JP2000248617A - 鉄骨構造物の接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 柱体と梁部材との接合において、構造物の剛
性を確保したうえで、接合部材の製作コストの上昇と施
工の作業性の低下を抑制し、かつ脆性破壊による突然の
破断を防止することに有効な接合構造を提供する。 【解決手段】 柱体１１に溶接により取り付けたダイア
フラム１２の端面に梁部材１５の上フランジ１５ｆａの
端面を突き合わせて溶接接合し、柱体１１に溶接により
取り付けたブラケット１３の上面に梁部材１５の下フラ
ンジ１５ｆｂを載置してブラケット１３と下フランジ１
５ｆｂとを重ねすみ肉溶接し、さらに、柱体１１にガゼ
ットプレート１４を溶接により取り付け、このガゼット
プレート１４に梁部材１５のウエブ１５ｗをボルト接合
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、柱体にＨ形鋼から
なる梁部材を接合する鉄骨構造物の接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物における柱体と梁部材との接
合には、通しダイアフラムや外ダイアフラムを用いた工
法が多く採用されている。図７は従来の通しダイアフラ
ム工法を示す図で、中空の柱体５１を２ヵ所で切断し、
２つの通しダイアフラム５２，５３を切断部分に配置し
て、再び柱体５１の切断部分とダイアフラム５２，５３
とを溶接接合した後、ダイアフラム５２，５３の外周に
梁部材５４を突き合わせ溶接により接合する。なお、外
ダイアフラム工法の場合も、梁部材の溶接接合方法は基
本的に同じである。

【０００３】鋼材の接合手段としての溶接は、その技術
の進歩に伴い強度的にもかなりの信頼性を得るようにな
っている。しかしながら、図７に示すような接合構造の
場合、スカラップ部５５における応力集中に起因する脆
性破壊の危険性が指摘されている。このスカラップ部５
５は、梁部材５４の上下のフランジ５４ｆａ，５４ｆｂ
の端面をそれぞれ上下のダイアフラム５２，５３の外周
に溶接するために、ウエブ５４ｗの端部の上下を一部切
り欠いたものである。

【０００４】先の阪神大震災で被害を受けた鉄骨構造物
の破壊状況の調査結果によると、柱体と梁部材の接合箇
所の被害は、そのほとんどが梁部材端部の下フランジ側
において溶接部の破断や脆性破壊を生じており、なかで
もスカラップに起因する脆性破壊が多いことが明らかに
なっている。上フランジ側は床のコンクリートスラブな
どで保護されたかたちで、不良溶接箇所以外は破断は発
生していない。梁部材のフランジ端面を突き合わせ溶接
により柱体に接合したものでは、接合部の引っ張りに対
する耐力は高いが、剪断に対する耐力が低いので、地震
時の揺れに対する耐力が不足して下フランジ側からの破
断が生じるものと考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のスカラップによ
る応力集中の問題をなくすための接合構造として、特開
平６−３１３３３４号公報や特開平６−３４４１３５号
公報に記載の接合構造がある。特開平６−３１３３３４
号公報に記載の接合構造は、梁部材にフランジ接合プレ
ートをあらかじめ先付けしておき、施工現場にて柱体に
先付けされたウエブ接合プレートを締め付け、その後上
下フランジ接合プレートを柱体に現場溶接する接合構造
である。また、特開平６−３４４１３５号公報に記載の
接合構造は、梁部材のフランジおよびウエブの接合端面
に開先を設け、接合端面のフランジとウエブのフィレッ
ト部がノンスカラップ部となるようにした接合構造であ
る。

【０００６】上記公開公報に記載の接合構造によれば、
柱体と梁部材のフランジの接合においてスカラップ部を
設ける必要がないので、従来のスカラップによる応力集
中の問題をなくすことができる。しかしながら、上記公
開公報に記載の接合構造においては、梁部材のフランジ
の柱体への溶接は従来法と同じ突き合わせ溶接であり、
接合部の耐力、とくに剪断に対する耐力が低く、地震時
などにおいて下フランジ側が破壊しやすいという前述の
問題点は解決されない。

