JP2004060364A - 鉄骨構造物及び鋼管柱と梁の溶接接合用仕口コア - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨構造物において、鋼管柱と梁を接合を簡単且つ信頼性の高いものする。
【解決する手段】筒体４の下部及び上部をダイヤフラム５、６で塞ぎ、筒体４の外形は全長に亘って一様太さであって、全体が鋳鋼にて一体成型されている仕口コア３の上下両端に、鋼管柱１、１を溶接固定し、仕口コア３の筒体４の側面に梁２を溶接固定している。コアを鋳造成形することにより、コア自体の組み立て加工誤差や、溶接歪などを解消して品質及び強度の安定を図った。仕口コア３に内ダイヤフラムを設ける必要が有る場合でも、鋳造によって必要な部分に一体成形出来、梁成サイズの異なる梁の応力を内ダイヤフラムに合理的に伝達させることができる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管柱と梁を連結するための溶接接合用の仕口コア及び該コアを用いた鉄骨構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図７は、従来の角型鋼管柱（１）（１）（１ａ）と梁（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）とを接続するための説明図であって、鋼管柱（１）（１）、（１）（１ａ）間に接合媒体（９）、（９ａ）を溶接固定し、該接合媒体（９）（９ａ）に梁（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）を溶接接合している。
梁（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）は、Ｈ型鋼にて形成され、帯板状ウェブ（２１）の長手方向の両側縁にフランジ（２２）（２２）を具えている。
接合媒体（９）は、鋼管柱（１）と同形状の角筒部材を、梁（２ａ）の高さ（以下、「梁成」）に対応する長さに切断して角筒体（９１）を形成し、該角筒体（９１）の両端に通しダイアフラム（９２）（９２）を溶接して形成される。
角筒体（９１）は、円筒体を加圧し塑性変形して形成される。
図８に示す如く、通しダイヤフラム（９２）（９２）は、筒体（９１）と鋼管柱（１）に対する溶接線Ｗ１と、梁（２）のフランジ（２２）との溶接線Ｗ２の重なりを防止するため、角筒体（９１）の端部から全周に亘って約３０ｍｍ幅で側方にはみ出ている。
梁（２ａ）は、フランジ（２２）（２２）を接合媒体（９）の通しダイヤフラム（９２）（９２）の端面に当てて接合され、梁（２ａ）に掛かる荷重は、主として接合媒体（９）の下部の通しダイヤフラム（９２）で受ける様になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記接合媒体（９）を用いた鉄骨構造物では、下記の問題が生じる。
▲１▼　接合媒体（９）には、使用場所により１方向乃至４方向に梁（２ａ）（２ｂ）を接合するが、複数方向に接合する梁（２ａ）（２ｂ）の梁成が異なる場合、梁成の小さい梁（２ｂ）のウェブ（２１）の成を接合媒体（９）側に徐々に大きくするハンチ加工を施す、或いは図９、図１０に示す如く、梁成の小さい梁（２ｂ）の下部フランジ（２２ａ）の高さ位置に対応してダイヤフラム（９３）（９４）を追加しなければならない。何れにしろ、手間と大きなコストが掛かる。
【０００４】
▲２▼　▲１▼において接合媒体（９）の中間にダイアフラムを増やす場合、図９に示す如く、角筒体（９１）外形より大きな通しダイヤフラム（９３）とすれば、角筒体（９１）を２つに分断した分割角筒体（９１ａ）（９１ａ）を通しダイヤフラム（９３）の両面に溶接接合しなければならない。該通しダイヤフラム（９３）の両面の同じ部分に溶接線Ｗ３、Ｗ３が位置し、溶接歪や強度の点から望ましくない。
