JP5953872B2 - 柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造に関する。

従来、図１の概略側面図に示すような柱梁架構１においては、柱１０と鉄骨梁２０とを現場溶接等で剛接合している。例えば、同図１の例では、梁２０の本体をなすＨ形鋼の上下フランジ２０ｆ，２０ｆを柱１０のダイアフラム１２，１２等に現場溶接するとともに、同ウエブ２０ｗを、ガセットプレート３１等で柱１０に摩擦接合している。

特開２０００−３０９９８０号公報

そして、かかる柱梁架構１に、地震力や風荷重等の外力が水平方向に入力されると、それによる曲げモーメントは、図１中に併記するように、梁２０のスパン方向（梁２０の長手方向）の中央側よりも端側（以下、梁端側とも言う）の方で大きくなるため、梁端２０ｅｅにて応力が最大となり、結果、最初に梁端２０ｅｅで全断面降伏して損傷する。すなわち、この場合、梁２０の全体強度を決定する断面位置は、梁端２０ｅｅとなる。なお、以下では、最初に全断面降伏して梁２０の全体強度を決定する断面位置のことを「危険断面位置」とも言う。

そして、かかる危険断面位置に、上述のような溶接部が存在していると、当該溶接部は脆性破壊し易いことから、柱梁架構１の瞬時倒壊の虞がある。また、柱１０と梁２０との溶接は現場で行われるため、工場で溶接する場合と比較して精度向上を図り難く、溶接強度不足などを通して脆性破壊が助長される虞もある。

このような梁端２０ｅｅでの破壊を防ぐ方法の一例として、次のような方法が考えられる。先ず、図２Ａの斜視図に示すように、梁２０の本体をなすＨ形鋼２０ｂの端に、当該Ｈ形鋼２０ｂよりもフランジ幅が大きいＨ形鋼２０ｅ（以下、広幅のＨ形鋼２０ｅとも言う）を突き合わせて工場で溶接しておく。そして、かかる広幅のＨ形鋼２０ｅを端部２０ｅとして有した梁２０を工場から現場へと搬入し、現場にて、この広幅のＨ形鋼２０ｅを介して柱１０に梁２０を溶接する。

そして、この方法によれば、梁２０の端部２０ｅとして広幅のＨ形鋼２０ｅを用いているので、そのフランジ幅が広い分だけ梁２０の端部２０ｅの断面積が増大しており、結果、端部２０ｅの断面に作用する応力が低減する。そして、これにより、危険断面位置は、図２Ｂの上面図に示すように、溶接部の在る梁端２０ｅｅから、梁２０のスパン方向の中央側へ寄った位置に変わる。すなわち、危険断面位置は、広幅のＨ形鋼２０ｅにおける中央側の端２５ｅｃの位置に移動する。そして、同位置にも溶接部は存在するが、その溶接作業は、既述のように工場にて高い精度で行われるので、上述のような溶接強度不足の問題は生じない。

しかしながら、かかる広幅のＨ形鋼２０ｅを端部２０ｅとして有した梁２０の断面形状は、同広幅のＨ形鋼２０ｅにおけるスパン方向の中央側の端２０ｅｃの位置で急変することになる。すなわち、同位置を起点として梁幅方向の寸法が拡大していて、これにより断面の断面積が急増している。以下、この断面形状が急変する位置のことを「断面急変位置」と言うが、この断面急変位置では剛性が急変することから、断面の一部たる図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分、つまり断面急変位置のうちの隅角部Ａに局所的に応力が集中して、当該隅角部Ａに大きな塑性ひずみが集中して生じ得る（図７ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。すると、当該隅角部Ａで集中的に亀裂が発生・進展し得て、その結果、梁２０の全体強度の低下を招く虞がある。すなわち、梁幅方向に一様に応力が作用する前提で設計した曲げモーメントの計画値よりも小さい曲げモーメントで梁２０が破損する虞がある。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、鉄骨梁と柱とを剛接合する柱梁接合構造において、鉄骨梁が、その本体をなす基準断面部と、その端部をなす断面積増大部と、を有しつつ、断面積増大部が基準断面部よりも梁幅方向の寸法が大きくなっていることで基準断面部よりも断面積が増大している場合に、断面積増大部と基準断面部との間の溶接部における隅角部に局所的に生じる応力集中を軽減することにある。

