JP6347593B2 - 鉄骨架構 - Google Patents

Description

本発明は、鉄骨造建物の鉄骨架構に関する。

鉄骨造建物では、柱の側面にＨ形鋼材等からなる梁ブラケットを接合し、当該梁ブラケットを利用して梁鉄骨を横架するブラケット工法を採用する場合がある。
この梁ブラケットには、地震時における柱に対する変形追随性が要求される。

特許文献１には、梁ブラケットのフランジの左右両側に三角形状の低降伏点鋼板からなるハンチプレートを添設した柱梁接合構造が開示されている。この柱梁接合構造は、ハンチプレートにより、地震時等における柱に対する梁ブラケットの変形追随性能を向上させるとともに、地震時の履歴エネルギーを吸収することを可能としている。

一方、ハンチプレートの端部（ハンチプレートと梁ブラケットのフランジにより形成される入隅部）では、梁ブラケットの断面形状が急変するので、塑性ひずみが集中する傾向にある。

また、ハンチプレートが設けられた梁ブラケットでは、ハンチプレートによって梁ブラケットの断面積が増大するので、曲げモーメントによる応力が最大となる位置は、梁ブラケットの端部（柱との接合部）からハンチプレートの端部（ハンチプレートとフランジとの入隅部）に移動する。
このように、ハンチプレート付きの梁ブラケットでは、梁ブラケットのフランジとハンチプレートとの入隅部に応力（塑性ひずみ、曲げモーメント）が集中することにより、集中的に損傷が進行するおそれがある。

特許文献２には、このような入隅部における応力集中を回避することを目的として、梁ブラケットの断面形状が急変する箇所（断面急変位置）を跨ぐように、梁ブラケットのフランジまたはウェブに補強部材を接合する柱梁接合構造が開示されている。かかる柱梁接合構造によれば、補強部材を設置することにより曲げモーメントによる応力が最大となる位置を移動させて、塑性ひずみが集中する箇所と曲げモーメントが最大となる位置を分離することができる。

特開２０００−２７３９７１号公報 特開２０１３−１８１２９２号公報

特許文献２の柱梁接合構造は、ハンチプレートとは別に補強部材を梁ブラケットに固定する必要があるので、製造時に手間がかかる。
また、塑性ひずみが集中する箇所と曲げモーメントが最大となる位置を分離しているものの、断面形状が変化する入隅部は残るため、当該部分において塑性ひずみによる影響が懸念される。

このような観点から、本発明は、簡易な構成で、かつ、応力集中が起きにくい鉄骨架構を提供することを課題とする。

鉄骨架構の一例としては、一対の柱にそれぞれ接合された一対の梁ブラケットと、前記一対の梁ブラケットに両端が接合された梁鉄骨とからなり、前記梁ブラケットと前記梁鉄骨とは、スプライスプレートおよび複数の高力ボルトを介して接合されており、前記梁ブラケットは、ウェブおよびフランジを有する主材と前記フランジを拡幅する拡幅材とを備えていて、前記拡幅材は、前記主材の全長にわたって前記フランジの側面に接合された低降伏点鋼材からなるものがある。

かかる鉄骨架構によれば、梁ブラケットのフランジと拡幅材とにより入隅部が形成されないため、梁ブラケットに応力集中が起きにくい。
また、梁ブラケットのフランジを拡幅するのみの簡易な構成なため、製造時の手間も削減することができる。

前記課題を解決するために、第一の発明の鉄骨架構は、一対の柱にそれぞれ接合された一対の梁ブラケットと、前記一対の梁ブラケットに両端が接合された梁鉄骨とからなり、前記梁ブラケットと前記梁鉄骨とは、複数のスプライスプレートおよび複数の高力ボルトを介して摩擦接合されており、前記梁ブラケットは、ウェブおよびフランジを有する主材と、当該フランジを拡幅する拡幅材とを備えるとともに、その長さは前記柱から最も柱側に位置する前記フランジの高力ボルトまでが梁せい以上であり、前記フランジのスプライスプレートは、前記フランジを上下から挟んだ状態で圧着されており、前記拡幅材は、前記フランジの側面に接合された低降伏点鋼材からなり、前記柱から最も柱側に位置する前記フランジの高力ボルトよりも前記梁鉄骨側まで延在して前記フランジのスプライスプレートにかかる長さを有し、かつ、前記拡幅材の長さは前記主材の長さ以下であることを特徴としている。
また、第二の発明の鉄骨架構は、拡幅材の先端が前記柱から複数本目の前記フランジの高力ボルト付近に位置する長さを有していることを特徴としている。

