JP4664484B2

JP4664484B2 - Steel beam-to-column connection with vibration control mechanism

Info

Publication number: JP4664484B2
Application number: JP2000374097A
Authority: JP
Inventors: 洋文金子; 紀章沼倉; 隆明廣重; 満樋口; 元谷口; 康博春日; 喜信小野
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-12-08
Also published as: JP2002173977A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建築の鉄骨造柱梁接合部の技術分野に属し、特には地震等のエネルギーを吸収する制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄骨造建築物における柱梁接合部は剛接接合を基本としている。そのため、鉄骨造柱梁接合部としては、図３に示すブラケット形式、図４に示す現場溶接形式、及び図５に示すスプリットティー形式などが一般的に採用実施されている。
【０００３】
なお、特許第２７５０３６０号公報に記載された免震建築構造物は、ボルトで締結する構造材と接合金物との間に減衰材を挟持させ、それらを一体的にボルト結合した機構である。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
図３に示す「ブラケット形式」による鉄骨造柱梁接合部は、鉄骨梁の接合個所が、柱ａとブラケットｂの溶接接合部と、高力ボルト摩擦接合または溶接接合による梁・ブラケット継手部の２ヶ所となり、施工工数が多くなり、コストが割高となる欠点がある。
【０００５】
図４に示す「現場溶接形式」による鉄骨造柱梁接合部は、現場溶接の作業が天候によって多大な影響を受けること、そして、完全溶け込み溶接部を超音波探傷試験により許容欠陥範囲内にあること（溶接の品質）を確認する必要があり、工程が延びること、並びにコスト高となるほか、溶接縮みに対する梁部材ｃの寸法等の高度な管理が要求されることなどに問題がある。
【０００６】
図５に示す「スプリットティー形式」による鉄骨造柱梁接合部は、ダイアフラムｄが存在しないと、図６に示すように、柱ａのフランジに面外変形が生ずる。そのため補強プレート等による補強を行わなければ、柱梁接合部を剛接接合とする設計条件を満足できないという問題がある。
【０００７】
次に、上記特許第２７５０３６０号公報に記載された免震建築構造物の場合は、その実施例によると、接合金物は接合板と減衰材とフランジ板を貫通した複数の高力ボルトにより梁に一体化されるので、減衰材が地震時に変形して接合部に生じた応力の一部を減衰材に吸収させるためには、高力ボルトが曲げ変形することになる。また、柱のフランジ板と減衰材と接合金物の基板は、貫通した高力ボルトで接合されているが、基板から高力ボルトへ引張力が作用する場合には、柱のフランジが図６のように面外変形を生ずるという欠点、問題点がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、鉄骨梁の上フランジの上面にはスラブがスタッドを介して締結され、下フランジが引張りとなる方向の地震力が作用する時の梁材軸方向の中立軸位置は上フランジ近傍にあることを考慮して、柱のフランジとの離間変位が最も大きくなる鉄骨梁端部の下フランジ位置にダンパーによる制震機構を設置して成る鉄骨造柱梁接合部を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部は、
鉄骨梁の上フランジ及び鉄骨柱のフランジは、接合金物とそれぞれ高力ボルトで締結され、
同鉄骨梁のウェブには、同鉄骨梁の下フランジが引っ張り方向の地震力に対し前記上フランジ位置を中立軸に鉄骨柱のフランジから離間する挙動を拘束しない程度のルーズ孔をあけた接合金物が、鉄骨梁の材軸方向に滑って鉄骨柱と離間することが可能に高力ボルトで止められ、同接合金物と鉄骨柱のフランジとは高力ボルトで緊結され、鉄骨梁の下フランジと鉄骨柱とはダンパーを介して繋がれていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した鉄骨柱の梁位置に鉄骨梁を接合して成る鉄骨造柱梁接合部において、鉄骨梁の下フランジの上面に粘体性ダンパー又は摩擦ダンパーの本体部分が固定され、前記ダンパーの可動部は鉄骨柱のフランジに固定されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部において、ダンパーとして、極低降伏点鋼などの降伏応力度の低い鋼材を略アングル形状とした接合金物が使用され、鉄骨梁の下フランジと接合金物、及び鉄骨柱のフランジと接合金物とがそれぞれ高力ボルトで緊結されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態及び実施例】
請求項１記載の発明に係る制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部の実施形態を図１と図２に示した。
【００１４】
Ｈ形鋼による鉄骨梁１の上フランジ５と接合金物３とは高力ボルト４で緊結され、同じくＨ形鋼による鉄骨柱２のフランジ６と前記接合金物３も高力ボルト４で緊結されている。そして、鉄骨梁１の上フランジ５の上面にはスラブ７が図示省略のスタッドを介して緊結されている。このため鉄骨梁１の下フランジ８が引張りとなる方向の地震力が作用する時の梁材軸方向の中立軸の位置Ｎは、図１中に応力図を付記したように、上フランジ５の近傍にある。図中のδｔは引張応力、δｃは圧縮応力を示す。
