梁接合構造。

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