JP6394675B2 - 鉄骨柱とh形梁又はi形梁の接合構造及びその接合方法 - Google Patents

鉄骨柱とh形梁又はi形梁の接合構造及びその接合方法 Download PDF

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本発明は、鉄骨造建築物を構築する際の鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造及びその接合方法に関する。
鉄骨柱には、例えば角形鋼管からなる鋼管柱、形鋼からなる鉄骨柱を含み、水平断面が角形やH形に鋼板を溶接した鉄骨柱を含む。
また、H形梁又はI形梁には、形鋼からなる梁の他、梁ウェブとなる鋼板の両端に梁フランジとなる鋼板を溶接してH形又はI形にした梁を含む。
以下の説明は、H形梁を例に挙げて説明するが、I形梁についても適用できる。
鉄骨造建築物における鉄骨柱とH形梁の接合方法は、図15、図16に示すブラケット形式の接合と、例えば特許文献1に記載のある溶接とボルト接合を混用する梁端混用接合(ノンブラケット形式)(図17、図18参照)に大別される。
ブラケット形式接合構造41は、図15、図16に示すように、鉄骨柱43にH形梁(図示なし)と同形式のブラケット45を工場で溶接して、ブラケット45とH形梁を建設現場で接合する。
梁端混用接合構造47は、図17、図18に示すように、鉄骨柱43にガセットプレート49を工場で溶接し、建設現場においてH形梁51の梁ウェブ51bとガセットプレート49を高力ボルト53による摩擦接合すると共にH形梁51の上下梁フランジ51aの端部を鉄骨柱43に突合せ溶接により接続する。
ブラケット形式接合構造41の場合、H形梁と同形式のH形鋼からなるブラケット45を工場溶接しているため、ブラケット45の嵩が高く現場への輸送や取り回しが煩雑であるという問題がある。
また、建設現場におけるH形梁とブラケット45との接合は、梁フランジ部及び梁ウェブのいずれもボルト接合となるため接合部数が多いという問題もある。
この点、梁端混用接合構造47は、梁端部付近での収まりがよいこと、また梁の接合部数が少なくできることなどから現在、国内で建設されている中高層鉄骨建築物の接合部に数多く適用されている。
特開平9−195384号公報
吹田啓一郎、田中剛:角形鋼管柱に接合される梁ウェブ接合部の曲げ耐力、鋼構造論文集第7巻、第26号、pp51-58、2000.6 日本建築学会:鉄骨工事技術指針工事現場施工編、pp.354-355、2007 増田浩志、田中淳夫、銭鋼:鋼構造梁端混用接合部の力学性能に関する実験的研究、日本建築学会構造系論文集、No.509、pp.151-158、1998.7
しかし、梁端混用接合構造47は、梁フランジ51aを溶接接合して梁ウェブ51bをボルト接合するというように梁フランジ51aと梁ウェブ51bの接合方法が異なっているため、以下のような問題点が指摘されている。
(1)ブラケット形式の接合に比べて、鉄骨柱に梁ウェブ51bが接合される鉄骨柱43部分の面外曲げ変形に起因する梁ウェブ51bの曲げ耐力の低下が生じる(非特許文献1)。
(2)通常、梁ウェブ51bを接合するボルトを本締めした後に梁フランジ51aを溶接接合する施工手順となるが、梁フランジ溶接時の熱応力によりボルト接合面にずれが生じ、溶接後のボルト軸力が所定の値を確保できず、梁ウェブ51bの曲げ応力伝達能力が十分に期待できない。非特許文献2において、本締めされた高力ボルト53に対する梁フランジ溶接における熱の影響によりボルト張力が低下するという研究例が示されている。
(3)梁ウェブ51bの曲げ応力伝達能力の低下は、梁フランジ51aのスカラップ底、鋼製エンドタブのスリット底の歪集中点の歪を増加させ、H形梁51の塑性変形能力の低下につながる可能性がある。
そこで、梁ウェブ51bの曲げ応力伝達能力改善のため、梁端接合部の設計においては、この部分でも曲げ負担をできるよう、梁ウェブ51bのボルト本数を数多く配置する必要がある。非特許文献3によれば、梁ウェブ接合部分の曲げ負担を考慮した(梁ウェブ51bに配置するボルト本数を増やした)梁端混用接合部は、最大曲げ耐力が改善され、塑性変形能力の確保の面でも有効とされている。
(4)先の手順とは逆に梁フランジ51aを溶接した後に梁ウェブ51bのボルトを本締めする施工手順があるが、この場合、梁フランジ51aの溶接によりボルト孔の位置がずれて、ボルト孔に高力ボルト53を挿入できなくなるという不具合が生じる場合がある。
