JP4482586B2 - Ｉ形梁の端部の幾何形状の安定化のための方法および構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造Ｉ形梁の端部の、横方向の（長軸と交差した）断面のフットプリント（設置形状）を安定させる方法に関し、精密な建築骨組構造における柱の側面に対する梁の取付けに備えて、前記構造Ｉ形梁に対して、端部取付用部品が精密に配置され溶接されるものである。

例示の目的のため、梁端部取付用部品を利用した、柱に対する梁の取付けに関する方法とも呼ばれる、本発明を実施するための好ましい最良の形態が、本発明の実施が特定の有用性をもたらすことが知られている、特定の、カラーに基づいた柱／梁の取付けまたは相互連結システムに関連して説明される。このシステムは、先行出願され現在係属中の、２００１年８月３０日出願の米国特許出願第９０／９４３，７１１号（米国特許第６，８３７，０１６号明細書）「Ｍｏｍｅｎｔ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｆｒａｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｒｙ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」で説明されている。本明細書では背景の目的のみのため、この特許出願の開示が参照により本明細書に援用される。この先行出願され開示された相互連結システムで使用される部品は、本発明の本質および動作原理を説明するのに有用な程度まで、本明細書で図示され説明される。

複数階の建築骨組構造に使用される水平梁は、Ｉ形梁の横断面のフットプリント、即ち外形で形成されるのが一般的である。本発明は、以下で明らかになるように、いかなる梁の「断面」にも実施されることができるが、本明細書では、本発明が特定の有用性をもたらすことが知られている、Ｉ形梁の形状の文脈で具体的に説明される。したがって、本明細書におけるＩ形梁への具体的な言及は、本発明の実行が有用性をもちうる他の梁の断面形状への言及でもあることを理解されたい。

また、Ｉ形梁などの梁の最初の圧延または製作の際、加熱された圧延または製作工程から梁が冷めていくときに、ある量の横断面形状の歪みまたは変形が起こりうることも一般的である。Ｉ形梁の場合、こうした変形は、大抵、片方または両方のフランジが、設計され意図された状態である、梁の中央ウェブに対する直角の角度形成または平行な平面位置から外れた角度になることに関係する。このような変形は、いくつかの理由から望ましくない。１つの重要な理由は、精密公差で精密な建築骨組に設置するために、梁を精密に準備処理する問題に関係する。

曲がった断面形状の梁は、そのような状況で問題を生じさせる。本発明の方法は、このような種類の変形に成功的に簡単に対処するものであり、したがって、他の点では通常通りに圧延または製作される梁を、建築骨組用組立体の精密設置モードに成功的に問題なく使用する道を開く。

本発明を実施する好ましい最良の形態によると、提案された梁端部の「フットプリントの精確さ」の安定化は、各梁端部に関して、（ａ）そのような梁の端部の横方向フットプリントを、後の形状変化に対してそのフットプリントを固定する外部構造体を用いて、形状的に修正し捕捉する段階と、（ｂ）そのように捕捉しながら、その端部の横方向フットプリントを梁端部取付用部品に溶接して取り付ける段階とを含む。

本発明の方法を表現する別の形態は、（ａ）画定された雄型取付部を用いて、前述の梁端部に形状的に精確な横断面の存在を保証する段階と、（ｂ）梁端部取付用部品の取付用側部に、少なくとも部分的に、適合する断面形状の雌型受容構造体、即ち受容具であって、前述の梁端部の精確な断面の雄型取付部を相補的にぴったりと受けるようになされた構造体、即ち受容具を形成する段階と、（ｃ）梁端部雄型取付部を梁端部取付用部品の雌型受容構造体に挿入して、梁端部と梁端部取付用部品との間に、溶接保持され捕捉された状態を生じさせる段階と、（ｄ）その溶接保持状態を保持しながら、梁端部と梁端部取付用部品との間の溶接を生じさせる段階とを含むものとして、それを説明することである。

本明細書で具体的に開示される本発明の実施において、受容具用ポケットの一種と考えることができる、上述の雌型受容構造体の形成は、参照の先行特許出願で説明されている相互連結構造体で使用されるタイプの梁端部部品の一方の側面（取付用側部と呼ばれる）で行われる。

