2024-162747 梁接合構造及び梁接合構造の性能向上方法

(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】P2024162747

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】梁接合構造及び梁接合構造の性能向上方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20241114BHJP

   E04B 1/24 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 506S

E04B1/24 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078607

(22)【出願日】2023-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤本 佳和

(72)【発明者】

【氏名】高稻 宜和

(72)【発明者】

【氏名】久保田 淳

(72)【発明者】

【氏名】上瀧 敬太

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA04

2E125AA14

2E125AB01

2E125AB16

2E125AG45

2E125AG50

2E125CA90

(57)【要約】

【課題】スカラップを有する梁接合構造において、梁に早期に亀裂が生じることを抑制する。
【解決手段】鋼製の柱１０に接合される鋼製の梁２０の接合構造１００において、梁２０は、Ｈ形鋼材により形成され、梁２０のウェブ部２３は、柱１０に対向する端面２３ａから下側フランジ２１に向かって切り欠かれた下側スカラップ２５ａと、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６と、減厚部２６に貫通して形成された開口部４０と、を有し、開口部４０は、ウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に設けられる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造であって、
前記梁は、一対のフランジ部と前記一対のフランジ部に挟まれたウェブ部とを有するＨ形鋼材により形成され、強軸方向が鉛直方向に沿うように前記柱に接合され、
前記ウェブ部は、
前記柱に対向する端面から前記一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップと、
前記下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部と、
前記減厚部に貫通して形成された開口部と、を有し、
前記開口部は、前記ウェブ部の前記端面から前記梁の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に設けられる、
梁接合構造。

【請求項2】

前記所定の距離は、前記梁の材軸方向における前記減厚部の長さの半分以上の大きさに設定される、
請求項１に記載の梁接合構造。

【請求項3】

前記下側フランジの上面から前記開口部の下端までの高さは、前記下側フランジの上面から前記減厚部の下端までの高さよりも低く設定される、
請求項１または２に記載の梁接合構造。

【請求項4】

前記開口部の最大外径の大きさは、前記下側スカラップの鉛直方向における最大高さよりも小さく設定される、
請求項１または２に記載の梁接合構造。

【請求項5】

前記開口部は楕円状の孔である、
請求項１に記載の梁接合構造。

【請求項6】

前記開口部は、長軸方向が、鉛直方向に対して所定の角度で前記ウェブ部の前記端面とは反対側に傾斜する傾斜線に沿うように設けられる、
請求項５に記載の梁接合構造。

【請求項7】

前記開口部は、前記梁の材軸方向において、前記減厚部と、前記減厚部が形成されていない前記ウェブ部と、に跨って設けられる、
請求項１，２，５及び６の何れか１つに記載の梁接合構造。

【請求項8】

前記開口部は複数の貫通孔であり
前記複数の貫通孔は、鉛直方向に対して所定の角度で前記ウェブ部の前記端面とは反対側に傾斜する傾斜線に沿って配置される、
請求項１または２に記載の梁接合構造。

【請求項9】

鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造の性能向上方法であって、
前記梁が、一対のフランジ部をウェブ部に溶接接合することにより形成され、その強軸方向が鉛直方向に沿うように前記柱に接合され、前記ウェブ部が、前記柱に対向する端面から前記一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップを有する、梁接合構造の性能を向上する方法において、
前記下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部を前記ウェブ部に形成する工程と、
前記ウェブ部の前記端面から前記梁の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に、前記減厚部を貫通する開口部を形成する工程と、を有する、
梁接合構造の性能向上方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造及び接合構造の性能向上方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、鋼製の柱に接合されるＨ形鋼材製の梁のウェブ部にスカラップを設けた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－６８３８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の梁接合構造のように、鋼製の柱に対して梁のフランジ部を連続溶接するために、梁のウェブ部にはフランジ部に向かって切り欠かれた略四分円形状のスカラップが一般的に設けられる。このように梁のウェブ部にスカラップが設けられた構成では、地震等によって梁に鉛直方向荷重や捩じり荷重が作用すると、スカラップ周辺に応力が集中することによって梁のフランジ部に早期に亀裂が生じるおそれがある。