工程の効率化や不具合の発生を少なくするためには、施工上、上記の梁ウェブ51bのボルトを本締めした後に梁フランジ51aを溶接する施工手順を選択する傾向がある。
上記の理由により、梁端混用接合構造47は、ボルト接合部分のすべりによって梁ウェブ51bの曲げ応力伝達能力が十分に期待できないことやH形梁51の上下梁フランジ51aに歪が集中することなどから、大きな地震力や繰返し曲げ変形を受けると鉄骨梁が容易に破壊し易くなる。
現に1995年の兵庫県南部地震において、上記従来技術による接合部において、変形能力に乏しい脆性的な破壊が多数報告されている。
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、上述した梁端混用接合構造の利点を生かしつつ、梁ウェブの曲げ耐力の低下を防止、さらに施工性に優れる鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造及びその接合方法を提供することを目的としている。
(1)本発明に係る鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造は、鉄骨柱と、梁フランジと梁ウェブを有すると共に前記梁ウェブの両面に前記梁フランジ側の一部を残して凹陥する凹溝部を有するH形梁又はI形梁の接合構造であって、
一端側が前記鉄骨柱に接合され、他端側が前記凹溝部に嵌入された2枚のガセットプレートと、前記H形梁又はI形梁の梁フランジ端部と前記鉄骨柱の柱面を突合せ溶接した溶接接合部と、前記ガセットプレートと前記H形梁又はI形梁の梁ウェブのずれを防止するためのずれ止め用ボルトとを有し、
前記2枚のガセットプレートの上下辺の端面と、前記凹溝部の溝壁部とを当接させて応力伝達させるようにしたことを特徴とするものである。
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記ずれ止め用ボルトは1本、又は2本であることを特徴とするものである。
(3)また、上記(1)又は(2)に記載のものにおいて、前記2枚のガセットプレートの一端側が前記柱面に溶接接合されていることを特徴とするものである。
(4)本発明に係る鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合方法は、鉄骨柱に、梁フランジと梁ウェブを有するH形梁又はI形梁を接合する方法であって、
梁フランジと梁ウェブを有すると共に前記梁ウェブの両面に前記梁フランジ側の一部を残して凹陥する凹溝部を有するH形梁又はI形梁であって、前記凹溝部にボルト孔が形成されたH形梁又はI形梁と、前記凹溝部に嵌入可能でかつボルト孔が形成された第1、第2ガセットプレートとを準備する準備工程と、
前記第1ガセットプレートの一端側を前記鉄骨柱に接合する第1ガセットプレート接合工程と、接合された前記第1ガセットプレートを前記H形梁又はI形梁の一方の面の凹溝部に嵌入させて前記第1ガセットプレートを介して前記鉄骨柱と前記H形梁又はI形梁を仮連結する仮連結工程と、前記第2ガセットプレートを前記H形梁又はI形梁の凹溝部に嵌入して前記第2ガセットプレートを設置する第2ガセットプレート設置工程と、前記第1ガセットプレート及び前記第2ガセットプレートをボルトによって仮止めする仮止め工程と、前記第2ガセットプレートの一端側を前記鉄骨柱に接合する第2ガセットプレート接合工程と、前記H形梁又はI形梁の梁フランジ端部と前記鉄骨柱の柱面を突合せ溶接する溶接工程と、前記ボルトを本締めする本締め工程とを備えたことを特徴とするものである。
(5)また、上記(4)に記載のものにおいて、前記第1、第2ガセットプレートと前記梁ウェブに形成されたボルト孔のいずれか一方または双方のボルト孔の孔径を、ボルト軸径より過大径にすることによって、仮止め工程での位置調整を可能にしたことを特徴とするものである。
(6)また、上記(4)又は(5)に記載のものにおいて、前記ガセットプレートと前記梁ウェブに設けるボルト孔数を1本又は2本としたことを特徴とするものである。
