(57)【要約】【課題】梁に断面の小さな鉄骨を採用することができ、また、施工の際に高度な溶接技術が不要な、鉄骨造の柱梁架構の柱梁の接合構造を提供する。【解決手段】柱３０と梁２０の接合構造１０は、梁３０はＨ型鋼からなり、柱２０の表面から突出し、梁３０の上下のフランジ３１が溶接接続されたダイヤフラム２１と、一端が柱２０に接続され、かつ、梁３０のフランジ３１の外周面に取付けられた板状のカバープレート４０と、を備え、カバープレート４０は、その外周縁の柱側の端部を除く部分が、隅肉溶接４１により連続的にフランジ３１の外周面に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と梁の接合構造であって、
前記梁はＨ型鋼からなり、
一端が前記柱の側面に接続され、かつ、前記Ｈ型鋼のフランジ表面に取付けられた、鋼板からなるカバープレートを備え、
前記カバープレートは、その外周縁の柱側の端部を除く部分が、前記フランジ表面に連続的に隅肉溶接されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項２】
請求項１記載の柱梁接合構造であって、
前記柱には前記Ｈ型鋼の上下のフランジに対応した位置にダイヤフラムが設けられており、
当該ダイヤフラムに前記梁の上下のフランジ及びカバープレートが接続されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の柱梁接合構造であって、
前記カバープレートは、梁中央側の端部に向かって幅が狭まるような形状に形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項４】
請求項３記載の柱梁接合構造であって、
前記梁は、荷重の増加に伴い生じる曲げモーメントに対して、前記カバープレートの梁中央側の端部の位置が最初に曲げ耐力に達するように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項５】
請求項１又は２記載の柱梁接合構造であって、
前記カバープレートは、前記梁の長手方向中間部に、幅が狭まる縮幅部が形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項６】
請求項５記載の柱梁接合構造であって、
前記梁は、荷重の増加に伴い生じる曲げモーメントに対して、前記カバープレートの前記縮幅部の位置が最初に曲げ耐力に達するように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項７】
Ｈ型鋼からなる梁部材であって、
前記Ｈ型鋼のフランジ表面に取り付けられた、鋼板からなるカバープレートを備え、
前記カバープレートは、その外周縁の柱に接続される側の端部を除く部分が前記フランジ表面に連続的に隅肉溶接されていることを特徴とする梁部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、梁断面を減少することができる柱と梁の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造の柱梁架構において、地震や風等の外力が入力されると、一般的に梁の応力は端部において最大となるため、梁端部は高い強度が要求される。そこで、従来、梁端部において要求される強度を有するような梁として大断面の鉄骨を用いていた。しかしながら、梁の中央部の応力は梁端部に比べて小さい。このため、上記のように大断面の鉄骨を用いることは経済的とはいえない。
【０００３】
そこで、図１０（Ａ）に示すように、梁３０を構成するＨ型鋼のフランジ３１の両側部に、サイドプレート６４０を溶接接続しておき、フランジとともにサイドプレート６４０を柱に接続することが行われている（例えば、特許文献１参照）。このように、サイドプレート６４０を溶接接続することにより、図１０（Ｂ）のグラフに示すように、サイドプレートの取付けられた部分の梁の断面剛性・強度が高くなり、梁３０に作用する曲げモーメントが増加した場合に、最初に降伏する箇所（すなわち、梁の強度が決定される断面：以下、クリティカル断面という）がサイドプレート６４０の梁端部よりも中央側へ寄った位置となる。この部位では断面に作用する曲げモーメントが梁端部に比べて小さいため、サイドプレート６４０がない場合に比べて断面の小さなＨ型鋼を、梁３０を構成する鋼材として採用することができる。
