JP6423565B1

JP6423565B1 - 角形鋼管柱の梁接合用装置

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Publication number: JP6423565B1
Application number: JP2018115106A
Authority: JP
Inventors: 幹夫田代
Original assignee: 幹夫田代
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2038-06-18
Also published as: JP2019218710A

Abstract

【課題】本発明は、鉄骨構造建築物における角形鋼菅柱の梁接合用装置において、溶接作業負担が少なくて構造性能の担保ができる、ノンブラケット工法の内ダイアフラム形式を提供すること。【解決手段】角形鋼管柱とＨ形鋼梁を用いた接合する接合構造にあって、Ｈ形鋼梁端部とボルト接合を行う箇所で、該梁端面のボルト孔に合致している複数のボルト孔を設けた角形鋼菅柱１にあって、前記角形鋼菅柱１の内径よりひと回り小さく、長さが前記Ｈ形鋼梁の梁成より大きくて、内面壁には、複数のナット４とボルト貫通孔５を有している角形鋼菅鋼からなるコアボックス２を、前記角形鋼菅柱１の内部に挿入し、前記角形鋼菅柱１の内面と前記コアボックス２外面との隙間には、複数のプレ−ト３を当接し、溶着６していること。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨構造建築物に角形鋼管柱を用いた、ノンブラケット工法の内ダイアフラム形式における、角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合装置に関するものである。

近年、柱材として、角形鋼菅柱を用いて、梁材としてＨ形鋼を用いた両方向ラ−メン構造が多用されている。例えば、図５に示すような、両方向ラ−メンの構造を得る手段として、角形鋼菅をＨ形鋼の両フランジ位置で切断し、そこにダイアフラムプレ−トを挟み込んで再接合する工法の、通しダイアフラム形式のブラケット工法が一般的に知られている。

角形鋼菅柱を分断しない工法としては、柱の外周に上下２枚のダイアフラムを溶接している、外ダイアフラム形式の特開２００４−１６９２９８号（第１公知例）が開示されている

次に、柱内部でダイアフラムを溶接する工法の内ダイアフラム形式が、日本建築学会の鋼構造接合部設計指針として、下記のように示されている（ａ）溶接組立柱の内ダイアフラム形式、（ｂ）プレス成形角形鋼管の内ダイアフラム形式、（ｃ）パネルを分割して製作する内ダイアフラム形式。

特開昭６２−２９６０２９号（第２公知例）では、柱の接合端部内面に挿着される接合金物が中継菅として構成されており、この接合金物に設けられたネジ穴を利用して一方の柱の接合端部側面に梁をボルトで密着接合する方法が開示されている。

また、特開昭６３−１２３３３４号（第３公知例）では、角型鋼管状の柱内に、高さが梁の上下フランジにＴ型金物を重ねた高さより大きく、幅が柱内面幅より小さい４枚の竪プレ−トで上下ダイアフラムプレ−トを連絡し、あるいは上下ダイアフラムプレ−トを連結杆で連結した補強金物を挿入し、竪プレ−トにボルトを挿通する方法が開示されている。

平成２２年の公共建築物木材利用促進法の施工や平成２７年の建築基準法改正により、全国の自治体や企業において木造建築に対する関心が高まっており、平成２９年７月には、都市木造の普及型を目指した、７階建てのノンブラケット工法の木質ハイブリッドビルが、国内で初めて完成している。

特開２００４−１６９２９８号特開昭６２−２９６０２９号特開昭６３−１２３３３４号

しかしながら、通しダイアフラム形式（図５）の例においては、高い接合部剛性を得ることができるが、反面、柱の切断加工や溶接作業負担が大きいという問題がある。例えば、角形鋼菅１を、Ｈ形鋼梁１２のせい（高さ）に合わせて角形鋼菅１を切断し、その角形鋼菅１の切断箇所の両端に、通しダイアフラム上部１１ａと通しダイアフラム下部１１ｂの２枚を組み合わせて、次に、接合するＨ形鋼梁１２の上下フランジ（１２ａ、１２ｂ）、ウェブ１２ｃ、さらに、通しダイアフラム上部１１ａの上部に有する上階の角形鋼菅１と、通しダイアフラム下部１１ｂの下部に有する下階の角形鋼菅１と、上下、四方向の各構造要素を含んでの接合になっている。従って、溶接が狭い範囲での集中作業になり、溶接入熱による影響等を考慮する必要があるため、難易度が高い接合方法である。