【0005】

本発明は、スカラップを有する梁接合構造において、梁に早期に亀裂が生じることを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造であり、梁は、一対のフランジ部と一対のフランジ部に挟まれたウェブ部とを有するＨ形鋼材により形成され、強軸方向が鉛直方向に沿うように柱に接合され、ウェブ部は、柱に対向する端面から一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップと、下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部と、減厚部に貫通して形成された開口部と、を有し、開口部は、ウェブ部の端面から梁の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に設けられる。

【0007】

また、本発明は、鋼製の柱に接合される鋼製の梁の接合構造の性能向上方法であり、梁が、一対のフランジ部をウェブ部に溶接接合することにより形成され、その強軸方向が鉛直方向に沿うように柱に接合され、ウェブ部が、柱に対向する端面から一対のフランジ部のうち鉛直方向下方に配置される下側フランジに向かって切り欠かれた下側スカラップを有する、梁接合構造の性能を向上する方法において、下側スカラップから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部をウェブ部に形成する工程と、ウェブ部の端面から梁の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に、減厚部を貫通する開口部を形成する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、スカラップを有する梁接合構造において、梁に早期に亀裂が生じることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る梁接合構造の側面図である。

【図2】梁において生じる亀裂の進行について説明するための図である。

【図3】図１の矢印Ａで示される部分の拡大図である。

【図4】図３のＢ－Ｂ線に沿う立断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る梁接合構造の変形例の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る梁接合構造及び梁接合構造の性能向上方法について説明する。

【0011】

図１を参照して、本実施形態に係る梁接合構造１００について説明する。梁接合構造１００は、鉄骨造の建築物において、鋼製の柱１０に溶接接合される鋼製の梁２０の接合部の構造であり、以下では、図１に示すように、鉛直方向に沿って立設された柱１０に対して溶接接合される水平方向に沿って配置された梁２０の接合部の構造を例に説明する。図１は、本実施形態に係る梁接合構造１００を示す側面図である。なお、柱１０は、厳密に鉛直方向に沿ったものに限定されず、また、梁２０は、厳密に水平方向に沿って配置されたものに限定されない。また、柱１０と梁２０とは互いに直交して接合されるものに限定されない。

【0012】

柱１０は、図１に示されるように、角形鋼管により形成された鋼管部１１と、鉛直方向において鋼管部１１の間に設けられ、突合せ溶接によって鋼管部１１と一体化されるダイアフラム１２と、により構成された鋼管柱である。

【0013】

ダイアフラム１２は、いわゆる通しダイアフラムであり、鋼管部１１よりも一辺の長さが大きい略正方形の鋼板により形成される。ダイアフラム１２は、後述の梁２０の一対のフランジ部２１，２２の間隔に合わせて、鉛直方向に所定の間隔をあけて一対配置され、その厚さは、フランジ部２１，２２の板厚よりも所定の大きさだけ厚く設定されている。

【0014】

また、一対のダイアフラム１２間に配置される鋼管部１１には、図示しない高力ボルトを介して後述の梁２０のウェブ部２３と接合されるガセットプレート１４が鉛直方向に沿って溶接接合されている。

【0015】

なお、柱１０の構成は、上述の構成に限定されず、梁２０が溶接接合可能であればどのような構成であってもよく、例えば、Ｈ形鋼や円形鋼管で構成された鋼製柱や複数の等辺山形鋼を連結することにより構成されたトラス構造柱、鋼管内にコンクリートを流し込むことにより形成されたコンクリート充填鋼管柱であってもよい。また、ダイアフラム１２は、通しダイアフラムに限定されず、鋼管部１１の内側に溶接された内ダイアフラムであってもよいし、ダイアフラムが設けられない構成であってもよい。

【0016】

梁２０は、一対のフランジ部２１，２２と、一対のフランジ部２１，２２に挟まれたウェブ部２３と、を有するＨ形鋼材であって、一対のフランジ部２１，２２となる一対の鋼板がウェブ部２３となる鋼板に溶接接合されることによって形成された、いわゆるビルドＨ形鋼である。

