JP2024065135A

JP2024065135A - 箱形断面柱とｈ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法

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Publication number: JP2024065135A
Application number: JP2022173869A
Authority: JP
Inventors: 諒介大庭; 智裕木下; 宙光森岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-05-15

Abstract

【課題】製作効率が高く、部材どうしの組立精度を確実に確保できる、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法を提供する【解決手段】４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱に、外ダイアフラムを介してＨ形鋼梁が接合されてなる、箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合構造であって、前記スキンプレートの表面と前記外ダイアフラムの端面との間に、当て金により囲まれた溶接用の孔が設けられ、該溶接用の孔にエレクトロスラグ溶接により溶融金属を充填して形成された溶接部により、前記箱形断面柱と前記外ダイアフラムとが接合されている、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。【選択図】図２

Description

本発明は、建築物における柱と梁との接合構造および接合構造の製造方法に関し、特に箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合構造および接合構造の製造方法に関する。

超高層の鋼構造建築物では、４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱が使用されることが多い。箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合部においては、地震時など建築物に水平力が作用する時にＨ形鋼梁のフランジから箱形断面柱のスキンプレートに応力が伝達する。この応力により、箱形断面柱のスキンプレートに局所的な変形が生じないように、箱形断面柱には、ダイアフラムと称する水平補剛材を、Ｈ形鋼梁のフランジと同じ高さに設けることが一般的に行なわれている。

箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部は、内ダイアフラムを用いる内ダイアフラム形式、通しダイアフラムを用いる通しダイアフラム形式、外ダイアフラムを用いる外ダイアフラム形式に大別される。

このうち、内ダイアフラム形式は、箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部に最も多く採用されている。図６（ａ）および図６（ｂ）に、内ダイアフラム形式による箱形断面柱８１とＨ形鋼梁８２との接合部の斜視図および平面図を示す。また、図７および図８に、内ダイアフラム形式による箱形断面柱８１とＨ形鋼梁８２との接合部の要部の縦断面図を示す。図７および図８に示すように、箱形断面柱８１のスキンプレート８１１と内ダイアフラム８４とは、エレクトロスラグ溶接により接合されることが一般的である。

具体的には、スキンプレート８１１を組み合わせて箱形断面柱８１を製作する途中で、箱形断面柱８１の内側に内ダイアフラム８４を設置する。そして、図７に示すように、スキンプレート８１１の裏面と内ダイアフラム８４の端面との間の隙間の両側を当て金８４１で囲むことにより、矩形断面を有する溶接用の孔８４２を設ける。さらに、この溶接用の孔８４２内に溶融スラグ浴を形成した上で、溶融スラグ浴中に溶接ワイヤを送給しつつ溶接ワイヤから電流を供給することにより溶融スラグを抵抗発熱させる。このようにして、最大で数百万Ｊ／ｃｍ程度の大入熱を与えながら、図８に示すように、溶接用の孔８４２の周囲の母材を溶融させつつ溶接用の孔８４２に溶融金属を充填する。エレクトロスラグ溶接は、手動または半自動のガスシールドアーク溶接と比べると、きわめて能率が高い。

しかし、内ダイアフラム８４および当て金８４１を、箱形断面柱８１の内側に接合する必要があるため、箱形断面柱８１のスキンプレート８１１と内ダイアフラム８４とのルート間隔８４Ｇおよび当て金８４１などの組立精度の確保が難しい。

図９（ａ）および図９（ｂ）に、通しダイアフラム形式による箱形断面柱８１とＨ形鋼梁８２との接合部の斜視図および平面図を示す。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、通しダイアフラム形式による箱形断面柱８１とＨ形鋼梁８２との接合部では、箱形断面柱８１の断面を貫通するように通しダイアフラム８５が設けられている。そして、通しダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の組立ては、箱形断面柱８１を通しダイアフラム８５を設ける位置で切断し、通しダイアフラム８５を切断位置に挿入し、箱形断面柱８１と通しダイアフラム８５とを溶接する方法で行われる。

