特開 2022-154352 柱梁接合コア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154352

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】柱梁接合コア

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20221005BHJP

【ＦＩ】

E04B1/24 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057349

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006839

【氏名又は名称】日鉄建材株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】川端 洋介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 由悟

(57)【要約】

【課題】断面積の増加を抑制しつつ、柱梁接合構造の耐力を向上させることができる柱梁接合コアを提供する。
【解決手段】仕口部鋼管１０の内部には、互いに隣り合う一対の側壁部１１の全ての組み合わせに対して固定される四つの鋼製プレート１３が設けられる。各鋼製プレート１３は、上下方向から見て、一方の端部が一方の側壁部１１に傾斜した状態で固定され、他方の端部が他方の側壁部１１に傾斜した状態で固定される。従って、各鋼製プレート１３は、仕口部鋼管１０の四方の側壁部１１を内部側から補強することができる。鋼製プレート１３は、仕口部鋼管１０の面外変形の補助的な役割を果たすものであるため、過度に増肉しても、トータルの断面積の増加に対して、得られる耐力向上効果が低い。従って、断面積の増加を抑制しつつ高い耐力向上効果を得るために、鋼製プレート１３の板厚ｔｄは、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎよりも薄くしている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仕口部に四角形断面を有する仕口部鋼管を用いたノンダイアフラム工法の柱梁接合コアであって、
上側の上部鋼管及び下側の下部鋼管に接続され、前記四角断面の四辺を構成する四方の側壁部を有する前記仕口部鋼管を備え、
前記仕口部鋼管の内部には、互いに隣り合う一対の前記側壁部の全ての組み合わせに対して固定される四つの鋼製プレートが設けられ、
各鋼製プレートは、上下方向から見て、一方の端部が一方の前記側壁部に傾斜した状態で固定され、他方の端部が他方の前記側壁部に傾斜した状態で固定され、
前記仕口部鋼管の板厚は、前記上部鋼管及び前記下部鋼管の板厚よりも厚く、
前記鋼製プレートの板厚は、前記仕口部鋼管の板厚よりも薄い、柱梁接合コア。

【請求項2】

前記鋼製プレートの前記一方の端部の一方の前記側壁部に対する角度、及び前記鋼製プレートの前記他方の端部の他方の前記側壁部に対する角度は、４５°である、請求項１に記載の柱梁接合コア。

【請求項3】

前記仕口部鋼管の角部と前記鋼製プレートとの間には空隙が形成され、前記仕口部鋼管の外表面と、前記空隙を挟んでの前記鋼製プレートの固定位置との距離は、前記仕口部鋼管の板厚の２倍以上である、請求項１又は２に記載の柱梁接合コア。

【請求項4】

前記鋼製プレートは、前記仕口部鋼管に対し、鋼管軸方向に対して全長に取り付けられる、請求項１～３の何れか一項に記載の柱梁接合コア。

【請求項5】

前記鋼製プレートは、前記仕口部鋼管に対し、鋼管軸方向に対して一部に取り付けられる、請求項１～３の何れか一項に記載の柱梁接合コア。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柱梁接合コアに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の柱梁接合コアとして、特許文献１に示すような、仕口部に鋼製の四角形断面を有する仕口部鋼管を用いたノンダイアフラム工法の柱梁接合コアが知られている。柱梁接合コアは、上側の上部鋼管及び下側の下部鋼管同士を接続し、四角断面の四辺を構成する四方の側壁部を有する仕口部鋼管を備える。仕口部鋼管の肉厚は、上部鋼管及び下部鋼管の肉厚に比して大きく設定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－３０２８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、ノンダイアフラム工法の柱梁接合構造の終局耐力は，厚肉の仕口部鋼管の面外変形全塑性耐力と根抜け破断耐力の小さい方で決定される。面外変形全塑性耐力は、仕口部鋼管の板厚の増加に伴い増加する。一方で、根抜け破断耐力は仕口部鋼管の板厚が厚くなりすぎると、板厚全厚に応力が伝わらず、板厚増肉による根抜け破壊耐力の向上が小さくなる可能性がある。

