(57)【要約】      （修正有）【課題】耐震性に優れた柱梁接合部の製造方法および柱梁接合部を提供する。【解決手段】柱梁接合部１のダイアフラム４，４ａの板厚中心軸と梁３，３ａのフランジ３１，３１ａの板厚中心軸とを一致させ、且つ梁から柱のダイアフラムに作用する曲げモーメントが最小となるように、ダイアフラムの板厚を、梁のフランジの板厚より厚くし、曲げモーメントを、梁フランジの軸方向応力と梁ウェブ３２の軸方向応力、梁ウェブのせん断力を作用応力として求め、ダイアフラムの板厚ｄｔを、梁のフランジの板厚ｂｔｆの１．２倍以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖断面構造の柱とＨ形鋼の梁を接合する柱梁接合部の製造方法において、前記柱のダイアフラムと前記梁のフランジの、柱スキンプレートへの取り付けを、前記柱のダイアフラムの板厚中心軸と前記梁のフランジの板厚中心軸とを一致させ、且つ前記梁から前記柱のダイアフラムに作用する曲げモーメントが最小となるように、前記ダイアフラムの板厚を、前記梁のフランジの板厚より厚くして取り付けることを特徴とする柱梁接合部の製造方法。
【請求項２】
前記曲げモーメントを、梁フランジの軸方向応力と梁ウェブの軸方向応力、梁ウェブのせん断力を作用応力として求めることを特徴とする請求項１記載の柱梁接合部の製造方法。
【請求項３】
閉鎖断面構造の柱とＨ形鋼の梁を接合する柱梁接合部であって、前記柱のダイアフラムと前記梁のフランジの、柱スキンプレートへの取り付けが、前記柱のダイアフラムの板厚中心軸と前記梁のフランジの板厚中心軸とが一致し、前記ダイアフラムの板厚が、前記梁のフランジの板厚の１．２倍以上であることを特徴とする柱梁接合部。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨構造における柱梁接合部の製造方法および柱梁接合部に関し、特に耐震性に優れた、閉鎖断面の柱とＨ形鋼の梁によるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨構造における柱梁接合部には、梁から柱に作用する曲げモーメントが構造安全性に大きな影響を与える。内ダイアフラム形式の柱の場合、梁の曲げモーメントは、ダイアフラムと柱のスキンプレートを溶接するエレクトロスラグ溶接部を介して、ダイアフラムに作用する。
【０００３】
図７は、柱を閉鎖断面とし、梁をＨ形鋼とする内ダイアフラム形式の仕口構造１００を説明する図で（ａ）は部分断面図、（ｂ）は平面図を示し、柱２００の内部で、梁３００の梁フランジ３１０に対向する位置にダイアフラム４００がエレクトロスラグ溶接で取り付けられている。
【０００４】
柱２００内部の、梁ウェブ３２０に対向する位置に補強材を設けないと、柱スキンプレート２１０に面外変形が発生する。そして、梁フランジ３１０の軸方向応力８００ａ、梁ウェブ３２０の軸方向応力８００の一部、及び梁ウェブのせん断力７００を作用応力とする曲げモーメントが、エレクトロスラグ溶接部Ａを介してダイアフラム４００に作用する。梁フランジ３１０からダイアフラム４００には矢印９００のように応力の流れが生じる。
【０００５】
図８は、柱スキンプレート２１０とダイアフラム４００を溶接するエレクトロスラグ溶接部Ａの構成を示す図で、ダイアフラム４００とその両側に配置された裏当金５００による開先部を溶接し、溶着金属６００とする。
【０００６】
エレクトロスラグ溶接で大入熱溶接となると、裏当金５００と柱スキンプレートとの間に空隙１０ａが発生する場合があり、空隙１０ａに梁ウェブ３２０の軸方向応力８００等を作用応力とする曲げモーメントが作用すると、開口して亀裂を生じ、柱梁接合部が破壊されるため、亀裂の発生を防止する溶接部や、ダイアフラム４００の板厚を適正化することが必要である。
【０００７】
特許文献１、特許文献２は、そのような破壊を防止するエレクトロスラグ溶接法に関し、裏当金と柱スキンプレートを溶接し、両者の間で空隙の発生を防止することが記載されている。
【０００８】
柱梁接合部の設計において、ダイアフラムは，梁フランジよりもダイアフラムの強度が高いことを保証するため，梁フランジと同等以上の強度を持つ鋼材で，かつ板厚は梁フランジよりも大きくするように設計されている。
【０００９】
ダイアフラムの板厚は，梁フランジの板厚と製作上の誤差（ずれまたは食い違い）の吸収を考慮して，梁フランジよりも1〜2ランク厚くするのが一般的である．
一方，ダイアフラムは梁の曲げモーメントによる梁フランジ軸方向力を接合部パネルに伝達する機能を有する。このことから，梁端部が全塑性モーメントに達した時の応力状態を想定して，以下のダイアフラム板厚の算定式が提案されている（非特許文献１）。
