JP2004130388A - 鋼管柱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接箇所を少なくできるものでありながら、各コーナ部の曲率半径が揃い、突き合わせ溶接部が傾斜状になるなどの変形が生じない鋼管柱を得られる鋼管柱の製造方法を提供する。
【解決手段】所定の板厚ｔの半成形長尺鋼管２１と、半成形長尺鋼管２１よりも板厚Ｔが厚くかつ梁材連結部を形成する長さＬの半成形短尺鋼管２０は、少なくとも一箇所が突き合わせ溶接２１ａ，２０ａされるとともに、外周形状は、最終製品形状よりも大きくして同一状に形成されている。半成形長尺鋼管２１と半成形短尺鋼管２０を、半成形短尺鋼管２０を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合２２して半成形鋼管柱２３を形成し、半成形鋼管柱２３を加熱したのち、外周形状が最終製品形状になるように熱間成形した。半成形鋼管柱に対して熱間成形を行うことで、溶接を母材（半成形鋼管柱）に一体化でき、特に塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止でき、しかも、突き合わせ溶接部が傾斜せず直線状のままであるなどの変形が生じない鋼管柱を製造できる。
【選択図】図１

Description

　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の製造方法に関するものである。

　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。
　このうち通しダイヤフラム方式は、たとえば図６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３１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３５上に裏当て材を介して上部支柱３３の下端が溶接される。

　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３４，３５は、応力の伝達の役目を成していた。

　また内ダイヤフラム方式は、たとえば図７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４２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。

　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。
特開平８−３０２８９９号公報 特開昭６２−２４８７３１号公報 特開平１１−７３１号公報

　上記した従来の構成において、図６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３４，３５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。

　また図７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。

　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、溶接箇所を少なくし得るものでありながら、各コーナ部の曲率半径が揃い、しかも突き合わせ溶接部が傾斜状になるなどの変形が生じない鋼管柱を得られる鋼管柱の製造方法を提供することを目的としたものである。

　前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の鋼管柱の製造方法は、所定の板厚の半成形長尺鋼管と、この半成形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半成形短尺鋼管とを有し、これら半成形長尺鋼管と半成形短尺鋼管とは、少なくとも一箇所が突き合わせ溶接されるとともに、その外周形状は、最終製品形状よりも大きくして同一状に形成されており、これら半成形長尺鋼管と半成形短尺鋼管とを、半成形短尺鋼管を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合して半成形鋼管柱を形成し、この半成形鋼管柱を加熱したのち、その外周形状が最終製品形状になるように熱間成形することを特徴としたものである。

　したがって請求項１の発明によると、溶接結合を行った半成形鋼管柱に対して熱間成形を行うことで、溶接が母材（半成形鋼管柱）に一体化され、特に塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得る。そして、突き合わせ溶接部が傾斜せず直線状のままであるなどの変形が生じない鋼管柱を製造し得る。

　また本発明の請求項２記載の鋼管柱の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、半成形長尺角形鋼管と半成形短尺角形鋼管とが使用され、これら半成形長尺角形鋼管と半成形短尺角形鋼管とのコーナ部は、最終製品の曲率半径よりも大きい曲率半径に形成されており、溶接結合して形成した半成形角形鋼管柱を加熱したのち、そのコーナ部が最終製品の曲率半径になるように熱間成形することを特徴としたものである。

　したがって請求項２の発明によると、溶接結合を行った半成形角形鋼管柱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を揃え、しかも平板部とコーナ部とを均質化した角形鋼管柱を製造し得る。

　上記した本発明の請求項１によると、溶接箇所を少なくできるものでありながら、溶接結合を行った半成形鋼管柱に対して熱間成形を行うことで、溶接を母材（半成形鋼管柱）に一体化でき、特に塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止でき、しかも、突き合わせ溶接部が傾斜せず直線状のままであるなどの変形が生じない鋼管柱を製造できる。

　また上記した本発明の請求項２によると、溶接結合を行った半成形角形鋼管柱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を揃ることができ、しかも平板部とコーナ部とを均質化した角形鋼管柱を製造できる。

［実施の形態１］
　以下に、本発明の実施の形態１を、四角形の角形鋼管を採用した状態として、図１〜図４に基づいて説明する。

　すなわち図２に示されるように、厚い板厚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短尺角形鋼管（半成形短尺鋼管）２０と、薄い板厚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長尺角形鋼管（半成形長尺鋼管）２１とが準備される。その際に半成形短尺角形鋼管２０と半成形長尺角形鋼管２１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２０ａ，２１ａ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。

　すなわち半成形短尺角形鋼管２０と半成形長尺角形鋼管２１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。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２１の板厚ｔと半成形短尺角形鋼管２０の板厚Ｔとは、たとえば２ｔ≒Ｔとされている。また半成形短尺角形鋼管２０は、梁材連結部を形成する長さ（高さ）Ｌとされている。