【0005】

一方で、面外変形降伏耐力、及び面外変形全塑性耐力は、仕口部鋼管の板厚の増加に伴い耐力が増化するため、取り付く梁が大きくなればなるほど板厚を増肉する必要がある。根抜け破壊耐力を向上させる観点では板厚の増肉以外の補強等が望ましいが、面外変形降伏耐力、及び面外変形全塑性耐力を向上させる観点では、板厚を増肉させて耐力を向上させることが効率的のため、各観点の解決方法が相反する。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、断面積の増加を抑制しつつ、柱梁接合構造の耐力を向上させることができる柱梁接合コアを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る柱梁接合コアは、仕口部に四角形断面を有する仕口部鋼管を用いたノンダイアフラム工法の柱梁接合コアであって、上側の上部鋼管及び下側の下部鋼管に接続され、四角断面の四辺を構成する四方の側壁部を有する仕口部鋼管を備え、仕口部鋼管の内部には、互いに隣り合う一対の側壁部の全ての組み合わせに対して固定される四つの鋼製プレートが設けられ、各鋼製プレートは、上下方向から見て、一方の端部が一方の側壁部に傾斜した状態で固定され、他方の端部が他方の側壁部に傾斜した状態で固定され、仕口部鋼管の板厚は、上部鋼管及び下部鋼管の板厚よりも厚く、鋼製プレートの板厚は、仕口部鋼管の板厚よりも薄い。

【0008】

仕口部鋼管の板厚は、上部鋼管及び下部鋼管の板厚よりも厚い。従って、仕口部の板厚を上部鋼管及び下部鋼管の板厚と同じにする場合に比して、仕口部鋼管の板厚を厚くすることで、耐力を向上できる。これに対し、仕口部鋼管の内部には、互いに隣り合う一対の側壁部の全ての組み合わせに対して固定される四つの鋼製プレートが設けられる。各鋼製プレートは、上下方向から見て、一方の端部が一方の側壁部に傾斜した状態で固定され、他方の端部が他方の側壁部に傾斜した状態で固定される。従って、各鋼製プレートは、仕口部鋼管の四方の側壁部を内部側から補強することができる。このような鋼製プレートを設ける場合、単に仕口部鋼管の板厚を厚くするだけの場合に比して、効率よく耐力を向上できる。ここで、ノンダイアフラム工法の仕口部の耐力は、仕口部鋼管の側壁部の面外変形で負担する割合が高く、鋼製プレート、及び鋼製プレートによって面外変形を受ける側壁部と隣り合う面に力を流して負担する割合は大きくない。すなわち、鋼製プレートは、仕口部鋼管の面外変形の補助的な役割を果たすものであるため、過度に増肉しても、トータルの断面積の増加に対して、得られる耐力向上効果が低い。従って、断面積の増加を抑制しつつ高い耐力向上効果を得るために、鋼製プレートの板厚は、仕口部鋼管の板厚よりも薄くしている。以上より、断面積の増加を抑制しつつ、柱梁接合構造の耐力を向上させることができる。

【0009】

鋼製プレートの一方の端部の一方の側壁部に対する角度、及び鋼製プレートの他方の端部の他方の側壁部に対する角度は、４５°であってよい。この場合、各鋼製プレートの配置及び形状の対称性を確保することができる。従って、四方の側壁部の耐力を均等に向上することができる。また、仕口部に対して四方向から梁が取り付く可能性があるため、上記角度を４５°とすることで、仕口部を汎用品とすることができる。

【0010】

仕口部鋼管の角部と鋼製プレートとの間には空隙が形成され、仕口部鋼管の外表面と、空隙を挟んでの鋼製プレートの固定位置との距離は、仕口部鋼管の板厚の２倍以上であってよい。仕口部鋼管の形状や製造方法によっては、角部付近に鋼製プレートを溶接すると、施工性や構造的な性能が低下する可能性がある。そのため、仕口部鋼管の外表面と、空隙を挟んでの鋼製プレートの固定位置との距離は、仕口部鋼管の板厚の２倍以上として、ある程度離しておくことで、施工性及び構造的な性能の低下を抑制できる。

【0011】

鋼製プレートは、仕口部鋼管に対し、鋼管軸方向に対して全長に取り付けられてよい。この場合、仕口部鋼管の全長にわたって、耐力向上の効果を得ることができる。

【0012】

鋼製プレートは、仕口部鋼管に対し、鋼管軸方向に対して一部に取り付けられてよい。この場合、仕口部鋼管のうち、特に必要な箇所に限定して、耐力向上の効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、断面積の増加を抑制しつつ、柱梁接合構造の耐力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る柱梁接合コアを示す側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す柱梁接合コアの仕口部鋼管を上方から見た図である。

【図2】変形例に係る柱梁接合コアを示す側面図である。

【図3】図３（ａ）は、変形例に係る柱梁接合コアを示す側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す柱梁接合コアの仕口部鋼管を上方から見た図である。

