JP5306695B2 - サイドプレートおよび柱と梁との接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄骨構造の柱と梁との接合部に用いられ、柱と梁との溶接部の破断等を抑制するサイドプレートおよびこれを用いた柱と梁との接合構造に関するものである。

従来、鉄骨構造の柱と梁との接合部には、サイドプレートと呼ばれる部材が用いられる。図８は、柱と梁とが接合された状態を示す図である。柱４３の２辺には、それぞれ梁４１が接合されている。梁４１は例えばＨ鋼である。梁４１は、フランジ４７とウェブ４９とから構成され、フランジ４７の端部近傍の両側には、それぞれサイドプレート４０が接合されている。

柱４３の梁４１との接合部近傍には、ダイアフラム４５が設けられる。梁４１及び梁４１に設けられたサイドプレート４０は、ダイアフラム４５を介して柱４３と接合される。なお、柱４３と梁４１との接合は、図８に示すような形態に限られず、柱４３の四方に梁４１が設けられる場合もある。

柱４３と梁４１との接合部には、地震等の際には非常に大きな力がかかる。また、柱４３と梁４１との接合は、通常溶接で行われるため、溶接部が最も力のかかる部位となる。サイドプレート４０は、柱４３と梁４１との接合領域を大きくして、接合部位にかかる力を分散させるとともに、柱４３と梁４１との接合部にかかる力を梁４１へ伝達させて、梁４１の変形能を利用することにより、柱４３と梁４１との破断等を防ぐ部材である。

サイドプレート４０は、通常、あらかじめ梁４１のフランジ４７へ溶接される。図９は、サイドプレート４０と梁４１との接合部の断面拡大図である。サイドプレート４０の梁４１との接合部には、両面に開先５１ａ、５１ｂが設けられる。従って、サイドプレート４０はフランジ４７へ、サイドプレート４０の両面から溶接され、溶接部５３ａ、５３ｂが形成される。

このようにして用いられるサイドプレートとしては、梁との溶接面の中央に溶接残しを設けてＫ開先加工を施し、溶接残しの厚みを梁にかかるモーメントに応じて変化させることを特徴とする水平リブプレートがある（特許文献１）。

また、柱との接合部に向けて幅が拡大するハンチ部を有し、梁のフランジと略同一幅の平行部を有するハンチプレートがある（特許文献２）。
特開２００４−４４１００号公報 特開平１１−１５８９９９号公報

しかし、特許文献１のような水平リブプレートでは、溶接部位を減らすことはできるが、溶接熱による熱影響で、水平リブプレートの変形が生じ易く、このため、柱との接合部に反りやねじれが発生する恐れがあるという問題がある。

また、特許文献２によるハンチプレートでは、梁側の加工が困難であり、また、特許文献１記載の水平リブプレートと同様に、梁との溶接による熱影響でハンチプレートが変形する恐れがあるという問題がある。

また、特許文献１、特許文献２のいずれのプレートであっても、梁との溶接部には開先が設けられ、梁との溶接は溶け込み溶接が行われるため、溶接熱により変形が生じやすく、このため、溶接部に欠陥等が生じやすいという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、サイドプレートが梁のフランジに取り付けられる際に、溶接の熱影響による変形が抑制され、このため柱との取り付け部にねじれ等が発生せず、また、フランジの厚さが厚い場合でも溶接量が増加することがないため、溶接作業が容易かつ低コストのサイドプレートおよびこれを用いた柱と梁との接合構造を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、梁のフランジ部に接合され、前記梁と柱との接合部に設けられるサイドプレートであって、本体部と、前記本体部の第１の側面に沿って設けられ、前記本体部の厚さよりも厚さが厚い縁部と、を具備し、前記縁部は、前記本体部の上面または下面の一方にのみ突出しており、前記縁部が突出していない側の前記本体部の上面と前記第１の側面との間には第１の開先部が設けられ、前記第１の側面と略垂直に交わる前記本体部の第２の側面は、前記縁部の端部よりも張り出していることを特徴とするサイドプレートである。

