JP4716121B2 - 鉄骨柱の接合構造および鉄骨柱の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、上下の鉄骨柱の接合面同士を突き当てて、それらの鉄骨柱を接合する、いわゆるメタルタッチによる鉄骨柱の接合構造および鉄骨柱の接合方法に関するものである。

従来より、鉄骨造の建設現場において鉄骨柱同士を接合するための方法としては、完全溶込溶接による接合方法、または高力ボルト接合のような乾式接合方法が一般的である。
ところで、鉄骨柱の現場施工においては、柱の傾きを管理することが重要である。日本建築学会における建築工事基準仕様書のＪＡＳＳ６の鉄骨工事では、柱の建て方時の精度管理として、柱の傾きの許容差の上限が設定されている。一般に、現場施工時においては、下層と上層の柱の接合部にて柱の傾きが補正される。完全溶込溶接による接合方法の場合には、開先内のルートギャップ部分を利用して、建て方時における柱の傾きが補正される。同様に、特許文献１に記載されているような高力ボルト接合方法の場合には、ボルト接合部分のボルト孔を利用して、建て方時における柱の傾きが補正される。

また、他の接合方法としては、杭の接合において用いられているように、軸部にねじ孔を設ける機械式継手による方法、および上層および下層の柱の端面を水平に加工して、それらの端面同士を突き当てるメタルタッチ接合方法がある。また、特許文献２には、ＣＦＴ柱（鋼管コンクリート柱）における外側鋼管同士と内側鋼管同士とを接合するために、メタルタッチ接合方法を適用する構成が記載されている。

特開２００５−９７９１９号公報 特開平１０−３３１２６３号公報

しかしながら、完全溶込溶接による接合方法の場合、大きな軸力や曲げ力が作用するような接合部は、鉄骨柱の断面が大きくなって板厚が大きくなるため、溶接量が非常に多くなって柱の建て方の施工効率が悪化する。また、特許文献１に記載されているような高力ボルト接合方法の場合には、柱の接合部が大面積となるため、必要なボルトの本数が増えたりボルト径が大きくなり、それに応じて、ボルトを通す孔の数が増えたり孔径が大きくなる。そのため、鉄骨柱の断面欠損が増大して、有効断面が小さくなってしまう。

また、杭の接合において用いられているように、軸部にねじ孔を設ける機械式継手を用いる場合には、接合部に高い加工精度が要求される。さらに、その接合部の精度が向上する結果、下層の柱の傾きを補正することが難しくなる。また、水平に加工された上層および下層の柱の端面同士を接触させるメタルタッチ接合方法の場合には、それらの接合部分において下層の柱の傾きを補正することができない。また、特許文献２に記載されているようなＣＦＴ柱（鋼管コンクリート柱）におけるメタルタッチ接合方法の場合には、外側鋼管同士と内側鋼管同士との隙間の調整および保持が困難である。そのため、柱の傾きを補正すべく、外側鋼管同士と内側鋼管同士との隙間を管理することが困難である。さらに、このメタルタッチ接合方法は、鋼管のような閉断面の鉄骨柱の接合には適用できるものの、Ｈ形鋼のような開断面の鉄骨柱の接合には適用できない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、鉄骨柱の接合部において柱の傾きを補正することができ、しかも接合部の断面が大きくなっても施工性に優れた鉄骨柱の接合構造および鉄骨柱の接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の鉄骨柱の接合構造は、上下の鉄骨柱の接合面同士を突き当てて、それらの鉄骨柱を接合するための鉄骨柱の接合構造において、前記上下の鉄骨柱の接合面は、それらの鉄骨柱の接合角度の調整を許容する曲面とし、前記接合面同士の接合部の少なくとも一部を溶接することを特徴とする。

請求項２に記載の鉄骨柱の接合構造は、請求項１に記載の発明おいて、前記上下の鉄骨柱の接合面の一方および他方は、同じ曲率半径の凸曲面および凹曲面であることを特徴とする。

請求項３に記載の鉄骨柱の接合方法は、上下の鉄骨柱の接合面同士を突き当てて、それらの鉄骨柱を接合するための鉄骨柱の接合方法において、前記上下の鉄骨柱の接合面は、それらの鉄骨柱の接合角度の調整を許容する曲面とし、前記接合面同士を前記上下の鉄骨柱の接合角度に応じて突き当てて、それらの鉄骨柱を前記接合面同士の接合部の少なくとも一部を溶接することにより接合することを特徴とする。

