JPH084112A - 鉄骨構造物の柱梁接合部 - Google Patents
鉄骨構造物の柱梁接合部Info
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Abstract
単な構造により改善して鉄骨構造物の耐震性を大幅に向
上させる。 【構成】 H型ビームの一端に形成され、そのH型ビー
ムをコラム(はしら)に接合するために使用される鉄骨
構造の柱梁接合部であって、ウェブプレートと、このウ
ェブプレートの対向する部分に1対のフランジプレート
をそれぞれ有するH型ビームにおいて、そのフランジプ
レート上にH型ビームの長手方向に沿って両サイドに1
対の対向する切欠きを同時形成したことを特徴とするも
のである。
Description
(はしら・はり)接合部に関し、特に、延性(ductilit
y)が高くて、耐震性に優れた鉄骨構造物の柱梁接合部
(英語はbeam-to-column-connection 、梁柱接合部とも
いう)に関する。
ど)の高層建造物でも広範囲に採用されるものとなって
いるが、鉄骨構造そのものがプレハブ工法の性質を備え
ているために、建築現場において溶接またはボルト締め
により柱梁接合部を組み上げる必要があった。そして、
このような現場組上げの柱梁接合部の強度および延性
が、これまで鉄骨構造研究における重要な課題の1つと
なってきたが、中華民国(台湾省)での過去の研究によ
ると、鉄骨構造の接合部分の強度については一応のとこ
ろ所定の基準を達成していることは分かっていたけれど
も、その延性については細部構造や施工方法の影響を大
きく受けるものであることから、脆性(ぜいせい)破壊
(brittle fracture)現象の発生を時には耳にすること
もあった。
合部の延性につき、図5に基づいて説明しておくと、柱
梁接合部の延性は塑性回転角(plastic rotational ang
le)θP で表せ、図5に示した片持ち梁(かたもちはり
=cantilever beam )の例では、片持ち梁がその一端に
負荷Pの作用力を受けて塑性変形を起こすが、かりに、
この自由端の全たわみ度(total deflection)をδと
し、弾性たわみ度を差し引いた後の塑性たわみ度をδP
とし、ビーム長をLとすれば、塑性回転角は下記の数式
1のように定義できる(数式1中、θP =δP /L)。
この定義から分かるように、もし塑性回転角θP が大き
ければ、柱梁接合部の延性が優れていることになる。
建造物37か所の大型鉄骨構造の柱梁接合部について反
復荷重を行ったところ、柱梁接合部の塑性回転角θP の
平均値はわずか0.92%に過ぎず、一般基準の最低で
も1.5%以上という基準には、ほど遠いものがあっ
た。言い換えれば、中華民国(台湾省)においては、多
くの鉄骨高層建造物の実際強度は設計基準を達成してい
るというものの、延性だけについては、その不足が普遍
的な現象となっているのが現状であった。
いて、その鉄骨構造の柱梁接合工法は、図6に示したボ
ックスコラム(box-column、箱型断面柱ともいう)にH
型ビーム(H-beam)を接合するタイプと、図7に示した
H型コラム(H-column)にH型ビームを接合するタイプ
とに分けられた。まず、図6のタイプは、ボックスコラ
ム1に対して接合部を含むH型ビーム2を仕切鋼板1
1,12の部分において接合するもので、21がボルト
で、22が溶接線(溶接ビード beadともいう)であっ
た。また、図7のタイプは、H型コラム1’に対してH
型ビーム2を仕切鋼板11’,12’の部分において接
合するものであった。そして、柱梁接合部の延性が不足
するという問題に対して、従来は、接合部にカバープレ
ート23を追加溶接するのが通常のやり方であったが、
高層建造物に使用される鉄骨のビーム・フランジプレー
トの厚さは40mmから50mm以上となるのが常であった
から、もしカバープレートを追加溶接することになれ
ば、現場溶接量が大幅に増加することになるばかりか、
厚鋼板の溶接となるため、その品質管理が困難なものと
なって、現状の鉄骨高層建造物における延性不足という
問題を解決する手段としては満足のいくものではなかっ
たし、また、当然のことながら、建築コストを少なから
ず増大させるものともなっていた。
とする問題点は、鉄骨構造物の柱梁接合部において延性
が不足して耐震性に欠け、カバープレートを追加溶接す