前記本体部の幅は、前記第１の側面と略垂直に交わる前記本体部の第２の側面近傍が最も広く、前記第２の側面から離れるにつれて狭くなることが望ましい。また、前記本体部は、前記本体部の上面と前記第２の側面との間に設けられた第２の開先部を具備してもよく、前記第２の側面は、前記縁部の端部よりも張り出しており、前記本体部の下面において、前記第２の側面端部から前記縁部にかけて段差が形成されてもよい。

第１の発明によれば、梁との接合部に縁部が設けられるため、梁とサイドプレートとの溶接は隅肉溶接を行うことができ、このため、溶け込み溶接のように溶接量が梁のフランジの厚さによって増加することがなく、溶接による熱影響を小さくすることができるため、サイドプレートの熱による変形を抑えることができる。このため、サイドプレートと柱との溶接部にねじれやそりが生じにくい。特に、縁部をサイドプレートの両側に設ければ、サイドプレート変形抑制の効果が更に大きい。

また、縁部がサイドプレートと柱との接合面近傍には設けられずに、すなわち、サイドプレートと柱との接合面が縁部よりも張り出しており、サイドプレートの本体部の下面側に縁部による段差が形成されれば、サイドプレートと柱との接合時には、別途裏当て金を段差に挿入することができ、このため、サイドプレートと柱とを容易に溶接することができる。

また、サイドプレートの本体部は、最も力が加わる柱との接合部近傍が最も幅が広く、柱との接合部から離れるにつれて幅が狭くなり、サイドプレートに及ぶ力に応じて効率の良い補強効果を得ることができる。また、溶接部には開先が設けられることで、溶接作業が容易なサイドプレートを得ることができる。

第２の発明は、柱と、前記柱に設けられるダイアフラムと、前記柱と、前記ダイアフラムを介して接合される梁と、を具備し、前記梁のフランジ部の両側には、第１の発明にかかるサイドプレートが設けられることを特徴とする柱と梁との接合構造である。

第２の発明によれば、柱（ダイアフラム）と梁との接合部に第１の発明にかかるサイドプレートが用いられ、サイドプレートと柱との接合部には反りなどの変形が抑制されるため、柱と梁とを確実に溶接することができる。

本発明によれば、梁のフランジに取り付けられる際に、溶接の熱影響による変形が抑制され、このため柱との取り付け部にねじれ等が発生せず、また、フランジの厚さが厚い場合でも溶接量が増加することがないため、溶接作業が容易かつ低コストのサイドプレートおよびこれを用いた柱と梁との接合構造を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態にかかるサイドプレート１について説明する。図１は、サイドプレート１を示す斜視図であり、図１（ａ）はサイドプレートの上面側（表面側）、図１（ｂ）はサイドプレートの下面側（裏面側）から見た図である。

サイドプレート１は主に、本体部３、縁部５等から構成される。本体部３は板状部材である。本体部３は略台形形状を有しており、互いに平行な辺の内の長辺側の側面（以後単に「長辺側の側面」と称する）が柱との接合部、互いに平行な辺の短辺側の側面（以後単に「短辺側の側面」と称する）と長辺側の側面とをほぼ垂直につなぐ側面が梁との接合部となる。

柱との接合部近傍（長辺側の側面と本体部３の上面との交差部近傍）には、開先９ａが設けられる。開先９ａは柱との溶接の際に溶接金属が溶け込む部位である。なお、本体部３の厚みは、本体部３と接合される後述する梁のフランジの厚さと略同等である。

本体部３の梁との接合部（本体部３の短辺側の側面と長辺側の側面とをほぼ垂直につなぐ側面）には、縁部５が設けられる。縁部５は本体部３よりも厚みが厚い。したがって、縁部５は本体部３の上方および下方にそれぞれ突出し、突出部６ａ、６ｂが設けられる。突出部６ａ、６ｂは本体部３の端部両面に略垂直に設けられる。すなわち、サイドプレート１は、略Ｔ字状の断面形状である。

