JP2001193153A - 鋼管柱とｈ形鋼製梁の接合構造および接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接欠陥による破断が生ぜず、しかも構造が
簡単な鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造及び接合方法を提
供する。 【解決手段】 鋼管柱１とＨ形鋼製梁５を鋼管柱１に設
けたダイアフラム３を介して接合する鋼管柱１とＨ形鋼
製梁５の接合構造において、ダイアフラム３は、Ｈ形鋼
製梁５のフランジ７と略同一幅の突出部３ａを有し、該
突出部３ａとフランジ７とが、それぞれの両側面が面一
になるように突き合わされ、かつ溶接金属１７の端部が
突出部３ａとフランジ７の各側面間に跨るように溶接さ
れると共に、Ｈ形鋼製梁５のウェブが鋼管柱１の側面に
溶接されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は建築又は土木の鉄
骨構造物における鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造及び接
合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合
構造の第一例の説明図である。図において、１は鋼管
柱、３は鋼管柱１のダイアフラム、５は鋼管柱１に接合
されるＨ形鋼製梁である。鋼管柱１とＨ形鋼製梁５との
接合は、まず、ダイアフラム３とＨ形鋼製梁５のフラン
ジ７とを突き合わせて、ウェブ８を鋼管柱１へ仮づけ溶
接する。そして、フランジ７とダイアフラム３との溶接
については、通常ルートギャップという隙間をふさぐた
めに、裏当て金９をダイアフラム３とフランジ７の下面
側に両者に跨るように置き、セラミックス製の固形タブ
１１という溶接止め材を両側に置いて溶接する。さら
に、Ｈ形鋼製梁５のウエブ８と鋼管柱１の側面を本溶接
する。

【０００３】図１０は従来の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合
構造の第二例の説明図であり、図９と同一部分には同一
の符号を付している。この例では、固形タブ１１の代わ
りにフランジ７とダイアフラム３との溶接量を確保する
ためにエンドタブ１３というフランジ７の延長材をフラ
ンジ７の両側に置いて溶接するものである。なお、エン
ドタブ１３の目的は溶接欠陥が生じる溶接の始終端を梁
幅の外に存在させることにあり、溶接欠陥を前提として
いるような溶接法である。

【０００４】図１１は従来の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合
構造の第三例の説明図であり、特開平９−２１７４２０
号公報に開示されたものである。なお、図９と同一部分
には同一の符号を付している。この例では、鋼管柱１に
上下所定間隔を離して設けたダイアフラム３，３に、外
方に延出する張出部３ａ，３ａを一体的に形成すると共
に、張出部３ａ，３ａの先端に開先部３ｂ，３ｂを形成
し、張出部３ａ，３ａとＨ形鋼製梁のフランジ部とを溶
接するようにしている。また、上下のダイアフラム３
ａ，３ａ間の鋼管柱１の側面に垂直にリブ板１５を溶接
し、該リブ板１５とＨ形鋼製梁のウェブとをボルト接合
するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの従来例にも以下のような問題点があった。まず、
図９に示した第一例の問題点について説明する。図１２
は、図９に示した鋼管柱１とＨ形鋼製梁５の溶接部を拡
大して示す平面図であり、図１２において１７は溶接金
属を示している。第一例の場合には、図１２に示すよう
に、ダイアフラム３の幅がＨ形鋼製梁５のフランジ７よ
りも広いため、固形タブ１１はフランジ７の側面に沿わ
せて、先端をダイアフラム３に当接するように配置する
ことになる。このため、溶接端の溶け込みが不十分とな
り、溶接欠陥１９が溶接方向に生ずる。また、溶接端に
おいては、ダイアフラム３の面積の方がＨ形鋼製梁５の
フランジ７よりも大きいため、熱が逃げやすくダイアフ
ラム３側により大きな溶接欠陥が生ずる。

【０００６】このように、溶接線方向の溶接欠陥１９が
生じると、鉄骨骨組に地震力が作用した場合に、その欠
陥部分から溶接方向に亀裂が進展し、Ｈ形鋼製梁５が早
期に破断してしまう。また、ダイアフラム３とＨ形鋼製
梁５の接合部では断面が急激に変化しており、剛性変化
が大きいため、その接続部外端に大きな応力集中が生じ
る。そして、上記の欠陥１９と相乗効果で接合部分での
破断の可能性が高くなるのである。

