JP7314464B2 - 鉄骨柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄骨柱梁接合構造に関する。

梁端部が鉄骨柱に接合される鉄骨梁において、梁端部よりも曲げ耐力が小さい塑性化部（塑性化領域）を鉄骨柱から離れた位置に設ける鉄骨柱梁接合構造が知られている（例えば、特許文献１～４参照）。

特許文献１～４に開示された鉄骨柱梁接合構造では、地震時に、鉄骨梁の梁端部ではなく、鉄骨柱から離れた位置に設けられた塑性化部に塑性ヒンジを発生させることで、鉄骨梁の変形性能を高めている。

特開平１０－２２００６１号公報 特開２０００－３０９９８０号公報 特開２０１１－０５２４６２号公報 特開２０１７－２１４７１７号公報

しかしながら、特許文献１～４に開示された鉄骨柱梁接合構造では、地震時に、鉄骨梁の梁端部に塑性ヒンジが発生しないように、梁端部にハンチや補強板等の補強部材を溶接して曲げ耐力を確保するため、施工に手間がかかる。

本発明は、上記の事実を考慮し、鉄骨梁の梁端部の施工性を向上することを目的とする。

第１態様に係る鉄骨柱梁接合構造は、鉄骨柱と、前記鉄骨柱に梁端部が接合されるとともに、前記鉄骨柱から離れた位置に前記梁端部よりも曲げ耐力が小さい塑性化部が設けられた鉄骨梁と、前記鉄骨柱と前記塑性化部との間に設けられ、前記鉄骨柱から張り出すダイアフラム及び前記梁端部のフランジ部に重ねられた状態でそれぞれボルト接合されるスプライスプレートと、を備える。

第１態様に係る鉄骨柱梁接合構造によれば、鉄骨梁の梁端部は、鉄骨柱に接合される。また、鉄骨梁には、鉄骨柱から離れた位置に、梁端部よりも曲げ耐力が小さい塑性化部が設けられる。これにより、地震時に、梁端部ではなく、塑性化部に塑性ヒンジが発生し易くなる。

また、鉄骨柱と塑性化部との間には、スプライスプレートが設けられる。このスプライスプレートは、鉄骨柱から張り出すダイアフラム及び鉄骨梁の梁端部のフランジ部に重ねられた状態でそれぞれボルト接合される。このスプライスプレートによって、鉄骨梁の梁端部の曲げ耐力が確保される。したがって、地震時に、梁端部でなく、塑性化部に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。

さらに、スプライスプレートは、前述したように、鉄骨柱から張り出すダイアフラム及び鉄骨梁のフランジ部にそれぞれボルト接合される。したがって、本発明では、鉄骨柱のダイアフラム及び鉄骨梁のフランジ部にスプライスプレートをそれぞれ溶接する場合と比較して、鉄骨梁の梁端部の施工性が向上する。

このように本発明では、鉄骨梁の梁端部の施工性を向上することができる。

第２態様に係る鉄骨柱梁接合構造は、第１態様に係る鉄骨柱梁接合構造において、前記塑性化部の梁成は、前記梁端部の梁成よりも低い。

第２態様に係る鉄骨柱梁接合構造によれば、鉄骨梁の塑性化部の梁成は、鉄骨梁の梁端部の梁成よりも低い。これにより、塑性化部の曲げ耐力を、梁端部の曲げ耐力よりも容易に小さくすることができる。

第３態様に係る鉄骨柱梁接合構造は、第１態様又は第２態様に係る鉄骨柱梁接合構造において、前記スプライスプレートは、前記塑性化部側から前記鉄骨柱側へ向かうに従って幅が広くなる拡幅部を有する。

第３態様に係る鉄骨柱梁接合構造によれば、スプライスプレートは、塑性化部側から鉄骨柱側へ向かうに従って幅が広くなる拡幅部を有する。これにより、地震時には、鉄骨梁の梁端部からスプライスプレートの拡幅部を介して鉄骨柱に曲げモーメントが効率的に伝達される。つまり、スプライスプレートに拡幅部を設けることにより、鉄骨梁の梁端部の曲げ応力を効率的に伝達することができる。したがって、地震時に、梁端部でなく、塑性化部に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。

