JP6979283B2 - 鋼管柱とｈ形鋼製梁との鋼製柱梁架構 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱とＨ形鋼製梁が接合される鋼製柱梁架構において、前記Ｈ形鋼製梁のウェブ側面に補剛材が溶接された鋼製柱梁架構に関する。

鋼管柱と鋼製梁との接合部においては、梁や柱の耐力を確保するために、様々な補強構造が用いられている。
例えば、特許文献１には、鋼管柱の仕口部にダイヤフラムを設けるとともに、鉄骨梁のフランジ部を、鋼管柱の外周面においてダイヤフラムが設けられた部位に接合させる構成が開示されている。また、この特許文献１には、鋼管柱の仕口部に、ダイヤフラムとは上下方向で異なる位置に補強部材を設ける構成も開示されている。このような構成によれば、鋼管柱の仕口部に設けられたダイヤフラムおよび補強部材によって、鉄骨梁のフランジ部やウェブ部から応力が伝達されたときの仕口部の局部座屈が抑制される。
しかし、特許文献１に開示されたような、鋼管柱の仕口部にダイヤフラムや補強部材を備える構成では、鉄骨梁の耐力を向上させることはできない。

また、特許文献２には、鉄骨梁のフランジの座屈を生じる可能性のある区間において、ウェブの中立軸近傍に、帯板等からなる補強材を設ける構成が開示されている。このような構成によれば、鉄骨梁の曲げ耐力を向上させる。
また、特許文献３には、鉄骨梁のウェブに、横剛性を与える補剛部材を添接した構成が開示されている。このような構成により、鉄骨梁の横座屈を抑え、耐力を向上させる。
しかし、特許文献２、３に開示されたような、鉄骨梁のウェブに補強材や補剛部材を設ける構成では、鉄骨梁の耐力を向上させることはできるものの、鉄骨梁が接合される柱の耐力を向上させることはできない。

さらに、鋼管柱と鋼製梁との接合部分に、斜め方向からブレースが接合された鋼製柱梁架構では、ブレースを介して軸力が作用するために、柱と接合される梁端部には、曲げモーメントやせん断力に加えて、軸力が作用することになる。したがって、ブレースが接合される鋼管柱と鋼製梁との接合部分では、特許文献１〜３に開示された構成のように、柱単体、または梁単体のみの耐力を高めても、接合部分の耐力や変形性能が高められるとは限らなく、鋼管柱と鋼製梁とを一体的に補剛することによって、鋼製梁が接合される鋼製柱梁架構としての耐力をより一層高めることが望まれる。

特開２０１５−５２２４７号公報 特開平６−１７５０７号公報 特開平５−３３１９６３号公報

本発明は、Ｈ形鋼製梁のウェブの座屈を抑制しつつ、斜め柱やブレースから伝達される軸力を下層階側に伝達することが可能な鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋼管柱と鋼製梁との鋼製柱梁架構において、鋼管柱の内周側面に内ダイヤフラム（第１の鋼製板材）を設けるとともに、当該内ダイヤフラムの延長線上の鋼製梁の梁端部のウェブ両側面に水平スチフナー（第２の鋼製板材）を設けることで、鋼製梁、及び鋼製柱の其々の剛性と変形性能が増大されるために、梁端部に作用する軸力を下層階側に伝達しつつ、鋼製梁の横座屈を抑制できる点に着眼して、本発明の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、第一の発明の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構は、鋼管柱とＨ形鋼製梁が接合された鋼製柱梁架構であって、前記鋼管柱の内周側面、及び、前記Ｈ形鋼製梁の梁端部のウェブの両側面に、板状鋼材が一直線状に溶接されていることを特徴とする。
このような構成によれば、鋼管柱の内周側面とＨ形鋼製梁の梁端部とに跨がるように連続して板状鋼材を設けることで、鋼管柱と、当該鋼管柱に接合されたＨ形鋼製梁の梁端部における接合強度を高めるとともに、軸力伝達用の鋼材断面積が増加される。
具体的には、梁端部の上下フランジ間のウェブの中間高さ位置に板状鋼材が設けられることで、Ｈ形鋼製梁の軸力伝達力を増大させ、かつＨ形鋼製梁のウェブの座屈を抑制する。
また、Ｈ形鋼製梁の梁端部、または鋼管柱のいずれか一方のみを単独で強度を高めるのではなく、鋼管柱の内周側面とＨ形鋼製梁の梁端部のウェブ両側面に、板状鋼材を一直線状に溶接させることで、梁端部を介して鋼管柱の柱梁接合部に軸力をスムーズに伝達させることができる。したがって、鋼管柱とＨ形鋼製梁との接合部分に、斜め柱やブレース材が接合される構成においても、各部材に作用する軸力を、鋼製柱梁接合部を介して鋼管柱に伝達させることができる。
さらに、鋼管柱を挟んだ両側に、Ｈ形鋼製梁が設けられ、鋼製柱梁接合部に接する梁端部、及び柱端部にブレースの端部が接合された鋼製柱梁架構の場合、ブレース材が設けられていない他方側のＨ形鋼製梁のウェブ側面側まで板状鋼材が一直線状に設けられていることで、鋼管柱と両側のＨ形鋼製梁による鋼製柱梁架構が一体としてせん断抵抗し、ブレース材と鋼製梁が負担する各応力を鋼管柱と、鋼製柱梁接合部を挟んだ他方側のＨ形鋼製梁に伝達させる。

