JP2004027741A - 柱材用鋼管の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】厚肉の短尺鋼管を採用した形式の種々な利点を維持でき、溶接のための開先部は製作時間を短縮して安価に形成でき、溶接による結合作業を、よりスムースに行える柱材用鋼管の継手構造を提供する。
【解決手段】所定の板厚ｔの長尺鋼管１と、長尺鋼管１よりも板厚Ｔが厚い短尺鋼管２からなる。長尺鋼管１は冷間成形し、短尺鋼管２は、熱間成形により長尺鋼管１と外径形状Ｗ，Ｒを同一状に形成した。長尺鋼管１の端面１ｂと、開先を形成していない短尺鋼管２の端面２ｂを対向した状態で、両鋼管１，２を外側からの溶接５により結合した。厚肉の短尺鋼管を採用した形式の種々な利点を維持した柱材用鋼管を構成でき、溶接結合作業は、外径形状が同一状であることから、段部（目違い）が生じていない状態で、よりスムースに効率良く、常に好適に行え、より好適な応力の伝達を可能にできる。厚肉の短尺鋼管は、開先を形成していないことで、製作時間を短縮して安価に形成でき、長尺鋼管は冷間成形により安価に形成できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の支柱として使用される柱材用鋼管の継手構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、支柱として使用される柱材用鋼管として、パネルゾーン用のコラムに、熱間成形により得た厚肉コラムを採用した構成が提供されている。すなわち、たとえば所定の板厚の長尺角形鋼管を冷間成形で製造するとともに、この長尺角形鋼管よりも板厚が厚くかつ梁材連結部を形成する長さの短尺角形鋼管を、加熱炉において加熱したのち熱間成形して製造する。そして、短尺角形鋼管の内側に開先部を形成する。このようにして得た長尺角形鋼管と短尺角形鋼管とをアーク溶接などで結合することで角形鋼管柱を得ていた。
【０００３】
このように、熱間成形により得た厚肉コラムを採用した角形鋼管柱によると、たとえば、通しダイヤフラム方式や内ダイヤフラム方式などに比べて、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、以て全体を簡略化して経済的となり、かつ溶接歪などが生じ難いものにでき、さらに梁材連結部は、短尺角形鋼管の予め厚い板厚によって十分な強度を確保でき、梁材の溶接による結合は何ら支障なく行うことができ、しかも角形鋼管柱はパイプジョイント形式で得られ、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げることができて、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用できる、などの種々な利点を期待できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した厚肉の短尺角形鋼管を採用した角形鋼管柱によると、溶接のための開先部を、厚肉の短尺角形鋼管の内側に形成することで、その製作に時間がかかり、かつ高価となる。しかも、厚肉の短尺角形鋼管における開先部から所定厚の長尺角形鋼管の内面に亘って裏当て金を位置させた状態で、内部側（裏当て金側）の溶接を行うことで、溶接量が多くなって溶接作業は迅速に行えず、さらに裏当て金として変形（特殊加工）したものが必要となる場合もある。
【０００５】
そこで本発明の請求項１は、厚肉の短尺鋼管を採用した形式の種々な利点を維持でき、しかも溶接のための開先部は製作時間を短縮して安価に形成し得、さらに溶接による結合作業を、よりスムースに行える柱材用鋼管の継手構造を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の柱材用鋼管の継手構造は、所定の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管よりも板厚が厚い短尺鋼管とからなり、前記長尺鋼管は冷間成形されるとともに、前記短尺鋼管は、熱間成形によって長尺鋼管と外径形状が同一状に形成され、長尺鋼管の端面と、開先を形成していない短尺鋼管の端面とが対向された状態で、両鋼管を外側からの溶接により結合して構成されていることを特徴としたものである。
【０００７】
したがって請求項１の発明によると、冷間成形した長尺鋼管と熱間成形した短尺鋼管とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させて、端面どうしを相対向させる。そして、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、柱材用鋼管を構成し得る。その際に溶接による結合作業は、外径形状が同一状であることから、段部（目違い）が生じていない状態で、よりスムースに行える。そして厚肉の短尺鋼管は、開先を形成していないことで、その製作時間を短縮して形成し得る。
【０００８】