　このような半成形短尺角形鋼管２０と半成形長尺角形鋼管２１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２０ａ，２１ａを同一直線状として位置させる。そして、半成形短尺角形鋼管２０と半成形長尺角形鋼管２１との相当接間を溶接結合２２することで、図１、図３（ａ）に示すように、半成形短尺角形鋼管２０を梁材連結位置として半成形角形鋼管柱（半成形鋼管柱）２３を構成する。

　次いで半成形角形鋼管柱２３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２３が加熱手段２５において加熱され、そして成形手段２６において熱間成形（熱間絞り成形）される。このように外周形状を熱間成形することにより、図１、図３（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、そして梁材連結位置が厚い板厚Ｔの角形鋼管柱（鋼管柱）２４、すなわち、外周形状を最終製品形状とした角形鋼管柱２４が得られる。

　この実施の形態１によると、溶接結合２２を行ったのち熱間成形を行うことで、溶接が母材（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、特に塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得る。

　そして半成形角形鋼管柱２３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２０ａ，２１ａ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２４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２４を製造し得る。

　なお、上記した実施の形態１において、半成形短尺角形鋼管２０や半成形長尺角形鋼管２１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。

　このような角形鋼管柱２４は、所定本数が建築現場などに運搬され、そして図４に示すように、梁材連結部を形成する長さＬの厚板部分の外面に、梁材６が溶接結合７によって連結される。その際に梁材連結部は、予め厚い板厚Ｔによって十分な強度を確保し得、梁材６の溶接結合７は何ら支障なく行える。そして角形鋼管柱２４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。
［実施の形態２］
　次に、本発明の実施の形態２を、図５に基づいて説明する。

　すなわち図５（ａ）に示すように、半成形短尺丸形鋼管（半成形短尺鋼管）２０Ａと半成形長尺丸形鋼管（半成形長尺鋼管）２１Ａ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２０ｂ，２１ｂ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。そして突き合わせ溶接部２０ｂ，２１ｂを同一直線状として、半成形短尺丸形鋼管２０Ａと半成形長尺丸形鋼管２１Ａ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２０Ａを梁材連結位置として半成形丸形鋼管柱（半成形鋼管柱）２３Ａを構成する。

　次いで半成形丸形鋼管柱２３に対して熱間成形（整形）を行うことにより、図５（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）２４Ａ、すなわち、外周形状を最終製品形状とした丸形鋼管柱２４Ａが得られる。

　上記した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など、いずれも既製の鋼管が適宜に使用される。

　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。

　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。

本発明の実施の形態１を示し、鋼管柱の製造方法における工程説明図である。 同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。 同鋼管柱の製造方法の説明図で、（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。 同鋼管柱の一部切り欠き斜視図である。 本発明の実施の形態２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。 従来例を示し、鋼管柱の一部切り欠き斜視図である。 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

　６　　梁材
２０　　半成形短尺角形鋼管（半成形短尺鋼管）
２０ａ　突き合わせ溶接部
２１　　半成形長尺角形鋼管（半成形長尺鋼管）
２１ａ　突き合わせ溶接部
２２　　溶接結合
２３　　半成形角形鋼管柱（半成形鋼管柱）
２４　　角形鋼管柱（鋼管柱）
２５　　加熱手段
２６　　成形手段
２０Ａ　半成形短尺丸形鋼管（半成形短尺鋼管）
２０ｂ　突き合わせ溶接部
２１Ａ　半成形長尺丸形鋼管（半成形短尺鋼管）
２１ｂ　突き合わせ溶接部
２３Ａ　半成形丸形鋼管柱（半成形鋼管柱）
２４Ａ　丸形鋼管柱（鋼管柱）
ｔ　　　長尺鋼管の板厚
Ｔ　　　短尺鋼管の板厚
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

Claims (2)

1. 所定の板厚の半成形長尺鋼管と、この半成形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半成形短尺鋼管とを有し、これら半成形長尺鋼管と半成形短尺鋼管とは、少なくとも一箇所が突き合わせ溶接されるとともに、その外周形状は、最終製品形状よりも大きくして同一状に形成されており、これら半成形長尺鋼管と半成形短尺鋼管とを、半成形短尺鋼管を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合して半成形鋼管柱を形成し、この半成形鋼管柱を加熱したのち、その外周形状が最終製品形状になるように熱間成形することを特徴とする鋼管柱の製造方法。
2. 半成形長尺角形鋼管と半成形短尺角形鋼管とが使用され、これら半成形長尺角形鋼管と半成形短尺角形鋼管とのコーナ部は、最終製品の曲率半径よりも大きい曲率半径に形成されており、溶接結合して形成した半成形角形鋼管柱を加熱したのち、そのコーナ部が最終製品の曲率半径になるように熱間成形することを特徴とする請求項１記載の鋼管柱の製造方法。

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