JPH0813691A

JPH0813691A - 角形鋼管柱

Info

Publication number: JPH0813691A
Application number: JP14143694A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Miyao; 俊明宮尾; Yoshihiro Sakino; 良比呂崎野; Hidehiro I; 英浩井; Masataka Oshima; 正隆大島; Nobuyuki Nakamura; 信行中村; Yoshiyuki Fujiwara; 吉幸藤原; Haruhito Okamoto; 晴仁岡本; Shigeki Ito; 茂樹伊藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】梁の取付け位置が偏心している場合でも、水
平力に対する柱の剪断強度が確保され、かつ重量あるい
は材料コストの増加が少なく抑えられる角形鋼管柱を提
供する。【構成】断面がコの字型の鋼材とそれに接合された蓋
板を有する角形鋼管柱において、蓋板２の全部又は一部
の板厚が、コの字型の鋼材１の肉厚の１．３〜１．７倍
であることを特徴とする角形鋼管柱。断面がコの字型の
鋼材とそれに接合された蓋板を有する角形鋼管柱におい
て、蓋板２の全部又は一部の降伏強度が、コの字型の鋼
材１の降伏強度の１．３〜１．７倍であることを特徴と
する角形鋼管柱。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、構造物に使用される
鋼管柱の中で、角形鋼管柱に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管柱は高層建築を始め、土木、建築
等、種々の構造物に広く用いられている。その中で、断
面が矩形の角形鋼管柱は、断面が円形の円形鋼管柱に比
べ梁の取付けが容易であり、広く用いられるようになっ
てきている。

【０００３】梁に用いられるのは、通常Ｉ形鋼又はＨ形
鋼であり、いずれも上下２枚のフランジとそれらの間を
繋ぐウェブで構成されている。梁の幅、即ちフランジの
幅は、構造上の要請で決まるが、通常、鋼管柱の寸法の
０．３〜０．７倍となるよう設計されている。

【０００４】特に、壁面を構成する場合は、梁を壁面一
杯に寄せて取り付けることにより、角形鋼管柱の４つの
側面の内１つの側面と梁のフランジの端面を、同一平面
（面一）とすることができる。このように柱と梁を面一
とすることにより、壁材の取付け等の施工が容易とな
る。

【０００５】角形鋼管には、鋼板をプレス成形し２箇所
で折り曲げてコの字型に成形し、その後、蓋板を溶接に
より接合して角形断面とする２シームタイプの角形鋼管
柱がある。例えば、特開平１−１６９０３９号公報等に
記載された技術がこれに当たる。一般に、角形鋼管柱は
４面とも同一板厚、同一強度で形成されている。

【０００６】このように、プレス加工により成形された
コの字型の鋼材と蓋板とからなる角形鋼管柱でも、蓋板
を接合した方の角はアールがついておらず、角の部分ま
で平面で構成されているので、梁を柱の角に寄せて取り
付けることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】土木建築の構造物に、
地震、強風等により水平力が加わると、この力は梁を介
して伝達され、梁の取り付けられている柱に剪断力とし
て作用する。角形鋼管柱においては、この剪断力は柱の
４つの側面のうち梁に平行な２つの側面に配分され、そ
れぞれの側面に剪断力として作用する。

【０００８】この剪断力は、梁を柱の軸心に合わせて取
り付けてあれば、２つの側面について互いに等しくな
る。しかし、梁の取付け位置を偏心させると、２つの側
面に作用する剪断力は変化する。この場合、梁に近い方
の側面に作用する剪断力は、梁の取付け位置が偏心して
いない場合より増加する。

【０００９】一般に、柱の強度は、梁が柱の軸心に合わ
せて取り付けられることを前提にして、設計されてい
る。その結果、柱の剪断力に対する強度（剪断強度）を
変えずに梁を柱の角に寄せて取り付けることは、この側
面に作用する剪断力がその許容強度を超えることになる
ので、困難である。

【００１０】もし、このように梁の取付け位置を偏心さ
せる場合は、柱の強度をこの増加した剪断力に合わせて
設計する必要がある。従来の技術では、肉厚（板厚）の
厚い柱を用いる必要があるので、柱の重量が増大すると
いう問題がある。また、柱の重量の増大を避ける場合
は、柱の材料として高張力鋼を用いることもあるが、材
料コストが増加するという問題がある。

