JP2003034986A - 鋼管柱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外周形状が揃い、二箇所の溶接でよく、十分
な強度を持ち、コンクリートを容易に充填できる鋼管柱
を提供する。 【解決手段】 所定の板厚の長尺鋼管１と、長尺鋼管１
よりも板厚が厚くかつ梁材連結部を形成する長さＬの短
尺鋼管２からなる。長尺鋼管１と短尺鋼管２を、短尺鋼
管２を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合５し、溶
接結合後に熱間成形することで、その外周形状を整形し
て構成し、中にコンクリート１３を充填した。長尺鋼管
と短尺鋼管とは、溶接結合したのち熱間成形すること
で、その外周形状を整形できる。梁材連結部は、予めの
厚い板厚によって十分な強度を確保でき、梁材の溶接結
合は何ら支障なく行える。鋼管柱は、内蔵リブや裏当て
金などがない状態に仕上げ、中にコンクリートなどを充
填させる構成も容易に採用でき、中に充填させたコンク
リートによって、強度や耐火に対処できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば鉄骨構造
物の支柱として使用される鋼管柱に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、支柱側に対してダイヤフラムを取
り付ける方式として、たとえば通しダイヤフラム方式や
内ダイヤフラム方式などが提供されている。 【０００３】このうち通しダイヤフラム方式は、たとえ
ば図９に示されるように、支柱が、その長さ方向におい
て下部支柱３１とパネルゾーン用のコラム３２と上部支
柱３３とに切断（分断）されている。そして下部支柱３
１の上端に、裏当て材を介して下部ダイヤフラム３４が
溶接されるとともに、この下部ダイヤフラム３４上に裏
当て材を介してコラム３２の下端が溶接される。さらに
コラム３２の上端に、裏当て材を介して上部ダイヤフラ
ム３５が溶接されるとともに、この上部ダイヤフラム３
５上に裏当て材を介して上部支柱３３の下端が溶接され
る。 【０００４】このようにして形成された支柱３６に対す
る梁材（主にＨ形鋼材）３７の連結は、この梁材３７の
遊端を、両ダイヤフラム３４，３５やコラム３２に溶接
することで行っていた。そして両ダイヤフラム３４，３
５は、応力の伝達の役目を成していた。 【０００５】また内ダイヤフラム方式は、たとえば図１
０に示されるように、支柱が、その長さ方向において下
部支柱４１と上部支柱４２とに切断（分断）されてい
る。そして下部支柱４１内の上部と上部支柱４２内の下
部とに、それぞれ裏当て材を介してダイヤフラム４３が
溶接結合されている。これら下部支柱４１と上部支柱４
２とは、直線状に位置されたのち、その遊端間が溶接結
合されている。 【０００６】このようにして形成された支柱４４に対す
る梁材４５の連結は、この梁材４５の遊端を、上下のダ
イヤフラム４３に対向させた状態で、下部支柱４１と上
部支柱４２との外面に溶接結合することで行われてい
た。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】上記した従来の構成に
おいて、図９に示される通しダイヤフラム方式による
と、支柱（鋼管）３６は、短く切断するとともに溶接の
ための開先加工を行い、そして両ダイヤフラム３４，３
５は、それぞれ上下の二箇所、合計四箇所を溶接するこ
とから、組立て工数が多くかつ溶接長さは長くなり、以
て全体作業が複雑化するとともに製作費が高くなる。 【０００８】また図１０に示される内ダイヤフラム方式
によると、両ダイヤフラム４３のそれぞれの溶接と、下
部支柱４１と上部支柱４２との溶接との、合計三箇所の
溶接が必要となることから、組立て工数が多くかつ溶接
長さは長くなり、以て全体作業が複雑化するとともに製
作費が高くなる。さらにダイヤフラム４３は、下部支柱
４１と上部支柱４２との端部近くにしか配置できず、ま
た下部支柱４１と上部支柱４２との溶接結合部４６を跨
いで梁材４５が溶接結合されることから、支柱４４は、
梁材４５の連結位置に応じて短く切断され、長い一本も
のの支柱にはできなかった。 【０００９】さらに両方式ともに、ダイヤフラム３４，
