鉄骨構造における梁と柱のいくつかの一般的な剛結合形式

(1) 梁と柱の剛結合構造形式は図の 3 種類があります。

(2) 梁と柱の接続節点を計算する際には、主に以下の内容を確認します。

① 柱に梁を接続したときの梁の支持力、② 柱ウェブ部の局部圧縮耐力と柱フランジ板の剛性、③ 梁・柱節点部のせん断耐力。

(3) 梁と柱が剛結合する構造としては、I 形断面柱に枠梁を剛結合する構造と、箱型断面柱に枠梁を剛結合する構造がある。

フレームの梁と柱はしっかりと接続されています

② I 形断面柱と箱形断面柱を片持ち梁部で枠梁に接続する場合、構造上の対策は 2 つあります。

片持ち梁セクションがフレーム梁に接続された柱

耐震補強に基づいた構造で、梁と柱が強固に接続されている場合、柱が梁フランジの上下 500 mm に位置する節点範囲では、柱フランジと柱ウェブの間、またはボックス柱壁プレート間の結合溶接には完全貫通溝溶接を使用する必要があります。

(4) 梁と柱の剛結合部の耐震性能を向上させる構造対策 ① 骨形結合部

骨の形をした接合部は、梁を弱めることで梁と柱の接合部を保護します。

骨の形をした接続

梁端フランジにくさび形カバープレートを溶接

ビームの強度と剛性を低下させることなく、くさび形のカバー プレートがビーム端フランジを介して溶接されます。

(5) I 型断面柱は弱軸で主梁に強固に接続されています。

I 形断面柱を弱軸方向に主梁に剛結合する場合、柱の水平補剛リブを主梁フランジに対応する位置に設置し、柱の垂直連結板を梁高さの範囲内に設置する必要があります。その厚さは、それぞれビームフランジとウェブの厚さと同じである必要があります。柱の水平補剛材、柱フランジ、ウェブはすべて完全貫通溝溶接であり、垂直接続プレートと柱ウェブ間の接続は隅肉溶接です。主梁と柱の現場接続は図のとおりです。

梁と柱の間の関節接続

(1) 梁と柱の間のヒンジ接続は、梁ウェブ接続のみと梁フランジ接続のみに分けられます。

ビームウェブ接続のみ ビームフランジ接続のみ

上部の柱には補強板が突き出ています。補強プレートとビームのウェブは互いに接続されています。梁と柱は二重のカバープレートで接続されています。

(2) 柱が梁の弱軸にヒンジ接続されている場合は、補強板が柱から外側に伸びて梁ウェブと接続する場合と、梁と柱を二重のカバープレートで接続する場合に分けられます。

柱の接合部は通常、剛体接合部です。柱の接合部はフレームノードのプラスチックゾーンの外側、通常はフレームビームから約 1.3m 上にある必要があります。輸送の利便性や吊り上げ条件などを考慮して、柱の設置単位は3段1柱で長さ10～12m程度が一般的です。特定の設計と建設条件に応じて、柱の接続を溶接または高強度ボルトで固定することができます。

非耐震設計の軸方向圧縮柱や圧縮曲げ柱の場合、柱の曲げモーメントが小さく張力が発生しない場合は、柱の上端と下端を平らに削ってジャッキ加工し、この作業を柱の軸に対して垂直に保つ必要があります。柱の軸力と曲げモーメントの 25% がフライス加工された端部を介して伝達され、その時点で柱接合部は軸力と曲げモーメントの 75%、およびすべてのせん断力に耐えられるように設計できます。耐震設計を行う際、柱の接合部は柱断面と同等の強度となる原則に従って設計されます。

耐震設計条件下にない溶接接続の場合は、部分溶け込み溶接を使用できます。また、開先溶接の有効深さは板厚の 2 分の 1 未満であってはなりません。耐震補強が必要な溶接接続の場合は、完全溶け込み開先溶接を使用する必要があります。

柱接合部の部分溶け込み溶接

さまざまな断面柱の接合接続

I形断面柱の接合継手の場合、フランジは通常全溶け込み開先溶接の形式であり、ウェブは高力ボルトで接続できます。柱ウェブを溶接する場合、柱ウェブ上部に K 字型の溝ができるため、溶け込み具合が必要となります。全断面貫通を容易にするために、ボックス断面柱のすべての接合部を溶接する必要があります。

