JP5953871B2 - 柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造に関する。

従来、図１の概略側面図に示すような柱梁架構１においては、柱１０と鉄骨梁２０とを溶接等で剛接合している。例えば、同図１の例では、梁２０の本体をなすＨ形鋼の上下フランジ２０ｆ，２０ｆを柱１０のダイアフラム１２，１２等に溶接するとともに、同ウエブ２０ｗを、ガセットプレート３１等を介して柱１０に摩擦接合している。

そして、かかる柱梁架構１に、地震力や風荷重等の外力が水平方向に入力されると、それによる曲げモーメントは、図１中に併記するように、梁２０のスパン方向（梁２０の長手方向）の中央側よりも端側（以下、梁端側とも言う）の方で大きくなるため、梁端２０ｅｅにて応力が最大となり、結果、最初に梁端２０ｅｅで全断面降伏して損傷する。すなわち、この場合、梁２０の全体強度を決定する断面位置は、梁端２０ｅｅとなる。なお、以下では、最初に全断面降伏して梁２０の全体強度を決定する断面位置のことを「危険断面位置」とも言う。

そして、かかる危険断面位置に、上述のような溶接部が存在していると、当該溶接部は脆性破壊し易いことから、柱梁架構１の瞬時倒壊の虞がある。

このような梁端２０ｅｅでの脆性破壊を防ぐ方法の一例として、図２Ａの斜視図に示すように、梁２０の本体をなすＨ形鋼の端部に水平ハンチ２５を設けて梁２０の端部２０ｅの断面積を増大することが挙げられる（特許文献１）。そして、この方法によれば、水平ハンチ２５による断面積増大作用に基づいて、端部２０ｅの断面に作用する応力は低減されるので、危険断面位置は、図２Ｂの上面図に示すように、溶接部の在る梁端２０ｅｅから、梁２０のスパン方向の中央側へ寄った位置に変わる。すなわち、危険断面位置は、水平ハンチ２５における中央側の端２５ｅｅの位置に移動する。そして、同位置には溶接部が概ね無いことから、脆性破壊起因の柱梁架構１の瞬時倒壊を有効に防ぐことができる。

特開２０００−３０９９８０号公報

ところで、上述のような水平ハンチ２５を具備した梁２０にあっては、その断面形状が、水平ハンチ２５におけるスパン方向の中央側の端２５ｅｅの位置で急変することになる。すなわち、同位置を起点として梁幅方向の寸法が拡大していて、これにより断面の断面積が急増している。以下、この断面形状が急変する位置のことを「断面急変位置」と言うが、この断面急変位置では剛性が急変することから、断面の一部たる図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分、つまり断面急変位置のうちの隅角部Ａに局所的に応力が集中して、当該隅角部Ａに大きな塑性ひずみが集中して生じ得る（図７ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。すると、当該隅角部Ａで集中的に亀裂が発生・進展し得て、その結果、梁２０の全体強度の低下を招く虞がある。すなわち、梁幅方向に一様に応力が作用する前提で設計した曲げモーメントの計画値よりも小さい曲げモーメントで梁２０が破損する虞がある。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、水平ハンチ等が設けられて断面積が増大した断面積増大部を端部に有する鉄骨梁と柱とを剛接合する柱梁接合構造において、断面積増大部に隣接する断面急変位置のうちの隅角部に局所的に生じる応力集中を軽減することにある。

かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも梁幅方向に拡幅して断面積が増大した断面積増大部と、を有し、
前記断面積増大部のうちで前記基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分に貫通孔が形成されており、
前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
前記基準断面部は、前記Ｈ形鋼であり、
前記断面積増大部は、前記Ｈ形鋼のフランジにおける梁幅方向の各端縁に、平面視矩形状の水平ハンチを溶接して形成されており、
前記水平ハンチに前記貫通孔が形成されていることを特徴とする。

上記請求項１に示す発明によれば、断面積増大部のうちで梁幅方向の外方に突出した部分に貫通孔が形成されているので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差が縮小される。よって、基準断面部と断面積増大部との境界位置、すなわち断面急変位置における隅角部の応力集中を軽減可能となる。