３５やダイヤフラム４３の存在によって、強度や耐火の
ためのコンクリートを、その中に充填することは容易に
行えない。 【００１０】なお、別に外ダイヤフラム方式もあるが、
これによると支柱外部の構造物が大型、重量大となり、
しかも溶接長さが長いものとなる。そこで本発明の請求
項１記載の発明は、外周形状が揃い、また二箇所の溶接
でよく、しかも十分な強度を持ち、さらにコンクリート
を容易に充填し得る鋼管柱を提供することを目的とした
ものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】前述した第１の目的を達
成するために、本発明の請求項１記載の鋼管柱は、所定
の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管よりも板厚が厚くか
つ梁材連結部を形成する長さの短尺鋼管とからなり、前
記長尺鋼管と短尺鋼管とは、短尺鋼管を梁材連結位置と
して長さ方向で溶接結合されるとともに、溶接結合後に
熱間成形することで、その外周形状を整形して構成さ
れ、中にコンクリートが充填されていることを特徴とし
たものである。 【００１２】したがって請求項１の発明によると、短尺
鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合することで、この短尺
鋼管によって厚い板厚の梁材連結部を形成し得、その際
に二箇所の溶接でよいことから、組立て工数を削減し得
るとともに溶接長さは短くなる。また長尺鋼管と短尺鋼
管とは、長さ方向で溶接結合したのち熱間成形すること
で、その外周形状を整形し得る。さらに梁材連結部は、
予めの厚い板厚によって十分な強度を確保し得、梁材の
溶接結合は何ら支障なく行える。 【００１３】そして鋼管柱はパイプジョイント形式で得
られ、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得
る。したがって、中にコンクリートを充填させる構成も
容易に採用し得る。さらに鋼管柱は、中に充填させたコ
ンクリートによって、強度や耐火に対処し得る。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１の実施の形
態を、四角形の角形鋼管を採用した状態として、図１〜
図８に基づいて説明する。 【００１５】図１、図２に示されるように、所定の板厚
ｔでかつ各コーナ部が大きい曲率半径Ｒに成形された半
成形長尺角形鋼管（半成形長尺鋼管）１と、この半成形
長尺角形鋼管１の板厚ｔよりも厚い板厚Ｔでかつ同様に
各コーナ部が大きい曲率半径Ｒに成形された半成形短尺
角形鋼管（半成形短尺鋼管）２とが準備される。 【００１６】その際に半成形長尺角形鋼管１と半成形短
尺角形鋼管２とは、その一つの平板部に、突き合わせ溶
接による突き合わせ溶接部１ａ，２ａが形成されてお
り、そして少し長めの外寸Ｗ＋αとして半成形されてい
る。さらに半成形短尺角形鋼管２は、梁材連結部を形成
する長さ（高さ）Ｌとされている。 【００１７】ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規
模に応じて採用される鋼管柱の外寸Ｗなどにより決定さ
れるもので、たとえば外寸Ｗが６００ｍｍのときに板厚
ｔは２５ｍｍである。また半成形長尺角形鋼管１の板厚
ｔと半成形短尺角形鋼管２の板厚Ｔとは、たとえば２ｔ
≒Ｔとされている。また半成形長尺角形鋼管１と半成形
短尺角形鋼管２とは、各コーナ部を大きい曲率半径Ｒと
しかつ少し長めの外寸Ｗ＋αとすることで、その外周形
状は、最終製品形状（角形鋼管柱）よりも大きくして同
一状に形成されている。 【００１８】そして半成形短尺角形鋼管２の内面２ｂ
に、突起体３群が溶接結合４されている。ここで突起体
３としてＴボルト状のものが使用されているが、その際
に突起体３間の間隔（隙間）Ｓや、内面２ｂと突起体対
向面との間隔Ｓなどは、コンクリートの粒状物（最大で
約５０mm）が入り込めるように設定されている。このよ
うな半成形長尺角形鋼管１と半成形短尺角形鋼管２と
を、その外周形状を同一状として、かつ突き合わせ溶接
部１ａ，２ａを同一直線状として位置させる。そして、
半成形長尺角形鋼管１と半成形短尺角形鋼管２との相当
