JP2023045974A

JP2023045974A - 接合部

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Publication number: JP2023045974A
Application number: JP2021154619A
Authority: JP
Inventors: 宙光森岡; Hiromitsu Morioka; 智裕木下; Tomohiro Kinoshita
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-04-03
Anticipated expiration: 2041-09-22
Also published as: JP7533409B2

Abstract

【課題】鋼管柱と、梁、ブレース等の鋼製の横架材との接合部において、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮し、溶接作業に要する手間および施工時間を削減する。【解決手段】鋼管柱と、鋼製の横架材との接合部において、前記鋼管柱内には、前記横架材に備えられる水平の板要素が取り付けられる高さに、内ダイアフラムが接合されており、前記内ダイアフラムの外周には、前記鋼管柱の内面のうち前記横架材の前記水平の板要素が取り付けられる側の部分と溶接接合されている第１接合領域と、前記第１接合領域とは異なる位置で前記鋼管柱の内面と溶接接合されている第２接合領域と、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域と、が設けられるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管柱と、水平の板要素を有する鋼製の横架材との接合部に関し、特に、鋼管柱内に内ダイアフラムが設けられる接合部に関する。

鉄骨造やコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）構造の構造物において、鋼管柱と、水平の板要素を有する梁またはブレースとの接合部には、梁またはブレースから曲げモーメントが作用して、鋼管柱の側面に面外の変形が発生する。この面外変形が大きくなると、構造物の柱や梁等の主要構造部が本来有する耐力を十分発揮する前に、接合部の降伏が先行して発生し、構造物の層間変形角が過大となる結果、構造物全体の剛性が低下して早期に崩壊するおそれがある。

そこで、上記のような構造物の接合部においては、鋼管柱の側面の面外変形を抑制して接合部に十分な耐力を備えるべく、ダイアフラムと呼ばれる鋼板が水平方向に設けられ、梁のフランジやブレースから作用する押圧力または引張力がこのダイアフラムを介して柱に伝達されるようになっている。

ダイアフラムの主な形式としては、内ダイアフラム形式、通しダイアフラム形式、外ダイアフラム形式がある。このうち、鋼管柱の内側にダイアフラムが接合される内ダイアフラム形式では、ダイアフラムが鋼管柱の断面を貫通するように設けられる通しダイアフラム形式とは異なり、ダイアフラムおよび溶接材料に、梁と同じ強度のものを用いればよい。また、内ダイアフラム形式では、鋼管柱の内側にダイアフラムが納まるため、外ダイアフラムよりも柱の運搬性や施工性に優れる。

内ダイアフラムを鋼管柱の内側に溶接接合するにあたっては、柱が箱形断面四面溶接柱の場合にはエレクトロスラグ溶接が用いられ、柱がロールコラムやプレスコラム等の鋼製柱の場合にはＣＯ_２溶接が用いられる。内ダイアフラムを溶接接合するにあたって、エレクトロスラグ溶接が用いられる場合は、溶接線が交差する角部の処理に手間を要する。また、ＣＯ_２溶接が用いられる場合は、手作業による溶接となるため、施工時間が長くなるという問題がある。

特許文献１には、鋼管柱とブレースとの接合部において、鋼管柱とブレースのガゼットプレートとの間に鉛直力伝達材および水平力伝達材を設けることにより、鋼管柱内の内ダイアフラムを省略する技術が開示されている。

また、特許文献２には、高さが異なる複数の梁が取り付けられる、通しダイアフラム形式の接合部において、これら複数の梁のフランジのうち他の梁のフランジと高さが合わないものを、柱の側面に配置されるコの字形の梁接合部材を介して柱に接合することで、柱の内部に内ダイアフラムを設けることなく接合部の剛性および耐力を確保する技術が開示されている。

また、特許文献３には、柱のうち接合部近傍の部分を、十分な板厚を有する接合部コアによって構成することで、柱にダイアフラムを設けることなく接合部の剛性および耐力を確保する技術が開示されている。

