JP2016094716A - 鋼管柱の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】経済的に製作することのできるせん断力伝達機構を追加して、建築物の架構柱を構成するものとして一対の鋼管柱を連結することのできる鋼管柱の継手構造を提供する。
【解決手段】本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、建築物の架構柱として一対の鋼管柱を連結するためのものであり、軸芯方向Ｙで互いに連結される一対の外嵌端部３と内嵌端部５とを備える。外嵌端部３は、第１ダイアフラム４と、外嵌側壁３０とを有して、第１鋼管柱１の端部１ａに設けられる。内嵌端部５は、第２ダイアフラム６と、内嵌側壁５０とを有して、第２鋼管柱２の端部２ａに設けられる。外嵌端部３及び内嵌端部５は、第１ダイアフラム４及び第２ダイアフラム６の何れか一方に、シアキー４０が形成されるとともに、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムの何れか他方に、貫通孔６０が形成されて、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとが当接される。
【選択図】図２

Description

本発明は、建築物等の架構柱として複数の鋼管柱を連結するための鋼管柱の継手構造に関する。

従来から、建築物等の架構柱を構成する柱部材として構造用鋼管を用いる場合に、柱部材同士の連結は、建築工事現場での溶接による接合を用いることが一般的となっている。

しかし、工事現場での溶接は、雨風等の周囲の環境に影響を受けやすく、また、近年の溶接技術者の高齢化・減少に伴って、安定した施工を実現することが困難であることから、構造用鋼管を用いた柱部材同士の連結について、現場溶接レスとする市場ニーズが高まっている。

例えば、構造用鋼管同士を連結する継手構造については、特に鋼管杭の分野で、工事現場での溶接による接合を避けることを目的として、特許文献１〜３に開示される鋼管杭の継手構造のように、種々の機械式接合によるものが従来から提案されている。

特許文献１に開示された鋼管杭の継手構造は、軸芯方向に隣接する第１杭と第２杭とに互いに嵌合自在な一対の外嵌端部と内嵌端部とを各別に形成し、外嵌端部と内嵌端部とを嵌合させた状態で、軸芯周りの相対回転によって互いに係合し合う係合部と被係合部とが形成される。特許文献１に開示された鋼管杭の継手構造は、係合した係合部と被係合部とが第１杭又は第２杭の径方向に離間するのを阻止するための離間阻止手段が係合部及び被係合部に設けられる。

特許文献２に開示された鋼管杭の継手構造は、軸芯方向に隣接する第１杭と第２杭とに互いに嵌合自在な一対の外嵌端部と内嵌端部とを各別に形成し、外嵌端部と内嵌端部とを嵌合させた状態で、軸芯周りの相対回転によって互いに係合し合う係合凸部と被係合凸部とが軸芯方向で複数形成される。特許文献２に開示された鋼管杭の継手構造は、外嵌端部が先端部側に設けた係合凸部の形成箇所ほど基端部側に設けた係合凸部の形成箇所よりも大径に形成されて、内嵌端部が先端部側に設けた被係合凸部の形成箇所ほど基端部側に設けた被係合凸部の形成箇所よりも小径に形成される。

特許文献３に開示された鋼管杭の継手構造は、上杭の端部及び下杭の端部の各々に、互いに挿脱可能な雌円筒と雄円筒とを備えて、雄円筒の杭軸方向圧着端面に円周溝を設けて、雌円筒の杭軸方向圧着端面に先端部突起を設けることで、雄円筒を雌円筒に挿入して回動させたときに、雌円筒の先端部突起が雄円筒の円周溝に嵌入されて、上下鋼管杭を接続固定する印籠構造となる。

特開平１１−４３９３７号公報 特開平１１−４３９３６号公報 特開２００４−９２２９１号公報

ここで、特許文献１〜３に開示された鋼管杭の継手構造は、何れも第１杭と第２杭とを相対回転させることにより、外嵌端部及び内嵌端部に設けられた係合部を被係合部に係合させて、鋼管杭に作用する軸力や曲げモーメントを、互いに伝達させることを可能としたものである。

しかし、特許文献１〜３に開示された鋼管杭の継手構造は、何れも鋼管杭に適用されるものであり、鋼管杭に作用する軸力や曲げモーメントに比べて、外嵌端部及び内嵌端部の継手部分に作用するせん断力が相対的に小さいため、建築物の架構柱を構成する柱部材にそのまま適用することができないものとなる。

建築物の架構柱を構成する柱部材においては、鋼管杭に比べて柱部材の材長が一般的に短いため、建築物の架構柱が地震や風等の水平力を受けた場合、柱部材に発生する曲げモーメントに対して、継手部分に作用するせん断力は極めて大きくなる。そして、特許文献１〜３に開示された鋼管杭の継手構造を建築物の柱部材に適用した場合には、外嵌端部及び内嵌端部の側壁での支圧力により、継手部分に発生するせん断力を伝達させるほかないものとなる。