本発明に係る鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造は、一端側が前記鉄骨柱に接合され、他端側が梁フランジの凹溝部に嵌入された2枚のガセットプレートと、前記H形梁又はI形梁の梁フランジ端部と前記鉄骨柱の柱面を突合せ溶接した溶接接合部と、前記ガセットプレートと前記H形梁又はI形梁の梁ウェブのずれを防止するためのずれ止め用ボルトとを有し、前記2枚のガセットプレートの上下辺の端面と、前記凹溝部の溝壁部とを当接させて応力伝達させるようにしたことにより、十分な強度と剛性を備えたものとなっている。
実施の形態1に係る鉄骨柱とH形梁の接合構造の説明図である。 図1の矢視A−A断面図(図2(a))及び、図1の矢視B−B断面図(図2(b))である。 図2の破線部Aを拡大した図である。 実施の形態1に係る鉄骨柱とH形梁の接合構造の作用の説明図である。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その1)。 なお、図5(a)の矢視C−C断面図を図5(b)に図示している。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その2)。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その3)。 なお、図7(a)の矢視D−D断面図を図7(b)に図示している。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その4)。 なお、図8(a)の矢視E−E断面図を図8(b)に図示している。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その5)。 なお、図9(a)の矢視F−F断面図を図9(b)に図示している。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その6)。 実施の形態2に係る鉄骨柱とH形梁の接合方法の説明図である(その7)。 実施例において用いた試験体及び試験方法の説明図である。 実施例において用いた発明例試験体(図13(a))及び比較例試験体(図13(b))の説明図である。 実施例の試験結果を示すグラフである。 従来例のブラケット形式による鉄骨柱とH形梁の接合構造の説明図である。 図15の矢視G−G断面図である。 従来例の梁端混用接合による鉄骨柱とH形梁の接合構造の説明図である。 図17の矢視H−H断面図である。
[実施の形態1]
図1〜図3に示すように、本発明の一実施の形態に係る鉄骨柱とH形梁の接合構造1は、鉄骨柱3と、梁フランジ5aと梁ウェブ5bを有するH形梁5の接合構造であって、
一端側が鉄骨柱3に接合され、他端側が梁ウェブ5bの凹溝部5bに嵌入された2枚のガセットプレート7(第1ガセットプレート7a、第2ガセットプレート7b)と、H形梁5の梁フランジ5aの端部と鉄骨柱3の柱面を突合せ溶接した溶接接合部9と、ガセットプレート7とH形梁5の梁ウェブ5bのずれを防止するためのずれ止め用ボルト11とを有している。
以下、詳細に説明する。
<鉄骨柱>
本実施の形態の鉄骨柱3は、角形鋼管柱からなり、通しダイアフラム13が設けられている。
なお、本発明の鉄骨柱3は、角形鋼管柱に限るものではなく、鋼管柱の形状は限定されず、また例えばH形鋼等からなる形鋼柱であってもよい。
また、本実施の形態では通しダイアフラム13が設けられているため、梁フランジ5aと接合される柱面が通しダイアフラム13となっているが、内ダイアフラムの場合には、梁フランジ5aは角形鋼管柱のスキンプレートと接合されることになり、この場合はスキンプレートが柱面となる。
<H形梁>
H形梁5は、梁フランジ5aと梁ウェブ5bを有すると共に梁ウェブ5bの両面に梁フランジ側の一部を残して凹陥する凹溝部5bを有している。凹溝部5bが形成されることで、梁ウェブ5bは凹溝部5bは肉薄となり、凹溝部5bの上下には厚肉の増厚部5bが形成されている。
なお、H形梁5は、H形鋼からなるものでも、鋼板を溶接してH形にしたものであってもよい。
H形梁5の鉄骨柱3に接合される梁フランジ5aの端部には、斜めに直線状に加工されたレ形の開先15が形成され、また梁ウェブ5bにはスカラップ17が形成されている。
<ガセットプレート>
ガセットプレート7は、矩形状の板材からなり、鉄骨柱3における柱面にH形梁5が取り付く側に突出させて2枚設けられている。
各ガセットプレート7は、その高さがH形梁5の梁ウェブ5bの凹溝部5bに嵌入できるように設定されている。また、2枚のガセットプレート7は、H形梁5の梁ウェブ5bの凹溝部5bの厚みと同じ距離だけ離した状態で、鉄骨柱3に溶接接合されている(図2参照)。