【特許文献１】特開平１１―２１０１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、サイドプレートが取付けられた部分の梁中央側の端部では、梁のフランジからサイドプレートへ応力が流れるため、フランジとサイドプレートの溶接部である梁中央側のフランジの外端部には、応力が集中することとなる。
【０００５】
しかし、フランジとサイドプレートの溶接端部は溶接の始端又は終端であり、熱影響を受け易く、溶接の質が悪いと破断し易く靭性が低下してしまう。このため、サイドプレートの溶接作業には、梁中央側の溶接端部において靭性が低下しないように溶接しなければならず、高度な溶接技術が必要であった。また、溶接の熱影響によりサイドプレートが傾斜してしまうことがあり、制作上高い技術が要求される。
また、サイドプレート方式では、端部で梁フランジが広がるため、柱芯と梁芯とを略同一にする必要があり、建物の外周廻りでは外壁取り付けのため、スラブを跳ね出したり、別途取り付け用金物が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、梁を構成する鋼材として断面の小さな鉄骨を採用することができ、かつ、施工の際に高度な溶接技術が不要な、鉄骨造の柱梁の接合構造を提供することである。
また、本発明は、外周廻りにおいて、外壁取り付けのための跳ね出しスラブや特別な金物を不要とするため、柱に対して梁を偏心して取り付けることを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の柱梁接合構造は、柱と梁の接合構造であって、前記梁はＨ型鋼からなり、  一端が前記柱の側面に接続され、かつ、前記Ｈ型鋼のフランジ表面に取付けられた、鋼板からなるカバープレートを備え、前記カバープレートは、その外周縁の柱側の端部を除く部分が、前記フランジ表面に連続的に隅肉溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の柱梁接合構造において、前記柱には前記Ｈ型鋼の上下のフランジに対応した位置にダイヤフラムが設けられており、当該ダイヤフラムに前記梁の上下のフランジ及びカバープレートが接続されていてもよい。
【０００９】
また、前記カバープレートは、梁中央側の端部に向かって幅が狭まるような形状に形成されていてもよく、この際、前記梁は、荷重の増加に伴い生じる曲げモーメントに対して、前記カバープレートの梁中央側の端部の位置が最初に曲げ耐力に達するように断面設計されていてもよい。
【００１０】
また、前記カバープレートは、前記梁の長手方向中間部に、幅が狭まる縮幅部が形成されていてもよく、この際、前記梁は、荷重の増加に伴い生じる曲げモーメントに対して、前記カバープレートの前記縮幅部の位置が最初に曲げ耐力に達するように断面設計されていてもよい。
【００１１】
また、本発明の梁部材は、Ｈ型鋼からなる梁部材であって、前記Ｈ型鋼のフランジ表面に取り付けられた、鋼板からなるカバープレートを備え、前記カバープレートは、その外周縁の柱に接続される側の端部を除く部分が前記フランジ表面に連続的に隅肉溶接されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、カバープレートを取付けることにより、端部に比べて作用する曲げモーメントが小さいカバープレートの梁中央側の端部がクリティカル断面となるため、梁の断面を抑えることができる。また、カバープレートを、柱側の縁を除く外周縁を隅肉溶接により梁に取付けているため、クリティカル断面において溶接が連続的となり、この部分に熱影響が生じにくいため、高度な溶接技術が無くても溶接作業を行うことができる。
