JPH10317490A - 鉄骨梁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震時に鉄骨梁の柱との接合部以外の部分を
先行して塑性変形させることによって、構造物の安全性
を高めるような鉄骨梁を提供することをその目的とす
る。 【解決手段】 構造物の架構の一部を構成する梁が、架
構を構成する柱に固定された鉄骨からなるブラケット１
４と、ブラケット１４間に架設された鉄骨部材１６から
構成され、ブラケット１４と鉄骨部材１６とはスプライ
スプレート１５，１５，…を介して連結され、スプライ
スプレート１５，１５，…は、鉄骨部材１６およびブラ
ケット１４の双方に比較して降伏応力の低い鋼材によっ
て形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の架構の一
部を構成する鉄骨梁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、鉄骨構造物における梁
は、それぞれ柱に対して接合された一対のブラケット
と、これらブラケット間に架設された鉄骨の梁材とから
構成されるのが一般的である。

【０００３】このような鉄骨梁の構造の代表的な例を示
す図が図５である。図５は、一般の中低層鉄骨ラーメン
構造物における柱梁接合部の構造を例として挙げたもの
であり、図中、符号１は柱を示し、２は鉄骨梁を示す。
鉄骨梁２は、柱１に溶接されたブラケット４と、ブラケ
ット４にスプライスプレート５，５，…を介して連結さ
れたＨ型鋼からなる鉄骨部材６とから構成されている。

【０００４】スプライスプレート５，５，…と、ブラケ
ット４および鉄骨部材６のフランジ４ａおよび６ａと
は、それぞれ高力ボルト８，８，…およびナット９，
９，…によって締結されることにより摩擦接合されてい
る。また、ブラケット４と柱１とは、溶接部１０におい
て、溶接されることにより接合されている。さらに、柱
１における溶接部１０の内側にはダイヤフラム１１，１
１が配設される。

【０００５】図５に示したような柱１と鉄骨梁２との接
合部を形成するにあたっては、工場溶接接合形式が用い
られる。すなわち、柱１とブラケット４とを、あらかじ
め工場において溶接接合しておき、その後、これら柱１
とブラケット４とを工事現場に搬入し、ブラケット４と
鉄骨部材６とを工事現場において接合することにより、
図１に示したような構造が完成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５に示したような鉄
骨梁２において、スプライスプレート５，５，…に用い
られる鋼材としては、ブラケット４および鉄骨部材６に
用いられる鋼材と同等の強度を有するものが使用され、
また、スプライスプレート５，５，…の板厚は、ブラケ
ット４および鉄骨部材６のフランジ４ａおよび６ａと同
等以上とされるのが通常である。したがって、この場合
には、鉄骨梁２の強度分布は図６のグラフに示すように
なる。図６中、横軸は、鉄骨梁２の各断面における柱１
からの距離Ｌを示し、縦軸は、鉄骨梁２の各断面におけ
る強度Ｔを表す。また、図中、符号Ｓによって示す位置
は、ブラケット４と鉄骨部材６との継手位置である。

【０００７】一方で、地震時に鉄骨梁２に作用する曲げ
モーメントの分布は、例えば、図７に示すようになる。
図７において、横軸は、鉄骨梁２の各断面における柱１
からの距離Ｌを示し、縦軸は、鉄骨梁２の各断面におい
て地震時に作用する曲げモーメントＭの強度を示す。図
中に示すように、鉄骨梁２の各断面における曲げモーメ
ントＭの値は、柱１からの距離が接近していくに従って
直線的に増加していき、柱１からの距離が０である部
分、すなわちブラケット４と柱１との溶接部１０におい
て最大となる。

【０００８】鉄骨梁２の強度は、図６に示すように、そ
の材軸方向にほぼ一様であるが、その一方で、地震時に
は、図７に示すように溶接部１０に最も大きな応力が作
用するため、地震時においては、溶接部１０の近傍が最
初に変形し、なおかつ、最も危険な断面となる。しかし
ながら、溶接部１０の近傍は、断面が急変すること、お
よび溶接施工が施されていることなどにより、材料の選
定や設計、施工段階での詳細な検討が要求され、これら
の検討に不十分な点があった場合には、脆性破壊の危険
性が懸念される部分である。したがって、地震時におい
て、溶接部１０の近傍が最も危険断面となることを避け
るような技術が求められていた。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、地震時に、柱との接合部以外の部分を先行して塑
性変形させることによって、構造物の安全性を高めるよ
うな鉄骨梁を提供することをその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわ
ち、請求項１記載の鉄骨梁は、構造物の架構の一部を構
成する梁が、該架構を構成する柱に固定された鉄骨から
なるブラケットと、該ブラケット間に架設された鉄骨部
材から構成され、前記ブラケットと前記鉄骨部材とはス
プライスプレートを介して連結され、該スプライスプレ
ートは、前記鉄骨部材および前記ブラケットの双方に比
較して降伏応力の低い鋼材によって形成されていること
を特徴とする。

