JP4029139B2

JP4029139B2 - ダイアフラム

Info

Publication number: JP4029139B2
Application number: JP2003075987A
Authority: JP
Inventors: 建蔵中野; 勇山本; 倫夫伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Techno Ltd
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004285584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨構造物を構成する柱部材と梁部材との接合部分に使用されるダイアフラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨構造物の柱部材に用いられる角形鋼管と、梁部材に用いられるＨ形鋼との接合部分においては、従来、ダイアフラムと呼ばれる部材が使用されている。このようなダイアフラムとして、柱部材の外周に装着する方式のもの（例えば、特許文献１参照。）がある。
【０００３】
特許文献１に記載のダイアフラムは、図７に示すように、角形鋼管柱９１が貫通可能な可能なリング状の接合部材９２と、この接合部材９２の外周に連接された複数の梁連結用部材９３とを備えている。角形鋼管柱９１の外周にダイアフラム９０を装着し、角形鋼管柱９１の外周と、接合部材９２の内周部分とを溶接によって接合する。そして、梁連結用部材９３の先端部に梁部材のフランジ（図示せず）を接合することによって角形鋼管柱９１と梁部材とを固定する。
【０００４】
このようなダイアフラムを使用することにより、角形鋼管柱を切断することなく、角形鋼管柱と梁部材との接合を行うことができ、耐震性、信頼性に優れた柱梁接合構造を構築することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−６５０５３号公報（第２−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のダイアフラムは鋳鋼で形成され、一般的な鋳造工程を経て製作されている。すなわち、溶解した鋼を砂の鋳型に注入して凝固させることによって所定の形状、寸法のダイアフラムが作られている。このため、各種ダイアフラムの各々の形状、寸法ごとに鋳型を製作する必要があるため、製作工程は煩雑となり、多品種、少量生産の要請には不向きである。
【０００７】
また、溶解した鋼を鋳型に鋳込んだ後、製品全体を均等に冷却することが困難であり、冷却速度の違いに起因する歪や変形が発生しやすい。このため、歪や変形を除去することを考慮しなければならない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、様々な寸法、形状を比較的容易に得ることが可能で多品種、少量生産の要請に好適であって、信頼性に優れた柱梁接合構造を構築することのできるダイアフラムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイアフラムは、角形鋼管柱と、Ｈ形鋼梁部材との接合部分に使用されるダイアフラムであって、角形鋼管柱が貫通可能な角形接合孔を有する接合部と、接合部の内周面の上縁および下縁の直線部分のみに設けられた溶接開先と、Ｈ形鋼梁部材のフランジと接合するために接合部の外周に形成された突出部とを備え、接合部および突出部を１枚の鋼板に機械加工を施すことによって一体的に形成したことを特徴とする。
【００１０】
このような構成とすることにより、１枚の鋼板にガス切断などの機械加工を施すことによって接合部および突出部を一体的に形成することができるため、様々な寸法、形状を比較的容易に得ることが可能であり、多品種、少量生産の要請にも好適である。また、１枚の鋼板で形成することにより、接合部および突出部の板厚は均一となるため、強度のばらつきがなくなり、信頼性に優れた柱梁接合構造を構築することができる。
一方、本発明のダイアフラムの素材である鋼板は圧延工程を経て製造される関係上、溶接に悪影響を及ぼす鋼板中の不純物は、板厚方向の中心付近に層状に偏析している。そこで、前記接合部の内周面の上縁および下縁の直線部分のみに溶接開先を設けることにより、不純物が偏析している部分における溶接を回避することができるため、溶接不良の発生が抑制され、角形鋼管柱とダイアフラムとの溶接部の信頼性を高めることができる。
【００１１】
