JP5343020B2 - 梁貫通孔補強方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鉄骨梁のウエブに穿設された梁貫通孔部分を補強する方法に関する。
Ｈ形鋼やＩ形鋼は、建築構造物の梁として広く用いられているが、このような梁にあっては、建築構造物の内部に設けられている配管や配線を通過させるため、梁のウエブ部に貫通孔を形成することがある。この場合、梁の強度低下を防ぐために、貫通孔に補強用の金具を取り付けることがある。
このような補強用金具として、従来、補強用のスリーブ部材をや、開口貫通孔に挿嵌し、スリーブ部材の外周面と梁のウエブ部分とを溶接固着するようにしたものや、開口プレートを貫通孔に装着し開口プレート外周面および開口部と梁のウエブ部分とを溶接固着するようにしたものが知られている。ところが、これら従来の補強工法では、梁の両側からの溶接補強が必要であり、また、溶接量も多く梁の加工工数が多くかかるという問題があった。
そこで、貫通孔部分に配置する補強部材をリング状部材で形成し、梁の片側から溶接固着することで加工工数の低減を図ったものとして、補強部材を金属で形成し、この補強部材の外周部における軸方向の片面側に貫通孔よりも外径が大きいフランジ部を形成し、このフランジ部により、軸方向の位置きめ設置用工具なしで確実に行えるようにしたもの(特許文献１)、さらに、この補強部材を遠心鋳造あるいは回転鋳造、型鋳造で形成したもののたもの(特許文献２〜４)、が提案されている。
この補強部材を遠心鋳造あるいは回転鋳造、型鋳造で形成している従来のものでは、鋳造で製造されるために鋳造欠陥を生じることが多く、歩留まりが悪く、コスト高の要因となっていた。
さらに、補強部材の周部における軸方向の片面側に貫通孔よりも外径が大きい薄肉フランジが形成され、この薄肉フランジと本体部の間に溶接開先部を形成したものでは、薄肉フランジ面の連出基端部分を溶接時に裏当金の機能を持たせるようにしていることから、テーパー導出端部と梁に形成されている貫通孔の内周面との間隔が広く、リング状補強部材のセット時にその間隙寸法を全周にわたって均一にすることが難しいという問題があった。
さらに、補強部材の周部における軸方向の片面側に貫通孔よりも外径が大きい薄肉フランジが形成され、この薄肉フランジと本体部の間に溶接開先部を形成したものでは、薄肉フランジ面の連出基端部分を溶接時に裏当金の機能を持たせるようにしていることから、テーパー導出端部と梁に形成されている貫通孔の内周面との間隔が広く、リング状補強部材のセット時にその間隙寸法を全周にわたって均一にすることが難しいという問題があった。
本発明は、このような点に着目し、安価で、梁に形成されている貫通孔へのセットが容易な梁貫通孔補強方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明は、鋼構造建物の梁に形成された貫通孔を補強するにあたり、外周面が４０度から５０度の傾斜角度を持つリング状補強部材を鋼板から切断により切出し、リング状補強部材の傾斜面を梁に形成された貫通孔の一方の内周端縁に当接させ、リング状補強部材の大径側周面と梁のウエブ面との間を周方向複数個所で仮止溶接し、梁のウエブ部分に仮止固定されているリング状補強部材の傾斜面と貫通孔の内周面との間を溶接固定することを特徴としている。
本発明では、外周面を傾斜角度が４０度から５０度の傾斜面となる状態で鋼板から切断で切出してリング状補強部材とし、このリング状補強部材を傾斜面が梁に形成されている貫通孔の周壁面での一方の周端縁に当接する状態に組み付けることにより、ルートギャップなしの開先空間を形成するようにしてあることから、梁に形成されている貫通孔に対するリング状補強部材の位置決めを容易に行うことができる。
また、貫通孔の周壁面とリング状補強部材を傾斜面とで形成される開先空間を片面部分溶込み溶接することで溶接固定するようにしていることから、従来に比べて施工が容易である。
さらに、リング状補強部材をガス切断で鋼板から切り出すようにしてあることから、鋳造や鍛造で形成したものに比して材質的に安定することになるうえ安価に製造することができ、鋼構造物の梁としての製造コストを低減化することができる。
図中符号(１)はＨ形鋼やＩ形鋼で形成された鋼構造物の梁材であり、(２)は梁材(１)のウエブ(３)に穿設された貫通孔である。この貫通孔(２)が形成されているウエブ(３)の強度低下を補うために、この貫通孔(２)の形成部分を補強部材(４)で補強する。
