JP2000336775A - 外ダイアフラムおよびこれを用いた接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角形鋼管柱と梁部材との接合において、溶接
接合後においても高強度を維持することができる接合構
造を得る。 【解決手段】 角形鋼管柱１１を包囲する角形リング状
の接合部材１３と、この接合部材１３に連接された梁連
結用突出部１４とを備え、接合部材１３のコーナ部分に
補強用の突起部１５を設けた外ダイアフラム１０を角形
鋼管柱１１に装着し、外ダイアフラム１０の接合部材１
３の内周と角形鋼管柱１１の外周とを溶接接合し、外ダ
イアフラム１０の梁連結用突出部１４に梁部材１８のフ
ランジ部１８ｆを溶接接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨構造物を構成
する角形鋼管柱とＨ形鋼梁部材との接合技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物の柱部材に用いられる角形鋼
管と、梁部材に用いられるＨ形鋼との接合部分には、図
９に示すような外ダイアフラム８０が使用されている。
外ダイアフラム８０は、角形鋼管を素材とする鋼管柱８
１の外周に装着可能な角形リング状の接合部材８２と、
接合部材８２の外周に連接されたボルト孔８４付き板部
材８３とで構成されている。

【０００３】鋼管柱８１の外周に外ダイアフラム８０を
装着し、鋼管柱８１の外周と外ダイアフラム８０の接合
部材８２とを溶接部８５によって接合し、ボルト・ナッ
トを用いて板部材８３に梁部材のフランジを固定するこ
とで、鋼管柱８１と梁部材とを接合している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】鋼管柱８１の素材であ
る角形鋼管は、一般にロール成形、プレス成形によって
製造されているのため、コーナ曲面部８１ｃには他の平
面部８１ａより多くの残留応力が存在している。

【０００５】また、鋼管柱８１と外ダイアフラム８０の
接合部材８２とを溶接によって接合した場合、溶接によ
って生じた残留応力が前記残留応力に付加されるため、
これが柱材の品質劣化の要因となっている。

【０００６】さらに、鋼管柱８１外周のコーナ曲面部８
１ｃと外ダイアフラム８０の接合部材８２との溶接部は
曲線状であるため、溶接作業が困難であり、熟練者が溶
接しても溶接欠陥が発生しやすい部分である。

【０００７】このような要因により、鋼管柱８１のコー
ナ曲面部８１ｃと外ダイアフラム８０の接合部材８２と
の溶接部周辺は品質劣化が発生しやすい状況にあるた
め、他の溶接接合部分よりも強度が低下していることが
多い。

【０００８】したがって、梁部材に発生した応力が外ダ
イアフラム８０の接合部材８２および溶接部８５を経由
して鋼管柱８１に伝達されたとき、品質劣化部分である
鋼管柱８１のコーナ曲面部８１ｃから破壊が始まる可能
性があり、本来の設計強度を発揮できないおそれがあ
る。

【０００９】本発明が解決すべき課題は、溶接接合後に
おいても高強度を維持することができる、角形鋼管柱と
Ｈ形鋼梁部材との接合技術を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の外ダイアフラム
は、角形鋼管柱と梁部材との接合部分に使用されるもの
であって、角形鋼管柱を包囲する角形リング状の接合部
材と、接合部材に連接された梁連結用部材とを備え、接
合部材のコーナ部分に補強用の突起部または肉厚部を設
けたことを特徴とする。このような構成とすることによ
り、接合部材のコーナ部分の剛性が増大し、外力が加わ
っても変形し難くなるので、角形鋼管柱に溶接接合した
とき、品質劣化の可能性がある角形鋼管柱のコーナ曲面
部を補強する機能を発揮し、溶接接合後においても設計
通りの高強度を維持することができる。

【００１１】なお、補強用の突起部または肉厚部は、外
ダイアフラムを取り付ける場所のスペースや配管、配線
類の有無などを考慮して、水平方向または垂直方向のい
ずれかに形成することができるが、補強機能を高めたい
場合には、水平および垂直方向に形成することもでき
る。

【００１２】梁連結用部材の基端部の幅を接合部材の外
幅と同等とすることにより、鉄骨構造物において角形鋼
管柱付近に設けられる配管、配線類に干渉することな
く、梁連結用部材としての強度を最大限確保することが
できる。

