JP6473593B2

JP6473593B2 - 柱接合用部材、柱の接合構造

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Publication number: JP6473593B2
Application number: JP2014200120A
Authority: JP
Inventors: 高橋　秀明; 秀明高橋; 久美子増田; 田中　秀宣; 秀宣田中
Original assignee: Senqcia Corp
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP2016069902A; TWI579438B; TW201614127A; US20160090729A1; US9797125B2

Description

本発明は、鋼管柱を用いた構造物の柱の接合部に用いられる柱接合用部材およびこれを用いた柱の接合構造に関するものである。

従来、鋼管柱を用いた構造物において、上下方向に柱を接合する部位がある。このような柱の接合部においては、上下に接合する柱のサイズが異なる場合がある。たとえば、下方の柱に対して、上方の柱のサイズが小さい場合である。このような場合には、接合する柱の間に、テーパ形状の接合部材を用いる方法がある。

しかし、このようなテーパ状部材は、その製造が困難である。また、テーパ状部材とこれと接合される上下の水平面とは斜めに接触するため、テーパ状部材と水平面との接合部に設けられる板状部材である裏当て金の端面と水平面とが面接触ではなく、線接触となる。このため、この部位での溶接が困難であり、溶接不良の原因ともなる。

一方、上下に接合される柱は、必ずしも同一軸心上に設置されるわけではない。例えば、構造物における柱の位置によって、中柱、側柱、隅柱に分類され、それぞれの柱構造において、上下の柱の接合位置が同一ではない。また、このように柱の接合位置が異なる場合には、その柱の接合位置に応じて、柱接合用部材に必要な強度が異なる。しかし、全てに対応可能なように全体を厚肉としたのでは、重量増やコスト増となる。このため、各部位において適切な形状で補強する必要がある。

このような柱の接合構造としては、例えば、中柱、側柱、隅柱のそれぞれの接合位置を示した柱接合部材がある（特許文献１）。

特開２０１２ー１７２３７１号公報

しかし、特許文献１の柱接合部材は、方向性があるため、現場において接合方向を間違えてしまう可能性がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、上下の柱のサイズが異なる場合において、柱の接合位置が異なる場合であっても、取り付け方向を間違えることがない柱接合用部材および柱の接合構造を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、柱接合用部材であって、略矩形の本体部と、前記本体部の下面に設けられ、中央に向かうにつれて突出量が大きくなる凸部とを有し、前記凸部の中央部には、前記本体部の厚み方向に向けて、貫通孔または非貫通穴である除肉部が形成され、前記凸部および前記除肉部は、前記本体部の各辺に平行な前記本体部の中心線を対称軸とした際に、いずれの対称軸に対しても線対称に形成され、前記凸部は、前記本体部の下面から徐々に突出量が大きくなるテーパ部と、前記テーパ部の頂部であって、前記除肉部の縁部に形成されるリブとからなることを特徴とする柱接合用部材である。

前記除肉部は、前記本体部を貫通する貫通孔であり、前記凸部の頂部側から上面側に向かうにつれて、前記凸部の頂部から前記本体部の厚み内までの範囲においては、前記除肉部が略一定の傾斜で縮径され、前記本体部の厚み内の範囲において急激に縮径されてもよい。前記除肉部は、前記本体部の所定の深さまで形成される非貫通穴であり、前記本体部の上面側には薄肉部が形成されてもよい。

第１の発明によれば、柱接合用部材の接合方向に方向性がなく、いずれの向きでも柱接合用部材を取り付けることができる。また、除肉部によって軽量化を得るとともに、凸部によって所望の強度を得ることができる。

