JP3944763B2 - スチフナ付きｈ形鋼部材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラム付きＨ形鋼柱などのスチフナ付きＨ形鋼部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に構造物の柱材としては、角形断面柱が多く用いられ、その構造方式は以下の２通りに大別される。
その一つは、主に中低層構造物に用いられる方式で、図５に示すように、既製の角形鋼管２０を柱梁接合部において切断し、炭酸ガスアーク溶接などの積層溶接２２を用いて、上下の角形鋼管２０の間にダイアフラム２１を突き合わせ溶接するものである（以下、通しダイアフラム形式と呼称する）。
この方法は、簡便ではあるが、柱の応力が最大となる部位に溶接部が存在するため、柱材の構造性能が溶接部の品質に大きく左右されることが問題となっている。さらに、鋼管柱の板厚が大きくなった場合には、溶接量が増え経済性が大きく損なわれるので、一般に本方式を採用する場合には、角形鋼管の最大板厚は高々４０ｍｍ程度に限られる。
【０００３】
今ひとつは、専ら高層・超高層構造物に用いられる方式で、図６に示すように、４枚の鋼板３０を溶接で組み合わせて角形断面柱３１を形成するとともに、その角形断面の内部にダイアフラム３２を、エレクトロスラグ溶接３３で固着するものである（以下、内ダイアフラム形式と呼称する）。この内ダイアフラム形式は、例えば、特公昭５２−３６９７２号公報に開示されている。
【０００４】
構造物の柱として、上記の角形断面柱の他にＨ形鋼柱も多く用いられている。
耐力・剛性に方向性を有するなど力学特性の欠点を設計面で配慮すれば、Ｈ形鋼柱は加工工程が少なく、上記の２つの角形断面柱の場合と比較して安価に製作できる。
このＨ形鋼柱の柱梁接合部にダイアフラムを形成するには、従来、図７に示すように、Ｈ形鋼からなるＨ形鋼柱４０の内側に２枚のダイアフラム４１を挿入し、各ダイアフラム４１の３辺を、炭酸ガスアーク溶接などの積層溶接４２により、Ｈ形鋼柱４０のウェブ４０ａおよびフランジ４０ｂに固着している。
このダイアフラム付きＨ形鋼柱は、既製の部材（Ｈ形鋼）を柱材として用い製作コストを削減できる点においては、図５に示したような通しダイアフラム方式と同じ利点があり、また柱を切断せず力学特性に優れる点においては、図６に示したような４面ボックスコラムと同じ利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このダイアフラム付きＨ形鋼柱においては、梁等の部材の断面が大きくなり、ダイアフラムの板厚が大きくなった場合には、積層溶接の積層回数が増えるので、溶接工数が増加し、結果として経済性が著しく損なわれるという問題がある。
また、図２のように、接合される２つの梁の梁せいが異なる場合に、ダイアフラムが近接して配置される場合がある（この例では、下側のダイアフラム）。このような場合に、積層溶接を用いた施工法においては、品質の安定する下向き溶接を基本とするので、２つの近接するダイアフラムの内、ひとつの溶接が完了したら、柱を１８０度ひっくり返して同じ溶接姿勢を確保する必要がある。また、３枚のダイアフラムが近接する場合などに、溶接用ワイヤーが入りにくくなり、施工性が著しく阻害される欠点がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、スチフナの板厚が大きくなった場合でも、溶接の施工コストを増大させることなく、構造安全性と経済性に優れているスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、例えば本発明をダイアフラム付きＨ形鋼柱に適用した場合のように、ダイアフラム（スチフナ）を接近して取り付ける必要があるときでも、溶接施工性が低下しないスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法は、Ｈ形鋼部材のウェブおよび両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと両フランジとの間に、外周に裏当材が設けられたスチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とする。
ここで、請求項１の発明により、Ｈ形鋼部材の片側にスチフナが固着されたスチフナ付きＨ形鋼部材を製造できるだけでなく、Ｈ形鋼部材の一方側にスチフナを固着した後、他方側にもスチフナを固着することにより、Ｈ形鋼部材の両側にスチフナが固着されたスチフナ付きＨ形鋼部材を製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載のスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法は、Ｈ形鋼部材のウェブの両側および両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブに、ウェブ貫通孔を形成し、
