JP2010047955A - 熱間圧延山形鋼、柱梁接合部コア用角形鋼管、柱梁接合部コア、及び柱梁接合部構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】H形鋼梁との柱梁接合部とされるノンダイアフラム型の柱梁接合部コア1用の角形鋼管1を、山形鋼2丁合わせ溶接により製造するための熱間圧延山形鋼11である。一方のフランジ11bが他方のフランジ11aより山形鋼の板厚t分短い。短いフランジ11bの先端部にレ形開先面11c(又はK開先面)を有する。2つの山形鋼11を方形に仮組みし、この仮組み状態で突き合わされるフランジ先端部どうしを互いに溶接接合して柱梁接合部コア用1’の角形鋼管1が得られる。熱間圧延された山形鋼11をそのまま用いた2丁合わせ溶接で正方形の柱梁接合部コア用の角形鋼管を製造できる。
【選択図】図1
Description
図9(ロ)で角形鋼管柱2の辺寸法をA0、板厚をt0、柱梁接合部コア1’(52’)の辺寸法をA、板厚をtで示す。
この種の従来の二鋼材溶接角形鋼管は、図11のように、2本の溝形鋼51を互いに向き合わせ、フランジの先端同士を突き合わせ溶接した構造である。製造した角形鋼管52を所定長さに切断すればダイアフラムが不要な接合部コア52’として用いることができる。この接合部コア52’は対向する2辺の中央に溶接ビードwができる。
特許文献3(実開昭54−116910 内側隅部に膨出隅肉を有する角形鋼管柱)は、ノンダアフラムコアを想定しているものでなく、ダイアフラムを不要とする剛性の高い角形鋼管柱を得るためのものであるが、熱間圧延で製造した内側隅部に膨出隅部を持つ特殊断面の溝形鋼を2丁合わせに溶接接合(すなわち互いに向き合わせ、フランジの先端同士を突き合わせ溶接接合)して角形鋼管柱とするものである。この角形鋼管柱を所定長さに切断してノンダアフラムコアとすることができる。
特許文献4(特許2915149号 角形鋼管柱)も、特許文献1と同じく、ノンダアフラムコアを想定しているものでなく、ダイアフラムを不要とする剛性の高い角形鋼管柱を得るためのものであり、特許文献3と概ね同じある。
また、特殊断面の溝形鋼を2丁合わせ溶接して角形鋼管を製造する方法は、特殊断面の溝形鋼の製造コストが高く、角形鋼管のコストが高くなり、柱梁接合部コアのコストが高くなる等の欠点がある。
製造能率が低くコストの極めて高くなる鋳造法によらずに、鋼材の2丁合わせ溶接方式で、溝形鋼の2丁合わせ溶接法よりコストその他の点でさらに有利なノンダイアフラム型の柱梁接合部コアを製造できることが望まれる。
隅柱では、その両側の梁は、隅柱の隅と反対の内側の二面aのそれぞれ幅方向外側縁に寄せた位置に接合される。
側柱では、側方に向く左右の梁が側柱の左右側面bにおける幅方向外側縁に寄せた位置に接合され、内側に向く梁が側柱の内側の面cの幅方向中央の位置に接合される。
中柱では、四方の梁がいずれも中柱の4つの面cのそれぞれ幅方向中央の位置に接合される。
すなわち、隅柱では、図12(イ)、図13(イ)に示すように、一方の梁3aのフランジが必ず接合部コア52’の溶接ビードwと干渉する(突き当たる)。他方の梁3bは干渉しない。
側柱では、図12(ロ)に示すように、左右の梁3c、3dは溶接ビードwと干渉しないが、内側に向く梁3eは図13(ロ)にも示すように、そのウエブ部分で溶接ビードwと干渉する。
中柱では、図12(ハ)、図13(ロ)に示すように、四方の梁3のうちの二方の梁3f、3gが必ずウエブ部分で溶接ビードwと干渉する。他の二方の梁3h、3iは干渉しない。
一方のフランジが他方のフランジより前記山形鋼の板厚分短いとともに、前記短いフランジの先端部に、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面を有する断面形状であることを特徴とする。
一方のフランジが他方のフランジより約山形鋼板厚程度短いとともに、前記短いフランジの先端部に、板厚の内外両側の傾斜面を持つK開先面を有する断面形状であることを特徴とする。
請求項1又は2のいずれか記載の山形鋼を2つ方形に仮組みし、この仮組み状態で突き合わされるフランジ先端部どうしを互いに溶接接合した構成であることを特徴とする。
請求項3の柱梁接合部コア用角形鋼管を所定長さに切断して構成したことを特徴とする。
