JP5542307B2 - 柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱に梁成の異なる複数の鉄骨梁が接合される柱梁接合構造に関するものである。

従来、鉄骨造の柱梁接合部において、設計上の理由により梁の大きさの違いや梁の取り付く高さが異なることはよくあるが、梁のフランジの取り付く部分には通常、平板状のダイアフラムが必要であり、ダイアフラムの取り付け枚数が増大することでコストアップとなり、また、施工管理上の理由によりダイアフラム相互の離間間隔を検査に必要な寸法となる１５０mm程度空けなければならなかった。

また、鉄骨の梁が柱に接続する部分では、梁からの力を柱に効率良く伝達するために、梁のフランジが取り付く部分を補強する必要がある。最も一般的なのは梁のフランジが取り付く位置にダイアフラムと呼ばれる平板の補強材を取り付ける方法であり、梁のフランジの取り付け高さが異なる毎にダイアフラムが設けられている。

柱を切断し、柱外径よりも５０mm〜８０mm程度大きい平板を取り付けた通しダイアフラム形式においては、取り付く梁のフランジ厚さの６mm〜１０mm程度厚いダイアフラムが用いられる。また、柱の中空内部にのみ平板を取り付けた内ダイアフラム形式もある。また、外径が鋼管柱の外径と略等しく、取り付く鉄骨梁の梁成（梁の下フランジから上フランジまでの高さ）よりも長い範囲に亘って厚肉部が形成された一体型の接続金物も提案されている。

例えば、特開平１１−２４７２９３号公報（特許文献１）には、鋼管柱の鉄骨梁が接合される高さ範囲の付近を、該鋼管柱の他の部分よりも厚肉としたものがある。また、特開２００７−２６２７０４号公報（特許文献２）には、梁成の異なるＨ型鋼梁の上下フランジに対応して下ダイアフラムの高さ方向の幅寸法が上ダイアフラムの高さ方向の幅寸法以上に設定され、下ダイアフラムの高さ方向の幅寸法は複数のＨ型鋼梁の下フランジの接合が可能な幅寸法に設定されたものもある。また、特開２００１−２４８２３４号公報（特許文献３）には、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、柱の板厚以上の板厚を有する角形断面管からなる柱梁接合金物の内部隅角部に、接合される梁の梁成よりも長い範囲に亘って厚肉部を一体的に鋳造成形したものもある。

特開平１１−２４７２９３号公報 特開２００７−２６２７０４号公報 特開２００１−２４８２３４号公報

しかしながら、前述の従来例では、ダイアフラムの溶接検査を行うために該ダイアフラム相互の間隔を１００mm〜１５０mm以上空ける必要があるため、設計上、最適な梁断面を使用できず、或いは梁のハンチ加工（梁の両端を斜めに太くして補強する加工）を行う必要が生じる等、納まり的な課題により手間がかかると共に、梁サイズが大きくなって不経済であった。これらは場合によっては本来意図していた骨組みの終局状態における梁崩壊形が保証できなくなる場合もあった。また、複雑な加工が増えることで品質上の問題もあった。柱を切断し、柱外径よりも５０mm〜８０mm程度大きい平板を取り付けた通しダイアフラム形式は、柱外面よりも外側に２５mm〜４０mm程度の出っ張りが生じるために、外壁材や内装仕上材の取り付けに支障があり、建物内部空間を有効に使えないという問題があった。

また、大きな梁成の鉄骨梁では、特許文献３のように接合される梁の梁成よりも長い範囲に亘って厚肉部を一体的に鋳造成形したダイアフラムでは重量が大きくなるため施工作業が困難となり、コスト高となるといった問題があった。

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、軽量化された管状ダイアフラムを利用して鋼管柱に梁成の異なる複数の鉄骨梁を容易に接合することが出来、該管状ダイアフラム内部に設けられた変形抑制部により該管状ダイアフラムの変形を効果的に抑制して剛性を維持することが出来る柱梁接合構造を提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る柱梁接合構造の第１の構成は、鋼管柱に梁成の異なる複数の鉄骨梁が接合され、管状ダイアフラムと、他の管状又は平板状ダイアフラムとが短尺の鋼管柱を介して接合され、これら二つのダイアフラムによって鋼管柱が接合される柱梁接合構造であって、前記梁成の異なる複数の鉄骨梁のフランジのうち前記鋼管柱に対して取り付け高さ位置が異なる側のそれぞれのフランジの前記鋼管柱に対する取り付け高さ位置を含む範囲で且つ該鉄骨梁の最大梁成よりも小さい寸法で軸方向の高さが設定され、且つ前記鋼管柱の外径に対応する外径を有する管状ダイアフラムを有し、前記管状ダイアフラムはその内部で且つ該管状ダイアフラムの内径方向に延長された変形抑制部が設けられ、前記管状ダイアフラムの軸方向端部に鋼管柱が溶接され、該管状ダイアフラムの外周面に前記鉄骨梁が溶接されたことを特徴とする。

