JP2016120510A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業の効率の向上を図るとともに変形能力の向上を図る。【解決手段】下フランジの幅方向に延びる下フランジ外開先を下フランジに形成するとともに、ウェブの一部が下フランジ外開先の端よりも鉄骨柱側に位置するように鉄骨梁を加工するステップと、下フランジ外開先の裏側へ当てるための第一裏当て金及び第二裏当て金を下フランジ外開先に設けるステップであって、第一裏当て金と第二裏当て金とが幅方向においてウェブを挟んだ状態でウェブから見て互いに反対側に位置し、それぞれ鉄骨柱と下フランジ外開先との間の隙間を塞ぐように配置するステップと、第一裏当て金、第二裏当て金、及び、ウェブの一部によって形成された空間を溶接して埋めるステップと、第一裏当て金が当てられた下フランジ外開先の部位から第二裏当て金が当てられた下フランジ外開先の部位まで連続的に上向き溶接を行うステップと、を有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、接合方法に関する。特に、鉄骨柱と、上フランジと下フランジとウェブとを備えた鉄骨梁と、を接合する接合方法に関する。

当該接合方法としては、下フランジの幅方向に延びる開先を下フランジに形成し当該開先に対して溶接を行う手順を含むものが知られている。

特開平１０−２６３８１０号公報

しかしながら、上記手順においては、接合（溶接）作業の効率が良好でない場合があった。また、例えば鉄骨梁にスカラップを設けていると、地震時にスカラップの部位から亀裂が生じ、鉄骨梁の変形能力が低下するおそれがあった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、鉄骨柱と鉄骨梁とを接合する際の作業効率の向上を図るとともに鉄骨梁の変形能力の向上を図ることにある。

かかる目的を達成するため、本発明の接合方法は、鉄骨柱と、上フランジと下フランジとウェブとを備えた鉄骨梁と、を接合する接合方法であって、前記下フランジの幅方向に延びる下フランジ外開先を前記下フランジに形成するとともに、前記ウェブの一部が前記下フランジ外開先の端よりも前記鉄骨柱側に位置するように前記鉄骨梁を加工する鉄骨梁加工ステップと、前記下フランジ外開先の裏側へ当てるための第一裏当て金及び第二裏当て金を前記下フランジ外開先に設ける裏当て金配置ステップであって、前記第一裏当て金と前記第二裏当て金とが前記幅方向において前記ウェブを挟んだ状態で前記ウェブから見て互いに反対側に位置し、それぞれ前記鉄骨柱と前記下フランジ外開先との間の隙間を塞ぐように配置する裏当て金配置ステップと、前記第一裏当て金、前記第二裏当て金、及び、前記ウェブの一部によって形成された空間を溶接して埋める第１溶接ステップと、前記第一裏当て金が当てられた前記下フランジ外開先の部位から前記第二裏当て金が当てられた前記下フランジ外開先の部位まで連続的に上向き溶接を行う第２溶接ステップと、を有することを特徴とする。
このような接合方法によれば、鉄骨柱と鉄骨梁とを接合する際の作業効率の向上を図るとともに鉄骨梁の変形能力の向上を図ることができる。

かかる接合方法であって、裏当て金配置ステップでは、前記下フランジと前記ウェブとの接合部に前記第一裏当て金及び前記第二裏当て金がそれぞれ当接するように配置され、前記接合部に当接する前記第一裏当て金及び前記第二裏当て金の当接部は、テーパー形状であることが望ましい。
このような接合方法によれば、裏当て金（第一裏当て金及び第二裏当て金）を適切に配置することができる。

かかる接合方法であって、前記鉄骨梁加工ステップでは、前記鉄骨梁加工ステップでは、前記鉄骨柱と前記鉄骨梁とを接合した際に、前記鉄骨柱と前記ウェブの一部との間に水平方向の隙間、及び、鉛直方向の隙間が形成されように前記ウェブを加工することが望ましい。
このような接合方法によれば、鉄骨柱との干渉を避けることができる。

かかる接合方法であって、前記鉄骨梁加工ステップでは、前記ウェブの一部の角を斜め形状に加工することが望ましい。
このような接合方法によれば、鉄骨柱−ダイアフラム溶接部との干渉を避けることができる。

本発明によれば、鉄骨柱と鉄骨梁とを接合する際の作業効率の向上を図るとともに鉄骨梁の変形能力の向上を図ることができる。

比較例１に係る接合構造の概略側面図である。 比較例２に係る接合構造の概略側面図である。 図３Ａは、図２のＡ−Ａ矢視図である。図３Ｂは、図２のＢ―Ｂ矢視図である。 外開先周辺の拡大図である。図４の上図と下図は、それぞれ上フランジ外開先１３の拡大図と下フランジ外開先１５の拡大図である。 分割された裏当て金２２（分割裏当て金２４及び分割裏当て金２６）の形状を表した図である。 図６Ａは、本実施形態にかかる係る接合構造の概略側面図である。図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ矢視図である。 図６Ａの一点鎖線で囲む部分の拡大図である。 図８Ａは、図７のＡ−Ａ矢視図、図８Ｂは図７のＢ−Ｂ矢視図、図８Ｃは図７のＣ−Ｃ矢視図、図８Ｄは図７のＤ−Ｄ矢視図である。 本実施形態の裏当て金３０の斜視図である。 本実施形態における梁端加工のフロー図である。 図１１Ａ〜図１１Ｄは、梁端加工の状態を示す図である。 現場における鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合手順を示すフロー図である。 図１３Ａ〜図１３Ｃは、鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合の状態を示す図である。 性能評価実験の試験体を示す図である。 性能評価実験の載荷スケジュールを示す図である。 実験により得られた荷重Ｑ-梁塑性率μ関係を示す図である。 性能評価実験の評価結果の説明図である。

