JP6534483B1 - 鉄骨梁の溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨梁の上面にスペースを占有することなくロボット溶接が行える鉄骨梁の溶接方法を提供する。【解決手段】上部鉄骨柱３０に自動溶接機４０の走行レール４１を設置し、走行レール４１に沿って自動溶接機４０の本体４２を走行させ、鉄骨柱１０の柱梁接合部１２の上側のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０の上側のフランジ２１の端縁とをロボット溶接する。自動溶接機４０には溶接箇所に応じてカーブトーチ４４を用いる。鉄骨梁２０の溶接ののち、同じ自動溶接機４０で上部鉄骨柱３０と鉄骨柱１０とをロボット溶接する。【選択図】図５

Description

本発明は、鉄骨梁の溶接方法に関し、鉄骨柱と鉄骨梁とのロボット溶接に関する。

鉄骨構造建物では、予め工場施工された鉄骨柱および鉄骨梁を建築現場に搬入し、溶接により順次接続している。鉄骨柱には管状の鋼管柱が多用され、柱梁接合部のやや上方で鋼管柱どうしを溶接するほか、柱梁接合部の上側ダイヤフラムに鋼管柱を溶接することが提案されている（特許文献１参照）。
鋼管柱の溶接作業には、ロボット（自動溶接機）による自動化が進められている。
例えば、鋼管柱の端部近くの周囲に環状のレールを設置し、レールに沿って自動溶接機を走行させ、鋼管柱の全周を溶接している（特許文献２参照）。
特許文献１で提案される柱梁接合部の上側ダイヤフラムと鋼管柱との溶接は、人手では足下に屈んだ溶接姿勢となり実施が困難であるが、ロボット溶接であれば容易である。
鋼管柱どうしのロボット溶接では、相互の位置精度を高めるためにエレクションピースが用いられる。エレクションピースと自動溶接機との干渉を避けるため、自動溶接機の移動範囲を区間ごとに制限し、溶接位置により自動溶接機の向きを細かく調整することが提案されている（特許文献３参照）。
鋼管柱の表面に沿ったエレクションピースに対し、鉄骨柱の全体的な姿勢制御を目的として、柱と最寄りの梁上面との間に「きりん」と呼ばれる伸縮調整可能な軸材あるいはワイヤが用いられる（特許文献４参照）。

一方、鉄骨梁にはＨ形鋼が用いられている。Ｈ形鋼を鉄骨柱の柱梁接合部に接続する際には、Ｈ形鋼のウェブを柱梁接合部のブラケットにボルト締め固定したのち、Ｈ形鋼の上下フランジをそれぞれ柱梁接合部の上下ダイヤフラムに溶接している。
これらのＨ形鋼と柱梁接合部との溶接にも、自動溶接機を用いたロボット溶接が導入されている。ただし、Ｈ形鋼の下側の溶接は、上向き溶接の困難性があり、ロボット溶接は主にＨ形鋼の上側の溶接に採用されている。

特開平６−１５８７１７号公報 特開２０００−１３５５９４号公報 特開２０１８−５３６２６号公報 特開平１−２３９２６８号公報

Ｈ形鋼の上フランジと柱梁接合部の上側ダイヤフラムとをロボット溶接する際には、Ｈ形鋼の上フランジの上面に、柱側の端縁に沿ってレールを設置し、このレールを用いて自動溶接機を走行させている。
ここで、自動溶接機の柱と反対側には、自動供給される溶接ワイヤが伸び、自動溶接機の走行に伴って上フランジ上面を移動する。このため、Ｈ形鋼の上面には、レールおよび自動溶接機の設置スペースに加えて、動作のためのスペースが必要となる。
鉄骨梁の上面には、柱との溶接に先立ってデッキや床コンクリートの配筋、スタッドボルトなどを設置しておくことで、工期の短縮が図られている。
しかし、前述した自動溶接機の設置スペースおよび動作スペースにあたる部分では、各種設備の先行設置ができず、工期短縮の効果が低減されてしまう、という問題があった。

本発明の目的は、鉄骨梁の上面にスペースを占有することなくロボット溶接が行える鉄骨梁の溶接方法を提供することにある。

本発明の鉄骨梁の溶接方法は、鉄骨柱の側面の溶接箇所に鉄骨梁の端部上縁を溶接する鉄骨梁の溶接方法であって、前記鉄骨梁が溶接される柱梁接合部を有する前記鉄骨柱と、前記柱梁接合部の上面に仮止めされた上部鉄骨柱とを用い、自動溶接機の走行レールを前記上部鉄骨柱に設置し、前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記鉄骨梁とを溶接したのち、前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記上部鉄骨柱とを溶接することを特徴とする。
あるいは、前記鉄骨梁が溶接される柱梁接合部を有する前記鉄骨柱と、前記柱梁接合部の上面に仮止めされた上部鉄骨柱とを用い、自動溶接機の走行レールを前記上部鉄骨柱に設置し、前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記上部鉄骨柱とを溶接したのち、前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記鉄骨梁とを溶接することを特徴とする。