特開２００２－１４６９０５号公報特開２０１３－１７４１０７号公報特開２００９－２８７２２１号公報

しかし、特許文献１に開示される技術では、鉛直力伝達材を柱に接合したり、水平力伝達材を梁に接合したりする必要があり、その手間が大きい。また、鉛直力伝達材が柱の外側に取り付けられ、水平力伝達材も梁の外側に取り付けられるため、柱や梁の運搬や現場作業に支障を生じる場合もある。

また、特許文献２に開示される技術では、梁接合部材の製作に手間を要し、また、手作業による溶接量も多くなるため、施工時間が長くなる。

また、特許文献３に開示される技術では、柱梁接合部コアの製作に手間を要し、柱梁接合部コアと柱との間を溶接接合する手間も生じるため、施工時間が長くなる。

上記課題を解決すべく、本発明は、鋼管柱と、梁、ブレース等の鋼製の横架材との接合部において、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮し、溶接作業に要する手間および施工時間を削減することが可能となる接合部を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼管柱と、鋼製の横架材との接合部であって、前記鋼管柱内には、前記横架材に備えられる水平の板要素が取り付けられる高さに、内ダイアフラムが接合され、前記内ダイアフラムの外周には、前記鋼管柱の内面のうち前記横架材の前記水平の板要素が取り付けられる側の部分と溶接接合されている第１接合領域と、前記第１接合領域とは異なる位置で前記鋼管柱の内面と溶接接合されている第２接合領域と、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域と、が設けられている、接合部。

ここで、前記鋼管柱には、箱形断面四面溶接柱を含むものとする。また、前記横架材には、梁およびブレースを含むものとする。

［２］前記第２接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第１接合領域と対向する側に設けられている、［１］に記載の接合部。

［３］前記第２接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第１接合領域を両側から挟む２箇所に一対で設けられている、［１］に記載の接合部。

［４］一対の前記第２接合領域は、前記第１接合領域から等距離となるように対称に配置されている、［３］に記載の接合部。

［５］前記内ダイアフラムの外周のうち、第１接合領域および第２接合領域が設けられている部分以外の全ての領域は、前記非接合領域とされている、［１］～［４］のいずれかに記載の接合部。

［６］前記横架材の数が複数である、［１］～［５］のいずれかに記載の接合部。

［７］複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域と対向する側に設けられている前記第２接合領域が、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域を兼ねている、［６］に記載の接合部。

［８］複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域と、該第１接合領域と対向する側に設けられている前記第２接合領域とが、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域を両側から挟む２箇所に一対で設けられている前記第２接合領域を兼ねている、［６］または［７］に記載の接合部。

［９］前記内ダイアフラムの幅Ｄｄ（ｍｍ）、前記内ダイアフラムの板厚ｔｄ（ｍｍ）、前記内ダイアフラムの降伏強度σｄ（Ｎ／ｍｍ^２）、内ダイアフラムの最大断面欠損幅Ｄｌ（ｍｍ）が、前記内ダイアフラムに作用することを想定する水平荷重の最大値Ｐｍａｘ（Ｎ）に対して、下記式（１）の関係を満たす、［１］～［８］のいずれかに記載の接合部。

（Ｄｄ－Ｄｌ）×ｔｄ×σｄ≧Ｐｍａｘ ……（１）
［１０］前記鋼管柱はコンクリート充填鋼管柱である、［１］～［９］のいずれかに記載の接合部。

本発明の接合部によれば、内ダイアフラムの外周に、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域が設けられていながらも、横架材の前記水平の板要素から第１接合領域を介して内ダイアフラムに伝達される荷重を、第１接合領域とは異なる位置に設けられている第２接合領域を介して、鋼管柱の内面のうち横架材の水平の板要素が取り付けられていない側に伝達できる。

よって、内ダイアフラムの外周のうち、鋼管柱の面外変形の抑制に効果が大きい部分である第１接合領域および第２接合領域では、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接部を確保しつつ、内ダイアフラムの外周の他の部分である非接合領域では溶接を省略することで、内ダイアフラムと鋼管柱との間の溶接長を短くすることができる。よって、溶接施工に要する時間を短縮でき、溶接材料の使用量を削減できる。

