JP4657967B2

JP4657967B2 - Ｈ型鋼柱の柱・梁仕口部構造

Info

Publication number: JP4657967B2
Application number: JP2006099278A
Authority: JP
Inventors: 幸雄佐藤
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007270559A

Description

本発明は、縦横方向に加えて、斜め方向からもＨ型鋼梁が接合される場合であっても、Ｈ型鋼の柱を採用して、これら梁を、柱に有害な変形が生じないように剛接合することが可能なＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造に関する。

柱にＨ型鋼を用いた構造として、特許文献１が知られている。この特許文献１の第１２図には、Ｈ型鋼柱に、縦横方向及びそれらに挟まれた斜め方向の３方向からＨ型鋼の梁を接合した状態が示されている。詳細には、縦方向の梁は柱のウエブ表裏に、横方向の梁は柱のフランジに、さらに斜め方向の梁は、柱のフランジからウエブにわたる間に接合されている。
特開平１−２０３５４０号公報

Ｈ型鋼は、ウエブに沿う強軸方向とフランジに沿う弱軸方向とがある。Ｈ型鋼柱に縦横から梁を取り付ける場合に、弱軸方向に関しては梁をピン接合すればよいときには、Ｈ型鋼の柱が用いられる。弱軸方向について梁を剛接合すると、モーメントが作用して、好ましくないためである。縦横両方向について梁を剛接合しなければならない場合には、柱として鋼管を用いることが一般的である。しかしながら、鋼管の採用はコストアップになってしまう。そしてさらに、Ｈ型鋼柱で、縦横方向に加えて、さらに斜め方向から梁が取り付けられる場合には、斜め方向の梁の取り合いが柱のフランジ端部周辺への接合となり、構造がさらに繁雑化するとともに、応力伝達も複雑化する上に、柱のねじれ方向に変形が生じるため、斜め方向からの梁のＨ型鋼柱への接合にあってもピン接合を余儀なくされ、結果的に梁を剛強にしなければならなくなってしまうという課題がある。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、縦横方向に加えて、斜め方向からもＨ型鋼梁が接合される場合であっても、Ｈ型鋼の柱を採用して、これら梁を、柱に有害な変形が生じないように剛接合することが可能なＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造を提供することを目的とする。

本発明にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造は、Ｘ方向およびＹ方向、並びにＸ・Ｙ方向に挟まれた斜め方向からＨ型鋼梁がそれぞれ接合されるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造であって、下柱上端部および上柱下端部それぞれにダイヤフラムを接合し、これらダイヤフラム間に、上・下柱のウエブ位置およびフランジ位置にそれぞれ合わせて、ウエブスティフナーおよびフランジスティフナーを設けて互いに接合し、上記ダイヤフラムそれぞれに、上記各梁の上下フランジを接合し、上記ウエブスティフナーに、Ｘ方向の梁ウエブを接合し、上記フランジスティフナーに、Ｙ方向の梁ウエブを接合し、上記フランジスティフナーに、斜め方向の梁ウエブを接合するとともに、該斜め方向の梁ウエブが接合された上記フランジスティフナーと上記ウエブスティフナーとを含むボックス形状を構成するために、該フランジスティフナー間に柱のウエブ方向に沿って、上記Ｘ方向の梁ウエブ表裏に接合した一対の分力スティフナーを接合したことを特徴とする。

前記斜め方向の梁ウエブが接合される前記フランジスティフナーは、前記柱のフランジよりも幅広に形成されることを特徴とする。

すべての前記梁の梁端部の梁せいを同じ高さに設定し、これら梁の梁端部を上下一組の前記ダイヤフラムに接合することを特徴とする。

本発明にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造にあっては、縦横方向に加えて、斜め方向からもＨ型鋼梁が接合される場合であっても、Ｈ型鋼の柱を採用して、これら梁を、柱に有害な変形が生じないように剛接合することができる。