溶接部をボルト溶接する接続方式と、完全に溶接する全溶接形式。

ボックス柱の溶接継手

高層鉄骨造の箱型柱と下部鉄骨コンクリートの十字型柱を接続する場合、断面形状が変化する部分の力の伝達が滑らかで滑らかでなければならないことを考慮する必要があります。下の図に示すように、ボックス柱の力の一部はスタッドを介してコンクリートに伝達され、力の一部は下の十字型柱に伝達されます。 2 つのセクション間の接続点では、十字型の柱のウェブが箱型の柱の内部まで伸び、2 つのセクションの間に移行セクションが形成されます。延長長さは柱幅＋200mm以上（L≧B＋200mm）とし、移行部断面は畑状とします。トランジションセクションはメインビームの下にあり、メインビームに近接しています。

ジョイントは 2 つのセクションの上下の位置にあり、溶接スタッドを設定する必要があります。スタッドの間隔は移行セクションにおいて１５０ｍｍであることが好ましく、その値は２００ｍｍ以下である。十字型の柱の高さ全体に沿って、間隔は 300 mm を超えず、スタッドの列間隔についても同じことが当てはまります。

鉄骨コンクリートの十字柱の接合部は、高力ボルトで接続する場合、十字部のウェブの施工が非常に面倒なため、フランジとウェブの溶接に適しています。

ボックスコラムとクロスコラムの接続

可変断面柱の接合

柱の断面を変更する場合、通常、柱の断面高さは一定に保たれ、フランジの厚さのみが変更されます。柱断面の高さを変更する必要がある場合、柱の可変断面部分は工場で完成させ、梁と柱の接続節点は極力避けてください。側柱は偏心方式を採用することができ、吊り下げられた外壁パネルに影響を与えません。ただし、上下の支柱の偏心によって生じる追加の曲げモーメントを考慮する必要があります。センターコラムは偏心方式が採用可能です。水平補強材またはダイヤフラムを柱の可変断面に取り付ける必要があります。

偏心接続あり 偏心接続なし

梁間の接続には 2 つの状況があります。 1 つの状況は、主ビームが主ビームに接続されている場合であり、もう 1 つの状況は、副ビームが主ビームに接続されている場合です。

1. 異形断面柱の接合接続

建設現場で接合された主梁が梁と柱の間の完全溶接接合部に相当する場合、主に柱の外側の片持ち梁セクションと中央の梁セクションを接続するために使用され、次に柱間の密集した梁を備えたフレームチューブ構造の接続に使用されます。スプライス形式には、ボルト溶接接続、完全ボルト接続、および完全溶接があります。

2. 副ビームと主ビームの接続

設計状況では、二次梁と主梁の間の接続は一般にヒンジ方式で設計され、主梁が一次梁の支持点として機能し、二次梁は単純に支持された梁として扱うことができます。接続パターンは下図のとおりです。二次梁のウェブは、高強度ボルトを使用して主梁の垂直補強板に接続されます (図 a および b)。二次ビームの内力と断面積が小さい場合は、主ビームのウェブに直接接続することもできます (図 c)。

多数の二次ビームがまたがっており、それらのスパンと荷重が比較的大きい場合、二次ビームと主ビームの間の接続は剛接続として計画する必要があります。このとき、副梁は連続梁とみなすことができるため、副梁のたわみを低減し、鋼材を節約することができる。二次ビームと主ビームの間の剛結合を以下の図に示します。

副ビームと主ビーム間の強固な接続

3. 主梁横隅ブレース

ラテラルコーナーブレースは軸方向の圧縮部材として計算でき、その軸方向の圧力は次の式に従って計算されます。

横コーナーブレースの細さ比は、次の要件を満たす必要があります。

4. 梁ウェブ開口部の補強

パイプが通過し、梁ウェブに穴を開ける必要がある場合、穴の位置とサイズを使用して梁を補強するかどうかを決定する必要があります。円形の穴の直径が梁の高さの 1/3 以下で、穴の間隔が穴の直径の 3 倍以上で、梁端のスパンの 1/8 以内に穴を開けることを避ける場合は、補強を行う必要はありません。

開口部に補強が必要な場合、曲げモーメントは梁フランジで負担し、せん断力は開口部のウェブと穴周囲の補強板で負担します。円形の穴は、図に示すように、ケーシング、環状補強板、または梁ウェブ上の V 字型補強材を溶接することによって補強できます。

ビームウェブに長方形の穴を開けると、ウェブのせん断抵抗に大きな影響を与えます。開口部の周囲には補強板を配置する必要があり、開口部を貫通する縦補強板の長さは角穴の高さ以上である。以下に示すように、スチフナーの幅はビーム フランジの幅の 1/2 で、厚さはウェブと同じです。