請求項２に示す発明は、請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
前記柱と前記鉄骨梁との接合部は、少なくとも一部が溶接部であり、
前記接合部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記基準断面部と前記断面積増大部との境界位置の部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさ、及び前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする。

上記請求項２に示す発明によれば、柱と鉄骨梁との接合部が全断面降伏するよりも先に、基準断面部と断面積増大部との境界位置の部分の方が全断面降伏するか、或いは、柱と鉄骨梁との接合部が全断面降伏するよりも先に、断面積増大部のうちで貫通孔が形成された部分が全断面降伏する。よって、柱と鉄骨梁との接合部が有する溶接部に起因した脆性破壊は有効に回避される。

請求項３に示す発明は、請求項２に記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔は円孔であり、
前記境界部は、二直線が交差した形状の隅角部を有し、
前記境界部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする。

上記請求項３に示す発明によれば、断面積増大部のうちで貫通孔が形成された部分にも、貫通孔に起因して局所的に応力集中するが、この貫通孔は円孔なので、その応力の集中度合いは、基準断面部と断面積増大部との境界部における上記隅角部よりも軽度である。よって、貫通孔の形成部分で応力集中に起因して亀裂が発生することは、上記隅角部よりも起き難い。そして、上述のように曲げモーメントの大小関係を設定すれば、この亀裂が発生し難い貫通孔の形成部分の方が、境界部よりも先に全断面降伏するようになる。よって、梁が最初に全断面降伏する過程において亀裂起因で急速に梁が破損してしまう事態を有効に回避することができて、柱梁接合構造の安全性を高めることができる。

請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔としての円孔が、前記鉄骨梁の長手方向に並んで複数設けられており、
前記長手方向の柱側の端部に近づく程、前記円孔の孔径が小さくなっていることを特徴とする。

上記請求項４に示す発明によれば、長手方向に並ぶ円孔の孔径は、鉄骨梁の長手方向の柱側の端部に近づく程、小さくなっている。よって、地震時に鉄骨梁に作用する曲げモーメントの大きさが、梁の端部に向かうに従って漸増していることに対応させて、梁の端部寄りに位置する円孔の形成部分ほど、応力を負担可能な断面積が大きくなるように設計することができて、これにより、これら円孔が形成されている部分同士を、概ね同時に全断面降伏させることが可能となる。つまり、塑性ヒンジの形成タイミングを、これら複数の円孔の形成部分同士の間で概ね揃えることができる。その結果、地震時の振動エネルギー吸収性能に長けた柱梁接合構造となる。

請求項５に示す発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記貫通孔には、何も差し込まれていないことを特徴とする。

上記請求項５に示す発明によれば、貫通孔には何も差し込まれていないので、基準断面部と断面積増大部との間の剛性差を確実に縮小可能となる。

本発明によれば、水平ハンチ等が設けられて断面積が増大した断面積増大部を端部に有する鉄骨梁と柱とを剛接合する柱梁接合構造において、断面積増大部に隣接する断面急変位置のうちの隅角部に局所的に生じる応力集中を軽減することができる。

曲げモーメント図を併記した柱梁架構１の概略側面図である。 図２Ａは従来の柱梁接合構造の斜視図であり、図２Ｂは同上面図である。 図３Ａは、本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図であり、図３Ｂは、同概略上面図である。 単一部材で形成された断面積増大部２０ｅの概略斜視図である。 ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルである。 ＦＥＭ解析で検討した三つのケースの説明図であって、図６Ａは、第１比較例の無孔矩形ハンチケースの説明図であり、図６Ｂは、第２比較例の無孔台形ハンチケースの説明図であり、図６Ｃは、本実施形態に係る有孔矩形ハンチケースの説明図である。 無孔矩形ハンチケースの解析結果（相対比較用）である。 無孔台形ハンチケースの解析結果（相対比較用）である。 有孔矩形ハンチケースの解析結果（相対比較用）である。 無孔矩形ハンチケースの解析結果（絶対評価用）である。 無孔台形ハンチケースの解析結果（絶対評価用）である。 有孔矩形ハンチケースの解析結果（絶対評価用）である。 梁２０の曲げ耐力線と、柱梁架構１に地震力や風荷重等の水平外力が作用した際に梁２０に生じる曲げモーメントの分布と、を示すグラフである。 梁２０の曲げ耐力線と、柱梁架構１に地震力や風荷重等の水平外力が作用した際に梁２０に生じる曲げモーメントの分布と、を示すグラフである。 本実施形態の変形例の概略上面図である。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
図３Ａは、本実施形態に係る柱梁接合構造の外観斜視図であり、図３Ｂは、同概略上面図である。

