(57)【要約】【課題】簡易かつ安価に、大地震時のフランジ端部の応力を効果的に低減し、中小地震から建物の振動抑制効果を得ることを可能とした柱梁接合構造を提案する。【解決手段】柱２と、柱２の側面に接合された梁３とを備える柱梁接合構造１であって、梁３は、上下一対のフランジ３１，３１とウェブ３２とを有する主材３０と、フランジ３１の左右の側面に接合された拡幅材３３とを備えており、フランジ３１は、柱２との接合部においてフランジ３１の幅を拡幅するフランジ拡幅部３４を備えており、拡幅材３３は、フランジ３１よりも強度の低い低降伏点鋼材からなり、フランジ拡幅部３４の先端から梁３のスパン中央に向かって延出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と、前記柱の側面に接合された梁と、を備える柱梁接合構造であって、
前記梁は、上下一対のフランジとウェブとを有する主材と、
前記フランジの左右の側面に接合された拡幅材と、を備えており、
前記フランジは、前記柱との接合部において前記フランジの幅を拡幅するフランジ拡幅部を備えており、
前記拡幅材は、前記フランジよりも強度の低い低降伏点鋼材からなり、前記フランジ拡幅部の先端から前記梁のスパン中央に向かって延出していることを特徴とする、柱梁接合構造。
【請求項２】
前記フランジ拡幅部が、前記フランジと同等の強度を有した鋼材であって、前記フランジの側面に接合されたハンチプレートにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の柱梁接合構造。
【請求項３】
前記フランジ拡幅部および前記拡幅材により、前記主材の全長にわたって前記フランジの幅が拡幅されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の柱梁接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨造建物の柱梁接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造建物は、柱の側面にＨ形鋼材等からなる梁を接合することにより骨組みが形成されている。
このような柱梁接合部では、地震時に梁のフランジ端部が応力集中により破断することが懸念されている。
【０００３】
そのため、特許文献１には、図７の（ａ）に示すように、柱梁接合部１００において、梁１０１のフランジ幅を水平に拡幅することにより、応力を低減させる柱梁接合構造が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、図７の（ｂ）に示すように、梁２０１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２０２，２０２を添設した柱梁接合構造２００が開示されている。この柱梁接合構造２００は、ハンチプレート２０２，２０２により柱に対する梁２０１の中小の地震における変形追随性能を向上させるとともに、地震エネルギーを吸収することで、建物の振動を抑制することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５８９９９号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の柱梁接合構造１００は、地震時の梁部材の塑性化の程度が小さい。そのため、免震装置や制震部材を設けることで、鋼材の塑性ひずみエネルギーによる十分な履歴減衰を確保していた。このような免震装置や制震部材の設置は、施工に手間がかかるとともに、費用がかかる。
【０００７】
また、特許文献２の柱梁接合構造２００は、ハンチプレート２０２の強度が梁２０１のフランジよりも低いため、大地震時におけるフランジ端部の応力低減効果が小さかった。
【０００８】
このような観点から、本発明は、簡易かつ安価に、大地震時のフランジ端部の応力を効果的に低減し、中小地震から建物の振動抑制効果を得ることを可能とした柱梁接合構造を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の柱梁接合構造は、柱と、前記柱の側面に接合された梁とを備える柱梁接合構造であって、前記梁は、上下一対のフランジおよびウェブを有する主材と、前記フランジの左右の側面に接合された拡幅材とを備えており、前記フランジは、前記柱との接合部において前記フランジの幅を拡幅するフランジ拡幅部を備えており、前記拡幅材は、前記フランジよりも強度の低い低降伏点鋼材からなり、前記フランジ拡幅部の先端から前記梁のスパン中央に向かって延出していることを特徴としている。
【００１０】
かかる柱梁接合構造によれば、梁のフランジがフランジ拡幅部により拡幅されているため、大地震時においても、フランジ端部に生じる応力を効果的に低減することができる。
また、中小地震の際には、梁フランジが弾性範囲でも、先行して拡幅材を早期に塑性化させることで地震エネルギーを吸収し、建物の揺れを低減させるとともに早期に収れんさせることができる。
【００１１】
