JP6986751B2

JP6986751B2 - 柱梁接合構造

Info

Publication number: JP6986751B2
Application number: JP2018029250A
Authority: JP
Inventors: 教雄中島; 伸中島; 英樹加納
Original assignee: ナカジマ鋼管株式会社
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-02-22
Also published as: JP2019143390A

Description

本発明は、冷間ロール成形の角形鋼管により構成される柱部と、Ｈ形鋼により構成される梁部と、熱間成形の角形鋼管により構成され、前記柱部と前記梁部との接続部分となるノンダイアフラム形式の仕口部と、を備える柱梁接合構造に関するものである。

従来、この種の柱梁接合構造物は、複数の鋼管を溶接結合することにより構成されており、その際に溶接結合として、例えば、通しダイアフラム形式、内ダイアフラム形式等の接合形式がある。
しかしながら、これら通しダイアフラム形式、内ダイアフラム形式等の接合形式によると、組立て工数（溶接箇所）が多く、且つ溶接長さが長くなるため、全体の作業が複雑化するという問題点があった。

そこで、このような問題点を解決したものとして、柱部と梁部との接続部分となる仕口部に熱間成形により成形した厚肉の短尺角形鋼管を採用したノンダイアフラム形式の柱梁接合構造物が提供されている（例えば、特許文献１）。すなわち、所定の板厚の長尺角形鋼管と、この長尺角形鋼管よりも板厚が厚く且つ仕口部を形成する長さの半成形短尺角形鋼管とを、それぞれ冷間成形で製造する。そして、半成形短尺角形鋼管を加熱炉において加熱した後、熱間成形して短尺角形鋼管を製造する。このようにして得た長尺角形鋼管と短尺角形鋼管とをアーク溶接等で溶接結合することで角形鋼管柱を得る。
このような熱間成形により得た厚肉の短尺角形鋼管を採用した柱梁接合構造物によると、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、全体の作業が簡略化できる。

特開２００３−２６８８７７号公報

しかしながら、特許文献１の柱梁接合構造においては、柱部と梁部との接続部分となる仕口部に地震等による外力が加わると梁部の接合端部に大きな応力やひずみが集中し、梁部の接合端部の損傷や梁部の押し込みによる仕口部の変形が生じる場合がある。そして、特許文献１の柱梁接合構造のようなノンダイアフラム形式の架構においては、当該仕口部の変形が、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構において生じる当該仕口部の変形と比べて大きいという問題がある。すなわち、特許文献１の柱梁接合構造のようなノンダイアフラム形式の架構においては、その剛性が、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構の剛性と比べて小さいという問題がある。

そこで、本発明は、ノンダイアフラム形式の架構において、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有する柱梁接合構造を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の柱梁接合構造は、冷間ロール成形の角形鋼管により構成される柱部と、一対のフランジと、前記フランジを連結するウェブと、を有するＨ形鋼により構成される梁部と、熱間成形の角形鋼管により構成され、前記柱部と前記梁部との接続部分となるノンダイアフラム形式の仕口部と、を備える柱梁接合構造であって、前記仕口部の両側における開口端部の端面に、前記柱部が溶接接合されるとともに、その両端の開口端部の内側に、四角形状の補強板材が、前記開口端部の端面と面一となるように溶接接合され、前記梁部は、前記フランジの一端側が前記ウェブの一端側より短く形成され、前記仕口部の側面に溶接接合される前記梁部によって前記フランジの一端側の端面と、前記仕口部の側面との間に形成される間隙に、平板状の水平ハンチを設け、前記水平ハンチは、その一端面が前記フランジの一端側の端面に溶接接合され、その他端面が、その両端のそれぞれを、前記仕口部の隅角部分の頂点と、前記頂点を含む隅角部分のＲ止まりと、の中間位置に配置して、前記仕口部の側面に溶接接合され、前記水平ハンチが溶接接合される前記フランジの一端側の端面と、前記仕口部の側面との間の間隙は、前記仕口部の外径と前記フランジの幅との差に基づいて形成されるものである。

本発明の柱梁接合構造は、上記の柱梁接合構造において、前記柱部及び前記仕口部は、前記柱部の外径Ｂと仕口部の板厚ｔｐとの比が１０≦Ｂ／ｔｐ≦１５となるように成形され、前記仕口部の隅角部分の外側曲率半径が前記仕口部の板厚の１．５倍から２．５倍に成形されるものである。