ここで、箱形断面柱８１と通しダイアフラム８５との溶接部８６は完全溶込み溶接とされ、これにより、箱形断面柱８１の断面を貫通するように通しダイアフラム８５が設けられていても、箱形断面柱８１の性能が確保されるようにしている。

しかし、上述のとおり、通しダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の組立ては、箱形断面柱８１を通しダイアフラム８５を設ける位置で切断し、通しダイアフラム８５を切断位置に挿入し、箱形断面柱８１と通しダイアフラム８５とを溶接して行われる。よって、箱形断面柱８１の切断や、箱形断面柱８１を通しダイアフラム８５との完全溶込み溶接の開先加工に手間を要するとともに、溶接量が多くなりやすい。また、通しダイアフラム８５の上下に接合される箱形断面柱８１の位置合わせなどの精度確保に高い技量を必要とする。

さらに、箱形断面柱８１の断面を貫通するように設けられる通しダイアフラム８５は、箱形断面柱８１の一部を構成するものとして、建築物が設計される。この設計の前提条件として、箱形断面柱８１と通しダイアフラム８５との溶接部８６には、箱形断面柱８１の強度と同等以上の強度を有する溶接材料を用いる必要があり、材料費および施工負荷が高くなりやすい。超高層建築物で使用されることが多い箱形断面柱８１には、高強度鋼材を用いることが多く、箱形断面柱８１と通しダイアフラム８５との溶接部８６にも、箱形断面柱８１と同等以上の強度クラスの高強度の溶接材料を用いる必要が生じる。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に、外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の斜視図および平面図を示す。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部では、箱形断面柱８１と外ダイアフラム８３との溶接は、箱形断面柱８１の外部から行われる。よって、箱形断面柱８１に外ダイアフラム８３を取り付けやすく、部材どうしの組立精度を確保しやすい。さらに、箱形断面柱８１の内部にはダイアフラムが挿入されないため、箱形断面柱８１の内部にコンクリートを充填する場合の施工性にも優れている。

図１１～図１３に、外ダイアフラム形式による箱形断面柱８１とＨ形鋼梁８２との接合部の要部の縦断面図を示す。図１１は、箱形断面柱８１と外ダイアフラム８３との溶接部８７を隅肉溶接とした例である。図１２は、箱形断面柱８１と外ダイアフラム８３との溶接部８８を完全溶込み溶接とした例である。図１３は、箱形断面柱８１と外ダイアフラム８３との溶接部８９を部分溶込み溶接とした例である。

箱形断面柱８１と外ダイアフラム８３とは、図１１に示すように隅肉溶接で接合されるか、または、図１２および図１３に示すように、外ダイアフラム８３に開先加工を施した上で、完全溶込み溶接または部分溶込み溶接により接合されることが一般的である。これら隅肉溶接、完全溶込み溶接および部分溶込み溶接には、半自動のガスシールドアーク溶接などが適用される。ただし、断面の大きいＨ形鋼梁２が用いられる場合には、地震時などにＨ形鋼梁８２のフランジ８２１から箱形断面柱８１のスキンプレート８１１に作用する応力が大きくなり、箱形断面柱８１のスキンプレート８１１に局所的な変形が生じないようにするために、外ダイアフラム８３の板厚を増大させなければならない。外ダイアフラム８３の板厚が大きい程、ガスシールドアーク溶接では溶接時のパス数が多くなり、内ダイアフラム形式で採用されるエレクトロスラグ溶接と比べると、製作効率が低くなりやすい。

さらに、図１０（ｂ）に示すように、外ダイアフラム形式による箱形断面柱８１とＨ形鋼梁８２との接合部では、柱梁接合部の耐力を確保するために、箱形断面柱８１のスキンプレート８１１からの外ダイアフラム８３の突出幅８３ｈを大きくすることが多い。よって、外ダイアフラム８３が取り付けられた箱形断面柱８１を鉄骨製作工場で製作し、これを建設現場に搬入するとき、外ダイアフラム８３の突出幅８３ｈが大きいと、運搬車両に一度に積載できる箱形断面柱８１の本数が制限されてしまい、運搬効率が悪化しやすい。