図１は、本発明の第一の実施形態の接合部を示す縦断面図である。図２は、本発明の第一の実施形態の接合部を示す水平断面図である。図３は、本発明の第一の実施形態の変形例の接合部を示す縦断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、本発明の第一の実施形態の他の変形例の接合部を示す水平断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、本発明の第一の実施形態の接合部に外力が作用する時の応力伝達を説明する水平断面図である。図６は、本発明の第二の実施形態の接合部、およびこの接合部に外力が作用する時の応力伝達を示す水平断面図である。図７（ａ）～図７（ｃ）はそれぞれ、本発明の第三の実施形態～第五の実施形態の接合部を示す水平断面図である。図８（ａ）～図８（ｄ）は、本発明の第三の実施形態～第五の実施形態の接合部に外力が作用する時の応力伝達を示す水平断面図である。図９（ａ）～図９（ｈ）はそれぞれ、本発明の第六の実施形態～第十三の実施形態の接合部を示す水平断面図である。図１０は、本発明の第十四の実施形態の接合部を示す縦断面図である。図１１は、本発明の第十五の実施形態の接合部を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の接合部の実施形態について、詳細に説明する。

図１に、本発明の第一の実施形態の接合部１Ａの縦断面図を示す。また、図２に、本実施形態の接合部１Ａの水平断面図を示す。

図１および図２に示すように、本実施形態の接合部１Ａは、鋼管柱３と、Ｈ形鋼からなる２本の梁（横架材）６、７との柱梁接合部である。鋼管柱３は、箱形断面四面溶接柱、ロールコラム、プレスコラム等から構成されており、矩形状の断面を有している。梁６、７はそれぞれ、水平の板要素である上フランジ６１、７１および下フランジ６２、７２を有している。２本の梁６、７は、互いに対向するように、鋼管柱３の側面に取り付けられている。

鋼管柱３の内部には、梁６、７の上フランジ６１、７１および下フランジ６２、７２が接合される高さに、それぞれ内ダイアフラム２１が接合されている。鋼管柱３が箱形断面四面溶接柱からなる場合は、エレクトロスラグ溶接によって、鋼管柱がロールコラムまたはプレスコラムからなる場合は、ＣＯ_２溶接によって、内ダイアフラム２１が鋼管柱３に接合されている。

具体的には、図１および図２に示すように、内ダイアフラム２１の外周のうち、梁６が鋼管柱３に取り付けられる側には、第１接合領域Ｗ１が設けられ、この第１接合領域Ｗ１で内ダイアフラム２１が鋼管柱３の内面に溶接接合されている。また、内ダイアフラム２１の外周のうち、第１接合領域Ｗ１と対向する側には、第２接合領域Ｗ２が設けられ、この第２接合領域Ｗ２でも内ダイアフラム２１が鋼管柱３の内面に溶接接合されている。内ダイアフラム２１の外周のうち、第１接合領域Ｗ１および第２接合領域Ｗ２が設けられている部分以外の全ての領域である非接合領域では、鋼管柱３の内面に接合されていない。

図３に、本発明の第一の実施形態の変形例の接合部１Ｂの縦断面図を示す。本変形例の接合部１Ｂは、図１および図２に示す接合部１Ａにおいて、さらに梁６、７の下側に、ガゼットプレート１１を介してブレース１０が接合されたものである。ガゼットプレート１１の下縁には、水平の板要素であるスチフナ１２が設けられている。そして、鋼管柱３の内部には、ガゼットプレート１１のスチフナ１２が接合される高さにも、内ダイアフラム２１が接合されている。

なお、本変形例の接合部１Ｂにおいて梁６、７が設けられない場合、すなわち鋼管柱３の側面にブレース１０のみが接合される場合も、ガゼットプレート１１の下縁のスチフナ１２が接合される高さの鋼管柱３内に設けられている内ダイアフラム２１の外周が鋼管柱３に溶接接合される部分を上述のようにすることで、本発明が適用される。

図４（ａ）および図４（ｂ）に、本発明の第一の実施形態の他の変形例の接合部１Ｃ、１Ｄの水平断面図をそれぞれ示す。図４（ａ）および図４（ｂ）に示す変形例の接合部１Ｃ、１Ｄでは、鋼管柱３の側面に取り付けられる梁（横架材）６の数が１本のみである。

