JP2016160678A - 角形鋼管とｈ形鋼の接合構造および構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてＨ形鋼のフランジを直接溶接できる角形鋼管とＨ形鋼の接合構造およびこの接合構造を有する構造物を提供する。
【解決手段】断面角部１６に曲率を有する角形鋼管１０とＨ形鋼１２のフランジ１４を溶接した接合構造であって、フランジ１４の裏面に角形鋼管１０の断面角部１６の曲線をかたどった縁を有する裏当て金１８Ａを配し、かつ、溶接線端部に、角形鋼管１０の断面角部１６を包含するエンドタブ２２を配して溶接することにより、角形鋼管１０の断面直線部２４の辺とフランジ１４の側縁２６を平面視で同一直線上に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、角形鋼管とＨ形鋼の接合構造およびこの接合構造を有する構造物に関し、特に断面角部に曲率を有する角形鋼管の柱とＨ形鋼の梁とを直接溶接する角形鋼管とＨ形鋼の接合構造およびこの接合構造を有する構造物に関するものである。

従来、「断面角部に曲率を有する角形鋼管の柱」と「Ｈ形鋼の梁フランジ」を直接溶接する場合には、溶接時の施工が難しいことから、角形鋼管の曲率を有する断面角部を避けて、断面平坦部にＨ形鋼の梁フランジを対向させて溶接接合を行っていた（例えば、特許文献１、２を参照）。このため、図１４に示すように、建築計画上の側柱または隅柱であっても、角形鋼管１の辺と梁フランジ２の側縁の辺は平面視で同一直線上に配置されることはなかった。

一方、非特許文献１によれば、冷間ロール成形角形鋼管、冷間プレス成形角形鋼管などの冷間成形角形鋼管では断面角部が冷間加工により機械的性質が劣化しているため、裏当て金の組立溶接を避けるべきであり、角部へのピース取り付けも避けるべきであるとされている。

特開２０１０−２４２２９０号公報 特開２００７−１４６５６５号公報

一般財団法人 日本建築センター、「２００８年度版 冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル」、Ｐ.１３８、Ｐ.１９６

しかしながら、図１４に示すような従来の接合構造では、梁の軸心で考えた場合、柱梁構造物の内部空間が平面視で柱の断面角部の曲率半径の分だけ狭くなるという問題がある。具体的には、柱梁の外側に壁を取り付ける際、接合金物の納まり上、梁から壁の空間に無駄が生じてしまう。また、対象構造物が立体駐車場などの場合には梁上に柵を設ける必要があるので、梁が内側にあるとその分だけ駐車用の有効スペースが少なくなってしまう。このため、角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてＨ形鋼のフランジを直接溶接できる接合構造が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてＨ形鋼のフランジを直接溶接できる角形鋼管とＨ形鋼の接合構造およびこの接合構造を有する構造物を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造は、断面角部に曲率を有する角形鋼管とＨ形鋼のフランジを溶接した接合構造であって、フランジの表面または裏面に、角形鋼管の断面角部の曲線をかたどった縁を有する裏当て金を、前記縁が角形鋼管の断面角部の曲線に沿うように配し、かつ、溶接線端部に、角形鋼管の断面角部の周りを取り囲むエンドタブを配して溶接することにより、角形鋼管の断面直線部の辺とフランジの側縁を平面視で同一直線上に配置したことを特徴とする。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造は、上述した発明において、エンドタブとして、フラックスタブを用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造は、上述した発明において、エンドタブとして、スチールタブを用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造は、上述した発明において、スチールタブを、フランジ側に配置され、フランジ側の溶接端部と同じ開先角度を有する第１スチールタブと、角形鋼管側に配置され、角形鋼管側の溶接端部の壁面となる第２スチールタブとにより構成したことを特徴とする。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造は、上述した発明において、フランジの開先端部を、角形鋼管の断面角部に沿う形状に加工したことを特徴とする。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造は、上述した発明において、角形鋼管として、熱間成形角形鋼管を用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る構造物は、上述した角形鋼管とＨ形鋼の接合構造を有する構造物である。

