技術報告

径の異なる角形鋼管を接合する JFE の異幅仕口工法 SHIBORAN-NEO® の開発
Development of Different Sized Box Column Joint “SHIBORAN-NEO® ”
永山

光* 1、金城陽介* 2、大庭諒介* 3、森岡

1．工法の概要

宙光* 4とで径の異なる角形鋼管を接合する工法である。パネル柱に角形鋼管を用いる建築物において、上下階で柱径を直管としたことで、上下ダイアフラムに接合するパネが切り替わる接合部では、四角錐台状の部材であるテール端部の開先加工を上下柱端と同一仕様にでき、パネルパー管をパネル材として用いて上下柱を接合することが－ダイアフラム間溶接を自動化できるほか、梁ウェブ端一般的である。テーパー管は上下柱と断面を揃えて接合の斜め加工が不要になることで鉄骨製作を省力化できる。

できるため応力伝達がスムーズであるが、①上下ダイアフラムに接合されるパネル端部の開先加工および溶接の2．適用範囲自動化が困難であり、②梁ウェブ端をテーパーに合わせ本工法が対象とする建築物の構造種別は、鉄骨造、まて斜めに切断する必要があり、柱梁接合部における鉄骨たは鉄骨造と鉄筋コンクリート造、その他の構造とを併製作の負荷が大きい。鉄骨加工従事者の減少が今後も続用する混合構造である。図- 2 に示すように、上下柱芯き、深刻な人手不足が生じることが予想される鉄骨業界が揃う偏心なし形式の他、1 辺のみ上下柱の外面が揃うにおいて、自動化が容易で鉄骨製作を合理化できる工法

1 方向偏心形式、2 辺の外面が揃う 2 方向偏心形式に対の開発が求められる。

応している。なお、上柱の軸力比は 0 . 7 以下とする規定

このような需要に応えるために、JFE スチールは図- 1を設けている。に示す JFE の異幅仕口工法 SHIBORAN-NEO （GBRC

表- 1 に対象とする柱材の規格を、表- 2 にダイアフラ

性能証明 第 22 - 26 号）を開発した。 本工法はパネルにム材の規格を示す。柱材としては設計基準強度 385 N/テーパー管の代わりに直管を用い、上ダイアフラムを増mm2 までの JFE スチール（株）製の冷間ロール成形角

厚してダイアフラムの面外曲げ耐力・剛性を確保するこ形鋼管（ロールコラム）および（株）セイケイ製の冷間プ®

レス成形角形鋼管（プレスコラム）を対象としている。
ダイアフラム材としては設計基準強度 385 N/mm2 までの JFE スチール（株）製の厚鋼板を対象としている。
表- 3 に柱径の組合せの適用範囲を示す。表中の太線枠内が適用範囲を表しており、上柱径は 250～550 mm に対し て 下 柱 径 は 300～700 mm で あり、 径 差 50 mm～150 mm に対応している。 上柱材は JFE スチール（株）製のロールコラムのみとし、下柱材は JFE スチール（株）
図- 1*1*2*3*418工法の概要

製のロールコラムまたは（株）セイケイ製のプレスコラ

NAGAYAMA Hikaru ：JFE スチール（株）建材センター 建材技術部 建築技術室
KANESHIRO Yosuke ：JFE スチール（株）建材センター 建材技術部 建築技術室
OBA Ryosuke：JFE スチール（株）インフラ建材研究部
MORIOKA Hiromitsu ：JFE スチール（株）インフラ建材研究部

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ムとしている。柱材の板厚については 6～50 mm、ダイ

表- 3 対象とする柱径の組合せ

アフラム材の板厚については 6～100 mm としている。
図- 3 にその他構造規定を示す。
（a）はブレースに関する規定であり、上柱底部と上ダイアフラムの接合部にブレースが取り付く接合部には適用できない。
（b）は上柱底部と上ダイアフラムの接合部の補強に関する規定であり、上柱底部に補強板を取り付けるような補強は行ってはならない。
（c）は上ダイアフラムに設ける孔に関する規定であり、CFT 柱や溶融亜鉛めっき用の大径孔を設けてはならないが、空気孔等の小径孔であれば可能である。

図- 2表- 1偏心形式

対象とする柱材の規格

図- 3 その他構造規定

3．ダイアフラムの設計フロー
本工法では上ダイアフラムを増厚することによって上柱―上ダイアフラム仕口部の耐力と剛性を確保しており、適切なダイアフラム板厚の設計法が必要である。図- 4 にダイアフラムの設計フローを示す。設計フローは①耐力条件の確認と②剛性条件の確認の 2 ステップで構成されている。実際の検討では、設計者から受領した階高・スパンや部材鋼種・断面寸法などの設計情報をもとに、JFEスチールが設計フローに従って必要なダイアフラム板厚を計算し、設計者が確認するという流れで行う。耐力条
件の確認では、仮定したダイアフラム板厚 td に対して、…………………………（1）表- 2

対象とするダイアフラム材の規格……………………………………（2）：上ダイアフラムの降伏点：上ダイアフラムの板厚：上柱の降伏点：上柱の板厚：上ダイアフラムの耐力：安全率：上柱の全塑性耐力
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GBRC Vol.49 No.2 2024.4の 2 式をともに満たすことを確認する。式（1）はパンチ

なお、式（3）を満たさなくても式（1）、（2）が満たされてングシャーによる降伏が生じないための条件式 であいれば上柱―上ダイアフラム仕口を半剛接合として適用る。式（2）は上ダイアフラムが面外曲げ降伏を生じないすることも可能である。この場合、接合部のパネルゾーための条件式であり、ダイアフラム耐力Myd が上柱全塑ンをモデル化し、ダイアフラムの面外変形を考慮して、性耐力 Mpc に安全率 を乗じた値以上であることを確認

