JP5926554B2

JP5926554B2 - 柱梁接合構造

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Publication number: JP5926554B2
Application number: JP2011282240A
Authority: JP
Inventors: 毅萩野; 哲也菅野; 信一阿部; 修太朗大村
Original assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: JP2013130042A

Description

本発明は、柱梁接合構造に関し、特に、円形鋼管柱を備えた柱梁接合構造に関する。

従来、円形鋼管柱を備えた柱梁接合構造として、下記特許文献１に記載されるように、円形鋼管柱の一部を肉厚管部とし、この肉厚管部に鋼製の梁を接合した構造が知られている。この構造では、Ｈ形鋼からなる梁を用いており、梁のフランジ部の端部は、肉厚管部の外周形状に沿うよう円弧状にカットされている。そして、この円弧状にカットされた端部が、肉厚管部の側面に接合されている。

また、同じく円形鋼管柱を備えた柱梁接合構造として、下記特許文献２に記載されるように、Ｈ形鋼からなる梁を、水平鋼板を介して円形鋼管柱に接合した構造が知られている。この構造では、柱の径方向に等分に分割された水平鋼板を用いており、各水平鋼板の端部を柱の外形に沿うように成形し、柱を取り囲むように各水平鋼板を配置している。そして、各水平鋼板と梁のフランジ部の端部とをボルトにより連結すると共に、各水平鋼板と柱とを溶接により接合している。

特開２００３−０９６９０６号公報特開２００２−１６１５８１号公報

上記した従来の構造では、柱が円形であるため、梁の端部に円形に沿うような特別な加工を施したり、水平鋼板などの特別な接合部材を用意したりする必要があり、円形の柱に梁を接合することが容易ではなかった。一方で、これらの接合を少しでも容易にするための一つの工夫として、角形鋼管からなるパネル材（ジョイント）を柱と梁の間に設けると共に、パネル材と柱との間に、平板状のダイアフラムを補強材として設ける構造が考えられる。この構造を採用した場合、例えばＨ形鋼からなる梁であれば、そのウェブを角形鋼管の側面に接合し、フランジをダイアフラムに接合することで、容易に梁を接合することができる。

しかしながら、柱が円形鋼管柱である場合には、角形鋼管からなるパネル材およびダイアフラムを採用したとしても、平板状のダイアフラムでは厚みが不足して円形鋼管柱と角形のパネル材との間でうまく力を伝えることができない。よって、構造上の強度を確保することは難しい。このように、円形鋼管柱を用いる場合において、梁の接合を容易にしつつ、構造上の強度を確保することは難しかった。

本発明は、円形鋼管柱を用いる場合において、梁の接合を容易にしつつ、構造上の強度を確保することができる柱梁接合構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決した柱梁接合構造は、鉛直方向に沿って配置されて、側面に梁の端部が接合された角筒状の鋼材と、鋼材の上方および下方の少なくとも一方で鉛直方向に延在する円形鋼管柱と、鋼材と円形鋼管柱との間に配置されると共に、一方の面に鋼材が接合され他方の面に円形鋼管柱が接合された角形ブロック状の柱梁接合部材と、を備え、前記柱梁接合部材は、前記一方の面から前記他方の面まで貫通する貫通孔を有し、前記柱梁接合部材の前記一方の面には、前記鋼材の端部が当接する環状の第１の当接部が形成されると共に、前記第１の当接部の内側に前記貫通孔の第１の開口が形成されており、前記柱梁接合部材の前記他方の面には、前記円形鋼管柱の端部が当接する環状の第２の当接部が形成されると共に、前記第２の当接部の内側に前記貫通孔の第２の開口が形成されており、
前記第１の開口は丸みを帯びた八角形状をなし、前記第１の当接部の角部は、他の部分よりも幅広であり、前記第２の開口は略円形状をなしていることを特徴とする。

この柱梁接合構造によれば、角筒状の鋼材と円形鋼管柱との間に角形ブロック状の柱梁接合部材が配置される。この柱梁接合部材の一方の面には鋼材が接合され、他方の面には円形鋼管柱が接合される。このように、鋼材および角形ブロック状の柱梁接合部材を用いているため、梁の端部に特別な加工を施したり、接合部材を別途用意したりする必要がなく、梁の接合が容易になっている。また、円形鋼管柱と鋼材との間の力の伝達は、この角形ブロック状の柱梁接合部材を介して行われる。鋼材の端部が当接する第１の当接部の角部は、他の部分よりも幅広に形成され、鋼材が接合される一方の面において、その角部が肉厚になる。係る構造の柱梁接合部材により、円形鋼管柱からの力が鋼材の周方向において均等に伝達される。そのため、平板状のダイアフラムを用いる場合とは異なり、力が確実に伝達され、結果として構造上の強度を確保することができる。さらに、柱梁当接部材には貫通孔が形成されているため、所望の強度を実現しながらも、柱梁接合部材の軽量化が図られる。