図３Ａに示すように、柱１０は、例えば断面矩形形状の鋼製角パイプを本体とし、また、梁２０は鉄骨梁であって、この例では、断面Ｈ形形状のＨ形鋼を本体とする。そして、これら柱１０と梁２０とは互いに剛接合されている。すなわち、柱１０は、上下一対の通しダイアフラム１２，１２を有し、それぞれ対応する通しダイアフラム１２，１２に梁２０の上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆが溶接で連結されているとともに、梁２０のウエブ２０ｗは、柱１０の外周面１０ｓに一体に溶接されたガセットプレート３１に重ね合わされてボルト締結により摩擦接合されており、これにより、柱１０と梁２０とは剛接合されている。

なお、「剛接合」とは、モーメントを伝達可能な接合様式のことである。また、図３Ａの例では、当該剛接合に通しダイアフラム１２を用いていたが、剛接合が可能であれは何等これに限らず、外ダイアフラムを用いても良いし、或いはダイアフラムを用いずに柱１０の外周面１０ｓにフランジ２０ｆを溶接で直結しても良いし、更には、溶接に代えてボルト締結により摩擦接合しても良い。また、柱１０についても何等上記の角パイプに限るものではなく、梁２０を剛接合可能であれば、別の断面形状の柱や別の構造の柱を適用可能である。例えば断面形状が円形形状の鋼製丸パイプを用いても良いし、あるいはＣＦＴ（コンクリート充填鋼管）を使用しても良いし、更にはＲＣ造やＳＲＣ造の柱でも構わない。

梁２０は、柱１０との接合部の近傍部分２０ｅに、すなわちスパン方向の端部２０ｅに水平ハンチ２５，２５…を有している。かかる水平ハンチ２５，２５…は、既述のように梁２０の端部２０ｅの断面を増大して梁端２０ｅｅの接合部の損傷を防ぐものである。すなわち、梁２０において端部２０ｅよりもスパン方向の中央側に位置するＨ形鋼のみの部分を、梁２０の基準の断面形状をなす基準断面部２０ｂと定義した場合に、この基準断面部２０ｂよりも梁２０の端部２０ｅの断面積を増大する目的で同端部２０ｅを梁幅方向に拡幅すべく同端部２０ｅの一部として一体に設けられたものが、水平ハンチ２５，２５…である。

そして、かかる水平ハンチ２５は、例えば平面視矩形状の鋼板であり、上フランジ２０ｆ及び下フランジ２０ｆの梁幅方向の両側にそれぞれ水平に設けられている。詳しくは、上フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５は、それぞれ上フランジ２０ｆにおける梁幅方向の両側の側面（端縁に相当）に突き合わせられて溶接で一体に接合され、また、下フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５は、それぞれ下フランジ２０ｆにおける梁幅方向の両側の側面（端縁に相当）に突き合わせられて溶接で一体に接合されており、更に、上フランジ２０ｆ用及び下フランジ２０ｆ用の各水平ハンチ２５，２５…は、柱１０側の側面にて柱１０の通しダイアフラム１２，１２に溶接で一体に接合されている。

ちなみに、請求項に記載の構成との対応関係で言えば、図３Ｂに示すように、Ｈ形鋼に加えて水平ハンチ２５，２５…を具備する梁２０の端部２０ｅが、請求項に係る「梁幅方向に拡幅して断面積が増大した断面積増大部２０ｅ」に相当し、水平ハンチ２５が、「断面積増大部２０ｅのうちで基準断面部２０ｂよりも梁幅方向の外方に突出した部分２５」に相当する。更に、水平ハンチ２５における梁２０のスパン方向の中央側の端２５ｅｅの位置を起点として梁２０の断面積が増大しているので、この例では、この端２５ｅｅの位置が「断面急変位置」であり、そして、この断面急変位置は、請求項に係る「境界位置」、つまり「基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの境界位置」に相当する。

