JP3801577B2 - 鋼管柱を使用した鉄骨構造物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば建築物の骨組みとなる鋼管柱を使用した鉄骨構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の鉄骨構造物の鋼管柱において、支柱側に対してダイヤフラムを取り付ける方式としては、たとえば通しダイヤフラム方式や内ダイヤフラム方式や外ダイヤフラム方式などが提供されている。
【０００３】
このうち通しダイヤフラム方式は、支柱が、その長さ方向において下部支柱とパネルゾーン用のコラムと上部支柱とに切断（分断）されている。すなわち、柱応力の一番大きくなる位置で、上下の２箇所が切断されたのち、上下のダイヤフラムを介在しての溶接になるために、時間と費用の面で問題となる。
【０００４】
また内ダイヤフラム方式は、支柱が、その長さ方向において下部支柱と上部支柱とに切断（分断）されている。この場合も、柱応力の一番大きくなる位置で１箇所が切断されたのち、上下のダイヤフラムの溶接になるために、強度面で問題となる。さらに、溶接完了後の検査や手直しが困難となる。
【０００５】
そして外ダイヤフラム方式は、支柱外部の構造物が大型、重量大となり、精度も荒くなり、しかも溶接長さが長いものとなる。
これらを解決するものとして、所定の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管よりも板厚が厚くかつ梁材連結部を形成する長さの短尺鋼管とからなり、これら長尺鋼管と短尺鋼管との外周形状を同一状に形成して、短尺鋼管を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合して構成した鋼管柱が提供されている。
【０００６】
この従来構成によると、短尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合することで、この短尺鋼管によって梁材連結部を形成でき、その際に二箇所の溶接でよいことから、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、以て全体を簡略化して経済的となり、かつ溶接歪などが生じ難いものにできる。また長尺鋼管と短尺鋼管とは、その外周形状を同一状として相当接間を長さ方向で溶接結合することで、その溶接結合は十分に強固にかつ綺麗に行うことができる。さらに梁材連結部は、短尺鋼管の予め厚い板厚によって十分な強度を確保でき、梁材の溶接結合は何ら支障なく行うことができる（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０３６６１号公報（第１−２頁、第１図、第２図、第１４図、第１５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来構成によると、短尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合する際に、周方向や横方向において位置ずれなどが生じないように慎重に作業しなければならない。またフラツトバーなどをセットする作業も面倒となる。さらに、建築現場において、短尺鋼管の外面に梁材を溶接結合する作業は複雑かつ面倒となる。
【０００９】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、パネルゾーンを形成するための溶接作業を容易にかつ安定して強固に行え、しかも建築現場における梁材の結合作業を簡単かつ容易に行える鋼管柱を使用した鉄骨構造物を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の鋼管柱を使用した鉄骨構造物は、熱間成形した長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部に、このパネルゾーン形成部に相当する長さでかつ熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合するとともに、短尺鋼管の外面の所定箇所に取り付けプレートを溶接結合により固定することで鋼管柱を構成し、梁材は、上下一対のフランジ部とウエブ部とからなり、両フランジ部を前記鋼管柱の短尺鋼管にブラケット材を介して締結結合するとともに、ウエブ部を前記鋼管柱の取り付けプレートに締結結合したことを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項１の発明によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管における長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺鋼管の位置合わせすることと、両短尺鋼管間に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行える。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となる。このようにして構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、両短尺鋼管にそれぞれブラケット材を締結結合し、そして両ブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行える。
【００１２】
また本発明の請求項２記載の鋼管柱を使用した鉄骨構造物は、熱間成形した長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部に、このパネルゾーン形成部に相当する長さでかつ熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合するとともに、短尺鋼管の外面の所定箇所に取り付けプレートを溶接結合により固定することで鋼管柱を構成し、梁材は、上下一対のフランジ部とウエブ部とからなり、両フランジ部を前記鋼管柱の短尺鋼管にブラケット材を介して締結結合するとともに、ウエブ部を前記鋼管柱の取り付けプレートに締結結合したことを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項２の発明によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管の長さ方向に対して短尺鋼管を位置合わせすることと、短尺鋼管に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行えるとともに、短尺鋼管に対する溶接は２箇所でよいことになる。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となる。このようにして構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、短尺鋼管にブラケット材を締結結合し、そしてブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、四角形の角形鋼管を採用した状態として、図１〜図７に基づいて説明する。
【００１５】
図３、図４に示されるように、熱間成形した長尺角形鋼管（長尺鋼管の一例）１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺角形鋼管（短尺鋼管の一例）２を外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３することで、角形鋼管柱（鋼管柱の一例）５を構成し得る。なお、短尺角形鋼管２が溶接結合３される２箇所とは、梁材における一対のフランジ部が対向される部分（後述する。）とされている。
【００１６】