角形鋼管柱である上下階の隅柱が請求項4の柱梁接合部コアを介して溶接接合されるとともに、当該柱梁接合部コアは、その2箇所の溶接部を結ぶ対角線方向が、当該隅柱の両側のH形鋼梁のなす直角を2等分する方向となるような配置で両側のH形鋼梁と溶接接合されていることを特徴とする。
角形鋼管柱である上下階の側柱が請求項4の柱梁接合部コアを介して溶接接合されるとともに、当該柱梁接合部コアは、山形鋼の前記開先面を有さない方のフランジが左右の面となるような配置で左右のH形鋼梁と溶接接合されていることを特徴とする。
すなわち、熱間圧延された素材の段階で既に開先面を有しており、別途開先加工を行うことが不要なので、請求項3のように、2つの山形鋼を方形に仮組みし、この仮組み状態で突き合わされるフランジ先端部どうしを互いに溶接接合して、正方形の柱梁接合部コア用の角形鋼管を製造することが容易である。
これにより、ディスクグラインダで溶接ビードを削るという容易でない作業が全く不要となり、鉄骨骨組の組立ての施工性が大幅に向上する。
請求項6の柱梁接合部構造によれば、H形鋼の梁が、側柱に用いられた柱梁接合部コアの溶接ビードと干渉しないようにすることが可能である。
この山形鋼11は、熱間圧延による山形鋼であり、長さが山形鋼の板厚分互いに異なるフランジ11a、11bを有する不等辺の山形鋼であり、短いフランジ11bの先端部に、図示のようにフランジ外面側に傾斜したレ形開先面11cを有する断面形状である。ここで、山形鋼の直角を挟むフランジ面をフランジ内面、その反対側をフランジ外面とする。
山形鋼11の長いフランジ11aの長さをB、短いフランジ11bの長さをB’、板厚をtで示す。
この山形鋼11の開先面11cのある短いフランジ11bの長さB’は、長いフランジ11aの長さBより山形鋼の板厚t分短い。
開先面11cの角度は例えば20°程度である。
長いフランジ11aの長さBは柱梁接合部コアの辺寸法Aに等しく、したがって、角形鋼管柱の辺寸法A0より若干長い(図9(ロ)参照)。
そして、この角形鋼管1を所定長さに切断すれば、柱梁接合部コア1’が得られる。したがって、図1、図2は柱梁接合部コア1’の断面図でもある。
この柱梁接合部コア1’はダイアフラムなしの柱梁接合部コアであり、柱2と梁3との接合部に設けられて、梁3に作用する曲げモーメント等の応力を、このダイアフラムなし柱梁接合部コア1’を介して鋼管柱2に伝達する。
すなわち、一方の山形鋼11の短辺(短いフランジ)11bの先端の開先部11cが他方の山形鋼11の長辺(長いフランジ)11aの先端部内面に対向するような態様で仮組みし、短辺11bの先端の開先部11cと長辺11aの先端部内面との間を、裏当て金12を添えて溶接接合すると、四角形の1つの対角線方向にのみ溶接部がある二鋼材溶接角形鋼管である柱梁接合部コア用の角形鋼管1が得られる。
具体的な実施例について説明すると、山形鋼11を2本、図3に示すように、一方の山形鋼11の短辺11bの先端の開先部11cが他方の山形鋼11の長辺11aの先端部内面にルートギャップgをあけて対向するようにして、角形鋼管柱2の断面の辺寸法A0より若干大きな辺寸法の方形に仮組みする。その際、方形の角を挟む2辺のうちの一方の辺(図3で縦辺)の長さA(=B(山形鋼11の長いフランジ11aの長さ))に対して、他方の辺(図3の横辺)の長さCが溶接時の縮み代dだけ大きい方形に仮組みする(すなわち、C=A+d)。
素材の山形鋼11の短辺(短いフランジ)11bの長さB’は、長辺(長いフランジ)11aの長さBよりt+α(α=ルートギャップg−溶接時の縮み代d)だけ短くするとよい。ルートギャップgは適切な長さに取る。
また、この仮組みに際して、前記長辺先端部内面の長辺先端から板厚相当距離tの位置に裏当て金12を接合し、この裏当て金12に短辺11bの先端部を載せ、その状態で、短辺先端と長辺先端部内面とを溶接接合する。図3の横辺寸法Cは溶接縮みdにより縦辺寸法Aと等しく(C−d=A)なり、また縦辺寸法Aの溶接縮みは無視できるから、図1のような、縦横両辺とも寸法Aである正方形の角形鋼管1が得られる。図1等において溶接金属部をハッチングで示す。
この角形鋼管1を所定の長さに切断して柱梁接合部コア1’が得られる。
すなわち、隅柱では、図6(イ)のように、柱梁接合部コア1’を、その2箇所の溶接部(溶接ビードw)を結ぶ対角線方向が、当該隅柱の両側の梁3a、3bのなす直角を2等分する方向(1点鎖線Mの方向)となるように配する。