【０００７】本発明は、柱体と梁部材との接合におい
て、良好な施工性を維持しつつ、梁部材端部の下フラン
ジ側の脆性破壊による破断を防止することに有効な接合
構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、柱体にＨ形鋼
からなる梁部材を接合する鉄骨構造物の接合構造であっ
て、前記梁部材の上フランジと下フランジのうちの下フ
ランジを、同下フランジの端部の下面と補強材の上面を
当接して重ねすみ肉溶接し且つこの補強材を前記柱体に
直接またはダイアフラムを介して溶接により取り付ける
ことにより前記柱体に接合し、前記梁部材の上フランジ
は、同上フランジの端部の上面と補強材の下面を当接し
て重ねすみ肉溶接し且つこの補強材を前記柱体に直接ま
たはダイアフラムを介して溶接により取り付けるか、ま
たは、同上フランジの端面と前記柱体に取り付けたダイ
アフラムの端面とを突き合わせ溶接することにより前記
柱体に接合したことを特徴とする。

【０００９】このような接合構造の場合、接合部に設計
荷重以上の荷重が載荷されたとき、梁部材の上フランジ
側の接合部は、床のコンクリートスラブなどで保護され
ることから、溶接不良がない限り破断が発生することは
なく、梁部材の下フランジ側の接合部は、補強材と下フ
ランジとを重ねてすみ肉溶接した接合であることから、
突き合わせ溶接に比して耐力が大きく、脆性破壊による
破断が生じにくくなる。

【００１０】前記補強材の断面形状はとくに限定される
ものではなく、鋼板や形鋼を用いることができる。形鋼
の場合は、たとえば断面形状がＴ字型の形鋼を用いる
と、補強材を柱体に取り付ける際の姿勢の安定性がよい
という利点がある。このＴ字型断面を有する形鋼は、Ｈ
形鋼のウエブを切断することによって製作することがで
きる。補強材の溶接部にかかる荷重に対する耐力は、補
強材の板厚など断面寸法を大きくすることにより高める
ことができるので、梁部材の上フランジ側の接合部の応
力負担を下フランジ側の接合部で補うことで、上下の接
合部の溶接耐力を余裕ある接合構造とすることができ
る。

【００１１】補強材と下フランジの重ねすみ肉溶接およ
び柱体への取り付けは、施工現場において柱体に直接ま
たはダイアフラムを介して補強材を溶接により取り付け
ておき、この補強材に下フランジの端部を載置して重ね
すみ肉溶接する方法、または、工場溶接によりあらかじ
め下フランジに補強材を溶接し、施工現場において柱体
に直接またはダイアフラムを介して補強材を溶接により
取り付ける方法を採用することができる。補強材と上フ
ランジの重ねすみ肉溶接は、工場溶接によりあらかじめ
上フランジに補強材を溶接し、施工現場において柱体に
直接またはダイアフラムを介して補強材を溶接により取
り付ける方法を採用することができる。

【００１２】ここで、補強材を取り付ける位置の柱体内
部に内ダイアフラムを取り付けることができる。これに
より、補強材取り付け位置の剛性がさらに補強される。
内ダイアフラムの取り付けは、梁部材の上フランジを接
合するダイアフラムを通しダイアフラムとすることによ
り、通しダイアフラムの取り付け前に溶接により柱体内
部に取り付けることができる。また、内ダイアフラムと
通しダイアフラムの間の柱体内に、溶接により十字状に
形成した内部補強材を取り付けることもできる。このよ
うな内ダイアフラム、通しダイアフラム、補強材は工場
溶接により取り付けることができるので、施工現場にお
ける作業性が向上するとともに、接合部の剛性が大きく
なる。