かかる鉄骨架構によれば、梁ブラケットのフランジと拡幅部とにより入隅部が形成されるものの、高力ボルトを介してスプライスプレートが摩擦接合されているため、梁ブラケットに応力集中が起きにくい。
また、梁ブラケットのフランジを拡幅するのみの簡易な構成なため、製造時の手間も削減することができる。

本発明によれば、簡易な構成で、かつ、応力集中が起きにくい鉄骨架構を構築することができる。

本発明の実施形態に係る鉄骨架構を示す斜視図である。 第一の実施形態の鉄骨架構の端部を示す図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は正面図である。 図２の鉄骨架構の一部分を示す拡大斜視図である。 第二の実施形態の鉄骨架構の端部を示す図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は正面図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、図１に示すように、一対の柱Ｐ，Ｐの間に横架された鉄骨架構１について説明する。
鉄骨架構１は、一対の柱Ｐ，Ｐにそれぞれ接合された一対の梁ブラケット３，３と、一対の梁ブラケット３，３に両端が接合された梁鉄骨５とからなる。つまり、鉄骨架構１は、いわゆるブラケット工法により組み立てられている。

梁ブラケット３は、柱Ｐの一部を構成する柱部材２と通しダイアフラム４に固定されている。

柱部材２は、図２に示すように、所定の肉厚を有した角形鋼管により構成されていて、柱Ｐの一部を構成している。
柱部材２の外面には、梁ブラケット３が固定されている。

なお、柱部材２は、必ずしも角形鋼管である必要はなく、柱部材２の断面形状は限定されるものではない。また、柱部材２は、必ずしも鋼管により構成されている必要はなく、例えば、Ｈ形鋼により構成してもよい。

梁ブラケット３は、鉄骨架構１の端部を構成しており、柱部材２の側面に固定されている。
梁ブラケット３は、主材３０とハンチ（拡幅材）３１，３２とを有している。

本実施形態の主材３０は、上下一対のフランジ３０ａ，３０ｂとウェブ３０ｃとを有する普通鋼材により構成されている。フランジ３０ａ，３０ｂは、主材の全長にわたって同一の幅を有している。
なお、本実施形態では、主材３０として、Ｈ形鋼を採用したが、主材３０は必ずしもＨ形鋼である必要はなく、例えば、Ｌ形鋼や溝形鋼であってもよい。

梁鉄骨５は、主材３０と同一断面のＨ形鋼からなる。
梁鉄骨５と主材３０は、図２に示すように、端面同士を突き合わせた状態で、互いのウェブ同士およびフランジ同士に跨って配設されたスプライスプレート６，６，…を介して接合されている。

フランジ同士を接合するスプライスプレート６は、フランジの上下それぞれに配置されている。本実施形態では、上フランジの上面には１枚のスプライスプレート６が配置されており、上フランジの下面にはウェブの両側に１枚ずつスプライスプレート６が配置されている。同様に、下フランジには、下面に１枚のスプライスプレート６が、上面にはウェブの両側にそれぞれ１枚ずつスプライスプレート６が配置されている。

フランジを上下から挟むスプライスプレート６，６は、図３に示すように、複数の高力ボルト７，７，…によりフランジに圧着されている。なお、本実施形態では、ウェブを挟んで６本ずつ計１２本の高力ボルト７，７，…でスプライスプレート６，６を各フランジに圧着したが、高力ボルト７の本数は限定されない。

ウェブ同士に跨って配設されたスプライスプレート６，６は、梁鉄骨５および主材３０のウェブを左右から挟んだ状態で、図２の（ｂ）に示すように、複数の高力ボルト７，７，…によりウェブに圧着されている。なお、本実施形態では、５本ずつ計１０本の高力ボルト７，７，…でスプライスプレートをウェブに圧着したが、高力ボルト７の本数は限定されない。