【図4】解析のための試験体について説明した図である。

【図5】解析モデル及び解析結果を示す図である。

【図6】解析モデル及び解析結果を示す図である。

【図7】解析モデルを示す図である。

【図8】解析モデル及び解析結果を示す図である。

【図9】仕口部鋼管の製造例を示す図である。

【図10】解析モデル及び解析結果を示す図である。

【図11】解析モデルの各条件を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0016】

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る柱梁接合コア２００を示す側面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す柱梁接合コア２００の仕口部鋼管を上方から見た図である。図１（ａ）に示すように、柱梁接合構造１００は、柱１と、当該柱１に接合された梁２Ａ，２Ｂを備える。梁２Ａ，２Ｂは、仕口部３にて柱１と接合される。梁２Ａ，２Ｂは、断面Ｈ型の形状を有しており、上下のフランジ２ａ，２ｂと、フランジ２ａ，２ｂ同士を接続するウェブ部２ｃと、を備える。

【0017】

本実施形態では、仕口部３には、鋼製の四角形断面を有する仕口部鋼管１０を備える柱梁接合コア２００が用いられている。仕口部鋼管１０は、上側の上部鋼管４及び下側の下部鋼管６に接続される。ここで、上部鋼管４と仕口部鋼管１０との接続部分、下部鋼管６と仕口部鋼管１０との接続部分、及び仕口部鋼管１０の内部には、いずれにも柱１内部で水平に広がる隔壁であるダイヤフラムが設けられていない。このように、柱梁接合コア２００は、仕口部鋼管１０を用いたノンダイアフラム工法の柱梁接合コアとして構成される。

【0018】

図１（ｂ）に示すように、仕口部鋼管１０は、四角断面の四辺を構成する四方の側壁部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを有する。側壁部１１Ａ，１１Ｃは、互いに平行をなすように離間した状態で対向する。側壁部１１Ｂ，１１Ｄは、側壁部１１Ａ，１１Ｃと垂直をなし、互いに平行をなすように離間した状態で対向する。側壁部１１Ａと側壁部１１Ｂは互いに隣り合うように配置され、角部１２Ａにおいて互いに接続される。側壁部１１Ｂと側壁部１１Ｃは互いに隣り合うように配置され、角部１２Ｂにおいて互いに接続される。側壁部１１Ｃと側壁部１１Ｄは互いに隣り合うように配置され、角部１２Ｃにおいて互いに接続される。側壁部１１Ｄと側壁部１１Ａは互いに隣り合うように配置され、角部１２Ｄにおいて互いに接続される。仕口部鋼管１０は、角部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄにおいて所定の曲率にて丸み付けがなされている。なお、仕口部鋼管１０のサイズは特に限定されないが、一辺が１５０ｍｍ～１０００ｍの範囲で設定されてよい。

【0019】

なお、仕口部鋼管１０の製造時における製造方法は特に限定されない。例えば、図９（ａ）に示すように、仕口部鋼管１０が圧延材を四角形状とすることで形成されてもよい。この場合、圧延材の端部同士が溶接部２４にて固定される。または、図９（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、複数のボックス状の部材の端部同士を溶接部２４にて固定することで、仕口部鋼管１０を形成してもよい。

【0020】

仕口部鋼管１０の内部には、互いに隣り合う一対の側壁部の全ての組み合わせに対して固定される四つの鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが設けられる。仕口部鋼管１０には、互いに隣り合う一対の側壁部１１Ａ，１１Ｂに対して固定される鋼製プレート１３Ａが設けられる。仕口部鋼管１０には、互いに隣り合う一対の側壁部１１Ｂ，１１Ｃに対して固定される鋼製プレート１３Ｂが設けられる。仕口部鋼管１０には、互いに隣り合う一対の側壁部１１Ｃ，１１Ｄに対して固定される鋼製プレート１３Ｃが設けられる。仕口部鋼管１０には、互いに隣り合う一対の側壁部１１Ｄ，１１Ａに対して固定される鋼製プレート１３Ｄが設けられる。

【0021】

鋼製プレート１３は、上下方向から見て、一方の端部が一方の側壁部１１に傾斜した状態で固定され、他方の端部が他方の側壁部１１に傾斜した状態で固定される。具体的に、鋼製プレート１３Ａは、上下方向から見て、一方の端部１３Ａａが一方の側壁部１１Ａに傾斜した状態で固定され、他方の端部１３Ａｂが他方の側壁部１１Ｂに傾斜した状態で固定される。鋼製プレート１３Ｂは、上下方向から見て、一方の端部１３Ｂａが一方の側壁部１１Ｂに傾斜した状態で固定され、他方の端部１３Ｂｂが他方の側壁部１１Ｃに傾斜した状態で固定される。鋼製プレート１３Ｃは、上下方向から見て、一方の端部１３Ｃａが一方の側壁部１１Ｃに傾斜した状態で固定され、他方の端部１３Ｃｂが他方の側壁部１１Ｄに傾斜した状態で固定される。鋼製プレート１３Ｄは、上下方向から見て、一方の端部１３Ｄａが一方の側壁部１１Ｄに傾斜した状態で固定され、他方の端部１３Ｄｂが他方の側壁部１１Ａに傾斜した状態で固定される。