本実施形態について説明する前に、まず比較例について説明する。

＝＝＝比較例１＝＝＝
図１は、比較例１に係る接合構造の概略側面図である。

この接合構造は、鉄骨造１における接合構造であり、当該鉄骨造１は、上下方向（鉛直方向）に延びる鉄骨柱５と水平方向に延びる鉄骨梁１０により構成されている。すなわち、図１に示すように、長手方向が上下方向に沿った鉄骨柱５に、長手方向が水平方向に沿った鉄骨梁１０が接合されている。

鉄骨柱５は、図１に示すように、柱本体６と当該柱本体６を貫通するダイアフラム７とを備えている。すなわち、鉄骨造１における柱梁接合形式は、所謂梁貫通形式（通しダイアフラム形式）となっている。

また、鉄骨柱５にはガセットプレート４０が備えられている。ガセットプレート４０は矩形状の薄板であり、当該ガセットプレート４０の短手方向一端が、鉄骨柱５に取り付けられている。そして、ガセットプレート４０とウェブ１６とがウェブ１６（ガセットプレート４０）の厚み方向（法線方向）において重なるように配置され、８個の高力ボルト４５により摩擦接合されている（したがって、ガセットプレート４０の一方の面とウェブ１６の一方の面が接触している）。

鉄骨梁１０は、Ｈ形鋼であり、図１に示すように、フランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）とウェブ１６を有している。

上フランジ１２と下フランジ１４には、それぞれ溶接（具体的には、突き合わせ溶接）を行うための開先（つまり、上フランジ１２や下フランジ１４の幅方向に延びる開先）が形成されている。比較例１において上フランジ１２の開先は外側（上側）に向かって開いた開先（外開先）であり、下フランジ１４の開先は内側（上側）に向かって開いた開先（内開先）である。以下、上フランジ１２の開先（外開先）のことを、上フランジ外開先１１３と呼び、下フランジ１４の開先（内開先）のことを、下フランジ内開先１１５と呼ぶ。

また、ウェブ１６には、スカラップ１０２が設けられている。
スカラップ１０２は、溶接（アーク溶接）をウェブ１６近傍で行う際に、溶接トーチのウェブ１６との物理的干渉を回避するためのものである。比較例１においてスカラップ１０２は、ウェブ１６の上側であって上フランジ外開先１１３と対向する位置、及び、ウェブ１６の下側であって下フランジ内開先１１５と対向する位置に設けられている。

また、ダイアフラム７とフランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）との接続部分には裏当て金２０が設けられている。
裏当て金２０は、鉄等の金属製の薄板であり、ダイアフラム７とフランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）との突き合わせ溶接を行った際に溶融物がダイアフラム７とフランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）の隙間から漏れないようにするためのものである。かかる漏れの発生を防ぐために、フランジの開先の裏側へ当てるための裏当て金２０が開先に対応させて設けられている。すなわち、上フランジ外開先１１３の裏側へ当てるための裏当て金２０が上フランジ外開先１１３に対応させて設けられ、下フランジ内開先１１５の裏側へ当てるための裏当て金２０が下フランジ内開先１１５に対応させて設けられている。

ここで、下フランジ１４の開先が内開先（下フランジ内開先１１５）となっているのは、下向き溶接（アーク溶接）を行うためである。

なお、比較例１の上下の裏当て金２０は、それぞれ１枚の薄板で形成されている。

このように、比較例１では、下向き溶接（アーク溶接）を行うべく下フランジ１４の開先が外開先ではなく内開先（下フランジ内開先１１５）となっている。また、下向き溶接（アーク溶接）をウェブ１６近傍で行う際に、溶接トーチのウェブ１６との物理的干渉を回避するため、ウェブ１６の下側であって下フランジ内開先１１５と対向する位置にはスカラップ１０２が設けられている。

比較例１において、作業者が溶接を行う場合、つまり、作業者が下フランジ１４の幅方向（図１において、紙面を貫く方向）に沿って下フランジ内開先１１５に対し突き合わせ溶接を行う場合には、作業者がウェブ１６を通り抜けるスペースが存在していないため（スカラップ１０２ではスペースが足りない）、作業者がウェブ１６まで溶接を行った後、溶接作業を一時中断してウェブ１６の反対側に回ってから溶接作業を再開する必要がある。すなわち、作業者は前記幅方向に沿って連続的に溶接を行うことができず、このことが鉄骨柱５と鉄骨梁１０の接合作業の効率悪化を招くことになる。また、作業者の代わりにロボットが溶接を行う際にも、同様の不都合が存在し、段取り替え（ロボットを一旦取り外して、別の位置で再セットすること）が頻繁に生じる問題が発生する。

また、比較例１では、ウェブ１６にスカラップ１０２が設けられているため、地震時にこの部分から亀裂が発生しやすくなり、鉄骨梁１０が充分な変形能力を発揮できないという問題がある。

