JP5306696B2 - 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１０は、柱と梁とが接合された状態を示す図である。柱５３の２辺には、それぞれ梁５１が接合されている。梁５１は例えばＨ鋼である。梁５１は、フランジ５７とウェブ５９とから構成され、フランジ５７の端部近傍の両側には、それぞれサイドプレート５０が接合されている。

柱５３の梁５１との接合部近傍には、ダイアフラム５５が設けられる。梁５１及び梁５１に設けられたサイドプレート５０は、ダイアフラム５５を介して柱５３と接合される。なお、柱５３と梁５１との接合は、図１０に示すような形態に限られず、柱５３の四方に梁５１が設けられる場合もある。

柱５３と梁５１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５３と梁５１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５０は、柱５３と梁５１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５３と梁５１との接合部にかかる力を梁５１へ伝達させて、梁５１の変形能を利用することにより、柱５３と梁５１との破断等を防ぐ部材である。

サイドプレート５０は、通常、あらかじめ梁５１のフランジ５７へ溶接される。図１１は、サイドプレート５０と梁５１との接合部の断面拡大図である。サイドプレート５０の梁５１との接合部には、両面に開先６１ａ、６１ｂが設けられる。従って、サイドプレート５０はフランジ５７へ、サイドプレート５０の両面から溶接され、溶接部６３ａ、６３ｂ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、梁との溶接部がサイドプレートの端部まで施されるため、サイドプレートの柱との接合部が、溶接による熱の影響を受け変形し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、柱との接合部近傍の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、溶接作業が容易な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た溶接部と、を具備し、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、前記溶接部の端部よりも張り出しており、前記溶接部と前記第２の側面との間には非溶接部が形成され、前記溶接部は前記第１の側面に設けられた段差であることを特徴とするサイドプレートある。

第２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た溶接部と、を具備し、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、前記溶接部の端部よりも張り出しており、前記溶接部と前記第２の側面との間には非溶接部が形成され、前記本体部の前記第１の側面には前記第１の側面方向に突出した突出部が設けられ、前記溶接部は、前記突出部に設けられた孔溝であることを特徴とするサイドプレートである。この場合、前記突出部は、前記第１の側面の上方及び下方にそれぞれ対向して設けられ、前記溶接部は、前記突出部の少なくとも一方に設けられてもよい。第１の発明で、段差とは、本体部の厚みに対して溶接部の厚みが薄く、本体部の側面（溶接部）から本体部の上面に行くにつれて、階段状に設けられた段差をいう。

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が望ましく、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開先部を具備してもよい。

第１、第２の発明によれば、梁との接合部に設けられる溶接部が、柱との接合部までは形成されず、柱との接合部と梁との接合部との間に、非溶接部が形成されるため、梁とサイドプレートとの接合の際の溶接の熱の影響が、サイドプレートと柱との接合部近傍には及びにくく、このため、サイドプレートと柱との接合部近傍に反りなどの変形が生じにくい。

また、サイドプレートに梁のフランジとラップする突出部を設け、突出部に溶接部である孔溝を設ければ、フランジの厚みによらず、一定量の溶接量でサイドプレートとフランジとが接合されるため、溶接工数およびコストを削減するとことができる。また、溶接は、サイドプレートの片側のみから行われるため、溶接作業が簡単である。

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。

第３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または第２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３の発明によれば、柱（ダイアフラム）と梁との接合部に第１または第２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、サイドプレートが梁のフランジに取り付けられる際に、柱との接合部近傍の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、溶接作業が容易な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（表側）、図１（ｂ）はサイドプレートの下面側（裏側）から見た図である。

サイドプレート１は主に、本体部３、段差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の上面側には、本体部３と梁との接合部（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）に沿って、段差５が設けられる。すなわち、段差５は梁との接合部となる。

段差５は、本体部３の短辺側の側面から長辺側の側面の手前までのみ設けられる。すなわち、段差５は本体部３の長辺側の側面までは設けられず、段差５と開先９ａとの間には、段差のない非溶接部７が設けられる。

なお、サイドプレート１は、例えば鋼製であり、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段差５で、梁１３のフランジ１５と溶接される。すなわち、溶接部１１ａは、段差５とフランジ１５との間に施される溶け込み溶接により溶接される。したがって、段差５が溶接部１１ａとなる。段差５は、開先９ａの手前までのみ設けられるため、溶接部１１ａも開先９ａまでは形成されず、溶接部１１ａと開先９ａとの間には非溶接部７が形成される。

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。

なお、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において溶接部１１ｂで溶接される。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。溶接部１１ｂと溶接部１１ａとの間には、非溶接部７が設けられる。

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の裏面の切り欠き２３に裏当て金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１１ｂ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段差５が設けられ、段差５とフランジ１５とが溶接されるため、フランジ１５の厚みによらず段差５の深さに応じた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、サイドプレート１と柱１９との接合部と段差５との間には、非溶接部７が設けられるため、本体部３の柱１９との溶接部近傍には、梁１３との溶接時における熱の影響が少ない。このため、サイドプレート１と柱１９との溶接部に、本体部３の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。また、溶接部がサイドプレート１の片側のみであるため、溶接作業が容易である。

