JP2003268877A - 角形鋼管柱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚肉の短尺角形鋼管を採用した形式の種々な
利点を維持でき、しかも溶接による結合作業をよりスム
ースに行え、より好適な応力の伝達を可能とした角形鋼
管柱を提供する。 【解決手段】 所定の板厚ｔの長尺角形鋼管１と、長尺
角形鋼管１よりも板厚Ｔが厚くかつパネルゾーンを形成
する長さＬの短尺角形鋼管２からなる。両角形鋼管１，
２は外径形状Ｗを同一状に形成し、短尺角形鋼管２は熱
間成形した。短尺角形鋼管２における各コーナ部２Ａで
少なくとも下部の外周曲面２ｂは、長尺角形鋼管１の各
コーナ部１Ａの外周曲面１ａに合わせて加工した。両角
形鋼管１，２の端面１ｃ，２ｃを対向した状態で、両角
形鋼管１，２を外側からの溶接５により結合した。コー
ナ部間の溶接作業は、対峙した端面の曲率半径が同一状
であって、段部が生じていないことで、よりスムースに
効率良く、常に好適に行え、角形鋼管柱は、より好適な
応力の伝達を可能とした。

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角形鋼管柱に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、支柱として使用される角形鋼管柱
は、複数の鋼管を溶接結合することにより構成されてお
り、その際に溶接結合として、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２１とパネルゾーン用のコラム２２と上部支
柱２３とに切断（分断）されている。そして下部支柱２
１の上端に、裏当て材を介して下部ダイヤフラム２４が
溶接されるとともに、この下部ダイヤフラム２４上に裏
当て材を介してコラム２２の下端が溶接される。さらに
コラム２２の上端に、裏当て材を介して上部ダイヤフラ
ム２５が溶接されるとともに、この上部ダイヤフラム２
５上に裏当て材を介して上部支柱２３の下端が溶接され
る。

【０００４】このようにして形成された支柱２６に対す
る梁フランジまたは梁材（主にＨ形鋼材）２７の連結
は、この梁フランジまたは梁材２７の遊端を、両ダイヤ
フラム２４，２５やコラム２２に溶接することで行って
いた。そして両ダイヤフラム２４，２５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３１と上部支柱３２とに切断（分断）されてい
る。そして下部支柱３１内の上部と上部支柱３２内の下
部とに、それぞれ裏当て材を介してダイヤフラム３３が
溶接により結合されている。これら下部支柱３１と上部
支柱３２とは、直線状に位置されたのち、その遊端間が
溶接により結合されている。

【０００６】このようにして形成された支柱３４に対す
る梁フランジまたは梁材３５の連結は、この梁フランジ
または梁材３５の遊端を、上下のダイヤフラム３３に対
向させた状態で、下部支柱３１と上部支柱３２との外面
に溶接により結合することで行われていた。

【０００７】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）２６
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２４，２５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３３のそれぞれの溶接と、下
部支柱３１と上部支柱３２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３３は、下部支柱
３１と上部支柱３２との端部近くにしか配置できず、ま
た下部支柱３１と上部支柱３２との溶接結合部３６を跨
いで梁フランジまたは梁材３５が溶接により結合される
ことから、支柱３４は、梁フランジまたは梁材３５の連
結位置に応じて短く切断され、長い一本物の支柱にはで
きなかった。

【０００９】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り、通しダイヤフラム方
式や内ダイヤフラム方式と同様の問題点が生じていた。

【００１０】そこで最近では、上述した種々の問題点を
解決したものとして、パネルゾーン用のコラムに、熱間
成形により得た厚肉コラムを採用した構成が提供されて
いる。すなわち、所定の板厚の長尺角形鋼管と、この長
尺角形鋼管よりも板厚が厚くかつパネルゾーンを形成す
る長さの半成形短尺角形鋼管とを、それぞれ冷間成形で
製造する。そして半成形短尺角形鋼管は、加熱炉におい
て加熱したのち熱間成形して短尺角形鋼管を製造する。
このようにして得た長尺角形鋼管と短尺角形鋼管とをア
ーク溶接などで結合することで角形鋼管柱を得ていた。

【００１１】このような熱間成形により得た厚肉コラム
を採用した角形鋼管柱によると、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、
さらにパネルゾーンは、短尺角形鋼管の予め厚い板厚に
よって十分な強度を確保でき、梁材の溶接による結合は
何ら支障なく行うことができ、しかも角形鋼管柱はパイ
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、などの種々な
利点を期待できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した厚肉
の短尺角形鋼管を採用した角形鋼管柱によると、冷間成
形で製造した長尺角形鋼管における各コーナ部の外周曲
面と、熱間成形で製造した短尺角形鋼管における各コー
ナ部の外周曲面とが不揃いになり、すなわち、長尺角形
鋼管における外周曲面の曲率半径に対して、短尺角形鋼
管における外周曲面の曲率半径が熱間成形によって小さ
く（鋭く）なる。これにより、コーナ部間に段部（目違
い）が生じることになり、溶接による結合作業は多少の
スムースさ欠けることになり、また結合後の使用状態に
おいて、僅かではあるが応力の伝達に乱れが生じる。