【００１１】この鉄骨梁においては、地震時に曲げモー
メントが作用した場合に、ブラケットと鉄骨部材とを連
結するスプライスプレートが鉄骨梁の他の部分よりも先
行して塑性変形する。

【００１２】請求項２記載の鉄骨梁は、請求項１記載の
鉄骨梁であって、前記ブラケットおよび前記鉄骨部材
は、ともにその上下にフランジを有したＨ型鋼からな
り、前記スプライスプレートは、前記ブラケットおよび
前記鉄骨部材のフランジに沿って配置されていることを
特徴とする。

【００１３】この鉄骨梁は、上記のような構成とされる
ため、どのような構造物においても容易に適用すること
ができる。

【００１４】請求項３記載の鉄骨梁は、請求項１または
２記載の鉄骨梁であって、前記スプライスプレートを構
成する鋼材における降伏応力の引張強度に対する比が、
前記ブラケットおよび前記鉄骨部材のそれぞれを構成す
る鋼材における降伏応力の引張強度に対する比に比較し
て小さいことを特徴とする。

【００１５】この鉄骨梁においては、スプライスプレー
トが上記のような鋼材により形成されるため、安定した
塑性変形能力を発揮することができる。

【００１６】請求項４記載の鉄骨梁は、請求項２または
３記載の鉄骨梁であって、少なくとも一対の前記スプラ
イスプレートが、前記ブラケットおよび前記鉄骨部材の
フランジに対し、上側および下側から接するように配置
されるとともに、これらスプライスプレートは、座屈防
止用のボルトによって相互に連結されていることを特徴
とする。

【００１７】地震時には、この鉄骨梁のスプライスプレ
ートに対しては、引張力および圧縮力が交互に作用する
ことが想定されるが、上記構成を採用することにより、
圧縮力が作用する場合のスプライスプレートの座屈が防
がれることになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態
である鉄骨梁１２の一部を拡大して示した図である。こ
の鉄骨梁１２は、基本的には図４に示した従来の鉄骨梁
２と同様の構成とされており、図示しない柱に溶接され
たブラケット１４と、このブラケット１４と図示しない
もう一つのブラケットとの間に架設された鉄骨部材１６
とを備えて構成されている。また、これらブラケット１
４および鉄骨部材１６のフランジ１４ａおよび１６ａに
沿って、スプライスプレート１５，１５，…が配置さ
れ、これらスプライスプレート１５，１５，…は、フラ
ンジ１４ａおよび１６ａに対して高力ボルト１８および
ナット１９により締結されて、ブラケット１４と鉄骨部
材１６とを摩擦接合する役割を果たしている。

【００１９】本発明の鉄骨梁１２が、図４に示した従来
の鉄骨梁４と異なる点は、スプライスプレート１５，１
５，…に用いられる鋼材が、ブラケット１４および鉄骨
部材１６に比較して、その降伏応力が小さく、なおか
つ、降伏応力の引張強度に対する比（降伏比）が小さい
ものである点、および、同一のフランジ１４ａおよび１
６ａに対して上下から配置されたスプライスプレート１
５，１５同士が、座屈防止用ボルト２０により相互に連
結されている点である。

【００２０】具体的には、ブラケット１４および鉄骨部
材１６に用いられる鋼材として、降伏応力が２４〜３３
ｋｇｆ／ｍｍ2程度のものが用いられるのに対し、スプ
ライスプレート１５，１５，…に用いられる鋼材として
は、例えば、降伏応力が１０〜１５ｋｇｆ／ｍｍ2程度
のものが用いられる。また、ブラケット１４および鉄骨
部材１６に用いられる鋼材としては、降伏応力の引張強
度に対する比（降伏比）が６０〜７０％程度のものが用
いられるのに対し、スプライスプレート１５，１５，…
に用いられる鋼材としては、例えば、降伏比が５０〜６
０％程度のものが用いられる。

【００２１】したがって、鉄骨梁１２の強度分布は図２
のグラフに示すようになる。図２中において、横軸は、
鉄骨梁１２の各断面における柱からの距離Ｌを表し、縦
軸は、鉄骨梁１２の各断面における強度Ｔを表す。ま
た、図中、符号Ｓｐによって示す位置は、ブラケット１
４と鉄骨部材１６との継手位置である。

