JP6441529B1 - 柱接続構造および柱接続方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】柱接続構造1は、上端にダイヤフラム14を有する下側柱10と、下端22がダイヤフラム14に溶接される上側柱20と、上端部32が上側柱20の側面に固定され、下端部31がダイヤフラム14に固定され、中間部33と上側柱20の側面との間に自動溶接機40が通過可能な作業間隔34が形成される接続部材30とを有する。
【選択図】図2
Description
鋼管柱の溶接作業には、ロボット(自動溶接機)による自動化が進められている。
例えば、鋼管柱の端部近くの周囲に環状のレールを設置し、レールに沿って自動溶接機を走行させ、鋼管柱の全周を溶接している(特許文献2参照)。
特許文献1で提案される柱梁接合部の上側ダイヤフラムと鋼管柱との溶接は、人手では足下に屈んだ溶接姿勢となり実施が困難であるが、ロボット溶接であれば容易である。
鋼管柱どうしのロボット溶接では、相互の位置精度を高めるためにエレクションピースが用いられる。エレクションピースと自動溶接機との干渉を避けるため、自動溶接機の移動範囲を区間ごとに制限し、溶接位置により自動溶接機の向きを細かく調整することが提案されている(特許文献3参照)。
なお、鋼管柱の表面に沿ったエレクションピースに対し、柱と最寄りの梁上面との間に「きりん」と呼ばれる伸縮調整可能な軸材が用いられている(特許文献4参照)。ただし、この軸材は、鉄骨柱の全体的な姿勢制御が目的であり、柱どうしの接続部分の位置精度を高める用途とは異なる。
一方で、エレクションピースなどの位置決め手段がないと、鋼管柱どうしを接続する際の水平方向の位置精度を高めることが難しかった。
このような本発明では、上側柱の下端を下側柱のダイヤフラムの表面に溶接固定するため、柱端部どうしを平溶接する場合よりも、溶接時に要求される水平方向の位置精度を緩和できる。このため、溶接時の上側柱と下側柱との位置決め手段として、各柱の側面に直接接続されるエレクションピースではなく、上側柱の側面から作業間隔だけ離れた接続部材とすることができる。その結果、上側柱の周囲には、作業間隔を含む環状の空間が形成され、この空間を通して自動溶接機が一巡することで、上側柱の下端とダイヤフラムとの全周溶接を一括して行うことができ、自動溶接機を用いた溶接工程を簡素化しつつ、接続位置精度も確保することができる。
本発明では、ダイヤフラムに固定されている位置決め部材により、上側柱をダイヤフラムに対して水平方向に位置決めすることができ、接続部材による位置決めを補助することができる。すなわち、接続部材によるダイヤフラムと上側柱との位置決めは、各々の接続部分から作業間隔を隔てた間接的な位置決め機能となる。ここで、ダイヤフラムに固定されている位置決め部材により、直接的な位置決め機能を追加することで、位置決め精度を高めることができる。
この際、位置決め部材は、例えば上側柱の内側となるダイヤフラムの表面に設置されて上側柱の下端に係合できればよく、エレクションピースのように上側柱の外側に設置されて自動溶接機の通行を妨げることがない。従って、接続部材と位置決め部材とでダイヤフラムと上側柱との位置決めを行うことで、上側柱と下側柱との接続精度を十分に確保しつつ、作業間隔を含む環状の空間に自動溶接機を通行させることが可能となる。
本発明では、上側柱と下側柱との溶接時に用いられる裏当て部材を、上側柱の位置決め用の位置決め部材として兼用でき、構造の簡素化を図ることができる。
このような本発明では、上側柱の下端近傍の側面回りに大きな作業間隔を確保できるとともに、棒状の接続部材を用いるため構造を簡素にできる。
このような本発明では、伸縮機構で上端部から下端部までの長さを調整することで、上側柱との固定部分から下側柱との固定部分までの実寸法に合わせることができる。また、上端部および下端部を接続した状態で伸縮機構を操作することで、下側柱に対する上側柱の配置や角度を調整することができる。
このような本発明では、上側柱の下端とダイヤフラムとの間に所期の開先が確保されるようにできる。
このような本発明では、通常の柱梁接合部に用いられるダイヤフラムを利用して本発明の構成とすることができ、部品点数の増加およびコストの増大を回避できる。
なお、本発明を構成するダイヤフラムは、柱梁接合部に用いられるダイヤフラムとは別体としてもよく、例えば、柱梁接合部の上側ダイヤフラムの上面に短い柱を設置し、その上端に接続用ダイヤフラムを固定し、このダイヤフラムに上側柱を接続してもよい。