以下に、本発明にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造は、Ｓ造のラーメン架構の建物に適用可能であって、基本的には図１〜図３に示すように、Ｘ方向およびＹ方向、並びにＸ・Ｙ方向に挟まれた斜め方向からＨ型鋼梁１，２，３がそれぞれ接合されるＨ型鋼柱４の柱・梁仕口部構造であって、下柱４ａ上端部および上柱４ｂ下端部それぞれにダイヤフラム６，７を接合し、これらダイヤフラム６，７間に、上・下柱４ａ，４ｂのウエブ４ｗ位置およびフランジ４ｆ位置にそれぞれ合わせて、ウエブスティフナー８およびフランジスティフナー９を設けて互いに接合し、ダイヤフラム６，７それぞれに、各梁１，２，３の上下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂを接合し、ウエブスティフナー８に、Ｘ方向の梁ウエブ１ｗを接合し、フランジスティフナー９に、Ｙ方向の梁ウエブ２ｗを接合し、フランジスティフナー９端部に、斜め方向の梁ウエブ３ｗを接合するとともに、斜め方向の梁ウエブ３ｗが接合されたフランジスティフナー９とウエブスティフナー８とを含むボックス形状を構成するために、フランジスティフナー９間に柱４のウエブ方向に沿って、言い換えればウエブスティフナー８に沿ってＸ方向の梁ウエブ１ｗの表裏に接合した一対の分力スティフナー１０を接合して構成される。

本実施形態にあっては、Ｈ型鋼柱４に、互いに直交する左右方向（Ｘ方向）および前後方向（Ｙ方向）、並びにこれらＸ方向およびＹ方向に挟まれた斜め４５°の方向（斜め方向）の八方向からのＨ型鋼梁１，２，３がそれぞれ接合される場合が示されている。Ｈ型鋼柱４の柱・梁仕口部５は、下階のＨ型鋼製の下柱４ａと上階のＨ型鋼製の上柱４ｂとにわたる間に設定される。本実施形態では、すべての梁１，２，３の梁端部の梁せいが同一に設定されている。ダイヤフラム６，７は、鋼板製であって、上下２枚一組で設けられる。ダイヤフラム６，７は、八方向から接合される８本の梁１，２，３に対応させて、平面外形輪郭が八角形状に形成される。そしてこれらダイヤフラム６，７は、下側に配置される下ダイヤフラム６の下面が下柱４ａの上端部に、また上側に配置される上ダイヤフラム７の上面が上柱４ｂの下端部に、それぞれ突き合わせ溶接により接合される。これにより、これらダイヤフラム６，７は、通しダイヤフラム形式とされる。

ウエブスティフナー８は鋼板製であって、上・下柱４ａ，４ｂのウエブ４ｗ位置に合わせて、ダイヤフラム６，７間に設けられる。フランジスティフナー９も鋼板製であって、上・下柱４ａ，４ｂの各フランジ４ｆ位置に合わせて、ダイヤフラム６，７間に一対設けられる。ウエブスティフナー８およびフランジスティフナー９は、ウエブスティフナー８の両端に一対のフランジスティフナー９の中央それぞれを一体的に溶接接合することで断面をＨ字状に組み立てられる組立体（ビルトＨ）１１とされる。この組立体１１の各鋼板の厚さは、上・下柱４ａ，４ｂのフランジ４ｆおよびウエブ４ｗの厚さ以上に設定することが好ましい。このような組立体１１に代えて、Ｈ型鋼を採用してもよい。

組立体１１は上・下ダイヤフラム６，７間に立て向きで配置される。ウエブスティフナー８は、その上下端が下ダイヤフラム６の上面および上ダイヤフラム７の下面に、それぞれ溶接により接合される。フランジスティフナー９も、それらの上下端が下ダイヤフラム６の上面および上ダイヤフラム７の下面に、それぞれ溶接により接合される。溶接方法としては、隅肉溶接、部分溶け込み溶接、突き合わせ溶接があるが、上記の組立体１１と上・下ダイヤフラム６，７を接合する場合は、突き合わせ溶接が最も好ましい。図示例にあっては、下柱４ａのウエブ４ｗ寸法よりも、上柱４ｂのウエブ４ｗ寸法が短く設定されていて、ウエブスティフナー８は、これら上・下柱４ａ，４ｂのウエブ４ｗ寸法に合わせて、その下端から上端に向かって幅狭に形成されている。従って、一対のフランジスティフナー９は、下ダイヤフラム６から上ダイヤフラム７に向かって次第に互いの距離が狭まるように、僅かに傾いた状態で配設される。上・下柱４ａ，４ｂのウエブ４ｗの寸法が同一である場合は、ウエブスティフナー８は上端から下端まで一定の幅で、フランジスティフナー９は直立状態で配設される。

