JP7648024B2 - 柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱梁接合構造に関する。

鉄骨柱として角形鋼管を適用し、鉄骨梁としてＨ形鋼を適用してなる鉄骨造建築物のパネルゾーンには、様々な柱梁接合構造が適用される。具体的には、パネルゾーンにあって鉄骨柱から側方に張り出す上下の通しダイアフラムに対してブラケットが溶接接合され、ブラケットに対して鉄骨梁がスプライスプレートを介してボルト接合される第一形態や、鉄骨柱の側面に溶接接合されている接合プレートのボルト孔に対して、鉄骨梁の接続端に溶接接合されているエンドプレートのボルト孔が位置合わせされ、ボルト接合される第二形態、鉄骨柱に設けられているボルト孔に対して、鉄骨梁の接続端に溶接接合されているエンドプレートのボルト孔が位置合わせされ、ボルト接合される第三形態等を挙げることができる。

また、相互に接合される鉄骨柱と鉄骨梁の双方の横幅の寸法関係に関しても様々な形態があり、鉄骨柱の側面の横幅よりも狭幅のフランジを備えた鉄骨梁が接合される形態や、双方の横幅が同じ幅である形態等が挙げられる。後者の鉄骨柱と鉄骨梁の双方の横幅が同じ形態に関して、さらに上記するエンドプレートを介して双方が接合される形態（上記する第二形態と第三形態）においては、エンドプレートに対して鉄骨梁の全周を隅肉溶接により接合しようとすると、溶接部のはみ出しを考慮して鉄骨梁に比べてエンドプレートの横幅を広くしなければならず、結果としてエンドプレートは鉄骨柱の横幅よりも広くせざるを得ない。

しかしながら、エンドプレートが鉄骨柱の横幅よりも広くなることにより、例えば鉄骨柱の隣接する二つの側面のそれぞれに対して鉄骨梁のエンドプレートを取り付けようとした際に、双方のエンドプレートの対向端部同士が干渉する恐れがある。

ここで、特許文献１には、柱の幅によらずに梁の性能を向上させることができ、施工手間を増すことなく柱の幅と同程度の幅を有する梁を柱に接合することができる柱梁接合構造が提案されている。具体的には、柱と、柱の一側面部に固定される梁とを備え、梁は、梁本体部と、梁本体部に固着されて柱の外周面に面接触する板状のエンドプレートとを備え、梁本体部は柱の幅と同程度の幅を有し、エンドプレートは柱に面接触する柱接触面部と梁本体部の端部に接合される梁端接合面部とを備えている。ここで、柱接触面部は柱の幅と同じか僅かに小さい幅を有し、梁端接合面部は梁本体部の幅よりも大きい幅を有し、エンドプレートは梁本体部の高さ方向に沿って延在してこれらの面部を連結する一対の側方小口面部を備え、側方小口面部は柱接触面部側から梁端接合面部側に向けて拡幅状に傾斜した状態に形成されている。さらに、梁は、柱の軸心を通過する各面の法線を水平方向に４５度傾けた仮想線に対して、エンドプレートの側方小口面部を交差させない状態で取り付けられ、隣り合うエンドプレートが互いに隙間を空けた状態となっている。

特開２０１７－１３７７５６号公報

特許文献１に記載の柱梁接合構造によれば、エンドプレートの側方小口面部が柱接触面部側から梁端接合面部に向けて拡幅状に傾斜した状態に形成されていることにより、エンドプレートに対して梁の端部を全周溶接しながら、隣接するエンドプレートの側方小口面部同士の干渉を防止できるとしている。しかしながら、柱の横幅よりもエンドプレートの横幅が広いことから、柱と梁（エンドプレート）との納まりの関係からエンドプレート同士の干渉を完全に抑止するのは難しい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、鉄骨梁の接続端にエンドプレートが取り付けられ、エンドプレートと鉄骨柱がボルト接合されるとともに、鉄骨梁と鉄骨柱の双方の横幅が同じである柱梁接合構造において、隣接するエンドプレート同士の干渉を防止できる柱梁接合構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による柱梁接合構造の一態様は、
角形鋼管により形成される鉄骨柱と、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼により形成される鉄骨梁との柱梁接合構造であって、
前記鉄骨梁の接続端にはエンドプレートが固定され、
前記フランジの左右の端部には面取り部が設けられ、該フランジの一般部の横幅に比べて前記接続端の横幅は狭くなっており、
前記フランジの一般部と前記エンドプレートと前記鉄骨柱の横幅がいずれも同じであることを特徴とする。