このとき、建築物の柱部材の継手部分に作用するせん断力は、鋼管杭の継手部分に作用するせん断力に比べて、軸力や曲げモーメントとの関係で相対的に大きいため、継手部分がせん断力により破壊するおそれがある。

このため、特許文献１〜３に開示された鋼管杭の継手構造を建築物の柱部材に適用した場合は、継手部分のせん断力による破壊を防止するために、外嵌端部及び内嵌端部の側壁における支圧力に十分耐えられるものとして、外嵌端部及び内嵌端部の側壁の板厚を非常に厚くさせる必要があるため、継手部分の製造コストの上昇は避けられないものとなる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、経済的に製作することのできるせん断力伝達機構を追加して、建築物等の架構柱を構成するものとして一対の鋼管柱を連結することのできる鋼管柱の継手構造を提供することにある。

第１発明に係る鋼管柱の継手構造は、建築物等の架構柱として一対の鋼管柱を連結するための鋼管柱の継手構造であって、軸芯方向で互いに連結される一対の外嵌端部と内嵌端部とを備え、前記外嵌端部は、軸芯方向の基端側に取り付けられる第１ダイアフラムと、前記内嵌端部と連結させたときに軸芯直交方向の外側に配置される外嵌側壁とを有し、軸芯方向で互いに対向する一対の鋼管柱の何れか一方の端部に設けられて、前記内嵌端部は、軸芯方向の先端側に取り付けられる第２ダイアフラムと、前記外嵌端部と連結させたときに軸芯直交方向の内側に配置される内嵌側壁とを有し、軸芯方向で互いに対向する一対の鋼管柱の何れか他方の端部に設けられて、前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に、軸芯方向に突出させたシアキーが形成されるとともに、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方に、前記シアキーが挿通される貫通孔が形成されて、前記外嵌端部及び前記内嵌端部に軸芯直交方向のせん断力が作用したときに、前記シアキーの外周面と前記貫通孔の内周面とが当接されることを特徴とする。

第２発明に係る鋼管柱の継手構造は、第１発明において、前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に、断面形状が略円形状の前記シアキーが形成されるとともに、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方に、略円形状の前記貫通孔が形成されることを特徴とする。

第３発明に係る鋼管柱の継手構造は、第１発明又は第２発明において、前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に、軸芯方向の頂部が略錐体形状又は略錐台形状の前記シアキーが形成されるとともに、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方に、前記貫通孔が形成されることを特徴とする。

第４発明に係る鋼管柱の継手構造は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に形成される前記シアキーの外径Ｄｓと、前記貫通孔が形成されるものとなる前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方の板厚ｔｄとの関係が、下記（１）式により規定される関係を満足することを特徴とする。ここで、Ｄ：鋼管柱の外径、ｔ：鋼管柱の板厚とする。

［数１］
（ｔｄ／ｔ）≧０．３／（Ｄｓ／Ｄ） ・・・（１）

第１発明〜第４発明によれば、外嵌端部と内嵌端部とを互いに連結させたときに、外嵌端部及び内嵌端部にせん断力が作用して、シアキーの外周面と貫通孔の内周面とが確実に当接されるため、外嵌端部の外嵌側壁及び内嵌端部の内嵌側壁での支圧力に依存することなく、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムに負担させる支圧力により、外嵌端部及び内嵌端部に作用する非常に大きいせん断力に抵抗することで、鋼管柱の継手部分がせん断力により破壊することを回避することが可能となる。

第１発明〜第４発明によれば、シアキー及び貫通孔が形成された単純な形状の第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムが用いられることで、外嵌端部及び内嵌端部の加工コスト、材料コスト等の製造コストの増大を抑制して、経済的に製作することのできるせん断力伝達機構を継手部分に追加することが可能となる。

第１発明〜第４発明によれば、建築物等の架構柱を構成するものとして一対の鋼管柱を連結することができるものであり、外嵌端部の外嵌山部と内嵌端部の内嵌山部とが係止されて軸力及び曲げモーメントに対して確実に抵抗させるものとなると同時に、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムに形成されたシアキーと貫通孔とでせん断力に対して確実に抵抗させるものとすることが可能となる。

特に、第２発明によれば、断面形状が略円形状のシアキーが形成されるとともに、略円形状の貫通孔が形成されることで、ギア式継手やネジ式継手等において、シアキーを貫通孔に挿通させた状態で、第１鋼管柱と第２鋼管柱とを軸周方向に相対回転させることが可能となる。

