柱梁接合部

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【発明の名称】	柱梁接合部
【発明者】	【氏名】北岡聡【氏名】金子悦三
【要約】	【課題】接合部の構造が大幅に簡略化でき、施工性、経済性にも優れた柱梁接合部を提供する。【解決手段】鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を構成するＨ形鋼の強軸方向に鉄骨梁２を溶接してなる柱梁接合部について、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０であるＨ形鋼を用いる。また、このＨ形鋼からなる柱鉄骨１と鉄骨梁２の交差域である接合部パネルについて、スチフナーやダブラープレート等の補強材は設けない。

【特許請求の範囲】
【請求項１】鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を構成するＨ形鋼の強軸方向に鉄骨梁を溶接してなる柱梁接合部であって、柱を構成する前記Ｈ形鋼としてウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０であるＨ形鋼を用い、かつ、スチフナーやダブラープレート等の補強材がないことを特徴とする柱梁接合部。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、鉄骨造（Ｓ造）や鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱梁接合部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を構成する柱鋼材としてＨ形鋼を用いる場合において、広く一般的に用いられている柱鉄骨と鉄骨梁の接合構造を、図３（鉄骨造の場合）および図４（鉄骨鉄筋コンクリート造の場合）に例示する。
【０００３】従来、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を構成する柱鋼材としてＨ形鋼を用いる場合、柱鉄骨１の強軸方向に鉄骨梁２を溶接してなる柱梁接合部では、鉄骨梁２のフランジ２ａから作用する応力に対して、柱鉄骨１のウェブ１ｂの局部耐力が不足することから、鉄骨梁２から柱鉄骨１への応力伝達が十分に行われるように、鉄骨梁２のフランジ２ａが接合される位置に、水平スチフナー１３を設けている。
【０００４】さらに、接合部パネルの早期降伏を許容しない設計とした場合には、鉄骨梁２から作用する曲げ応力に対して、接合部パネルのせん断耐力が不足することから、接合部パネル（柱鉄骨１と鉄骨梁２との交差域）にダブラープレート１４や斜めスチフナー１５等の補強材を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱を構成する柱鋼材としてＨ形鋼を用いる場合、柱梁接合部は、上述のように、補強材の加工、溶接施工に多くの手間を要し、製作コストが高くなる他、構造的にも複雑となり、合理的な設計が難しくなる。
【０００６】また、上記補強材の溶接施工は、溶接欠陥や熱影響による母材の劣化といった柱梁接合部の耐力および変形性能に深刻な影響を与える欠陥を発生させる可能性が高い。このようなことから、スチフナーやダブラープレート等の補強材がない柱梁接合部が望まれている。
【０００７】本願発明は上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、接合部の構造が大幅に簡略化でき、施工性、経済性にも優れた柱梁接合部を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発明は、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を構成するＨ形鋼の強軸方向に鉄骨梁を溶接してなる柱梁接合部であって、柱を構成する前記Ｈ形鋼として、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０であるＨ形鋼を用い、柱梁接合部にスチフナーやダブラープレート等の補強材がないことを特徴とするものである。
【０００９】すなわち、接合部パネルについて、鉄骨梁の梁フランジが接合される位置の水平スチフナーや、接合パネル内のダブラープレートや斜めスチフナー等の補強材は設けないものとする。ここで、柱を構成するＨ形鋼の強軸方向に鉄骨梁を溶接というのは、鉄骨梁の接合に用いられる従来の接合構造を適用できることを意味しており、フランジとウェブをともに溶接接合する場合（工場溶接の場合は、通常、フランジを突合せ溶接し、ウェブを隅肉溶接する）や、フランジを溶接接合し、ウェブを接合金物を利用して接合する場合等も含まれる。
【００１０】本発明において、柱に用いるＨ形鋼を、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０にあるＨ形鋼に限定した理由を以下に示す。表１～３は、現在、一般に広く使用されている圧延Ｈ形鋼の形状、およびそのウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係を示したものである。
【００１１】
【表１】

