JPH11280147A - 耐震型柱・梁接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建物の耐震性の向上を図ることを目的にして
おり、加えて接合構造の簡素化、溶接の合理化及び鉄骨
重量の削減を図る耐震型柱・梁接合構造を提供するもの
である。 【解決手段】 本発明による耐震型柱・梁接合構造は、
基本的にＨ形鋼で形成される梁において、塑性変形点を
梁母材に設定し仕口耐力を塑性変形点における母材耐力
より大にして仕口部に先行して梁母材を塑性変形させる
ものであり、これを具体的に達成するために、梁端部の
フランジ幅を母材のロール材と同一材質の補強板を設置
することで所定の範囲で拡大し、又、フランジ幅の拡大
を母材の端部に設けるビルト材で行うことを考慮してい
る。さらに、幅を拡大したフランジの母材側に傾斜を設
けたり、上下のフランジ間にウエブのみに付設したフラ
ンジの歪み止めを設けることも特徴にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐震型柱・梁接合
構造に関し、特に、塑性変形点を梁母材に設定すること
で塑性変形能力、塑性耐力を大きくさせて耐震性の向上
を図り、併せて接合構造の簡素化、溶接の合理化及び鉄
骨重量の削減をも達成する耐震型柱・梁接合構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】大震災の被害状況を見ると、大震災でも
充分に耐えられると言われていた従来の耐震設計で構築
されている建物においても大きな被害を受けている。そ
の中でも、鉄骨造建物の柱・梁接合部の塑性変形能力が
充分に発揮されないために、建物に大きな被害を与えて
いる事例が多く見受けられる。その要因としては、柱・
梁仕口部の耐力不足、接合部の形状から来る応力集中に
よる脆性破壊等が挙げられ、柱・梁仕口部の充分な塑性
変形能力の確保について多くの指摘がなされている。従
来の柱・梁接合部は、図８に見られるように構成されて
おり、設計上仕口部を塑性変形点にしている。従って、
大梁３０は、中央部材３１がロール材のＨ鋼で構成さ
れ、両端部３２には仕口部の耐力を向上させるために、
工場等で別途に溶接加工されたビルト材３３を溶接して
一体化してある。仕口部３４の耐力は、柱に設けたダイ
ヤフラムとビルト材のフランジ３５とを溶接処理した構
造として計算され、耐力的にはフランジ部分のみで計算
されておりウエブ部の結合強度は考慮されていない。こ
のため、ビルト材のフランジ３５は母材のものより厚い
材料が使われていることが多い。しかし、一方では溶接
部に対する信頼性の点からこれを補完するために、実際
にはウエブ部分の接合も入念に実施される。このため、
柱にはシャープレート３６が溶接されており、柱と梁は
大梁端部３２とシャープレート３６とを高力ボルト３７
で接合することで一体化されている。従って、鉄骨単価
が高くなり、大梁部材の鉄骨数量やシャープレート・ボ
ルトの数量も多くなって曲げ応力の伝達を生じてしまっ
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、建物の耐震
性の向上を図ることを目的にしており、加えて接合構造
の簡素化、溶接の合理化及び鉄骨重量の削減を図る耐震
型柱・梁接合構造を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による耐震型柱・
梁接合構造は、基本的にＨ形鋼で形成される梁におい
て、塑性変形点を梁母材に設定し仕口耐力を塑性変形点
における母材耐力より大にして仕口部に先行して梁母材
を塑性変形させるものであり、これを具体的に達成する
ために、梁端部のフランジ幅を母材のロール材と同一材
質の補強板を設置することで所定の範囲で拡大し、又、
フランジ幅の拡大を母材の端部に設けるビルト材で行う
ことを考慮している。さらに、幅を拡大したフランジの
母材側に傾斜を設けたり、上下のフランジ間にウエブの
みに付設したフランジの歪み止めを設けることも特徴に
している。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による耐震型柱・
梁接合構造を説明するための平面図と側面図である。図
において、１はＣＦＴの柱であり、２は大梁である。柱
１には、ダイヤフラム３とシャープレート４とを取り付
けてある。大梁２はフランジ５を有するロール材のＨ鋼
であり、その母材に設定した塑性変形点６の位置から大
梁端部７まで、フランジ５に補強材８を溶接付けしてあ
る。補強材８の取り付けは、随時行うことができるもの
で特別の制限はないものの、溶接による熱応力等を加味
した製品精度の観点からは、管理の行き届いた工場等で
の溶接加工が推奨される。溶接方法としては、突き合わ
せ溶接、部分溶け込み溶接等が用いられるが、突き合わ
せ溶接は熱容量が大きく、鋼材を変質させて硬くなり割
れやすくなるので、後述の端部フランジの溶接も含めて
部分溶け込み溶接の採用が望ましい。