2枚のガセットプレート7が梁ウェブ5bの凹溝部5bに嵌入することで、鉄骨柱3とH形梁5とが一体化され、梁ウェブ5bの耐力が確保されている。また、ガセットプレート7の上下辺の端面と、凹溝部5bの溝壁部16とが当接して応力伝達可能になっている(図3参照)。
つまり、図4に示すように、H形梁5に曲げモーメントが作用すると、ガセットプレート7の上下辺の端面と凹溝部5bの溝壁部16とが当接して支圧力によって応力の伝達が行われる。
このような応力伝達機構を有効に機能させるため、ガセットプレート7の上下辺の端面と凹溝部5bの溝壁部16との当接面積を確保する必要があり、これを満たすようにガセットプレート7の寸法や厚みを設定する必要がある。
この場合、凹溝部5b1の高さと溝壁部16の厚みを考慮して適宜設定すればよい。
例えば、ガセットプレート7の上下辺における凹溝部5bの溝壁部16と当接する長さは、例えば凹溝部5bの高さの1.0倍以上あることが好ましい。より好ましくは、1.5倍以上である。ただ、施工性を考慮すると1.2以下にするのが好ましい。
なお、ガセットプレート7の角形鋼管柱への接合は、溶接接合に限られず、例えばガセットプレートを断面がL字状の部材で形成し、L字の横辺部分を柱面にボルト接合してもよい。
<溶接接合部>
溶接接合部9は、通しダイアフラム13側を直角に、梁フランジ5aをレ形の開先15とし、裏当て金19を用いて完全溶け込みによる突き合わせ溶接されている部位である。
<ずれ止め用ボルト>
ずれ止め用ボルト11は、2枚のガセットプレート7と梁ウェブ5bのずれを防止するという機能を有している。
また、ずれ止め用ボルト11は、後述する鉄骨柱3とH形梁5の接合方法において、ガセットプレート7と梁ウェブ5bの仮止め用としても機能する。
さらに、ずれ止め用ボルト11は、H形梁5に曲げモーメントが作用した際に、回転中心としての機能を有する。
このような機能を有するずれ止め用ボルト11は、図1に示すように、ガセットプレート7のH形梁5側への延出方向中央付近に設けるのが好ましい。
以上のように構成された鉄骨柱とH形梁の接合構造1においては、ガセットプレート7がH形梁5の凹溝部5bに嵌入されており、鉄骨柱3とH形梁5とが一体化され、梁ウェブ5bの耐力が確保され、さらに、ガセットプレート7の上下辺の端面と、凹溝部5bの溝壁部16とが当接して応力伝達可能になっている。これによって、鉄骨柱とH形梁の接合構造1は、十分な強度と剛性を備えたものとなっている。
また、本実施の形態の鉄骨柱とH形梁の接合構造1は、ガセットプレート7を用いているので、従来例として挙げたブラケット45が不要であり、従来例の梁端混用接合47と同様に、梁端部付近での収まりがよく、接合部数が少なくできるという利点を有している。
さらに、本実施の形態の鉄骨柱とH形梁の接合構造1では、ガセットプレート7と梁ウェブ5bを連結するボルトは単なるずれ止め用であり、応力伝達の主要な部材ではなく、応力伝達は主として梁ウェブ5bの凹溝部5bとガセットプレート7の支圧力によるものであるため、ボルト接合によって応力伝達している従来の梁端混用接合47で生じた種々の問題が生ずることがない。
[実施の形態2]
本実施の形態の鉄骨柱3とH形梁5の接合方法は、準備工程と、第1ガセットプレート接合工程と、仮連結工程と、第2ガセットプレート設置工程と、仮止め工程と、第2ガセットプレート接合工程と、溶接工程と、本締め工程とを備えている。
以下、各工程を図5〜図11に基づいて詳細に説明する。なお、図5〜図11において図1〜図4と同一部分には同一の符号を付してある。
<準備工程>
準備工程は、図5に示すように、鉄骨柱3に接合するH形梁5、第1ガセットプレート7a及び第2ガセットプレート7b(図示なし)を準備する工程である。
H形梁5は、梁フランジ5aと梁ウェブ5bを有すると共に梁ウェブ5bの両面に梁フランジ側の一部を残して凹陥する凹溝部5bを有し、凹溝部5bにはボルト孔23が形成されている。
また、第1ガセットプレート7aと第2ガセットプレート7bは同一形状であって、H形梁5の凹溝部5bに嵌入可能でかつボルト孔24が形成されている。
凹溝部5b、第1ガセットプレート7a及び第2ガセットプレート7bに設けるボルト孔23、24は、H形梁5の軸線方向に長い長孔(図5(a)参照)のようにボルト軸径より過大径にするのが好ましい。ボルト孔23、24を長孔にすることで、H形梁5の軸線方向に誤差があっても位置決めすることができる。