特に、第３発明によれば、シアキーの頂部が略円錐体形状又は略円錐台形状等に形成されて、シアキーの基部のみが略円柱形状又は略円筒形状等に形成されることで、シアキーを頂部から貫通孔に容易に挿通させることができるものとすると同時に、シアキーの外周面と貫通孔の内周面とをシアキーの基部で確実に当接させることが可能となる。

特に、第４発明によれば、シアキーの外径と、貫通孔が形成されるダイアフラムの板厚との関係が、上記（１）式により規定される関係を満足して、第２ダイアフラムに発生する最大支圧応力を許容支圧応力以下とすることが確実なものとなることで、シアキーから貫通孔が形成されるダイアフラムにせん断力を十分に伝達させることが可能となる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造が用いられる建築物等の架構柱を示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造を示す斜視図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造の外嵌端部を示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造の内嵌端部を示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造を示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造の第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムを示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した鋼管柱の継手構造で頂部が略円錐体形状のシアキーを示す斜視図であり、（ｂ）は、頂部が略円錐台形状のシアキーを示す斜視図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造で外嵌端部に内嵌端部を挿入する状態を示す斜視図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造で外嵌端部に内嵌端部を挿入して相対回転させた状態を示す斜視図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造に作用する軸力、曲げモーメント及びせん断力を示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造でシアキーの外周面と貫通孔の内周面とを当接させた状態を示す拡大正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造に作用する全塑性モーメントを示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造でＤｓｍｉｎ／ｄとＤ／ｔとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造でｔｄｍｉｎとｔとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造で頂部が略円錐台形状のシアキーが貫通孔に挿通される状態を示す正面図である。 本発明を適用した鋼管柱の継手構造がキー部材固定式継手に用いられた状態を示す正面図である。

以下、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１に示すように、建築物８の架構柱８０を構成するものとして、軸芯直交方向Ｘに所定の管径を有する一対の鋼管柱を、軸芯方向Ｙで互いに連結させるために用いられる。本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、建築物８だけでなくプラント構造物や鉄塔等の構造物においても、建築物８等の架構柱８０を構成するものとして用いられる。

架構柱８０は、下側に設けられる第１鋼管柱１と上側に設けられる第２鋼管柱２とが、一対の鋼管柱として軸芯方向Ｙに連結されるものとなる。架構柱８０は、建築物８の骨組みを構成する主架構や補架構の柱部材として、一対の鋼管柱が用いられるものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、軸芯方向Ｙで互いに連結される一対の外嵌端部３と内嵌端部５とを備える。本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図２に示すように、軸芯方向Ｙで互いに対向する第１鋼管柱１の端部１ａ及び第２鋼管柱２の端部２ａに設けられる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、第１鋼管柱１の端部１ａに外嵌端部３が溶接等で取り付けられるとともに、第２鋼管柱２の端部２ａに内嵌端部５が溶接等で取り付けられて、外嵌端部３と内嵌端部５とを軸芯方向Ｙで互いに対向させるものとなる。

外嵌端部３は、断面形状が略円形状に形成されて、図３に示すように、略中空状の外嵌内部３ａを形成する鋼製等の外嵌側壁３０と、外嵌側壁３０の内側面３０ａに沿って溶接等で取り付けられた第１ダイアフラム４とを有する。外嵌端部３は、軸芯方向Ｙで第１鋼管柱１の端部１ａに近接した基端側Ｂに第１ダイアフラム４が取り付けられる。

外嵌側壁３０は、軸芯直交方向Ｘで内側に向けて突出させて形成された複数の外嵌山部３１と、軸周方向Ｗで外嵌山部３１に隣り合って形成された複数の外嵌溝部３２と、軸芯方向Ｙで外嵌山部３１よりも基端側Ｂに形成された複数の外嵌谷部３３とを有する。外嵌側壁３０は、複数の外嵌山部３１と複数の外嵌谷部３３とが、軸芯方向Ｙで交互に隣り合って形成される。

外嵌側壁３０は、複数の外嵌山部３１が軸芯方向Ｙ及び軸周方向Ｗで略一列に配置されるとともに、複数の外嵌溝部３２が軸芯方向Ｙで略一列に配置されて、複数の外嵌山部３１と複数の外嵌溝部３２とが軸周方向Ｗで交互に隣り合って形成される。外嵌側壁３０は、第１鋼管柱１の端部１ａに溶接等で取り付けられる部位として外嵌余長部３４を有する。

外嵌山部３１は、軸芯方向Ｙで複数の段部を形成して設けられるものとなる。外嵌山部３１は、例えば、外嵌端部３の軸芯方向Ｙで４段に亘って段部が設けられるものであるが、これに限らず、如何なる段数の段部が設けられてもよい。外嵌山部３１は、軸周方向Ｗに隣り合った外嵌溝部３２、及び、軸芯方向Ｙに隣り合った外嵌谷部３３よりも、第１鋼管柱１の軸芯方向Ｙの中心軸に向けて、略矩形状等に突出させて形成される。