この態様でH形鋼の梁3が柱梁接合部コア1’の面に溶接接合される場合、図から明らかな通り、梁3が柱梁接合部コア1’の溶接ビードwと干渉することはない。
また、側柱では、図6(ロ)のように、柱梁接合部コアの長辺11aが側柱の左右面となるように配する。これにより左右の梁3c、3dが溶接ビードwと干渉することはない。また、中柱側に向かう梁3eは柱梁接合部コア1’の幅方向中央に位置するので、そしてH形鋼である梁3のフランジの幅は柱梁接合部コア1’の幅より充分短いので、梁3eが柱梁接合部コア1’の溶接ビードwと干渉することはない。
また、中柱では、図6(ハ)に示すように、四方の梁3f、3g、3h、3iがいずれも接合部コア1’の面の幅方向中央の位置に接合されるので、四方のいずれの梁3f、3g、3h、3iも柱梁接合部コア1’の溶接ビードwと干渉しない。
上記の通り、この柱梁接合部コア1’によれば、隅柱、側柱、中柱のいずれに用いる場合でも、梁3が柱梁接合部コア1’の溶接ビードwと干渉することはない。
また、側柱の場合、図7(ロ)のような配置とすると、左右の一方の梁3dのフランジが溶接ビードwと干渉するので、そのような配置とはしない。
中柱の場合、柱梁接合部コア1’をどのような向きに配置しても、梁3が溶接ビードwと干渉することはないので、柱梁接合部コア1’の向きに特に制限はない。
柱梁接合部コアのサイズとして□200mm(Ao=200mm)または、□250mm(Ao=250mm)、溶接ビードが角部から50mm以下の位置にある断面での例を示す。なお、柱梁接合部コアのサイズ□200あるいは□250とは、Ao=200mmの角形鋼管柱あるいはAo=250mmの角形鋼管柱に用いる柱梁接合部コアという意味であり、柱梁接合部コアの実際の辺寸法Aは前述した通りA0より若干長い。
柱梁接合部コアの幅方向中央の位置に配置されるH形鋼梁の場合、□200mmの柱梁接合部コアに対してH200×100(フランジ幅E=100mm)のフランジ幅以下のH形鋼梁では溶接ビードとH形鋼のフランジは干渉することはない。同様に、□250mmの柱梁接合部コアに対してH300×150(フランジ幅E=150mm)のフランジ幅以下のH形鋼梁では溶接ビードとH形鋼のフランジは干渉することはない。
一方、柱梁接合部コアの幅方向端縁に一方のフランジ端を合せて配置されるH形鋼梁の場合、□200mmの柱梁接合部コアに対してH300×150(フランジ幅E=150mm)のフランジ幅以下のH形鋼梁では溶接ビードとH形鋼のフランジは干渉することはない。
同様に、□250mmの柱梁接合部コアに対してH400×200(フランジ幅E=200mm)のフランジ幅以下のH形鋼梁では溶接ビードとH形鋼のフランジは干渉することはない。
また、山形鋼は溝形鋼と比べて一般に、使用するロール孔型が単純であり、また、板厚変更に対しても対応が容易である等のために、安価に製造できる。
例えば、特開平11−28502の「溝形鋼の圧延法」は、従来の圧延法により「角型コラムの素材となる溝形鋼を圧延しようとする際の問題(段落番号[0009])」を背景として、「ウエブ、フランジそれぞれの外寸法が一定であって厚さが異なる同一シリーズの多種の外法一定溝形鋼の製造に好適な溝形鋼の圧延法」(段落番号[0001])を提供することを目的とするものであるが、従来の問題として「厚さが種々異なると、成品の外幅(ウエブ11の高さW、およびフランジ12a、12bの幅B)が変化してしまうので、それを専用の圧延ロールが必要となる等により、費用が嵩み、稼働率が低下し、生産性が低下する」というコストアップとなる事情を述べている(段落番号[0011])が、山形鋼の圧延にはそのようなコストアップとなる要素は少ない。
また、溝形鋼は保管時あるいは搬送時等に多数積み重ねる場合、空間が多く生じるので、効率が悪いが、山形鋼は隙間なく一方向で積み重ねることができるので、効率的であり、保管時や搬送時や製造現場における取回し易さなどの種々の場面で、溝形鋼と比べて有利となりコストが安く済む。
上記のように、二鋼材溶接角形鋼管を製造する方法として、山形鋼による2丁合わせ溶接は、溝形鋼の2丁合わせ溶接と比べて種々の点で有利である。
具体的に言えば、溝形鋼の2丁合わせ溶接の場合には、製造しようとする角形鋼管の4つの角部が溝形鋼の角部として既に決まっているので、そして、溝形鋼のフランジの先端同士の突き合わせ溶接は四角形の辺の中央部の溶接であり、溶接縮みが角形鋼管の角部の角度に影響しないので、正しく直角の角部を持つ方形を得ることは比較的容易である。