ここで本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、各水平ハンチ２５には、それぞれ、円孔２５ｈ（貫通孔に相当）が板厚方向（上下方向）に貫通形成されている。そして、これにより、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの剛性差を小さくして、断面急変位置の断面の一部たる図２Ａ及び図２Ｂ中のＡ点部分、つまり断面急変位置のうちの隅角部Ａに局所的に応力が集中することを防いでいる。

詳しく説明すると、先ず、図２Ｂの比較例のように水平ハンチ２５に円孔２５ｈが形成されていない場合には、既述のように、断面急変位置の隅角部Ａは、同断面急変位置のうちの隅角部Ａ以外の部分よりも大きな塑性ひずみが集中して生じる傾向にある（図７ＡのＦＥＭ解析結果を参照）。すると、同断面急変位置のうちで特に隅角部Ａに亀裂が発生・進展して、その結果、梁２０の全体強度の低下を招く虞がある。すなわち、梁幅方向に一様に応力が作用する前提で設計した曲げモーメントの計画値よりも小さい曲げモーメントで梁２０が破損する虞がある。

そして、かかる応力集中の原因としては、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの間で剛性差が大きいことが挙げられ、そのため、本実施形態では、断面積増大部２０ｅの水平ハンチ２５に円孔２５ｈを板厚方向に貫通形成することにより、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの剛性差を小さくして、隅角部Ａの応力集中の軽減を図っている。

なお、この例では、円孔２５ｈの開口形状を正円としているが、何等これに限らず、楕円や長円でも良いし、或いは、互いに曲率が異なる複数の円弧が組み合わされた円でも良い。但し、円弧の曲率が大きいと、当該円孔２５ｈにおける曲率の大きい部分に大きな応力集中が生じる虞があるため、この応力集中回避の観点からは、円孔２５ｈの曲率は、その全周に亘って小さい方が好ましい。

円孔２５ｈの孔径は、水平ハンチ２５のサイズやＨ形鋼の断面サイズにもよるが、例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲から選択される。

また、円孔２５ｈは、水平ハンチ２５からはみ出さずに、つまり水平ハンチ２５内に収まるように形成され、これにより、当該円孔２５ｈは、水平ハンチ２５を梁２０のフランジ２０ｆに溶接する溶接部を跨いでいない。よって、円孔２５ｈ起因の溶接部での応力集中を防ぐことができて、結果、溶接部での亀裂発生による脆性破壊は有効に防止される。

また、本実施形態では、水平ハンチ２５と梁２０のＨ形鋼とを別部材とし、同水平ハンチ２５を梁２０のＨ形鋼に溶接することで断面積増大部２０ｅを形成しているが、何等これに限るものではなく、断面積増大部２０ｅを単一部材で構成しても良い。例えば、図４の概略斜視図に示すように、梁２０のスパン方向の端部２０ｅよりも中央側部分の方のフランジ幅が狭くなるように、同中央側部分のフランジ２０ｆの梁幅方向の両端部の一部を切除して縮幅すれば、Ｈ形鋼の端部に単一部材からなる断面積増大部２０ｅが形成されることになる。但し、その場合には、水平ハンチ２５に円孔２５ｈを形成する際に梁２０全体をハンドリングしなければならず、当該円孔２５ｈの形成作業を行い難くなる。そのため、孔加工の容易性の観点からは、図３Ａの本実施形態のように水平ハンチ２５と梁２０のＨ形鋼とを別部材とするのが良い。すなわち、この場合には、水平ハンチ２５に円孔２５ｈを加工後に同水平ハンチ２５をＨ形鋼のフランジ２０ｆに溶接することができるので、水平ハンチ２５への円孔２５ｈの形成作業を容易に行うことができ、また円孔２５ｈの加工精度も向上する。

なお、望ましくは、スパン方向における円孔２５ｈの形成位置は、図３Ｂに示すように、梁端２０ｅｅに設定される梁２０と柱１０との接合部よりも断面急変位置の方に近づけると良く、このようにすれば、隅角部Ａへの応力集中の軽減効果をより高めることができる。

