JP2007303107A - 角形鋼管および角形鋼管使用の鉄骨構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】座屈に充分に対抗できる角形鋼管を提供する。
【解決手段】所定の外寸Ｗとされた角形鋼管１であって、４辺の平板部１Ａの最大厚さＴが、４箇所のコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して５〜２０％増の厚さとして形成されている。角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して十分に厚くでき、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保でき、以て鉄骨構造物などの鋼管柱として好適に採用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）として使用される角形鋼管および角形鋼管使用の鉄骨構造物に関するものである。

従来、鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）としては、熱間成形した角形鋼管が好適なものとして採用されている。そして鉄骨構造物用の角形鋼管としては、次のような構成が提供されている。すなわち、四角形鋼管柱（鋼管柱）は、所定の板厚の長尺四角形鋼管と、パネルゾーンを形成する長さ（高さ）の短尺四角形鋼管とを、その端部を対向させた状態で外側からの溶接により結合することで構成される。ここで所定の板厚とは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される四角形鋼管柱の外寸などにより決定されるもので、たとえば外寸が５００ｍｍのときに板厚は２５ｍｍである。そして長尺四角形鋼管と短尺四角形鋼管とは、熱間成形によって外径形状、すなわち、その外寸と、各コーナ部における外周曲面の曲率半径が同一状に形成されている。このような鋼管柱、すなわち短尺四角形鋼管の外面に梁材を溶接することで、鉄骨構造物が構成されている（たとえば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１０５７５７号公報（第３−４頁、図１）

しかし上記した従来構成によると、４辺の平板部と各コーナ部との全ては、所定の板厚の状態で形成されるものであり、このような長尺四角形鋼管を鋼管柱として使用したときなどで、縦方向の圧力が、４辺の平板部のうちの１辺に大きく偏荷重状に加わったとき、この１辺が横方向に変形する座屈現象を起こす恐れがあり、したがって長尺四角形鋼管は、座屈などを十分に考慮して厚さなどを設定する必要がある。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、座屈に充分に対抗し得る角形鋼管を提供することを目的としたものである。
また請求項４記載の発明は、座屈現象が生じ難い角形鋼管使用の鉄骨構造物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記載の角形鋼管は、所定の外寸とされた角形鋼管であって、４辺の平板部の最大厚さが、４箇所のコーナ部の厚さに対して５〜２０％増の厚さとして形成されてい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、角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して十分に厚くし得、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保し得る。

また本発明の請求項２記載の角形鋼管は、上記した請求項１記載の構成において、平板部の内面が、内方へ凸の円弧状に形成されてい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、平板部の幅方向において好適な応力分布にし得る。

そして本発明の請求項３記載の角形鋼管は、上記した請求項１または２記載の構成において、熱間成形により外寸とコーナ部とが成形されていることを特徴としたものである。
したがって請求項３の発明によると、長さ方向での溶接などによる接続を好適に行えることになる。

さらに本発明の請求項４記載の角形鋼管使用の鉄骨構造物は、４辺の平板部の最大厚さが、４箇所のコーナ部の厚さに対して５〜２０％増の厚さとして形成されるとともに、所定の外寸とされた角形鋼管が鋼管柱に使用され、この鋼管柱側に梁材が連結されて構成されたことを特徴としたものである。

したがって請求項４の発明によると、角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して十分に厚くし得、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保した鋼管柱を提供し得る。

上記した本発明の請求項１によると、角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して十分に厚くでき、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保でき、以て鉄骨構造物などの鋼管柱として好適に採用できる。

また上記した本発明の請求項２によると、平板部の幅方向において好適な応力分布にでき、座屈に好適に対抗できる。
そして上記した本発明の請求項３によると、長さ方向での溶接などによる接続を好適に行うことができる。

さらに上記した本発明の請求項４によると、角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して十分に厚くでき、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗する強度を確保した鋼管柱、すなわち座屈現象が生じ難い鋼管柱を提供でき、以て好適な鉄骨構造物を提供できる。
［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。