さらに、図４（ａ）に示す変形例の接合部１Ｃは、図２に示す接合部１Ａの内ダイアフラム２１に代えて、貫通孔２２ｈが設けられた内ダイアフラム２２が用いられて構成されている。内ダイアフラム２２に必要な耐力を確保できる場合は、本変形例のように内ダイアフラム２２に貫通孔２２ｈを設けてもよい。後述する第十四の実施形態の接合部１Ｑのように、鋼管柱がコンクリート充填角形鋼管柱である場合は、内ダイアフラム２２に設けられている貫通孔２２ｈは、鋼管柱内に打設されるコンクリートの充填や空気抜きの用途に供する孔として用いられる。内ダイアフラム２２に設けられている貫通孔２２ｈの形状は円形に限られず、例えば楕円、矩形等としてもよい。

また、図４（ｂ）に示す変形例の接合部１Ｄは、図２に示す接合部１Ａの内ダイアフラム２１に代えて、内ダイアフラム２１よりも幅が小さい内ダイアフラム２３が用いられて構成されている。内ダイアフラム２３に必要な耐力を確保し、かつ第１接合領域Ｗ１および第２接合領域Ｗ２に必要な溶接長が確保できる場合は、ダイアフラムの幅は鋼管柱の内径と必ずしも同じにする必要はなく、本変形例のように、内ダイアフラム２３の幅を鋼管柱３の内径よりも小さくしてもよい。

本実施形態の接合部１Ａ～１Ｄのように、鋼管柱３の側面に２本の梁６、７が互いに対向するように取り付けられる場合や、１本の梁６のみが取り付けられる場合には、内ダイアフラム２１、２２の外周のうち第１接合領域Ｗ１および第２接合領域Ｗ２が設けられている部分を、平行な２辺に限定できる。よって、溶接施工において、溶接線が交差する柱角部での溶接線の処理が不要となる。

図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、本実施形態の接合部１Ａを備える構造物に地震力などの外力が作用する時の、接合部１Ａにおける応力伝達について説明する。

図５（ａ）に示すように、接合部１Ａに内ダイアフラム２１が設けられていない場合は、鋼管柱３の側面が梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から引張力を受けると、面外変形する。これに対し、図５（ｂ）に示すように、接合部１Ａに内ダイアフラム２１が設けられていると、梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から鋼管柱３の側面に作用する引張力は、第１接合領域Ｗ１から内ダイアフラム２１を通って、第２接合領域Ｗ２から鋼管柱３の反対側の側面に伝わる。そして、第１接合領域Ｗ１を両側から挟む鋼管柱３の両側面を通って伝わるせん断力（図５（ｂ）中の右向きの矢印）とつり合う。

また、これとは逆に、鋼管柱３の側面が梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から圧縮力を受けるときも、この圧縮力は、第１接合領域Ｗ１から内ダイアフラム２１を通って、第２接合領域Ｗ２から鋼管柱３の反対側の側面に伝わり、鋼管柱３の両側面のせん断力とつり合う。

建築物等の構造物では、地震時等の短期荷重作用時または長期荷重作用時に、接合部内に設けられているダイアフラムよりも、接合部に取り付けられる梁の端部が先に降伏するように、接合部が設計されるのが一般的である。そこで、本実施形態の接合部１Ａ～１Ｄでは、内ダイアフラム２１～２３よりも、接合部１Ａ～１Ｄに取り付けられる梁６、７の端部が先行して降伏するように、内ダイアフラム２１～２３の形状および強度が設定されていることが好ましい。

すなわち、内ダイアフラム２２に貫通孔２２ｈが設けられたり、内ダイアフラム２３の幅が鋼管柱３の内径よりも小さかったりすることによる断面欠損を考慮して、内ダイアフラム２１～２３の最小断面を決定することが好ましい。このようにすると、内ダイアフラム２１～２３の最小断面の降伏耐力が、梁６、７の上フランジ６１、７１および下フランジ６２、７２の降伏耐力よりも小さくなるようにすることができる。

