JP5577676B2

JP5577676B2 - 柱と梁の溶接接合構造

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Description

本発明は、Ｈ形鋼、角形鋼管柱や溶接ボックス柱などの鉄骨柱と、上下に平行フランジを有するＨ形鋼やＩ形鋼などの鉄骨梁（Ｈ形鋼梁）とを溶接で接合する場合に用いる柱と梁の溶接接合構造（柱・梁溶接接合構造）に関するもので、特に、ブラケットを配置した柱・梁溶接接合構造に関するものである。

従来、Ｈ形鋼、角形鋼管柱や溶接ボックス柱などの鉄骨柱と、上下に平行フランジを有するＨ形鋼やＩ形鋼などの鉄骨梁（Ｈ形鋼梁）とを溶接で接合する場合に用いる柱と梁の溶接接合構造としては、例えば以下のようなものが知られている。

（従来技術１）
図６は、従来の角形鋼管柱とＨ形鋼梁の柱・梁溶接接合構造の一例を示すものであり、特許文献１に従来技術１（図４）として示されているものである。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は、側面図である。

図６（ａ）、（ｂ）において、角形鋼管柱１にダイアフラム２が設置され、該ダイアフラム２にブラケット１３のフランジ１３ａの一端部が溶接６で接合されている。さらに、該ブラケット１３のフランジ１３ａの他端部に、該ブラケット１３と同一断面であるＨ形鋼梁４のフランジ４ａの端部が対峙し、対峙する相互のフランジ１３ａ、４ａを跨いでスプライスプレート７が該フランジ１３ａ、４ａの上下両面に配置されている。さらに、ブラケット１３およびＨ形鋼梁４およびスプライスプレート７にはボルト孔５が穿設され、該ボルト孔５に設置した図示しないボルトにより、ブラケット１３とスプライスプレート７とＨ形鋼梁４が機械的に接合されている。このとき、ボルト孔５の周囲（断面欠損部）を塑性化させないため、該ボルト孔５の位置を、曲げモーメントが小さくなるように角形鋼管柱１から遠ざけている。

しかし、１９９５年兵庫県南部地震において、前記の従来技術１等の従来型の溶接接合部では、曲げに対して、多くの損傷が発生した。その損傷は、梁端溶接部６、スカラップ近傍、エンドタブ近傍など多様なき裂・破断からなる。主な原因は、材料の靭性低下によるもの以外に、溶接部６の欠陥、スカラップ形状、エンドタブによる形状不連続などの溶接構造自体に起因する。特に柱１が角形鋼管などの中空断面の場合は、梁ウェブ４ｂが有効に働かないことが多く、梁フランジ４ａに力が集中することにより、スカラップ底やエンドタブから発生したき裂が進展し、梁フランジ４ａが破断した例が多数見られた。

（従来技術２）
図７は、従来の角形鋼管柱とＨ形鋼梁の柱・梁溶接接合構造の他の例を示すものであり、従来技術１等において生じた前記の溶接部の破断を防止するために、図７（ａ）、（ｂ）に平面図を示すように、梁端のフランジを拡幅する方法が用いられている。梁４端部の幅は、梁端側の端部から梁４中央に向けて減少し、接続するＨ形鋼梁４のフランジ幅に同幅となるように加工されている。

図７（ａ）に示す柱・梁溶接接合構造では、梁端部を拡幅したフランジ２３ａとウェブ２３ｂを溶接組立てするＨ形鋼ブラケット２３を用いる。すなわち、ブラケット２３は、鋼板から切り出したフランジ２３ａとウェブ２３ｂとを溶接することにより製作される。

図７（ｂ）に示す柱・梁溶接接合構造では、Ｈ形鋼梁４と同幅のＨ形鋼ブラケット３３のフランジ３３ａ側面に三角形状の水平リブプレート３８を溶接３９で接合して梁端部を拡幅する。ブラケット３３には主に圧延Ｈ形鋼が用いられることが多い。