【００１３】また、本発明の鉄骨構造物の接合構造とし
て、前記柱体と前記梁部材の下フランジとを、前記柱体
に取り付けた下ダイアフラムの張り出し部の上面と下フ
ランジの端部の下面を当接して重ねすみ肉溶接により接
合し、前記柱体と前記梁部材の上フランジとを、前記柱
体に取り付けたダイアフラムの端面と上フランジの端面
とを突き合わせ溶接することにより接合した接合構造と
してもよい。ここで、前記上ダイアフラムおよび下ダイ
アフラムを通しダイアフラムとすることができる。

【００１４】この接合構造の場合も、接合部に設計荷重
以上の荷重が載荷されたとき、梁部材の上フランジ側の
接合部は溶接不良がない限り破断が発生することはな
く、下フランジ側の接合部は、下ダイアフラムの張り出
し部と下フランジとを重ねてすみ肉溶接した接合である
から、脆性破壊による破断が生じにくくなる。とくに、
この接合構造の場合は、下フランジを重ねすみ肉溶接す
るのが柱体に取り付けた補強材ではなく、張り出し部付
きのダイアフラムであるから、接合部の剛性が大きく、
フランジ高さの大きい梁部材の接合構造に適している。

【００１５】そして、上ダイアフラムと下ダイアフラム
をともに通しダイアフラムとすることにより、上下ダイ
アフラムを工場溶接により取り付けることができ、施工
現場での作業性が向上するとともに、接合部の剛性が大
きくなる。

【００１６】また本発明の接合構造においては、前記の
補強材または下ダイアフラムの張り出し部の上面の両側
縁部に、梁部材のフランジの側縁と一定の間隔をおいて
重ねすみ肉溶接時の溶融金属の流れを阻止する堰板を設
けることができる。

【００１７】すみ肉溶接において、溶着金属の“のど
厚”や“脚長”は溶接部の品質を左右する重要な要件で
ある。とくに施工現場における溶接においては、溶接姿
勢が不安定であるとともに、本発明の接合構造の場合の
ように、梁部材のフランジの側縁と補強材または下ダイ
アフラムの側縁との間が狭く、かつ補強材または下ダイ
アフラムの側縁の下方に何もない条件のもとでは、溶融
金属が補強材または下ダイアフラムの側縁から流れ落ち
て、正常な溶着金属の形状が得られにくい。そこで、溶
融金属の流れを阻止する堰板を設けることにより、不安
定な条件下でも安定して良好な溶接部を得ることができ
る。

【００１８】さらに本発明の接合構造においては、梁部
材のフランジまたは下ダイアフラムの張り出し部の、柱
体との接合部に近い部位に炭素繊維を張り付けて補強す
ることができる。炭素繊維を張り付けて補強することに
より、フランジ側の接合部の耐力をより高めることがで
きる。

【００１９】本発明の接合構造において梁部材のウエブ
は、柱体の上下のダイアフラムまたは上下の補強材の間
にガゼットプレートを溶接により取り付け、このガゼッ
トプレートにボルト接合により接合することが望まし
い。これにより、施工性を高めるとともに、さらに高強
度の接合構造を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態で
ある接合構造を示す斜視図、図２は図１の接合構造にお
ける補強材の斜視図、図３は梁部材の下フランジと補強
材の重ねすみ肉溶接を示す斜視図である。

【００２１】図１において、１１は中空で断面が正方形
の柱体、１２はダイアフラム、１３は補強材としてのブ
ラケット、１４はガゼットプレート、Ｗは溶接部であ
り、これらダイアフラム１２、ブラケット１３およびガ
ゼットプレート１４は溶接により柱体１１に固定されて
いる。

【００２２】ダイアフラム１２は、柱体１１の外形寸法
より２ｍｍ程度大きい内法の略四角形リング状をした接
合部材であり、ダイアフラム１２を柱体１１に挿通し、
柱体１１の外面とダイアフラム１２の内側とを溶接して
ダイアフラム１２を柱体１１に固定する。このダイアフ
ラム１２の外側端面に、Ｈ形鋼からなる梁部材１５の上
フランジ１５ｆａの端部を突き合わせ溶接により接合す
る。

