JP2023163090A - 角形鋼管柱の継手接合工法 - Google Patents

Abstract

【課題】角形鋼管柱を、添え板と高力ボルトを用いて長さ方向に接合する場合において、高力ボルトの締付けは、角形鋼管柱の外面側から挿入した高力ボルト頭の回転で、柱内部にセットしているナットを回転させで、ナットを締付ける工法であって、接合強度の安定確保と、微小範囲でのボルト位置変化に対応できる角形鋼管柱の継手接合工法を提供する。【解決手段】角形鋼管柱の接合部領域の内面壁に、ナット保持盤を有する添え板を当接し、前記角形鋼柱の外面側から挿入した高力ボルトに、ナット保持盤に有するナットが螺合して添え板を固定する構造と、添え板に有するナット保持盤の構造においては、座金形状より大きめに切り抜き加工を複数施した座金拘束プレートと、ナット形状より大きめに切り抜き加工を複数施したナット拘束プレ－トを重合し、薄板鋼板を加工した弁当箱形状のナットカバーを、前記重合盤のナット拘束プレート側に組み合わせている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨構造建築に角形鋼管を柱材として用いて、特に、添え板と高力ボルトを用いて長さ方向に接合する構造に於いて、角形鋼管柱の外面側から挿入した高力ボルトを、接合領域内面壁に接している、添え板のナット保持盤に設けたナットが螺合する構造に関するものである。

従来から、一般的に鉄骨構造建築物の柱はＨ形鋼が用いられているが、近年は、柱に角形鋼管を用いた構造が多用されている。高層の建物を構築する場合は、道路の輸送制限により、建設現場で柱の接合が行われるが、Ｈ形鋼を用いる場合は断面が開断面のため、添え板と一般的な高力ボルトを用いて容易に接合が可能である。しかし、角形鋼管では閉断面のため、添え板と一般的な高力ボルトを用いて接合することは困難である。そこで、角形鋼管柱の接合方法として、一般的に、図５に示すような方法で施工が行われている。事前に、下側角形鋼管柱１２の上端部の外面側にエレクションピ－ス１３を設け、上側角形鋼管柱１１の下端部の外面側にもエレクションピ－ス１３を設けておいて、建方時に、上側柱と下側の角形鋼管柱外面に設けたエレクションピ－ス１３の孔に仮ボルト１４を通して、上下柱を繋ぎ、柱の出入の調整を行いながら、仮ボルト１４を締めて、柱の相互間の仮固定を行い、角形鋼管柱の端部に加工されている開先に、溶接を施し、溶接終了後にエレクションピ－ス１３を切断している。
このような従来の現場での溶接接合方法は、現場溶接を行う準備として、工場で柱の開先加工等多くの加工が必要になり、また、現場での溶接作業では、高い溶接技術と厳密な品質管理が不可欠で、作業に長時間を要している。さらに、風、雨、低温等に対する対策、例えば、足場による養生シ－ト張り等が必要であり、工期とコスト的に問題がある。

次に、上記の溶接接合での問題を解消するために、現在、ボルト工法で行なう場合もある。例えば、図６に示すように、下側角形鋼管柱１２と上側角形鋼管柱１１のジョイント部に、繋ぎ板１５（１６）を角形鋼管柱の内側と外側に沿わせて、高力ワンサイドボルト１７を用いて、繋ぎ板同士を結合する工法である。
このような高力ワンサイドボルトでの接合方法は、ボルト工法のため、工場での部品製作の削減やＵＴ検査が不要となる利点はあるが、ボルトとして複雑な機構で高価であり、高力ワンサイドボルトを多量に使用することにより、高コストになっている。更に、施工性にも難点がある。例えば、下側角形鋼管柱１２の接合領域に、繋ぎ板１５（１６）の半分が仮固定され、繋ぎ板１５（１６）の半分は、二列で不安定の状態で上部へ突き出ている。従って、建方時に、下側角形鋼管柱１２に、上側の角形鋼管柱１１を組み込む場合は、上柱角形鋼管下端の小口（切断面）を、下柱から突き出ている不安定な繋ぎ板１５（１６）の二列の間（隙間）に、四方同時に挿入する工法のため、施工に長時間を要する。また、角形鋼管柱の外側面の繋ぎ板１６は、角形鋼管柱の外側面側に当接されており、外側繋ぎ板１６による局部的な出っ張り部のため、柱の耐火材被覆など場合で、仕上げ材が厚くなり、コスト高になっている。