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部の長手方向の端に溶接部を介して接合されて前記鉄骨梁の端部をなす断面積増大部と、を有し、
前記断面積増大部は、前記基準断面部よりも梁幅方向の寸法が大きくなっていることで断面積が増大しているとともに、前記断面積増大部が前記柱に剛接合されることで、前記鉄骨梁は前記柱に剛接合され、
前記断面積増大部のうちで前記基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分は、平面視矩形状であり、且つ、当該部分に鉛直方向に沿った貫通孔が形成されていることを特徴とする。

上記請求項１に示す発明によれば、断面積増大部に鉛直方向に沿った貫通孔が形成されているので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差が縮小される。よって、基準断面部と断面積増大部との間の溶接部における隅角部の応力集中を軽減可能となる。

請求項２に示す発明は、請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
前記柱と前記断面積増大部との接合部は、少なくとも一部が溶接で形成されており、
前記接合部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさ、及び、前記基準断面部の前記端と前記断面積増大部との間の前記溶接部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする。

上記請求項２に示す発明によれば、柱と断面積増大部との接合部が全断面降伏するよりも先に、且つ、基準断面部の端と断面積増大部との間の溶接部が全断面降伏するよりも先に、断面積増大部における貫通孔が形成された部分（つまり、溶接部ではない謂わば母材の部分）が全断面降伏する。よって、柱と断面積増大部の接合部に係る溶接部、すなわち柱と鉄骨梁との接合部に係る溶接部に起因した脆性破壊や、基準断面部と断面積増大部との溶接部に起因した脆性破壊は有効に回避される。

請求項３に示す発明は、請求項１又は２に記載の柱梁接合構造であって、
前記基準断面部は、フランジが水平方向を向いたＨ形鋼であり、
前記断面積増大部は、フランジの幅寸が前記基準断面部よりも大きいＨ形鋼であり、
前記基準断面部のフランジと前記断面積増大部のフランジとは、突き合わされて溶接されているとともに、前記基準断面部のウエブと前記断面積増大部のウエブとは、突き合わされて溶接されており、
前記貫通孔は、前記断面積増大部の前記フランジに形成されていることを特徴とする。

上記請求項３に示す発明によれば、断面積増大部のフランジに貫通孔が形成されているので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差が縮小される。よって、基準断面部と断面積増大部との間の溶接部における隅角部の応力集中を軽減可能となる。

請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔としての円孔が、前記長手方向に並んで複数設けられており、
前記長手方向の柱側の端に近づく程、前記円孔の孔径が小さくなっていることを特徴とする。

上記請求項４に示す発明によれば、長手方向に並ぶ円孔の孔径は、鉄骨梁の長手方向の柱側の端に近づく程、小さくなっている。よって、地震時に鉄骨梁に作用する曲げモーメントの大きさが、梁における柱側の端に向かうに従って漸増していることに対応させて、端寄りに位置する円孔の形成部分ほど、応力を負担可能な断面積が大きくなるように設計することができて、これにより、これら円孔が形成されている部分同士を、概ね同時に全断面降伏させることが可能となる。つまり、塑性ヒンジの形成タイミングを、これら複数の円孔の形成部分同士の間で概ね揃えることができる。その結果、地震時の振動エネルギー吸収性能に長けた柱梁接合構造となる。

請求項５に示す発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔には、何も差し込まれていないことを特徴とする。

上記請求項５に示す発明によれば、貫通孔には何も差し込まれていないので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差を確実に縮小可能となる。

本発明によれば、鉄骨梁と柱とを剛接合する柱梁接合構造において、鉄骨梁が、その本体をなす基準断面部と、その端部をなす断面積増大部と、を有しつつ、断面積増大部が基準断面部よりも梁幅方向の寸法が大きくなっていることで基準断面部よりも断面積が増大している場合に、断面積増大部と基準断面部との間の溶接部における隅角部に局所的に生じる応力集中を軽減可能となる。

