JPH0890349A - 焼きばめによる鋼管コラムのはり接合部成形工法及びコラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通しコラム用鋼管とはりとの接合部を補強す
るため、短い各コラム用鋼管端部を相互に焼きばめ・連
結して二重管構造の柱はり接合部を形成することによ
り、全体として通しコラム用鋼管を成形する。 【構成】 コラム用鋼管１を長手軸方向に、それぞれ所
定長長さに切断すると共に、各鋼管の端面一側の柱はり
との接合部に所要長さを加えた軸長分６を、所定温度に
略、均一に加熱した後、鋼管相互を一軸線上に並べ、一
方の加熱側端面内径を他方の加熱してない鋼管端面外径
に向かい合わせて嵌合・圧入し、その加熱温度が低下す
る前に両者を軸方向に圧縮して、はり接合部に所要長さ
を加えた軸長だけ前記二重管構造を嵌合・形成してから
放冷し、略、２００℃程度まで冷ましてから冷却速度を
速め、鋼管相互の間に二重管補強の焼きばめによるはり
接合部を成形した鋼管コラムのはり接合部成形工法及び
コラム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄骨構造物の建築に使
用する、柱貫通タイプ型式の柱はり接合部の成形工法及
び焼きばめによる二重管構造のはり接合部を有する通し
コラム用鋼管に関する。

【０００２】

【従来の技術】柱はり接合部には各部材の軸力・曲げモ
ーメント・せん断力が集中し、接合部の狭い部分で釣り
合い、特に、地震力のような大きな水平力・加速度が建
物に作用するときの接合部の応力状態（せん断力が卓越
する）が問題になるので、充分な耐力と剛性があるよう
に設計することが必要となる。具体的には、応力の伝達
が円滑で、施工性が良く、また、検査が容易な細部構造
になるように留意すべきである。

【０００３】柱はりの接合（仕口）形式・構成は、接合
方法によってボルト・高力ボルトなどのファスナー接合
と溶接接合とに、力学性状によって柔接合と剛接合とに
大別される。鋼管柱（コラム）を用いる構造では、部材
断面が閉鎖型でファスナー接合が容易でないため、一般
に溶接接合が採用されている。したがって、剛接合とな
って大きな曲げモーメントとせん断力を伝達することが
要求されるから、鋼管柱の当該接合部は、これに対応す
る充分な耐力と剛性が必要とされている。角形鋼管を用
いる柱はり接合の構造を大別すると、工場溶接したブラ
ケット型の場合と現場溶接の場合になるが、通常、施工
性・信頼性のうえからブラケット型が広く採用されてい
る。

【０００４】ブラケット型は、柱貫通タイプとはり貫通
タイプとにと分類される。 （ａ）柱貫通タイプに属するところの、スプリットダイ
ヤフラム構造の仕口部は、そのために各はり接合部に対
応するコラムの内壁にスプリット形のダイヤフラムを溶
接した構成を備えるが、ダイヤフラムがスプリット形で
あるため、仕口部の構造・強度に異方性が生じることを
免れない。また、作業性が良くない狭い鋼管柱内におい
てすべての仕口部に対応しダイヤフラムを溶接すること
は、容易でない。

【０００５】内ダイヤフラム構造の仕口部は、この解決
策として通しコラムを仕口部中央において横断し、その
各端面からはり接合部に対応するコラムの内壁にダイヤ
フラムを挿入・溶接したのち、前記コラムの横断部を突
合せ溶接することにより鋼管柱内においてすべての仕口
部に対応して内ダイヤフラムを設置するようにしている
が、前記のタイプは、通しコラムを細分して強度を低下
させるとか、構造上、大きな曲げモーメントとせん断力
を伝達することが要求される仕口部を横断して、材質的
に不安定で信頼性の薄い溶接構造を形成するとか、比較
的に溶接部分が長くなる等して、いま一つ問題をかかえ
ている。

