JP6434702B2 - Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造 - Google Patents

Description

この発明は、Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造の技術分野に属し、更に言えば、通しダイアフラムをＨ形鋼梁の設計基準強度よりも低い設計基準強度で構成して、施工の手間及び建設コストを削減し、更に生産性を高めたＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造に関する。

従来、鉄骨構造における耐震設計は、例えば下記特許文献１の図１２、又は特許文献２に開示された接合構造のように、主要構造である柱、梁を通しダイアフラムを介して溶接接合することにより、地震時の応力を柱、梁の相互に伝達する構造とされている。この鉄骨構造は、地震時に柱、梁が弾塑性変形をすることでエネルギーを吸収する点に特徴がある。
ここで、前記通しダイアフラムは、柱、梁よりも早期に塑性化しないように、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合をする必要がある。前記通しダイアフラムは、柱、梁の設計基準強度と同等かそれ以上の設計基準強度が必要であると、指針書（例えば下記非特許文献１、２を参照）に示されている。
また、ラーメン骨組による鉄骨構造において、建物の居住空間を広くするには、柱間隔を大きくすることが好ましい。そのためには梁の設計基準強度を大きくすることが考えられ、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合をする必要があり、これに伴い通しダイアフラムの設計基準強度も大きくする必要がある。

通例、上記ラーメン骨組における梁は、耐震性に優れた汎用的に流通している圧延鋼材が用いられる。通しダイアフラムに使用される圧延鋼材も、前記Ｈ形鋼の原材料の圧延鋼材と同じ設計基準強度であることが一般的である。したがって、同一の圧延鋼材を使用した場合では、Ｈ形鋼の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の比（ダイアフラムの設計基準強度／Ｈ形鋼の設計基準強度）は、１．０以上となる。

特開２００２−１３８５７３号公報 特開２０１２−２０７５１５号公報 ２００８年版 冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル ２００７年版 建築物の構造関係技術基準解説書

上記特許文献１、２に開示されたＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造のように、一般的な溶接接合構造では、図４中の「従来の組合せ」欄で示したように、上記非特許文献１及び２の記載内容に基づき、通しダイアフラムの設計基準強度がＨ形鋼の設計基準強度と同じか大きく設定されている。設計基準強度の大きい圧延鋼材を使用すると材料コストが割高となることは明らかなので、Ｈ形鋼よりも大きい設計基準強度の通しダイアフラムを使用するラーメン骨組は、建設コストが割高となる。
また、通しダイアフラムとして使用される圧延鋼板の強度区分が５２０Ｎ／ｍｍ^２級超、つまり、設計基準強度が３５５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２超になると、低温割れ防止の観点から予熱を行う必要がある。前記予熱の目安温度は、「鉄骨工事技術指針」等で気温が５度と示されている。気温が５度未満であれば、予熱して溶接施工する必要がある。そのため通しダイアフラムの設計基準強度が３５５Ｎ／ｍｍ２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２超の圧延鋼材を使用すると、気温が５度を下回る場合が多い寒冷地では、予熱処理が施工手間となり、溶接施工コストが割高となる。
また、Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムとを溶接接合する際に、溶接材料の強度は、Ｈ形鋼梁または通しダイアフラムの強度のうち大きい方の強度以上とする必要がある。そのため通しダイアフラムの強度が高いと、必然的に強度の大きい溶接材料を使用することになり、コストが高くなるうえに、種類も限定されて使い勝手が悪い。

更に、特殊な場合を除き、溶接材料とこれを用いて溶接施工する鉄骨製作工場は、図６に示した通り、Ｊグレード、Ｒグレード、Ｍグレード、Ｈグレード、Ｓグレードの５つのグレードに分けられている。各グレードは、強度区分及び板厚との関係で区分されており、生産できる工場数がそれぞれ異なる。例えばＭグレードでは、全国に８９４工場があり生産性が高い。一方、Ｓグレードは、全国に２２工場しかなく、生産が制限される。
具体的には、図５中のＡ欄で示した従来のＨ形鋼と通しダイアフラムの組み合わせにおいて、Ｈ形鋼の強度区分が４９０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３４５Ｎ／ｍｍ^２の場合、通しダイアフラムの強度区分は５２０Ｎ／ｍｍ^２級（又は５５０Ｎ／ｍｍ^２級）、基準強度は３５５Ｎ／ｍｍ^２（又は３８５Ｎ／ｍｍ^２）となる。そうすると、この基準に対応可能な鉄骨製作工場のグレードは「Ｈ」「Ｓ」（又は「Ｓ」）のみで、工場数は３１６（又は２２）となり、生産量がかなり制限される。つまり、通しダイアフラムの設計基準強度をＨ形鋼の設計基準強度よりも低く設定できれば、対応可能なグレードが多くなり、鉄骨製作工場の工場数が増えるから生産性が高まる。