特に、除肉部の縁部にリブを形成することで、最も強度的に弱くなる部位の強度を確保することができる。

また、除肉部が貫通孔であれば、より大きな軽量化を図ることができる。また、除肉部が非貫通穴であり、上面側に薄肉部を形成することで、強度を確保することができる。

第２の発明は、柱接合用部材を用いた柱の接合構造であって、柱接合用部材は、上面が平坦な本体部と、前記本体部の下面に設けられ、中央に向かうにつれて突出量が大きくなる凸部とを有し、前記凸部の中央部には、貫通孔または非貫通穴である除肉部が形成され、前記凸部および前記除肉部は、前記本体部の各辺に平行な前記本体部の中心線を対称軸とした際に、いずれの対称軸に対しても線対称に形成され、前記凸部は、前記本体部の下面から徐々に突出量が大きくなるテーパ部と、前記テーパ部の頂部であって、前記除肉部の縁部に形成されるリブとからなり、前記柱接合用部材の下面に、中空の第１の柱が接合され、前記柱接合用部材の上面には、前記第１の柱よりもサイズの小さな中空の第２の柱が接合され、前記第２の柱の全ての側面の位置が、平面視において、前記リブの内縁よりも外側に位置し、前記第２の柱は、前記本体部に対して少なくとも一方の側に偏心しており、前記第２の柱の当該一方の側の外側面の位置が、前記第１の柱の対応する外側面の位置と一致するとともに、前記第２の柱の偏心方向とは逆方向の前記第２の柱の側面における、最も前記除肉部に近くなる部位における前記第２の柱の肉厚の中心位置が、平面視において、前記凸部の範囲内に位置することを特徴とする柱の接合構造である。

前記第２の柱の偏心方向とは逆方向の前記第２の柱の側面における、最も前記除肉部に近くなる部位における前記第２の柱の肉厚の中心位置が、平面視において、前記リブの範囲内に位置してもよい。

第２の発明によれば、本体部の上面に接合される第２の柱の側面が、リブよりも外側に位置するため、第２の柱に対する柱接合部材の強度を確保することができる。

また、本体部の上面に接合される第２の柱が、本体部に対して偏心する場合において、第２の柱の偏心方向とは逆方向の第２の柱の側面の中心が、平面視において、凸部の範囲内に位置することで、第２の柱に対する柱接合部材の強度を確保することができる。

特に、第２の柱の偏心方向とは逆方向の第２の柱の側面の中心が、平面視においてリブの範囲内に位置すれば、第２の柱を第１の柱に対してより大きく偏心させても、第２の柱に対する柱接合部材の強度を確保することができる。

本発明によれば、上下の柱のサイズが異なる場合において、柱の接合位置が異なる場合であっても、取り付け方向を間違えることがない柱接合用部材および柱の接合構造を提供することができる。

接合部材３を用いた、柱の接合構造１を示す斜視図。柱の接合構造１の一部を示す立面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図。接合部材３を示す斜視図であり、（ａ）は底面斜視図、（ｂ）は上面斜視図。接合部材３を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図。柱の接合構造１における柱の配置を示す模式図。接合部材３を用いた柱の各接合位置を示す図。柱の接合構造の一部を示す立面図であり、（ａ）は柱５ｃと柱５ｂの中心が一致する状態を示す図、（ｂ）は柱５ｂに対して５ｃが偏心した状態を示す図。接合部材３ｂの断面図。

以下、本発明の実施の形態にかかる柱の接合構造１について説明する。図１は、柱の接合構造１の一部（中柱）を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。柱の接合構造１は、下方から柱５ａ、５ｂ、５ｃが鉛直方向に配置され、それぞれの柱間には柱接合用部材である接合部材３ａ、３が設けられる。下方の接合部材３ａの下面１７ａには柱５ａの上端が接合され、上面１１ａには柱５ｂの下端が接合される。また、柱５ｂの上端は接合部材３の下面１７と接合される。さらに接合部材３の上面１１には柱５ｃの下端が接合される。なお、接合部材３ａは、通常の平板形状の接合部材でよい。また、接合部材３ａに代えて、柱５ａ、５ｂ間の接合にも、接合部材３を用いてもよい。

柱５ａ、５ｂは同一サイズの中空の角形鋼管である。柱５ｃは、柱５ａ、５ｂよりもサイズの小さな中空の角形鋼管である。接合部材３ａは、柱５ｂのサイズよりもわずかに大きなサイズの矩形形状の平板状部材である。なお、接合部材３ａは例えば鋼製であり、概ね３００〜１０００ｍｍ角程度の大きさであるが、接合される柱のサイズにより任意に設定することができる。