図１において、角形鋼管１は熱間成形されており、その際に平板部１Ａの外面間は所定の外寸Ｗに整形されるとともに、コーナ部１Ｂは小さい外面曲率半径ｒに整形されている。そして、４辺の平板部１Ａの最大厚さＴが、４箇所のコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して５〜２０％増の厚さ、すなわち［Ｔ≒ｔα＋（０．０５〜０．２）ｔα］として形成されている。その際に平板部１Ａの内面１ａは、内方へ凸の円弧状に形成されている。なお一つの平板部１Ａには、突き合わせ溶接による突き合わせ溶接部２が形成されている。

ここでコーナ部１Ｂの厚さｔαは、建築構造の耐震設計基準に基づいて設計されている。たとえば外寸Ｗが４００ｍｍの角形鋼管５の場合、コーナ部１Ｂの厚さｔαが１６．０〜１６．１ｍｍ、平板部１Ａの最大厚さＴが１７〜２０ｍｍ、外面曲率半径ｒが１７．１〜１７．６ｍｍとなる。

上記した角形鋼管１は、４辺の平板部１Ａの最大厚さＴを４箇所のコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して十分に厚くでき、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保でき、以て鉄骨構造物（後述する。）などの鋼管柱として好適に採用できる。また平板部１Ａの内面１ａが、内方へ凸の円弧状に形成されていることで、平板部１Ａの幅方向において好適な応力分布にでき、座屈に好適に対抗できる。さらに熱間成形により外寸Ｗとコーナ部１Ｂとが整形されていることで、長さ方向での溶接などによる接続を好適に行うことができる。

なお、平板部１Ａの最大厚さＴがコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して５％以下の増の厚さのときは、座屈に充分に対抗し得る強度を確保できない場合も生じ、また２０％以上の増の厚さときは、鋼材使用量が無駄な範囲に入ることになる。

このような角形鋼管１は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱として使用される。すなわち、図２に示されるように、四角形鋼管柱（鋼管柱の一例）４は、長尺の前記角形鋼管１と、パネルゾーンを形成する長さ（高さ）の短尺角形鋼管５とを、その端部を対向させた状態で外側からの溶接６により結合することで構成される。その際に角形鋼管１と短尺角形鋼管５とは、熱間成形によって外径形状、すなわち、その外寸Ｗと、各コーナ部における外面曲率半径ｒが同一状に形成されている。このようにして構成した四角形鋼管柱４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短尺角形鋼管５の外面に、梁材７が溶接８によって結合される。さらに四角形鋼管柱４は、積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接により結合されることで所定長さ（高さ）とされ、以て鉄骨構造物３が構成される。

かかる鉄骨構造物３によると、角形鋼管１としては、コーナ部１Ｂの厚さｔαを薄くすることなく、すなわち所定の板厚を充分に確保（維持）した状態とし、かつ平板部１Ａの最大厚さＴをコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して十分に厚くでき、これにより横方向に変形する座屈に充分に対抗する強度を確保した鋼管柱、すなわち座屈現象が生じ難い鋼管柱を提供でき、以て好適な鉄骨構造物３を提供できる。

次に、上記の角形鋼管１の製造を図３〜図１１に基づいて説明する。
図５、図６に示されるように、４辺の平板部１０Ａと４箇所のコーナ部１０Ｂとからなる長尺の粗成角形鋼管１０が準備される。この粗成角形鋼管１０は、所定の板厚ｔでかつ各コーナ部１０Ｂの外面が最終製品形状における角形鋼管１のコーナ部１Ｂの外面曲率半径ｒよりも大きい外面曲率半径Ｒに成形されている。そして粗成角形鋼管１０は冷間成形され、その際に一つの平板部１０Ａに、突き合わせ溶接による突き合わせ溶接部２が形成されている。さらに粗成角形鋼管１０は、最終製品形状における外寸Ｗに対して長い外寸ＬＷとして半成形されている。

この粗成角形鋼管１は、図３、図４に示されるように、搬入床１１に渡されて搬送される。この搬入床１１の終端部に搬送された粗成角形鋼管１０は、ローラコンベヤ（搬送手段の一例）１２に渡され、このローラコンベヤ１２により形成される搬送経路１２ａ上で搬送される。この搬送経路１２ａ中には、前記粗成角形鋼管１０をＡ_３変態点（たとえば８５０〜１０５０℃）以上に全体加熱する加熱手段１５と、加熱された粗成角形鋼管１０を正規の寸法かつ形状に熱間成形する成形手段２０とが配設されている。