また、フランジスティフナー９の幅寸法Ｗは、上柱４ａや下柱４ｂのフランジ幅と同一幅でもよいが、後述する斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗとの接合や、分力スティフナー１０との接合に対する余裕を確保するために、これら上柱４ａや下柱４ｂのフランジ幅よりも幾分幅広に設定することが好ましい。これにより、上柱４ｂと下柱４ａとは、柱・梁仕口部５において、上・下ダイヤフラム６，７で挟まれたウエブスティフナー８およびフランジスティフナー９を介して、高さ方向に一連に接続される。

上・下ダイヤフラム６，７にはそれぞれ、各梁１，２，３の梁端部の上・下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂがそれぞれ溶接により接合される。詳細には、各梁１，２，３の梁端部の上・下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂは、梁ウエブ１ｗ，２ｗ，３ｗを、ウエブスティフナー８やフランジスティフナー９と接合すべく上・下ダイヤフラム６，７間に差し込むために、当該差し込み代に対応する長さで梁ウエブ１ｗ，２ｗ，３ｗから切除され、切除によって形成されたこれら上・下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂの切除端がそれぞれ八角形状のダイヤフラム６，７の各辺に接合される。ダイヤフラム６，７の各辺の寸法は、取り合いの融通を利かせるために、各梁１，２，３の上下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂの幅寸法よりも幅広に設定される。

このようにして上・下ダイヤフラム６，７と接合された梁１，２，３のうち、一対のＸ方向梁１の梁ウエブ１ｗそれぞれは、上ダイヤフラム７の下面および下ダイヤフラム６の上面、そしてまたウエブスティフナー８の表裏面に溶接により接合される。これらＸ方向梁１の梁ウエブ１ｗのウエブスティフナー８に対する接合位置は、当該ウエブスティフナー８を挟んで互いに一直線に連続するように設定される。また、一対のＹ方向梁２の梁ウエブ２ｗは、上ダイヤフラム７の下面および下ダイヤフラム６の上面、そしてまたフランジスティフナー９の表面、すなわちウエブスティフナー８が接合される側とは反対側に溶接により接合される。これらＹ方向梁２の梁ウエブ２ｗの各フランジスティフナー９に対する接合位置は、ウエブスティフナー８を含めて互いに一直線に連続するように設定される。これにより、Ｘ・Ｙ方向梁１，２の梁ウエブ１ｗ，２ｗは、ウエブスティフナー８を含めて、柱・梁仕口部５で十字状に交差する形態に構成される。

さらに、四方からの斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗについては、いずれかのＹ方向梁２を挟む２本の斜め方向梁３が一組とされて、当該一組の斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗが共通のフランジスティフナー９の表面に、Ｙ方向梁２の梁ウエブ２ｗを挟む配置で、それぞれ溶接により接合される。これら斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗも、上ダイヤフラム７の下面および下ダイヤフラム６の上面に溶接により接合される。

分力スティフナー１０は、一対のフランジスティフナー９間に、ウエブスティフナー８に接合されたＸ方向梁１の梁ウエブ１ｗを挟んで一対一組で、上・下柱４ａ，４ｂのウエブ方向に沿って配設される。これら分力スティフナー１０は、フランジスティフナー９が下ダイヤフラム６から上ダイヤフラム７に向かって次第に互いの距離が狭まることに対応させて、その幅寸法が下方から上方に向かって次第に狭まるように形成される。これら分力スティフナー１０は鋼板製であって、その上・下端縁が上ダイヤフラム７の下面および下ダイヤフラム６の上面に溶接により接合される。また、右・左端縁の一方は、斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗが接合された側とは反対側の各フランジスティフナー９の裏面に、また他方が、Ｘ方向梁１の梁ウエブ１ｗの表裏面に、いずれも溶接によって接合される。これら分力スティフナー１０の接合位置は、Ｘ方向梁１の梁ウエブ１ｗを挟んで互いに一直線状に連続し、かつ各フランジスティフナー９における斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗの接合箇所に合致するように設定される。溶接方法としては、隅肉溶接、部分溶け込み溶接、突き合わせ溶接があるが、上・下ダイヤフラム６，７と各梁１，２，３の梁端部の上・下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂの接合の場合は、突き合わせ溶接もしくは隅肉溶接することが好ましい。

