JP2010047956A - 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】ノンダイアフラム型の柱梁接合部コア用の角形鋼管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、開先面11c及び裏当て金機能突出部11d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。別途開先加工を行うことが不要、かつ、別途裏当て金を仮付けする煩雑な作業も不要で、溶接の作業性が大幅に向上する。
【選択図】図1
Description
図12(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14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、溝形鋼の2丁合わせ溶接による製造方法の場合、溶接作業の作業性が製造コストに大きく影響するので、少しでも溶接作業の作業性を向上させることが望まれる。
溶接に際して溶接部に裏当て金を添えることが必要であるが、この裏当て金を不要にできれば、溶接作業の作業性を向上させることができ、望ましい。
本願出願人が先に出願した山形鋼の2丁合わせ溶接による柱梁接合部コア(特願平2007-157461、特願平2008-138799)は、溝形鋼の2丁合わせ溶接に対して種々の利点を持つが、同じく溶接部に裏当て金を添えて溶接するものであり、この裏当て金を不要にできれば望ましい。
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、かつ裏当て金が不要で溶接の作業性が良好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15(イ)、図16(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15(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16(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15(ハ)、図16(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、開先面及び裏当て金機能突出部を有する断面形状であることを特徴とする。
裏当て金機能突出部とは、溶接時に溶融金属の抜け落ちを防ぐ裏当て金として機能する部分である。
短いフランジの先端部の形状が、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面、及び、このレ形開先面につながるルートフェイス、及び、前記ルートフェイス近傍でフランジ内面側へ突出する内向き突出部とこの内向き突出部からさらにフランジ長手方向前方に突出する先方突出部とからなる裏当て金機能突出部を有する断面形状であることを特徴とする。
短いフランジの先端部の形状が、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面、及び、このレ形開先面の先端部近傍でフランジ内面側へ突出した裏当て金機能突出部を有する断面形状であることを特徴とする。
短いフランジの先端部の形状が、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面、及び、フランジ内面側の面が前記レ形開先面と同方向に傾斜して前記レ形開先面の先端で一定の厚みkが形成される裏当て金機能突出部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若干短いとともに、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し、他方の長いフランジの先端部に、当該2つの山形鋼を方形に仮組みした時に前記一方のフランジの先端部を載せることができる段差状切欠きを有する断面形状であることを特徴とする。
請求項1〜5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6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7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7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。
したがって、請求項6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する際に、別途開先加工を行うことが不要である上に、溶接部に別途裏当て金を仮付けする煩雑な作業は不要であり、溶接の作業性が大幅に向上する。
また、この山形鋼では、長いフランジ及び短いフランジの両先端部とも通常の山形鋼の先端部形状と異ならせているが、その先端部形状は厚み方向の突出部を持たない単純な形状であり、圧延は容易である。
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9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、開先面11c及び裏当て金機能突出部11dを有する断面形状である。
前記開先面11cは、図3の要部を拡大した図5にも示すように、フランジ外面側(図4、図5で下側)に傾斜したレ形開先面11c1とこのレ形開先面11c1につながるルートフェイス11c2とからなる。
前記裏当て金機能突出部11dは、前記ルートフェイス1c2の近傍でフランジ内面側(図4、図5で上側)へ突出する内向き突出部11d1と、この内向き突出部11d1からさらにフランジ長手方向前方に突出する先方突出部11d2とからなる。
先方突出部11d2の突出寸法gは、図3のように2つの山形鋼11を方形に仮組みした時にルートギャップとなる。
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。
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より僅かに長い(図12(ロ)参照)。
短いフランジ11bの長さB’は、長いフランジの長さBより板厚t分短くする。実際には、溶接縮みdを考慮して、B’=B−t+d とするとよい。
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の先端部の裏当て金機能突出部11dの先端が、他方の山形鋼11の長辺(長いフランジ)11aの先端部内面に突き当たるような態様で方形に仮組みする。
これにより、一方の山形鋼11の短辺11bの先端部の開先面11cと、他方の山形鋼11の長辺11aの先端部内面との間にルートギャップgの開先が形成されると同時に、前記短辺11bの先端部の裏当て金機能突出部11dが溶融金属の抜け落ちを防ぐ裏当て金として機能する状態になる。