【００１５】
次に、鉄骨梁１は、その下フランジ８が鉄骨柱２のフランジ６から離間する挙動を拘束しない程度に長いルーズ孔９aをあけたＬ形状の接合金物９とウェブとが高力ボルト４により鉄骨梁１を材軸方向へ滑らせることが可能に止められ、同接合金物９の脚部は鉄骨柱２のフランジ６と高力ボルト４で緊結されている。
【００１６】
以上の構成を前提として、鉄骨梁１の下フランジ８と鉄骨柱２のフランジ６とがダンパーを介して繋がれている（以上、請求項１記載の発明）。
【００１７】
図１の実施形態は、、鉄骨梁１の下フランジ８の上面に粘体性ダンパー又は摩擦ダンパーの如きダンパー１１の本体部分が固定され、同ダンパー１１の可動部１１ａの先端部が、鉄骨柱２のフランジ６を貫通してその内側面に固定されている(請求項２の記載の発明)。
【００１８】
従って、鉄骨梁１の下フランジ８が引張りにより鉄骨柱２のフランジ６から離れる挙動のときは、可動部１１ａがダンパー１１から引き出されるので、その間にダンパー１１がエネルギーを吸収する。逆に、鉄骨梁１の下フランジ８が引張りから圧縮に移ると、可動部１１ａは原位置（元の状態）まで納まっていき、その間にもダンパー１１はエネルギーを吸収する。
【００１９】
かくして鉄骨梁１の下フランジ８が鉄骨柱２のフランジ６の外面に面タッチすると、以後は圧縮力が鉄骨柱２のフランジ６からウェブへと伝達される。その際、鉄骨柱２のウェブが局所板曲げ変形を生ずるおそれのある場合には、図３〜図５に示した従来技術と同様に内ダイヤフラム１４を設けて柱の損傷を防止する。
【００２０】
次に、図２に示した鉄骨造柱梁接合部の場合は、ダンパーとして履歴系ダンパー、図示例では極低降伏点鋼のように降伏応力度の低い鋼材をアングル形状に成形した接合金物１５を使用している。即ち、鉄骨梁１の下フランジ８と接合金物１５、及び接合金物１５と鉄骨柱２のフランジ６とがそれぞれを高力ボルト１７で緊結されている（請求項３記載の発明）。
【００２１】
従って、鉄骨梁１の下フランジ８が引張りにより鉄骨柱２のフランジ６から離れる挙動のときは、ダンパーである接合金物１５が引張り伸び変形を生じてエネルギーを吸収する。逆に、引張りから圧縮に移ると、接合金物１５は元の形状にまで納まってゆき、その間にもエネルギーを吸収する。
【００２２】
かくして、鉄骨梁１の下フランジ８が鉄骨柱２のフランジ６の外面に面タッチすると、圧縮力は鉄骨柱２のフランジ６からウェブへと伝達される。このとき、鉄骨柱２のウェブが局所板曲げ変形を生ずるおそれのある場合には、やはり内ダイヤフラム１４を設けて柱の損傷を防止する必要のあることは、図１の実施例と同じである。
【００２３】
本発明は、上記したように、鉄骨梁１の特に下フランジ８が鉄骨柱２のフランジ６に対して離間したり面タッチする材軸方向の挙動を呈することを前提とするので、鉄骨梁１の端面と鉄骨柱２のフランジ６との間には、図２Ｂに拡大して詳示したように隙間調整材１０を設置しておくのが好都合である。
【００２４】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜３に記載した発明に係る制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部は、柱梁架構を高力ボルト接合により構築するので、施工性が向上する。
また、梁端部にダンパーによる制震機構を組み込んだので、建物の地震応答を低減できる。
さらにダンパーとしての接合金物１５には既製の鋼材（アングル材、ＣＴ鋼等）を使用でき、これを冷間成形や溶接組立て等により製作する場合も、比較的小さな部分を規格化して大量に造ることが可能であるから、経済性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部の正面図である。
【図２】Ａは低降伏点鋼ダンパーによる制震機構を備えた鉄骨造柱梁接合部の正面図、Ｂは柱梁接合部の拡大図である。
【図３】従来のブラケット形式の柱梁接合部を示す斜視図である。
【図４】従来の現場溶接形式の柱梁接合部を示す斜視図である。
【図５】従来のスプリットティ形式の柱梁接合部を示す斜視図である。
【図６】スプリットティ形式におけるＨ形鋼柱フランジの面外変形を示す説明図である。
【符号の説明】
１鉄骨梁
２鉄骨柱
３接合金物
４、１７高力ボルト
５梁の上フランジ
６柱のフランジ
８梁の下フランジ
９接合金物
１１粘性／摩擦ダンパー
１４ダイヤフラム
１５接合金物（低降伏点鋼ダンパー）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of steel beam-to-column joints for architecture, and particularly relates to a steel beam-to-column joint having a vibration control mechanism that absorbs energy such as earthquakes.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a column beam joint in a steel structure building is based on a rigid joint. Therefore, as the steel column-to-column joint, a bracket type shown in FIG. 3, an on-site welding type shown in FIG. 4, a split tee type shown in FIG.