本発明の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面とあわせて読むことにより、さらに明白になるであろう。

前述のように、概ね従来型であるが、まもなく説明されるように両端部でわずかに変更がなされた細長いＩ形梁に対する、本発明を実施する好ましい最良の形態が、本明細書で説明および図示される。ただし、本発明の本明細書中の説明は、Ｉ形梁の文脈で提示されるが、本明細書で先に述べたように、他のタイプの梁も、簡単に対応されうることを理解されたい。

図１および図２には、「ほぼ」従来型の細長いＩ形梁の端部が全体として符号１０で示されている。「ほぼ」という言葉の使用はまもなく説明される。この梁は、中央ウェブ１０ａ、ならびに実質的に平行な平面の、上側フランジ１０ｂおよび下側フランジ１０ｃをそれぞれ含む。ウェブ１０ａおよびフランジ１０ｂ、１０ｃは、実質的に平坦であり、ウェブ１０ａの平面は１０ａ _１ で示され、フランジ１０ｂ、１０ｃの平面はそれぞれ１０ｂ _１ 、１０ｃ _１ で示されている。意図された設計では、平面１０ａ _１ は平面１０ｂ _１ 、１０ｃ _１ と直角に交差する。

図２の実線では、梁１０の意図された設計の（精確な）横断面形状またはフットプリントが示されている。図２の破線では、この形状は、角度的に歪められまたは変形されて、誇張して示されている。この歪みは、従来式に得られる構造Ｉ形梁に存在しうる、望ましくない製作上の変形の種類を一般的に示している。

図１および図２は、梁１０に関して、本明細書で「保証する」段階とも溶接前の準備処理段階とも呼ばれる本発明の一段階において、中央ウェブ１０ａの軸方向に凹んだ領域が形成されることを符号１０ａ _２ で示している。この凹んだ領域は、結果として生じるフランジの軸方向に「突出した」部分とともに、本明細書で、梁１０の図示の端部の画定された雄型取付部と呼ばれるものを構成する。明らかになるように、本発明を実施する別の変形方法では、適切な梁端部雄型取付部の存在を保証する段階は、前述のウェブの凹んだ領域を形成せずに実現されることができる。梁１０の反対側の端部（図示せず）も同様に準備処理される。「ほぼ」という言葉がこの本文の上で使用されたのは、符号１０ａ _２ でこのように示された「準備処理」のためである。

図３Ａおよび図３Ｂに注目すると、図３Ａには、梁収容取付用部品１２が、中空で管状の正方形断面の梁１４の面１４ａに、（溶接により）適切に取り付けられた状態で示されている。図３Ａにおいて、部品１２の見る人に向き合う面には、見る人に向かって突き出しており、破線１２ｂで示された上部および側部の周囲の下傾斜部を含む、雄型のクリート（楔形止め具、楔）１２ａが形成されている。

図３Ｂの１６で示されているのは、本発明の実施に従って、図１および図２に示された梁１０の端部などの梁の端部に固定される、相補形の梁端部取付用部品である。部品１６は、図３Ｂにおいて見る人に向き合う面に、前述のクリート１２ａを完全に相補的に受けるようになされている、成形された雌型凹部１６ａを含む。梁の端部が柱１４などの柱に取り付けられるのは、部品１２と１６との相補的相互連結によってである。

図３Ｂの破線１０で示されているのは、図３Ｂで部品１６の遠い側面に取り付けられているかのように示されている、梁１０の横断面、即ちフットプリントであり、梁の長軸は、見る人から遠ざかるように、図３Ｂの平面に対して概ね垂直に延在している。部品１６がそのような梁端部に取り付けられた状態で、まもなく説明されるように、関連した梁が、部品１６と部品１２（図３Ａを参照）との相互係合により、柱１４などの柱に最終的に取付けられる。