本態様によれば、フランジの左右の端部に面取り部が設けられ、フランジの一般部の横幅に比べて接続端の横幅が狭くなっていることにより、フランジの一般部と鉄骨柱の横幅が同じ場合に、エンドプレート幅を同じ幅にできることから、隣接するエンドプレート同士の干渉を防止することができる。ここで、パネルゾーンにおいて角形鋼管の側面に対する鉄骨梁の取り付け形態は、一つの側面に一つの鉄骨梁が取り付けられる形態、二つ乃至四つの側面に二つ乃至四つの鉄骨梁が取り付けられる形態の全てを含んでいるが、隣接する直交関係にある鉄骨梁の双方のエンドプレート同士の干渉を防止できる観点から、相互に直交する少なくとも二つの鉄骨梁が鉄骨柱にボルト接合されている形態が好適である。さらに、特許文献１に記載されるエンドプレートのように、その側方小口面部の全長がテーパー状に開先加工される形態に比べて、上下のフランジの接続端の左右（端）をテーパー状に切断加工等するのみでよいことから、特許文献１に記載の柱梁接合構造に比べて構成部材の製作コストを安価にできる。

また、フランジの左右の端部に設けられている面取り部の形態は、平面視テーパー状の面取り部や、平面視湾曲状の面取り部などがあるが、加工性等の観点から平面視テーパー状の面取り部が好ましい。そして、この面取り部のテーパー角度に応じて、フランジの接続端の横幅が規定されることになる。

また、本発明による柱梁接合構造の他の態様は、
角形鋼管により形成される鉄骨柱と、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼により形成される鉄骨梁との柱梁接合構造であって、
前記鉄骨梁の接続端にはエンドプレートが固定され、
該フランジの左右の端部には面取り部が設けられ、該フランジの一般部の横幅に比べて前記接続端の横幅と前記エンドプレートの横幅がいずれも狭く、前記フランジの一般部と前記鉄骨柱の横幅が同じであることを特徴とする。

本態様によれば、フランジの左右の端部に面取り部が設けられ、フランジの一般部の横幅に比べて接続端の横幅が狭くなっていることにより、フランジの一般部と鉄骨柱の横幅が同じであって、これらに比べてエンドプレートの横幅が狭い場合においても、隣接するエンドプレート同士の干渉を防止することができる。ここで、フランジの一般部の横幅はエンドプレートの横幅よりも広いものの、鉄骨柱の横幅と同じであること（広過ぎないこと）から、相互に直交する鉄骨梁（のフランジ）同士の干渉の恐れもない。また、本態様においても、上下のフランジの接続端の左右をテーパー状に切断加工等するのみでよいことから、特許文献１に記載の柱梁接合構造に比べて構成部材の製作コストを安価にできる。

また、本発明による柱梁接合構造の他の態様は、
前記エンドプレートに対して、前記鉄骨梁の前記接続端が全周に設けられている隅肉溶接部を介して固定されていることを特徴とする。

本態様によれば、フランジの一般部とエンドプレートと鉄骨柱の横幅がいずれも同じである形態と、フランジの一般部と鉄骨柱の横幅が同じであってエンドプレートの横幅が相対的に狭い形態のいずれにおいても、エンドプレートの広幅面に対して鉄骨梁の接続端の全周を隅肉溶接部を介して溶接接合することができる。尚、後者の形態である、フランジの一般部と鉄骨柱の横幅が同じであってエンドプレートの横幅が相対的に狭い形態においては、エンドプレートの横幅がフランジの一般部や鉄骨梁の横幅に比べて狭いものの、フランジの接続端よりも広く設定されることにより、エンドプレートの広幅面に対する鉄骨梁の接続端の全周の隅肉溶接が可能になる。

また、本発明による柱梁接合構造の他の態様は、
前記鉄骨柱の側面に、複数の第一ボルト孔が開設されている接合プレートが固定され、
前記エンドプレートにおける前記第一ボルト孔に対応する位置に、複数の第二ボルト孔が開設されており、
前記接合プレートと前記エンドプレートが、前記第一ボルト孔と前記第二ボルト孔に螺合された取り付けボルトにより固定されていることを特徴とする。

本態様によれば、鉄骨柱の側面に溶接接合等により固定されている接合プレートに対して、鉄骨梁の接続端に固定されているエンドプレートがボルト接合されることにより、鉄骨柱にボルト孔を開設することによる断面欠損に起因した鉄骨柱の剛性低下を回避しながら、鉄骨柱と鉄骨梁との接合強度の高い柱梁接合構造を形成することができる。

