JP4029139B2 - ダイアフラム - Google Patents
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Description
【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
11 H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 (3)
- 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。
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