特許 6568376 柱継手構造の設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6568376

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】柱継手構造の設計方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20190819BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   E04B1/24 PESW

   E04B1/58 503F

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-71857(P2015-71857)

(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-191257(P2016-191257A)

(43)【公開日】2016年11月10日

【審査請求日】2018年3月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105843

【弁理士】

【氏名又は名称】神保 泰三

(72)【発明者】

【氏名】吉田 文久

(72)【発明者】

【氏名】平松 剛

【審査官】 佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０２１１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８００６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３６６９５８４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｂ １／２４

Ｅ０４Ｂ １／５８

Ｅ０４Ｃ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

十字形に設けた第１板部材の４箇所の各端に第２板部材を設けたクロスＨ形の鋼材からなる端部鋼材部と、この端部鋼材部に固定された方形のエンドプレートとを備える継手部が、上下に配置される柱部の互いに向かい合う各端部に接合されており、上記継手部同士が上記エンドプレートの四隅で相互にボルト・ナットによって接合される柱継手構造の設計方法であって、
上記エンドプレートに生じる降伏線として、
隣り合う第２板部材の端部側をそれぞれ通り上記エンドプレートの辺と平行で互いに直角に交差する線であって、この交差する点Ｂから上記エンドプレートの辺に至る互いに等しい長さの線ＡＢおよび線ＢＣと、
上記線ＡＢと平行となる上記ボルト・ナットに近接する線であって、上記点Ｂと上記エンドプレートの角とを結ぶ線と交差する点Ｅから上記エンドプレートの辺に至る長さの線ＤＥと、
上記線ＢＣと平行となる上記ボルト・ナットに近接する線であって、上記点Ｅから上記エンドプレートの辺に至る、上記線ＤＥと等しい長さの線ＥＦと、上記点Ｂと上記点Ｅとを結ぶ線ＢＥと、を設定し、
降伏線理論を用いて上記エンドプレートの耐力を算出し、上記エンドプレートが上記柱部に対して必要とされる耐力を備えるように設計することを特徴とする柱継手構造の設計方法。

【請求項2】

請求項１に記載の柱継手構造の設計方法において、上記線ＤＥは、上記ボルト・ナットの六角部の一つの面が上記線ＡＢに平行となるときの当該一つの面に接する位置から、上記ボルト・ナットの円形座金の外周に接する位置の範囲内に存在し、上記線ＥＦは、上記ボルト・ナットの六角部の一つの面が上記線ＢＣに平行となるときの当該一つの面に接する位置から、上記ボルト・ナットの円形座金の外周に接する位置の範囲内に存在することを特徴とする柱継手構造の設計方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の柱継手構造の設計方法において、上記の線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの各長さである、ＬＡＢ、ＬＢＣ、ＬＤＥ、ＬＥＦおよびＬＢＥを数２の式で与え、

【数2】

上記エンドプレートの板厚をｅｔとし、また、Ｆ値（基準強度）をｅＦとして、上記エンドプレートの局部耐力Ｐｐを数７の式で与え、

【数7】

上記局部耐力Ｐｐに基づく上記エンドプレートの面外曲げ耐力が、各柱部の降伏耐力の所定値を越えるように設計することを特徴とする柱継手構造の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、下側の柱部と上側の柱部を相互に連結する柱継手構造およびその設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下側の柱部と上側の柱部を相互に連結する柱継手構造の設計においては、当該柱継手構造を構成しているエンドプレートの面外曲げ耐力を求め、この面外曲げ耐力が柱部の降伏耐力の例えば１／２以上を満たすようにする設計方法がある。また、特許文献１には、降伏線理論を用い、ダイアフラム形式でかつ直筒状の接合部パネルを用いた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部につき、上部通しダイアフラムの接合部の耐力を精度良く予測する耐力予測方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２８９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来の柱継手構造の設計方法では、上記エンドプレートの面外曲げ耐力を求めるのに複雑な計算が必要であった。