また、本発明による柱梁接合構造の他の態様において、
前記鉄骨柱の側面に複数の第三ボルト孔が開設され、
前記エンドプレートにおける前記第三ボルト孔に対応する位置に、複数の第二ボルト孔が開設されており、
前記鉄骨柱と前記エンドプレートが、前記第三ボルト孔と前記第二ボルト孔に螺合された取り付けボルトにより固定されていることを特徴とする。

本態様によれば、鉄骨柱の側面に対して、鉄骨梁の接続端に固定されているエンドプレートが直接ボルト接合されることにより、鉄骨柱と鉄骨梁の接合に際して他の部材を不要にできることから、可及的安価に柱梁接合構造を施工することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の柱梁接合構造によれば、鉄骨梁の接続端にエンドプレートが取り付けられ、エンドプレートと鉄骨柱がボルト接合されるとともに、鉄骨梁と鉄骨柱の双方の横幅が同じである柱梁接合構造において、隣接するエンドプレート同士の干渉を防止することができる。

第１実施形態に係る柱梁接合構造の一例を鉄骨梁の上方から見た横断面である。 図１のII－II矢視図であって、第１実施形態に係る柱梁接合構造の一例の縦断面図である。 第２実施形態に係る柱梁接合構造の一例を鉄骨梁の上方から見た横断面である。

以下、各実施形態に係る柱梁接合構造について添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［第１実施形態に係る柱梁接合構造］
はじめに、図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る柱梁接合構造の一例を説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係る柱梁接合構造の一例を鉄骨梁の上方から見た横断面であり、図２は、図１のII－II矢視図であって、第１実施形態に係る柱梁接合構造の一例の縦断面図である。

柱梁接合構造１００は、パネルゾーンを形成する角形鋼管からなる鉄骨柱１０の四つの側面１１，１２，１３，１４のうち、隣接する二つの側面１１，１２に鉄骨梁２０が接合された接合構造である。ここで、柱梁接合構造は、鉄骨柱１０の三つの側面に鉄骨梁２０が接合される形態であってもよいし、鉄骨柱１０の四つの全ての側面に鉄骨梁２０が接合される形態であってもよい。

角形鋼管１０は、四つの隅角部が湾曲した平面視形状が略正方形を呈し、例えば、ＪＩＳ Ｇ ３４６６（一般構造用角形鋼管）に基づくＪＩＳ製品である、ＳＴＫＲ４００やＳＴＫＲ４９０の他、建築構造用冷間成形角形鋼管である、ＢＣＲ（Box Column Roll 建築構造用冷間ロール成形角形鋼管、登録商標）やＢＣＰ（Box Column Press建築構造用冷間プレス成形角形鋼管、登録商標）等を適用できる。ここで、ＢＣＲやＢＣＰは、ＳＮ材（建築構造用鋼材）をベースとした一般社団法人日本鉄鋼連盟製の角形鋼管である。また、角形鋼管１０の一辺は１５０ｍｍ乃至１０００ｍｍ程度の範囲に設定でき、その肉厚は６ｍｍ乃至５０ｍｍ程度の範囲に設定できる。

鉄骨柱１０において、鉄骨梁２０が接合される側面１１，１２には、正面視矩形の接合プレート３０が溶接部７０を介して固定されている。この溶接部７０は、例えば、正面視矩形の上下の端面と側面１１とが隅肉溶接により形成され、正面視矩形の左右の端面と側面１１とが突合せ溶接（もしくはフレア溶接）により形成される。

一方、鉄骨柱１０において、鉄骨梁２０が接合されない側面１３，１４には、正面視矩形のタブラープレート８０が溶接部７５を介して固定されており、タブラープレート８０によってパネルゾーンにおける鉄骨梁２０が接合されない鉄骨柱１０の側面１３，１４が補強される。

鉄骨柱１０の側面１１，１２に溶接部７０を介して固定されている接合プレート３０に対して、鉄骨梁２０の接続端２４が固定されているエンドプレート４０が高力ボルト６０によりボルト接合される。

鉄骨梁２０は、ウェブ２１と上フランジ２２と下フランジ２３とを有するＨ形鋼により形成されており、ＪＩＳ製品である、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材 ＪＩＳ Ｇ ３１３６）、ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材 ＪＩＳ Ｇ ３１０１）、ＳＭ材（溶接構造用圧延鋼材 ＪＩＳ Ｇ ３１０６）等を適用できる。

柱梁接合構造１００においては、図１に示すように、鉄骨梁２０のフランジ２２（２３）の接続端２４における左右が、平面視テーパー状に切断加工等されることにより、面取り部２５が設けられている。ここで、面取り部は、例えば湾曲状に形成されてもよい。