【０００６】通しダイヤフラム構造の仕口部は、コラム
を長手軸方向に短く、かつ、直角に切断してサイコロ状
にし、端面にそれぞれダイヤフラムを蓋するように取付
け・溶接し、かつ反対面をコラム端面に突合せ溶接し
て、はり接合部ごとに通しダイヤフラムを構成してお
り、構造が複雑で、工程が多く溶接部が比較的に長い上
に形状誤差が生じやすい構成にもかかわらず、工場にお
ける加工の自動化が可能で比較的に成形が容易であるこ
とから、一般に広く採用されている。

【０００７】（ｂ）柱貫通タイプに属する、外ダイヤフ
ラム構造の仕口部は、通しコラムに対しその仕口部ごと
の外壁に外ダイヤフラム（スチフナーリング）を溶着し
た構成よりなるが、外ダイヤフラムの板取りが経済的で
なく、また、施工後のダイヤフラム構造の処理に難があ
るなどの問題があって、広く普及するまでには至ってい
ない。ところで、上記従来公知の仕口構造に限らず、要
するに、剛接合の場合、柱はり接合部は大きな曲げモー
メントとせん断力を伝達することが要求されるから、鋼
管柱の当該接合部は、これに対応する充分な耐力と剛性
が与えられていれば良い。

【０００８】例えば、通しコラム用角形鋼管におけるは
り接合部外壁の四面に、接合部に所定長を加えた長さを
備えた厚肉山形鋼をそれぞれ接合・溶接し、コラム材の
仕口部を強化したものが提案されている。三ないし五階
程度の低層建築物に対しては、必ずしも従来構造の柱は
り仕口を採用することを要しない。

【０００９】以下に、現在、業界で広く採用されている
はり貫通タイプ・通しダイヤフラムの仕口部成形工法に
ついて、図２に沿って概説すると、図中、（ａ）は、コ
ラム素材の厚肉角形鋼管１の斜視図、（ｂ）は、同鋼管
１を仕様に応じて切断し、それぞれ仕口部を形成するサ
イコロ状部材８を形成する工程を示している。（ｃ）に
おいては、鋼管の切断した各端面に開先加工９を施す工
程を示し、同端面に沿ってその内側に突合せ溶接のため
の裏当て金（板）を仮付け溶接する。別に、ダイヤフラ
ム10を、それぞれ仕口部に対して２枚宛て準備する。

【００１０】（ｄ）は、それぞれ設計通りの仕口部を形
成したコラム用角形鋼管斜視図であるが、その成形には
一般に、前記サイコロ状部材８の各端面に対して前記ダ
イヤフラム10を蓋をするように組付け芯出しして両者間
を突合せ溶接した後、これらダイヤフラム10の反対側に
コラム用鋼管１端面を組付けて両者間を突合せ溶接する
という、多工程を要するものとされている。また、鋼管
を切断して各突合せ溶接により、それぞれ連結している
から、ウイークポイントが生じ易く、コラム用鋼管の直
線性が損なわれる恐れもある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来公知の
柱はり仕口部、接合構造及びその形成に付属する上述の
ような問題点を解消または改善して、構造及び工法を確
実かつ簡易化し、各種の仕様に即応して納入可能な均質
で高品質な柱はり接合部を備えた通しコラムを形成する
ための、能率の良い成形工法を提供し、もって、コラム
成形の省力化、鋼管材料の流通・在庫管理の合理化、組
立加工の工数節減等を図ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、次に述べるとおりの各構成要件を具備し
ている。 （１） 軸方向に長く、直角断面が相似形で略同径また
は僅かに異なる、それぞれ、各階高長さまたは同長さに
はりの接合部よりも所定長長い軸方向長さを加えた軸方
向長さを有する第１，２，３…の鋼管を用意し、その一
端の少なくとも、はりの接合部よりも所定長長い軸方向
長さを所要温度まで略均一に局部加熱した後、一対の鋼
管を同一軸線上に並べ、前記一方の鋼管の当該加熱部分
の端面内径に他方の鋼管の加熱してない端面外径を向か
い合わせて挿入または圧入し、加熱温度が低下する前に
両鋼管端を相互に長手軸方向に圧縮して、前記第１，第
２鋼管間で略、はりの接合部よりも所定長長い軸方向長
さだけ二重管構造の連結部を形成し、当該個所を通しコ
ラム用鋼管について予め特定された柱はり接合部として
形成してから放冷すると共に、鋼管端部の加熱温度が２
００℃程度に冷却したとき、可及的に均一に同鋼管の冷
却を速めることにより、前記一方の鋼管端部を他方の鋼
管に対し焼きばめ接合して第１の柱はり接合部を形成
し、同様に、第２，第３鋼管…の間に焼きばめ二重管構
造よりなる第２の柱はり接合部を、第３鋼管以下の間に
も同様、順次、第３以下の柱はり接合部を形成すること
を特徴とする焼きばめによる鋼管コラムのはり接合部成
形工法。