また本発明の請求項２記載の柱材用鋼管の継手構造は、上記した請求項１記載の構成において、長尺鋼管と短尺鋼管とは四角形鋼管からなり、前記長尺四角形鋼管は冷間成形されるとともに、前記短尺四角形鋼管は、熱間成形によって長尺四角形鋼管の外寸とコーナ部の外周曲面とが同一状に形成されていることを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項２の発明によると、冷間成形した長尺四角形鋼管と熱間成形した短尺四角形鋼管とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させて、端面どうしを相対向させる。そして、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、柱材用鋼管を構成し得る。その際にコーナ部間の溶接は、対峙した外周曲面が同一状であることから、段部（目違い）が生じていない状態で行える。
【００１０】
そして本発明の請求項３記載の柱材用鋼管の継手構造は、上記した請求項１記載の構成において、長尺鋼管と短尺鋼管とは丸形鋼管からなり、前記長尺丸形鋼管は冷間成形されるとともに、前記短尺丸形鋼管は、熱間成形によって長尺丸形鋼管と外径が同一状に形成されていることを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項３の発明によると、冷間成形した長尺丸形鋼管と熱間成形した短尺丸形鋼管とを、同心状として直線状に位置させたのち、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、柱材用鋼管を構成し得る。
【００１２】
さらに本発明の請求項４記載の柱材用鋼管の継手構造は、上記した請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、短尺鋼管がパネルゾーンを形成する長さであることを特徴としたものである。
【００１３】
したがって請求項４の発明によると、冷間成形した長尺丸形鋼管と熱間成形した短尺丸形鋼管とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させた状態で、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、短尺鋼管をパネルゾーンとした柱材用鋼管を構成し得る。
【００１４】
しかも本発明の請求項５記載の柱材用鋼管の継手構造は、上記した請求項１〜４のいずれかに記載の構成において、長尺鋼管の内部に位置させた裏当て金を短尺鋼管の端面に当接させた状態で、両鋼管を外側からの溶接により結合することを特徴としたものである。
【００１５】
したがって請求項５の発明によると、溶接による結合作業は、裏当て金を利用した状態で好適に行えるとともに、裏当て金を短尺鋼管の扁平状の端面に当接させることで、溶接量を少なくして迅速に行える。さらに裏当て金としては、特殊加工したものを必要としないことになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、四角形の鋼管を採用した状態として、図１〜図８に基づいて説明する。
【００１７】
図１に示されるように、所定の板厚ｔの長尺四角形鋼管（長尺鋼管の一例）１と、この長尺四角形鋼管１の板厚ｔよりも厚い板厚Ｔでかつパネルゾーンを形成する長さ（高さ）Ｌの短尺四角形鋼管（短尺鋼管の一例）２とを有する。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される四角形鋼管柱の外寸Ｗなどにより決定されるもので、たとえば外寸Ｗが５００ｍｍのときに板厚ｔは２５ｍｍである。また長尺四角形鋼管１の板厚ｔと短尺四角形鋼管２の板厚Ｔとは、たとえば２ｔ≒Ｔとされている。
【００１８】
そして、長尺四角形鋼管１は冷間成形されるとともに短尺四角形鋼管２は熱間成形され、以て長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とは、短尺四角形鋼管２の熱間成形による整形によって、外径形状、すなわち、その外寸Ｗと、各コーナ部１Ａ，２Ａにおける外周曲面１ａ，２ａの曲率半径Ｒ（たとえば０．５Ｔ〜１．５Ｔの曲率半径）が同一状に形成されている。
【００１９】
ここで、冷間成形された長尺四角形鋼管１は、たとえば図８に示されるように、加工手段（切削加工装置など）１７において端部の外側部分が切削加工され、以て端部に所定角度（３５°〜４５°）の開先部（端面）１ｂが形成された長尺四角形鋼管１が得られる。また短尺四角形鋼管２の熱間成形は、パネルゾーンを形成する長さＬの半成形短尺四角形鋼管１１が加熱手段（加熱炉など）１５において加熱され、そして成形手段（成形ロール装置など）１６において成形することで行われる。このように外径形状を熱間成形することにより、長尺四角形鋼管１に対して、外寸Ｗと曲率半径Ｒが同一状に形成された短尺四角形鋼管２が得られる。
【００２０】