次いで、溶接の問題を解消する角形鋼管柱の接合構造として、例えば、特許文献１に開示されている接合構造では、角形鋼管柱の内面側のみに一面摩擦用添板を当接して、角形鋼管柱の外側で、高力ボルトによる頭締めで、添板とナットによる出っ張り部を少なくした構造が開示されている。
しかし、一般にハイテンボルトのセットはナットを回転させて締め付けることが前提となっており、特許文献１に開示されている例では、所定の張力を得られない可能性がある。例えば、図１（ｂ）に示すように、角形鋼管柱１ｂ内側の上端部に、一面摩擦用添板２を当接して、高力ボルト３を、その角形鋼管柱１ｂの外側からボルト孔１ｏ、２ｏを介して、予め設置しているナットホルダー４のナット５へ螺合・締結する方法である。従って、ナット８からの締め付けは不可能である。また、図９（ｂ）、（ａ）に示すように、ナットホルダー４内部に設けているナット５と座金７の位置調整には難点がある。

特開２００６－２９１６１３号

本発明の解決すべき課題は、角形鋼管柱のボルト継手接合構法の場合において、角形鋼管柱の内壁面に、ＣＴ形鋼で接合強度を確保した添え板を当接し、一般的な高力ボルトを用いて、上述した従来の接合方法の問題点を解決することにあり、接合強度の安定確保とともに、角形鋼管柱の外面側から挿入した高力ボルトからの回転によるナット締め付けで、一定の微小範囲でボルトの位置変化に対応できるシステムを用いて、施工性を向上させて、接合部におけるコストの削減を目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造は、角形鋼管柱を長さ方向に接合する場合で、角形鋼管柱に複数のボルト孔を設け、添え板と高力ボルトを用いて接合する構造において、角形鋼管柱の接合部領域の内面壁に当接して用いる添え板であって、長方形のプレ－トに、ＣＴ形鋼で接合強度を確保し、角形鋼管柱のボルト孔に合わせた複数のボルト孔を設けて、ナット保持盤を備えた添え板の下半部を、角形鋼管の上端部内面壁へ当接し、前記角形鋼管の外面側から挿入した高力ボルトと、ナット保持盤に有するナットで添え板を固定する下側角形鋼管柱であって、前記下側角形鋼管柱の内面壁から上部へ突き出ている添え板の外面側に、上側角形鋼管柱下端部の内面壁が当接して、前記上側角形鋼管柱の外面側から挿入する高力ボルトに、前記添え板に有するナットが螺合して締結することを特徴としている。
続いて、角形鋼管柱内面壁に接している、添え板のナット保持盤に設けたナットが移動する構造において、角形鋼管柱外面側から挿入する高力ボルトの面取り部分が、ナット保持盤に設けた、座金孔の下底に有している座金中孔の上側に接触し、面取りの勾配によって座金が上部へ微小に動くことにより、前記高力ボルトは、座金中孔を通過してナットのねじ穴の上部に当接する。当接された前記ナットも、面取りの勾配によって上部へ微小に動くとともに、ナット保持盤を形成している弁当箱形状のナットカバーの内面へ移動し当接して、高力ボルトを螺合した後、高力ボルトの回転を続けることにより、前記ナットは、前記高力ボルトの頭部方向へ、前記高力ボルトのねじ山沿いに移動し添え板に当接し、ナットからの締め付けにより、前記添え板が角形鋼管柱の内面壁に密着することを特徴としている。
上記のナット保持盤の構造において、ナット保持盤を形成している長方形のプレート面に、座金直径より大きい円形形状で複数の型抜きを施した座金拘束プレ－トと、前記座金拘束プレ－トと外形寸法が一回り小さいプレ－トで、ナット形状より大きめに切り抜き加工を複数施しているナット拘束プレ－トを重合し、薄板鋼板を加工した弁当箱形状のナットカバーを、前記重合盤のナット拘束プレ－ト側組み合わせて形成したナット保持盤を特徴としている。

（Ａ）本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造によれば、一般的にハイテンボルトの締め付けは、ナットを回転させて締め付けることが前提条件になっている。Ｈ形鋼柱での接合の場合は、柱断面が開断面のため、添え板と一般的な高力ボルトを用いて容易に接合ができる。しかし、角形鋼管柱の場合は、閉断面のため、鋼管内部から、ナットを回転させることは不可能である。本発明においては、角形鋼管柱の内面壁側に、ナットの回転と位置の微調整ができる、ナット保持盤を設けた添え板を当接し、一般的な高力ボルトを用いて、接合の施工性を向上させ、接合強度の安定確保とともにコスト削減ができる。