【0005】

この発明は、上記の事情に鑑み、降伏線理論を用い、比較的簡単な計算により適切な耐力を有する柱継手構造を設計することを可能にする設計方法および柱継手構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明の柱継手構造の設計方法は、上記の課題を解決するために、十字形に設けた第１板部材の４箇所の各端に第２板部材を設けたクロスＨ形の鋼材からなる端部鋼材部と、この端部鋼材部に固定された方形のエンドプレートとを備える継手部が、上下に配置される柱部の互いに向かい合う各端部に接合されており、上記継手部同士が上記エンドプレートの四隅で相互にボルト・ナットによって接合される柱継手構造の設計方法であって、
上記エンドプレートに生じる降伏線として、
隣り合う第２板部材の端部側をそれぞれ通り上記エンドプレートの辺と平行で互いに直角に交差する線であって、この交差する点Ｂから上記エンドプレートの辺に至る互いに等しい長さの線ＡＢおよび線ＢＣと、
上記線ＡＢと平行となる上記ボルト・ナットに近接する線であって、上記点Ｂと上記エンドプレートの角とを結ぶ線と交差する点Ｅから上記エンドプレートの辺に至る長さの線ＤＥと、
上記線ＢＣと平行となる上記ボルト・ナットに近接する線であって、上記点Ｅから上記エンドプレートの辺に至る、上記線ＤＥと等しい長さの線ＥＦと、
上記点Ｂと上記点Ｅとを結ぶ線ＢＥと、を設定し、
降伏線理論を用いて上記エンドプレートの耐力を算出し、上記エンドプレートが上記柱部に対して必要とされる耐力を備えるように設計することを特徴とする。

【0007】

上記の構成であれば、降伏線理論を用い、降伏線として線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの５本の線を設定するので、比較的簡単な計算により適切な耐力を有する柱継手構造を設計することが可能になる。

【0008】

上記線ＤＥは、上記ボルト・ナットの六角部の一つの面が上記線ＡＢに平行となるときの当該一つの面に接する位置から、上記ボルト・ナットの円形座金の外周に接する位置の範囲内に存在し、上記線ＥＦは、上記ボルト・ナットの六角部の一つの面が上記線ＢＣに平行となるときの当該一つの面に接する位置から、上記ボルト・ナットの円形座金の外周に接する位置の範囲内に存在するようにしてもよい。

【0009】

上記の線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの各長さである、Ｌ_ＡＢ、Ｌ_ＢＣ、Ｌ_ＤＥ、Ｌ_ＥＦおよびＬ_ＢＥを下記の数２の式で与え、

【数2】

上記エンドプレートの板厚を_ｅｔとし、また、Ｆ値（基準強度）を_ｅＦとして、上記エンドプレートの局部耐力Ｐ_ｐを数７の式で与え、

【数7】

上記局部耐力Ｐ_ｐに基づく上記エンドプレートの面外曲げ耐力が、各柱部の降伏耐力の所定値を越えるように設計するようにしてもよい。

【0010】

また、この発明の柱継手構造は、十字形に設けた第１板部材の４箇所の各端に第２板部材を設けたクロスＨ形の鋼材からなる端部鋼材部と、この端部鋼材部に固定された方形のエンドプレートとを備える継手部が、上下に配置される柱部の互いに向かい合う各端部に接合されており、上記継手部同士が上記エンドプレートの四隅で相互にボルト・ナットによって接合される柱継手構造であって、
上記エンドプレートに生じる降伏線として、
隣り合う第２板部材の端部側をそれぞれ通り上記エンドプレートの辺と平行で互いに直角に交差する線であって、この交差する点Ｂから上記エンドプレートの辺に至る互いに等しい長さの線ＡＢおよび線ＢＣと、
上記線ＡＢと平行となる上記ボルト・ナットに近接する線であって、上記点Ｂと上記エンドプレートの角とを結ぶ線と交差する点Ｅから上記エンドプレートの辺に至る長さの線ＤＥと、
上記線ＢＣと平行となる上記ボルト・ナットに近接する線であって、上記点Ｅから上記エンドプレートの辺に至る、上記線ＤＥと等しい長さの線ＥＦと、
上記点Ｂと上記点Ｅとを結ぶ線ＢＥと、を設定し、
上記の線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの各長さである、Ｌ_ＡＢ、Ｌ_ＢＣ、Ｌ_ＤＥ、Ｌ_ＥＦおよびＬ_ＢＥを数２の式で与え、