＝＝＝比較例２＝＝＝
図２は、比較例２に係る接合構造の概略側面図である。図３Ａは、図２のＡ−Ａ矢視図である。図３Ｂは、図２のＢ―Ｂ矢視図である。図４は、外開先周辺の拡大図であり、図４の上図と下図は、それぞれ上フランジ外開先１３の拡大図と下フランジ外開先１５の拡大図である。図５は、分割された裏当て金２２（分割裏当て金２４及び分割裏当て金２６）の形状を表した図である。なお、図３Ａにおいて、上フランジ１２と下フランジ１４は、幅方向の長さが同じであり、ウェブ１６に対する水平方向の位置も同じであるので、上から（又は下から）見ると重なってしまう。同図では、上フランジ１２と重なって視認されない下フランジ１４の各部位を括弧内に示している。

比較例２の接合構造も、鉄骨柱５と鉄骨梁１０によって構成された鉄骨造１の接合構造である。

鉄骨柱５は比較例１と同じ構成なので説明を省略する。

鉄骨梁１０は、比較例１と同じＨ形鋼であり、フランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）とウェブ１６を有している。ただし、比較例２の鉄骨梁１０は、ノンスカラップ（形式）の鉄骨梁である。つまり、比較例２のウェブ１６には、比較例１のようなスカラップ１０２が設けられていない。

鉄骨柱５と鉄骨梁１０は、互いに対向するように設けられている。すなわち、図２に示すように、鉄骨柱５のダイアフラム７と鉄骨梁１０のフランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）とが、上下方向において略同じ高さ位置に位置しており、当該ダイアフラム７と当該フランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）は、間に隙間Ｇ１（図４参照）を有した状態で水平方向において対向している。また、柱本体６とウェブ１６は、間に隙間Ｇ２（図２参照）を有した状態で水平方向において対向している（換言すれば、ウェブ１６は、鉄骨柱５との間に隙間Ｇ２を備えている）。なお、図２及び図４に示すように、フランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）の端（上フランジ端１２ａ及び下フランジ端１４ａ）とウェブ１６の端（ウェブ端１６ａ）の水平方向における位置が略同じであるのに対し、ダイアフラム７の端（ダイアフラム端７ａ）は、柱本体６の端（柱本体端６ａ）よりも、鉄骨梁１０に近い位置に位置している。そのため、隙間Ｇ２の大きさは隙間Ｇ１の大きさよりも大きくなっている。

また、比較例２の上フランジ１２と下フランジ１４の開先は、いずれも外開先（外側に向かって開いた開先。すなわち、上フランジ１２においては、上側に向かって開き、下フランジ１４においては、下側に向かって開いた開先）となっている（以下、上フランジ外開先１３及び下フランジ外開先１５と呼ぶ）。なお、上フランジ外開先１３（下フランジ外開先１５）は、上フランジ１２（下フランジ１４）の端部が斜めに削ぎ落とされることにより形成されている。

また、前述したとおり、ダイアフラム７とフランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）との間には隙間Ｇ１が存在するため、外開先に対し突き合わせ溶接を行った際に溶融物が隙間Ｇ１から漏れないようにする必要がある。そして、かかる漏れの発生を防ぐために、外開先の裏側へ当てるための裏当て金２０が外開先に対応させて設けられている。すなわち、上フランジ外開先１３の裏側へ当てるための裏当て金２２が上フランジ外開先１３に対応させて設けられ、下フランジ外開先１５の裏側へ当てるための裏当て金２２が下フランジ外開先１５に対応させて設けられている。

比較例２の裏当て金２２について、より具体的に説明する。ここでは下側（下フランジ１４側）の裏当て金２２について説明するが上側（上フランジ１２側）についても同じ構成となっている。

裏当て金２２は、鉄等の金属製の薄板であり、図３Ａに示すように、薄板の長手方向中央部に切り欠き部２２ａを備えた長方形状を有している。

また、裏当て金２２は、図２に示すように、下フランジ１４の上方において下フランジ１４に接触した状態で設けられている。そして、図２及び図４に示すように、裏当て金２２の鉄骨柱５に近い側の短手方向における一端（短手方向一端２２ｂと呼ぶ）の水平方向における位置は、ダイアフラム端７ａの水平方向における位置に一致している。

また、図３Ａに示すように、裏当て金２２の鉄骨柱５から遠い側の短手方向における短手方向他端は、裏当て金２２に切り欠き部２２ａが設けられているため、２箇所（切り欠き部２２ａがある部分とない部分。前者を第一短手方向他端２２ｃ、後者を第二短手方向他端２２ｄと呼ぶ）存在する。

ここで、切り欠き部２２ａを設けている理由は、裏当て金２２とウェブ１６との間に物理的な干渉を発生させないようにするためである。そのため、図３Ａに示すように、当該干渉を発生させないためにウェブ１６が切り欠き部２２ａに嵌合する（すなわち、ウェブ１６が切り欠き部２２ａに嵌合した状態で接触している）ように切り欠き部２２ａが備えられている。したがって、第一短手方向他端２２ｃの水平方向における位置は、ウェブ端１６ａの水平方向における位置に一致している（換言すれば、第一短手方向他端２２ｃはウェブ端１６ａに接触している）。

また、図３Ａに示すように、裏当て金２２は、下フランジ１４の幅方向における一端から他端までの全ての下フランジ外開先１５をカバーするように設けられている。すなわち、図３Ａに示すように、裏当て金２２の長手方向における一端（長手方向一端２２ｅと呼ぶ）は、下フランジ１４の幅方向における一端１４ｂよりも外側に位置し、裏当て金２２の長手方向における他端（長手方向他端２２ｆと呼ぶ）は、下フランジ１４の幅方向における他端１４ｃよりも外側に位置している。