本発明の柱梁接合構造によれば、仕口部の外径とフランジの幅との差に基づいて形成されるフランジの一端側の端面と、仕口部の側面との間の間隙に、平板状の水平ハンチを設けることから、架構の剛性を大きくすることができ、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有するノンダイアフラム形式の架構を構成することができる。ノンダイアフラム形式を採用した建物の構造設計において、梁の梁端部を剛接合としてモデル化することができる。

本発明に係る柱梁接合構造の要部の一部切り欠き斜視図である。本発明に係る柱梁接合構造の要部の縦断正面図である。本発明に係る柱梁接合構造の要部の横断平面図である。本発明に係る柱梁接合構造の柱シャフトと仕口コアの組み合わせの適否図表である。本発明に係る柱梁接合構造の柱シャフトと仕口コアとの重なりを示す平面図である。ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造の解析モデルを示す概要図である。（ａ）は、ＦＥＭ解析に用いたＧｅｎｅｒａｌＹｉｅｌｄ法の概要図、（ｂ）は、ＦＥＭ解析の結果により求められる荷重変形曲線である。比較例１の全塑性耐力時におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。比較例１の最終ステップ時（Ｒ＝１／１０ｒａｄ時）におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。比較例２の全塑性耐力時におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。比較例２の最終ステップ時（Ｒ＝１／１０ｒａｄ時）におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。比較例３の全塑性耐力時におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。比較例３の最終ステップ時（Ｒ＝１／１０ｒａｄ時）におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。実施例１の全塑性耐力時におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。実施例１の最終ステップ時（Ｒ＝１／１０ｒａｄ時）におけるＭｉｓｅｓ応力図であり、（ａ）は外観、（ｂ）は内観を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。まず、本発明に係る柱梁接合構造１０について説明する。なお、本発明は、以下に説明する柱梁接合構造１０に限定されるものではない。

図１に示すように、柱梁接合構造１０は、上下方向に延設される上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ（「柱部」の一例）と、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの間に配設される仕口コア１２（「仕口部」の一例）と、仕口コア１２の四方に向く外側面にその一端部が固定され、水平方向に延びて設けられる梁１３（「梁部」の一例）と、から構成される。

図１から図３に示すように、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、ブレークダウン装置、フィンパス装置等の成形手段により冷間ロール成形した長尺の角形鋼管である。上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、その外径Ｂが２００ｍｍから５５０ｍｍであり、その板厚ｔｃが９ｍｍから２５ｍｍである。上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、その隅角部分１１ａの外側曲率半径が上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃの２．０倍から３．０倍となるように成形される。図２に示すように、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、切削加工装置等の加工手段によりその端部の外側部分を切削加工することで、所定角度の開先部１１ｂが形成される。上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂは、その端部に四角リング状の裏当て金１５が内嵌されて溶接１６により固定される。

仕口コア１２は、加熱炉等の加熱手段により加熱され、成形ロール装置等の成形手段により熱間成形した短尺の角形鋼管である。図１から図３に示すように、仕口コア１２は、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと梁１３との接続部であり、ノンダイアフラム形式により構成される。仕口コア１２は、その長手方向（鉛直方向）の長さＬが、溶接接合される梁１３の高さＤ（フランジ１３ａ間の高さ）より長くなるように成形される。仕口コア１２は、その外径Ｂｐが２２０ｍｍから５７５ｍｍであり、そのパネル１２ａの板厚ｔｐが１９ｍｍから５０ｍｍである。仕口コア１２は、その隅角部分１２ｂの外側曲率半径が仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐの１．５倍から２．５倍に成形される。ここで、仕口コア１２の隅角部分１２ｂの外側曲率半径とは、図５（ａ）に示すように、仕口コア１２における隣り合う内側面と外側面を直交する辺と４５度の角度をなす線と隅角部分１２ｂの外側の交点での曲率半径をいう。