【数2】

上記エンドプレートの板厚を_ｅｔとし、また、Ｆ値（基準強度）を_ｅＦとして、上記エンドプレートの局部耐力Ｐ_ｐを数７の式で与え、

【数7】

上記局部耐力Ｐ_ｐに基づく上記エンドプレートの面外曲げ耐力が、各柱部の降伏耐力の所定値を越えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明であれば、降伏線理論を用い、上記降伏線として線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの５本の線を設定するので、適切な耐力を有する柱継手構造を比較的簡単な計算により設計することが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は本発明の実施形態に係る柱継手構造を示した概略の側面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図3】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図4】図１の柱継手構造に関して設定される降伏線を説明する説明図である。

【0013】

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示しているように、この実施形態にかかる設計の対象となる柱継手構造１は、下側の角鋼管柱部２と上側の角鋼管柱部３とを相互に接合するための継手構造であって、上記角鋼管柱部２の上端面に接合された第１継手部２０と、上記角鋼管柱部３の下端面に接合された第２継手部３０とを備えている。そして、上記第１継手部２０および第２継手部３０は、正方形状のエンドプレート２１、３１をそれぞれ有しており、これらエンドプレート２１、３１が互いに接し合った状態で、ボルト・ナット５によって相互に無溶接で接合される。上記ボルト・ナット５としては、丸頭の高力ボルトと丸座金付き六角ナットを用いることができる。なお、上記ボルトの頭形状は丸頭に限らず、六角頭でもよい。また、上記第１継手部２０と第２継手部３０の長短関係は上下逆にしても構わない。ただし、ナットを長い方の継手の側に位置させるようにするのがよい。

【0014】

上記第１継手部２０は、上記エンドプレート２１と、上記角鋼管柱部２の上端面に接合された方形のプレート２２と、これらのプレート２１、２２間に位置し、各プレート２１、２２に接合された端部鋼材部２３とからなる。そして、上記エンドプレート２１の４隅には、上記ボルト・ナット５が装着される貫通孔が形成されている。

【0015】

上記端部鋼材部２３は、図２に示すように、横断面が十字形となるように設けられたウェブ部（第１板部材）２３ｂの４箇所の各端に横断面が長方形板状のフランジ部（第２板部材）２３ａを設けたクロスＨ形の鋼材からなる。また、上記ウェブ部２３ｂは、その端側に位置する上記エンドプレート２１の辺に直角に交差するように配置されており、上記フランジ部２３ａは、その広幅の面が上記エンドプレート２１の辺と平行になるように配置される。そして、上記ウェブ部２３ｂとプレート２１、２２との接合、上記十字形に設けられたウェブ部２３ｂの交差箇所の接合および各ウェブ部２３ｂの端と上記フランジ部２３ａとの接合は、溶接によって行われている。

【0016】

また、各フランジ部２３ａの上下端面と上記プレート２１、２２との接合にも溶接が用いられる。さらに、この溶接が適切に行われるように、各フランジ部２３ａの裏面側には、裏当て板２３ｃが設けられる。この裏当て板２３ｃは、柱継手構造１の耐力には特に関係しない。また、この実施形態では、上記フランジ部２３ａは、上記正方形状のエンドプレート２１の各辺と面一となるようには設けられておらず、各辺から内側に入り込ませた状態で固定されており、例えば当該フランジ部２３ａに何らかの部材が装着されるような場合でも、この部材が上記エンドプレート２１の辺から突出しないか或いは突出量が少なくなるようにしている。もちろん、上記フランジ部２３ａは、上記正方形状のエンドプレート２１の各辺と面一となるように設けられてもよい。

【0017】

上記第２継手部３０は、上記エンドプレート３１と、上記角鋼管柱部３の上端面に接合された方形のプレート３２と、これらのプレート３１、３２間に位置し、各プレート３１、３２に接合された端部鋼材部３３とからなる。そして、上記エンドプレート３１の４隅には、上記ボルト・ナット５が装着される貫通孔が形成されている。