【００１３】（２） 軸方向に長く、直角断面が相似形
で略同径または僅かに異なる、それぞれ、各階高長さま
たは同長さにはりの接合部よりも所定長長い軸方向長さ
を加えた軸方向長さを有する第１，２，３…の鋼管を用
意し、その一端の少なくとも、はりの接合部よりも所定
長長い軸方向長さを所要温度まで略均一に局部加熱した
後、一対の鋼管を同一軸線上に並べ、前記一方の鋼管の
当該加熱部分の端面内径に他方の鋼管の加熱してない端
面外径を向かい合わせて挿入または圧入し、加熱温度が
低下する前に両鋼管端を相互に長手軸方向に圧縮して、
前記第１，第２鋼管間で略、はりの接合部よりも所定長
長い軸方向長さだけ二重管構造の連結部を形成し、当該
個所を通しコラム用鋼管について予め特定された柱はり
接合部として形成してから放冷すると共に、鋼管端部の
加熱温度が２００℃程度に冷却したとき、可及的に均一
に同鋼管の冷却を速めることにより、前記一方の鋼管端
部を他方の鋼管に対し焼きばめ接合して第１の柱はり接
合部を形成し、同様に、第２，第３鋼管…の間に焼きば
め二重管構造よりなる第２の柱はり接合部を、第３鋼管
以下の間にも同様、順次、第３以下の柱はり接合部を形
成したことを特徴とする焼きばめによる柱はり接合部を
有する鋼管コラム。

【００１４】

【作用】軸方向に長い通しコラム用鋼管素材の直角断面
が略、同径または僅かに異なる相似形断面を備え、各階
高長さまたは柱はり接合部よりも所定長長い軸方向長さ
を加えた軸方向長さを有する第１，第２，第３……のコ
ラム用鋼管を用意し、その一側端の柱はり接合部よりも
所定長長い軸方向長さを、それぞれ所要温度まで均一に
局部加熱して軟化させると共に、これら一対の鋼管を同
一軸線上に並べ、その加熱端面と加熱してない端面とを
向かい合わせてから前記一方の鋼管の加熱部端面内径を
他方の鋼管の加熱してない一端外径に圧入して、その加
熱部の温度が低下する前にこれら鋼管端を軸方向に圧縮
して両鋼管間の二重管嵌合長さが柱はり接合部よりも所
定長長くなるまで軸方向に相対移動させてから可及的均
一に、たとえば自然放冷させた後、加熱部の温度が２０
０℃程度に低下したとき、当該個所の冷却スピードを速
めるようにして加熱部径を縮小させ他方の鋼管外径を締
め付け、柱はり接合部相当個所を焼きばめ成形する。