第１公知例の外ダイアフラム形式においては、角形鋼菅柱１の外周にダイアフラム４，５を溶接し、該ダイアフラム４，５に鉄骨梁２の端部のフランジ２ａ、２ｂを溶接している接合構造である。従って、鋼管を複数に分割する工程は不要となるが、通しダイアフラム形式と同様に、溶接作業負担が大きいのが問題である。

日本建築学会の鋼構造接合部設計指針における内ダイアフラム形式おいて、（ａ）の溶接組立柱の場合は、プレ−トを各部品に切断加工し、その部品を箱形断面の柱形状に製作する過程で、ダイアフラムを柱内部に内蔵させながら溶接で組み立てる方法である。（ｂ）のプレス成形角形鋼管の場合は、プレス機でプレ−トをコ字状に成形した柱材内部に、分割したダイアフラムを取付けて、柱材を組み合わせて溶接で固定する方法である。（ｃ）パネルを分割し製作する場合は、角形鋼管柱を柱梁接合部パネルの中間部で切断してダイアフラムを取付け、再度、柱を溶接接合する方法である。内ダイアフラム形式での柱梁接合部の応力伝達の方法は、通しダイアフラム形式と基本的に同じで、剛性の評価は高いが、通しダイアフラム形式と同様に、溶接作業負担が大きいのが問題である。

第２公知例の柱と梁の接合装置おいては、角形鋼菅柱１，２の柱梁接合部パネルの中間部に、中継菅を挿入して、接合金物６と柱１，２との接合をボルト７，８のみで行っている。引きボルト式の接合では、ボルトがまっすぐ引っ張られると想定しているが、実際には、応力を受けるとモーメントが生じており、その変形に対して抵抗性能（回転剛性）値は低い。従って、第２公知例に示されている柱と梁の接合装置は、回転剛性が低い工法である。

第３公知例の柱、梁接合部構造おいては、角形鋼菅柱１内に補強金物４を挿入して、補強金物の竪プレ−ト５と角形鋼菅柱１をボルトのみで接合する工法である。引きボルト式の接合では、ボルトがまっすぐ引っ張られると想定しているが、実際には、応力を受けるとモーメントが生じており、その変形に対して抵抗する性能（回転剛性）値は低い。従って、第３公知例に示されている、柱、梁接合部構造は回転剛性が低い工法である。

平成２９年に完成した木質ハイブリッドビルは、鉄骨構造の７階建てのノンブラケット工法である。しかし、柱の芯材にＨ形鋼を用いたラ−メン構法であるが、ブレ−スが現出するため居住性に課題を残している。

本発明の解決すべき課題は、上述した従来の問題点を解決することにあり、Ｈ形鋼梁と接合する角形鋼管柱において、補強材として用いる角形鋼管鋼と該柱を、溶接と梁からのボルトで一体化させた接合で、高い回転剛性を得て、構造性能を担保する。また、溶接作業負担が少ない内ダイアフラム形式での、ノンブラケット工法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る角形鋼菅柱の梁接合用装置は、Ｈ形鋼梁端部とボルト接合を行う箇所で、該梁端面のボルト孔に合致している複数のボルト孔を設けた角形鋼菅柱にあって、前記角形鋼菅柱の内径よりひと回り小さく、長さが前記Ｈ形鋼梁の梁成より大きくて、内面壁には、複数のナットとボルト貫通孔を有している角形鋼菅鋼からなるコアボックスを、前記角形鋼菅柱の内部に挿入し、前記角形鋼菅柱の内面と前記コアボックス外面との隙間には、複数のプレ−トを当接し、溶着していることを特徴としている。

（Ａ）本発明に係る梁接合用装置によれば、本考案は角形鋼菅柱のノンブラケット工法であり、ブラケットの製作が不要になるため、加工が簡略化される。また、高度な溶接技術が不用となるので、加工費と搬送費を大幅に低減することができる。

（Ｂ）本発明に係る梁接合用装置によれば、本考案は溶接作業負担を考慮した内ダイアフラム形式である。例えば、角形鋼菅柱内に内蔵させるダイアフラムの製作方法は、従来の方式と異なるため、高度な溶接技術は不用となり加工費を大幅に低減することができる。

（Ｃ）本発明に係る梁接合用装置によれば、従来のノンブラケット工法と異なり、角型鋼管柱を用いて、高い回転剛性での構造性能を担保している。従って、新しいタイプの木質ハイブリッドビル用への躯体製作には最適である。

