JP4347817B2 - 梁開口部補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築構造物を構成する梁に形成された開口部を補強する梁開口部補強構造に関するものである。

建築構造物の梁としては、Ｈ形鋼やＩ形鋼等が使用されている。このような建築構造物においては、その内部に設けられている配管や配線を通過させるために、梁のウエブ部に開口部を形成することがある。この場合、開口部による梁の強度低下を防止する目的で、開口部の周辺に補強プレートを取り付けて、その開口部を補強することが行われている。従来の梁開口部補強手段としては、図６の(a) ，(b) に示すように、Ｈ形鋼からなる梁１のウエブ１ａに形成された開口部２に補強用のスリーブ２１を挿入して、ウエブ１ａの両側面とスリーブ２１の外周面とのコーナー部を隅肉溶接して補強する方法や、図７の(a)
，(b) に示すように、リング状に形成したプレート３１をウエブ１ａの開口部２周辺に当接して、このリング状にプレート３１の内周縁部と外周縁部とを夫々ウエブ１ａに溶接して補強する方法がある。尚、図６の(a) ，(b) 及び図７(a) ，(b) において、Ｗは溶接部を示す。

図６に示すようにウエブ１ａの開口部２内にスリーブ２１を挿入して補強する場合は、スリーブ２１の内径が配管や配線に必要な開口径となるから、必要な内径を確保するには、ウエブ１ａに形成する開口部２の径を、スリーブ２１を挿入できるように大きくする必要があると共に、内径の大きいスリーブ２１を使用する必要があり、また下水用配管等を通すための開口部２の場合には、水勾配がとれるようにスリーブ２１を開口部２内で傾斜させて取り付けるために、開口部２の径を一層大きくする必要があって、より大きな内径のスリーブ２１が必要となり、しかしてスリーブ２１の長さは図６の(b) から分かるように梁１のフランジ１ｂの幅と殆ど同じ程度と長いから、開口部２の径が大きく、スリーブ２１の径が大きくなれば、スリーブ２１の外周縁部を溶接する時に、スリーブ２１の上下両側部では梁１のフランジ１ｂと干渉して、溶接できないことがある。またスリーブ２１の場合は、必ずウエブ１ａの両面側から溶接する必要があるため、施工費が非常に高くつく。

図７に示すようにリング状プレート３１をウエブ１ａの開口部周辺に溶接する場合は、リング状プレート３１の内周縁部及び外周縁部を溶接しないと補強効果を充分に発揮する力の伝達ができないため、溶接長が長くなって、溶接作業に手間がかかり、また外周縁部を溶接する時に、スリーブ２１の上下両側部では梁１のフランジ１ｂと干渉し易く、溶接が非常に困難となり、また溶接できないこともある。

本発明は、上記の課題に鑑み、梁の開口部を不必要に大きく形成する必要がなく、溶接作業が簡単容易に行え、生産性を良くして施工費を低く抑えることができるようにした梁開口部補強構造を提供することも目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の梁開口部補強構造は、梁１の開口部２と実質的に同一形状、同一径の内周を有する鋼板製のリング状本体４に溶接用の貫通溝５が少なくとも１箇所の非溝部６を残して周方向に連続的に形成されてなる梁補強リング３を、リング状本体４の内周縁４ａと開口部２の内周縁２ａとが実質的に合致するように梁１の片面側又は両面側に当接させて、この梁補強リング３を貫通溝５のところから梁１に溶接して固定してなることを特徴とする。

ここで、「リング状本体４の内周が梁１の開口部２と実質的に同一形状、同一径」とは、リング状本体４の内周は、梁開口部２の形状及びその径と夫々完全に同一ではなく、それらと多少異なっていてもよい、と言うことを意味する。また、「リング状本体４の内周縁４ａと開口部２の内周縁２ａとが実質的に合致するように」とは、リング状本体４の内周縁４ａと開口部２の内周縁２ａとが完全に合致しなくても、両者がほぼ合致すればよいことを意味する。但し、リング状本体４の内周縁４ａが開口部２の内周縁２ａから内方へはみ出ないようにする必要がある。

請求項２は、請求項１に記載の梁開口部補強構造において、梁補強リング３は、その貫通溝５が溶接ビードＷｂで埋まるように梁１に溶接されて固定されてなることを特徴とする。