本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、断面角部に曲率を有する角形鋼管とＨ形鋼のフランジを溶接した接合構造であって、フランジの表面または裏面に、角形鋼管の断面角部の曲線をかたどった縁を有する裏当て金を、前記縁が角形鋼管の断面角部の曲線に沿うように配し、かつ、溶接線端部に、角形鋼管の断面角部の周りを取り囲むエンドタブを配して溶接することにより、角形鋼管の断面直線部の辺とフランジの側縁を平面視で同一直線上に配置したので、角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてフランジを溶接することが可能となり、角形鋼管を柱、Ｈ形鋼を梁とする柱梁構造物において、梁を側柱、隅柱の柱面の外側に寄せて配置することができるという効果を奏する。このため、従来の柱梁構造物よりも、内部空間を広く確保することが可能となる。また、梁フランジと壁までの距離を柱面から壁までの距離と等しくすることが可能となり、梁と壁までの空間を極力小さくし、接合金物を効率的に配置することができる。

図１は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態１を示す平面断面図である。 図２は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態１を示す側面断面図である。 図３は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態１に使用される部材図であり、（１）はエンドタブの平面図、（２）はエンドタブの正面図、（３）、（４）は裏当て金の平面図である。 図４は、本発明に係る構造物の実施の形態１を示す平面断面図である。 図５は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態２を示す平面断面図である。 図６は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態２を示す側面断面図である。 図７は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態２に使用される部材図であり、（１）はエンドタブの平面図、（２）はエンドタブの正面図、（３）、（４）は裏当て金の平面図である。 図８は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態３を示す平面断面図である。 図９は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態３を示す側面断面図である。 図１０は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態３に使用される部材図であり、（１）はエンドタブの平面図、（２）はエンドタブの正面図、（３）、（４）は裏当て金の平面図である。 図１１は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態４を示す平面断面図である。 図１２は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態４を示す側面断面図である。 図１３は、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造の実施の形態４に使用される部材図であり、（１）はエンドタブの平面図、（２）はエンドタブの正面図、（３）、（４）は裏当て金の平面図である。 図１４は、従来の断面角部に曲率を有する角形鋼管の柱とＨ形鋼の梁からなる柱梁構造物の一例を示す平面断面図である。

以下に、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造および構造物の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
図１〜図３に示すように、本実施の形態１の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造１００は、断面角部の外側に曲率（曲率半径Ｒ）を有する角形鋼管１０からなる柱と、Ｈ形鋼１２からなる梁のフランジ１４を溶接した接合構造である。この接合構造１００は、フランジ１４の裏面に角形鋼管１０の断面角部１６の平面視で４半円（曲線）をかたどった縁１９を有する裏当て金１８Ａを、縁１９が角形鋼管１０の断面角部１６の４半円に沿うように配し、かつ、溶接線端部に、角形鋼管１０の断面角部１６の周りを取り囲むフラックスタブ２２（エンドタブ）を配して溶接したものである。このフラックスタブ２２は、角形鋼管１０の断面直線部２４の辺とフランジ１４の端部の側縁２６とに跨って水平方向に延在しており、角形鋼管１０の断面角部１６に対向する側に、開先形状に合わせた凹部２０を有し、断面角部１６の周りを水平方向に取り囲んでいる。なお、裏当て金１８Ａのウェブ２１を挟んだ反対側には、裏当て金１８Ｂを配してある。

ここで、裏当て金１８Ａはフラックスタブ２２を載せるために、柱面から例えば１０ｍｍ以上、外側に張り出すように加工されている。裏当て金１８Ａの縁１９の４半円の曲率半径Ｒは、角形鋼管１０の断面角部１６の曲率半径Ｒと同程度に設定されている。この裏当て金１８Ａによって、曲率を有する断面角部１６においても、溶接材料が下に溶け落ちないようにすることができる。次に、裏当て金１８Ａの上部かつ溶接線端部に凹部２０を有するフラックスタブ２２を配置する。ここで、フラックスタブ２２の凹部２０は、欠陥が生じるおそれのない長さを最大値として、溶接線方向に所定の奥行き（例えば０〜７ｍｍ程度）を有している。なお、溶接端部を健全に仕上げ、確実に梁のフランジ１４の全幅で柱と溶接させるために、例えば２ｍｍ以上の奥行きの凹部を有したフラックスタブを使うことが好ましい。このフラックスタブ２２を用いることで、溶接ビード端部の健全性が確保され、かつ、角形鋼管１０の断面角部１６の曲線部全長にわたって溶接部の溶込みを確保することができる。