ところで、上記段落番号［０００２］でも説明したように、上記非特許文献１では、前記通しダイアフラムを、柱および梁よりも早期に塑性化しないように、柱および梁の設計基準強度と同等かそれ以上の設計基準強度とすることが好ましいと記載されている。そのため、一般的にはこの指針書に基づいて、通しダイアフラムをＨ形鋼梁の設計基準強度よりも大きい設計基準強度で成る圧延鋼材で構成している。
しかし、この指針書に記載された基準は、法律で決められた基準ではなく、あくまで構造物の健全性を考慮した場合、設計上好ましい基準値として設けられた内容に過ぎない。
つまり、通しダイアフラムの設計基準強度をＨ形鋼の設計基準強度よりも低く設定しても、前記指針書で示された効果と同等の効果を得ることができれば、前記指針書の内容と異なる基準で設計した構造であっても特に問題ないことになる。

そこで、本発明の目的は、構造物の健全性を維持可能な範囲において、Ｈ形鋼梁の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成した通しダイアフラムと、前記Ｈ形鋼梁とを溶接接合することにより、圧延鋼材の材料コストを削減すること、及び溶接における予熱の手間を省略して溶接コストを省略することができ、更に生産性が高く、ひいては建設コストを大幅に削減できる、Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造を提供することである。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載したＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造は、Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造において、
前記Ｈ形鋼梁の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜３４６Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、前記通しダイアフラムの設計基準強度を３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２ の範囲として、前記Ｈ形鋼梁の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の比（通しダイアフラムの設計基準強度／Ｈ形鋼梁の設計基準強度）が０．９４２〜０．９９７の範囲とされ、
および、前記Ｈ形鋼梁フランジと通しダイアフラムの板厚比（通しダイアフラムの板厚ｄｔ／Ｈ形鋼梁のフランジの板厚ｆｔ）が１．２５以上で溶接接合されていることを特徴とする。

本発明に係るＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造によれば、通しダイアフラムの設計基準強度が、Ｈ形鋼梁の設計基準強度より低い条件で、即ち、構造物の健全性を維持可能な範囲として、
（イ）Ｈ形鋼梁の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜３４６Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、前記通しダイアフラムの設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、
（ロ）前記Ｈ形鋼梁の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の比（通しダイアフラムの設計基準強度／Ｈ形鋼梁の設計基準強度）が０．９４２〜０．９９７の範囲とされ、
（ハ）更に、Ｈ形鋼梁フランジと通しダイアフラムの板厚比（通しダイアフラムの板厚_ｄｔ／Ｈ形鋼梁フランジの板厚_ｆｔ）が１．２５以上で溶接接合する構成としたから、
通しダイアフラムが、Ｈ形鋼梁の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成されるので、材料コストを大幅に削減できるし、溶接接合部が、Ｈ形鋼梁及び通しダイアフラムよりも先に壊れてしまう不都合が生じない。
また、通しダイアフラムの設計基準強度は、３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であるから、寒冷地であっても予熱をする必要がなく、予熱処理の手間が省けるため、施工性が非常に良く、溶接コストを削減することができる。
更に、上記の設計基準強度の範囲で成る圧延鋼材を用い加工できる鉄骨製作工場のグレード（Ｒ、Ｍ、Ｈ、またはＳ）が増え、工場数が大幅に増加するので、生産性が非常に高まる。

柱梁鉄骨構造の枢要部を示した斜視図である。 図１にかかるＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合部を示した立面図である。 図２にかかるＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合部を示した拡大図である。 Ｈ形鋼梁の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の組合せ例を従来例と本発明とで区別して示した表である。 Ｈ形鋼、通しダイアフラム、溶接材料、および鉄骨製作工場の組合せ例を従来例と本発明とで区別して示した表である。 鉄骨製作工場のグレード別の適用範囲を示した表である。