【0022】

本実施形態では、鋼製プレート１３Ａの端部１３Ａａ及び鋼製プレート１３Ｄの端部１３Ｄｂは、側壁部１１Ａの中央位置に溶接によって固定される。そのため、鋼製プレート１３Ａの端部１３Ａａ及び鋼製プレート１３Ｄの端部１３Ｄｂは、同一の溶接部１４Ａを介して側壁部１１Ａに固定される。鋼製プレート１３Ｂの端部１３Ｂａ及び鋼製プレート１３Ａの端部１３Ａｂは、側壁部１１Ｂの中央位置に溶接によって固定される。そのため、鋼製プレート１３Ｂの端部１３Ｂａ及び鋼製プレート１３Ａの端部１３Ａｂは、同一の溶接部１４Ｂを介して側壁部１１Ｂに固定される。鋼製プレート１３Ｃの端部１３Ｃａ及び鋼製プレート１３Ｂの端部１３Ｂｂは、側壁部１１Ｃの中央位置に溶接によって固定される。そのため、鋼製プレート１３Ｃの端部１３Ｃａ及び鋼製プレート１３Ｂの端部１３Ｂｂは、同一の溶接部１４Ｃを介して側壁部１１Ｃに固定される。鋼製プレート１３Ｄの端部１３Ｄａ及び鋼製プレート１３Ｃの端部１３Ｃｂは、側壁部１１Ｃの中央位置に溶接によって固定される。そのため、鋼製プレート１３Ｃの端部１３Ｃａ及び鋼製プレート１３Ｄの端部１３Ｄｂは、同一の溶接部１４Ｄを介して側壁部１１Ｄに固定される。

【0023】

なお、四つの鋼製プレート１３は、隣り合うもの同士の端部が一つの溶接部１４によって互いに固定されている。四つの鋼製プレート１３は、溶接される前は、互いに別体の板材として構成されたものである。すなわち、本実施形態は、例えば、溶接前から四角形断面に構成された小鋼管を仕口部鋼管１０に挿入して、小鋼管の角部を仕口部鋼管１０の内面に溶接するものとは異なるものである。

【0024】

ここで、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎは、上部鋼管４及び下部鋼管６の板厚ｔｃよりも厚い。仕口部鋼管１０の板厚ｔｎは、側壁部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの板厚である。特に限定されないが、板厚ｔｎは１５ｍｍ以上、好ましくは２５ｍｍ以上に設定され、１００ｍｍ以下、好ましくは５５ｍｍ以下に設定される。上部鋼管４及び下部鋼管６の板厚ｔｃは、上部鋼管４及び下部鋼管６の四方の側壁部の板厚である。特に限定されないが、板厚ｔｃは、「板厚ｔｎ＞板厚ｔｃ」の範囲で６ｍｍ以上、好ましくは９ｍｍ以上に設定され、６０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下に設定される。鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの板厚ｔｄは、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎよりも薄い。特に限定されないが、板厚ｔｄは、「板厚ｔｎ＞板厚ｔｄ」の範囲で６ｍｍ以上、好ましくは９ｍｍ以上に設定され、４０ｍｍ以下、好ましくは２８ｍｍ以下に設定される。

【0025】

本実施形態において、鋼製プレート１３の一方の端部の一方の側壁部１１に対する角度θ、及び鋼製プレート１３の他方の端部の他方の側壁部１１に対する角度θは、４５°である。具体的に、鋼製プレート１３Ａの一方の端部１３Ａａの一方の側壁部１１Ａに対する角度θ、及び鋼製プレート１３の他方の端部１３Ａｂの他方の側壁部１１Ｂに対する角度θは、４５°である。鋼製プレート１３Ｂの一方の端部１３Ｂａの一方の側壁部１１Ｂに対する角度θ、及び鋼製プレート１３の他方の端部１３Ｂｂの他方の側壁部１１Ｃに対する角度θは、４５°である。鋼製プレート１３Ｃの一方の端部１３Ｃａの一方の側壁部１１Ｃに対する角度θ、及び鋼製プレート１３Ｃの他方の端部１３Ｃｂの他方の側壁部１１Ｄに対する角度θは、４５°である。鋼製プレート１３Ｄの一方の端部１３Ｄａの一方の側壁部１１Ｄに対する角度θ、及び鋼製プレート１３Ｄの他方の端部１３Ｄｂの他方の側壁部１１Ａに対する角度θは、４５°である。

