JP2010242290A - 鉄骨構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】健全な溶接部を確保した鉄骨構造物を提供する。
【解決手段】裏当て金10はプレートで、幅方向における一面を短尺四角形鋼管２の外側当接面に形成し、長さ方向一端面から設定長さ部分10SLに、当接面とは反対面ならびに上下面で開放した凹入部11を、所定間隔で複数箇所に形成した。設定長さ部分10SLを、短尺四角形鋼管２のコーナ部２Ａにおける外周曲面２ａに沿う曲げ成形して当接面を円弧状当接面に形成した。裏当て金10の短尺四角形鋼管２外側面２Ｂへの溶接は、直線状当接面を外側面２Ｂに当接し、円弧状当接面を外周曲面２ａに当接した状態で、コーナ部２Ａの外側に設定長さ部分10SLを密に位置させて行う。梁部７は、梁フランジ７Ａを裏当て金10に対向させるとともに、短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに溶接結合し、この溶接結合は、梁フランジの内側面より内側部分から曲げ成形した設定長さ部分10SLに行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の板厚の長尺四角形鋼管と、この長尺四角形鋼管の板厚よりも厚い板厚でかつパネルゾーンを形成する長さの短尺四角形鋼管とにより四角形鋼管柱を構成し、短尺四角形鋼管に設けた裏当て金を介して梁部を、短尺四角形鋼管の一側に寄せた状態で溶接結合した鉄骨構造物に関するものである。

従来、この種のものとしては、次のような構成が提供されている。すなわち、角形鋼管に対して梁の梁フランジを溶接結合させるに、まず、その端面が側板部の外側面に当接されて溶接された裏板金に対して梁フランジがセットされた状態で、裏板金を利用して側板部へ梁フランジが仮付け溶接される。次いで、４箇所の側板部にそれぞれ梁フランジが仮付け溶接された状態で、直角状で隣接位置された一対の梁フランジにおける拡幅部の外側面間に中継部材が嵌め込まれることにより、各コーナ部に中継部材が取付けられる。そして溶接結合は、一方の梁フランジにおけるフランジ開先部から開始され、側板部の幅方向で継続して行われたのち、その端からは中継部材における中継部材開先部へ入ることで、コーナ部の曲率半径に沿って連続して行われ、そして他方の梁フランジにおけるフランジ開先部、次の中継部材開先部、次のフランジ開先部へと連続して行われる。このような、溶接結合の後において中継部材は除去される（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２００２−１８０５４０号公報（第３−４頁、図１−図３）

上記した従来構成によると、ノンダイアフラム構法によって構築した好適な鉄骨構造物を期待できる。しかし、着脱自在な中継部材が必要であること、梁フランジに拡幅部を形成することなどによって、全体が複雑となる。また、中継部材を省略し、拡幅部が形成されていない梁フランジを使用した構成であったとき、裏板金を介して梁を、角形鋼管の一側に寄せた状態で溶接結合する際に、寄せた側のコーナ部の外側面と、裏板金または梁の対向面との間に生じた隙間などから溶接部が溶け落ちる現象が生じ、この部分にクラックが入るなど、健全な溶接部を確保できないことになる。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、健全な溶接部を確保した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記載の鉄骨構造物は、所定の板厚の長尺四角形鋼管と、この長尺四角形鋼管の板厚よりも厚い板厚でかつパネルゾーンを形成する長さの短尺四角形鋼管とにより四角形鋼管柱を構成し、短尺四角形鋼管に設けた裏当て金を介して梁部を、短尺四角形鋼管の一側に寄せた状態で溶接結合した鉄骨構造物であって、前記裏当て金はプレート状で、その幅の方向における一面を短尺四角形鋼管の外側面に対する当接面に形成するとともに、長さ方向の一端面から設定長さ部分には、当接面とは反対側の面ならびに上下面で開放した凹入部を、長さ方向において所定間隔置きの複数箇所に形成し、前記設定長さ部分を、短尺四角形鋼管のコーナ部における外周曲面に沿うように曲げ成形して当接面を円弧状当接面に形成し、前記裏当て金の短尺四角形鋼管の外側面への溶接による結合は、直線状の当接面を外側面に当接し、円弧状当接面を外周曲面に当接した状態で、コーナ部の外側に設定長さ部分を密状で位置させて行い、前記梁部は、その梁フランジを裏当て金に対向させるとともに短尺四角形鋼管の一側に寄せた状態で、短尺四角形鋼管の外側面に溶接により結合し、その際に裏当て金を介しての溶接結合は、梁フランジの内側面よりも少し内側の部分から曲げ成形した設定長さ部分に亘って行うように構成した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、裏当て金における設定長さ部分の曲げ成形は、当接面とは反対側に凹入部群が形成されていることで、この反対側の引っ張り抵抗力が少ない状態行える。そして梁フランジの裏当て金を介しての溶接結合は、曲げ成形した設定長さ部分上で外周曲面に沿って、溶け落ちるようなこともなく行える。