このような円孔２５ｈによる隅角部Ａの応力集中の軽減効果については、ＦＥＭ（有限要素法）解析で検討しているので、以下、これについて説明する。

図５に、ＦＥＭ解析に用いた柱梁接合構造モデルを示すが、この解析では、柱１０と梁２０との接合部の近傍部分を、上下方向、梁２０のスパン方向、及び梁幅方向の三方向のそれぞれについて半分だけ取り出して矩形要素で分割してモデル化している。また、地震力や風荷重等の水平方向の外力の作用状態を模擬すべく、梁２０のスパン方向の中央位置に上向きの荷重Ｐを加えて変形角Ｒ（＝δ／Ｌ）を変化させ、その時の相当塑性ひずみの変化を解析した。なお、変形角Ｒに係るδ及びＬは、それぞれ、上記中央位置の上方変位δ及び同中央位置から柱１０の芯までの距離Ｌである。また、解析に用いた柱１０、梁２０、水平ハンチ２５、円孔２５ｈの寸法等の各種諸元については、図５及び図６Ａ乃至図６Ｃ中に併記している。

ちなみに、この解析では、地震力等の水平方向の外力の向きを、前述の図１とは逆向きにしているため、図５の梁２０のスパン方向の略中央位置には上方の鉛直荷重Ｐが作用し、これにより、梁２０に作用する曲げモーメントの方向が、前述の図１とは逆になっているが、これらは、互いに曲げモーメントの反曲点位置（スパン方向の略中央位置）に関して点対称関係にある点で相違し、実質的には同じである。但し、このような上向きの鉛直荷重Ｐが作用する場合には、上フランジ２０ｆ及び上の水平ハンチ２５よりも、下フランジ２０ｆ及び下の水平ハンチ２５の方に大きな負荷が作用し、これにより下フランジ２０ｆ及び下の水平ハンチ２５の方が、塑性ひずみが大きくなる。よって、以下では、下フランジ２０ｆ及び下の水平ハンチ２５の塑性ひずみに着目して説明する。

図６Ａ乃至図６Ｃに検討ケースを示すが、三つのケースについて検討した。すなわち、第１比較例として図６Ａのように水平ハンチ２５が平面視矩形状で円孔２５ｈの無い「無孔矩形ハンチケース」と、第２比較例として図６Ｂのように水平ハンチ２５が平面視台形状で円孔２５ｈの無い「無孔台形ハンチケース」と、上記の本実施形態を模擬したケースとして図６Ｃのように水平ハンチ２５が平面視矩形状で円孔２５ｈを有する「有孔矩形ハンチケース」と、の三ケースについて検討した。なお、図６Ａの無孔矩形ハンチケースの水平ハンチ２５と、図６Ｃの有孔矩形ハンチケースの水平ハンチ２５とは、互いに外形寸法は同じである。また、図６Ｂの無孔台形ハンチケースの水平ハンチ２５は、図６Ａの無孔矩形ハンチケースの水平ハンチ２５から、スパン方向の中央側且つ梁幅方向の端側の角部２５ｃを、テーパー状に切り欠いたものである。

図７Ａ乃至図７Ｃに、変形角Ｒ＝０．０２（＝２％）とした場合の解析結果を示す。各図には、相当塑性ひずみの大きさ（％）が濃淡で示されている。つまり、濃い部分には、大きな相当塑性ひずみが生じており、薄い部分には、小さな相当塑性ひずみが生じていることを示している。そして、図７Ａが無孔矩形ハンチケースの解析結果であり、図７Ｂが無孔台形ハンチケースの解析結果であり、図７Ｃが有孔矩形ハンチケースの解析結果である。なお、これら図７Ａ乃至図７Ｃでは、三つのケースの相対比較を容易にする目的で、各図の右部の濃淡スケール（濃淡と塑性ひずみの大きさ（％）の対応関係）を互いに揃えている。

一方、図８Ａ乃至図８Ｃには、図７Ａ乃至図７Ｃと同じ解析結果をケース毎に絶対評価できるように濃淡のスケールを個別に拡縮調整したものを示している。そして、図８Ａが無孔矩形ハンチケースの解析結果であり、図８Ｂが無孔台形ハンチケースの解析結果であり、図８Ｃが有孔矩形ハンチケースの解析結果である。