以上説明したように、本発明に係る鉄骨柱梁接合構造によれば、鉄骨梁の梁端部の施工性を向上することができる。

一実施形態に係る鉄骨柱梁接合構造が適用された鉄骨柱及び鉄骨梁を示す立面図である。 図１に示される鉄骨柱及び鉄骨梁を示す平面図である。 図１に示される鉄骨梁の曲げ耐力と、地震時に鉄骨梁に作用する曲げモーメントとを示すグラフである。 一実施形態に係る鉄骨柱梁接合構造の変形例が適用された鉄骨柱及び鉄骨梁を示す立面図である。 一実施形態に係る鉄骨柱梁接合構造の変形例が適用された鉄骨柱及び鉄骨梁を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態について説明する。図１及び図２には、本実施形態に係る鉄骨柱梁接合構造が適用された鉄骨柱１０及び鉄骨梁２０が示されている。

（鉄骨柱）
図１に示されるように、鉄骨柱１０は、角形鋼管によって形成されている。この鉄骨柱１０の柱梁仕口部１０Ｓには、一対の上側ダイアフラム１２及び下側ダイアフラム１４が設けられている。なお、上側ダイアフラム１２及び下側ダイアフラム１４は、ダイアフラムの一例である。

一対の上側ダイアフラム１２及び下側ダイアフラム１４は、通しダイアフラム又は外ダイアフラムとされており、鉄骨柱１０から外側へ張り出している。また、上側ダイアフラム１２と下側ダイアフラム１４とは、鉄骨柱１０の材軸方向に互いに対向して配置されている。

鉄骨柱１０から外側へ張り出す上側ダイアフラム１２と下側ダイアフラム１４との間には、ガセットプレート１６が設けられている。ガセットプレート１６は、上側ダイアフラム１２及び下側ダイアフラム１４に溶接等によってそれぞれ接合されるとともに、鉄骨柱１０の側面に溶接等によって接合されている。

（鉄骨梁）
鉄骨梁２０は、ドロップハンチ梁とされている。具体的には、鉄骨梁２０の材軸方向両側の梁端部３０の梁成Ｈ１が、当該鉄骨梁２０の材軸方向の梁中間部４０の梁成Ｈ２よりも高くされている。

鉄骨梁２０の梁端部３０は、Ｈ形鋼によって形成されている。この梁端部３０は、一対の上側フランジ部３２及び下側フランジ部３４と、一対の上側フランジ部３２と下側フランジ部３４とを接続するウェブ部３６とを有している。この梁端部３０には、梁中間部４０が接合されている。

なお、上側フランジ部３２及び下側フランジ部３４は、フランジ部の一例である。

鉄骨梁２０の梁中間部４０は、Ｈ形鋼によって形成されている。この梁中間部４０は、一対の上側フランジ部４２及び下側フランジ部４４と、一対の上側フランジ部４２と下側フランジ部４４とを接続するウェブ部４６とを有している。また、梁中間部４０のウェブ部４６の高さは、梁端部３０のウェブ部３６の高さよりも低くされている。これにより、梁中間部４０の梁成Ｈ２が、梁端部３０の梁成Ｈ１よりも低くされている。

梁端部３０と梁中間部４０とは、各々の上側フランジ部３２，４２が連続するように配置されている。この梁端部３０と梁中間部４０とは、リブプレート５０を介して溶接されている。また、梁端部３０のウェブ部３６には、梁中間部４０の下側フランジ部４４と連続する補強リブ５２が設けられている。この補強リブ５２によって、梁端部３０と梁中間部４０との接合部が補強されている。なお、梁端部３０と梁中間部４０との接合部の補強構造は、適宜変更可能である。

ここで、前述したように、梁中間部４０の梁成Ｈ２は、梁端部３０の梁成Ｈ１よりも低くされている。これにより、梁中間部４０の曲げ耐力が、梁端部３０よりも小さくなっている。また、鉄骨梁２０の梁端部３０と梁中間部４０との間には、段差部５４が形成されている。