前記Ｈ形鋼部材のウェブの両側に、前記スチフナと、スチフナの外周に設けられた裏当材と前記Ｈ形鋼部材のフランジとで囲まれる間隙に前記ウェブ貫通孔が位置するように前記スチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法は、Ｈ形鋼部材のウェブの両側および両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブの両側と両フランジとの間に、外周に裏当材が設けられたスチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のウェブであって、前記スチフナと、前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のフランジとで囲まれる位置にウェブ貫通孔を形成し、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記各請求項において、Ｈ形鋼部材とは、熱間圧延によって製造されるＨ形鋼からなる部材に限定されず、溶接組み立てや押し出し成形などにより形成されるＨ形断面を有する鋼材一般からなる部材を意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１は、本発明をＨ形鋼柱に適用した場合の実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
Ｈ形鋼からなるＨ形鋼柱（Ｈ形鋼部材）１に、互いに直交する２つのＨ形鋼からなるＨ形鋼梁２，２が接合される柱梁接合部において、Ｈ形鋼柱１とＨ形鋼梁２の上側フランジ２ａおよび下側フランジ２ｂとが接合される各接合部に、四角状のダイアフラム（スチフナ）３が取り付けられている。すなわち、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側においてそれぞれ、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａと両フランジ１ｂ，１ｂ内とで囲まれた空間内に、３辺の外周部表裏に裏当材４が取り付けられたダイアフラム３が水平状態で配置され、各ダイアフラム３の３辺が、エレクトロスラグ溶接５ａまたはエレクトロガスアーク溶接を用いてＨ形鋼柱１のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂ，１ｂに固着されている。
【００１３】
なお、このダイアフラム付きＨ形鋼柱においては、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側にダイアフラム３が固着されているが、これに代えて、ウェブ１ａの一方の側にのみダイアフラム３が固着されている構造にすることもできる。
【００１４】
図２は、Ｈ形鋼柱１に互いに直交する状態で接合される２つのＨ形鋼梁２，１２の梁せいが異なる場合を示している。ダイアフラム３は、図１の場合と同様にして、エレクトロスラグ溶接５ａまたはエレクトロガスアーク溶接を用いて、Ｈ形鋼柱１に固着されている。この柱梁接合部においては、例えば両Ｈ形鋼梁２，１２の上側フランジ２ａ，１２ａの位置を揃えると、下側フランジ２ｂ，１２ｂに対応する位置に取り付けられるダイアフラム３，３が上下に近接して配置される。
【００１５】
このような梁せいが異なる梁が接合される柱梁接合部において、２つのダイアフラム３，３をエレクトロスラグ溶接５ａまたはエレクトロガスアーク溶接を用いて取り付ければ、ダイアフラム３，３に取り付けられた裏当金４どうしが当接するまでダイアフラム３，３を互いに近づけることができ、また何枚のダイアフラム３が近接しようとその溶接施工性が低下することはない。
【００１６】
図３は、Ｈ形鋼柱１に２つのダイアフラム３，３を、エレクトロスラグ溶接により固着してダイアフラム付きＨ形鋼柱を製造する方法を示したものである。
先ず、同図（ａ）に示すように、Ｈ形鋼梁のフランジが取り付く位置において、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両端部に、ウェブ貫通孔７ａ，７ａを穿設する。
次に、同図（ｂ）に示すように、ダイアフラム３の３辺の外周部表裏に裏当材４を隅肉溶接５ｂなどにより仮付けして組み立てる。ダイアフラム３には、Ｈ形鋼柱１のフランジ１ｂ側のエレクトロスラグ溶接をする場合に、ウェブ１ａ中央側に溶融金属が漏れるのを防止するため、２つの漏れ止め用突出部３ａ，３ａが形成されている。
【００１７】
次に、同図（ｃ）に示すように、Ｈ形鋼梁のフランジが取り付く接合部１ヶ所について、２つのダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みする。すなわち、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂで囲まれた各空間にそれぞれダイアフラム３，３を配置し、これらウェブ１ａおよび両フランジ１ｂと、裏当材４とを隅肉溶接５ｂ等により仮付けする。このとき、ウェブ１ａの両側に形成されているダイアフラム３の外周面と表裏の裏当材４，４とフランジ１ｂとで囲まれた間隙どうしが、ウェブ１ａ設けたウェブ貫通孔７ａにより連通され、フランジ１ｂ側の溶接孔部６ａが形成される。
【００１８】
