JP2002038585A - ノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 角形鋼管柱をその板厚の大小にグループ分け
して、共通の角形厚肉コアを広く適用できるようにし、
もって角形厚肉コアの四隅の形態（外径ｒ寸法）の種類
を少なくし、効率及び経済性に優れたノンダイアフラム
工法による柱梁仕口部を実現する。 【解決手段】 角形鋼管柱５の外径と同一外径の角形厚
肉コア１０における四隅の外径ｒ寸法が、角形鋼管柱の
四隅の外径Ｒ寸法よりも小さく成形され出っ張ってい
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、角形鋼管を柱材
に使用し、角形厚肉コアを梁仕口に使用して接合した、
ノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部の
技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】（１） 従来、角形鋼管を柱材に使用し
た場合の柱梁仕口部は、図６に例示したように、コラム
コア１において梁鉄骨２の上下の「フランジ溶接位置」
に通しダイアフラム３を設置し、この通しダイアフラム
３に対して上下の角形鋼管柱５、５の接合を行ってい
る。左右の梁鉄骨２、２のせいが異なるときは内ダイア
フラム４を設けるなど、所謂「ダイアフラム工法」によ
る接合が一般的に実施されてきた。

【０００３】しかし、前記ダイアフラム工法による柱梁
仕口部は、コラムコア部材の加工工数が嵩み、手間が多
くかかり、結局は高価であるため、近年では図１Ａに例
示したように、梁鉄骨２の応力を柱５へ伝達可能な厚肉
コア１０を使用してダイアフラムを無用にした、所謂
「ノンダイアフラム工法」による柱梁仕口部が発明され
実施されるようになった。

【０００４】例えば特公昭４９−１７４５１号公報に開
示された「角鋼管鉄骨構造」、実公昭５０−４５０２号
公報に開示された「仕口円管柱」、特開昭６１−２２５
４３８号公報に開示された「柱、梁の仕口」、特開平８
−３０２８９９号公報に開示された「角形鋼管柱の柱梁
仕口部及びその製造方法」、特開平９−１２５５９９号
公報に開示された「鋼管柱体」の発明などが該当する。

【０００５】ノンダイアフラム工法による柱梁仕口部の
場合は、厚肉コア１０の板厚を大きくすることにより、
ダイアフラム工法による柱梁仕口部と同等な剛性、耐力
を確保するものであり、厚肉コア１０は、上下に接続す
る角形鋼管柱５よりも格別に厚肉とされる。

【０００６】そのため上下の角形鋼管柱５と厚肉コア１
０との接合部に段差や目違いが発生して意匠的外観を損
ねる場合が往々ある（例えば前記の特公昭４９−１７４
５１号公報に開示された「角鋼管鉄骨構造」、実公昭５
０−４５０２号公報に開示された「仕口円管柱」、特開
昭６１−２２５４３８号公報に開示された「柱、梁の仕
口」、「角形鋼管柱の柱梁仕口部及びその製造方法」、
特開平９−１２５５９９号公報に開示された「鋼管柱
体」などが該当する。）。

【０００７】（２） その対策として、最近、角形鋼管
柱５及び厚肉コア１０の外径寸法を同一にすることが考
えられ実施されつつある（例えば前記の特開平８−３０
２８９９号公報に開示された「角形鋼管柱の柱梁仕口
部」を参照。）。

【０００８】（３） 従来、荷重負担の大小にしたが
い、柱の外径寸法及び板厚を漸次変化させることも一般
的に行われてきた。コラムコアの上下の柱６、５の外径
寸法が大小に異なるときは、従来、図７に例示したよう
に、外径を直線的に変化させた錐台形状のいわゆるレジ
ューサ１１を使用する異径鋼管継手の技術が既に開発さ
れている（例えば実公昭６１−１８４００６号、実公昭
６３−８３０２号公報などを参照。）。つまりレジュー
サ１１の下端外径は下側の大径鋼管柱５の外径と等しい
大きさとし、上端外径は上側の小径鋼管柱６の外径と等
しく構成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】（Ｉ） 上述したよう
に厚肉コア１０の板厚が大きい場合、これを冷間のプレ
ス加工やロール成形加工法で角形に成形する場合、成形
時の抵抗が大きく、どうしても四隅の外径ｒ寸法は大き
く緩やかな形態となりがちである。