【0017】

梁２０は、ウェブ部２３をガセットプレート１４に図示しない高力ボルトを介して仮接合した状態で、一対のフランジ部２１，２２をダイアフラム１２にそれぞれ溶接接合することによって柱１０に接合される。つまり、梁２０は、強軸方向が鉛直方向に沿った状態、すなわち、鉛直方向下方に配置された下側フランジ２１と鉛直方向上方に配置された上側フランジ２２とに挟まれたウェブ部２３が鉛直方向に沿って配置された状態で柱１０に接合される。

【0018】

なお、柱１０に対するウェブ部２３の接合は、高力ボルトによるボルト接合に限定されず、ウェブ部２３の端面２３ａを柱１０に直接溶接接合することにより行われてもよい。この場合、ガセットプレート１４は柱１０に設けられない。

【0019】

柱１０に対する梁２０の溶接接合は、具体的には、各フランジ部２１，２２の下面とダイアフラム１２の側面とに対して部分的に溶接固定された裏当て金３１を各フランジ部２１，２２の幅方向に沿って予め設けておき、裏当て金３１に沿って各フランジ部２１，２２とダイアフラム１２との対向部分を連続的に溶接する完全溶け込み溶接によって行われる。

【0020】

溶接が行われることによって、各フランジ部２１，２２とダイアフラム１２と裏当て金３１とにより囲まれた領域には、溶接部３２が形成されるが、この溶接部３２を各フランジ部２１，２２の幅方向に沿って連続して形成するために、ウェブ部２３には下側スカラップ２５ａ及び上側スカラップ２５ｂが予め形成されている。

【0021】

下側スカラップ２５ａは、下側フランジ２１とダイアフラム１２とが溶接される部分の近傍において、柱１０に対向するウェブ部２３の端面２３ａから下側フランジ２１に向かってウェブ部２３を略四分円形状に切り欠かくことにより形成された切り欠きである。下側スカラップ２５ａが設けられることで、下側フランジ２１とダイアフラム１２との間に溶接部３２を裏当て金３１に沿って連続的に形成することが可能である。

【0022】

一方、上側スカラップ２５ｂは、上側フランジ２２とダイアフラム１２とが溶接される部分の近傍において、柱１０に対向するウェブ部２３の端面２３ａから上側フランジ２２に向かってウェブ部２３を略四分円形状に切り欠かくことにより形成された切り欠きである。上側スカラップ２５ｂが設けられることで、上側フランジ２２の幅方向に沿って裏当て金３１を予め通しておくことが可能である。

【0023】

このようにウェブ部２３に下側スカラップ２５ａ及び上側スカラップ２５ｂを設けておくことによって、各フランジ部２１，２２をダイアフラム１２に対してそれぞれ連続溶接することが可能となり、柱１０と梁２０との接続強度を十分確保することができる。なお、溶接部３２の始端及び終端において溶接不良が生じることを防止するために、各フランジ部２１，２２の幅方向外側にエンドタブを設けてもよい。

【0024】

一方で、下側スカラップ２５ａがウェブ部２３に設けられた構成では、地震等によって梁２０に鉛直方向荷重や捩じり荷重が作用すると、ウェブ部２３を介して下側フランジ２１に荷重が伝達される際に、下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中し、応力集中部分を起点として下側フランジ２１に早期に亀裂が生じ、結果として、梁２０が早期に破断に至るおそれがある。

【0025】

特に、図２に示すように、下側フランジ２１とウェブ部２３とが溶接接合されるビルドＨ形鋼においては、ウェブ部２３の最も端面２３ａ側に形成される端面側溶接部２４ａの周辺、すなわち、下側フランジ２１に下側スカラップ２５ａの下端部が接合される部分の周辺には、直線状の溶接よりも作業時間が長くなる回し溶接が行われることによって、溶接熱影響部が比較的広い範囲に形成される。溶接熱影響部は溶接時の熱により母材が変質し脆化していることから、溶接熱影響部が形成された下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中すると、この部分を起点として下側フランジ２１に早期に亀裂が生じやすくなる。

