JP6783045B2 - 柱梁接合部構造および柱梁接合部構造の設計方法 - Google Patents

Description

この発明は、柱梁接合部に柱と梁が接合された柱梁接合部構造および柱梁接合部構造の設計方法に関する。

図３に示すように、柱１００、１００間には、柱梁接合部１０１が設けられている。そして、上記柱梁接合部１０１には上下に通しダイアフラム１０２、１０３が設けられている。梁せいが上記通しダイアフラム１０２、１０３の間隔に一致する梁１０４は、その上下のフランジが上記通しダイアフラム１０２、１０３の突出部に溶接により固定される。一方、梁せいが上記通しダイアフラム１０２、１０３の間隔よりも短い梁１０５は、その上側フランジが上記通しダイアフラム１０２の突出部に溶接されるが、下側フランジは上記通しダイアフラム１０３の上に位置する接合面板１０１ａに溶接される。そして、上記下側フランジの配置高さに一致させて、上記柱梁接合部１０１内に内ダイアフラム１０６が設けられる。

また、梁せいが上記通しダイアフラム１０２、１０３の間隔よりも短い梁１０５を上記通しダイアフラム１０２、１０３に接合する方法として、ビルトＨ形鋼を用いるハンチ構造が知られている。

また、特許文献１、２には、他の方式による柱梁接合部構造が開示されている。

特開２００９−２０３７５３号公報 特開２００７−２６２７０４号公報

しかしながら、上記内ダイアフラム１０６を設ける構造では、この内ダイアフラム１０６を上記梁１０５の下側フランジの高さに一致させて設けなければならず、上記下側の通しダイアフラム１０３と上記内ダイアフラム１０６の高さの差があまりない場合には、上記内ダイアフラム１０６の裏当金と下側の通しダイアフラム１０３の裏当金同士が干渉するという問題があった。また、裏当金同士が干渉しないまでも、裏当金同士が互いに近い位置にあるような場合には、上記内ダイアフラム１０６の溶接が難しくなるという問題があった。同様に、通しダイアフラム１０３の裏当金に近い箇所において内ダイアフラム１０６を隅肉溶接する場合にも、当該内ダイアフラム１０６の溶接が難しくなるという問題がある。また、ビルトＨ形鋼を用いるハンチ構造では、ロールＨ形鋼を用いないためにコストが割高になるという欠点がある。また、特許文献１、２に開示されている構造は複雑でコストがかかるという欠点がある。

この発明は、上記の事情に鑑み、構造が簡単で低コスト化が図れる柱梁接合部構造および柱梁接合部構造の設計方法を提供することを課題とする。

この発明の柱梁接合部構造は、上記の課題を解決するために、柱と梁を接合する柱梁接合部に設けられている上下の通しダイアフラムの上下間距離よりも梁せいの低い梁は、一方の梁フランジが一方の通しダイアフラムに接合され、他方の梁フランジが他方の通しダイアフラムの位置から外れて上記柱梁接合部の接合面板に接合されており、上記柱梁接合部内には、補強板が、上記他方の梁フランジの位置よりも上記他方の通しダイアフラムから遠い側にずれて設けられていることを特徴とする。

上記の構成であれば、上記柱梁接合部内には、補強板が、上記他方の梁フランジの位置よりも上記他方の通しダイアフラムから遠い側にずらして設けられているので、例えば、補強板の裏当金が、通しダイアフラムの裏当金に干渉し難くなる等、上記補強板を上記柱梁接合部内に容易に接合することができる。したがって、内ダイアフラムを採用するのと同様に構造を簡単化でき、低コスト化が図れる。

上記柱梁接合部の上記接合面板に直交する当該柱梁接合部の２枚の板部の互いの内側の面と、上記補強板と上記他方の通しダイアフラムの互いの内側の面とで囲われる、上記接合面板上の四角面が、上記梁の全塑性モーメントまたは降伏モーメント以上の面外曲げ耐力およびパンチングシャー耐力を有していてもよい。これによれば、上記梁が降伏するより先に上記四角面の箇所で変形や抜け破壊が生じるのを防止できる。

また、この発明の柱梁接合部構造の設計方法は、上記柱梁接合部構造の上記四角面の面外曲げ耐力を、上記四角面上に引いた降伏線により求め、この求めた面外曲げ耐力を上記梁の全塑性モーメントまたは降伏モーメントと比較して、上記補強板の位置適正を判断することを特徴とする。