本体部３の表側に設けられる突出部６ａは、本体部３の短辺側の側面から長辺側の側面まで延伸されて形成される。突出部６ａの開先９ａ側（本体部３の長辺側の側面側）の端部は、開先９ａと同様のテーパ形状である。一方、本体部３の裏面側に設けられる突出部６ｂは、本体部３の長辺側の側面までは設けられず、本体部３の長辺側の側面の手前までのみ形成される。すなわち、突出部６ｂは長辺側の側面までは延伸されず、本体部３の長辺側の側面は突出部６ｂに対して張り出している。このため、本体部３の裏面には、突出部６ｂによる段差７が形成される。段差７は、後述する裏当て金の挿入部位となる。

なお、サイドプレート１は、例えば鋼製であり、本体部３、縁部５は別々で構成しても良く、一体であってもよい。別々で構成する場合には、溶接等により各構成部材が接合されれば良く、一体の場合には、鋳造、鍛造、切出し等により製造することができる。

次に、サイドプレート１と梁１３との接合構造について説明する。図２は、梁１３にサイドプレート１ａ、１ｂが接合された状態を示す図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。柱と接合される梁１３の端部の両側には、サイドプレート１（１ａ、１ｂ）が一対設けられる。梁１３は例えばＨ鋼材である。したがって、梁１３は、一対のフランジ１５が略平行にウェブ１７によって接合された形状を有する。なお、サイドプレート１ｂはサイドプレート１ａと左右対称の形状である。従って、以下の説明においては、主にサイドプレート１ａについて説明する。

サイドプレート１ａは、梁１３との接合部に設けられた突出部６ａ、６ｂで、梁１３のフランジ１５と溶接される。すなわち、突出部６ａ、６ｂの外側が溶接部１１ａ、１１ｂとなる。サイドプレート１ａをフランジ１５につき合わせると、フランジ１５の面と突出部６ａ、６ｂとの角度は略垂直となる。溶接部１１ａ、１１ｂは、突出部６ａ、６ｂとフランジ１５との間に施される隅肉溶接により溶接される。同様に、サイドプレート１ｂはフランジ１５の反対側に接合される。サイドプレート１ａ、１ｂとで挟まれる梁１３の端部には開先９ｂが設けられる。したがって、開先９ａおよび開先９ｂが柱との溶接部となる。

サイドプレート１は、図示を省略した、他方のフランジ１５の両側にも同様に接合される。したがって、１本の梁１３の柱との接合部には、合計４つのサイドプレート１（１ａ、１ｂ）が設けられる。なお、梁１３へのサイドプレート１の接合は、予め工場等で行われても良く、または、柱との接合現場で行われても良い。

次に、梁１３と柱１９との接合構造について説明する。図４は、柱１９に梁１３が接合された状態を示す図である。柱１９は角形の中空部材である。柱１９と梁１３との接合部にはダイアフラム２１が設けられる。ダイアフラム２１は中空部材である角形鋼管の剛性を高めるために設けられるものであり、ダイアフラム２１と柱１９とは溶接接合される。梁１３ａ、１３ｂは、柱１９の両側にダイアフラム２１を介して接合される。なお、柱１９への梁１３の接合は、図４に示すような２方向のみに限られず、例えば、柱１９の各面に４本の梁１３を接合しても良く、１方向のみであっても良い。

予めサイドプレート１ａ、１ｂが設けられた梁１３ａは、柱１９の所定の位置に設けられたダイアフラム２１とつき合わされ、開先９ａ、９ｂの溶接部１１ｃにて溶接される。なお、前述の通り、図示を省略した梁１３ａの反対側のフランジ１５においても同様にサイドプレート１ａ、１ｂが設けられており、同様にダイアフラム２１を介して柱１９と接合される。