請求項３は、請求項１に記載の梁開口部補強構造において、梁補強リング３は、その貫通溝５の内周縁沿いに隅肉溶接等の溶接されて梁に固定されてなることを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３の何れかに記載の梁開口部補強構造において、梁補強リング３は、貫通溝５のところから梁１に溶接されると共に、リング状本体４の外周縁沿いに隅肉溶接等の溶接されて梁１に固定されてなることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の梁開口部補強構造によれば、梁１の開口部２，１２と実質的に同一形状、同一径の内周を有する鋼板製のリング状本体４に、溶接用貫通溝５が少なくとも１箇所の非溝部６を残して周方向に連続的に形成された梁補強リング３，１３を、リング状本体４の内周縁４ａと開口部２，１２の内周縁２ａとが合致するように梁１の片面側又は両面側に当接させて、この梁補強リング３，１３を貫通溝５のところから梁１に溶接してなるものであって、貫通溝５に沿って溶接を行えばよいから、Ｈ形鋼やＩ形鋼からなる梁１のフランジ１ｂ近辺を溶接する際にフランジ１ｂに干渉されるようなことがなく、開口部２，１２の周辺部を完全に溶接できて、梁補強リング３，１３による十分な補強効果を得ることができ、それによって従来のリング状プレートによる梁開口部補強構造と同一又はそれ以上の性能を発揮することができながら、溶接作業が容易に行え、ロボットによる自動溶接の適用も容易となって、溶接作業の能率向上を図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、梁補強リング３，１３を、その貫通溝５が溶接ビードＷｂで埋まるように梁１に溶接した場合は、梁補強リング３，１３の貫通溝５が完全になくなって、溶接ビードＷｂとリング状本体４とが連続した盛り上がり又は一様断面となるため、結果的に梁補強リング３，１３の補強断面効率が向上し、梁開口部２，１２の補強効果を向上させることができる。

請求項３に係る発明によれば、梁補強リング３，１３の貫通溝５の内周縁沿いに溶接することによって、溶接を効率良く行うことができながら、補強効果も十分に得ることができる。

請求項４に係る発明によれば、梁補強リング３，１３を、貫通溝５のところから梁１に溶接すると共に、リング状本体４の外周縁沿いに隅肉溶接して、梁１に固定することによって、梁補強リング３，１３による梁開口部２の補強効果を一層高めることができる。

以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１の(a) は本発明に係る梁開口部補強構造を示す正面図、(b) は(a) のＸ−Ｘ線断面図であり、図２の(a) は梁１に形成された開口部を示す正面図、(b) は(a) のＹ−Ｙ線断面図であり、図３の(a) は梁補強リングを示す正面図、(b) は(a) のＺ−Ｚ線断面図である。これらの図において、１は鉄骨梁としてのＨ形鋼で、ウエブ１ａと上下フランジ１ｂ，１ｂとからなり、この梁１のウエブ１ａに図２の(a) ，(b) に示すように円形状の開口部２が形成されている。３は梁補強リングである。

梁補強リング３は、梁１のウエブ１ａに形成された円形状開口部２と同じ円形状で、その開口部２と同じ径の内周を有する鋼板製のリング状本体４からなるもので、このリング状本体４には、溶接用の貫通溝５が、直径方向両端部にある２箇所の非溝部６，６を残して周方向に連続的に形成されている。

Ｈ形鋼からなる梁１として、例えば、２００ｍｍ（高さ）×１００ｍｍ（幅）×５．５ｍｍ（ウエブ１ａの厚さｔ１）×８ｍｍ（フランジ１ｂの厚さ）のＨ形鋼を使用し、そしてウエブ１ａに形成された開口部２の内径Ｄが１２５ｍｍである場合に、この開口部２を補強する梁補強リング３の寸法を参考までに例示すれば、リング状本体４の内径Ｄ１は梁開口部２の内径Ｄと同じ１２５ｍｍ、外径Ｄ２は１６１ｍｍ、板厚ｔ４は９ｍｍ又は１２ｍｍであり、また貫通溝５の溝幅ｗ５は８ｍｍである。

しかして、この梁補強リング３を製作するには、板厚ｔ４が９ｍｍ又は１２ｍｍの鋼板から、内径Ｄ１が１２５ｍｍ、外径Ｄ２が１６１ｍｍのリング状本体４を形成すると共に、リング状本体４には溝幅ｗ５が８ｍｍの貫通溝５，５を、直径方向両端部の非溝部６，６を残して周方向に連続的に形成すればよい。この場合、リング状本体４及び貫通溝５の形成は、レーザー加工、ガス切断加工あるいはプラズマ切断加工によって行うことができる。その切断面は何れも垂直断面となる。