すなわち加熱手段１５は、粗成角形鋼管１０を加熱炉１６に入れての燃焼加熱方式であって、その加熱炉１６における前後方向の両端には、貫通孔により搬入口や搬出口が形成され、そして搬入口や搬出口には、それぞれ開閉扉１７が設けられている。前記加熱炉１６の一側下部でかつローラコンベヤ１２のローラ間の中間位置に下部加熱バーナー１８が配設され、そして、加熱炉１６の他側上部でかつ前記下部加熱バーナー１８に対して千鳥状に対峙する位置には上部加熱バーナー１９が配設されている。以上の１６〜１９などにより加熱手段１５の一例が構成される。

前述したように、搬入床１１の終端部に搬送された粗成角形鋼管１０は、ローラコンベヤ１２に渡され、このローラコンベヤ１２により加熱手段１５の加熱炉１６に搬入される。この粗成角形鋼管１０は、加熱炉１６内にて搬送経路１２ａ上で搬送されながら、各バーナー１８，１９の燃焼熱によって外面側から徐々に均一的に加熱Ｈされる（図６参照）。その際に加熱Ｈは、粗成角形鋼管１０の全体がＡ_３変態点以上になるように行われる。このようにして、Ａ_３変態点以上の温度に加熱された粗成角形鋼管１０を、開閉扉１７を開動させることで、搬出口を通して加熱炉１６から成形手段２０へと搬出し得る。そして粗成角形鋼管１０の終端が完全に搬出されたときに、搬出口の開閉扉１７が閉動される。

上述したように、加熱手段１５によって加熱された粗成角形鋼管１０は、長さ方向に搬送されながら成形手段２０に渡され、この成形手段２０によって正規の寸法かつ形状に絞り状に熱間成形される。ここで成形手段２０は、図３〜図５に示されるように、始端案内部２１と終端整形部３５との間に、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄと上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄとが交互状にかつそれぞれ４段（複数段）に設けられることで構成されている。

すなわち始端案内部２１は、図３〜図５、図７に示されるように、左右一対のガイドロール２２と上下一対のガイドロール２３とが、機枠２４側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられることで構成されている。そしてガイドロール２２，２３群によって、搬送経路１２ａ上で搬送されてきた粗成角形鋼管１０の位置決め案内を行うものであり、その際に粗成角形鋼管１０の整形（成形）が行われることもある。

前記左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、図３〜図５、図８に示されるように、それぞれ左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄから構成される。そして、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄにおいては、左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄによって、左右絞り成形が複数段絞り状で行われるように構成されている。その際に各左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄには、小径の上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄが設けられている。ここで上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄは、成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに対してロール軸心を前後に少し変位させた前後の２箇所に、それぞれ上下一対に配設されている。なお、成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄや上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄは、機枠３４側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられている。

したがって、前述したような左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄによる左右絞り成形時に、必要以上に上下外方に変形した平板部分１０ａが上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄに当接されることで、それ以上に変形することが規制されるように構成されている。

前記上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、図３〜図５、図９、図１０に示されるように、それぞれ上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄから構成される。そして、上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおいては、上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによって、上下絞り成形が複数段絞り状に行われるように構成されている。その際に各上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄには、小径の左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄが設けられている。ここで左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄに対してロール軸心を前後に少し変位させた前後の２箇所に、それぞれ上下一対に配設されている。なお、成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄや左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、前記機枠３４側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられている。

したがって、前述したような上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによる上下絞り成形時に、必要以上に左右外方に変形した平板部分１０ａが左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄに当接されることで、それ以上に変形することが規制されるように構成されている。

前記終端整形部３５は、図３〜図５、図１１に示されるように、左右一対の整形ロール３６と上下一対の整形ロール３７とが、機枠３８側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられることで構成されている。そして整形ロール３６，３７群によって、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄや上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおいて交互状にかつ複数段絞り状に行われることで熱間成形された角形鋼管１の最終整形（最終成形）を行うものである。

なお、成形手段２０の周辺で必要する箇所には、必要とする数のデスケーラー装置が設けられている。すなわち、始端案内部２１と１段目の上下絞り成形部３１Ａとの間に上手デスケーラー装置４０が設けられ、そして１段目の上下絞り成形部３１Ａと２段目の上下絞り成形部３１Ｂとの間に下手デスケーラー装置４１が設けられている。これらデスケーラー装置４０，４１は、成形中の粗成角形鋼管１０に対して水圧をかけた水を噴射するものである。