第二の発明の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構では、前記ウェブに設けられた前記板状鋼材は、前記Ｈ形鋼製梁の中央部側に比べて、前記梁端部側が拡幅された当該Ｈ形鋼製梁のフランジとほぼ同幅で、かつ同形状であることを特徴とする。
このような構成によれば、上述の作用効果に加えて、Ｈ形鋼製梁においては、フランジとウェブ側面に溶接された水平スチフナー（板状鋼材）が、それぞれ梁中央部に比べて梁端部側で拡幅されていることで、梁端部にてフランジが拡幅されていない、または水平スチフナーがないＨ形鋼製梁に比べて、軸力伝達力は高く、かつ曲げ耐力と剛性がともに増大され、優れた変形性能を有することになる。

第三の発明の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構では、前記板状鋼材の厚さは、前記ウェブの厚さ以上である。
このような構成によれば、上述の作用効果に加えて、梁のウェブ側面に溶接される板状鋼材がウェブ厚さ以上であるために、ウェブに対して板状鋼材が十分に補剛効果を発揮することができる。また、鋼管柱の内周側面とウェブ両側面にウェブ厚さを上回る板状鋼材が一直線上に溶接されていることで、梁端部から伝達される軸力によって、鋼管柱の側面に面外力が加わった際にも、面外方向への鋼管柱の孕みだしを抑制できる。また、板状鋼材による補剛効果によって、Ｈ形鋼製梁の局部座屈強度、及び横剛性、ねじり剛性がともに増大されるために、鋼製柱梁架構の変形性能を向上させることができる。

本発明によれば、鋼管柱の内周側面、及びＨ形鋼製梁のウェブ側面に板状鋼材が一直線状に溶接されていることで、Ｈ形鋼製梁のウェブの座屈を抑制しつつ、梁端部から鋼管柱に高軸力が伝達できる。また、鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構について、高い接合強度と、安定的な変形性能を確保できる。

本発明の実施形態に係る鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構を備えた高層耐震建物の構成を示す正面図である。 図１の高層耐震建物の概略構成を示す斜視図である。 図１の高層耐震建物の内周部柱梁構面に設置された大規模ブレースと内周チューブ架構を示す斜視図である。 図３の内周チューブ架構を示す正面図である。 鋼製柱梁架構の柱梁接合部と、梁端接合部の構成を示す正面図である（第１実施形態）。 図５の鋼製柱梁架構におけるＡ−Ａ断面図である（第１実施形態）。 図５の鋼製柱梁架構におけるＢ−Ｂ断面図である（第１実施形態）。 鋼製柱梁架構の第１変形例の構成を示す正面図である。 鋼製柱梁架構の第２変形例の構成を示す正面図である。 鋼製柱梁架構の第３変形例の構成を示す正面図である。 鋼製柱梁架構の第４変形例の構成を示す正面図である。

本発明は、鋼管柱と鋼製梁との鋼製柱梁架構において、鋼管柱の内周側面に内ダイヤフラム（第１の鋼製板材）を設けるとともに、当該内ダイヤフラムの延長線上の鋼製梁の梁端部のウェブ両側面に水平スチフナー（第２の鋼製板材）を設けた鋼製柱梁架構である。
本発明の鋼製柱梁架構では、外周面に梁端接合部が溶接された鋼管柱において、鋼管柱の内周側面に内ダイヤフラム（第１の鋼製板材）が設けられるとともに、当該内ダイヤフラムの延長線上の梁端接合部のウェブ両側面に水平スチフナー（第２の鋼製板材）が設けられた第１実施形態（図５〜図７）と、水平スチフナーが梁端接合部と、当該梁端接合部に接合された梁鉄骨の一部材端まで設けられた第１変形例（図８）と、内ダイヤフラムと水平スチフナーの其々の直交方向に、其々縦方向補強板が設けられた第２変形例（図９）と、水平スチフナーの中間部分にて、水平スチフナーの直交方向に縦方向補強板が設けられた第３変形例（図１０）と、鋼管柱を挟んで両側に鋼製梁が設けられた鋼製柱梁架構において、梁端接合部のウェブ両側面に、第１実施形態と同様の水平スチフナーが設けられた第４変形例（図１１）である。本発明の特徴は、鋼管柱の内周側面と梁端部のウェブ両側面に板状鋼材（内ダイヤフラム、水平スチフナー）を設けることで、軸力伝達用の鋼材断面積が増加されるとともに、鋼製梁の上下フランジ間のウェブ部分の座屈長さを短くし、横剛性とねじり剛性を増大させて、鋼製梁本体の横座屈を抑制できる。
以下、添付図面を参照して、本発明による鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構が採用される建物例と、鋼製柱梁架構の各実施形態について、図面に基づいて説明する。