そこで、特許文献１および特許文献２では、外ダイアフラムの突出幅を抑えつつ柱梁接合部の耐力を確保可能な外ダイアフラムおよびこれを用いた柱梁接合構造が提案されている。

具体的には、特許文献１では、角形鋼管柱の外周面に沿うように平鋼を面外に折り曲げて形成したスリーブ状の外ダイアフラムを用いることにより、従来の外ダイアフラムに比べて平面形状を縮小することが提案されている。

また、特許文献２では、４枚のＬ字形鋼片を組み合わせて外ダイアフラムを構成し、Ｌ字形鋼片に板厚の大きい材料を用いることにより、外ダイアフラムの寸法を抑えることが提案されている。Ｌ字形鋼片どうしの接合は、表裏面での隅肉溶接や部分溶け込み溶接などにより行われている。

特開２００６－００２３５１号公報特開２０１６－１０８８６８号公報

ここで、箱形断面柱または角形鋼管柱と外ダイアフラムとの溶接部の品質を確保するには、角形鋼管柱と外ダイアフラムのルート間隔を適切な精度で確保する必要がある。ルート間隔が小さすぎると溶接欠陥が生じやすくなり、ルート間隔が大きすぎると溶接量が増大して施工性が悪化するためである。しかし、特許文献１では、平鋼を面外に折り曲げる際に平鋼内に局所的な残留応力が発生するため、外ダイアフラム製作時の寸法精度、および外ダイアフラムを箱形断面柱または角形鋼管柱に取り付けるときの組立精度を確保することが難しいという課題がある。

また、特許文献１および特許文献２では、箱形断面柱または角形鋼管柱と外ダイアフラムとを、ガスシールドアーク溶接による隅肉溶接により、または外ダイアフラムに開先加工を施した上で部分溶込み溶接により接合することを前提としている。よって、内ダイアフラム形式で採用されるエレクトロスラグ溶接と比べると、製作効率が低いという課題がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、製作効率に優れ、部材どうしの組立精度を確実に確保できる、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。

［１］４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱に、外ダイアフラムを介してＨ形鋼梁が接合されてなる、箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合構造であって、前記スキンプレートの表面と前記外ダイアフラムの端面との間に、当て金により囲まれた溶接用の孔が設けられ、該溶接用の孔にエレクトロスラグ溶接により溶融金属を充填して形成された溶接部により、前記箱形断面柱と前記外ダイアフラムとが接合されている、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。

［２］前記溶接用の孔が前記外ダイアフラムの板厚方向に二つ以上の孔に分割されるように、前記溶接用の孔の内部に鋼片からなる隔壁が設けられている、［１］に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。

［３］前記外ダイアフラムの降伏強度が前記Ｈ形鋼梁のフランジの降伏強度よりも大きい、［１］または［２］に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。

［４］４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱に、外ダイアフラムを介してＨ形鋼梁を接合する、箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合構造の製造方法であって、前記スキンプレートの表面と前記外ダイアフラムの端面との間を当て金で囲むことにより溶接用の孔を設け、該溶接用の孔に１００～１５００ｋＪ／ｃｍの入熱量でエレクトロスラグ溶接を行うことにより溶融金属を充填して溶接部を形成することで、前記箱形断面柱と前記外ダイアフラムとを接合する、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法。

［５］前記溶接用の孔が前記外ダイアフラムの板厚方向に二つ以上の孔に分割されるように、前記溶接用の孔の内部に鋼片からなる隔壁を設ける、［４］に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法。

［６］前記外ダイアフラムの降伏強度が前記Ｈ形鋼梁のフランジの降伏強度よりも大きい、［４］または［５］に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法。

本発明に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法では、箱形断面柱と外ダイアフラムとがエレクトロスラグ溶接により接合されている。よって、ガスシールドアーク溶接により接合される一般的な外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造に比べて、製作効率を大幅に高めることができる。