前記位置決め部材で前記上側柱を位置決めした状態で、上端部が前記上側柱の側面に固定されかつ下端部が前記ダイヤフラムまたは前記ダイヤフラムに固定された建屋部材に固定された接続部材を設置し、前記接続部材と前記上側柱の側面との間に所定の作業間隔を形成しておき、前記作業間隔に自動溶接機を設置し、前記自動溶接機を前記上側柱の側面に沿って一巡させ、前記上側柱の下端を全周にわたり前記ダイヤフラムに溶接することを特徴とする。
このような本発明では、先に本発明の柱接続構造において説明した通りの作用効果を得ることができる。
このような本発明では、上側柱の下端とダイヤフラムとの間に所期の開先が確保されるようにできる。
図1から図5には、本発明の柱接続構造の第1実施形態が示されている。
図1ないし図3において、柱接続構造1は、下側柱10と上側柱20とを接続して形成される。
下側柱10は、垂直に配置された中空で断面四角形状の鋼管柱11を有し、その上端に柱梁接合部12を有する。
柱梁接合部12は、鋼管柱11と断面が同寸だが短尺の中間柱13を有し、その上面および下面にはそれぞれダイヤフラム14,15が全周溶接で固定されている。柱梁接合部12は、下側のダイヤフラム15に鋼管柱11の上端を全周溶接することで、鋼管柱11に固定されている。
梁材16の上下のフランジ161,162は、それぞれダイヤフラム14,15と同じ高さに配置され、互いの端縁どうしを溶接固定されている。梁材16のウェブ163は、中間柱13の側面に溶接固定されている。
梁材16には、上側のフランジ161の上面の柱梁接合部12から離れた位置に、ブラケット17が形成されている。
上側柱20のブラケット27と下側柱10のブラケット17とは、接続部材30で接続される。
接続部材30においては、伸縮機構35を伸縮させることで、上端部32から下端部31までの長さを調整することができ、上側柱20との固定部分であるブラケット27から下側柱10との固定部分であるブラケット17までの実寸法に合わせることができる。また、上端部32および下端部31を接続した状態で伸縮機構35を操作することで、下側柱10に対する上側柱20の配置や角度を調整することができる。
柱接続構造1として組み立てられた状態(図1参照)では、接続部材30の中間部33と鋼管柱21の表面との間には、所期の広さの作業間隔34が形成される。そして、接続部材30の内側には、鋼管柱21の下端22近傍の周囲に、作業間隔34を含む環状の空間が形成される。
自動溶接機40は、鋼管柱21の周囲に装着される環状のレール41と、レール41に沿って巡回可能なトーチ42とを有する。トーチ42は、作業間隔34を含む環状の空間を通過することで、鋼管柱21の下端22の周縁とダイヤフラム14との溶接部分を一巡できる。
図4および図5において、ダイヤフラム14の表面には、位置決め部材としての裏当て部材51が設置されている。裏当て部材51は、鋼管柱21の下端22の内側に嵌め込み可能な環状の鋼材であり、内側からダイヤフラム14の表面に間欠的または連続的に溶接固定されている。
ダイヤフラム14に固定された裏当て部材51を鋼管柱21の下端22から嵌め込んだ際には、裏当て部材51の上端が当接部材52に当接し、それ以上は鋼管柱21とダイヤフラム14とが接近しなくなる。この状態で、鋼管柱21の下端22とダイヤフラム14の表面との間には所定の隙間が形成され、その隙間は裏側から裏当て部材51で塞がれ、自動溶接機40のトーチ42で溶接可能な状態となる(図5参照)。
先ず、工場で鋼管柱11、中間柱13、ダイヤフラム14,15および梁材16を溶接して下側柱10を組み立てるとともに、鋼管柱21により上側柱20を形成しておく。下側柱10にはブラケット17および裏当て部材51を溶接しておく。上側柱20にはブラケット27および当接部材52を溶接しておく。さらに、接続部材30を準備しておく。
先ず、下側柱10を固定したのち、上側柱20を吊り下げて下側柱10の上面側に配置する。そして、下側柱10と上側柱20とを接続部材30で接続し、接続部材30の両端固定位置を調節するなどして上側柱20の下端22をダイヤフラム14の裏当て部材51の真上に配置する(図4参照)。
次に、上側柱20を下降させ、裏当て部材51を下端22から上側柱20に嵌め込み、裏当て部材51が当接部材52に当接した状態とする。
そして、鋼管柱21に自動溶接機40を装着し、レール41に沿ってトーチ42を移動させることで、鋼管柱21の下端22を全周にわたってダイヤフラム14の表面に溶接する(図5参照)。
以上により、下側柱10と上側柱20との溶接が行われる。