【００１３】また、本発明の接合構造は、前記外ダイア
フラムを用いた接合構造であって、角形鋼管柱に装着し
た外ダイアフラムの接合部材の内周と角形鋼管柱の外周
とを溶接接合し、外ダイアフラムの梁連結用部材に梁部
材のフランジ部を溶接接合したことを特徴する。このよ
うな構成とすることにより、梁部材に生じた応力は、そ
れぞれの溶接部を介して角形鋼管柱へ効率的に伝達され
るようになるため、鉄骨構造物に大きな力がかかったよ
うな場合でも応力集中による破壊が発生し難い強固な接
合構造を得ることができる。

【００１４】角形鋼管柱の外周の平面部と、外ダイアフ
ラムの接合部材の内周との対向部分のみを溶接接合する
ことにより、梁部材などに発生した応力は、外ダイアフ
ラムの内周と角形鋼管柱の外周の平面部との溶接接合部
分を経由して角形鋼管柱の外周の平面部のみに伝達さ
れ、角形鋼管柱の外周の曲面部には応力が伝達され難く
なるため、残留応力などに起因する強度低下の可能性の
ある曲面部からの破壊が回避され、溶接接合後において
も高強度を維持することができる。また、溶接作業が困
難である、角形鋼管柱の外周の曲面部と角形接合孔の内
周とを溶接接合しないので、溶接欠陥の発生が減少し、
溶接接合後の高強度維持に寄与することができ、溶接作
業の効率も向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は第１実施形態の外ダイアフ
ラムを示す平面図、図２は前記外ダイアフラムを用いた
角形鋼管柱とＨ形鋼梁部材との接合構造を示す斜視図で
ある。

【００１６】本実施形態の外ダイアフラム１０は、角形
鋼管柱１１が貫通可能な角形接合孔１２を有する角形リ
ング状の接合部材１３と、接合部材１３の外周に連接さ
れた先細りテーパ形状の梁連結用突出部１４とを備え、
接合部材１３のコーナ部分に補強用の突起部１５が設け
られている。接合部材１３の内周縁の直線部分には、溶
接用のＪ形開先１６が形成されている。

【００１７】外ダイアフラム１０は、接合部材１３の角
形接合孔１２に角形鋼管柱１１を貫通させて角形鋼管柱
１１の外周に装着され、角形鋼管柱１１の外周の平面部
１１ｐと外ダイアフラム１０の角形接合孔の内周とが溶
接部１７によって接合されている。また、角形鋼管柱１
１の外周のコーナ曲面部１１ｃと、角形接合孔１２の内
周曲面部とは溶接されていない。

【００１８】角形鋼管柱１１に２つの外ダイアフラム１
０が一定距離を隔てて上下に装着され、それぞれの外ダ
イアフラム１０の突出部１４に対し、Ｈ形鋼梁部材１８
のフランジ１８ｆがボルトまたは溶接によって接合され
る。

【００１９】このような接合構造とすることにより、接
合部材１３のコーナ部分の剛性が増大し、変形し難くな
るので、角形鋼管柱１１に溶接接合したとき、品質劣化
の可能性がある角形鋼管柱１１のコーナ曲面部１１ｃを
補強する機能を発揮し、溶接接合後も設計通りの高強度
を維持する。

【００２０】Ｈ形鋼梁部材１８などに発生した応力は、
溶接部１７を経由して角形鋼管柱１１の平面部１１ｐの
みに伝達され、コーナ曲面部１１ｃに伝達され難いた
め、製造工程に起因する残留応力などで強度低下が発生
している可能性のあるコーナ曲面部１１ｃからの破壊が
回避される。

【００２１】また、溶接作業が困難である、角形鋼管柱
１１の外周の曲面部１１ｃと角形接合孔１２の内周曲面
部との溶接を行っていないので、溶接欠陥の発生が減少
し、溶接接合後の高強度維持に寄与することができ、溶
接作業の効率も向上する。