主材３０のウェブ３０ｃは、柱部材２に溶接されており、上下のフランジ３０ａ，３０ｂは、通しダイアフラム４，４に溶接されている。なお、上側のフランジ３０ａのみを通しダイアフラム４に接合してもよい。

梁ブラケット３は、フランジ３０ａ，３０ｂの左右に、ハンチ３１，３２がそれぞれ取り付けられていることで、拡幅されている。

ハンチ３１，３２は、低降伏点鋼材により形成された鋼板である。本実施形態では、ハンチ３１，３２の板厚を、フランジ３０ａ，３０ｂの板厚と同等とするが、ハンチ３１，３２の板厚は、フランジ３０ａ，３０ｂの板厚と異なっていてもよい。

ハンチ３１，３２は、フランジ３０ａ，３０ｂに側端面を突き合わせた状態で溶接されているとともに、基端面がダイアフラム４の端面に溶接されている。

上側のフランジ３０ａに取り付けられたハンチ（以下、「上段ハンチ」という）３１は、図２の（ａ）に示すように、主材３０と同じ長さを有している。

また、上段ハンチ３１は、全長にわたって、同一の幅を有していて、平面視矩形に形成されている。
なお、上段ハンチ３１の幅は、必ずしも全長にわたって同一である必要はなく、例えば、梁鉄骨５側の端部において漸減されていてもよいし、円弧上に隅切されていてもよい。

下側のフランジ３０ｂに取り付けられたハンチ（以下、「下段ハンチ」という）３２は、図１および図２の（ｂ）に示すように、主材３０と同じ長さを有している。また、下段ハンチ３２は、全長にわたって同一の幅を有していて、平面視矩形に形成されている。
なお、下段ハンチ３２は、梁鉄骨５側の端部において隅切されていてもよい。

通しダイアフラム４は、図２の（ｂ）に示すように、柱Ｐを上下に分断するように配設された鋼板である。つまり、通しダイアフラム４は、上下から柱Ｐ（柱部材２）を構成する角形鋼管により挟まれている。

通しダイアフラム４は、図２の（ａ）に示すように、柱部材２の外形よりも大きな面積を有した板材により構成されていて、通しダイアフラム４の端部は、柱部材２の外面から突出している。

本実施形態では、図２の（ｂ）に示すように、２枚のダイアフラム４が、上下２段に間隔をあけて配設されている。上段のダイアフラム４１は、梁ブラケット３の上側のフランジ３０ａと同じ高さ位置に配置されていて、下段のダイアフラム４２は、梁ブラケット３の下側のフランジ３０ｂと同じ高さ位置に配置されている。

主材３０の上下のフランジ３０ａ，３０ｂおよび上下のハンチ３１，３２は、通しダイアフラム４の突出部分に溶接されている。

なお、本実施形態では、上下の通しダイアフラム４１，４２がそれぞれ上下のフランジ３０ａ，３０ｂと同じ高さに配設されている場合について説明したが、通しダイアフラム４の高さ位置は必ずしも上下のフランジ３０ａ，３０ｂと一致している必要はない。

以上、本実施形態の鉄骨架構１は、ハンチ３１が梁ブラケット３の主材３０と同じ長さを有していて、主材３０と梁鉄骨５との境界の延長上にハンチ３１の端面が位置しているので、梁ブラケット３に入隅部が形成されることがない。
そのため、梁ブラケット３に応力が集中する箇所が形成されることを防止できる。ゆえに、主材３０のフランジに亀裂損傷等が生じることを防止できる。

梁ブラケット３は、主材のフランジにハンチ３１が固定されたのみの簡易な構成なため、簡易かつ安価に製造することができる。

梁ブラケット３と梁鉄骨５とは、高力ボルトおよびスプライスプレートにより接合されているため、接合部における力がスプライスプレートを介して伝達される。そのため、ハンチ３１の端部における応力集中が緩和される。