ここで、前記接合部および突出部を形成する鋼板の厚さを、角形鋼管柱の「柱外形の呼び寸法」の５％〜５０％とすることにより、柱梁接合構造を構築した場合、ダイアフラムに加わる荷重を支えるのに十分な剛性を得ることができる。
【００１２】
また、前記突出部の一方の面に、先端方向に向かって板厚を連続的に減少させた斜面部を設けることもできる。このような構成とすれば、突出部に接合するＨ形鋼梁部材のフランジの板厚がダイアフラムを構成する鋼板の板厚より薄い場合、両者の板厚差を減少させることができるため、溶接接合性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態であるダイアフラムを示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示すダイアフラムを用いて構築した柱梁接合構造を示す垂直断面図である。
【００１４】
図１，図２に示すように、本実施形態のダイアフラム１は、角形鋼管柱が貫通可能な角形接合孔４を有する接合部２と、接合部２の外周に同一平面上で互いに９０度をなすように形成された４つの突出部３とを備えている。そして、接合部２および４つの突出部３は均一な板厚の１枚の鋼板で形成されている。
【００１５】
角形接合孔４を構成する接合部２の内周面２ａは、接合部２の表面２ｂおよび裏面２ｄと垂直をなすように形成されている。また、内周面２ａのコーナー部２ｃはそれぞれ滑らかな凹曲面をなしている。なお、コーナー部２ｃの曲率半径Ｒは１０〜２０ｍｍ程度とすることが望ましい。
【００１６】
図３に示すように、ダイアフラム１の接合部２の角形接合孔４に角形鋼管柱１０を挿通させ、角形鋼管柱１０の外周面と、接合部２の内周面２ａとの間に溶接５を施すことにより、角形鋼管柱１０の外周にダイアフラム１が固定される。この場合、角形鋼管柱１０の外周の平面部１０ａと、接合部２の内周面２ａの平面部（コーナー部２ｃを除く部分）とが対向する部分のみを溶接し、角形鋼管柱１０のコーナー部分と、接合部２の内周面２ａのコーナー部２ｃとの間には隙間を設ける。
【００１７】
これにより、製造工程に起因する残留応力が比較的多く存在し、溶接を行うと材質が劣化して強度低下が発生しやすかった角形鋼管柱コーナー部分の溶接をなくすことができる。このため、角形鋼管柱１０とダイアフラム１との接合部分の信頼性が高まる。
【００１８】
図３に示すように、Ｈ形鋼梁部材１１の２つのフランジ１１ｆの間隔に適合する距離だけ隔てて角形鋼管柱１０に２つのダイアフラム１を接合した後、各ダイアフラム１の突出部３の先端に、Ｈ形鋼梁部材１１のフランジ１１ｆの端面を当接させて溶接６を施せば、柱梁接合構造が構築される。
【００１９】
このように、ダイアフラム１を用いることにより、角形鋼管柱１０とＨ形鋼梁部材１１とを直接溶接することなく接合することができるので、溶接欠陥や脆性破壊に起因する破断が生じることない柱梁接合構造を得ることができる。
【００２０】
また、ダイアフラム１は、１枚の鋼板にガス切断などの機械加工を施すことによって接合部２および突出部３を一体的に形成したものであるため、角形鋼管柱およびＨ形鋼梁部材に応じて、様々な寸法、形状を比較的容易に得ることが可能であり、多品種、少量生産の要請にも好適である。また、１枚の鋼板で形成することにより、接合部２および突出部３の板厚は全く均一となるため、強度のばらつきがなくなり、信頼性に優れた柱梁接合構造を構築することができる。
【００２１】
本実施形態において、接合部２および突出部３を形成する鋼板の厚さを、角形鋼管柱１０の「柱外形の呼び寸法」の約２０％としたところ、図３に示す柱梁接合構造において、ダイアフラム１に加わる荷重を支えるのに十分な剛性を得ることができた。
【００２２】
なお、ダイアフラム１においては、接合部２の外周に互いに９０度をなす４つの突出部３を設けることにより４本のＨ形鋼梁部材１１と接合できるようにしているが、これに限定するものではないので、接合すべきＨ形鋼梁部材の本数に応じて、接合部２の外周に１〜３つの突出部３を設けた構造とすることもできる。
【００２３】
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態であるダイアフラム２０について説明する。なお、ダイアフラム２０において、前述したダイアフラム１の構成部分と同じ機能、効果を発揮する部分については、図１〜図３に示す符号と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図４に示すように、ダイアフラム２０においては、接合部２の内周面２ａの上縁および下縁の直線部分のみに、角形鋼管柱１０と接合するための溶接用開先２１を設け、溶接用開先２１の両端には滑らかな凹曲面部２１ａを設けている。このような溶接用開先２１を設けることにより、不純物が偏析している可能性の高い鋼板の板厚方向の中心付近における溶接を回避することができるため、溶接不良の発生が抑制され、角形鋼管柱とダイアフラムとの溶接部の信頼性を高めることができる。