本実施形態では、上側柱20の下端22を下側柱10のダイヤフラム14の表面に溶接固定するため、柱端部どうしを平溶接する場合よりも、溶接時に要求される水平方向の位置精度を緩和できる。このため、溶接時の上側柱20と下側柱10との位置決め手段として、各柱の側面に直接接続されるエレクションピースではなく、上側柱20の側面から作業間隔だけ離れた接続部材30とすることができる。その結果、上側柱20の周囲には、作業間隔34を含む環状の空間が形成され、この空間を通して自動溶接機40が一巡することで、上側柱20の下端22とダイヤフラム14との全周溶接を一括して行うことができ、自動溶接機40を用いた溶接工程を簡素化しつつ、接続位置精度も確保することができる。
このため、上側柱20をダイヤフラム14に対して水平方向に位置決めすることができ、接続部材30による位置決めを補助することができる。すなわち、接続部材30によるダイヤフラム14と上側柱20との位置決めは、各々の接続部分から作業間隔34を隔てた間接的な位置決め機能となる。ここで、ダイヤフラム14に固定された裏当て部材51により、直接的な位置決め機能を追加することで、位置決め精度を高めることができる。
さらに、上側柱20の内側には、下方から挿入されてくる裏当て部材51に当接する当接部材52を設置したため、上側柱20の下端22とダイヤフラム14との間に所期の開先を確保することができる。
このため、通常の柱梁接合部12のダイヤフラム14をそのまま本発明のダイヤフラムとして利用することができ、部品点数の増加およびコストの増大を回避できる。
図6および図7には、本発明に含まれない第2実施形態の柱接続構造2が示されている。
本実施形態の柱接続構造2は、基本構成が第1実施形態の柱接続構造1(図1から図3参照)と同じである。一方、第1実施形態の柱接続構造1とはダイヤフラム14に形成された位置決め部材(図4および図5)が異なる。このため、共通の構成についての説明は同じ符号を用いて重複する説明は省略し、以下には相違部分について説明する。
ダイヤフラム14の表面には、位置決め部材としての複数の係合部材54が周方向に配列され、それぞれダイヤフラム14に溶接固定されている。係合部材54は、裏当て部材53の内側に嵌め込み可能な連続材ないしは環状部材としてもよい。
ダイヤフラム14に固定された係合部材54を、上側柱20の裏当て部材53の下面側から嵌め込むことで、上側柱20とダイヤフラム14との水平方向の位置決めが行われる。また、裏当て部材53の下端がダイヤフラム14の表面に当接することで、上側柱20の下端22とダイヤフラム14の表面との間には所定の隙間が形成される。この隙間は、裏側から裏当て部材53で塞がれており、自動溶接機40のトーチ42で溶接可能な状態となる(図7参照)。
図8には、本発明の第3実施形態の柱接続構造3が示されている。
本実施形態の柱接続構造3は、基本構成が第1実施形態の柱接続構造1(図1から図3参照)と同じである。このため、共通の構成についての説明は同じ符号を用いて重複する説明は省略し、以下には相違部分について説明する。
前述した第1実施形態では、接続部材30として、鋼管製の中間部33および伸縮機構35を有するもの(図1および図2参照)を用いていた。これに対し、本実施形態では、図8に示すように、接続部材30の中間部がワイヤ36で構成され、その途中に伸縮機構としてターンバックル37が設置されている。
本実施形態の接続部材30は、ワイヤ36を用いているので、引張り力の伝達に限られる。しかし、接続部材30が上側柱20の四方に設けられる場合(下側柱10および上側柱20が建物の中柱に用いられる場合)には、互いに反対側からの引張り力を加えることで、下側柱10に対して上側柱20を両方向に変位させることができる。
なお、下側柱10および上側柱20が建物の側柱あるいは角柱に用いられる場合など、上側柱20の反対側に接続部材30がないときには、前述した第1実施形態および第2実施形態で用いた鋼管製で伸縮機構35を有する接続部材30を用いることが好ましい。
図9には、本発明の第4実施形態の柱接続構造4が示されている。
本実施形態の柱接続構造4は、基本構成が第1実施形態の柱接続構造1(図1から図3参照)と同じである。このため、共通の構成についての説明は同じ符号を用いて重複する説明は省略し、以下には相違部分について説明する。
前述した第1実施形態では、下側柱10の柱梁接合部12の上面を構成するダイヤフラム14に上側柱20が接続されていた。これに対し、本実施形態では上側柱20を接続するダイヤフラムが柱梁接合部12のダイヤフラム14とは異なる。
上側柱20は、下端をダイヤフラム19の表面に接続される。接続にあたっては、位置決め部材として、前述した第1実施形態の構成(図4および図5)あるいは第2実施形態の構成(図6および図7)を適宜利用することができる。
さらに、接続部材30についても、第1実施形態のような伸縮機構35を有する鋼管製の接続部材30(図1および図2参照)に限らず、第3実施形態のようなワイヤ36およびターンバックル37を用いた接続部材30(図8参照)としてもよい。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに、上側柱20の下端22とダイヤフラム19の表面との溶接位置を梁材16よりも高くすることができ、自動溶接機40を溶接位置の真横に配置できる。