曲げモーメント図を併記した柱梁架構１の概略側面図である。 図２Ａは従来の柱梁接合構造の斜視図であり、図２Ｂは同上面図である。 図３Ａは、本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図であり、図３Ｂは、同概略上面図である。 図４Ａは、円孔２０ｈが、フランジ２０ｆｅにおける水平ハンチ部２５と非水平ハンチ部２３との両者に跨って形成された例の概略上面図であり、図４Ｂは、円孔２０ｈが、非水平ハンチ部２３内に収まるように形成された例の概略上面図である。 ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルである。 ＦＥＭ解析で検討した三つのケースの説明図であって、図６Ａは、第１比較例の無孔矩形ハンチケースの説明図であり、図６Ｂは、第２比較例の無孔台形ハンチケースの説明図であり、図６Ｃは、本実施形態に係る有孔矩形ハンチケースの説明図である。 無孔矩形ハンチケースの解析結果（相対比較用）である。 無孔台形ハンチケースの解析結果（相対比較用）である。 有孔矩形ハンチケースの解析結果（相対比較用）である。 無孔矩形ハンチケースの解析結果（絶対評価用）である。 無孔台形ハンチケースの解析結果（絶対評価用）である。 有孔矩形ハンチケースの解析結果（絶対評価用）である。 梁２０の曲げ耐力線と、柱梁架構１に地震力や風荷重等の水平外力が作用した際に梁２０に生じる曲げモーメントの分布と、を示すグラフである。 本実施形態の変形例の概略上面図である。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
図３Ａは、本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図であり、図３Ｂは、同概略上面図である。

図３Ａに示すように、柱１０は、例えば断面矩形形状の鋼製角パイプを本体とする。また、梁２０は鉄骨梁であって、この例では、その本体をなす長尺のＨ形鋼２０ｂと、スパン方向の端部２０ｅとして設けられる短尺無垢のＨ形鋼２０ｅと、を有する。そして、端部２０ｅをなす短尺のＨ形鋼２０ｅを介して梁２０は柱１０に剛接合されている。

ここで「剛接合」とは、モーメントを伝達可能な接合様式のことである。そして、この例では、柱１０は、上下一対の通しダイアフラム１２，１２を有し、それぞれ対応する通しダイアフラム１２，１２に、短尺のＨ形鋼２０ｅの上フランジ２０ｆｅ及び下フランジ２０ｆｅが溶接で連結されているとともに、同ウエブ２０ｗｅは、柱１０の外周面１０ｓに一体に溶接されたガセットプレート３１に重ね合わされてボルト締結により摩擦接合されており、これにより、柱１０と梁２０とは剛接合されている。

但し、剛接合の方法は何等上述に限らない。例えば、上述の通しダイアフラム１２に代えて、外ダイアフラムを用いても良いし、或いはダイアフラムを用いずに柱１０の外周面１０ｓにフランジ２０ｆｅを溶接で直結しても良いし、更には、溶接に代えてボルト締結により摩擦接合しても良い。また、柱１０についても何等上記の角パイプに限るものではなく、梁２０を剛接合可能であれば、別の断面形状の柱や別の構造の柱を適用可能である。例えば断面形状が円形形状の鋼製丸パイプを用いても良いし、あるいはＣＦＴ（コンクリート充填鋼管）を使用しても良いし、更にはＲＣ造やＳＲＣ造の柱でも構わない。

この梁２０の端部２０ｅをなす短尺のＨ形鋼２０ｅは、既述のように梁２０の端部２０ｅの断面を増大して梁端２０ｅｅの接合部ＪＰ（柱１０との接合部ＪＰ）の損傷を防ぐものである。そのため、この例では、短尺のＨ形鋼２０ｅのフランジ２０ｆｅの幅寸は、上記の梁２０の本体をなす長尺のＨ形鋼２０ｂのフランジ２０ｆｂよりも大きく、つまり、その広幅のフランジ２０ｆｅの一部は、長尺のＨ形鋼２０ｂのフランジ２０ｆｂよりも梁幅方向の外方に突出しており、これにより、梁２０の端部２０ｅの断面の断面積を増大して、梁端２０ｅｅに最大値として作用する曲げモーメントに対抗するようにしている。

以下、この端部２０ｅをなす短尺且つ広幅のＨ形鋼２０ｅのことを「広幅Ｈ形鋼２０ｅ」と言い、上記の梁２０の本体をなす長尺且つ狭幅のＨ形鋼２０ｂのことを「狭幅Ｈ形鋼２０ｂ」と言う。

