(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角形断面の鉄骨柱とＨ形断面の梁本体とを鉄骨柱側に設置される梁ブラケットを介して連結する鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造において、前記梁ブラケットを構成するフランジの両側部に垂直に連結用プレートを溶接するとともに、それらの連結用プレートの端部を鉄骨柱の角部近傍に溶接して前記梁ブラケットを鉄骨柱側に固着し、かつ、その梁ブラケットの、前記連結用プレートにより補強された部分と前記梁本体との連結部との間に、前記連結用プレートと鉄骨柱との溶接部より先行して塑性変形を起す塑性化領域を形成して、地震エネルギを前記溶接部より先行して吸収するように構成したことを特徴とする鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造。
【請求項２】
前記梁ブラケットを構成するフランジの両側部を傾斜させ、該フランジの断面を前記塑性化領域へ向けて縮小した請求項１に記載の鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造。
【請求項３】
前記梁ブラケットを構成するフランジのいずれか一方の側部を傾斜させ、該フランジの断面を前記塑性化領域へ向けて縮小した請求項１に記載の鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨建造物における鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造に関する。より詳しくは、角形断面の鉄骨柱とＨ形断面の梁本体とを鉄骨柱側に設置される梁ブラケットを介して連結する鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨建造物に地震等の外力が作用した場合には、鉄骨柱と鉄骨梁との接合部に最も大きな曲げ荷重が作用する。したがって、鉄骨柱と鉄骨梁との溶接部における破壊が問題となるが、この溶接部の破壊は、変形性能が低く、脆性的で急激な破壊になりやすいため、地震時における緊急避難の機会を奪うことにもなりかねない。そこで、梁ブラケットと鉄骨柱との溶接部での破壊を回避すべく、前記溶接部から離れた位置に地震等の外力に対して溶接部より先に塑性化し、かつ変形性能の大きい塑性化領域を設けたものが開示されている（特開平１１−１４０９７８号公報）。しかしながら、この従来技術は、鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造として、いわゆる内ダイヤフラム工法ないし通しダイヤフラム工法を採用し、梁ブラケットを構成するフランジの幅寸法や厚さの変化によって、地震等の外力に対して溶接部より先に塑性化する塑性化領域を形成するために必要な耐力に関する相対的な差分を確保するという手法を採用したため、次のような技術的制約が伴った。すなわち、梁ブラケットを構成するフランジの厚さを変化させる手法の場合には、その加工のための手間や費用が大きく嵩んだ。また、フランジの幅寸法を変化させる手法の場合には、フランジの幅寸法のみの変化により前記差分を形成するため、幅寸法を相当量変化させる必要があった。延いては、鉄骨柱と鉄骨梁の幅寸法に関しても、それに見合った大きな寸法差が必要とされた。その結果、鉄骨柱と鉄骨梁との間の所定の幅寸法差を形成するために、鉄骨柱の幅寸法を、それ自体の強度としては必要以上に大きな寸法にせざるを得ないという制約が伴った。
【０００３】
一方、鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造自体に関して、鉄骨柱と鉄骨梁を接合する接合金物の両側部に設けた縦リブを介して梁本体に作用する荷重を鉄骨柱の梁本体と平行な側面に面内力として伝達することにより、従来のダイヤフラムを省略して作業性を改善したものが開示されている（特開平５−３３３９１号公報）。しかしながら、この従来技術では、地震エネルギの吸収に関しては特段の対策がとられておらず、前記接合金物に対して梁本体のフランジを直に溶接したり、継手プレートを使用して梁本体のフランジを接合金物に対して直にボルト接合するという手法が採用されていた。