【００１１】この発明は、この問題を解決し、梁の取付
け位置が偏心している場合でも、水平力に対する柱の剪
断強度が確保され、かつ重量あるいは材料コストの増加
が少なく抑えられる角形鋼管柱を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、断面
がコの字型の鋼材とそれに接合された蓋板を有する角形
鋼管柱において、蓋板の全部又は一部の板厚が、コの字
型の鋼材の肉厚の１．３〜１．７倍であることを特徴と
する角形鋼管柱である。

【００１３】請求項２の発明は、断面がコの字型の鋼材
とそれに接合された蓋板を有する角形鋼管柱において、
蓋板の全部又は一部の降伏強度が、コの字型の鋼材の降
伏強度の１．３〜１．７倍であることを特徴とする角形
鋼管柱である。

【００１４】請求項３の発明は、断面がコの字型の鋼材
とそれに接合された蓋板を有する角形鋼管柱において、
蓋板の全部又は一部の板厚と降伏強度の積が、コの字型
の鋼材の肉厚と降伏強度の積の１．３〜１．７倍である
ことを特徴とする角形鋼管柱である。

【００１５】

【作用】梁により角形鋼管柱に伝達された水平力が、梁
に平行な２つの側面にどのように配分されるかについて
考える。図１は、梁を取り付けた角形鋼管柱の断面を示
す断面図である。図中、３は梁、１０は角形鋼管柱、１
１、１２は梁に平行な２つの側面（それぞれ後述のコの
字型鋼材の一部と蓋板に対応）、Ｂは梁の（フランジ
の）幅、Ｄは角形鋼管柱の寸法、Ｐは梁の軸方向に作用
する水平力、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２は角形鋼管柱の側面に作
用する力をそれぞれ示す。また、図１ａは、角形鋼管柱
の蓋板の外面と梁のフランジの端面とを同一平面（面
一）となるように梁を取り付けた場合、図１ｂは、柱の
中央に梁を取り付けた場合（通常の梁の取付け方法）を
それぞれ示す。

【００１６】これらの力Ｐ、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２につい
て、それぞれが作用する線について（水平面に投影し
て）考えると、力Ｐでは梁の軸心と一致し、力Ｐ０、Ｐ
１、Ｐ２では柱のそれぞれの側面の板厚の中央と一致す
る。しかし、鋼管柱の板厚は柱や梁の寸法に比べて通常
１桁程度小さい値であるから、以下、簡単のためこれを
無視し、力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２が作用する線の位置を、そ
れぞれの側面の外面の位置に等しくとる。

【００１７】まず、図１ａの場合について、力の配分を
考える。力Ｐは、梃の原理により力Ｐ１と力Ｐ２に配分
されるので、力Ｐ１と力Ｐ２の大きさは、梁の軸心から
の距離に反比例することになる。梁の軸心に平行な２つ
の側面と梁の軸心との距離は、図１ａに示すように、梁
を寄せた方の側面１１についてはＢ／２となり、もう一
方の側面１２についてはＤ−Ｂ／２となる。

【００１８】以下、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２が、それぞれの力の
大きさを表すことにすると、その比は次のようになる。Ｐ１：Ｐ２＝（Ｄ−Ｂ／２）：（Ｂ／２）（１）これより、Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐであることを用いて、Ｐ１と
Ｐの比を求めると、Ｐ１：Ｐ＝（Ｄ−Ｂ／２）：Ｄ（２）となる。ここで、比（：）を分数（／）に直し、右辺を
Ｄで約分すると、Ｐ１／Ｐ＝１−Ｂ／２Ｄ（３）となる。従って、梁を寄せた方の側面１１に作用する力
Ｐ１は、Ｐ１＝（１−Ｂ／２Ｄ）・Ｐ（４）と表すことができる。

【００１９】次に、この力Ｐ１が、通常の梁の取り付け
方の場合（図１ｂ）に柱の側面に作用する力Ｐ０と比べ
て、何倍に増加しているかについて調べ、その倍率（Ｐ
１／Ｐ０）を求める。通常の梁の取り付け方の場合は、
２つの側面について梁の軸心との距離が等しいので、水
平力Ｐは２分される。従って、各側面に作用する力Ｐ０
の大きさはいずれも（Ｐ／２）であり、倍率（Ｐ１／Ｐ
０）は（２Ｐ１／Ｐ）と表される。

