(57)【要約】【課題】梁に係る曲げモーメントは、パネルゾーンが空洞の場合パネルは面外変形が起こり弾性領域においてウエブ負担が期待できない。その為、建築構造物の構造計算で用いる梁端の断面係数はウエブを除いてフランジだけの断面係数になるので、梁端は低強度となり、その為、より大きなサイズの梁を用いる事になり余分な梁せいが必要になり、鉄骨重量が増加する。【解決手段】このような諸課題は種々研究した結果、ダイアフラムの板厚をウエブ方向に大きく増加させ、梁下面を熱線加工や溶接肉盛して予歪みを与えるなどにより解決できることが判明した。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨柱梁接合部において、
角形鋼管柱又は丸形鋼管柱に該柱からの出の無い通しダイアフラムを溶接接合させた溶接部とＨ形鋼梁フランジにダイアフラムを溶接接合させた溶接部を互いに重ね合わせると共に、ウエブ側に５ｍｍ以上で梁ウエブせいの１／２の厚さ以下に増加させたダイアフラムの少なくとも該増加部分を梁ウエブと溶接接合させることにより、
梁に掛かる曲げモーメントの一部を梁ウエブに負担させることを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法
【請求項２】
請求項１に係る発明に置いて、同一の柱梁接合部で一方の梁に隣接した、他方のより小さいせいの梁に対してハンチ処理を行い柱梁接合部の複数の梁端部下フランジを同じダイアフラムに取り付けることを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法
【請求項３】
（梁変形防止）
請求項1又は２に係る発明のいずれかにおいて、梁長さ中央部の上面又は下面に、平鋼、立て板又は形鋼を溶接接合するか又は梁長さ中央部の下面に熱線加工するか又は溶接ビードを負荷して、梁を予め上方向に変形させることを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法
【請求項４】
請求項1又は２又は３に係る発明のいずれかにおいて、溶接開先を施した梁フランジの反対側から溶接を行い、開先側に溶接ビードを出させた後に、裏はつりなしに開先側の溶接を実施して、鋼製当て金付きの梁フランジとダイアフラム端部又は柱外面とを完全融け込み溶接で接合することを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法。
【請求項５】
請求項1から４に係る発明のいずれかにおいて、柱内面と０.５乃至４ｍｍの隙間を開けた裏当金を柱内面に取り付けた上、柱からの出のない通しダイアフラムと該柱端部とを溶接ルートギャップ０乃至４ｍｍの狭開先で溶接接合することを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨構造の曲げモーメント負荷の大きい梁端部を強化して、梁せいを下げる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨の構造は、矩形断面柱又は丸形断面柱を使った通しダイアフラム形式の場合に、図１に示すように、柱５、梁４、パネル２、及び柱５とパネル２を貫通するダイアフラム１から構成されて、梁フランジ４Ｆは柱５から出っ張ったダイアフラム１に溶接接合７され、梁ウエブ３はパネル２に溶接接合３Ｗされている。このダイアフラムは柱貫通でなくて柱内に内挿されるダイアフラムを使う内ダイアフラム形式のものもある。その場合は、梁フランジ４Ｆ及び梁ウエブ３はいずれもパネル２に溶接接合される。通しダイアフラム形式の場合の柱梁接合部の断面は、図２に示すように、通常、パネル２とダイアフラム1の溶接線６と梁フランジとダイアフラムの取付け溶接線７とは交差しないようにスカラップ１１が設けられている。また、通常総ての溶接に対して、裏当金１０が組立溶接８で取り付けられている。また、図３に示すように、ノンスカラップ法と言い、スカラップを用いずに柱梁接合部を溶接する形式のものもある。また、図４に示すように、スカラップのないノンスカラップ法でダイアフラム１を柱の外に出さずに柱の外面で止めて、そのダイアフラムの端部に梁フランジを接合する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願2004-139296