なお、溶接中の溶融金属の漏れを防止するため、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂ，１ｂと裏当材４との隙間をできるだけ小さく施工することが望ましく、およそ２ｍｍを超えるような大きな隙間が生じた場合には隅肉溶接などで隙間を埋めておく必要がある。
【００１９】
次に、エレクトロスラグ溶接を行う。
すなわち、同図（ｄ）に示すように、先ず、フランジ１ｂ側の溶接孔部６ａの下部に底部タブ板９を配置し、溶接孔部の上側から溶接用ワイヤーを挿入し、下部から上部に向かって垂直にエレクトロスラグ溶接５ａを行い、溶接孔部６ａを溶融金属で充填していく。この場合、両側の溶接孔部６ａ，６ａのエレクトロスラグ溶接を同時に行うが、同時ではなく別々に行ってもよい。
なお、このとき、ダイアフラム３に設けた漏れ止め用突出部３ａが、ウェブ１ａ側の溶接孔部６ｂに溶融金属が流れ出すのを防止している。
【００２０】
フランジ１ｂ側のエレクトロスラグ溶接が終了したら、Ｈ形鋼柱１を９０°回転させ、同図（ｅ）および（ｆ）に示すように、上下のフランジ１ｂ，１ｂに溶接用ワイヤーを挿入するためのフランジ貫通孔７ｂを上下２ヶ所ずつ合計４ヶ所穿設する。このとき、Ｈ形鋼柱１の上下のフランジ１ｂ，１ｂの貫通孔７ｂ、溶接孔部６ａ，６ａに形成された溶接部５ａ，５ａ、さらにはダイアフラム３の漏れ止め用突出部３ａ，３ａを直線状に同時に穿孔し、これらの穿孔部と、ダイアフラム３の外周面、表裏の裏当材４，４およびウェブ１ｂで囲まれた間隙とでウェブ側の溶接孔部６ｂが形成される。
【００２１】
次いで、同図（ｆ）に示すように、溶接孔部６ｂの下部に底部タブ板９を配置し、溶接孔部６ｂの上側から溶接用ワイヤー８を挿入し、下部から上部に向かって垂直にエレクトロスラグ溶接５ａを行い、溶接孔部６ｂを溶融金属で充填していく。この場合、両溶接孔部６ｂ，６ｂのエレクトロスラグ溶接を同時に行うが、同時ではなく別々に行ってもよい。
【００２２】
以上のダイアフラム付きＨ形鋼柱の製造方法においては、エレクトロスラグ溶接５ａの溶接線は、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側に２条、両フランジ１ｂ，１ｂの内側に２条が形成され、合計４条の溶接線となる。このうち、フランジ１ｂ内側の溶接においては、２枚のダイアフラム３，３の２つの側面を１条の溶接線で同時にＨ形鋼柱１に固着する。これにより、溶接工数の削減が図られる。
【００２３】
なお、上記製造方法においては、ダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みする前に、ウェブ貫通孔７ａ，７ａを穿設したが、これに代えて、ダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みした後に、ウェブ貫通孔７ａ，７ａを穿設してもよい。
【００２４】
図４は、Ｈ形鋼柱１に２つのダイアフラム３，３を、エレクトロスラグ溶接により固着してダイアフラム付きＨ形鋼柱を製造する方法の他の実施の形態を示したものである。
この方法においては、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａには、図３（ａ）に示したような貫通孔を設ける必要はない。Ｈ形鋼柱１に組み込むダイアフラム３は、図３（ｂ）に示すものと全く同一のものである。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、図３（ｃ）の場合と同様にして、Ｈ形鋼梁のフランジが取り付く接合部１ヶ所について、２つのダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みする。この場合も、溶接中の溶融金属の漏れを防止するため、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂと裏当材４との隙間をできるだけ小さく施工することが望ましく、およそ２ｍｍを超えるような大きな隙間が生じた場合には隅肉溶接などで隙間を埋めておく必要がある。
【００２６】
次に、エレクトロスラグ溶接を行う。
すなわち、図４（ｂ）に示すように、先ず、２枚のダイアフラム３，３のうちの一方のフランジ１ｂ側の溶接孔部１６ａの上部から溶接用ワイヤー８を挿入する。ここで、フランジ１ｂ側の溶接孔部１６ａは、ダイアフラム３の外周面、表裏の裏当材４，４、フランジ１ｂおよびウェブ１ａで囲まれた間隙として形成されている。次いで、ウェブ１ａ面を起点として、垂直にエレクトロスラグ溶接５ａを行い、溶接孔部１６ａを溶融金属で充填していく。この場合、両側の溶接孔部１６ａ，１６ａのエレクトロスラグ溶接を同時に行うが、同時ではなく別々に行ってもよい。
なお、このとき、ダイアフラム３に設けた漏れ止め用突出部３ａが、ウェブ１ａ側の溶接孔部６ｂに溶融金属が流れ出すのを防止している。
【００２７】
片側のダイアフラム３の溶接が完了したら、図４（ｃ）に示すように、Ｈ形鋼柱１を１８０度回転させ、上記と同様にして残りの１枚のダイアフラム３とＨ形鋼柱１とを固着する。
この後の手順は、図３（ｅ）および図３（ｆ）と全く同一である。
【００２８】
このダイアフラム付きＨ形鋼柱の製造方法においては、エレクトロスラグ溶接５ａの溶接線は、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側に２条、両フランジ１ｂ，１ｂの内側に４条が形成され、合計６条の溶接線となる。