上記の設計方法であれば、降伏線を上記四角面に用いるので、比較的簡単な計算で適切な耐力を有する柱梁接合部構造を設計することが可能になる。

上記柱梁接合部構造の設計方法において、上記他方の梁フランジの板厚の中心線が当該梁フランジの端面と交差する点をＣ，Ｆとし、上記四角面における上記点Ｃに近い側の角点のうち上記補強板側の角点をＡ、上記他方の通しダイアフラム側の角点をＢとし、上記四角面における上記点Ｆに近い側の角点のうち上記補強板側の角点をＤ、上記他方の通しダイアフラム側の角点をＥとし、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＦが同一形状であるとし、点Ｃから線ＡＢに引いた垂線の長さをａとし、梁フランジの幅である線ＣＦ間の距離をＢとし、上記垂線で上記線ＡＢを分割した一方の長さをｂ_１、他方の長さをｂ_２とし、上記接合面板の厚さをｔ_ｊｐとし、上記接合面板の基準強度をＦ_ｊｐとし、上記接合面板の幅をＤ_ｊｐとして、上記四角面の塑性耐力Ｐ_ｐを数７の式で与え、

上記塑性耐力Ｐ_ｐに基づいて、上記四角面の面外曲げ耐力を求めてもよい。

本発明であれば、内ダイアフラムを採用するのと同様に構造を簡単化でき、低コスト化が図れる。また、降伏線理論を用い、比較的簡単な計算により適切な耐力を有する柱梁接合部構造を設計できるという効果を奏する。

図１は本発明の実施形態に係る柱梁接合部構造を示した概略の側面図である。 図１の柱梁接合部に引かれる降伏線等の説明図である。 従来の柱梁接合部構造を示した概略の側面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示しているように、この実施形態にかかる柱梁接合部構造における断面矩形状の鉄骨からなる柱１０、１０間には、断面矩形状の鉄骨からなる柱梁接合部１が溶接により固定されている。そして、上記柱梁接合部１の上側には、上側通しダイアフラム２が設けられており、下側には下側通しダイアフラム３が設けられている。

そして、梁せいが上記通しダイアフラム２、３の間隔に一致するＨ形鋼からなる梁４は、その上側フランジ４ａが上記上側通しダイアフラム２の突出部に溶接により固定され、下側フランジ４ｂが上記下側通しダイアフラム３の突出部に溶接により固定される。

また、梁せいが上記通しダイアフラム２、３の間隔よりも短い梁５については、その上側の梁フランジ（以下、上側フランジ５ａという。）が、上記上側通しダイアフラム２の突出部に溶接される。一方、上記梁５の下側の梁フランジ（以下、下側フランジ５ｂという。）が、上記下側通しダイアフラム３の上に位置する接合面板１ａに溶接される。上記接合面板１ａは、四角筒形状を有する上記柱梁接合部１の各面の板部である。

そして、上記柱梁接合部１内には、補強板６が、下側フランジ５ｂの位置よりも下側通しダイアフラム３から遠い側（上側）にずらして水平に設けられている。上記補強板６の板厚は、例えば、上記柱梁接合部１の板厚以上であればよい。なお、上記下側フランジ５ｂの位置に対応する高さで、上記柱梁接合部１内に上記補強板６を簡単に溶接できるのであれば、このような高さで設ければよく、この場合には、上記補強板６は内ダイアフラムと呼べるものとなるが、このような高さに配置することが容易でない場合には、上記のような配置による補強板６となる。

上記の構成であれば、上記柱梁接合部１内には、補強板６が、上記下側フランジ５ｂの位置よりも上記下側通しダイアフラム３から遠い側（上側）にずれて設けられているので、例えば、補強板６の裏当金が、上記下側通しダイアフラム３の裏当金に干渉し難くなる等、上記補強板６を上記柱梁接合部１内に容易に接合することができる。したがって、内ダイアフラムを採用するのと同様に構造を簡単化でき、低コスト化が図れる。

上記の例では、梁せいが上記通しダイアフラム２、３の間隔よりも短い梁５について、その上側フランジ５ａが、上側通しダイアフラム２の突出部に溶接されたが、これに限らない。下側フランジ５ｂが、下側通しダイアフラム３の突出部に溶接されてもよく、この場合には、上側フランジ５ａが、上側通しダイアフラム２の下に位置する上記接合面板１ａに溶接される。そして、上記柱梁接合部１内には、補強板６が、上側フランジ５ａの位置よりも上側通しダイアフラム２から遠い側（下側）にずれて設けられる。なお、後述する柱梁接合部構造の設計方法は、このような逆配置の構造にも適用することができる。

次に、柱梁接合部構造の設計方法について説明する。この設計方法では、図２に示すように、上記柱梁接合部１の上記接合面板１ａに直交する当該柱梁接合部の２枚の板部（接合面板１ａと同一の板厚を有する）の互いの内側の面と、上記補強板６と上記下側通しダイアフラム３の互いの内側の面とで囲われる、上記接合面板１ａ上の四角面を想定する。そして、この四角面が、上記梁の全塑性モーメント以上の面外曲げ全塑性耐力、降伏モーメント以上の面外曲げ降伏耐力およびパンチングシャー耐力を有するようにする。