【０００７】次に、図１０に示した第二例の問題点につ
いて説明する。図１３（ａ），（ｂ）はそれぞれダイア
フラム３とＨ形鋼製梁５の溶接部を拡大して示す平面
図、側面図である。図１３においても、１７は溶接金属
を示している。図１３に示すように、この溶接方法の場
合でも、溶接端に溶接欠陥１９が生ずるのは図９に示し
た第一例と同様である。ただ、この第二例の場合には、
溶接欠陥１９が生じた部分を削り取ることによって溶接
欠陥１９を無くすることができる。しかし、削り取りの
ための作業が必要となり手間がかかるという問題があ
る。なお、ダイアフラム３とＨ形鋼製梁５の接合部で断
面変化が急激であり、大きな応力集中が生じる点は第一
例と同様である。

【０００８】さらに、第三例の問題点について説明す
る。この例の場合には、ダイアフラム３，３に、外方に
延出する張出部３ａ，３ａを一体的に形成して、断面変
化が急激な部分と溶接部分とが一致しないようにしてい
るため、上記第一、第二のような溶接欠陥の発生と断面
変化が相乗して破断する危険は少ないと言える。しかし
ながら、同公報にはダイアフラム３，３の張出部３ａ，
３ａとＨ形鋼製梁のフランジとの溶接に関し、溶接欠陥
の発生を防止する対策は何等も考慮されておらず、いま
だ溶接欠陥の発生による破断の危険の可能性を残すもの
であった。

【０００９】そのため、図１１に示すように、断面変化
の急激な部分と溶接部分とをできるだけ離す必要があ
り、張出部３ａ，３ａを長くしているものと推察され
る。このため、Ｈ形鋼製梁と鋼管柱１との距離が長くな
り、Ｈ形鋼製梁のウェブと鋼管柱１とを直接溶接するこ
とができず、図１１に示すように、リブ板１５を別途鋼
管柱１の側面に溶接し、このリブ板１５とＨ形鋼製梁の
ウェブとをボルト接合しなければならないのである。こ
のため、接合構造が複雑となり、また接合に手間がかか
るという問題がある。

【００１０】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、溶接欠陥による破断が生ぜず、しかも
構造が簡単な鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造及び接合方
法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼管柱とＨ
形鋼製梁の接合構造は、鋼管柱とＨ形鋼製梁を前記鋼管
柱に設けたダイアフラムを介して接合するものにおい
て、前記ダイアフラムは、前記Ｈ形鋼製梁のフランジと
略同一幅の突出部を有し、 該突出部と前記フランジと
が、それぞれの両側面が面一になるように突き合わさ
れ、かつ溶接金属の端部が前記突出部と前記フランジの
各側面間に跨るように溶接されると共に、前記Ｈ形鋼製
梁のウェブが前記鋼管柱の側面に溶接されていることを
特徴とするものである。

【００１２】また、前記ダイアフラムは、通しダイアフ
ラムまたは外ダイアフラムであることを特徴とするもの
である。

【００１３】また、前記ダイアフラムの突出部と前記Ｈ
形鋼製梁のフランジのそれぞれに開先を設けたことを特
徴とするものである。

【００１４】また、本発明に係る鋼管柱とＨ形鋼製梁の
接合方法は、鋼管柱とＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に設けた
ダイアフラムを介して接合するものにおいて、前記Ｈ形
鋼製梁のフランジと略同一幅の突出部を有するダイアフ
ラムを前記鋼管柱に接合する工程と、前記突出部と前記
フランジとを、それぞれの両側面が面一になるように突
き合わす工程と、溶接金属が流れ込むための凹部有する
固形タブを前記突出部と前記フランジの各側面間に跨る
ように設置する工程と、前記突出部と前記フランジの突
き合わせ部を溶接する工程と、前記Ｈ形鋼製梁のウェブ
の柱側の端面と前記鋼管柱を溶接する工程とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の一
実施の形態の平面図、図２は側面図である。図１、図２
に基づいて本実施の形態の構造を説明する。まず、構成
を概説すると、図において、１は角形鋼管柱、３は角形
鋼管柱１に取り付けられたダイアフラムであり、この例
では通しダイアフラムである。５は角形鋼管柱１の各側
面に接合されたＨ形鋼製梁であり、Ｈ形鋼製梁５のフラ
ンジ７とダイアフラム３、Ｈ形鋼製梁５のウェブ５と角
形鋼管柱１の側面がそれぞれ溶接接合されている。