図１及び図２に示すように、柱梁接合構造１０においては、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと、仕口コア１２と、が直線状に位置させるように形成される。具体的には、下側の柱シャフト１１Ｂの上端部に仕口コア１２の下端部が配置され、上側の柱シャフト１１Ａの下端部に仕口コア１２の上端部が配置される。そして、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの内部に位置させた裏当て金１５の外側面を仕口コア１２のパネル１２ａの端面１２ｃに当接させた状態で、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと仕口コア１２とを外側から溶接１７により接合する。柱梁接合構造１０においては、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面１２ｃに載置可能となるように、仕口コア１２の外径Ｂｐが上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより所定の長さで長く設定されている。

図１から図３に示すように、梁１３は、Ｈ形鋼から形成され、対向する２枚の平板状のフランジ１３ａと、対向するフランジ１３ａの間に形成されるウェブ１３ｂと、から構成される。梁１３は、フランジ１３ａが上下方向に対向した位置となり、且つウェブ１３ｂの一端面が仕口コア１２のパネル１２ａに沿って当接するように、仕口コア１２に溶接接合される。

フランジ１３ａは、その長手方向の一端側に開先部１３ｃが形成されるとともに、その開先部１３ｃが形成される一端側がウェブ１３ｂの長手方向の一端側（仕口コア１２のパネル１２ａに当接する側）より短く形成されている。すなわち、フランジ１３ａは、その長手方向の長さがウェブ１３ｂの長手方向の長さより短く形成されている。フランジ１３ａの一端側がウェブ１３ｂの一端側より短く形成されることで、梁１３をパネル１２ａ（仕口コア１２の側面）に溶接接合した際に、フランジ１３ａの一端側の端面と、パネル１２ａ（仕口コア１２の側面）との間に間隙Ｋが形成される。すなわち、間隙Ｋは、梁１３におけるパネル１２ａとの溶接接合側の梁端に形成される。

間隙Ｋは、梁１３をパネル１２ａに溶接接合した場合におけるフランジ１３ａの一端側の開先部１３ｃの先端から、梁１３が溶接接合されるパネル１２ａの側面までの水平方向の間隙であり、仕口コア１２の外径Ｂｐとフランジ１３ａの幅Ｗ（フランジ１３ａの長手方向に対して水平に直交する方向の長さ）との差（Ｂｐ−Ｗ）に基づいて形成される。すなわち、フランジ１３ａの幅Ｗが仕口コア１２の外径Ｂｐより短くなるにつれて間隙Ｋが広く形成され、フランジ１３ａの幅Ｗが仕口コア１２の外径Ｂｐに近づくにつれ間隙Ｋが狭く形成される。

図１から図３に示すように、柱梁接合構造１０においては、仕口コア１２の側面に溶接接合される梁１３によってフランジ１３ａの一端側の端面と、仕口コア１２の側面との間に形成される間隙Ｋに、水平ハンチ３０が設けられる。水平ハンチ３０は、その一端面がフランジ１３ａの一端側の端面に溶接接合され、その他端面がパネル１２ａ（仕口コア１２の側面）に溶接接合される。具体的には、水平ハンチ３０の一端側とフランジ１３ａの一端側に裏当て金３１を当接させた状態で水平ハンチ３０とフランジ１３ａとを溶接３２により接合する。また、水平ハンチ３０の他端側と仕口コア１２の側面（パネル１２ａ）に裏当て金３３を当接させた状態で水平ハンチ３０とパネル１２ａとを溶接３４により接合する。

水平ハンチ３０は、平板状の部材により構成される。水平ハンチ３０は、略長方形状に形成され、その幅方向の長さ（水平ハンチ３０の長手方向に対して水平に直交する方向の長さ）が間隙Ｋの長さに対応して設定される。水平ハンチ３０は、その長手方向の長さが仕口コア１２の側面における平板部の幅方向の長さ（仕口コア１２の各側面の両端の２つのＲ止まりＲ_０間の長さ）より若干長く設定される。具体的には、水平ハンチ３０は、その他端面が仕口コア１２の側面に溶接接合される際に、その両端のそれぞれを、仕口コア１２の隅角部分１２ｂの頂点Ｒ_１と、その頂点Ｒ_１を含む隅角部分１２ｂのＲ止まりＲ_０と、の中間位置Ｒ_２（頂点Ｒ_１とＲ止まりＲ_０との間の曲線の中間位置）に配置可能な長さに、その長手方向の長さが設定される。ここで、図３に示すように、仕口コア１２の隅角部分１２ｂの頂点Ｒ_１とは、仕口コア１２の隅角部分１２ｂの外径側面と仕口コア１２の対角線Ｔとが交わる位置をいう。また、隅角部分１２ｂのＲ止まりＲ_０とは、隅角部分１２ｂの外径側面であって隅角部分１２ｂの湾曲部分が終了する位置（仕口コア１２の側面における平板部が開始する位置）をいう。