[0003]
In addition, the seismic isolation building structure described in Japanese Patent No. 2750360 is a mechanism in which a damping material is sandwiched between a structural material fastened with a bolt and a metal joint, and these are integrally bolted.
[0004]
[Problems to be solved by the present invention]
The steel beam-to-column connection part by the “bracket type” shown in FIG. 3 is that the connection part of the steel beam is a welded connection part between the column a and the bracket b, and a beam / bracket joint part by high-strength bolt friction bonding or welding connection. There are two disadvantages: the construction man-hours increase and the cost is high.
[0005]
The steel beam-to-column connection part by the "field welding type" shown in Fig. 4 is that the field welding work is greatly affected by the weather, and the fully-penetrating weld part is within the allowable defect range by the ultrasonic flaw detection test. (Welding quality) needs to be confirmed, and there are problems in that the process is extended and the cost is high, and that high-level management of the dimensions of the beam member c against welding shrinkage is required.
[0006]
As shown in FIG. 6, the steel column-to-column connection portion by the “split tee type” shown in FIG. 5 causes out-of-plane deformation in the flange of the column a as shown in FIG. 6. Therefore, there is a problem that the design condition for rigidly connecting the beam-column joint portion cannot be satisfied unless the reinforcing plate is used.
[0007]
Next, in the case of the base-isolated building structure described in the above-mentioned Japanese Patent No. 2750360, according to the embodiment, the joint hardware is formed into a beam by a plurality of high-strength bolts that penetrate the joint plate, the damping material, and the flange plate. Since they are integrated, the high-strength bolt is bent and deformed in order for the damping material to absorb a part of the stress generated in the joint due to the damping material being deformed during the earthquake. In addition, the pillar flange plate, the damping material, and the metal joint substrate are joined by a high-strength bolt that penetrates, but when a tensile force acts from the substrate to the high-strength bolt, the pillar flange is shown in FIG. As described above, there are disadvantages and problems that out-of-plane deformation occurs.