また梁１として、例えば、２５０ｍｍ（高さ）×１２５ｍｍ（幅）×６．０ｍｍ（ウエブ１ａの厚さｔ１）×９ｍｍ（フランジ１ｂの厚さ）のＨ形鋼を使用し、ウエブ１ａに形成された開口部２の内径Ｄが１５０ｍｍである場合の梁補強リング３の寸法を参考までに例示すれば、リング状本体４の内径Ｄ１（＝Ｄ）は１５０ｍｍ、外径Ｄ２は２０８ｍｍ、板厚ｔ４は１２ｍｍ又は１６ｍｍであり、また貫通溝５の溝幅ｗ５は１２ｍｍである。

尚、本発明に係る梁開口部補強構造に使用する梁補強リング３のリング状本体４の好ましい厚さｔ４は、Ｈ形鋼（又はＩ形鋼）からなる梁１のウエブ１ａの厚さｔ１の１．５〜３．５倍であり、また貫通溝５の好ましい溝幅ｗ５は、リング状本体４の厚さｔ４の１〜３倍である。

上記のような梁補強リング３を使用して梁１のウエブ１ａの開口部２を補強するには、図１の(a) 及び(b) に示すように、梁補強リング３を、そのリング状本体４の内周縁４ａとウエブ１ａの開口部２の内周縁２ａとが合致するように、ウエブ１ａの両面側に夫々当接させて、各梁補強リング３を貫通溝５のところからウエブ１ａに溶接することにより、梁補強リング３をウエブ１ａに固定して、図示のような梁開口部補強構造を形成する。

この場合の溶接は、例えば半自動又は自動溶接により、貫通溝５の一端部から溝長手方向に対して交差する左右方向に動かし、即ちウィービングしながら、この貫通溝５に沿って他端部まで肉盛溶接し、しかして図１の(b) に示すように貫通溝５が溶接ビードＷｂで完全に埋まるようにする。

このように貫通溝５が溶接ビードＷｂで埋まるように、梁補強リング３を梁１のウエブ１ａに溶接することにより、梁補強リング３の貫通溝５が完全になくなって、溶接ビードＷｂとリング状本体４とが連続した盛り上がり又は一様断面となるため、梁開口部２の補強効果が向上することになる。

また、この梁補強リング３の溶接に際しては、梁１であるＨ形鋼を、ウエブ１ａの側面が上下を向くように倒して、ウエブ１ａの片面側ずつ下向き溶接を行うようにすれば、溶接作業が容易となり、熟練技術者でなくても、十分良好な溶接が可能となる。特に、この溶接は、リング状本体４の周方向に連続的に形成した貫通溝５に沿って行えばよいから、Ｈ形鋼やＩ形鋼からなる梁１のフランジ１ｂ近辺を溶接する際にフランジ１ｂに干渉されるようなことがなく、開口部２の周辺部を完全に溶接できて、梁補強リング３による十分な補強効果を得ることができ、それによって図７に示す従来のリング状プレートによる梁開口部補強構造と同一またはそれ以上の性能を発揮することができながら、溶接作業が非常に容易で、ロボットによる自動溶接の適用も容易に可能となって、梁補強リング３の溶接作業の著しい能率向上を図ることができる。

図１に示す実施形態の梁開口部補強構造のように、梁補強リング３を梁１の両面側に夫々当接させて溶接する場合は、梁１の片面側のみに溶接する場合に比べて、梁補強リング３を薄くすることができ、それによって補強リング３と梁１との溶接が少なくて済む。

また図１に示す実施形態の梁開口部補強構造では、梁１の円形状開口部２を補強する梁補強リング３として、リング状本体４に貫通溝５が直径方向両端部にある２箇所の非溝部６，６を残して周方向に連続的に形成されたものを使用しているが、リング状本体４に貫通溝５が１箇所の非溝部６を残して連続的に形成されたものを使用してもよいし、あるいはリング状本体４に貫通溝５が２箇所以上の非溝部６を残して形成されたものを使用してもよい。

但し、梁補強リング３の精度、品質等の点からは、梁補強リング３の製作時に捩じれ等の変形を生じ難いため、リング状本体４に貫通溝５が少なくとも２箇所の非溝部６を残して形成されるものの方が好ましく、また補強効果、溶接効率、自動化等の点から云えば、溶接部はできるだけ長く、しかも連続する方がよいから、貫通溝５が１箇所もしくは２箇所の非溝部６を残してリング状本体４に周方向に連続的に形成されるのが好ましい。