具体的には、内ダイアフラム２１の幅Ｄｄ（ｍｍ）、内ダイアフラム２１の板厚ｔｄ（ｍｍ）、内ダイアフラム２１の降伏強度σｄ（Ｎ／ｍｍ^２）、内ダイアフラム２１の最大断面欠損幅Ｄｌ（ｍｍ）は、内ダイアフラム２１に作用することを想定する水平荷重の最大値Ｐｍａｘ（Ｎ）に対して、下記式（１）の関係を満たすように設定されていることが好ましい。

（Ｄｄ－Ｄｌ）×ｔｄ×σｄ≧Ｐｍａｘ ……（１）
このように、地震時等の短期荷重作用時もしくは長期荷重作用時に、接合部１Ａ～１Ｄ内に設けられている内ダイアフラム２１～２３に作用する荷重よりも、内ダイアフラム２１～２３の降伏耐力が大きくなるように、内ダイアフラム２１～２３の形状および鋼種を設定することで、内ダイアフラム２１～２３が降伏せず、接合部１Ａ～１Ｄを備える構造物が十分な変形能力を発揮できる。

また、上記式（１）の要件を緩和して、式（１）において内ダイアフラム２１の降伏強度σｄに代えて、内ダイアフラム２１の引張強度σｕを用いるようにしてもよい。このように、ダイアフラム２１～２３に作用する荷重よりも、内ダイアフラム２１～２３の引張耐力が大きくなるように、内ダイアフラム２１～２３の形状および鋼種を設定することで、接合部１Ａ～１Ｄを備える構造物が十分な変形能力を発揮できる。

図６（ａ）に、本発明の第二の実施形態の接合部１Ｅの水平断面図を示す。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の接合部１Ｅでは、内ダイアフラム２２の外周のうち、梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と対向する側には、第２接合領域Ｗ２が設けられておらず、これに代えて、第１接合領域Ｗ１を両側から挟む位置に、一対の第２接合領域Ｗ３が設けられている。そして、第１接合領域Ｗ１および一対の第２接合領域Ｗ３とで、内ダイアフラム２２が鋼管柱３の内面に溶接接合されている。内ダイアフラム２２の外周のうち、第１接合領域Ｗ１および一対の第２接合領域Ｗ３が設けられている部分以外の全ては、鋼管柱３に接合されていない。

図６（ｂ）を参照して、本実施形態の接合部１Ｅを備える構造物に地震力などの外力が作用する時の、接合部１Ｅにおける応力伝達について説明する。

図６（ｂ）に示すように、梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から鋼管柱３の側面に作用する引張力または圧縮力は、第１接合領域Ｗ１から内ダイアフラム２２を通って、一対の第２接合領域Ｗ３から鋼管柱３の両側面に伝わる。そして、第１接合領域Ｗ１を両側から挟む鋼管柱３の両側面を通って伝わるせん断力（図６（ｂ）中の右向きの矢印）とつり合う。

図６（ａ）に示すように、一対の第２接合領域Ｗ３は、第１接合領域Ｗ１から等距離となるように対称に配置されている。このようにすると、鋼管柱３の側面が梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から作用する引張力や圧縮力が、一対の第２接合領域Ｗ３に対称に伝達されるため、鋼管柱３にねじり変形が生じることがない。

また、図６（ｂ）に示すように、一対の第２接合領域Ｗ３は、内ダイアフラム２２の外周のうち梁６の長さ方向と平行に設けられている。このようにすると、鋼管柱３の側面が梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から作用する引張力や圧縮力を、一対の第２接合領域Ｗ３から鋼管柱３の両側面に、せん断力として確実に伝達できる。

図７（ａ）～図７（ｃ）に、本発明の第三の実施形態～第五の実施形態の接合部１Ｆ～１Ｈの水平断面図をそれぞれ示す。図７（ａ）に示す第三の実施形態の接合部１Ｆでは、２本の梁６、７が、互いに対向するように、鋼管柱３の側面に取り付けられている。図７（ｂ）に示す第四の実施形態の接合部１Ｇでは、２本の梁６、８が、互いに直交するように、鋼管柱３の側面に取り付けられている。図７（ｃ）に示す第五の実施形態の接合部１Ｈでは、３本の梁６～８が、互いに直交するように、鋼管柱３の側面に取り付けられている。