第１ダイアフラム４は、所定の板厚ｔｄを有する略円形状の鋼板等が用いられて、略円形状の外嵌側壁３０の内側面３０ａに沿って、略円形状の鋼板等の外周が溶接等で取り付けられるものとなる。第１ダイアフラム４は、軸芯方向Ｙで外嵌端部３の基端側Ｂの外嵌余長部３４に、略中空状の外嵌内部３ａを塞ぐように設けられて、略円形状の鋼板等の略中央で軸芯方向Ｙの先端側Ａに突出させたシアキー４０が形成される。

第１ダイアフラム４は、外嵌側壁３０の内側面３０ａに沿って、鋼板等の外周が外嵌端部３の基端側Ｂから溶接で取り付けられて、軸芯方向Ｙの基端側Ｂに溶接箇所が設けられるものとなる。第１ダイアフラム４は、これに限らず、鋼板等の外周が外嵌端部３の先端側Ａから溶接で取り付けられて、軸芯方向Ｙの先端側Ａに溶接箇所が設けられてもよい。

内嵌端部５は、断面形状が略円形状に形成されて、図４に示すように、略中空状の内嵌内部５ａを形成する鋼製等の内嵌側壁５０と、内嵌側壁５０の内側面５０ａに沿って溶接等で取り付けられた第２ダイアフラム６とを有する。内嵌端部５は、軸芯方向Ｙで第２鋼管柱２の端部２ａから離間した先端側Ａに第２ダイアフラム６が取り付けられる。

内嵌側壁５０は、軸芯直交方向Ｘで外側に向けて突出させて形成された複数の内嵌山部５１と、軸周方向Ｗで内嵌山部５１に隣り合って形成された複数の内嵌溝部５２と、軸芯方向Ｙで内嵌山部５１よりも基端側Ｂに形成された複数の内嵌谷部５３とを有する。内嵌側壁５０は、複数の内嵌山部５１と複数の内嵌谷部５３とが、軸芯方向Ｙで交互に隣り合って形成される。

内嵌側壁５０は、複数の内嵌山部５１が軸芯方向Ｙ及び軸周方向Ｗで略一列に配置されるとともに、複数の内嵌溝部５２が軸芯方向Ｙで略一列に配置されて、複数の内嵌山部５１と複数の内嵌溝部５２とが軸周方向Ｗで交互に隣り合って形成される。内嵌側壁５０は、第２鋼管柱２の端部２ａに溶接等で取り付けられる部位として内嵌余長部５４を有する。

内嵌山部５１は、軸芯方向Ｙで複数の段部を形成して設けられるものとなる。内嵌山部５１は、例えば、内嵌端部５の軸芯方向Ｙで４段に亘って段部が設けられるものであるが、これに限らず、如何なる段数の段部が設けられてもよい。内嵌山部５１は、軸周方向Ｗに隣り合った内嵌溝部５２、及び、軸芯方向Ｙに隣り合った内嵌谷部５３よりも、第２鋼管柱２の軸芯方向Ｙの中心軸と反対側に向けて、略矩形状等に突出させて形成される。

第２ダイアフラム６は、所定の板厚ｔｄを有する略円形状の鋼板等が用いられて、略円形状の内嵌側壁５０の内側面５０ａに沿って、略円形状の鋼板等の外周が溶接等で取り付けられるものとなる。第２ダイアフラム６は、軸芯方向Ｙで内嵌端部５の先端側Ａに、略中空状の内嵌内部５ａを塞ぐように設けられて、略円形状の鋼板等の略中央で板厚方向に貫通させた貫通孔６０が形成される。

第２ダイアフラム６は、内嵌側壁５０の内側面５０ａに沿って、鋼板等の外周が内嵌端部５の先端側Ａから溶接で取り付けられて、軸芯方向Ｙの先端側Ａに溶接箇所が設けられるものとなる。第２ダイアフラム６は、これに限らず、鋼板等の外周が内嵌端部５の基端側Ｂから溶接で取り付けられて、軸芯方向Ｙの基端側Ｂに溶接箇所が設けられてもよい。

シアキー４０は、図５に示すように、断面形状が略円形状に形成されて、所定の外径Ｄｓを有するものとなるとともに、貫通孔６０は、略円形状に形成されて、所定の内径Ｄｈを有するものとなる。シアキー４０及び貫通孔６０は、シアキー４０の外径Ｄｓの大きさを貫通孔６０の内径Ｄｈの大きさ以下とすることで、シアキー４０が貫通孔６０に挿通されるものとなる。