以下、図１〜５に基づいて、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明に係る角形鋼菅柱の梁接合用装置の一例を示す図面であり、（ａ）はＡ-Ａ縦断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ平断面図である。この例において、角形鋼菅１、コアボックス（角形鋼菅）２、調整プレ−ト３，ナット４、ボルト貫通孔５、スロット溶接６、およびスロット溶接用の下穴７から構成されている。以下、これに沿って説明する。

まず、角形鋼菅柱について説明する。角形鋼菅柱は、図１で示すように、角形鋼菅１とコアボックス（角形鋼菅）２の間に調整プレ−ト３が挿入され構成されている。以下、これに沿って説明する。図２に示すように、角形鋼菅１の外面には、Ｈ形鋼梁との接合用に、ボルト貫通孔５が施され、更に、調整プレ−ト３との接続用にスロット溶接用の下穴７が加工されている。次に、コアボックス（角形鋼菅）２のコアボックス材は、図３に示すように、角形鋼菅１より一回り小さい寸法の角形鋼管を使用して、所定寸法の長さに切断し、その角形鋼菅の内壁面には、図１で示すように、ナット４とボルト貫通孔５が施されている。次いで、図３に示すように、調整プレ−ト３は、プレ−トを所定の寸法に加工し、そのプレ−ト面にボルト貫通孔５を加工し、前記の角形鋼菅のボルト孔５と重なるように合わせて、前記の角形鋼菅の外面と前記の調整プレ−ト面３が隅肉溶接で接合され、コアボックス（角形鋼菅）２が形成されている。

次に、角形鋼菅１とコアボックス（角形鋼菅）２の結合方法を説明する。図４に示すように、角形鋼菅１の内部にコアボックス（角形鋼菅）２が挿入し、前記コアボックス（角形鋼菅）２と角形鋼菅１のボルト貫通孔５のボルト孔が合致して、角形鋼菅１のスロット溶接用の下穴７から調整プレ−ト３へ、スロット溶接６（図１参照）施され、コアボックス（角形鋼菅）２と角形鋼菅１が付着し一体化される。従って、角形鋼菅１と調整プレ−ト３及びコアボックス（角形鋼菅）２との複層で、角型鋼管柱の断面積が増えて、断面性能が高くなり、高い剛性を得ることになる。

以上説明したように角形鋼菅柱と梁の接合構造において、ノンブラケット工法における、溶接の作業性を考慮した内ダイアフラム形式の梁接合用装置を採用すると、難易度の高い溶接技術を用いることなく、加工が簡略化される。さらに、現在、開発途上にある、木質ハイブリッド耐火ビルに用いている躯体柱は、Ｈ形鋼であるが角形鋼管を用いることにより、合理的な設計が可能で経済的である。従って、建設業界での社会に与える効用は極めて大きい。

本発明に係る角形鋼菅柱の梁接合用装置の一例を示す図面あり、（ａ）はＡ-Ａ平断面図、（ｂ）は縦断面図である。本発明に係る角形鋼管柱の加工例を示す立体説明図である。本発明に係るコアボックス（角形鋼菅）の製作例を示す立体説明図面である。本発明に係る角形鋼管内部へのコアボックス（角形鋼菅）を挿入する過程の例を示す説明図である。従来のブラケット工法における、通しダイアフラム形式の角形鋼管柱を示す立体説明図である。

１角形鋼管
２コアボックス（角形鋼菅）
３調整プレ−ト
４ナット
５ボルト貫通孔
６スロット溶接
７スロット溶接用の下穴
１１ａ通しダイアフラム上
１１ｂ通しダイアフラム下
１２ブラケット（Ｈ形鋼）

Claims

Ｈ形鋼梁端部とボルト接合を行う箇所で、該梁端面のボルト孔に合致している複数のボルト孔と複数の溶接用の下穴を有する角形鋼管柱にあって、前記角形鋼管柱の内径よりひと回り小さく、長さが前記Ｈ形鋼梁の梁成より大きくて、内面壁には、複数のナットとボルト貫通孔を有し、外周には複数の調整プレ−トを隅肉溶接で固定している角形鋼管からなるコアボックスを、前記角形鋼管柱の内部に挿入し、前記角形鋼管柱に有する溶接用の下穴から前記調整プレ−トへスロット溶接を施し溶着していることを特徴とする角形鋼管柱の梁接合用装置。