（Ｂ）本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造によれば、高力ボルトの頭回転によるナット締め工法である。工場でナット保持盤内部にセットしたナットと座金は、施工現場での角形鋼管柱の立設時には、下底に移動するが、高力ボルトの挿入時には、ナットと座金は、上部の所定のボルト軸芯線で作動する工法である。従って、極めて実用性の高い接合手段を得ることができる。

（Ｃ）本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造によれば、現在、角形鋼管柱のボルト継手接合の場合、高価な高力ワンサイドボルトを使用して高コストになっている。当工法では、一般的な高力ボルトを使用し、微小範囲でボルトの位置の変化に対応するシステムで、節減を可能にしている。また、柱接合部の外面側の添え板は不要なため、木質ハイブリッドビルには合理的な設計となる。

以下、図１～６に基づいて、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造で、下側角形鋼管柱へ添え板を挿入する過程と、上側角形鋼管柱との接合する過程の一例を示す立体説明図面である。図２は継手接合構造の一例を示す図面であり、（ａ）は平断面図、（ｂ）はＡ－Ａ平断面図である。この例において、角形鋼菅柱１、下側角形鋼管柱１ａ、上側角形鋼管柱１ｂ、添え板２、長方形プレート２ａ、ＣＴ形鋼２ｂ、ナット保持盤３、ナットカバー３ａ、ナット拘束プレ－ト３ｂ、座金拘束プレ－ト３ｃ、ボルト孔４、ナット５、ねじ穴５ａ、ナット孔６、高力ボルト７、面取り７ａ、座金８、中孔８ａ、及び座金孔９から構成されている。以下、これに沿って説明する。

まず、下側角形鋼管柱１ａと添え板２の結合方法を説明する。図１に示すように、添え板２を下側角形鋼管柱１ａの内面壁へ挿入して、下側角形鋼管柱１ａ外面側から、高力ボルト７をボルト４に挿入し、添え板２に設けたナット保持盤３のナット５が高力ボルト７を螺合する仕組みになっている。

次に、角形鋼管柱１と添え板２のボルト孔４の位置関係について説明する。図２（ａ）に示すように、角形鋼管柱１の四方面でのボルト孔４の位置と、添え板２（プレート２ａ）のボルト孔４は同位置に設けており、ＣＴ形鋼２ｂのフランジ部と、ナット保持盤３のボルト孔４も同じ配置になっている。

続いて、ナット保持盤３の構成について説明する。図３（立体説明図）に示すように、ナット保持盤３は、ナットカバー３ａ、ナット拘束プレ－ト３ｂ、及び座金拘束プレ－ト３ｃで構成されている。以下、これに沿って説明する。
まず、座金拘束プレ－ト３ｃについて説明する。座金拘束プレ－ト３ｃは、図３に示すように、長方形で所定寸法に加工したプレートに、座金８の形状より大きめの円形状の型抜加工を施した複数の座金孔９を設けて、図４に示すように、座金８より厚いプレートを用いている。
次に、ナット拘束プレ－ト３ｂについて説明する、ナット拘束プレ－ト３ｂは、図３に示すように、座金拘束プレ－ト３ｃより外形寸法は一回り小さいプレ－トで、図４（ｂ）に示すように、座金拘束プレ－ト３ｃより厚い板厚を用いて、ナット５の形状より大きめのナット孔６を複数加工している。
次いで、ナットカバー３ａについて説明する、ナットカバー３ａは、図３に示すように、ナット拘束プレ－ト３ｂのプレ－ト寸法に合わせて、鋼板（薄板）を弁当箱形状に加工を行い、ボルト孔４の複数加工を施している。

次いで、前述したナット保持盤３の各部品の接合構造について説明する。図３に示すのは、各部品の組立時の立体説明図である。まず、座金拘束プレ－ト３ｃとナット拘束プレ－ト３ｂを重ねて、その合わせ目に溶接を施して重合盤を製作する。続いて、その重合盤のナット拘束プレ－ト３ｂの側面に、ナットカバー３ａの側面を合わせて、溶接で固定し、ナット保持盤３を形成している。