また、上記柱梁接合構造において、第２の開口は第１の開口よりも小さい。この場合、円形鋼管柱が接合される第２の当接部が第１の当接部よりも広く形成されることとなるため、例えば円形鋼管柱の直径が鋼材の幅より小さい場合であっても、円形鋼管柱を支障なく接合することができ、円形鋼管柱と鋼材との間で力が好適に伝達される。

また、上記柱梁接合構造において、円形鋼管柱は、鋼材の上方および下方のそれぞれに配置されており、鋼材の上端部および下端部には、同一の柱梁接合部材がそれぞれ接合されている。この場合、上下の円形鋼管柱同士と梁とを容易に接合することができ、しかも、構造上の強度が確保される。

本発明によれば、円形鋼管柱を用いる場合において、梁の接合を容易にしつつ、構造上の強度を確保することができる。

柱梁接合構造の第１実施形態を示す分解斜視図である。図１の柱梁接合構造を示す正面図である。柱梁接合部材を示す斜視図である。（ａ）は図３の柱梁接合部材の底面図、（ｂ）はＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿っての断面図である。図２の柱梁接合構造の一部を拡大して示す断面図である。（ａ）は柱梁接合構造の第２実施形態を示す正面図、（ｂ）はＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿っての断面図である。（ａ）は柱梁接合構造の参考形態を示す正面図、（ｂ）はＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿っての断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１および図２に示されるように、柱梁接合構造１は、鉛直方向に延在して一直線状に配置された円形鋼管柱３，４と、複数の梁２とを互いに接合させた構造である。柱梁接合構造１は、Ｈ形鋼からなる複数の梁２と、下階（例えば１階）部分の柱である下側の円形鋼管柱３と、上階（例えば２階）部分の柱である上側の円形鋼管柱４と、を備えている。これらの複数の梁２、下側の円形鋼管柱３、および上側の円形鋼管柱４は、鋼製の柱梁接合部１０によって互いに接合されている。この柱梁接合構造１では、梁２のフランジ部２ｂの幅は、柱梁接合部１０の幅と同一またはそれ以下とすることができる（図１の手前側の梁２参照）。

柱梁接合構造１において、円形鋼管柱４の直径は、円形鋼管柱３の直径よりも小さくなっている。なお、円形鋼管柱４の直径が円形鋼管柱３の直径と同じでもよいし、円形鋼管柱４の直径が円形鋼管柱３の直径よりも多少大きくてもよい。柱梁接合構造１では、円形鋼管柱３，４を用いることにより、円柱状の外観を有する柱が実現されている。すなわち、柱梁接合構造１では、円形鋼管柱３，４は、意匠的な必要性に応じて採用されている。

複数の梁２、下側の円形鋼管柱３、上側の円形鋼管柱４は、溶接によってそれぞれ柱梁接合部１０に接合されている。

柱梁接合部１０は、鉛直方向に沿って配置された四角形筒状の鋼製のパネル材（角筒状の鋼材）６と、パネル材６の下端部および上端部にそれぞれ接合された下側の柱梁接合部材７および上側の柱梁接合部材８と、を備えて構成されている。パネル材６は、平面視で正方形の外形を有している。柱梁接合部材７，８は、直方体状の外形を有しており、平面視で正方形の外形を有している。平面視において、柱梁接合部材７，８の外形はパネル材６の外形と略等しくなっている。柱梁接合部材７の上面（一方の面）７ａには、パネル材６の下端部６ｂが溶接により接合されている。柱梁接合部材８の下面（一方の面）８ａには、パネル材６の上端部６ｃが溶接により接合されている。このようにパネル材６および柱梁接合部材７，８が一体化されて、柱梁接合部１０は、全体として直方体形状をなしている。なお、パネル材６としては、４枚の鋼板を互いに接合したものを用いてもよく、角形鋼管を用いてもよい。