以上の溶接施工により、図１および図２に示すように、角形鋼管１０の断面直線部２４の辺とフランジ１４の側縁２６を平面視で同一直線上に配置した接合構造１００を得ることができる。また、例えば図４に示すように、この接合構造１００を用いて、角形鋼管１０を柱、Ｈ形鋼１２を梁とする本発明に係る構造物（柱梁構造物）を実現することができる。このように、本発明は、角形鋼管とＨ形鋼との溶接接合部が生じるノンダイアフラム仕口の梁フランジの溶接において好適である。

本実施の形態１によれば、角形鋼管１０の曲率を有する断面角部１６を含めてフランジ１４を溶接することが可能となり、角形鋼管１０を柱、Ｈ形鋼１２を梁とする柱梁構造物において、梁を側柱、隅柱の柱面の外側に寄せて配置することができる。このため、従来の柱梁構造物よりも、内部空間を広く確保することが可能となる。また、梁フランジと壁までの距離を柱面から壁までの距離と等しくすることが可能となり、梁と壁までの空間を極力小さくし、外壁等を接合するための接合金物を効率的に配置することができる。

また、エンドタブとしてフラックスタブ２２を用いたので、スチールタブを用いる場合に比べて、スチールタブを角形鋼管１０の断面角部１６に組立溶接する際に生じる靭性劣化のおそれを低減することができる。

（変形例）
上記の実施の形態１においては、エンドタブとしてフラックスタブ２２を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えばフラックスタブ２２の代わりにスチールタブを用いてもよい。この場合、溶接の連続性を維持でき、途切れのない良好な溶接をすることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図５〜図７に示すように、本実施の形態２の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造２００は、上記の実施の形態１において、フラックスタブ２２の代わりにスチールタブ２８を用いたものである。スチールタブ２８は、第１スチールタブ２８Ａ、第２スチールタブ２８Ｂ、第３スチールタブ２８Ｃで構成されている。

第１スチールタブ２８Ａは、フランジ１４側に配置され、フランジ１４側の溶接端部と同じ開先角度を有するものである。第２スチールタブ２８Ｂは、角形鋼管１０側に配置され、角形鋼管１０側の溶接端部の壁面となるものである。第３スチールタブ２８Ｃは、第１スチールタブ２８Ａおよび第２スチールタブ２８Ｂを跨ぐようにこれらの外側に配置したものである。

ここで、上記の接合構造２００を溶接施工する場合には、まず、裏当て金１８Ａの上部かつ溶接線端部においてフランジ１４側に第１スチールタブ２８Ａを配置し、さらに、角形鋼管１０側に第２スチールタブ２８Ｂを配置する。続いて、第１、第２スチールタブ２８Ａ、２８Ｂの外側に第１、第２スチールタブ２８Ａ、２８Ｂを跨ぐように第３スチールタブ２８Ｃを配置する。これらの第１〜第３スチールタブ２８Ａ〜２８Ｃにより、溶接ビード端部の健全性が確保されるとともに、角形鋼管１０の断面角部１６の曲線部分の全長にわたって溶接部の良好な溶込みを確保することができる。

以上の溶接施工により、角形鋼管１０の断面直線部２４の辺とフランジ１４の側縁２６を平面視で同一直線上に配置した接合構造２００を得ることができる。また、この接合構造２００を用いて、本発明に係る構造物を実現することができる。

なお、上記の実施の形態２において、第３スチールタブ２８Ｃは必須な構成ではなく、省略することもできる。この場合、例えば、第１スチールタブ２８Ａと第２スチールタブ２８Ｂとを接続することによって角形鋼管１０の断面角部１６の周りと断面角部１６を取り囲む態様のエンドタブを構成してもよいし、あるいは、第１スチールタブ２８Ａと第２スチールタブ２８Ｂとの間はビードをそこで止めて積み上げていくようにしてもよい。このようにすれば、第１、第２スチールタブ２８Ａ、２８Ｂにより、溶接ビード端部の健全性が確保されるとともに、角形鋼管１０の断面角部１６の曲線部分の全長にわたって溶接部の良好な溶込みを確保することができる。