また、鉄骨梁２０のフランジ２２（２３）の一般部の横幅（図１に示すように、平面視における幅）と、エンドプレート４０の横幅は、同じ幅ｔ１に設定されており、鉄骨柱１０の横幅も幅ｔ１に設定されており、従って、鉄骨梁２０のフランジ２２（２３）の一般部と、エンドプレート４０と、鉄骨柱１０の横幅はいずれも同じ幅に設定されている。

一方、鉄骨梁２０の接続端２４の横幅は、左右端の面取り部２５によって鉄骨梁２０のフランジ２２（２３）の一般部よりも狭い幅ｔ２に設定されている。

また、図２に示すように、正面視矩形の接合プレート３０とエンドプレート４０の高さは同じ高さｓ１に設定されており、鉄骨梁２０の高さｓ２はエンドプレート４０の高さｓ１よりも低く設定されている。

このように、平面視においては、エンドプレート４０の広幅面４１の横幅ｔ１よりも鉄骨梁２０の接続端２４の横幅ｔ２が狭く設定され、側面視においても、エンドプレート４０の広幅面４１の高さｓ１よりも鉄骨梁２０の接続端２４の高さｓ２が低く設定されていることから、鉄骨梁２０の接続端２４がエンドプレート４０の広幅面４１に当接した図示する姿勢において、接続端２４は広幅面４１の内部に完全に収容される。

接続端２４は、その全周が広幅面４１に対して隅肉溶接部５０を介して固定されるが、接続端２４が広幅面４１の内部に完全に収容されることから、隅肉溶接部５０が広幅面４１からはみ出ることが抑制され、接続端２４の全周に亘って隅肉溶接部５０を形成することが可能になる。

図１及び図２に示すように、接合プレート３０には、２×３箇所（の計６箇所）に第一ボルト孔３１が開設されており、エンドプレート４０には、それぞれの第一ボルト孔３１に対応する位置に第二ボルト孔４２が開設されている。そして、接合プレート３０にエンドプレート４０が当接した姿勢において、対応する第一ボルト孔３１と第二ボルト孔４２が連通するボルト孔に対して高力ボルト６０が螺合されることにより、接合プレート３０とエンドプレート４０を介して鉄骨柱１０と鉄骨梁２０が接合され、柱梁接合構造１００が形成される。

図１からも明らかなように、鉄骨梁２０の接続端２４にエンドプレート４０が取り付けられ、エンドプレート４０と鉄骨柱１０（に固定されている接合プレート３０）がボルト接合されるとともに、鉄骨梁２０と鉄骨柱１０の双方の横幅が同じ幅ｔ１であるパネルゾーンにおいて、上記する特許文献１のようにエンドプレートの横幅を広くする代わりに、鉄骨梁２０の接続端２４におけるフランジ２２，２３の左右端に面取り部２５を設けてフランジ２２，２３の接続端２４における横幅をフランジ２２，２３の一般部の横幅よりも狭くしたことにより、エンドプレート４０に対する接続端２４の全周の隅肉溶接を可能にできる。そして、このことに加えて、エンドプレート４０が鉄骨柱１０に取り付けられている側面の外側へ張り出さないことから、相互に直交する隣接した双方のエンドプレート４０の対向端面４５同士の干渉を防止できる。

柱梁接合構造１００に対して、特許文献１に記載の構成では、上記するように、エンドプレートの側方小口面部をテーパー状にしてはいるものの、鉄骨柱の側面の横幅よりもエンドプレートの横幅が広く設定されていることから、施工誤差等によってエンドプレートが側方へずれた際に、隣接するエンドプレートの対向端面同士の干渉の可能性がある。

また、特許文献１に記載のエンドプレートは、四つある側方小口面部の全周に亘って開先加工が施されているものと考えられるが、このように長尺な開先加工には加工手間を要し、製作コストの高騰に繋がる。これに対して、柱梁接合構造１００では、鉄骨梁２０の上下のフランジ２２，２３の接続端２４の左右（端）をテーパー状に切断加工するのみでよいことから、製作コストを可及的に安価にできる。

さらに、柱梁接合構造１００は、特許文献１に記載のように、鉄骨柱に設けられているボルト孔を利用してエンドプレートを鉄骨柱に直接ボルト接合するものでないことから、鉄骨柱においてボルト孔による断面欠損に起因する剛性低下の問題も生じない。