前述の通り、サイドプレート１ａの本体部３は、略台形形状であり、柱１９との接合部の幅が最も広く、柱１９から離れるにつれて幅が狭くなる。柱１９との接合部近傍は、最も大きな力がかかるため、より広い溶接面積を得て力を分散させるとともに、地震時等において、梁１３へ大きな力が作用した場合に、梁１３の変形によって、力を吸収し、梁１３と柱１９との接合部の破断等を抑えるためである。

次に、サイドプレート１が設けられた梁１３を柱１９へ接合する方法について説明する。図５は、梁１３ａと柱１９との接合方法を示す側面図である。梁１３ａを柱１９へ接合する際には、まず、図５（ａ）に示すように、開先９ａ（９ｂ）とダイアフラム２１とを突合せる。この際、開先９ａの裏側には、突出部５ｂは設けられていないため、本体部３の裏面には段差７が形成される。また、段差７に該当する部位のウェブ１７には予め切り欠き２３が設けられる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、開先９ａの裏面の段差７および切り欠き２３に溶接用の裏当て金２５を挿入する。裏当て金２５は溶接金属の抜け落ちや底部の溶け込み不足を防止するために設けられるものであり、溶接部位の裏側に仮付けする小金属片である。裏当て金２５を固定後、開先９ａ側から溶接部１１ｃにて溶接し、梁１３およびサイドプレート１が柱１９（ダイアフラム２１）へ接合される。溶接後、裏当て金２５が撤去される。

以上説明したように、本実施の形態にかかるサイドプレート１によれば、梁１３と柱１９との接合部にサイドプレート１が設けられるため、サイドプレート１により、梁１３と柱１９とが確実に接合される。また、サイドプレート１の梁１３との接合部に沿って縁部５（突出部６ａ、６ｂ）が設けられ、突出部６ａ、６ｂとフランジ１５とが隅肉溶接で溶接されるため、フランジ１５の厚みによらず一定の溶接量でサイドプレート１と梁１３とを接合することができ、フランジ１５が厚い場合であっても溶接量が増加せず、溶接工数およびコストを削減することができる。

また、突出部６ａ、６ｂとフランジ１５とが隅肉溶接で溶接されるため、溶け込み溶接と比較して、溶接時の熱の影響を少なくすることができる。このため、サイドプレート１と梁１３との溶接の際のサイドプレート１の変形を抑えることができ、サイドプレート１と柱１９との溶接部にねじれやそりが生じにくい。このため、梁１３（サイドプレート１）と柱１９との接合が容易である。特に、サイドプレート１の両面においてフランジ１５と溶接部１１ａ、１１ｂで溶接されるため、片側からの溶接と比較して変形量を抑制することができる。

また、突出部６ｂはサイドプレート１と柱１９との接合部近傍には設けられずに、サイドプレート１の本体部３には突出部６ｂによる段差７が形成し、さらに、段差７に該当する部位のウェブ１７に切り欠き２３が設けられるため、サイドプレート１が設けられた梁１３と柱１９とを接合する際に、段差７および切り欠き２３に裏当て金２５を挿入することができる。このため、サイドプレート１と柱１９とを容易に溶接することができる。

次に、第２の実施の形態にかかるサイドプレート３０について説明する。なお、以下の実施の形態において、図１に示すサイドプレート１と同一の機能を果たす構成要素には、図１と同一番号を付し、重複した説明を避ける。図６は、サイドプレート３０を示す図である。

サイドプレート３０は、サイドプレート１と略同様の構造であるが、サイドプレート３０は突出部６ａを有しない。すなわち、本体部３よりも厚さが厚い縁部５は本体部３に対して、下方のみに突出し突出部６ｂを形成する。また、サイドプレート３０の、サイドプレート１の突出部６ａに該当する部位には開先９ｃが設けられる。すなわち、縁部５の上面には開先９ｃが設けられる。開先９ｃは、梁との接合部となる。