上記の実施の形態１および２では、角形鋼管１０の断面角部１６において、その他の開先断面よりも溶接金属量が多く必要となる。そこで、以下で説明する実施の形態３、４では、角形鋼管１０の断面角部１６における溶接金属量を他の開先断面よりも低減するために、フランジ１４の開先端部として、角形鋼管１０の断面角部１６に沿う４半円の円弧状に加工したものを用いた接合構造について説明する。

［実施の形態３］
まず、本発明の実施の形態３について説明する。
図８〜図１０に示すように、本実施の形態３の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造３００は、上記の実施の形態１において、フランジ１４の開先端部３０を、角形鋼管１０の断面角部１６に沿う４半円の円弧状に加工したものを用いたものである。こうすることで、角形鋼管１０の断面角部１６における溶接金属量を他の開先断面よりも低減することができる。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
図１１〜図１３に示すように、本実施の形態４の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造４００は、上記の実施の形態２において、フランジ１４の開先端部を、角形鋼管１０の断面角部１６に沿う４半円の円弧状に加工したものを用いたものである。こうすることで、角形鋼管１０の断面角部１６における溶接金属量を他の開先断面よりも低減することができる。

（変形例）
上記の実施の形態１〜４において、角形鋼管１０としては、例えば冷間成形角形鋼管や熱間成形角形鋼管を用いて構成することができる。ここで、熱間成形角形鋼管は断面角部１６においても断面直線部２４と同様の良好な機械的性質を有している。したがって、角形鋼管１０を冷間成形角形鋼管ではなく熱間成形角形鋼管で構成すれば、溶接に伴う接合部の靭性劣化や溶接割れのおそれを低減することができる。

また、上記の実施の形態１〜４において、角形鋼管１０の断面角部１６の曲率半径Ｒとしては、例えばＲ＝０．２ｔ〜３．５ｔ程度（ｔは板厚）の角形鋼管を使用することができる。また、裏当て金１８Ａは、角形鋼管１０の断面角部１６に沿う４半円の端部までの平面形状としてもよい。さらに、上記の実施の形態１〜４においては、Ｈ形鋼１２からなる梁のフランジ１４の裏面に裏当て金１８Ａを配し、フランジ１４の表側を溶接する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、フランジ１４の表面に裏当て金１８Ａを配し、フランジ１４の裏側を溶接する構成としてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。
図１〜図３、図５〜図１３に示される接合構造１００〜４００について、ＪＩＳ Ｚ３３１２に記載の溶接材料ＹＧＷ１１を用い、入熱３０ｋＪ／ｃｍ以下、パス間温度３５０℃以下で溶接継手を製作した。いずれの溶接継手においても、溶接端部（フラックスタブ側またはスチールタブ側）で割れや欠陥が発生することなく、良好な溶接継手が得られた。また、いずれの溶接継手においても、角形鋼管の断面角部の全長にわたりしっかりとした溶け込みを確保することができた。したがって、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてフランジを溶接することが可能となり、角形鋼管を柱、Ｈ形鋼を梁とする柱梁構造物において、梁を側柱、隅柱の柱面の外側に寄せて配置することができる。

