JP6298271B2 - 柱と梁との接合構造および補強部材 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱に対して、異なる高さの梁を接合するための柱と梁との接合構造等に関するものである。

従来、鋼管柱を用いた構造物において、Ｈ形鋼からなる梁を接合する場合がある。柱と梁とを接合する場合には、接合部において、梁からの応力を柱に効率良く伝達させるために、梁のフランジ部の高さに応じた通しダイアフラムが設けられる。通しダイアフラムは、柱と柱の間に溶接等で接合される板状部材である。通常、梁のフランジ部は、通しダイアフラムの側面で突きあわされて溶接される。

しかし、柱に接合される梁のサイズ（高さ）が全ての方向で同じではない場合がある。例えば、一方向の梁のみ、高さが低い梁を接合する場合がある。このような場合には、当該梁の上下のフランジ部のうち、少なくとも一方は他の梁が接合される通しダイアフラムと接合することができない。

したがって、このような高さの異なる梁を接合するためには柱内部に内ダイアフラムを接合する等の必要がある。

また、このような高さの異なる梁を接合するための柱梁接合構造として、梁の一方のフランジ部が一方のダイアフラムと接合され、梁の他方のフランジ部と他方のダイアフラムとの間に梁接合部材が接合され、梁接合部材を介して、梁とダイアフラムとの間の応力伝達が行われる梁の接合構造がある（特許文献１）。

特開２０１２−２０７５１５号公報

しかし、柱内部に内ダイアフラムを設ける作業は、溶接量が多く、作業性が悪いという問題がある。また、特許文献１に記載の構造では、梁とダイアフラムとの間に十分な空間が確保できない場合には、梁接合部材を接合することができなかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、異なる高さの梁を柱に接合する場合において、柱内部にダイアフラム等の部材を接合することなく、また、梁とダイアフラムとの隙間が狭い場合でも適用可能な柱と梁との接合構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の本発明は、柱と梁との接合構造であって、断面外形が略矩形である柱と、前記柱に形成される一対のダイアフラムと、上下の前記ダイアフラムにそれぞれのフランジ部が接合される第１梁と、前記第１梁と高さが異なり、前記第１梁とは異なる方向に前記柱と接合される第２梁と、前記柱の外面に接合される補強部材と、を具備し、前記補強部材は、前記柱の前記第２梁が接合される面に接合される第１接合部と、前記第２梁が接合される面とは垂直な面に接合される第２接合部とが、略L字状に垂直に形成され、前記第２梁の一方のフランジ部は、一方の前記ダイアフラムと接合され、前記第２梁の他方のフランジ部は、前記柱の外面に接合され、前記第２梁を挟むように前記柱の両側に一対の前記補強部材が接合されることを特徴とする柱と梁との接合構造である。前記柱の角部は曲面部で構成され、前記第１接合部と前記第２接合部との間の内面側が凹曲面部であることが望ましい。

前記補強部材は、前記第１接合部の形成方向および前記第２接合部の形成方向の両者に垂直な方向に、凸部が形成され、前記凸部の内面には、前記凹曲面部が連続して形成され前記第２梁の幅方向の少なくとも一方の端部が、前記柱の前記曲面部にはみ出しており、前記第２梁の前記他方のフランジ部の高さにおいて、前記凸部が、前記曲面部と前記他方のフランジ部との隙間に挿入された状態で、前記補強部材が前記柱および前記第２梁に接合されてもよい。

前記第２梁の幅は、前記柱の幅よりも狭く、前記第２梁が、前記柱に対して幅方向に偏心して接合されてもよい。

前記凹曲面部の曲率半径は、前記曲面部の曲率半径よりも小さいことが望ましい。

第１の発明によれば、梁の接合部近傍の柱５に補強部材を接合するため、梁からの応力等に対して、効率よく柱を補強することができる。また、補強部材は、柱の外部に接合されるため、柱の外部のみで作業を行うことが可能である。したがって、柱への梁の接合作業性に優れる。また、補強部材は、梁が接合される柱の両側に接合されるため、梁のフランジ部とダイアフラムとの距離が短い場合であっても容易に適用が可能である。

また、梁のフランジ部の側端部と柱の角部（曲面部）との隙間に、補強部材の凸部が挿入されることで、確実に梁からの応力を柱に伝達することができる。このような構造は、特に、梁を柱に対して偏心させて接合した場合に有効である。