パネル材６の側面６ａには、梁２のウェブ部２ａの端部が接合されている。柱梁接合部材７の側面７ｆには、梁２のフランジ部２ｂの端部が接合されると共に、柱梁接合部材８の側面８ｆには、梁２のフランジ部２ｂの端部が接合されている。さらに、柱梁接合部材７の下面（他方の面）７ｂには、下側の円形鋼管柱３が接合されている。柱梁接合部材８の上面（他方の面）８ｂには、上側の円形鋼管柱４が接合されている。

上記のように、柱梁接合部材７は、パネル材６と円形鋼管柱３との間に配置されており、柱梁接合部材８は、パネル材６と円形鋼管柱４との間に配置されている。柱梁接合部材７および柱梁接合部材８としては、同一の部材が用いられている。上側の円形鋼管柱４の直径が下側の円形鋼管柱３の直径と異なる場合でも、同一の部材を用いることにより部品の共用化が図られている。このようにして、柱梁接合部材７，８の汎用性が高められている。柱梁接合部材７および柱梁接合部材８は、水平面に対して面対称をなすように配置されている。

図３は柱梁接合部材７を示す斜視図、図４（ａ）は柱梁接合部材７の底面図、図４（ｂ）はＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿っての断面図である。図３および図４に示されるように、柱梁接合部材７は、角形ブロック状をなす鋼製の接合部材である。柱梁接合部材７は、例えば、鍛造によって成形される。柱梁接合部材７には、柱梁接合部材７を厚さ方向（円形鋼管柱３，４の延在方向）に貫通する貫通孔（穴）７ｃが形成されている。貫通孔７ｃは、上面７ａから下面７ｂに向けて縮小されたテーパ状をなしている。貫通孔７ｃの下面７ｂ側端部に相当する開口（第２の開口）７ｈは、貫通孔７ｃの上面７ａ側端部に相当する開口（第１の開口）７ｇよりも小さくなっている。ブロック状の柱梁接合部材７，８は、柱梁接合構造１における剛性を高める機能を有すると共に、貫通孔７ｃ，８ｃの形成によって計量化が図られている。なお、柱梁接合部材７の成形方法は鋳造であっても良い。

図４（ｂ）に示されるように、柱梁接合部材７は、第１の環状部７ｊ、第２の環状部７ｋ、および第３の環状部７ｍを有し、これらの環状部が厚さ方向に一体的に連設されてなる。上面７ａ側の第１の環状部７ｊには、僅かにテーパ状をなす比較的大径の第１の貫通孔７ｐが形成されている。下面７ｂ側の第３の環状部７ｍには、円柱状で比較的小径の第３の貫通孔７ｒが形成されている。中層をなす第２の環状部７ｋには、第１の貫通孔７ｐと第３の貫通孔７ｒとを連絡するテーパ状の第２の貫通孔７ｑが形成されている。これらの第１〜第３の貫通孔７ｐ〜７ｒにより、貫通孔７ｃが構成されている。なお、第３の貫通孔７ｒは、鍛造後の打ち抜き等によって形成される。

図４（ａ），（ｂ）に示されるように、柱梁接合部材７の上面７ａには、パネル材６が当接し接合される正方形環状の当接部７ｄが形成されている。また、柱梁接合部材７の下面７ｂには、円形鋼管柱３が当接し接合される正方形環状の当接部７ｅが形成されている。当接部７ｄは、パネル材６の取付面であると共に、パネル材６の受け部である。当接部７ｅは、円形鋼管柱３の取付面である。当接部７ｄおよび当接部７ｅの内側には、貫通孔７ｃが形成されている。上記したように開口７ｈは開口７ｇよりも小さいので、当接部７ｅの幅Ｌ２は、当接部７ｄの幅Ｌ１よりも大きくなっている。

さらに、当接部７ｄは正方形の四辺に相当する直線部１３と、直線部１３よりも幅広の角部１２とを有している（図１および図４参照）。すなわち、当接部７ｄの角部１２は、半径ｒ１の隅切り部になっている。一方、当接部７ｅの角部も、半径ｒ２の隅切り部になっている。隅切り半径ｒ２は、隅切り半径ｒ１と等しくなっている。このようにして、第１の環状部７ｊの角部は肉厚に形成されている。上面７ａに形成された開口７ｇは丸みを帯びた八角形状をなしており、下面７ｂに形成された開口７ｈは略円形状をなしている。このような構成により、下面７ｂに接合される円形鋼管柱３からの力が、上面７ａに接合されるパネル材６の周方向において均等に伝達される。

