JPH08174240A - 補強材を備えた中空筒状体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中空筒状体の強度の方向性を低減し、構造設
計上の制約をなくし、設計の自由度を向上することので
きる補強材を内部に有する中空筒状体を提供することを
目的とする。 【構成】 中空筒状体１０は、鋼製帯状片１０ａ，１０
ｂの側面に接合され、これら鋼製帯状片１０ａ，１０ｂ
同士が接合されることで、互いに隙間１３を隔てて突き
合わされる一対の補強材片１１ａ，１１ｂと、各補強材
片１１ａ，１１ｂに接合され、隣接して突き合わされる
他の補強材片１１ａまたは１１ｂに向かって延出されて
隙間１３を閉鎖して閉鎖溶接空間１５を形成する当て板
１２ａ，１２ｂと、鋼製帯状片１０ａ，１０ｂに閉鎖溶
接空間１５へ連通させて形成され、補強材片１１ａ，１
１ｂ同士を接合するために閉鎖溶接空間１５に対してエ
レクトロスラグ溶接を施工するための透孔１４とを備え
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、補強材を備えた中空
筒状体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築物を構築する際には、柱部材
として例えば円形断面若しくは角形断面を有する中空筒
状体を用いる場合がある。その一例として図５に示す中
空筒状体５０は、複数の鋼製帯状片、すなわち一対の溝
型鋼５０ａ，５０ｂ同士を接合して製造されるボックス
コラムと呼ばれるものであり、内部が中空であるため軽
量で且つ強度が高く、経済的に構造物の耐力を向上でき
るという利点がある。また、この中空筒状体５０の内部
中空にコンクリートを圧入して、中空筒状体５０の全長
に亘ってコンクリートを充填すれば、現場作業において
容易に鋼管コンクリート部材を構築することができる。

【０００３】ところで、かかる中空筒状体５０を例えば
鋼管コンクリート構造による高層建築や大スパンの工場
等において使用する場合には、中空筒状体５０と梁５１
の接合部いわゆる仕口部５２に過大な曲げモーメントや
せん断力等の外力が作用する。そのため、これに耐え得
るように、仕口部５２の剛性を高める必要があり、従来
では、ダイヤフラムと呼ばれる補強材５３を中空筒状体
５０の仕口部５２内部に接合して、これに外力を分担し
支持させ、仕口部５２における剛性を増加させる方法が
採られている。

【０００４】そして、この補強材５３を中空筒状体５０
内に接合するには、従来では、例えば、図５（ｂ）にも
示すように、一対の溝型鋼５０ａ，５０ｂのそれぞれの
内面に補強材５３を構成する補強材片５３ａ，５３ｂを
溶接接合し、その後溝型鋼５０ａ，５０ｂをその縁部で
接合し、中空筒状体５０を形成するという方法を採って
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、溝型鋼５０ａ，５０ｂを接合して中空筒状体５
０を形成する際、その内部に配設された補強材片５３
ａ、５３ｂ相互の接合が不可能であるため、これら補強
材片５３ａ、５３ｂ間に隙間５４が形成されるという問
題があった。これによって、補強材片５３ａ，５３ｂ間
で応力の伝達が十分に行われないという惧れがあった。

【０００６】さらには、かかる隙間５４が形成されるこ
とによって中空筒状体５０の径方向に沿って補強材５３
の断面が欠損するため、同図（ｂ）にも示すように、隙
間５４によって補強材５３が寸断されるＸ方向と、これ
と直交し、隙間５４に沿ったＹ方向とでは、各方向につ
いての断面係数が異なることとなり、曲げモーメントや
せん断力等の外力に対する耐力に方向によって格差が生
じるという問題があった。詳しくは、前記Ｘ方向は弱軸
方向とよばれ、断面１次モーメントの値が比較的低くな
り耐力が小さく、一方前記Ｙ方向は強軸方向と呼ばれ、
断面１次モーメントの値が高くなり耐力が大きくなる。
このため中空筒状体５０の耐震性能に方向性が生じると
いう惧れがあった。

【０００７】そのため、このような補強材５３備えた中
空筒状体５０を用いて構造物を構築する際には、各部材
について、設計段階で前記方向性を考慮しなければなら
ず、構造設計上の制約が増加し、設計の自由度が低下す
るという問題があった。