接間を溶接結合５することで、図３、図４（ａ）に示さ
れるように、半成形短尺角形鋼管２を梁材連結位置とし
て半成形角形鋼管柱（半成形鋼管柱）７を構成する。 【００１９】ここで半成形短尺角形鋼管２の両端で内面
には、その厚さを半成形長尺角形鋼管１の板厚ｔに合わ
せるための段部２ｃが形成されている。そして溶接結合
５を施工する際に、その段部２ｃを利用して溶接箇所の
内側には、必要に応じてリング状のフラットバー６がセ
ットされる（図７参照。）。なお、フラットバー６を使
用しないときには、内外からの溶接結合が採用される。 【００２０】次いで、大きい曲率半径Ｒの半成形角形鋼
管柱（原鋼管）７に対して熱間成形（整形）を行う。す
なわち、半成形角形鋼管柱７が加熱手段（加熱炉など）
１５において加熱され、そして成形手段（成形ロール装
置など）１６において熱間成形（熱間絞り成形）され
る。 【００２１】このように外周形状を熱間成形することに
より、図３、図４（ｂ）に示すように、全長に亘って所
望の外寸Ｗであり、かつ各コーナが同様な曲率半径ｒで
あり、そして所定の板厚ｔの長尺角形鋼管（長尺鋼管）
１Ａと、厚い板厚Ｔの梁材連結部を形成しかつ内面に突
起体３群を有する短尺角形鋼管（短尺鋼管）２Ａとを、
長さ方向で溶接結合５して構成してなる角形鋼管柱（鋼
管柱）１０、すなわち、外周形状を最終製品形状とした
角形鋼管柱１０が得られる。 【００２２】このような角形鋼管柱１０は、所定本数が
建築現場などに運搬され、そして図５〜図７に示すよう
に、梁材連結部を形成する長さＬの短尺角形鋼管２Ａの
外面に、梁材１１が溶接結合１２によって連結される。
なお角形鋼管柱１０は、図５の仮想線に示すように、積
上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接結合１２さ
れることで、所定長さ（高さ）に構成される。そして積
上げ溶接の前後において、角形鋼管柱１０の中にコンク
リート１３が充填される。 【００２３】したがって角形鋼管柱１０は、中にコンク
リート１３を充填させることで、強度や耐火に対処し得
る。その際に梁材連結部では、突起体３間の間隔（隙
間）Ｓや、内面２ｂと突起体対向面との間隔Ｓなどを通
して、コンクリート１３が内面２ｂまで十分に充填され
る。 【００２４】上述した角形鋼管柱１０の製造方法による
と、半成形短尺角形鋼管２の両端に半成形長尺角形鋼管
１を溶接結合５したことで、この半成形短尺角形鋼管２
Ａによって梁材連結部を形成し得る。したがって、二箇
所の溶接でよいことから組立て工数を削減し得るととも
に溶接長さは短くなり、以て全体を簡略化して経済的と
なり、かつ溶接歪などが生じ難いものとなる。 【００２５】また半成形長尺角形鋼管１と半成形短尺角
形鋼管２とを、その外周形状を同一状（同様な少し長め
の外寸Ｗ＋α、同様な大きい曲率半径Ｒ）として相当接
間を長さ方向で溶接結合５することで、その溶接結合５
は十分に強固にかつ綺麗に行える。 【００２６】そして半成形角形鋼管柱７に対して熱間成
形を行うことで、その全長において各コーナ部の曲率半
径ｒを揃え、しかも突き合わせ溶接部１ａ，２ａが傾斜
せず直線状のままであるなどの変形が生じない角形鋼管
柱１０を製造し得る。さらに熱間成形によって、平板部
とコーナ部とを均質化した角形鋼管柱１０を製造し得る
とともに、各溶接（１ａ，２ａ，４，５）が母材（半成
形短尺角形鋼管や半成形長尺角形鋼管）に一体化され、
以て突起体３の結合を強固に行えるとともに、塑性変形
性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得る。 【００２７】また、梁材連結部は、予めの厚い板厚Ｔに
よって十分な強度を確保し得、梁材１１の溶接結合１２
は何ら支障なく行える。そして角形鋼管柱１０はパイプ
ジョイント形式で得られ、内蔵リブや裏当て金などがな
い状態に仕上げ得る。したがって、中にコンクリート１
３を充填させる構成も容易に採用し得る。 【００２８】そして角形鋼管柱１０は、中にコンクリー
ト１３を充填させることで、強度や耐火に対処し得る。
その際に梁材連結部では、突起体３間の間隔（隙間）Ｓ
や、内面２ｂと突起体対向面との間隔Ｓなどを通して、
コンクリー１３が内面２ｂまで十分に充填させ得る。ま