【００１０】
ｄt／bt f＝√3・bb f／dd e        (1)
ここで，ｄt：ダイアフラム板厚，bt f：梁フランジ板厚，bb f：梁フランジ幅，dd e：ダイアフラムの有効幅である．
仮に，dd e＝400mmの場合，bb f＝200mmならば，ｄt／bt f＝0.87，bb f＝250mmならば，ｄt／bt f＝1.08となるので，梁フランジよりも1〜2ランク（3mm〜6mm程度）厚くすれば，十分にせん断力を伝達できると判断されている。
【特許文献１】特開平８−１５５６６１号公報
【特許文献２】特開平２００２−５４２３３号公報
【非特許文献１】鋼構造接合部設計指針：日本建築学会，2001年，pp.146-153
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、特許文献２記載の方法は狭隘な柱内部における溶接作業量が増大し、また、新たに溶接部が増えることなり、好ましくない。更に、裏当金と柱スキンプレートが溶接されたとしても、長期間の使用によって疲労亀裂が導入され、梁からの曲げモーメントによって開口し、柱梁接合部を破壊することが懸念される。
【００１２】
また、従来のダイアフラムの板厚の決定方法は、超高層建築物のように多数の柱梁接合部を有する場合、計算が煩雑となる。
【００１３】
そこで、本発明は、エレクトロスラグ溶接部に作用する曲げモーメント自体を減少させて、柱梁接合部の破壊を抑制する柱梁接合部の製造方法および柱梁接合部を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の課題は以下の手段により解決される。
【００１５】
１  閉鎖断面構造の柱とＨ形鋼の梁を接合する柱梁接合部の製造方法において、前記柱のダイアフラムと前記梁のフランジの、柱スキンプレートへの取り付けを、前記柱のダイアフラムの板厚中心軸と前記梁のフランジの板厚中心軸とを一致させ、且つ前記梁から前記柱のダイアフラムに作用する曲げモーメントが最小となるように、前記ダイアフラムの板厚を、前記梁のフランジの板厚より厚くして取り付けることを特徴とする柱梁接合部の製造方法。
【００１６】
２  前記曲げモーメントを、梁フランジの軸方向応力と梁ウェブの軸方向応力、梁ウェブのせん断力を作用応力として求めることを特徴とする１記載の柱梁接合部の製造方法。
【００１７】
３  閉鎖断面構造の柱とＨ形鋼の梁を接合する柱梁接合部であって、前記柱のダイアフラムと前記梁のフランジの、柱スキンプレートへの取り付けが、前記柱のダイアフラムの板厚中心軸と前記梁のフランジの板厚中心軸とが一致し、前記ダイアフラムの板厚が、前記梁のフランジの板厚の１．２倍以上であることを特徴とする柱梁接合部。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、地震などの外力が柱梁接合部に作用した際、エレクトロスラグ溶接部に作用する曲げモーメントを抑制し、且つ、ダイアフラムが塑性化しないようにダイアフラムの配置と板厚を求めるので、耐震性に優れた柱梁接合部の製造が可能となり、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、柱梁接合部における柱スキンプレートに作用する曲げモーメントを抑制するため、ダイアフラムと梁フランジの板厚差や両者の配置位置を適正化し、塑性化が生じない場合のダイアフラムの板厚と梁フランジの板厚の比から、ダイアフラムの板厚を求めることを特徴とする。
【００２０】
図１に本発明の一実施形態に係る柱梁接合部を示す。図において１は柱梁接合部、２は柱、２１は柱スキンプレート、３は梁、３１は梁の上フランジ、３１ａは梁の下フランジ、３２はウェブ、４は上ダイアフラム、４ａは下ダイアフラムを示す。
【００２１】
本発明では、柱の上ダイアフラム４（下ダイアフラム４ａ）の板厚中心と、梁の上フランジ３１（下フランジ３１ａ）の板厚中心を一致させ、上ダイアフラム４（下ダイアフラム４ａ）の板厚ｄｔを、梁の上フランジ３１（下フランジ３１ａ）の板厚ｂｔｆより厚くする。
【００２２】
図２はダイアフラムの板厚ｄｔを求めるための柱梁接合部のモデル試験体の構成を説明する図で、図において２ａが柱、３ａが梁を示す。柱２ａの一端を固定支持、他端を可動支点で支持し、梁２ａの端部に作用力Pを負荷して、ダイアフラムの変形挙動を解析する。
【００２３】