このため、地震時には、最も大きい曲げ荷重が作用する接合金物と鉄骨柱との溶接部や、接合金物と梁本体との連結部において応力集中が起りやすく、それらの脆性的で急激な破壊により地震時における緊急避難の機会を奪うことにもなりかねないという前述の問題が残った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の技術的状況に鑑みて発明したものであり、鉄骨柱と鉄骨梁との溶接部における破壊を回避することができ、しかも、その溶接部における破壊を回避し得る塑性化領域を形成するに十分な、溶接部と塑性化領域との耐力に関する相対的な差分を、梁ブラケットの部分的な補強によって確保することができ、延いては、鉄骨柱と梁本体の幅寸法に関する従来の技術的制約を解消ないし軽減し得る、鉄骨柱と鉄骨梁との接合構造を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、梁ブラケットを構成するフランジの両側部に垂直に連結用プレートを溶接するとともに、それらの連結用プレートの端部を鉄骨柱の角部近傍に溶接して前記梁ブラケットを鉄骨柱側に固着し、かつ、その梁ブラケットの、前記連結用プレートにより補強された部分と前記梁本体との連結部との間に、前記連結用プレートと鉄骨柱との溶接部より先行して塑性変形を起す塑性化領域を形成して、地震エネルギを前記溶接部より先行して吸収するという技術手段を採用した。この技術手段によれば、連結用プレートの設置により梁ブラケット自体の耐力が部分的に強化される結果、その連結用プレートにより補強される補強部分と連結用プレートの非設置部分との間に耐力に関する相対的な差分を大きくとることは容易であり、延いては鉄骨柱と梁本体の幅寸法に関する従来の技術的制約を解消ないし軽減することも可能である。因みに、例えば幅寸法がほぼ同じ鉄骨柱と梁本体の下で塑性化領域を形成することも可能である。さらに、梁ブラケットと鉄骨柱との接合部分に作用する外力に対する鉄骨柱との接続耐力に関しては、連結プレートの厚さと、その接続長さ、すなわち鉄骨柱との溶接長によって容易に設定することができ、また梁ブラケットの柱側の部分の耐力の強化も、同様に連結プレートの大きさにより容易に設定できることから、連結プレートの大きさにより、鉄骨柱との接続耐力や梁ブラケットの柱側の部分的な耐力を塑性化領域における耐力より高く設定することは容易である。なお、塑性化領域の形成に関し、梁ブラケットを構成するフランジの両側部を傾斜させて、該フランジの断面を塑性化領域へ向けて縮小するようにしてもよいし、前記フランジのいずれか一方の側部を傾斜させて、該フランジの断面を塑性化領域へ向けて縮小するようにしてもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、角形断面の鉄骨柱とＨ形断面の鉄骨梁との接合部に広く適用することが可能である。本発明では、鉄骨柱の内部に設置される従来のダイヤフラム等は省略が可能なことから、中空状の角筒体からなる鉄骨柱だけでなく、内部にコンクリート等の詰物をした角筒体からなる鉄骨柱にも適用が可能である。また、梁ブラケットを構成するフランジの両側部に垂直に溶接する連結用プレートは、Ｈ形断面の梁本体の上下のフランジに対応して設置される上下のそれぞれの梁ブラケットフランジの両側部に対して計４個の連結用プレートを溶接するようにしてもよいし、上下の梁ブラケットフランジに共通の連結用プレートを用いて、計２個の連結用プレートを溶接するようにしてもよい。前記塑性化領域は、梁ブラケットフランジの、連結用プレートの設置により補強された部分、すなわち連結用プレートの端部と梁本体との連結部との間に、地震エネルギの吸収に適した所定の広さをもって形成される。また、塑性化領域は、連結用プレートと鉄骨柱との溶接部及び梁ブラケットの連結用プレートの設置により補強された部分より先行して塑性変形を起すように塑性化に関する耐力を相対的に低く設定する。
【０００７】