本発明によれば、上下の鉄骨柱の接合角度の調整を許容するように、それらの鉄骨柱の接合面を曲面としたことにより、鉄骨柱の接合部において柱の傾きを補正することができ、しかも接合部の断面が大きくなっても優れた施工性を維持することができる。上下の鉄骨柱の接合面の一方および他方は、同じ曲率半径の凸曲面および凹曲面とすることができる。また、上下の鉄骨柱の接合面同士の接合部の少なくとも一部を溶接することにより、せん断力や引張軸力を伝達することもできる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図５は、本発明の第１の実施形態を説明するための図である。本実施の形態は、断面が円形の鉄骨柱（鋼管柱）の接合構造および接合方法としての適用例である。

図１は、上下柱の建て方時における接合直前の状態を示し、同図において、符号１は上層の鉄骨柱、２は下層から立ち上がった鉄骨柱、３は、メタルタッチとなる鉄骨柱１，２の接合部である。鉄骨柱２には、鉄骨梁６のフランジとダイアフラム７が設けられている。ダイアフラム７は鉄骨柱２に接合され、また鉄骨柱１，２は、柱脚よりも上部にて接合される。鉄骨柱１，２の接合面（メタルタッチ接合面）３１，３２は、それらの鉄骨柱１，２の接合角度の調整を許容するように、凸曲面および凹曲面に加工されている。本例においては、接合面３１が凸曲面とされ、接合面３２が凹曲面されている。しかし、これとは逆に、接合面３１が凹局面、接合面３２が凸曲面であってもよい。接合面３１，３２は、図２に示すように、同じ曲率半径ａの曲面に加工されて、同一外径の球面の一部を形成している。したがって、接合面３１，３２は、それらが接合したときに曲率中心が一致し、その曲率中心を中心として、全ての方向における相対的な回転ずれが許容されることになる。また、本例における接合面３１，３２は、図３に示すように、鉄骨柱１，２の端面の全域に形成されている。

図４および図５は、鉄骨柱１，２の接合角度を調整して、それらを接合した状態を示す図である。鉄骨柱２の傾き角度がｂの場合には、その角度ｂに応じて鉄骨柱１，２の接合面３１，３２をずらすことにより、鉄骨柱２の傾きを鉄骨柱１によって補正することができる。図４において、ｃは階高であり、また図５において、ｄは接合角度の調整によって生じる接合面３１，３２のずれである。このずれｄによって、接合面３１，３２には、メタルタッチとならない部分が生じるものの、鉄骨柱１，２の端面の周方向における面接触は確保される。

曲率半径ａが大きい場合には、接合角度の調整によって生じるずれｄは大きくなり、その分、接合面３１，３２の有効な接触面積が小さくなる。一方、曲率半径ａが小さい場合には、曲率半径ａが大きい場合に比して、接合面３１，３２に掛かる横方向の荷重成分が増大し、付加曲げモーメントの増大により接合部３の耐力が低下する。例えば、前述した日本建築学会における設計指針に示される管理許容差の上限として、柱高さの１０００分の１の傾きが設定されている場合には、接合角度の調整後の接合面３１，３２の有効接触面積が接合角度の調整前のほぼ７５％以上となるように、曲率半径ａを設定することが望ましい。また、曲率半径ａを小さくした場合には、後述するように、接合面３１，３２の少なくとも一部を溶接して、接合部３の耐力を高めることが望ましい。また、接合面３１，３２には、曲げモーメントの伝達能力を向上させるために、ブラストなどの表面処理を施してもよい。

図６は、本発明の第２の実施形態を説明するための図である。前述した第１の実施形態においては、同一外径の球面の一部を形成するように接合面３１，３２を加工することにより、接合角度を全方向において調整することができる。しかし、接合角度を一軸方向において調整する場合には、図６に示すように、同一外径の円筒面の一部を形成するように接合面３１，３２を加工してもよい。鉄骨柱１，２の断面形状は限定されず、前述したような断面円形、または図６のような断面四角形のような閉断面形状であってもよく、また断面Ｈ形などの開断面形状であってもよい。

図７および図８は、本発明の第３および第４の実施形態を説明するための図である。図７の例は、同図（ｂ）のような断面四角形の閉断面形状の鉄骨柱（鋼管柱）１，２と、前述した第１の実施形態と同様の接合面３１，３２、つまり同図（ａ）のように同一外径の球面の一部を形成するように加工した接合面３１，３２と、を組み合わせた場合の例である。図８の例は、同図（ｂ）のような断面Ｈ形の開断面形状の鉄骨柱１，２と、前述した第２の実施形態と同様の接合面３１，３２、つまり同図（ａ）のように同一外径の円筒面の一部を形成するように加工した接合面３１，３２と、を組み合わせた場合の例である。