図７（ａ）に示す第三の実施形態の接合部１Ｆでは、複数の梁６、７のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２が、複数の梁６、７のうちの他の梁７が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域を兼ねている。

図７（ｂ）に示す第四の実施形態の接合部１Ｇでは、複数の梁６、８のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と、この第１接合領域Ｗ１と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２とが、複数の梁６、８のうちの他の梁８が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域を両側から挟む一対の第２接合領域を兼ねている。

図７（ｃ）に示す第五の実施形態の接合部１Ｈでは、複数の梁６～８のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２が、複数の梁６、７のうちの他の梁７が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域を兼ねている。また、複数の梁６、８のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と、この第１接合領域Ｗ１と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２とが、複数の梁６、８のうちの他の梁８が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域を両側から挟む一対の第２接合領域を兼ねている。

このように、一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２が、複数の梁６、７のうちの他の梁７が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域を兼ねたり、複数の梁６、８のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と、この第１接合領域Ｗ１と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２とが、複数の梁６、８のうちの他の梁８が鋼管柱３に取り付けられる側を両側から挟む一対の第２接合領域を兼ねたりするようにすると、接合部１Ｆ～１Ｈに複数本の梁が取り付けられる場合であっても、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮しやすい。

図８（ａ）～図８（ｄ）を参照して、第三の実施形態～第五の実施形態の接合部１Ｆ～１Ｈを備える構造物に地震力などの外力が作用する時の、接合部１Ｆ～１Ｈにおける応力伝達について説明する。

図８（ａ）～図８（ｃ）に示すように、複数の梁６～８のうちの一の梁６の上フランジ６１または下フランジ６２から鋼管柱３の側面に作用する引張力または圧縮力は、第１接合領域Ｗ１から内ダイアフラム２２を通って、第２接合領域Ｗ２から鋼管柱３の反対側の側面に伝わる。そして、第１接合領域Ｗ１を両側から挟む鋼管柱３の両側面を通って伝わるせん断力（図８（ａ）～図８（ｃ）中の右向きの矢印）とつり合う。

図８（ａ）および図８（ｃ）に示すのとは逆に、梁７の上フランジ７１または下フランジ７２から鋼管柱３の側面に引張力または圧縮力が作用する場合の応力伝達は、図８（ａ）および図８（ｃ）に示す力の流れとは左右対称となる。

また、図８（ｄ）に示すように、複数の梁６～８のうちの他の梁８の上フランジ８１または下フランジ８２から鋼管柱３の側面に作用する引張力または圧縮力は、他の梁８が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ４から内ダイアフラム２２を通って、一対の第２接合領域Ｗ１、Ｗ２から鋼管柱３の両側面に伝わる。そして、第１接合領域Ｗ４を両側から挟む鋼管柱３の両側面を通って伝わるせん断力（図８（ｄ）中の下向きの矢印）とつり合う。

図８（ｄ）には、第五の実施形態の接合部１Ｈにおける応力伝達を図示しているが、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示す第四の実施形態の接合部１Ｇにおいて、複数の梁６、８のうちの他の梁８の上フランジ８１または下フランジ８２から鋼管柱３の側面に引張力または圧縮力が作用する場合の応力伝達も、図８（ｄ）と同様である。

図９（ａ）～図９（ｈ）に、本発明の第六の実施形態～第十三の実施形態の接合部１Ｉ～１Ｐの水平断面図をそれぞれ示す。第六の実施形態～第十三の実施形態の接合部１Ｉ～１Ｐは、矩形状の断面ではなく円形の断面を有する鋼管柱４と、Ｈ形鋼からなる１～３本の梁６～８との柱梁接合部である。鋼管柱４の内部に設けられている内ダイアフラム２４、２５は、鋼管柱の内周に合わせて円形に形成されている。