【0026】

ただし、角度θは必ずしも４５°に限定されず、梁２の取り付き方向や数量などに応じて、適宜変更してもよい。例えば、角度θを３０°以上に設定してよく、６０°以下に設定してもよい。

【0027】

仕口部鋼管１０の角部１２と鋼製プレート１３との間には空隙１６が形成される。具体的に、仕口部鋼管１０の角部１２Ａと鋼製プレート１３Ａとの間には空隙１６Ａが形成される。仕口部鋼管１０の角部１２Ｂと鋼製プレート１３Ｂとの間には空隙１６Ｂが形成される。仕口部鋼管１０の角部１２Ｃと鋼製プレート１３Ｃとの間には空隙１６Ｃが形成される。仕口部鋼管１０の角部１２Ｄと鋼製プレート１３Ｄとの間には空隙１６Ｄが形成される。

【0028】

仕口部鋼管１０の外表面と、空隙１６を挟んでの鋼製プレート１３の固定位置である溶接部１４との距離Ｌｄは、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎの２倍以上である。図１（ｂ）に示すように、側壁部１１Ａの外表面からの溶接部１４Ｂの距離Ｌｄは、当該外表面と、空隙１６Ａを挟んでの鋼製プレート１３Ａの溶接部１４Ｂとの間の距離によって定義される。当該距離は、側壁部１１Ａの外表面に対する垂直方向における距離である。側壁部１１Ａの外表面からの溶接部１４Ｄの距離Ｌｄは、当該外表面と、空隙１６Ｄを挟んでの鋼製プレート１３Ｄの溶接部１４Ｄとの間の距離によって定義される。側壁部１１Ｂの外表面からの溶接部１４Ａ，１４Ｃの距離Ｌｄは、当該外表面と、空隙１６Ａ，１６Ｂを挟んでの鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂの溶接部１４Ａ，１４Ｃとの間の距離によって定義される。側壁部１１Ｃの外表面からの溶接部１４Ｂ，１４Ｄの距離Ｌｄは、当該外表面と、空隙１６Ｂ，１６Ｃを挟んでの鋼製プレート１３Ｂ，１３Ｃの溶接部１４Ｂ，１４Ｄとの間の距離によって定義される。側壁部１１Ｄの外表面からの溶接部１４Ｃ，１４Ａの距離Ｌｄは、当該外表面と、空隙１６Ｃ，１６Ｄを挟んでの鋼製プレート１３Ｃ，１３Ｄの溶接部１４Ｃ，１４Ａとの間の距離によって定義される。本実施形態では、各溶接部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、各側壁部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの中央位置に設けられている。従って、距離Ｌｄは、仕口部鋼管１０の一辺あたりの寸法の約半分となる。

【0029】

図１（ａ）に示すように、鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、仕口部鋼管１０に対し、鋼管軸方向に対して全長に取り付けられる。すなわち、鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、仕口部鋼管１０の上端１０ａから下端１０ｂに至るまで鋼管軸方向（上下方向）に延びている。

【0030】

あるいは、図２に示すように、鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、仕口部鋼管１０に対し、鋼管軸方向に対して一部に取り付けられてよい。具体的には、仕口部鋼管１０は、上端１０ａ側に鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが設けれた第１の領域Ｅ１と、下端１０ｂ側に鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが設けれた第２の領域Ｅ２と、鋼管軸方向の中途位置に鋼製プレート１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが設けられていない第３の領域Ｅ３と、を有する。第１の領域Ｅ１は、上端１０ａから梁２Ａ，２Ｂの上側のフランジ２ａよりも下側まで延びる。第２の領域Ｅ２は、下端１０ｂから梁２Ａ，２Ｂの下側のフランジ２ｂよりも上側まで延びる。

【0031】

また、仕口部鋼管１０として、図３に示すものを採用してもよい。図１に示す仕口部鋼管１０では、隣り合う鋼製プレート１３同士は、側壁部１１の中央位置において同一の溶接部を介して固定されていた。これに代えて、図３に示す仕口部鋼管１０では、距離Ｌｄが、板厚ｔｃの２倍以上である範囲で、図１よりも短く設定されている。この場合、隣り合う鋼製プレート１３の端部は、側壁部１１に対して互いに離間した状態で固定されている。

