JP2010281055A - 嵌合式鉄骨柱接合部 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メス型受金具とオス型挿込金具を嵌合する接合部において、メス型受金具1aには、先端に幅が広くなるテーパー状の凹部29を有し、オス型挿込金具2aには、先端に幅が狭くなるテーパー状の凸部30を有する鉄骨柱の接合部とすることで、従来のボルト接合のようなトルクレンチによる作業を必要とせず、鉄骨柱同士の接合が完了する。さらに、使用後の柱部材はガス切断を行わなくても簡易に取外すことができるため、リユースが可能となる。
【選択図】図3
Description
鉄骨構造物の建設では、輸送可能な大きさで、予め工場製作された部材を建設現場に搬入し、それらを現場で接合して組み立てていく。この場合、部材等の接合には、工場においては溶接接合が、現場においては、火気や特別な技術が必要無い、省力化工法であるボルト接合が通常用いられる。
テーパー状鋼管部材bを用いる場合は、長尺柱を構成する鋼管柱部材bが薄肉の鋼板を材料として製造されているため、柱に曲げモーメントが生じた際の抵抗性能が弱いという問題がある。また、この場合、柱の形状は、鋼管に限定され、柱自体にテーパー状の傾斜がつくという制約が生じる。
本発明は、鉄骨構造物の柱の接合部おいて、接合時の作業性能と、接合部の強度を両方満足する嵌合式とすることで、組み立て、解体の作業手間を削減し、組み立て作業のスピードおよび解体作業のスピードをアップさせることができ、前記の課題を有利に解決した鉄骨柱の接合構造を提供することを主目的とする。
また、ガス切断や機械切断による鉄骨柱部材の損傷を無くし、再度同一の構造物を築造する場合等には、鉄骨柱部材のリユースが可能となる接合構造を提供することも目的とする。
第1発明では、メス型受金具とオス型挿込金具を嵌合する鉄骨柱の接合部において、
前記メス型受金具には、その先端に向かって漸次幅が広くなるテーパー状の凹部を有し、前記オス型挿込金具には、その先端に向かって漸次幅が狭くなるテーパー状の凸部を有することを特徴とする。
第2発明では、前記メス型受金具のテーパー状部の柱軸線に対する傾斜角と、オス型挿込金具のテーパー状部の柱軸線に対する傾斜角が同じ傾斜角であり、かつその傾斜角度が2.5°以上、20°以下であり、
オス型挿込金具とメス型受金具が接触する鉄骨柱の軸方向の長さが、鉄骨柱の幅の2/3倍以上、2倍以下としてもよい。
第3発明のように、前記の場合に、前記メス型受金具のテーパー部表面、または、オス型挿込金具のテーパー部表面は、粗面とする表面処理を施してもよい。
また、嵌合完了時に接合された鉄骨柱のテーパー部相互が密着しガタツキがなく、曲げモーメントに対する抵抗性能を発揮することができる。
また、テーパー部表面粗面とすると、密着する2つの面の間の最大摩擦力が増大し、接合がより強固になる。
鉄骨柱22の接合される位置(継手位置)は、輸送の際の長さ制限、施工法、フレームに生じる応力などを考慮して決められる。図1は一形態として、門型フレーム26の2本の鉄骨柱22の中間の継手位置にそれぞれ2箇所ずつ、合計4箇所に、メス型受金具1aおよびオス型挿込金具2aからなる継手を設けた例を示す。
組み立ての要領は、図2に示すように、差込用の凸部を有するオス型挿込金具2aを取り付けた下側の鉄骨柱23を、オス型挿込金具2a側の端を上に向け、他方を基礎25に固定する。そして、オス型挿込金具2aを嵌合させるためのテーパー状の凹部29を有するメス型受金具1aを取り付けた上側の鉄骨柱24を、メス型受金具1a側の端を下に向け、重機等により、下側の鉄骨柱23の直上に移動し、オス型挿込金具2aを嵌合させる。なお、メス型受金具1aを取り付けた鉄骨柱24が下側に、オス型挿込金具2aを取り付けた鉄骨柱23が上側となってもよい。
メス型受金具1aは、傾斜板1と、傾斜板2と、側面板3と、側面板4と、鉄骨柱部材側の閉塞板5との5枚から構成され、鋼板相互を溶接されることで構成され、6面体に対してオス型挿込金具のための挿入口6の1面だけ鋼板が欠けた形となる。
前記の傾斜板1,2および各側面板3,4並びに閉塞板5に囲まれる内側空間により、凹部29が形成され、前記傾斜板1,2が対向して傾斜配置されていることで、テーパー状の凹部29とされている。
前記各傾斜板1と2の基端側は、断面H形鉄骨柱部材1bのフランジ27に溶接Wにより固定され、前記の閉塞板5は、断面H形鉄骨柱部材1bのウェブ28に溶接Wにより固定されている。各側面板3,4の内側間隔は、断面H形鉄骨柱部材1bにおけるフランジ27の幅寸法よりも僅かに大きくされている。