図９（ｆ）～図９（ｈ）に示す第十一の実施形態～第十三の実施形態の接合部１Ｎ～１Ｐのように、鋼管柱４に取り付けられる複数本の梁６～８が互いに直交していなくてもよい。そして、図７（ａ）～図７（ｃ）に示す第三の実施形態の接合部１Ｆ～１Ｇと同様に、複数の梁６～８のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２が、複数の梁６、７のうちの他の梁７が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域を兼ねたり、複数の梁６、８のうちの一の梁６が鋼管柱３に取り付けられる側に設けられている第１接合領域Ｗ１と、この第１接合領域Ｗ１と対向する側に設けられている第２接合領域Ｗ２とが、複数の梁６、８のうちの他の梁８が鋼管柱３に取り付けられる側を両側から挟む一対の第２接合領域を兼ねたりするようにすると、鋼管柱と内ダイアフラムとの間の溶接長を短縮しやすい。

また、図９（ａ）に示す接合部１Ｉのように、内ダイアフラム２４に貫通孔が設けられていなくてもよいし、内ダイアフラムに必要な耐力を確保できる場合は、図９（ｂ）～図９（ｈ）に示す接合部１Ｉ～１Ｐのように、内ダイアフラム２５に貫通孔２５ｈが設けられていてもよい。そして、内ダイアフラム２１～２３の最小断面の降伏耐力が、梁６～８の上フランジ６１、７１、８１および下フランジ６２、７２、８２の降伏耐力よりも小さくなるように、内ダイアフラム２４、２５の形状および強度を適宜設定する。

図１０に、本発明の第十四の実施形態の接合部１Ｑの縦断面図を示す。図１０には、本実施形態の接合部１Ｑにおける力の流れを併せて示している。本実施形態の接合部１Ｑは、鋼管５１の内部にコンクリート５２が充填されて構成されるコンクリート充填角形鋼管柱５と、Ｈ形鋼からなる梁６との柱梁接合部である。本実施形態の接合部１Ｑでは、内ダイアフラム２２と鋼管５１との間の応力伝達に加えて、図１０中に矢印で示すように、内ダイアフラム２２の近傍のコンクリート５２と鋼管３との間も応力伝達が行われることにより、接合部１Ｑの弾性剛性および耐力を上昇させることができる。

図１１に、本発明の第十五の実施形態の接合部１Ｒの縦断面図を示す。本実施形態の接合部１Ｒでは、図１に示す第一の実施形態の接合部１Ａと同様に、２本の梁６、９が、互いに対向するように、鋼管柱３の側面に取り付けられている。ただし、第一の実施形態の接合部１Ａとは異なり、２本の梁６、９の梁せいが異なっており、梁６の下フランジ６１と、梁９の下フランジ９１の高さも異なっている。そして、鋼管柱３の内部には、梁６、９の上フランジ６１、９１が接合される高さ、梁６の下フランジ６２が接合される高さ、および梁９の下フランジ９２が接合される高さに、それぞれ内ダイアフラム２１が接合されている。

本実施形態の接合部１Ｒのように、鋼管柱３に取り付けられる複数本の梁６、９のフランジ（水平の板要素）６１、６２、９１、９２の高さが異なる場合には、内ダイアフラム２１の各々と同じ高さに設けられているフランジ６１、６２、９１、９２との位置関係で、内ダイアフラム２１の外周の一部に、上述の第１接合領域および第２接合領域を設定する。

具体的には、本実施形態の接合部１Ｒに設けられている三つのダイアフラム２１のうち、上段のダイアフラム２１の高さでは、梁６の上フランジ６１と、梁９の上フランジ９１とが、互いに対向するように、鋼管柱３の側面に取り付いている。そこで、図２および図７（ａ）に示すような、２本の梁が互いに対向するように鋼管柱３の側面に取り付けられている場合と同様にして、内ダイアフラム２１の外周の一部に、第１接合領域および第２接合領域を設定する。

また、本実施形態の接合部１Ｒに設けられている三つのダイアフラム２１のうち、中段または下段のダイアフラム２１の高さでは、梁６の下フランジ６２または梁９の下フランジ９２の一方のみが鋼管柱３の側面に取り付いている。そこで、図４（ａ）および図６（ａ）に示すような、１本の梁のみが鋼管柱３の側面に取り付けられている場合と同様にして、内ダイアフラム２１の外周の一部に、第１接合領域および第２接合領域を設定する。