特開２００２−１４６９０７号公報（図４）

しかしながら、前記従来技術１、２においては以下のような問題点がある。

（従来技術１の問題点）
前述したように、１９９５年兵庫県南部地震において、従来技術１等の従来型の溶接接合部では、曲げに対して、多くの損傷が発生した。図６（ｂ）に示すモーメント分布Ｍから明らかなように、梁端溶接部近傍（ダイアフラム２とブラケット１３の接合部６）で、モーメントが最大となり、溶接部６近傍の応力が最大となる。また、該モーメントに対応した梁フランジ４ａの軸方向力は、ブラケット１３のフランジ１３ａおよびダイアフラム２を介して角形鋼管柱１に伝達される。このとき、力の流れとして溶接部６の幅端部（ブラケット１３のフランジ幅端部）に応力が集中し易いため、また、この溶接部６の幅端部（ブラケット１３のフランジ幅端部）には溶接欠陥が発生し易いため、該部位が破壊し易くなる。すなわち、梁４が変形した際には、溶接部６での破壊現象が生じ易くなるとの問題点がある。さらに、ボルト孔５位置において、塑性変形が生じないように、ボルト孔５を柱１から遠ざけているため、ブラケット１３が大型になるとの問題点がある。

（従来技術２の問題点）
これに対して、従来技術２では、梁端部に拡幅したフランジを用いることで、従来技術１等において生じた溶接部の破断を防止するようにしている。

しかし、図７（ａ）に示したような、溶接組立てタイプのＨ形鋼ブラケット２３を用いて梁端部のフランジを拡幅する場合、広い面積の鋼板を必要とし、歩留まりが悪い。またその加工が上下に平行フランジを有するＨ形鋼に対してやや煩雑となる。圧延Ｈ形鋼で梁端を拡幅するためには、幅の広い圧延Ｈ形鋼を準備し、所定の形状になるようにフランジを切断する必要があり、効率が悪い。

また、図７（ｂ）に示したような、Ｈ形鋼ブラケット３３のフランジ３３ａ側面に三角形状の水平リブプレート３８を溶接して梁端部のフランジを拡幅する場合、水平リブプレート３８とフランジ３３ａは同厚であることから、それらが厚い場合、溶接量が多くなる。また、溶接熱によって、水平リブプレート３８に反りやねじれが生じやすくなる。さらに、水平リブプレート３８の梁中央側の端部（リブ先端）において、溶接熱の影響でフランジ材質が劣化したり、溶接欠陥が発生したりする。このため、リブ先端付近でＨ形鋼梁４が早期に脆性的破断を起こす危険がある。

また、図７（ａ）、図７（ｂ）に共通していえることとして、図７（ａ）、図７（ｂ）においては、Ｈ形鋼ブラケット２３またはＨ形鋼ブラケット３３と接合する個所付近のＨ形鋼梁４を塑性変形させて安定した構造性能を確保するが、梁端部を確実に弾性範囲内に収めようとすると、梁端部の幅が広くなり過ぎる場合がある。梁端部の幅は柱幅よりも狭くする必要があるため、この場合は、ブラケット２３、３３のフランジ２３ａ、３３ａの厚さを厚くして、梁端部の幅を抑える必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｈ形鋼、角形鋼管柱や溶接ボックス柱などの鉄骨柱と、上下に平行フランジを有するＨ形鋼やＩ形鋼などの鉄骨梁（Ｈ形鋼梁）とを溶接で接合する場合に用いる柱と梁の溶接接合構造として、簡単な構成で、梁フランジの突合せ溶接接合部を補強することができ、曲げに対する梁フランジの破断を確実に防止することのできる柱と梁の溶接接合構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］ダイアフラムが設置された鉄骨柱にＨ形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造であって、高さが前記Ｈ形鋼梁材の高さに等しく、且つ、フランジ幅が前記Ｈ形鋼梁材のフランジ幅よりも大きいＨ形鋼ブラケットのフランジを、前記ダイアフラムまたは前記鉄骨柱に溶接接合し、且つ、前記Ｈ形鋼ブラケットのフランジ端部と該Ｈ形鋼梁材のフランジ端部を突合せ溶接で固定することを特徴とする柱と梁の溶接接合構造。

［２］前記ブラケットが、圧延により一体的に成形されていることを特徴とする前記［１］に記載の柱と梁の溶接接合構造。

［３］前記ブラケットのフランジの強度がウェブの強度以上であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の柱と梁の溶接接合構造。