また、凸部の内面の凹曲面部の曲率半径を、柱の角部の曲面部の曲率半径よりも小さくすることで、凸部先端部と柱との間に隙間が形成されることがない。

第２の発明は、 柱と梁との接合構造に用いられる補強部材であって、柱の一方の面に接合される第１接合部と、前記一方の面に垂直な面に接合される第２接合部とが、略L字状に垂直に形成され、前記第１接合部と前記第２接合部との間の内面側が凹曲面部であり、前記第２接合部の形成方向および前記第１接合部の形成方向の両者に垂直な方向に、凸部が形成され、前記凸部の内面には、前記凹曲面部が連続して形成されることを特徴とする補強部材である。

前記凸部は、前記第２接合部に対して互いに逆方向にそれぞれ設けられてもよい。

第２の発明によれば、柱と梁との接合部近傍を効率よく補強することができ、また、柱の外部のみで作業を行うことが可能である。したがって、柱への梁の接合作業性に優れる。

また、梁のフランジ部の側端部と柱の角部（曲面部）との隙間に、補強部材の凸部を挿入することができるため、確実に梁からの応力を柱に伝達することができる。また、このような凸部を両側に形成することで、いずれの向きにも使用することができる。

本発明によれば、異なる高さの梁を柱に接合する場合において、柱内部にダイアフラム等の部材を接合することなく、また、梁とダイアフラムとの隙間が狭い場合でも適用可能な柱と梁との接合構造等を提供することができる。

柱と梁の接合構造１を示す斜視図。 柱と梁の接合構造１を示す立面図。 補強部材１３を示す斜視図。 柱と梁の接合構造１を示す図であり、図２のＡ−Ａ線断面図。 柱５の曲面部７近傍の拡大図であって、図４のＢ部拡大図。 補強部材１３ａを示す斜視図。 柱と梁の接合構造１ａを示す立面図。 柱と梁の接合構造１ａを示す図であり、図７のＣ−Ｃ線断面図。 柱５の曲面部７近傍の拡大図であって、図８のＤ部拡大図。

以下、本発明の実施の形態にかかる柱と梁の接合構造１について説明する。図１は、柱と梁の接合構造１を示す斜視図であり、図２は、梁９ｂ側から見た図である。柱と梁の接合構造１は、柱５に複数の梁９ａ、９ｂが接合された構造である。

柱５は断面外形が略矩形である、中空の角形鋼管柱であり、梁９ａ、９ｂはＨ形鋼である。梁９ａと梁９ｂとは、梁の高さが異なる。なお、図１の例では、梁９ａが柱５の一方向に形成され、梁９ｂがこれと対向する方向に形成される例を示すが、本発明ではこれに限られず、梁９ａまたは梁９ｂを複数方向に設けてもよい。

柱５には、一対のダイアフラム３ａ、３ｂが接合される。なお、ダイアフラム３ａ、３ｂは、柱５の外方に突出する通しダイアフラムである。ダイアフラム３ａ、３ｂは、柱５に所定の間隔をあけて上下に設けられる。

第１梁である梁９ａの上下のフランジ部の端部は、それぞれダイアフラム３ａ、３ｂと溶接によって接合される。すなわち、ダイアフラム３ａ、３ｂの設置間隔は梁９ａのフランジ部間隔と一致する。したがって、梁９ａからの応力を柱に確実に伝達することができる。

第２梁である梁９ｂの上方のフランジ部１１ａの端部は、上方のダイアフラム３ａと溶接によって接合される。梁９ｂは梁９ａよりも高さが低いため、梁９ｂの下方のフランジ部１１ｂとダイアフラム３ｂとの間には隙間が生じる。このため、フランジ部１１ｂは、柱５の外面に接合される。

梁９ｂのフランジ部１１ｂと干渉しない位置であって、梁９ｂの両側の柱５の外面には、補強部材１３が接合される。例えば、梁９ｂのフランジ部１１ｂのやや上部に補強部材１３が接合される。補強部材１３は、略Ｌ字状の部材であり、柱５の外面に接合される。すなわち、補強部材１３は、柱５の、梁９ｂが接合される面と、それと垂直な面とにまたがるように接合される。

図３は、補強部材１３を示す斜視図である。前述した通り、補強部材１３は、略Ｌ字状の部材である。補強部材１３は、梁９ｂの接合面に接合される第１接合部である接合部１５ａと、梁９ｂが接合される面とは垂直な面に接合される第２接合部である接合部１５ｂとからなる。すなわち、接合部１５ａと接合部１５ｂとは互いに垂直に構成される。接合部１５ａ、１５ｂの交差部の内面側には、凹曲面部１７が設けられる。