かかる広幅Ｈ形鋼２０ｅは、その端面を狭幅Ｈ形鋼２０ｂのスパン方向の端面に突き合わせた状態で溶接され梁２０の一部として一体化されている。すなわち、互いの端面同士の間の溶接部ＷＰを介して、広幅Ｈ形鋼２０ｅと狭幅Ｈ形鋼２０ｂとは接合されている。そして、広幅Ｈ形鋼２０ｅは、主にフランジ幅が狭幅Ｈ形鋼２０ｂよりも広い点で相違する。しかし、これ以外の点では、広幅Ｈ形鋼２０ｅと狭幅Ｈ形鋼２０ｂとは互いにほぼ同仕様である。例えば、梁せいについては、ほぼ同寸である。つまり、ウエブ２０ｗｅ，２０ｗｂの高さ寸法は互いに概ね同値である。また、フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂの厚みやウエブ２０ｗｅ，２０ｗｂの厚みについても、この例では、互いに概ね同値である。但し、これら厚みについては、互いに相違していても良い。すなわち、広幅Ｈ形鋼２０ｅと狭幅Ｈ形鋼２０ｂとが互いの端面において、上フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂ同士を、また下フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂ同士を、更にはウエブ２０ｗｅ，２０ｗｂ同士をそれぞれ対向させて突き合わせ溶接が可能であれば、互いの厚みは相違していても良い。

なお、請求項に記載の構成との対応関係で言えば、梁２０の端部２０ｅをなす広幅Ｈ形鋼２０ｅが、請求項に係る「断面積増大部２０ｅ」に相当し、梁２０の本体をなす狭幅Ｈ形鋼２０ｂが、「基準断面部２０ｂ」に相当する。また、広幅Ｈ形鋼２０ｅのフランジ２０ｆｅにおいて狭幅Ｈ形鋼２０ｂのフランジ２０ｆｂよりも梁幅方向の外方に突出している部分２５が、請求項に係る「断面積増大部のうちで基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分」に相当し、以下では、この突出している部分２５のことを「水平ハンチ部２５」とも言う。更に、広幅Ｈ形鋼２０ｅにおけるスパン方向の中央側の端２０ｅｃの位置を起点として梁２０の断面積が増大しているので、この例では、この端２０ｅｃの位置が「断面急変位置」であり、そして、この断面急変位置には、広幅Ｈ形鋼２０ｅと狭幅Ｈ形鋼２０ｂとを接合する溶接部ＷＰが位置しており、この溶接部ＷＰが、請求項に係る「溶接部」に相当する。

ここで本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、広幅Ｈ形鋼２０ｅの各水平ハンチ部２５，２５には、それぞれ、貫通孔としての円孔２０ｈが鉛直方向（フランジ２０ｆｅの厚さ方向）に沿って貫通形成されている。そして、これにより、基準断面部２０ｂとしての狭幅Ｈ形鋼２０ｂと断面積増大部２０ｅとしての広幅Ｈ形鋼２０ｅとの剛性差の縮小を図り、その結果、断面急変位置の断面の一部たる図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分、つまり断面急変位置のうちの隅角部Ａに局所的に応力が集中することを防いでいる。

詳しく説明すると、先ず、図２Ｂの比較例のように水平ハンチ部２５に円孔２０ｈが形成されていない場合には、既述のように、断面急変位置の隅角部Ａは、同断面急変位置のうちの隅角部Ａ以外の部分よりも大きな塑性ひずみが集中して生じる傾向にある（図７ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。すると、同断面急変位置のうちで特に隅角部Ａに亀裂が発生・進展して、その結果、梁２０の全体強度の低下を招く虞がある。すなわち、梁幅方向に一様に応力が作用する前提で設計した曲げモーメントの計画値よりも小さい曲げモーメントで梁２０が破損する虞がある。

そして、かかる応力集中の原因としては、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの間で剛性差が大きいことが挙げられ、そのため、本実施形態では、断面積増大部２０ｅの水平ハンチ部２５に円孔２０ｈを板厚方向に貫通形成することにより、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの剛性差を小さくして、隅角部Ａの応力集中の軽減を図っている。

なお、この例では、円孔２０ｈの開口形状を正円としているが、何等これに限らず、楕円や長円でも良いし、或いは、互いに曲率が異なる複数の円弧が組み合わされた円でも良い。但し、円弧の曲率が大きいと、当該円孔２０ｈにおける曲率の大きい部分に大きな応力集中が生じる虞があるため、この応力集中回避の観点からは、円孔２０ｈの曲率は、その全周に亘って小さい方が好ましい。

円孔２０ｈの孔径は、水平ハンチ部２５のサイズやＨ形鋼の断面サイズにもよるが、例えば水平ハンチ部２５の幅寸（水平ハンチ部２５の梁幅方向の寸法）を孔径の上限値としつつ１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲から選択される。