【０００８】そこで、この発明は、かかる問題を解決す
るためになされたもので、中空筒状体の強度の方向性を
低減し、構造設計上の制約をなくし設計の自由度を向上
することのできる補強材を備えた中空筒状体を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の補強材を備え
た中空筒状体は上記目的を達成するためになされたもの
であり、複数の鋼製帯状片を環状に配列し、互いに隣接
するこれら鋼製帯状片の隣接縁部同士を接合することで
形成される中空筒状体において、中空筒状体の内面とな
るこれら鋼製帯状片の側面に接合され、これら鋼製帯状
片同士が接合されることで、互いに隙間を隔てて突き合
わされる複数の補強材片と、各補強材片に接合され、隣
接して突き合わされる他の補強材片に向かって延出され
て上記隙間を閉鎖して閉鎖溶接空間を形成する当て板
と、上記鋼製帯状片に上記閉鎖溶接空間へ連通させて形
成され、上記補強材片同士を接合するために該閉鎖溶接
空間に対してエレクトロスラグ溶接を施工するための透
孔とを備えたものである。

【００１０】また、上記補強材を備えた中空筒状体で
は、鋼製帯状片が断面コ字状に形成され、これら一対の
断面コ字状の鋼製帯状片が互いに接合されて断面角形の
中空筒状体を構成することが好ましい。

【００１１】なお、上記補強材を備えた中空筒状体で
は、補強材片が互いに接合されることで、平板状の補強
材を構成することができる。

【００１２】さらには、上記補強材を備えた中空筒状体
では、補強材片が互いに接合されることで、中央に穴部
を有する平板状の補強材を構成することもできる。

【００１３】

【作用】この発明の補強材を備えた中空筒状体によれ
ば、補強材片と当て板とにより閉鎖溶接空間を形成する
ため、補強材間の隙間を確実に溶接接合することがで
き、補強材片間の応力の伝達を良好なものとすることが
できる。併せて、隙間をエレクトロスラグ溶接で、確実
に接合することにより、隙間によって補強材の断面が欠
損するのを回避することができ、各方向についての断面
係数に格差が生じるのを防止することができる。その結
果、隙間によって補強材が寸断される弱軸方向の強度を
補償することができ、中空筒状体の耐震性能の方向性を
なくすことができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の、補強材を備えた中空筒状
体の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。図
１に示す中空筒状体１０は、建築物を構成する柱部材と
して用いられる断面角形のいわゆるボックスコラムと呼
ばれるもので、複数の鋼製帯状片１０ａ，１０ｂの隣接
縁部同士を、例えばシーム溶接等で接合して形成される
ものである。

【００１５】そして、この中空筒状体１０は、鋼製帯状
片１０ａ，１０ｂの側面に接合され、これら鋼製帯状片
１０ａ，１０ｂ同士が接合されることで、互いに隙間１
３を隔てて突き合わされる一対の補強材片１１ａ，１１
ｂと、各補強材片１１ａ，１１ｂに接合され、隣接して
突き合わされる他の補強材片１１ａ，１１ｂに向かって
延出されて隙間１３を閉鎖して閉鎖溶接空間１５を形成
する当て板１２ａ，１２ｂと、鋼製帯状片１０ａ，１０
ｂに閉鎖溶接空間１５へ連通させて形成され、補強材片
１１ａ，１１ｂ同士を接合するために閉鎖溶接空間１５
に対してエレクトロスラグ溶接を施工するための透孔１
４とを備えたものである。

【００１６】前記鋼製帯状片１０ａ，１０ｂは、本実施
例では、一対の断面コ字形の溝型鋼を用い、これらを接
合して中空筒状体１０を形成した際、その内面となる側
面に補強材片１１ａ，１１ｂが溶接等で接合されてい
る。

【００１７】これらの補強材片１１ａ，１１ｂは、中空
筒状体１０の径方向に沿って二分割されて、鋼製帯状片
１０ａ，１０ｂの内壁面に合致する断面形状をなすもの
であり、中空筒状体１０の仕口部に当たる部位に接合さ
れる。そして、これらの補強材片１１ａ，１１ｂは、鋼
製帯状片１０ａ，１０ｂを接合して管状筒状体１０を形
成した際には、相互に突き合わされて接合されることに
より、仕口部の剛性を補償する補強材としてのダイアフ
ラム１１を構成する。

【００１８】なお、前記補強材片１１ａ，１１ｂは、そ
の幅（図２（ａ）における左右方向の長さ）が、断面コ
字形の鋼製帯状片１０ａ，１０ｂのフランジの長さより
も若干短尺となっており、これらの補強材片１１ａ，１
１ｂを中空筒状体１０内に配設した際には、その間に隙
間１３が形成される。

【００１９】一方、当て板１２ａ，１２ｂは、補強材片
１１ａ，１１ｂと同様の材料で形成されており、本実施
例では、図２にも示すように、補強材片１１の上面に配
設される当て板１２ａは、一方の補強材片１１ａの上面
に、補強材片１１の下面に配設される当て板１２ｂは、
他方の補強材片１１ｂの下面に、溶接部１６において、
すみ肉溶接等で接合される。