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
接続部材30としては、前述した伸縮機構35を有する鋼管製の接続部材30(図1および図2参照)、ワイヤ36およびターンバックル37を用いた接続部材30(図8参照)に限らず、断面L形の鋼材、H形あるいはT形の鋼材を用いてもよい。これらの鋼材を用いる場合でも、途中に伸縮機構35を設けることが好ましい。
伸縮機構35としては、第1実施形態のようないわゆる「きりん」の構造に限らない。例えば、一方の鋼管にナットを固定し、他方の鋼管にボルトの頭部を固定し、これらのボルトおよびナットを螺合させて一対の鋼管を一連にすれば、一連の鋼管により接続部材30の中間部33が形成され、途中のボルトおよびナットにより伸縮機構35が形成される。このような接続部材30では、一方の鋼管に対して他方の鋼管を回転させることで、接続部材30を伸縮させ、長さを調節することができる。
接続部材30は、上端部32が上側柱20のブラケット27にボルトナットで接続され、下端部31が下側柱10のブラケット17にボルトナットで接続される構成に限らず、他の結合手段を用いてもよい。さらに、接続部材30の鋼管あるいは鋼材は直線的な棒状に限らず、中間が屈曲したL形あるいは円弧状の部材などであってもよい。
前記実施形態では、下側柱10として上面に柱梁接合部12を有するものを用い、その上側のダイヤフラム14に上側柱20を接続したが、下側柱10として柱梁接合部12がないものを用いてもよい。この場合、下側柱10を構成する鋼管柱11の上端に、上側柱20を接続するためのダイヤフラムを固定しておけばよい。
その他、柱接続構造1,2,3の細部構成や形状寸法などは、実施にあたって適宜変更できるものである。
Claims (7)
- 上端にダイヤフラムを有する下側柱と、
下端が前記ダイヤフラムに溶接される上側柱と、
上端部が前記上側柱の側面に固定され、下端部が前記ダイヤフラムまたは前記ダイヤフラムに固定された建屋部材に固定され、前記上端部および前記下端部の間の中間部と前記上側柱の側面との間に自動溶接機が通過可能な作業間隔が形成される接続部材と、を有し、
前記ダイヤフラムには、前記上側柱を位置決めする位置決め部材が固定され、
前記位置決め部材は、前記上側柱の下端の内側に嵌合可能な環状の裏当て部材であることを特徴とする柱接続構造。 - 請求項1に記載した柱接続構造において、
前記接続部材は棒状であり、前記下端部に近いほど前記上側柱の側面から離れるように傾斜配置されていることを特徴とする柱接続構造。 - 請求項1または請求項2に記載した柱接続構造において、
前記接続部材は、前記上端部から前記下端部までの長さを調整する伸縮機構を有することを特徴とする柱接続構造。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載した柱接続構造において、 前記上側柱の内側には、下方から挿入されてくる前記裏当て部材に当接する当接部材が設置されていることを特徴とする柱接続構造。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載した柱接続構造において、
前記下側柱は、上端側に柱梁接合部を有し、前記柱梁接合部には側方へ延びる梁が接続され、
前記ダイヤフラムは、前記柱梁接合部の上面側に、前記梁の上面と同じ高さで配置されていることを特徴とする柱接続構造。 - 下側柱の上端面と上側柱の下端面とを溶接接続する柱接続方法であって、
前記下側柱の上端にダイヤフラムを形成し、前記ダイヤフラムに位置決め部材として前記上側柱の下端の内側に嵌合可能な環状の裏当て部材を固定しておき、
前記位置決め部材で前記上側柱を位置決めした状態で、上端部が前記上側柱の側面に固定されかつ下端部が前記ダイヤフラムまたは前記ダイヤフラムに固定された建屋部材に固定された接続部材を設置し、前記接続部材と前記上側柱の側面との間に所定の作業間隔を形成しておき、
前記作業間隔に自動溶接機を設置し、前記自動溶接機を前記上側柱の側面に沿って一巡させ、前記上側柱の下端を全周にわたり前記ダイヤフラムに溶接することを特徴とする柱接続方法。 - 請求項6に記載した柱接続方法において、
前記上側柱の内側に、下方から挿入されてくる前記裏当て部材に当接する当接部材を設置しておくことを特徴とする柱接続方法。
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