（本発明の鋼製柱梁架構が採用された建物骨組）
図１に、発明の実施形態に係る鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構を備えた高層耐震建物の構成を示す正面図を示す。また、図２に、図１の高層耐震建物の概略構成を示す斜視図を示す。
高層耐震建物１は、図１、図２に示されるように、下部構造部１０と、上部構造部２０と、を備えており、本発明の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構は、上部構造部２０に設けられた大規模ブレース６５の下端部に位置する斜材４６と梁部材との接合部分Ｊに該当するものである。
下部構造部１０は、地盤Ｇ中に構築された基礎杭（図示無し）上に支持されている。下部構造部１０は、鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）造からなる複数本の下部柱１１と、互いに隣接する下部柱１１どうしの間に架設された下部梁１２と、を備えている。
上部構造部２０は、下部構造部１０上に支持されている。上部構造部２０は、上下方向に複数階を有している。上部構造部２０は、下部構造部１０上に設けられた下層階部２０Ｌと、下層階部２０Ｌの上方に設けられた中間階部２０Ｍと、中間階部２０Ｍの上方に設けられた上層階部２０Ｈと、第一構造切換層３０と、第二構造切換層４０と、を備えている。

上部構造部２０の下層階部２０Ｌは、鉛直方向の上下に延びる柱２１Ｌと梁２２Ｌとからなるラーメン構造である。下層階部２０Ｌの角部には、鉛直方向の上下に延びる柱２１Ｌｃが配置されている。下層階部２０Ｌを構成する各柱２１Ｌは、下部構造部１０の各下部柱１１上に支持され、各柱２１Ｌで支持する荷重が各下部柱１１に伝達されている。
上部構造部２０の中間階部２０Ｍは、鉛直方向の上下に延びる柱２１Ｍと、互いに隣接する柱２１Ｍ間に架設された梁２２Ｍと、を備えたラーメン構造である。中間階部２０Ｍにおいて、各階の角部２３Ｍには、上下方向に延びる柱２１Ｍは配置されておらず、柱２１Ｍは、角部２３Ｍから、中間階部２０Ｍの外側面に沿って水平方向にオフセットした位置に配置されている。

図２に示されるように、上部構造部２０の上層階部２０Ｈは、建物外周部１Ａに設けられた外周チューブ架構５０と、建物内周部１Ｂに設けられた内周チューブ架構６０と、を備えている。
図１、図２に示されるように、外周チューブ架構５０は、鉛直方向の上下に延びる柱５１と、互いに隣接する柱５１，５１間に架設された梁５２と、を備えている。この外周チューブ架構５０は上層階部２０Ｈの建物外周部１Ａに沿って設けられ、平面視矩形で上下方向に連続する筒状をなしている。外周チューブ架構の柱５１は、４５０ｍｍ×４５０ｍｍのロ型状の建築構造用プレス成形角形鋼管ＢＣＰ３２５で形成される。

図１の高層耐震建物に設けられた内周チューブ架構を示す斜視図を図３に示す。図３の内周チューブ架構を示す正面図を図４に示す。
図３、図４に示されるように、内周チューブ架構６０は、鉛直方向の上下に連続する柱６１と、互いに隣接する柱６１，６１間に架設された梁６２と、大規模ブレース６５と、を備えている。内周チューブ架構６０は、外周チューブ架構５０の内側に、外周チューブ架構５０とは水平方向に間隔を空けて設けられている。内周チューブ架構の柱６１は、外周チューブ架構の柱より地震荷重を多く負担させるために、外柱サイズより大口径とし、６００ｍｍ×６００ｍｍのロ型状の建築構造用プレス成形角形鋼管ＢＣＰ３２５で形成される。
大規模ブレース６５は、内周チューブ架構６０の四方の各構面に設けられている。各構面において、大規模ブレース６５は、上層階部２０Ｈの最下階から上層階部２０Ｈの上部に設定された所定階までの複数階に跨がるように連続して設けられている。大規模ブレース６５はＸ字状に交差する２本のブレース材６６，６６から構成されている。各ブレース材６６は、内周チューブ架構６０の各構面に沿って斜め方向に延び、上端部６６ａが上層階部２０Ｈの上部の所定階の柱６１と梁６２との接合部に接合され、下端部６６ｂが上層階部２０Ｈの最下階の柱６１と梁６２との接合部に接合されている。ブレース材６６は、６００ｍｍ×４５０ｍｍのロ型状の工場溶接鋼管（鋼材厚さ５５ｍｍ）であり、各階の梁との接合位置では、鋼管内外に補強用鋼板が補剛溶接されている。