図４は梁１に形成された開口部２が四角形の場合の梁開口部補強構造を示したもので、これに使用される梁補強リング１３は、Ｈ形鋼からなる梁１のウエブ１ａに形成された四角形状開口部１２と同じ形状で、その四角形開口部１２と同一径の内周を有する鋼板製の四角形リング状本体４からなるもので、この四角形リング状本体４には、(a) に示すように、上下左右の各辺毎に溶接用貫通溝５が直線状に連続して形成されていて、上下横方向の貫通溝５，５と左右縦方向の貫通溝５，５との互いに隣合う端部どうし間に非溝部６が形成されている。

このような四角形の梁補強リング１３によって梁１のウエブ１ａの開口部２を補強するときは、図４の(a) ，(b) に示すように、梁補強リング１３を、そのリング状本体４の内周縁４ａとウエブ１ａの開口部１２の内周縁２ａとが合致するように、ウエブ１ａの片面側（又は図４(b) の仮想線で示すように両面側）に当接させて、この梁補強リング１３を貫通溝５のところからウエブ１ａに溶接することにより、梁補強リング１３をウエブ１ａに固定して、図示のような梁開口部補強構造を形成する。

この梁補強リング３の貫通溝５での溶接方法については、図１によって説明した先の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

図５は本発明に係る梁開口部補強構造の更に他の実施形態を示したもので、例えば大型のＨ形鋼からなる梁１の円形状開口部２（又は四角形状開口部１２）を補強する梁補強リング３（又は１３）の貫通溝５の溝幅が広く、溝深さが深く形成されているような場合には、図１及び図４で説明した先の実施形態のように貫通溝５を溶接ビードＷｂで埋めることなく、この図５に示すように梁補強リング３（又は１３）の貫通溝５の内周縁沿いに隅肉溶接することによって、溶接を効率良く行うことができながら、補強効果も十分に確保することができる。

以上説明した実施形態の梁開口部補強構造は、梁１のウエブ１ａに当接させた梁補強リング３又は１３を貫通溝５内部のみの溶接によってウエブ１ａに固定しているが、この貫通溝５内部のみの溶接では不足する場合には、貫通溝５内部の溶接と共に、リング状本体４の外周縁沿いに隅肉溶接を行うことができる。このようにリング状本体４の外周縁に沿った溶接を付加することによって、梁補強リング３又は１３による梁開口部２の補強効果を高めることができる。

(a) は本発明に係る梁開口部補強構造を示す正面図、(b) は(a) のＸ−Ｘ線断面図である。 (a) は梁に形成された開口部を示す正面図、(b) は(a) のＹ−Ｙ線断面図である。 (a) は梁補強リングを示す正面図、(b) は(a) のＺ−Ｚ線断面図である。 梁の開口部が四角形の場合の梁開口部補強構造を示す正面図、(b) は(a) のＶ−Ｖ線断面図である。 本発明に係る梁開口部補強構造の更に他の実施形態を示す断面図である。 (a) は従来の梁開口部補強構造を示す正面図、(b) は(a) のイ−イ線断面図である。 (a) は他の従来の梁開口部補強構造を示す正面図、(b) は(a) のロ−ロ線断面図である。

符号の説明

１ 梁
２ 梁の開口部
３ 梁補強リング
４ リング状本体
５ 貫通溝
６ 非溝部
Ｗｂ 溶接ビード

Claims (4)

1. 梁の開口部と実質的に同一形状、同一径の内周を有する鋼板製のリング状本体に溶接用の貫通溝が少なくとも１箇所の非溝部を残して周方向に連続的に形成されてなる梁補強リングを、リング状本体の内周縁と梁開口部の内周縁とが実質的に合致するように梁の片面側又は両面側に当接させて、この梁補強リングを貫通溝のところから梁に溶接して固定してなる梁開口部補強構造。
2. 梁補強リングは、その貫通溝が溶接ビードで埋まるように梁に溶接されて固定されてなる請求項１に記載の梁開口部補強構造。
3. 梁補強リングは、その貫通溝の内周縁沿いに溶接されて梁に固定されてなる請求項１に記載の梁開口部補強構造。
4. 梁補強リングは、貫通溝のところから梁に溶接されると共に、リング状本体の外周縁沿いに溶接されて梁に固定されてなる請求項１〜３の何れかに記載の梁開口部補強構造。
   

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