接合部材３、３ａで挟まれた範囲の柱５ｂには、水平方向に梁７が接合される。したがって、梁７のフランジ部の端部は、接合部材３、３ａの側面に接合され、梁７のウェブ部の端部が柱５ｂの側面と接合される。すなわち、上下の接合部材３、３ａの設置間隔（柱５ｂの長さ）は、梁７の高さとほぼ一致する。なお、梁７のウェブ部の上下端部（フランジ部近傍）は、接合部材３、３ａとの干渉を避けるため、切欠きが設けられる。また、柱５ａ、５ｂ、５ｃと接合部材３、３ａとの接合部において、柱５ａ、５ｂ、５ｃの内面側には、裏当金９が配置される。

次に、接合部材３について詳細を説明する。図３（ａ）は、接合部材３を示す下面斜視図、図３（ｂ）は接合部材３を示す上面斜視図であり、図４（ａ）は、接合部材３の側面図、図４（ｂ）は底面図である。接合部材３は、略矩形の平板状である本体部２と、凸部１３とからなる。

接合部材３の略中央には、除肉部１９が形成される。接合部材３における除肉部１９は、凸部１３および本体部２を貫通する円形の貫通孔である。このように貫通孔とすることで、軽量化の効果が大きく、また、めっき処理などを行う際のガス抜き孔としても利用することができる。除肉部１９は、上面１１側が小径であり、凸部１３の頂部（下面側）に向かうにつれて拡径される。なお、凸部１３の頂部側から上面１１側に向かうにつれて、凸部１３の頂部から本体部２の厚み内までの範囲においては、除肉部１９が略一定の傾斜で縮径され、本体部２の厚み内の範囲において急激に縮径される。

接合部材３の下面１７側には、除肉部１９の周囲に凸部１３が形成される。凸部１３は、テーパ部１６とリブ１５とからなる。テーパ部１６は、本体部２側（凸部１３の基部側）から先端側（頂部側）に行くにつれて徐々に中心方向に向かって傾斜する。また、テーパ部１６の本体部２側（凸部１３の基部側）は、略矩形であり、凸部１３の先端側（頂部側）に行くにつれて徐々に円形となる。

テーパ部１６の頂部であって、除肉部１９の縁部には、リブ１５が形成される。リブ１５は、テーパ部１６の頂部から下方に向けて突出する部位である。すなわち、接合部材３の厚み方向に対する凸部１３の高さは、テーパ部１６においてなだらかに変化し、リブ１５の部位のみが急激に高くなる。

図４（ｂ）に示すように、凸部１３および除肉部１９は、本体部２の各辺に平行な本体部２の中心線Ｂ、Ｃをそれぞれ対称軸とした際に、いずれの対称軸に対しても線対称に形成される。すなわち、凸部１３および除肉部１９は、本体部２の各辺から見て方向性がない。したがって、接合部材３を、任意の辺を基準にしていずれの向きに配置しても、凸部１３および除肉部１９は常に一定の形態となる。

なお、接合部材３の下面１７の凸部１３の周囲は、平坦部となる。また、接合部材３の上面１１は、除肉部１９を除き、平坦部となる。本体部２の平坦部は、柱５ｂ、５ｃとの接合部となる。

次に、接合部材３を使用する構造体２５について説明する。図５は、構造体２５を示す平面模式図であり、周囲を外壁２７で覆われ、所定間隔で柱５ｂ（５ａ）が設置される。柱５ｂ（５ａ）同士は梁７によって接続されている。なお、図５においては簡単のため接合部材３等は図示を省略する。下方に設置された柱５ｂ（５ａ）上には、柱５ｂ（５ａ）よりも外径の小さな柱５ｃが設置される。

ここで、四方向に梁７が接合される部位の柱を中柱２９と称する。また、一方の側に外壁２７が形成される部位の柱を側柱３１と称する。また、構造体２５の隅に形成され、２方向に外壁２７が形成される部位の柱を隅柱３３と称する。