なお、ボルト孔23、24は、長孔に限らず、丸孔であってもよいが、ボルト軸径の10%以上大きな過大孔にするのが望ましい。
もっとも、ボルト孔23、24の両方を過大孔にする必要はなく、いずれか一方のみを過大孔にしてもよい。
また、本実施の形態では、ボルト孔23、24を縦方向に一列で所定の間隔を離して2個設けているが、ボルト孔23、24はそれぞれ1個であってもよい。
また、H形梁5の梁フランジ5aの端部には、斜めに直線状に加工されたレ形の開先15を形成し、また梁ウェブ5bにはスカラップ17を形成する。
<第1ガセットプレート接合工程>
第1ガセットプレート接合工程は、図6に示すように、第1ガセットプレート7aの一端側を鉄骨柱3に接合する工程である。
本実施の形態では、第1ガセットプレート7aを溶接接合する例であるが、第1ガセットプレート7aは、実施の形態1で述べたように、柱面にボルト接合してもよい。
<仮連結工程>
仮連結工程は、図7に示すように、接合された第1ガセットプレート7aをH形梁5の一方の面の凹溝部5bに嵌入させて第1ガセットプレート7aを介して鉄骨柱3とH形梁5を仮連結する工程である。
このとき、第1ガセットプレート7aのボルト孔24と凹溝部5bに形成したボルト孔23の位置を合わせるようにする。
<第2ガセットプレート設置工程>
第2ガセットプレート設置工程は、図8に示すように、第2ガセットプレート7bをH形梁5の凹溝部5bに嵌入させて第2ガセットプレート7bを設置する工程である。
このとき、第2ガセットプレート7bのボルト孔24と凹溝部5bに形成したボルト孔23の位置を合わせるようにする。
<仮止め工程>
仮止め工程は、図9に示すように、第1ガセットプレート7a及び第2ガセットプレート7bをずれ止め用ボルト11によってH形梁5の凹溝部5bに仮止めする工程である。
仮止め工程では、ボルトは緩く締める程度にして、位置合わせ可能な状態にしておく。
<第2ガセットプレート接合工程>
第2ガセットプレート接合工程は、図10に示すように、第2ガセットプレート7bの一端側を鉄骨柱3に接合する工程である。第2ガセットプレート7bの接合は、図10に示したような溶接接合でもよいし、あるいはボルト接合であってもよい。
<溶接工程>
溶接工程は、図11に示すように、H形梁5の梁フランジ5aの端部と鉄骨柱3の柱面を突合せ溶接する工程である。
溶接工程によって、鉄骨柱3と梁フランジ5a溶接接合部9が形成される。
なお、溶接工程では、梁フランジ5aの開先15と通しダイアフラム13との当接部の下部に裏当て金19を配置して、当該部位を完全溶け込みによる突き合わせ溶接する。
溶接工程において、熱による変形が生じたとしても、ずれ止め用ボルト11は緩く止められており、若干の移動が可能であるため、過大な応力が生ずることはない。
<本締め工程>
本締め工程は、ボルトを本締めする工程であり、本締め工程を得ることで接合工程が完了する。
以上のように、本実施の形態によれば、第1ガセットプレート7a及び第2ガセットプレート7bとH形梁5との接合は、嵌合によって行われるので、極めて簡単であり、施工性に優れる。
また、ガセットプレート7と梁ウェブ5bに設けるボルト孔23、24の径をボルト軸径よりも過大にしているので、寸法誤差が有った場合でも施工が可能であり、施工性に優れている。
なお、上記の説明ではH形梁5を例に挙げて説明したが、前述の通り、本願発明において鉄骨柱と接合する梁がI形梁の場合も含み、この場合であっても、同様の効果を奏するものである。
本発明の実施形態に係る鉄骨柱とH形梁の接合構造1の性能を確認するための試験を行ったので、これについて以下説明する。
本試験に用いた試験体25(柱梁部分架構)の概要は、図12に示すように、通しダイアフラム13を有する角形鋼管柱27に圧延によって製造されたH形鋼梁29を接合したものである。
試験方法は、H形鋼梁29の先端に取り付けたアクチュエーターを、平面内を図中の矢印のように繰返し稼動し、これによってH形鋼梁29の端部に、曲げとせん断力を作用させた。
また、試験体25の具体的な構造として、図13(a)に示す本発明例に相当する発明例試験体25Aと、図13(b)に示す従来例に相当する比較例試験体25Bを作成した。
なお、図13において、以下に特記する部品以外については、図1と同一部分には同一の符号を付してある。