次に、図４および図５に注目すると、いく分より詳細に示された梁端部取付用部品１６が、今度は（図４）梁が取り付けられる側面が見る人に向き合った状態で見られる。この側面は、図３Ｂで描かれたような部品１６の、見えない側面または遠い側面としてすぐ上で言及された側である。図４および図５において、梁１０は、部品１６に取り付けられた関係で、全体として３点鎖線で描かれている。

部品１６の、図４では見る人に向き合い、図５では下方を向いた面上および内には、２つの材料除去領域１６ｂが適切に形成されている。領域１６ｂは、本明細書では、集合的に雌型受容構造体と呼ばれ、個別的には雌型取付部とも雌型フランジ構造体受容区域とも呼ばれる。これらの領域は、これら２つの図ではっきりと示されている形状を有し、図から分かるように、領域１６ｂは、梁１０のフランジ１０ｂ、１０ｃの突出した端部を受けるように意図された適切な受容用の棚部または座部を画定しており、ウェブ１０ａが、部品１６の領域１６ｂ間の面領域に沿って、部品１６に直接突き合わされる。

雌型受容構造体を形成する別の手法は、梁端部部品の適切な面に、梁端部に隣接するフランジ、およびこれらのフランジ間に延在する中央ウェブの端部のどちらをも収容する溝穴領域を形成することでありうる。

準備処理された梁端部と準備処理された梁端部取付用部品とを相補的に嵌合する前に、本発明の実施に従って、梁端部の横断面、即ちフットプリントの設計における不精確さを修正するために、「保証」が適切に行われる。Ｉ形梁１０などのＩ形梁の場合、図２の破線で示したような、製造上生じた変形または歪みがある場合には、例えば、フランジ１０ｂ、１０ｃの「広がった」部分に圧縮締結圧力を加えて（図２に描かれた、フランジの右側の矢印１７を参照）、２つのフランジを適切な平行な平面位置にもっていき、その基準平面１０ｂ _１ 、１０ｃ _１ がウェブの平面１０ａ _１ に直角になるような状態にもっていくことにより、適切な修正を実行することができる。この修正作業が行われ、適切な横断面形状が「保持」されているときに、「修正された」梁端部が、梁端部取付用部品の雌型の準備処理された側面に相補的にきちんと「捕捉されるように」嵌合される。この相補的嵌合により、関連した梁端部と梁端部取付用部品の間に、溶接保持され安定化された位置関係が生じる。

梁１０が部品１６に対してこのように配置された状態で、梁の横断面、即ちフットプリントが、横方向の歪みに対して効果的に捕捉され固定されることが観察されよう。また、梁端部が梁端部取付用部品１６に対してこのように適切に準備されると、梁端部取付用部品に対する梁端部の意図された溶接の際の溶融池を形成するために、全体として符号１８で示される空間のポケットが存在する。部品１６の領域１８の存在および有用性は、先ほどのとは別の、先行出願され現在係属中の、２００３年１１月３日にＲｏｂｅｒｔ Ｊ．Ｓｉｍｍｏｎｓにより出願された米国特許出願第１０／６９９，７５９号（米国特許第７，０５１，９１７号明細書）「Ｂｅａｍ Ｅｎｄ Ｗｅｌｄ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ」でさらによく説明されている。この溶融池構造は、本発明のいかなる部分も形成しないが、本出願の図で示されているものを理解する際の背景とするために、今言及されたばかりの先行出願された米国特許出願の開示全体が、参照により本明細書に援用される。

梁端部が梁端部取付用部品１６に対して今説明した状態で溶接保持されると、梁端部を梁端部取付用部品に対して溶接取付けする際に、梁端部の横断面のフットプリントが（ａ）歪んだ状態に戻る、または（ｂ）新たに横方向に歪むという可能性がない。

図６および図７は、梁端部と梁端部取付用部品の溶接取付けが行われることができる１つの方法を概略的に示している。ここで、部分的および全体として符号２０で示されるものは、この作業を実現するためのジグ構造体または梁受容ジグである。このジグは、フレーム２２を含み、フレーム２２には、ばねで付勢された横方向に移動可能な付勢要素２４が取り付けられている。要素２４は、図６の矢印２７で概略的に示されるように、図６においてフレーム２２に対して右側に要素２４を押し付けようとする付勢ばね２６によって付勢される。