【0026】

このような現象が生じることを避けるために、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６をウェブ部２３に設けて下側フランジ２１に接続されるウェブ部２３の断面積を小さくし、下側スカラップ２５ａの下端周辺に応力が集中してしまうことを抑制し、梁２０の塑性変形能力を向上させることが考えられる。

【0027】

また、減厚部２６をウェブ部２３に設けた場合、ウェブ部２３と下側フランジ２１とが減厚部２６を介して接続された部分、特に、下側フランジ２１とウェブ部２３とを梁２０の材軸方向（長手方向）に沿って隅肉溶接する際に形成された材軸方向溶接部２４ｂの余盛を切削することにより形成された部分は比較的脆弱な部分となるため、例えば、図２において端面側溶接部２４ａ側から矢印Ｒ１で示す方向に材軸方向溶接部２４ｂに沿って亀裂（図２中の破線）が進行しやすくなる。したがって、下側スカラップ２５ａから梁２０の材軸方向に沿って減厚部２６を所定の範囲にわたって形成することにより、梁２０の破断寿命を向上させることも期待される。なお、図２は、図１の矢印Ａで示される部分を拡大して示した拡大図であり、後述の開口部４０が設けられていない梁接合構造１００を示している。

【0028】

ここで、減厚部２６の端部に至った亀裂は、図２において矢印Ｒ２で示される方向や矢印Ｒ３で示される方向へとさらに進行する可能性がある。

【0029】

図２において矢印Ｒ２で示される方向、すなわち、ウェブ部２３に向かって亀裂が進行した場合、梁２０が破断に至ることが避けられるため、結果として、減厚部２６を設けたことによる梁２０の破断寿命の改善効果がさらに大きくなることが期待される。一方で、矢印Ｒ３で示される方向、すなわち、下側フランジ２１に向かって亀裂が進行した場合、梁２０が比較的早期に破断に至ることになるため、減厚部２６を設けたことによる梁２０の破断寿命の改善効果が小さくなってしまうおそれがある。

【0030】

そこで、本実施形態では、亀裂の進展を抑制することが可能な開口部４０を減厚部２６に設けている。

【0031】

減厚部２６は、図４に示されるように、その厚さｔ２が、ウェブ部２３の他の部分における板厚ｔ１、すなわち、ウェブ部２３を形成する鋼板の板厚ｔ１よりも薄くされた部分であり、図３に示されるように、梁２０の材軸方向（長手方向）に沿って下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって設けられる。なお、図３は、図１の矢印Ａで示される部分を拡大して示した拡大図であり、図４は、図３のＢ－Ｂ線に沿う断面を拡大して示した拡大断面図である。

【0032】

具体的には、減厚部２６の厚さｔ２は、例えばウェブ部２３の板厚ｔ１の半分以下に設定され、下側フランジ２１の上面２１ａからの鉛直方向における減厚部２６の上端高さＨ２は、例えば下側スカラップ２５ａの最大高さであるスカラップ高さＨ１から５ｍｍを超えない範囲に設定される。

【0033】

また、減厚部２６が設けられる部分のウェブ部２３の端面２３ａからの梁２０の材軸方向における長さＬ２、すなわち、減厚部２６が設けられる部分のうち梁２０の材軸方向においてウェブ部２３の端面２３ａから最も離れた部分までの端面２３ａからの長さＬ２は、例えばウェブ部２３の端面２３ａからの梁２０の材軸方向における下側スカラップ２５ａの最大長さであるスカラップ長さＬ１の２倍以上に設定される。

【0034】

なお、上述の減厚部２６の厚さｔ２、上端高さＨ２及び長さＬ２の設定範囲は例示であって、この範囲に限定されるものではなく、減厚部２６の厚さｔ２は、ウェブ部２３の元々の厚さよりも薄くなっていればよく、また、減厚部２６の上端高さＨ２は、ウェブ部２３の剛性が極度に低下しなければ、スカラップ高さＨ１から５ｍｍを超えていてもよいし、スカラップ高さＨ１と同等かこれよりも低くてもよい。