上層階部２０Ｈには、大規模ブレース６５の直上階に、メガトラス層６７が設けられている。メガトラス層６７は、内周チューブ架構６０においては、上下に位置する２本の梁６２，６２と互いに隣接する２本の柱６１，６１との間に斜め方向に延びて設けられたトラスビーム６８を備えている。
また、図４に示されるように、メガトラス層６７は、内周チューブ架構６０と外周チューブ架構５０の間においては、トラス状の連結ブレース２７を備えており、内周チューブ架構６０と外周チューブ架構５０は、連結ブレース２７によって連結されている。
更に、図２に示されるように、メガトラス層６７は、外周チューブ架構５０において、トラスビーム６８と同様にトラス状に設けられた外周トラスビーム５８を備えている。
このようなメガトラス層６７が設けられることで、内周チューブ架構６０と外周チューブ架構５０は、その上部が強固に補強されている。

図３に示されるように、第一構造切換層３０は、上部構造部２０の下層階部２０Ｌと中間階部２０Ｍとの間に設けられている。第一構造切換層３０は、連結柱３１と、斜材３２と、を備えている。
連結柱３１は、中間階部２０Ｍの各柱２１Ｍと、その鉛直下方に位置する下層階部２０Ｌの各柱２１Ｌとを連結する。
斜材３２は、中間階部２０Ｍの角部２３Ｍにおいて、角部２３Ｍを挟んでその両側にオフセットして設けられた２本の柱２１Ｍｅ，２１Ｍｅと、下層階部２０Ｌの角部に位置する１本の柱２１Ｌｃとを連結する。この斜材３２は、Ｖ字状をなし、その上端部３２ａ，３２ａが中間階部２０Ｍの角部２３Ｍの両側に設けられた２本の柱２１Ｍｅ，２１Ｍｅにそれぞれ連結され、下端部３２ｂが、下層階部２０Ｌの角部に位置する１本の柱２１Ｌｃに連結されている。

第二構造切換層４０は、図３に示すように、上部構造部２０の中間階部２０Ｍと上層階部２０Ｈとの間に設けられている。第二構造切換層４０は、上層階部２０Ｈの内周チューブ架構６０と中間階部２０Ｍとを連結するため、斜材４１と、角部斜材４２と、を備えている。
斜材４１は、下方に向かって外周側に傾斜して延び、上層階部２０Ｈの内周チューブ架構６０の柱６１の下端部と、中間階部２０Ｍの外側面に位置する柱２１Ｍの上端部（外周チューブ架構から下方に連続する柱）とを連結する。角部斜材４２は、下方に向かって外周側に傾斜して延び、上層階部２０Ｈの内周チューブ架構６０の角部に設けられた柱６１ｃ及び大規模ブレース６５のブレース材６６の下端部６６ｂと、中間階部２０Ｍの角部２３Ｍの両側にオフセットして設けられた２本の柱２１Ｍｅ，２１Ｍｅの上端部とを連結する。この角部斜材４２は、逆Ｖ字状をなし、その上端部４２ａは、内周チューブ架構６０の角部の柱６１ｃ及び大規模ブレース６５の下端部６６ｂに接続されている。角部斜材４２の下端部４２ｂは、中間階部２０Ｍの角部２３Ｍの両側に設けられた２本の柱２１Ｍｅ，２１Ｍｅの上端部にそれぞれ連結されている。

また、図２に示されるように、第二構造切換層４０は、上層階部２０Ｈの外周チューブ架構５０と中間階部２０Ｍとを連結するため、連結柱４５と、斜材４６と、を備えている。連結柱４５は、鉛直上下方向に延び、外周チューブ架構５０の柱５１と、中間階部２０Ｍの柱２１Ｍとを連結する。斜材４６は、逆Ｖ字状をなし、外周チューブ架構５０の角部に設けられた柱５１ｃと、中間階部２０Ｍの角部２３Ｍの両側にオフセットして設けられた２本の柱２１Ｍｅ，２１Ｍｅとの間に設けられている。この斜材４６は、その上端部４６ａが外周チューブ架構５０の角部に設けられた柱５１ｃの下端部に接続され、下端部４６ｂが中間階部２０Ｍの角部２３Ｍの両側に設けられた２本の柱２１Ｍｅ，２１Ｍｅの上端部にそれぞれ連結されている。