鋼管柱に複数本の梁が交差する向きに取り付き、かつこれらの梁のフランジの高さが異なる場合も、内ダイアフラムの各々について、上述の方法で、第１接合領域および第２接合領域を設定できる。

また、鋼管柱に複数本のブレースが取り付けられる接合部において、各ブレースに備えられる水平の板要素が鋼管柱に取り付けられる高さが異なる場合も、内ダイアフラムの各々について、上述の方法で、第１接合領域および第２接合領域を設定できる。

なお、上記各実施形態では、梁の上フランジと下フランジの両方について、本発明に沿って、内ダイアフラムの外周の一部に第１接合領域および第２接合領域を設定する場合について説明した。しかし、本発明は、このような例に限られず、例えば、上フランジと下フランジの一方のみについて、本発明に沿って、内ダイアフラムの外周の一部に第１接合領域および第２接合領域を設定するようにしてもよい。

１Ａ～１Ｒ接合部
２１～２５内ダイアフラム
２２ｈ、２５ｈ貫通孔
３～５鋼管柱、コンクリート充填鋼管柱
５１鋼管
５２コンクリート
６～９梁（横架材）
６１、７１、８１、９１上フランジ（水平の板要素）
６２、７２、８２、９２下フランジ（水平の板要素）
１０ブレース（横架材）
１１ガゼットプレート
１２スチフナ（水平の板要素）
Ｗ１第１接合領域（第２接合領域）
Ｗ２第１接合領域（第２接合領域）
Ｗ３第２接合領域
Ｗ４第１接合領域

Claims

鋼管柱と、鋼製の横架材との接合部であって、
前記鋼管柱内には、前記横架材に備えられる水平の板要素が取り付けられる高さに、内ダイアフラムが接合され、
前記内ダイアフラムの外周には、前記鋼管柱の内面のうち前記横架材の前記水平の板要素が取り付けられる側の部分と溶接接合されている第１接合領域と、前記第１接合領域とは異なる位置で前記鋼管柱の内面と溶接接合されている第２接合領域と、前記鋼管柱の内面に接合されていない非接合領域と、が設けられている、接合部。
前記第２接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第１接合領域と対向する側に設けられている、請求項１に記載の接合部。
前記第２接合領域は、前記ダイアフラムの外周において前記第１接合領域を両側から挟む２箇所に一対で設けられている、請求項１に記載の接合部。
一対の前記第２接合領域は、前記第１接合領域から等距離となるように対称に配置されている、請求項３に記載の接合部。
前記内ダイアフラムの外周のうち、第１接合領域および第２接合領域が設けられている部分以外の全ての領域は、前記非接合領域とされている、請求項１～４のいずれかに記載の接合部。
前記横架材の数が複数である、請求項１～５のいずれかに記載の接合部。
複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域と対向する側に設けられている前記第２接合領域が、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域を兼ねている、請求項６に記載の接合部。
複数の前記横架材のうちの一の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域と、該第１接合領域と対向する側に設けられている前記第２接合領域とが、複数の前記横架材のうちの他の横架材の前記水平の板要素が前記鋼管柱に取り付けられる側に設けられている前記第１接合領域を両側から挟む２箇所に一対で設けられている前記第２接合領域を兼ねている、請求項６または７に記載の接合部。
前記内ダイアフラムの幅Ｄｄ（ｍｍ）、前記内ダイアフラムの板厚ｔｄ（ｍｍ）、前記内ダイアフラムの降伏強度σｄ（Ｎ／ｍｍ^２）、内ダイアフラムの最大断面欠損幅Ｄｌ（ｍｍ）が、前記内ダイアフラムに作用することを想定する水平荷重の最大値Ｐｍａｘ（Ｎ）に対して、下記式（１）の関係を満たす、請求項１～８のいずれかに記載の接合部。
（Ｄｄ－Ｄｌ）×ｔｄ×σｄ≧Ｐｍａｘ ……（１）
前記鋼管柱はコンクリート充填鋼管柱である、請求項１～９のいずれかに記載の接合部。