続いて、ナット保持盤３におけるナットの締め付け手順例を図４に基づき説明する。
（１）図４（ａ）に示すように、角形鋼管柱１のボルト孔４に挿入した高力ボルト７の面取り７ａ部分が、座金孔９の下底に有している座金８の中孔８ａ上側に接触する。接触された座金８は、面取り７ａの勾配によって上部へ微小に動くため、高力ボルト７の座金中孔８ａの通過が可能になる。
（２）図４（ｂ）に示すように、座金内孔８ａを通過した高力ボルト７の面取り７部分が、ナット孔６の下底に有しているナット５のねじ穴５ａに接触する。接触されたナット５は、面取り７ａの勾配よって上部へ微小に移動する。
（３）図４（ｃ）に示すように、上部へ微小に動いたナット５は、ナット保持盤を形成している弁当箱形状のナットカバー３ａの内面へ移動・当接して、高力ボルト７を螺合する。
（４）高力ボルト７を螺合したナット５は、六角形状のナット孔６の直線部分とナット５の角が接触して半固定状態になっており、図４（ｄ）に示すように、高力ボルト７の回転を続けることにより、高力ボルト７のねじ山沿いに、高力ボルト７の頭部側へ移動して、座金８に当接して、当接されたら座金８は、添え板２のＣＴ形鋼２ｂのフランジ面に当接する。従って、高力ボルト７の回転によるナット５からの締め付けでもって、高力ボルト７の軸部に引張力が発生して、その力で添え板２が角形鋼管柱１の内面壁に密着し、大きな軸力（張力）を得ることになる。また、図４（ｄ）に示すように、ナット孔６は、ナット５より一回り大きい形状に加工を施し、座金孔９に於いても、座金８の直径より大きい円形形状に型抜加工を施して、縦・横等の空間を確保しており、ナット５と座金８は、全方向（上下左右）に、微小範囲の移動が得られる構造になっている。

以下に実施例として、下側角形鋼管柱１ａと上側角形鋼管柱１ｂの接合方法を図１～図２に基づき施工手順を説明する。
まず、工場において、図２に示すように、添え板２とナット保持盤３の組み合わせについて説明する。添え板２の長方形プレ－ト２ａと、ＣＴ形鋼２ｂのフランジ部、及びナット保持盤３に、角形鋼管柱１のボルト孔４と同じピッチで、ボルト孔４の加工を施して、長方形プレート２ａにＣＴ形鋼２ｂのフランジ外面側を合わせて、溶接で固定して添え板２を製作する。次に、そのＣＴ形鋼２ｂのフランジの内面側に、ナット５と座金８をセットしたナット保持盤３を組込み、溶接で固定している。
次いで、施工現場において、まず、地盤上で、図１に示すように、下側角形鋼管柱１ａの上端内面壁に、添え板２の下半部を挿入し、前記角形鋼管柱１ａの外面側から挿入した高力ボルト７と、ナット保持盤３のナット５で添え板を固定した下側角形鋼管柱１ａを、所定位置に立設する。次に、図１に示すように、下側角形鋼管柱１ａの内部から上部へ突き出ている添え板２の外側面と、上側角形鋼管柱１ｂの下端部の内面壁を摺り合わせて、下側へスライドしながら、上側角形鋼管柱１ｂの建て入れを行う。次いで、上側角形鋼管柱１ｂの外面側から挿入した高力ボルト７に、添え板２に設けたナット保持盤３のナット５が螺合し、下側角形鋼管柱１ａと上側角形鋼管柱１ｂが接合されて、本発明の角形鋼管柱の継手接合構造となっている。
尚、ナット保持盤内部にセットしたナット５と座金８は、立柱時に下底側に移動するが、高力ボルト７の挿入時には、所定のボルト軸芯線で、高力ボルトの締め付け施工ができるようになっている。

以上説明したように本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造において、柱の外面側から挿入した高力ボルトを、柱内部のナットが螺合する方法である。従って、ボルト締結の時間が短縮されて、接合の施工性が高まり、施工コストの節減ができる。さらに、一般的な高力ボルトを用いており、高価な高力ワンサイドボルトを用いることなく、節減を可能にしている。また、現在、開発途上にある、木質ハイブリッド耐火ビルの躯体に、角形鋼管を用いることにより、合理的な設計が可能になる。従って、建設業界での社会に与える効用は極めて大きい。

