JP3984531B2 - 形鋼の端部補強構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形鋼の端部補強のため、形鋼の端部に裏当て金を介してエンドプレートを溶接により固着する形鋼の端部補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リップ形鋼等の形鋼を接続部材に接続するような場合、形鋼の端部を直接接続部材にあてがい接続するケース、形鋼の端部にエンドプレートを溶接により固着して接続するケース、形鋼の端部に裏当て金を介してエンドプレートを溶接により固着して接続するケースがあった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７３２４９号公報
【非特許文献１】
日本建築学会大会学術講演梗概集（関東）１９９７年９月 ２２４３０ 「スチールハウスの構造・耐久性・断熱性に関する研究」
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１（ａ）（ｂ）に示されるように、形鋼１の端部を直接接合すると、形鋼の接合端部（以下、「小口面」という。）２の平坦度の精度が悪いと、小口面２への作用力が均一にならず、局部破壊が発生しやすくなる。また、図２（ａ）（ｂ）に示されるように、形鋼１の小口面２にエンドプレート３を溶接により固定して接合する場合と、図３（ａ）（ｂ）に示されるように形鋼１の小口面２に裏当て金４を介してエンドプレート３を溶接して固着した形鋼１の小口面に軸力が作用した場合、形鋼１の板厚が薄いとエンドプレート３の溶接部や裏当て金４近傍に局所変形を生じるという問題が発生する。局所変形が生じるのは、エンドプレート３が形鋼１の小口面２に接合されていても、小口面に集中的な力が作用するためであることを見出した。
【０００５】
本発明は、従来技術の形鋼の接合端面に集中して作用する力を分散させることにより、軸力による接合端面の局所変形、局部破壊を防止する形鋼の端部補強構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を解決するために、次のように構成される。即ち、本第１発明は、端部に裏当て金を介してエンドプレートを溶接してなる、板厚０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼の端部補強構造において、前記裏当て金は、形鋼材軸方向に延長されてなるとともにその断面形状をＬ字形とし、さらに薄板軽量形鋼端部へ作用する軸力を形鋼との接合箇所においてせん断力として形鋼に伝達させ分散する機能を有し、 かつ前記裏当て金の薄板軽量形鋼材軸方向の長さは、形鋼周長の１／３〜２倍とし、かつ前記裏当て金の板厚は、薄板軽量形鋼板厚の１〜１０倍とし、 前記裏当て金外側面と前記薄板軽量形鋼内側面とを固着してなることを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明の形鋼の端部補強構造において、エンドプレートと裏当て金とを予め固着して一体化しておくことを特徴とする。
【０００８】
本第３発明は、本第２発明の形鋼の端部補強構造において、分割されたエンドプレートと分割された裏当て金とを予め固着して一体としておくことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本第１発明の構成により、形鋼の端部（小口面）に作用する軸力は、エンドプレートを介して裏当て金に伝達され、形鋼材軸方向に延長された裏当て金と形鋼との接合箇所においてせん断力として形鋼に伝達され分散するため、小口面から直接伝達する力は小さくなる。また、小口面への作用力のバラツキは僅かに残るが、荷重レベルが小さいため問題にならない。エンドプレートと形鋼の端部との溶接による変形もゼロにはならないが、形鋼材軸方向に延長された裏当て金で補強されることになるため問題にならなくなる。小口面に偏心荷重が加わった場合においても、裏当て金と形鋼とが接合されているため、局部破壊等の問題の発生が抑制される。また、裏当て金の断面形状が前記形鋼の断面形状に対応する形状に一体に形成される構成により、形鋼内側への裏当て金の位置決めが容易となり、作業性を向上させると共に、形鋼コーナ部とエンドプレートとの溶接が容易となり、両者を強固に接合できるため、強度の大きい形鋼の端部補強構造が提供される。さらに、前記形鋼が板厚０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼であるという構成により、薄板軽量形鋼で構築されるスチールハウスの各部材の接合強度が向上し、さらに、作業性を向上させる。
【００１０】
本第２発明のエンドプレートと裏当て金の端部とを予め固着するという構成により、形鋼端部内側への裏当て金とエンドプレートの装着作業性が向上し、エンドプレートと形鋼の溶接作業性も向上し、両者を強固に接合できるため、強度の大きい形鋼の端部補強構造が提供される。
【００１１】