【００１０】逆に、比較的に薄肉である上下の角形鋼管
柱５における四隅の外径Ｒ寸法は割合に小さく成形でき
る。

【００１１】このため上記（２）のように角形鋼管柱５
及び角形厚肉コア１０それぞれの外径寸法を同一として
実施するノンダイアフラム工法の場合は、柱梁仕口部の
四隅の形態が、前述した角形鋼管柱５及び角形厚肉コア
１０それぞれの四隅の外径ｒ寸法とＲ寸法の大小差が原
因で、外径Ｒ寸法が小さい角形鋼管柱５の四隅部分が、
厚肉コア１０の四隅の外へはみ出してしまい（図２の実
線と点線の関係とは逆転の現象と理解されたい。）、は
み出し部分の面積だけ角形鋼管柱５の応力伝達に断面欠
損を生ずる場合が往々発生する欠点があり、解決するべ
き課題になっている。

【００１２】上記課題の対策として、上記特開平８−３
０２８９９号公報の請求項２、３に開示された「角形鋼
管柱の柱梁仕口部」は、角形鋼管柱５及び厚肉コア１０
の四隅の外径Ｒ寸法とｒ寸法を一致させ、又は両者の横
断面外形が一致する外面プロフィールをもつ構成とする
ことが記載されている。たしかに一案ではある。しか
し、この解決案によると、同一外径であっても、板厚が
異なると、異なる外面プロフィールの厚肉コアが必要に
なるから、接続する角形鋼管柱の外径及び板厚ごとに厚
肉コアのサイズが異なることとなり、用意するべき厚肉
コアの種類がたいへん多くなって不効率、不経済であ
る。

【００１３】一方で、接続する角形鋼管柱の外径及び四
隅の外径Ｒ寸法と一致した形態の厚肉コアを鍛造或いは
鋳造製品として提供することも提案されている。しか
し、鍛造或いは鋳造製品は一品生産品であり、製造に手
間がかかり、高価なので、厚肉コアの種類が多いほど不
効率、不経済の度合いが高まり、非常に高価な製品とな
る欠点がある。

【００１４】（II） 次に、上記図７のレジューサ１１
を使用する異径鋼管継手の技術は、理論的には優れてい
るが、実際問題として、下端外径が下側の大径鋼管柱５
の外径と等しい大きさで、上端外径が上側の小径鋼管柱
６の外径と等しくなるように外径を直線的に変化させた
角錐台形状のレジューサ１１を製作することは、誠に面
倒で煩雑な工程を余儀なくされ、製作コストが高騰し、
或いは品質の確保が困難といったような問題があり、実
施が困難である。

【００１５】（III） 従って、本発明の目的は、角形鋼
管を柱材に使用し、これと外径が同一の角形厚肉コアを
梁仕口に使用したノンダイアフラム工法による柱梁仕口
部において、厚肉コアの四隅の形態（外径ｒ寸法）を、
同径の角形鋼管柱の板厚によって異なる四隅の形態（外
径Ｒ寸法）よりも小さく成形し、厚肉コアの四隅が角形
鋼管の四隅よりも少しでも出っ張る形態とすることによ
り、角形鋼管柱をその板厚の大小にグループ分けして、
共通の角形厚肉コアを広く適用できるようにし、もって
角形厚肉コアの四隅の形態（外径ｒ寸法）の種類を少な
くし、効率及び経済性に優れたノンダイアフラム工法に
よる柱梁仕口部を実現することである。

【００１６】本発明の次の目的は、上下の角形鋼管柱の
外径寸法が大小に異なる場合に実施する異径鋼管継手の
ノンダイアフラム工法による柱梁仕口部を、いわゆるレ
ジューサに依存することなく、角形厚肉コアを利用した
簡単な構造で、安価に、高い品質、精度で実現すること
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、請求項１に記載した発明に係るノンダ
イアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部は、角形
鋼管を柱材に使用し、外径が同一の角形厚肉コアを梁仕
口に使用したノンダイアフラム工法による柱梁仕口部に
おいて、角形鋼管柱の外径と同一外径の角形厚肉コアに
おける四隅の外径ｒ寸法が、角形鋼管柱の四隅の外径Ｒ
寸法よりも小さく成形され出っ張っていることを特徴と
する。