【００２０】この倍率（２Ｐ１／Ｐ）は、式（３）より
（Ｐ１／Ｐ）を（１−Ｂ／２Ｄ）で置き換えれば、（２
−Ｂ／Ｄ）に等しくなる。鋼管柱の寸法Ｄに対する梁の
フランジの幅Ｂの比（Ｂ／Ｄ）は、前述のように０．３
〜０．７となるよう設計されているから、この倍率（Ｐ
１／Ｐ０）即ち（２−Ｂ／Ｄ）の値は１．７〜１．３と
なる。

【００２１】この発明では、蓋板の全部又は一部につい
て、その板厚、降伏強度、又はこれらの積（板厚×降伏
強度）を、他の部分即ちコの字型の鋼材に対して、この
倍率で増加させているので、蓋板の剪断強度がやはりこ
の倍率で強化される。その結果、柱の寸法に対する梁の
幅の比が０．３〜０．７の梁を、蓋板側の柱の角に寄せ
て取り付けることができる。

【００２２】なおこの発明で、蓋板の一部というのは、
蓋板の中で少なくとも梁の取付け部の位置に対応する部
分ということである。これを言い換えると、柱を通常に
即ち水平面に対して垂直に建てた場合において、梁の取
付け部の下端と同じかそれより低い位置から、上端と同
じかそれより高い位置までの蓋板の部分を意味してい
る。

【００２３】

【実施例】図２は、発明の１実施例の角形鋼管柱を分解
して示した斜視図である。図中、１はコの字型鋼材、２
は蓋板、４はダイヤフラムを示す。この実施例では、蓋
板の板厚は、コの字型鋼材の肉厚の１．５倍であり、鋼
管柱の寸法に対する梁の幅の比（Ｂ／Ｄ、梁幅比と呼
ぶ）が０．５より大きい梁ならば、蓋板側の柱の角に寄
せて取り付けることができる。なお、ダイヤフラム４
は、梁のフランジが取り付けられる位置に対応させて、
角形鋼管柱の内面側に接合されている。

【００２４】図３は、発明の他の実施例の角形鋼管柱を
分解して示した斜視図である。図中、２１は蓋板の厚肉
部を示し、他の符号は図２に同じである。蓋板の一部は
板厚が他の部分より厚い厚肉部２１となっており、この
部分を梁の仕口部、即ち取付け部に合わせて使用する。
これは、ダイヤフラム４と角形鋼管柱の側面で囲まれた
空間に、この厚肉部２１が蓋をするような位置と言え
る。

【００２５】図４は、この実施例の蓋板の製作例を示す
斜視図である。図中、２２は蓋板の主要部を構成する鋼
板、２３、２４はそれぞれ別の鋼板を示し、その他の符
号は図２と図３に同じである。図４ａの実施例では、鋼
板２２に、それより板厚の薄い別の鋼板２３を重ねて接
合することにより、厚肉部２１を製作している。図４ｂ
の実施例では、鋼板２２と、それより板厚の厚い鋼板を
突き合わせて接合することにより、厚肉部２１を製作し
ている。

【００２６】これらの厚肉部２１を構成する鋼板の接合
については、例えば、溶接により実施することができ
る。その場合、図４ａの実施例においては、蓋板の主要
部を構成する鋼板２２が熱応力で曲がらないよう、通常
の曲がり防止の処置を行うことが望ましい。

【００２７】これらの実施例の角形鋼管柱は、鋼板をプ
レス加工によりコの字型に成形し、コの字型鋼材１を製
作する。この際、２つの折り曲げ部は鋼板の曲げ特性に
もよるが、板厚の数倍の曲げ半径で成形する。その結
果、折り曲げ部にはアールがつくことは止むを得ない。
次いで、必要に応じてコの字型鋼材１の側面の内側に矩
形のダイヤフラムを取付けた後、蓋板２となる板を溶接
等により接合して、鋼管柱が完成する。