なお、前記フランジ拡幅部は、前記フランジと同等の強度を有した鋼材であって、前記フランジの側面に接合されたハンチプレートにより形成されていてもよい。
また、前記フランジ拡幅部および前記拡幅材により、前記主材の全長にわたって前記フランジの幅が拡幅されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の柱梁接合構造によれば、簡易かつ安価に、応力集中が起きにくく、建物の振動抑制効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る鉄骨架構を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態の柱梁接合構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平断面図である。
【図３】第二の実施形態の柱梁接合構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、他の形態に係る柱梁接合構造を示す平断面図である。
【図５】地震時における柱梁接合部のモーメント図である。
【図６】梁全長に対する拡幅材長さの比（ｌ／Ｌ）と、等価粘性減衰定数の最大値と等価粘性減衰定数の比（ｌｈｅｑ／ｍａｘｈｅｑ）との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、従来の柱梁接合構造を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜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２，２と、柱２，２の間に横架された梁３とを接合する、柱梁接合構造１について説明する。
【００１５】
本実施形態の梁３は、上下一対のフランジ３１，３１とウェブ３２とを有する主材３０と、フランジ３１の左右の側面に接合された拡幅材３３，３３とを備えている。
梁３は、一対の柱２，２の側面に、端面を突き合わせた状態で接合されている。
【００１６】
本実施形態の柱２は、角形鋼管（柱部材２１）により構成されている。なお、柱部材２１は、必ずしも角形鋼管である必要はなく、柱部材２１の断面形状は限定されるものではない。また、柱部材２１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。さらに、柱２は、純鉄骨構造に限定されるものではなく、例えば、コンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ構造）であってもよい。
【００１７】
柱２の梁３との接合部には、上下にダイアフラム２２，２２が配設されている。
本実施形態のダイアフラム２２は、いわゆる通しダイアフラムであって、柱２を上下に分断するように配設された鋼板である。
つまり、ダイアフラム２２は、図２の（ａ）に示すように、上下から柱２を構成する柱部材２１，２１（角形鋼管）により挟まれている。
【００１８】
ダイアフラム２２は、図２の（ｂ）に示すように、柱部材２１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、ダイアフラム２２の端部（周縁部）が柱部材２１の外面から突出している。
【００１９】
本実施形態では、図２の（ａ）に示すように、上段のダイアフラム２２が梁３の上側のフランジ３１（フランジ拡幅部３４）と同じ高さ位置に配置されていて、下段のダイアフラム２２が梁３の下側のフランジ３１（フランジ拡幅部３４）と同じ高さ位置に配置されている。
【００２０】
なお、本実施形態では、上下のダイアフラム２２，２２がそれぞれ上下のフランジ３１，３１と同じ高さに配設されている場合について説明したが、ダイアフラム２２，２２の高さ位置は必ずしも上下のフランジ３１，３１と一致している必要はない。
【００２１】
梁３の主材３０は、いわゆる普通鋼材により構成されている。
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、溝形鋼であってもよい。また、主材３０は必ずしも普通鋼材である必要はない。
【００２２】
図２の（ａ）に示すように、梁３のフランジ３１，３１は、それぞれ柱２のダイアフラム２２，２２に固定（溶接）されている。また、梁３のウェブ３２は、上下のダイアフラム２２，２２により挟まれた柱部材２１の側面に固定（溶接）されている。
【００２３】
フランジ３１は、図２の（ｂ）に示すように、ダイアフラム２２との接合部において、フランジ３１の幅を水平方向（梁３の中心軸に直交する水平方向）に拡幅するフランジ拡幅部３４を有している。
【００２４】
フランジ拡幅部３４は、フランジ３１の端部に形成された平面視台形状の部分である。フランジ拡幅部３４は、柱２から所定長さまでは一定の幅であり、一定の区間よりも先（梁の中央側）は、柱２から遠ざかるに従って漸減し、所定長さでゼロとなる。
フランジ拡幅部３４は、フランジ３１の他の部分と同一の材料により一体に形成されている。
【００２５】
フランジ拡幅部３４の先端面（柱２側の端面）は、ダイアフラム２２の突出部分に溶接されている。