【００１６】次に、構成の詳細について説明する。ダイ
アフラム３は矩形状であり、各辺には接合するＨ形鋼製
梁５のフランジ７とほぼ同一幅の突出部３ａが設けられ
ている。この突出部３ａは、その突出の付け根部分には
応力集中を避けるためにアール３ｂが設けられている。
また、突出部３ａの突出長さは、突出部３ａとフランジ
７との溶接の際に用いる固形タブを当てるのに必要な程
度のごく短い長さである。具体的には、突出部３ａの付
け根の部分に設けたアール３ｂの半径ｒとしてｒ＝５〜
１０mm程度が必要であり、これに加えて固形タブを取り
付けるスペースとして１０mm程度が必要となる。したが
って、突出部３ａの長さとしては１５mm〜２０mm程度と
なる。なお、ダイアフラム３を角形鋼管柱１に溶接する
ためにダイアフラム３を角形鋼管柱１の外方に１０mm〜
２０mm程度張り出させる必要がある。したがって、ダイ
アフラム３の角形鋼管柱１の外面からの突出寸法は、突
出部３ａの部分が２５mm〜４０mmであり、それ以外の部
分では１０mm〜２０mmとなる。

【００１７】１７は突出部３ａとフランジ７の溶接部の
溶接金属であり、溶接金属１７の端部は、図３の拡大図
に示すように、ダイアフラム３の突出部３ａの側面及び
Ｈ形鋼製梁５のフランジ７の側面の両方に跨っている。
したがって、溶接欠陥が溶接線の方向（Ｈ形鋼製梁５の
軸線に直角の方向）に生ずることがない。１８はＨ形鋼
製梁５の端部に設けたスカラップという切欠き部であ
り、溶接の際に使用する裏当て金９を挿通するためのも
のである。

【００１８】以上のように構成された本実施の形態にお
いては、ダイアフラム３の突出部３ａとＨ形鋼製梁５の
フランジ７との溶接部における溶接金属１７の端部が、
突出部３ａの側面及びフランジ７の側面の両方に跨って
形成されているので、溶接欠陥が発生し難く、また発生
したとしても溶接線に直交するする方向になる。したが
って、溶接線方向に溶接欠陥が発生する従来例のよう
に、この部分からＨ形鋼製梁５が破断する危険性は少な
い。また、溶接欠陥が生じても、その方向が溶接線に直
交するする方向であり、応力平行方向となるため、Ｈ形
鋼製梁５に亀裂を生じさせることもない。

【００１９】また、ダイアフラム３に突出部３ａを設
け、断面変化が急激な部分と溶接部分とが一致しないよ
うにしているため、溶接部と断面変化の急激な部分とが
ずれており、応力集中が溶接部に生じて溶接部が破断す
る危険は少ない。そして、溶接部に溶接線方向の溶接欠
陥が発生しないので、溶接部の破断の危険性が少なく、
その結果従来の第三例の張出部３ａ，３ａのように断面
変化の急激な部分と溶接部を大きく離す必要性は少な
く、突出部３ａの突出長さは小さくてよい。このため、
スカラップ１８の大きさは小さくて済み、スカラップ１
８を設けることによる悪影響が少なく、Ｈ形鋼製梁５の
ウェブ８と角形鋼管柱１の側面を直接溶接することが可
能となるのである。逆に言えば、従来の第三例のよう
に、張出部３ａ，３ａの長さが長い場合には、スカラッ
プが大きくなり、断面欠損の影響が許容範囲を超えてし
まうことになり、そのため、スカラップを小さくして、
リブ板１５を介する接合構造になってしまうのである。
このように、本実施の形態では、従来の第三例のような
リブ板１５を溶接し、さらに該リブ板１５とＨ形鋼製梁
５をボルト接合するというような複雑な構造が不要とな
り、また接合作業もごく単純になる。