また、裏当て金２２は、図５に示すように、分割された二つの裏当て金（分割裏当て金２４及び分割裏当て金２６と呼ぶ）から成っている（つまり、裏当て金２２は、二つに分割されている）。より具体的には、裏当て金２２のうち、ウェブ１６（換言すれば、切り欠き部２２ａ）と鉄骨柱５との間に位置する部分（双方に挟まれた部分。すなわち、前述した隙間Ｇ２に位置する部分）で、分割されている。換言すれば、裏当て金２２の長手方向における分割位置は、ウェブ１６に（又は、切り欠き部２２ａに）対応する位置に位置している。

したがって、分割裏当て金２４及び分割裏当て金２６は、下フランジ１４の幅方向においてウェブ１６を挟んだ状態でウェブ１６から見て互いに反対側に位置するように、下フランジ外開先１５に対応させて設けられている。さらに、隙間Ｇ２において分割裏当て金２４と分割裏当て金２６とが接触するように、分割裏当て金２４と分割裏当て金２６とが設けられている。

この例では、裏当て金２２はその長手方向における中央で分割されている。そのため、分割裏当て金２４と分割裏当て金２６は、同じ大きさと形状を有している。そして、分割裏当て金２４は、矩形状の本体部分（本体部分２４ａと呼ぶ）と当該本体部分２４ａから前記長手方向に延出した延出部分（延出部分２４ｂと呼ぶ）とを備え、また、分割裏当て金２６は、矩形状の本体部分（本体部分２６ａと呼ぶ）と当該本体部分２６ａから前記長手方向に延出した延出部分（延出部分２６ｂと呼ぶ）とを備えており、図３Ａ及び図５に示すように、当該延出部分２４ｂと当該延出部分２６ｂとが向き合った状態で、双方の延出部分の端が接触している。

そして、分割裏当て金２４が当てられた外開先の部位から分割裏当て金２６が当てられた外開先の部位まで連続的に突き合わせ溶接が行われることにより、鉄骨柱５と鉄骨梁１０が（具体的には、鉄骨柱５のダイアフラム７と鉄骨梁１０のフランジとが）接合されている。

すなわち、ダイアフラム７と上フランジ１２との接合については、分割裏当て金２４が当てられた上フランジ外開先１３の部位から分割裏当て金２６が当てられた上フランジ外開先１３の部位まで連続的に突き合わせ溶接が行われることにより、鉄骨柱５と鉄骨梁１０が接合されている。より具体的には、上フランジ１２の幅方向における一端１２ｂから上フランジ１２の幅方向における他端１２ｃまで上フランジ外開先１３に対し前記幅方向に沿って連続的に下向き溶接（つまり、溶接姿勢が下向き姿勢である突き合わせ溶接）が行われることにより、鉄骨柱５と鉄骨梁１０が接合されている。

一方、ダイアフラム７と下フランジ１４との接合については、分割裏当て金２４が当てられた下フランジ外開先１５の部位から分割裏当て金２６が当てられた下フランジ外開先１５の部位まで連続的に突き合わせ溶接が行われることにより、鉄骨柱５と鉄骨梁１０が接合されている。より具体的には、下フランジ１４の幅方向における一端１４ｂから下フランジ１４の幅方向における他端１４ｃまで下フランジ外開先１５に対し前記幅方向に沿って連続的に上向き溶接（つまり、溶接姿勢が上向き姿勢である突き合わせ溶接）が行われることにより、鉄骨柱５と鉄骨梁１０が接合されている。

また、鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合構造については、ダイアフラム７とフランジの上述した接合のみではなく、比較例１と同様に、鉄骨柱５に予め備えられているガセットプレート４０にウェブ１６が高力ボルト４５を用いて摩擦接合されている。

この比較例２の場合、ウェブ１６にスカラップを形成していないので、スカラップに起因する亀裂を抑制できる。また、ダイアフラム７と下フランジ１４とを接合する際、上向き溶接により連続的に溶接することができ、作業効率の向上を図ることができる。

しかしながら、比較例２では裏当て金２２（分割裏当て金２４、分割裏当て金２６）を図５のように形成する必要があり、手間がかかるという問題がある。また、切り欠き部２２ａの大きさが少しでもずれると、裏当て金２２が取り付けられなかったり、ウェブ１６との間に隙間が生じたりするので、加工に高い精度が必要になる。

また、鉄骨梁１０のフランジ（上フランジ１２、下フランジ１４）とウェブ１６との間には、通常、出っ張った接合部（後述する接合部１８）が形成される。下フランジ１４とウェブ１６との間にこの接合部があるために、裏当て金２２が適切に配置されないおそれがある。この場合、裏当て金２２を確実に配置するには、下フランジ１４とウェブ１６との接合部と対向する裏当て金２２の部位を、当該接合部に対応した形状（テーパー形状）に加工する必要があり、さらに加工が困難になる。

また、ウェブ１６の端（１６ａ）と鉄骨柱本体６（６ａ）との隙間Ｇ２が比較例１の場合よりも大きくなる。これにより高力ボルト４５による接合位置が鉄骨柱５から離れることになる。高力ボルト４５による接合位置が鉄骨柱５から接合位置が離れるほど、ガセットプレート４０に作用する曲げモーメントが大きくなり、せん断力に対する強度や剛性が低下するおそれがある。