【００２６】
拡幅材３３，３３は、低降伏点鋼材により構成された鋼板であって、フランジ３１の左右にそれぞれ固定されている。
本実施形態の拡幅材３３は、フランジ３１と同等の板厚を有している。なお、拡幅材３３の板厚は、フランジ３１の板厚と異なっていてもよい。
【００２７】
拡幅材３３の側端面は、フランジ３１に側端面に溶接されている。
拡幅材３３は、図２の（ｂ）に示すように、フランジ拡幅部３４の先端（梁３のスパン中央側端面）から、梁３のスパン中央に向かって延出している。
【００２８】
拡幅材３３は、フランジ拡幅部３４の幅が漸減しはじめる位置を基端とし、梁の中央に向かうに従って漸増した後、一定幅で梁の中央に向かって延出している。
拡幅材３３は、拡幅材３３が取り付けられた区間における梁３の幅が、フランジ拡幅部３４を設けた区間の最大幅と同じ幅になる形状を有している。つまり、拡幅材３３は、フランジ拡幅部３４を延長するように、フランジ３１の側面に添設されている。
【００２９】
本実施形態では、拡幅材３３の長さ（梁３の軸方向の長さ）を、梁３の全長の１／５程度とするが、拡幅材３３の長さは限定されない。例えば、拡幅材３３により、梁３が全長にわたって拡幅されていてもよい。
また、本実施形態では、平面視台形状の拡幅材３３を採用したが、拡幅材３３の形状は限定されるものではなく、例えば三角形状や矩形状であってもよい。
【００３０】
以上、本実施形態の柱梁接合構造１によれば、梁３のフランジ３１がフランジ拡幅部３４により拡幅されているため、大地震時においても、フランジ端部に生じる応力を効果的に低減する（分散させる）ことができる。
また、フランジ拡幅部３４により塑性化する部位を梁３の端部から離れた位置に移行させることで、大地震時におけるフランジ破断を抑制することができる。
【００３１】
また、フランジ３１よりも強度が低い低降伏点鋼材からなる拡幅材３３をフランジ３１の側面に固定しているため、中小地震時において拡幅材３３がフランジ３１に先行して塑性化し、フランジ３１が弾性範囲でも，拡幅材３３が早期に地震エネルギーを吸収することで、建物の揺れを低減させるとともに早期に収れんさせることができる。
【００３２】
柱梁接合構造１は、フランジ拡幅部３４が形成された梁３に拡幅材３３を固定する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。
【００３３】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の柱梁接合構造１は、第一の実施形態と同様に、一対の柱２，２と、柱２，２の間に横架された梁３とを接合するものである。
図３に示すように、梁３は、一対の柱２，２の側面に、端面を突き合わせた状態で接合されている。
【００３４】
梁３は、上下一対のフランジ３１，３１とウェブ３２とを有する主材３０と、フランジ３１と柱２との入隅部に固定されたハンチプレート３５，３５と、フランジ３１の左右の側面に接合された拡幅材３３，３３とを備えている。
【００３５】
本実施形態の柱２は、角形鋼管（柱部材２１）により構成されている。なお、柱部材２１は、必ずしも角形鋼管である必要はなく、柱部材２１の断面形状は限定されるものではない。また、柱部材２１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。さらに、柱２は、純鉄骨構造に限定されるものではなく、例えば、コンクリート充填鋼管構造であってもよい。
【００３６】
柱２の梁３との接合部には、上下にダイアフラム２２，２２が配設されている。
本実施形態のダイアフラム２２は、いわゆる内ダイアフラムである。ダイアフラム２２は、柱２の内部に配設された鋼板からなる。
【００３７】
本実施形態では、図３の（ａ）に示すように、上段のダイアフラム２２が梁３の上側のフランジ３１（フランジ拡幅部３４）と同じ高さ位置に配置されていて、下段のダイアフラム２２が梁３の下側のフランジ３１（フランジ拡幅部３４）と同じ高さ位置に配置されている。
【００３８】
なお、本実施形態では、上下のダイアフラム２２，２２がそれぞれ上下のフランジ３１，３１と同じ高さに配設されている場合について説明したが、ダイアフラム２２，２２の高さ位置は必ずしも上下のフランジ３１，３１と一致している必要はない。
【００３９】
柱２の側面には、取付板２３が突設されている。取付板２３は、柱２の側面に溶接することにより固定された板材である。また、取付板２３には、複数のボルト孔が形成されている。  
【００４０】
梁３の主材３０は、いわゆる普通鋼材により構成されている。
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、溝形鋼であってもよい。また、主材３０は、必ずしも普通鋼材である必要はない。
【００４１】
図２の（ａ）に示すように、梁３のフランジ３１，３１は、それぞれ柱２の側面に固定（溶接）されている。
また、梁３のウェブ３２は、取付板２３に高力ボルト摩擦接合されている。
【００４２】