【0035】

また、図３及び図４に示されるように、減厚部２６は、ウェブ部２３と下側フランジ２１との接合部分に形成されるフィレットである材軸方向溶接部２４ｂに及んで設けられ、材軸方向溶接部２４ｂの一部を下側フランジ２１の上面２１ａとほぼ平行に切削加工等によって除去することにより形成される。つまり、減厚部２６は、図３及び図４に示されるように、下側フランジ２１の上面２１ａからの鉛直方向における減厚部２６の下端高さＨ３と、減厚部２６の上端高さＨ２との間に形成される。なお、減厚部２６の下端高さＨ３は、下側フランジ２１の上面２１ａとほぼ同一平面上に位置するが、図３及び図４では、減厚部２６の下端高さＨ３及び後述の開口部４０の下端までの下端高さＨ４をわかりやすくするために誇張して示している。

【0036】

このように形成された減厚部２６に対して、図３及び図４に示されるように、開口部４０が、ウェブ部２３の板厚方向に貫通して形成される。

【0037】

開口部４０は、中心位置Ｃ１が減厚部２６内に位置するようにウェブ部２３に形成された断面形状が楕円状の貫通孔であり、ウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向に所定の距離、具体的には、減厚部２６が設けられる部分の材軸方向における長さＬ２の半分の距離以上、離れた箇所に設けられる。

【0038】

また、開口部４０は、図３に示されるように、ウェブ部２３の端面２３ａから最も離れた減厚部２６の端部の鉛直方向線と、減厚部２６の下端の水平方向線との交点Ｐ１を含むように形成される。つまり、開口部４０は、減厚部２６が設けられる部分のうち、梁２０の材軸方向においてウェブ部２３の端面２３ａから最も離れた部分に設けられる。

【0039】

このように交点Ｐ１を含むように形成された開口部４０は、梁２０の材軸方向において、減厚部２６と、減厚部２６が形成されていないウェブ部２３とに跨るように形成されるとともに、下側フランジ２１の上面２１ａから開口部４０の下端までの下端高さＨ４が、下側フランジ２１の上面２１ａから減厚部２６の下端までの下端高さＨ３よりも低くなるように形成される。なお、材軸方向溶接部２４ｂの切削量が大きく、減厚部２６の下端高さＨ３が比較的小さい場合、開口部４０は、下端が下側フランジ２１の上面２１ａに接した状態、すなわち、開口部４０の下端高さＨ４がゼロとなるように形成される。

【0040】

ここで、交点Ｐ１は、減厚部２６が設けられる部分のうちウェブ部２３の端面２３ａから最も離れた部分にある点であることから、交点Ｐ１を含む開口部４０は、減厚部２６内においてウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向に最も離れた箇所において開口することになる。

【0041】

このようにウェブ部２３の端面２３ａから離れた場所に開口部４０を設けておくことにより、材軸方向溶接部２４ｂに沿って亀裂を十分に進展させることが可能になるとともに、開口部４０へと到達した亀裂の先端における応力集中を開口部４０で分散させ、亀裂が進展することを一時的に抑制することが可能となる。

【0042】

また、交点Ｐ１は、上述のように減厚部２６の下端の材軸方向溶接部２４ｂに沿って亀裂が進行した場合に亀裂が到達する可能性が高い箇所であることから、交点Ｐ１を含むように開口部４０を形成しておくことにより、開口部４０へと亀裂を確実に到達させることが可能となり、亀裂が下側フランジ２１に向かって進展してしまうことを抑制することができる。

【0043】

特に、図４に示されるように、下側フランジ２１の上面２１ａから開口部４０の中心位置Ｃ１までの中心高さＨ５を、減厚部２６の下端高さＨ３や下側フランジ２１の上面２１ａから減厚部２６内の材軸方向溶接部２４ｂの上端までの溶接高さＨ６よりも十分に高くし、開口部４０の下方側に亀裂が到達しやすくしておくことにより、開口部４０の下方へと到達した亀裂を、応力が分散された開口部４０の上方側、すなわち、ウェブ部２３側へと誘導することが可能である。