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４にも示すように、梁に係る曲げモーメントは、パネルゾーン２Ｚが空洞の場合パネル２は面外変形１２が起こり弾性領域においてウエブ負担が期待できない。その為、梁端の断面係数はウエブを除いてフランジだけの断面係数になるので、梁端は梁中央部に比較して低強度となり、その為、梁の全断面で曲げモーメントを負担するよりも大きなサイズの梁を用いる事になり余分な梁せいが必要になり、鉄骨重量が増加する。
【０００５】
裏当金があると、裏当金と梁フランジ、及び裏当金とダイアフラムとの間に僅かな隙間ができて応力集中が発生し強度の低下を招き且つ超音波探傷試験を阻害する。
【０００６】
梁ブラケットと中央梁を一体化した梁にボルト継手のないノンブラケット方法で、裏当金を予め柱側に取り付けると、柱間のスパンを図面通り一定値に保った状態では、ウエブが障害となって梁を柱に取り付けることができない。
【０００７】
ダイアフラム板厚を数ｍｍ程度大きくしてその部分をウエブと溶接接合させるだけでは、ウエブフィレット厚部分しか曲げモーメント負担効果が出てこない。この場合、その重量増加によりダイアフラムを厚くする効果が減じられる。
【０００８】
同じパネルに梁が複数取り付きお互いに梁せいが異なる場合に上フランジ位置を合わせたときに下フランジの位置が異なりその分ダイアフラムの枚数が増え、その材料費と取付け費用と手間が掛かる。
【０００９】
梁せいを低減させた場合、床及び積載荷重により梁の撓み変形が大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような諸課題は種々研究した結果、ダイアフラムの板厚を３５ｍｍ程度以上増加させ、梁下面を熱線加工して予歪みを与えるなどにより解決できることが判明した。
【００１１】
請求項１に係る発明の構成は、ダイアフラムの柱からの出を無くすと共に、ダイアフラムの板厚を大きく増加させて、 柱シャフトとダイアフラムの溶接部、及び、梁フランジとダイアフラムの溶接部を重ねて接合すると共にウエブ側に５ｍｍ以上のぞむラックは３５ｍｍ以上増加させたダイアフラムの該増厚部分を梁ウエブと溶接接合させることである。建築鉄骨柱梁接合部梁端において、先ず第１に、図２に示すダイアフラムの柱からの出１Ａを無くすことで、ダイアフラムの重量を低減し、梁端の開先等の加工を容易にし、ダイアフラムに対する溶接部７の多重熱影響による脆化を防ぎ、ダイアフラムの板厚を増加させた場合の梁端機械加工を容易にする。ダイアフラムの柱からの出がある状態でダイアフラムの板厚を梁ウエブ側に増厚させると、梁フランジ及び梁ウエブの斬り込みを行う必要が出て複雑な加工を強いられる。ダイアフラムの柱からの出１Ａを除くためにはダイアフラムの溶接によるラメラーテアを防止する必要があり、その硫黄分を０.００８％以下に低減する必要がある。望むらくはその硫黄分を０.００４％以下に低減する。第２に、ダイアフラムの板厚を梁ウエブ側に５ｍｍ以上増厚させるのは、梁フランジ４Ｆとダイアフラムとの溶接で溶接ビードが載せられる最小値及び梁フランジ４Ｆをダイアフラム１に載せられる取付け精度の許容値として必要である。本構成は、柱からの出のないダイアフラムとダイアフラムのウエブ側への板厚増加とを組み合わせることに新規性がある。
【００１２】
第２の構成は、柱シャフトとダイアフラムの溶接部、及び梁フランジとダイアフラムの溶接部を重ねて接合すると共にウエブ側に増加させたダイアフラムの該増厚部分を梁ウエブと直接溶接接合させることである。さもないと、柱シャフトとダイアフラムの溶接部、及び梁フランジとダイアフラムの溶接部を離すことになり、それだけダイアフラム１の板厚を梁の外側にも増加させることになりダイアフラム重量の増加になる。このことは、折角梁せい低減して梁重量を減らせてもその効果を低減させるものである。梁フランジの内側で、増加させたダイアフラムの該増厚部分を梁ウエブと溶接接合させてウエブに掛かる曲げモーメントをダイアフラムに伝達することである。ウエブ側に増加させたダイアフラムの該増厚部分を梁ウエブと直接溶接接合させることに新規性がある。
【００１３】