発明例試験体25Aは、角形鋼管柱27が、辺の長さが400mm×400mm、板厚16mm、長さ2500mmのBCR295角形鋼管であり、H形鋼梁29が、呼称寸法の高さ500mm、辺200mm、凹溝部5bの板厚8mm、増厚部5bの厚さ16mm、フランジ板厚25mm、長さ2500mm、SN490Bの圧延H形鋼である。また、凹溝部5bの梁せい方向の長さは360mmである。
また、通しダイアフラム13はSN490Cで、幅450mm、長さ450mm、厚さ28mmである。
角形鋼管柱27にすみ肉溶接されている2枚のガセットプレート31Aに関し、各ガセットプレート31Aは、厚さ9mmのSN490Bで、幅450mm、高さ360mmとした。
比較例試験体25Bは、H形鋼梁29が、呼称寸法の高さ500mm、辺200mm、ウェブ板厚12mm、フランジ板厚25mm、長さ2500mm、SN490Bの圧延H形鋼である。
ガセットプレート31Bは、厚さ16mmのSN490Bで、幅200mm、高さ345mmとした。
角形鋼管柱27及び通しダイアフラム13は発明例試験体25Aと同様とした。
発明例試験体25Aのガセットプレート31Aは、ボルト11を挿入するためのボルト孔24を2つ設けた。孔径は22mmであるが、梁長さ方向に孔径が梁高さ方向よりも2mm長い長孔としている。
なお、ガセットプレート31Aと梁ウェブ5bが重ね合わさる部分にはショットブラストなどの摩擦面処理は施していない。
比較例試験体25Bの梁ウェブ5bとガセットプレート31Bは高力ボルト35による摩擦接合としている。そのためガセットプレート31Bおよび梁ウェブ5bの摩擦面にはショットブラスト処理を施している。ガセットプレート31B部分には、高力ボルトF10T-M20を12本使用しており、梁フランジ5aの溶接に先立ち、高力ボルト35に標準ボルト張力を導入し、梁ウェブ5bと一体化した。ボルト孔径は22mmである。
試験方法は、図12に示すように、H形鋼梁29の先端に取り付けたアクチュエーターを、平面内を図中の矢印のように繰返し稼動し、これによってH形鋼梁29の端部に、曲げとせん断力を作用させるというものである。
図14は、試験結果を示すグラフであって、図14(a)は発明例試験体25Aについての試験結果であり、図14(b)は比較例試験体25Bについての試験結果である。
図14は、図12におけるH形鋼梁29の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)に所定の距離だけ移動し、その後、反対方向に所定の距離だけ移動して、H形鋼梁29の先端に変位を加えていく場合を示している。
図14において、横軸はアクチュエーターが取り付けられたH形鋼梁29の先端の水平方向変位量(垂直方向からの回転角θb(rad.))であり、縦軸はアクチュエーターからH形鋼梁29の柱側端部に加わる載荷荷重による梁端モーメント:Mb(tf・m)であって、図12における右矢印方向をプラス方向(右方向)としている。
発明例試験体25Aの試験結果である図14(a)を見ると、図12における右矢印方向の載荷によって、H形鋼梁29は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み、所定変位Cに到達している。所定変位Cに到達した後、図12における左矢印方向に向かって載荷されることで、所定変位Dに到達し、さらに図12における右方向に向かって載荷されて、所定変位Cに向かって戻っている。
さらに、図12における右矢印方向に載荷するため、H形鋼梁29の塑性変形が進んでおり、やがて、所定変位Eに到達したところで、図12における左矢印側に向かって載荷し、所定変位Fに向かって戻る。
このように、アクチュエーターが図12における右矢印方向と左矢印方向の載荷を繰返すため、図14(a)に図示するようなヒステリシス曲線が描かれている。
そして、発明例試験体25Aは梁端回転角が5/100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5aの破断によって終了している。
一方、比較例試験体25Bは、図14(b)に示すように、初期においては発明例試験体25Aと同様の挙動を示すものの、梁端回転角が2/100未満で梁フランジ5aが脆性的に破壊しており、変形能力が低いことを示している。
以上の試験結果より、発明例試験体25Aは比較例試験体25Bよりも繰り返し載荷回数が多く、十分なエネルギを吸収できており、本発明の鉄骨柱とH形梁の接合構造1が梁ウェブ5bの曲げ耐力の低下を防止できるものであることが実証された。