したがって、加熱されて成形手段２０に搬入された粗成角形鋼管１０は、図３、図７に示されるように、始端案内部２１のガイドロール２２，２３群によって位置決め案内され、この状態で、まず上手デスケーラー装置４０によって、粗成角形鋼管１０に対して水圧をかけた水を噴射することにより、ミルスケールなどを除去して表面肌を良くし得る。

そして粗成角形鋼管１０は、１段目の左右絞り成形部２５Ａにおいて、左右の成形ロール２６Ａによって左右の平板部分１０ａを案内することで、上下の平板部分１０ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）することになり、以て上下の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対して少し厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ａによって１段目の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１０ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が上下規制ローラ２７Ａに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

次いで粗成角形鋼管１０は、１段目の上下絞り成形部３１Ａにおいて、上下の成形ロール３２Ａによって上下の平板部分１０ａを案内することで、上下の平板部分１０ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１０ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対して少し厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔが維持されることになる。これにより、上下絞り成形部３１Ａによって１段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１０ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が左右規制ローラ３３Ａに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

そして下手デスケーラー装置４１によって、成形中の粗成角形鋼管１０に対して水圧をかけた水を噴射することにより、ミルスケールなどを除去して表面肌を良くし得る。
次いで粗成角形鋼管１０は、２段目の左右絞り成形部２５Ｂにおいて、左右の成形ロール２６Ｂによって左右の平板部分１０ａを案内することで（図８参照）、左右の平板部分１０ａの左右外方への変形を矯正するとともに、上下の平板部分１０ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）させることになり、以て上下の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対してさらに厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ｂによって２段目の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１０ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が上下規制ローラ２７Ｂに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

そして粗成角形鋼管１０は、２段目の上下絞り成形部３１Ｂにおいて、上下の成形ロール３２Ｂによって上下の平板部分１０ａを案内することで（図９参照）、上下の平板部分１０ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１０ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対してさらに厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、上下絞り成形部３１Ｂによって１段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１０ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が左右規制ローラ３３Ｂに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

引き続いて粗成角形鋼管１０は、３段目の左右絞り成形部２５Ｃにおいて、左右の成形ロール２６Ｃによって左右の平板部分１０ａを案内することで、左右の平板部分１０ａの左右外方への変形を矯正するとともに、上下の平板部分１０ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）することになり、以て上下の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対して、より厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ｃによって３段目の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１０ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が上下規制ローラ２７Ｃに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

次いで粗成角形鋼管１０は、３段目の上下絞り成形部３１Ｃにおいて、上下の成形ロール３２Ｃによって上下の平板部分１０ａを案内することで、上下の平板部分１０ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１０ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対して、より厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、上下絞り成形部３１Ｃによって３段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１０ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が左右規制ローラ３３Ｃに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

そして粗成角形鋼管１０は、最終段（４段目）の左右絞り成形部２５Ｄにおいて、左右の成形ロール２６Ｄによって左右の平板部分１０ａを案内することで、左右の平板部分１０ａの左右外方への変形を矯正するとともに、上下の平板部分１０ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）することになり、以て上下の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対して、より一層厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ｄによって最終段（４段目）の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１０ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が上下規制ローラ２７Ｄに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

この後、粗成角形鋼管１０は、最終段（４段目）の上下絞り成形部３１Ｄにおいて、上下の成形ロール３２Ｄによって上下の平板部分１０ａを案内することで（図１０参照）、上下の平板部分１０ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１０ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１０ａが所定の板厚ｔに対して、より一層厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１０Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１０Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、上下絞り成形部３１Ｄによって４段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１０ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１０ａの外面が左右規制ローラ３３Ｄに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

そして図３〜図５、図１１に示されるように、終端整形部３５の整形ロール３６，３７群によって、最終整形を行うことになり、その際に左右の整形ロール３６によって、左右の平板部分１０ａの左右外方への変形を矯正し得る。これにより、図１、図１１に示されるように、正規の外寸Ｗでかつ外面曲率半径ｒの角形鋼管（最終製品）１を熱間成形し得る。