このような構成の高層耐震建物１において、上層階部２０Ｈは外周チューブ架構５０と内周チューブ架構６０とからなる二重のチューブ構造をなしている。この上層階部２０Ｈでは、内周チューブ架構６０は大規模ブレース６５が併設され、建物内周部では強固に一体化されている。さらに、内周チューブ架構６０の上部にはメガトラス層６７が設けられているので、内周チューブ架構６０はさらに強固に構成されている。
そして、このような内周チューブ架構６０のメガトラス層６７と外周チューブ架構５０とは、メガトラス層６７にて、互いに連結されている。これにより、内周チューブ架構６０と外周チューブ架構５０とが、その上部において強固に連結されている。

（第１実施形態）
上記のような高層耐震建物１では、大規模ブレース６５に接続される斜材４２と、柱２１Ｍと梁２２Ｍとの柱梁接合部Ｊには、柱が負担している鉛直荷重と、梁に作用する曲げモーメントとせん断力、及びブレース材を通して下層階側に伝達される軸力が作用することになる（図４を参照）。この柱梁接合部Ｊに作用する大きな荷重を支持するために、以下に述べる鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構が形成されている。
図５に、鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構における柱梁接合部付近の構成を示す。また、図６に、図５の鋼製柱梁架構での鋼管柱とブレース材の接合断面を表わすＡ−Ａ断面図を示し、図７にＨ形鋼製梁とブレース材の接合断面を表わすＢ−Ｂ断面図を示す。
図５、図６に示されるように、中間階部２０Ｍの柱２１Ｍと梁２２Ｍに、斜材４２が接合されて、柱梁接合部Ｊが構成されている。柱２１Ｍは、矩形状のコンクリート充填鋼管柱である。
梁２２Ｍは、梁鉄骨７５を用いて構成されている。梁鉄骨７５は、Ｈ形鋼材からなり、鉛直面内に位置するウェブ７５ｗと、ウェブ７５ｗの上下にそれぞれ設けられて水平面内に位置するフランジ７５ｆと、を一体に備えている。

柱梁接合部Ｊでは、鋼管柱２１Ｍと、梁鉄骨７５を接合するための梁端接合部７０と、斜材４２の下端部４２ｂと、が一体に設けられている。
図５〜図７に示されるように、梁端接合部７０は、梁鉄骨７５と同様の断面形状を有し、ウェブ７１と、その上下に設けられたフランジ７２とを一体に有している。この梁端接合部７０は、鋼管柱２１Ｍの外周側面２１Ｍｓから直交する水平方向に所定長突出して設けられている。梁端接合部７０と、梁鉄骨７５の端部とは、継手プレート７３及びボルト７４を介して接合されている。図５に示されるように、梁（Ｈ形鋼製梁）２２Ｍは、梁鉄骨７５と、この梁鉄骨７５が接合される梁端接合部７０と、から構成されている。
斜材４２の下端部４２ｂは、梁端接合部７０よりも上方に延びる鋼管柱２１ＭＫの外周側面２１Ｍｓと、梁端接合部７０の上面との交差部から斜め上方に所定長突出するように設けられている。

図５、図６に示されるように、このような柱梁接合部Ｊにおいては、鋼管柱２１Ｍと、梁２２Ｍの梁端部２２Ｍａにおけるウェブの側面とに、板状補強材１００が溶接されている。この板状補強材１００は、鋼管柱２１Ｍの内部に設けられた板状鋼材１０１と、梁端部２２Ｍａに設けられた板状鋼材１０２と、を備える。板状鋼材１０１は水平面内に位置する板状の鋼板からなり、鋼管柱２１Ｍの内周側面に溶接されている。
板状鋼材１０２は、鋼管柱２１Ｍの外周側面２１Ｍｓから梁２２Ｍの軸方向に沿って延び、梁の長さ方向中央部に向かって所定長にわたって設けられている。板状鋼材１０２は、梁端接合部７０のウェブ７１の両側面にそれぞれ溶接されて設けられている。板状鋼材１０２は、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔに溶接された内ダイヤフラム（板状鋼材１０１）と同じ高さに設けられている。すなわち、板状鋼材１０１と板状鋼材１０２とは梁２２Ｍが延びる水平方向において、一直線状に設けられている。
板状鋼材１０１、１０２は、例えば、梁端接合部７０のウェブ７１の厚さ以上の厚さを有した鋼板からなる。
板状鋼材１０２は鋼管柱２１Ｍの外周側面２１Ｍｓから梁鉄骨７５の長さ方向中央部に向かって突出する長さＬが、所定の必要有効溶接長Ｌｅよりも長くなるように形成するのが好ましい。ここでいう必要有効溶接長Ｌｅは、梁端接合部、またはＨ形鋼製梁に対する板状鋼材の部分溶け込み溶接耐力時の溶接長さと規定する。本実施形態の建物の場合、Ｌｅ＝６００ｍｍであった。また、本建物の場合、梁端接合部のウェブ側面に溶接した板状鋼材１０２は、鋼材厚さ２２ｍｍであり、板状鋼材の幅は鋼管柱側が６５０ｍｍで、梁鉄骨側が４００ｍｍであった。
ここで、図６に示されるように、梁端部２２Ｍａを構成する梁端接合部７０のフランジ７２と、この梁端接合部７０のウェブ７１に設けられた板状鋼材１０２とは、梁２２Ｍの長さ方向中央部側に比べて、梁端部２２Ｍａ側が鋼管柱２１Ｍに近づくに従って幅寸法が漸次大きくなるように拡幅して形成されている。特に、本実施形態においては、板状鋼材１０２は、フランジ７２とほぼ同等の形状、幅を備えるように構成されている。