図７は、サイドプレート３０と梁１３との接合状態を示す断面図である。柱と接合される梁１３の両側には、サイドプレート３０（３０ａ、３０ｂ）が一対設けられる。なお、サイドプレート３０ｂはサイドプレート３０ａと左右対称の形状である。従って、以下の説明においては、主にサイドプレート３０ａについて説明する。

サイドプレート３０ａの表側に設けられた開先９ｃは、フランジ１５との溶接部１１ｄとなる。したがって、サイドプレート３０ａの表側は通常の溶け込み溶接が行われる。一方、サイドプレート３０ａの裏側には突出部６ｂが形成される。突出部６ｂは、梁１３のフランジ１５と溶接部１１ｂで溶接される。すなわち、突出部６ｂの外側は、溶接部１１ｂで隅肉溶接によりフランジ１５と溶接される。

第２の実施の形態にかかるサイドプレート３０によれば、第１の実施の形態にかかるサイドプレート１と同様の効果を得ることができる。また、突出部６ｂが片方のみであるため、サイドプレート３０を接合した状態であっても、フランジ１５の表側には突出部がなく、フラットにすることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

サイドプレート１の構成を示す斜視図で、（ａ）は表側を示す図、（ｂ）は裏側を示す図。 サイドプレート１ａ、１ｂが梁１３へ接合された状態を示す平面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 サイドプレート１ａ、１ｂが設けられた梁１３ａ、１３ｂが、柱１９へ接合された状態を示す図。 サイドプレート１ａ、１ｂが設けられた梁１３ａを柱１９へ接合する方法を示す図で、（ａ）は梁１３をダイアフラム２１へ付き合わせた状態を示す図、（ｂ）は段差７および切り欠き２３へ裏当て金２５を挿入した状態を示す図。 サイドプレート３０を示す斜視図。 サイドプレート３０ａ、３０ｂが梁１３へ接合された状態を示す断面図。 従来のサイドプレート４０が設けられた梁４１と柱４３との接合状態を示す図。 サイドプレート４０とフランジ４７との接合部を示す拡大図。

符号の説明

１、３０………サイドプレート
３………本体部
５………縁部
６ａ、６ｂ………突出部
７………段差
９ａ、９ｂ………開先
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ………溶接部
１３………梁
１５……フランジ
１７………ウェブ
１９………柱
２１………ダイアフラム
２３………切り欠き
２５………裏当て金
４０………サイドプレート
４１………梁
４３………柱
４５………ダイアフラム
４７………フランジ
４９………ウェブ
５１ａ、５１ｂ………開先
５３ａ、５３ｂ………溶接部

Claims (4)

1. 梁のフランジ部に接合され、前記梁と柱との接合部に設けられるサイドプレートであって、
   本体部と、
   前記本体部の第１の側面に沿って設けられ、前記本体部の厚さよりも厚さが厚い縁部と、
   を具備し、
   前記縁部は、前記本体部の上面または下面の一方にのみ突出しており、
   前記縁部が突出していない側の前記本体部の上面と前記第１の側面との間には第１の開先部が設けられ、
   前記第１の側面と略垂直に交わる前記本体部の第２の側面は、前記縁部の端部よりも張り出していることを特徴とするサイドプレート。
2. 前記本体部の幅は、
   前記第２の側面近傍が最も広く、前記第２の側面から離れるにつれて狭くなることを特徴とする請求項１記載のサイドプレート。
3. 前記本体部の下面において、前記第２の側面端部から前記縁部にかけて段差が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサイドプレート。
4. 柱と、
   前記柱に設けられるダイアフラムと、
   前記柱と、前記ダイアフラムを介して接合される梁と、
   を具備し、
   前記梁のフランジ部の両側には、請求項１から請求項３のいずれかに記載のサイドプレートが設けられることを特徴とする柱と梁との接合構造。
   

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