［第２実施形態に係る柱梁接合構造］
次に、図３を参照して、第２実施形態に係る柱梁接合構造の一例を説明する。ここで、図３は、第２実施形態に係る柱梁接合構造の一例を鉄骨梁の上方から見た横断面である。

図示例の柱梁接合構造１００Ａは、エンドプレート４０Ａの横幅ｔ３が、鉄骨梁２０のフランジ２２（２３）の一般部や鉄骨柱１０の横幅ｔ１よりも狭く設定されている点において柱梁接合構造１００と相違し、その余の構成は同一である。

より詳細には、エンドプレート４０Ａの横幅ｔ３は、フランジ２２（２３）の一般部や鉄骨柱１０の横幅ｔ１よりも狭い幅であり、且つ、鉄骨梁２０の接続端２４の横幅ｔ２よりも広い幅に設定されており、ｔ１＞ｔ３＞ｔ２の関係を有している。

このように各横幅の大小関係が規定されていることによっても、エンドプレート４０Ａに対する接続端２４の全周の隅肉溶接を可能にしながら、相互に直交する隣接した双方のエンドプレート４０Ａの対向端面４５同士の干渉を防止できる。

また、エンドプレート４０に比べてエンドプレート４０Ａの規模（平面積）が小さくなることにより、柱梁接合構造１００Ａの施工に際して材料コストを可及的に低減することができる。

［第３実施形態に係る柱梁接合構造］
次に、図面を参照せずに、第３の実施形態に係る柱梁接合構造の一例を説明する。この柱梁接合構造は、柱梁接合構造１００，１００Ａから接合プレート３０を省略し、鉄骨柱１０の側面１１，１２にエンドプレート４０の第二ボルト孔４２に対応する第三ボルト孔を設け、鉄骨柱１０とエンドプレート４０を高力ボルト６０にて直接ボルト接合する形態である。

この柱梁接合構造では、上記するように、ボルト孔が設けられることによる鉄骨柱の剛性低下の問題はあるものの、一方で接合プレート３０を不要にできることから、柱梁接合構造の施工に際して材料コストを可及的に低減することができる。

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：鉄骨柱（角形鋼管）
１１，１２，１３，１４：側面
２０：鉄骨梁（Ｈ形鋼）
２１：ウェブ
２２：上フランジ（フランジ）
２３：下フランジ（フランジ）
２４：接続端
２５：面取り部
３０：接合プレート
３１：第一ボルト孔
４０，４０Ａ：エンドプレート
４１：広幅面
４２：第二ボルト孔
４５：対向端面
５０：隅肉溶接部
６０：高力ボルト
７０，７５：溶接部
８０：タブラープレート
１００，１００Ａ：柱梁接合構造

Claims (5)

1. 角形鋼管により形成される鉄骨柱と、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼により形成される鉄骨梁との柱梁接合構造であって、
   前記鉄骨梁の接続端にはエンドプレートが固定され、
   前記フランジの左右の端部には面取り部が設けられ、該フランジの一般部の横幅に比べて前記接続端の横幅は狭くなっており、
   前記フランジの一般部と前記エンドプレートと前記鉄骨柱の横幅がいずれも同じであることを特徴とする、柱梁接合構造。
2. 角形鋼管により形成される鉄骨柱と、ウェブとフランジを備えるＨ形鋼により形成される鉄骨梁との柱梁接合構造であって、
   前記鉄骨梁の接続端にはエンドプレートが固定され、
   該フランジの左右の端部には面取り部が設けられ、該フランジの一般部の横幅に比べて前記接続端の横幅と前記エンドプレートの横幅がいずれも狭く、前記フランジの一般部と前記鉄骨柱の横幅が同じであることを特徴とする、柱梁接合構造。
3. 前記エンドプレートに対して、前記鉄骨梁の前記接続端が全周に設けられている隅肉溶接部を介して固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の柱梁接合構造。
4. 前記鉄骨柱の側面に、複数の第一ボルト孔が開設されている接合プレートが固定され、
   前記エンドプレートにおける前記第一ボルト孔に対応する位置に、複数の第二ボルト孔が開設されており、
   前記接合プレートと前記エンドプレートが、前記第一ボルト孔と前記第二ボルト孔に螺合された取り付けボルトにより固定されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の柱梁接合構造。
5. 前記鉄骨柱の側面に複数の第三ボルト孔が開設され、
   前記エンドプレートにおける前記第三ボルト孔に対応する位置に、複数の第二ボルト孔が開設されており、
   前記鉄骨柱と前記エンドプレートが、前記第三ボルト孔と前記第二ボルト孔に螺合された取り付けボルトにより固定されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の柱梁接合構造。

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