補強部材１３は、例えば溶接性に優れる鋼材である。接合部１５ａ、１５ｂには、柱５との溶接部（図２の溶接部２１）に対応する部位に開先部１９が形成される。

図４は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図４に示すように、補強部材１３は、接合部１５ａ、１５ｂが柱５の表面と接合される。この際、接合部１５ａ、１５ｂは、梁９ｂを挟み込むように、梁９ｂの両側にそれぞれ接合される。この際、接合部１５ａは、柱５の梁９ｂが接合される面に接合され、接合部１５ｂは、柱５の梁９ｂが接合される面とは垂直な面に接合される。

なお、補強部材１３の厚みは、柱５に対してダイアフラム３ｂの突出代と略一致する。したがって、図４に示したように、補強部材１３は、ダイアフラム３ｂの平面視における投影面積内に収まるように配置される。なお、各溶接部においては、必要に応じて図示を省略した裏当金を用いてもよい。

図５は、図４のＢ部拡大図である。補強部材１３の内面の凹曲面部１７は、曲面部７に対向するように配置される。ここで、補強部材１３の内面側の凹曲面部１７は、柱５の曲面部７に対応する形状であり、その曲率半径Ｒ１は、柱５の曲面部７の曲率半径Ｒ２よりも僅かに小さく設定される。Ｒ１がＲ２よりも大きくなると、補強部材１３が、柱５と接触しなくなるためである。したがって、凹曲面部１７と曲面部７との間には、多少の隙間が形成されてもよい。

このように、柱５の外面であって梁９ｂのフランジ部１１ｂの接合部近傍に補強部材１３を設けることで、柱５に付与される梁９ｂからの引張や圧縮の応力や、ダイアフラム３ａとの接合部を起点としたモーメント等に対して、確実に柱５を補強することができる。また、梁９ｂ（フランジ部１１ｂ）とダイアフラム３ｂとの距離が狭い場合であっても、確実に柱５を補強することができる。

なお、本実施の形態では、梁９ｂが梁９ａよりも高さが低い例を示したが、梁９ｂが梁９ａよりも高い場合でも本発明は適用可能である。この場合には、梁９ｂのウェブを所定範囲切欠いて、補強部材１３を柱５およびダイアフラム３ｂ下面等に接合すればよい。

また、図２の上下が反転した状態で、梁９ｂと補強部材１３とを接合してもよい。この場合には、補強部材１３は、フランジ部１１ｂの上部ではなく下部に設けてもよい。

次に、補強部材１３の変形例を示す。なお、以下の説明において、補強部材１３およびこれを用いた柱と梁の接合構造１と同様の機能を奏する構成については図１〜図５と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６は、補強部材１３ａを示す斜視図である。補強部材１３ａは、補強部材１３と略同様の構成であるが、凸部２３が、補強部材１３ａの（接合部１５ａ、１５ｂの両者に対して略垂直な両方向）に形成される点で異なる。すなわち、補強部材１３が略Ｌ字状であるのに対し、補強部材１３ａは、上下の両方向に突出する凸部２３を有する。なお、接合部１５ａ、１５ｂの幅、厚みや凹曲面部１７の曲率半径等は、補強部材１３と同様である。

凸部２３の内面には、接合部１５ａ、１５ｂの内面に設けられる凹曲面部１７が連続して形成される。すなわち、補強部材１３ａは、一定の曲率の凹曲面部１７が上下に延長される。したがって、接合部１５ａ、１５ｂから突出する部位における凹曲面部１７の先端部である凹曲面端部２５は、先端に行くほどに先細りする断面形状を有する。なお、凸部２３は、接合部１５ｂの上下面に互いに逆方向にそれぞれ設けられ、凹曲面端部２５が接合部１５ａ側に向くように形成される。

図７は、補強部材１３に代えて補強部材１３ａを用いた柱と梁の接合構造１ａを示す図（図２に対応する）であり、図８は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。補強部材１３ａは、補強部材１３と略同様にして、柱５の外面に接合されるが、梁９ｂの接合位置が、柱と梁の接合構造１とは異なる。

柱と梁の接合構造１ａでは、梁９ｂが柱５の幅方向に偏心して配置される。すなわち、柱５の一方の側面（図中右側）と、梁９ｂ（フランジ部１１ｂ）の一方の側面（図中右側）とを一致させるように、梁９ｂが柱５に対して偏心した位置に配置される。

補強部材１３ａに形成される凸部２３は、柱５の長手方向に向けて配置される。すなわち、凸部２３は、柱５の角部（曲面部７）に沿って配置される。

図９は、図８のＤ部拡大図である。前述したように、柱５の角部には、曲面部７が設けられる。このため、柱５の側面と梁９ｂの側端部位置を合わせると、梁９ｂ（フランジ部１１ｂ）の端部と柱５の曲面部７との間には隙間が形成される。すなわち、フランジ部１１ｂの幅方向の一方の端部が、柱５の曲面部７にはみ出す。凸部２３の凹曲面端部２５は、この隙間に挿入される。

