JP6795255B2 - 柱梁接合構造の製造方法及び柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱梁接合部から離れた梁の部位に降伏点を設定する柱及び梁を有する鋼構造物の柱梁接合構造の製造方法及び柱梁接合構造に関する。

柱梁接合部から離れた部位に降伏点を設定するいわゆるＲＢＳ工法（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）が適用される柱梁接合構造としては、例えば、図１５に示すように、柱梁接合部６２ｂから離れた梁６２のフランジ６５及び切欠き６７が形成された柱梁接合構造６０が提案されている。

特開２００６−００２５０５号公報 特開２００２−０８８９１２号公報

特許文献１には、梁フランジプレート５に切欠き７を設けてなる柱梁接合構造１が、また、特許文献２には、補強プレート５に柱１から離れた位置に切欠き７が形成されている柱梁接合構造が夫々提案されている。

斯かる柱梁接合構造は、地震等による大きい外力が与えられた際に、当該外力に起因して柱梁接合部２ｂで延性破断や脆性破壊が生じることを防止するようになっている。

しかしながら、特許文献１における柱梁接合構造１では、柱面での梁フランジプレート５の破断を防止するため、梁幅をより広くして許容値を確保する必要がある。この結果、柱幅をより広げる必要が生じて、経済設計が困難になるという更なる改善の余地がある。

また、特許文献２における柱梁接合構造では、梁２の材軸方向（梁の長手方向）に圧縮力を加えて、加熱する等の方法が用いられているため、製造が煩雑になるという更なる改善の余地がある。

本発明は、前期諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、梁のフランジを大きく切欠く必要をなくして梁の曲げ幅の増加による、柱断面の拡大を防止して、鋼材重量を低減することができ、より安価な柱梁接合構造の製造方法及び柱梁接合構造を提供することにある。また、梁のフランジ幅を大きく拡幅する必要なくして梁の端部の溶接部強度を確保し、柱断面を大きくする必要がなく、地震力により柱梁接合部で延性破断や脆性破壊が生じることを防止することができ、梁の所望の曲げ耐力を維持することのできる安価な柱梁接合構造の製造方法および柱梁接合構造を提供することにある。

本願発明の柱梁接合構造は、柱と梁とを接合していると共に少なくとも一つの第一の梁フランジプレートと第二の梁フランジプレートと有した鋼構造物の柱梁接合構造において、第一の梁フランジプレートは、略水平面をなしてその材軸方向の一端で柱面に溶接接合部を介して接合されると共に、その材軸方向の他端で柱面と対向する第二の梁フランジプレートに接合されており、第一の梁フランジプレートと第二の梁フランジプレートとは、略鉛直面をなしたウェブプレートに接合され、第一の梁フランジプレートは、柱面から離れた位置に切欠きを有すると共に溶接接合部の近傍に少なくとも一つの厚肉部を具備している。

本発明の柱梁接合構造によれば、第一の梁フランジプレートは、切欠きを形成した第一の梁フランジプレートに少なくとも厚肉部を具備しているため、柱への溶接接合断面をより大きくすることができる。

本願発明によれば、梁端部のフランジ幅をより小さくすることが可能であり、柱断面を大きくする必要がなく、経済設計が可能となる。

本発明の柱梁接合構造は、少なくとも一対の切欠きを有している。この少なくとも一組の切欠きは梁の幅方向において対称位置に配されている。

本発明によれば、切欠きと少なくとも一つの厚肉部とを有する梁フランジプレートを同時に複数製造することができる。

本発明の柱梁接合構造用のフランジプレートの製造方法は、梁用の鋼板に圧延により厚肉部と、この厚肉部を除く鋼板の材軸方向に薄肉部とを形成する第一段階と、厚肉部から離れた薄肉部に切欠きを形成する第二段階と、薄肉部に細幅部を形成する第三段階とを具備している。

本発明の柱梁接合構造のフランジプレートの製造方法によれば、圧延により梁端部の厚肉部と切欠きと細幅部とを効率よく製造できる。

本発明の柱梁接合構造のＨ形鋼の製造方法は、フランジプレートとウェブプレートからなる梁用のＨ形鋼であって、厚板からなるＨ形鋼は、Ｈ形鋼の梁に圧延により、厚肉部と、この厚肉部を除く梁の材軸方向に薄肉部とを形成する第一段階と、厚肉部から離れた薄肉部に切欠きを形成する第二段階と、薄肉部に細幅部を形成する第三段階とを具備している。

本発明によれば、圧延により梁端の厚肉部と切欠きと細幅部とを効率よく製造できる。

本発明によれば、梁のフランジを拡幅することなく、梁端部の溶接強度を確保することができ、これにより、柱の幅を広げる必要が無い為、柱の鋼材重量を抑制することが可能となり、安価な柱梁接合構造の製造方法及び柱梁接合構造を提供し得る。