本第３発明の分割されたエンドプレートと分割された裏当て金の端部とを予め固着して一体とする構成により、形鋼の断面形状の寸法がある程度不正確であっても、裏当て金とエンドプレートが分割され、分割された状態で予め接合されているため、形鋼端部内側への裏当て金とエンドプレートの装着作業性が向上し、エンドプレートと形鋼の小口面との溶接作業も容易となり、両者を強固に接合できるため、強度の大きい形鋼の端部補強構造が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図により説明する。
先ず、本発明の特徴を図１０（ａ）〜（ｃ）により説明する。図１０（ａ）は、形鋼１の小口面２に直接接合部材５を接合するケースを示すもので、形鋼１の小口面２に軸力が作用すると、小口面２の平坦度の精度が悪いと、小口面２に作用する軸力が均一にならず、局部破壊が発生する。図１０（ｂ）は、形鋼１の小口面２に裏当て金４を介してエンドプレート３を溶接により固着し、エンドプレート３と接合部材５に接合するケースを示すもので、形鋼１の小口面２を直接接合部材５に接合するケースよりは軸力のバラツキは緩和されるが、バラツキは無くなる事はなく、依然として局部破壊の発生が懸念され、また、溶接による僅かな変形が局部破壊を誘発することもある。軸力が小口面だけに作用するため、偏心荷重が加わった場合には、局部破壊が生じやすい。
【００１３】
図１０（ｃ）は、本発明を示すもので、形鋼１の小口面２にエンドプレート３を溶接により固着する際、形鋼１の内側に配置する隅肉溶接用の裏当て金４の長さを形鋼１の材軸方向に延長し、裏当て金４の外側面と形鋼１の内側面を接合したものである。このような構成を採用することにより、隅肉溶接の際の溶融金属の流れ落ちを防止し、形鋼１の端部に作用する軸力は裏当て金４と形鋼１との接合箇所においてせん断力として形鋼１に伝達されて分散されるため、形鋼１の小口面２から直接伝わる力は小さくなる。小口面２への作用力のバラツキは僅かに残るが、荷重レベルが分散されて小さいため、局部破壊を抑制できる。また、溶接による変形もゼロではないが、長さが延長された裏当て金４により補強されているため問題にならなくなる。偏心荷重が加わった場合でも、裏当て金４が形鋼１に接合されているため、局部破壊の発生は大幅に緩和される。
【００１４】
図４（ａ）（ｂ）は、一参考形態を示すものである。リップ形の形鋼１の内側に３枚の裏当て金４を配置し、裏当て金４と形鋼１とをスポット溶接、プロジェクション溶接、スクリュー、ボルト、リベット、接着剤、カシメ、勘合等の手段により固着する。裏当て金４の長さは、形鋼１の周長の１／３倍〜２倍程度とし、その板厚は、形鋼１の板厚の１倍〜１０倍程度とする。形鋼１の小口面２に前記裏当て金４を介してエンドプレート３を隅肉溶接して固着する。
【００１５】
図５（ａ）（ｂ）は、他の参考形態を示すものである。この参考形態では、裏当て金４の断面形状を、形鋼１の断面形状と対応する断面コ字形としたものであり、他の構成は、図４（ａ）（ｂ）に示した形態と同様である。この参考形態の構成により、形鋼１内側への裏当て金４の位置決めが容易となり、作業性を向上させると共に、形鋼１のコーナ部とエンドプレート３との溶接が容易となり、両者を強固に接合できるため、強度の大きい形鋼１の端部補強構造が提供される。
【００１６】
図６（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態を示すものである。この実施形態は、図５（ａ）（ｂ）に示される形態の断面コ字系の裏当て金４を断面Ｌ字形に分割したものであり、他の構成は、図４（ａ）（ｂ）に示した形態と同様である。この実施形態の構成により、形鋼１の断面形状の精度がよくない場合でも、形鋼１のコーナ部に裏当て金４が正確に位置し、エンドプレート３との溶接が容易となり、両者を強固に接合できるため、強度の大きい形鋼１の端部補強構造が提供される。
【００１７】
図７（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、Ｌ字形に分割された裏当て金４に、２つに分割したエンドプレート３を予め固着して、形鋼１の端部に装着するものである。この実施形態の変形例としては、図４（ａ）（ｂ）に示される３枚の裏当て金４とエンドプレート３を予め固着してもよく、また、図５（ａ）（ｂ）に示される断面コ字形の裏当て金４にエンドプレート３を予め固着してもよい。他の構成は、図４（ａ）（ｂ）に示した形態と同様である。この実施形態の構成により、形鋼１の端部への裏当て金４、エンドプレート３の装着作業が容易となる。
【００１８】
図８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の形鋼１を直列に接合する例を示すものである。形鋼１の端部のエンドプレート３に連結用孔６を形成し、この連結用孔６に連結ボルト７を挿入しナット８で連結する。図において裏当て金４は省略されている。本発明の形鋼１の端部補強構造は、特に、板厚０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼を用いるスチールハウスの各種部材に用いることにより、その効果が発揮される。
【００１９】