【0044】

これにより、ウェブ部２３に減厚部２６のみが設けられている場合と比較し、亀裂を十分に進展させた後、亀裂が下側フランジ２１に進展することが抑制されることになるため、梁２０の塑性変形能力及び破断寿命を向上させることができる。

【0045】

なお、減厚部２６に形成された開口部４０に亀裂が到達すると、下側フランジ２１に作用する軸方向荷重が増大し下側フランジ２１において局部座屈が生じる可能性が高まるものの、下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることは回避されることから、結果として、下側フランジ２１が破断することが回避され、梁２０の破断寿命を向上させることができる。

【0046】

また、開口部４０は、図３に示されるように、長軸方向が、鉛直方向に対して所定の角度でウェブ部２３の端面２３ａとは反対側に傾斜する傾斜線４０ａに沿うように形成される。鉛直方向に対する傾斜線４０ａの傾斜角度θは、例えば３０°から６０°、好ましくは４５°前後に設定される。

【0047】

ここで、開口部４０の断面形状が楕円形である場合、開口部４０によって一旦分散された亀裂先端の応力は、曲率が大きい長軸方向端部に集中しやすくなる。

【0048】

したがって、長軸方向が上述のように傾いた傾斜線４０ａに沿うように開口部４０を形成しておくことにより、材軸方向溶接部２４ｂに沿って進行した亀裂は、開口部４０へと到達した後、開口部４０の長軸方向へと誘導され、図３に矢印Ｒ２で示されるように、下側フランジ２１ではなく、ウェブ部２３に向かって進展しやすくなる。これにより下側フランジ２１が早期に破断することが回避されるため、梁２０の破断寿命をさらに向上させることができる。

【0049】

また、開口部４０の最大外径の大きさ、すなわち、開口部４０の長軸の長さは、下側スカラップ２５ａの鉛直方向における最大高さであるスカラップ高さＨ１よりも小さく、または、減厚部２６の鉛直方向における最大高さ（Ｈ２－Ｈ３）よりも小さく設定される。具体的には、スカラップ高さＨ１が３５ｍｍ程度である場合、開口部４０の長軸の長さは、２５ｍｍ前後に設定され、開口部４０の短軸の長さは、１０ｍｍ前後に設定される。

【0050】

このように開口部４０の最大外径の大きさを制限することにより、ウェブ部２３の剛性の低下を抑制しつつ、下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることを抑制し、梁２０の破断寿命を向上させることができる。

【0051】

上記形状の開口部４０は、減厚部２６と共に、梁２０が柱１０に溶接接合される前、または、梁２０が柱１０に溶接接合された後に、エンドミル等の一般的な工具を用いて形成することが可能であり、例えば、既に建築されている建築物の梁２０に減厚部２６及び開口部４０を後から加工することも可能である。

【0052】

このため、柱１０に接合済みの梁２０または柱１０に接合前の梁２０に対して、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６をウェブ部２３に形成する工程と、ウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に、減厚部２６を貫通する開口部４０を形成する工程と、を追加して施すことによって、上記構成の梁接合構造１００の性能を向上させることができる。

【0053】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0054】

上記構成の梁接合構造１００では、鋼製の柱１０に溶接接合されるＨ形鋼材により形成された梁２０のウェブ部２３に、下側スカラップ２５ａと、下側スカラップ２５ａから所定の範囲にわたって厚さが減少された減厚部２６と、減厚部２６に貫通して形成された開口部４０と、が設けられ、開口部４０は、ウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に設けられる。

【0055】

このように、減厚部２６に貫通して形成される開口部４０を、ウェブ部２３の端面２３ａから梁２０の材軸方向に所定の距離以上離れた箇所に設けておくことによって、下側フランジ２１とウェブ部２３との接続部に沿って亀裂を十分に進展させることが可能になるとともに、開口部４０へと到達した亀裂の先端における応力集中を開口部４０で分散させ、亀裂が進展することを一時的に抑制することが可能となる。これにより、ウェブ部２３に減厚部２６のみが設けられている場合と比較し、下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることが抑制されるため、梁２０の塑性変形能力及び破断寿命を向上させることができる。また、地震力に対する梁２０のエネルギー吸収性能が向上することで、上記構成の梁接合構造１００が適用された建築物の耐震性を向上させることができる。