本発明においては、ダイアフラムが設置された鉄骨柱にＨ形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造として、フランジ幅がＨ形鋼梁材のフランジ幅より広いＨ形鋼ブラケットを鉄骨柱に溶接接合し、そのＨ形鋼ブラケットにＨ形鋼梁材を溶接接合するようにしているので、以下のような顕著な効果が得られる。

（１）曲げは梁フランジを介して鉄骨柱のダイアフラムから鉄骨柱に、または梁フランジを介して鉄骨柱のスキンプレートに伝達され、せん断力は梁ウェブを介して鉄骨柱のスキンプレートに伝達される。Ｈ形鋼ブラケットが梁フランジに溶接で固定されるとともに、鉄骨柱のダイアフラムまたは鉄骨柱（柱スキンプレート）に溶接で固定されることにより、梁フランジの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジの破断を確実に防止することができる。すなわち、Ｈ形鋼梁材とＨ形鋼ブラケットとの接合部が塑性ヒンジ化するため、Ｈ形鋼ブラケット端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、Ｈ形鋼ブラケットの幅の広いフランジ部により、鉄骨梁からの応力を鉄骨柱内へスムースに流すことができる。

（２）Ｈ形鋼梁材とＨ形鋼ブラケットとの接合部が塑性ヒンジになったときに、Ｈ形鋼ブラケットと鉄骨柱との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、Ｈ形鋼ブラケットの長さを短くすることが可能になる。よって、Ｈ形鋼ブラケットの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。

（３）Ｈ形鋼ブラケットとして、圧延により一体的に成形されている圧延Ｈ形鋼をそのまま用いることができるので、従来技術２のように、水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さにＨ形鋼を切断するだけでよいので、従来技術２のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。

（４）梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、Ｈ形鋼ブラケットのフランジの厚さを厚くしなければならない場合でも、Ｈ形鋼ブラケットのフランジの強度がウェブの強度よりも大きい圧延Ｈ形鋼を使用するようにすれば、Ｈ形鋼ブラケットのフランジの厚みをＨ形鋼梁材のフランジの厚みと同じにすることができる。

本発明の実施形態１に係る柱・梁溶接接合構造を示す図。本発明の実施形態２に係る柱・梁溶接接合構造を示す図。本発明の実施形態３に係る柱・梁溶接接合構造を示す図。本発明の実施例において、柱・梁溶接接合構造の性能を確認のための試験状況を示す外観図。本発明の実施例において、柱・梁溶接接合構造の性能を確認のための試験結果を示す荷重変形線図。従来の柱・梁溶接接合構造の例（従来技術１）。従来の柱・梁溶接接合構造の例（従来技術２）。

本発明は、ダイアフラムが設置された鉄骨柱にＨ形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造として、Ｈ形鋼梁材のフランジ幅よりフランジ幅が広いＨ形鋼ブラケットを鉄骨柱に溶接接合し、そのＨ形鋼ブラケットにＨ形鋼梁材を溶接接合するようにした柱・梁溶接接合構造である。

本発明の実施形態を以下に述べる。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る柱・梁溶接接合構造を図１に示す。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、この実施形態１においては、Ｈ形鋼梁４のフランジ４ａの幅より幅が広いフランジ３ａを有するＨ形鋼ブラケット３（３Ａ）の一端部のフランジ３ａを角形鋼管柱１に設置された通しダイアフラム２に突合せ溶接で接合し、かつウェブ３ｂを角形鋼管柱１にすみ肉溶接９で接合した状態で、Ｈ形鋼ブラケット３Ａの他端部のフランジ３ａをＨ形鋼梁４のフランジ４ａに溶接接合するとともに、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂを突合せ溶接９で接合している。