段差部５４は、鉄骨梁２０の下面側に形成されている。この段差部５４において、鉄骨梁２０の断面積が急激に小さくなっている。これにより、地震時に、段差部５４よりも梁中間部４０側の所定領域が、梁端部３０よりも先に塑性化（塑性変形）し易くなっている。以下、この所定領域を、塑性化部６０という。

ここで、塑性化部６０について補足すると、図３には、鉄骨梁２０の曲げ耐力Ｔと、地震時に鉄骨梁２０に作用する曲げモーメントＭとが示されている。

図３に示されるように、本実施形態では、梁端部３０と梁中間部４０との間の段差部５４において、鉄骨梁２０の曲げ耐力Ｔが急激に小さくなっている。これにより、段差部５４よりも梁中間部４０側の所定領域において、地震時に鉄骨梁２０に作用する曲げモーメントＭが、鉄骨梁２０の曲げ耐力Ｔを超えている。この所定領域が、地震時に、梁端部３０よりも先に塑性化し易い塑性化部６０となる。

このように鉄骨梁２０の塑性化部６０は、鉄骨梁２０の曲げ耐力Ｔ、及び地震時に鉄骨梁２０に作用する曲げモーメントＭを調整することにより、鉄骨柱１０から離れた位置に設けられる。

（鉄骨柱梁接合構造）
鉄骨梁２０の梁端部３０は、鉄骨柱１０の柱梁仕口部１０Ｓに接合されている。具体的には、鉄骨梁２０の梁端部３０のウェブ部３６は、鉄骨柱１０のガセットプレート１６と連続するように配置されている。このウェブ部３６及びガセットプレート１６には、接合プレート７０が重ねられた状態でボルト７２及び図示しないナットによって接合（ボルト接合）されている。

また、梁端部３０の上側フランジ部３２は、上側ダイアフラム１２と連続するように配置されるとともに、梁端部３０の下側フランジ部３４は、下側ダイアフラム１４と連続するように配置されている。

上側フランジ部３２及び上側ダイアフラム１２の上面には、上側拡幅スプライスプレート８０が重ねられている。また、上側フランジ部３２及び上側ダイアフラム１２の下面には、スプライスプレート８４が重ねられている。この上側拡幅スプライスプレート８０とスプライスプレート８４との間で、上側フランジ部３２及び上側ダイアフラム１２が挟み込まれている。

この状態で、上側拡幅スプライスプレート８０、上側フランジ部３２、及びスプライスプレート８４が、ボルト８６及びナット８８によって接合されている。また、上側拡幅スプライスプレート８０、上側ダイアフラム１２、及びスプライスプレート８４が、ボルト８６及びナット８８によって接合されている。

なお、スプライスプレート８４は、梁端部３０のウェブ部３６を挟んだ両側にそれぞれ配置されている。

下側フランジ部３４及び下側ダイアフラム１４の下面には、下側拡幅スプライスプレート８２が重ねられている。また、下側フランジ部３４及び下側ダイアフラム１４の上面には、スプライスプレート８５が重ねられている。この下側拡幅スプライスプレート８２とスプライスプレート８５との間で、下側フランジ部３４及び下側ダイアフラム１４が挟み込まれている。

この状態で、下側拡幅スプライスプレート８２、下側フランジ部３４、及びスプライスプレート８５が、ボルト８６及びナット８８によって接合されている。また、下側拡幅スプライスプレート８２、下側ダイアフラム１４、及びスプライスプレート８５が、ボルト８６及びナット８８によって接合されている。

なお、スプライスプレート８５は、梁端部３０のウェブ部３６を挟んだ両側にそれぞれ配置されている。また、上側拡幅スプライスプレート８０及び下側拡幅スプライスプレート８２は、スプライスプレートの一例である。また、上側拡幅スプライスプレート８０及び下側拡幅スプライスプレート８２は、同様の構成とされている。したがって、以下では、上側拡幅スプライスプレート８０の構成について説明し、下側拡幅スプライスプレート８２の説明は省略する。