【００２２】このグラフに示されるように、本実施の形
態の鉄骨梁１２においては、継手位置Ｓｐにおいて、そ
の強度が他の部分と比較して低下しており、これによ
り、地震により、鉄骨梁１２に曲げモーメントが作用し
た際には、継手位置Ｓｐにおいて配置されたスプライス
プレート１５，１５，…が先行して塑性化するようにな
っている。

【００２３】また、図３は、鉄骨梁１２を上方から見た
場合の状況を示した図である。図中に示すように、スプ
ライスプレート１５には、座屈防止用ボルト２０を挿通
するための孔２１が設けられている。

【００２４】以上が、本実施の形態における鉄骨梁１２
の主要な構成であるが、次に、鉄骨梁１２に係る作用に
ついて説明する。

【００２５】図４（ａ）は、スプライスプレート１５に
対して使用された鋼材に交番力が作用した場合における
応力および歪みの履歴特性を模式的に示したグラフであ
る。図中縦軸は、当該鋼材に生じる応力σを、横軸はひ
ずみεを表す。また、図４（ｂ）には、比較のため、図
５に示した従来のスプライスプレート５に対して使用さ
れた鋼材における応力σと歪みεの履歴特性を同様に示
している。

【００２６】図中に示すように、スプライスプレート１
５に使用された鋼材においては、従来のスプライスプレ
ート５に使用された鋼材に比較して、地震時には、早期
に降伏点に達して塑性化するとともに、塑性化の進行に
ともないその強度が上昇して徐々に塑性化領域が広がる
こととなり、これにより安定した塑性変形能力を示すよ
うになる。

【００２７】したがって、地震時に鉄骨梁１２に曲げモ
ーメントが作用した場合には、スプライスプレート１
５，１５，…の部分が先行して塑性化し、その後に安定
した塑性変形能力を発揮することにより、鉄骨梁１２の
他の部分、特にブラケット１４と図示しない柱との溶接
部における応力の発生を減少させる。また、このとき、
同一のフランジ１４ａおよび１６ａに上下側から接する
ように配置されたスプライスプレート１５，１５同士が
座屈防止用ボルト２０によって互いに連結されているた
め、これらスプライスプレート１５，１５が鉄骨梁１２
の軸方向以外に変形することが規制され、したがって、
スプライスプレート１５に圧縮力が作用する場合にも、
スプライスプレート１５がブラケット１４と鉄骨部材１
６との間で座屈することが防がれる。

【００２８】このように上述の鉄骨梁１２においては、
スプライスプレート１５，１５，…が、鉄骨梁１２の他
の部分に比較して降伏応力の低い鋼材により形成されて
いるため、地震時には、スプライスプレート１５，１
５，…が先行して塑性化し、これにより鉄骨梁１２の安
全が守られることとなる。特に、断面の急変部であるブ
ラケット１４と柱との溶接部が、地震時の鉄骨梁１２に
おける最危険断面となることを避けることができるた
め、この溶接部を形成するにあたって、材料の選定や設
計、施工段階での詳細な検討を簡易化することが可能と
なる。

【００２９】また鉄骨梁１２は、一般の鉄骨ラーメン構
造物における梁と同様に、Ｈ型鋼からなるブラケット１
４および鉄骨部材１６のフランジ１４ａおよび１６ａ同
士をスプライスプレート１５，１５，…により摩擦接合
した構成とされており、構造物に対して適用する際に、
他の特別な構成を必要としないため、あらゆる構造物に
対して適用可能であり、なおかつ、適用にあたって従来
の鉄骨梁に比べてコストアップが生じることもほとんど
ない。

【００３０】さらに、鉄骨梁１２においては、スプライ
スプレート１５，１５，…に用いられる鋼材として、降
伏応力の引張強度に対する比（降伏比）が５０〜６０％
程度のものが用いられるため、スプライスプレート１
５，１５，…が安定した塑性変形能力を発揮することが
可能であり、これにより鉄骨梁１２が地震時に良好にそ
の機能を発揮することが可能となる。

【００３１】また、同一のフランジに接する一対のスプ
ライスプレート１５，１５同士が、互いに座屈防止用ボ
ルト２０によって連結されているため、圧縮力が作用し
た場合にも、スプライスプレート１５に座屈を生じるこ
とがなく、したがって、地震時に交番力が作用した場合
の安全性が保たれることとなる。