前記長尺角形鋼管１は所定の板厚ｔであり、そして短尺角形鋼管２は、この長尺角形鋼管１の板厚ｔに対して板厚Тを厚くしている。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される角形鋼管柱５の外寸Ｗなどにより決定されるもので、たとえば外寸Ｗが２００〜１０００ｍｍのときに板厚ｔは９〜７０ｍｍである。また短尺角形鋼管２の板厚Ｔは５０〜１５０ｍｍとされ、そして長さ（高さ）ｌは４０〜１２０ｍｍとされている。
【００１７】
前記長尺角形鋼管１と短尺角形鋼管２とは、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１における四隅（コーナ部）の外周曲率半径１ｒと、厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２における四隅（コーナ部）の内周曲率半径２ｒとが同一状に形成されている。
【００１８】
すなわち通常、プレス成形などにより形成された角形鋼管においては、薄い板厚の角形鋼管におけるコーナ部の曲率半径に対して、厚い板厚の角形鋼管におけるコーナ部の曲率半径は大であり、そのコーナ部の形状は異なっている。したがって、薄い板厚の角形鋼管に厚い板厚の角形鋼管を外嵌させて溶接結合する場合、すなわち、薄い板厚の角形鋼管におけるコーナ外周面に厚い板厚の角形鋼管におけるコーナ内周面を当接させた状態で溶接結合する場合、薄い板厚の角形鋼管における平板部外面と厚い板厚の角形鋼管における平板部内面との間に隙間が生じて、溶接結合は好適に行えない（図５のＺ部参照。）。
【００１９】
これに対して第１の実施の形態では、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１における外周曲率半径１ｒと厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２における内周曲率半径２ｒとを同一状に形成するために、図６に示されるように、薄い板厚ｔでかつコーナ部が大きい外周曲率半径２１Ｒの半成形長尺角形鋼管（原鋼管）２１に対して熱間成形を行うとともに、厚い板厚Ｔでかつコーナ部が大きい内周曲率半径２２Ｒの半成形角形鋼管（原鋼管）２２に対して熱間成形を行う。
【００２０】
すなわち図５に示されるように、所定の長さＬの半成形長尺角形鋼管２１や、適宜の長さＬ１の半成形角形鋼管２２が、共通または別個の加熱手段（加熱炉など）２５において所定温度（Ａ３変態点の近辺で、たとえば８５０℃〜１０５０℃）に加熱される。
【００２１】
そして、加熱された半成形長尺角形鋼管２１は、図６に示されるように、成形手段（成形ロール装置など）２６において熱間成形され、その後に放冷などすることで、所定の外寸Ｗでかつ四隅（コーナ部）を所定の外周曲率半径１ｒとした長尺角形鋼管１とし得る。また、加熱された半成形角形鋼管２２は、成形手段（成形ロール装置など）２７において熱間成形され、その後に放冷などすることで、四隅（コーナ部）を所定の内周曲率半径２ｒとした成形角形鋼管２２Ａとし得る。
【００２２】
そして図７に示されるように、成形角形鋼管２２Ａを切断手段２８によって輪切り状に切断することで、四隅（コーナ部）を所定の内周曲率半径２ｒとしかつ所定の長さｌの短尺角形鋼管２とし得る。
【００２３】
その後に長尺角形鋼管１に短尺角形鋼管２を外嵌し、この短尺角形鋼管２をパネルゾーン形成部の２箇所に位置させたのち溶接結合３することで、図３、図４に示されるように、短尺角形鋼管２を梁材連結位置として角形鋼管柱５を構成し得る。そして、両短尺角形鋼管２間において長尺角形鋼管１の外面の所定箇所には、取り付けプレート６が溶接結合７により固定されている。なお、取り付けプレート６の外端側には複数のボルト孔６ａが形成されている。また所定の複数箇所には、短尺角形鋼管２から長尺角形鋼管１に亘っての貫通孔８がドリルなどにより形成されている。
【００２４】
このような角形鋼管柱５は、所定本数が建築現場などに運搬され、そして図１、図２に示されるように、梁材連結部を形成する一対の短尺角形鋼管２の外面間に、梁材１０がブラケット材１２を介して締結結合される。すなわち梁材１０は、上下一対のフランジ部１０Ａとウエブ部１０Ｂとからなり、このウエブ部１０Ｂの遊端には、前記取り付けプレート６側のボルト孔６ａ群に連通自在なボルト孔１０ｂ群が形成され、さらに両フランジ部１０Ａの遊端にも、それぞれ複数のボルト孔１０ａが形成されている。
【００２５】
前記ブラケット材１２は、フランジ部１２Ａと、このフランジ部１２Ａの中間部分から直角状に連設されるウエブ部１２Ｂとにより横向きТ型材状に形成されている。そしてフランジ部１２Ａの両端側には、前記貫通孔８群に連通自在なボルト孔１２ａ群が形成され、さらにウエブ部１２Ｂの遊端には、フランジ部１０Ａのボルト孔１０ａ群に連通自在なボルト孔１２ｂ群が形成されている。
【００２６】
したがって建築現場において、角形鋼管柱５側の貫通孔８群にブラケット材１２側のボルト孔１２ａ群を連通させた状態で、ボルト孔１２ａから貫通孔８へとワンサイドボルト１３をねじ込むことで、角形鋼管柱５における両短尺角形鋼管２の所定箇所に、それぞれブラケット材１２を締結結合し得る。
【００２７】
そして、上下一対のブラケット材１２に対して梁材１０の端部が位置され、ボルト孔１０ａ群をボルト孔１２ｂ群に連通させた状態で、ボルト・ナット（締結具の一例）１４を締結作用させることで、両ブラケット材１２間に亘って梁材１０を締結結合し得る。これと同時に、ボルト孔１０ｂ群を取り付けプレート６側のボルト孔６ａ群に連通させた状態で、ボルト・ナット（締結具の一例）１１を締結作用させることで、角形鋼管柱５側に対する梁材１０の連結をより強固に行える。
【００２８】
なお角形鋼管柱５は、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得、したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５を使用した鉄骨構造物によると、長尺角形鋼管１におけるパネルゾーン形成部に、熱間成形した短尺角形鋼管２を外嵌して溶接結合３することにより角形鋼管柱５を構成したことによって、溶接結合３する際のセット作業は、長尺角形鋼管１の長さ方向に対する短尺角形鋼管２の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。
【００２９】
また短尺角形鋼管２の熱間成形によって、長尺角形鋼管１の外周面形状に対して短尺角形鋼管２の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺角形鋼管１の外周面と短尺角形鋼管２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行えるとともに、溶接結合３を十分に強固に行え、以てパネルゾーンを有する角形鋼管柱５を容易に構成し得る。そして、角形鋼管柱５の短尺角形鋼管２側に梁材１０を、ブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００３０】
さらに、熱間成形した短尺角形鋼管２を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、角形鋼管柱５を高品質化し得る。なお、短尺角形鋼管２を熱間成形することで、その全長において各コーナ部の内周曲率半径２ｒを揃えることができ、しかも平板部とコーナ部とを均質化し得る。