前記の傾斜板1、2間の基端側の間隔(閉塞板5の傾斜板1、2間の長さ寸法に相当)は、後記のオス型挿込金具2aにおける傾斜板8と傾斜板9とにより形成される先端部間の幅寸法よりも小さくされて、オス型挿込金具2aにおける面板13,16が、閉塞板5に接触しないようにされ、また、メス型受金具1a内にオス型挿込金具2a全体を収納可能なように、メス型受金具1a内の柱軸方向の寸法はメス型受金具1aの柱軸方向の寸法より長くされて、メス型受金具1a全体がオス型挿込金具2aに確実に嵌合されるようにされている。
なお、弱軸方向の曲げモーメントに対しては、側面板3,4が抵抗するようになる。
オス型挿込金具2aは、傾斜板8、傾斜板9、ウェブ部板10、鉄骨柱部材側の面板11、リブ補強材12、先端板13、鉄骨柱部材側の面板14、リブ補強材15、先端板16の鋼板を組み立て、鋼板相互を溶接Wされることで、テーパー状の凸部30を有するオス型挿込金具とされている。
長方形状の傾斜板8および9の幅寸法は、先端板13,16の各幅寸法にウェブ部板10の板厚寸法を足した寸法とされ、そのような傾斜板8,9が、各先端板13,16と、補強材12,15と、面板13,16と、ウェブ部板10に傾斜端面に当接されて、溶接により固定されている。
前記各傾斜板8,9の基端側は、断面H形鉄骨柱部材1cのフランジ27に溶接Wにより固定され、前記の面板11,14およびウェブ部板10は、断面H形鉄骨柱部材1cのウェブ28に溶接Wにより固定されている。
なお、弱軸方向の曲げモーメントに対しては、面板11,14と、補強材12,15と、面板13,16の端部が抵抗するようになる。
また、強軸方向Yの曲げモーメントに抵抗する面である傾斜板8および傾斜板9は、鉄骨柱長手方向の材軸(柱軸線)Yに対して傾斜した傾斜面(傾斜角θ)となっており、H形鋼のウェブに当たる位置には、前記のようにウェブ部板10を設置する。
各傾斜板9と10の基端部は、断面H形の鉄骨柱部材1cにおけるフランジ27に溶接により固定され、また、傾斜板8および9は、その幅方向中央に配置されたウェブ部板10に溶接Wにより固定されて一体化され、前記ウェブ部板10を境にしてこれに対して直角に、上面板11および14と、補強材12および15と、先端板13および16とは、溶接Wにより固定されている。
本発明においては、接合される鉄骨柱の断面形状は適宜の形状でよいから限定されず、図6は、鉄骨柱がH形鋼の場合、図7は角形鋼管の場合の実施形態を示す。
なお、鉄骨柱部材1bおよび1cが角形鋼管の場合には、鉄骨柱部材1bにあっては、角形鋼管の端面4辺の内2辺を、傾斜板1,2に溶接Wにより固定し、他の2辺を閉塞板5に溶接により固定する。
オス型挿込金具2a、メス型受金具1aの傾斜面の鉄骨柱長手方向の材軸に対する傾斜角θは同一とし、接合完了時には、図3に示すように、メス型受金具1aの傾斜板1及び2の内面と、オス型挿込金具2aにおける傾斜板8及び9の外側面が、全体に面接触して密着する形態となるように、オス型挿込金具2a及びメス型受金具1aの各部の寸法を設定する。
また、メス型受金具1aの鉄骨柱材軸方向の長さL1(図4参照)は、オス型挿込金具2aの鉄骨柱材軸方向の長さL2(図5参照)に対して余裕を持たせ、嵌合完了時にメス型受金具1aもしくはオス型挿込金具2aの製作誤差の吸収しろを持たせておくことが好ましい。
嵌合完了時に密着するメス型受金具1aにおける傾斜板1及び2の内側面と、オス型挿込金具2aにおける傾斜板8及び9の外側面には、サンドブラストあるいはショットブラスト等のブラスト処理などにより、テーパー部表面の粗さの値を増加させる表面処理をほどこして、粗面とすると、密着する2つの面の間の最大摩擦力が増大し、接合がより強固になる。
このように、メス型受金具1a及びオス型挿込金具2aを構成することで、鉄骨柱嵌合時のメス型受金具1aの先端と、オス型挿込金具2aの先端の間のクリアランスを確保でき、かつ、嵌合完了時には鉄骨柱同士を密着させることができ、接合部において所定以上の荷重を伝達することが可能となる。
また、接合された状態の柱材の解体の際も、重機で接合部の上位に位置する鉄骨柱部材1bを吊り上げるだけで簡単に取外すことができ、従来のガス切断のような損傷も無いため、再度同じ構造物を構築する際は、同じ鉄骨柱部材1b、1cをリユースすることができる。
図10には、本発明の接合構造において、接合部の荷重伝達性能と接合部のオス型挿込金具2aとメス型受金具1aが接触する鉄骨柱17の軸方向の差込長さL、及びテーパー状の傾斜角θの間係を確認する試験の実施状況が示されている。