これらにより、梁フランジの板厚増加又はウエブ板厚の増加の効果をもたらし、梁フランジ端の耐力増加又はウエブ端の耐力増加をもたらし、梁に対するより大きな曲げモーメントの負担に耐えられるようになり、その分、より小さいせいの梁を用いることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明の構成は、請求項１に係る発明の構成に加えて、請求項の発明に係る梁に隣接し且つより小さいせいの梁に対して梁端の下フランジを下側に拡大加工してウエブ板を補完するハンチ処理を行い柱梁接合部の梁端部の梁せいを揃えることを特徴とする。請求項１に係る発明の構成に加えて、請求項１の発明に係る梁に隣接し且つより小さいせいの梁に対してハンチ処理を行い同じパネルゾーンの柱梁接合部の梁端部の梁せいを揃えることを特徴とする。ハンチ処理を行うことにより梁せいが増加するが、大きい梁せいの下フランジが取り付いているダイアフラムの下側に梁せいの小さい梁の下フランジが取り付けられる。大きい梁せいの下フランジのダイアフラム下側に取り付ければ、梁せいの増大と、大きい梁せいの下フランジが取り付くダイアフラムの厚板効果によりウエブの曲げモーメント負担が期待できる。なお、小さい梁が大きい梁せいの下フランジに取り付くのは必須ではなくて、小さい梁の端部で受け持つモーメントが十分な値であれば該ダイアフラムの下側ではなくてダイアフラムの任意の位置に取り付けることができる。
【００１５】
このハンチ処理を行うことにより小さい方の梁端の梁せいが増加するが、大きい梁せい
の下フランジが取り付いているダイアフラムの下側に小さい梁の下フランジが取り付けられる。小さい梁が、大きい梁せいの下フランジのダイアフラム下側に取り付ければ、梁せいの増大と、大きい梁せいの下フランジが取り付くダイアフラムの厚板効果によりウエブの曲げモーメント負担が期待できる。
【００１６】
請求項３に係る発明の構成は、請求項1又は２に係る発明に加えて、梁長さ中央部の上面又は下面に、平鋼、立て板又は形鋼を溶接接合するか又は梁長さ方向中央部の下面に熱線加工して梁を予め上方向に変形させ又は溶接肉盛ビードを付加して、梁を予め上方向に変形させることで、梁の撓みを抑えることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明の構成は、請求項1から３に係る発明に加えて、溶接開先を施した梁フランジの反対側から溶接を行い、開先側に溶接ビードを出させた後に、裏はつりなしに開先側の溶接を実施して、鋼製当て板付きの梁フランジとダイアフラム端部又は柱外面とを完全融け込み溶接で接合することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明の構成は、請求項1から４に係る発明に加えて、柱内面と０.５乃至４ｍｍの隙間を開けた裏受金を柱内面に取り付けた上、柱からの出のない通しダイアフラムと該柱端部とを溶接ルートギャップ０乃至４ｍｍの狭開先で溶接接合することを特徴とするｓ
【発明の効果】
【００１９】
請求項1について、（１）ダイアフラムの板厚増加効果と、（２）ダイアフラムの柱からの出をなくす効果と、（３）溶接部を重ねての効果と、（４）ダイアフラムと梁ウエブと溶接接合させる。これらの効果の相乗効果により梁端の曲げモーメント負担効果が大きく出てくる。特に、梁端ウエブに溶接がなされていても、柱内部が空洞であると、柱フランジ即ちスキンプレートの面外変形により、梁端ウエブに曲げモーメントの負担が期待できない場合に特に有効である。
【００２０】
上述の（１）では、板厚が増加すればダイアフラム重量が増えるという不利があるが、梁フランジからの応力をより伝達し易くする役割がある。（２）では、ダイアフラムの重量増加を抑える効果と梁端の加工を容易にする効果が有り、ダイアフラムの柱からの出がある状態でダイアフラムの板厚を梁ウエブ側に増厚させると、梁フランジ及び梁ウエブの切り込みを行う必要が出て複雑な加工を強いられる。（３）では、（１）と（２）のダイアフラムの重量増加を抑える効果とダイアフラムの熱影響の重なりによる脆化防止があり、溶接の余盛りを共有化して溶接量をへらし、（４）では、ダイアフラムの該増厚部分を梁ウエブと溶接接合させる効果の相乗効果により曲げモーメント負担効果が出てくる。梁ウエブに掛かる応力を柱に伝達する効果がある。
【００２１】