具体的には、連結用プレートの設置による梁ブラケットの断面係数の部分的な増加により、塑性化領域の形成に十分な耐力の差分を確保できることから、連結用プレートにより補強された部分と梁本体との連結部との間に、地震エネルギを吸収するに必要な広さを有するスペースをあけるだけで、塑性化領域を形成することも可能である。これにより、鉄骨柱と鉄骨梁との相対的な幅寸法差に関する従来の技術的制約を解消ないし軽減でき、幅寸法が近い鉄骨柱と梁本体の下での塑性化領域の形成も可能である。さらに、梁ブラケットを構成するフランジの両側部を傾斜させたり、一方の側部を傾斜させて、その梁ブラケットフランジの断面を塑性化領域へ向けて縮小することにより、後述のように塑性化が最初に開始される位置を塑性化領域中の任意の位置に設定することができ、外力の増加に伴って塑性化される範囲をより大きく設定することも可能である。また、この場合は、前述の連結用プレートの設置による梁ブラケットの断面係数の部分的な増加に基づく耐力の差分と、梁ブラケットフランジの側部を傾斜させたことによる耐力の差分とが加わることから、より的確に塑性化領域を形成することができる。なお、最上階の鉄筋梁の設置に関しては、連結用プレートが上方に突出しないように、下側の梁ブラケットは、そのフランジの両側部に溶接した連結用プレートを介して鉄骨柱側と溶接し、上側の梁ブラケットは、そのフランジを鉄骨柱のトッププレートに直接溶接するようにしてもよい。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１は本発明の一実施例に係る鉄骨柱と鉄骨梁との接合部分を示した斜視図である。また、図２はその接合状態を部分的に示した平面図、図３は同接合状態を示した立面図であり、図４〜図７は図３中に指示したそれぞれの位置から断面した場合を示した断面図である。図中、１は角形断面からなる鉄骨柱であり、２はＨ形断面からなる梁本体である。図１では、鉄骨柱１の周囲四面に梁本体２を接合する場合を例示した。鉄骨柱１の四面には、各梁本体２に対応して、それらの梁本体２を鉄骨柱１に連結支持するための梁ブラケット３が設置され、該梁ブラケット３を介して鉄骨柱１と梁本体２とを接合する接合構造が採用されている。図示のように、梁ブラケット３は、梁本体２の上側フランジ４と下側フランジ５に対応する上下のフランジ６，７と、それらのフランジ６，７を連結する中央のウェブ８と、上下のフランジ６，７の両側部に垂直に溶接された連結用プレート９，１０とから構成される。なお、図中、１１は梁本体２のウェブである。
【０００９】
前記梁ブラケット３は、該梁ブラケット３を構成する上下のフランジ６，７の両側部に溶接された連結用プレート９，１０の端部を鉄骨柱１の角部近傍に溶接することにより、鉄骨柱１側に設置される。連結用プレート９，１０の形状は、フランジ６，７との溶接部の長さと、鉄骨柱１との溶接部の長さ等を勘案して合理的に決定される。図２に示したように、本実施例では、連結用プレート９，１０の端部と鉄骨柱１の角部近傍との溶接部分に、それらの鉄骨柱１の角部形状と連結用プレート９，１０の端部形状により溶接用の開先を形成している。なお、上下のフランジ６，７間の間隔が小さい場合には、上下の連結用プレート９，１０を一体的に形成してもよい。上下のフランジ６，７の端部と鉄骨柱１との間は溶接しないが、中央のウェブ８と鉄骨柱１との間は溶接してもよい。
【００１０】
図２に示したように、本実施例では、梁ブラケット３を構成する上下のフランジ６，７の両側部をテーパ状に傾斜させ、それらのフランジ６，７の断面を徐々に縮小して、連結用プレート９，１０により補強される補強部分１２と、梁本体２との連結部１３との間に塑性化領域１４を形成した場合を例示した。この場合には、前述のように、連結用プレート９，１０の設置による梁ブラケット３の部分的な強化に基づく耐力の差分と、梁ブラケットのフランジ６，７の側部を傾斜させたことによる耐力の差分とが加わることから、より的確に塑性化領域１４を形成することができる。また、フランジ６，７の両側部の傾斜角を従来より小さく設定しても、十分な耐力の差分を確保することが可能である。図３に示したように、本実施例の梁ブラケット３と梁本体２との連結部１３では、ボルト締めされる継手プレート１５〜１９を使用して両者を連結する場合を示した。しかして、地震時には、塑性化領域１４がいわゆる塑性ヒンジとして機能し、連結用プレート９，１０と鉄骨柱１との溶接部や梁ブラケット３のフランジ６，７との溶接部からの脆性的で急激な破壊は回避される。
【００１１】