以上説明したように、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、断面角部に曲率を有する角形鋼管とＨ形鋼のフランジを溶接した接合構造であって、フランジの表面または裏面に、角形鋼管の断面角部の曲線をかたどった縁を有する裏当て金を、前記縁が角形鋼管の断面角部の曲線に沿うように配し、かつ、溶接線端部に、角形鋼管の断面角部の周りを取り囲むエンドタブを配して溶接することにより、角形鋼管の断面直線部の辺とフランジの側縁を平面視で同一直線上に配置したので、角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてフランジを溶接することが可能となり、角形鋼管を柱、Ｈ形鋼を梁とする柱梁構造物において、梁を側柱、隅柱の柱面の外側に寄せて配置することができる。このため、従来の柱梁構造物よりも、内部空間を広く確保することが可能となる。また、梁フランジと壁までの距離を柱面から壁までの距離と等しくすることが可能となり、梁と壁までの空間を極力小さくし、接合金物を効率的に配置することができる。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、エンドタブとして、フラックスタブを用いたので、角形鋼管の断面角部に組立溶接する際に生じる靭性劣化のおそれを低減することができる。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、エンドタブとして、スチールタブを用いたので、溶接の連続性を維持でき、途切れのない良好な溶接をすることができる。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、スチールタブを、フランジ側に配置され、フランジ側の溶接端部と同じ開先角度を有する第１スチールタブと、角形鋼管側に配置され、角形鋼管側の溶接端部の壁面となる第２スチールタブとにより構成したので、これらの第１、第２スチールタブにより溶接ビード端部の健全性が確保されるとともに、角形鋼管の断面角部の曲線部分の全長にわたって溶接部の良好な溶込みを確保することができる。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、フランジの開先端部を、角形鋼管の断面角部に沿う形状に加工したので、角形鋼管の断面角部における溶接金属量を他の開先断面よりも低減することができる。

また、本発明に係る他の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造によれば、角形鋼管として、熱間成形角形鋼管を用いたので、熱間成形角形鋼管は断面角部においても断面直線部と同様の良好な機械的性質を有していることから、溶接に伴う接合部の靭性劣化や溶接割れのおそれを低減することができる。

また、本発明に係る構造物によれば、上述した角形鋼管とＨ形鋼の接合構造を有する構造物であるので、角形鋼管を柱、Ｈ形鋼を梁とする従来の柱梁構造物よりも、内部空間を広く確保することが可能となる。また、梁フランジと壁までの距離を柱面から壁までの距離と等しくすることが可能となり、梁と壁までの空間を極力小さくし、外壁等を接合するための接合金物を効率的に配置することができる。

以上のように、本発明に係る角形鋼管とＨ形鋼の接合構造および構造物は、断面角部に曲率を有する角形鋼管の柱とＨ形鋼の梁とを直接溶接するのに有用であり、特に、角形鋼管の曲率を有する断面角部を含めてＨ形鋼のフランジを直接溶接するのに適している。

１０ 角形鋼管
１２ Ｈ形鋼
１４ フランジ
１６ 断面角部
１８Ａ，１８Ｂ 裏当て金
１９ 縁
２０ 凹部
２１ ウェブ
２２ フラックスタブ（エンドタブ）
２４ 断面直線部
２６ 側縁
２８ スチールタブ（エンドタブ）
２８Ａ 第１スチールタブ（エンドタブ）
２８Ｂ 第２スチールタブ（エンドタブ）
２８Ｃ 第３スチールタブ（エンドタブ）
３０ 開先端部
１００，２００，３００，４００ 角形鋼管とＨ形鋼の接合構造
Ｒ 曲率半径

Claims (7)

1. 断面角部に曲率を有する角形鋼管とＨ形鋼のフランジを溶接した接合構造であって、
   フランジの表面または裏面に、角形鋼管の断面角部の曲線をかたどった縁を有する裏当て金を、前記縁が角形鋼管の断面角部の曲線に沿うように配し、かつ、溶接線端部に、角形鋼管の断面角部の周りを取り囲むエンドタブを配して溶接することにより、角形鋼管の断面直線部の辺とフランジの側縁を平面視で同一直線上に配置したことを特徴とする角形鋼管とＨ形鋼の接合構造。
2. エンドタブとして、フラックスタブを用いたことを特徴とする請求項１に記載の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造。
3. エンドタブとして、スチールタブを用いたことを特徴とする請求項１に記載の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造。
4. スチールタブを、フランジ側に配置され、フランジ側の溶接端部と同じ開先角度を有する第１スチールタブと、角形鋼管側に配置され、角形鋼管側の溶接端部の壁面となる第２スチールタブとにより構成したことを特徴とする請求項３に記載の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造。
5. フランジの開先端部を、角形鋼管の断面角部に沿う形状に加工したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造。
6. 角形鋼管として、熱間成形角形鋼管を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の角形鋼管とＨ形鋼の接合構造を有する構造物。

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