このような本発明では、鉄骨柱に設置された走行レールに沿って自動溶接機を走行させることで、自動溶接機のトーチを鉄骨柱の溶接箇所と鉄骨梁の端部上縁との間の開先に沿って移動させることができ、これらの溶接箇所と端部上縁とのロボット溶接を行うことができる。そして、本発明では、柱梁接合部と鉄骨梁との溶接工程と、柱梁接合部と上部鉄骨柱との溶接工程とで、同じ走行レールを共用することができる。従って、ロボット溶接の準備に必要な作業時間を短縮でき、鉄骨梁の溶接作業の効率化を図ることができる。
さらに、本発明の走行レールは、鉄骨柱に設置され、鉄骨梁の上面に設置スペース等を占有しなくて済む。従って、鉄骨梁においては、その上面にデッキや床コンクリートの配筋、スタッドボルトなどを先行設置でき、工期短縮の効果を最大限に得られる。

本発明の鉄骨梁の溶接方法において、前記自動溶接機にカーブトーチを装着することが好ましい。
このような本発明では、鉄骨柱に設置された走行レールで自動溶接機を支持し、自動溶接機の姿勢が制約される場合でも、溶接対象（鉄骨柱の溶接箇所と鉄骨梁の端部上縁）の開先の位置や向きに対してトーチ方向を適切に設定できる。

本発明によれば、鉄骨梁の上面にスペースを占有することなくロボット溶接が行える鉄骨梁の溶接方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の鉄骨柱梁を示す側面図。 前記実施形態の鉄骨梁の接続工程を示す側面図。 前記実施形態の上部鉄骨柱の仮組工程を示す側面図。 前記実施形態の自動溶接機の準備工程を示す側面図。 前記実施形態の鉄骨梁の溶接工程を示す側面図。 前記実施形態の鉄骨柱の溶接工程を示す側面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、柱梁構造体１は、鉄骨柱１０の上端側面に鉄骨梁２０を接続するとともに、鉄骨柱１０の上端に上部鉄骨柱３０を接続して形成される。
なお、鉄骨梁２０は鉄骨柱１０の四方向の側面にそれぞれ接続されるが、いずれか三方向（鉄骨柱１０が建物側面にある場合など）または二方向（鉄骨柱１０が建物角隅にある場合など）にのみ接続される場合もある。

鉄骨柱１０は、垂直に配置された中空で断面四角形状の鋼管柱１１を有し、その上端に柱梁接合部１２を有する。
柱梁接合部１２は、鋼管柱１１と断面が同寸だが短尺の中間柱１３を有し、その上面および下面にはそれぞれダイヤフラム１４，１５が全周溶接で固定されている。
柱梁接合部１２は、下側のダイヤフラム１５に鋼管柱１１の上端を全周溶接することで、鋼管柱１１に固定されている。
中間柱１３の側面には、鉄骨梁２０をボルト締結するためのブラケット１６が溶接固定されている。
ダイヤフラム１４の上面には、上部鉄骨柱３０を接続する際の位置決め用の裏当て部材１７（図３参照）が溶接固定されている。

鉄骨梁２０は、上下のフランジ２１，２２およびウェブ２３により断面がＨ形に形成されたＨ形鋼である。
鉄骨梁２０の上下のフランジ２１，２２には、柱梁接合部１２のダイヤフラム１４，１５に対向する端縁に、溶接のための開先加工が施されている。
鉄骨梁２０のウェブ２３には、ブラケット１６にボルト締結するためのボルト孔（図２参照）が形成されている。

上部鉄骨柱３０は、鋼管柱１１と断面が同寸の鋼管柱３１で構成され、その下端３２には、ダイヤフラム１４の上面に溶接するための開先加工が施されている。
鋼管柱３１は、内側形状がダイヤフラム１４に固定されている裏当て部材１７を嵌合可能とされている。

図１の柱梁構造体１は、予め鉄骨柱１０、鉄骨梁２０、および上部鉄骨柱３０を工場施工しておき、建築現場に搬入して仮組される。
図２において、先ず鉄骨柱１０を建て、その側面に鉄骨梁２０を配置し、ボルトを仮締めして組み立ててゆく。鉄骨柱１０と鉄骨梁２０が仮組みできたら、各部角度寸法を調整したのち、ボルトを本締めする。
図３において、鉄骨梁２０がボルト接合された鉄骨柱１０に対し、上方から上部鉄骨柱３０を近接させ、裏当て部材１７に嵌め込んで仮止めしておく。
仮止め状態まで組立てられたら、鉄骨柱１０、鉄骨梁２０、および上部鉄骨柱３０をロボット溶接する。