【0056】

また、長軸方向が傾斜線４０ａに沿うように楕円状の開口部４０を形成しておくことにより、開口部４０に到達した亀裂を、下側フランジ２１ではなく、ウェブ部２３へと誘導することによって、梁２０の破断寿命をさらに向上させることができる。

【0057】

なお、次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の各実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0058】

上記実施形態では、開口部４０の断面形状は、楕円形である。これに代えて、開口部４０の断面形状は、単なる円形であってもよい。開口部４０が円形の貫通孔である場合も、上記実施形態と同様に、下側フランジ２１とウェブ部２３との接続部に沿って進展し開口部４０へと到達した亀裂の先端における応力集中は開口部４０において分散されることになるため、亀裂が進展することを一時的に抑制することが可能である。したがって、この場合も下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることが抑制されることで、梁２０の塑性変形能力及び破断寿命を向上させることができる。

【0059】

開口部４０を円形とした場合、その最大外径の大きさ、すなわち、直径の大きさは、下側スカラップ２５ａの鉛直方向における最大高さであるスカラップ高さＨ１よりも小さく、または、減厚部２６の鉛直方向における最大高さ（Ｈ２－Ｈ３）よりも小さく設定される。具体的には、スカラップ高さＨ１が３５ｍｍ程度である場合、開口部４０の直径の大きさは、１０ｍｍ～２５ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ前後に設定される。このように、開口部４０を円形の貫通孔とした場合、開口部４０が楕円状の貫通孔である場合と比較し、開口部４０をドリル等によって容易に形成することができる。

【0060】

また、上記実施形態では、開口部４０の中心位置Ｃ１は、減厚部２６内に位置している。これに代えて、開口部４０の少なくとも一部分が減厚部２６内において開口していれば、開口部４０の中心位置Ｃ１は、減厚部２６の外側に位置していてもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、開口部４０は、交点Ｐ１を含むように形成されている。これに代えて、開口部４０は、亀裂が到達しやすい位置において開口していれば、交点Ｐ１を含まなくともよい。なお、開口部４０をウェブ部２３の端面２３ａから近い位置に設けてしまうと、下側フランジ２１とウェブ部２３との接続部に沿って進展する亀裂の長さが短くなり、梁２０の破断寿命が短くなることから、開口部４０が設けられる位置は、減厚部２６が設けられる部分の材軸方向における長さＬ２の半分の距離以上、離れた箇所に設定される。また、開口部４０の中心位置Ｃ１を高くしすぎると開口部４０に亀裂が到達しにくくなることから、開口部４０の中心高さＨ５は、減厚部２６の上端高さＨ２の３分の２の高さよりも低く、好ましくは、減厚部２６の上端高さＨ２の半分の高さよりも低く設定される。

【0062】

また、上記実施形態では、開口部４０の下端高さＨ４は、減厚部２６の下端高さＨ３よりも低く設定されている。これに代えて、開口部４０の下端高さＨ４は、減厚部２６の下端高さＨ３と同じ高さに設定されてもよいし、減厚部２６の下端高さＨ３よりも高く設定されてもよい。なお、開口部４０の下端高さＨ４を高くしすぎると開口部４０に亀裂が到達しにくくなることから、開口部４０の下端高さＨ４は、減厚部２６の下端高さＨ３または減厚部２６内の材軸方向溶接部２４ｂの溶接高さＨ６から所定の高さを超えないように、例えば、減厚部２６の下端高さＨ３の２倍の高さよりも低く設定される。

【0063】

また、上記実施形態では、開口部４０は、単一の貫通孔である。これに代えて、開口部は、図５に示す変形例のように、複数の貫通孔４２，４３，４４からなるものであってもよい。図５は、図３に相当する梁接合構造１００の側面図である。なお、貫通孔の数は、３つに限定されず、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。