【００２２】Ｊ形開先１６は、比較的少ない開先加工で
十分な溶け込みを確保することができるため、開先加工
および溶接に要する労力を低減することができ、施工性
も向上する。また、溶接部１７では、裏当て金や溶接金
属の盛り上げが不要であるため、施工は容易で、溶接欠
陥の発生も抑制され、溶接部１７の品質が向上する。こ
の場合、Ｊ形開先１６の端部１６ｅはエンドタブとして
機能するので、溶接作業性が向上し、溶接欠陥の発生も
防止することができる。

【００２３】突出部１４の基端部分の幅１４ａは接合部
材１３の外幅１３ａと同等であり、突出部１４の先端部
分の幅１４ｂはＨ形鋼梁部材１８のフランジ１８ｆの幅
１８ｃと同等である。このように、突出部１４の基端部
分の幅１４ａを、接合部材１３の外幅１３ａの範囲内に
おいて最大限広く確保しているため、配管、配線類に干
渉することなく、必要な接合強度を確保することができ
る。また、突出部１４は、基端部分から先端部分に向か
って狭幅なテーパ形状であるため、突出部１４自体も高
強度である。

【００２４】外ダイアフラム１０の突出部１４は、図９
に示す従来の外ダイアフラム９０の板部材８３より短い
ため、角形鋼管柱１１に外ダイアフラム１０を接合した
状態でも嵩張らず、運搬性、施工性などに優れている。
また、Ｈ形鋼梁部材１８のフランジ１８ｆと突出部１４
との接合手段は、施工条件に応じて、ボルト接合または
溶接接合のいずれかを選択することができるので、汎用
性も優れている。

【００２５】次に、図３〜６を参照し、本発明の第２実
施形態について説明する。外ダイアフラム６０は、角形
鋼管柱１１が貫通可能な角形接合孔６１を有する接合部
材６２、Ｈ形鋼梁部材１８のフランジ１８ｆと接合する
ため接合部材６２の外周に形成された突出部６３などで
構成されている。また、接合部材６２の内周縁の直線部
分のみにＪ形開先６４が形成され、接合部材６２のコー
ナ部分に補強用の突起部６８が形成されている。

【００２６】外ダイアフラム６０は、接合部材６２の角
形接合孔６１に角形鋼管柱１１を貫通させて角形鋼管柱
１１の外周に装着され、角形鋼管柱１１の外周の平面部
１１ｐと外ダイアフラム６０の角形接合孔６２の内周と
がそれぞれ溶接部６５によって接合されている。また、
角形鋼管柱１１の外周のコーナ曲面部１１ｃと、角形接
合孔６１の内周曲面部とは溶接されていない。

【００２７】接合部材６２に補強用の突起部６８が存在
することにより、接合部材６２のコーナ部分の剛性が増
大し、外力が加わっても変形し難くなるので、角形鋼管
柱１１に溶接接合したとき、品質劣化の可能性がある角
形鋼管柱１１のコーナ曲面部１１ｃを補強する機能を発
揮し、溶接接合後においても設計通りの高強度を維持す
ることができる。

【００２８】角形鋼管柱１１とＨ形鋼梁部材１８との接
合部分においては、図６に示すように、角形鋼管柱１１
に一定距離を隔てて上下に装着された２つの外ダイアフ
ラム６０の突出部６３に対して、Ｈ形鋼梁部材１８のフ
ランジ１８ｆが溶接部６６によって接合されている。こ
の場合、フランジ１８ｆの端部には溶接開先１８ａが形
成され、裏当て金１８ｂが用いられている。

【００２９】外ダイアフラム６０の突出部６３にＨ形鋼
梁部材１８のフランジ１８ｆを溶接接合したことによ
り、Ｈ形鋼梁部材１８などに生じた応力は、それぞれの
溶接部６６，６５を介して角形鋼管柱１１へ効率的に伝
達されるようになるため、鉄骨構造物に大きな力がかか
ったような場合でも応力集中による破壊が発生し難い強
固な接合構造を得ることができる。

【００３０】また、Ｈ形鋼梁部材１８などに発生した応
力は、溶接部６５を経由して角形鋼管柱１１の平面部１
１ｐのみに伝達され、コーナ曲面部１１ｃに伝達され難
いため、製造工程に起因する残留応力などで強度低下が
発生している可能性のあるコーナ曲面部１１ｃからの破
壊が回避され、溶接接合後も設計通りの高強度を維持す
ることができる。