本発明に係るＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造は、通しダイアフラムの設計基準強度が、Ｈ形鋼梁の設計基準強度よりも低い条件で溶接接合されている。
具体的には、Ｈ形鋼梁の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜３４６Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、通しダイアフラムの設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、Ｈ形鋼梁の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の比（通しダイアフラムの設計基準強度／Ｈ形鋼梁の設計基準強度）が０．９４２〜０．９９７の範囲とする。Ｈ形鋼梁フランジと通しダイアフラムの板厚比（通しダイアフラムの板厚_ｄｔ／Ｈ形鋼梁フランジの板厚_ｆｔ）を１．２５以上とする。

以下に、本発明に係るＨ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造を、図示した実施例に基づいて説明する。
先ず、図１は、柱梁鉄骨構造の枢要部を示している。Ｈ形鋼梁１（Ｈ形鋼梁フランジ１ａ）に溶接接合された通しダイアフラム２へ、角形鋼管で成る柱材４が溶接接合されている。
次に、図２と図３は、Ｈ形鋼梁１（Ｈ形鋼梁フランジ１ａ）と通しダイアフラム２の溶接接合部３を示している。図３中の符号３０は溶接材料、符号３１は裏当て金である。なお、溶接ボンド部の設計基準強度は、通しダイアフラム２の設計基準強度と同じである。

本発明に係るＨ形鋼梁１と通しダイアフラム２の溶接接合構造の特徴は、構造物の健全性を維持できる可能な範囲において、通しダイアフラム２が、Ｈ形鋼梁１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成されていることである。
上記「背景技術」及び「発明が解決しようとする課題」の欄で既に述べたように、通例、通しダイアフラム２は、図４中の「従来の組合せ」欄で示したように、Ｈ形鋼梁１以上の設計基準強度の圧延鋼材で構成される。つまり、Ｈ形鋼梁１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／Ｈ形鋼梁１の設計基準強度）が１．０以上となる構成とされている。前記通しダイアフラム２の設計基準強度がＨ形鋼梁１の設計基準強度よりも低いと、該通しダイアフラム２が先行して塑性変形してしまい、その後は当該箇所だけが変形してしまうからである。
これに対し、本発明に係るＨ形鋼梁１と通しダイアフラム２の溶接接合構造は、上記の発想を逆転させた構成である。

具体的には、図４中の「本発明の組合せ」欄で示したように、上記Ｈ形鋼梁１の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜３４６Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、上記通しダイアフラム２の設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、前記Ｈ形鋼梁１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／Ｈ形鋼梁１の設計基準強度）は０．９４２〜０．９９７の範囲とする。
そして、図３に示すように、前記Ｈ形鋼梁フランジ１ａと通しダイアフラム２の板厚比（通しダイアフラム２の板厚_ｄｔ／Ｈ形鋼梁フランジ１ａの板厚_ｆｔ）を１．２５以上（本実施例では、１．２５）とする。Ｈ形鋼梁フランジ１の板厚_ｆｔが、通しダイアフラム２の板厚_ｄｔよりも厚いと、通しダイアフラム２が、同Ｈ形鋼梁１よりも先に壊れてしまう不都合が生じるからである。因みに、本発明では、Ｈ形鋼梁１と比し、通しダイアフラム２の設計基準強度をより低く設定しているため、通しダイアフラム２のせん断耐力も低下する。そのため、Ｈ形鋼梁フランジ１ａの板厚_ｆｔを通しダイアフラム２の板厚_ｄｔより薄くすることで、通しダイアフラム２のせん断耐力を向上させている。

Ｈ形鋼１（Ｈ形鋼梁フランジ１ａ）の全塑性曲げ耐力を下記［数１］の数式＜１＞に示す。数式＜１＞は、Ｈ形鋼１の塑性断面係数と設計基準強度の積で、Ｈ形鋼１の応力度が設計基準強度に達するときである。Ｈ形鋼−通しダイアフラム溶接接合部の最大曲げ耐力を数式＜２＞に示す。数式＜２＞は、Ｈ形鋼−通しダイアフラム溶接接合部の塑性断面係数と通しダイアフラムの引張強さの積で、Ｈ形鋼−通しダイアフラム溶接接合部の応力度が引張強さに達するときである。
数式＜１＞と数式＜２＞の比を数式＜３＞に示す。数式＜３＞の値が接合部係数α（例えば、１．２０）以上であれば、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）しているということである。