【００１３】そこで本発明は、厚肉の短尺角形鋼管を採
用した形式の種々な利点を維持でき、しかも溶接による
結合作業をよりスムースに行えるとともに、より好適な
応力の伝達を可能とした角形鋼管柱を提供することを目
的としたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の請求項１記載の角形鋼管柱は、所定の
板厚の長尺角形鋼管と、この長尺角形鋼管よりも板厚が
厚くかつパネルゾーンを形成する長さの短尺角形鋼管と
からなり、これら長尺角形鋼管と短尺角形鋼管とは外径
形状を同一状に形成されるとともに、短尺角形鋼管は熱
間成形されており、前記短尺角形鋼管における各コーナ
部で少なくとも下部の外周曲面は、長尺角形鋼管の各コ
ーナ部の外周曲面に合わせて加工され、長尺角形鋼管の
端面と短尺角形鋼管の端面とが対向された状態で、両角
形鋼管を外側からの溶接により結合して構成されている
ことを特徴としたものである。

【００１５】したがって請求項１の発明によると、長尺
角形鋼管と短尺角形鋼管とを、その外周形状を同一状と
して直線状に位置させて、端面どうしを相対向させる。
そして、相対向した端面間を、外側からの全周に亘って
の溶接により結合することで、短尺角形鋼管をパネルゾ
ーンとして角形鋼管柱を構成し得る。その際にコーナ部
間の溶接は、対峙した端面の曲率半径が同一状であっ
て、段部（目違い）が生じていない状態で行える。

【００１６】また本発明の請求項２記載の角形鋼管柱
は、上記した請求項１記載の構成において、加工面が、
短尺角形鋼管の管軸心方向に対して傾斜して形成されて
いることを特徴としたものである。

【００１７】したがって請求項２の発明によると、短尺
角形鋼管における各コーナ部の加工を、各種機械により
可能とし得る。そして本発明の請求項３記載の角形鋼管
柱は、上記した請求項１または２記載の構成において、
加工が、切削加工により行われることを特徴としたもの
である。

【００１８】したがって請求項３の発明によると、短尺
角形鋼管における各コーナ部の加工を、切削機械により
可能とし得る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
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。

【００２０】図１に示されるように、所定の板厚ｔの長
尺角形鋼管１と、この長尺角形鋼管１の板厚ｔよりも厚
い板厚Ｔでかつパネルゾーンを形成する長さ（高さ）Ｌ
の短尺角形鋼管２とを有する。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角形鋼管柱の
外寸（外径）Ｗなどにより決定されるもので、たとえば
外寸Ｗが５００ｍｍのときに板厚ｔは２５ｍｍである。
また長尺角形鋼管１の板厚ｔと短尺角形鋼管２の板厚Ｔ
とは、たとえば２ｔ≒Ｔとされている。

【００２１】そして、長尺角形鋼管１と短尺角形鋼管２
とは、その外寸（外径形状）Ｗが同一状に形成されると
ともに、短尺角形鋼管２は熱間成形により製造されてい
る。すなわち図８に示されるように、パネルゾーンを形
成する長さＬの半成形短尺角形鋼管１０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において熱間成形される。この
ように外径形状を熱間成形することにより、長尺角形鋼
管１に対して、同様な外寸Ｗでかつ厚い板厚Ｔの短尺角
形鋼管２が得られる。

【００２２】このようにして製造された短尺角形鋼管２
は、加工手段（切削加工装置など）１７において、各コ
ーナ部２Ａの外周曲面２ａのうち上下部の部分が切削加
工されて、長尺角形鋼管１の各コーナ部１Ａの外周曲面
１ａに合った外周曲面２ｂに形成される。

【００２３】すなわち通常、外寸Ｗが同一状の角形鋼管
においては、図１、図４〜図７に示されるように、薄い
板厚ｔの長尺角形鋼管１におけるコーナ部１Ａの外周曲
面１ａの曲率半径Ｒ（たとえば冷間成形で２．５ｔ〜
３．５ｔの曲率半径）に対して、厚い板厚Ｔでかつ熱間
成形された短尺角形鋼管２におけるコーナ部２Ａの外周
曲面２ａの曲率半径ｒ（たとえば０．５Ｔ〜１．５Ｔの
曲率半径）は小であり、コーナ部１Ａ，２Ａの外周形状
は異なっている。これは、短尺角形鋼管２におけるコー
ナ部２Ａの曲率半径ｒが、熱間成形によって小さく（鋭
く）成形されることに起因している。