また本発明の請求項２記載の鉄骨構造物は、上記した請求項１記載の構成において、凹入部は、幅方向の中間部に位置する孔状部分と、この孔状部分から反対側の面に至る直状部分とからな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、裏当て金における設定長さ部分の曲げ成形は、凹入部の最奥部が孔状部分であることから、その円弧面（孔状面）を拡げる状態で曲げ成形することになる。

上記した本発明の請求項１によると、裏当て金における設定長さ部分の曲げ成形は、当接面とは反対側に凹入部群が形成されていることで、この反対側の引っ張り抵抗力が少ない状態で円滑に、かつ長さ方向などにおいて波状変形が生じ難い状態で行うことができる。そして梁フランジの裏当て金を介しての溶接結合を、曲げ成形した設定長さ部分上で外周曲面に沿って行うことで、梁部の外側面の端部の溶接は、溶け落ちるようなこともなく確実に行うことができ、以て、この部分にクラックが入ることなどを防止できて、溶接による結合部を健全に確保できる。

また上記した本発明の請求項２によると、裏当て金における設定長さ部分の曲げ成形は、凹入部の最奥部が孔状部分であることから、その円弧面（孔状面）を拡げる状態で曲げ成形することになり、以て曲げ成形は、反対側の引っ張り抵抗力がより少ない状態で円滑に、かつ波状変形がより生じ難い状態で行うことができる。

本発明の実施の形態１を示し、鉄骨構造物の要部の一部切り欠き斜視図である。 同鉄骨構造物の要部の縦断正面図である。 同鉄骨構造物の要部の一部切り欠き平面図である。 同鉄骨構造物の要部の横断平面図で、（ａ）は裏当て金の溶接結合状態、（ｂ）は梁部の溶接結合状態である。 同鉄骨構造物の縦断面図である。 同裏当て金の斜視図である。 同裏当て金の要部の平面図である。 本発明の実施の形態２を示し、鉄骨構造物の梁部の溶接結合状態での横断平面図である。

［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、柱部（シャフト部）に冷間成形した四角形鋼管を採用し、パネル部（仕口部）に熱間成形した四角形鋼管を採用した状態として、図１〜図７に基づいて説明する。

図１〜図３、図５は、ノンダイアフラム構法によって構築した鉄骨構造物２０の一例を示すもので、所定の板厚ｔの長尺四角形鋼管（柱部）１と、この長尺四角形鋼管１の板厚ｔよりも厚い板厚Ｔでかつパネルゾーン（仕口部）を形成する長さ（高さ）Ｌの短尺四角形鋼管（パネル部）２とを有する。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物２０の規模に応じて採用される長尺四角形鋼管１の外径（外寸）Ａなどにより決定されるもので、たとえば外径Ａが５００ｍｍのときに板厚ｔは２５ｍｍである。また長尺四角形鋼管１の板厚ｔと短尺四角形鋼管２の板厚Ｔとは、たとえば［２ｔ≒Ｔ］とされている。さらに短尺四角形鋼管２の外径（外寸）Ｂは長尺四角形鋼管１の外径Ａに対して、［Ｂ≒Ａ＋１０ｍｍ］とされている。

そして長尺四角形鋼管１は、冷間プレスなどによる冷間成形によって外径形状、すなわち、その外径Ａと、各コーナ部１Ａにおける外周曲面１ａの曲率半径Ｒａ、たとえば［Ａ／５］の曲率半径Ｒａが形成されている。また短尺四角形鋼管２は、熱間成形によって外径形状、すなわち、その外径Ｂと、各コーナ部２Ａにおける外周曲面２ａの曲率半径Ｒｂ、たとえば［（Ｂ−１０ｍｍ）／５］の曲率半径Ｒｂが形成されている。