また、本発明に係る柱梁接合構造の第２の構成は、前記第１の構成において、前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合された平板状で形成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る柱梁接合構造の第３の構成は、前記第１の構成において、前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合され、中央部から外側に向かって広がった傾斜部を有する板状で形成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る柱梁接合構造の第４の構成は、前記第１の構成において、前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合され、中央部から外側に向かって広がった湾曲部を有する板状で形成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る柱梁接合構造の第５の構成は、前記第１の構成において、前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合された平板部と、前記平板部に立設されると共に、前記管状ダイアフラムの軸方向所定位置で且つ前記鉄骨梁が溶接される所定の内周面に接合され、中央部から外側に向かって広がった傾斜部を有するくさび状部とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る柱梁接合構造の第５の構成は、前記第２〜第５の構成において、前記変形抑制部の中央部が開口されたことを特徴とする。

本発明に係る柱梁接合構造によれば、軽量化された管状ダイアフラムを利用して鋼管柱に梁成の異なる複数の鉄骨梁を容易に接合することが出来、該管状ダイアフラム内部に設けられた変形抑制部により該管状ダイアフラムの変形を効果的に抑制して剛性を維持することが出来る。

図により本発明に係る柱梁接合構造の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る柱梁接合構造の第１実施形態の構成を示す斜視説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は第１実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。

図１及び図２において、１は角型鋼管柱２に梁成（Ｈ型鉄骨梁３の下フランジ３ｂから上フランジ３ａまでの高さ）の異なる複数のＨ型鋼からなる鉄骨梁３が接合される柱梁接合構造である。

４は管状ダイアフラムであり、梁成の異なる複数の鉄骨梁３の上下フランジ３ａ，３ｂのうち角型鋼管柱２に対して取り付け高さ位置が異なる側のそれぞれの下フランジ３ｂの該角型鋼管柱２に対する取り付け高さ位置を含む範囲で該管状ダイアフラム４の軸方向（図２の上下方向）の高さが設定され、且つ管状ダイアフラム４の軸方向（図２の上下方向）の高さは角型鋼管柱２に接合される梁成が最大の鉄骨梁３の梁成寸法よりも小さい寸法で設定される。

また、管状ダイアフラム４は角型鋼管柱２の外径に対応する外径を有して構成されており、角型鋼管柱２と管状ダイアフラム４との周方向の外形は略同一形状で構成されている。また、管状ダイアフラム４の管厚は角型鋼管柱２の管厚よりも厚い管厚を有する垂直部が少なくとも上下端に設けられている。

管状ダイアフラム４の内部には、図３に示すように、該管状ダイアフラム４の内径方向に延長された変形抑制部５が設けられており、本実施形態の変形抑制部５は、管状ダイアフラム４の軸方向（図３（ｂ）の上下方向）の中央位置で且つ該管状ダイアフラム４の内周面４ａ全体に亘って接合された平板状で形成された平板部５ｄを有して構成されている。このような管状ダイアフラム４は図３（ｂ）に示すように断面Ｈ形状で構成されている。

そして、管状ダイアフラム４の軸方向（図２の上下方向）の両端部に角型鋼管柱２が溶接され、更に管状ダイアフラム４の上端部に溶接された梁成の小さい側の鉄骨梁３の梁成よりも短尺の角型鋼管柱２の上端部に平板状のダイアフラム６が溶接され、更に該ダイアフラム６上に角型鋼管柱２の下端部が溶接されて接合される。そして、管状ダイアフラム４の外周面に梁成の大小の鉄骨梁３の下フランジ３ｂが溶接され、ダイアフラム６の高さ位置と一致する梁成の大小の鉄骨梁３の上フランジ３ａが該ダイアフラム６に溶接され、梁成の大小の鉄骨梁３のウエブ３ｃが管状ダイアフラム４及び短尺の角型鋼管柱２の外周面にそれぞれ溶接されて接合される。

地震や交通振動等により管状ダイアフラム４が鉄骨梁３により引っ張られて水平方向の外力が作用した場合に、該管状ダイアフラム４の内周面４ａの全周に亘って接合された変形抑制部５により水平方向の外力に抗することが出来、これにより管状ダイアフラム４の変形を抑制することができる。