ると多少の改善は見られるものの、建築コストが増大す
るという点である。
の一端に形成され、そのH型ビームをコラムに接合する
ために使用される鉄骨構造物の柱梁接合部であって、ウ
ェブプレートと、このウェブプレートの対向する部分に
1対のフランジプレートをそれぞれ有するH型ビームに
おいて、当該H型ビームの長手方向に沿って各フランジ
プレートの両サイドに対向する1対の切欠きを同時形成
したものであることを主要な特徴としている。鉄骨構造
の柱梁接合部において、フランジプレートに小切欠きを
形成するという簡単な追加工事だけで、あるいは現場で
の追加工事を必要とすることなしに、柱梁接合部の延性
を改善して、その耐震性を向上させるという目的を達成
した。
用を説明する。図8は、この発明の技術思想を説明する
ものであって、この図8において、31,32,33は
3枚の材質を同じくする鋼板であって、中間幅をいずれ
もa値とするとともに、鋼板31を標準張力試料として
いる。作用力を受けた後の鋼板31,32,33の中間
部分は、同時に降伏点に達するが、鋼板32が両端に荷
重を受けた時、その応力/ひずみは、断面が最小となる
部分に集中するから、脆性破壊を発生させてしまう。鋼
板33は形状が鋼板31に類似しているが、降伏エリア
が鋼板31より長いために、その全体としてのエネルギ
ー散逸能力は鋼板31より優れている。
nt resisiting frame 、ラーメン=独:Rahmenと
もいう)が地震によって振動を受けた時、片持ち梁タイ
プのH型ビーム4自体の特性によって、そのモーメント
は主要には上下2つのフランジプレート41,42(図
10を参照)の作用力により偶力を形成して支持されH
型ビーム4の長手方向に沿って、モーメントが次第に減
少するので(図11を参照)、そのフランジプレート4
1,42上の応力もまた次第に減少するから、図13に
示したように、その力を受ける状況も幅が末広りになっ
た鋼板5が一端に均等力を受けるものに置き換えること
が可能であって、図13に図示した鋼板5の構造形式は
図8の鋼板32に類似した等価物であって、応力集中現
象が発生し、しかも応力集中の場所が現場溶接位置に当
たっており、その塑性エリアが限定されていることとあ
わせて、延性が著しく小さいものとなり、その結果とし
て脆性破壊が発生するものとなっていた。
しH型ビームの上下2つのフランジプレートをモーメン
トの大きさ(またはモーメント必要量、demand momen
t)に応じて切り欠けば、応力の均等な降伏を実現でき
ることになる。
面に基づいて説明する。図1において、この発明にかか
わる鉄骨構造物の柱梁(はしら・はり)接合部を、H型
ビームをボックスコラムに接合する場合につき説明する
と、6がボックスコラムを、7がH型ビームを、8が接
合部をそれぞれ表しているが、接合部8がH型ビーム7
の一端に形成され、溶接手段(91は溶接線を表わす)
およびボルト94によってボックスコラム6に接合され
ている。接合部8は、上下1対のフランジプレート8
1,82と、ウェッブプレート83とを有し、そのフラ
ンジプレート81,82がウェッブプレート83の上下
にそれぞれ形成されている。そして、応力の均等な降伏
を実現するために、接合部8にあたるフランジプレート
81,82について、H型ビーム7の長手方向に沿った
両サイドに1対の対応する切欠き80,80,80,8
0を設けているが、溶接作業による好ましくない影響
(例えば熱効果ゾーン heat effect zone、残留応力、
溶接欠陥など)を回避するために、前記した切欠き80
はボックスコラム6の表面を少し離れた部位から切り欠
き形成するとともに、塑性ヒンジの形成を保証し、かつ
切り欠き過剰によってその剛性に影響を与えることを回
避するために、前記した切欠き80の切り欠き幅は、モ
ーメント必要量の90%〜95%(つまりフランジプレ
ート81,82が切り欠き部分のフランジ幅において、
モーメント必要量の90%〜95%)となるように切り
欠き、また、切欠き80の範囲がボックスコラム6の表
面からH型ビーム7の長手方向に沿って梁背(はりせ
い、beam depth)の2倍以下(梁背をDとした場合に2
D以下)の長さとなるようにすると共に、切り欠き面に
発生した凹凸を平滑となるように研磨する。
造の柱梁接合部を、H型ビームをH型コラムに接合する
場合を示しており、6’がH型コラムを示しているが、
その他の部分は図1に示したボックスコラムおよびH型