上述したように成形手段２０では、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄにおける左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄによる左右絞り成形と、上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおける上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによる上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部１０Ｂに対して常に圧縮力を作用させての熱間成形となり、以て角形鋼管１は、４箇所のコーナ部１Ｂの厚さｔαを粗成角形鋼管１０時の板厚ｔに対して薄くすることなく、すなわち所定の板厚ｔを充分に確保（維持）した状態とし、かつ外面曲率半径ｒを小さい状態とし得る。

さらに、左右絞り成形と上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４辺の平板部を徐々に増肉し得、以て角形鋼管１は、４辺の平板部１Ａの最大厚さＴを４箇所のコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して厚く、すなわち、［Ｔ＞ｔα］とし得る。その際に平板部１Ａの内面１ａは、内方へ凸の円弧状に形成されている。

たとえば、粗成角形鋼管１０の所定の板厚ｔに対して角形鋼管１のコーナ部１Ｂの板厚ｔαは同等状もしくは少し厚い状態、すなわち［ｔ≦ｔα］であり、そして平板部１Ａの最大厚さＴはコーナ部１Ｂの厚さｔαに対して５〜２０％増、すなわち［Ｔ≒ｔα＋（０．０５〜０．２）ｔα］である。また粗成角形鋼管１０のコーナ部１０Ｂの外面曲率半径Ｒに対して角形鋼管１のコーナ部１Ｂの外面曲率半径ｒは小さい状態、すなわち［Ｒ＞ｒ］である。そして角形鋼管１の外寸Ｗに対して粗成角形鋼管１０の外寸ＬＷは１０〜１５％増、すなわち［ＬＷ≒Ｗ＋（０．１〜０．１５）Ｗ］である。

さらに具体的な一例を述べると、板厚ｔが１６ｍｍ、外面曲率半径Ｒが１９．５〜２０．０ｍｍ、外寸ＬＷが４４０〜４６０ｍｍの粗成角形鋼管１０を、上述した成形手段２０において熱間成形することで、コーナ部１Ｂの板厚ｔαが１６．０〜１６．１ｍｍ、平板部１Ａの最大厚さＴが１７〜２０ｍｍ、外面曲率半径ｒが１７．１〜１７．６ｍｍ、外寸Ｗが４００ｍｍの角形鋼管１が得られる。

このようにして熱間成形により得られた角形鋼管１は、冷却床４５に受け取られる。この冷却床４５はコンベヤ形式であって複数本の角形鋼管１を平行させて支持し、そして長さ方向に対して横方向へと搬送させる。この冷却床４５での搬送中に、角形鋼管１は空冷形式で徐冷される。冷却床４５での角形鋼管１群の搬送は、隣接した角形鋼管１の間を離した状態で、または隣接した角形鋼管１どうしを接触させ両側よりクランプした状態で搬送される。これにより角形鋼管１は、同じ雰囲気温度下で徐冷されることになり、以て冷却時の曲がりを少なくし得る。冷却床４５の終端に達した角形鋼管１は、図示していない矯正装置、先端切断装置、後端切断装置、洗浄装置、防錆装置へと搬送され、それぞれで処理されたのち、製品としてストレージされる。

このようにして得られた角形鋼管（最終製品）１は、熱間成形する際に、粗成角形鋼管１０の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ_３変態点の近辺）に加熱していることから、各コーナ部１Ｂの形状、すなわち外面曲率半径ｒを均等状にかつシャープに形成し得る。さらに熱間成形によって角形鋼管１は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図１２に基づいて説明する。

この実施の形態２においては、平板部１Ａの内面１ａは、外面と平行状の扁平面に形成されている。この場合も、平板部１Ａの最大厚さＴは、コーナ部１Ｂの厚さｔαに対して５〜２０％増、すなわち［Ｔ≒ｔα＋（０．０５〜０．２）ｔα］である。

上記した実施の形態１、２においては、熱間成形した角形鋼管１が示されているが、これは冷間成形などにより得た角形鋼管であってもよい。
上記した実施の形態１においては、最終製品である角形鋼管１を短尺角形鋼管５と結合することで四角形鋼管柱４を構成しているが、これは短尺角形鋼管５を使用せず、角形鋼管１のみで鋼管柱を構成し、この角形鋼管１のパネルゾーン形成部分に梁材７を結合して鉄骨構造物を構成する形式などであってもよい。

上記した実施の形態１、２では、角形鋼管１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。
上記した実施の形態１、２において、角形鋼管１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が適宜に使用される。