【００１８】請求項２記載の発明に係るノンダイアフラ
ム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部は、角形鋼管を柱
材に使用し、梁仕口に使用した角形厚肉コアと下側の角
形鋼管柱とはそれぞれ外径が同一の関係で接合し、上側
の角形鋼管柱は角形厚肉コアよりも外径が小径であり、
角形厚肉コアとはプレートを介して接合する、異径鋼管
継手のノンダイアフラム工法による柱梁仕口部におい
て、下側の角形鋼管柱の外径と同径である角形厚肉コア
における四隅の外径ｒ寸法は、角形鋼管柱の四隅の外径
Ｒ寸法よりも小さく成形され出っ張っていること、上側
の角形鋼管柱の厚さｔと、前記角形厚肉コアの厚さＴ、
及び両者の間に水平方向に介在させたプレートの厚さＴ
_Ｐ、角形厚肉コアの内径面から上側の角形鋼管柱の内径
面までの距離Ｙ、並びに角形厚肉コアの外径面から上側
の角形鋼管柱の外径面までの距離Ｘの関係が、次式

【数２】 で成立する構成されていることをそれぞれ特徴とする。

【００１９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載したノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁
仕口部において、角形厚肉コアは、厚肉のシームレスパ
イプを熱間圧延成形して成ることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態及び実施例】図１Ａと図２は、請求
項１及び３に記載した発明に係るノンダイアフラム工法
による角形鋼管柱の柱梁仕口部の実施形態を示してい
る。

【００２１】この発明は、図１Ａのように外径寸法が同
一の角形鋼管を上下の柱材５、５として使用し、この角
形鋼管柱５と外径が同一の角形厚肉コア１０を梁仕口に
使用して梁鉄骨２を接合する、ノンダイアフラム工法に
よる柱梁仕口部として好適に実施される。梁鉄骨２は、
角形厚肉コア１０の所定位置へ直接接合される。

【００２２】本発明は、角形鋼管柱５の外径寸法と同一
の外径寸法である角形厚肉コア１０における四隅の外径
ｒ寸法（図２を参照。）が、角形鋼管柱５の四隅の外径
Ｒ寸法（図２を参照。）よりも小さく（未満寸法で）成
形され、もって図２中に点線と実線で書き分けたよう
に、角形厚肉コア１０の四隅外形を角形鋼管柱５の四隅
外形よりも少しでも出っ張らせ、もって角形鋼管柱５が
負担した応力は全部角形厚肉コア１０へ伝達可能に構成
したことを特徴とする。

【００２３】なお、角形鋼管柱５の外径Ｒ寸法に関して
は、角部が成形用ローラによって十分に拘束されず、ま
た、成形後の鋼管角部のバッキング現象その他が原因
で、図３中の点線で示したような形状となり、外径Ｒ寸
法による表示が必ずしも正確でない、との考え方が当業
界にあり、図３に記載したＳ寸法を採用し表示すること
も行われる。ここにＳ寸法とは、角形鋼管柱５の直角２
辺の外形面を表す直線と、角部外形を表す円弧との接点
位置から、前記直角２直線の交点までの長さを指す。

【００２４】そこで、本発明の要旨を、前記Ｓ寸法で表
現すると、角形鋼管柱５の外径寸法と同一の外径寸法で
ある角形厚肉コア１０における四隅のＳ寸法が、角形鋼
管柱５の四隅のＳ寸法よりも小さく（未満寸法で）成形
され、角形厚肉コア１０の四隅を角形鋼管柱５の四隅よ
りも少しでも出っ張らせ、角形鋼管柱５が負担した応力
は全部角形厚肉コア１０へ伝達させる構成であると説明
することができる。

【００２５】したがって、本発明の技術的思想におい
て、四隅の外径Ｒ寸法と外径ｒ寸法はそれぞれ、Ｓ寸法
とおよそ同義語であると理解されたい。

【００２６】次に、上記した本発明の要点を、具体的な
数値を挙げて、以下に説明する。角形鋼管柱５の四隅の
外径Ｒ寸法は、角形鋼管製造会社によって多少異なる
が、通例、板厚ｔの２．５倍を標準としている。角形厚
肉コア１０として、厚肉の円形シームレスパイプを角形
に成形して適用する場合、当該厚肉シームレスパイプの
角部の外径ｒ寸法を零にすることはできないが、できる
だけ小さく成形することは可能である。

【００２７】そこで例えば、角形鋼管柱５の外径寸法
と、板厚ｔの種類、四隅の標準外径Ｒ寸法と、及び適用
される角形厚肉コア１０の設計上必要な板厚Ｔと、四隅
の外径ｒ寸法の関係を、２００□の場合について表にす
ると、次の［表１］のようになる（単位はmm。）。ちな
みに、角形鋼管柱５の四隅の外径Ｒ寸法は、通例、板厚
ｔの２．５倍を標準とする。