また、図５に示されるように、鋼管柱２１Ｍの内部には梁端接合部７０の上下のフランジ７２と同じ高さにそれぞれダイヤフラム１０３が設けられている。ダイヤフラム１０３は板状鋼材１０１と同様、板状の鋼材からなり、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔに溶接されている。よって、ダイヤフラム１０３はＨ形鋼製梁２２Ｍの上下フランジ高さ位置に設けられ、ダイヤフラム１０１は、梁端接合部７０のウェブ両側面に溶接された板状鋼材１０２の高さ位置に設けられる。ここで、柱２１Ｍは充填鋼管コンクリート造であるため、板状鋼材１０１とダイヤフラム１０３には、それぞれ鋼管柱２１Ｍの内部に充填するコンクリートの通り道となる貫通孔１０１ｈ、１０３ｈが形成されている。

ところで、上記したような梁２２Ｍは、以下のような検討に基づいて設計するのが好ましい。
まず、柱２１Ｍに接合される梁２２Ｍの端部が所定の降伏耐力に達したときの応力を最大モーメントとして、梁２２Ｍのウェブ７１の設計用曲げモーメントを算出する。
また、梁端部２２Ｍａが弾性限耐力と到達したときの応力勾配から、設計せん断力を求める。
また、ウェブ７１に作用する軸力を地震時軸力の全断面積に対するウェブ７１断面積の割合に所定の割増係数を乗じ、設計軸力を設定する。
柱梁接合部Ｊにおいて、梁２２Ｍに、上記のように求めた設計用曲げモーメント、設計せん断力、設計軸力が同時に作用した場合の、ボルト７４に作用する最大せん断力を求める。また、継手プレート７３（スプライスプレート）は、その有効断面積及び有効断面係数が、ウェブ７１の有効断面積及び有効断面係数以上となるように設定する。
このような設定によって設計された梁２２Ｍに作用する応力は、梁２２Ｍのウェブ７１から板状鋼材１０２に対して、ウェブ７１と板状鋼材１０２との溶接部を介して伝達される。

上述したように、鋼管柱２１Ｍと梁２２Ｍの接合部分に、斜材４２が接合される鋼製柱梁架構では、鋼管柱２１Ｍに直接、柱脚部に接合された斜材４２を介して、斜材４２が負担する応力が作用するために、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔ、及び梁２２Ｍの梁端部２２Ｍａのウェブ７１の両側面に、板状鋼材１０１，１０２が一直線状に溶接されている。
このような構成によれば、板状鋼材１０１，１０２を一直線状に設けることで、梁端部２２Ｍａから鋼管柱２１Ｍ側への軸力伝達力を増加できる。また、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔ、及び梁２２Ｍの梁端部２２Ｍａのウェブ７１側面に対する座屈発生強度を高めることができる。具体的には、Ｈ形鋼製梁２２Ｍの梁端部２２Ｍａと鋼管柱２１Ｍに、軸力伝達用の鋼材断面積が増加される。また、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔ、及び梁端部２２Ｍａのウェブ７１側面の中間高さ位置に板状鋼材１０１，１０２を溶接し、鋼管柱２１Ｍや鋼製梁２２Ｍの側方断面積が増加されるために、座屈長さが短くなり、梁端部２２Ｍａにおける横剛性とねじり剛性が増大され、梁２２Ｍのウェブ７１に生じる座屈を抑制できる。
また、梁２２Ｍの梁端部２２Ｍａのみの強度を高めるのではなく、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１ＭｔとＨ形鋼製梁２２Ｍの梁端部２２Ｍａのウェブ７１両側面に、板状鋼材１０１，１０２を一直線状に溶接させることで、梁端部２２Ｍａを介して鋼管柱２１Ｍの柱梁接合部に軸力をスムーズに伝達させることができる。したがって、鋼管柱２１Ｍと梁２２Ｍとの柱梁接合部Ｊに、斜材４２が接合される構成においても、各部材に作用する軸力を、鋼製柱梁接合部を介して鋼管柱２１Ｍに伝達させることができる。
このようにして、梁２２Ｍのウェブ７１の局部座屈を抑制しつつ、安定的な変形性能を確保することが可能となる。