また、本発明に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法では、箱形断面柱と外ダイアフラムとのエレクトロスラグ溶接は、箱形断面柱の外部から行われる。よって、箱形断面柱のスキンプレートの表面と外ダイアフラムの端面とのルート間隔や当て金などの組立精度を確実に確保できる。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の要部を示す縦断面図である。図２は、本発明の第一の実施形態に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の要部を示す縦断面図である。図３（ａ）～図３（ｆ）は、本発明の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造における外ダイアフラムの形状の例を示す平面図である。図４は、本発明の第二の実施形態に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の要部を示す縦断面図である。図５は、本発明の第二の実施形態に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の要部を示す縦断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、内ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部を示す斜視図および平面図である。図７は、内ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の要部を示す縦断面図である。図８は、内ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の要部を示す縦断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、通しダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部を示す斜視図および平面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部を示す斜視図および平面図である。図１１は、外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の要部を示す縦断面図である。図１２は、外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の要部を示す縦断面図である。図１３は、外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部の要部を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法の実施形態について、詳細に説明する。
（第一の実施形態）
図１および図２に、本発明の第一の実施形態に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の要部の縦断面図を示す。

図１および図２に示すように、本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造は、４枚のスキンプレート１１が角溶接（図示せず）により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱１に、外ダイアフラム３を介してＨ形鋼梁２が接合されたものである。具体的には、図１に示すように、箱形断面柱１のスキンプレート１１の表面と外ダイアフラム３の端面との間に、当て金３１により囲まれた溶接用の孔３２が設けられている。そして、図２に示すように、溶接用の孔３２にエレクトロスラグ溶接により溶融金属を充填して形成された溶接部５により、箱形断面柱１と外ダイアフラム３とが接合されている。

図１に示すように、エレクトロスラグ溶接の溶接用の孔４の断面形状は、内ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部におけるスキンプレートと内ダイアフラムとの間のエレクトロスラグ溶接の溶接用の孔と同様に、矩形状とされている。

箱形断面柱１に接続するＨ形鋼梁２には、圧延成形されるＨ形鋼および溶接組立Ｈ形鋼のいずれも使用できる。

また、当て金３１には、内ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部におけるスキンプレートと内ダイアフラムとの間のエレクトロスラグ溶接で使用される鋼材と同様のものを使用できる。

また、外ダイアフラム３の降伏強度は、外ダイアフラム３に取り付くＨ形鋼梁２のフランジの降伏強度よりも大きくすることが好ましい。このようにすると、地震時などにＨ形鋼梁２のフランジ２１から箱形断面柱１のスキンプレート１１に作用する応力に対して、柱梁接合部の耐力を低下させることなく、図１に示す外ダイアフラム３の突出幅ｈ_ｄを低減できる。そして、外ダイアフラム３が取り付けられた箱形断面柱１を鉄骨製作工場で製作し、これを建設現場に搬入するとき、外ダイアフラム３の突出幅ｈ_ｄによって箱形断面柱１の運搬効率が損なわれにくくなる。

本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造では、箱形断面柱１と外ダイアフラム３とがエレクトロスラグ溶接により接合されている。よって、ガスシールドアーク溶接により接合される一般的な外ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造に比べて、製作効率を大幅に高めることができる。

また、本発明に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造では、外ダイアフラム３が箱形断面柱１の外側に取り付けられるため、箱形断面柱１と外ダイアフラム３とのエレクトロスラグ溶接は、箱形断面柱１の外部から行われる。よって、箱形断面柱１のスキンプレート１１の表面と外ダイアフラム３の端面とのルート間隔Ｇや当て金３１などの組立精度を確実に確保できる。

なお、本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造における箱形断面柱１のスキンプレート１１の表面と外ダイアフラム３の端面とのルート間隔Ｇは、内ダイアフラム形式による箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合部における箱形断面柱の内面と内ダイアフラムの端面とのルート間隔と同様に、適宜の寸法に設定できる。