仕口コア１２は、その両端部分の内側に水平スチフナ１８（「補強板材」の一例）が溶接接合される。水平スチフナ１８は、仕口コア１２の内径と同程度の四角形状の金属平板である。水平スチフナ１８は、その平面部分が仕口コア１２のパネル１２ａの端面１２ｃと面一となるように配置され、仕口コア１２の両側の開口部分を塞ぐように仕口コア１２の内面に溶接接合される。すなわち、水平スチフナ１８は、内ダイアフラムとは異なるものであり、内ダイアフラムのように、仕口コア１２の内部であって、その平面部分が仕口コア１２に固定される梁１３のフランジ１３ａの平面部分と面一となるように配置されるものではなく、梁１３のフランジ１３ａの平面部分より仕口コア１２のパネル１２ａの端面１２ｃ側に配置される。仕口コア１２の両端部分の内側に水平スチフナ１８を設けることで、梁１３の押し込みによる仕口コア１２のパネル１２ａの変形を防止することができ、仕口コア１２のパネル１２ａの端面１２ｃから梁１３のフランジ１３ａの上下面との間の高さＸ（仕口コア１２の余長）を短くすることができる。具体的には、仕口コア１２の両端部分の内側に水平スチフナ１８を設けることで、仕口コア１２の余長を（上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂ）／４とすることができる。

水平スチフナ１８を仕口コア１２に溶接接合する場合には、まず、水平スチフナ１８をその平面部分が仕口コア１２のパネル１２ａの端面１２ｃと面一となるように、仕口コア１２の両側の開口部分に配置する。そして、水平スチフナ１８を仕口コア１２の両側の開口部分に配置した状態で、パネル１２ａの端面１２ｃ側の端部と、水平スチフナ１８の外側端部（上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂが設けられる側の端部）と、を所定の厚さで、仕口コア１２の幅方向に切削する。このようにパネル１２ａ及び水平スチフナ１８を切削することで、水平スチフナ１８の平面部分と、仕口コア１２のパネル１２ａの端面１２ｃとがより精度よく面一となり、裏当て金１５の取り付けを精度よく容易に行うことができる。

次に、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ及び仕口コア１２の選定方法について説明する。
柱梁接合構造１０に用いる上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ及び仕口コア１２を選定するに際しては、まず、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂ及び仕口コア１２の外径Ｂｐを設定する。柱梁接合構造１０においては、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面１２ｃ上に載置されるように、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂ及び仕口コア１２の外径Ｂｐが設定される。具体的には、仕口コア１２の外径Ｂｐが上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより長くなるように設定され、外径２００ｍｍから３５０ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを用いて柱梁接合構造１０を形成する場合には、その外径Ｂｐが上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより２０ｍｍ長い仕口コア１２を用い、外径４００ｍｍから５５０ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを用いて柱梁接合構造１０を形成する場合には、その外径Ｂｐが上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより２５ｍｍ長い仕口コア１２を用いる。

上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂ及び仕口コア１２の外径Ｂｐが設定されると、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃ及び仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐが設定される。具体的には、図４の表に基づいて、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃと、仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐとの組み合わせの適否を判断する。上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃと、仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐとの組み合わせの適否は、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂと仕口コア１２の板厚ｔｐとの比が１０≦Ｂ／ｔｐ≦１５となる適用範囲に基づいて判断される。すなわち、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃと、仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐとの組み合わせが、当該適用範囲内にあるか否かにより判断される。図４に示す表の〇印は、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃと、仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐとの組み合わせが適用範囲内であることを示し、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと、仕口コア１２との接合部に断面の食い違いが生じない組み合わせであることを意味する。一方、図４に示す表の×印は、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃと、仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐとの組み合わせが適用範囲外であることを示し、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと、仕口コア１２との接合部に断面の食い違いが生じる組み合わせであることを意味する。