これに対して、山形鋼の2丁合わせ溶接の場合は、四角形の角部の溶接であり、溶接縮みによって方形でなく菱形になり易い(正しく直角の角部を持つ方形を得にくい)。
山形鋼の2丁合わせ溶接で正しく直角の角部を持つ方形を得るためには、溶接時に2つの山形鋼を所定の姿勢でしっかりと固定する必要があるが、さらに、溶接縮み代を的確に把握する必要があり、そして、山形鋼をそのような溶接縮み代を考慮した辺寸法及び開先形状に精度よく加工する必要があり、さらには、溶接条件が影響することも考えられるので、角部が正しく直角でかつ精度よい方形の角形鋼管を安定して量産することは必ずしも簡単でない。
したがって、本発明の柱梁接合部コア用の角形鋼管の製造に用いる山形鋼は、角部が正しく直角でかつ精度よい方形の角形鋼管が安定して得られるように、溶接縮み代を的確に把握しかつその溶接縮み代を考慮した辺寸法及び開先形状を持つ断面形状に圧延した山形鋼を用い、充分な注意を払って2丁合わせ溶接接合する。
この断面形状の山形鋼11’の熱間圧延は、図5の山形鋼11と概ね同様に行うことができる。
この山形鋼11’を2丁合わせ溶接して、柱梁接合部コア用角形鋼管を製造できる。図5(ロ)にその柱梁接合部コア用角形鋼管1Aの一部分(下部)を示す。
なお、この山形鋼11’を2丁合わせ溶接する場合、2つの山形鋼11’を四角形に仮組みし、内面溶接にてK開先の内面側を溶接し、次いで、外面溶接にてK開先の外面側を溶接する。したがって、裏当て金は不要である。
各実施例の山形鋼11、11’における長いフランジ11a、11a’の先端部は通常の山形鋼と同様な形状であるが、この長いフランジ11a、11a’の先端部形状は特に限定されない(但し、長さは短いフランジ11b、11b’より山形鋼の板厚分長い)。
1’ 柱梁接合部コア
2 角形鋼管柱
3 梁
11 山形鋼
11a 長いフランジ(長辺)
11b 短いフランジ(短辺)
11c 開先面
12 裏当て金
A 柱梁接合部コアの辺寸法
A0 角形鋼管柱の辺寸法
B 山形鋼の長辺長さ
B’山形鋼の短辺長さ
C 2つの山形鋼を方形に仮組みする際にルートギャップを設ける側の辺の長さ
t0 角形鋼管柱の板厚
t 柱梁接合部コアの板厚(=角形鋼管の板厚=山形鋼の板厚)
Claims (6)
- ノンダイアフラム型の柱梁接合部コア用の角形鋼管を、山形鋼2丁合わせ溶接により製造するための熱間圧延山形鋼であって、
一方のフランジが他方のフランジより前記山形鋼の板厚分短いとともに、前記短いフランジの先端部に、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面を有する断面形状であることを特徴とする熱間圧延山形鋼。 - ノンダイアフラム型の柱梁接合部コア用の角形鋼管を、山形鋼2丁合わせ溶接により製造するための熱間圧延山形鋼であって、
一方のフランジが他方のフランジより前記山形鋼の板厚分短いとともに、前記短いフランジの先端部に、板厚の内外両側の傾斜面を持つK開先面を有する断面形状であることを特徴とする熱間圧延山形鋼。 - ノンダイアフラム型の柱梁接合部コア用の角形鋼管であって、
請求項1又は2のいずれか記載の山形鋼を2つ方形に仮組みし、この仮組み状態で突き合わされるフランジ先端部どうしを互いに溶接接合した構成であることを特徴とする柱梁接合部コア用角形鋼管。 - ノンダイアフラム型の柱梁接合部コアであって、
請求項3の柱梁接合部コア用角形鋼管を所定長さに切断して構成したことを特徴とする柱梁接合部コア。 - H形鋼の梁と角形鋼管柱とを接合する柱梁接合部構造であって、
角形鋼管柱である上下階の隅柱が請求項4の柱梁接合部コアを介して溶接接合されるとともに、当該柱梁接合部コアは、その2箇所の溶接部を結ぶ対角線方向が、当該隅柱の両側のH形鋼梁のなす直角を2等分する方向となるような配置で両側のH形鋼梁と溶接接合されていることを特徴とする柱梁接合部構造。 - H形鋼の梁と角形鋼管柱とを接合する柱梁接合部構造であって、
角形鋼管柱である上下階の側柱が請求項4の柱梁接合部コアを介して溶接接合されるとともに、当該柱梁接合部コアは、山形鋼の前記開先面を有さない方のフランジが左右の面となるような配置で左右のH形鋼梁と溶接接合されていることを特徴とする柱梁接合部構造。
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