尚、本実施形態では、角型鋼管柱２に対する梁成の大小の鉄骨梁３の上フランジ３ａの取り付け高さ位置が一致し、下フランジ３ｂの取り付け高さ位置が異なる場合の一例について説明したが、角型鋼管柱２に対する梁成の大小の鉄骨梁３の下フランジ３ｂの取り付け高さ位置が一致し、上フランジ３ａの取り付け高さ位置が異なる場合でも同様に適用出来る。この場合、取り付け高さ位置が異なる上フランジ３ａを管状ダイアフラム４に溶接して接合し、取り付け高さ位置が一致する下フランジ３ｂを平板状のダイアフラム６に溶接して接合することが出来る。

また、鉄骨梁３の梁成が異なり更に上下フランジ３ａ，３ｂの取り付け高さ位置も異なる場合には管状ダイアフラム４を上下に２つ利用して取り付け高さ位置が異なる上下フランジ３ａ，３ｂをそれぞれ各管状ダイアフラム４に溶接して接合することも出来る。

上記構成により、鉄骨造柱梁接合部では困難だった梁フランジの高さ方向の位置の違いによるダイアフラムの選定や溶接作業の検討や溶接部の検査を簡単にすることが出来ると共に、鋼材の使用量や溶接材料の使用量を低減し、且つ溶接部の品質の信頼性を向上させることが出来る。

梁成は一般的に５０mm単位なので、従来不可能であった５０mm、１００mm、１５０mmの梁フランジの段差にも対応出来る。前述した特許文献２では一枚板のダイアフラムを使用しているが、５０mmを超えるような板材は市販されていないため材料コストが嵩むが、管状ダイアフラム４では中空であるため重量を削減し、材料コストを削減することが出来る。

特に管状ダイアフラム４及び変形抑制部５は鋳造や鍛造成形によって作成することが出来るが、中実柱状のものと比較して材料コストが大幅に低減できる。管状ダイアフラム４と変形抑制部５とを鋳造成型により一体的に成型しても良いし、管状ダイアフラム４の内部に別途作成した変形抑制部５を溶接等により接合しても良い。

また、設計者が納まり上の煩わしさを考慮せずに最適な梁を選択することが出来る。また、平板状のダイアフラム６を複数枚溶接するよりも溶接量が少なく、熱影響や溶接欠陥が減少し、品質の良い鉄骨建築が出来る。また、管状ダイアフラム４が角型鋼管柱２と外径寸法が同じであるため建物の内部空間を有効に利用することができる。

次に図４を用いて本発明に係る柱梁接合構造の第２実施形態の構成について説明する。図４は本発明に係る柱梁接合構造の第２実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。尚、前記第１実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示す管状ダイアフラム４の変形抑制部５は、該管状ダイアフラム４の軸方向（図４（ｂ）の上下方向）の中央位置で且つ内周面４ａ全体に亘って接合され、中央部から外側に向かって該管状ダイアフラム４の軸方向（図４（ｂ）の上下方向）に広がった傾斜部５ａを有する板状で形成されたものである。

本実施形態では、中央部から外側に向かって該管状ダイアフラム４の軸方向（図４（ｂ）の上下方向）に広がった傾斜部５ａを有する板状で形成された変形抑制部５が管状ダイアフラム４の内周面４ａの全周に亘って接合されているため、管状ダイアフラム４の軸方向（図４（ｂ）の上下方向）に広い範囲で管状ダイアフラム４を補強することが出来る。他の構成は前記第１実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来るものである。

次に図５を用いて本発明に係る柱梁接合構造の第３実施形態の構成について説明する。図５は本発明に係る柱梁接合構造の第３実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示す管状ダイアフラム４の変形抑制部５は、図４に示して前述した第２実施形態において、該変形抑制部５の中央部に貫通する開口部５ｂを設けて開口したものである。これにより管状ダイアフラム４の内周面４ａの全周に亘って連続して形成した変形抑制部５により管状ダイアフラム４の変形を抑制しつつ更に軽量化を図ることが出来るものである。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来るものである。尚、図３に示して前述した第１実施形態においても同様に変形抑制部５の中央部に貫通する開口部を設けて開口しても良い。