[0008]
Accordingly, the object of the present invention is to provide a neutral axis position in the beam axis direction when a slab is fastened to the upper surface of the upper flange of the steel beam via a stud and a seismic force acting in a direction in which the lower flange is pulled acts. In consideration of being in the vicinity of the upper flange, a steel beam-to-column connection part is provided by installing a damping mechanism with a damper at the lower flange position of the end of the steel beam where the displacement of the column from the flange becomes the largest. That is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problem, a steel beam-to-column joint having a vibration control mechanism according to the invention described in claim 1 is provided.
Flange on the upper flange and steel column of steel beam is fastened by bonding hardware and each high-strength bolts,
The steel beam's web has a joint hole with a loose hole that does not restrict the movement of the lower flange of the steel beam from the flange of the steel column with the upper flange position as the neutral axis against the seismic force in the pulling direction. but Rukoto be separated from the steel column I slip in wood axis direction of the steel beam can be stopped by a high-strength bolts, the flange of the joint hardware and steel columns are Tightened with high strength bolts, under the steel beam The flange and the steel column are connected through a damper.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a steel beam-to-column joint formed by joining a steel beam to a beam position of the steel column according to the first aspect, wherein a viscous damper or a friction damper is provided on an upper surface of a lower flange of the steel beam. The movable body of the damper is fixed to the flange of the steel column.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the steel beam-column joint having the vibration control mechanism according to the first aspect, as a damper, a steel material having a low yield stress such as an extremely low yield point steel is formed in a substantially angle shape. The lower flange and the joining hardware of the steel beam and the flange of the steel column and the joining hardware are respectively fastened with high-strength bolts.
[0013]
Embodiments and Examples of the Invention
1 and 2 show an embodiment of a steel beam-column joint having a vibration control mechanism according to the first aspect of the present invention.
[0014]
The upper flange 5 of the steel beam 1 made of H-shaped steel and the joint metal 3 are fastened by a high-strength bolt 4, and the flange 6 of the steel column 2 made of H-shaped steel and the joint metal 3 are also fastened by a high-strength bolt 4. Yes. A slab 7 is fastened to the upper surface of the upper flange 5 of the steel beam 1 via a stud (not shown). For this reason, the position N of the neutral axis in the beam material axial direction when the seismic force in the direction in which the lower flange 8 of the steel beam 1 is pulled is applied, as shown in the stress diagram in FIG. In the vicinity. In the figure, δt represents tensile stress and δc represents compressive stress.
[0015]
Next, the steel beam 1 has an L-shaped joint metal 9 and a web having a long loose hole 9 a so that the lower flange 8 does not restrain the separation of the lower flange 8 from the flange 6 of the steel column 2. The steel beam 1 is stopped so as to be slidable in the material axis direction, and the leg portion of the joint 9 is fastened to the flange 6 of the steel column 2 by the high-strength bolt 4.
[0016]
Based on the above configuration, the lower flange 8 of the steel beam 1 and the flange 6 of the steel column 2 are connected via a damper (the invention according to claim 1 above).
[0017]
In the embodiment of FIG. 1, a main body portion of a damper 11 such as a viscous damper or a friction damper is fixed to the upper surface of the lower flange 8 of the steel beam 1, and the distal end portion of the movable portion 11 a of the damper 11 is fixed to the steel column 2. And is fixed to the inner surface of the flange 6 (the invention according to claim 2).
[0018]
Therefore, when the lower flange 8 of the steel beam 1 moves away from the flange 6 of the steel column 2 by pulling, the movable part 11a is pulled out from the damper 11, and the damper 11 absorbs energy during that time. On the contrary, when the lower flange 8 of the steel beam 1 shifts from tension to compression, the movable portion 11a is housed in the original position (original state), and the damper 11 also absorbs energy in the meantime.
[0019]
Thus, when the lower flange 8 of the steel beam 1 touches the outer surface of the flange 6 of the steel column 2, the compressive force is transmitted from the flange 6 of the steel column 2 to the web. In that case, when there is a possibility that the web of the steel column 2 may cause local plate bending deformation, the inner diaphragm 14 is provided in the same manner as the prior art shown in FIGS. 3 to 5 to prevent the column from being damaged.