また、ウェブ７１に設けられた板状鋼材１０２は、Ｈ形鋼製梁２２Ｍの中央部側に比べて、梁端部２２Ｍａ側が拡幅されたＨ形鋼製梁２２Ｍのフランジ７２とほぼ同幅で、かつ同形状である。このような構成によれば、Ｈ形鋼製梁２２Ｍにおいては、フランジ７２とウェブ７１側面に溶接された水平スチフナー（板状鋼材）１０２が、それぞれ梁２２Ｍ中央部に比べて梁端部２２Ｍａ側で拡幅されていることで、梁端部２２Ｍａ側にてフランジ７２が拡幅されていない、または水平スチフナーがないＨ形鋼製梁２２Ｍに比べて、軸力伝達力は高く、かつ曲げ耐力と剛性がともに増大され、優れた変形性能を有することになる。
また、板状鋼材１０１，１０２の厚さは、ウェブ７１の厚さ以上である。このような構成によれば、梁２２Ｍのウェブ７１側面に溶接される板状鋼材１０２がウェブ７１厚さ以上であるために、ウェブ７１に対して板状鋼材１０２が十分に補剛効果を発揮することができる。また、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔとウェブ７１両側面にウェブ７１厚さを上回る板状鋼材１０１，１０２が一直線上に溶接されていることで、梁端部２２Ｍａから伝達される軸力によって、鋼管柱２１Ｍの側面２１Ｍｓに面外力が加わった際にも、面外方向への鋼管柱２１Ｍの孕みだしを抑制できる。また、板状鋼材１０１，１０２による補剛効果によって、Ｈ形鋼製梁２２Ｍの局部座屈強度、及び横剛性、ねじり剛性がともに増大されるために、鋼製柱梁架構の変形性能が向上させることができる。

（実施形態の変形例）
本発明の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

（第１変形例）
図８に、鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構における柱梁接合部の第１変形例の構成を示す。
例えば、板状鋼材１０２は鋼管柱２１Ｍの外周側面２１Ｍｓから梁鉄骨７５の長さ方向中央部に向かって突出する長さＬが、所定の必要有効溶接長Ｌｅよりも大きくなるようにするのが好ましい。このため、図８に示されるように、梁端接合部７０の鋼管柱２１Ｍの外周側面２１Ｍｓからの突出寸法が必要有効溶接長Ｌｅよりも小さい場合、板状鋼材１０２は、梁端接合部７０と、この梁端接合部７０に接合される梁鉄骨７５とにわたって連続して設けるようにしてもよい。これには梁端接合部７０のウェブ７１の両側面と梁鉄骨７５の端部のウェブ７５ｗの両側面とに、板状鋼材１０２Ａ、１０２Ｂを溶接し、さらに梁端接合部７０に溶接された板状鋼材１０２Ａと、梁鉄骨７５に溶接された板状鋼材１０２Ｂとを、溶接により一体に接合する。
この第１変形例の構成によれば、第１実施形態に比べて、Ｈ形鋼製梁２２Ｍのウェブ７１両側面に溶接する板状鋼材１０２を長くし、梁端部２２Ｍａ側での座屈抑制区間を長く確保することで、大変形に至るまで鋼製柱梁架構の座屈耐力を増大できる。

（第２変形例）
鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構における柱梁接合部の第２変形例の構成を示す正面図を図９に示す。
図９に示されるように、上記したような板状補強材１００には、縦方向補強材１１０Ａ，１１０Ｂをさらに設けることもできる。例えば、鋼管柱２１Ｍにおいて、板状鋼材１０１と、その上下に設けられたダイヤフラム１０３との間に、梁２２Ｍの軸方向に直交する縦方向補強材１１０Ａを設けることができる。この縦方向補強材１１０Ａは、板状鋼材１０１と、上下のダイヤフラム１０３と、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔとに溶接するのが好ましい。縦方向補強材１１０Ｂは、板状鋼材１０２の端部に設けることができる。縦方向補強材１１０Ｂは、梁２２Ｍの軸方向に直交する面内に位置し、梁鉄骨７５のウェブ７５ｗとフランジ７５ｆとに溶接される。
この第２変形例の構成によれば、上述の各実施形態に比べて、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔの内ダイヤフラム１０１、Ｈ形鋼製梁２２Ｍのウェブ７１両側面の水平スチフナー１０２に対して、其々縦方向補強材１１０Ａ、１１０Ｂが設けられ、各々が溶接されて一体化されていることで、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔ、及びＨ形鋼製梁２２Ｍのウェブ７１側面に対する面外変形、及び座屈変形を抑制できる。よって、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔ、またはＨ形鋼製梁２２Ｍのウェブ７１側面に対する座屈強度を高めることができる。