【０００６】柱１と大梁２は、柱のダイヤフラム３と幅
が広く形成された端部フランジ９との溶接及びシャープ
レート４と梁ウエブとの高力ボルト結合１０で一体化し
ているが、仕口部における塑性耐力は、端部フランジ９
の接合部のみで設計されている。その結果、シャープレ
ート４と梁ウエブとの高力ボルト結合１０は、お互いの
結合関係を維持する程度の強度で充分であるから、従来
の結合構造と比較して極めて簡潔に構成されている。

【０００７】仕口部の強度は、母材に設定した塑性変形
点６における塑性耐力を設定してから、塑性モーメント
の勾配に対応させた状態で梁端部の塑性変形耐力を設定
しているから、結果的に塑性変形点６における塑性耐力
の数値より大に設定することになり、本実施の形態では
１．２倍にしている。この値は、梁の形状や塑性変形点
の設定位置によって任意に変えることができるが、母材
での塑性変形を先行させるために、少なくとも１．０を
越える値にしておく必要がある。従って、地震力等が建
物に加えられた時には、柱・梁仕口部に先行して塑性変
形点を設定した大梁の母材部分に塑性変形が発生するこ
とになるので、柱・梁仕口部の耐力不足、接合部の形状
から来る応力集中による脆性破壊等を未然に防ぐことが
できる。

【０００８】図２、３は、従来の大梁と同様にロール材
の中央部１１の両端にビルト材の端部１２を接合した大
梁の平面図であり、他の部分は図１の場合と同様であ
る。図２の形態は、上述の幅が広く形成された端部フラ
ンジ９をビルト材の端部１２に形成するものであり、ビ
ルト材の加工時にフランジ部の鋼板を予め段差１３を付
けて切断加工しておいたものを組立溶接することで製造
している。ただし、従来の場合と異なっていることは上
述のように塑性変形点を仕口部においていないのでフラ
ンジ部の鋼板厚さは中央部のフランジとあまり違わない
厚さの鋼板で充分である点である。

【０００９】図２の場合の塑性変形点６は、当然のこと
ながら段差１３を作ったビルト材の範囲に形成されるも
のであるから、段差１３での耐力と仕口耐力とはロール
材で形成していた図１の形態に比較してかなり高い数値
での設計を許容している。従って、別途に形成した補強
材を溶接するような別立て作業をする必要がなくなり、
製造面での効率化とコストの削減が可能になる。

【００１０】図３の形態は、幅が広く形成された端部フ
ランジ９をビルト材全体に形成するものであり、ビルト
材としてはロール材の中央部より若干厚いフランジ部の
鋼板を用いて端部Ｈ形鋼１４として組立溶接することで
製造する。大梁は、ロール材の中央部１１の両端にビル
ト材の端部Ｈ形鋼１４を接合して形成するから、フラン
ジの段差部分はロール材とビルト材との接合部になる。
従って、母材に設定した塑性変形点６の耐力と仕口部に
おける塑性耐力とは溶接部同士の設定になる。いずれの
塑性耐力も、その溶接に対する信頼性の問題が根底にあ
るとしても、設計値としての比較設定においては同様の
性状を踏まえて行うことになり、期待する母材における
先行塑性変形には有効な形態といえる。

【００１１】図４（ａ）、（ｂ）に示す形態は、フラン
ジ補強の他の形態を示す平面図及び側面図である。上記
実施の形態では、梁の母材部分に塑性変形点を設定し柱
・梁仕口部の塑性耐力は塑性モーメント勾配に従って母
材部分の値より高いものにするために、梁端部のフラン
ジ幅を拡大するように補強して対応してきた。このこと
は、基本的に仕口部におけるフランジの断面積を拡大す
ることであるから、図４に示すように梁２の端部にフラ
ンジ５と平行に補助フランジ１５を設けてフランジを２
重にして実質的に断面積を拡大するものである。この際
には、柱側にも新規にスチフナ１６を設けて補助フラン
ジ１５と溶接接合ができるようにする。

【００１２】補強材８はフランジ５に溶接付け１７され
ており、その形状は図１に示すように矩形状のままも考
えられるが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように塑性変形
点側の端部１８を加工するのも効果的である。図５
（ａ）に示す例は、端部１８を４５度の角度で切欠面１
９を形成するものであり、これによって溶接時の熱応力
が補強材全体に分布されて均一な品質を確保することが
できる。なお、図５（ａ）では切欠面１９の形状を直線
面として表示しているが、同面はこの形状に限定される
ものでなく、所定の曲率を持った切り欠き形状であって
も良い。図５（ｂ）の例は、切欠面１９に加えてフラン
ジ５に接する端部をグラインダーで円形２０に加工する
ものであり、端部に集中する応力を分散させるのに効果
的である。実験によれば、これらの加工成形によって梁
に応力が加えられた時に、溶接端のフランジ５に亀裂が
生じるのを防止できることが確認できている。