この状態で溶接接合すると、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正方形の柱梁接合部コア用の角形鋼管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9(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9(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9(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10(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より僅かに長い。
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溝形鋼と比べて少ない。
なお、本発明の山形鋼11は、短いフランジ11bの先端部に裏当て金機能突出部11dを有する点では複雑な断面形状であるが、山形鋼の圧延においてフランジの先端部の形状を若干変形させることは比較的容易であり、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。
この山形鋼21における短いフランジ21bの先端部の形状は、フランジ外面側(図6で下側)に傾斜したレ形開先面21c、及び、このレ形開先面21cの先端部近傍でフランジ内面側(図6で上側)へ突出した裏当て金機能突出部21dを有する断面形状である。短いフランジ21bの長さB’は図1〜図5の実施例と同じ(B’=B−t+d)である。
この山形鋼31における短いフランジ31bの先端部の形状は、フランジ外面側(図7で下側)に傾斜したレ形開先面31c、及び、フランジ内面側(図7で上側)の面31d’が前記レ形開先面31cと同方向に傾斜して前記レ形開先面31cの先端で一定の厚みkが形成される裏当て金機能突出部31dを有する断面形状である。短いフランジ31bの長さB’は図1〜図5の実施例と同じ(B’=B−t+d)である。
この山形鋼41は、前述の各実施例と同様に長いフランジ41aと短いフランジ41bとを有するが、短いフランジ41bの先端部にフランジ外面側(図8で下側)に傾斜したレ形開先面41cを有し、長いフランジ41aの先端部に、当該2つの山形鋼41を方形に仮組みした時に前記短いフランジの先端部を載せる棚部41d’のある段差状切欠き41dを有する断面形状である。
短いフランジ41bの長さB”は、前述の各実施例の長さB’より若干長い(B”=B’+β=B−t+β)。段差状切欠き41dにおける短いフランジ41bの先端部が載る棚部41d’の長さjは前記βより若干長くする(jとβとの差g(g=j−β)はルートギャップ相当となる)。また、段差状切欠き41dの高さhは板厚tと等しくする。
また、この山形鋼41では、長いフランジ41a及び短いフランジ41bの両先端部とも通常の山形鋼の先端部形状と異なるが、その先端部形状は板厚方向の突出部を持たない単純な形状であり、圧延は容易である。
また、上記の山形鋼11、21、31における長いフランジ11a、21a、31aの先端部は通常の山形鋼と同様な形状であるが、その形状は、短いフランジの先端部との間に開先が形成されるものであれば、特に限定されない(但し、長さは短いフランジより長い)。
1’ 柱梁接合部コア
2 角形鋼管柱
3 梁
11、21、31、41 熱間圧延山形鋼
11a、21a、31a、41a 長いフランジ(長辺)
11b、21b、31b、41b 短いフランジ(短辺)
11c、21c、31c、41c 開先面
11c1 レ形開先面
11c2 ルートフェイス
11d、21d、31d 裏当て金機能突出部
11d1 内向き突出部
11d2 先方突出部
31d’ フランジ内面側の面
41d 段差状切欠き
41d’ 棚部
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’、B” 山形鋼の短辺長さ
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)
d 溶接縮み
Claims (9)
- 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、開先面及び裏当て金機能突出部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。 - 前記短いフランジの先端部の形状は、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面、及び、このレ形開先面につながるルートフェイス、及び、前記ルートフェイス近傍でフランジ内面側へ突出する内向き突出部とこの内向き突出部からさらにフランジ長手方向前方に突出する先方突出部とからなる裏当て金機能突出部を有する断面形状であることを特徴とする請求項1記載の熱間圧延山形鋼。
- 前記短いフランジの先端部の形状は、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面、及び、このレ形開先面の先端部近傍でフランジ内面側へ突出した裏当て金機能突出部を有する断面形状であることを特徴とする請求項1記載の熱間圧延山形鋼。
- 前記短いフランジの先端部の形状は、フランジ外面側に傾斜したレ形開先面、及び、フランジ内面側の面が前記レ形開先面と同方向に傾斜して前記レ形開先面の先端で一定の厚みkが形成される裏当て金機能突出部を有する断面形状であることを特徴とする請求項1記載の熱間圧延山形鋼。
- 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若干短いとともに、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し、他方の長いフランジの先端部に、当該2つの山形鋼を方形に仮組みした時に前記短いフランジの先端部を載せることができる段差状切欠き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1〜5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6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7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7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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