また、開先９ａの裏側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、切り欠き２３に溶接のための裏当て金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、段差５に変えて、突出部３１および孔溝３３が設けられる。本体部３は、サイドプレート３０が接合される梁のフランジ厚さよりも突出部３１の厚さ分だけ厚さが厚い。

突出部３１は、本体部３の上面側と略同一面上に設けられ、本体部３の梁との接合部側に張り出して設けられる。突出部３１は、本体部３の短辺側の側面から長辺側の側面の手前まで設けられる。すなわち、突出部３１は本体部３の長辺側の側面までは設けられず、突出部３１と開先９ａとの間には、実質何もない非溶接部７が形成される。突出部３１に設けられた孔溝３３が梁とサイドプレート３０との溶接部となる。

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突出部３１は、フランジ１５の上面とラップする。突出部３１に設けられた孔溝３３がフランジ１５との溶接部１１ｃとなる。すなわち、サイドプレート３０ａとフランジ１５とは、サイドプレート３０ａの表側からのみ溶接される。

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３１は柱１９との接合部まで延伸されず、また、突出部３１がフランジ１５とラップして、孔溝３３により溶接されるため、梁１３とサイドプレート３０との溶接の際の熱の影響が、本体部３と柱１９との接合部近傍には及びにくく、柱１９との接合部近傍の熱による変形を抑制する効果が高い。

次に、第３の実施の形態にかかるサイドプレート４０について説明する。図８は、サイドプレート４０を示す斜視図である。

サイドプレート４０は、サイドプレート１と略同様の構造であるが、段差５に代えて、突出部４１ａ、４１ｂおよび孔溝４３が設けられる。本体部３は、サイドプレート４０が接合される梁のフランジ厚さよりも突出部４１ａ、４１ｂを足した厚さ分だけ厚さが厚い。

突出部４１ａ、４１ｂは、本体部３の梁との接合部側に張り出して設けられる。突出部４１ａは、本体部３の表面と同一面上に設けられる。突出部４１ａは、本体部３の短辺側の側面から長辺側の側面の手前までのみ設けられる。すなわち、突出部４１ａは本体部３の長辺側の側面までは延伸されず、突出部４１ａと開先９ａとの間には、実質何もない非溶接部７が形成される。突出部４１ａに設けられた孔溝４３が梁とサイドプレート４０との溶接部となる。

突出部４１ｂは、本体部３の裏面と同一面上に設けられる。すなわち、突出部４１ｂは、突出部４１ａと対向するように設けられる。突出部４１ｂは、突出部４１ａと同様に本体部３の短辺側の側面から長辺側の側面の手前までのみ設けられる。

図９は、サイドプレート４０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４０ａ、４０ｂが一対設けられる。なお、サイドプレート４０ｂはサイドプレート４０ａ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４０ａについて説明する。

サイドプレート４０ａの突出部４１ａ、４１ｂの間にフランジ１５が挿入される。すなわち、突出部４１ａは、フランジ１５の上面とラップし、突出部４１ｂはフランジ１５の裏面とラップする。突出部４１ａに設けられた孔溝４３がフランジ１５との溶接部１１ｄとなる。すなわち、サイドプレート４０ａとフランジ１５とは、サイドプレート４０ａの表側からのみ溶接される。

第３の実施の形態にかかるサイドプレート４０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４１ａ、４１ｂがフランジ１５とラップして、孔溝３３により溶接されるため、梁１３とサイドプレート３０との溶接の際の熱の影響が、本体部３と柱１９との接合部近傍には及びにくく、柱１９との接合部近傍の熱による変形を抑制する効果が高い。また、突出部４１ａ、４１ｂによりフランジ１５を挟み込みため、位置あわせなどが容易であり、このため溶接作業が容易である。

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。 サイドプレート４０を示す斜視図。 サイドプレート４０ａ、４０ｂ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５０が設けられた梁５１と柱５３との接合状態を示す図。 サイドプレート５０とフランジ５７との接合部を示す拡大図。

符号の説明

１、３０、５０………サイドプレート
３………本体部
５………段差
７………非溶接部
９ａ、９ｂ………開先
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ………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
３１………突出部
３３………孔溝
４１ａ、４１ｂ………突出部
４３………孔溝
５０………サイドプレート
５１………梁
５３………柱
５５………ダイアフラム
５７………フランジ
５９………ウェブ
６１ａ、６１ｂ………開先
６３ａ、６３ｂ………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た溶接部と、
   を具備し、
   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、前記溶接部の端部よりも張り出しており、
   前記溶接部と前記第２の側面との間には非溶接部が形成され、
   前記溶接部は前記第１の側面に設けられた段差であることを特徴とするサイドプレート。
2. 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た溶接部と、
   を具備し、
   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、前記溶接部の端部よりも張り出しており、
   前記溶接部と前記第２の側面との間には非溶接部が形成され、
   前記本体部の前記第１の側面には前記第１の側面方向に突出した突出部が設けられ、
   前記溶接部は、前記突出部に設けられた孔溝であることを特徴とするサイドプレート。
3. 前記突出部は、前記第１の側面の上方及び下方にそれぞれ対向して設けられ、
   前記溶接部は、前記突出部の少なくとも一方に設けられることを特徴とする請求項２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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