本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造で、下側角形鋼管柱へ添え板を挿入する過程と、上側角形鋼管柱との接合する過程の一例を示す立体説明図である。 本発明に係る角形鋼管柱の継手接合構造の一例を示す図面であり、（ａ）は、平断面図、（ｂ）は、Ａ－Ａ縦断面図である。 本発明に係るナット保持盤の立体説明図であり、（ａ）は、ナット保持盤の立体図、（ｂ）は、ナットカバー、（ｃ）は、ナット拘束プレ－ト、（ｂ）は、座金拘束プレ－トの立体図である。 本発明に係るナット保持盤の機能過程で、ナットの締め付け手順例を示す断面側面説明図であり、（ａ）は、高力ボルト挿入時のナット・座金が下底にある状態と、面取り部分が座金の中孔の上側に接触する説明図、（ｂ）は、面取り部分がナットのねじ穴に接触する説明図、（ｃ）は、ナットがナットカバーへ当接する説明図、（ｄ）は、角形鋼管柱と添え板およびナットの接合状態を示す説明図である。 従来からの角形鋼管柱の継手接合工法の例を示す立体説明図である。 現在、角形鋼管柱の継手接合として用いられている一例を示す立体説明図である。

１ 角形鋼管柱 １ａ下側角形鋼管柱、１ｂ上側角形鋼管柱
２ 添え板
２ａ 長方形プレート
２ｂ ＣＴ形鋼
３ ナット保持盤
３ａ ナットカバー
３ｂ ナット拘束プレ－ト
３ｃ 座金拘束プレ－ト
４ ボルト孔、
５ ナット
５ａ ねじ穴
６ ナット孔
７ 高力ボルト
７ａ 面取り
８ 座金
８ａ 中孔
９ 座金孔
１１ 上側角形鋼管柱
１２ 下側角形鋼管柱
１３ エレクションピ－ス
１４ 仮ボルト
１５ 繋ぎ板（内側）
１６ 繋ぎ板（外側）
１７ ワンサイドボルト

Claims (3)

1. 角形鋼管柱を長さ方向に接合する場合で、角形鋼管柱に複数のボルト孔を設け、添え板と高力ボルトを用いて接合する構造において、角形鋼管柱の接合部領域の内面壁に当接して用いる添え板にあって、長方形のプレ－トに、ＣＴ形鋼で接合強度を確保し、角形鋼管柱のボルト孔に合わせた複数のボルト孔を設けて、ナット保持盤を備えた添え板の下半部を、角形鋼管の上端内面壁へ当接し、前記角形鋼管の外面側から挿入した高力ボルトと、ナット保持盤に有するナットで添え板を固定する下側角形鋼管柱であって、前記下側角形鋼管柱の内面壁から上部へ突き出ている添え板の外面側に、上側角形鋼管柱下端部の内面壁が当接し、前記上側角形鋼管柱の外面側から挿入する高力ボルトに、前記添え板に設けた、ナット保持盤に有するナットが螺合して締結することを特徴とする角形鋼管柱の継手接合構造。
2. 角形鋼管柱内面壁に接している、添え板のナット保持盤に設けたナットが移動する構造において、角形鋼管柱の外面側から挿入する高力ボルトの面取り部分が、ナット保持盤に設けた、座金孔の下底に有している座金中孔の上側に接触し、面取りの勾配よって、座金が上部へ微小に動くことにより、前記高力ボルトは、座金中孔を通過してナットのねじ穴上部に当接する。当接された前記ナットも、面取りの勾配によって上部へ微小に動くとともに、ナット保持盤を形成している弁当箱形状のナットカバーの内面へ移動し当接して、高力ボルトを螺合した後、高力ボルトの回転を続けることにより、前記ナットは、前記高力ボルトの頭部方向へ、高力ボルトのねじ山沿いに移動し添え板に当接し、ナットからの締め付けにより、前記添え板が、角形鋼管柱の内面壁に密着することを特徴とする請求項１記載の角形鋼管柱の継手接合構造。
3. 前記ナット保持盤の構造において、ナット保持盤を形成している長方形のプレ－ト面に、座金形状より大きめに複数の型抜きを施した座金拘束プレ－トと、前記座金拘束プレ－トより外形が一回り小さいプレ－トで、ナット形状より大きめに切り抜き加工を複数施したナット拘束プレ－トを重合し、薄板鋼板を加工した弁当箱形状のナットカバーを、前記重合盤のナット拘束プレ－ト側に組み合わせて形成した、ナット保持盤を特徴とする請求項１又は２記載の角形鋼管柱の継手接合構造。