具体的には、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂを２５０ｍｍ、仕口コア１２の外径Ｂｐを２７０ｍｍに設定した場合に、板厚ｔｃが９ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと組み合わせ可能な仕口コア１２は、パネル１２ａの板厚ｔｐが１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍの仕口コア１２である。同様に、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂを２５０ｍｍ、仕口コア１２の外径Ｂｐを２７０ｍｍに設定した場合に、板厚ｔｃが１２ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂと組み合わせ可能な仕口コア１２は、パネル１２ａの板厚ｔｐが２２ｍｍ、２５ｍｍの仕口コア１２であり、パネル１２ａの板厚ｔｐが１９ｍｍの仕口コア１２は組み合わせ不可となる。
このように、仕口コア１２の外径Ｂｐを、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより長くなるように設定した上で、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの板厚ｔｃと、仕口コア１２のパネル１２ａの板厚ｔｐとの組み合わせを上記適用範囲内で設定することにより、柱梁接合構造１０は、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂと仕口コア１２の板厚ｔｐとの比が１０≦Ｂ／ｔｐ≦１５となるように成形されるとともに、仕口コア１２の隅角部分１２ｂの外側曲率半径を上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの隅角部分１１ａの外側曲率半径に合わせて大きくすることなく、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面１２ｃ上に載置されるように成形される。
具体的には、外径Ｂが４００ｍｍ、板厚ｔｃが１６ｍｍ又は１９ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを用いる場合には、外径Ｂｐが柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより２５ｍｍ長い４２５ｍｍの仕口コア１２であって、パネル１２ａの板厚ｔｐが３２ｍｍから４０ｍｍのものを用いれば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面１２ｃ上に載置されるように成形される。また、外径Ｂが４５０ｍｍ、板厚ｔｃが２２ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを用いる場合には、外径Ｂｐが柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより２５ｍｍ長い４７５ｍｍの仕口コア１２であって、パネル１２ａの板厚ｔｐが３６ｍｍから４５ｍｍのものを用いれば、図５（ｃ）に示すように、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面１２ｃ上に載置されるように成形される。さらに、外径Ｂが５００ｍｍ、板厚ｔｃが２５ｍｍの上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを用いる場合には、外径Ｂｐが柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂより２５ｍｍ長い５２５ｍｍの仕口コア１２であって、パネル１２ａの板厚ｔｐが４０ｍｍから５０ｍｍのものを用いれば、図５（ｄ）に示すように、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの端面が仕口コア１２の端面１２ｃ上に載置されるように成形される。

次に、本発明の効果をＦＥＭ解析によって確認したため、これについて以下の実施例で説明する。

以下の実施例においては、柱梁接合構造１０における上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂを□−４００×４００×１６（Ｒ＝４０）、耐力３２４．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ^２、Ｆ値２９５Ｎ／ｍｍ^２、Ｅ値２０５０００Ｎ／ｍｍ^２、ν値０．３、ＢＣＲ２９５の冷間ロール成形の角形鋼管で構成し、梁１３をＨ−４８８×３００×１１×１８、耐力２５８．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ^２、Ｆ値２３５Ｎ／ｍｍ^２、Ｅ値２０５０００Ｎ／ｍｍ^２、ν値０．３、ＳＮ４００ＢのＨ形鋼で構成した通しダイアフラム形式或いはノンダイアフラム形式の十字形架溝（試験体）についてＦＥＭ解析を行った。

また、柱梁接合構造１０を通しダイアフラム形式で構成した十字形架溝（試験体）を比較例１とし、柱梁接合構造１０をノンダイアフラム形式で構成した十字形架溝（試験体）を比較例２、比較例３、実施例１とした。

なお、ダイアフラム形式の比較例１における仕口コア１２のパネル１２ａは、□−４００×４００×１６（Ｒ＝４０）、耐力３２４．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ^２、Ｆ値２９５Ｎ／ｍｍ^２、Ｅ値２０５０００Ｎ／ｍｍ^２、ν値０．３、ＢＣＲ２９５の冷間ロール成形の角形鋼管で構成し、ダイアフラムは、耐力３５７．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ^２、Ｆ値３２５Ｎ／ｍｍ^２、Ｅ値２０５０００Ｎ／ｍｍ^２、ν値０．３、ＳＮ４９０Ｃの板材で構成した。