【0018】

上記端部鋼材部３３は、図３に示すように、横断面が十字形となるように設けられたウェブ部３３ｂの４箇所の各端に横断面が長方形板状のフランジ部３３ａを設けたクロスＨ形の鋼材からなる。また、上記ウェブ部３３ｂは、その端側に位置する上記エンドプレート３１の辺に直角に交差するように配置されており、上記フランジ部３３ａは、その広幅の面が上記エンドプレート３１の辺と平行になるように配置される。そして、上記ウェブ部３３ｂとプレート３１、３２との接合、上記十字形に設けられたウェブ部３３ｂの交差箇所の接合および各ウェブ部３３ｂの端と上記フランジ部３３ａとの接合は、溶接によって行われている。

【0019】

また、各フランジ部３３ａの上下端面と上記プレート３１、３２との接合にも溶接が用いられる。さらに、この溶接が適切に行われるように、各フランジ部３３ａの裏面側には、裏当て板３３ｃが設けられる。この裏当て板３３ｃは、柱継手構造１の耐力には特に関係しない。また、この実施形態では、上記フランジ部３３ａは、上記正方形状のエンドプレート３１の各辺と面一となるようには設けられておらず、各辺から内側に入り込ませた状態で固定されており、例えば当該フランジ部３３ａに何らかの部材が装着されるような場合でも、この部材が上記エンドプレート３１の辺から突出しないか或いは突出量が少なくなるようにしている。もちろん、上記フランジ部３３ａは、上記正方形状のエンドプレート３１の各辺と面一となるように設けられてもよい。

【0020】

また、上記端部鋼材部３３の高さは、上記ボルト・ナット５の装着ができる高さとされるが、上記端部鋼材部２３の高さは、上記ボルト・ナット５の締結工具の高さを考慮して設定されており、また、上記端部鋼材部２３のフランジ部２３ａの板厚は、上記端部鋼材部３３のフランジ部３３ａよりも厚くされているが、これに限らず、上記端部鋼材部２３のフランジ部２３ａの板厚と上記端部鋼材部３３のフランジ部３３ａの板厚は同じでもよい。

【0021】

次に、上記柱継手構造１の上記端部鋼材部２３における上記エンドプレート２１の面外曲げ耐力を降伏線理論によって求めることについて説明していく。図４に示すように、上記エンドプレート２１に生じる降伏線として、
隣り合うフランジ部２３ａの端面（端部側）をそれぞれ通り上記エンドプレート２１の辺と平行で互いに直角に交差する線であって、この交差する点Ｂから上記エンドプレート２１の辺に至る互いに等しい長さの線ＡＢおよび線ＢＣと、
上記線ＡＢと平行となる上記ボルト・ナット５に近接する線であって、上記点Ｂと上記エンドプレート２１の角とを結ぶ線と交差する点Ｅから上記エンドプレート２１の辺に至る長さの線ＤＥと、
上記線ＢＣと平行となる上記ボルト・ナット５に近接する線であって、上記点Ｅから上記エンドプレート２１の辺に至る、上記線ＤＥと等しい長さの線ＥＦと、
上記点Ｂと上記点Ｅとを結ぶ線ＢＥと、を設定する。

【0022】

ここで、上記線ＤＥは、上記ボルト・ナット５におけるナットの円形の座金５ａの外周に接する位置に設定しているが、これに限るものではなく、上記ボルト・ナット５における六角ナットの一つの面が上記線ＡＢに平行となるときの当該一つの面に接する位置に設定してもよい。また、上記線ＤＥは、上記座金５ａの外周に接する位置から、上記ボルト・ナット５における六角ナットの一つの面が上記線ＡＢに平行となるときの当該一つの面に接する位置の範囲内のいずれかの位置に設定してもよい。上記線ＥＦについても、上記と同様に設定することができる。

【0023】

上記柱継手構造１にかかる曲げの力に対し、上記ボルト・ナット５に伸びが生じないとして、上記の線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの回転角θを、以下の数１の式で与える。