この際、凹曲面部１７の曲率半径は曲面部７の曲率半径よりも小さいため、補強部材１３ａと柱５との間に隙間が形成されることがない。この状態で、凸部２３が、柱５およびフランジ部１１ｂと溶接されて接合される。

なお、凸部２３の高さ（接合部１５ｂからの突出代）は、接合部１５ａ、１５ｂが接合された位置からの距離とフランジ部１１ｂの厚さとを加味して設定される。すなわち、補強部材１３ａが柱５に接合された際に、凸部２３が、フランジ部１１ｂの厚みの全てを埋めるこができるように、凸部２３の高さが設定される。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、梁９ｂを偏心させて接合する場合においても、柱５の角部における曲面部７とフランジ部１１ｂとの隙間を凸部２３（凹曲面端部２５）によって埋めて、この部位において、確実に梁９ｂと柱５の応力伝達を行うことができる。

なお、凸部２３は、補強部材１３ａの両側にそれぞれ設けたが、いずれか一方のみでも良い。但し、凸部２３を両側に形成することで、補強部材１３ａを反転して使用することができるため、梁９ｂの偏心方向によらず、同一の部材を用いることができる。このため、２種類の補強部材を製造および管理する必要がない。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、前述の実施形態では、柱５の角部に曲面部７が形成され、補強部材１３、１３ａに凹曲面部１７が形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。接合部１５ａ、１５ｂのそれぞれの平面同士が直交するように形成されてもよく、この場合には、柱５の角部にも曲面部７を形成せずに、平面同士が直交するように形成してもよい。

１、１ａ………柱と梁の接合構造
３ａ、３ｂ………ダイアフラム
５………柱
７………曲面部
９ａ、９ｂ………梁
１１ａ、１１ｂ………フランジ部
１３、１３ａ………補強部材
１５ａ、１５ｂ………接合部
１７………凹曲面部
１９………開先部
２１………溶接部
２３………凸部
２５………凹曲面端部

Claims (7)

1. 柱と梁との接合構造であって、
   断面外形が略矩形である柱と、
   前記柱に形成される一対のダイアフラムと、
   上下の前記ダイアフラムにそれぞれのフランジ部が接合される第１梁と、
   前記第１梁と高さが異なり、前記第１梁とは異なる方向に前記柱と接合される第２梁と、
   前記柱の外面に接合される補強部材と、
   を具備し、
   前記補強部材は、
   前記柱の前記第２梁が接合される面に接合される第１接合部と、前記第２梁が接合される面とは垂直な面に接合される第２接合部とが、略L字状に垂直に形成され、
   前記第２梁の一方のフランジ部は、一方の前記ダイアフラムと接合され、
   前記第２梁の他方のフランジ部は、前記柱の外面に接合され、
   前記第２梁を挟むように前記柱の両側に一対の前記補強部材が接合されることを特徴とする柱と梁との接合構造。
2. 前記柱の角部は曲面部で構成され、
   前記第１接合部と前記第２接合部との間の内面側が凹曲面部であることを特徴とする請求項１記載の柱と梁との接合構造。
3. 前記補強部材は、前記第２接合部の形成方向および前記第１接合部の形成方向の両者に垂直な方向に、凸部が形成され、
   前記凸部の内面には、前記凹曲面部が連続して形成され
   前記第２梁の幅方向の少なくとも一方の端部が、前記柱の前記曲面部にはみ出しており、
   前記第２梁の前記他方のフランジ部の高さにおいて、前記凸部が、前記曲面部と前記他方のフランジ部との隙間に挿入された状態で、前記補強部材が前記柱および前記第２梁に接合されることを特徴とする請求項２記載の柱と梁との接合構造。
4. 前記凹曲面部の曲率半径は、前記曲面部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の柱と梁との接合構造。
5. 前記第２梁の幅は、前記柱の幅よりも狭く、
   前記第２梁が、前記柱に対して幅方向に偏心して接合されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の柱と梁との接合構造。
6. 柱と梁との接合構造に用いられる補強部材であって、
   柱の一方の面に接合される第１接合部と、前記一方の面に垂直な面に接合される第２接合部とが、略L字状に垂直に形成され、
   前記第１接合部と前記第２接合部との間の内面側が凹曲面部であり、
   前記第２接合部の形成方向および前記第１接合部の形成方向の両者に垂直な方向に、凸部が形成され、
   前記凸部の内面には、前記凹曲面部が連続して形成されることを特徴とする補強部材。
7. 前記凸部は、前記第２接合部に対して互いに逆方向にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項６記載の補強部材。

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