【００２３】ブラケット１３は、Ｈ形鋼のウエブを図２
に示す形状に切断して断面Ｔ字型とした接合部材であ
り、柱体１１の外面とブラケット１３の端面とを溶接し
てブラケット１３を柱体１１に固定する。ブラケット１
３の端面はＴ字型をしているので、ブラケット１３を柱
体１１に溶接する際の姿勢の安定性がよい。このブラケ
ット１３の上面に梁部材１５の下フランジ１５ｆｂの端
部を載置して、図３に示すように、ブラケット１３と下
フランジ１５ｆｂとを重ねてすみ肉溶接する。

【００２４】ここで本実施形態においては、ブラケット
１３の上面の両側縁部に、梁部材１５の下フランジ１５
ｆｂの側縁と一定の間隔（下フランジ１５ｆｂの厚さと
同じ）をおいて重ねすみ肉溶接時の溶融金属の流れを阻
止する堰板１３ａを設けている。この堰板１３ａを設け
たことにより、溶接時に溶融金属がブラケット１３の側
縁から流れ落ちることがなく、正常な溶着金属の形状が
得られる。

【００２５】さらに本実施形態においては、梁部材１５
の下フランジ１５ｆｂ側の接合部の耐力をより高めるた
めに、下フランジ１５ｆｂのブラケット１３との重ね合
わせ面に炭素繊維（図示せず）を張り付けて補強してい
る。

【００２６】ガゼットプレート１４は１枚の板材にボル
ト孔１６を形成した接合部材であり、柱体１１の外面と
ガゼットプレート１４の端面とを溶接してガゼットプレ
ート１４を柱体１１に固定する。このガゼットプレート
１４に梁部材１５のウエブ１５ｗをボルト接合する。

【００２７】本実施形態の接合構造は以上のごとく構成
されているので、接合部に設計荷重以上の荷重が載荷さ
れたとき、梁部材１５の上フランジ１５ｆａ側の接合部
は、床のコンクリートスラブなどで保護されることか
ら、溶接不良がない限り破断が発生することはなく、下
フランジ１５ｆｂ側の接合部は、ブラケット１３と下フ
ランジ１５ｆｂとを重ねてすみ肉溶接した接合であるこ
とから、突き合わせ溶接に比して耐力が大きく、脆性破
壊による破断が生じにくい構造となっている。

【００２８】図４は本発明の第２の実施形態における接
合部の断面構造を示す図である。この接合部は、柱１１
の一方の側に中程度の大きさの梁部材１５を接合し、他
方の側に大型の梁部材２５を接合した例である。

【００２９】この実施形態においては、梁部材１５の接
合構造は、梁部材１５の上フランジ１５ｆａを接合する
ダイアフラムを通しダイアフラム２２とし、ブラケット
１３を取り付けた位置の柱体１１内部に内ダイアフラム
２７を取り付けた構造としている。内ダイアフラム２７
を取り付けることにより、ブラケット１３取り付け位置
の剛性が補強される。内ダイアフラム２７は、通しダイ
アフラム２２の取り付け前に溶接により柱体１１内部に
取り付ける。

【００３０】また梁部材２５の接合構造は、上部の通し
ダイアフラム２２の端面に梁部材２５の上フランジ２５
ｆａの端面を突き合わせ溶接により接合し、下部の通し
ダイアフラム２８の張り出し部２８ａの上面に梁部材２
５の下フランジ２５ｆｂを載置して張り出し部２８ａと
下フランジ２５ｆｂとを重ねすみ肉溶接により接合した
構造としている。ウエブ２５ｗは柱体１１に溶接により
取り付けたガゼットプレート２４にボルトにより接合し
ている。内ダイアフラム２７と通しダイアフラム２２の
間の柱体１１内には、同図（ｂ）に示すように溶接によ
り十字状に形成した補強材２９を取り付けている。この
接合構造は、接合部の剛性が大きく、フランジ高さの大
きい梁部材の接合に適している。