【００２０】そして、これらの当て板１２ａ，１２ｂ
は、本実施例では、鋼製帯状片１０ａ，１０ｂをその縁
部で接合し中空筒状体１０を形成した際には、図１に示
すように、補強材片１１ａ，１１ｂの表裏にこれらを跨
ぐように配設され、隙間１３を閉鎖して補強材片１１
ａ，１１ｂ間に閉鎖溶接空間１５を形成する。

【００２１】また、閉鎖溶接空間１５には、中空筒状体
１０の外壁面に穿設された透孔１４が連通している。こ
の透孔１４は、鋼製帯状片１０ａ，１０ｂを接合して中
空筒状体１０を形成した後にドリル等によって穿孔す
る。

【００２２】そして、このような構成を有する中空筒状
体１０を製造するには、図２に示すように、鋼製帯状片
１０ａ、１０ｂを、エレクトロスラグ溶接の作業を容易
にするために横倒しにする。次いで、鋼製帯状片１０
ａ、１０ｂのそれぞれの側面に、補強材片１１ａ、１１
ｂを溶接等で接合する。

【００２３】この補強材片１１ａ、１１ｂを接合する作
業と併せて、補強材片１１ａ、１１ｂに当て板１２ａ，
１２ｂを接合する作業を行う。この当て板１２ａ、１２
ｂの接合は、図２（ｂ）に示すように、当て板１２ａ，
１２ｂが相互に、補強材片１１ａ、１１ｂを挟んで反対
の位置になるように、溶接部１６においてすみ肉溶接等
により接合する。

【００２４】その後、鋼製帯状片１０ａ、１０ｂを、例
えばシーム溶接により溶接接合して、中空筒状体１０を
形成する。このとき、補強材片１１ａ、１１ｂの幅は鋼
製帯状片１０ａ、１０ｂのフランジよりも短尺なのでこ
れらの間に隙間１３が形成されるとともに、当て板１２
ａ、１２ｂは、補強材片１１ａ、１１ｂの表裏におい
て、これらを跨ぐように位置されることとなり、ダイヤ
フラム１１の中央部には、補強材片１１ａ、１１ｂの側
面と、当て板１２ａ、１２ｂとによって閉鎖された閉鎖
溶接空間１５が形成される。なお、本実施例では、シー
ム溶接により接合された接合部上のダイアフラム１１近
傍にＵＴ検査穴１７を穿孔して、接合強度を検査する。

【００２５】次いで、透孔１４から閉鎖溶接空間１５内
でエレクトロスラグ溶接を施工し、補強材片１１ａ，１
１ｂ同士を溶接接合する。詳しくは、閉鎖溶接空間１５
の中に溶融スラグ及び溶融金属等の溶融スラグ浴を注入
し、この中に電流を通じた溶接棒を連続的に供給し、溶
融スラグの抵抗熱によって溶接棒と母材すなわち補強材
片１１ａ，１１ｂを溶融して、これらを溶接接合する。
これによって、中空筒状体１０内部に形成された補強材
片１１ａ，１１ｂ間の隙間１３を確実に溶接接合するこ
とができる。

【００２６】このように製造された、ダイヤフラム１１
を備えた中空筒状体１０によれば、補強材片１１ａ，１
１ｂ間の隙間１３を当て板１２ａ，１２ｂを配設して補
強するとともに、これらによって形成される閉鎖溶接空
間１５内でエレクトロスラグ溶接を施工し、補強部材１
１ａ、１１ｂを相互に接合する。これによって、補強部
材１１ａ，１１ｂ間の応力の伝達を良好とするととも
に、断面欠損を防ぎ、隙間１３によってダイヤフラム１
１が寸断される弱軸方向の強度を補償することができ
る。

【００２７】また、図３（ａ）及び（ｂ）は、この発明
の第二の実施例を示すもので、この実施例にかかる中空
筒状体１０は、前述の実施例で用いたのと同様の中空筒
状体１０であって、補強材片１１ａ，１１ｂが互いに接
合されることで、中央に穴部２０を有する平板状のダイ
ヤフラム１１を備えたものである。

【００２８】穴部２０は、中空筒状体１０を軸方向に連
通させる円形状のものであり、例えば、中空筒状体１０
の内部にコンクリートを圧入して鋼管コンクリート柱を
構築する際には、コンクリートの流路となるものであ
る。

【００２９】そして、この第二の実施例にかかる、穴部
２０を有する中空筒状体１０では、前述の実施例と同様
に、中空筒状体１０の径方向に沿って二分割され、中空
筒状体１０の内壁面に接合された補強材片１１ａ、１１
ｂと、これらの表裏に配設されて、補強材片１１ａ、１
１ｂ間に閉鎖溶接空間１５を形成する当て板１２ａ、１
２ｂとを有するとともに、これらの構成に加えて、中空
筒状体１０の内部において、閉鎖溶接空間１５の開口部
１５ａを閉鎖するように穴部２０の内周にその側面を合
致させて配設される底板２１が設けられている。