また、本発明では、サイドプレート方式のように梁フランジ幅を広げることがないため、柱に対して梁を偏心して取り付けることが可能であり、特に、建物の外周廻りでは梁を偏心させることにより、外壁取り付けのための跳ね出しスラブや特別な金物が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の鉄骨造の柱梁架構における柱と梁の接合構造の第一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の柱２０と梁３０の接合構造１０を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。また、図２は、梁３０の上部の梁３０を横切る方向の拡大断面図であり、図３は、図１（Ｂ）のＡ部の拡大図である。図１に示すように、本実施形態の接合構造１０は、鉄骨造の柱梁架構における柱２０と梁３０を接合するための構造である。
【００１４】
梁３０は、柱２０を構成する鋼管に比べてフランジ幅が狭いＨ型鋼からなる。梁３０の上下のフランジ３１の外側の面には、梁端側（図１における左側）の端部が一致するように、カバープレート４０が取付けられている。カバープレート４０は、梁端側の端部から中間部までの部分は一定の幅に形成され、中間部から梁中央部（図１における右側）に向かって幅が徐々に狭まるように形成された鋼板からなる。カバープレート４０は、外周縁の梁端側の縁を除く部分に隅肉溶接４１が施され、これによりフランジ３１の外側の面に取付けられている。なお、カバープレート４０の長さは、フランジ３１からカバープレート４０に伝達される応力に耐えうるような、隅肉溶接４１の溶接長さを確保できるように決定されている。なお、本実施形態では、カバープレート４０の幅がフランジ３１に比べて狭い場合について示しているが、カバープレート４０の幅はフランジ３１と同一あるいはフランジ幅よりも大きくてもよい。
【００１５】
柱２０は、断面矩形状の鋼管からなる。柱２０の梁３０のフランジ３１が接続される高さ位置には、通しダイヤフラム形式のダイヤフラム２１が表面から突出している。なお、ダイヤフラム２１は柱２０を構成する鋼管を複数に分割しておき、梁３０の上下のフランジ３１に相当する高さに鋼板を挟みこむことで柱２０と一体に構築されている。
また、ダイヤフラムは柱を通した柱内とする内ダイヤフラムでもよい。
【００１６】
本実施形態の接合構造１０は、予めカバープレート４０を溶接した梁３０を、上下のフランジ３１と柱２０に取付けられたダイヤフラム２１とが同じ高さに位置するように柱２０の側部に取り付け、ウエブ３２を柱２０に溶接し、さらに、フランジ３１及びカバープレート４０をダイヤフラム２１に完全溶け込み溶接４２により接続することで構成される。
【００１７】
図４（Ｂ）は、梁３０の曲げ耐力と、柱梁架構に外力が作用した際に、梁３０に生じる曲げモーメントの分布を示すグラフであり、横軸を同図（Ａ）に示す梁３０の位置に対応させて示している。同図に示すように、本実施形態の接合構造１０により接合された梁３０の曲げ耐力は、梁端部からカバープレート４０の中間部に相当する位置までの部分はカバープレート４０の幅が一定であるため、一定の値となる。また、カバープレート４０の中間部に相当する位置からカバープレート４０の梁中央側の端部に相当する位置までの部分では、カバープレート４０が梁中央側に向かって幅が徐々に狭まる形状であるため、これに伴って梁の曲げ耐力も徐々に低下する。そして、カバープレート４０の梁中央側の端部に相当する位置よりも梁中央側の部分の梁の曲げ耐力は一定の値となる。
【００１８】
これに対して、梁３０に作用する曲げモーメントは、梁端部において最大となり、梁３０の中央部に向けて端部からの距離に比例して低下する。本実施形態では、カバープレート４０は、梁３０に作用する曲げモーメントが増加した際に、梁３０のカバープレート４０の梁中央側の端部に当たる位置において、最初に曲げモーメントが梁中央側端部の梁３０の曲げ耐力を上回るように（つまり、最初に降伏するように）カバープレート４０の幅、厚さ、長さ、及び強度が設計されている。これにより、カバープレート４０の梁中央側の端部がクリティカル断面となる。
【００１９】
ここで、梁３０の必要断面を設計する際には、設計用の曲げ荷重に対してクリティカル断面において降伏を生じないように設計する必要がある。従来のようにカバープレート等を設けない場合には、梁の曲げ耐力が位置によらず一定であるため、梁端部にクリティカル断面が位置し、梁端部において曲げ耐力に耐えうるように梁断面を設計する必要がある。
【００２０】