図３（ａ）～図３（ｆ）に、本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造における、外ダイアフラム３（３Ａ～３Ｃ）の形状の様々な例を示す。図３（ａ）～図３（ｆ）に示すように、箱形断面柱１に取り付くＨ形鋼梁２の本数に応じて、箱形断面柱１の４つの側面のうち１～４面に、外ダイアフラム３が接合される。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、外ダイアフラム３Ａとして、多角形に形成された鋼板を用いた例である。また、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、外ダイアフラム３Ｂとして、矩形に形成された鋼板を用いた例である。さらに、図３（ｅ）および図３（ｆ）は、外ダイアフラム３Ｃの平面形状の一部に円弧を有するようにした例である。図３（ｅ）および図３（ｆ）に示すように、外ダイアフラム３Ｃの平面形状の一部に円弧を有するようにすると、Ｈ形鋼梁２のフランジ２１から外ダイアフラムを経由して箱形断面柱１のスキンプレート１１へと応力を円滑に伝達できる。よって、外ダイアフラム３に亀裂や破断が生じることを抑制できるので好ましい。

また、本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法は、上述の箱形断面柱１とＨ形鋼梁２の接合構造を製作する際に、入熱量が１００～１５００ｋＪ／ｃｍとなるようにエレクトロスラグ溶接を行うことにより実現される。
（第二の実施形態）
図４および図５に、本発明の第二の実施形態に係る箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の要部の縦断面図を示す。

図４および図５に示すように、本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造では、第一の実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造に比べて、Ｈ形鋼梁２のフランジ２１および外ダイアフラム３の板厚が大きい。一般の建築構造用鋼材に対して、大入熱のエレクトロスラグ溶接を適用すると、エレクトロスラグ溶接による溶接部５の靭性が低下して、地震時にＨ形鋼梁２のフランジ２１から外ダイアフラム３に伝達する応力により、溶接部５で脆性破断が生じやすい。特に、本実施形態のように、外ダイアフラム３の板厚が大きい場合には、エレクトロスラグ溶接時に溶接用の孔の周囲の部材への溶接金属の溶込みを確保するために必要となる入熱量が増大するため、溶接部５の著しい靭性低下を引き起こしやすくなる。

そこで、本実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造では、図４および図５に示すように、箱形断面柱１のスキンプレート１１の表面、外ダイアフラム３の端面と、当て金３１とにより囲まれて設けられた溶接用の孔の内部に、鋼片からなる隔壁３３が設けられている。これにより、箱形断面柱１のスキンプレート１１の表面、外ダイアフラム３の端面と、当て金３１とにより囲まれて設けられた溶接用の孔が、外ダイアフラム３の板厚方向に二つの溶接用の孔３４、３５に分割されている。このようにすると、各溶接用の孔３４、３５の外ダイアフラム３の板厚方向の幅ｗ_１、ｗ_２を小さくすることができる。すなわち、Ｈ形鋼梁２のフランジ２１や外ダイアフラム３の板厚が大きい場合でも、エレクトロスラグ溶接時に溶接用の孔の周囲の部材への溶接金属の溶込みを確保するために必要となる入熱量を抑えることができ、溶接部５の著しい靭性低下を抑制できる。

以上、本発明の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造および接合構造の製造方法の実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更することが可能である。

例えば、図４および図５では、溶接用の孔３４、３５の幅ｗ_１、ｗ_２が同一の場合を示したが、溶接用の孔３４、３５の幅ｗ_１、ｗ_２を異ならせても良い。また、図４および図５では、箱形断面柱１のスキンプレート１１の表面、外ダイアフラム３の端面と、当て金３１とにより囲まれて設けられた溶接用の孔が二つの溶接用の孔３４、３５に分割されている例を示したが、外ダイアフラム３の板厚方向に三つ以上の溶接用の孔に分割しても良い。地震時などにＨ形鋼梁２のフランジ２１から外ダイアフラム３に伝達する応力に対して、溶接部５の脆性破断を効果的に抑制できるように、使用する鋼材の種類、寸法、エレクトロスラグ溶接の溶接条件などを考慮して、溶接用の孔の分割数や幅を適宜設定することが好ましい。