ダイアフラムを厚くしてその部分をウエブと溶接接合すれば、ダイアフラムと直接溶接接合されたウエブ厚部分で曲げモーメント負担効果が出てくる。この場合、ダイアフラムを厚くすることによるその重量増加を補って鉄骨構造全体の重量低減が可能になる。例えば、梁せい２５０乃至７００ｍｍの梁では１サイズ分即ち梁せいの５０ｍｍを低減することができる。従って、ダイアフラム増厚が効果的に働いてくる。これらの効果により、建築鉄骨全体の重量を３〜７％低減させることができ、例えば、建築延べ床面積１００００平米で鉄骨重量１０００トンなら７５トン程度の重量低減ができる。この重量低減は建物の建造物大きさと建築鉄骨の全国年間生産量約７００万トンの需要を考慮すれば、極めて大きな効果だと判断される。
【００２２】
請求項２について、請求項1に加えて、次の効果がある。ハンチを用いることにより、梁せいの小さい側の梁の下フランジに取り付くダイアフラム及びその溶接を省略すること
が出来ると共に、柱梁接合部の梁下フランジが１枚のダイアフラムにまとめられて外観が良くなり、ハンチにより、梁せいが向上して梁端の断面係数が増加して耐力が向上する。請求項１の効果と合わせれば建築鉄骨全体の重量を５〜１０％低減させることができる。
【００２３】
請求項３について、請求項1又は２に加えて、梁長さ方向中央部の上面又は下面に、平鋼、立て板又は形鋼を溶接接合するか又は梁長さ中央部の下面に熱線加工して梁を予め上方向に変形させて、梁の撓みを抑えることが出来る。
【００２４】
請求項４について、請求項1又は２又は３に加えて、次の効果がある。即ち、従来の裏当金やガウジングを省略し、また、従来よりも小さい溶接開先ギャップで溶接量を減らす効果がある。
【００２５】
請求項５について、請求項1から４の効果に加えて、次の効果がある。即ち、溶接の欠陥を減らし品質を向上させると共に、溶接量を減らし、生産効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の柱梁接合部外観図
【図２】従来の柱梁接合部のスカラップを用いた梁端接合部詳細断面図
【図３】従来の柱梁接合部のスカラップを用いないノンスカラップのｓ梁端接合部詳細断面図
【図４】柱梁接合部パネルの面外変形説明断面図
【図５】梁フランジ内側にダイアフラムを増厚した断面図
【図６】柱梁接合部梁端部の溶接モーメント分布とウエブ曲げモーメント負担を説明する断面図
【図７】梁端でハンチ加工処理を行い複数の柱梁接合部の梁端部下フランジを同じダイアフラムに取り付ける説明の断面図
【図８】梁長さ中央部の梁４Ｃの上面又は下面に、平鋼、立て板又は形鋼１６を溶接接合する場合の説明断面図又は梁フランジの下面に１６に熱線熱加工又は溶接肉盛をする説明図
【図９】梁内側から溶接開始して梁外側を溶接をガウジングと裏当金なしで施工した梁フランジ取付の断面図
【図１０】柱組立に裏当金を柱内面に対し隙間を開けて取り付ける断面説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施例１
図５に、請求項1に係る発明の実施の１例として、建築鉄骨柱梁接合部において、ダイアフラム１の柱５からの出を無くすと共に、ダイアフラム１の板厚１ｔを増加させて、 柱シャフト５とダイアフラム１の溶接部７、及び、梁フランジ４Ｆとダイアフラム１の溶接部７を重ねて接合すると共に、ウエブ側に５ｍｍ以上望むらくは３５ｍｍ以上増加させたダイアフラム１の少なくとも該増厚部分を梁ウエブと溶接接合させた例を示す。ダイアフラムの肉厚をウエブせいの１／２迄増加させた場合は上下のダイアフラムを一体化したものを用いるか又はその２枚のダイアフラムの中間で溶接接合して中間の柱短管を省略することができる。その場合、中間の柱短管の溶接を省略することができる。
【００２８】
実施例２