そこで、以下の本実施形態では、裏当て金に加工を施すことなく、作業効率の向上、及び、梁の変形能力の向上を図るようにしている。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
＜＜梁端接合構造について＞＞
図６Ａは、本実施形態にかかる係る接合構造の概略側面図である。図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ矢視図である。図７は、図６Ａの一点鎖線で囲む部分の拡大図である。また、図８Ａは、図７のＡ−Ａ矢視図、図８Ｂは図７のＢ−Ｂ矢視図、図８Ｃは図７のＣ−Ｃ矢視図、図８Ｄは図７のＤ−Ｄ矢視図である。また、図９は、本実施形態の裏当て金３０の斜視図である。なお、図６Ｂにおいて、下フランジ１４と重なって視認されない上フランジ１２の各部位を括弧内に示している。

本実施形態の接合構造も、鉄骨柱５と鉄骨梁１０によって構成された鉄骨造１の接合構造である。鉄骨柱５は、前述した比較例１、比較例２と同じであるので説明を省略する。

鉄骨梁１０は、Ｈ形鋼であり、フランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）とウェブ１６を有している。本実施形態の鉄骨梁１０は、比較例２と同じノンスカラップ（形式）の鉄骨梁である。なお、鉄骨梁１０は、各フランジとウェブ１６との溶接等により製造されており、その境界部分には丸み（換言すればアール）を有した接合部１８が形成されている（図８Ｂ、図８Ｄ等参照）。

また、本実施形態においても各フランジの開先は、いずれも外開先（上フランジ１２は上側に向かって開いた上フランジ外開先１３、下フランジ１４は、下側に向かって開いた下フランジ外開先１５）となっている。

ただし、本実施形態では比較例２と比べて、梁端部の形状が異なっている。具体的には、ウェブ１６の角部（コーナー部）には逃げ部１６ｂ（ウェブの一部に相当）が設けられており、ウェブ１６のウェブ端１６ａは、各フランジ開先（上フランジ外開先１３、下フランジ外開先１５）の端よりも鉄骨柱５側に位置する。換言すると、フランジ開先（上フランジ外開先１３、下フランジ外開先１５）の端よりも鉄骨柱５側にウェブ１６の逃げ部１６ｂが位置している。

また、この逃げ部１６ｂは、鉄骨柱５と鉄骨梁１０とを接合する際の誤差などによる鉄骨柱５（ダイアフラム７）との干渉を避けるべくウェブ１６に設けられている。本実施形態では、図７（及び、図１１Ａ）に示すように、ダイアフラム７（ダイアフラム端７ａ）とウェブ１６（逃げ部１６ｂ）との間には、水平方向及び鉛直方向（上下方向）にそれぞれ小さい（例えば５ｍｍ程度の）隙間ｅ１及び隙間ｅ２が形成されている。

鉄骨柱５と鉄骨梁１０は、互いに対向するように設けられている。すなわち、図６Ａに示すように、鉄骨柱５のダイアフラム７と鉄骨梁１０のフランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）とが、上下方向において略同じ高さ位置に位置している。また、ダイアフラム７と各フランジ（上フランジ１２及び下フランジ１４）は、水平方向に隙間ｅ１を有した状態で対向している。また、鉄骨柱５の柱本体６と鉄骨梁１０のウェブ１６とが、上下方向において略同じ高さ位置に位置しており、当該柱本体６と当該ウェブ１６は、間に隙間ｅ３（図７参照）を有した状態で水平方向において対向している（換言すれば、ウェブ１６は、鉄骨柱５との間に隙間ｅ３を備えている）。なお、図７に示すように、ウェブ１６に略斜め形状の逃げ部１６ｂが形成されているため、ウェブ端１６ａが比較例２の場合よりも柱本体６（鉄骨柱５）側に位置している。すなわち、隙間ｅ３の大きさは、比較例２の隙間Ｇ２の大きさよりも小さくなっている。

また、本実施形態では、上下のフランジ開先（上フランジ外開先１３、下フランジ外開先１５）の裏側には裏当て金３０が設けられている。本実施形態においても、裏当て金３０は２分割型の裏当て金であり、上下のフランジ開先において、それぞれ、ウェブ１６を挟むように２つ設けられている。なお、本実施形態ではウェブ１６を挟む２つの裏当て金３０は同一形状のものであるので、同一符号を付している。一つのフランジ開先に対して配置される２つの裏当て金３０のうちの一方は第一裏当て金に相当し、他方は第二裏当て金に相当する。

裏当て金３０は、図９に示すように、矩形状の鉄等の金属製の薄板であり、長手方向の端に当接部３０ａを有する。当接部３０ａは、ウェブ１６と各フランジとの接合部１８の丸みに対応するテーパー形状となっている。このようなテーパー形状の当接部３０ａを有しているので、各フランジに裏当て金３０を適切に配置することができる。なお、このようなテーパー形状の当接部３０ａを有する裏当て金３０としては、例えば、株式会社スノウチ製のＣＲ−Ｆ（ノンスカラップ工法用裏当て金）を用いることができる。このように、裏当て金３０として、既存の裏当て金をそのまま用いることができるので、比較例２のように加工を行う必要がない。

２つの裏当て金３０は、幅方向においてウェブ１６を挟んだ状態でウェブ１６から見て互いに反対側に位置するように、且つ、当接部３０ａが接合部１８に当接するように、各フランジ（上フランジ１２、下フランジ１４）にそれぞれ設けられている。