【００２８】

【表１】

【００２９】上記の表から読み取れる事実は、外径２０
０mmの角形鋼管柱５については、板厚６mmと８mm用とし
て、板厚Ｔが２０mmの厚肉コア１０（外径ｒ寸法１４m
m）を用意し、また、板厚９mmと１２mm用として、板厚
Ｔが２３mmの厚肉コア１０（外径ｒ寸法２１mm）を用意
すると、この２種類の厚肉コアで外径２００mmの角形鋼
管柱５の柱梁仕口部の全部に対応できることが明かであ
る。或いは板厚Ｔが２３mmの厚肉コア１０で、その外径
ｒ寸法が１４mmのものを１種類用意すると、外径２００
mmの角形鋼管柱５のノンダイアフラム工法による柱梁仕
口部の全部に対応できることになる。

【００３０】このように本発明によれば、角形鋼管柱５
の外径寸法と同一である角形厚肉コア１０における四隅
の外径ｒ寸法（図２中のｒを参照。）を、角形鋼管柱５
の四隅の外径Ｒ寸法（図２中のＲを参照。）よりも小さ
く（未満寸法で）成形すると、図２に示したように、角
形鋼管柱５の四隅の外形線は、必ず厚肉コア１０の四隅
の外径（外形線）の内側を通ることになり、角形鋼管柱
５の全断面が厚肉コア１０への応力伝達に有効に働く構
成となり、断面欠損のない接合を達成出来るのである。

【００３１】請求項３記載の発明のように、上記ノンダ
イアフラム工法による角形鋼管柱５の柱梁仕口部におけ
る角形厚肉コア１０を、厚肉のシームレスパイプの熱間
圧延成形で製造すると、シーム溶接継手を持たない分だ
け品質が優れているし、また、四隅の外径ｒ寸法の成形
を安価に効率よく実現できるのである。

【００３２】次に、請求項２記載の発明に係るノンダイ
アフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部の実施形態
を、図１Ｂと図４及び図５に基いて説明する。

【００３３】この発明は、図１Ｂに例示したように、角
形鋼管を上下の柱材６、５に使用し、梁仕口に角形厚肉
コア１０を使用すること、および角形厚肉コア１０と下
側の角形鋼管柱５とは外径が同一の関係であることまで
は、上記請求項１記載の発明と共通する。しかし、上側
の角形鋼管柱６の外径は角形厚肉コア１０よりも小径で
あり、角形厚肉コア１０とはプレート７を介して接合す
る異径鋼管継手に関するノンダイアフラム工法による柱
梁仕口部として実施されることが特徴である。プレート
７は上側の角形鋼管柱６接合用の介物でしかなく、梁鉄
骨２のフランジの接合位置とは不一致であり、ダイアフ
ラムではないことを重々理解されたい。

【００３４】下側の角形鋼管柱５の外径と同一外径であ
る角形厚肉コア１０における四隅の外径ｒ寸法は、同角
形鋼管柱５の四隅の外径Ｒ寸法よりも小さく成形され、
図２のように角形厚肉コア１０の四隅の外形線は前記下
側の角形鋼管柱５の四隅の外形線よりも出っ張って断面
欠損を生じない構成とされている。

【００３５】一方、角形厚肉コア１０の外径よりも小径
である上側の角形鋼管柱６と、角形厚肉コア１０との接
合態様は、例えば図５Ａに示したように共通の一隅へ寄
せた配置、又は図５Ｂのように一辺を共通にしてその中
央部へ位置させる配置、若しくは図５Ｃのように両者の
図心を一致させた相似形の配置などに定めることが可能
である。いずれにしてもプレート７が無くては、上側の
角形鋼管柱６の応力を角形厚肉コア１０へ伝達すること
はできない構成である。

【００３６】そこで上側の角形鋼管柱６の応力を全部無
理なく角形厚肉コア１０へ伝達させるための条件とし
て、図４のように構成することが肝要である。図４にお
いて、上側の角形鋼管柱６から角形厚肉コア１０へ至る
プレート７内の応力伝達角度θは、４５゜以上であるこ
とが既に解析されている。