【００１２】
【表２】

【００１３】
【表３】

表１の細幅系列や表２の中幅系列は、主に曲げ応力を受ける梁等に用いられており、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の比ｔ₁／ｔ₂は、０．５４～０．７２となっている。これは、フランジを厚くし、ウェブを薄くすることで、曲げ剛性および曲げ耐力の対重量率が良くなることに起因している。
【００１４】表３の広幅系列は、主に柱やブレース等に用いられており、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の比ｔ₁／ｔ₂が、０．６１～０．７０にあるものと、ウェブとフランジが同厚のものとの２通りの形状がある。特に、ウェブとフランジが同厚のものは、材軸方向に大きな圧縮力を受ける部材に適した断面となっている。
【００１５】いずれの場合においても、現状の圧延Ｈ形鋼では、ウェブの板厚がフランジの板厚以下となっている。本発明は、柱を構成するＨ形鋼の強軸方向に鉄骨梁を溶接してなる柱梁接合部について、構造の単純化の面からその見直しを行い、柱に用いるＨ形鋼のウェブを厚くすることで、水平スチフナーおよびダブラープレートや斜めスチフナー等の接合部パネルの補強材を用いずに柱梁接合部を構築することを目的としたものであり、このためには、柱鉄骨のウェブの板厚ｔ₁をどの程度とすれば良いかが問題となる。
【００１６】そこで、鉄骨造建物の実施設計において、柱鋼材として一般に広く採用されている圧延Ｈ形鋼の全般を対象としてケーススタディーを行った。具体的には、表１に示す柱鉄骨（Ｆ値３．３ｔｆ／ｃｍ²＝３２４Ｎ／ｍｍ²）と鉄骨梁（Ｆ値２．４ｔｆ／ｃｍ²＝２３５Ｎ／ｍｍ²）の組合せについて、水平スチフナーを省略し、かつ、接合部パネルのダブラープレートや斜めスチフナー等の補強材を省略するために、柱鉄骨のウェブに必要となる厚みＴを算定しており、その結果を表４に示す。
【００１７】
【表４】