なお、Ｈ形鋼ブラケット３Ａには、圧延Ｈ形鋼を用いることが好ましい。さらに、フランジ３ａの強度がウェブ３ｂの強度よりも大きい圧延Ｈ形鋼を使用するようにしてもよい。

これによって、この実施形態１においては、以下のような効果を得ることができる。

（１．１）曲げは梁フランジ４ａを介して角形鋼管柱１の通しダイアフラム２から角形鋼管柱１に伝達され、せん断力は梁ウェブ４ｂを介して角形鋼管柱１のスキンプレートに伝達される。Ｈ形鋼ブラケット３Ａが梁フランジ４ａに溶接で固定されるとともに、角形鋼管柱１の通しダイアフラム２に溶接で固定されることにより、梁フランジ４ａの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジ４ａの破断を確実に防止することができる。すなわち、Ｈ形鋼梁材４とＨ形鋼ブラケット３Ａとの接合部が塑性ヒンジ化するため、Ｈ形鋼ブラケット３Ａ端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、Ｈ形鋼ブラケット３Ａの幅の広いフランジ部３ａにより、Ｈ形鋼梁材４からの応力を角形鋼管柱１内へスムースに流すことができる。

（１．２）Ｈ形鋼梁材４とＨ形鋼ブラケット３Ａとの接合部が塑性ヒンジになったときに、Ｈ形鋼ブラケット３Ａと角形鋼管柱１との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、Ｈ形鋼ブラケット３Ａの長さを短くすることが可能になる。よって、Ｈ形鋼ブラケット３Ａの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。

（１．３）Ｈ形鋼ブラケット３Ａとして、圧延により一体的に成形されている圧延Ｈ形鋼をそのまま用いることができるので、従来技術２のように、水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さにＨ形鋼を切断するだけでよいので、従来技術２のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。

（１．４）梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのフランジ３ａの厚さを厚くしなければならない場合でも、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのフランジ３ａの強度がウェブ３ｂの強度よりも大きい圧延Ｈ形鋼を使用するようにすれば、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのフランジ３ａの厚みをＨ形鋼梁材４のフランジ４ａの厚みと同じにすることができる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る柱・梁溶接接合構造を図２に示す。図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この実施形態２においては、Ｈ形鋼梁４のフランジ４ａの幅より幅の広いフランジ３ａを有するＨ形鋼ブラケット３（３Ｂ）の一端部のフランジ３ａのみを角形鋼管柱１に設置された通しダイアフラム２に突合せ溶接で接合した状態で、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂにフランジ３ａの突き出し長さ分だけフランジ４ａを短くしたＨ形鋼梁４をＨ形鋼ブラケット３Ｂと角形鋼管柱１に溶接して一体化している。すなわち、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂの他端部のフランジ３ａをＨ形鋼梁４のフランジ４ａに溶接で接合するとともに、Ｈ形鋼梁４のウェブ４ｂと角形鋼管柱１を溶接９で接合している。また、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂのフランジ３ａの上下間に挿入されたＨ形鋼梁４のウェブ４ｂは、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂのフランジ３ａにすみ肉溶接９で接合されている。

なお、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂの上下フランジ３ａの強度を、その間に挿入されるＨ形鋼梁４のウェブ４ｂの強度よりも大きくしてもよい。

ここで、この実施形態２におけるＨ形鋼ブラケット３Ｂには、上下のフランジ３ａはあるものの、上下のフランジ３ａの間にウェブ３ｂは有していないが、その代わりに、上下のフランジ３ａの間にＨ形鋼梁４のウェブ４ｂが挿入されている。したがって、本発明では、このような上下のフランジ３ａのみの形態でもＨ形鋼ブラケットと称することにする。

そして、この実施形態２においては、以下のような効果を得ることができる。

（２．１）曲げは梁フランジ４ａを介して角形鋼管柱１の通しダイアフラム２から角形鋼管柱１に伝達され、せん断力は梁ウェブ４ｂを介して角形鋼管柱１のスキンプレートに伝達される。Ｈ形鋼ブラケット３Ｂが梁フランジ４ａに溶接で固定されるとともに、角形鋼管柱１の通しダイアフラム２に溶接で固定されることにより、梁フランジ４ａの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジ４ａの破断を確実に防止することができる。すなわち、Ｈ形鋼梁材４とＨ形鋼ブラケット３Ｂとの接合部が塑性ヒンジ化するため、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂ端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂの幅の広いフランジ部３ａにより、Ｈ形鋼梁材４からの応力を角形鋼管柱１内へスムースに流すことができる。

（２．２）Ｈ形鋼梁材４とＨ形鋼ブラケット３Ｂとの接合部が塑性ヒンジになったときに、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂと角形鋼管柱１との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂの長さを短くすることが可能になる。よって、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。