【００３１】溶接作業が困難である、角形鋼管柱１１の
外周の曲面部１１ｃと角形接合孔６１の内周曲面部との
溶接を行っていないので、溶接欠陥の発生が減少し、溶
接接合後の高強度維持に寄与することができ、溶接作業
効率も向上する。

【００３２】Ｊ形開先６４は、比較的少ない開先加工で
十分な溶け込みを確保することができるため、開先加工
および溶接に要する労力を低減することができ、施工性
も向上する。また、溶接部６５は、裏当て金や溶接金属
の盛り上げが不要であるため、施工は容易で、溶接欠陥
の発生も抑制され、溶接部６５の品質が向上する。この
場合、Ｊ形開先６４の端部６４ｅはエンドタブとして機
能するので、溶接作業性が良好で、溶接欠陥の発生も防
止することができる。

【００３３】本実施形態において、外ダイアフラム６０
の突出部６３は突出長さが比較的短いため、角形鋼管柱
１１に外ダイアフラム６０を接合した状態でも嵩張ら
ず、運搬性、施工性などに優れている。また、Ｈ形鋼梁
部材１８のフランジ１８ｆを突出部６３に溶接接合する
ことによって、角形鋼管柱１１とＨ形鋼梁部材１８とを
接合するので、強固な接合構造を形成することができ
る。

【００３４】図５に示すように、突出部６３の基端部分
の幅６３ａは接合部材６２の外幅６２ａと同等であり、
突出部６３の先端部分の幅６３ｂはＨ形鋼梁部材１８の
フランジ１８ｆの幅１８ｃと同等である。このように、
突出部６３の基端部分の幅６３ａを、接合部材６２の外
幅６２ａの範囲内で最大限広く確保しているため、配
管、配線類に干渉することなく、必要な接合強度を確保
することができる。

【００３５】次に、図７，８を参照し、本発明の第３実
施形態について説明する。外ダイアフラム７０は、角形
鋼管柱１１が貫通可能な角形接合孔７１を有する接合部
材７２、Ｈ形鋼梁部材１８のフランジ１８ｆと接合する
ため接合部材７２の外周に形成されたボルト孔７４付き
の突出部７３などで構成されている。また、接合部材７
２の内周縁の直線部分のみにＪ形開先７７が形成され、
接合部材７２のコーナ部分に補強用の突起部７５が形成
されている。

【００３６】外ダイアフラム７０を角形鋼管柱１１の外
周に溶接接合することにより、図８に示すように、角形
鋼管柱１１に対してＨ形鋼梁部材１８を接合することが
可能となる。図８に示す接合部分においては、２つの外
ダイアフラム７０が角形鋼管柱１１に一定距離を隔てて
上下に装着され、それぞれの外ダイアフラム７０の突出
部７３に対し、Ｈ形鋼梁部材１８のフランジ１８ｆがボ
ルトナット７６によって接合されている。

【００３７】接合部材７２のコーナ部分に補強用の突起
部７５が形成されていることにより、コーナ部分の剛性
が増大し、外力が加わっても変形し難くなるので、角形
鋼管柱１１に溶接接合したとき、品質劣化の可能性があ
る角形鋼管柱１１のコーナ曲面部１１ｃを補強する機能
を発揮し、溶接接合後においても設計通りの高強度を維
持することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、以下に示す効果を奏す
る。

【００３９】（１）角形鋼管柱を包囲する角形リング状
の接合部材と、接合部材に連接された梁連結用部材とを
備え、接合部材のコーナ部分に補強用の突起部または肉
厚部を設けたことにより、接合部材のコーナ部分の剛性
が増大し、外力が加わっても変形し難くなるので、角形
鋼管柱に溶接接合したとき、品質劣化の可能性がある角
形鋼管柱のコーナ曲面部を補強する機能を発揮し、溶接
接合後においても設計通りの高強度を維持することがで
きる。

【００４０】（２）梁連結用部材の基端部の幅を接合部
材の外幅と同等とすることにより、鉄骨構造物において
角形鋼管柱付近に設けられる配管、配線類に干渉するこ
となく、梁連結用部材としての強度を最大限確保するこ
とができる。