表４から明らかなように、柱鉄骨のウェブに必要となる厚みＴは、いずれも柱鉄骨のウェブの実際の板厚ｔ₁を大きく上回っており、柱鉄骨として前記従来の圧延Ｈ形鋼を用いて、柱梁接合部を無補強とした場合には、梁が十分な耐力を発揮する以前に、柱梁接合部の局部降伏もしくは接合部パネルのせん断降伏が起こり、地震時に梁から柱鉄骨への応力伝達が十分行われない。
【００１８】また、図５は、柱鉄骨に用いるＨ形鋼のフランジの幅厚比Ｂ／ｔ₁と、柱梁接合部において梁降伏が保証されるのに必要な柱鉄骨のウェブの必要厚みＴとフランジの板厚ｔ₂との比Ｔ／ｔ₂との関係を示すグラフであるが、図５から明らかなように、梁のフランジが十分な耐力を発揮するために柱鉄骨のウェブに必要となる厚みＴは、圧延Ｈ形鋼の形状寸法によらず、フランジの板厚ｔ₂との関係が概ね１．０≦Ｔ／ｔ₂≦２．０の範囲にある。
【００１９】上記解析は、鉄骨造の柱と梁からなる架構の柱梁接合部について行ったものであるが、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱と梁からなる架構の柱梁接合部についても、柱梁接合部における柱鉄骨と鉄骨梁間の応力伝達性能の観点から、その柱鉄骨と鉄骨梁の接合部分に対し、鉄骨造の柱と梁からなる架構の柱梁接合部と同等の性能が要求される。
【００２０】上記解析の結果を踏まえ、かつ、架構を構成する鋼材の形状寸法や実降伏点のばらつきを考慮すれば、特に、柱鉄骨として用いるＨ形鋼のウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の比は、１．１以上とすべきであると考えられる。一方で、柱鉄骨として用いるＨ形鋼のウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の比が２．０以上となると、Ｈ形鋼自体の重量が大きくなりすぎることから、接合パネルに補強材がないことを特徴とする本発明の柱梁接合部に用いる柱鉄骨としては不適当となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、本願発明の一実施形態を示したものであり、工場等に広く採用されている一方向をブレース構造とし、他方向をラーメン構造とした鉄骨構造建物における柱梁接合部を示している。
【００２２】図中の符号１は、Ｈ形鋼からなる柱鉄骨を示し、この柱鉄骨１として、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０にあるＨ形鋼を用いている。この柱鉄骨１のフランジ１ａに対して、Ｈ形鋼からなる鉄骨梁２のフランジ２ａおよびウェブ２ｂを溶接接合することにより、柱鉄骨１と鉄骨梁２の接合構造を剛接合とし、柱鉄骨１の強軸方向に、柱鉄骨１と鉄骨梁２からなるラーメン架構が構成される。
【００２３】一方、柱鉄骨１の弱軸方向には、ブレース材を配することから、柱鉄骨１のウェブ１ｂにガセットプレート７を溶接接合し、このガセットプレート７に対して、Ｈ形鋼からなる鉄骨梁３のウェブ３ｂの部分だけをボルト１６を用いて結合することにより、柱鉄骨１と鉄骨梁３の接合構造をピン接合としている。
【００２４】上記柱鉄骨１と鉄骨梁２の接合構造においては、柱鉄骨１のウェブ１ｂの板厚ｔ₁が十分に大きいことから、柱鉄骨１と梁フランジ２ｂの接合位置には、水平スチフナー等の補強材がない。また、柱鉄骨１のウェブ１ｂの板厚ｔ₁が十分に大きいことから、接合部パネル（柱鉄骨１と鉄骨梁２との交差域）には、ダブラープレート、斜めスチフナー等の補強材がない。
【００２５】図２は、本願発明の他の実施形態を例示するものであり、マンション等に広く採用されている、一方向に鉄筋コンクリート造の耐震壁を配し、他方向をラーメン構造とした鉄骨鉄筋コンクリート構造建物における柱梁接合部を示している。図中、符号４は、鉄骨鉄筋コンクリート柱を示す。この鉄骨鉄筋コンクリート柱４の柱鉄骨１として、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０にあるＨ形鋼を用いている。
【００２６】この柱鉄骨１のフランジ１ａに対して、Ｈ形鋼からなる鉄骨梁２のフランジ２ａおよびウェブ２ｂを溶接接合することによって、柱鉄骨１と鉄骨梁２の接合構造を剛接合としている。一方、柱鉄骨１の弱軸方向には、鉄筋コンクリート造の耐震壁を配することから、柱鉄骨１のウェブ１ｂにガセットプレート７を溶接接合し、このガセットプレート７に対して、Ｈ形鋼からなる鉄骨梁３のウェブ３ｂ部分だけをボルト１６を用いて結合することにより、柱鉄骨１と鉄骨梁３の接合構造をピン接合としている。
【００２７】上記の状態から、柱鉄骨１および鉄骨梁２、３の周囲には、主筋８、１０を各々配し、また、主筋８、１０の周囲に、帯筋９およびあばら筋１１を各々配した後に、型枠を組んでコンクリート１２を打設する。このコンクリート１２が硬化して鉄骨鉄筋コンクリート柱４および鉄骨鉄筋コンクリート梁５、６が形成され、柱鉄骨１の強軸方向に、鉄骨鉄筋コンクリート柱４と鉄骨鉄筋コンクリート梁５からなるラーメン架構が、また、柱鉄骨１の弱軸方向に、鉄骨鉄筋コンクリート柱４と鉄骨鉄筋コンクリート梁６および鉄筋コンクリート造の耐震壁からなる架構が構成される。
【００２８】上記鉄骨鉄筋コンクリート柱４と鉄骨鉄筋コンクリート梁５の接合構造においては、図１に示した鉄骨造建物における実施形態の場合と同様に、柱鉄骨１のウェブ１ｂの板厚ｔ₁が十分に大きいことから、柱鉄骨１と梁フランジ２ｂの接合位置には、水平スチフナー等の補強材がない。
【００２９】また、柱鉄骨１のウェブ１ｂの板厚ｔ₁が十分に大きいことから、接合部パネルには、ダブラープレート、斜めスチフナー等の補強材がない。加えて、上記鉄骨鉄筋コンクリート柱４と梁５の接合構造においては、強固な接合構造が得られ、応力伝達機構も明確であり、かつ、柱と梁の接合構造が簡略化されることから、図示した実施形態では、柱梁接合部の内において、柱主筋８を取り巻く帯筋９を省略し、さらに柱梁接合部の構造を簡略化して、施工性を高めている。ただし、設計に応じて、通常の場合と同様に、柱梁接合部内に柱帯筋を配筋する場合もある。
【００３０】
【発明の効果】本願発明に係る柱梁接合部は、柱を構成するＨ形鋼として、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂の関係が、１．１≦（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０であるＨ形鋼を用いることから、梁フランジが接合される位置の水平スチフナーがなく、また、接合部パネルについて、ダブラープレートや斜めスチフナー等の補強材もない。
【００３１】すなわち、本願発明に係る柱梁接合部では、別途補強することなく、十分な剛性、耐力を有することから、材料費、施工費を含めたコストを削減することができる。また、本願発明の柱梁接合部には、水平スチフナー等の補強材がなく、その溶接施工がないことから、溶接欠陥や熱影響による母材の劣化といった柱梁接合部の耐力および変形性能に深刻な影響を与える欠陥を回避することができる。また、柱を鉄骨鉄筋コンクリート造とする場合においては、スチフナー等の補強材がないことから配筋作業が容易となる。
【００３２】加えて、柱鉄骨に用いるＨ形鋼を、ウェブの板厚ｔ₁とフランジの板厚ｔ₂との関係が、（ｔ₁／ｔ₂）≦２．０にあるＨ形鋼であることから、上記効果を維持しつつ、鋼材重量およびコストの増大を抑えることができ、架構全体としての経済性を確保することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００２１１８【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
【出願日】	平成１２年２月１日（２０００．２．１）
【代理人】	【識別番号】１０００７００９１【弁理士】【氏名又は名称】久門知（外１名）
【公開番号】	特開２００１－２１４５１４（Ｐ２００１－２１４５１４Ａ）
【公開日】	平成１３年８月１０日（２００１．８．１０）
【出願番号】	特願２０００－２４０３０（Ｐ２０００－２４０３０）