【００２０】図４〜図７は本実施の形態の接合方法の説
明図である。以下、図４〜図７に基づいて、本実施の形
態の接合方法を説明する。まず、Ｈ形鋼製梁５のフラン
ジ幅と略同一幅の突出部３ａを有するダイアフラム３を
角形鋼管柱１に溶接接合する。次に、ダイアフラム３の
突出部３ａの接合面にＨ形鋼製梁５のフランジ７の接合
面を突き合わせ、Ｈ型鋼製梁のフランジ部の下面に裏当
て金９を設置する（以上図４、図５）。

【００２１】次に、図６に示すように、ダイアフラム３
の突出部３ａとＨ形鋼製梁５のフランジ７の接合部の側
面に固形タブ１９を当接する。この固形タブ１９は、溶
接の際に溶接金属が流れ込むための凹部１９ａを有して
おり、この凹部１９ａを接合面側に向けて設置する。そ
して、突き合わされたダイアフラム３の突出部３ａとＨ
形鋼製梁５のフランジ７を溶接する。溶接部の溶接金属
１７の形状は、図７に示すように、突出部３ａの側面及
びフランジ７の側面の両方に跨って形成される。さら
に、Ｈ形鋼製梁５のウェブ８の柱側の端面と角型鋼管柱
１を溶接する。

【００２２】以上のように本実施の形態によれば、溶接
線方向の溶接欠陥が生ぜず、しかも極めて簡単な方法で
角形鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合することができる。

【００２３】実施の形態２．具体的な実施の形態を説明
する前に、本実施の形態に関連する課題について説明す
る。従来例を示した図９、図１０において、ダイアフラ
ム３とＨ形鋼製梁５のフランジ７の溶接部分において
は、フランジ７のみに開先を設け、ダイアフラム３側に
は設けていない。このように、ダイアフラム３側に開先
を設けていないのは、従来のダイアフラムは角形鋼管柱
１の外方への突出部が短いため加工が困難であること、
及び片側開先の溶接でも十分であるとの考えに基づくも
のである。しかしながら、このような片側開先の場合に
は次のような問題がある。まず、開先を設けていないダ
イアフラム３側では接合面上部で溶接熱が奪われてしま
い、溶接面の下部、特に裏当金９の直近部分では十分な
溶け込みが得られずに欠陥を生じる可能性がある。ま
た、溶接部においては、熱影響部が最も強度的に弱くな
るが、開先を設けていないダイアフラム３側では、この
熱影響部がＨ形鋼製梁５の軸線に直交する垂直面として
形成されることになる。このため、地震力が作用した場
合、この垂直面に沿う亀裂が生じる可能性がある。本実
施の形態においては、片側開先から生ずるこれらの課題
を解決するためになされたものであり、以下具体的に説
明する。

【００２４】図８はダイアフラム３の突出部３ａとフラ
ンジ７の溶接部の拡大断面を示しており、実施の形態１
と同一部分には同一の符号を付している。本実施の形態
２においては、図８に示すように、ダイアフラム３の突
出部３ａとＨ形鋼製梁５のフランジ７のそれぞれに開先
を設けて溶接するようにしたものである。このようにす
ることによって、以下のような効果が得られる。まず、
ダイアフラム３の突出部３ａにも開先を設けることによ
り、ダイアフラム３の突出部３ａ側の下部においても十
分な溶け込みが可能となり、ダイアフラム３側の裏当て
金９の直近部にも溶接欠陥が生じなくなる。

【００２５】また、一番の弱点である熱影響部２１が傾
斜面として形成されることになるので、熱影響部２１に
沿う断面の面積が垂直断面の場合に比較して大きくな
る。このため、熱影響部２１に沿う断面における外力に
対する抵抗力が大きくなり、かかる断面に沿う亀裂が発
生しにくくなる。また、熱影響部２１が傾斜して形成さ
れているので、Ｈ形鋼製梁５の軸線に直交する垂直面で
亀裂が発生しようとすると、亀裂は熱影響部２１と溶接
金属１７（場所によっては熱影響のない部分）に跨るこ
とになるが、溶接金属１７や熱影響のない部分は衝撃値
が大きいため、熱影響部が垂直断面方向に形成される場
合に比較して亀裂を生じにくい。このように、熱影響部
２１に沿う傾斜方向の亀裂、および熱影響部２１を通る
垂直断面方向の亀裂共に発生しにくいのである。