このようにして製造された長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とのうち、長尺角形鋼管１の端部には、四角リング状の裏当て金３が内嵌されたのち、溶接４により固定されている。なお、短尺四角形鋼管２の端部は、溶接のための開先部を加工しておらず、扁平端面（端面）２ｂとされており、以て短尺四角形鋼管２は製作時間を短縮して安価に形成し得る。また長尺角形鋼管１は、その開先部１ｂが外側からの加工であることから、製作時間を短縮して安価に形成し得る。
【００２１】
上記のように形成された長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させたのち、長尺四角形鋼管１の内部に位置させた裏当て金３の外端面３ｂを、短尺角形鋼管２の扁平端面２ｂに相当接させる。すなわち、長尺四角形鋼管１の開先部（端面）１ｂと、開先を形成していない短尺四角形鋼管２の扁平端面（端面）２ｂとが対向される。
【００２２】
そして図２〜図６に示されるように、相対向した開先部１ｂと扁平端面２ｂ間を、外側から仮り付け溶接したのち、外側からの全周に亘っての溶接（アーク溶接など。）５により結合することで、長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを外側からの溶接５により結合して、短尺四角形鋼管２をパネルゾーンとして四角形鋼管柱（柱材用鋼管）６を構成し得る。
【００２３】
その際に溶接５による結合は、裏当て金３を利用した状態で好適に行える。またコーナ部１Ａ，２Ａ間の溶接５による結合作業は、対峙した外周曲面１ａ，２ａの曲率半径Ｒが同一状であって、段部（目違い）が生じていないことで、よりスムースに効率良く、常に好適に行える。
【００２４】
上記のようにして構成した四角形鋼管柱６は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管２の外面に、梁フランジまたは梁材７が溶接８によって結合される。なお四角形鋼管柱６は、図２の仮想線に示すように、積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接５により結合されることで、所定長さ（高さ）に構成される。
【００２５】
さらに、厚肉の短尺四角形鋼管２を採用した四角形鋼管柱６によると、長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とにおいて、対峙した端部の曲率半径Ｒが同一状であって、段部（目違い）が生じていないことで、より好適な応力の伝達を可能とし得る。
【００２６】
そしてパネルゾーンは、短尺四角形鋼管２の予め厚い板厚Ｔによって十分な強度を確保し得、梁フランジまたは梁材７の溶接８による結合は何ら支障なく行える。また四角形鋼管柱６はパイプジョイント形式で得られ、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得る。したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。
【００２７】
その際に短尺四角形鋼管２の扁平端面２ｂから梁フランジまたは梁材７の上下面７ｂとの間に所定長さ（５０〜３００ｍｍ）ｌの寸法を取ることにより、パネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管２における上下端の近傍部分にヒンジ作用が発生する効果がある。
【００２８】
すなわち新耐震設計法により、柱と梁が接合するパネルゾーン部分が地震力によって降伏しないように規制するか、または降伏を認める場合は、建築物全体のバランスを考えて安全サイドに設計する必要がある。この場合、応力の集中するパネルゾーン部分と、比較的応力の影響が少ない柱との継手方法において、加工が簡単なこの継手構造を用いることにより、地震力によってパネルゾーン近傍でプラスティックヒンジが形成されるとともに、パネルゾーン部分から柱への地震力の伝達がスムーズに行われることに特色がある。
【００２９】
上記した実施の形態では、角形鋼管として断面で正四角形状の四角形鋼管１，２を採用しているが、これは断面で長方形の四角形鋼管も同様に採用し得るものである。さらには、正五角形や正六角形など、各種の多角形鋼管にも同様に採用し得るものである。
【００３０】
上記した実施の形態では、短尺四角形鋼管２がパネルゾーンを形成する長さＬとされているが、この短尺四角形鋼管２の長さは、パネルゾーン以外の使用箇所に応じて任意に設定されるものである。
【００３１】
上記した実施の形態では、長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを溶接５により結合することで、短尺四角形鋼管２をパネルゾーンとして四角形鋼管柱６を構成し、この四角形鋼管柱６を建築現場などに運搬し、そして短尺四角形鋼管２の外面に梁フランジまたは梁材７を溶接８によって結合しているが、これは長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを建築現場などに運搬し、そして建築現場などにおいて長尺四角形鋼管１と短尺四角形鋼管２とを溶接５により結合することで、短尺四角形鋼管２をパネルゾーンとして四角形鋼管柱６を構成してもよい。
【００３２】