第二の実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造において、溶接用の孔の内部に隔壁３３を設けて、外ダイアフラム３の板厚方向に二つの溶接用の孔３４、３５に分割することにより、エレクトロスラグ溶接の入熱量をどの程度小さくできるかについて検証を行った。

まず、図１および図２に示した第一の実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造に基づく計算例Ｎｏ．１～５を設定した。表１に、計算例Ｎｏ．１～５の各々における、箱形断面柱１の外径Ｄ_ｃおよびスキンプレート１１の板厚ｔ_ｃ、外ダイアフラム３の突出幅ｈ_ｄおよび板厚ｔ_ｄ、溶接用の孔３２のルート間隔Ｇおよび幅ｗ_０を示す。

表１に示すとおり、計算例Ｎｏ．１～５では、箱形断面柱１の外径Ｄ_ｃを５００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍ、１２００ｍｍ、１５００ｍｍ、の五種類に変化させた。また、箱形断面柱１の外径Ｄ_ｃの大きさに対応するように、計算例Ｎｏ．１～５において、箱形断面柱１のスキンプレートの板厚ｔ_ｃ、ならびに外ダイアフラム３の突出幅ｈ_ｄおよび板厚ｔ_ｄを変化させた。溶接用の孔３２のルート間隔Ｇは、計算例Ｎｏ．１～５の全てにおいて、２３ｍｍに設定した。

エレクトロスラグ溶接時に溶接用の孔３２の周囲の部材への溶接金属の溶込みを確保するために必要となる入熱量は、溶接用の孔３２の周囲の部材の寸法に依存して変化する。そこで、本実施例では、計算の基準として、計算例Ｎｏ．１の入熱量が３００ｋＪ／ｃｍであるものと仮定した。そして、計算例Ｎｏ．２～５の入熱量の計算は、計算例Ｎｏ．１に対する計算例Ｎｏ．２～５の溶接用の孔３２の断面積、箱形断面柱１のスキンプレート１１の板厚ｔ_ｃ、外ダイアフラム３の突出幅ｈ_ｄおよび板厚ｔ_ｄによる放熱量の変化に基づいて行った。この計算結果を、表１に併せて示す。

表１の計算例Ｎｏ．１～５から分かるように、外ダイアフラム３の板厚ｔ_ｄが小さい場合には、エレクトロスラグ溶接の入熱量が小さく抑えられ、溶接部５の著しい靭性低下を引き起こしにくい。これに対し、外ダイアフラム３の板厚ｔ_ｄが大きくなるにつれて、エレクトロスラグ溶接の入熱量も大きくなり、溶接部５の著しい靭性低下を引き起こしやすくなる。

次に、図４および図５に示した第二の実施形態の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造に基づく計算例Ｎｏ．３Ａ～５Ａを設定して、エレクトロスラグ溶接の入熱量を計算した。表２に、計算例Ｎｏ．３Ａ～５Ａにおける、箱形断面柱１の外径Ｄ_ｃおよびスキンプレートの板厚ｔ_ｃ、外ダイアフラム３の突出幅ｈ_ｄおよび板厚ｔ_ｄ、溶接用の孔３４、３５のルート間隔Ｇおよび幅ｗ_１、ｗ_２を示す。計算例Ｎｏ．３Ａ～５Ａは、それぞれ表１に示した計算例Ｎｏ．３～５の溶接用の孔３２の内部に隔壁３３を設けて、外ダイアフラム３の板厚方向に二つの溶接用の孔３４、３５に分割したものである。計算例Ｎｏ．３Ａにおける隔壁３３の厚さＢは１５ｍｍとし、溶接用の孔３４、３５の幅ｗ_１、ｗ_２がそれぞれ２２．５ｍｍになるものとした。計算例Ｎｏ．４Ａにおける隔壁３３の厚さＢは１５ｍｍとし、溶接用の孔３４、３５の幅ｗ_１、ｗ_２がそれぞれ３２．５ｍｍになるものとした。計算例Ｎｏ．５Ａにおける隔壁３３の厚さＢは２０ｍｍとし、溶接用の孔３４、３５の幅ｗ_１、ｗ_２がそれぞれ４０ｍｍになるものとした。