【００３１】図５は本発明の第３の実施形態である接合
構造を示す斜視図である。同図において、柱体１１、ダ
イアフラム１２、ガゼットプレート１４および梁部材１
５は第１の実施形態の場合と同じものである。本実施形
態の接合構造は、梁部材１５の上フランジ１５ｆａおよ
びウエブ１５ｗの柱体１１への接合は第１の実施形態の
場合と同じであり、下フランジ１５ｆｂの柱体１１への
接合は、工場溶接によりあらかじめ下フランジ１５ｆｂ
の端部に補強材としてのプレート３３を重ねすみ肉溶接
により取り付け、施工現場において柱体１１にプレート
３３を溶接により取り付けたものである。

【００３２】本実施形態の場合も、第１の実施形態の場
合と同様に、下フランジ１５ｆｂ側の接合部は補強材で
あるプレート３３と下フランジ１５ｆｂとを重ねすみ肉
溶接した接合であることから、突き合わせ溶接に比して
耐力が大きく、脆性破壊による破断が生じにくい構造と
なっている。

【００３３】図６は本発明の第４の実施形態である接合
構造を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ
線矢視図である。本実施形態が第３の実施形態と異なる
点は、梁部材１５の下フランジ１５ｆｂを、プレート３
３，通しダイアフラム４２を介して柱体１１に取り付け
たこと、および、上フランジ１５ｆａの柱体への接合
を、上フランジ１５ｆａの端部の上面と補強材としての
プレート４３の下面とを当接して重ねすみ肉溶接し、こ
のプレート４３を通しダイアフラム２２を介して柱体１
１取り付けたことである。上フランジ１５ｆａとプレー
ト４３の重ねすみ肉溶接は、工場溶接により行い、施工
現場において通しダイアフラム２２にプレート４３を溶
接により取り付ける。また本実施形態では、同図（ｂ）
に示すように、上下フランジ１５ｆａ，１５ｆｂとプレ
ート３３，４３との重ねすみ肉溶接とともに、プラグ溶
接Ｗｐを施して上下フランジ１５ｆａ，１５ｆｂとプレ
ート３３，４３との接合強度を高めている。

【００３４】なお本発明の接合構造は上記の実施形態に
限定されるものではなく、梁部材の配置形態は、鉄骨構
造物において柱体が、中柱、側柱、隅柱のいずれに該当
するかなどの設計条件に応じて、任意に定めることがで
きる。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、以下に示す効果を奏す
る。

【００３６】（１）梁部材の上下フランジのうち少なく
とも下フランジを、フランジ端部の下面と補強材の上面
を当接して重ねすみ肉溶接し且つこの補強材を柱体に直
接またはダイアフラムを介して溶接により取り付けるこ
とにより柱体に接合することによって、従来の突き合わ
せ溶接に比して耐力が大きくなり、接合部に設計荷重以
上の荷重が載荷されたときでも、梁部材の上フランジ側
の接合部は床のコンクリートスラブなどで保護されるこ
とから溶接不良がない限り破断が発生することはなく、
脆性破壊による接合部の破断が生じにくくなる。

【００３７】（２）同様にして上フランジについても、
フランジ端部の上面と補強材の下面を当接して重ねすみ
肉溶接し且つこの補強材を柱体に直接またはダイアフラ
ムを介して溶接により取り付けることによって、上フラ
ンジ側の接合部において高い接合強度が得られる。

【００３８】（３）梁部材の下フランジを、柱体に取り
付けた下ダイアフラムの張り出し部の上面に重ねすみ肉
溶接により接合することによっても、上記と同様な効果
が得られる。とくに、前記上ダイアフラムおよび下ダイ
アフラムを通しダイアフラムとすることにより、下フラ
ンジ側の接合部の剛性を大きくすることができ、フラン
ジ高さの大きい梁部材の接合に適した接合構造が得られ
る。