【００２４】したがって、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１
の端面１ｃと、厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２の端面２ｃ
とを相対向させて溶接により結合する場合、外寸Ｗが同
一状であることから四辺部分の溶接は支障なく行える
が、コーナ部１Ａ，２Ａ間の溶接は、曲率半径Ｒ，ｒが
異なり、段部が生じていることで好適に行えない。

【００２５】これに対して実施の形態では、短尺角形鋼
管２における各コーナ部２Ａでかつ上下部（少なくとも
下部）の外周曲面２ｂは、長尺角形鋼管１の各コーナ部
１Ａの外周曲面１ａに合わせて切削加工されている。そ
の際に切削加工は、端面２ｃの部分の曲率半径Ｒ₁が長
尺角形鋼管１側の曲率半径Ｒと同一状となり、そして端
面２ｃから所定距離離れた位置で曲率半径ｒと合流状と
なるように、その加工面が、短尺角形鋼管２の管軸心方
向に対して所定角度θで傾斜して形成されている。

【００２６】なお、長尺角形鋼管１の端部には、所定角
度（３５°〜４５°）の開先部１ｄが形成され、そして
四角リング状の裏当て金３が内嵌されたのち、溶接４に
より固定されている。

【００２７】上記のように形成された長尺角形鋼管１と
短尺角形鋼管２とを、その外周形状を同一状として直線
状に位置させたのち、裏当て金３の外端面と短尺角形鋼
管２の端面２ｃとを相当接させる。そして図２〜図６に
示されるように、開先部１ｄを利用して、長尺角形鋼管
１と短尺角形鋼管２との相対向した端面１ｃ，２ｃ間
を、外側から仮り付け溶接したのち、外側からの全周に
亘っての溶接（アーク溶接など。）５により結合するこ
とで、短尺角形鋼管２をパネルゾーンとして角形鋼管柱
６を構成し得る。

【００２８】その際に溶接５による結合は、裏当て金３
を利用した状態で行える。またコーナ部１Ａ，２Ａ間の
溶接５は、対峙した端面１ｃ，２ｃの曲率半径Ｒ，Ｒ₁
が同一状であって、段部（目違い）が生じていないこと
で、溶接５による結合作業は、よりスムースに効率良
く、常に好適に行える。

【００２９】上記のようにして構成した角形鋼管柱６
は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネル
ゾーンを形成する長さＬの短尺角形鋼管２の外面に、梁
フランジまたは梁材７が溶接８によって結合される。な
お角形鋼管柱６は、図２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５により結合さ
れることで、所定長さ（高さ）に構成される。

【００３０】さらに、厚肉の短尺角形鋼管２を採用した
角形鋼管柱６によると、長尺角形鋼管１と短尺角形鋼管
２とにおいて、対峙した端面１ｃ，２ｃの曲率半径Ｒ，
Ｒ₁が同一状であって、段部（目違い）が生じていない
ことで、より好適な応力の伝達を可能とし得る。

【００３１】そしてパネルゾーンは、短尺角形鋼管２の
予め厚い板厚Ｔによって十分な強度を確保し得、梁フラ
ンジまたは梁材７の溶接８による結合は何ら支障なく行
える。そして角形鋼管柱６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、中にコンクリートなどを充填させる構
成も容易に採用し得る。

【００３２】なお、上述した実施の形態においては、長
尺角形鋼管１と短尺角形鋼管２とを溶接５により結合す
ることで、短尺角形鋼管２をパネルゾーンとして角形鋼
管柱６を構成し、この角形鋼管柱６を建築現場などに運
搬し、そして短尺角形鋼管２の外面に梁フランジまたは
梁材７を溶接８によって結合しているが、これは長尺角
形鋼管１と短尺角形鋼管２とを建築現場などに運搬し、
そして建築現場などにおいて長尺角形鋼管１と短尺角形
鋼管２とを溶接５により結合することで、短尺角形鋼管
２をパネルゾーンとして角形鋼管柱６を構成してもよ
い。

【００３３】また、短尺角形鋼管２の外面に梁フランジ
または梁材７を溶接８によって結合したのち、建築現場
などに運搬してもよい。さらには、短尺角形鋼管２の外
面に、梁フランジまたは梁材７を連結するための連結用
プレートを取り付けてもよい。

【００３４】上述した実施の形態では、冷間成形した長
尺角形鋼管１を使用しているが、これは熱間成形した長
尺角形鋼管１であってもよい。この場合にコーナ部１Ａ
の外周曲面１ａの曲率半径Ｒは、たとえば２．０ｔとな
る。