試験体は、H形鋼からなる鉄骨柱部材17及びこれに固定された本発明の接合部18から構成され、試験体は試験機の制約上、鉄骨柱長手方向の材軸を水平方向とし、2箇所の支点19、及び支点19間の中央に本発明の接合部18を有する。
載荷は試験体の中央から等距離となる2箇所において、点に集中して載荷を行う。この載荷方法により本発明の接合部18に曲げモーメントを生じさせることができる。
試験体における鉄骨柱H形鋼サイズは、強軸幅Hが294mm、弱軸幅Bが200mm、ウェブ板厚tWが8mm、フランジ板厚tfが12mmである。
一方で、前記差込長さLが鉄骨柱の強軸幅Hに対して2/3倍未満、または、傾斜角θが20°より大きい場合は、鉄骨柱H形鋼が降伏する曲げモーメントよりも小さな曲げモーメントでオス型挿込金具2aとメス型受金具1aが外れる結果となった。
テーパー状の傾斜角θと嵌合容易性の関係は、傾斜角θが大きい程、嵌合時のクリアランスが大きくなり、オス型挿込金具2aとメス型受金具1aの嵌合が容易になるが、傾斜角θが2.5°以上の場合、嵌合をスムーズに行うことができ、2.5°未満の場合は嵌合が著しく困難であった。
材軸方向の差込長さLを長くすると当然ながら使用鉄骨量が多くなり、製造コストが高くなる。差込長さLを鉄骨柱強軸幅H対して2倍よりも長くすると、本発明の接合部を制作するための鉄骨量が、従来のボルト接合の場合に必要な鉄骨量の5倍を超えるため、コストの合理性に欠けるといえる。
以上の実施の結果をまとめたものが図8に示す図である。テーパー状の傾斜角θ及びオス型挿込金具2aとメス型受金具1aが接触する鉄骨柱の軸方向の差込長さLの鉄骨柱の強軸幅Hに対する倍率は、荷重伝達性、施工性、コストを考慮するとXの範囲に絞るとよい。
2a オス型挿込金具
1b メス型受金具に接合するH形鋼鉄骨柱部材
2b メス型受金具に接合する角形鋼管鉄骨柱部材
1c オス型挿込金具に接合するH形鋼鉄骨柱部材
2c オス型挿込金具に接合する角形鋼管鉄骨柱部材
b パンザーマストにおける長尺柱を構成する鋼管柱部材
L1 メス型受金具の材軸方向長さ
L2 オス型挿込金具の材軸方向長さ
B1 メス型受金具の材軸直角方向幅
B2 オス型挿込金具の材軸直角方向幅
θ 傾斜部角度
H 実施試験におけるH形鋼鉄骨柱の強軸幅
B 実施試験におけるH形鋼鉄骨柱の弱軸幅
tf 実施試験におけるH形鋼鉄骨柱のフランジ厚
tw 実施試験におけるH形鋼鉄骨柱のウェブ厚
L 実施試験における嵌合接合部差込長さ
1 メス型受金具の傾斜板
2 メス型受金具の傾斜板
3 メス型受金具の側面板
4 メス型受金具の側面板
5 メス型受金具の鉄骨柱部材側板
6 メス型受金具におけるオス型挿込金具挿入口
7 オス型挿込金具の傾斜板
8 オス型挿込金具の傾斜板
9 オス型挿込金具の傾斜板
10 オス型挿込金具のウェブ部板
11 オス型挿込金具における鉄骨柱部材側の面板
12 オス型挿込金具リブ補強材
13 オス型挿込金具の先端板
14 オス型挿込金具における鉄骨柱部材側の面板
15 オス型挿込金具のリブ補強材
16 オス型挿込金具の先端板
17 実施試験におけるH形鋼柱部材
18 実施試験における本発明の接合部
19 実施試験における試験体の支点
20 ボルト接合における添板
21 ボルト接合におけるボルト
22 門形フレームにおける鉄骨柱
23 梁
24 鉄骨柱
25 基礎
26 門型フレーム
27 フランジ
28 ウェブ
29 テーパー状の凹部
30 テーパー状の凸部
Claims (3)
- メス型受金具とオス型挿込金具を嵌合する鉄骨柱の接合部において、
前記メス型受金具には、その先端に向かって漸次幅が広くなるテーパー状の凹部を有し、前記オス型挿込金具には、その先端に向かって漸次幅が狭くなるテーパー状の凸部を有することを特徴とした鉄骨柱の接合部。 - 前記メス型受金具のテーパー状部の柱軸線に対する傾斜角と、オス型挿込金具のテーパー状部の柱軸線に対する傾斜角が同じ傾斜角であり、かつその傾斜角度が2.5°以上、20°以下であり、
オス型挿込金具とメス型受金具が接触する鉄骨柱の軸方向の長さが、鉄骨柱の幅の2/3倍以上、2倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の鉄骨柱の接合部。 - 前記メス型受金具のテーパー部表面、または、オス型挿込金具のテーパー部表面は、粗面とする表面処理を施したことを特徴とする請求項1または2に記載の鉄骨柱の接合部。
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