（第３変形例）
鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構における柱梁接合部の第３変形例の構成を示す正面図を図１０に示す。
図１０に示されるように、板状鋼材１０２の端部だけでなく、板状鋼材１０２の中間部に、縦方向補強材１１０Ｃを設けることもできる。この場合、縦方向補強材１１０Ｃは、梁２２Ｍの軸方向に直交する面内に位置し、梁端接合部７０のウェブ７１と、その上下のフランジ７２とに溶接される。
この第３変形例の構成によれば、上述の各実施形態に比べて、Ｈ形鋼製梁２２Ｍのウェブ７１両側面の水平スチフナー１０２に対して、２枚（複数）の縦方向補強材１１０Ｂ、１１０Ｃが溶接され、上下フランジ７２、７５ｆと縦方向補強材１１０Ｂ、１１０Ｃにより複数の矩形状の補強鋼材がウェブ７１側面に設けることで、Ｈ形鋼製梁２２Ｍの軸力伝達力、曲げ強度、せん断強度、及び変形性能ともに、高めることができる。

（第４変形例）
鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構における柱梁接合部の第４変形例の構成を示す正面図を図１１に示す。
図１１に示されるように、１本の鋼管柱２１Ｍに対し、鋼管柱２１Ｍを挟んでその両側に梁２２Ｍ１，２２Ｍ２が設けられる場合、梁２２Ｍ１，２２Ｍ２のそれぞれの端部に、上記実施形態と同様の板状鋼材１０２を設けることができる。
このような構成において、複数本のうちの１本の梁、例えば梁（Ｈ形鋼製梁）２２Ｍ１が負担する曲げモーメントやせん断力は、鋼管柱２１Ｍだけでなく、他方の梁（Ｈ形鋼製梁）２２Ｍ２にも伝達される。これによって、１本の梁２２Ｍ１に加わる曲げモーメントやせん断力を、鋼管柱２１Ｍ及び他の梁２２Ｍ２を含めた柱梁接合部Ｊの全体で負担することができる。また、鋼管柱２１Ｍを挟んだ両側にＨ形鋼製梁２２Ｍ１，２２Ｍ２が設けられた鋼製柱梁架構において、鋼管柱２１Ｍの内周側面２１Ｍｔ、及び両側のＨ形鋼製梁２２Ｍ１，２２Ｍ２に其々水平スチフナー１０１、１０２が設けられ、かつ鋼管柱２１Ｍの両側にＨ形鋼製梁２２Ｍ１，２２Ｍ２が溶接されていることで、上述の各実施形態を上回るように、鋼製柱梁架構の座屈耐力と変形性能を高めることができる。

なお、上記実施形態は、斜材が接合される鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構を対象とした梁端部、及び柱梁接合部での補剛構造に関する発明であるが、斜材を伴わない鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構に対する補剛構造であっても良い。
鋼製柱梁架構の各実施形態では、Ｈ形鋼製梁のウェブ両側面に溶接する板状鋼材は、拡幅されたＨ形鋼製梁の梁端フランジ幅とほぼ同幅で、かつ同形状であったが、フランジ幅が拡幅させていないＨ形鋼製梁のウェブ両側面に板状鋼材が溶接されていても良い。
また、鋼製柱梁架構の第２変形例では、鋼管柱とＨ形鋼製梁の其々に縦方向補強材が設けられたが、鋼管柱、またはＨ形鋼製梁の一方のみに縦方向補強材が設けられても良い。或いは、鋼製柱梁架構の第４変形例では、鋼管柱とＨ形鋼製梁に縦方向補強材が設けられなかったが、第２変形例、または第３変形例のように縦方向補強材が設けられても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

２１Ｍ 鋼管柱 ７１，７５ｗ ウェブ
２１Ｍｔ 内周側面 ７２，７５ｆ フランジ
２２Ｍ 梁（Ｈ形鋼製梁） １０１ 板状鋼材
２２Ｍａ 梁端部 １０２、１０２Ａ、１０２Ｂ 板状鋼材

Claims (2)

1. 鋼管柱とＨ形鋼製梁が接合された鋼製柱梁架構であって、
   前記鋼管柱の外側側面と、前記Ｈ形鋼製梁の上側のフランジとの交差部から斜め上方に延伸するように設けられるとともに、下端部が、前記鋼管柱の外側側面と、前記Ｈ形鋼製梁の上側の前記フランジの上面とに亘って接合された斜材を備え、
   前記鋼管柱の内周側面、及び、前記Ｈ形鋼製梁の梁端部のウェブの両側面に、板状鋼材が前記梁端部のウェブの正面視において一直線状に、かつ前記ウェブの中間高さ位置に溶接されており、
   前記ウェブに設けられた前記板状鋼材は、前記Ｈ形鋼製梁のフランジと同幅で、かつ同形状であり、前記Ｈ形鋼製梁の中央部側に比べて、前記梁端部側では拡幅されて形成されていることを特徴とする鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構。
2. 前記板状鋼材の厚さは、前記ウェブの厚さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱とＨ形鋼製梁との鋼製柱梁架構。
   

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