図４において、準備作業として、仮止めされた上部鉄骨柱３０に、全周溶接用の自動溶接機４０を設置する。
自動溶接機４０は、上部鉄骨柱３０の周囲に装着される環状の走行レール４１と、走行レール４１に沿って巡回可能な本体４２と、本体４２に支持されたトーチ４３とを有する。トーチ４３としては、直線的な通常のトーチ４３（図６参照）のほか、先端が屈曲したカーブトーチ４４（図４および図５参照）を選択可能である。
トーチ４３（カーブトーチ４４）には、それぞれ上部鉄骨柱３０の上方から、溶接ワイヤ４５が導入されている。

自動溶接機４０の準備ができたら、本体４２にカーブトーチ４４を装着し、鉄骨柱１０と鉄骨梁２０の端部上縁との溶接作業を行う。
図５において、鉄骨柱１０と鉄骨梁２０の溶接作業では、カーブトーチ４４を装着した本体４２（実線で表示）を走行レール４１に沿って図面直交方向手前側へ走行させ、図中左側の鉄骨梁２０の端部上縁をダイヤフラム１４に溶接する。

次に、本体４２（実線で表示）を図面左側から右側へ走行させ、図面直交方向へ伸びる鉄骨梁２０について同様の溶接を行う。さらに、図中右側の鉄骨梁２０に対して、本体４２（実線で表示）を図面直交方向奥側へ走行させ、鉄骨梁２０の端部上縁をダイヤフラム１４に溶接する。こののち、本体４２（図示省略）を、鉄骨柱１０の図面奥側で図面右側から左側へ走行させることで、図面奥側に延びる鉄骨梁２０について同様の溶接を行う。

鉄骨梁２０の溶接作業ができたら、本体４２に通常のトーチ４３を装着し、鉄骨柱１０と上部鉄骨柱３０との溶接作業を行う。
図６において、鉄骨梁２０の溶接作業では、通常のトーチ４３を装着した本体４２（実線で表示）を走行レール４１に沿って図面直交方向手前側へ走行させ、上部鉄骨柱３０の下縁の図中左側部分をダイヤフラム１４の上面に溶接する。

次に、本体４２（実線で表示）を図面左側から右側へ走行させ、上部鉄骨柱３０の下縁の図中手前側部分について同様の溶接を行う。さらに、上部鉄骨柱３０の下縁の図中右側部分に対して、本体４２（実線で表示）を図面直交方向奥側へ走行させ、上部鉄骨柱３０の下縁をダイヤフラム１４の上面に溶接する。こののち、本体４２（図示省略）を、鉄骨柱１０の図面奥側で図面右側から左側へ走行させることで、上部鉄骨柱３０の下縁の図面奥側部分について同様の溶接を行う。

これら２つの溶接作業ができたら、上部鉄骨柱３０から走行レール４１ほか自動溶接機４０を撤去する。なお、鉄骨柱１０と鉄骨梁２０の端部下縁との間については、当該部分にかかる荷重が比較的小さいので、上述した溶接作業ののち、適当な時期に溶接を実施する。
以上により、柱梁構造体１を構成する鉄骨柱１０、鉄骨梁２０および上部鉄骨柱３０が相互に溶接される。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、鉄骨柱１０に設置された走行レール４１に沿って自動溶接機４０の本体４２を走行させることで、自動溶接機４０のトーチ（通常のトーチ４３またはカーブトーチ４４）を溶接箇所である上側のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０の上側のフランジ２１の端部上縁との間の開先に沿って移動させることができ、これらの溶接箇所と端部上縁とのロボット溶接を行うことができる。

さらに、本実施形態の走行レール４１は、鉄骨柱（鉄骨柱１０に接続される上部鉄骨柱３０）に設置され、鉄骨梁２０の上面に設置スペース等を占有しなくて済む。従って、鉄骨梁２０においては、その上面にデッキや床コンクリートの配筋、スタッドボルトなどを先行設置でき、工期短縮の効果を最大限に得られる。

本実施形態では、自動溶接機４０の本体４２にカーブトーチ４４を装着するようにしたため、走行レール４１に支持された自動溶接機４０の本体４２の姿勢が制約される場合でも、溶接対象（鉄骨柱１０の溶接箇所であるダイヤフラム１４と鉄骨梁２０のフランジ２１の端部上縁）の開先の位置や向きに対してトーチ方向を適切に設定できる。