そして、計算例Ｎｏ．１～５と同様の方法で、計算例Ｎｏ．３Ａ～５Ａについて、エレクトロスラグ溶接による入熱量を計算した。この計算結果を、表２に併せて示している。

表２の計算例Ｎｏ．３Ａ～５Ａから分かるように、エレクトロスラグ溶接の溶接用の孔を隔壁３３で二つの溶接用の孔３４、３５に分割して、各溶接用の孔３４、３５にエレクトロスラグ溶接を施すことで、表１の計算例Ｎｏ．１、２と同程度まで入熱量が小さく抑えられている。つまり、エレクトロスラグ溶接の溶接用の孔を隔壁３３で二つの溶接用の孔３４、３５に分割して、各溶接用の孔３４、３５にエレクトロスラグ溶接を施すことで、溶接部５の著しい靭性低下を抑制できることが確認された。

１箱形断面柱
１１スキンプレート
２Ｈ形鋼梁
２１フランジ
２２ウェブ
３、３Ａ～３Ｃ外ダイアフラム
３１当て金
３２、３４、３５溶接用の孔
３３隔壁
ｗ_０～ｗ_２溶接用の孔の幅
５溶接部
Ｄ_ｃ箱形断面柱の外径
ｔ_ｃスキンプレートの板厚
ｔ_ｄ外ダイアフラムの板厚
ｈ_ｄ外ダイアフラムの突出幅
Ｇルート間隔
Ｂ隔壁の厚さ
８１箱形断面柱
８１１スキンプレート
８２Ｈ形鋼梁
８２１フランジ
８３外ダイアフラム
８３ｈ外ダイアフラムの突出幅
８４内ダイアフラム
８４Ｇルート間隔
８４１当て金
８４２溶接用の孔
８５通しダイアフラム
８６～８９溶接部

Claims

４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱に、外ダイアフラムを介してＨ形鋼梁が接合されてなる、箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合構造であって、
前記スキンプレートの表面と前記外ダイアフラムの端面との間に、当て金により囲まれた溶接用の孔が設けられ、該溶接用の孔にエレクトロスラグ溶接により溶融金属を充填して形成された溶接部により、前記箱形断面柱と前記外ダイアフラムとが接合されている、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。
前記溶接用の孔が前記外ダイアフラムの板厚方向に二つ以上の孔に分割されるように、前記溶接用の孔の内部に鋼片からなる隔壁が設けられている、請求項１に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。
前記外ダイアフラムの降伏強度が前記Ｈ形鋼梁のフランジの降伏強度よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造。
４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面柱に、外ダイアフラムを介してＨ形鋼梁を接合する、箱形断面柱とＨ形鋼梁との接合構造の製造方法であって、
前記スキンプレートの表面と前記外ダイアフラムの端面との間を当て金で囲むことにより溶接用の孔を設け、該溶接用の孔に１００～１５００ｋＪ／ｃｍの入熱量でエレクトロスラグ溶接を行うことにより溶融金属を充填して溶接部を形成することで、前記箱形断面柱と前記外ダイアフラムとを接合する、箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法。
前記溶接用の孔が前記外ダイアフラムの板厚方向に二つ以上の孔に分割されるように、前記溶接用の孔の内部に鋼片からなる隔壁を設ける、請求項４に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法。
前記外ダイアフラムの降伏強度が前記Ｈ形鋼梁のフランジの降伏強度よりも大きい、請求項４または請求項５に記載の箱形断面柱とＨ形鋼梁の接合構造の製造方法。