また、短尺四角形鋼管２の外面に梁フランジまたは梁材７を溶接８によって結合したのち、建築現場などに運搬してもよい。さらには、短尺四角形鋼管２の外面に、梁フランジまたは梁材７を連結するための連結用プレートを取り付けてもよい。
【００３３】
上記した実施の形態において、四角形鋼管１，２としては、たとえば、ロール成形によるワンシーム角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ型材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム四角形鋼管、一対の圧延みぞ型材を溶接してなるツーシーム四角形鋼管、圧延山型材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム四角形鋼管、四面ボックス、シームレス鋼管など、いずれも既製の四角形鋼管が使用される。
【００３４】
上記した実施の形態では、エレクトロスラグ溶接機やエレクトロガスアーク溶接機による溶接であり、これによると、短時間で高品質の溶接を行うことができる。なお、レーザなど他の溶接方式であってもよい。
【００３５】
以下に、本発明の第２の実施の形態を図９〜図１２に基づいて説明する。
すなわち図９に示されるように、所定の板厚ｔの長尺丸形鋼管（長尺鋼管）２１と、この長尺丸形鋼管２１の板厚ｔよりも厚い板厚Ｔでかつパネルゾーンを形成する長さ（高さ）Ｌの短尺丸形鋼管（短尺鋼管）２２とからなる。
【００３６】
そして、長尺丸形鋼管２１は冷間成形されるとともに短尺丸形鋼管２２は熱間成形され、以て長尺丸形鋼管２１と短尺丸形鋼管２２とは、短尺丸形鋼管２２の熱間成形による整形によって、外径形状、すなわち、その外径Ｄが同一状に形成されている。また、長尺丸形鋼管２１は端部の外側部分が切削加工され、以て端部には、所定角度（３５°〜４５°）の開先部２１ｂが形成される。さらに、長尺丸形鋼管２１の端部には、リング状の裏当て金２３が内嵌されたのち、溶接２４により固定されている。なお、短尺丸形鋼管２２の端部は開先を加工しておらず、扁平端面２２ｂとされている。
【００３７】
上記のように形成された長尺丸形鋼管２１と短尺丸形鋼管２２とを、同心状として直線状に位置させたのち、長尺丸形鋼管２１の内部に位置させた裏当て金２３の外端面２３ｂを、短尺丸形鋼管２２の扁平端面２２ｂに相当接させる。すなわち、長尺丸形鋼管２１の開先部（端面）２１ｂと、開先を形成していない短尺丸形鋼管２２の扁平端面２２ｂとが対向される。
【００３８】
そして図１０〜図１２に示されるように、相対向した開先部２１ｂと扁平端面２２ｂ間を、外側から仮り付け溶接したのち、外側からの全周に亘っての溶接（アーク溶接など。）２５により結合することで、長尺丸形鋼管２１と短尺丸形鋼管２２とを外側からの溶接２５により結合して、短尺丸形鋼管２をパネルゾーンとして丸形鋼管柱（鋼管柱）２６を構成し得る。その際に溶接２５による結合は、裏当て金２３を利用した状態で好適に行える。
【００３９】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、冷間成形した長尺鋼管と熱間成形した短尺鋼管とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させて、端面どうしを相対向させたのち、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、厚肉の短尺鋼管を採用した形式の種々な利点を維持した柱材用鋼管を構成できる。その際に溶接による結合作業は、外径形状が同一状であることから、段部（目違い）が生じていない状態で、よりスムースに効率良く、常に好適に行うことができるとともに、より好適な応力の伝達を可能にできる。そして厚肉の短尺鋼管は、開先を形成していないことで、その製作時間を短縮して安価に形成でき、また長尺鋼管は冷間成形により安価に形成できる。
【００４０】
また上記した本発明の請求項２によると、冷間成形した長尺四角形鋼管と熱間成形した短尺四角形鋼管とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させて、端面どうしを相対向させたのち、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、厚肉の短尺四角形鋼管を採用した形式の種々な利点を維持した柱材用鋼管を構成できる。その際に、コーナ部間の溶接による結合作業は、対峙した外周曲面が同一状であって、段部（目違い）が生じていないことで、よりスムースに効率良く、常に好適に行うことができる。
【００４１】
そして上記した本発明の請求項３によると、冷間成形した長尺丸形鋼管と熱間成形した短尺丸形鋼管とを、同心状として直線状に位置させたのち、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、厚肉の短尺丸形鋼管を採用した形式の種々な利点を維持した柱材用鋼管を構成できる。
【００４２】