この製造方法においては、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側にダイアフラム３を固着するようにしたが、これに代えて、ウェブ１ａの一方の側にのみダイアフラム３を固着するようにすることもできる。
【００２９】
なお、図３および図４にそれぞれ示した各製造方法において、エレクトロスラグ溶接の代わりにエレクトロガスアーク溶接を行うことができる。エレクトロガスアーク溶接を行う場合には、手順は上記のエレクトロスラグ溶接の場合と全く同様であるが、溶接孔部を形成するための表裏の裏当金のいずれか一方が、可動式の裏当材になる点のみが異なる。
【００３０】
また、上記各実施の形態においては、本発明をＨ形鋼柱に適用した場合を示したが、本発明はこれに限られず、Ｈ形鋼からなるＨ形鋼部材に各種のスチフナ（補剛材）が固着されて成る種々のスチフナ付きＨ形鋼部材に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）スチフナの板厚が大きくなった場合でも、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接を用いて１パスで溶接を仕上げることができるので、積層溶接の場合に比べてスチフナの溶接施工性が著しく向上し、結果として安価なＨ形鋼部材を提供することができる。
（２）Ｈ形鋼を切断することなく、スチフナを固着することができるので、構造信頼性に富む。また、Ｈ形鋼柱等のＨ形鋼部材に既製のＨ形鋼を用いることができるので、板材を組み立てる必要がなく安価な柱材等を提供することができる。
（３）例えば、Ｈ形鋼部材としてＨ形鋼柱に適用した場合に、一つの柱梁接合部に取り付く梁の梁せいが異なるとき、あるいはブレースなどが柱梁接合部に取り付き、複数のダイアフラム（スチフナ）を近接して施工しなければならないときにも、これらのダイアフラムをエレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接を用いて取り付ければ、ダイアフラムに取り付けられた裏当金どうしが当接するまでダイアフラムを互いに近づけて取り付けることができ、また何枚のダイアフラムが近接して取り付けられても、その溶接施工性が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＨ形鋼部材をＨ形鋼柱に適用した場合の実施の形態を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図２】本発明に係るＨ形鋼柱を示す図であって、取り付くＨ形鋼梁の梁せいが異なる場合を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係るダイアフラム付きＨ形鋼柱の製造方法を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はダイアフラムの平面図、（ｃ）は横断面図、（ｄ）は横断面図、（ｅ）は平面図、（ｆ）は横断面図である。
【図４】本発明に係るダイアフラム付きＨ形鋼柱の他の製造方法を示す図であって、（ａ）〜（ｃ）は何れも横断面図である。
【図５】従来例として、角形断面柱の通しダイアフラム形式を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図６】従来例として、角形断面柱の内ダイアフラム形式を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】従来のＨ形鋼柱を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１ Ｈ形鋼柱（Ｈ形鋼部材）
１ａ ウェブ
１ｂ フランジ
２，１２ Ｈ形鋼梁
２ａ，１２ａ 上側フランジ
２ｂ，１２ｂ 下側フランジ
３ ダイアフラム（スチフナ）
３ａ 漏れ止め用突出部
４ 裏当金
５ 溶接部
５ａ エレクトロスラグ溶接
５ｂ 隅肉溶接
６ａ，１６ａ フランジ側の溶接孔部
６ｂ ウェブ側の溶接孔部
７ａ ウェブ貫通孔
７ｂ フランジ貫通孔
８ 溶接用ワイヤー
９ 底部タブ板
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラム付きＨ形鋼柱などのスチフナ付きＨ形鋼部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に構造物の柱材としては、角形断面柱が多く用いられ、その構造方式は以下の２通りに大別される。
その一つは、主に中低層構造物に用いられる方式で、図５に示すように、既製の角形鋼管２０を柱梁接合部において切断し、炭酸ガスアーク溶接などの積層溶接２２を用いて、上下の角形鋼管２０の間にダイアフラム２１を突き合わせ溶接するものである（以下、通しダイアフラム形式と呼称する）。
この方法は、簡便ではあるが、柱の応力が最大となる部位に溶接部が存在するため、柱材の構造性能が溶接部の品質に大きく左右されることが問題となっている。さらに、鋼管柱の板厚が大きくなった場合には、溶接量が増え経済性が大きく損なわれるので、一般に本方式を採用する場合には、角形鋼管の最大板厚は高々４０ｍｍ程度に限られる。