また、ノンダイアフラム形式の比較例２、比較例３、実施例１における仕口コア１２のパネル１２ａは、□−４２５×４２５×３２（Ｒ＝６４）、耐力３５７．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ^２、Ｆ値３２５Ｎ／ｍｍ^２、Ｅ値２０５０００Ｎ／ｍｍ^２、ν値０．３、ＳＨＣ４９０Ｃの熱間成形の角形鋼管で構成し、水平スチフナ１８は、耐力３５７．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ^２、Ｆ値３２５Ｎ／ｍｍ^２、Ｅ値２０５０００Ｎ／ｍｍ^２、ν値０．３、ＳＮ４９０Ｂの板材で構成し、パネル１２ａの余長は、（上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂの外径Ｂ）／４とした。

さらに、ノンダイアフラム形式の比較例２は、パネル１２ａの両端部分の内側に水平スチフナ１８を溶接接合したものとし、比較例３は、パネル１２ａの両端部分の内側に水平スチフナ１８を溶接接合するとともに、パネル１２ａの中間部に２枚の水平スチフナ１８を設置したものとし、実施例１は、パネル１２ａの両端部分の内側に水平スチフナ１８を溶接接合するとともに、梁１３をパネル１２ａ（仕口コア１２の側面）に溶接接合した際に形成される間隙Ｋに水平ハンチ３０を設置したものとした。

図６に示すように、本実施例においては、上記試験体を１／２対称モデルでモデル化を行った。パネル１２ａ、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ、梁１３の部材端部から部材中央までは８節点ソリッド要素（完全積分要素）でモデル化し、部材中央から部材先端までは２節点梁要素（線形材料要素）でモデル化した。梁要素とソリッド要素の接続は、接続位置で平面保持が成立するように、梁要素端接点を独立節点とし、ソリッド要素フェース節点を従属節点に設定した。拘束条件としては、ソリッド要素部は対称面で面外方向への変位を拘束し（Ｕ_ｚ＝０）、梁要素部は面外変位、面外方向への回転及び捩れ回転を拘束し（Ｕ_ｚ＝０、θ_ｘ＝０、θ_ｙ＝０）、加力点以外の梁要素先端は、材軸方向自由とするローラ支持を行う（梁１３：Ｕ_ｙ＝０、上下の柱シャフト１１Ａ、１１Ｂ：Ｕ_ｘ＝０）。解析は材料幾何学的非線形を考慮し、上部の柱シャフト１１Ａの先端位置での変位制御による増分解析とした（層間変形角で１／１０ｒａｄまで）。

図７及び表１に示すＦＥＭ解析結果における全塑性耐力は、ＧｅｎｅｒａｌＹｉｅｌｄ法（図７（ａ））によって算出した。

図８から図１５は、Ｍｉｓｅｓ応力度にて２３５Ｎ／ｍｍ^２以上の応力（卓越応力）が生じている範囲のみを模様で表示させた。

図７（ｂ）及び表１に示すように、全塑性耐力を含め終局耐力は、比較例１から３及び実施例１の試験体によらずほぼ同様の結果となった。このように、各試験体の耐力がほぼ同程度の値となったのは、各試験体が、共通して、架構の耐力が梁１３の曲げ耐力で決定される梁先行降伏型の崩壊形となるためである。

表１に示すように、比較例２の試験体（パネル１２ａの両端部分（頂部分及び底部分）の内側のみに水平スチフナ１８を設けたノンダイアフラム形式の架構）は、比較例１の試験体（通しダイアフラム形式の架構）より剛性が小さくなった。また、比較例３の試験体（パネル１２ａの両端部分の内側に水平スチフナ１８を溶接接合するとともに、パネル１２ａの中間部に２枚の水平スチフナ１８を設置したノンダイアフラム形式の架構）は、比較例１の試験体（通しダイアフラム形式の架構）とほぼ同程度の剛性であった。

図１０、１１（比較例２）及び図１２、１３（比較例３）より、水平スチフナ１８に生じている応力を比較することから分かるように、比較例３の剛性が比較例２の剛性より大きくなった（比較例３の剛性が比較例１の剛性とほぼ同程度であった）のは、パネル１２ａの中間部に設けた水平スチフナ１８が作用しているためである。