【００３１】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５を使用した鉄骨構造物によると、パネルゾーン形成部の２箇所に熱間成形した短尺角形鋼管２を外嵌して溶接結合３することで角形鋼管柱５を構成し、この角形鋼管柱５の両短尺角形鋼管２にブラケット材１２を締結結合するとともに、両ブラケット材１２間に亘って梁材１０を締結結合したことによって、溶接結合３する際のセット作業は、長尺角形鋼管１の長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺角形鋼管２を位置合わせするのみであることから、容易に迅速に行え、そして角形鋼管柱５の両短尺角形鋼管２間に梁材１０を、それぞれブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００３２】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、熱間成形した長尺角形鋼管１を使用することによって、長尺角形鋼管１の外周面形状と短尺角形鋼管２の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
【００３３】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、長尺角形鋼管１の板厚ｔに対して短尺角形鋼管２の板厚Ｔを厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺角形鋼管２の厚い板厚Ｔによって強固に形成して十分な強度を確保し得、以て梁材１０の締結結合は何ら支障なく行える。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図８、図９に基づいて説明する。
すなわち、熱間成形した長尺丸形鋼管（長尺鋼管の一例）３１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺丸形鋼管（短尺鋼管の一例）３２を外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３３することで、丸形鋼管柱（鋼管柱の一例）３５を構成し得る。なお、短尺丸形鋼管３２が溶接結合３３される２箇所とは、梁材における一対のフランジ部が対向される部分（後述する。）とされている。
【００３６】
前記長尺丸形鋼管３１は所定の板厚ｔであり、そして短尺丸形鋼管３２は、この長尺丸形鋼管３１の板厚ｔに対して板厚Тを厚くしている。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される丸形鋼管柱３５の外寸などにより決定されるもので、たとえば外寸が２００〜１０００ｍｍのときに板厚ｔは９〜７０ｍｍである。また短尺丸形鋼管３２の板厚Ｔは５０〜１５０ｍｍとされ、そして長さ（高さ）ｌは４０〜１２０ｍｍとされている。
【００３７】
前記長尺丸形鋼管３１と短尺丸形鋼管３２とは、それぞれ熱間成形によって、薄い板厚ｔの長尺丸形鋼管３１における外寸（外径）Ｄと、厚い板厚Ｔの短尺丸形鋼管３２における内寸（内径）ｄとが同一状に形成されている。そして第１の実施の形態と同様にして、ブラケット材１２を介して梁材１０が締結結合される。ここでブラケット材１２のフランジ部１２Ａは、短尺丸形鋼管３２の外周円弧面に沿うように円弧状に形成されている。
【００３８】
なお丸形鋼管柱３５は、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得、したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。そして、長尺丸形鋼管３１や短尺丸形鋼管３２の加熱、熱間成形は、成形手段のロール形状や配置などを考慮した状態で、上述した第１の実施の形態と同様にして行われる。
【００３９】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５を使用した鉄骨構造物によると、長尺丸形鋼管３１におけるパネルゾーン形成部に、熱間成形した短尺丸形鋼管３２を外嵌して溶接結合３３することにより丸形鋼管柱３５を構成したことによって、溶接結合３３する際のセット作業は、長尺丸形鋼管３１の長さ方向に対する短尺丸形鋼管３２の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。
【００４０】
また短尺丸形鋼管３２の熱間成形によって、長尺丸形鋼管３１の外周面形状に対して短尺丸形鋼管３２の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺丸形鋼管３１の外周面と短尺丸形鋼管３２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行えるとともに、溶接結合３３を十分に強固に行え、以てパネルゾーンを有する丸形鋼管柱３５を容易に構成し得る。そして、丸形鋼管柱３５の短尺丸形鋼管３２側に梁材１０を、ブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００４１】
さらに、熱間成形した短尺丸形鋼管３２を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、丸形鋼管柱３５を高品質化し得る。
【００４２】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５を使用した鉄骨構造物によると、パネルゾーン形成部の２箇所に熱間成形した短尺丸形鋼管３２を外嵌して溶接結合３３することで丸形鋼管柱３５を構成し、この丸形鋼管柱３５の両短尺丸形鋼管３２にブラケット材１２を締結結合するとともに、両ブラケット材１２間に亘って梁材１０を締結結合したことによって、溶接結合３３する際のセット作業は、長尺丸形鋼管３１の長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺丸形鋼管３２を位置合わせするのみであることから、容易に迅速に行え、そして丸形鋼管柱３５の両短尺丸形鋼管３２間に梁材１０を、それぞれブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００４３】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５によると、熱間成形した長尺丸形鋼管３１を使用することによって、長尺丸形鋼管３１の外周面形状と短尺丸形鋼管３２の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
【００４４】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５によると、長尺丸形鋼管３１の板厚ｔに対して短尺丸形鋼管３２の板厚Ｔを厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺丸形鋼管３２の厚い板厚Ｔによって強固に形成して十分な強度を確保し得、以て梁材１０の締結結合は何ら支障なく行える。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図１０に基づいて説明する。
すなわち、熱間成形した長尺角形鋼管（長尺鋼管の一例）１におけるパネルゾーン形成部の箇所に、このパネルゾーン形成部に相当する長さｌ１でかつ熱間成形した短尺角形鋼管（短尺鋼管の一例）２Ａを外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３することで、角形鋼管柱（鋼管柱の一例）５Ａを構成し得る。そして第１の実施の形態と同様にして、ブラケット材１２を介して梁材１０が締結結合される。ここでブラケット材１２は、共通の短尺角形鋼管２Ａにおける上下２箇所（所定の２箇所）に締結結合される。
【００４７】
この第３の実施の形態によると、第１の実施の形態に比べて少し長い短尺角形鋼管２Ａを使用することでコストアップになるが、反面、溶接結合３の箇所が４箇所から２箇所に減少することでコストダウンとなる。