た、充填したコンクリート１３は、風などにより角形鋼
管柱１０が揺れて変形したときでも、突起体３群によっ
て内面２ｂから剥離し難いものとなり、以て所期の強度
や耐火の作用を十分に発揮し得る。 【００２９】なお、上記した第１の実施の形態におい
て、半成形長尺角形鋼管１や半成形短尺角形鋼管２は、
鋼板をプレス成形したのち突き合わせ溶接することで得
たり、あるいは、鋼板を曲げ成形したのち突き合わせ溶
接することで丸形鋼管を成形したのち、この丸形鋼管を
プレス方式やロール方式により成形することで得てい
る。 【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態を、図８
に基づいて説明する。すなわち図８（ａ）に示すよう
に、所定の板厚ｔの半成形長尺丸形鋼管（半成形長尺鋼
管）２１と、この半成形長尺丸形鋼管２１の板厚ｔより
も厚い板厚Ｔでかつ梁材連結部を形成する長さ（高さ）
Ｌの半成形短尺丸形鋼管（半成形短尺鋼管）２２とから
なる。これら半成形長尺丸形鋼管２１と半成形短尺丸形
鋼管２２とは、その周方向の一箇所に、突き合わせ溶接
による突き合わせ溶接部２１ａ，２２ａが形成されてお
り、少し大きめの直径Ｄ＋αとして半成形されている。
そして半成形短尺丸形鋼管２２の内面２２ｂに、突起体
２３群が溶接結合２４されている。 【００３１】次いで、突き合わせ溶接部２０ｂ，２１ｂ
を同一直線状として、半成形長尺丸形鋼管２１と半成形
短尺丸形鋼管２２との相当接間を溶接結合することで、
半成形短尺丸形鋼管２２を梁材連結位置として半成形丸
形鋼管柱（半成形鋼管柱）２５を構成する。 【００３２】次いで半成形丸形鋼管柱２５に対して熱間
成形（整形）を行うことにより、図８（ｂ）に示すよう
に、全長に亘って所望の直径Ｄであり、かつ梁材連結位
置が厚い板厚Ｔの丸形鋼管柱（鋼管柱）２６、すなわ
ち、外周形状を最終製品形状とした丸形鋼管柱２６が得
られる。 【００３３】このような丸形鋼管柱２６は、所定本数が
建築現場などに運搬され、そして積上げ状に配置された
のち、その上下間が溶接結合されることで、所定長さ
（高さ）に構成される。そして積上げ溶接の前後におい
て、角形鋼管柱１０の中にコンクリート２７が充填され
る。 【００３４】したがって丸形鋼管柱２６は、中にコンク
リート２７を充填させることで、強度や耐火に対処し得
る。その際に梁材連結部では、突起体２３間の間隔（隙
間）Ｓや、内面２２ｂと突起体対向面との間隔Ｓなどを
通して、コンクリー２７が内面２２ｂまで十分に充填さ
れる。 【００３５】上記した各実施の形態においては、突起体
３，２３としてＴボルト状のものが使用されているが、
これは、頭部が円板体のＩボルト状やＬ字ブラケット状
のものなど、種々な形状の突起体が使用されるものであ
る。また、たとえば図７の仮想線に示されるように、短
尺角形鋼管２Ａにおける段部２ｃよりも外の両端で板厚
の薄い部分に、突起体３ａ群が追加して設けられる形式
であってもよい。 【００３６】上記した各実施の形態において、鋼管とし
ては、たとえば、ロール成形によるワンシーム角形鋼
管、プレス成形による一対のみぞ形材を向き合わせて突
き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の圧延みぞ
形材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延山形材を
一対、向き合わせて溶接したツーシーム角形鋼管、四面
ボックス、シームレス鋼管など、いずれも既製の鋼管が
適宜に使用される。 【００３７】上記した実施の形態では、角形鋼管として
断面で正四角形状の鋼管を採用しているが、これは断面
で長方形の鋼管も同様に採用し得るものである。さらに
は、正五角形や正六角形など、各種の多角形の鋼管にも
同様に採用し得るものである。 【００３８】上記した各実施の形態では、エレクトロス
ラグ溶接機やエレクトロガスアーク溶接機による溶接で
あり、これによると、短時間で高品質の溶接を行うこと
ができる。なお、レーザなど他の溶接方式であってもよ
い。 【００３９】 【発明の効果】上記した本発明の請求項１によると、短
尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合することで、この短