シアキー４０は、図６に示すように、第１ダイアフラム４の略円形状の鋼板等から離間して、軸芯方向Ｙの頂部４０ｂが設けられるとともに、第１ダイアフラム４の略円形状の鋼板等に接続させて、軸芯方向Ｙの基部４０ｃが設けられるものとなる。シアキー４０は、軸芯方向Ｙの頂部４０ｂから基部４０ｃまで連続して、略円形状に外周面４０ａが形成される。

シアキー４０は、軸芯方向Ｙの頂部４０ｂから基部４０ｃまで連続して、略中実状の略円柱形状に形成されるものであるが、これに限らず、略中空状の略円筒形状に形成されてもよい。また、シアキー４０は、図７（ａ）に示すように、軸芯方向Ｙの頂部４０ｂが略円錐体形状に形成されて、又は、図７（ｂ）に示すように、軸芯方向Ｙの頂部４０ｂが略円錐台形状に形成されて、軸芯方向Ｙの基部４０ｃのみが略円柱形状又は略円筒形状に形成されてもよい。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図８、図９に示すように、外嵌端部３と内嵌端部５とを互いに嵌合させることで、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とが軸芯方向Ｙに連結される。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、最初に、図８に示すように、第２鋼管柱２に取り付けられた内嵌端部５を、第１鋼管柱１に取り付けられた外嵌端部３に挿入する。このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌山部３１及び内嵌山部５１の軸芯直交方向Ｘの高さを、外嵌溝部３２及び内嵌溝部５２の軸芯直交方向Ｘの深さ以下として、また、外嵌山部３１及び内嵌山部５１の軸周方向Ｗの幅を、外嵌溝部３２及び内嵌溝部５２の軸周方向Ｗの幅以下とすることで、外嵌山部３１が内嵌溝部５２を通過して、内嵌山部５１が外嵌溝部３２を通過するものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、次に、図９に示すように、外嵌端部３に内嵌端部５を挿入させた状態で、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを軸周方向Ｗに相対回転させる。このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌谷部３３及び内嵌谷部５３の軸芯方向Ｙの長さを、外嵌山部３１及び内嵌山部５１の軸芯方向Ｙの長さ以上として、また、外嵌谷部３３及び内嵌谷部５３の軸芯直交方向Ｘの深さを、外嵌山部３１及び内嵌山部５１の軸芯直交方向Ｘの高さ以上とすることで、外嵌山部３１が内嵌谷部５３に嵌め込まれて、内嵌山部５１が外嵌谷部３３に嵌め込まれるものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１０に示すように、外嵌端部３の外嵌山部３１が内嵌端部５の内嵌谷部５３に嵌め込まれて、内嵌端部５の内嵌山部５１が外嵌端部３の外嵌谷部３３に嵌め込まれることで、外嵌端部３の外嵌山部３１と内嵌端部５の内嵌山部５１とが軸芯方向Ｙで互いに当接して係止されるものとなる。

このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３の外嵌山部３１と内嵌端部５の内嵌山部５１とが軸芯方向Ｙで互いに当接して係止されて、外嵌端部３と内嵌端部５とが軸芯方向Ｙで互いに連結されることで、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを軸芯方向Ｙで互いに離間させないように連結させるものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを連結させた状態で、第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２から外嵌端部３及び内嵌端部５に、軸芯方向Ｙで引張方向又は圧縮方向の軸力Ｐが伝達される。本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３の外嵌山部３１と内嵌端部５の内嵌山部５１とが、軸芯方向Ｙで互いに当接して係止されることで、軸芯方向Ｙの軸力Ｐに対して抵抗するものとなり、また、軸芯方向Ｙと軸芯直交方向Ｘとを含んだ平面上の曲げモーメントＭに対して抵抗するものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３と内嵌端部５とを軸芯方向Ｙで互いに連結させたときに、外嵌端部３の外嵌側壁３０が軸芯直交方向Ｘの外側に配置されるとともに、内嵌端部５の内嵌側壁５０が軸芯直交方向Ｘの内側に配置されて、また、第１ダイアフラム４のシアキー４０が第２ダイアフラム６の貫通孔６０に挿通される。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを連結させた状態で、第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２が地震や風等の水平力を受けた場合、外嵌端部３及び内嵌端部５に非常に大きいせん断力Ｑが作用する。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１１に示すように、外嵌端部３と内嵌端部５とを軸芯方向Ｙで互いに連結させて、第１ダイアフラム４のシアキー４０を第２ダイアフラム６の貫通孔６０に挿通させたときに、軸芯方向Ｙ又は軸周方向Ｗの少なくとも一部で、外嵌端部３の外嵌側壁３０と内嵌端部５の内嵌側壁５０とが、軸芯直交方向Ｘに離間又は当接されるとともに、外嵌端部３及び内嵌端部５に軸芯直交方向Ｘのせん断力Ｑが作用したときに、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとが当接される。なお、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３及び内嵌端部５にせん断力Ｑが作用する前から、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとが当接されていてもよい。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、貫通孔６０の内径Ｄｈとシアキー４０の外径Ｄｓとの大きさの差が、貫通孔６０にシアキー４０を容易に挿通させるためのクリアランスＣ（＝Ｄｈ−Ｄｓ）となる。本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３の外嵌側壁３０と内嵌端部５の内嵌側壁５０とが離間されるときに、軸芯直交方向Ｘに所定の離間距離Δが形成されるものとなり、クリアランスＣの大きさが離間距離Δの大きさ以下に設定されることで、外嵌端部３及び内嵌端部５にせん断力Ｑが作用したときに、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとが確実に当接されるものとなる。

このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとが当接されることで、第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２が地震等の水平力を受けた場合に、外嵌端部３及び内嵌端部５に作用する非常に大きいせん断力Ｑに対しても、第１ダイアフラム４及び第２ダイアフラム６に支圧力を負担させることができるものとなる。

これにより、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３と内嵌端部５とを互いに連結させたときに、外嵌端部３及び内嵌端部５にせん断力Ｑが作用して、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとが確実に当接されるため、外嵌端部３の外嵌側壁３０及び内嵌端部５の内嵌側壁５０での支圧力に依存することなく、第１ダイアフラム４及び第２ダイアフラム６に負担させる支圧力により、外嵌端部３及び内嵌端部５に作用する非常に大きいせん断力Ｑに抵抗することで、鋼管柱の継手部分がせん断力Ｑにより破壊することを回避することが可能となる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１２に示すように、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを軸芯方向Ｙに連結させるものであり、例えば、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを併せた軸芯方向Ｙの全長Ｌ＝１．５ｍ〜７．５ｍ程度となる。第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２の各々は、例えば、鋼管柱の外径Ｄ＝３００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度で、鋼管柱の板厚ｔ＝９ｍｍ〜１００ｍｍとして、断面形状が略円形状に形成されるものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、曲げモーメントＭをも負担することができるものであり、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを連結させた状態で、鋼管柱の上端８０ａ及び下端８０ｂの各々に、地震等により鋼管の全塑性モーメントＭｐが作用した状態を想定すると、最大で２Ｍｐ／Ｌのせん断力Ｑが外嵌端部３及び内嵌端部５に作用する。このため、第１ダイアフラム４及び第２ダイアフラム６の寸法は、最大せん断力Ｑｍａｘ＝２Ｍｐ／Ｌに抵抗することのできるものとして設定することが必要となる。

ここで、第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２の各々は、例えば、プレスベンド鋼管を用いた場合に、その製造上の制約から、鋼管柱の外径Ｄと板厚ｔとの関係がＤ／ｔ≧１０となる。また、第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２は、鋼管柱の全長Ｌと外径Ｄとの関係をＬ／Ｄ≧５として、鋼管柱の外径Ｄを５００ｍｍ、１０００ｍｍ、１５００ｍｍとした各々のケースについて、図５に示すように、シアキー４０の外径Ｄｓと貫通孔６０の内径Ｄｈとを略同一（Ｄｈ≒Ｄｓ）とし、第１鋼管柱１、第２鋼管柱２及びシアキー４０を同強度材質として検討するものとする。

軸芯方向Ｙの各断面での最大せん断応力が許容せん断応力以下となるときのシアキー４０の最小外径Ｄｓｍｉｎについては、鋼管柱の外径Ｄを５００ｍｍ、１０００ｍｍ、１５００ｍｍとしたケースの何れにおいても、図１３に示すように、シアキー４０の最小外径Ｄｓｍｉｎと鋼管柱の外径Ｄとの比率（＝Ｄｓｍｉｎ／Ｄ）、及び、鋼管柱の外径Ｄと板厚ｔとの比率（＝Ｄ／ｔ）の関係が、相関関係を示すことがわかる。

このとき、Ｄ／ｔ≧１０とする条件下においては、Ｄ／ｔが最小値（Ｄ／ｔ＝１０）のときに、Ｄｓｍｉｎ／Ｄが最大値（Ｄｓｍｉｎ／Ｄ≒０．３３）となるため、シアキー４０の外径Ｄｓを鋼管柱の外径Ｄの１／３以上の大きさとすることで（Ｄｓ／Ｄ≧１／３）、軸芯方向Ｙの各断面でのシアキー４０の最大せん断応力を許容せん断応力以下とすることが確実なものとなり、鋼管柱の継手部分でシアキー４０にせん断力Ｑを十分に伝達させることが可能となる。