【００１５】その際、結合した前記通しコラム用鋼管素
材の軸方向の直線性を損なうような連結及び冷却手段は
排除されなければならない。また、コラム用鋼管素材の
当該個所の一方の直角断面が歪む程、強く焼きばめ嵌着
することは構造上、好ましくない。また、焼きばめをし
た後、当該付近の鋼管コラムの材質に関し、降伏点また
は耐力、引張り強さ、降伏比及び伸びが、所定範囲内に
収まるようによう温度管理に注意する。複数個の鋼管コ
ラムの一側端所定個所を加熱して、順次、または一時に
前記第１，第２，第３……コラム用鋼管素材を相互に圧
入・嵌着し、各加熱温度が低下する前に、それぞれ柱は
り接合部相当個所を結合・形成するまで長手軸方向に相
対的に圧入・配置させてから、すべての加熱個所を略、
均一に冷却させることも効率的である。

【００１６】焼きばめ成形による柱はり接合部相当個所
の肉厚は、コラム素材の板厚が重なる二重構造となって
いるため通しコラム用鋼管の他の個所に較べ構造強度が
大きく、この個所をはり接合部として選択しても、さき
の条件を満足する。勿論、当該個所に、はり部材端面を
ボルト締めするための強度は充分にある。必要に応じ当
該個所に、はり部材端面を溶接することも不可ではな
い。上記二重管構造は、一本の通しコラム用鋼管に対し
設計仕様に基づく、すべてのはり接合部個所にそれぞれ
同様な工程により、順次、配設・施工しても良い。

【００１７】このような工法、構造によれば、規格品の
鋼管素材を在庫するだけで、注文・仕様に即刻対応し所
望のはり接合部付き通しコラム用鋼管を成形することが
できるから、在庫管理が容易であることは勿論、各種仕
様のはり接合部付き通しコラムの効率的な即納体制を整
備することができる。

【００１８】

【実 施 例】以下に、本発明工法及び同工法により形
成したコラムを、図面を引用して説明するが、本出願当
時の技術レベルの範囲内で有効な厚肉鋼管の種類・取扱
方法は多々知られており、これらを本発明工法中に採用
することは技術常識に属するので、本発明工法中に利用
されている手段を、単に、他の公知の工法に変換しただ
けの当該技術は、本発明工法の技術的範囲から逸脱する
ものとはいえない。

【００１９】〈実施例１〉図１は、本発明工法及び同工
法により形成した通しコラム用鋼管を示す模式的な斜視
図で、図中、（ａ）において、１は、角形鋼管素材であ
って、たとえば材質は、STKC４９０R 、直角断面の辺の
長さが２５０×２５０mm、板厚１２mm、軸長１５ｍのコ
ラム用大径角形鋼管である。

【００２０】（ｂ）において、２は、上記の角形鋼管素
材１を、長手軸方向に沿って、たとえば、予め設計され
た階高長ｈ₁ の長さに切断した第１鋼管、３は、階高長
に柱はり接合部に所定長さを加えた軸長ｈ₂ ＋ｌの長さ
に切断した第２鋼管、４は、階高長に柱はり接合部に所
定長さを加えた軸長ｈ₃ ＋ｌの長さに切断した第３鋼
管、……を示す。（ｃ）に示すように、 それぞれ、第１鋼管２、第２鋼管３及び第３鋼管４…
…の一側端面外径を面取り５加工すると共に、 その反対側の柱はり接合部よりも所定長長い軸方向長
さを加えた軸方向長さ部分６、たとえば５００〜６００
mmを、それぞれ所要温度、たとえば、４００〜９００℃
程度に均一に局部加熱する。ここで、柱はり接合部より
も所定長長い軸方向長さｌとは、仕様に応じて「はり接
合部」長であっても、それにプラスαであっても良い。
加熱源としては、電力、ガス、石油等いずれのエネルギ
ーをも選択することができる。

【００２１】（ｄ）においては、 各一端部を加熱した鋼管２，３，４……を同軸線上に
沿って並べ、各加熱個所端面と加熱してない鋼管端面と
を向かい合わせ、その加熱鋼管端面内径を加熱してない
鋼管端面外径に圧入・嵌合し、加熱温度が低下する前に
両鋼管端を軸方向に圧縮し、その二重管嵌合部の長さが
５００〜６００mmになるまで成形する。 第１鋼管２の加熱部分は加熱により膨張し、軟化して
いるので、常温では断面径が略、同径の第２鋼管３の外
径に隙間なく圧入するが、その際、（ｃ）に述べたよう
に第２鋼管３端面外径に面取り５加工を施しておくこと
は、両鋼管間の嵌合操作を円滑に行うのに有効である。
要すれば、加熱側鋼管端面内径を予めの面取りしておく
ことも圧入を容易にする。