［数１］
_ｆＭ_ｐ ＝_ｆＺ_ｐ×_ｆσ_ｙ ・・・＜１＞
_ｄＭ_u ＝_ｄＺ_ｐ×_ｄσ_ｔ ・・・＜２＞
ただし、前記_ｆＭ_ｐ、_ｄＭ_u は次式＜３＞を満足するものとする。
_ｄＭ_u≧α・_ｆＭ_ｐ ・・・＜３＞
ここで、
前記_ｆＺ_ｐの算出は、_ｆｔおよび_ｆＨを使用する。
前記_ｄＺ_ｐの算出は、（_ｆｔ＋１／４_ｆｔ）および（_ｆＨ＋２×１／４×_ｆｔ）を使用する。
_ｆＭ_ｐ ：Ｈ形鋼の全塑性曲げ耐力
_ｄＭ_u ：Ｈ形鋼−通しダイアフラム溶接接合部の最大曲げ耐力
_ｆＺ_ｐ ：Ｈ形鋼の塑性断面係数
_ｄＺ_ｐ ：Ｈ形鋼−通しダイアフラム溶接接合部の塑性断面係数
_ｆＨ ：Ｈ形鋼せい
_ｆｔ ：Ｈ形鋼梁フランジ板厚
_ｆσ_ｙ：Ｈ形鋼の設計基準強度
_ｄσ_ｔ：通しダイアフラムの引張強さ
α ：接合部係数（１．２０）

ここで、上記数式＜１＞、＜２＞、＜３＞に、一例として本発明の数値範囲内である下記の数値を代入して保有耐力接合を満足しているか否かについて検討する。
（１）Ｈ形鋼１の数値について
Ｈ形鋼せい（ｆＨ）は４００ｍｍ、Ｈ形鋼幅は２００ｍｍである。
Ｈ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）は１３ｍｍである。
前記Ｈ形鋼せい（ｆＨ）、Ｈ形鋼幅、及びＨ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）から求められるＨ形鋼の塑性断面係数（ｆＺｐ）は１，２８６ｃｍ^３である。
Ｈ形鋼の設計基準強度（ｆσｙ）は３４５Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜１＞へ代入すると、全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）＝塑性断面係数（ｆＺｐ）×設計基準強度（ｆσｙ）＝１，２８６ｃｍ^３×３４５Ｎ／ｍｍ^２＝ ４４３，６７０ｋＮ・ｍｍとなる。

（２）通しダイアフラムの数値について
溶接接合部せい（ｆＨ＋２×１／４×ｆｔ）は４０６．５ｍｍである。溶接接合部幅はＨ形鋼幅と同じ２００ｍｍである。
Ｈ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）と溶接の余盛り（１／４×ｆｔ）の和である溶接接合部の寸法ｄＳ（図３参照）は、１６．２５ｍｍである。
前記溶接接合部せい、溶接接合部幅、及び溶接接合部の寸法（ｄＳ）から求められるＨ形鋼の塑性断面係数（ｄＺｐ）は１，５５６ｃｍ^３である。
通しダイアフラムの引張強さ（ｄσｔ）は４９０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は図５より、Ｈ形鋼より小さい３２５Ｎ／ｍｍ^２）である。
前記数値を上記数式＜２＞へ代入すると、最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝Ｈ形鋼の塑性断面係数（ｄＺｐ）×通しダイアフラムの引張強さ（ｄσｔ）＝１，５５６ｃｍ^３×４９０Ｎ／ｍｍ^２＝ ７６２，４４０ｋＮ・ｍｍとなる。

（３）全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）を上記数式＜３＞へ代入
前記（１）と（２）で求めた全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）により、ｄＭｕ／ｆＭｐ＝７６２，４４０ｋＮ・ｍｍ／４４３，６７０ｋＮ・ｍｍ ＝ １．７１８＞１．２０（α）となる。
また、Ｈ形鋼梁フランジ１ａと通しダイアフラム２の溶接接合部における板厚比（溶接接合部の寸法ｄＳ／Ｈ形鋼梁フランジの板厚ｆｔ）は、１６．２５ｍｍ／１３ｍｍ＝１．２５となる。
したがって、上記Ｈ形鋼梁１（Ｈ形鋼梁フランジ１ａ）及び通しダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、構造物の健全性を維持できる範囲といえる。