図２に示されるように、上側拡幅スプライスプレート８０は、鋼板等によって形成されており、平面視にて、鉄骨梁２０の塑性化部６０と鉄骨柱１０との間に配置されている。この上側拡幅スプライスプレート８０は、拡幅部８０Ａ及び一般部８０Ｂを有している。

拡幅部８０Ａは、上側フランジ部３２の上面に重ねられている。また、拡幅部８０Ａは、ボルト８６及びナット８８によって、上側フランジ部３２及びスプライスプレート８４と接合されている。この拡幅部８０Ａは、塑性化部６０（図１参照）側の幅Ｗ２よりも鉄骨柱１０側の幅Ｗ１が広い台形状に形成されている。つまり、拡幅部８０Ａの幅は、塑性化部６０側から鉄骨柱１０側へ向かうに従って広くなっている。なお、拡幅部８０Ａの塑性化部６０側の幅Ｗ２は、上側フランジ部３２の幅以上とされている。

拡幅部８０Ａの鉄骨柱１０側には、一般部８０Ｂが設けられている。一般部（定幅部）８０Ｂは、幅が一定とされている。また、一般部８０Ｂは、鉄骨柱１０から張り出す上側ダイアフラム１２の上面に重ねられている。この一般部８０Ｂは、ボルト８６及びナット８８によって、上側ダイアフラム１２及びスプライスプレート８４と接合されている。

ここで、上側拡幅スプライスプレート８０は、鉄骨柱１０と梁端部３０との接合部に生じる応力に対して、必要なボルト本数が配置できる程度の大きさ（幅）を有する必要がある。そこで、本実施形態では、拡幅部８０Ａによって、上側拡幅スプライスプレート８０（一般部８０Ｂ）の幅を確保している。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る鉄骨柱梁接合構造によれば、鉄骨梁２０の梁端部３０は、鉄骨柱１０に接合されている。また、鉄骨梁２０には、鉄骨柱１０から離れた位置に、梁端部３０よりも曲げ耐力が小さい塑性化部６０が設けられている。これにより、地震時に、梁端部３０ではなく、塑性化部６０に塑性ヒンジが発生し易くなる。したがって、鉄骨梁２０の変形性能を高めることができる。

また、鉄骨柱１０と塑性化部６０との間には、上側拡幅スプライスプレート８０が設けられている。この上側拡幅スプライスプレート８０は、鉄骨柱１０から張り出す上側ダイアフラム１２及び梁端部３０の上側フランジ部３２に重ねられた状態で、それぞれボルト接合される。この上側拡幅スプライスプレート８０によって、梁端部３０の曲げ耐力が確保される。したがって、地震時に、梁端部３０でなく、塑性化部６０に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。

さらに、上側拡幅スプライスプレート８０は、前述したように、鉄骨柱１０の上側ダイアフラム１２及び梁端部３０の上側フランジ部３２にそれぞれボルト接合される。したがって、本実施形態では、上側ダイアフラム１２及び上側フランジ部３２に上側拡幅スプライスプレート８０をそれぞれ溶接する場合と比較して、梁端部３０の施工性が向上する。

このように本実施形態では、鉄骨梁２０の変形性能を高めつつ、鉄骨梁２０の梁端部３０の施工性を向上することができる。

また、図２に示されるように、上側拡幅スプライスプレート８０は、塑性化部６０側から鉄骨柱１０側へ向かうに従って幅が広くなる拡幅部８０Ａを有している。これにより、地震時には、梁端部３０から上側拡幅スプライスプレート８０の拡幅部８０Ａを介して鉄骨柱１０に曲げモーメントが効率的に伝達される。つまり、上側拡幅スプライスプレート８０に拡幅部８０Ａを設けることにより、梁端部３０の曲げ応力を効率的に伝達することができる。したがって、地震時に、梁端部３０でなく、塑性化部６０（図１参照）に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。