（２．３）Ｈ形鋼ブラケット３Ｂとして、鋼板を用いることができるので、従来技術２のように、Ｈ形鋼ブラケット３３に水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さに鋼板を切断するだけでよいので、従来技術２のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。

（２．４）梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂのフランジ３ａの厚さを厚くしなければならない場合でも、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂの上下フランジ３ａの強度を、その間に挿入されるＨ形鋼梁材４のウェブ４ｂの強度よりも大きくするようにすれば、Ｈ形鋼ブラケット３Ｂのフランジ３ａの厚みをＨ形鋼梁材４のフランジ４ａの厚みと同じにすることができる。

［実施形態３］
本発明の実施形態３に係る柱・梁溶接接合構造を図３に示す。図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、この実施形態３においては、フランジ３ａの幅がＨ形鋼梁４のフランジ４ａの幅より幅が広いフランジ３ａを有するＨ形鋼ブラケット３（３Ｃ）の一端部のフランジ３ａを角形鋼管柱１に設置された通しダイアフラム２に突合せ溶接で接合し、かつウェブ３ｂを角形鋼管柱１にすみ肉溶接９で接合した状態で、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃの他端部のフランジ３ａをＨ形鋼梁４のフランジ４ａに溶接接合するとともに、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂを高力ボルト接合している。すなわち、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂを跨いでスプライスプレート７がウェブ３ｂとウェブ４ｂの左右両面に配置されており、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂおよびスプライスプレート７にはボルト孔５が穿設され、そのボルト孔５に設置した図示しない高力ボルトにより、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂがスプライスプレート７を介して機械的に接合されている。

つまり、前述の実施形態１では、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂの接合を突合せ溶接で行っているのに対して、この実施形態３では、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのウェブ３ｂとＨ形鋼梁４のウェブ４ｂの接合を高力ボルト接合で行っている。

なお、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃには、圧延Ｈ形鋼を用いることが好ましい。さらに、フランジ３ａの強度がウェブ３ｂの強度よりも大きい圧延Ｈ形鋼を使用するようにしてもよい。

これによって、この実施形態３においては、以下のような効果を得ることができる。

（３．１）曲げは梁フランジ４ａを介して角形鋼管柱１の通しダイアフラム２から角形鋼管柱１に伝達され、せん断力は梁ウェブ４ｂを介して角形鋼管柱１のスキンプレートに伝達される。Ｈ形鋼ブラケット３Ｃが梁フランジ４ａに溶接で固定されるとともに、角形鋼管柱１の通しダイアフラム２に溶接で固定されることにより、梁フランジ４ａの接合端部が補強され、曲げに対する梁フランジ４ａの破断を確実に防止することができる。すなわち、Ｈ形鋼梁材４とＨ形鋼ブラケット３Ｃとの接合部が塑性ヒンジ化するため、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃ端のフランジ溶接部の塑性化を防ぐから、溶接部での脆性破壊が防止できる。また、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃの幅の広いフランジ部３ａにより、Ｈ形鋼梁材４からの応力を角形鋼管柱１内へスムースに流すことができる。

（３．２）Ｈ形鋼梁材４とＨ形鋼ブラケット３Ｃとの接合部が塑性ヒンジになったときに、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃと角形鋼管柱１との溶接部を弾性範囲に抑えることができるから、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃの長さを短くすることが可能になる。よって、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃの製造コストが低減し、鉄骨製作工場から建築現場への輸送上も有利となる。

（３．３）Ｈ形鋼ブラケット３Ｃとして、圧延により一体的に成形されている圧延Ｈ形鋼をそのまま用いることができるので、従来技術２のように、水平リブプレートを溶接して拡幅する必要がない。また、必要長さにＨ形鋼を切断するだけでよいので、従来技術２のように、梁端側の端部から梁中央に向けてブラケット幅を減少させる加工の必要がない。

（３．４）梁端部を確実に弾性範囲内に収めるため、梁端部の幅が広くなり過ぎ、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのフランジ３ａの厚さを厚くしなければならない場合でも、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのフランジ３ａの強度がウェブ３ｂの強度よりも大きい圧延Ｈ形鋼を使用するようにすれば、Ｈ形鋼ブラケット３Ｃのフランジ３ａの厚みをＨ形鋼梁材４のフランジ４ａの厚みと同じにすることができる。