以上より、Ｈ形鋼（梁）１の設計基準強度ｆσｙが３４５Ｎ／ｍｍ ^２ で、通しダイアフラム２の引張強さ（ｄσｔ）が４９０Ｎ／ｍｍ ^２ （設計基準強度は３２５Ｎ／ｍｍ ^２ ）のとき、即ち、前記Ｈ形鋼梁１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／Ｈ形鋼梁１の設計基準強度）が、前記０．９４２〜０．９９７の範囲内である３２５／３４５≒０．９４２のとき（図４中の「本発明の組合せ」欄の上から２行目参照）、保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）していることが分かった。
同様に、上記した手法に倣い、図４中の「本発明の組合せ」欄の上から１行目の場合について、保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）しているか否かについて検討する。具体的には、前記ｆσｙが３２６Ｎ／ｍｍ ^２ で、前記ｄσｔが４９０Ｎ／ｍｍ ^２ （設計基準強度は３２５Ｎ／ｍｍ ^２ ）で、前記比（通しダイアフラム２の設計基準強度／Ｈ形鋼梁１の設計基準強度）が３２５／３２６≒０．９９７のときを検討する。
（１）Ｈ形鋼１の数値について
Ｈ形鋼せい（ｆＨ）は４００ｍｍ、Ｈ形鋼幅は２００ｍｍである。
Ｈ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）は１３ｍｍである。
前記Ｈ形鋼せい（ｆＨ）、Ｈ形鋼幅、及びＨ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）から求められるＨ形鋼の塑性断面係数（ｆＺｐ）は１，２８６ｃｍ^３である。
Ｈ形鋼の設計基準強度（ｆσｙ）は３２６Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜１＞へ代入すると、全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）＝塑性断面係数（ｆＺｐ）×設計基準強度（ｆσｙ）＝１，２８６ｃｍ^３×３２６Ｎ／ｍｍ^２＝ ４１９，２３６ｋＮ・ｍｍとなる。

（２）通しダイアフラムの数値について
溶接接合部せい（ｆＨ＋２×１／４×ｆｔ）は４０６．５ｍｍである。溶接接合部幅はＨ形鋼幅と同じ２００ｍｍである。
Ｈ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）と溶接の余盛り（１／４×ｆｔ）の和である溶接接合部の寸法ｄＳ（図３参照）は、１６．２５ｍｍである。
前記溶接接合部せい、溶接接合部幅、及び溶接接合部の寸法（ｄＳ）から求められるＨ形鋼の塑性断面係数（ｄＺｐ）は１，５５６ｃｍ^３である。
通しダイアフラムの引張強さ（ｄσｔ）は４９０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は図５より、Ｈ形鋼より小さい３２５Ｎ／ｍｍ^２）である。
前記数値を上記数式＜２＞へ代入すると、最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝Ｈ形鋼の塑性断面係数（ｄＺｐ）×通しダイアフラムの引張強さ（ｄσｔ）＝１，５５６ｃｍ^３×４９０Ｎ／ｍｍ^２＝ ７６２，４４０ｋＮ・ｍｍとなる。

（３）全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）を上記数式＜３＞へ代入
前記（１）と（２）で求めた全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）により、ｄＭｕ／ｆＭｐ＝７６２，４４０ｋＮ・ｍｍ／４１９，２３６ｋＮ・ｍｍ ＝ １．８１９＞１．２０（α）となる。
また、Ｈ形鋼梁フランジ１ａと通しダイアフラム２の溶接接合部における板厚比（溶接接合部の寸法ｄＳ／Ｈ形鋼梁フランジの板厚ｆｔ）は、１６．２５ｍｍ／１３ｍｍ＝１．２５となる。
したがって、上記Ｈ形鋼梁１（Ｈ形鋼梁フランジ１ａ）及び通しダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
同様に、上記した手法に倣い、図４中の「本発明の組合せ」欄の上から３行目の場合について、保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）しているか否かについて検討する。具体的には、前記ｆσｙが３４６Ｎ／ｍｍ ^２ で、前記ｄσｔが４９０Ｎ／ｍｍ ^２ （設計基準強度は３４５Ｎ／ｍｍ ^２ ）で、前記比（通しダイアフラム２の設計基準強度／Ｈ形鋼梁１の設計基準強度）が３４５／３４６≒０．９９７のときを検討する。
（１）Ｈ形鋼１の数値について
Ｈ形鋼せい（ｆＨ）は４００ｍｍ、Ｈ形鋼幅は２００ｍｍである。
Ｈ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）は１３ｍｍである。
前記Ｈ形鋼せい（ｆＨ）、Ｈ形鋼幅、及びＨ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）から求められるＨ形鋼の塑性断面係数（ｆＺｐ）は１，２８６ｃｍ^３である。
Ｈ形鋼の設計基準強度（ｆσｙ）は３４６Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜１＞へ代入すると、全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）＝塑性断面係数（ｆＺｐ）×設計基準強度（ｆσｙ）＝１，２８６ｃｍ^３×３４６Ｎ／ｍｍ^２＝ ４４４，９５６ｋＮ・ｍｍとなる。