【００２６】以上のように、本実施の形態によれば、簡
単な構成により、地震時における溶接部での亀裂の発生
を確実に防止できる。

【００２７】なお、上記の実施の形態においてはダイア
フラムとして通しダイアフラムを例に挙げたが、外ダイ
ヤフラムであってもよい。また、角形鋼管柱を例に挙げ
て説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、
円形鋼管柱に対しても適用できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下のような効果を奏する。

【００２９】ダイアフラムは、Ｈ形鋼製梁のフランジと
略同一幅の突出部を有し、該突出部とフランジとが、そ
れぞれの両側面が面一になるように突き合わされ、かつ
溶接金属の端部が前記突出部と前記フランジの各側面間
に跨るように溶接されているので、溶接欠陥が溶接線の
方向に生ずることがなく、また溶接部と断面変化の急激
な部分とがずれており、応力集中が溶接部に生ぜず、溶
接部が破断する危険は極めて少ない。また、溶接部に溶
接線に沿う溶接欠陥が発生しないことから、ダイアフラ
ムの突出長さを短くできるので、Ｈ形鋼製梁の端部に設
けるスカラップを小さくでき、鋼管柱とＨ形鋼製梁のウ
ェブとを直接溶接することが可能となり、全体の構成を
単純化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態の平面図である。

【図２】 本発明の一実施の形態の側面図である。

【図３】 本発明の一実施の形態の一部を拡大して示す
拡大図である。

【図４】 本発明の接合方法の工程の説明図である。

【図５】 本発明の接合方法の工程の説明図である。

【図６】 本発明の接合方法の工程の説明図である。

【図７】 本発明の接合方法の工程の説明図である。

【図８】 本発明の他の実施の形態の説明図である。

【図９】 従来の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造の第一
例の説明図である。

【図１０】 従来の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造の第
二例の説明図である。

【図１１】 従来の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造の第
三例の説明図である。

【図１２】 従来例の課題の説明図である。

【図１３】 従来例の課題の説明図である。

【符号の説明】

１ 角形鋼管柱 ３ ダイアフラム ３ａ 突出部 ５ Ｈ形鋼製梁 ７ フランジ ８ ウェブ １７ 溶接金属 １８ スカラップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管柱とＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に設け
   たダイアフラムを介して接合する鋼管柱とＨ形鋼製梁の
   接合構造において、 前記ダイアフラムは、前記Ｈ形鋼製梁のフランジと略同
   一幅の突出部を有し、 該突出部と前記フランジとが、それぞれの両側面が面一
   になるように突き合わされ、かつ溶接金属の端部が前記
   突出部と前記フランジの各側面間に跨るように溶接され
   ると共に、 前記Ｈ形鋼製梁のウェブが前記鋼管柱の側面に溶接され
   ていることを特徴とする鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構
   造。
2. 【請求項２】 前記ダイアフラムは、通しダイアフラム
   または外ダイアフラムであることを特徴とする請求項１
   記載の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造。
3. 【請求項３】 前記ダイアフラムの突出部と前記Ｈ形鋼
   製梁のフランジのそれぞれに開先を設けたことを特徴と
   する請求項１または２記載の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合
   構造。
4. 【請求項４】 鋼管柱とＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に設け
   たダイアフラムを介して接合する鋼管柱とＨ形鋼製梁の
   接合方法において、 前記Ｈ形鋼製梁のフランジと略同一幅の突出部を有する
   ダイアフラムを前記鋼管柱に接合する工程と、 前記突出部と前記フランジとを、それぞれの両側面が面
   一になるように突き合わす工程と、 溶接金属が流れ込むための凹部有する固形タブを前記突
   出部と前記フランジの各側面間に跨るように設置する工
   程と、 前記突出部と前記フランジの突き合わせ部を溶接する工
   程と、 前記Ｈ形鋼製梁のウェブの柱側の端面と前記鋼管柱を溶
   接する工程とを備えたことを特徴とする鋼管柱とＨ形鋼
   製梁の接合方法。