JP6394675B2

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

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Publication number: JP6394675B2
Application number: JP2016204905A
Authority: JP
Inventors: 匠石井; 智裕木下; 難波　隆行; 隆行難波
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: JP2017078330A

Description

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_１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_１を有している。凹溝部５ｂ_１が形成されることで、梁ウェブ５ｂは凹溝部５ｂ_１は肉薄となり、凹溝部５ｂ_１の上下には厚肉の増厚部５ｂ_２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_１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_１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_１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_１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_１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_１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_１の溝壁部１６と当接する長さは、例えば凹溝部５ｂ_１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_１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_１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_１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_１を有し、凹溝部５ｂ_１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_１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_１、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_１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_１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_１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_１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_１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_１の板厚８ｍｍ、増厚部５ｂ_２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_１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
５Ｈ形梁
５ａ梁フランジ
５ｂ梁ウェブ
５ｂ_１凹溝部
５ｂ_２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
２９Ｈ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
５１Ｈ形梁
５１ａ梁フランジ
５１ｂ梁ウェブ
５３高力ボルト

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。