（２）通しダイアフラムの数値について
溶接接合部せい（ｆＨ＋２×１／４×ｆｔ）は４０６．５ｍｍである。溶接接合部幅はＨ形鋼幅と同じ２００ｍｍである。
Ｈ形鋼梁フランジ板厚（ｆｔ）と溶接の余盛り（１／４×ｆｔ）の和である溶接接合部の寸法ｄＳ（図３参照）は、１６．２５ｍｍである。
前記溶接接合部せい、溶接接合部幅、及び溶接接合部の寸法（ｄＳ）から求められるＨ形鋼の塑性断面係数（ｄＺｐ）は１，５５６ｃｍ^３である。
通しダイアフラムの引張強さ（ｄσｔ）は４９０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は図５より、Ｈ形鋼より小さい３４５Ｎ／ｍｍ^２）である。
前記数値を上記数式＜２＞へ代入すると、最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝Ｈ形鋼の塑性断面係数（ｄＺｐ）×通しダイアフラムの引張強さ（ｄσｔ）＝１，５５６ｃｍ^３×４９０Ｎ／ｍｍ^２＝ ７６２，４４０ｋＮ・ｍｍとなる。

（３）全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）を上記数式＜３＞へ代入
前記（１）と（２）で求めた全塑性曲げ耐力（ｆＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）により、ｄＭｕ／ｆＭｐ＝７６２，４４０ｋＮ・ｍｍ／４４４，９５６ｋＮ・ｍｍ ＝ １．７１６＞１．２０（α）となる。
また、Ｈ形鋼梁フランジ１ａと通しダイアフラム２の溶接接合部における板厚比（溶接接合部の寸法ｄＳ／Ｈ形鋼梁フランジの板厚ｆｔ）は、１６．２５ｍｍ／１３ｍｍ＝１．２５となる。
したがって、上記Ｈ形鋼梁１（Ｈ形鋼梁フランジ１ａ）及び通しダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
上記のとおり、本発明に係るＨ形鋼梁１と通しダイアフラム２の溶接接合構造は、通しダイアフラム２をＨ形鋼梁１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成するので、一般的な強度の材料を使用することができ、材料コストを削減することができる。
また、溶接材料の強度はＨ形鋼梁１または通しダイアフラム２の強度のうち、高い方の強度以上とする必要があるが、Ｈ形鋼梁１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成することで、溶接材料の強度を低く設計することができるから、溶接材料の種類は限定されないし、溶接コストも削減できる。
また、通しダイアフラム２の設計基準強度は、３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であるから、寒冷地であっても予熱をする必要がない。つまり、その溶接手間を省くことができるから、施工性が非常に良く、溶接コストを削減することができる。

更に、図５中に示した本発明のＨ形鋼と通しダイアフラムの組合せにおいて、Ｈ形鋼の強度区分が４９０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３２６Ｎ／ｍｍ^２又は３４５Ｎ／ｍｍ^２の場合、通しダイアフラムの強度区分は４９０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２だと対応可能なグレードは、Ｒ、Ｍ、ＨまたはＳとなり、工場数は１９１３程度である（図６も合わせて参照）。したがって、図５中のＡ欄で示した同じ強度区分で成る従来の組合せと比して、鉄骨製作工場の工場数が大幅に増加するので、生産性が非常に高まることが分かる。

以上、実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

１ Ｈ形鋼梁
１ａ Ｈ形鋼梁フランジ
２ 通しダイアフラム
３ 溶接接合部
４ 柱材（角形鋼管）

Claims (1)

1. Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムの溶接接合構造において、
   前記Ｈ形鋼梁の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜３４６Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、前記通しダイアフラムの設計基準強度を３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２ の範囲として、前記Ｈ形鋼梁の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の比（通しダイアフラムの設計基準強度／Ｈ形鋼梁の設計基準強度）が０．９４２〜０．９９７の範囲とされ、
   および、前記Ｈ形鋼梁フランジと通しダイアフラムの板厚比（通しダイアフラムの板厚／Ｈ形鋼梁のフランジの板厚）が１．２５以上で溶接接合されていることを特徴とする、Ｈ形鋼梁と通しダイアフラムとの溶接接合構造。

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