このため、図１０に示す如く、角筒体（９１）の内部に内ダイアフラム（９４）を入れて梁（２ｂ）のフランジ（２２ｂ）に作用する加重を受けることが行われる。この場合、内ダイヤフラム（９４）と筒体内面の溶接は、内ダイヤフラムの片側からの溶接だけ済み、溶接による弊害を小さく出来る。
【０００５】
但し、図１１に示す如く、角筒体（９１）の側面のコーナ部（９０）は、前述の様に円筒体を加圧して角筒に塑性変形させたものであること、及びそのためにコーナ部（９０）の曲率半径ｒが３０ｍｍ以上に大きく円弧を呈していることにより、次の問題がある。
鉄骨に取り付ける壁部材（１００）等との関係上、鋼管柱（１）の側面と梁（２ａ）（２ｂ）のフランジ（２２）（２２ａ）の側縁の面を揃えなければならない場合、梁（２ａ）（２ｂ）のフランジが直接に筒体（９１）の側面に当接するため、梁（２ａ）（２ｂ）のフランジ（２２）（２２ａ）と筒体（９１）のコーナ部（９０）との間に略三角形の隙間（９５）が生じ、該隙間を溶接余盛（９６）で埋めることになり、強度的に十分ではない。
又、筒体（９１）のコーナ部（９０）は筒体（９１）の他の部分よりも塑性変形度が大きく、耐力が小さくなっていること及び、図１１に示す如く、内ダイヤフラム（９４）の四隅を角筒体（９１）の内側コーナ部に合わせて丸く加工することは手間が掛かため、斜めにカットしており、内ダイヤフラム（９４）のコーナ部と筒体（９１）の内面との間に空間（９７）が生じていることにより、筒体（９１）のコーナ部（９０）に梁（２ａ）（２ｂ）に作用する荷重を負担させることは問題である。
【０００６】
▲３▼　図７に示す梁（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）は、フランジ（２２）を接合媒体（９）の通しダイヤフラム（９２）（９２）の端面に当てることは勿論、ウェブ（２１）の端部を接合媒体（９）の筒体（９１）の側面に当接させねばならない。
このために、フランジ（２２）の先端を、接合媒体（９）の通しダイヤフラム（９２）（９２）のはみ出し分だけカットし、カット面（２４）を通しダイヤフラム（９２）（９２）の端面に当接させている。
この様に、梁（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）のフランジ（２２）（２２）をカットすることは、極めて手間が掛かりコスト高を招来する。
【０００７】
▲４▼　図７において、接合媒体（９ａ）の上面に接合する柱（１ａ）のサイズが下面に接合する柱（１）より小さい場合、筒体（９１ａ）は上方へ縮形する様に絞り加工が必要である。又、施工位置により上柱（１ａ）の軸心位置が下柱（１）の軸心に対して異なることがことが多く、このため、該筒体（９１ａ）の絞り形状も一様ではない。更に、上下の通しダイアフラム（９２ａ）（９２）の大きさの違により、梁（２ｃ）の上下のフランジ（２２）（２２ａ）の長さも異なり、ウエブ（２１ａ）は先端縁（２１ａ）を傾斜加工せねばならない等、非常に面倒な作業を要し、加工間違いが生じ易い。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決できる鋼管柱と梁の連結用の仕口コア及び該仕口コアを用いた鉄骨構造物を明らかにするものである。
【０００９】
本発明は、鋼管柱（１）と梁（２）を連結するための溶接接合用仕口コア（３）であって、筒体（４）の下部及び上部をダイヤフラム（５）（６）で塞ぎ、筒体（４）の外形は全長に亘って一様太さであって、全体が鋳鋼にて一体成型されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の鉄骨構造物は、上記仕口コア（３）の上下両端に、該コアの筒体（４）よりも細い鋼管柱（１）（１）を筒体（４）と同軸に溶接固定し、仕口コア（３）の筒体（４）の側面に梁（２）を溶接固定している。