また、図３Ｂに示すように、本実施形態では、円孔２０ｈは水平ハンチ部２５からはみ出さずに、つまり水平ハンチ部２５内に収まるように形成されているが、何等これに限るものではない。例えば、広幅Ｈ形鋼２０ｅのフランジ２０ｆｅのうちで水平ハンチ部２５以外の部分２３、つまり、梁幅方向の両側に位置する一対の水平ハンチ部２５，２５の間に挟まれた部分２３（以下、非水平ハンチ部２３とも言う）に、円孔２０ｈを貫通形成しても良い。例えば、図４Ａの例では、水平ハンチ部２５と非水平ハンチ部２３との両者に跨って円孔２０ｈが形成されており、他方、図４Ｂの例では、非水平ハンチ部２３内に収まるように円孔２０ｈが形成されている。そして、これらの場合にも、円孔２０ｈによって基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの間の剛性差が縮小されて、隅角部Ａの応力集中が軽減される。

更に、望ましくは、スパン方向における円孔２０ｈの形成位置は、図３Ｂに示すように、梁端２０ｅｅに設定される梁２０と柱１０との接合部ＪＰよりも断面急変位置の方に近づけると良く、このようにすれば、隅角部Ａへの応力集中の軽減効果をより高めることができる。

このような円孔２０ｈによる隅角部Ａの応力集中の軽減効果については、ＦＥＭ（有限要素法）解析で確認しているので、以下、これについて説明する。

図５に、ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルを示すが、この解析では、柱１０と梁２０との接合部ＪＰの近傍部分を、上下方向、梁２０のスパン方向、及び梁幅方向の三方向のそれぞれについて半分だけ取り出して矩形要素で分割してモデル化している。また、地震力や風荷重等の水平方向の外力の作用状態を模擬すべく、梁２０のスパン方向の中央位置に上向きの荷重Ｐを加えて変形角Ｒ（＝δ／Ｌ）を変化させ、その時の相当塑性ひずみの変化を解析した。なお、変形角Ｒに係るδ及びＬは、それぞれ、上記中央位置の上方変位δ及び同中央位置から柱１０の芯までの距離Ｌである。また、解析に用いた柱１０、梁２０、水平ハンチ部２５、円孔２０ｈの寸法等の各種諸元については、図５及び図６Ａ乃至図６Ｃ中に併記している。

ちなみに、この解析では、地震力等の水平方向の外力の向きを、前述の図１とは逆向きにしているため、図５の梁２０のスパン方向の略中央位置には上方の鉛直荷重Ｐが作用し、これにより、梁２０に作用する曲げモーメントの方向が、前述の図１とは逆になっているが、これらは、互いに曲げモーメントの反曲点位置（スパン方向の略中央位置）に関して点対称関係にある点で相違し、実質的には同じである。但し、このような上向きの鉛直荷重Ｐが作用する場合には、上フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂよりも、下フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂの方に大きな負荷が作用し、これにより下フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂの方が、塑性ひずみが大きくなる。よって、以下では、下フランジ２０ｆｅ，２０ｆｂの塑性ひずみに着目して説明する。

図６Ａ乃至図６Ｃに検討ケースを示すが、三つのケースについて検討した。すなわち、第１比較例として図６Ａのように水平ハンチ部２５，２５が平面視矩形状で円孔２０ｈの無い「無孔矩形ハンチケース」と、第２比較例として図６Ｂのように水平ハンチ部２５，２５が平面視台形状で円孔２０ｈの無い「無孔台形ハンチケース」と、上記の本実施形態を模擬したケースとして図６Ｃのように水平ハンチ部２５，２５が平面視矩形状で円孔２０ｈを有する「有孔矩形ハンチケース」と、の三ケースについて検討した。
なお、図６Ａの無孔矩形ハンチケースの水平ハンチ部２５と、図６Ｃの有孔矩形ハンチケースの水平ハンチ部２５とは、互いに外形寸法は同じである。また、図６Ｂの無孔台形ハンチケースの水平ハンチ部２５は、図６Ａの無孔矩形ハンチケースの水平ハンチ部２５から、スパン方向の中央側且つ梁幅方向の端側の角部２５ｃを、テーパー状に切り欠いたものである。