【0032】

具体的に、鋼製プレート１３Ａは、角部１２Ａ付近において、側壁部１１Ａに対して溶接部１４Ａａを介して固定され、側壁部１１Ｂに対して溶接部１４Ａｂを介して固定される。鋼製プレート１３Ｂは、角部１２Ｂ付近において、側壁部１１Ｂに対して溶接部１４Ｂａを介して固定され、側壁部１１Ｃに対して溶接部１４Ｂｂを介して固定される。鋼製プレート１３Ｃは、角部１２Ｃ付近において、側壁部１１Ｃに対して溶接部１４Ｃａを介して固定され、側壁部１１Ｄに対して溶接部１４Ｃｂを介して固定される。鋼製プレート１３Ｄは、角部１２Ｄ付近において、側壁部１１Ｄに対して溶接部１４Ｄａを介して固定され、側壁部１１Ａに対して溶接部１４Ｄｂを介して固定される。図３に示す仕口部鋼管１０のその他の寸法関係、及び角度関係は、図１に示す仕口部鋼管１０と同様である。

【0033】

次に、本実施形態に係る柱梁接合コア２００の作用・効果について説明する。

【0034】

まず、従来のノンダイアフラム工法を用いた柱梁接合コアとして、仕口部が厚肉の仕口部鋼管のみを有し、内部に鋼製プレートが設けられていないものを挙げる。ノンダイアフラム工法の柱梁接合構造の終局耐力は，厚肉の仕口部鋼管の面外変形全塑性耐力と根抜け破断耐力の小さい方で決定される。面外変形全塑性耐力は、仕口部鋼管の板厚の増加に伴い増加する。一方で、根抜け破断耐力は仕口部鋼管の板厚が厚くなりすぎると、板厚全厚に応力が伝わらず、板厚増肉による根抜け破壊耐力の向上が小さくなる可能性がある（構造的要因）。

【0035】

その一方で、面外変形降伏耐力、及び面外変形全塑性耐力は、仕口部鋼管の板厚の増加に伴い耐力が増化するため、取り付く梁が大きくなればなるほど板厚を増肉する必要がある。根抜け破壊耐力を向上させる観点では板厚の増肉以外の補強等が望ましいが、面外変形降伏耐力、及び面外変形全塑性耐力を向上させる観点では、板厚を増肉させて耐力を向上させることが効率的のため、各観点の解決方法が相反する。このように、従来の柱梁接合コアでは、単に仕口部鋼管の板厚を増肉させるだけでは、所望の耐力を得ることが難しいという問題があった。

【0036】

更に、建築基準法では板厚４０ｍｍを超える鋼材は、設計基準強度（Ｆ値）を低減するように定められている。そのため、板厚が４０ｍｍを超えた断面の鋼材を用いる場合、断面積の増加分がダイレクトに設計耐力に反映されない。ただし、板厚４０ｍｍ以上の鋼材において、板厚４０ｍｍ以下の場合と同等の性能を有しているという国土交通大臣の認定を受けた場合はその限りでない。例えば、ＴＭＣＰプロセスを導入して圧延したＨ形鋼や鋼板で前述の認定を取得して基準強度の低減無しとして市場に流通している商品は多い。しかし、ＴＭＣＰプロセスを導入することで、従来の圧延方法よりも製造コストが掛かり、結果的に商品のコストも高くなるという問題が生じる傾向にある（材料的要因）。

【0037】

これに対し、本実施形態に係る柱梁接合コア２００では、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎは、上部鋼管４及び下部鋼管６の板厚ｔｃよりも厚い。従って、仕口部３の板厚ｔｎを上部鋼管４及び下部鋼管６の板厚ｔｃと同じにする場合に比して、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎを厚くすることで、耐力を向上できる。これに対し、仕口部鋼管１０の内部には、互いに隣り合う一対の側壁部１１の全ての組み合わせに対して固定される四つの鋼製プレート１３が設けられる。各鋼製プレート１３は、上下方向から見て、一方の端部が一方の側壁部１１に傾斜した状態で固定され、他方の端部が他方の側壁部１１に傾斜した状態で固定される。従って、各鋼製プレート１３は、仕口部鋼管１０の四方の側壁部１１を内部側から補強することができる。このような鋼製プレート１３を設ける場合、単に仕口部鋼管１０の板厚ｔｎを厚くするだけの場合に比して、効率よく耐力を向上できる。ここで、ノンダイアフラム工法の仕口部３の耐力は、仕口部鋼管１０の側壁部１１の面外変形で負担する割合が高く、鋼製プレート１３、及び鋼製プレート１３によって面外変形を受ける側壁部１１と隣り合う面に力を流して負担する割合は大きくない。すなわち、鋼製プレート１３は、仕口部鋼管１０の面外変形の補助的な役割を果たすものであるため、過度に増肉しても、トータルの断面積の増加に対して、得られる耐力向上効果が低い。従って、断面積の増加を抑制しつつ高い耐力向上効果を得るために、鋼製プレート１３の板厚ｔｄは、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎよりも薄くしている。以上より、断面積の増加を抑制しつつ、柱梁接合構造１００の耐力を向上させることができる。