【００１１】
【作用及び効果】
仕口コア（３）を鋳鋼製とすることで、該コア自体の組立て加工誤差や、溶接歪などを解消して品質及び強度の安定を図った。
又、仕口コア（３）自体に溶接部は存在せず、仕口コア（３）と鋼管柱（１）及び梁（２）を溶接接合する場合、溶接線の重なり等、溶接の弊害を可及的に小さくできる。
仕口コア（３）に内ダイヤフラム（７）を設ける必要がある場合でも、鋳造によって必要な部分に一体成形出来、梁成サイズの異なる梁の応力を内ダイヤフラム（７）に合理的に伝達させることができる。
仕口コア（３）は外形が全長に亘って一様太さであるから、従来の様に接合媒体（９）の通しダイヤフラム（９２）（９２）のはみ出し長さに対応して梁（２）のフランジ（２２）をカットする手間及びコストを削減できる。
仕口コア（３）の太さを鋼管柱（１）より太くしたため、仕口コア（３）と該鋼管柱（１）との溶接線Ｗ１と、仕口コア（３）と梁（２）のフランジ（２２）との溶接線Ｗ２を離すことができ、溶接線Ｗ１、Ｗ２Ｓどうしが重なることによる弊害を防止できる。
【００１２】
【実施の形態】
図１は、本発明の仕口コア（３）の上端と下端に鋼管柱（１）（１）、側面に梁（２）を夫々溶接接合した鉄骨構造物の要部を示している。
鋼管柱（１）は、従前と同様にして円筒体を加圧して四角形に塑性変形させて形成された断面略正方形の中空体であり、外周コーナ部（１０）は曲率半径２０〜５０ｍｍの大きな丸みが形成されている。
【００１３】
梁（２）は、従来と同様にしてＨ型鋼にて形成され、帯板状ウェブ（２１）の長手方向の両側縁にフランジ（２２）（２２）を具えている。
梁（２）の端面は、梁（２）の長さ方向に対して直角を成している。
ウェブ（２１）の先端には、フランジ（２２）（２２）との交差部に切欠（２３）（２３）が開設されている。
【００１４】
仕口コア（３）は鋼を鋳造して形成され、軸心と直交する断面が略正方形で一様太さの角筒体（４）の両端を、ダイヤフラム（５）（６）で塞いで形成されている。
筒体（４）の太さは、鋼管柱（１）（１）よりも少し太い。又、筒体（４）の肉厚は、鋼管柱（１）の内周縁が筒体の内周縁より内側に入り込まない様に、鋼管柱（１）の肉厚よりのも大きく、特に筒体（４）のコーナ部は他の部分よりも肉厚である。
【００１５】
下部ダイヤフラム（５）及び上部ダイヤフラム（６）は、共に筒体（４）の端部から３０ｍｍ程度内側に入り込んで設けられ、仕口コア（３）の下端及び上端は、四角形の環状突出部（４１）（４２）が形成される。
下部ダイヤフラム（５）と上部ダイヤフラム（６）の間隔は、梁（２）のフランジ（２２）（２２）の間隔に対応している。
ダイヤフラム（５）（６）の中央部に鋳砂を排出するための孔（６１）が開設されている。
【００１６】
仕口コア（３）の外周面の４つのコーナ部（４０）は、鋭利すぎて危険のない様に曲率半径３〜５ｍｍで小さな丸みが形成されている。
筒体（４）の上下両端の環状壁部（４１）（４２）の端面は鋼管柱（１）（１）の当接面であり、機械加工により平坦に仕上げられている。
【００１７】
然して、図２に示す如く、仕口コア（３）の上下の環状突出部（４１）（４２）に鋼管柱（１）（１）の先端を当て、仕口コア（３）と鋼管柱（１）（１）を同軸に溶接接合する。
又、仕口コア（３）の側面に、梁（２）をそのフランジ（２２）（２２）が下部ダイヤフラム（５）と上部ダイヤフラム（６）の高さに対応する様に溶接接合する。
梁（２）の溶接接合の際に、ウェブ（２１）先端の切欠（２３）に金属当て板（２５）を仮付けしておき、梁（２）のフランジ（２２）と仕口コア（３）の溶接ビードの溶け落ちを防止する。
【００１８】
仕口コア（３）の太さを鋼管柱（１）より太くしたため、仕口コア（３）と鋼管柱（１）を溶接する際、溶接余盛が利き、溶接強度を高めることができる。