図８は鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部に作用する曲げ荷重と耐力との関係を示した説明図である。図中、ラインＢは鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部に作用する曲げ荷重を示したものであり、ラインＡは鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部における曲げ荷重に対する耐力として当該部分の断面全体で塑性変形が起る全塑性曲げ耐力を示したものである。ラインＢで示したように、地震時等に作用する曲げ荷重は、梁本体２の中央部をゼロとして連結用プレート９，１０と鉄骨柱１との溶接部へ向けて徐々に増加する。他方、全塑性曲げ耐力は、ラインＡで示したように、梁本体２の中央部から梁ブラケット３のフランジ６，７の両端部に形成した傾斜部と交差する塑性化領域１４の中間の位置２０までは、一定の全塑性曲げ耐力を有する。なお、本実施例では、梁ブラケット３と梁本体２との連結部１３においては、連結用ボルトの挿通孔による断面欠損と継手プレート１５〜１９を用いたボルト締めによる補強効果とが相殺されて、一定の全塑性曲げ耐力を保持する場合を示した。そして、塑性化領域１４の位置２０をすぎると、梁ブラケット３のフランジ６，７の両側部に形成したテーパ状の傾斜により断面係数が徐々に増大し、それにつれて全塑性曲げ耐力も徐々に増大する。さらに、連結用プレート９，１０による補強部分１２に達すると、全塑性曲げ耐力も飛躍的に増大する。なお、本実施例では、梁ブラケット３のフランジ６，７の端部と鉄骨柱１との間は溶接しないので、その部分の全塑性曲げ耐力は低下することになるが、連結用プレート９，１０自体の全塑性曲げ耐力により、ラインＢで示す曲げ荷重より大きい全塑性曲げ耐力を保持し得るように設定されている。
【００１２】
しかして、地震等による曲げ荷重が増大すると、ラインＢの傾斜角が大きくなり、やがて図示のように、ラインＡの全塑性曲げ耐力ラインと交差することになる。本実施例の場合には、梁ブラケット３のフランジ６，７の両側部の傾斜が終る塑性化領域１４の位置２０の部分から全塑性曲げ耐力ラインとの交差が始り、その部分から塑性変形が始ることになる。そして、曲げ荷重が更に増大すると、それにつれて、ラインＡとラインＢとの交差部分が、図９に示したように、前記位置２０の両側に拡がり、塑性変形の範囲が速く拡がることになる。すなわち、本実施例のように、梁ブラケット３のフランジ６，７の側部に傾斜を設けて断面係数を変化させるようにすれば、塑性化領域１４の中間の位置から塑性化が開始されるように設定することも可能であり、この場合には、荷重の増大につれて塑性化の範囲がより速く拡がり、早めにより多くの地震エネルギを吸収し得ることになる。以上のように、塑性化領域１４の塑性変形によって塑性ヒンジが形成され、地震エネルギを吸収して鉄骨柱と鉄骨梁との接合部分の破壊を遅らせる作用を奏することになる。
【００１３】
図１０は本発明の他の実施例として前記実施例の変形例を示したものである。本実施例では、梁ブラケット３のフランジ６，７の両側部のいずれか一方を傾斜させた場合を示したものであり、基本的には前記実施例と同様の作用を奏する。また、図１１は他の実施例として梁ブラケット３のフランジ６，７の両側部を傾斜させずに平行に形成した場合を示したものであり、図１２は曲げ荷重が更に増加した場合を示したものである。本実施例は、連結用プレート９，１０の設置により梁ブラケット３自体の耐力が部分的に強化され、その連結用プレート９，１０により補強される補強部分と連結用プレートの非設置部分との間に生じる耐力に関する相対的な差分を利用して、幅寸法がほぼ同じ鉄骨柱１と梁本体２の下で塑性化領域１４を形成した場合を例示したものである。本実施例の場合には、図１１に示したように、曲げ荷重の増大につれて、先ず連結用プレート９，１０側の塑性化領域１４の一方の端部において、曲げ荷重のラインＢと全塑性曲げ耐力のラインＡとが交差して塑性化が始る。そして、更に曲げ荷重が増大すると、図１２に示したように、塑性化領域１４の他方の端部に向けて塑性化が拡がることになる。前記実施例と同様に、この間の塑性化領域１４の塑性変形によって塑性ヒンジが形成され、地震エネルギを吸収して鉄骨柱と鉄骨梁との接合部分の破壊を遅らせる作用を奏することになる。以上のように、本実施例によれば、従来の鉄骨柱１と梁本体２の幅寸法に関する技術的制約は解消され、それらの鉄骨柱１と梁本体２の幅寸法が同一ないし接近している場合にも難なく対応することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）梁ブラケットを構成するフランジの両側部に垂直に連結用プレートを溶接し、それらの連結用プレートの端部を鉄骨柱の角部近傍に溶接するという接合構造を採用したので、前記連結用プレートにより、鉄骨柱と連結用プレートとの溶接部による接続耐力に加えて、梁ブラケットの鉄骨柱側の耐力を部分的に強化できることから、塑性化領域における先行した塑性化に必要な耐力の差分を容易に確保できる。すなわち、梁ブラケットのフランジの両側部に対して垂直に溶接する前記連結用プレートの採用によって、塑性化領域の形成に必要な耐力の差分を簡便に確保することができるという顕著な効果を実現できる。