ここで、梁端のフランジを拡幅することは、高層・超高層建築物に採用されている。一般に高層・超高層建築物を対象とした場合、梁端のフランジを拡幅する梁のせいは７００ｍｍ以上である。この場合、拡幅する幅は、梁材とブラケットとの接合部を塑性化させ、ブラケットと柱との溶接部を弾性範囲に抑え、破壊を防止するという条件より、梁幅の１．４１〜２．０８倍で概ね４００ｍｍ〜６００ｍｍ程度の範囲である。また、上記高層・超高層建築物で使用される梁サイズを対象とした場合、ブラケットの長さについては、梁せいの０．２８〜０．３２であり、概ね２００ｍｍ〜３２０ｍｍ程度の範囲である。

したがって、前記のＨ形鋼ブラケット３Ａ、３Ｂ、３Ｃのフランジ３ａ幅は、４００ｍｍ以上とすることが好ましい。また、Ｈ形鋼ブラケット３Ａ、３Ｂ、３Ｃの長さについては、２００ｍｍ〜３２０ｍｍ程度の範囲ということになるが、あまり短すぎると製作上取扱いにくいので、３００ｍｍ以上とする方が望ましい。

そして、上記の実施形態１〜３においては、角形鋼管柱１という閉鎖断面柱に限定して説明したが、Ｈ形鋼柱などの開放断面柱にも本発明を適用することが可能である。

また、上記の実施形態１〜３においては、鉄骨柱（角形鋼管柱）１に鉄骨梁（Ｈ形鋼梁）４が片側からのみ取付く場合を示しているが、外柱、中柱、内柱に応じて複数の鉄骨梁が取付くことはいうまでもない。

本発明の実施例として、前述の本発明の実施形態に係る柱・梁溶接接合構造の性能を確認するための試験を行った。なお、ここでは、前述の実施形態１に係る柱・梁溶接接合構造についての試験体を製作した。

図４は、この実施例における試験に供した柱・梁溶接接合構造の試験体（柱梁部分架構）１０の側面図である。この実施例における試験に供した試験体１０は、２体（試験体１０Ａ、試験体１０Ｂ）である。

まず、試験体Ａは、角形鋼管柱１が、□−５００×５００×１９、厚さ１９．０ｍｍ、長さ６０００ｍｍのＢＣＲ３２５角形鋼管であり、Ｈ形鋼ブラケット３Ａが、Ｈ−７００×４００×１２×２２、長さ３００ｍｍ、ＳＮ４９０の圧延Ｈ形鋼であり、Ｈ形鋼梁４が、Ｈ−７００×２５０×１２×１９、長さ４０００ｍｍ、ＳＮ４９０の圧延Ｈ形鋼である。また、通しダイアフラム２はＳＮ４９０で、幅５５０ｍｍ、長さ５５０ｍｍ、厚さ２２．０ｍｍである。

一方、試験体Ｂは、角形鋼管柱１が、□−５００×５００×１９、厚さ１９．０ｍｍ、長さ６０００ｍｍのＢＣＲ３２５角形鋼管であり、Ｈ形鋼ブラケット３Ａが、Ｈ−７００×４００×１２×１９、長さ３００ｍｍ、フランジが５５０Ｎ／ｍｍ^２の強度で、ウェブがＳＮ４９０の圧延Ｈ形鋼であり、Ｈ形鋼梁４が、Ｈ−７００×２５０×１２×１９、長さ４０００ｍｍ、ＳＮ４９０の圧延Ｈ形鋼である。また、通しダイアフラム２はＳＮ４９０で、幅５５０ｍｍ、長さ５５０ｍｍ、厚さ２２．０ｍｍである。

そして、図４は、この実施例における試験状況を示す外観図も兼ねる。図４において、梁４先端に取り付けたアクチュエーターが平面内を矢印のように繰返し稼動するため、梁４端部には、曲げとせん断力が作用することになる。

図５は、この実施例における試験結果を示す荷重−変形線図であって、図５（ａ）は試験体１０Ａについての試験結果であり、図５（ｂ）は試験体１０Ｂについての試験結果である。