また、各裏当て金３０は、鉄骨柱５のダイアフラム７と各フランジ（上フランジ１２、下フランジ１４）との間の隙間ｅ１を塞ぐようにフランジ開先（上フランジ外開先１３、下フランジ外開先１５）の裏側に配置されている。ただし、前述したように、ダイアフラム７とウェブ１６（逃げ部１６ｂ）との間には、水平方向及び鉛直方向（上下方向）にそれぞれ隙間ｅ１及び隙間ｅ２があるため、裏当て金３０（より具体的には当接部３０ａ）の一部がウェブ１６（より具体的には接合部１８）に当接しない。このため、ウェブ１６を挟む２つの裏当て金３０の当接部３０ａと、ウェブ１６の逃げ部１６ｂとによって空間が形成されることになる。

本実施形態では、この空間は、後述するように溶接（充填溶接）によって埋められている。そして、当該空間には、図７、図８Ａに示すように、充填溶接部６０が形成されている。

また、図６Ａ、図７に示すように、ダイアフラム７とフランジ開先（上フランジ外開先１３、下フランジ外開先１５）の間には溶接部６２が形成されている。

＜＜接合方法について＞＞
＜梁端加工について＞
本実施形態では、鉄骨柱５と鉄骨梁１０とを接合するよりも前に、予め、工場にて鉄骨梁１０の梁端の加工処理（以下、梁端加工と呼ぶ）を行う。以下、図面を用いて梁端加工について説明する。

図１０は、本実施形態における梁端加工のフロー図である。また、図１１Ａ〜図１１Ｄは、梁端加工の状態を示す図である。なお、以下の説明では、下フランジ１４側の加工について説明するが、上フランジ１２側の加工についても同様である。

まず、図１１Ａに示すように、鉄骨梁１０のフランジ端（下フランジ１４の端及びウェブ１６の角部）を横から見て矩形状に切断する（フランジ追い込み：Ｓ１１）。これにより、長手方向において下フランジ１４の端とウェブ端１６ａとの位置が異なることとなる。より具体的には、下フランジ１４の端がウェブ端１６ａよりも内側になる。

次に、図１１Ｂに示すように、下フランジ１４の端を斜めに削ぎ落とし、下フランジ外開先１５を形成する（Ｓ１２）。

その後、図１１Ｃに示すように、ウェブ１６の角部を斜めに切断（カット）し、ウェブ１６に略斜め形状の逃げ部１６ｂを形成する（Ｓ１３）。

これにより、鉄骨梁１０の梁端が図１０Ｄのような形状に加工される。なお、鉄骨梁の梁端をこのような形状に加工するのは、フランジ開先（ここでは下フランジ外開先１５）の端よりも鉄骨柱５側にウェブ１６の一部が位置するようにするためである。また、鉄骨柱５と鉄骨梁１０とを接合した際に、ダイアフラム７（ダイアフラム端７ａ）とウェブ１６の間に水平方向、及び、鉛直方向にそれぞれ隙間ｅ１、ｅ２が形成されるようにするためである（図７、図１１Ａ参照）。さらに、鉄骨柱−ダイアフラム溶接部との干渉を避けるためである。

＜柱梁接合について＞
本実施形態においては、鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合において、２種類の接合、すなわち、ダイアフラム７と各フランジ（上フランジ１２、下フランジ１４）の接合と、ガセットプレート４０とウェブ１６の接合が行われるが、後者の方が前者よりも先に行われる。

なお、鉄骨柱５へのガセットプレート４０の取り付けは工場で行われており、ガセットプレート４０が取り付けられた鉄骨柱５が現場に運ばれる。そして、現場にて鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合が行われる。

図１２は、現場における鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合手順を示すフロー図であり、図１３Ａ〜図１３Ｃは、鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合の状態を示す図である。ここでも、下フランジ１４側について説明するが上フランジ１２側についても同様である（ただし、上フランジ１２側は下向き溶接を行う）。

現場において作業者は、鉄骨柱５に取り付けられているガセットプレート４０にウェブ１６を接合する（Ｓ２１）。具体的には、図１３Ａに示すように、８個の高力ボルト４５を用いて、ガセットプレート４０にウェブ１６を摩擦接合する。このように、鉄骨柱５に予め取り付けられているガセットプレート４０にウェブ１６を接合するので、現場での鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合作業がより簡略化される。また、高力ボルト４５を用いてウェブ１６とガセットプレート４０とを摩擦接合しているので、ガセットプレート４０を介した鉄骨柱５と鉄骨梁１０との接合がより確実なものとなる。

このとき、前述したように、ウェブ１６には逃げ部１６ｂが形成されているので、ダイアフラム７（ダイアフラム端７ａ）と、ウェブ１６（逃げ部１６ｂ）との間には、水平方向、及び、鉛直方向にそれぞれ隙間ｅ１、ｅ２が形成される。

また、逃げ部１６ｂを形成していることにより、ウェブ端１６ａと柱本体端６ａとの間の隙間ｅ３は、比較例２の隙間Ｇ２よりも小さくなる。すなわち、高力ボルト４５による接合位置を比較例２の場合よりも鉄骨柱５側に近づけることができる。これにより、比較例２よりもせん断力に対する強度や剛性を高めることができる。