【００２５】
また、溶接用開先２１の両端にそれぞれ曲面部２１ａを設けることにより、溶接不良が発生しやすい溶接開始端および終了端における溶接不良を防止することができる。その他の部分の機能、効果などは前述したダイアフラム１の場合と同様である。
【００２６】
次に、図５，図６を参照して、本発明の第３実施形態であるダイアフラム３０について説明する。なお、ダイアフラム３０において、前述したダイアフラム１，２０の構成部分と同じ機能、効果を発揮する部分については、図１〜図４に示す符号と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２７】
ダイアフラム３０においては、突出部３の一方の面に、先端方向に向かって板厚を連続的に減少させた斜面部３１を設けている。突出部３にＨ形鋼梁部材のフランジを接合する場合、当該フランジの板厚が、ダイアフラム３０を構成する鋼板の板厚より薄い場合があるが、このような斜面部３１を設けることにより、両者の板厚差を減少させることができるため、溶接接合性が向上する。その他の部分の機能、効果などは前述したダイアフラム１，２０の場合と同様である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００２９】
（１）角形鋼管柱が貫通可能な角形接合孔を有する接合部と、接合部の内周面の上縁および下縁の直線部分のみに設けられた溶接開先と、Ｈ形鋼梁部材のフランジと接合するために接合部の外周に形成された突出部とを備え、接合部および突出部を１枚の鋼板に機械加工を施すことによって一体的に形成したことにより、様々な寸法、形状を比較的容易に得ることが可能で、多品種、少量生産の要請に好適であり、信頼性に優れた柱梁接合構造を構築することができる。また、不純物が偏析している部分における溶接を回避することができるため、溶接不良の発生が抑制され、角形鋼管柱とダイアフラムとの溶接部の信頼性を高めることができる。
【００３０】
（２）接合部および突出部を形成する鋼板の厚さを、角形鋼管柱の「柱外形の呼び寸法」の５％〜５０％とすることにより、柱梁接合構造を構築した場合、ダイアフラムに加わる荷重を支えるのに十分な剛性を得ることができる。
【００３１】
（３）突出部の一方の面に、先端方向に向かって板厚を連続的に減少させた斜面部を設けることにより、突出部に接合するＨ形鋼梁部材のフランジの板厚がダイアフラムを構成する鋼板の板厚より薄い場合、両者の板厚差を減少させることができるため、溶接接合性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるダイアフラムを示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すダイアフラムを用いて構築した柱梁接合構造の垂直断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態であるダイアフラムを示す平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態であるダイアフラムを示す平面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】従来のダイアフラムを示す平面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０ダイアフラム
２接合部
２ａ内周面
２ｂ表面
２ｃコーナー部
３突出部
４角形接合孔
５，６溶接
１０角形鋼管柱
１０ａ平面部
１１Ｈ形鋼梁部材
１１ｆフランジ
２１溶接用開先
２１ａ凹曲面部
３１斜面部

Claims

角形鋼管柱と、Ｈ形鋼梁部材との接合部分に使用されるダイアフラムであって、角形鋼管柱が貫通可能な角形接合孔を有する接合部と、前記接合部の内周面の上縁および下縁の直線部分のみに設けられた溶接開先と、Ｈ形鋼梁部材のフランジと接合するために前記接合部の外周に形成された突出部とを備え、前記接合部および前記突出部を１枚の鋼板に機械加工を施すことによって一体的に形成したことを特徴とするダイアフラム。
前記接合部および前記突出部を形成する鋼板の厚さを、前記角形鋼管柱の柱外形の呼び寸法の５％〜５０％とした請求項１記載のダイアフラム。
前記突出部の一方の面に、先端方向に向かって板厚を連続的に減少させた斜面部を設けた請求項１または２記載のダイアフラム。