【００４８】
なお、第３の実施の形態に示す共通の短尺角形鋼管２Ａを採用する形式は、上述した第２の実施の形態に示す丸形鋼管柱の形式にも採用し得るものである。
上記した第１、第３の実施の形態において、角形鋼管としては、たとえば、ロール成形によるワンシーム角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ形材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の圧延みぞ形材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延山形材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム角形鋼管、四面ボックス、シームレス角形鋼管など、いずれも既製の角形鋼管が適宜に使用される。
【００４９】
上記した第１、第３の実施の形態では、角形鋼管として断面で正四角形状のものを採用しているが、これは断面で長方形の角形鋼管も同様に採用し得るものである。さらには、正五角形や正六角形など、各種の多角形の角形鋼管にも同様に採用し得るものである。
【００５０】
上記した第２の実施の形態において、丸形鋼管としては、ワンシーム丸形鋼管、ツーシーム丸形鋼管、シームレス丸形鋼管など、いずれも既製の丸形鋼管が適宜に使用される。
【００５１】
上記した各実施の形態では、炭酸ガスアーク溶接機やミグアーク溶接機による溶接であり、これによると、短時間で高品質の溶接を行うことができる。なお、レーザなど他の溶接方式であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管における長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺鋼管の位置合わせすることと、両短尺鋼管間に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行うことができる。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にでき、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行うことができるとともに、溶接結合を十分に強固に行うことができ、以てパネルゾーンを容易に形成できる。そして、構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、両短尺鋼管にそれぞれブラケット材を締結結合し、そして両ブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行うことができる。
【００５３】
その際に短尺鋼管は熱間成形によって、たとえば鍛造成形に比べて、容易にかつ安価に得ることができる。さらに、熱間成形した短尺鋼管を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、鋼管柱を高品質化できる。
【００５４】
また上記した本発明の請求項２によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管の長さ方向に対して短尺鋼管を位置合わせすることと、短尺鋼管に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行うことができるとともに、短尺鋼管に対する溶接は２箇所でよいことになってコストダウンできる。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にでき、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行うことができるとともに、溶接結合を十分に強固に行うことができ、以てパネルゾーンを容易に形成できる。そして、構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、短尺鋼管にブラケット材を締結結合し、そしてブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行うことができる。
その際に短尺鋼管は熱間成形によって、たとえば鍛造成形に比べて、容易にかつ安価に得ることができる。さらに、熱間成形した短尺鋼管を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、鋼管柱を高品質化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の一部切り欠き正面図である。
【図２】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の横断平面図である。
【図３】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における角形鋼管柱の要部の一部切り欠き正面図である。
【図４】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における角形鋼管柱の平面図である。
【図５】同鉄骨構造物に使用する角形鋼管の製造において、加熱工程の説明図である。
【図６】同鉄骨構造物に使用する角形鋼管の製造において、熱間成形工程の説明図である。
【図７】同鉄骨構造物に使用する角形鋼管の製造において、切断工程の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示し、鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の一部切り欠き正面図である。
【図９】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の横断平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示し、鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の一部切り欠き正面図である。
【符号の説明】
１ 長尺角形鋼管（長尺鋼管）
１ｒ 外周曲率半径
２ 短尺角形鋼管（短尺鋼管）
２Ａ 短尺角形鋼管（短尺鋼管）
２ｒ 内周曲率半径
３ 溶接結合
５ 角形鋼管柱（鋼管柱）
５Ａ 角形鋼管柱（鋼管柱）
６ 取り付けプレート
６ａ ボルト孔
８ 貫通孔
１０ 梁材
１０ａ ボルト孔
１０ｂ ボルト孔
１１ ボルト・ナット（締結具）
１２ ブラケット材
１２ａ ボルト孔
１２ｂ ボルト孔
１３ ワンサイドボルト
１４ ボルト・ナット（締結具）
２１ 半成形長尺角形鋼管（原鋼管）
２２ 半成形角形鋼管（原鋼管）
２２Ａ 成形角形鋼管
２５ 加熱手段（加熱炉）
２６ 成形手段（成形ロール装置）
２７ 成形手段（成形ロール装置）
２８ 切断手段
３１ 長尺丸形鋼管（長尺鋼管）
３２ 短尺丸形鋼管（短尺鋼管）
３３ 溶接結合
３５ 丸形鋼管柱（鋼管柱）
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば建築物の骨組みとなる鋼管柱を使用した鉄骨構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の鉄骨構造物の鋼管柱において、支柱側に対してダイヤフラムを取り付ける方式としては、たとえば通しダイヤフラム方式や内ダイヤフラム方式や外ダイヤフラム方式などが提供されている。
【０００３】
このうち通しダイヤフラム方式は、支柱が、その長さ方向において下部支柱とパネルゾーン用のコラムと上部支柱とに切断（分断）されている。すなわち、柱応力の一番大きくなる位置で、上下の２箇所が切断されたのち、上下のダイヤフラムを介在しての溶接になるために、時間と費用の面で問題となる。
【０００４】