【００２８】図５は、図３の実施例の角形鋼管柱に梁を
取り付けた場合の縦断面を示す縦断面図である。図中、
３１は梁フランジ、３２は梁ウェブを示し、他の符号は
図２と図３に同じである。厚肉部２１の寸法は、は梁３
の高さ方向の寸法と同一に製作されているが、これは梁
の仕口部の寸法より小さくなければよく、製作上の観点
から適宜決めてよい。

【００２９】図６は、同じく図３の実施例の角形鋼管柱
に梁を取り付けた場合の断面を示す断面図である。梁フ
ランジ３１の一方の端面は、蓋板２の表面と同一平面
（面一）に取り付けられている。

【００３０】ここまでは、蓋板の板厚を厚くした角形鋼
管柱の実施例について述べたが、板厚を厚くせずに、蓋
板の剪断強度を高くすることもできる。それには、蓋板
については、プレス加工の必要はなく切断と溶接が可能
であればよいことから、高張力鋼板を用いればよい。な
お、溶接による軟化を防ぐため、蓋板に用いる高張力鋼
板は、非調質型のものであることが望ましい。

【００３１】なお、蓋板の一部を強化するには、熱処理
が有効である。特に、降伏点の出ていない鋼板を用いる
場合は、テンパー（焼戻）処理により降伏点がでるよう
な材質に変化させることが、降伏強度の上昇にとって効
果的である。

【００３２】また、板厚又は降伏強度が１．３〜１．７
の範囲に入っていなくても、両者の組み合わせで、同じ
効果を得ることができる。例えば、柱の寸法Ｄに対する
梁の幅Ｂの比（Ｂ／Ｄ）が０．６の場合、蓋板の板厚と
して必要であるのは、前述のようにコの字型の鋼材の肉
厚の（２−Ｂ／Ｄ）倍であり、計算すると１．４倍以上
である。しかし、構造材の軽量化の観点から、蓋板の板
厚の許容限が他の部分の肉厚の１．２倍までとされた場
合は、設計不能となる。

【００３３】このような場合は、蓋板をＪＩＳ規格のＳ
Ｍ４９０で製作すれば、コの字型の鋼材（通常は材料コ
ストの観点からＪＩＳ規格のＳＳ４００）に対して、降
伏強度を１．２倍程度高くすることができる。その結
果、板厚の１．２倍と合わせて、蓋板をコの字型鋼材の
１．４４倍に強化でき、必要な剪断強度（１．４倍以
上）を確保できる。

【００３４】

【発明の効果】この発明では、角形鋼管柱の４つの側面
のうちの１つを構成する蓋板について、その板厚又は降
伏強度を他の側面より所定の倍率で強化することによ
り、柱の他の部分の重量や材料コストを増加させること
なく、梁を蓋板側の柱の角に寄せて取り付けることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】梁を取り付けた角形鋼管柱の断面を示す断面
図。

【図２】発明の１実施例の角形鋼管柱を分解して示した
斜視図。

【図３】発明の他の実施例の角形鋼管柱を分解して示し
た斜視図。

【図４】蓋板の厚肉部の製作例を示す斜視図。

【図５】角形鋼管柱に梁を取り付けた場合の縦断面を示
す縦断面図。

【図６】角形鋼管柱に梁を取り付けた場合の断面を示す
断面図。

【符号の説明】

１コの字型鋼材２蓋板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大島正隆東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中村信行東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者藤原吉幸東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者岡本晴仁東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者伊藤茂樹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面がコの字型の鋼材とそれに接合され
た蓋板を有する角形鋼管柱において、蓋板の全部又は一
部の板厚が、コの字型の鋼材の肉厚の１．３〜１．７倍
であることを特徴とする角形鋼管柱。
【請求項２】断面がコの字型の鋼材とそれに接合され
た蓋板を有する角形鋼管柱において、蓋板の全部又は一
部の降伏強度が、コの字型の鋼材の降伏強度の１．３〜
１．７倍であることを特徴とする角形鋼管柱。
【請求項３】断面がコの字型の鋼材とそれに接合され
た蓋板を有する角形鋼管柱において、蓋板の全部又は一
部の板厚と降伏強度の積が、コの字型の鋼材の肉厚と降
伏強度の積の１．３〜１．７倍であることを特徴とする
角形鋼管柱。