さらに、鉄骨梁２０の梁中間部４０の梁成Ｈ２は、梁端部３０の梁成Ｈ１よりも低くされている。これにより、梁中間部４０の塑性化部６０の曲げ耐力を、梁端部３０の曲げ耐力よりも容易に小さくすることができる。したがって、梁端部３０の施工性がさらに向上する。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、鉄骨梁２０の梁中間部４０の梁成Ｈ２を梁端部３０の梁成Ｈ１よりも低くすることで、梁中間部４０に塑性化部６０を設けたが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、図４に示される変形例のように、鉄骨梁９０の梁中間部９０Ｍのウェブ部９２に貫通孔９４を形成することにより、梁中間部９０Ｍに塑性化部９６を設けても良い。

具体的には、鉄骨梁９０では、梁端部９０Ｅの梁成Ｈと梁中間部９０Ｍの梁成Ｈとが同じとされている。つまり、鉄骨梁９０の梁成Ｈは、一定とされている。この梁中間部９０Ｍのウェブ部９２に形成された貫通孔９４によって、梁中間部９０Ｍの曲げ耐力が梁端部９０Ｅの曲げ耐力よりも小さくされている。つまり、貫通孔９４が形成された鉄骨梁９０の所定領域（断面欠損領域）が、塑性化部９６とされている。

また、図５に示される変形例では、梁成が一定の鉄骨梁１００において、梁中間部１００Ｍの上側フランジ部１０２に複数の貫通孔１０４が形成されている。これらの貫通孔１０４によって、梁中間部１００Ｍの曲げ耐力が梁端部１００Ｅの曲げ耐力よりも小さくされている。つまり、貫通孔１０４が形成された鉄骨梁１００の所定領域（断面欠損領域）が、塑性化部１０６とされている。なお、図示を省略するが、梁中間部１００Ｍの下側フランジ部にも貫通孔を形成しても良い。

また、上記実施形態では、鉄骨柱１０と鉄骨梁２０とが、上側拡幅スプライスプレート８０及び下側拡幅スプライスプレート８２を介して接合されるが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、鉄骨柱１０と梁端部３０との接合部に生じる応力に対して、必要なボルト本数を配置できる程度の幅がスプライスプレートに確保されていれば、上側拡幅スプライスプレート８０及び下側拡幅スプライスプレート８２の少なくとも一方を、幅が一定のスプライスプレートに置換しても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 鉄骨柱
１２ 上側ダイアフラム（ダイアフラム）
１４ 下側ダイアフラム（ダイアフラム）
２０ 鉄骨梁
３０ 梁端部
３２ 上側フランジ部（フランジ部）
３４ 下側フランジ部（フランジ部）
６０ 塑性化部
８０ 上側拡幅スプライスプレート（スプライスプレート）
８０Ａ 拡幅部
８２ 下側拡幅スプライスプレート（スプライスプレート）
８４ スプライスプレート（スプライスプレート）
９０ 鉄骨梁
９０Ｅ 梁端部
９６ 塑性化部
１００ 鉄骨梁
１００Ｅ 梁端部
１０２ 上側フランジ部（フランジ部）
１０６ 塑性化部
Ｈ１ 梁成（梁端部の梁成）
Ｈ２ 梁成（塑性化部の梁成）
Ｗ１ 幅（拡幅部の幅）
Ｗ２ 幅（拡幅部の幅）

Claims (1)

1. 鉄骨柱と、
   前記鉄骨柱に梁端部が接合されるとともに、前記鉄骨柱から離れた位置に前記梁端部よりも曲げ耐力が小さい塑性化部が設けられた鉄骨梁と、
   前記鉄骨柱と前記塑性化部との間に設けられ、前記鉄骨柱から張り出す平面視にて矩形状のダイアフラム及び前記梁端部のフランジ部に重ねられた状態でそれぞれボルト接合されるスプライスプレートと、
   を備え、
   前記スプライスプレートは、
   前記塑性化部側から前記鉄骨柱側へ向かうに従って幅が広くなる拡幅部と、
   前記拡幅部の前記鉄骨柱側に設けられ、前記ダイアフラムにボルト接合される幅が一定の一般部と、
   を有し、
   前記塑性化部は、前記梁端部の梁成よりも低くされるとともに、前記梁端部に溶接される、
   鉄骨柱梁接合構造。