ビーム接合部と完全に同一であるので、改めて説明しな
い。図3と図4とにおいて、この発明にかかわる鉄骨構
造の柱梁接合部は、鉄骨構造が作用力を受ける時、従来
の1点式の降伏(図3を参照)をエリア式の降伏(図4
を参照)に改善して、エネルギーを散逸させる延性を増
大させることができるので、測定試験の結果、その平均
塑性回転角度が従来構造の5倍となるとともに、工場ま
たは現場での施工が簡単で、品質管理も容易となり、か
つ耐震性に優れていることが証明された。
上に開示したが、この発明を限定しようとするものでは
なく、当業者であれば、この発明の技術思想および技術
範囲において修正や変更を当然おこない得るものである
から、この発明の技術思想が保護されるべき範囲は特許
請求の範囲に記載されたものを基準とする。
構造における柱梁接合部の延性を平均で5倍程度にまで
向上させて、耐震性に優れたものと提供できるととも
に、簡単な切欠きの形成という単純な施工内容なので、
品質管理が容易であり、かつ工場または現場いずれの施
工においても建築コストの大幅な増加を有効に抑制する
ことができる。
うち、H型ビームをボックスコラムに接合した場合を示
した斜視図である。
うち、H型ビームをH型コラムに接合した場合を示した
斜視図である。
生させる1点式の降伏を説明する説明図である。
生させるエリア式の降伏を説明する説明図である。
図である。
構造の柱梁接合部がH型ビームをボックスコラムに接合
された状態を示す斜視図である。
構造の柱梁接合部がH型ビームをH型コラムに接合され
た状態を示す斜視図である。
リアを示した説明図である。
した説明図である。
する説明図である。
における垂直応力を説明した説明図である。
と等価構造を有する鋼板構造を図示した説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 H型ビームの一端に形成され、そのH型
ビームをコラム(はしら)に接合するために使用される
ものであって、ウェブプレートと、このウェブプレート
の対向する部分に1対のフランジプレートをそれぞれ有
するH型ビームにおいて、当該H型ビームの長手方向に
沿って各フランジプレートの両サイドに対向する1対の
切欠きを同時形成したものであることを特徴とする鉄骨
構造物の柱梁接合部。 - 【請求項2】 上記した切欠きが、上記コラム表面から
H型ビームの長手方向に沿ってフランジプレート上で梁
背(はりせい)を2倍の長さにまで延長した範囲内にあ
るものである請求項1記載の鉄骨構造物の柱梁接合部。 - 【請求項3】 上記した切欠きが、上記フランジプレー
ト上に切欠きを形成した後のフランジ幅をモーメント必
要量の90%から95%の間としたものである請求項2
記載の鉄骨構造物の柱梁接合部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06135904A JP3126093B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 鉄骨構造物の柱梁接合部 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06135904A JP3126093B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 鉄骨構造物の柱梁接合部 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH084112A true JPH084112A (ja) | 1996-01-09 |
| JP3126093B2 JP3126093B2 (ja) | 2001-01-22 |
Family
ID=15162550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06135904A Expired - Lifetime JP3126093B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 鉄骨構造物の柱梁接合部 |
Country Status (1)
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1994
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