図９、図１０および図１１は、本発明の第５、第６および第７の実施形態を説明するための図である。図９の例は、断面円形の鉄骨柱１，２の接合面３１，３２の外周部分を全周に渡って溶接した場合の例であり、符号８は溶接部、ｅは接合部の板厚、ｆは柱軸部の板厚、ｇは溶接部８の厚さ、ｈは接合部の外径、ｉは柱軸部の外径である。このような溶接部８により、せん断力の伝達性能を向上させることができると共に、引張軸力を伝達することもできる。溶接部８は、接合面３１，３２の全周ではなく、少なくとも接合部の一部であってもよく、また鉄骨柱１，２の断面形状も任意である。図１０は、さらに接合部における内周面を内方に膨出させた場合の例、図１１は、さらに接合部における外周面も外方に膨出させた場合の例である。いずれも接合面３１，３２の接合部の断面積を増大させることにより、接合面３１，３２に接触面積を大きくして、曲率半径ａを大きく設定することができる。

図１２は、本発明の第８の実施形態を説明するための図である。本発明は鉄骨柱の接合のみにならず、杭の接合、または、図１２に示すように、閉断面形状の鉄骨柱（鋼管柱）１，２の内部にコンクリート１１を充填したＣＦＴ柱の接合にも適用することができる。本例においては、鉄骨柱１，２の内周面の全域もしくは一部の領域に突起９が設けられ、また鉄筋かご１０が接合部にて互い違いになるように備えられる。そして、このような鉄骨柱１，２の内部に、コンクリート１１が打設される。

図１３は、本発明の第９の実施形態を説明するための図である。本発明は、図１３に示すように、閉断面形状の鉄骨柱（鋼管柱）１，２の接合部の外周面に外筒１２を配置し、その中にコンクリート（充填材）１１を充填した場合にも適用することができる。本例においては、鉄骨柱１，２の接合部付近の外周面と外筒１２の内周面にそれぞれ、突起９，９が接合部で互い違いになるように設けられる。そして、このような鉄骨柱１，２と外筒１２との間に、コンクリート１１が充填される。この場合、鋼管柱はＨ形鋼などのような開断面であってもよい。また、充填材としては、コンクリートに限らず、力を伝達できるものであれば他のものでもよい。

図１２、図１３に類似のものはあるが、図１２、図１３のものはメタルタッチの構成が従来のものとは異なるので、従来のものと比べて確実な圧縮力の伝達が期待できる。
なお、図６〜図１３に示す要素技術の組合せも可能である。

本発明の第１の実施形態における鉄骨柱の接合時の側面図である。 図１の鉄骨柱の接合部の断面図である。 図１の鉄骨柱の接合部の斜視図である。 図１の鉄骨柱の接合状態の側面図である。 図４の鉄骨柱の接合状態における接合面の拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態における鉄骨柱の接合時の斜視図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態における鉄骨柱の接合時の側面図、（ｂ）は、その鉄骨柱の断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態における鉄骨柱の接合時の側面図、（ｂ）は、その鉄骨柱の断面図である。 （ａ）は、本発明の第５の実施形態における鉄骨柱の接合状態の断面図、（ｂ）は、その（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は、その（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は、本発明の第６の実施形態における鉄骨柱の接合状態の断面図、（ｂ）は、その（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は、その（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は、本発明の第７の実施形態における鉄骨柱の接合状態の断面図、（ｂ）は、その（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は、その（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第８の実施形態における鉄骨柱の接合状態の断面図である。 本発明の第９の実施形態における鉄骨柱の接合状態の断面図である。

符号の説明

１，２ 鉄骨柱
３ 接合部
８ 溶接部
３１，３２ 接合面
ａ 曲率半径
ｂ 傾き

Claims (3)

1. 上下の鉄骨柱の接合面同士を突き当てて、それらの鉄骨柱を接合するための鉄骨柱の接合構造において、
   前記上下の鉄骨柱の接合面は、それらの鉄骨柱の接合角度の調整を許容する曲面とし、前記接合面同士の接合部の少なくとも一部を溶接することを特徴とする鉄骨柱の接合構造。
2. 前記上下の鉄骨柱の接合面の一方および他方は、同じ曲率半径の凸曲面および凹曲面であることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨柱の接合構造。
3. 上下の鉄骨柱の接合面同士を突き当てて、それらの鉄骨柱を接合するための鉄骨柱の接合方法において、
   前記上下の鉄骨柱の接合面は、それらの鉄骨柱の接合角度の調整を許容する曲面とし、
   前記接合面同士を前記上下の鉄骨柱の接合角度に応じて突き当てて、それらの鉄骨柱を前記接合面同士の接合部の少なくとも一部を溶接することにより接合する
   ことを特徴とする鉄骨柱の接合方法。

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