図２に示されるように、柱梁接合部材８においても、柱梁接合部材７と同様にして、貫通孔８ｃおよび当接部８ｄ，８ｅ等が形成されている。

ここで、図４（ａ），（ｂ）を参照して柱梁接合部材７の各部の寸法を例示する。柱梁接合部材７の外径Ｄが３００ｍｍである場合には、当接部７ｄの幅Ｌ１は３０ｍｍであり、当接部７ｅの幅Ｌ２は９５ｍｍである。また、隅切り半径ｒ１，ｒ２はいずれも５５ｍｍである。第１の環状部７ｊ、第２の環状部７ｋ、および第３の環状部７ｍの厚さ（高さ）は、それぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ、および１０ｍｍである。すなわち、柱梁接合部材７の厚さ（高さ）は１１０ｍｍである。外径３００ｍｍの柱梁接合部材７を用いた場合、それに対応するパネル材６の外径は３００ｍｍ、板厚は１９ｍｍ以下である。また、円形鋼管柱３の外径は２６７ｍｍ、板厚は１６ｍｍ以下である。

また、柱梁接合部材７の外径Ｄが４５０ｍｍである場合には、当接部７ｄの幅Ｌ１は４５ｍｍであり、当接部７ｅの幅Ｌ２は１２５ｍｍである。また、隅切り半径ｒ１，ｒ２はいずれも８５ｍｍである。第１の環状部７ｊ、第２の環状部７ｋ、および第３の環状部７ｍの厚さ（高さ）は、外径の大小によらず一定であり、それぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ、および１０ｍｍである。すなわち、柱梁接合部材７の厚さ（高さ）は１１０ｍｍである。外径４５０ｍｍの柱梁接合部材７を用いた場合、それに対応するパネル材６の外径は４５０ｍｍ、板厚は２８ｍｍ以下である。また、円形鋼管柱３の外径は４０６ｍｍまたは４５０ｍｍ、板厚は１９ｍｍ以下である。

図５は、柱梁接合構造１の一部を拡大して示す断面図である。図５に示されるように、当接部７ｄの幅Ｌ１および当接部７ｅの幅Ｌ２は、その各々に接合されるパネル材６および円形鋼管柱３の板厚と、パネル材６および円形鋼管柱３の各々の内周側に溶接時に添設される裏当金１４，１６の板厚とを考慮して設定される。言い換えれば、当接部７ｄの幅Ｌ１は、パネル材６の板厚と裏当金１４の板厚との加算値よりも大きく設定され、当接部７ｅの幅Ｌ２は、円形鋼管柱３の板厚と裏当金１６の板厚との加算値よりも大きく設定される。

また、柱梁接合部材７において、円形鋼管柱３が当接する部分の厚み（円形鋼管柱３の延在方向の寸法）は、所定の厚み以上（例えば４０ｍｍ以上）に設定する必要がある。

以上説明した本実施形態の柱梁接合構造１によれば、パネル材６と円形鋼管柱３との間に角形ブロック状の柱梁接合部材７が配置される。この柱梁接合部材７の上面７ａにはパネル材６が接合され、下面７ｂには円形鋼管柱３が接合される。このように、パネル材６および角形ブロック状の柱梁接合部材７を用いているため、梁２の端部に特別な加工を施したり、接合部材を別途用意したりする必要がなく、梁２の接合が容易になっている。これにより、梁２および柱梁接合部１０の間の溶接部の信頼性の向上が図られる。また、円形鋼管柱３とパネル材６との間の力の伝達は、この角形ブロック状の柱梁接合部材７を介して行われるため、平板状のダイアフラムを用いる場合とは異なり、力が確実に伝達され、結果として構造上の強度を確保することができる。ここで、柱梁接合部材７の上面７ａには、パネル材６の下端部６ｂが当接する環状の当接部７ｄが形成されており、当接部７ｄの内側には、下面７ｂに向けて貫通孔７ｃが形成されているため、所望の強度を実現しながらも、柱梁接合部材７の軽量化が図られている。このように円形の柱３を用いる場合においても梁２の接合が容易であり、また強度が確保されているため、意匠面での自由度が高められている。

また、当接部７ｅの内側には、上記の穴である貫通孔７ｃが貫通しているため、柱梁接合部材７のより一層の軽量化が図られており、経済的なメリットが付加されている。

また、開口７ｈが開口７ｇよりも小さく、円形鋼管柱３が接合される当接部７ｅが当接部７ｄよりも広く形成されることとなるため、例えば円形鋼管柱３の直径がパネル材６の幅より小さい場合であっても、円形鋼管柱３を支障なく接合することができ、円形鋼管柱３とパネル材６との間で力が好適に伝達される。