冷間成形により製造された長尺四角形鋼管１と熱間成形により製造された短尺四角形鋼管２とのうち、長尺四角形鋼管１は、加工手段（切削加工装置など）において端部の外側部分が切削加工され、以て端部には所定角度（３５°〜４５°）の開先部（端面）１Ｂが形成される。そして、長尺四角形鋼管１の端部には、四角リング状の裏当て金３が内嵌されたのち、溶接４により固定されている。

上記のように形成された長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させたのち、長尺四角形鋼管１の内部に位置させた裏当て金３の外端面を、短尺四角形鋼管２の扁平端面に相当接させる。そして外側から仮り付け溶接したのち、外側からの全周に亘っての溶接（アーク溶接など。）５により結合することで、長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを外側からの溶接５により結合して、短尺四角形鋼管２をパネルゾーンとした四角形鋼管柱（柱材用鋼管）６を構成し得る。その際に溶接５による結合は、裏当て金３を利用した状態で好適に行える。

上記のようにして構成した四角形鋼管柱６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長さＬの短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに、梁部（梁材）７が溶接結合される。その際に梁部７は、その外側面７Ｄが短尺四角形鋼管２におけるコーナ部２Ａの曲がり開始点Ｍの部分に位置されるように、短尺四角形鋼管２の一側に寄せた状態で溶接結合される。

すなわち梁部７は、横方向の梁幅Ｃを有する上下一対の梁フランジ（横板）７Ａと、中央部分の縦板７ＢとによりＨ型断面材に形成されている。そして、梁部７の長さ方向の両端部において、梁フランジ７Ａの外端面が縦板７Ｂの外端面に対して少し内側に位置するように形成されることで、縦板７Ｂの外端面を短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに当接させたとき、梁フランジ７Ａの外端面と短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂとの間に、たとえば６〜８ｍｍの隙間Ｓが生じるように構成されている。また梁フランジ７Ａの外端部で上下の外面側には、切削加工などによって所定角度（３５°〜４５°）の開先部（端面）７ａが形成されている。さらに長さ方向の両端部において、縦板７Ｂの上下端部（開先部７ａの裏面側）には裏当て金１０用の凹部７Ｃが形成されている。

前記裏当て金１０は図６、図７に示すように、たとえば厚さ１０Ｈが９ｍｍ、長さ１０Ｌが梁幅Ｃに１２０ｍｍを加えた長さ（Ｃ＋１２０ｍｍ）、幅１０Ｗが２５〜５０ｍｍとして、プレート状に形成されるとともに、幅１０Ｗの方向における一面が、短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに対する当接面１０Ｂに形成されている。そして、長さ方向の一端面から設定長さ部分１０ＳＬ（略６０ｍｍ）には、当接面１０Ｂとは反対側の面ならびに上下面で開放される凹入部１１が、長さ方向において所定間隔（所定ピッチ）置きの複数箇所に形成されている。ここで各凹入部１１は、幅方向の中間部に位置される孔状部分１１ａと、この孔状部分１１ａから反対側の面に至る直状部分１１ｂとからなり、孔状部分１１ａの直径に対して直状部分１１ｂの幅（所定間隔置き方向の幅）を狭くして形成されている。このような凹入部１１は、たとえば孔を開けたのち直線状のスリットを成形することや、プレスにより打ち抜き成形することや、レーザなどによって形成し得る。

このように形成された裏当て金１０は、図４（ａ）に示すように、その当接面１０Ｂが短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに当接された状態で、短尺四角形鋼管２に溶接１２により結合される。その際に裏当て金１０は、その設定長さ部分１０ＳＬが、短尺四角形鋼管２のコーナ部２Ａにおける外周曲面２ａの曲率半径Ｒｂに沿うように曲げ成形され、以て設定長さ部分１０ＳＬに円弧状当接面１０ｂが形成される。この曲げ成形は、常温または加熱したのち、人為的に叩くことで、またはプレス状に押し付けることなどで行われる。このような曲げ成形は、当接面１０Ｂとは反対側に凹入部１１群が形成されていることで、この反対側の引っ張り抵抗力が少ない状態で円滑に、かつ長さ方向などにおいて波状変形が生じ難い状態で行える。しかも凹入部１１の最奥部が孔状部分１１ａであることから、その円弧面（孔状面）を拡げる状態で曲げ成形されることになり、以て曲げ成形は、反対側の引っ張り抵抗力がより少ない状態で円滑に、かつ波状変形がより生じ難い状態で行える。