図７Ａ乃至図７Ｃを参照すると、図７Ａの無孔矩形ハンチケース及び図７Ｂの無孔台形ハンチケースと比べて、図７Ｃの有孔矩形ハンチケースでは、断面急変位置の隅角部Ａの塑性ひずみが緩和されている。例えば図７Ａや図７Ｂでは、相当塑性ひずみの最大値が３．２８％であるのに対し、図７Ｃでは２．９９％となっており、約１０％減少している。また、図８Ｃを見ると、有孔矩形ハンチケースでは、円孔２５ｈの周囲の広い範囲に亘って塑性ひずみが分布しているのがわかる。
よって、水平ハンチ２５に円孔２５ｈを形成すれば、隅角部Ａ以外の部分にも広い範囲で応力を負担させて塑性ひずみを広範囲に分散させることが可能であり、その分だけ、隅角部Ａの塑性ひずみの集中が軽減されることが確認された。

ところで、既述のように、梁端２０ｅｅに位置する柱１０と梁２０との接合部は、大きな溶接部（通しダイアフラム１２とフランジ２０ｆ及び水平ハンチ２５との溶接部）を含んでいるので、この接合部が、梁２０のなかで比較的早期に全断面降伏する場合には、溶接部の脆性破壊に起因して柱梁架構１が瞬時倒壊する虞がある。そのため、上記梁端２０ｅｅの接合部を、梁２０のなかで相対的に遅いタイミングで全断面降伏するように設定しておくのが望ましく、本実施形態では、断面急変位置の部分及び円孔２５ｈの形成部分の両者がそれぞれ全断面降伏した後に、梁端２０ｅｅの接合部が全断面降伏するように設定している。

ここで、このように設定する方法について説明する。図９は、梁２０の曲げ耐力線（スパン方向の各位置の断面の曲げ耐力を、塑性断面係数等でモーメント換算したもの）と、柱梁架構１に地震力や風荷重等の水平外力が作用した際に梁２０に生じる曲げモーメントの分布と、を示すグラフである。なお、縦軸には、曲げ耐力線の大きさ、及び曲げモーメントの大きさを取っており、横軸には、梁端２０ｅｅからの梁２０のスパン方向の距離を取っている。なお、同図９中の下部には、横軸のスパン方向の距離に対応させて、梁２０の位置を具体的に示している。

同図９に示すように、梁端２０ｅｅから水平ハンチ２５の中央側の端２５ｅｅの位置たる断面急変位置までは、水平ハンチ２５の幅が一定であるため、円孔２５ｈの形成部分を除いて、曲げ耐力線の値は一定の第１所定値となっている。そして、円孔２５ｈの形成部分は、円孔２５ｈの分だけ断面が小さくなっているため、曲げ耐力線の値は、上記第１所定値よりも小さくなっている。また、断面急変位置よりも中央側では、水平ハンチ２５が無いことから、曲げ耐力線の値は、上記第１所定値よりも小さい第２所定値で一定になっている。

一方、梁２０に作用する曲げモーメントは、既述のように梁端２０ｅｅにおいて最大となり、スパン方向の中央側に向かうに従って梁端２０ｅｅからの距離に比例して所定の傾きで低下する（例えば、曲げモーメント（Ｉ）を参照）。そして、梁２０のスパン方向の中央位置に作用する鉛直荷重Ｐを増加すれば、曲げモーメントも、その傾きの大きさを変えることで図９のＩ→II→III→IVのように増加していくが、その増加の過程で、かかる曲げモーメントの値が曲げ耐力線を超えると、その超えた位置の部分が、超えた順番で順次全断面降伏することになる。

例えば、図９の場合には、最初に断面急変位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（II）を参照）、最初に断面急変位置の部分で全断面降伏し、次に円孔２５ｈの形成部分の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（III）を参照）、次に円孔２５ｈの形成部分で全断面降伏し、最後に梁端２０ｅｅの接合部の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（IV）を参照）、最後に梁端２０ｅｅの接合部で全断面降伏することになる。