中柱２９は、水平方向の縦横両方に梁７が接合されており、柱５ｂ（５ａ）に対して、柱５ｃは同心に配置される。すなわち、下方の柱５ｂ（５ａ）の中心と、より外径の小さな柱５ｃの中心位置が一致する。

これに対し、側柱３１は、下方の柱５ｂ（５ａ）の中心と、より外径の小さな柱５ｃの中心位置が一致せず、柱５ｂ（５ａ）に対して、柱５ｃは一方向に偏心して配置される（例えば図中上方向）。柱５ｃは、外壁２７側に偏心し、柱５ｂ（５ａ）の外壁２７側の側面と柱５ｃの外壁２７側の側面とが同一の位置となるように配置される。すなわち、柱５ｃは、柱５ｂ（５ａ）の一方向側（外壁２７側）に偏心し、偏心方向とは垂直な方向（例えば図中左右方向）には偏心しない。

一方、隅柱３３は、２方向に接する外壁２７方向それぞれの方向に偏心する。柱５ｃは、それぞれの外壁２７側に偏心し、柱５ｂ（５ａ）のそれぞれの外壁２７側の側面と柱５ｃの対応する外壁２７側の側面とが同一の位置となるように配置される。すなわち、柱５ｃは、柱５ｂ（５ａ）の一方向側（例えば図中上側の外壁２７側）に偏心するとともにこれと垂直な方向（例えば図中右側の外壁２７側）にも同量だけ偏心する。

図６は、それぞれの柱位置における柱５ｂ（第１の柱）に対する柱５ｃ（第２の柱）の配置を示す平面断面図であり、図６（ａ）は中柱２９、図６（ｂ）は側柱３１、図６（ｃ）は隅柱３３の状態をそれぞれ示す図である。

図６（ａ）に示すように、中柱２９では、柱５ｂ上に接合部材３が設置され、接合部材３の上面１１の中央に柱５ｃが設置される。したがって、接合部材３の中心線Ｂ、Ｃは、柱５ｃの中心線と一致する。ここで、柱５ｂ、５ｃは、いずれも、本体部２の平坦部に接合される。また、接合部材３の下方に設置される柱５ｂの中心はいずれの配置においても接合部材３の中心と一致する。

一方、図６（ｂ）に示すように、側柱３１では、接合部材３を挟んで、下方の柱５ｂの一方の側面（図中上方）と、上方の柱５ｃの一方の側面（図中上方）とが一致するように設置される。したがって、接合部材３の中心線Ｃと、柱５ｃの中心線Ｄとが偏心する。なお、側面が一致する側に対して垂直な方向（図中左右方向）は、接合部材３の中心線Ｂと柱５ｃの中心線とが一致する。この場合でも、柱５ｂ、５ｃは、いずれも、本体部２の平坦部に接合される。

なお、通常、接合部材３の上下に設置される異径柱は、外径が５０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度異なるものが多い。したがって、偏心量は、概ね２５ｍｍ〜７５ｍｍとなる。

同様に、図６（ｃ）に示すように、隅柱３３においては、接合部材３を挟んで、下方の柱５ｂの一方の側面（図中上方）と、上方の柱５ｃの一方の側面（図中上方）とが一致するように設置され、さらに、これと垂直な方向（図中右側）に対しても柱５ｂの側面（図中右側）と、上方の柱５ｃの側面（図中右側）とが一致するように設置される。したがって、接合部材３の中心線Ｃと柱５ｃの中心線Ｄとが偏心し、かつ、中心線Ｃと直交する接合部材３の中心線Ｂと、柱５ｃの中心線Ｅとが偏心する。

なお、前述の通り、通常、接合部材３の上下に設置される異径柱は、外径が５０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度異なるものが多いため、それぞれの偏心量は概ね２５ｍｍ〜７５ｍｍとなる。また、それぞれの方向に対する偏心量は略同量である。