【００３７】そこで、上側の角形鋼管柱６の厚さｔと、
前記角形厚肉コア１０の厚さＴ、及び両者間に水平方向
に介在させたプレート７の厚さＴ_Ｐ、角形厚肉コア１０
の内径面から上側の角形鋼管柱６の内径面までの距離
Ｙ、並びに角形厚肉コア１０の外径面から上側の角形鋼
管柱６の外径面までの距離Ｘの関係は、必ずθ≧４５゜
であることを要する。それはまた直角二等辺三角形の約
束にしたがい、図４において、Ｔ_Ｐ≧Ｙの条件が得られ
る。よって、

【数３】 の式が成立する構成であれば良いことが理解されるので
ある。

【００３８】

【本発明が奏する効果】請求項１、３記載の発明に係る
ノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部に
よれば、角形鋼管を柱材に使用し、これと外径が同一の
角形厚肉コアを梁仕口に使用したノンダイアフラム工法
による柱梁仕口部において、厚肉コアの四隅の外径ｒ寸
法を、同一外径の角形鋼管柱を、板厚の大小によりグル
ープ分けした１種類ないしせいぜい２種類用意すること
により、すべての柱梁仕口部に対応できるから、角形厚
肉コアのサイズ種類を格別少なくでき、効率、経済性に
優れたものにできるのである。

【００３９】また、請求項２、３記載の発明によれば、
上下の角形鋼管柱の外径寸法が大小に異なる異径鋼管継
手においても、ノンダイアフラム工法による柱梁仕口部
を、角形厚肉コアを利用した簡単な構造で、安価に、高
い品質、精度で実現できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは上下の角形鋼管柱の外径が同一である場合
のノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部
を示し、Ｂは上下の角形鋼管柱の外径が異なる異径鋼管
継手のノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕
口部の実施形態を示した立面図である。

【図２】本発明の柱梁仕口部を一部分拡大して示した平
面説明図である。

【図３】Ｓ寸法の平面説明図である。

【図４】図１Ｂの異径鋼管継手に関するノンダイアフラ
ム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部の要部を拡大して
示した立面図である。

【図５】Ａ、Ｂ，Ｃは小径の上側角形鋼管柱と角形厚肉
コアとの接合態様について例示した平面説明図である。

【図６】従来のダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱
梁仕口部を例示した立面図である。

【図７】従来のレジューサによる異径鋼管継手の例を示
した断面図である。

【符号の説明】

５ 角形鋼管柱 １０ 厚肉コア ｒ 角形厚肉コアの角部外径寸法 Ｒ 角形鋼管柱の角部外径寸法 ６ 上側の小径の角形鋼管柱 ７ プレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志村 保美 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内 (72)発明者 東 清三郎 千葉県富津市新富20番地の１ 新日本製鐵 株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AB01 AB16 AC15 AC16 AG03 AG34 AG43 AG56 BE10 CA90 EA00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】角形鋼管を柱材に使用し、外径が同一の角
   形厚肉コアを梁仕口に使用して接合するノンダイアフラ
   ム工法による柱梁仕口部において、 角形鋼管柱の外径と同一外径の角形厚肉コアにおける四
   隅の外径ｒ寸法が、角形鋼管柱の四隅の外径Ｒ寸法より
   も小さく成形され出っ張っていることを特徴とする、ノ
   ンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口部。
2. 【請求項２】角形鋼管を柱材に使用し、梁仕口に使用し
   た角形厚肉コアと下側の角形鋼管柱とはそれぞれ外径が
   同一の関係で接合し、上側の角形鋼管柱は角形厚肉コア
   よりも外径が小径であり、角形厚肉コアとはプレートを
   介して接合する、異径鋼管継手のノンダイアフラム工法
   による柱梁仕口部において、 下側の角形鋼管柱の外径と同径である角形厚肉コアにお
   ける四隅の外径ｒ寸法は、角形鋼管柱の四隅の外径Ｒ寸
   法よりも小さく成形され出っ張っていること、 上側の角形鋼管柱の厚さｔと、前記角形厚肉コアの厚さ
   Ｔ、及び両者の間に水平方向に介在させたプレートの厚
   さＴ_Ｐ、角形厚肉コアの内径面から上側の角形鋼管柱の
   内径面までの距離Ｙ、並びに角形厚肉コアの外径面から
   上側の角形鋼管柱の外径面までの距離Ｘの関係が、次式 【数１】 で成立する構成とされていることをそれぞれ特徴とす
   る、ノンダイアフラム工法による角形鋼管柱の柱梁仕口
   部。
3. 【請求項３】角形厚肉コアは、厚肉のシームレスパイプ
   を熱間圧延成形して製作されていることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載したノンダイアフラム工法による
   角形鋼管柱の柱梁仕口部。