【００３２】なお、上記実施の形態において、本願発明
の主旨を逸脱しない範囲において、鉄骨梁１２の各部の
構造や材質等について、他の構成を採用するようにして
もよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る鉄
骨梁においては、柱に固定されたブラケットと、ブラケ
ット間に架設された鉄骨部材とが、スプライスプレート
を介して連結されており、なおかつ、スプライスプレー
トが、鉄骨梁の他の部分に比較して降伏応力の低い鋼材
により形成されるため、地震時には、スプライスプレー
トが先行して塑性化し、これにより鉄骨梁の安全が守ら
れることとなる。特に、地震時に最も早期に塑性変形を
生じる部分を、断面の急変部であるブラケットと柱との
溶接部から遠ざけることができるため、溶接部を施工す
るにあたっての材料の選定や設計、施工段階での詳細な
検討を簡易化することができる。

【００３４】請求項２に係る鉄骨梁においては、鉄骨梁
は、Ｈ型鋼からなるブラケットおよび鉄骨部材のフラン
ジに沿ってスプライスプレートが配置されている。この
ように、この鉄骨梁は、一般の鉄骨ラーメン構造におけ
る鉄骨梁とほぼ同様の構成とされており、適用の際に、
他の特別な構成を必要としないため、あらゆる構造物に
対して適用可能であり、なおかつ、適用にあたって従来
の鉄骨梁に比べてコストアップが生じることもほとんど
ない。

【００３５】請求項３に係る鉄骨梁においては、スプラ
イスプレートに用いられる鋼材として、降伏応力の引張
強度に対する比が従来の鋼材に比べて小さいものが用い
られるため、スプライスプレートが安定した塑性変形能
力を発揮することが可能であり、これにより鉄骨梁が地
震時に良好にその機能を発揮することが可能となる。

【００３６】請求項４に係る鉄骨梁においては、同一の
フランジに上下側から接する一対のスプライスプレート
同士が、互いに座屈防止用ボルトによって連結されてい
るため、圧縮力が作用した場合にも、スプライスプレー
トに座屈が発生することが防止され、地震時に交番力が
作用した場合にも、安全性が保たれることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を示す鉄骨梁における
ブラケットと鉄骨部材との接合部の拡大側面図である。

【図２】 本発明の鉄骨梁の各断面における軸方向の強
度分布を示すグラフである。

【図３】 図１に示したブラケットおよび鉄骨部材の接
合部を上方から見た状態を示した図である。

【図４】 本発明の鉄骨梁の作用を示すグラフであっ
て、（ａ）は、本発明の鉄骨梁におけるスプライスプレ
ートに対して用いられた鋼材の性質を示す、応力−歪み
関係の履歴特性に関するグラフであり、（ｂ）は、
（ａ）との比較のために、従来の鉄骨梁のスプライスプ
レートに対して用いられる鋼材における応力−歪み関係
の履歴特性を、同様に示したグラフである。

【図５】 従来の鉄骨梁の構造を示す側面図である。

【図６】 図５に示した従来の鉄骨梁の各断面における
軸方向の強度分布を示すグラフである。

【図７】 図５に示した従来の鉄骨梁の各断面に地震時
に作用する曲げモーメントの強度分布の一例を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１２ 鉄骨梁 １４ ブラケット １４ａ フランジ １５ スプライスプレート １６ 鉄骨部材 １６ａ フランジ ２０ 座屈防止用ボルト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の架構の一部を構成する梁が、該
   架構を構成する柱に固定された鉄骨からなるブラケット
   と、該ブラケット間に架設された鉄骨部材から構成さ
   れ、 前記ブラケットと前記鉄骨部材とはスプライスプレート
   を介して連結され、 該スプライスプレートは、前記鉄骨部材および前記ブラ
   ケットの双方に比較して降伏応力の低い鋼材によって形
   成されていることを特徴とする鉄骨梁。
2. 【請求項２】 請求項１記載の鉄骨梁であって、前記ブ
   ラケットおよび前記鉄骨部材は、ともにその上下にフラ
   ンジを有したＨ型鋼からなり、 前記スプライスプレートは、前記ブラケットおよび前記
   鉄骨部材のフランジに沿って配置されていることを特徴
   とする鉄骨梁。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の鉄骨梁であっ
   て、前記スプライスプレートを構成する鋼材における降
   伏応力の引張強度に対する比が、前記ブラケットおよび
   前記鉄骨部材のそれぞれを構成する鋼材における降伏応
   力の引張強度に対する比に比較して小さいことを特徴と
   する鉄骨梁。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の鉄骨梁であっ
   て、少なくとも一対の前記スプライスプレートが、前記
   ブラケットおよび前記鉄骨部材のフランジに対し、上側
   および下側から接するように配置されるとともに、これ
   らスプライスプレートは、座屈防止用のボルトによって
   相互に連結されていることを特徴とする鉄骨梁。