ここで、以下の数１の様に式を定義する。

また、図２に示すように、下側フランジ５ｂの板厚の中心線が当該下側フランジ５ｂの端面と交差する点をＣ，Ｆとし、上記四角面における上記点Ｃに近い側の角点のうち上記補強板６側の角点をＡ、下側通しダイアフラム３側の角点をＢとし、上記四角面における上記点Ｆに近い側の角点のうち上記補強板６側の角点をＤ、上記下側通しダイアフラム３側の角点をＥとする。また、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＦは同一形状として計算式を簡単にする。そして、降伏線である、線ＡＢ、線ＤＥ、線ＢＥ、線ＣＦ、線ＡＣ、線ＤＦ、線ＢＣおよび線ＥＦの回転角θを、以下の数２の式で与える。

なお、ａは点Ｃからから線ＡＢに引いた垂線の長さでもあり、上記垂線で上記線ＡＢを分割した一方の長さがｂ_１となり、他方の長さがｂ_２となる。

降伏線の単位長さ当たりの全塑性モーメント_ＬＭ_Ｐを数３の式で求める。

各降伏線における内部仕事を数４の式で与える。

降伏線における内部仕事の総和Ｅが数５の式で与えられる。

上記接合面板１ａの面外曲げによる塑性耐力をＰ_ｐとし、外力仕事Ｗを数６の式で与える。

内部仕事Ｅと外部仕事Ｗを等しいとすると、塑性耐力Ｐ_ｐは数７の式で与えられる。

上記接合面板１ａの面外曲げによる降伏耐力Ｐ_ｙを数８の式で与える。

接合部の面外曲げ全塑性耐力_ｆＭ_ｐは数９の式による。

接合部の面外曲げ降伏耐力_ｆＭ_ｙは数１０の式による。

また、接合面板１ａのパンチングシャー破壊による接合部の最大曲げ耐力_ｐＭ_ｐを数１１の式で与える。

パンチングシャーによる接合部の降伏曲げ耐力_ｐＭ_ｙを数１２の式で与える。

なお、降伏線理論を用いることにおいて、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＦは同一形状として計算式を簡単にしたが、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＦとが異なる場合には、これに応じた計算式を立てるようにすればよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ ：柱梁接合部
１ａ ：接合面板
２ ：上側通しダイアフラム
３ ：下側通しダイアフラム
４ ：梁
４ａ ：上側フランジ
４ｂ ：下側フランジ
５ ：梁
５ａ ：上側フランジ
５ｂ ：下側フランジ
６ ：補強板
１０ ：柱

Claims (4)

1. 柱と梁を接合する柱梁接合部に設けられている上下の通しダイアフラムの上下間距離よりも梁せいの低い梁は、一方の梁フランジの端面が一方の通しダイアフラムに直接接合され、他方の梁フランジの端面が他方の通しダイアフラムの位置から外れて上記柱梁接合部の接合面板に直接接合されており、上記柱梁接合部内には、補強板が、上記他方の梁フランジの位置よりも上記他方の通しダイアフラムから遠い側にずれて設けられており、
   上記他方の梁フランジの上記端面が上記接合面板に直接接合される箇所の周囲に、上記柱梁接合部の上記接合面板に直交する当該柱梁接合部の２枚の板部の互いの内側の面と、上記補強板と上記他方の通しダイアフラムの互いの内側の面とで囲われる、上記接合面板上の四角面が形成されることを特徴とする柱梁接合部構造。
2. 請求項１に記載の柱梁接合部構造において、上記四角面が、上記梁の全塑性モーメントまたは降伏モーメント以上の面外曲げ耐力およびパンチングシャー耐力を有することを特徴とする柱梁接合部構造。
3. 請求項２に記載の柱梁接合部構造の上記四角面の面外曲げ耐力を、上記四角面上に引いた降伏線により求め、この求めた面外曲げ耐力を上記梁の全塑性モーメントまたは降伏モーメントと比較して、上記補強板の位置の適正を判断することを特徴とする柱梁接合部構造の設計方法。
4. 請求項３に記載の柱梁接合部構造の設計方法において、上記他方の梁フランジの板厚の中心線が当該梁フランジの端面と交差する点をＣ，Ｆとし、上記四角面における上記点Ｃに近い側の角点のうち上記補強板側の角点をＡ、上記他方の通しダイアフラム側の角点をＢとし、上記四角面における上記点Ｆに近い側の角点のうち上記補強板側の角点をＤ、上記他方の通しダイアフラム側の角点をＥとし、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＦが同一形状であるとし、点Ｃから線ＡＢに引いた垂線の長さをａとし、梁フランジの幅である線ＣＦ間の距離をＢとし、上記垂線で上記線ＡＢを分割した一方の長さをｂ₁、他方の長さをｂ₂とし、上記接合面板の厚さをｔ_jpとし、上記接合面板の基準強度をＦ_jpとし、上記接合面板の幅をＤ_jpとして、上記四角面の塑性耐力Ｐ_pを数７の式で与え、
   上記塑性耐力Ｐ_pに基づいて、上記四角面の面外曲げ耐力を求めることを特徴とする柱梁接合部構造の設計方法。