[0020]
Next, in the case of the steel-column-to-column joint shown in FIG. 2, a joint-type metal fitting 15 in which a hysteresis damper is formed as a damper, and in the illustrated example, a steel material having a low yield stress such as extremely low yield point steel is formed into an angle shape. Is used. That is, the lower flange 8 of the steel beam 1 and the metal fitting 15, and the metal fitting 15 and the flange 6 of the steel column 2 are fastened with the high-strength bolt 17 (the invention according to claim 3).
[0021]
Therefore, when the lower flange 8 of the steel beam 1 moves away from the flange 6 of the steel column 2 by pulling, the joint metal 15 as a damper is pulled and deformed to absorb energy. On the other hand, when moving from tension to compression, the metal joint 15 is housed in its original shape and absorbs energy in the meantime.
[0022]
Thus, when the lower flange 8 of the steel beam 1 touches the outer surface of the flange 6 of the steel column 2, the compressive force is transmitted from the flange 6 of the steel column 2 to the web. At this time, if the web of the steel column 2 may cause local plate bending deformation, it is necessary to provide the inner diaphragm 14 to prevent damage to the column as in the embodiment of FIG. .
[0023]
As described above, the present invention is based on the premise that the lower flange 8 of the steel beam 1 exhibits a behavior in the material axis direction that is separated from or touches the flange 6 of the steel column 2. It is convenient to install a gap adjusting material 10 between the end face of the steel frame 2 and the flange 6 of the steel column 2 as shown in detail in FIG. 2B .
[0024]
[Effects of the present invention]
Since the steel beam-to-column connection part provided with the vibration control mechanism according to the first to third aspects constructs the column beam frame by high-strength bolt connection, the workability is improved.
In addition, a seismic response mechanism using a damper is incorporated at the beam end, reducing the seismic response of the building.
Furthermore, ready-made steel materials (angle materials, CT steel, etc.) can be used for the joint metal fitting 15 as a damper, and even when this is manufactured by cold forming, welding assembly, etc., a relatively small portion is standardized and manufactured in large quantities. Because it is possible, it is highly economical.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a front view of a steel column-to-column joint provided with a vibration control mechanism according to the present invention.
FIG. 2A is a front view of a steel beam-to-column joint having a vibration control mechanism using a low yield point steel damper, and B is an enlarged view of the beam-to-column joint.
FIG. 3 is a perspective view showing a conventional bracket-type beam-column joint.
FIG. 4 is a perspective view showing a conventional beam-column joint portion of a field welding type.
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional split-tee column beam joint.
FIG. 6 is an explanatory view showing out-of-plane deformation of an H-shaped steel column flange in a split tee format.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel beam 2 Steel column 3 Joint metal 4, 17 High strength bolt 5 Upper flange 6 Beam flange 8 Beam lower flange 9 Joint metal 11 Viscous / friction damper 14 Diaphragm 15 Joint metal (low yield point steel damper)

Claims

In the steel column-to-column joint where the steel beam is joined to the beam position of the steel column,
Flange on the upper flange and steel column of steel beam is fastened by bonding hardware and each high-strength bolts,
The steel beam's web has a joint hole with a loose hole that does not restrict the movement of the lower flange of the steel beam from the flange of the steel column with the upper flange position as the neutral axis against the seismic force in the pulling direction. but Rukoto be separated from the steel column I slip in wood axis direction of the steel beam can be stopped by a high-strength bolts, the flange of the joint hardware and steel columns are Tightened with high strength bolts, under the steel beam A steel beam-to-column joint with a vibration control mechanism, characterized in that the flange and steel column are connected via a damper.

2. The vibration control device according to claim 1, wherein a main body portion of a viscous damper or a friction damper is fixed to an upper surface of a lower flange of the steel beam, and a movable portion of the damper is fixed to a flange of the steel column. Steel beam-column joint with mechanism.

As the damper, a joint metal made of steel with a low yield stress, such as an extremely low yield point steel, with an approximately angle shape is used. The steel beam-to-column joint having the vibration control mechanism according to claim 1, wherein the steel beam-to-column connection is provided.