横方向の往復移動のために、要素２４に接してかつそれに対して担持されるのは、別の移動可能要素２８（破線で示されている）であり、要素２８は、適切な付勢ばね３０によって、要素２４に対して概ね矢印３２（図６を参照）の方向に付勢される。

梁端部が梁端部取付用部品１６に適切に相補的に嵌合（組み付けにより結合）されると、この組立体は、ジグ２０の要素２８の外側に露出した部分に適切に接触され、付勢ばね３０が、そのとき関連している梁端部取付用部品をジグの移動可能な要素２４に対してしっかりと保持しようとする、ばねで付勢された引張力を生み出す。ジグ２０の要素２８の露出した部分は、梁端部取付用部品の雌型の準備処理された外側を向いた側面の適切な受容および相補的嵌合を実現しそれに対応するために、前述のクリート１２ａのような適切な雄型クリートの形状となっている。付勢ばね２６は、安定化の助けとなるように、移動可能な要素２４を梁と梁端部取付用部品の組立体に対して付勢しようとする。

好ましくは、ジグは、図６および図７で概略的に描かれるのとほぼ同じような、一組の離間した構造配置を有するように作成され、それにより、梁端部取付用部品を溶接取付けするために同様に準備処理された細長い梁の両端部が、概ね今説明したようにジグに嵌められる。

ロボットによるコンピュータ制御下であれ、手動で行われるのであれ、適切な方法で、梁のフランジの上側部および下側部に沿って、また、梁のウェブの両側の側部に沿って、適切な溶接が行われ、それにより、関連した梁の両端部が、相補的に嵌合された梁端部取付用部品に溶接固定される。

そのような溶接取付けを行うことができる方法はいくつもあり、本明細書で部分的に描かれ一般的に説明された、概略的に示されたジグ構造体は、そのようないくつもの取付け形態のただ１つを示したにすぎないことを理解されたい。ジグ２０などのジグの精密な構成は、本発明のいかなる部分も形成せず、したがって、その詳細は、本明細書では詳述されていない。

本発明を実施することにより、また、上述のいくつかの非常に単純で安価な段階を実行することにより、従来式に製作された梁に見られる横断面の変形が、成功的および決定的に対処される。これは、関連した梁を精密公差で精密な建築骨組構造で使用できるようにする梁端部取付用部品の、精密な溶接取付けを容易に可能にする方法で対処される。梁端部のフットプリントの「修正」を含む本発明の実施はまた、望まれた場合には、梁端部におけるコンピュータ制御の自動ロボット溶接を可能にし、その信頼性を高める。

したがって、本発明を実施する好ましい形態を本明細書で説明および図示したが、本発明の趣旨から逸脱せずに、変形および変更を行うことができ、そのような変形および変更はすべて、本発明の範囲および趣旨に含まれるものとみなされることを理解されたい。

本発明の実施の一部として行われる、ある特定の溶接前の梁端部準備処理の存在を除いて従来型の、Ｉ形梁の端部の部分側面図である。この図では、梁の歪みは示されていない。 図１の線２−２に概ね沿った、図１のＩ形梁の横断面図である。図２の実線は、この梁の横断面のフットプリントに意図された適切な設計形状を示しており、破線は、最初の圧延または製作で生じる可能性があり、本発明の実施により修正され対処される、歪み／変形の状態を誇張して示すために使用されている。 図３Ａおよび図３Ｂは、上記で参照された先行特許出願の開示に従って作成された、精密な柱側のカラー形状相互連結部品の「噛合い面」または側面を示す図であり、これらの図は、本発明の実施が特別な有用性をもたらす特定の設定を例示するために、本明細書で提供されている。 図１および図２に示された梁の端部などの梁の端部に溶接されるために準備された梁端部取付用部品の、（図３Ｂに示された面とは反対側の）準備処理された面（「取付用側部」）を、図３Ｂで使用された尺度よりも大きい尺度で示した図である。 図４の線５−５に概ね沿った図である。図４および図５において、３点鎖線は、図示の梁端部取付用部品に結合されたＩ形梁の端部を示している。 上記で説明されたジグを利用した本発明の実施を示す、いく分概略的な部分側面図である。 図６で使用された尺度よりもわずかに大きい尺度で、時計回りに９０°回転させて示した、図６の線７−７に概ね沿った図である。