よって、図９に示すような関係に予め曲げ耐力線を設定しておけば、梁端２０ｅｅの接合部は、断面急変位置の部分、及び円孔２５ｈの形成部分の両者がそれぞれ全断面降伏した後に、全断面降伏することになり、その結果、梁端２０ｅｅの接合部が含む溶接部に起因した脆性破壊は有効に抑制される。
そして、このような曲げ耐力線の関係は、接合部の位置たる梁端２０ｅｅに作用する曲げモーメントの大きさに着目すると、次のように表現することができる。

すなわち、「梁端２０ｅｅの接合部が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭｆ（IVの状態）よりも、断面急変位置の部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭｐ（IIの状態）、及び円孔２５ｈの形成部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントの大きさＭａ（IIIの状態）の方が小さくなるように、梁２０の断面寸法や円孔２５ｈの孔径、スパン方向の孔位置等が設計されている」と表現することができる。

なお、断面急変位置の部分と円孔２５ｈの形成部分との全断面降伏タイミングの前後関係については、望ましくは、円孔２５ｈの形成部分の方が先に全断面降伏すると良い。この理由は、次の通りである。

図９に示すように、断面急変位置の隅角部Ａの形状は、二直線が交差した形状になっているが、かかる尖った形状の隅角部Ａは、応力集中が大きくなり易い。これに対して、円孔２５ｈの形成部分にも応力集中するが、その形状は円弧という緩形状であるため、応力の集中度合いは、上述の隅角部Ａよりも格段に軽度である。そのため、円孔２５ｈの形成部分の方を先に全断面降伏させた方が、脆性破壊をより後に遅らせることができて、その方が柱梁架構１の安全上好ましく、かかる理由から、円孔２５ｈの形成部分の方を先に全断面降伏させるのが良いのである。

図１０は、このような前後関係に調整された曲げ耐力線のグラフである。そして、同グラフの場合において、曲げモーメントをＩ→II→III→IVのように増加していくと、その増加の過程で、最初に円孔２５ｈの形成部分の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（II）を参照）、最初に円孔２５ｈの形成部分で全断面降伏し、次に断面急変位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（III）を参照）、次に断面急変位置の部分で全断面降伏し、最後に梁端２０ｅｅの接合部の位置で曲げ耐力線を超えるので（曲げモーメント（IV）を参照）、最後に梁端２０ｅｅの接合部で全断面降伏することになる。

そして、このように円孔２５ｈの形成部分の方を先に全断面降伏させるような曲げ耐力線についても、梁端２０ｅｅに作用する曲げモーメントの大きさに着目すれば、次のように表現することができる。

すなわち、「断面急変位置の部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントＭｐの大きさ（IIIの状態）よりも、円孔２５ｈの形成部分が全断面降伏する時の梁端２０ｅｅでの曲げモーメントＭａの大きさ（IIの状態）の方が小さくなるように、梁２０の断面寸法や円孔２５ｈの孔径、スパン方向の孔位置等が設計されている」と表現することができる。

図１１は、本実施形態の変形例の概略上面図である。上述の実施形態では、水平ハンチ２５毎に円孔２５ｈを一つずつ貫通形成していたが、この変形例では、水平ハンチ２５毎に複数の一例として二つの円孔２５ｈａ，２５ｈｂをスパン方向に並べて形成している点で相違し、これ以外の点では同じである。そのため、以下の説明では、同一の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。

図１１に示すように、水平ハンチ２５には、大径の円孔２５ｈａと、この大径の円孔２５ｈａよりも小径の円孔２５ｈｂとが、スパン方向に並んで形成されている。そして、大径の円孔２５ｈａの方が、スパン方向の中央側に位置し、小径の円孔２５ｈｂの方が、スパン方向の端側（梁端２０ｅｅ側）に位置しているが、この理由は次の通りである。既述のように梁２０に作用する曲げモーメントの大きさは、梁端２０ｅｅに向かうに従って漸増しているが、これに対応させて、梁端２０ｅｅ寄りに位置する円孔２５ｈほど孔径を小さく設定すれば、円孔２５ｈの形成部分において応力を負担可能な断面積を、梁端２０ｅｅ寄りに位置する円孔２５ｈほど大きくすることができて、上述の曲げモーメントの漸増と相殺させることができる。そして、これにより、これら円孔２５ｈａ，２５ｈｂの形成部分同士を、概ね同タイミングで全断面降伏させることが可能となって、つまりこれら二つの部分に概ね同じタイミングで塑性ヒンジが形成されて、その結果、地震時の振動エネルギー吸収性能に長けた柱梁接合構造となるからである。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