上述した裏当て金１０の、短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂへの溶接１２による結合は、仮付け溶接の後に行われる。この裏当て金１０の仮付け溶接は、直線状の当接面１０Ｂが外側面２Ｂに当接され、円弧状当接面１０ｂが外周曲面２ａに当接された状態で行われる。その際に円弧状当接面１０ｂの外周曲面２ａに対する当接は、外側からの押し付けなどによって形状修正（形状補正）され、この状態で仮付け溶接が行われる。そして短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂへの溶接１２による結合は、所定レベルの梁部７に対応して上下一対であり、上位の梁フランジ７Ａの下面に下方から当接する位置の上位の裏当て金１０と、下位の梁フランジ７Ａの上面に上方から当接する位置の下位の裏当て金１０とが、短尺四角形鋼管２に溶接１２により結合される。これによりコーナ部２Ａの外側に設定長さ部分１０ＳＬが密状で位置されることになる。

前記梁部７は、上位の裏当て金１０上に上位の梁フランジ７Ａが位置され（対向され）、下位の裏当て金１０下に下位の梁フランジ７Ａが位置される（対向される）ように、短尺四角形鋼管２側の両裏当て金１０に対して外嵌状とされて、その縦板７Ｂの外端面を短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに当接させる。このとき梁部７は、図１〜図３、図４（ｂ）に示すように、その外側面７Ｄが短尺四角形鋼管２におけるコーナ部２Ａの曲がり開始点Ｍの部分に位置するように、短尺四角形鋼管２の一側に寄せた状態で外嵌状とされ、また梁フランジ７Ａの外端面と短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂとの間に隙間Ｓが生じている。そして、短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂに梁部７が溶接１３により結合され、以て梁部７が短尺四角形鋼管２の一側に寄せた状態で結合された鉄骨構造物２０が構成される。

その際に溶接結合は、まず裏当て金１０を利用して外側面２Ｂに梁フランジ７Ａが仮付け溶接される。次いで溶接結合が、梁フランジ７Ａの内側面よりも少し内側の裏当て金１０上から開始され、そして梁フランジ７Ａにおける開先部７ａへと梁幅Ｃの方向で継続して行われたのち、曲げ成形された設定長さ部分１０ＳＬ上で外周曲面２ａに沿って連続して行われ、以て溶接１３により外側面２Ｂに対して梁フランジ７Ａを結合し得る。このような溶接１３による結合は、曲げ成形された設定長さ部分１０ＳＬ上で外周曲面２ａに沿って行うことで、梁部７の外側面７Ｄの端部の溶接も、溶け落ちるようなこともなく確実に行え、この部分にクラックが入ることなどを防止できて、溶接１３による結合部を健全に確保できる。またパネルゾーンは、短尺四角形鋼管２の予め厚い板厚Ｔによって十分な強度を確保し得、梁部７の溶接１３による結合は何ら支障なく行える。

前記四角形鋼管柱６は、図５の仮想線に示すように、積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接５により結合されることで、所定長さ（高さ）に構成される。なお、所期の溶接結合を行った後に、曲げ成形された設定長さ部分１０ＳＬの凹入部１１群が存在する箇所（溶接１３の箇所を除く）は除去してもよい。

上記した鉄骨構造物２０において四角形鋼管柱６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。その際に短尺四角形鋼管２の扁平端面から梁部７の上下面との間に所定長さ、たとえば２００〜２５０ｍｍの増厚余長部を取ることにより、パネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管２における上下端の近傍部分にヒンジ作用が発生する効果がある。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図８に基づいて説明する。

上記した実施の形態１では、梁部７の外側面７Ｄが短尺四角形鋼管２におけるコーナ部２Ａの曲がり開始点Ｍの部分に位置するように、短尺四角形鋼管２の一側に寄せた形式が示されているが、これは図８の実線に示すように、梁部７の外側面７Ｄが短尺四角形鋼管２の内側面の部分に位置するように、短尺四角形鋼管２の一側に寄せた形式や、図８の仮想線に示すように、梁部７の外側面７Ｄが短尺四角形鋼管２の外側面２Ｂの部分に位置するように、短尺四角形鋼管２の一側に寄せた形式などであってもよい。これらの場合、裏当て金１０としては、溶接１３に好適な幅１０Ｗ（５０ｍｍ以上）のものが採用される。