請求項1に係る発明の実施の１例として、図６に示すように、ウエブ３の曲げモーメント負担の最も大きいところの梁フランジ近傍で、増加させたダイアフラム増厚部分３ｂとウエブを溶接接合させることにより、柱梁接合部パネル２の面外変形でウエブ３に曲げモーメントを負担させることが期待できない場合に、梁４に掛かる曲げモーメントの一部を梁ウエブ３に負担させることを特徴とする柱梁接合部で、梁４に掛かる弾性状態負荷で梁中心部から直線的に増加し得る応力分布４Ｍから、曲げモーメント負担部の微小部分ｄｘで、中心部からの距離ｘと中心部からの距離に比例する応力σと微小面積を乗じて微小部分の曲げモーメント負担を求めて積分して、ウエブに掛かる曲げモーメント負担を算出することにより、ウエブ・ダイアフラム溶接端で負担する曲げモーメントを求めて、これと梁フランジ負担の曲げモーメントとの和を算出して、この和が１段階大きいせいのウエブ曲げモーメント負担のない梁より大きければ、これを曲げモーメントの１部を梁ウエブ３に負担させた梁４に置き換えることが出来る。又は、ウエブ負担のない梁で実際に構造計算で得られた梁端の最大応力σmaxがウエブ負担のない梁の許容応力度を満足していても、１段階小さいいせいのウエブ曲げモーメント負担のない梁では僅かに梁の許容応力度を満足出来ない場合に、曲げモーメントの一部を梁ウエブに負担させて耐力を上げて許容応力度を満足すれば、このより小さいせいの梁に置き換えることが出来る。
【００２９】
実施例３
請求項２に係る発明は、図７に示すように、同じ柱で請求項１の発明に係る梁に隣接した、より小さいせいの梁４に対してハンチ加工処理４Ｈを行い複数の柱梁接合部の梁端部下フランジを同じダイアフラム１に取り付けることを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法である。ハンチ隠された梁フランジ４Ｈは厚板のダイアフラムの下側に取り付けられるのが通常である。梁せい低減された梁４とハンチ隠された梁を組み合わせると梁せい低減の効果が増大する。
【００３０】
実施例５
請求項３に係る発明の構成は、図８に示すように、請求項1又は３に係る発明に加えて、梁長さ中央部の梁４Ｃの上面又は下面に、平鋼、立て板又は形鋼１６を溶接接合するか又は梁長さ中央部の下面に熱線加工又は溶接肉盛して梁を予め上方向に変形させて、梁の撓みを抑えることを特徴とする。上面に取り付けた場合は、梁幅中央に床スラブのコンクリート止めに用いる事もできる。下面に取り付けると長手方向の両端を溶接するだけで済むので最少の労力となる。
【００３１】
実施例６
請求項４に係る発明の実施例の１つとして、図９に、請求項1から３に係る発明のいずれかにおいて、溶接開先を施した梁フランジ４Ｆの反対側即ち裏側から溶接を開始して、開先側に溶接ビード表面を出させた後に、裏はつりなしに開先側の溶接７を実施して、梁フランジ４Ｆとダイアフラム１の端部又は柱２の外面とを完全融け込み溶接で接合することを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法を示す。
【００３２】
実施例７
請求項５に係る発明の実施例の１つとして、図１０に、請求項1から４に係る発明のいずれかにおいて、柱２の内面と０.５乃至４ｍｍの隙間望むらくは２ｍｍの隙間を開けて裏受金１０Ｕを柱内面に取り付けた上、柱からの出のない通しダイアフラムと該柱端部とを溶接ルートギャップ０乃至５ｍｍ望むらくは３ｍｍ程度を確保したうえで、溶接接合することを特徴とする柱梁接合部又はその製作方法を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１  ダイアフラム
１Ａ  ダイアフラムの出
２  パネル
２Ｚ  パネルゾーン
３  ウエブ
３ａ  ウエブ非負担長
３ｂ  ウエブ負担長
３Ｗ  ウエブ取付溶接部
３ｔW  ウエブ板厚
４  梁
４Ｂ  厚板梁フランジ
４Ｃ  中央梁
４Ｆ  梁フランジ
４ｂｆ  梁フランジ幅
４Ｍ  梁曲げモーメント分布
４ｔｆ  梁フランジ板厚
４Ｈ  ハンチ加工された梁フランジ
４Ｋ  梁ブラケット
４Ｗ  ハンチ加工溶接
５  柱シャフト
６  柱・ダイアフラム溶接部
７  梁フランジ・ダイアフラム溶接部
７Ｂ  厚板梁フランジと薄板梁フランジの溶接部
７Ｆ  厚板梁フランジと梁ウエブの溶接部
８  組立溶接
１０  裏当金
１１  スカラップ
１１Ｎ  ノンスカラップ
１２  面外変形
１３  応力の流れ
１４  ハンチ処理された梁フランジ
１５  増厚された梁フランジ
１６  長さ中央部の上面又は下面に、溶接接合あれた平鋼、立て板又は形鋼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010133217.tif 000009
【図８】
2010133217.tif 000010
【図９】
2010133217.tif 000011
【図１０】
2010133217.tif 000012