また、当接部７ｄの角部１２は、直線部１３よりも幅広になっており、パネル材６が接合される上面７ａにおいて、その角部が肉厚になっているため、下面７ｂに接合される円形鋼管柱３からの力が、上面７ａに接合されるパネル材６の周方向において均等に伝達される。

さらにまた、円形鋼管柱３は、パネル材６の上方および下方のそれぞれに配置されており、パネル材６の上端部６ｃおよび下端部６ｂには、同一の柱梁接合部材７，８がそれぞれ接合されているため、上下の円形鋼管柱３，４同士と梁２とを容易に接合することができ、しかも、構造上の強度が確保される。

図６（ａ）は、柱梁接合構造の第２実施形態を示す正面図、図６（ｂ）は、ＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿っての断面図である。図６に示す柱梁接合構造１Ａが図２に示した柱梁接合構造１と違う点は、円形鋼管柱４に代えて、２階部分の柱として角形鋼管柱４Ａを用いた点と、上側の柱梁接合部材８を備えた柱梁接合部１０に代えて、上側に平板状のダイアフラム２０を備えた柱梁接合部１０Ａを用いた点である。角形鋼管であるパネル材６に対して角形鋼管柱４Ａが同じ外径である場合には、ダイアフラム２０を用いることにより、構造上の強度を確保することができ、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

図７（ａ）は、柱梁接合構造の参考形態を示す正面図、図７（ｂ）は、ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿っての断面図である。図７に示す柱梁接合構造１Ｂが図６に示した柱梁接合構造１Ａと違う点は、貫通孔７ｃが形成された柱梁接合部材７を有する柱梁接合部１０Ａに代えて、テーパ状の穴７ｓが形成された柱梁接合部材７Ｂを有する柱梁接合部１０Ｂを用いた点である。柱梁接合構造１Ｂの柱梁接合部材７Ｂでは、鍛造後、下面７ｂ側の肉薄部を打ち抜く工程を省略しており、柱梁接合部材７Ｂには貫通孔は形成されていない。すなわち、第３の環状部７ｍには第３の貫通孔７ｒが形成されておらず、底板７ｔが残存している。このような柱梁接合構造１Ｂによっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、パネル材６の上方に円形鋼管柱が配置され、パネル材６の下方に角形鋼管柱が配置された柱梁接合構造であってもよい。この場合、パネル材６の上端部には柱梁接合部材８が接合されると共に、パネル材６の下端部にはダイアフラムが接合される。また、パネル材６の上下に柱梁接合部材が設けられる場合において、上側の柱梁接合部材が、下側の柱梁接合部材と異なるものであってもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…柱梁接合構造、２…梁、３，４…円形鋼管柱、６…パネル材（角筒状の鋼材）、７，８…柱梁接合部材、７ｃ，８ｃ…貫通孔（穴）、７ｄ，８ｄ…当接部（第１の当接部）、７ｅ，８ｅ…当接部（第２の当接部）、７ｇ…開口（第１の開口）、７ｈ…開口（第２の開口）、７ｓ…穴、１３…直線部（他の部分）、１２…角部。

Claims

鉛直方向に沿って配置されて、側面に梁の端部が接合された角筒状の鋼材と、
前記鋼材の上方および下方の少なくとも一方で鉛直方向に延在する円形鋼管柱と、
前記鋼材と前記円形鋼管柱との間に配置されると共に、一方の面に前記鋼材が接合され他方の面に前記円形鋼管柱が接合された角形ブロック状の柱梁接合部材と、を備え、
前記柱梁接合部材は、前記一方の面から前記他方の面まで貫通する貫通孔を有し、
前記柱梁接合部材の前記一方の面には、前記鋼材の端部が当接する環状の第１の当接部が形成されると共に、前記第１の当接部の内側に前記貫通孔の第１の開口が形成されており、
前記柱梁接合部材の前記他方の面には、前記円形鋼管柱の端部が当接する環状の第２の当接部が形成されると共に、前記第２の当接部の内側に前記貫通孔の第２の開口が形成されており、
前記第１の開口は丸みを帯びた八角形状をなし、前記第１の当接部の角部は、他の部分よりも幅広であり、
前記第２の開口は略円形状をなしている
ことを特徴とする柱梁接合構造。
前記第２の開口は、前記第１の開口よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。
前記円形鋼管柱は、前記鋼材の上方および下方のそれぞれに配置されており、前記鋼材の上端部および下端部には、同一の前記柱梁接合部材がそれぞれ接合されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の柱梁接合構造。