次に、柱５ｃと接合部材３の接合位置について詳細に説明する。図７（ａ）は、柱５ｃの中心と接合部材３の中心が一致する場合の断面図であり、例えば、図６（ａ）の中心線Ｂ、Ｃにおける断面図、および図６（ｂ）における中心線Ｃにおける断面図である。前述した様に、柱５ｂは、接合部材３の下面１７側の、凸部１３の外側の平坦部に接合される。また、柱５ｃは、接合部材３の上面１１側の、除肉部１９の外側の平坦部に接合される。

ここで、柱５ｃは、リブ１５の内縁部（除肉部１９）よりも外側に配置される。すなわち、柱５ｃの中心線は、柱５ｃの側面が最も除肉部１９に近づく部位（すなわち本体部２の中心線断面位置）においても、リブ１５の内縁よりも内側（図中Ｆ）に位置することがない。また、中柱の場合には、柱５ｃの中心線が、全て凸部１３の形成範囲内に位置することが望ましい。

また、図７（ｂ）は、柱５ｃが接合部材３の中心から偏心する場合の断面図であり、例えば、図６（ｂ）の中心線Ｂにおける断面図、および図６（ｃ）における中心線Ｂ、Ｃにおける断面図である。前述した様に、この場合でも、柱５ｂは、接合部材３の下面１７側の、凸部１３の外側の平坦部に接合される。また、柱５ｃは、接合部材３の上面１１側の、除肉部１９の外側の平坦部に接合される。

図７（ｂ）に示す例では、柱５ｃは、本体部２に対して少なくとも一方の側に偏心しており、当該一方の側の外側面の位置（図中左側の側面）が、柱５ｂの対応する外側面の位置と一致する。また、柱５ｃの偏心方向とは逆方向（図中右側）の柱５ｃの側面の、最も除肉部１９に近くなる部位（すなわち本体部２の中心線断面）における柱５ｃの肉厚の中心位置が、凸部１３の範囲内に位置する。ここで凸部１３の範囲内とは、テーパ部１６の基部とリブ１５の内縁の間の範囲である。

特に、柱５ｃのサイズが、柱５ｂに対して小さい場合には、柱５ｃの偏心方向とは逆方向（図中右側）の柱５ｃの側面の、最も除肉部１９に近くなる部位（すなわち本体部２の中心線断面位置）における柱５ｃの肉厚の中心位置が、リブ１５の範囲内に位置することが望ましい。

ここで、接合部材３に対して柱５ｃを接合した際、柱５ｃとの接合位置が、本体部２の外周側（柱５ｂの側面に近い側）に近づくにつれて、接合部材３に要求される強度が低くなる。このため、凸部１３の高さは、外周に向かうにつれて低くすることができる。一方、接合部材３に対して柱５ｃを接合した際、柱５ｃとの接合位置が、本体部２の中央にずれるにつれて、接合部材３に要求される強度が高くなる。このため、凸部１３の高さは、中心に向かうにつれて高くし、厚みを厚くする必要がある。

また、接合部材３に対して柱５ｃを接合した際、柱５ｃとの接合位置が、除肉部１９との境界部である凸部１３の頂部近傍に位置する際に、接合部材３には特に大きな強度が必要となる。このため、凸部１３の頂部には、リブ１５が設けられ、接合部材３の厚みを厚くすることで、強度を確保することができる。また、柱５ｃが接合されることがない、本体部２の中央部近傍には、大きな応力が付与されることがないため、除肉部１９を設け、軽量化を図ることができる。

本実施の形態にかかる接合部材３によれば、中柱２９、側柱３１、隅柱３３のそれぞれの位置における柱５ｃに対しても、最適な形状の接合部材を適用することができる。このため、過剰に重量増となることがなく、必要な強度を確保することができる。また、接合部材３には、接合方向の方向性がないため、接合方向を間違えることがない。

また、柱５ｃの側面位置に応じて、凸部１３の高さが設定される。したがって、柱５ｃを偏心させて接合部材３に接合した場合であっても、凸部１３によって必要な強度を確保することができる。特に、最も強度的に厳しい条件となる除肉部１９との境界部近傍には、リブ１５が形成されるため、柱５ｃの接合位置が、本体部２の中心に近づいた場合でも、必要な強度を確保することができる。