【００３５】上述した実施の形態では、各コーナ部２Ａ
の外周曲面２ａのうち上下部の両部分が切削加工されて
いるが、これは下部の部分のみが切削加工された短尺角
形鋼管２であってもよい。

【００３６】上述した実施の形態では、切削加工装置な
どの加工手段１７によって、各コーナ部２Ａの切削加工
を行っているが、これは研磨加工装置などの加工手段に
よって加工を行ってもよい。

【００３７】上記した実施の形態において、角形鋼管
１，２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型材を向き合
わせて突き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の
圧延みぞ型材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延
山型材を一対、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
の角形鋼管が使用される。

【００３８】上記した実施の形態では、角形鋼管１，２
として断面で正四角形状の角形鋼管を採用しているが、
これは断面で長方形の角形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
角形の角形鋼管にも同様に採用し得るものである。

【００３９】上記した実施の形態では、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。

【００４０】

【発明の効果】上記した本発明の請求項１によると、長
尺角形鋼管と短尺角形鋼管とを、その外周形状を同一状
として直線状に位置させて、端面どうしを相対向させた
のち、相対向した端面間を、外側からの全周に亘っての
溶接により結合することで、短尺角形鋼管をパネルゾー
ンとして角形鋼管柱を構成でき、以て厚肉の短尺角形鋼
管を採用した形式の種々な利点を維持できる。しかも、
コーナ部間の溶接は、対峙した端面の曲率半径が同一状
であって、段部（目違い）が生じていないことで、溶接
による結合作業は、よりスムースに効率良く、常に好適
に行うことができる。さらに、厚肉の短尺角形鋼管を採
用した角形鋼管柱によると、長尺角形鋼管と短尺角形鋼
管とにおいて、対峙した端面の曲率半径が同一状であっ
て、段部が生じていないことで、より好適な応力の伝達
を可能にできる。

【００４１】また上記した本発明の請求項２によると、
短尺角形鋼管における各コーナ部の加工を、各種機械に
より連続的に容易にかつ正確に行うことができる。そし
て上記した本発明の請求項３によると、短尺角形鋼管に
おける各コーナ部の加工を、切削機械により容易にかつ
正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、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】同角形鋼管柱の縦断正面図である。

【図３】同角形鋼管柱の一部切り欠き斜視図である。

【図４】同角形鋼管柱の平板部における縦断正面図であ
る。

【図５】同角形鋼管柱のコーナ部における縦断正面図で
ある。

【図６】同角形鋼管柱の要部拡大の縦断正面図である。

【図７】同角形鋼管柱の横断平面図である。

【図８】同角形鋼管柱における短尺角形鋼管の熱間成形
などの説明図である。

【図９】従来例を示し、角形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、角形鋼管柱の一部切り欠
き斜視図である。

【符号の説明】

１ 長尺角形鋼管 １Ａ コーナ部 １ａ 外周曲面 １ｃ 端面 ２ 短尺角形鋼管 ２Ａ コーナ部 ２ａ 外周曲面 ２ｂ 加工した外周曲面 ２ｃ 端面 ３ 裏当て金 ５ 溶接 ６ 角形鋼管柱 ７ 梁フランジまたは梁材 １０ 半成形短尺角形鋼管 １５ 加熱手段 １６ 成形手段 １７ 加工手段 ｔ 長尺角形鋼管１の板厚 Ｔ 短尺角形鋼管２の板厚 Ｌ パネルゾーンを形成する長さ Ｗ 角形鋼管柱の外寸（外径形状） Ｒ 長尺角形鋼管１の曲率半径（外周曲面） ｒ 短尺角形鋼管２の曲率半径 Ｒ₁ 短尺角形鋼管２の加工した曲率半径（外周曲面） Θ 所定角度

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 AB16 AC14 AG03 AG56 BB18 BC06 BD01 CA90 EA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の板厚の長尺角形鋼管と、この長尺
   角形鋼管よりも板厚が厚くかつパネルゾーンを形成する
   長さの短尺角形鋼管とからなり、これら長尺角形鋼管と
   短尺角形鋼管とは外径形状を同一状に形成されるととも
   に、短尺角形鋼管は熱間成形されており、前記短尺角形
   鋼管における各コーナ部で少なくとも下部の外周曲面
   は、長尺角形鋼管の各コーナ部の外周曲面に合わせて加
   工され、長尺角形鋼管の端面と短尺角形鋼管の端面とが
   対向された状態で、両角形鋼管を外側からの溶接により
   結合して構成されていることを特徴とする角形鋼管柱。
2. 【請求項２】 加工面が、短尺角形鋼管の管軸心方向に
   対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項
   １記載の角形鋼管柱。
3. 【請求項３】 加工が、切削加工により行われることを
   特徴とする請求項１または２記載の角形鋼管柱。