【０００３】
今ひとつは、専ら高層・超高層構造物に用いられる方式で、図６に示すように、４枚の鋼板３０を溶接で組み合わせて角形断面柱３１を形成するとともに、その角形断面の内部にダイアフラム３２を、エレクトロスラグ溶接３３で固着するものである（以下、内ダイアフラム形式と呼称する）。この内ダイアフラム形式は、例えば、特公昭５２−３６９７２号公報に開示されている。
【０００４】
構造物の柱として、上記の角形断面柱の他にＨ形鋼柱も多く用いられている。
耐力・剛性に方向性を有するなど力学特性の欠点を設計面で配慮すれば、Ｈ形鋼柱は加工工程が少なく、上記の２つの角形断面柱の場合と比較して安価に製作できる。
このＨ形鋼柱の柱梁接合部にダイアフラムを形成するには、従来、図７に示すように、Ｈ形鋼からなるＨ形鋼柱４０の内側に２枚のダイアフラム４１を挿入し、各ダイアフラム４１の３辺を、炭酸ガスアーク溶接などの積層溶接４２により、Ｈ形鋼柱４０のウェブ４０ａおよびフランジ４０ｂに固着している。
このダイアフラム付きＨ形鋼柱は、既製の部材（Ｈ形鋼）を柱材として用い製作コストを削減できる点においては、図５に示したような通しダイアフラム方式と同じ利点があり、また柱を切断せず力学特性に優れる点においては、図６に示したような４面ボックスコラムと同じ利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このダイアフラム付きＨ形鋼柱においては、梁等の部材の断面が大きくなり、ダイアフラムの板厚が大きくなった場合には、積層溶接の積層回数が増えるので、溶接工数が増加し、結果として経済性が著しく損なわれるという問題がある。
また、図２のように、接合される２つの梁の梁せいが異なる場合に、ダイアフラムが近接して配置される場合がある（この例では、下側のダイアフラム）。このような場合に、積層溶接を用いた施工法においては、品質の安定する下向き溶接を基本とするので、２つの近接するダイアフラムの内、ひとつの溶接が完了したら、柱を１８０度ひっくり返して同じ溶接姿勢を確保する必要がある。また、３枚のダイアフラムが近接する場合などに、溶接用ワイヤーが入りにくくなり、施工性が著しく阻害される欠点がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、スチフナの板厚が大きくなった場合でも、溶接の施工コストを増大させることなく、構造安全性と経済性に優れているスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、例えば本発明をダイアフラム付きＨ形鋼柱に適用した場合のように、ダイアフラム（スチフナ）を接近して取り付ける必要があるときでも、溶接施工性が低下しないスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法は、Ｈ形鋼部材のウェブおよび両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと両フランジとの間に、外周に裏当材が設けられたスチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とする。
ここで、請求項１の発明により、Ｈ形鋼部材の片側にスチフナが固着されたスチフナ付きＨ形鋼部材を製造できるだけでなく、Ｈ形鋼部材の一方側にスチフナを固着した後、他方側にもスチフナを固着することにより、Ｈ形鋼部材の両側にスチフナが固着されたスチフナ付きＨ形鋼部材を製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載のスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法は、Ｈ形鋼部材のウェブの両側および両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブに、ウェブ貫通孔を形成し、
前記Ｈ形鋼部材のウェブの両側に、前記スチフナと、スチフナの外周に設けられた裏当材と前記Ｈ形鋼部材のフランジとで囲まれる間隙に前記ウェブ貫通孔が位置するように前記スチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法は、Ｈ形鋼部材のウェブの両側および両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブの両側と両フランジとの間に、外周に裏当材が設けられたスチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のウェブであって、前記スチフナと、前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のフランジとで囲まれる位置にウェブ貫通孔を形成し、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記各請求項において、Ｈ形鋼部材とは、熱間圧延によって製造されるＨ形鋼からなる部材に限定されず、溶接組み立てや押し出し成形などにより形成されるＨ形断面を有する鋼材一般からなる部材を意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１は、本発明をＨ形鋼柱に適用した場合の実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