これに対して、本実施形態によれば、梁３０においてカバープレート４０の梁中央側の端部に相当する位置がクリティカル断面となる。柱梁架構に外力が作用した際に梁３０に作用する曲げモーメントは、梁端部に比べて梁中央部は小さく、このため、本実施形態によれば、梁３０を構成する鋼材の必要断面を抑えることができる。すなわち、梁３０を構成するＨ型鋼として、従来に比べて幅、高さ、又は板厚の小さいものや、強度の低いものを採用することができる。
【００２１】
また、上記のように本実施形態では、カバープレート４０の梁端部側の縁を除く外周縁を隅肉溶接４１により接続しているため、クリティカル断面において溶接が連続的となり、熱影響が生じやすい隅肉溶接の端部がクリティカル断面に位置することはない。このため、高度な溶接技術が無くてもカバープレート４０を梁３０に溶接する作業を行うことができる。
【００２２】
また、通常、鋭角な角隅部には応力が集中しやすいため、カバープレート４０に鋭角な部分があると、この部分の周囲の隅肉溶接４１において破断を生じ易い。しかし、本実施形態では、カバープレート４０を中間部から梁中央側に向かって徐々に幅が狭まる形状としたため、角隅部が鈍角となりフランジ３１が負担している力をフランジ３１からカバープレート４０へ伝達する際に生じる応力集中を緩和することができる。
【００２３】
また、従来は、梁３０の水平方向両側にサイドプレートを取付けていたため、梁３０を柱の水平方向端部に寄せて接続することができなかったが、本実施形態では、梁３０の上下面にカバープレート４０を取付けているため、梁３０を柱２０の水平方向端部に寄せて接続することができ、梁３０の柱２０への接合位置の自由度が高くなる。このように、梁３０を偏心させて柱２０に取り付けることにより、建物の外周廻りにおいて、外壁取り付けのための跳ね出しスラブや取り付け用の金物が不要となる。
【００２４】
なお、本実施形態では、梁中央側の端部が直線状に形成されたカバープレート４０を用いた場合について説明したが、例えば、図５に示すように、梁中央側の端部を滑らかな円弧状に形成したカバープレート１４０を用いてもよい。かかる形状のカバープレート１４０によっても、梁端部以外の外周縁を隅肉溶接することで梁３０に取付けることができるとともに、カバープレート１４０の梁中央側の角隅部がさらに鈍角となり、応力集中を緩和することができる。
【００２５】
また、図６（Ａ）に示すように、中間部に滑らかな円弧状に幅が縮小する縮幅部２４０Ａを備えたカバープレート２４０を用いてもよい。かかるカバープレート２４０を用いた場合には、図６（Ｂ）のグラフに示すようにクリティカル断面が縮幅部２４０Ａに位置することとなるが、カバープレート２４０の外周縁を隅肉溶接４１により梁３０に取付けることができるため、クリティカル断面にあたる位置に隅肉溶接４１の端部が位置することがなく、クリティカル断面における溶接部の破断を防止できる。なお、かかる構成のカバープレート２４０を採用する場合には、クリティカル断面が縮幅部２４０Ａに位置するため、このクリティカル断面の位置において、梁３０に生じる曲げモーメントに対して先行降伏するような耐力を有する鋼材を梁３０として用いいればよい。
【００２６】
また、上記実施形態における上下のフランジ３１に取付けられたカバープレートは、異なる厚さとしたり、一方を省略したりすることも可能である。例えば、図７に示すように、梁３０の上部にコンクリート造からなる床５０が構築された柱梁の接合部において、梁３０の上側に引張力が生じるような曲げモーメントが作用した場合には、梁３０及び上側のフランジ３１に取り付けられたカバープレート４０Ａと上フランジ３１により引張力に抵抗する。これに対し、梁３０の上側に圧縮力が生じるような曲げモーメントが作用した場合には、梁３０及び下側のフランジ３１に取り付けられたカバープレート４０Ｂと下フランジ３１が引張力を負担するが、コンクリート造の床５０が圧縮力を負担するので、その分、下側のカバープレート４０Ｂが負担する引張力が小さくなる。このため、下側のフランジ３１に取付けられたカバープレート４０Ｂの厚さを減らしたり、省略したりすることが可能となる。