【００３０】この底板２１は、前記当て板の概念に含ま
れるものであり、ダイヤフラム１１、当て板１２等と同
様の材料で形成され、円形の穴部２０に合致するように
弧状に湾曲した形状をなしている。

【００３１】一方、閉鎖溶接空間１５は、本実施例で
は、中空筒状体１０の内部において、ダイヤフラム１１
中央部の穴部２０に臨ませて開口部１５ａを有してい
る。そして、底板２１を穴部２０の内周縁部に配設すれ
ば、底板２１の側面で閉鎖溶接空間１５の開口部１５ａ
を閉鎖することができ、これによって、この閉鎖溶接空
間１５内に流入される溶融スラグ浴が閉鎖溶接空間１５
内から漏出することを確実に防止することができる。そ
して、このような底板２１を備えた中空筒状体１０で
は、これの製作時にあっては、溶融スラグ浴の流入を確
実にすることができる。

【００３２】なお、上記穴部を有するダイヤフラムを備
えた中空筒状体の変更例として、図４に示すように、穴
部２０の形状を略菱形とすることができる。この場合に
おいても、底板２１を閉鎖溶接空間１５の開口部１５ａ
を塞ぐように穴部２０の内周縁部にその側面を合致させ
て配設する。従って、この変更例では、かかる底板２１
の断面形状は略Ｌ字形とすることが好ましい。

【００３３】さらに、上述した各実施例では、管状筒状
体の形状を角形のものとしたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば断面形状が円形のものに採用
することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
補強材を備えた中空筒状体によれば、補強材片と当て板
とにより閉鎖溶接空間を形成するため、補強材間の隙間
を確実に溶接接合することができるとともに、当て板を
配設することにより、補強材片間の応力の伝達を良好な
ものとすることができる。併せて、隙間をエレクトロス
ラグ溶接により、確実に接合することにより、隙間によ
って補強材の断面が欠損することを回避することがで
き、各方向についての断面係数に格差が生じることを防
止することができる。その結果、隙間によって補強材が
寸断される方向すなわち弱軸方向の強度を補償すること
ができ、中空筒状体の方向性をなくすことができる。こ
れにより、中空筒状体の強度の方向性をなくすことがで
き、構造設計上の制約をなくし、設計の自由度を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる、補強材を備えた
中空筒状体を示す説明図であり、（ａ）はその斜視図で
あり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａに沿った水平断面図で
あり、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂに沿った垂直断面図で
あり、（ｄ）は（ａ）中におけるＣ矢視図である。

【図２】この発明の補強材を備えた中空筒状体を製造す
る方法の作業手順を示すものであり、（ａ）はその斜視
図であり、（ｂ）は（ａ）中のＤ−Ｄに沿った水平断面
図である。

【図３】この発明の第二の実施例の説明図であって、
（ａ）はダイヤフラム部分のみを示す斜視図であり、
（ｂ）はその上面図である。

【図４】この発明の第二の実施例の変更例を示す上面図
である。

【図５】従来の、補強材を備えた中空筒状体を示す説明
図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその上
面図である。

【符号の説明】

１０，中空筒状体 １１ ダイヤフラム（補強材） １１ａ，１１ｂ 補強材片 １２ａ，１２ｂ 当て板 １３ 隙間 １４ 透孔 １５ 閉鎖溶接空間 ２０ 穴部 ２１ 底板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の鋼製帯状片を環状に配列し、互いに
   隣接するこれら鋼製帯状片の隣接縁部同士を接合するこ
   とで形成される中空筒状体において、 中空筒状体の内面となるこれら鋼製帯状片の側面に接合
   され、これら鋼製帯状片同士が接合されることで、互い
   に隙間を隔てて突き合わされる複数の補強材片と、各補
   強材片に接合され、隣接して突き合わされる他の補強材
   片に向かって延出されて上記隙間を閉鎖して閉鎖溶接空
   間を形成する当て板と、上記鋼製帯状片に上記閉鎖溶接
   空間へ連通させて形成され、上記補強材片同士を接合す
   るために該閉鎖溶接空間に対してエレクトロスラグ溶接
   を施工するための透孔とを備えたことを特徴とする補強
   材を備えた中空筒状体。
2. 【請求項２】上記鋼製帯状片が断面コ字状に形成され、
   これら一対の断面コ字状の鋼製帯状片が互いに接合され
   て断面角形の中空筒状体を構成することを特徴とする請
   求項１記載の補強材を備えた中空筒状体。
3. 【請求項３】上記補強材片が互いに接合されることで、
   平板状のダイヤフラムを構成することを特徴とする請求
   項１または２記載の補強材を備えた中空筒状体。
4. 【請求項４】上記補強材片が互いに接合されることで、
   中央に穴部を有する平板状のダイヤフラムを構成するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の補強材を備えた
   中空筒状体。