この補強部材(４)は、一般構造用圧延鋼板、溶接構造用圧延鋼板、建築構造用圧延鋼板、国土交通大臣認定ＴＭＣＰ鋼板などの鋼板から切断により切り出したもので、その外周面を傾斜面(５)に形成するとともに、その内部にスリーブ貫通孔(６)を切り抜いてリング状に形成してある。なお、リング状補強部材(４)は、ウエブ(３)の厚みよりも厚い鋼板から切り出すようにしてある。ここで鋼板からの切り出し切断の方式としては、ガス切断、レーザ切断、プラズマ切断などを使用することができる。
このような外周面を傾斜面(テーパー面)としているリング状補強部材(４)を梁材(１)のウエブ(３)に穿設された貫通孔(２)に装着する。このとき、リング状補強部材(４)の平板部分(７)をウエブ(３)の壁面と平行に位置させることにより、リング状補強部材(４)に形成されているスリーブ貫通孔(６)の軸芯と、ウエブ(３)を形成している壁面とが直交する状態となる。
また、前述のように、スリーブ貫通孔(６)の軸芯がウエブ(３)を形成している壁面と直交する状態にリング状補強部材(４)をウエブ(３)に装着すると、テーパー状に形成されているリング状補強部材(４)の外周側面(５)はその大径より部分で、梁材(１)のウエブ(３)に穿設された貫通孔(２)におけるリング状補強部材(４)の挿入手前側に位置している周端縁部(８)と線状に当接することになり、ウエブ(３)に穿設された貫通孔(２)の内周面とリング状補強部材(４)の外周面を形成している傾斜面(テーパー面)(５)とで形成されるレ字型空間部分が開先空間(９)となる。このため、この開先空間(９)では、ルートギャップなしの状態となる。
梁材(１)に穿設された貫通孔(２)に装着されたリング状補強部材(４)の大径側外周縁部分とウエブ(３)に穿設された貫通孔(２)の周縁壁面部分とを周方向に所定のピッチで仮付け溶接する。ウエブ(３)に仮付け溶接されたリング状補強部材(４)は、前記開先空間(９)を炭酸ガス半自動溶接を用いて、片面部分溶け込み溶接で溶着する。
上述の手順で、貫通孔(２)を穿設している梁材(１)のウエブ(３)を補強する場合、ルートギャップなしの状態での溶接では、ルート部が未溶融となる可能性がある。そこでこの未溶融部分が少なく、健全な溶接ビードとなる接合部の形状について、リング状補強部材(４)の傾斜面(５)とウエブ(３)に形成した貫通孔(２)の内周面とがなす角度(テーパー角度)をパラメータとして、適切な角度の検討を行った。
ウエブ(３)の肉厚を１２mm、リング状補強部材(４)の肉厚を４０mm、テーパー角度を３５度〜５５度まで５度のピッチで変化させた。なおウエブ材(３)、リング状補強部材(４)はいずれもＳＭ４９０Ａの溶接構造用圧延鋼板を用い、溶接ワイヤとして高張力鋼用溶接ソリッドワイヤ、溶接電流２００〜３５０Ａの炭酸ガス半自動溶接を使用した。
その結果をマクロ写真により確認したところ、テーパー角度が小さい３５度では開先が狭くルートの未溶融部分が大きくなり、テーパー角度が大きい５５度では開先が広く溶融金属量が過大となることが判明した。そして、テーパー角度を４５度とした場合が、未溶融部との大きさと、溶接ビードの形状のバランスから最適であり、テーパー角度は４５±５度以内が好ましい範囲と判断した。
上述の実施態様では、リング状補強部材(４)と梁材(１)のウエブ(３)との溶接を半自動炭酸ガス溶接としたが、半自動マグ溶接をはじめとする他の輪溶接手段であってもよい。
本発明は、貫通孔を形成している鉄骨梁の貫通孔部分の補強に広く利用することができる。
Claims (2)
- 鋼構造建物の梁材に形成された貫通孔を補強するにあたり、
外周面が４０度から５０度の傾斜角度を持つリング状補強部材(４)を鋼板から切断により切出し、リング状補強部材(４)の傾斜面(５)を梁材(１)に形成された貫通孔(２)の一方の内周端縁に当接させ、リング状補強部材(４)の大径側周面と梁材(１)のウエブ(３)の表面との間を周方向複数個所で仮止溶接し、梁材(１)のウエブ(３)に仮止固定されているリング状補強部材(４)の傾斜面(５)と貫通孔(２)の内周面との間を片面部分溶け込み溶接により溶接固定することを特徴とする梁貫通孔補強方法。 - リング状補強部材(４)の傾斜面(５)と貫通孔(２)の内周面との間を炭酸ガス半自動溶接で溶着する請求項１に記載した梁貫通孔補強方法。
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