【００４１】（３）前記外ダイアフラムを用いた接合構
造において、角形鋼管柱に装着した外ダイアフラムの接
合部材の内周と角形鋼管柱の外周とを溶接接合し、外ダ
イアフラムの梁連結用部材に梁部材のフランジ部を溶接
接合したことにより、梁部材に生じた応力は、それぞれ
の溶接部を介して角形鋼管柱へ効率的に伝達されるよう
になるため、鉄骨構造物に大きな力がかかったような場
合でも応力集中による破壊が発生し難い強固な接合構造
を得ることができる。

【００４２】（３）角形鋼管柱の外周の平面部と、外ダ
イアフラムの接合部材の内周との対向部分のみを溶接接
合することにより、梁部材などに発生した応力は、角形
鋼管柱の外周の平面部のみに伝達され、角形鋼管柱の外
周の曲面部には伝達され難くなるため、残留応力などで
強度低下の可能性のある曲面部からの破壊が回避され、
溶接接合後も高強度を維持することができる。また、溶
接作業が困難である、角形鋼管柱の外周の曲面部と角形
接合孔の内周とを溶接接合しないので、溶接欠陥の発生
が減少し、溶接接合後の高強度維持に寄与することがで
き、溶接作業効率も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の外ダイアフラムを示す平面図で
ある。

【図２】図１に示す外ダイアフラムを用いた角形鋼管柱
とＨ形鋼梁部材との接合構造を示す斜視図である。

【図３】第２実施形態の外ダイアフラムを示す平面図で
ある。

【図４】図３に示す外ダイアフラムを用いた角形鋼管柱
とＨ形鋼梁部材との接合構造を示す斜視図である。

【図５】図３に示す外ダイアフラムを用いた角形鋼管柱
とＨ形鋼梁部材との接合構造を示す水平断面図である。

【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図７】第３実施形態の外ダイアフラムを示す平面図で
ある。

【図８】図７に示す外ダイアフラムを用いた角形鋼管柱
とＨ形鋼梁部材との接合構造を示す側面図である。

【図９】従来の技術である外ダイアフラムを示す斜視図
である。

【符号の説明】

１０，６０，７０ 外ダイアフラム １１ 角形鋼管柱 １１ｃ 角形鋼管柱のコーナ曲面部 １１ｐ 角形鋼管柱の平面部 １２，６１，７１ 角形接合孔 １３，６２，７２ 接合部材 １３ａ，６２ａ 接合部材の外幅 １４，６３，７３ 突出部 １４ａ，６３ａ 突出部の基端部分の幅 １４ｂ，６３ｂ 突出部の先端部分の幅 １５，６８，７５ 突起部 １６，６４，７７ Ｊ形開先 １６ｅ，６４ｅ Ｊ形開先の端部 １７，６５，６６ 溶接部 １８ Ｈ形鋼梁部材 １８ｆ フランジ １８ａ 溶接開先 １８ｂ 裏当て金 １８ｃ フランジの幅 ７４ ボルト孔 ７６ ボルトナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 建蔵 福岡県北九州市若松区北浜１丁目９番１号 日立金属株式会社若松工場内 Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AB01 AB16 AC15 AC16 AG20 AG49 AG57 BB09 BB22 BB28 BB35 BC06 BD01 BE03 BE08 BF01 CA05 CA14 CA90 EA33

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角形鋼管柱と梁部材との接合部分に使用
   される外ダイアフラムであって、角形鋼管柱を包囲する
   角形リング状の接合部材と、前記接合部材に連接された
   梁連結用部材とを備え、前記接合部材のコーナ部分に補
   強用の突起部または肉厚部を設けたことを特徴とする外
   ダイアフラム。
2. 【請求項２】 前記梁連結用部材の基端部の幅が、前記
   接合部材の外幅と同等である請求項１記載の外ダイアフ
   ラム。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の外ダイアフラム
   を用いた接合構造であって、角形鋼管柱に装着した前記
   外ダイアフラムの接合部材の内周と前記角形鋼管柱の外
   周とを溶接接合し、前記外ダイアフラムの梁連結用部材
   に梁部材のフランジ部を溶接接合したことを特徴する接
   合構造。
4. 【請求項４】 前記角形鋼管柱の外周の平面部と、前記
   外ダイアフラムの接合部材の内周との対向部分のみを溶
   接接合した請求項３記載の接合構造。