また、大規模な地震時においても概ね弾性範囲の建物において、低降伏点鋼材よりなるハンチ３１，３２が揺れを吸収するため、地震時の揺れを早期に止めることができる。
そのため、本実施形態の鉄骨架構１を採用することで、耐震性に優れた建物を構築することができる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態に係る鉄骨架構１は、図４に示すように、ハンチ（拡幅材）３１，３２の長さが、主材３０よりも短い点で、第一の実施形態に係る鉄骨架構１と異なっている。
なお、第二の実施形態の柱部材２、主材３０、通しダイアフラム４、梁鉄骨５、スプライスプレート６および高力ボルト７の詳細は、第一の実施形態で示したものと同様なため、詳細な説明は省略する。

本実施形態のハンチ３１，３２は、低降伏点鋼材からなる。
ハンチ３１，３２は、主材３０の上側のフランジ３０ａに側端面を突き合わせた状態で固定されているとともに、基端面がダイアフラム４の端面に溶接されている。

ハンチ３１，３２は、その先端が柱Ｐから２本目の高力ボルト６付近に位置する長さを有している。なお、ハンチ３１，３２の長さはこれに限定されるものではなく、先端の位置が柱Ｐから１本目の高力ボルト７よりも梁鉄骨５側であればよい。

本実施形態のハンチ３１，３２は、梁鉄骨５側の端部において、梁鉄骨５に近づくにつれて幅が漸減するが、端部以外では同一の幅に形成されている。なお、ハンチ３１，３２の先端部の形状は限定されるものではなく、必ずしも漸減されている必要はない。例えば、全長にわたって同じ幅を有していてもよい。

以上、本実施形態の鉄骨架構１は、ハンチ３１，３２がスプライスプレート６にかかる長さを有しているため、ハンチ３１，３２とフランジとにより入隅部が形成されるものの、断面形状の変化により作用する応力は、スプライスプレート６を介して分散される。そのため、ハンチ３１，３２の端部における応力集中が起きにくく、主材３０のフランジに亀裂損傷等が生じることを防止できる。

この他の第二の実施形態に係る鉄骨架構１の作用効果は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記各実施形態の鉄骨架構１を採用した建物の使用目的は限定されない。

前記各実施形態では、柱部材２から一方向のみに梁ブラケット３が延設されて場合について説明したが、１本の柱部材に対して梁ブラケット３が多方向（２〜４方向）に延設されていてもよい。
なお、柱部材２に多数の梁ブラケット３が多方向から固定されている場合において、各梁ブラケット３の主材３０の断面形状は同一である必要はない。

ハンチ３１，３２の主材３０への溶接は、フルペネ（完全溶込）溶接でもよいし、パーシャル（部分溶込 ）溶接でもよい。

１ 鉄骨架構
２ 柱部材
３ 梁ブラケット
３０ 主材
３１，３２ ハンチ（拡幅材）
４ 通しダイアフラム
５ 梁鉄骨
６ スプライスプレート
７ 高力ボルト
Ｐ 柱

Claims (2)

1. 一対の柱にそれぞれ接合された一対の梁ブラケットと、
   前記一対の梁ブラケットに両端が接合された梁鉄骨と、からなる鉄骨架構であって、
   前記梁ブラケットと前記梁鉄骨とは、複数のスプライスプレートおよび複数の高力ボルトを介して摩擦接合されており、
   前記梁ブラケットは、ウェブおよびフランジを有する主材と、当該フランジを拡幅する拡幅材とを備えるとともに、その長さは前記柱から最も柱側に位置する前記フランジの高力ボルトまでが梁せい以上であり、
   前記フランジのスプライスプレートは、前記フランジを上下から挟んだ状態で圧着されており、
   前記拡幅材は、前記フランジの側面に接合された低降伏点鋼材からなり、前記柱から最も柱側に位置する前記フランジの高力ボルトよりも前記梁鉄骨側まで延在して前記フランジのスプライスプレートにかかる長さを有し、かつ、前記拡幅材の長さは前記主材の長さ以下であることを特徴とする、鉄骨架構。
2. 前記拡幅材は、その先端が前記柱から複数本目の前記フランジの高力ボルト付近に位置する長さを有していることを特徴とする、請求項１に記載の鉄骨架構。
   

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