1 鉄骨柱とH形梁の接合構造
3 鉄骨柱
5 H形梁
5a 梁フランジ
5b 梁ウェブ
5b 凹溝部
5b 増厚部
7 ガセットプレート
7a 第1ガセットプレート
7b 第2ガセットプレート
9 溶接接合部
11 ずれ止め用ボルト
13 通しダイアフラム
15 開先
16 溝壁部
17 スカラップ
19 裏当て金
23 ボルト孔(H形梁)
24 ボルト孔(ガセットプレート)
25 試験体
25A 発明例試験体
25B 比較例試験体
27 角形鋼管柱
29 H形鋼梁
31A ガセットプレート(発明例試験体)
31B ガセットプレート(比較例試験体)
35 高力ボルト
41 ブラケット形式接合構造
43 鉄骨柱
45 ブラケット
47 梁端混用接合構造
49 ガセットプレート
51 H形梁
51a 梁フランジ
51b 梁ウェブ
53 高力ボルト

Claims (6)

  1. 鉄骨柱と、梁フランジと梁ウェブを有するH形梁又はI形梁の接合構造であって、
    前記梁ウェブは、前記梁フランジ側の一部を厚肉の増厚部として残して他を肉薄にすることで凹陥する凹溝部を両面に有し、
    一端側が前記鉄骨柱に接合され、他端側が前記凹溝部に嵌入された2枚のガセットプレートと、前記H形梁又はI形梁の梁フランジ端部と前記鉄骨柱の柱面を突合せ溶接した溶接接合部と、前記ガセットプレートと前記H形梁又はI形梁の梁ウェブのずれを防止するためのずれ止め用ボルトとを有し、
    前記2枚のガセットプレートの上下辺の端面と、前記凹溝部の溝壁部とを当接させて応力伝達させるようにしたことを特徴とする鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造。
  2. 前記ずれ止め用ボルトは1本、又は2本であることを特徴とする請求項1に記載の鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造。
  3. 前記2枚のガセットプレートの一端側が前記柱面に溶接接合されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合構造。
  4. 鉄骨柱に、梁フランジと梁ウェブを有するH形梁又はI形梁を接合する鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合方法であって、
    梁フランジと梁ウェブを有すると共に前記梁ウェブの両面に前記梁フランジ側の一部を厚肉の増厚部として残して他を肉薄にすることで凹陥する凹溝部を有するH形梁又はI形梁であって、前記凹溝部にボルト孔が形成されたH形梁又はI形梁と、前記凹溝部に嵌入可能でかつボルト孔が形成された第1、第2ガセットプレートとを準備する準備工程と、
    前記第1ガセットプレートの一端側を前記鉄骨柱に接合する第1ガセットプレート接合工程と、接合された前記第1ガセットプレートを前記H形梁又はI形梁の一方の面の凹溝部に嵌入させて前記第1ガセットプレートを介して前記鉄骨柱と前記H形梁又はI形梁を仮連結する仮連結工程と、前記第2ガセットプレートを前記H形梁又はI形梁の凹溝部に嵌入して前記第2ガセットプレートを設置する第2ガセットプレート設置工程と、前記第1ガセットプレート及び前記第2ガセットプレートをボルトによって仮止めする仮止め工程と、前記第2ガセットプレートの一端側を前記鉄骨柱に接合する第2ガセットプレート接合工程と、前記H形梁又はI形梁の梁フランジ端部と前記鉄骨柱の柱面を突合せ溶接する溶接工程と、前記ボルトを本締めする本締め工程とを備えたことを特徴とする鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合方法。
  5. 前記第1、第2ガセットプレートと前記梁ウェブに形成されたボルト孔のいずれか一方または双方のボルト孔の孔径を、ボルト軸径より過大径にすることによって、仮止め工程での位置調整を可能にしたことを特徴とする請求項4に記載の鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合方法。
  6. 前記ガセットプレートと前記梁ウェブに設けるボルト孔数を1本又は2本としたことを特徴とする請求項4又は5に記載の鉄骨柱とH形梁又はI形梁の接合方法。
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