Ｈ形鋼からなるＨ形鋼柱（Ｈ形鋼部材）１に、互いに直交する２つのＨ形鋼からなるＨ形鋼梁２，２が接合される柱梁接合部において、Ｈ形鋼柱１とＨ形鋼梁２の上側フランジ２ａおよび下側フランジ２ｂとが接合される各接合部に、四角状のダイアフラム（スチフナ）３が取り付けられている。すなわち、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側においてそれぞれ、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａと両フランジ１ｂ，１ｂ内とで囲まれた空間内に、３辺の外周部表裏に裏当材４が取り付けられたダイアフラム３が水平状態で配置され、各ダイアフラム３の３辺が、エレクトロスラグ溶接５ａまたはエレクトロガスアーク溶接を用いてＨ形鋼柱１のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂ，１ｂに固着されている。
【００１３】
なお、このダイアフラム付きＨ形鋼柱においては、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側にダイアフラム３が固着されているが、これに代えて、ウェブ１ａの一方の側にのみダイアフラム３が固着されている構造にすることもできる。
【００１４】
図２は、Ｈ形鋼柱１に互いに直交する状態で接合される２つのＨ形鋼梁２，１２の梁せいが異なる場合を示している。ダイアフラム３は、図１の場合と同様にして、エレクトロスラグ溶接５ａまたはエレクトロガスアーク溶接を用いて、Ｈ形鋼柱１に固着されている。この柱梁接合部においては、例えば両Ｈ形鋼梁２，１２の上側フランジ２ａ，１２ａの位置を揃えると、下側フランジ２ｂ，１２ｂに対応する位置に取り付けられるダイアフラム３，３が上下に近接して配置される。
【００１５】
このような梁せいが異なる梁が接合される柱梁接合部において、２つのダイアフラム３，３をエレクトロスラグ溶接５ａまたはエレクトロガスアーク溶接を用いて取り付ければ、ダイアフラム３，３に取り付けられた裏当金４どうしが当接するまでダイアフラム３，３を互いに近づけることができ、また何枚のダイアフラム３が近接しようとその溶接施工性が低下することはない。
【００１６】
図３は、Ｈ形鋼柱１に２つのダイアフラム３，３を、エレクトロスラグ溶接により固着してダイアフラム付きＨ形鋼柱を製造する方法を示したものである。
先ず、同図（ａ）に示すように、Ｈ形鋼梁のフランジが取り付く位置において、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両端部に、ウェブ貫通孔７ａ，７ａを穿設する。
次に、同図（ｂ）に示すように、ダイアフラム３の３辺の外周部表裏に裏当材４を隅肉溶接５ｂなどにより仮付けして組み立てる。ダイアフラム３には、Ｈ形鋼柱１のフランジ１ｂ側のエレクトロスラグ溶接をする場合に、ウェブ１ａ中央側に溶融金属が漏れるのを防止するため、２つの漏れ止め用突出部３ａ，３ａが形成されている。
【００１７】
次に、同図（ｃ）に示すように、Ｈ形鋼梁のフランジが取り付く接合部１ヶ所について、２つのダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みする。すなわち、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂで囲まれた各空間にそれぞれダイアフラム３，３を配置し、これらウェブ１ａおよび両フランジ１ｂと、裏当材４とを隅肉溶接５ｂ等により仮付けする。このとき、ウェブ１ａの両側に形成されているダイアフラム３の外周面と表裏の裏当材４，４とフランジ１ｂとで囲まれた間隙どうしが、ウェブ１ａ設けたウェブ貫通孔７ａにより連通され、フランジ１ｂ側の溶接孔部６ａが形成される。
【００１８】
なお、溶接中の溶融金属の漏れを防止するため、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂ，１ｂと裏当材４との隙間をできるだけ小さく施工することが望ましく、およそ２ｍｍを超えるような大きな隙間が生じた場合には隅肉溶接などで隙間を埋めておく必要がある。
【００１９】
次に、エレクトロスラグ溶接を行う。
すなわち、同図（ｄ）に示すように、先ず、フランジ１ｂ側の溶接孔部６ａの下部に底部タブ板９を配置し、溶接孔部の上側から溶接用ワイヤーを挿入し、下部から上部に向かって垂直にエレクトロスラグ溶接５ａを行い、溶接孔部６ａを溶融金属で充填していく。この場合、両側の溶接孔部６ａ，６ａのエレクトロスラグ溶接を同時に行うが、同時ではなく別々に行ってもよい。
なお、このとき、ダイアフラム３に設けた漏れ止め用突出部３ａが、ウェブ１ａ側の溶接孔部６ｂに溶融金属が流れ出すのを防止している。
【００２０】