図１は、本発明の柱梁接合構造用のフランジプレートの実施の形態の好ましい例の平断面説明図である。（実施例１） 図２は、図１の部分説明図である。（実施例１） 図３は、本発明における上下フランジプレートの一例を示す縦断面説明図である。（実施例１） 図４は、本発名の柱梁接合構造の一例を示す梁の縦断面説明図である。（実施例１） 図５は、本発明の柱梁接合構造の一例を示す梁の平断面説明図である。（実施例１） 図６は、本発明の柱梁接合構造の他の一例を示す梁の縦断面図である。（実施例１） 図７は、本発明のフランジプレートの製造工程における第一段階の初期形状を示す説明図である。（実施例１） 図８は、本発明のフランジプレートの製造工程における第二段階の厚肉部と薄肉部とを示す説明図である。（実施例１） 図９は、本発明のフランジプレートの製造工程における第三段階の切欠きが形成された状態を示す説明図である。（実施例１） 図１０は、本発明のフランジプレートの圧延機の断面を示す図である。（実施例１） 図１１は、本発明のＨ形鋼の圧延機の断面を示す図である。（実施例２） 図１２は、本発明のＨ形鋼の製造工程における第一段階の初期形状を示す説明図である。（実施例２） 図１３は、本発明のＨ形鋼梁構造の製造工程における第二段階の厚肉部と薄肉部とを示す説明図である。（実施例２） 図１４は、本発明のＨ形鋼梁構造の製造工程における第三段階の切欠きが形成された状態を示す説明図である。（実施例２） 図１５は、従来における柱梁接合構造の例の平断面説明図である。

次に、本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されず、本発明の主旨を超えない範囲において、種々の改良並びに設計の変更が行われ得る。

図４から図６において、本実施例１の柱梁接合構造１は、柱２ａと梁２とが接合されている。フランジプレート５の一端５１は、略水平面を有して柱梁接合部２ｂにおいて溶接により柱２ａの柱面に接合されている。この溶接部分には、梁２のウェブプレート４側において互いに向かって張り出している厚肉部３がある。厚肉部３は、梁２の材軸方向Ａにおいて、柱梁接合部２ｂと一対の切欠き７との間に配されている。また、梁２のウェブプレート４は、柱２ａと溶接接合されている。梁２は、溶接組み立てされたビルトアップＨ形梁である。フランジプレート５の他端５２は、梁２の材軸方向Ａ（梁２の長手方向）の中央部のフランジプレート５ａに溶接部６により突合せ溶接されている。フランジプレート５及び５ａは、溶接６ａによりウェブプレート４と接合されビルトアップＨ形梁を形成している。
好ましくは、フランジプレート５、５ａとウェブプレート４とは、工場での溶接により梁２に接合され、鉄骨建方時に柱２ａに接合される。

本実施例１の柱梁接合構造１においては、梁２のウェブプレート４は、柱２ａと溶接接合されているが、これに代えて、梁２のウェブプレート４は、柱２ａとガゼットプレート及びボルトを介して接合されていてもよい。（図示せず）

地震時に梁に生じる外力が本例の柱梁接合構造１に加えられた場合には、梁２に生じる曲げ応力は、柱梁接合部２ｂで大きく生じると共に、柱梁接合部２ｂから離れるに従い漸次小さくなる。柱梁接合部２ｂには、当該柱梁接合部２ｂから離反した位置よりも大きな曲げ応力が加えられるが、本例の柱梁接合構造１では、柱梁接合部２ｂではフランジプレート５の幅が広くかつ肉厚部３により補強されている一方、柱から離反した位置では切欠き７が形成されているので、柱梁接合部２ｂで延性破断や脆性破壊が生じうる程度の大きな外力が加えられたとしても、柱梁接合部２ｂで延性破断や脆性破壊が生じるよりも先に切欠き７で塑性変形を生じさせて降伏ヒンジが形成されるようになっている。

フランジプレート５は、鋼板から切欠き７を付けた状態でロール成形されるため、補強プレートを溶接する必要がない。また、応力の大きい梁端部に対応するフランジプレート５に高強度の材質の鋼板を用い、応力の小さい梁中央部に対応するフランジプレート５ａに通常の材質の鋼板を使用して鋼材量の低減を行うことができる。更に、切欠き７を構成するフランジプレート５の切欠き量や柱梁接合部２ｂでのフランジの拡大幅やプレートの肉厚を自由に変化させることができるので、設計の自由度が広がる。