また内ダイヤフラム方式は、支柱が、その長さ方向において下部支柱と上部支柱とに切断（分断）されている。この場合も、柱応力の一番大きくなる位置で１箇所が切断されたのち、上下のダイヤフラムの溶接になるために、強度面で問題となる。さらに、溶接完了後の検査や手直しが困難となる。
【０００５】
そして外ダイヤフラム方式は、支柱外部の構造物が大型、重量大となり、精度も荒くなり、しかも溶接長さが長いものとなる。
これらを解決するものとして、所定の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管よりも板厚が厚くかつ梁材連結部を形成する長さの短尺鋼管とからなり、これら長尺鋼管と短尺鋼管との外周形状を同一状に形成して、短尺鋼管を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合して構成した鋼管柱が提供されている。
【０００６】
この従来構成によると、短尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合することで、この短尺鋼管によって梁材連結部を形成でき、その際に二箇所の溶接でよいことから、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、以て全体を簡略化して経済的となり、かつ溶接歪などが生じ難いものにできる。また長尺鋼管と短尺鋼管とは、その外周形状を同一状として相当接間を長さ方向で溶接結合することで、その溶接結合は十分に強固にかつ綺麗に行うことができる。さらに梁材連結部は、短尺鋼管の予め厚い板厚によって十分な強度を確保でき、梁材の溶接結合は何ら支障なく行うことができる（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０３６６１号公報（第１−２頁、第１図、第２図、第１４図、第１５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来構成によると、短尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合する際に、周方向や横方向において位置ずれなどが生じないように慎重に作業しなければならない。またフラツトバーなどをセットする作業も面倒となる。さらに、建築現場において、短尺鋼管の外面に梁材を溶接結合する作業は複雑かつ面倒となる。
【０００９】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、パネルゾーンを形成するための溶接作業を容易にかつ安定して強固に行え、しかも建築現場における梁材の結合作業を簡単かつ容易に行える鋼管柱を使用した鉄骨構造物を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の鋼管柱を使用した鉄骨構造物は、熱間成形した長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部に、このパネルゾーン形成部に相当する長さでかつ熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合するとともに、短尺鋼管の外面の所定箇所に取り付けプレートを溶接結合により固定することで鋼管柱を構成し、梁材は、上下一対のフランジ部とウエブ部とからなり、両フランジ部を前記鋼管柱の短尺鋼管にブラケット材を介して締結結合するとともに、ウエブ部を前記鋼管柱の取り付けプレートに締結結合したことを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項１の発明によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管における長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺鋼管の位置合わせすることと、両短尺鋼管間に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行える。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となる。このようにして構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、両短尺鋼管にそれぞれブラケット材を締結結合し、そして両ブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行える。
【００１２】
また本発明の請求項２記載の鋼管柱を使用した鉄骨構造物は、熱間成形した長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部に、このパネルゾーン形成部に相当する長さでかつ熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合するとともに、短尺鋼管の外面の所定箇所に取り付けプレートを溶接結合により固定することで鋼管柱を構成し、梁材は、上下一対のフランジ部とウエブ部とからなり、両フランジ部を前記鋼管柱の短尺鋼管にブラケット材を介して締結結合するとともに、ウエブ部を前記鋼管柱の取り付けプレートに締結結合したことを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項２の発明によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管の長さ方向に対して短尺鋼管を位置合わせすることと、短尺鋼管に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行えるとともに、短尺鋼管に対する溶接は２箇所でよいことになる。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となる。このようにして構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、短尺鋼管にブラケット材を締結結合し、そしてブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、四角形の角形鋼管を採用した状態として、図１〜図７に基づいて説明する。
【００１５】
図３、図４に示されるように、熱間成形した長尺角形鋼管（長尺鋼管の一例）１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺角形鋼管（短尺鋼管の一例）２を外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３することで、角形鋼管柱（鋼管柱の一例）５を構成し得る。なお、短尺角形鋼管２が溶接結合３される２箇所とは、梁材における一対のフランジ部が対向される部分（後述する。）とされている。
【００１６】
前記長尺角形鋼管１は所定の板厚ｔであり、そして短尺角形鋼管２は、この長尺角形鋼管１の板厚ｔに対して板厚Тを厚くしている。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される角形鋼管柱５の外寸Ｗなどにより決定されるもので、たとえば外寸Ｗが２００〜１０００ｍｍのときに板厚ｔは９〜７０ｍｍである。また短尺角形鋼管２の板厚Ｔは５０〜１５０ｍｍとされ、そして長さ（高さ）ｌは４０〜１２０ｍｍとされている。
【００１７】
前記長尺角形鋼管１と短尺角形鋼管２とは、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１における四隅（コーナ部）の外周曲率半径１ｒと、厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２における四隅（コーナ部）の内周曲率半径２ｒとが同一状に形成されている。