次に、図１３Ｂに示すように、下フランジ外開先１５の裏側に裏当て金３０を設置する（Ｓ２２）。この際に、作業者は、当接部３０ａを、ウェブ１６と下フランジ１４との接合部１８に当接させるようにして、ウェブ１６の一方側と他方側に裏当て金３０をそれぞれ配置する。より具体的には、２つの裏当て金３０を、幅方向においてウェブ１６を挟んだ状態でウェブ１６から見て互いに反対側に位置し、それぞれ、ダイアフラム７と下フランジ外開先１５との間の隙間ｅ１を塞ぐように下フランジ外開先１５の裏側に配置する。ただし、本実施形態の裏当て金３０は平面形状が矩形であるので、裏当て金３０（当接部３０ａ）の一部（図１１Ａの隙間ｅ１の範囲）が接合部１８に当接せず、ウェブ１６を挟む２つの裏当て金３０（当接部３０ａ）と、ウェブ１６の逃げ部１６ｂ（下フランジ外開先１５の端よりも鉄骨柱５側の部位）とによって空間が形成される。

そこで、この空間を下側から埋めるための溶接（以下、充填溶接ともいう）を行う（Ｓ２３：第１溶接ステップに相当）。これにより、上記空間に充填溶接部６０を形成する。なお、この溶接については、通常の溶接（後述する突合せ溶接）と同じ条件で行うことができる。また、２つの裏当て金３０の間の上方にはウェブ１６（逃げ部１６ｂ）が位置しているので、溶接物が漏れないようにすることができ、上記空間を溶接物で埋めることができる。

充填溶接が終了したら、作業者は、図１３Ｃに示すように、下フランジ外開先１５に対して突き合わせ溶接を行う（Ｓ２４：第２溶接ステップに相当）。すなわち、作業者は、一方の裏当て金３０が当てられた下フランジ外開先１５の部位から、他方の裏当て金３０が当てられた下フランジ外開先１５の部位まで連続的に上向き溶接を行う。より具体的には、下フランジ１４の幅方向における一端１４ｂから下フランジ１４の幅方向における他端１４ｃまで下フランジ外開先１５に対し前記幅方向に沿って連続的に上向き溶接を行う。

なお、本実施形態においては、前記上向き溶接及び前記下向き溶接を所謂アーク溶接により行う。また、本実施形態では、作業者が溶接を行っていたが、ロボットにより溶接を行ってもよい。

もし仮に、充填溶接を行わずに、突合せ溶接を行うと、充填溶接部６０の部分が空洞となり、鉄骨梁１０の変形能力が低下するおそれがある。本実施形態では充填溶接を行うことにより、既存の裏当て金３０を用いて、作業工程の効率化を図るとともに、鉄骨梁１０の変形能力の向上を図ることができる。

＜＜実験による性能評価＞＞
本実施形態の接合方法について、実験による性能評価を行った。

＜試験体＞
図１４は、性能評価実験の試験体を示す図である。
柱と梁の種類（タイプ）は、以下の通りである（単位ｍｍ）
鉄骨柱：□−４００×２２
鉄骨梁：Ｈ−５００×２００×１２×２５
なお、鉄骨柱と鉄骨梁との接合部分の構造は前述の実施形態と同じである。ただし、本試験体ではロボットにより溶接を行った。

＜試験方法＞
鉄骨柱の両端をピン固定し、鉄骨梁の先端に荷重Ｑを加えた（載荷実験）。

図１５は、性能評価実験の載荷スケジュールを示す図である。図の横軸はサイクル数を示し、縦軸は梁塑性率μを示している。荷重Ｑとしては、正負交番漸増繰返し載荷とし、梁の塑性率μ（＝δb/δbp）を基準として、μ＝±0.5、±2.0、±4.0、±6.0、±8.0、・・・を各２回サイクルずつ載荷する計画とした（ここで、δb：梁部材の変形、δbp：梁部材全塑性耐力時の梁弾性変形量の計算値）。

＜試験結果＞
図１６は、実験により得られた荷重Ｑ-梁塑性率μ関係を示す図である。図の横軸は梁塑性率μを示し、縦軸は荷重Ｑを示している。本実験において、梁の変形性能の指標である最大塑性率は８、累積塑性変形倍率は８６．７であった。

なお、累積塑性変形倍率は、破壊（終局）までのサイクルにおける全履歴曲線により、次式で算出している。
η＝Σ（μpi+＋μpi-）
ここで、
μpi+：第iサイクル正荷重側における塑性変形倍率
μpi-：第iサイクル負荷重側における塑性変形倍率

図１７は、性能評価実験の評価結果の説明図である。
ここでは、既往文献（性能設計における耐震性能判断基準値に関する研究―JSCA耐震性能メニューの安全限界値と余裕度レベルの検討―、日本建築学会構造系論文集、第604号、pp.183-191、2006年6月）を参考に評価を行った。

なお、上記文献では梁フランジを溶接接合、梁ウェブを高力ボルトで接合した現場接合タイプの梁端接合部を対象とした既往の実験結果を累積塑性変形倍率に関して評価している。図１７は、この文献の評価結果に本実験の評価を追記したものである。本実施形態による梁の変形性能が文献のデータと比べて、非常に優れていることがわかる。

以上説明したように、本実施形態では、鉄骨柱５と、上フランジ１２と下フランジ１４とウェブ１６とを備えたノンスカラップの鉄骨梁１０と、を接合する際に、以下のステップを有している。