【００２２】角鋼管の長手軸方向に対し、予め特定さ
れている第１柱はり接合部７位置に二重管嵌合構造が形
成されたことを確認した後、可及的均一に加熱部分を自
然放冷する。 加熱温度が２００℃程度まで低下したとき、周囲から
水などを均一に吹き付けまたは噴霧して冷却スピードを
速め、同鋼管の焼きばめを確実なものとする。その際、
通しコラム用鋼管としての軸方向直線性を損なわぬよう
慎重に冷却作業を施すことを要する。また、材質上の特
性が所定範囲を超えて低下しないように温度管理に注意
する。 要すれば、両鋼管端面間を溶着することにより、柱は
り接合部の構造をより強固なものとすることができる。

【００２３】（ｄ）は、上述工程に基づいて順次、成
形されたはり接合部付き通しコラムの斜視図であって、
各二重管嵌合構造のはり接合部は、同一径の通しコラム
用角形鋼管の長手軸方向に、それぞれ仕様どおりの、ｈ
₁ ，ｈ₂ …ｈn の間隔をおいて配設・固着され構成して
いる。同通しコラム用鋼管は、長手軸方向のどの端部を
上にして使用可能である。上記角形鋼管の規格は、材
質、STKC４００R 、辺の長さが２００×２００mm乃至４
００×４００mm程度、板厚は、６乃至１９mm程度をのも
のを、採用する。 上述工法は、角形鋼管のみならず、丸鋼管にも適用す
ることができる。

【００２４】〈実施例２〉上記（ｄ）及び項におい
て、断面同径の鋼管端面の内径、外径を相互に圧入する
代わりに、一方の鋼管の局部加熱端面に対し、加熱して
ない僅かに小径断面の他方の鋼管端を圧入することによ
り、はり接合部の成形を容易にする。かくして、順次ま
たは同時に、はり接合部を成形することにより、その通
しコラム用鋼管の構造は、僅かにテレスコピックな外観
を呈するが、上部程、負荷が軽減される建物の通しコラ
ムとしては、好適といえる。

【００２５】ただし、前記焼きばめ二重管構造の嵌着強
度が適切あること、また、常時、複数規格の鋼管を在庫
管理していなければならない。焼きばめ二重管構造の嵌
着強度を補強するために、当該個所を溶接することもで
きる。また、同工法でも、丸鋼管を利用できることは当
然である。

【００２６】

【発明の効果】本発明工法及びコラムは、以上述べたと
おりであるから、 （１）通しコラムのはり接合部を二重管構造にすること
により補強したので、必要な強度を保持することができ
る。 （２）従来公知の柱はり仕口部の構成に較べ、ダイヤフ
ラムを採用していないため、柱はり接合構造が非常に簡
単になる利点がある。 （３）従来の柱はり仕口部成形工法、たとえば、はり貫
通タイプ・通しダイヤフラムの成形工法に較べ、工数が
節減でき、極めて経済的である。 （４）一つの規格鋼管またはほぼ、同径の鋼管のみの切
断加工だけで済むから、工数・時間が節減できる。

【００２７】（５）従来公知の仕口部材形成のように、
各端面の開先加工が必要でない。 （６）裏当て金、通しダイヤフラム等の部材が不要で、
溶接加工、溶接個所・検査の必要もないので、大幅なコ
ストダウンが可能となる。 （７）二重管嵌合の挿入・圧入長を仕様に応じて調整す
ることにより各種型式の受注に即応して加工することが
でき、鋼管の在庫管理、製品の即納体制を整備すること
が可能となる。 （８）工場内加工により、信頼性が高く、均質な製品を
提供することができる。