【００１８】
すなわち通常、プレス成形などにより形成された角形鋼管においては、薄い板厚の角形鋼管におけるコーナ部の曲率半径に対して、厚い板厚の角形鋼管におけるコーナ部の曲率半径は大であり、そのコーナ部の形状は異なっている。したがって、薄い板厚の角形鋼管に厚い板厚の角形鋼管を外嵌させて溶接結合する場合、すなわち、薄い板厚の角形鋼管におけるコーナ外周面に厚い板厚の角形鋼管におけるコーナ内周面を当接させた状態で溶接結合する場合、薄い板厚の角形鋼管における平板部外面と厚い板厚の角形鋼管における平板部内面との間に隙間が生じて、溶接結合は好適に行えない（図５のＺ部参照。）。
【００１９】
これに対して第１の実施の形態では、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１における外周曲率半径１ｒと厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２における内周曲率半径２ｒとを同一状に形成するために、図６に示されるように、薄い板厚ｔでかつコーナ部が大きい外周曲率半径２１Ｒの半成形長尺角形鋼管（原鋼管）２１に対して熱間成形を行うとともに、厚い板厚Ｔでかつコーナ部が大きい内周曲率半径２２Ｒの半成形角形鋼管（原鋼管）２２に対して熱間成形を行う。
【００２０】
すなわち図５に示されるように、所定の長さＬの半成形長尺角形鋼管２１や、適宜の長さＬ１の半成形角形鋼管２２が、共通または別個の加熱手段（加熱炉など）２５において所定温度（Ａ３変態点の近辺で、たとえば８５０℃〜１０５０℃）に加熱される。
【００２１】
そして、加熱された半成形長尺角形鋼管２１は、図６に示されるように、成形手段（成形ロール装置など）２６において熱間成形され、その後に放冷などすることで、所定の外寸Ｗでかつ四隅（コーナ部）を所定の外周曲率半径１ｒとした長尺角形鋼管１とし得る。また、加熱された半成形角形鋼管２２は、成形手段（成形ロール装置など）２７において熱間成形され、その後に放冷などすることで、四隅（コーナ部）を所定の内周曲率半径２ｒとした成形角形鋼管２２Ａとし得る。
【００２２】
そして図７に示されるように、成形角形鋼管２２Ａを切断手段２８によって輪切り状に切断することで、四隅（コーナ部）を所定の内周曲率半径２ｒとしかつ所定の長さｌの短尺角形鋼管２とし得る。
【００２３】
その後に長尺角形鋼管１に短尺角形鋼管２を外嵌し、この短尺角形鋼管２をパネルゾーン形成部の２箇所に位置させたのち溶接結合３することで、図３、図４に示されるように、短尺角形鋼管２を梁材連結位置として角形鋼管柱５を構成し得る。そして、両短尺角形鋼管２間において長尺角形鋼管１の外面の所定箇所には、取り付けプレート６が溶接結合７により固定されている。なお、取り付けプレート６の外端側には複数のボルト孔６ａが形成されている。また所定の複数箇所には、短尺角形鋼管２から長尺角形鋼管１に亘っての貫通孔８がドリルなどにより形成されている。
【００２４】
このような角形鋼管柱５は、所定本数が建築現場などに運搬され、そして図１、図２に示されるように、梁材連結部を形成する一対の短尺角形鋼管２の外面間に、梁材１０がブラケット材１２を介して締結結合される。すなわち梁材１０は、上下一対のフランジ部１０Ａとウエブ部１０Ｂとからなり、このウエブ部１０Ｂの遊端には、前記取り付けプレート６側のボルト孔６ａ群に連通自在なボルト孔１０ｂ群が形成され、さらに両フランジ部１０Ａの遊端にも、それぞれ複数のボルト孔１０ａが形成されている。
【００２５】
前記ブラケット材１２は、フランジ部１２Ａと、このフランジ部１２Ａの中間部分から直角状に連設されるウエブ部１２Ｂとにより横向きТ型材状に形成されている。そしてフランジ部１２Ａの両端側には、前記貫通孔８群に連通自在なボルト孔１２ａ群が形成され、さらにウエブ部１２Ｂの遊端には、フランジ部１０Ａのボルト孔１０ａ群に連通自在なボルト孔１２ｂ群が形成されている。
【００２６】
したがって建築現場において、角形鋼管柱５側の貫通孔８群にブラケット材１２側のボルト孔１２ａ群を連通させた状態で、ボルト孔１２ａから貫通孔８へとワンサイドボルト１３をねじ込むことで、角形鋼管柱５における両短尺角形鋼管２の所定箇所に、それぞれブラケット材１２を締結結合し得る。
【００２７】
そして、上下一対のブラケット材１２に対して梁材１０の端部が位置され、ボルト孔１０ａ群をボルト孔１２ｂ群に連通させた状態で、ボルト・ナット（締結具の一例）１４を締結作用させることで、両ブラケット材１２間に亘って梁材１０を締結結合し得る。これと同時に、ボルト孔１０ｂ群を取り付けプレート６側のボルト孔６ａ群に連通させた状態で、ボルト・ナット（締結具の一例）１１を締結作用させることで、角形鋼管柱５側に対する梁材１０の連結をより強固に行える。
【００２８】
なお角形鋼管柱５は、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得、したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５を使用した鉄骨構造物によると、長尺角形鋼管１におけるパネルゾーン形成部に、熱間成形した短尺角形鋼管２を外嵌して溶接結合３することにより角形鋼管柱５を構成したことによって、溶接結合３する際のセット作業は、長尺角形鋼管１の長さ方向に対する短尺角形鋼管２の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。
【００２９】
また短尺角形鋼管２の熱間成形によって、長尺角形鋼管１の外周面形状に対して短尺角形鋼管２の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺角形鋼管１の外周面と短尺角形鋼管２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行えるとともに、溶接結合３を十分に強固に行え、以てパネルゾーンを有する角形鋼管柱５を容易に構成し得る。そして、角形鋼管柱５の短尺角形鋼管２側に梁材１０を、ブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００３０】
さらに、熱間成形した短尺角形鋼管２を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、角形鋼管柱５を高品質化し得る。なお、短尺角形鋼管２を熱間成形することで、その全長において各コーナ部の内周曲率半径２ｒを揃えることができ、しかも平板部とコーナ部とを均質化し得る。
【００３１】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５を使用した鉄骨構造物によると、パネルゾーン形成部の２箇所に熱間成形した短尺角形鋼管２を外嵌して溶接結合３することで角形鋼管柱５を構成し、この角形鋼管柱５の両短尺角形鋼管２にブラケット材１２を締結結合するとともに、両ブラケット材１２間に亘って梁材１０を締結結合したことによって、溶接結合３する際のセット作業は、長尺角形鋼管１の長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺角形鋼管２を位置合わせするのみであることから、容易に迅速に行え、そして角形鋼管柱５の両短尺角形鋼管２間に梁材１０を、それぞれブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００３２】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、熱間成形した長尺角形鋼管１を使用することによって、長尺角形鋼管１の外周面形状と短尺角形鋼管２の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