モデル試験体は、柱を溶接組立てによるＢＯＸ柱（６００ｍｍ×６００ｍｍ×板厚３２ｍｍ）とし、梁はＨ形断面梁（長さ８００ｍｍ×２５０ｍｍ×１９ｍｍ×３２ｍｍ）を製作し、長さ４００ｍｍとしたものを柱の両側に溶接して取り付けた柱梁接合部の１／２対称モデルとする。
【００２４】
ダイアフラムの板厚は、ダイアフラムの変形挙動をパラメータＦ値であらわし、ダイアフラムが塑性化しない領域における、Ｆ値と、ダイアフラム板厚（ｄｔ）と梁フランジ板厚（ｂｔｆ）の比：ｄｔ／ｂｔｆとの関係から、求める。
【００２５】
但し、Ｆ＝（Ｆｄ／ｄσｙ×ｄｔ）２＋（４Mｄ／ｄσｙ×ｄｔ２）とする。
【００２６】
ここで、Ｆｄ：ダイアフラムの単位幅の幅方向力、Mｄ：ダイアフラムの単位幅の曲げモーメント、ｄσｙ：降伏応力度とする。
【００２７】
図５に解析結果を示す。Ｆ値が１以下の場合、ダイアフラムは塑性化しないので、Ｆ値が１以下となるようにｄｔ／ｂｔｆを１．２以上とする。ｄｔ／ｂｔｆが１．２以上となるようにダイアフラムの板厚を選定すると、ダイアフラムを変形させずに梁からの曲げモーメントが柱に伝達され、耐震性に優れた柱梁接合部が得られる。
【００２８】
本発明では、梁の上フランジ３１（下フランジ３１ａ）と上ダイアフラム４（下ダイアフラム４ａ）の中心線は一致させて配置し（図中、中心線ａとして表示）、上ダイアフラム４（下ダイアフラム４ａ）の板厚ｄｔを、梁の上フランジ３１（下フランジ３１ａ）の板厚ｂｔｆの１．２倍以上として柱梁接合部を製造する。
【００２９】
以上の説明では、モデル試験体を用いた有限要素法による解析で、ダイアフラムの板厚（ｄｔ）を求めたが、本発明でのダイアフラムの板厚（ｄｔ）を求める方法を限定するものでなく、ダイアフラムの板厚（ｄｔ）は、実体モデルの載荷試験等で求めても良い。
【実施例】
【００３０】
柱断面が４００×４００×２８（ｍｍ）、長さ２．５ｍ（支点間距離）のＢＯＸ柱と梁断面がＢＨ−５００×２００×１６×３２、長さが２．５ｍ（載荷点距離）の梁の柱梁接合部で、内ダイアフラムの板厚を４５ｍｍとした試験体（実施例）と、内ダイアフラムの板厚を３６ｍｍとした試験体（比較例）を準備し、梁端に載荷して、梁端の最大変形量を求めた。
【００３１】
梁フランジは実施例、比較例ともに板厚３２ｍｍである。図３に試験条件と試験体の模式図、図４は梁フランジとダイアフラムの接合部を示し、（ａ）に実施例、（ｂ）に比較例を示す。
【００３２】
図６は実施例と比較例の試験結果を示し、試験結果は梁端の最大変位／梁端の全塑性モーメント作用時の弾性変形量δｐとして無次元化した。実施例は梁の破壊によって最大変形量が求まったが、比較例は４δｐの載荷を２回終了し、５δｐに向かう途中で荷重が低下した。
【００３３】
試験後、比較例の柱を切断した溶接部のマクロ試験で、梁ウェブ側となる、裏当金と柱スキンプレートの間に亀裂が観察された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る柱梁接合部の構造を説明する模式図。
【図２】柱梁接合部のモデル試験体の構成を説明する図。
【図３】柱梁接合部のモデル試験体を説明する図。
【図４】ダイアフラムと梁フランジの接合部で（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例を示す図。
【図５】モデル試験体におけるダイアフラムの変形挙動に及ぼす、ダイアフラムと梁フランジの板厚比の影響を示す図。
【図６】図４の柱梁接合構造により求めた梁端の最大変位を示す図。
【図７】従来例の柱梁接合部を示す図で、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は平面図を示す。
【図８】図７のエレクトロスラグ溶接部の拡大図。
【符号の説明】
【００３５】
１      柱梁接合部
２、２ａ      柱
２１    柱スキンプレート
３，３ａ      梁
３１    梁の上フランジ
３１ａ  梁の下フランジ
３２    梁ウェブ  
４      上ダイアフラム
４ａ    下ダイアフラム
１０ａ  空隙
１００  仕口構造
２００  柱
２１０  柱スキンプレート
３００  梁
３１０  梁フランジ
３２０  梁ウェブ
４００  ダイアフラム
５００  裏当金
６００  溶着金属
７００  梁ウェブのせん断力
８００  梁ウェブの軸方向応力
８００ａ梁フランジの軸方向応力
９００  流れ応力
【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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