さらに上記した本発明の請求項４によると、冷間成形した長尺丸形鋼管と熱間成形した短尺丸形鋼管とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させた状態で、相対向した端面間を外側からの全周に亘っての溶接により結合することで、短尺鋼管をパネルゾーンとした柱材用鋼管を構成でき、以て厚肉の短尺鋼管を採用した形式の種々な利点を維持できる。
【００４３】
しかも上記した本発明の請求項５によると、溶接による結合作業は、裏当て金を利用した状態で好適に行うことができるとともに、裏当て金を短尺鋼管の扁平状の端面に当接させることで、溶接量を少なくして迅速に行うことができる。さらに裏当て金としては、特殊加工したものを必要としないことになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱の溶接結合前の一部切り欠き斜視図である。
【図２】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱の縦断正面図である。
【図３】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱の一部切り欠き斜視図である。
【図４】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱の平板部における縦断正面図である。
【図５】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱のコーナ部における縦断正面図である。
【図６】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱の要部拡大の縦断正面図である。
【図７】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱の横断平面図である。
【図８】同柱材用鋼管の継手構造における四角形鋼管柱における四角形鋼管の成形などの説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示し、柱材用鋼管の継手構造における丸形鋼管柱の溶接結合前の一部切り欠き斜視図である。
【図１０】同柱材用鋼管の継手構造における丸形鋼管柱の縦断正面図である。
【図１１】同柱材用鋼管の継手構造における丸形鋼管柱の要部拡大の縦断正面図である。
【図１２】同柱材用鋼管の継手構造における丸形鋼管柱の横断平面図である。
【符号の説明】
１　　長尺四角形鋼管（長尺鋼管）
１Ａ　コーナ部
１ａ　外周曲面
１ｂ　開先部（端面）
２　　短尺四角形鋼管（短尺鋼管）
２Ａ　コーナ部
２ａ　外周曲面
２ｂ　扁平端面（端面）
３　　裏当て金
３ｂ　外端面
５　　溶接
６　　四角形鋼管柱（柱材用鋼管）
７　　梁フランジまたは梁材
１１　　半成形短尺四角形鋼管
１５　　加熱手段（加熱炉）
１６　　成形手段（成形ロール装置）
１７　　加工手段（切削加工装置）
２１　　長尺丸角形鋼管（長尺鋼管）
２１ｂ　開先部（端面）
２２　　短尺丸形鋼管（短尺鋼管）
２２ｂ　扁平端面（端面）
２３　　裏当て金
２３ｂ　外端面
２５　　溶接
２６　　丸形鋼管柱（柱材用鋼管）
ｔ　　所定の板厚
Ｔ　　厚い板厚
Ｌ　　パネルゾーンを形成する長さ
Ｗ　　外寸（外径形状）
Ｒ　　曲率半径（外径形状）
Ｄ　　外径（外径形状）

Claims (5)

1. 所定の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管よりも板厚が厚い短尺鋼管とからなり、前記長尺鋼管は冷間成形されるとともに、前記短尺鋼管は、熱間成形によって長尺鋼管と外径形状が同一状に形成され、長尺鋼管の端面と、開先を形成していない短尺鋼管の端面とが対向された状態で、両鋼管を外側からの溶接により結合して構成されていることを特徴とする柱材用鋼管の継手構造。
2. 長尺鋼管と短尺鋼管とは四角形鋼管からなり、前記長尺四角形鋼管は冷間成形されるとともに、前記短尺四角形鋼管は、熱間成形によって長尺四角形鋼管の外寸とコーナ部の外周曲面とが同一状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の柱材用鋼管の継手構造。
3. 長尺鋼管と短尺鋼管とは丸形鋼管からなり、前記長尺丸形鋼管は冷間成形されるとともに、前記短尺丸形鋼管は、熱間成形によって長尺丸形鋼管と外径が同一状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の柱材用鋼管の継手構造。
4. 短尺鋼管がパネルゾーンを形成する長さであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の柱材用鋼管の継手構造。
5. 長尺鋼管の内部に位置させた裏当て金を短尺鋼管の端面に当接させた状態で、両鋼管を外側からの溶接により結合することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の柱材用鋼管の継手構造。

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