【００３３】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、長尺角形鋼管１の板厚ｔに対して短尺角形鋼管２の板厚Ｔを厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺角形鋼管２の厚い板厚Ｔによって強固に形成して十分な強度を確保し得、以て梁材１０の締結結合は何ら支障なく行える。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図８、図９に基づいて説明する。
すなわち、熱間成形した長尺丸形鋼管（長尺鋼管の一例）３１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺丸形鋼管（短尺鋼管の一例）３２を外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３３することで、丸形鋼管柱（鋼管柱の一例）３５を構成し得る。なお、短尺丸形鋼管３２が溶接結合３３される２箇所とは、梁材における一対のフランジ部が対向される部分（後述する。）とされている。
【００３６】
前記長尺丸形鋼管３１は所定の板厚ｔであり、そして短尺丸形鋼管３２は、この長尺丸形鋼管３１の板厚ｔに対して板厚Тを厚くしている。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される丸形鋼管柱３５の外寸などにより決定されるもので、たとえば外寸が２００〜１０００ｍｍのときに板厚ｔは９〜７０ｍｍである。また短尺丸形鋼管３２の板厚Ｔは５０〜１５０ｍｍとされ、そして長さ（高さ）ｌは４０〜１２０ｍｍとされている。
【００３７】
前記長尺丸形鋼管３１と短尺丸形鋼管３２とは、それぞれ熱間成形によって、薄い板厚ｔの長尺丸形鋼管３１における外寸（外径）Ｄと、厚い板厚Ｔの短尺丸形鋼管３２における内寸（内径）ｄとが同一状に形成されている。そして第１の実施の形態と同様にして、ブラケット材１２を介して梁材１０が締結結合される。ここでブラケット材１２のフランジ部１２Ａは、短尺丸形鋼管３２の外周円弧面に沿うように円弧状に形成されている。
【００３８】
なお丸形鋼管柱３５は、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得、したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。そして、長尺丸形鋼管３１や短尺丸形鋼管３２の加熱、熱間成形は、成形手段のロール形状や配置などを考慮した状態で、上述した第１の実施の形態と同様にして行われる。
【００３９】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５を使用した鉄骨構造物によると、長尺丸形鋼管３１におけるパネルゾーン形成部に、熱間成形した短尺丸形鋼管３２を外嵌して溶接結合３３することにより丸形鋼管柱３５を構成したことによって、溶接結合３３する際のセット作業は、長尺丸形鋼管３１の長さ方向に対する短尺丸形鋼管３２の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。
【００４０】
また短尺丸形鋼管３２の熱間成形によって、長尺丸形鋼管３１の外周面形状に対して短尺丸形鋼管３２の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺丸形鋼管３１の外周面と短尺丸形鋼管３２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行えるとともに、溶接結合３３を十分に強固に行え、以てパネルゾーンを有する丸形鋼管柱３５を容易に構成し得る。そして、丸形鋼管柱３５の短尺丸形鋼管３２側に梁材１０を、ブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００４１】
さらに、熱間成形した短尺丸形鋼管３２を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、丸形鋼管柱３５を高品質化し得る。
【００４２】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５を使用した鉄骨構造物によると、パネルゾーン形成部の２箇所に熱間成形した短尺丸形鋼管３２を外嵌して溶接結合３３することで丸形鋼管柱３５を構成し、この丸形鋼管柱３５の両短尺丸形鋼管３２にブラケット材１２を締結結合するとともに、両ブラケット材１２間に亘って梁材１０を締結結合したことによって、溶接結合３３する際のセット作業は、長尺丸形鋼管３１の長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺丸形鋼管３２を位置合わせするのみであることから、容易に迅速に行え、そして丸形鋼管柱３５の両短尺丸形鋼管３２間に梁材１０を、それぞれブラケット材１２を介して締結結合することによって、建築現場における梁材１０の結合作業を簡単かつ容易に行える。
【００４３】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５によると、熱間成形した長尺丸形鋼管３１を使用することによって、長尺丸形鋼管３１の外周面形状と短尺丸形鋼管３２の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
【００４４】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱３５によると、長尺丸形鋼管３１の板厚ｔに対して短尺丸形鋼管３２の板厚Ｔを厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺丸形鋼管３２の厚い板厚Ｔによって強固に形成して十分な強度を確保し得、以て梁材１０の締結結合は何ら支障なく行える。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図１０に基づいて説明する。
すなわち、熱間成形した長尺角形鋼管（長尺鋼管の一例）１におけるパネルゾーン形成部の箇所に、このパネルゾーン形成部に相当する長さｌ１でかつ熱間成形した短尺角形鋼管（短尺鋼管の一例）２Ａを外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３することで、角形鋼管柱（鋼管柱の一例）５Ａを構成し得る。そして第１の実施の形態と同様にして、ブラケット材１２を介して梁材１０が締結結合される。ここでブラケット材１２は、共通の短尺角形鋼管２Ａにおける上下２箇所（所定の２箇所）に締結結合される。
【００４７】
この第３の実施の形態によると、第１の実施の形態に比べて少し長い短尺角形鋼管２Ａを使用することでコストアップになるが、反面、溶接結合３の箇所が４箇所から２箇所に減少することでコストダウンとなる。
【００４８】
なお、第３の実施の形態に示す共通の短尺角形鋼管２Ａを採用する形式は、上述した第２の実施の形態に示す丸形鋼管柱の形式にも採用し得るものである。
上記した第１、第３の実施の形態において、角形鋼管としては、たとえば、ロール成形によるワンシーム角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ形材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の圧延みぞ形材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延山形材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム角形鋼管、四面ボックス、シームレス角形鋼管など、いずれも既製の角形鋼管が適宜に使用される。