図７Ａ乃至図７Ｃに、変形角Ｒ＝０．０２（＝２％）とした場合の解析結果を示す。各図には、相当塑性ひずみの大きさ（％）が濃淡で示されている。つまり、濃い部分には、大きな相当塑性ひずみが生じており、薄い部分には、小さな相当塑性ひずみが生じている。そして、図７Ａが無孔矩形ハンチケースの解析結果であり、図７Ｂが無孔台形ハンチケースの解析結果であり、図７Ｃが有孔矩形ハンチケースの解析結果である。なお、これら図７Ａ乃至図７Ｃでは、三つのケース間の相対比較を容易にする目的で、各図の右部の濃淡スケール（濃淡と塑性ひずみの大きさ（％）の対応関係）を互いに揃えている。

一方、図８Ａ乃至図８Ｃには、図７Ａ乃至図７Ｃと同じ解析結果をケース毎に絶対評価できるように濃淡のスケールを個別に拡縮調整したものを示している。そして、図８Ａが無孔矩形ハンチケースの解析結果であり、図８Ｂが無孔台形ハンチケースの解析結果であり、図８Ｃが有孔矩形ハンチケースの解析結果である。

図７Ａ乃至図７Ｃを参照すると、図７Ａの無孔矩形ハンチケース及び図７Ｂの無孔台形ハンチケースと比べて、図７Ｃの有孔矩形ハンチケースでは、断面急変位置の隅角部Ａの塑性ひずみが緩和されている。例えば図７Ａや図７Ｂでは、相当塑性ひずみの最大値が３．２８％であるのに対し、図７Ｃでは２．９９％となっており、約１０％減少している。また、図８Ｃを見ると、有孔矩形ハンチケースでは、円孔２０ｈの周囲の広い範囲に亘って塑性ひずみが分布しているのがわかる。
よって、梁２０の端部２０ｅをなす広幅Ｈ形鋼２０ｅのフランジ２０ｆｅに円孔２０ｈを形成すれば、隅角部Ａ以外の部分にも広い範囲で応力を負担させて塑性ひずみを広範囲に分散させることが可能であり、その分だけ、隅角部Ａの塑性ひずみの集中が軽減されることが確認された。

ところで、既述のように、図３Ａ及び図３Ｂの梁端２０ｅｅに位置する柱１０と梁２０との接合部ＪＰ、つまり広幅Ｈ形鋼２０ｅと柱１０との接合部ＪＰは、大きな溶接部（通しダイアフラム１２とフランジ２０ｆｅとの溶接部ＪＷＰ）を含んでおり、また、断面急変位置の接合部ＷＰ、つまり広幅Ｈ形鋼２０ｅと狭幅Ｈ形鋼２０ｂとの接合部ＷＰも、溶接部ＷＰである。そのため、これら接合部ＪＰ及び溶接部ＷＰが、梁２０のなかで比較的早期に全断面降伏する場合には、これら溶接部ＪＷＰ，ＷＰの脆性破壊に起因して柱梁架構１が瞬時倒壊する虞がある。よって、上記梁端２０ｅｅの接合部ＪＰ、及び断面急変位置の溶接部ＷＰを、梁２０のなかで相対的に遅いタイミングで全断面降伏するように設定しておくのが望ましく、本実施形態では、溶接部ではない謂わば母材の部分の一例として円孔２０ｈの形成部分が全断面降伏した後に、梁端２０ｅｅの接合部ＪＰ及び断面急変位置の溶接部ＷＰの両者が全断面降伏するように設定している。

ここで、このように設定する方法について説明する。図９は、梁２０の曲げ耐力線（スパン方向の各位置の断面の曲げ耐力を、塑性断面係数等でモーメント換算したもの）と、柱梁架構１に地震力や風荷重等の水平外力が作用した際に梁２０に生じる曲げモーメントの分布と、を示すグラフである。なお、縦軸には、曲げ耐力線の大きさ、及び曲げモーメントの大きさを取っており、横軸には、梁端２０ｅｅからの梁２０のスパン方向の距離を取っている。なお、同図９中の下部には、横軸のスパン方向の距離に対応させて、梁２０の概略上面図を図示している。

同図９に示すように、梁端２０ｅｅから広幅Ｈ形鋼２０ｅの中央側の端２０ｅｃの位置たる断面急変位置までは、フランジ２０ｆｅの幅が一定であるため、円孔２０ｈの形成部分を除いて、曲げ耐力線の値は一定の第１所定値となっている。そして、円孔２０ｈの形成部分は、円孔２０ｈの分だけ断面が小さくなっているため、曲げ耐力線の値は、上記第１所定値よりも小さくなっている。また、断面急変位置よりもスパン方向の中央側では、広幅Ｈ形鋼２０ｅに代えて狭幅Ｈ形鋼２０ｂになっていて、つまりフランジ２０ｆｂの幅が広幅Ｈ形鋼２０ｅのフランジ２０ｆｅよりも狭い幅で一定になっていることから、曲げ耐力線の値は、上記第１所定値よりも小さい第２所定値で一定になっている。