尺鋼管によって厚い板厚の梁材連結部を形成でき、その
際に二箇所の溶接でよいことから、組立て工数を削減で
きるとともに溶接長さを短くでき、以て全体を簡略化し
て経済的となり、かつ溶接歪などが生じ難いものにでき
る。 【００４０】また長尺鋼管と短尺鋼管とは、長さ方向で
溶接結合したのち熱間成形することで、その外周形状を
整形できる。さらに梁材連結部は、予めの厚い板厚によ
って十分な強度を確保でき、梁材の溶接結合は何ら支障
なく行うことができる。そして鋼管柱はパイプジョイン
ト形式で得られ、内蔵リブや裏当て金などがない状態に
仕上げることができて、中にコンクリートなどを充填さ
せる構成も容易に採用できる。さらに鋼管柱は、中に充
填させたコンクリートによって、強度や耐火に対処でき
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、鋼管柱の製
造方法における半成形角形鋼管柱の溶接結合前の一部切
り欠き斜視図である。 【図２】同鋼管柱の製造方法における半成形短尺角形鋼
管を示し、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は平面図であ
る。 【図３】同鋼管柱の製造方法における熱間成形の工程説
明図である。 【図４】同鋼管柱の製造方法における説明図で、（ａ）
は半成形角形鋼管柱の横断平面図、（ｂ）は角形鋼管柱
の横断平面図である。 【図５】同鋼管柱の縦断正面図である。 【図６】同鋼管柱の一部切り欠き斜視図である。 【図７】同鋼管柱の要部の縦断正面図である。 【図８】本発明の第２の実施の形態を示し、鋼管柱の製
造方法の説明図で、（ａ）は半成形丸形鋼管柱の横断平
面図、（ｂ）は丸形鋼管柱の横断平面図である。 【図９】従来例を示し、鋼管柱の一部切り欠き斜視図で
ある。 【図１０】別の従来例を示し、鋼管柱の一部切り欠き斜
視図である。 【符号の説明】 １ 半成形長尺角形鋼管（半成形長尺鋼管） １ａ 突き合わせ溶接部 １Ａ 長尺角形鋼管（長尺鋼管） ２ 半成形短尺角形鋼管（半成形短尺鋼管） ２ａ 突き合わせ溶接部 ２ｂ 内面 ２Ａ 短尺角形鋼管（短尺鋼管） ３ 突起体 ４ 溶接結合 ５ 溶接結合 ７ 半成形角形鋼管柱（半成形鋼管柱） １０ 角形鋼管柱（鋼管柱） １１ 梁材 １３ コンクリート １５ 加熱手段 １６ 成形手段 ２１ 半成形長尺丸形鋼管（半成形短尺鋼管） ２１ａ 突き合わせ溶接部 ２２ 半成形短尺丸形鋼管（半成形短尺鋼管） ２２ａ 突き合わせ溶接部 ２２ｂ 内面 ２３ 突起体 ２４ 溶接結合 ２５ 半成形丸形鋼管柱（半成形鋼管柱） ２６ 丸形鋼管柱（鋼管柱） ２７ コンクリート ｔ 半成形長尺角形鋼管の板厚 Ｔ 半成形短尺角形鋼管の板厚 Ｌ 梁材連結部を形成する長さ Ｗ 鋼管柱の外寸 Ｗ＋α 半成形角形鋼管柱の外寸 Ｒ 半成形角形鋼管の曲率半径 ｒ 鋼管柱の曲率半径 Ｄ＋α 半成形丸形鋼管の直径 Ｄ 丸形鋼管柱の直径 Ｓ 間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 拓 大阪府大阪市淀川区加島３丁目10番111号 ナカジマ鋼管株式会社内 (72)発明者 中島 功雄 大阪府大阪市淀川区加島３丁目10番111号 ナカジマ鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AB01 AB12 AB16 AC01 AC16 AG03 AG34 AG57 BD01 BE01 CA90 EA01 2E163 FA02 FB09 FB46 FF13 FF17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 所定の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管
   よりも板厚が厚くかつ梁材連結部を形成する長さの短尺
   鋼管とからなり、前記長尺鋼管と短尺鋼管とは、短尺鋼
   管を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合されるとと
   もに、溶接結合後に熱間成形することで、その外周形状
   を整形して構成され、中にコンクリートが充填されてい
   ることを特徴とする鋼管柱。