フランジ１ｂ側のエレクトロスラグ溶接が終了したら、Ｈ形鋼柱１を９０°回転させ、同図（ｅ）および（ｆ）に示すように、上下のフランジ１ｂ，１ｂに溶接用ワイヤーを挿入するためのフランジ貫通孔７ｂを上下２ヶ所ずつ合計４ヶ所穿設する。このとき、Ｈ形鋼柱１の上下のフランジ１ｂ，１ｂの貫通孔７ｂ、溶接孔部６ａ，６ａに形成された溶接部５ａ，５ａ、さらにはダイアフラム３の漏れ止め用突出部３ａ，３ａを直線状に同時に穿孔し、これらの穿孔部と、ダイアフラム３の外周面、表裏の裏当材４，４およびウェブ１ｂで囲まれた間隙とでウェブ側の溶接孔部６ｂが形成される。
【００２１】
次いで、同図（ｆ）に示すように、溶接孔部６ｂの下部に底部タブ板９を配置し、溶接孔部６ｂの上側から溶接用ワイヤー８を挿入し、下部から上部に向かって垂直にエレクトロスラグ溶接５ａを行い、溶接孔部６ｂを溶融金属で充填していく。この場合、両溶接孔部６ｂ，６ｂのエレクトロスラグ溶接を同時に行うが、同時ではなく別々に行ってもよい。
【００２２】
以上のダイアフラム付きＨ形鋼柱の製造方法においては、エレクトロスラグ溶接５ａの溶接線は、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側に２条、両フランジ１ｂ，１ｂの内側に２条が形成され、合計４条の溶接線となる。このうち、フランジ１ｂ内側の溶接においては、２枚のダイアフラム３，３の２つの側面を１条の溶接線で同時にＨ形鋼柱１に固着する。これにより、溶接工数の削減が図られる。
【００２３】
なお、上記製造方法においては、ダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みする前に、ウェブ貫通孔７ａ，７ａを穿設したが、これに代えて、ダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みした後に、ウェブ貫通孔７ａ，７ａを穿設してもよい。
【００２４】
図４は、Ｈ形鋼柱１に２つのダイアフラム３，３を、エレクトロスラグ溶接により固着してダイアフラム付きＨ形鋼柱を製造する方法の他の実施の形態を示したものである。
この方法においては、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａには、図３（ａ）に示したような貫通孔を設ける必要はない。Ｈ形鋼柱１に組み込むダイアフラム３は、図３（ｂ）に示すものと全く同一のものである。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、図３（ｃ）の場合と同様にして、Ｈ形鋼梁のフランジが取り付く接合部１ヶ所について、２つのダイアフラム３，３をＨ形鋼柱１に仮組みする。この場合も、溶接中の溶融金属の漏れを防止するため、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａおよび両フランジ１ｂと裏当材４との隙間をできるだけ小さく施工することが望ましく、およそ２ｍｍを超えるような大きな隙間が生じた場合には隅肉溶接などで隙間を埋めておく必要がある。
【００２６】
次に、エレクトロスラグ溶接を行う。
すなわち、図４（ｂ）に示すように、先ず、２枚のダイアフラム３，３のうちの一方のフランジ１ｂ側の溶接孔部１６ａの上部から溶接用ワイヤー８を挿入する。ここで、フランジ１ｂ側の溶接孔部１６ａは、ダイアフラム３の外周面、表裏の裏当材４，４、フランジ１ｂおよびウェブ１ａで囲まれた間隙として形成されている。次いで、ウェブ１ａ面を起点として、垂直にエレクトロスラグ溶接５ａを行い、溶接孔部１６ａを溶融金属で充填していく。この場合、両側の溶接孔部１６ａ，１６ａのエレクトロスラグ溶接を同時に行うが、同時ではなく別々に行ってもよい。
なお、このとき、ダイアフラム３に設けた漏れ止め用突出部３ａが、ウェブ１ａ側の溶接孔部６ｂに溶融金属が流れ出すのを防止している。
【００２７】
片側のダイアフラム３の溶接が完了したら、図４（ｃ）に示すように、Ｈ形鋼柱１を１８０度回転させ、上記と同様にして残りの１枚のダイアフラム３とＨ形鋼柱１とを固着する。
この後の手順は、図３（ｅ）および図３（ｆ）と全く同一である。
【００２８】
このダイアフラム付きＨ形鋼柱の製造方法においては、エレクトロスラグ溶接５ａの溶接線は、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側に２条、両フランジ１ｂ，１ｂの内側に４条が形成され、合計６条の溶接線となる。
この製造方法においては、Ｈ形鋼柱１のウェブ１ａの両側にダイアフラム３を固着するようにしたが、これに代えて、ウェブ１ａの一方の側にのみダイアフラム３を固着するようにすることもできる。
【００２９】
なお、図３および図４にそれぞれ示した各製造方法において、エレクトロスラグ溶接の代わりにエレクトロガスアーク溶接を行うことができる。エレクトロガスアーク溶接を行う場合には、手順は上記のエレクトロスラグ溶接の場合と全く同様であるが、溶接孔部を形成するための表裏の裏当金のいずれか一方が、可動式の裏当材になる点のみが異なる。
【００３０】
また、上記各実施の形態においては、本発明をＨ形鋼柱に適用した場合を示したが、本発明はこれに限られず、Ｈ形鋼からなるＨ形鋼部材に各種のスチフナ（補剛材）が固着されて成る種々のスチフナ付きＨ形鋼部材に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）スチフナの板厚が大きくなった場合でも、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接を用いて１パスで溶接を仕上げることができるので、積層溶接の場合に比べてスチフナの溶接施工性が著しく向上し、結果として安価なＨ形鋼部材を提供することができる。