図１において、柱梁接合構造用の鋼板１０には、材軸方向Ａにおける中央部に設けられた厚肉部３と、厚肉部３の材軸方向Ａにおいて両側に設けられた薄肉部９と、各薄肉部９に設けられた二対の切欠き７と、各薄肉部９に設けられていると共に梁２の幅方向Ｂに細く形成された細幅部９ａとが形成されており、一対のフランジプレート５、５ａが一体となって形成されている。この一対のフランジプレート５、５ａは、複数を一体として成形され、切断線８で切断され、図２に示すフランジプレート部品となる。図３は、フランジプレート５の縦断面である。該フランジプレート５は、Ｈ形鋼梁の外断面寸法が同じくなるように、厚肉部３は、梁２のウェブプレート４側において互いに向かって張り出している。

図７から図１０に示すように、鋼板１０（長尺体）は、平鋼圧延機２０により、順次成形される。図７は、加工される前の状態の鋼板１０である。図８は、厚肉部３と、厚肉部３を除く薄肉部９とが成形された状態の鋼板１０である。図９は、竪ロール２１により切欠き７が更に形成される状態の鋼板である。この後、フランジプレートの細幅部９ａが形成されて、図１の状態となる。なお、竪ロール２１を水平方向に移動自在として切欠き７と細幅部９ａとを同時に形成してもよい。

厚肉部３、切欠き７及び薄肉部９の細幅部９ａは、竪ロール２１による圧延が繰り返し行われて徐々に形成されていてもよいが、これに代えて、切欠き７及び薄肉部９の細幅部９ａは、切断、研削、切削、ガス切断加工等により形成されていてもよい。

図１１から図１４は、圧延成形された、柱梁接合構造用のＨ形鋼３１の製造方法である。フランジプレート部３１ａとウェブプレート部３１ｂからなる厚板のＨ形鋼３１は、図７から図１０と同様の工程を経てＨ形鋼圧延機３０により製造される。図１２に示す厚板のＨ形鋼３１を、図１３に示すようにフランジ肉厚部３３とフランジ肉薄部３９とに圧延する。その後、実施例１と同様にして、切欠き３７と細幅部３９ａとを形成する。梁２は、複数の部品を連続して製造され、切断線３８で切断される。

図１４に示すフランジ肉厚部３３を有するＨ形鋼３１においては、フランジ厚肉部３３、切欠き３７及びフランジ薄肉部３９の細幅部３９ａが繰り返し行われて徐々に形成されていてもよいが、これに代えて、切欠き３７及びフランジ薄肉部３９の細幅部３９ａは、切断、研削、切削、ガス切断加工等により形成されていてもよい。

これによれば、実施例１と同様に、より均質で効率よく柱梁接合部２ｂを製造できる。また、フランジプレート５の一端部５１には、厚肉部３があるため、フランジ幅を広げることなく高い溶接接合強度が得られる。

本発明のフランジプレート５、５ａやＨ形鋼は、圧延成形のみならず、鋳造によっても良い。フランジプレートの外面を一定として成形する場合は、フランジプレートは片面から加圧して適宜成形するものとする。

１ 柱梁接合構造
２ 梁
２ａ 柱
２ｂ 柱梁接合部
３ 厚肉部
４ ウエブプレート
５ フランジプレート
７ 切欠き
９ 薄肉部
９ａ 細幅部
１０ 鋼板
２０ 平鋼圧延機
２１ 竪ロール
２２ 水平ロール
３０ Ｈ形鋼圧延機
３１ Ｈ形鋼

Claims (2)

1. 柱と梁とを接合した鋼構造物の柱梁接合構造において、材軸方向の一端で柱面に第一の溶接接合部を介して接合されていると共に柱面から離れた位置であって梁の幅方向において対称位置に配されている第一の一対の切欠きを有している鋼板からなる第一の梁フランジプレートと、材軸方向の一端で第一の梁フランジプレートの材軸方向の他端に接合されている第二の梁フランジプレートと、材軸方向の一端で柱面に第二の溶接接合部を介して接合されていると共に柱面から離れた位置であって梁の幅方向において対称位置に配されている第二の一対の切欠きを有している鋼板からなる第三の梁フランジプレートと、材軸方向の一端で第三の梁フランジプレートの材軸方向の他端に接合されている第四の梁フランジプレートと、第一から第四の梁フランジプレートの夫々が接合されているウェブプレートとを具備しており、第一の梁フランジプレートは、第一の溶接接合部の近傍に第一の厚肉部を具備しており、第三の梁フランジプレートは、第二の溶接接合部の近傍に第二の厚肉部を具備しており、第一の厚肉部は、梁の材軸方向において、第一の溶接接合部と第一の一対の切欠きとの間に配されており、第二の厚肉部は、梁の材軸方向において、第二の溶接接合部と第二の一対の切欠きとの間に配されている柱梁接合構造。
2. 第一及び第二の肉厚部の夫々は、ウェブプレート側において互いに向かって張り出している請求項１に記載の柱梁接合構造。

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