さらに、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとの間で伝達されるせん断力Ｑにより第２ダイアフラム６に発生する最大支圧応力が許容支圧応力以下となるときの第２ダイアフラム６の板厚ｔｄについては、鋼管柱の外径Ｄを５００ｍｍ、１０００ｍｍ、１５００ｍｍとした各々のケースにおいて、図１４に示すように、第２ダイアフラム６の最小板厚ｔｄｍｉｎ、及び、鋼管柱の板厚ｔの関係が、相関関係を示すことがわかる。なお、ここでも、第１鋼管柱１、第２鋼管柱２及び第２ダイアフラム６を同強度材質として検討している。

鋼管柱の外径Ｄを５００ｍｍ、１０００ｍｍ、１５００ｍｍとした何れのケースにおいても、Ｄｓ／Ｄ＝１／３とする条件下においては、図１４（ａ）に示すように、ｔｄ／ｔ≧０．９として、また、Ｄｓ／Ｄ＝１／２とする条件下においては、図１４（ｂ）に示すように、ｔｄ／ｔ≧０．６とすることで、第２ダイアフラム６に発生する最大支圧応力を許容支圧応力以下とすることが確実なものとなる。

このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、第１ダイアフラム４に形成されるものとなるシアキー４０の外径Ｄｓと、貫通孔６０が形成されるものとなる第２ダイアフラム６の板厚ｔｄとの関係が、下記（１）式により規定される関係を満足するものとなり、シアキー４０の外径Ｄｓを大きくすることで、第２ダイアフラム６の板厚ｔｄを低減させることができるものとなることがわかる。

［数２］
（ｔｄ／ｔ）≧０．３／（Ｄｓ／Ｄ） ・・・（１）

これにより、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、シアキー４０の外径Ｄｓと、貫通孔６０が形成されるものとなる第２ダイアフラム６の板厚ｔｄとの関係が、上記（１）式により規定される関係を満足して、第２ダイアフラム６に発生する最大支圧応力を許容支圧応力以下とすることが確実なものとなることで、第１ダイアフラム４のシアキー４０から貫通孔６０を介して第２ダイアフラム６にせん断力Ｑを十分に伝達させることが可能となる。

なお、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、シアキー４０の材質強度を第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２の材質強度よりも大きくして、又は、第２ダイアフラム６の材質強度を第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２の材質強度よりも大きくすることで、シアキー４０の外径Ｄｓや第２ダイアフラム６の板厚ｔｄを低減させることができるものとなる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１５に示すように、シアキー４０の頂部４０ｂが略円錐体形状又は略円錐台形状に形成されて、シアキー４０の基部４０ｃのみが略円柱形状又は略円筒形状に形成されることで、シアキー４０を頂部４０ｂから貫通孔６０に容易に挿通させることができるものとすると同時に、シアキー４０の外周面４０ａと貫通孔６０の内周面６０ａとをシアキー４０の基部４０ｃで確実に当接させることが可能となる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、シアキー４０及び貫通孔６０が形成された単純な形状の第１ダイアフラム４及び第２ダイアフラム６が用いられることで、外嵌端部３及び内嵌端部５の加工コスト、材料コスト等の製造コストの増大を抑制して、経済的に製作することのできるせん断力伝達機構を継手部分に追加することが可能となる。

また、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１に示すように、建築物８の架構柱８０を構成するものとして一対の鋼管柱を連結することができるものであり、図１０に示すように、外嵌端部３の外嵌山部３１と内嵌端部５の内嵌山部５１とが係止されて軸力Ｐ及び曲げモーメントＭに対して確実に抵抗させるものとなると同時に、第１ダイアフラム４及び第２ダイアフラム６に形成されたシアキー４０と貫通孔６０とでせん断力Ｑに対して確実に抵抗させるものとすることが可能となる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図９に示すように、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを軸周方向Ｗに相対回転させることで、外嵌端部３と内嵌端部５とが互いに嵌合されるギア式継手に用いられるものであるが、これに限らず、外嵌端部３に雌ねじ、内嵌端部５に雄ねじが形成されたネジ式継手に用いられてもよい。このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、ギア式継手やネジ式継手において、断面形状が略円形状のシアキー４０が形成されるとともに、略円形状の貫通孔６０が形成されることで、シアキー４０を貫通孔６０に挿通させた状態で、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを軸周方向Ｗに相対回転させることが可能となる。