【００２８】（９）鋼管コラムとはりとの接合部の構造
を簡単にする（接合ボルトにより）ことができ、構造物
の組付けを省力化することができる。 （10）通しコラム用鋼管を施工するために、強度的に信
頼性が高く、精度の良い構造物を組立ることができる。 等々、従来、実施されている柱はり仕口部成形工法及び
同コラムには期待することができない、格別の作用およ
び効果を奏するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工法に基づいて成形中の柱はり接合部を
備えた通しコラム用鋼管成形工程及びその斜視図であ
る。

【図２】従来公知の、はり貫通タイプ・通しダイヤフラ
ム仕口部の成形工法の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ コラム用角形鋼管素材 ２ 第１角形鋼管 ３ 第２角形鋼管 ４ 第３角形鋼管 ５ 面取り ６ 局部加熱部分 ７ 第１柱はり接合部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に長く、直角断面が相似形で略同
   径または僅かに異なる、それぞれ、各階高長さまたは同
   長さにはりの接合部よりも所定長長い軸方向長さを加え
   た軸方向長さを有する第１，２，３…の鋼管を用意し、
   その一端の少なくとも、はりの接合部よりも所定長長い
   軸方向長さを所要温度まで略、均一に局部加熱した後、
   一対の鋼管を同一軸線上に並べ、前記一方の鋼管の当該
   加熱部分の端面内径に他方の鋼管の加熱してない端面外
   径を向かい合わせて挿入または圧入し、加熱温度が低下
   する前に両鋼管端を相互に長手軸方向に圧縮して、前記
   第１，第２鋼管間で略、はりの接合部よりも所定長長い
   軸方向長さだけ二重管構造の連結部を形成し、当該個所
   を通しコラム用鋼管について予め特定された柱はり接合
   部として形成してから放冷すると共に、鋼管端部の加熱
   温度が２００℃程度に冷却したとき、可及的に均一に同
   鋼管の冷却を速めることにより、前記一方の鋼管端部を
   他方の鋼管に対し焼きばめ接合して第１の柱はり接合部
   を形成し、同様に、第２，第３鋼管…の間に焼きばめ二
   重管構造よりなる第２の柱はり接合部を、第３鋼管以下
   の間にも同様、順次、第３以下の柱はり接合部を形成す
   ることを特徴とする焼きばめによる鋼管コラムのはり接
   合部成形工法。
2. 【請求項２】 軸方向に長く、直角断面が相似形で略同
   径または僅かに異なる、それぞれ、各階高長さまたは同
   長さにはりの接合部よりも所定長長い軸方向長さを加え
   た軸方向長さを有する第１，２，３…の鋼管を用意し、
   その一端の少なくとも、はりの接合部よりも所定長長い
   軸方向長さを所要温度まで略、均一に局部加熱した後、
   一対の鋼管を同一軸線上に並べ、前記一方の鋼管の当該
   加熱部分の端面内径に他方の鋼管の加熱してない端面外
   径を向かい合わせて挿入または圧入し、加熱温度が低下
   する前に両鋼管端を相互に長手軸方向に圧縮して、前記
   第１，第２鋼管間で略、はりの接合部よりも所定長長い
   軸方向長さだけ二重管構造の連結部を形成し、当該個所
   を通しコラム用鋼管について予め特定された柱はり接合
   部として形成してから放冷すると共に、鋼管端部の加熱
   温度が２００℃程度に冷却したとき、可及的に均一に同
   鋼管の冷却を速めることにより、前記一方の鋼管端部を
   他方の鋼管に対し焼きばめ接合して第１の柱はり接合部
   を形成し、同様に、第２，第３鋼管…の間に焼きばめ二
   重管構造よりなる第２の柱はり接合部を、第３鋼管以下
   の間にも同様、順次、第３以下の柱はり接合部を形成し
   たことを特徴とする焼きばめによる柱はり接合部を有す
   る鋼管コラム。