上記した実施の形態１において、粗成角形鋼管１０としては、大径で厚肉の角形鋼管、大径で薄肉の角形鋼管、小径で厚肉の角形鋼管、小径で薄肉の角形鋼管などであってもよい。

上記した実施の形態１、２における角形鋼管１の素材としては、鋼や鉄などが採用される。
上記した実施の形態１、２において、平板部１Ａの最大厚さＴは、粗成角形鋼管１０の所定の板厚ｔ、粗成角形鋼管１０の外寸ＬＷと角形鋼管１の外寸Ｗとの差などによって、５〜２０％増の範囲内において任意に設定し得るものである。

上記した実施の形態１では、成形手段２０として、始端案内部２１と終端整形部３５との間に、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄと上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄとが交互状にかつそれぞれ４段に設けられた形式が示されているが、段数は、板厚や外寸などによって任意に設定されるものであり、また２段づつ交互状に配設される形式などであってもよい。

上記した実施の形態１では、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄや上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄに、規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを前後の２箇所に設けて規制する形式が示されているが、規制ローラの配設位置や数は任意に設定し得るものである。また、規制ローラが省略された形式などであってもよい。

本発明の実施の形態１を示し、角形鋼管の一部切り欠き斜視図である。 同角形鋼管の一使用例で、鉄骨構造物の一部切り欠き斜視図である。 同角形鋼管の製造設備の斜視図である。 同角形鋼管の製造設備の概略平面図である。 同角形鋼管の製造設備における成形手段部分の概略側面図である。 同角形鋼管の製造設備における加熱手段部分の正面図である。 同角形鋼管の製造設備における始端案内部の正面図である。 同角形鋼管の製造設備における熱間成形時で、左右絞り成形部の正面図である。 同角形鋼管の製造設備における熱間成形時で、上下絞り成形部の正面図である。 同角形鋼管の製造設備における最終段の上下絞り成形部の正面図である。 同角形鋼管の製造設備における終端整形部の正面図である。 本発明の実施の形態２を示し、角形鋼管の一部切り欠き斜視図である。

符号の説明

１ 角形鋼管（最終製品）
１Ａ 平板部
１ａ 内面
１Ｂ コーナ部
２ 突き合わせ溶接部
３ 鉄骨構造物
４ 四角形鋼管柱（鋼管柱）
５ 短尺角形鋼管
７ 梁材
１０ 粗成角形鋼管
１０Ａ 平板部
１０ａ 平板部分
１０Ｂ コーナ部
１２ ローラコンベヤ（搬送手段）
１２ａ 搬送経路
１５ 加熱手段
１６ 加熱炉
２０ 成形手段
２１ 始端案内部
２５Ａ 左右絞り成形部
２５Ｂ 左右絞り成形部
２５Ｃ 左右絞り成形部
２５Ｄ 左右絞り成形部
３１Ａ 上下絞り成形部
３１Ｂ 上下絞り成形部
３１Ｃ 上下絞り成形部
３１Ｄ 上下絞り成形部
３５ 終端整形部
４０ 上手デスケーラー装置
４１ 下手デスケーラー装置
４５ 冷却床
Ｗ 角形鋼管１の外寸
ｒ 角形鋼管１の外面曲率半径
Ｔ 平板部１Ａの最大厚さ
ｔα コーナ部１Ｂの厚さ
ｔ 粗成角形鋼管１０の板厚
Ｒ 粗成角形鋼管１０の外面曲率半径
ＬＷ 粗成角形鋼管１０の外寸
Ｈ 加熱

Claims (4)

1. 所定の外寸とされた角形鋼管であって、４辺の平板部の最大厚さが、４箇所のコーナ部の厚さに対して５〜２０％増の厚さとして形成されていることを特徴とする角形鋼管。
2. 平板部の内面が、内方へ凸の円弧状に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。
3. 熱間成形により外寸とコーナ部とが成形されていることを特徴とする請求項１または２記載の角形鋼管。
4. ４辺の平板部の最大厚さが、４箇所のコーナ部の厚さに対して５〜２０％増の厚さとして形成されるとともに、所定の外寸とされた角形鋼管が鋼管柱に使用され、この鋼管柱側に梁材が連結されて構成されたことを特徴とする角形鋼管使用の鉄骨構造物。
   

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