本実施形態では、鉄骨柱１０の柱梁接合部１２に鉄骨梁２０をボルト締結した状態で、鉄骨柱１０の上面に上部鉄骨柱３０を仮止めし、上部鉄骨柱３０に設置した走行レール４１に沿って自動溶接機４０の本体４２を走行させ、柱梁接合部１２のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０とを溶接したのち、柱梁接合部１２の上面と上部鉄骨柱３０とを溶接するようにした。このため、柱梁接合部１２と鉄骨梁２０との溶接工程と、柱梁接合部１２と上部鉄骨柱３０との溶接工程とで、同じ走行レール４１を共用することができる。従って、ロボット溶接の準備に必要な作業時間を短縮でき、鉄骨梁の溶接作業の効率化を図ることができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、上部鉄骨柱３０に設置した走行レール４１に沿って自動溶接機４０の本体４２を走行させ、先ず柱梁接合部１２のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０とを溶接し、次に柱梁接合部１２の上面と上部鉄骨柱３０とを溶接するようにした。
これに対し、先ず柱梁接合部１２の上面と上部鉄骨柱３０とを溶接し、次に柱梁接合部１２のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０とを溶接してもよい。

また、上部鉄骨柱３０に設置した走行レール４１を、鉄骨柱１０と鉄骨梁２０との溶接と、鉄骨柱１０と上部鉄骨柱３０との溶接に共用することは必須ではなく、例えば同じ走行レール４１を各溶接工程で上部鉄骨柱３０の異なる位置にずらして利用してもよく、あるいは各溶接作業にそれぞれ別の走行レール４１を用いてもよい。この場合でも、同じ本体４２など自動溶接機４０の一部を共用することで、設備の共用化を図ることができる。

鉄骨梁２０が溶接される対象としては、鉄骨柱１０および上部鉄骨柱３０に限らず、本発明は鉄骨柱１０の途中部分に鉄骨梁２０を溶接する作業に適用できる。ただし、通常の柱梁構造体１としては、鉄骨梁２０からの荷重を適切に受けるために柱梁接合部１２を用いることが一般的であり、その上面に上部鉄骨柱３０を接続する構成が一般的である。

前記実施形態では、柱梁接合部１２のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０との溶接にカーブトーチ４４を用い、柱梁接合部１２の上面と上部鉄骨柱３０との溶接に直線的な通常のトーチ４３を用いた。これに対し、柱梁接合部１２のダイヤフラム１４と鉄骨梁２０との溶接に通常のトーチ４３を用い、柱梁接合部１２の上面と上部鉄骨柱３０との溶接にカーブトーチ４４を用いてもよく、両方の溶接作業でカーブトーチ４４を用いてもよい。さらに、両方の溶接作業での開先に対する角度に問題がなければ、両方の溶接作業で通常のトーチ４３を用いてもよい。

本発明は、鉄骨梁の溶接方法であって、鉄骨柱と鉄骨梁とのロボット溶接に利用できる。

１…柱梁構造体、１０…鉄骨柱、１１…鋼管柱、１２…柱梁接合部、１３…中間柱、１４，１５…ダイヤフラム、１６…ブラケット、１７…裏当て部材、２０…鉄骨梁、２１，２２…フランジ、２３…ウェブ、３０…上部鉄骨柱、３１…鋼管柱、３２…下端、４０…自動溶接機、４１…走行レール、４２…本体、４３…通常のトーチ、４４…カーブトーチ、４５…溶接ワイヤ。

Claims (3)

1. 鉄骨柱の側面の溶接箇所に鉄骨梁の端部上縁を溶接する鉄骨梁の溶接方法であって、
   前記鉄骨梁が溶接される柱梁接合部を有する前記鉄骨柱と、前記柱梁接合部の上面に仮止めされた上部鉄骨柱とを用い、
   自動溶接機の走行レールを前記上部鉄骨柱に設置し、
   前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記鉄骨梁とを溶接したのち、
   前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記上部鉄骨柱とを溶接することを特徴とする鉄骨梁の溶接方法。
2. 鉄骨柱の側面の溶接箇所に鉄骨梁の端部上縁を溶接する鉄骨梁の溶接方法であって、
   前記鉄骨梁が溶接される柱梁接合部を有する前記鉄骨柱と、前記柱梁接合部の上面に仮止めされた上部鉄骨柱とを用い、
   自動溶接機の走行レールを前記上部鉄骨柱に設置し、
   前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記上部鉄骨柱とを溶接したのち、
   前記自動溶接機を前記走行レールに沿って走行させて前記柱梁接合部と前記鉄骨梁とを溶接することを特徴とする鉄骨梁の溶接方法。
3. 請求項１または請求項２に記載した鉄骨梁の溶接方法において、
   前記自動溶接機にカーブトーチを装着することを特徴とする鉄骨梁の溶接方法。

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