【００１３】図６は、本発明による耐震型柱・梁接合構
造の梁に付設したフランジ補強材を説明するための側面
図であり、図７は、図６のイ−イ断面図である。上述の
ように、本発明による耐震型柱・梁接合構造は梁母材に
先行する塑性変形点を設定するものであるから、従来の
梁よりも中央部のフランジに大きな応力が加えられるこ
とになる。このために、フランジが部分的に歪んで座屈
するような現象が起こる。

【００１４】そこで、中央部の梁母材にフランジの座屈
を押さえるためのフランジ補強材２１を付設しておくと
効果的である。フランジ補強材２１の付設状態は、図７
に示す梁２の断面図で明らかなように、梁のウエブ部分
２２にフランジ補強材２１を溶接２３によって取り付け
るもので、上下のフランジ５とは接合していない。 従
って、梁自体の剛性には全く影響がない状態で、フラン
ジ５の座屈時の移動のみを押さえているから、本発明に
よる耐震型柱・梁接合構造のメリットをさらに向上させ
ることになる。

【００１５】

【発明の効果】本発明による耐震型柱梁接合構造は、基
本的に塑性変形点を梁母材に設定し仕口耐力を塑性変形
点における母材耐力より大にして仕口部に先行して梁母
材を塑性変形させるものであり、これを具体的に達成す
るために、梁端部のフランジ幅を母材のロール材と同一
材質の補強板を設置することで所定の範囲で拡大し、
又、フランジ幅の拡大を母材の端部に設けるビルト材で
行うことを考慮しており、さらに、幅を拡大したフラン
ジの母材側に傾斜を設けたり、上下のフランジ間にウエ
ブのみに付設したフランジの歪み止めを設けているか
ら、塑性変形能力、塑性耐力を大きくさせて耐震性の向
上を図ることができると共に、鉄骨単価の低減を図るこ
とができ、大梁部材の鉄骨数量の低減とシャープレート
・ボルト数量の低減が図れ、結果として柱・梁接合部で
の応力の伝達が回避される効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による耐震型柱・梁接合構造を示す平面
図と側面図

【図２】本発明による耐震型柱・梁接合構造の他の例を
示す平面図

【図３】本発明による耐震型柱・梁接合構造の他の例を
示す平面図

【図４】本発明による耐震型柱・梁接合構造の他の例を
示す平面図と側面図

【図５】補強材の加工を示す平面図

【図６】フランジ補強材を適用した耐震型柱・梁接合構
造の側面図

【図７】フランジ補強材を適用した梁の断面図

【図８】従来の柱梁接合構造の平面図と側面図

【符号の説明】

１ 柱 １６
ダイヤフラム ２ 大梁 １７
溶接付け ３ ダイヤフラム １８
塑性変形点側端部 ４ シャープレート １９
切欠面 ５ フランジ ２０
円形切削 ６ 塑性変形点 ２１
フランジ補強材 ７ 端部 ２２
梁のウエブ部分 ８ 補強材 ３０
大梁 ９ 端部フランジ ３１
中央部材 １０ 高力ボルト結合 ３２
梁端部 １１ 中央部 ３３
ビルト材 １２ ビルト材端部 ３４
仕口部 １３ 段差 ３５
ビルト材のフランジ １４ 端部Ｈ形鋼 ３６
シャープレート １５ 補助フランジ ３７
高力ボルト

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼で形成される梁において、塑性変
   形点を梁母材に設定し仕口耐力を塑性変形点における母
   材耐力より大にする耐震型柱・梁接合構造。
2. 【請求項２】 梁端部のフランジ幅を所定の範囲で拡大
   することを特徴とする請求項１に記載の耐震型柱・梁接
   合構造。
3. 【請求項３】 フランジ幅の拡大を補強板の設置で行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の耐震型柱・梁接合構
   造。
4. 【請求項４】 同一の材質で構成することを特徴とする
   請求項２、３に記載の耐震型柱・梁接合構造。
5. 【請求項５】 フランジ幅の拡大をビルト材で行うこと
   を特徴とする請求項２に記載の耐震型柱・梁接合構造。
6. 【請求項６】 ビルト材の端部部分で行うことを特徴と
   する請求項５に記載の耐震型柱・梁接合構造。
7. 【請求項７】 幅を拡大したフランジの母材側に傾斜を
   設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の耐震型柱・梁接合構造。
8. 【請求項８】 上下のフランジ間にウエブのみに付設し
   たフランジの歪み止めを設けたことを特徴とする請求項
   １〜７のいずれかに記載の耐震型柱・梁接合構造。