ハンチプレート３５，３５は、フランジ３１と同等の強度を有した鋼材（普通鋼材）であって、柱２の側面とフランジ３１の側面とにより形成された角部に溶接されている。
ハンチプレート３５は、平面視台形状を呈しており、フランジ３１の幅を水平方向（梁の中心軸に直交する水平方向）に拡幅する。つまり、ハンチプレート３５は、フランジ拡幅部３４を形成している。
【００４３】
フランジ拡幅部３４は、フランジ３１とハンチプレート５１，５１により、フランジ３１の端部に形成された平面視台形状の部分である。フランジ拡幅部３４は、柱２から所定長さまでは一定の幅であり、一定の区間よりも先（梁の中央側）は、柱２から遠ざかるに従って漸減し、所定長さでゼロとなる。
【００４４】
拡幅材３３，３３は、低降伏点鋼材により構成された鋼板であって、フランジ３１の左右にそれぞれ固定されている。
なお、拡幅材３３の詳細は、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。
【００４５】
第二の実施形態の柱梁接合構造１によれば、第一の実施形態で示した柱梁接合構造１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
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、前記各実施形態の柱梁接合構造１を採用した建物の使用目的は限定されない。
【００４７】
前記各実施形態では、柱２から一方向のみに梁３が延設されて場合について説明したが、１本の柱２に対して梁３が多方向（２〜４方向）に延設されていてもよい。
なお、柱２に多数の梁３が多方向から固定されている場合において、各梁３の主材３０の断面形状は同一である必要はない。
【００４８】
拡幅材３３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。
【００４９】
前記各実施形態では、拡幅材３３の先端が、梁３の軸方向に直交するように、寸切りされている場合について説明したが、図４の（ａ）に示すように、拡幅材３３の先端は傾斜していてもよい。
また、拡幅材３３は、図４の（ｂ）に示すように、三角形状を呈していてもよい。つまり、拡幅材３３は、ハンチプレート３５の幅が漸減しはじめる位置を基端としている。拡幅材３３とハンチプレート３５とが混在している区間でも、拡幅量は漸減し、拡幅材３３のみとなった区間でも拡幅量は漸減している。
【００５０】
拡幅材３３がない場合のフランジ拡幅部３４のハンチ角度は、応力の集中を避けるために（梁３１からフランジ拡幅材３４に応力を緩やかに伝達するために）、ある程度緩やかにする必要がある。そのため、従来のフランジ拡幅部の幅とハンチ長さの比は、１：６程度にするのが一般的である。
一方、前記各実施形態の柱梁接合構造１では、拡幅材３３があるため、拡幅材３３が負担する応力はフランジ拡幅部３４に直接伝達されていく。そのため、フランジ拡幅部３４の角度を１：６以下にすることが可能である（すなわち、フランジ拡幅部３４のハンチ長さを短くできる）。なお、フランジ拡幅部３４の開始点に応力集中が生じにくいと判断される場合には、フランジ拡幅部３４は、必ずしも、平面視台形である必要はなく、図４の（ｃ）に示すように、平面視矩形状であってもよい。
【００５１】
また、拡幅材３３の長さは限定されるものではなく、例えば、図４の（ｃ）に示すように、フランジ拡幅部３４および拡幅材３３により、主材３０の全長にわたってフランジ３１の幅が拡幅されていてもよい。
【００５２】
ここで、拡幅材３３の好適な設置範囲について検討する。
図５に示すように、柱梁接合構造１では、梁３の端部において、曲げモーメントが最大となる。
一方、梁３の全長の１／３の位置では、曲げモーメントが最大値Ｍｐの１／３となる。
【００５３】
また、拡幅材３３の降伏点が主材３０のおよそ１／３である場合、主材３０が弾性範囲において、梁３の全長の１／３（ｌ／Ｌ＝０．３３）の位置まで拡幅材３３を配置すれば、図６に示すように、等価粘性減衰定数がおよそ最大となる。
なお、梁３の全長の１／６（ｌ／Ｌ＝０．１７）の位置まで拡幅材３３を配置した場合であっても、等価粘性減衰定数が最大値の８割程度を確保することができる。
【００５４】
したがって、拡幅材３３は、先端が梁３の全長の１／６の位置までの長さを有しているのが好ましく、より好ましくは、梁３の全長の１／３の位置に達する長さを有しているのがよい。
【００５５】
なお、本発明の柱梁接合構造１を耐震改修工事に適用する場合に、上フランジ側にフランジ拡幅部３４および拡幅材３３を取り付けるのが困難な場合は、下フランジ側のみに設けても履歴減衰効果は得られる。
【符号の説明】
【００５６】
１    柱梁接合構造
２    柱
２１  柱部材
２２  ダイアフラム
３    梁
３０  主材
３１  フランジ
３２  ウェブ
３３  拡幅材
３４  フランジ拡幅部
【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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