【0038】

また、本実施形態に係る柱梁接合コア２００では、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎを必要以上に増加させる必要がないため、耐力を十分に確保した状態でも板厚ｔｎを４０ｍｍ以下に抑えることが可能となるため、前述のＴＭＣＰプロセスなどを導入して商品コストが高くなることを抑制することができる。以上より、前述の構造的要因、及び材料的要因の両問題を解決することが可能になる。

【0039】

鋼製プレート１３の一方の端部の一方の側壁部１１に対する角度θ、及び鋼製プレート１３の他方の端部の他方の側壁部１１に対する角度は、４５°であってよい。この場合、各鋼製プレート１３の配置及び形状の対称性を確保することができる。従って、四方の側壁部１１の耐力を均等に向上することができる。また、仕口部３に対して四方向から梁２が取り付く可能性があるため、上記角度θを４５°とすることで、仕口部３を汎用品とすることができる。

【0040】

仕口部鋼管１０の角部１２と鋼製プレート１３との間には空隙１６が形成され、仕口部鋼管１０の外表面と、空隙１６を挟んでの鋼製プレート１３の固定位置との距離Ｌｄは、仕口部鋼管１０の板厚の２倍以上であってよい。仕口部鋼管１０の形状や製造方法によっては、角部１２付近に鋼製プレート１３を溶接すると、施工性や構造的な性能が低下する可能性がある。そのため、仕口部鋼管１０の外表面と、空隙１６を挟んでの鋼製プレート１３の固定位置との距離Ｌｄは、仕口部鋼管１０の板厚ｔｃの２倍以上として、ある程度離しておくことで、施工性及び構造的な性能の低下を抑制できる。

【0041】

鋼製プレート１３は、仕口部鋼管１０に対し、鋼管軸方向に対して全長に取り付けられてよい。この場合、仕口部鋼管１０の全長にわたって、耐力向上の効果を得ることができる。

【0042】

鋼製プレート１３は、仕口部鋼管１０に対し、鋼管軸方向に対して一部に取り付けられてよい。この場合、仕口部鋼管１０のうち、特にＨ形鋼の梁フランジが取り付く位置などの必要な箇所に限定して、耐力向上の効果を得ることができる。

【0043】

次に、本実施形態に係る柱梁接合コア２００の効果を確認するための解析内容について説明する。図４（ａ）に示すように、ノンダイアフラム工法の仕口部３では，仕口部鋼管１０の側壁部１１の面外変形を介して梁２Ａ，２Ｂから柱１に力を伝える。これに対し、図４（ｂ）に示すように、面外変形による耐力を、Ｈ形鋼の梁２Ａ，２Ｂのフランジ２ａと仕口部鋼管１０の一部を抽出した要素の試験体２５０の一方向引張試で検証する方法が公知となっている（日本建築学会大会梗概／日鉄住金建材、ＪＦＥスチール）。当該試験方法を模擬した図４（ｂ）に示すモデルにおいて、仕口部鋼管１０および鋼製プレート１３をＳＮ４９０材、梁のフランジ２ａを模擬した加力板２０１および仕口部鋼管１０と加力板２０１の溶接部をＴＭＣＰ３８５材として有限要素法解析を実施し、各パラメータの「引張荷重」と鋼管壁の面外変形量を意味する「加力板と鋼管変位の相対変位」を比較した。その結果を図５（ｃ）に示す。なお，このとき加力板の板厚は４０ｍｍの板厚にて幅を２００ｍｍとしており、加力板２０１と仕口部鋼管１０の溶接部はＫ形開先として余盛高さは、片側１０ｍｍとした。

【0044】

比較例に係る試験体として、図５（ａ）に示すように、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎが４１ｍｍであり、鋼製プレート１３無しのものを準備した。実施例に係る試験体として、図５（ｂ）の仕口部鋼管１０の板厚ｔｎが３５ｍｍであり、鋼製プレート１３の板厚ｔｄが９ｍｍのものを準備した。これらの試験体についての荷重変位関係を比較した結果、図５（ｃ）に示すように、両者は同等の荷重変位関係であることが理解される。このとき、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す仕口部鋼管１０は断面積が同等であり、側壁部１１を薄くしても、鋼製プレート１３による方杖によって、耐力を確保できることが理解される。すなわち、鋼製プレート１３による方杖付きのノンダイアフラム仕口部とすることで，側壁部１１を薄くしながら、ノンダイアフラム工法仕口部の耐力を向上させることが可能であることが理解される。これにより、前述の構造的要因、及び材料的要因の厚肉化に関する問題を解決することができることが理解できる。なお、図５（ａ）（ｂ）において、寸法線が付されると共に、当該寸法線に対して数字が付されている。これらの数字は寸法の値を示しており、単位は「ｍｍ」である。例えば、仕口部鋼管１０の一辺の寸法として「４０２」と示されているが、これは仕口部鋼管１０の一辺が「４０２ｍｍ」であることを意味する。以降の図においても、同様である。