上述の実施形態では、鉄骨梁２０としてＨ形鋼を本体としていたが、何等これに限るものではない。例えば、Ｃ形断面の溝形鋼を梁２０の本体としても良いし、矩形断面の鋼製角パイプを本体としても良い。なお、その場合には、これら溝形鋼や角パイプのみの部分が、「基準断面部」となり、そして、これら溝形鋼や角パイプのスパン方向の端部に水平ハンチ２５を溶接することで、同端部を、基準断面部よりも断面積が増大した「断面積増大部」に形成することができる。

上述の実施形態では、円孔２５ｈを貫通形成した水平ハンチ２５として平面視矩形状の水平ハンチ２５を例示したが、その平面形状は何等これに限るものではない。例えば、図６Ｂで例示したような平面視台形状の水平ハンチ２５に円孔２５ｈを貫通形成しても良いし、これ以外の平面形状でも構わない。

上述の実施形態では、水平ハンチ２５の円孔２５ｈ内へボルト等が差し込まれるのか否かについて述べていなかったが、この円孔２５ｈはボルト孔等ではなく、つまり円孔２５ｈ内には挿入物は一切挿入されない。そして、これにより、挿入物による円孔２５ｈの周囲部分の拘束は概ね無く、円孔２５ｈの周囲部分に応力が広く分散されるようになって、その結果、基準断面部２０ｂと断面積増大部２０ｅとの間の剛性差を確実に縮小可能となる。

１ 柱梁架構、１０ 柱、１０ｓ 外周面、１２ 通しダイアフラム、
２０ 梁（鉄骨梁）、２０ｂ 基準断面部、２０ｅ 端部（断面積増大部）、
２０ｅｅ 梁端、２０ｆ フランジ、２０ｗ ウエブ、
２５ 水平ハンチ（梁幅方向の外方に突出した部分）、
２５ｃ 角部、２５ｅｅ 端、
２５ｈ 円孔（貫通孔）、２５ｈａ 円孔（貫通孔）、２５ｈｂ 円孔（貫通孔）、
３１ ガセットプレート、
Ａ 隅角部（Ａ点部分）、

Claims (5)

1. 柱と鉄骨梁とが剛接合されてなる柱梁接合構造において、
   前記鉄骨梁は、該鉄骨梁の基準の断面形状をなす基準断面部と、前記基準断面部よりも前記鉄骨梁の端側に位置されつつ、前記基準断面部よりも梁幅方向に拡幅して断面積が増大した断面積増大部と、を有し、
   前記断面積増大部のうちで前記基準断面部よりも梁幅方向の外方に突出した部分に貫通孔が形成されており、
   前記鉄骨梁はＨ形鋼を本体とし、
   前記基準断面部は、前記Ｈ形鋼であり、
   前記断面積増大部は、前記Ｈ形鋼のフランジにおける梁幅方向の各端縁に、平面視矩形状の水平ハンチを溶接して形成されており、
   前記水平ハンチに前記貫通孔が形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 請求項１に記載の柱梁接合構造であって、
   前記柱と前記鉄骨梁との接合部は、少なくとも一部が溶接部であり、
   前記接合部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記基準断面部と前記断面積増大部との境界部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさ、及び前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。
3. 請求項２に記載の柱梁接合構造であって、
   前記貫通孔は円孔であり、
   前記境界部は、二直線が交差した形状の隅角部を有し、
   前記境界部が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさよりも、前記断面積増大部のうちで前記貫通孔が形成された部分が全断面降伏する時の梁端での曲げモーメントの大きさの方が小さくなるように断面設計されていることを特徴とする柱梁接合構造。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
   前記貫通孔としての円孔が、前記鉄骨梁の長手方向に並んで複数設けられており、
   前記長手方向の柱側の端部に近づく程、前記円孔の孔径が小さくなっていることを特徴とする柱梁接合構造。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
   前記貫通孔には、何も差し込まれていないことを特徴とする柱梁接合構造。