すなわち、下フランジ１４の幅方向に延びる下フランジ外開先１５を下フランジ１４に形成するとともに、ウェブ１６の逃げ部１６ｂが下フランジ外開先１５の端よりも鉄骨柱５側に位置するように鉄骨梁１０を加工するステップ（Ｓ１０〜Ｓ１２）と、下フランジ外開先１５の裏側へ当てるための２つの裏当て金３０を、幅方向においてウェブ１６を挟んだ状態でウェブ１６から見て互いに反対側に位置し、それぞれ鉄骨柱５（ダイアフラム７）と下フランジ外開先１５との間の隙間ｅ１を塞ぐように配置するステップ（Ｓ２２）と、２つの裏当て金３０、及び、ウェブ１６の逃げ部１６ｂによって形成された空間を充填溶接して埋めるステップ（Ｓ２３）と、一方の裏当て金３０が当てられた下フランジ外開先１５の部位から他方の裏当て金３０が当てられた下フランジ外開先１５の部位まで連続的に上向きの突合せ溶接を行うステップ（Ｓ２４）と、を有している。

これにより、裏当て金３０に比較例２のような加工を施す必要がなく、既存のものを用いて鉄骨柱５と鉄骨梁１０とを接合することができる。また、一方の裏当て金３０が配置された下フランジ外開先１５の部位から、他方の裏当て金３０が配置された下フランジ外開先１５の部位まで連続的に突合せ溶接することができ、比較例１よりも作業の効率の向上を図ることができる。さらに、本実施形態では、前述したように、鉄骨梁１０の変形能力の向上を図ることができる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

前述の実施形態では、鉄骨梁１０として所謂ストレート梁を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、水平ハンチ付き梁であってもよい。

また、前述の実施形態では、柱梁接合形式として、梁貫通形式（通しダイアフラム形式）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、所謂柱貫通形式（内ダイアフラム形式）であってもよい。

また、前述の実施形態では、高力ボルト４５を用いてガセットプレート４０にウェブ１６を摩擦接合することとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ガセットプレート４０にウェブ１６をすみ肉接合（すなわち、すみ肉溶接）することとしてもよい。

また、前述の実施形態では、ウェブ１６とフランジ（上フランジ１２、下フランジ１４）との接合部１８は丸み（アール）を有していたが、これに限定されるものではなく、例えば直線状であってもよい。この場合、裏当て金３０として、当接部３０ａが上記直線状に対応するテーパー形状のものを用いればよい。

１ 鉄骨造
５ 鉄骨柱
６ 柱本体
６ａ 柱本体端
７ ダイアフラム
７ａ ダイアフラム端
１０ 鉄骨梁
１２ 上フランジ
１２ａ 上フランジ端
１２ｂ 一端
１２ｃ 他端
１３ 上フランジ外開先
１４ 下フランジ
１４ａ 下フランジ端
１４ｂ 一端
１４ｃ 他端
１５ 下フランジ外開先
１６ ウェブ
１６ａ ウェブ端
１６ｂ 逃げ部
１８ 接合部
２０ 裏当て金
２２ 裏当て金
２２ａ 切り欠き部
２２ｂ 短手方向一端
２２ｃ 第一短手方向他端
２２ｄ 第二短手方向他端
２２ｅ 長手方向一端
２２ｆ 長手方向他端
２４ 分割裏当て金
２４ａ 本体部分
２４ｂ 延出部分
２６ 分割裏当て金
２６ａ 本体部分
２６ｂ 延出部分
３０ 裏当て金
３０ａ 当接部
４０ ガセットプレート
４５ 高力ボルト
６０ 充填溶接部
６２ 溶接部
１０２ スカラップ
１１３ 上フランジ外開先
１１５ 下フランジ内開先

Claims (4)

1. 鉄骨柱と、上フランジと下フランジとウェブとを備えた鉄骨梁と、を接合する接合方法であって、
   前記下フランジの幅方向に延びる下フランジ外開先を前記下フランジに形成するとともに、前記ウェブの一部が前記下フランジ外開先の端よりも前記鉄骨柱側に位置するように前記鉄骨梁を加工する鉄骨梁加工ステップと、
   前記下フランジ外開先の裏側へ当てるための第一裏当て金及び第二裏当て金を前記下フランジ外開先に設ける裏当て金配置ステップであって、前記第一裏当て金と前記第二裏当て金とが前記幅方向において前記ウェブを挟んだ状態で前記ウェブから見て互いに反対側に位置し、それぞれ前記鉄骨柱と前記下フランジ外開先との間の隙間を塞ぐように配置する裏当て金配置ステップと、
   前記第一裏当て金、前記第二裏当て金、及び、前記ウェブの一部によって形成された空間を溶接して埋める第１溶接ステップと、
   前記第一裏当て金が当てられた前記下フランジ外開先の部位から前記第二裏当て金が当てられた前記下フランジ外開先の部位まで連続的に上向き溶接を行う第２溶接ステップと、
   を有することを特徴とする接合方法。
2. 請求項１に記載の接合方法であって、
   裏当て金配置ステップでは、前記下フランジと前記ウェブとの接合部に前記第一裏当て金及び前記第二裏当て金がそれぞれ当接するように配置され、
   前記接合部に当接する前記第一裏当て金及び前記第二裏当て金の当接部は、テーパー形状である、
   ことを特徴とする接合方法。
3. 請求項１又は２に記載の接合方法であって、
   前記鉄骨梁加工ステップでは、前記鉄骨柱と前記鉄骨梁とを接合した際に、前記鉄骨柱と前記ウェブの一部との間に水平方向の隙間、及び、鉛直方向の隙間が形成されように前記ウェブを加工する、
   ことを特徴とする接合方法。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の接合方法であって、
   前記鉄骨梁加工ステップでは、前記ウェブの一部の角を斜め形状に加工する
   ことを特徴とする接合方法。

Images