これにより、いずれの斜め方向梁３も、一対のフランジスティフナー９と、ウエブスティフナー８と、一対の分力スティフナー１０とによって構成される平断面矩形のボックス形状を備えていて、かつウエブスティフナー８にＸ方向梁１およびフランジスティフナー９にＹ方向梁２が接合された剛強部分１２に接合される。

本実施形態にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造の作用について説明すると、施工にあっては、下柱４ａ上に下ダイヤフラム６を接合し、次いで、下ダイヤフラム６上に、ウエブスティフナー８およびフランジスティフナー９の組立体１１を接合し、次いで、各梁１，２，３を組立体１１に接合するとともに分力スティフナー１０を接合し、次いで、その上に上ダイヤフラム７を接合することによって、柱・梁仕口部５を構築し、その後、上ダイヤフラム７上に上柱４ｂを接合する。

このように構成された柱・梁仕口部５における柱４および梁１，２，３からのモーメント、せん断力および軸力による作用応力の伝達については、Ｙ方向梁２については、剛強部分１２において、殊に、ウエブスティフナー８に接合したフランジスティフナー９によってモーメントを負担させることができる。また、Ｘ方向梁１についても、剛強部分１２において、殊に、分力スティフナー１０やウエブスティフナー８によってモーメントを負担させることができる。これにより、Ｘ・Ｙ方向梁１，２をＨ型鋼柱４の柱・梁仕口部５に剛接合することができる。さらに、斜め方向梁３については、図示したように、当該斜め方向梁３に作用するモーメントＭによる反力モーメントＭ’を、フランジスティフナー９、ウエブスティフナー８および分力スティフナー１０を介してＸ方向梁方向およびＹ方向梁方向のモーメントＭ’_x，Ｍ’_yとして分散させ、これらフランジスティフナー９、ウエブスティフナー８および分力スティフナー１０によって分散させたモーメントＭ’_x，Ｍ’_yは、Ｘ方向梁１およびＹ方向梁２それぞれに作用するモーメントＭ’_x1，Ｍ’_y1として負担させることができ、これにより斜め方向梁３が接合される柱・梁仕口部５であっても、これら斜め方向梁３を剛接合することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造にあっては、下柱４ａ上端部および上柱４ｂ下端部それぞれにダイヤフラム６，７を接合し、これらダイヤフラム６，７間に、上・下柱４ａ，４ｂのウエブ４ｗ位置およびフランジ４ｆ位置にそれぞれ合わせて、ウエブスティフナー８およびフランジスティフナー９を設けて互いに接合し、ダイヤフラム６，７それぞれに、各梁１，２，３の上・下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂを接合し、ウエブスティフナー８に、Ｘ方向梁１の梁ウエブ１ｗを接合し、フランジスティフナー９に、Ｙ方向梁２の梁ウエブ２ｗを接合し、フランジスティフナー９に、斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗを接合するとともに、斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗが接合されたフランジスティフナー９とウエブスティフナー８とを含むボックス形状を構成するために、フランジスティフナー９間に柱４のウエブ方向に沿って、Ｘ方向梁１の梁ウエブ１ｗ表裏に接合した一対の分力スティフナー１０を接合するようにしたので、分力スティフナー１０を利用してＸ・Ｙ方向梁１，２を柱・梁仕口部５に剛接合できるとともに、さらに斜め方向梁３についても、ウエブスティフナー８およびフランジスティフナー９に対する分力スティフナー１０の作用によって、当該斜め方向梁３に作用する作用応力を合理的にＸ・Ｙ方向梁１，２等に分散させて負担させることができて、柱・梁仕口部５に剛接合することができる。

これにより、単に斜め方向梁３を柱４に剛接合した場合に、斜め方向梁３から入力されるモーメントによって、ねじり応力やそれに伴う有害な変形が柱４やＸ・Ｙ方向梁１，２に発生することを防止できる。また、剛接合することができるので、各梁１，２，３のサイズを小さく設計することができる。

また、構造上、分力スティフナー１０を増設するだけで剛接合することができるので、柱・梁仕口部５の構造が繁雑化することを防止できる。また、Ｈ型鋼を基本として構築できるので、鋼管を採用する場合に比べて、コストアップを防止することができる。また、斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗが接合されるフランジスティフナー９を、上・下柱４ａ，４ｂのフランジ４ｆよりも幅広に形成したので、斜め方向梁３の梁ウエブ３ｗを容易に接合することができる。さらに、すべての梁１，２，３の梁端部の梁せいを同じ高さに設定し、これら梁１，２，３の梁端部を上下一組のダイヤフラム６，７に接合するようにすれば、柱・梁仕口部構造の繁雑化をさらに防止することができる。