また、実施例１の試験体（パネル１２ａの両端部分の内側に水平スチフナ１８を溶接接合するとともに、梁１３をパネル１２ａ（仕口コア１２の側面）に溶接接合した際に形成される間隙Ｋに水平ハンチ３０を設置したノンダイアフラム形式の架構）は、比較例３と同様に、比較例１の試験体（通しダイアフラム形式の架構）とほぼ同程度の剛性であった。

図１０、図１１（比較例２）及び図１４、図１５（実施例１）より、パネル１２ａに生じている応力を比較することから分かるように、実施例１の剛性が、比較例３と同様に、比較例１の剛性とほぼ同程度であった（実施例１の剛性が比較例２の剛性より大きくなった）のは、水平ハンチ３０を間隙Ｋ（梁端）に設けることで、パネル１２ａに生じる応力が小さくなり、パネル１２ａの側面の面外変形が小さくなったためである。

以上のように、柱梁接合構造１０においては、仕口コア１２の外径Ｂｐとフランジ１３ａの幅Ｗとの差（Ｂｐ−Ｗ）に基づいて形成されるフランジ１３ａの一端側の端面と、仕口コア１２の側面（パネル１２ａ）との間の間隙Ｋ（梁１３におけるパネル１２ａとの溶接接合側の梁端）に、平板状の水平ハンチ３０を設けることから、架構の剛性を大きくすることができ、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有するノンダイアフラム形式の架構を構成することができる。すなわち、ノンダイアフラム形式を採用した建物の構造設計において、梁１３の梁端部を剛接合としてモデル化して構造計算することができる。

柱梁接合構造１０においては、パネル１２ａの両端部分の内側に加えて、パネル１２ａの中間部に水平スチフナ１８を設けることで、架構の剛性を大きくすることができ、通しダイアフラム形式の架構或いは内ダイアフラム形式の架構と同程度の剛性を有するノンダイアフラム形式の架構を構成することができる。すなわち、ノンダイアフラム形式を採用した建物の構造設計において、梁１３の梁端部を剛接合としてモデル化して構造計算することができる。

１０柱梁接合構造
１１Ａ、１１Ｂ柱シャフト（柱部）
１２仕口コア（仕口部）
１２ｂ隅角部分
１３梁（梁部）
１３ａフランジ
１３ｂウェブ
１８水平スチフナ（補強板材）
３０水平ハンチ
Ｂｐ仕口コアの外径
Ｋ間隙
Ｒ_０Ｒ止まり
Ｒ_１頂点
Ｒ_２中間位置
Ｗフランジの幅

Claims

冷間ロール成形の角形鋼管により構成される柱部と、
一対のフランジと、前記フランジを連結するウェブと、を有するＨ形鋼により構成される梁部と、
熱間成形の角形鋼管により構成され、前記柱部と前記梁部との接続部分となるノンダイアフラム形式の仕口部と、
を備える柱梁接合構造であって、
前記仕口部の両側における開口端部の端面に、前記柱部が溶接接合されるとともに、その両端の開口端部の内側に、四角形状の補強板材が、前記開口端部の端面と面一となるように溶接接合され、
前記梁部は、前記フランジの一端側が前記ウェブの一端側より短く形成され、
前記仕口部の側面に溶接接合される前記梁部によって前記フランジの一端側の端面と、前記仕口部の側面との間に形成される間隙に、平板状の水平ハンチを設け、
前記水平ハンチは、
その一端面が前記フランジの一端側の端面に溶接接合され、
その他端面が、その両端のそれぞれを、前記仕口部の隅角部分の頂点と、前記頂点を含む隅角部分のＲ止まりと、の中間位置に配置して、前記仕口部の側面に溶接接合され、
前記水平ハンチが溶接接合される前記フランジの一端側の端面と、前記仕口部の側面との間の間隙は、前記仕口部の外径と前記フランジの幅との差に基づいて形成されること
を特徴とする柱梁接合構造。
前記柱部及び前記仕口部は、
前記柱部の外径Ｂと仕口部の板厚ｔｐとの比が１０≦Ｂ／ｔｐ≦１５となるように成形され、
前記仕口部の隅角部分の外側曲率半径が前記仕口部の板厚の１．５倍から２．５倍に成形されること
を特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。