また、凸部１３の範囲において、柱５ｃの接合位置を任意に変更できるため、サイズの異なる柱５ｃに対しても、同一の接合部材３を適用することができる。

なお、柱の形状は実施例のような略正方形の角形柱に限られず、略長方形や円断面など柱の形状によらず、本発明は適用可能である。また、凸部１３の形状や除肉部１９の形状は、図示した例には限られない。

また、除肉部１９は、必ずしも貫通孔でなくてもよい。例えば、図８に示す接合部材３ｂのように、除肉部１９が、凸部１３の頂部側から本体部２の所定の深さまで形成された非貫通穴であってもよい。この場合には、本体部２の上面側に、薄肉部が形成される。このように薄肉部を残すことで、より高い強度を確保することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………柱の接合構造
２………本体部
３、３ａ、３ｂｃ………接合部材
５ａ、５ｂ、５ｃ………柱
７………梁
９………裏当金
１１、１１ａ………上面
１３………凸部
１５………リブ
１６………テーパ部
１７、１７ａ………下面
１９………除肉部
２５………構造体
２７………外壁
２９………中柱
３１………側柱
３３………隅柱

Claims

柱接合用部材であって、
略矩形の本体部と、前記本体部の下面に設けられ、中央に向かうにつれて突出量が大きくなる凸部とを有し、
前記凸部の中央部には、前記本体部の厚み方向に向けて、貫通孔または非貫通穴である除肉部が形成され、
前記凸部および前記除肉部は、前記本体部の各辺に平行な前記本体部の中心線を対称軸とした際に、いずれの対称軸に対しても線対称に形成され、
前記凸部は、前記本体部の下面から徐々に突出量が大きくなるテーパ部と、前記テーパ部の頂部であって、前記除肉部の縁部に形成されるリブとからなることを特徴とする柱接合用部材。
前記除肉部は、前記本体部を貫通する貫通孔であり、
前記凸部の頂部側から上面側に向かうにつれて、前記凸部の頂部から前記本体部の厚み内までの範囲においては、前記除肉部が略一定の傾斜で縮径され、前記本体部の厚み内の範囲において急激に縮径されることを特徴とする請求項１に記載の柱接合用部材。
前記除肉部は、前記本体部の所定の深さまで形成される非貫通穴であり、前記本体部の上面側には薄肉部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の柱接合用部材。
柱接合用部材を用いた柱の接合構造であって、
柱接合用部材は、上面が平坦な本体部と、前記本体部の下面に設けられ、中央に向かうにつれて突出量が大きくなる凸部とを有し、
前記凸部の中央部には、貫通孔または非貫通穴である除肉部が形成され、
前記凸部および前記除肉部は、前記本体部の各辺に平行な前記本体部の中心線を対称軸とした際に、いずれの対称軸に対しても線対称に形成され、
前記凸部は、前記本体部の下面から徐々に突出量が大きくなるテーパ部と、前記テーパ部の頂部であって、前記除肉部の縁部に形成されるリブとからなり、
前記柱接合用部材の下面に、中空の第１の柱が接合され、前記柱接合用部材の上面には、前記第１の柱よりもサイズの小さな中空の第２の柱が接合され、
前記第２の柱の全ての側面の位置が、平面視において、前記リブの内縁よりも外側に位置し、
前記第２の柱は、前記本体部に対して少なくとも一方の側に偏心しており、前記第２の柱の当該一方の側の外側面の位置が、前記第１の柱の対応する外側面の位置と一致するとともに、前記第２の柱の偏心方向とは逆方向の前記第２の柱の側面における、最も前記除肉部に近くなる部位における前記第２の柱の肉厚の中心位置が、平面視において、前記凸部の範囲内に位置することを特徴とする柱の接合構造。
前記第２の柱の偏心方向とは逆方向の前記第２の柱の側面における、最も前記除肉部に近くなる部位における前記第２の柱の肉厚の中心位置が、平面視において、前記リブの範囲内に位置することを特徴とする請求項４記載の柱の接合構造。