一方、梁２０に作用する曲げモーメントは、既述のように梁端２０ｅｅにおいて最大となり、スパン方向の中央側に向かうに従って梁端２０ｅｅからの距離に比例して所定の傾きで低下する（例えば、曲げモーメント（Ｉ）を参照）。そして、梁２０のスパン方向の中央位置に作用する鉛直荷重Ｐを増加すれば、曲げモーメントも、その傾きの大きさを変えることで図９のＩ→II→III→IVのように増加していくが、その増加の過程で、かかる曲げモーメントの値が曲げ耐力線を超えると、その超えた位置の部分が、超えた順番で順次全断面降伏することになる。

例えば、図９の場合には、最初に円孔２０ｈの形成部分の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（II）を参照）、最初に円孔２０ｈの形成部分で全断面降伏し、次に断面急変位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（III）を参照）、次に断面急変位置の溶接部ＷＰで全断面降伏し、最後に梁端２０ｅｅの接合部の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（IV）を参照）、最後に梁端２０ｅｅの接合部ＪＰで全断面降伏することになる。

よって、この図９に示すような関係に予め曲げ耐力線を設定しておけば、梁端２０ｅｅの接合部ＪＰ及び断面急変位置の溶接部ＷＰの両者は、円孔２０ｈの形成部分が全断面降伏した後に、それぞれ全断面降伏することになり、その結果、梁端２０ｅｅの接合部ＪＰの溶接部ＪＷＰ起因の脆性破壊、及び断面急変位置の溶接部ＷＰ起因の脆性破壊は、それぞれ有効に抑制される。
そして、このような曲げ耐力線の関係は、接合部の位置たる梁端２０ｅｅに作用する曲げモーメントの大きさに着目すると、次のように表現することができる。

すなわち、「梁端２０ｅｅの接合部ＪＰが全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭｆ（IVの状態）、及び断面急変位置の溶接部ＷＰが全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭｐ（IＩIの状態）よりも、円孔２０ｈの形成部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭａ（IIの状態）の方が小さくなるように、梁２０の断面寸法や円孔２０ｈの孔径、スパン方向の孔位置等が設計されている」と表現することができる。

図１０は、本実施形態の変形例の概略上面図である。上述の実施形態では、広幅Ｈ形鋼２０ｅにおける梁幅方向の両側の各部分２５、つまり水平ハンチ部２５毎に円孔２０ｈを一つずつ貫通形成していたが、この変形例では、水平ハンチ部２５毎に複数の一例として二つの円孔２０ｈａ，２０ｈｂをスパン方向に並べて形成している点で相違し、これ以外の点は概ね同じである。そのため、以下の説明では、同一の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。

図１０に示すように、水平ハンチ２５部には、大径の円孔２０ｈａと、この大径の円孔２０ｈａよりも小径の円孔２０ｈｂとが、スパン方向に並んで形成されている。そして、大径の円孔２０ｈａの方が、スパン方向の中央側に位置し、小径の円孔２０ｈｂの方が、スパン方向の端側（梁端２０ｅｅ側）に位置しているが、この理由は次の通りである。

既述のように梁２０に作用する曲げモーメントの大きさは、梁端２０ｅｅに向かうに従って漸増しているが、これに対応させて、梁端２０ｅｅ寄りに位置する円孔２０ｈほど孔径を小さく設定すれば、円孔２０ｈの形成部分において応力を負担可能な断面積を、梁端２０ｅｅ寄りに位置する円孔２０ｈほど大きくすることができて、上述の曲げモーメントの漸増と相殺させることができる。そして、これにより、これら円孔２０ｈａ，２０ｈｂの形成部分同士を、概ね同タイミングで全断面降伏させることが可能となって、つまりこれら二つの部分に概ね同じタイミングで塑性ヒンジが形成されて、その結果、地震時の振動エネルギー吸収性能に長けた柱梁接合構造となるからである。

但し、円孔２０ｈａ，２０ｈｂの孔径の大小関係は、何等これに限るものではなく、大小関係を逆にしても良いし、又はスパン方向に並ぶ複数の円孔２０ｈａ，２０ｈｂの孔径を互いに同径にしても良い。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