【0024】

【数1】

【0025】

上記の線ＡＢ、線ＢＣ、線ＤＥ、線ＥＦおよび線ＢＥの長さを以下の数２の式で与える。

【数2】

【0026】

上記エンドプレート２１の板厚を_ｅｔとし、また、Ｆ値（基準強度）を_ｅＦとして、各降伏線の単位長さあたりの全塑性モーメント_ＬＭ_Ｐを以下の数３の式で与える。

【数3】

【0027】

各降伏線における内部仕事を以下の数４の式で与える。

【数4】

【0028】

降伏線における内部仕事の総和Ｅは、以下の数５の式で与えられる。

【数5】

【0029】

上記エンドプレート２１の面外曲げによる局部耐力をＰ_ｐとし、外力による仕事Ｗを以下の数６の式で与える。

【数6】

【0030】

内部仕事の総和Ｅと外力による仕事Ｗを等しいとすると、局部耐力Ｐ_ｐは、以下の数７の式が与えられる。

【数7】

【0031】

上記エンドプレート２１の局部降伏耐力Ｐ_ｙを以下の数８の式で与える。

【数8】

【0032】

上記エンドプレート２１の面外曲げ耐力_ｅＭ_ｙは、応力中心間距離をｌ_ｂとして、以下の数９の式による。

【数9】

【0033】

上記エンドプレート２１の面外曲げ耐力_ｅＭ_ｙが、上記角鋼管柱部２、３の降伏耐力の１／２（所定値）以上となるように、例えば、上記エンドプレート２１の板厚_ｅｔを決定することができる。

【0034】

同様に、上記端部鋼材部３３における上記エンドプレート３１の面外曲げ耐力を降伏線理論によって求め、上記エンドプレート３１の面外曲げ耐力が、上記角鋼管柱部２、３の降伏耐力の１／２（所定値）以上となるように、例えば、上記エンドプレート３１の板厚を決定することができる。なお、上記エンドプレート２１と上記エンドプレート３１とにおいて、一方が上記ボルト・ナット５におけるボルトの丸頭の径を基準に線ＤＥ、線ＥＦを設定し、他方がナットの座金の径を基準に線ＤＥ、線ＥＦを設定する等の相違が生じてもよい。

【0035】

上記の設計方法によれば、降伏線理論を用い、降伏線として上記５本の線を設定するので、比較的簡単な計算により適切な耐力を有する柱継手構造を設計することが可能になる。また、このような設計で必要とされる耐力を得た柱継手構造は、板厚を過剰に厚くすることなく、軽量化および低コスト化が図れることになる。なお、上記の設計方法は、上記フランジ部２３ａ、３３ａが上記正方形状のエンドプレート２１、３１の各辺と面一となる場合と内側に入り込ませる場合のどちらにも用いることができる。

【0036】

なお、上記の例では、上記フランジ部（第２板部材）２３ａの形状を、上記ウェブ部（第１板部材）２３ｂと交差する方向に長い横断面長方形状としたが、これに限らず、上記エンドプレート２１の辺に近い側の辺が長く、上記ウェブ部２３ｂ側の辺が短い横断面台形状とすることもできる。また、このような横断面台形状のフランジ部２３ａとする場合は、「隣り合うフランジ部２３ａの端部側をそれぞれ通り上記エンドプレート２１の辺と平行で互いに直角に交差する線」における端部側は、例えば、上記長い方の辺と短い方の辺の差分の中間位置とする等、端部近傍とすればよい。上記フランジ部（第２板部材）３３ａにおいても同様である。

【0037】

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 柱継手構造
２ 下側の角鋼管柱部
２０ 第１継手部
２１ エンドプレート
２２ プレート
２３ 端部鋼材部
２３ａ フランジ部（第２板部材）
２３ｂ ウェブ部（第１板部材）
３ 上側の角鋼管柱部
３０ 第２継手部
３１ エンドプレート
３２ プレート
３３ 端部鋼材部
３３ａ フランジ部（第２板部材）
３３ｂ ウェブ部（第１板部材）
５ ボルト・ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】