（２）Ｈ形鋼を切断することなく、スチフナを固着することができるので、構造信頼性に富む。また、Ｈ形鋼柱等のＨ形鋼部材に既製のＨ形鋼を用いることができるので、板材を組み立てる必要がなく安価な柱材等を提供することができる。
（３）例えば、Ｈ形鋼部材としてＨ形鋼柱に適用した場合に、一つの柱梁接合部に取り付く梁の梁せいが異なるとき、あるいはブレースなどが柱梁接合部に取り付き、複数のダイアフラム（スチフナ）を近接して施工しなければならないときにも、これらのダイアフラムをエレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接を用いて取り付ければ、ダイアフラムに取り付けられた裏当金どうしが当接するまでダイアフラムを互いに近づけて取り付けることができ、また何枚のダイアフラムが近接して取り付けられても、その溶接施工性が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＨ形鋼部材をＨ形鋼柱に適用した場合の実施の形態を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図２】本発明に係るＨ形鋼柱を示す図であって、取り付くＨ形鋼梁の梁せいが異なる場合を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係るダイアフラム付きＨ形鋼柱の製造方法を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はダイアフラムの平面図、（ｃ）は横断面図、（ｄ）は横断面図、（ｅ）は平面図、（ｆ）は横断面図である。
【図４】本発明に係るダイアフラム付きＨ形鋼柱の他の製造方法を示す図であって、（ａ）〜（ｃ）は何れも横断面図である。
【図５】従来例として、角形断面柱の通しダイアフラム形式を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図６】従来例として、角形断面柱の内ダイアフラム形式を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】従来のＨ形鋼柱を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１ Ｈ形鋼柱（Ｈ形鋼部材）
１ａ ウェブ
１ｂ フランジ
２，１２ Ｈ形鋼梁
２ａ，１２ａ 上側フランジ
２ｂ，１２ｂ 下側フランジ
３ ダイアフラム（スチフナ）
３ａ 漏れ止め用突出部
４ 裏当金
５ 溶接部
５ａ エレクトロスラグ溶接
５ｂ 隅肉溶接
６ａ，１６ａ フランジ側の溶接孔部
６ｂ ウェブ側の溶接孔部
７ａ ウェブ貫通孔
７ｂ フランジ貫通孔
８ 溶接用ワイヤー
９ 底部タブ板
Claims (3)
- Ｈ形鋼部材のウェブおよび両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと両フランジとの間に、外周に裏当材が設けられたスチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とするスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法。 - Ｈ形鋼部材のウェブの両側および両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブに、ウェブ貫通孔を形成し、
前記Ｈ形鋼部材のウェブの両側に、前記スチフナと、スチフナの外周に設けられた裏当材と前記Ｈ形鋼部材のフランジとで囲まれる間隙に前記ウェブ貫通孔が位置するように前記スチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とするスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法。 - Ｈ形鋼部材のウェブの両側および両フランジにスチフナが固着されているスチフナ付きＨ形鋼部材を製造する方法であって、
前記Ｈ形鋼部材のウェブの両側と両フランジとの間に、外周に裏当材が設けられたスチフナを仮組みし、
前記Ｈ形鋼部材のウェブであって、前記スチフナと、前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のフランジとで囲まれる位置にウェブ貫通孔を形成し、
前記Ｈ形鋼部材のフランジと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着した後、
前記Ｈ形鋼部材のフランジに、前記スチフナと前記裏当材と前記Ｈ形鋼部材のウェブとで囲まれた間隙に通じるフランジ貫通孔を形成して、
前記Ｈ形鋼部材のウェブと前記スチフナとを、エレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接により固着する
ことを特徴とするスチフナ付きＨ形鋼部材の製造方法。
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