【００４９】
上記した第１、第３の実施の形態では、角形鋼管として断面で正四角形状のものを採用しているが、これは断面で長方形の角形鋼管も同様に採用し得るものである。さらには、正五角形や正六角形など、各種の多角形の角形鋼管にも同様に採用し得るものである。
【００５０】
上記した第２の実施の形態において、丸形鋼管としては、ワンシーム丸形鋼管、ツーシーム丸形鋼管、シームレス丸形鋼管など、いずれも既製の丸形鋼管が適宜に使用される。
【００５１】
上記した各実施の形態では、炭酸ガスアーク溶接機やミグアーク溶接機による溶接であり、これによると、短時間で高品質の溶接を行うことができる。なお、レーザなど他の溶接方式であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管における長さ方向の２箇所に対してそれぞれ短尺鋼管の位置合わせすることと、両短尺鋼管間に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行うことができる。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にでき、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行うことができるとともに、溶接結合を十分に強固に行うことができ、以てパネルゾーンを容易に形成できる。そして、構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、両短尺鋼管にそれぞれブラケット材を締結結合し、そして両ブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行うことができる。
【００５３】
その際に短尺鋼管は熱間成形によって、たとえば鍛造成形に比べて、容易にかつ安価に得ることができる。さらに、熱間成形した短尺鋼管を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、鋼管柱を高品質化できる。
【００５４】
また上記した本発明の請求項２によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管の長さ方向に対して短尺鋼管を位置合わせすることと、短尺鋼管に取り付けプレートを位置させることのみであることから、容易に迅速に行うことができるとともに、短尺鋼管に対する溶接は２箇所でよいことになってコストダウンできる。また長尺鋼管と短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にでき、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行うことができるとともに、溶接結合を十分に強固に行うことができ、以てパネルゾーンを容易に形成できる。そして、構成した鋼管柱の短尺鋼管側に対する梁材の結合は、短尺鋼管にブラケット材を締結結合し、そしてブラケット材に梁材のフランジ部を締結結合することと、取り付けプレートに梁材のウエブ部を締結結合することとにより、簡単かつ容易に、しかも強固に行うことができる。
その際に短尺鋼管は熱間成形によって、たとえば鍛造成形に比べて、容易にかつ安価に得ることができる。さらに、熱間成形した短尺鋼管を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、鋼管柱を高品質化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の一部切り欠き正面図である。
【図２】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の横断平面図である。
【図３】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における角形鋼管柱の要部の一部切り欠き正面図である。
【図４】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における角形鋼管柱の平面図である。
【図５】同鉄骨構造物に使用する角形鋼管の製造において、加熱工程の説明図である。
【図６】同鉄骨構造物に使用する角形鋼管の製造において、熱間成形工程の説明図である。
【図７】同鉄骨構造物に使用する角形鋼管の製造において、切断工程の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示し、鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の一部切り欠き正面図である。
【図９】同鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の横断平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示し、鋼管柱を使用した鉄骨構造物における要部の一部切り欠き正面図である。
【符号の説明】
１ 長尺角形鋼管（長尺鋼管）
１ｒ 外周曲率半径
２ 短尺角形鋼管（短尺鋼管）
２Ａ 短尺角形鋼管（短尺鋼管）
２ｒ 内周曲率半径
３ 溶接結合
５ 角形鋼管柱（鋼管柱）
５Ａ 角形鋼管柱（鋼管柱）
６ 取り付けプレート
６ａ ボルト孔
８ 貫通孔
１０ 梁材
１０ａ ボルト孔
１０ｂ ボルト孔
１１ ボルト・ナット（締結具）
１２ ブラケット材
１２ａ ボルト孔
１２ｂ ボルト孔
１３ ワンサイドボルト
１４ ボルト・ナット（締結具）
２１ 半成形長尺角形鋼管（原鋼管）
２２ 半成形角形鋼管（原鋼管）
２２Ａ 成形角形鋼管
２５ 加熱手段（加熱炉）
２６ 成形手段（成形ロール装置）
２７ 成形手段（成形ロール装置）
２８ 切断手段
３１ 長尺丸形鋼管（長尺鋼管）
３２ 短尺丸形鋼管（短尺鋼管）
３３ 溶接結合
３５ 丸形鋼管柱（鋼管柱）
Claims (2)
- 熱間成形した長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部の２箇所に熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合するとともに、両短尺鋼管間において長尺鋼管の外面の所定箇所に取り付けプレートを溶接結合により固定することで鋼管柱を構成し、梁材は、上下一対のフランジ部とウエブ部とからなり、両フランジ部を前記鋼管柱の短尺鋼管にブラケット材を介して締結結合するとともに、ウエブ部を前記鋼管柱の取り付けプレートに締結結合したことを特徴とする鋼管柱を使用した鉄骨構造物。
- 熱間成形した長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部に、このパネルゾーン形成部に相当する長さでかつ熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合するとともに、短尺鋼管の外面の所定箇所に取り付けプレートを溶接結合により固定することで鋼管柱を構成し、梁材は、上下一対のフランジ部とウエブ部とからなり、両フランジ部を前記鋼管柱の短尺鋼管にブラケット材を介して締結結合するとともに、ウエブ部を前記鋼管柱の取り付けプレートに締結結合したことを特徴とする鋼管柱を使用した鉄骨構造物。
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| JP2003126096A JP3801577B2 (ja) | 2003-05-01 | 2003-05-01 | 鋼管柱を使用した鉄骨構造物 |
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-
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