次に図６を用いて本発明に係る柱梁接合構造の第４実施形態の構成について説明する。図６は本発明に係る柱梁接合構造の第４実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示す管状ダイアフラム４の変形抑制部５は、該管状ダイアフラム４の軸方向（図６（ｂ）の上下方向）の中央位置で且つ内周面全体に亘って接合され、中央部から外側に向かって該管状ダイアフラム４の軸方向（図６（ｂ）の上下方向）に広がった湾曲部５ｃを有する板状で形成されたものである。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来るものである。尚、本実施形態においても図５に示して前述した第３実施形態のように変形抑制部５の中央部に開口部５ｂを設けて開口することも出来る。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来るものである。

次に図７を用いて本発明に係る柱梁接合構造の第５実施形態の構成について説明する。図７は本発明に係る柱梁接合構造の第５実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示す管状ダイアフラム４の変形抑制部５は、図３に示して前述した第１実施形態と同様に、該管状ダイアフラム４の軸方向（図７（ｂ）の上下方向）の中央位置で且つ内周面４ａ全体に亘って接合された平板部５ｄと、該平板部５ｄの片面側に立設されると共に、該管状ダイアフラム４の軸方向（図７（ｂ）の上下方向）の所定位置（本実施形態では中央位置）で且つ鉄骨梁３が溶接される所定の内周面４ａに接合され、中央部から外側に向かって該管状ダイアフラム４の軸方向（図７（ｂ）の上下方向）に広がった傾斜部５ａを有するくさび状部５ｅとを有して形成されたものである。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来るものである。

次に図８を用いて本発明に係る柱梁接合構造の第６実施形態の構成について説明する。図８は本発明に係る柱梁接合構造の第６実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示す管状ダイアフラム４の変形抑制部５は、図７に示して前述した第５実施形態と同様に、管状ダイアフラム４の軸方向（図８（ｂ）の上下方向）の中央位置で且つ内周面４ａ全体に亘って接合された平板部５ｄを有し、該平板部５ｄの両面側にくさび状部５ｅが立設され、該変形抑制部５の中央部に貫通する開口部５ｂを設けて開口したものである。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来るものである。

本発明の活用例として、鋼管柱に梁成の異なる複数の鉄骨梁が接合される柱梁接合構造に適用出来る。

本発明に係る柱梁接合構造の第１実施形態の構成を示す斜視説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。 本発明に係る柱梁接合構造の第２実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。 本発明に係る柱梁接合構造の第３実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。 本発明に係る柱梁接合構造の第４実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。 本発明に係る柱梁接合構造の第５実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。 本発明に係る柱梁接合構造の第６実施形態の管状ダイアフラムの構成を示す平面図、断面図及び斜視図である。

１…柱梁接続構造
２…角型鋼管柱
３…鉄骨梁
３ａ，３ｂ…上下フランジ
３ｃ…ウエブ
４…管状ダイアフラム
４ａ…内周面
５…変形抑制部
５ａ…傾斜部
５ｂ…開口部
５ｃ…湾曲部
５ｄ…平板部
５ｅ…くさび状部
６…ダイアフラム

Claims (6)

1. 鋼管柱に梁成の異なる複数の鉄骨梁が接合され、管状ダイアフラムと、他の管状又は平板状ダイアフラムとが短尺の鋼管柱を介して接合され、これら二つのダイアフラムによって鋼管柱が接合される柱梁接合構造であって、
   前記梁成の異なる複数の鉄骨梁のフランジのうち前記鋼管柱に対して取り付け高さ位置が異なる側のそれぞれのフランジの前記鋼管柱に対する取り付け高さ位置を含む範囲で且つ該鉄骨梁の最大梁成よりも小さい寸法で軸方向の高さが設定され、且つ前記鋼管柱の外径に対応する外径を有する管状ダイアフラムを有し、
   前記管状ダイアフラムはその内部で且つ該管状ダイアフラムの内径方向に延長された変形抑制部が設けられ、
   前記管状ダイアフラムの軸方向端部に鋼管柱が溶接され、該管状ダイアフラムの外周面に前記鉄骨梁が溶接されたことを特徴とする柱梁接合構造。
2. 前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合された平板状で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。
3. 前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合され、中央部から外側に向かって広がった傾斜部を有する板状で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。
4. 前記変形抑制部は、前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合され、中央部から外側に向かって広がった湾曲部を有する板状で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。
5. 前記変形抑制部は、
   前記管状ダイアフラムの軸方向中央位置で且つ内周面全体に亘って接合された平板部と、
   前記平板部に立設されると共に、前記管状ダイアフラムの軸方向所定位置で且つ前記鉄骨梁が溶接される所定の内周面に接合され、中央部から外側に向かって広がった傾斜部を有するくさび状部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。
6. 前記変形抑制部の中央部が開口されたことを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の柱梁接合構造。

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