上記した実施の形態１では、長尺四角形鋼管１や短尺四角形鋼管２としてシームレス形式が示されているが、これはたとえば、ロール成形によるワンシーム四角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ型材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム四角形鋼管、一対の圧延みぞ型材を溶接してなるツーシーム四角形鋼管、圧延山型材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム四角形鋼管などであってもよい。

上記した実施の形態１では、横断面で正四角形状の長尺四角形鋼管１や短尺四角形鋼管２を採用しているが、これは横断面で長方形も同様に採用し得るものである。
上記した実施の形態１では、柱部に冷間成形した長尺四角形鋼管１を採用し、パネル部に熱間成形した短尺四角形鋼管２を採用した形式が示されているが、これは、柱部とパネル部との両方に熱間成形した四角形鋼管を採用した形式や、柱部とパネル部との両方に冷間成形した四角形鋼管を採用した形式などであってもよい。

上記した実施の形態１、２では、凹入部１１として、孔状部分１１ａと、この孔状部分１１ａの直径に対して幅を狭くした直状部分１１ｂとからなる形式が示されているが、これは、孔状部分１１ａの直径と幅を同じくした直状部分１１ｂとからなる形式や、直状部分のみからな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、凹入部１１として、孔状部分１１ａ（最奥部）が幅方向の中間部に位置される形式が示されているが、これは孔状部分１１ａ（最奥部）の内側に溶接幅（溶接１３の幅）を確保できれば、任意に位置される形式などであってもよい。

１ 長尺四角形鋼管
２ 短尺四角形鋼管
２Ａ コーナ部
２ａ 外周曲面
２Ｂ 外側面
３ 裏当て金
６ 四角形鋼管柱
７ 梁部
７Ａ 梁フランジ
７ａ 開先部
７Ｂ 縦板
７Ｃ 凹部
７Ｄ 外側面
１０ 裏当て金
１０Ｂ 当接面
１０ｂ 円弧状当接面
１０ＳＬ 設定長さ部分
１１ 凹入部
１１ａ 孔状部分
１１ｂ 直状部分
１２ 溶接
１３ 溶接
２０ 鉄骨構造物
ｔ 長尺四角形鋼管１の板厚
Ｔ 短尺四角形鋼管２の板厚
Ａ 長尺四角形鋼管１の外径
Ｂ 短尺四角形鋼管２の外径
Ｃ 梁幅
Ｌ パネルゾーンを形成する長さ
Ｍ コーナ部２Ａの曲がり開始点
Ｓ 隙間

Claims (2)

1. 所定の板厚の長尺四角形鋼管と、この長尺四角形鋼管の板厚よりも厚い板厚でかつパネルゾーンを形成する長さの短尺四角形鋼管とにより四角形鋼管柱を構成し、短尺四角形鋼管に設けた裏当て金を介して梁部を、短尺四角形鋼管の一側に寄せた状態で溶接結合した鉄骨構造物であって、前記裏当て金はプレート状で、その幅の方向における一面を短尺四角形鋼管の外側面に対する当接面に形成するとともに、長さ方向の一端面から設定長さ部分には、当接面とは反対側の面ならびに上下面で開放した凹入部を、長さ方向において所定間隔置きの複数箇所に形成し、前記設定長さ部分を、短尺四角形鋼管のコーナ部における外周曲面に沿うように曲げ成形して当接面を円弧状当接面に形成し、前記裏当て金の短尺四角形鋼管の外側面への溶接による結合は、直線状の当接面を外側面に当接し、円弧状当接面を外周曲面に当接した状態で、コーナ部の外側に設定長さ部分を密状で位置させて行い、前記梁部は、その梁フランジを裏当て金に対向させるとともに短尺四角形鋼管の一側に寄せた状態で、短尺四角形鋼管の外側面に溶接により結合し、その際に裏当て金を介しての溶接結合は、梁フランジの内側面よりも少し内側の部分から曲げ成形した設定長さ部分に亘って行うように構成したことを特徴とする鉄骨構造物。
2. 凹入部は、幅方向の中間部に位置する孔状部分と、この孔状部分から反対側の面に至る直状部分とからなることを特徴とする請求項１記載の鉄骨構造物。

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