本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図３に示すように、外嵌端部３の基端側Ｂに第１ダイアフラム４が取り付けられることで、軸芯方向Ｙに突出したシアキー４０が外嵌内部３ａに収容されるものとなり、建築現場等で外嵌端部３を運搬するときに、シアキー４０が障害物等に接触して損傷することを防止することが可能となる。本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、外嵌端部３の基端側Ｂに取り付けた第１ダイアフラム４のシアキー４０を軸芯方向Ｙに長くすることで、内嵌端部５の基端側Ｂに第２ダイアフラム６を取り付けることもできる。

また、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、図１６に示すように、外嵌端部３のネジ孔９２に挿通したセットボルト９１で円弧キー９０が押し込まれて、外嵌端部３と内嵌端部５とを互いに相対回転させることなく連結することのできるキー部材固定式継手９に用いることもできる。このとき、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、シアキー４０及び貫通孔６０が略矩形状等に形成されたものであっても、第１鋼管柱１と第２鋼管柱２とを軸芯方向Ｙで互いに直進させて、シアキー４０を貫通孔６０に挿通させることができるものとなる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、第１ダイアフラム４に貫通孔６０が形成されるとともに、第２ダイアフラム６にシアキー４０が形成されてもよい。本発明を適用した鋼管柱の継手構造７は、第１鋼管柱１及び第２鋼管柱２の端部を切削することで、第１鋼管柱１又は第２鋼管柱２の端部そのものに外嵌端部３又は内嵌端部５が設けられてもよく、また、第１鋼管柱１に内嵌端部５が設けられるとともに、第２鋼管柱２に外嵌端部３が設けられてもよい。

１ ：第１鋼管柱
１ａ ：第１鋼管柱の端部
２ ：第２鋼管柱
２ａ ：第２鋼管柱の端部
３ ：外嵌端部
３ａ ：外嵌内部
３０ ：外嵌側壁
３０ａ ：内側面
３１ ：外嵌山部
３２ ：外嵌溝部
３３ ：外嵌谷部
３４ ：外嵌余長部
４ ：第１ダイアフラム
４０ ：シアキー
４０ａ ：外周面
４０ｂ ：頂部
４０ｃ ：基部
５ ：内嵌端部
５ａ ：内嵌内部
５０ ：内嵌側壁
５０ａ ：内側面
５１ ：内嵌山部
５２ ：内嵌溝部
５３ ：内嵌谷部
５４ ：内嵌余長部
６ ：第２ダイアフラム
６０ ：貫通孔
６０ａ ：内周面
７ ：鋼管柱の継手構造
８ ：建築物
８０ ：架構柱
８０ａ ：上端
８０ｂ ：下端
Ａ ：先端側
Ｂ ：基端側
Ｗ ：軸周方向
Ｘ ：軸芯直交方向
Ｙ ：軸芯方向

Claims (4)

1. 建築物等の架構柱として一対の鋼管柱を連結するための鋼管柱の継手構造であって、
   軸芯方向で互いに連結される一対の外嵌端部と内嵌端部とを備え、
   前記外嵌端部は、軸芯方向の基端側に取り付けられる第１ダイアフラムと、前記内嵌端部と連結させたときに軸芯直交方向の外側に配置される外嵌側壁とを有し、軸芯方向で互いに対向する一対の鋼管柱の何れか一方の端部に設けられて、
   前記内嵌端部は、軸芯方向の先端側に取り付けられる第２ダイアフラムと、前記外嵌端部と連結させたときに軸芯直交方向の内側に配置される内嵌側壁とを有し、軸芯方向で互いに対向する一対の鋼管柱の何れか他方の端部に設けられて、
   前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に、軸芯方向に突出させたシアキーが形成されるとともに、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方に、前記シアキーが挿通される貫通孔が形成されて、前記外嵌端部及び前記内嵌端部に軸芯直交方向のせん断力が作用したときに、前記シアキーの外周面と前記貫通孔の内周面とが当接されること
   を特徴とする鋼管柱の継手構造。
2. 前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に、断面形状が略円形状の前記シアキーが形成されるとともに、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方に、略円形状の前記貫通孔が形成されること
   を特徴とする請求項１記載の鋼管柱の継手構造。
3. 前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に、軸芯方向の頂部が略錐体形状又は略錐台形状の前記シアキーが形成されるとともに、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方に、前記貫通孔が形成されること
   を特徴とする請求項１又は２記載の鋼管柱の継手構造。
4. 前記外嵌端部及び前記内嵌端部は、前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか一方に形成される前記シアキーの外径Ｄｓと、前記貫通孔が形成されるものとなる前記第１ダイアフラム及び前記第２ダイアフラムの何れか他方の板厚ｔｄとの関係が、下記（１）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の鋼管柱の継手構造。
   
   （ｔｄ／ｔ）≧０．３／（Ｄｓ／Ｄ） ・・・（１）
   
   ここで、Ｄ：鋼管柱の外径、ｔ：鋼管柱の板厚とする。

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