そして、図５では、図４における梁４先端に取り付けたアクチュエーターが水平方向（実物では垂直方向に相当）に所定変位しては、次の所定変位を加えていく場合を示している。図５において、横軸はアクチュエーターが取り付けられた梁４先端の水平方向変位量（垂直方向からの回転角）であり、縦軸はアクチュエーターから梁４に加わる載荷荷重であって、図４における右矢印方向をプラス方向（右方向）に示している。

まず、図４において右矢印方向に載荷している。原点から弾性変形を開始し、降伏した後、極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいる。やがて、所定変位Ｃに到達したところで、図４において左矢印方向に向かって載荷している。所定変位Ｄに到達したところで、所定変位Ｅに向かって戻る。

さらに、図４において右矢印方向に載荷するため、梁４の塑性変形が進んでいる。やがて、所定変位Ｅに到達したところで、図４において左矢印側に向かって載荷し、所定変位Ｆに向かって戻る。

以下、アクチュエーターが右矢印方向と左矢印方向の載荷を繰返すため、図５に図示するようなバウシンガー効果を有するヒステリシス曲線が描かれている。

そして、両試験体１０Ａ、１０Ｂとも梁端変位が１／３０を超え、十分な変形能力を発揮している。最終的には、梁フランジ局部座屈により耐力低下を生じて破壊に至っている。

また、試験体１０Ｂのように、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのフランジ３ａの強度を増すことによって、Ｈ形鋼ブラケット３Ａのフランジ３ａの厚さを梁フランジ４ａと同厚にしても、試験体１０Ａと同様に変形能力を確保できている。

以上の試験結果より、本発明の実施形態に係る柱・梁溶接接合構造の繰り返し加力回数は多く、十分なエネルギを吸収していることから、本発明の効果が顕著であることが示されている。

本発明は、角形鋼管柱や溶接ボックス柱などの鉄骨柱と、上下に平行フランジを有するＨ形鋼やＩ形鋼などの鉄骨梁とを溶接で接合する場合に用いる柱と梁の溶接接合構造に関するもので、特に、ブラケットを配置した柱・梁溶接接合構造に関するものであり、簡単な部材で梁端接合部を補強することができ、曲げに対する梁フランジの破断を確実に防止することができる。

１柱（角形鋼管柱）
２ダイアフラム（通しダイアフラム）
３Ｈ形鋼ブラケット
３ＡＨ形鋼ブラケット
３ＢＨ形鋼ブラケット
３ＣＨ形鋼ブラケット
３ａＨ形鋼ブラケットのフランジ
３ｂＨ形鋼ブラケットのウェブ
４梁（Ｈ形鋼梁材、Ｈ形鋼梁）
４ａＨ形鋼梁材のフランジ
４ｂＨ形鋼梁材のウェブ
５ボルト孔
６ダイアフラムとブラケットの溶接接合部（梁端溶接部）
７スプライスプレート
９溶接
１０試験体（柱梁部分架構）
１０Ａ試験体（柱梁部分架構）
１０Ｂ試験体（柱梁部分架構）
１３ブラケット
１３ａブラケットのフランジ
２３ブラケット
２３ａブラケットのフランジ
２３ｂブラケットのウェブ
３３ブラケット
３３ａブラケットのフランジ
３８水平リブプレート
３９溶接部

Claims

ダイアフラムが設置された鉄骨柱にＨ形鋼梁材が溶接接合される柱・梁溶接接合構造であって、高さが前記Ｈ形鋼梁材の高さに等しく、且つ、フランジ幅が前記Ｈ形鋼梁材のフランジ幅よりも大きいＨ形鋼ブラケットのフランジを、前記ダイアフラムまたは前記鉄骨柱に溶接接合し、且つ、前記Ｈ形鋼ブラケットのフランジ端部と該Ｈ形鋼梁材のフランジ端部を突合せ溶接で固定するものであり、前記Ｈ形鋼ブラケットが圧延により一体的に成形されているとともに、前記Ｈ形鋼ブラケットのフランジの強度がウェブの強度以上であることを特徴とする柱と梁の溶接接合構造。
前記Ｈ形鋼ブラケットのフランジの厚みが前記Ｈ形鋼梁材のフランジの厚みと同じであることを特徴とする請求項１に記載の柱と梁の溶接接合構造。