【0064】

図５に示す変形例では、複数の貫通孔４２，４３，４４は、鉛直方向に対して所定の角度でウェブ部２３の端面２３ａとは反対側に傾斜する傾斜線４１に沿うように形成される。鉛直方向に対する傾斜線４１の傾斜角度θは、例えば３０°から６０°、好ましくは４５°前後に設定される。なお、複数の貫通孔４２，４３，４４が配置される傾斜線４１は、直線に限定されず、下側フランジ２１からウェブ部２３へと曲線状に延びる線であってよい。

【0065】

また、複数の貫通孔４２，４３，４４のうち、最も下方に配置される第１貫通孔４２は、下端高さが、減厚部２６の下端高さＨ３よりも低くなるように形成され、最も上方に配置される第３貫通孔４４は、減厚部２６と、減厚部２６が形成されていないウェブ部２３とに跨るように形成される。

【0066】

このため、この変形例では、下側フランジ２１とウェブ部２３との接続部に沿って進展した亀裂は第１貫通孔４２に到達し、その後、第２貫通孔４３、第３貫通孔４４へと順に導かれ、さらに、図５に矢印Ｒ２で示されるように、下側フランジ２１ではなく、ウェブ部２３へと誘導される。これにより下側フランジ２１が早期に破断することが抑制されるため、上記実施形態と同様に、梁２０の破断寿命をさらに向上させることができる。

【0067】

また、複数の貫通孔４２，４３，４４が配置される範囲は、上記実施形態の開口部４０の最大外径の大きさ、すなわち、開口部４０の長軸の長さと同等に設定される。このように複数の貫通孔４２，４３，４４が配置される範囲の大きさを制限することにより、ウェブ部２３の剛性の低下を抑制しつつ、下側フランジ２１に早期に亀裂が生じることを抑制し、梁２０の破断寿命を向上させることができる。

【0068】

また、上記実施形態では、開口部４０及び減厚部２６は、下側スカラップ２５ａの周囲のみに設けられている。これに加えて、開口部４０及び減厚部２６は、上側スカラップ２５ｂの周囲に設けられていてもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、下側スカラップ２５ａの形状は、略四分円形状である。下側スカラップ２５ａの形状はこれに限定されず、異なる曲率の円弧が複数組み合わされた形状、例えば、半径１０ｍｍと半径３５ｍｍの円弧が組み合わされた形状であってもよく、下端位置よりもウェブ部２３の端面２３ａから離れている部分を有する形状となっていてもよい。

【0070】

また、上記実施形態では、梁２０は、ビルドＨ形鋼であるが、梁２０は、ウェブ部２３と、ウェブ部２３と一体化された下側フランジ２１と、を有する鋼材であればよく、例えば、圧延により形成されたＨ形鋼である、いわゆるロールＨ形鋼であってもよい。

【0071】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0072】

１００・・・梁接合構造
１０・・・柱
２０・・・梁
２１・・・下側フランジ
２１ａ・・・下側フランジ２１の上面
２３・・・ウェブ部
２３ａ・・・ウェブ部２３の端面
２４ａ・・・端面側溶接部
２４ｂ・・・材軸方向溶接部
２５ａ・・・下側スカラップ
２６・・・減厚部
４０・・・開口部
４０ａ・・・傾斜線
４１・・・傾斜線
４２，４３，４４・・・貫通孔（開口部）
Ｈ１・・・スカラップ高さ
Ｌ１・・・スカラップ長さ
ｔ１・・・ウェブ部２３の板厚
ｔ２・・・減厚部２６の厚さ
Ｈ２・・・減厚部２６の上端高さ
Ｌ２・・・減厚部２６の長さ
Ｈ３・・・減厚部２６の下端高さ
Ｈ４・・・開口部４０の下端高さ
Ｈ５・・・開口部４０の中心高さ
Ｈ６・・・減厚部２６の材軸方向溶接部２４ｂの高さ
Ｃ１・・・開口部４０の中心位置
Ｐ１・・・交点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】