上述の実施形態では、鉄骨梁２０として断面Ｈ形形状のＨ形鋼を用いていたが、何等これに限るものではなく、鉄骨梁２０として断面Ｃ形形状の溝形鋼を用いても良いし、断面矩形形状の鋼製角パイプを用いても良い。ちなみに、溝形鋼の場合には、梁２０の本体をなす溝形鋼のスパン方向の両端に、それぞれ、この溝形鋼よりも梁幅方向の寸法の大きい溝形鋼が梁２０の端部２０ｅとして突き合わされて溶接されることになり、他方、角パイプの場合には、梁２０の本体をなす角パイプのスパン方向の両端に、それぞれ、この角パイプよりも梁幅方向の寸法の大きい角パイプが梁２０の端部２０ｅとして突き合わされて溶接されることになる。

上述の実施形態では、水平ハンチ部２５として平面視矩形状の水平ハンチ部２５を例示したが、その平面形状は何等これに限るものではない。例えば、図６Ｂで例示したような平面視台形状の水平ハンチ部２５としても良いし、これ以外の平面形状でも構わない。

上述の実施形態では、幅広Ｈ形鋼２０ｅのフランジ２０ｆｅに貫通形成された円孔２０ｈ内へボルト等が差し込まれるのか否かについて述べていなかったが、この円孔２０ｈはボルト孔等ではなく、つまり円孔２０ｈ内には挿入物は一切挿入されない。そして、これにより、挿入物による円孔２０ｈの周囲部分の拘束は概ね無く、円孔２０ｈの周囲部分に応力が広く分散されるようになって、その結果、基準断面部２０ｂとしての狭幅Ｈ形鋼２０ｂと断面積増大部２０ｅとしての広幅Ｈ形鋼２０ｅとの間の剛性差を確実に縮小可能となる。

１ 柱梁架構、１０ 柱、１０ｓ 外周面、１２ ダイアフラム、
２０ 梁（鉄骨梁）、
２０ｂ 狭幅Ｈ形鋼（基準断面部）、２０ｆｂ フランジ、２０ｗｂ ウエブ、
２０ｅ 広幅Ｈ形鋼（端部、断面積増大部）、２０ｆｅ フランジ、２０ｗｅ ウエブ、
２０ｅｃ 中央側の端、２０ｅｅ 梁端、
２０ｈ 円孔（貫通孔）、２０ｈａ 円孔（貫通孔）、２０ｈｂ 円孔（貫通孔）、
２３ 非ハンチ部、２５ ハンチ部（梁幅方向の外方に突出した部分）、
２５ｃ 角部、
３１ ガセットプレート、
Ａ 隅角部（Ａ点部分）、ＪＰ 接合部、ＪＷＰ 溶接部、ＷＰ 接合部（溶接部）、

Claims (5)

1. 柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
   前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部の長手方向の端に溶接部を介して接合されて前記鉄骨梁の端部をなす断面積増大部と、を有し、
   前記断面積増大部は、前記基準断面部よりも梁幅方向の寸法が大きくなっていることで断面積が増大しているとともに、前記断面積増大部が前記柱に剛接合されることで、前記鉄骨梁は前記柱に剛接合され、
   前記断面積増大部のうちで前記基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分は、平面視矩形状であり、且つ、当該部分に鉛直方向に沿った貫通孔が形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
   前記柱と前記断面積増大部との接合部は、少なくとも一部が溶接で形成されており、
   前記接合部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさ、及び、前記基準断面部の前記端と前記断面積増大部との間の前記溶接部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。
3. 請求項１又は２に記載の柱梁接合構造であって、
   前記基準断面部は、フランジが水平方向を向いたＨ形鋼であり、
   前記断面積増大部は、フランジの幅寸が前記基準断面部よりも大きいＨ形鋼であり、
   前記基準断面部のフランジと前記断面積増大部のフランジとは、突き合わされて溶接されているとともに、前記基準断面部のウエブと前記断面積増大部のウエブとは、突き合わされて溶接されており、
   前記貫通孔は、前記断面積増大部の前記フランジに形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
   前記貫通孔としての円孔が、前記長手方向に並んで複数設けられており、
   前記長手方向の柱側の端に近づく程、前記円孔の孔径が小さくなっていることを特徴とする柱梁接合構造。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
   前記貫通孔には、何も差し込まれていないことを特徴とする柱梁接合構造。