Claims (10)

1. 細長い構造梁の端部に対して、この端部に向き合うようにされた取付用側部を有する梁端部取付用部品を溶接取付けする際に、前記梁の端部の横断面の正確さを安定させる方法であって、
   画定された雄型取付部を用いて、前記梁端部に対して、形状的に正確な横断面の存在を保証する工程と、
   前記梁端部取付用部品の取付用側部に、少なくとも部分的に、適合する断面形状の雌型受容構造体を形成する工程であって、前記雌型受容構造体は、前記梁端部の前記正確な断面の雄型取付部を、相補的にきちんと受け入れる、形成する工程と、
   前記梁端部雄型取付部を、前記梁端部取付用部品の雌型受容構造体に挿入する工程であって、前記梁端部と前記梁端部取付用部品との間に、溶接保持され捕捉された状態を生じさせる、挿入する工程と、
   前記保持状態を維持しながら、前記梁端部と前記梁端部取付用部品との間に、溶接を生成する工程と、を含む方法。
2. Ｉ形梁の横断面を有する梁に使用するように合わせられており、前記Ｉ形梁の横断面は、中央ウェブと、実質的に平行位置にある一対の離間した平面フランジとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記保証する工程が、必要に応じて、前記梁のウェブとフランジとの間の正確な角度関係を確立する修正手段を加える工程を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記保証する工程が、前記梁の中央ウェブに、軸方向に対して、凹んだ領域または受容具用ポケットを作成する工程を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記梁端部の断面は、ウェブおよびフランジ構造体により画定され、前記形成する工程が、前記梁端部取付用部品の前記取付用側部に、前記雄型取付部を受け入れるための雌型受容区域を作成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記溶接保持状態を安定させる助けとなるように、溶接中に縦軸方向の圧縮付勢を利用した梁受容ジグ構造体で行われる、請求項１に記載の方法。
7. 軸方向の付勢圧縮が、前記梁端部取付用部品に係合するように設計された付勢要素によって加えられ、また、溶接中に、前記梁端部取付用部品と前記付勢要素との間に、ばねで付勢された引張力を生み出す工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 細長い構造梁の梁端部に取付用部品を溶接取付けする際に、前記梁端部の横断面の正確さを安定させる方法であって、
   外部構造体に、雌型であって、梁端部を受容する受容構造体を形成する工程と、
   そのような梁端部が雄型であり、当該梁端部の横方向のフットプリントを、形状的に修正し捕捉する工程であって、形成された前記受容構造体の中に、前記梁端部のフットプリントを挿入することにより、後の形状変化に対抗して前記フットプリントを固定する、修正し捕捉する工程と、
   挿入された前記フットプリントをそのように捕捉しながら、補足された梁端部の前記フットプリントを、前記取付用部品に対して、溶接して取り付ける工程と、を含む方法。
9. 前記形成する工程及び前記捕捉する工程が、前記梁端部取付用部品に関して行われる、請求項８に記載の方法。
10. 梁端部取付用部品を利用する、柱に対する梁の取付けに関する方法であって、
    雄型取付部を用いて、設計的に正確な横断面を作成するために、梁端部に溶接前の準備処理をする工程と、
    前記梁端部の前記雄型取付部に対して、相補的な雌型取付部を形成するために、梁端部取付用部品に溶接前の準備処理をする工程と、
    溶接保持状態を生じさせるために、前記梁端部と前記梁端部取付用部品とを結合して、溶接前に組み立てる工程であって、前記梁端部と前記梁端部取付用部品とが、前記梁端部と前記梁端部取付用部品との雄雌結合の相補的嵌合によって安定化される、組み立てる工程と、
    前記梁端部と前記梁端部取付用部品とを、続いて溶接する工程と、を含む方法。

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