【0045】

更に、比較例に係る試験体として、図６（ａ）に示すように、図５（ａ）（ｂ）のものと断面積が同等で、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎが２５ｍｍで鋼製プレート１３の板厚ｔｄが４５ｍｍのものを準備した。この試験体についての荷重変位関係の比較を図６（ｂ）に示す。板厚ｔｄ＞板厚tｎである図６（ａ）の断面は、図５（ａ）（ｂ）の断面に比べて同変位時の荷重が低いことが理解される。これは、方杖付きのノンダイアフラム仕口部の耐力が、側壁部１１の面外変形で負担する割合が高く、鋼製プレート１３、及び鋼製プレート１３によって面外変形を受ける側壁部１１と隣り合う面に力を流して負担する割合は大きくないためである。鋼製プレート１３による効果はあるが、側壁部１１の面外変形の補助的な役割に過ぎず、トータルの断面積を少なく効率良く仕口部の耐力を向上させるには、鋼製プレート１３の板厚ｔｄは仕口部鋼管１０の板厚ｔｄより薄くする必要があることが理解できる。この解析より、板厚ｔｎ＞板厚ｔｄとすることによる効果が確認でき、板厚ｔｄ＞板厚ｔｎとすることの効果が薄いことを確認できる。

【0046】

試験体として、図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）に示すように、断面積が図５（ａ）と同等で、仕口部鋼管１０の板厚ｔｎが３５ｍｍにて統一し、鋼製プレート１３の板厚ｔｄを１１．５ｍｍ、１７．５ｍｍ、２７ｍｍとしたものを準備した。これらの試験体では、鋼製プレート１３の板厚が厚くなるほど、鋼製プレート１３が取り付く位置が仕口部鋼管１０の内角部に近づく断面となっている。このとき、すべての断面が図５（ａ）の仕口部鋼管１０の板厚ｔｎが４１ｍｍで鋼製プレート１３無しのものと同等の断面積である。これらの試験体についての図８（ｂ）に示す荷重変位関係を比較すると、同等の荷重変位関係であり、板厚ｔｎ＞板厚ｔｄであれば、鋼製プレート１３の位置が仕口部鋼管１０の内角部に近づいても、鋼製プレート１３を設けることによる耐力向上の効果がある点が確認される。

【0047】

なお、鋼製プレート１３の位置が仕口部鋼管１０の内角部に近づきすぎると、仕口部鋼管１０が圧延材の場合（図９（ａ）参照）は、内角部にぶつかるため溶接施工性が悪くなる場合があり、性能の担保が難しくなる場合がある。また、仕口部鋼管１０が四面ボックスの場合（図９（ｅ）参照）、鋼製プレート１３が角部の溶接部２４の熱影響部２４ａと交差することで、当該熱影響部２４ａの性能が低下することが懸念される。圧延材の内角部で板厚ｔｎが製造の最小値となることが多数のため、施工性と構造性能担保を考慮すると、仕口部外表面から鋼製プレート１３の溶接位置の距離Ｌｄが仕口部鋼管１０の板厚ｔｎの２倍以上離れていることが望ましい。

【0048】

試験体として、図１０（ａ）に示すように、鋼製プレート１３による方杖状の補強ではなく、仕口部鋼管１０の内部隅角部２５を増肉して図５（ａ）と断面積を同等としたものを準備した。図１０（ｂ）に示す荷重変位関係を比較すると、図１０（ａ）に示すものは図５（ａ）に示すものに比べて同変位時の耐力は若干低く、耐力の向上は見込めない。また、角部の板厚が極厚となるため、鋼製部材で板厚内部の材料特性を均一に製造することは極めて困難であり、ノンダイアフラム工法の仕口部材としては不向きである。

【0049】

図１１は、上述の各試験体の寸法、及び断面等の情報を詳細に記載した表である。

【0050】

本発明は、上述の実施形態及び変形例に限定されるものではない。上述の実施形態で説明した寸法、角度等は一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してよい。また、仕口部鋼管、鋼製プレートの形状等も適宜変更してよい。

【符号の説明】

【0051】

１…柱、２…梁、３…仕口部、４…上部鋼管、６…下部鋼管、１０…仕口部鋼管、１１…側壁部、１２…角部、１３…鋼製プレート、１６…空隙、２００…柱梁接合コア。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】