上ダイアフラムに接合される上柱端部にばね剛性 Kd をする。この Myd については、降伏線理論を用いた本工法有する回転ばねを挿入する必要がある。

1）の独自の設計式によって求めた値である。
耐力条件の確認後は式（3）により骨組剛性の確認を行う。
…………………………………………（3）4．十字形骨組実験
SHIBORAN-NEO® を適用した十字形骨組の繰返し載荷実験の概要および結果を示す。図- 5 に十字形骨組の概KFi：本工法による骨組剛性要を示す。 上柱は□ - 250 × 16（BCR 295）
、 下柱は□

KFt：テーパー管による骨組剛性- 400 × 16（BCR 295）
、上ダイアフラムは板厚 50 mm のHBL 325 C、 梁 は H- 550 × 250 × 12 × 22（SN 490 B）

KFi は SHIBORAN-NEO を適用した場合の骨組剛性、であり、上下柱の径差は 150 mm である。試験体の梁は

KFt はテーパー管を用いた場合の骨組剛性である。KFt はブラケット形式とし、高力ボルト継手で梁治具と接合し柱、 梁、 パネルの変形を足し合せて層間変形を求め、た。載荷は梁治具に取り付けた載荷ジャッキで強制変位

KFi は上記で求めた層間変形にダイアフラムの面外曲げを与えることで行った（柱軸力の載荷なし）。載荷方法は変形による層間変形を合算して求める。式（3）で用いる

上柱が全塑性耐力に到達する時点の層間変形角を Rp としダイアフラム面外曲げ剛性Kd については、剛体－ばねて、 ± 0 . 5 Rp で 1 サイクル弾性載荷してから、 ± 2 Rp、モデル を適用した独自の設計式を構築している。

± 4 Rp、± 6 Rp で順次 2 サイクルずつ載荷した。

®

2）

先述の式
（1）
～式
（3）
を満たせば、本工法による骨組が図- 6 に実験から得られたジャッキ荷重―骨組層間変テーパー管による骨組と同等以上の耐力および剛性を保形角関係を示す。試験体は± 6 Rp の 2 回目を終えても荷有すると判定され、SHIBORAN-NEO® を適用した上柱重が低下せず、限界変位まで片押しして終了した。上柱―上ダイアフラム仕口は剛接合として扱うことができる。

が先行降伏しており、上ダイアフラムは弾性を保持しこの仕様であればテーパー管骨組と置換えが可能である。

た。図- 5 中の青線は上柱が全塑性耐力に達する時点のジャッキ荷重の計算値であり、骨組の最大荷重は上柱全塑性時の荷重を十分上回っている。また、骨組は± 6 Rpの 2 サイクル目まで荷重が低下せず安定した履歴を示しており、十分な塑性変形性能を示している。

図- 5 十字形骨組の概要

図- 420ダイアフラム板厚設計フロー

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設計式に基づく計算値と解析値の比較を示す。ここでは偏心なし、軸力なしの結果を代表例として示す。縦軸は設計式／解析値、横軸はダイアフラム板厚を示す。耐力、剛性ともに設計式／解析値が 1 を下回っており、安全側の評価であることが分かる。

6．まとめ
上下階で径の異なる角形鋼管柱を接合する場合に、パネルにテーパー管の代わりに直管を用い、上ダイアフラム
図- 6

荷重―層間変形角関係を 増 厚 す る こ と で 接 合 す る JFE の 異 幅 仕 口 工 法

SHIBORAN-NEO® を開発した。本工法により柱径の異5．FEM 解析とダイアフラム耐力・剛性設計式なる柱梁接合部の鉄骨製作を省力化できる。本工法の上

前述の通り、本工法による上ダイアフラムの設計で柱―上ダイアフラム仕口部は、パンチングシャーおよびダは、ダイアフラムの面外曲げ耐力と剛性に関する独自のイアフラム面外曲げ耐力に関する条件を満たし、本工法設計式を用いる。ここではダイアフラム面外曲げ耐力・による骨組剛性がテーパー管による骨組剛性以上であれ剛性について、設計式に基づく計算値を FEM 解析によば、本工法の上柱―上ダイアフラム仕口部を剛接合としる結果と比較し、設計式の精度を検証する。て扱うことができる。十字形骨組の繰返し載荷実験を実図- 7 に解析の概要を示す。解析モデルは上柱、上ダ施し、± 6 Rp の 2 サイクル目まで骨組の耐力は低下せず、イアフラム、下柱を取り出した部分要素モデルである。

十分な塑性変形性能を確認できた。増厚ダイアフラムの解析パラメータは、柱鋼種、ダイアフラム鋼種、上下柱面外曲げ耐力と剛性について、独自の設計式に基づく計径差、ダイアフラム厚、柱の偏心形式、軸力比である。

算値を FEM 解析による結果と比較し、設計式は解析値に上柱に軸力を作用させた後、柱頂点に水平強制変位を与対して安全側の評価であることを確認した。鉄骨加工従えて載荷した。

事者の減少により、深刻な人手不足が懸念される鉄骨業

図- 8 にダイアフラムの面外曲げ耐力と剛性について、界において、本工法が解決策の一つとなれば幸いである。
【参考文献】

1）日本建築学会：鋼構造接合部設計指針，2021
2）川井忠彦，近藤一夫『新しい離散化モデルによる板の曲げ崩壊解析』日本造船学会論文集，142 号，p 190 - 196，1977
【執筆者】

図- 7

解析概要
*1

永山 光

*3大庭 諒介（NAGAYAMA Hikaru）

図- 8

設計式と FEM 解析の比較（OBA Ryosuke）* 2 金城 陽介（KANESHIRO Yosuke）* 4 森岡 宙光（MORIOKA Hiromitsu）

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