【００３９】（４）補強材の上面または下面もしくは下
ダイアフラムの張り出し部の上面の両側縁部に、梁部材
のフランジの側縁と一定の間隔をおいて重ねすみ肉溶接
時の溶融金属の流れを阻止する堰板を設けることによ
り、溶接時に溶融金属が補強材または下ダイアフラムの
張り出し部の側縁から流れ落ちることがなく、溶接欠陥
の発生しない良好な溶接部が得られる。

【００４０】（５）梁部材のフランジまたは下ダイアフ
ラムの張り出し部の、柱体との接合部に近い部位に炭素
繊維を張り付けて補強することにより、フランジ側の接
合部の耐力をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態である接合構造を示
す斜視図である。

【図２】 図１の接合構造における補強材の斜視図であ
る。

【図３】 梁部材の下フランジと補強材の重ねすみ肉溶
接を示す斜視図である。

【図４】 本発明の第２の実施形態における接合部の断
面構造を示す図である。

【図５】 本発明の第３の実施形態である接合構造を示
す斜視図である。

【図６】 本発明の第４の実施形態である接合構造を示
す図である。

【図７】 従来の接合構造の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１ 柱体 １２ ダイアフラム １３ ブラケット １３ａ 堰板 １４，２４ ガゼットプレート １５，２５ 梁部材 １５ｆａ，２５ｆａ 上フランジ １５ｆｂ，２５ｆｂ 下フランジ １５ｗ，２５ｗ ウエブ １６ ボルト孔 ２２ 通しダイアフラム ２７ 内ダイアフラム ２８ 通しダイアフラム ２８ａ 張り出し部 ３３ プレート ４２ 通しダイアフラム ４３ プレート Ｗ 溶接部 Ｗｐ プラグ溶接

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AB01 AB16 AC15 AC16 AG57 BA55 BB02 BB13 BB22 BC09 BD01 BE01 BF04 CA05 CA14 CA90 4E081 AA08 AA12 BA40 BA47 CA05 CA07 DA06 DA12 DA30 DA35 YB03 YX03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱体にＨ形鋼からなる梁部材を接合する
   鉄骨構造物の接合構造であって、前記梁部材の上フラン
   ジと下フランジのうちの下フランジを、同下フランジの
   端部の下面と補強材の上面を当接して重ねすみ肉溶接し
   且つこの補強材を前記柱体に直接またはダイアフラムを
   介して溶接により取り付けることにより前記柱体に接合
   し、前記梁部材の上フランジは、同上フランジの端部の
   上面と補強材の下面を当接して重ねすみ肉溶接し且つこ
   の補強材を前記柱体に直接またはダイアフラムを介して
   溶接により取り付けるか、または、同上フランジの端面
   と前記柱体に取り付けたダイアフラムの端面とを突き合
   わせ溶接することにより前記柱体に接合したことを特徴
   とする鉄骨構造物の接合構造。
2. 【請求項２】 柱体にＨ形鋼からなる梁部材を接合する
   鉄骨構造物の接合構造であって、前記柱体と前記梁部材
   の下フランジとを、前記柱体に取り付けた下ダイアフラ
   ムの張り出し部の上面と下フランジの端部の下面を当接
   して重ねすみ肉溶接により接合し、前記柱体と前記梁部
   材の上フランジとを、前記柱体に取り付けたダイアフラ
   ムの端面と上フランジの端面とを突き合わせ溶接するこ
   とにより接合したことを特徴とする鉄骨構造物の接合構
   造。
3. 【請求項３】 前記補強材の上面または下面もしくは前
   記下ダイアフラムの張り出し部の上面の両側縁部に、前
   記梁部材のフランジの側縁と一定の間隔をおいて前記重
   ねすみ肉溶接時の溶融金属の流れを阻止する堰板を設け
   た請求項１または２記載の鉄骨構造物の接合構造。
4. 【請求項４】 前記梁部材のフランジまたは前記下ダイ
   アフラムの張り出し部の、前記柱体との接合部に近い部
   位に炭素繊維を張り付けた請求項１〜３のいずれかに記
   載の鉄骨構造物の接合構造。