図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の形鋼１と形鋼９とを互いに直行する方向に接合するケースを示すものである。一方の形鋼１のエンドプレート３と、他方の形鋼９の側壁部に連結用孔６を形成し、この連結用孔６に連結ボルト７を挿入しナット８で連結する。図において裏当て金４は省略されている。なお、図９では図示していないが、必要に応じて、形鋼９の連結用孔６部の形鋼フランジ内面側に、幅がフランジ幅程度以下、長さが形鋼１のウェブ幅前後の寸法で、板厚がエンドプレート３の板厚程度の、連結用孔６を有する補強板を介在させて、形鋼１と形鋼９を連結ボルト７及びナット８で連結する構成を採用する場合は、形鋼９の局部破壊等の問題を有利に回避しつつ、より強固な形鋼同士の接合が可能となり好ましい形態である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の構成により、形鋼の端部（小口面）に作用する軸力は、エンドプレートを介して裏当て金に伝達され、形鋼材軸方向に延長された裏当て金と形鋼との接合箇所においてせん断力として形鋼に伝達され分散するため、小口面から直接伝達する力は小さくなる。また、小口面への作用力のバラツキは僅かに残るが、荷重レベルが小さいため問題にならない。エンドプレートと形鋼の端部との溶接による変形もゼロにはならないが、形鋼材軸方向に延長された裏当て金で補強されることになるため問題にならなくなる。小口面に偏心荷重が加わった場合においても、裏当て金と形鋼とが接合されているため、局部破壊等の問題の発生が抑制される。
裏当て金の断面形状が前記形鋼の断面形状に対応する形状に一体に形成される構成により、形鋼内側への裏当て金の位置決めが容易となり、作業性を向上させると共に、形鋼コーナ部とエンドプレートとの溶接が容易となり、両者を強固に接合できるため、強度の大きい形鋼の端部補強構造が提供される。
エンドプレートと裏当て金の端部とを予め固着するという構成により、形鋼端部内側への裏当て金とエンドプレートの装着作業性が向上し、エンドプレートと形鋼の溶接作業性も向上する。
分割されたエンドプレートと分割された裏当て金の端部とを予め固着して一体とする構成により、形鋼の断面形状の寸法がある程度不正確であっても、裏当て金とエンドプレートが分割され、分割された状態で予め接合されているため、形鋼端部内側への裏当て金とエンドプレートの装着作業性が向上し、エンドプレートと形鋼の小口面との溶接作業も容易となる。
板厚０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼であるという構成により、薄板軽量形鋼で構築されるスチールハウスの各部材の接合強度が向上し、さらに、作業性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）従来の形鋼の端部構造を示す図である。
【図２】（ａ）（ｂ）従来の形鋼の他の端部構造を示す図である。
【図３】（ａ）（ｂ）従来の形鋼のさらに他の端部構造を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）本発明の形鋼の端部補強構造の一参考形態を示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）本発明の形鋼の端部補強構造の他の一参考形態を示す図である。
【図６】（ａ）（ｂ）本発明の形鋼の端部補強構造のさらに他の一実施形態を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）本発明の形鋼の端部補強構造のさらに他の一実施形態を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）本発明の形鋼の直列方向の接続状態を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）本発明の形鋼の直行方向の接続状態を示す図である。
【図１０】本発明と従来例の作用の相違を説明する図である。
【符号の説明】
１ 形鋼
２ 小口面
３ エンドプレート
４ 裏当て金
５ 接合部材
６ 連結用孔
７ 連結ボルト
８ ナット
９ 形鋼

Claims (3)

1. 端部に裏当て金を介してエンドプレートを溶接してなる、板厚０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼の端部補強構造において、
   前記裏当て金は、形鋼材軸方向に延長されてなるとともにその断面形状をＬ字形とし、さらに薄板軽量形鋼端部へ作用する軸力を形鋼との接合箇所においてせん断力として形鋼に伝達させ分散する機能を有し、
   かつ前記裏当て金の薄板軽量形鋼材軸方向の長さは、前記薄型軽量形鋼周長の１／３〜２倍とし、
   かつ前記裏当て金の板厚は、薄板軽量形鋼板厚の１〜１０倍とし、
   前記裏当て金外側面と前記薄板軽量形鋼内側面とを固着してなることを特徴とする形鋼の端部補強構造。
2. エンドプレートと裏当て金とを予め固着して一体化しておくことを特徴とする請求項１に記載の形鋼の端部補強構造。
3. 分割されたエンドプレートと分割された裏当て金とを予め固着して一体としておくことを特徴とする請求項２に記載の形鋼の端部補強構造。

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