（２）上述のように、連結用プレートによる梁ブラケットの耐力に関する部分的な強化により、塑性化領域の形成に必要な耐力に関する差分の確保も可能なことから、鉄骨柱と鉄骨梁との幅寸法差に関する従来の技術的制約を解消ないし軽減することができる。例えば、幅寸法が同一ないし接近している鉄骨柱と梁本体の下で塑性化領域を形成することも可能になる。
（３）連結用プレートと鉄骨柱との溶接部に先行して塑性化領域から変形する、いわゆる塑性ヒンジが形成される結果、より多くの地震エネルギの吸収が可能になり、溶接部の破壊のように脆性的で急激な破壊は回避されることから、骨組み構造として粘りが付与され、地震時における緊急避難のための時間的余裕を確保することができる。
（４）梁ブラケットを構成するフランジの両側部を傾斜させたり、一方の側部を傾斜させて、塑性化領域を形成する場合には、塑性化が最初に開始される位置を塑性化領域中の任意の位置に設定することができ、曲げ荷重の増加に伴って塑性化される範囲をより大きく設定することも可能である。また、この場合は、連結用プレートの設置による梁ブラケットの部分的な補強に基づく耐力の差分と、梁ブラケットのフランジの側部を傾斜させたことによる耐力の差分とが加わることから、より的確に塑性化領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る鉄骨柱と鉄骨梁との接合部分を示した斜視図である。
【図２】  上記接合部分の一部を示した平面図である。
【図３】  図２の部分の立面図である。
【図４】  図３中に指示したａ−ａ断面図である。
【図５】  図３中に指示したｂ−ｂ断面図である。
【図６】  図３中に指示したｃ−ｃ断面図である。
【図７】  図３中に指示したｄ−ｄ断面図である。
【図８】  鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部に作用する曲げ荷重と全塑性曲げ耐力との関係を示した説明図である。
【図９】  曲げ荷重が増大した場合を示した同説明図である。
【図１０】  本発明の他の実施例における、鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部に作用する曲げ荷重と全塑性曲げ耐力との関係を示した説明図である。
【図１１】  本発明の他の実施例における、鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部に作用する曲げ荷重と全塑性曲げ耐力との関係を示した説明図である。
【図１２】  曲げ荷重が増大した場合を示した同説明図である。
【符号の説明】
１…鉄骨柱、２…梁本体、３…梁ブラケット、４…梁本体の上側フランジ、５…梁本体の下側フランジ、６…梁ブラケットの上側フランジ、７…梁ブラケットの下側フランジ、８…梁ブラケットのウェブ、９…上側の連結用プレート、１０…下側の連結用プレート、１１…梁本体のウェブ、１２…連結用プレートによる補強部分、１３…梁本体との連結部、１４…塑性化領域、１５〜１９…継手プレート、２０…梁ブラケットのフランジの両側部の傾斜が終了する位置、ラインＢ…鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部に作用する曲げ荷重、ラインＡ…鉄骨柱と鉄骨梁との接合部の各部の全塑性曲げ耐力
【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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【図１１】
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【図１２】
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