図４から図６には、上記実施形態の変形例が示されている。図４は、斜め方向梁３が２方向から接合される場合が示されている。この場合には、上・下ダイヤフラム６，７は六角形状に形成され、また、斜め方向梁３が接合されないフランジスティフナー９については、分力スティフナー１０との接合に対する余裕を確保する必要はなく、上・下柱４ａ，４ｂのフランジ幅以上に設定すればよい。図５は、斜め方向梁３が１方向から接合される場合であって、本発明構成の基本構造が示されている。この場合には、上・下ダイヤフラム６，７は五角形状に形成されていて、接合される斜め方向梁３が位置するウエブスティフナー８の一方の側に、一対の分力スティフナー１０が設けられる。

図６は、梁端部にビルトＨでハンチ部１３を形成した場合の、図２に対応する図である。各梁の梁せいが異なる場合には、ハンチ部１３を設けることで、梁せいの低い梁であってもその下フランジ３ｆａを共通の下ダイヤフラム６に接合することができ、柱・梁仕口部５の構造を簡単化することができる。他方、例えば、Ｘ・Ｙ方向梁１，２の梁せいに対し、斜め方向梁３の梁せいが異なる場合などには、下ダイヤフラム６を上下二段で下柱４ａに配設し、Ｘ・Ｙ方向梁１，２および斜め方向梁３の下フランジ１ｆａ，１ｆｂ，２ｆａ，２ｆｂ，３ｆａ，３ｆｂをこれらの下ダイヤフラム６に個別に接合するようにすればよい。上記実施形態にあっては、接合箇所をすべて溶接接合として説明したが、ボルト接合で接合するようにしてもよい。また、図示してはいないけれども、建物の外周部における柱・梁仕口部５の形態、すなわち図４および図５中、斜め方向梁３を挟み込む配置にないＸ方向梁１およびＹ方向梁２が設けられない場合も、本発明に含まれる。

本発明にかかるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造の好適な一実施形態を示す平面断面図である。図１中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。図１中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図１に示したＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造の変形例を示す平面断面図である。図１に示したＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造の他の変形例を示す平面断面図である。図１に示したＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造のさらに他の変形例を示す、図２に対応する断面図である。

符号の説明

１Ｘ方向梁
２Ｙ方向梁
３斜め方向梁
４Ｈ型鋼柱
４ａ下柱
４ｂ上柱
５柱・梁仕口部
６下ダイヤフラム
７上ダイヤフラム
８ウエブスティフナー
９フランジスティフナー
１０分力スティフナー

Claims

Ｘ方向およびＹ方向、並びにＸ・Ｙ方向に挟まれた斜め方向からＨ型鋼梁がそれぞれ接合されるＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造であって、
下柱上端部および上柱下端部それぞれにダイヤフラムを接合し、
これらダイヤフラム間に、上・下柱のウエブ位置およびフランジ位置にそれぞれ合わせて、ウエブスティフナーおよびフランジスティフナーを設けて互いに接合し、
上記ダイヤフラムそれぞれに、上記各梁の上下フランジを接合し、
上記ウエブスティフナーに、Ｘ方向の梁ウエブを接合し、
上記フランジスティフナーに、Ｙ方向の梁ウエブを接合し、
上記フランジスティフナーに、斜め方向の梁ウエブを接合するとともに、
該斜め方向の梁ウエブが接合された上記フランジスティフナーと上記ウエブスティフナーとを含むボックス形状を構成するために、該フランジスティフナー間に柱のウエブ方向に沿って、上記Ｘ方向の梁ウエブ表裏に接合した一対の分力スティフナーを接合したことを特徴とするＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造。
前記斜め方向の梁ウエブが接合される前記フランジスティフナーは、前記柱のフランジよりも幅広に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造。
すべての前記梁の梁端部の梁せいを同じ高さに設定し、これら梁の梁端部を上下一組の前記ダイヤフラムに接合することを特徴とする請求項１または２に記載のＨ型鋼柱の柱・梁仕口部構造。