逆に、梁３０の上側に引張力が作用する状態と、下側に引張力が作用する状態とが繰り返される場合、コンクリート造の床５０が取り付く上フランジ３１に比べて下フランジ３１は大きな繰り返し応力を受けることで破断し易くなるため、上側のカバープレート４０Ａに比べて下側のカバープレート４０Ｂの厚さを大きくし、上フランジ３１側に比べて下フランジ３１側の強度を増加させることもできる。
また、本実施形態では、上下のフランジの外側の面に夫々、一枚のカバープレート４０を取り付ける場合について説明したが、これに限らず、図８に示すように、周囲を連続的に隅肉溶接することが可能であれば、複数枚のカバープレート４４０を取り付けることとしてもよい。
また、上記の実施形態では、上フランジの上面及び下フランジの下面にカバープレートを取り付けることとしたが、これに限らず、図９（Ａ）に示すように、上フランジ３１の下面及び下フランジ３１の上面にカバープレート５４０を取り付けることとしてもよい。このような場合には、同図（Ｂ）に示すように、フランジ３２のウエブ３２を挟んだ両面に夫々、カバープレート５４０を取り付ければよい。
【００２７】
また、本実施形態では、柱２０に通しダイヤフラム型のダイヤフラム２１を設けることとしたが、これに限らず、外ダイヤフラム型や内ダイヤフラム型のダイヤフラムを設けることとしてもよい。また、本実施形態では、フランジ３１を柱２０の表面から突出するダイヤフラム２１に完全溶け込み溶接４２により接続したが、必ずしもダイヤフラムを柱２０の表面から突出させる必要はなく、柱２０と面一となったダイヤフラム又は柱表面にフランジ３１を付き合わせ溶接して接続してもよい。
【００２８】
また、カバープレート４０は予め、フランジ３１に取付けておく必要はなく、梁３０を柱２０に接続した後、カバープレート４０を取付けてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、柱３０を矩形の鋼管により構成したが、これに限らず、鋼管コンクリートなどにより構成してもよい。この場合、必ずしも、柱にダイヤフラムを設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の柱と梁の接合構造を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】梁の上部の梁を横切る方向の拡大断面図である。
【図３】図１（Ｂ）のＡ部の拡大図である。
【図４】（Ａ）は、本実施形態の柱梁接合構造を示し、（Ｂ）は梁の曲げ耐力と、柱梁架構に外力が作用した際に、梁に生じる曲げモーメントの分布を示すグラフであり、横軸は（Ａ）に示す梁の位置に対応させている。
【図５】梁中央側の端部を滑らかな円弧状に形成したカバープレートを用いた場合を示す図である。
【図６】（Ａ）は、中間部に滑らかな円弧状に幅が縮小する縮幅部を備えたカバープレートを用いた場合を示す図であり、（Ｂ）は、かかる場合の梁の曲げ耐力と、柱梁架構に外力が作用した際に、梁に生じる曲げモーメントの分布を示すグラフであり、横軸は（Ａ）に示す梁の位置に対応させている。
【図７】梁の上部にコンクリート製の床が構築された場合の柱梁接合部を示す鉛直断面図である。
【図８】カバープレートを分割した場合の柱梁接合部を示す図である。
【図９】上フランジの下面及び下フランジの上面にカバープレートを取り付けた場合を示し、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は梁の上部の梁を横切る方向の拡大断面図である。
【図１０】（Ａ）は、従来のサイドプレートを用いて柱梁を接続した様子を示す図であり、（Ｂ）はかかる場合の梁の曲げ耐力と、柱梁架構に外力が作用した際に、梁に生じる曲げモーメントの分布を示すグラフであり、横軸は（Ａ）に示す梁の位置に対応させている。
【符号の説明】
【００３１】
１０、１１０、２１０、４１０、５１０  接合構造
２０  柱
２１  ダイヤフラム
３０  梁
３１  フランジ
３２  ウエブ
４０、４０Ｂ、１４０、２４０、４４０、５４０  カバープレート
４１  隅肉溶接
５０  床
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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