仕口コア（３）の上下端の環状突出部（４１）（４２）は、上下のダイヤフラム（６）（５）よりも突出しており、該環状突出部（４１）（４２）の端面に鋼管柱（１）（１）の先端を当てて溶接した溶接線Ｗ１と、上下のフランジ（２２）（２２）を上下のダイヤフラム（６）（５）の高さ位置に対応して溶接した溶接線Ｗ２を離すことが出来、両溶接線Ｗ１、Ｗ２が重なることによる溶接弊害を防止出来る。
仕口コア（３）の筒体（４）の肉厚は、鋼管柱（１）の当接端面が環状突出部（４１）（４２）の端面に対して外側及び内側にはみ出さない肉厚であるから、縦方向の荷重を効果的に受けることができる。
仕口コア（３）は、鋼管柱（１）（１）の端面が当接する環状突出部（４１）（４２）の端面だけを機械加工で平坦にすれば可いから、仕口コア（３）の上下の全面を平坦に加工することに較べて、機械加工のコストを低減出来る。
仕口コア（３）の太さは一様であるから、従来の接合媒体（９）の通しダイヤフラム（９２）（９２）の出っ張りに対応して梁（２）のフランジ（２２）をカットする必要はなく、仕口コア（３）に対する梁（２）の当接面は、単に梁（２）の長手方向に直交する様に加工すれば可いから、加工の手間は少なくて済む。
仕口コア（３）には、梁（２）のフランジ（２２）との対応位置に、ダイヤフラム（５）（６）が位置しており、梁（２）に作用する荷重を効果的に受けることができる。
【００１９】
図３は、仕口コア（３）の左右に接合する梁（２ｄ）（２ｄ）の梁成が、共通の仕口コア（３）に接合する他の梁（図示せず）の梁成よりも小さい場合の仕口コア（３）の第２実施例を示している。
仕口コア（３）内に、内ダイヤフラム（７）を上下のダイヤフラム（６）（５）と平行に設けている。内ダイヤフラム（７）にも鋳砂排出用の孔（７１）が開設されている。
上部ダイヤフラム（６）と内ダイヤフラム（７）との間隔は、梁（２ｄ）の上下のフランジ（２２）（２２）の間隔に対応している。
梁（２ｄ）を、そのフランジ（２２）（２２）を仕口コア（３）の上部ダイヤフラム（６）と内ダイヤフラム（７）の位置に対応させて溶接接合する。
梁（２ｄ）に作用する荷重は内ダイヤフラム（７）によって効果的に受けることができる。
内ダイヤフラム（７）と下部ダイヤフラム（５）との間隔が、梁（２ｄ）の上下のフランジ（２２）（２２）の間隔に対応する様に、内ダイヤフラム（７）を仕口コア（３）内に設け、梁（２ｄ）のフランジ（２２）（２２）を仕口コア（３）の内ダイヤフラム（７）と下部ダイヤフラム（５）の位置に対応させて溶接接合しても可い。
【００２０】
図４は、仕口コア（３）の下方に接続する鋼管柱（１）よりも上方に接続する鋼管柱（１ａ）が細い場合の仕口コア（３）の第３実施例を示している。
仕口コア（３）の上面は、筒体（４）上端と、上部ダイヤフラム（６）の上面高さが揃った台座（６０）となっており、上鋼管柱（１ａ）は、台座（６０）上の所望の位置に溶接固定することができる。従って、下方の鋼管柱（１）と上方の鋼管柱（１ａ）の軸心を一致させることも、下方の鋼管柱（１）と上方の鋼管柱（１ａ）の夫々１又は２つの面を揃えて仕口コア（３）に溶接接合することができる。
図４において、筒体（４）の上部４隅には、上部ダイヤフラム（６）と筒体内面に跨って補強リブ（８）が仕口コア（３）及び上部ダイヤフラム（６）と一体に設けられている。
【００２１】
図５は、図３の第２実施例と図４の第４実施例を組み合わせた第４実施例を示しており、説明は省略する。
【００２２】
図６は、図４のＡ−Ａ線に示す断面図であって、鋼管柱（１）（１ａ）と梁（２）の側面の面を揃えた状態を示している。
鋼管柱（１）（１ａ）は仕口コア（３）よりも細く、仕口コア（３）の側面コーナ部（９０）の丸みは極めて小さいため、梁（２）と仕口コア（３）の側面の間に、図１１に示す従来例の様な空間（９５）が生じて溶接余盛（９６）で埋める必要はない。従って、溶接余盛（９６）による弊害もない。
【００２３】
上記の如く、本発明の仕口コア（３）は、仕口コア（３）の軸心に沿って真っ直ぐであり、梁（２）の仕口コア（３）に対する当接面は、梁加工、ハンチ加工等の面倒な加工は必要としない。又、必要な位置に内ダイアフラム（７）を配してサイズの異なる梁の応力を合理的に伝達させ、又、必要に応じて仕口コア（３）の上面をフラットな台座（６０）とすることで、下方の鋼管柱（１）に較べて細い鋼管柱（１ａ）を任意の位置に溶接接合出来る。
【００２４】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、仕口コア（３）の軸心に直交する断面形状は、角形に限定されることなく、鋼管柱（１）が断面円形であれば、仕口コア（３）の断面も円筒形とすれば可い。梁（２）の先端面は、仕口コア（３）の周面の曲率に対応して円弧状に加工すれば可い。
【図面の簡単な説明】
【図１】仕口コアの上下に鋼管柱、側面に梁を溶接固定した状態を示す接骨構造物の要部斜面図である。
【図２】同上の縦断面図である。
【図３】第２実施例の縦断面図である。
【図４】第３実施例の縦断面図である。
【図５】第４実施例の縦断面図である。
【図６】図４Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】従来の、鋼管柱、梁及び柱と梁を接合するためま接合媒体の斜面図である。
【図８】従来の接合媒体と梁の溶接接合状態の断面図である。
【図９】従来の梁成が異なる梁の第１接続方法の正面図である。
【図１０】従来の梁成が異なる梁の第２接続方法の正面図である。
【図１１】従来の鋼管柱と梁の面を揃えて場合の横断面図である。
【符号の説明】
（１）　　鋼管柱
（２）　　梁
（３）　　仕口コア
（４）　　筒体
（５）　　下部ダイヤフラム
（６）　　上部ダイヤフラム
（７）　　内ダイヤフラム
（８）　　補強リブ

Claims (7)

1. 鋼管柱（１）と梁（２）を連結するための溶接接合用仕口コア（３）であって、筒体（４）の下部及び上部をダイヤフラム（５）（６）で塞ぎ、筒体（４）の外形は全長に亘って一様太さであり、全体が鋳鋼にて一体成形されていることを特徴とする仕口コア。
2. 上下のダイヤフラム（６）（５）間にて、筒体（４）内に仕口コア（３）に溶接すべき梁（２）の下部又は上部のフランジ（２２）位置に対応してダイヤフラム（６）（５）と平行に内ダイヤフラム（７）が設けられている請求項１に記載の仕口コア。
3. 筒体（４）の両端が夫々上下のダイヤフラム（６）（５）より外側に突出して環状突出部（４１）（４２）を形成している請求項１又は２に記載の仕口用コア。
4. 上部ダイヤフラム（６）の上面と筒体（４）の上端面の高さが揃ろって鋼管柱接合用の台座（６０）を形成している請求項１又は２に記載の仕口用コア。
5. 上部ダイヤフラム（６）と筒体（４）内面に跨って補強リブ（８）が設けられている請求項１乃至４の何れかに記載の仕口用コア。
6. 請求項１乃至３の何れかに記載の仕口コア（３）の上下の環状突出部（４１）（４２）に、筒体（４）よりも細い鋼管柱（１）（１）の端面を当てて、筒体（４）と同軸に鋼管柱（１）（１）を溶接固定し、仕口コア（３）の筒体（４）の側面に梁（２）を溶接固定している鉄骨構造物。
7. 請求項４又は請求項５に記載の仕口用コア（３）の下端の環状突出部（４１）に、仕口コア（３）よりも細い鋼管柱（１）の端面を当てて溶接接合し、仕口コア（３）の上端の台座（６０）に該鋼管柱（１）よりも細い鋼管柱（１ａ）を溶接接合し、仕口コア（３）の筒体（４）の側面に梁（２）を溶接固定している鉄骨構造物。

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