(57)【要約】【課題】必要最小限の溶接量で溶接トーチの十分な運動が確保できて、健全な溶接作業を行うことができる梁補強部材を提供すること。【解決手段】鉄骨梁１のウェブ３に形成された配管を通すための貫通孔５に設けられる梁補強部材７であって、前記ウェブ３の前記貫通孔５より大径の挿通孔４が開設されてリング状を呈する鋼材で構成し、前記挿通孔４の開口縁部４Ａにこの挿通孔４の中心方向から切除して溶接範囲を特定する複数の凹部９を形成すると共に、前記ウェブ３に溶接して固定する際に前記貫通孔５と前記挿通孔４とが同心円状となるように位置決めして前記ウェブ３に当接させるとへりあき８が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨梁のウェブに形成された配管を通すための貫通孔に設けられる梁補強部材であって、
前記ウェブの前記貫通孔より大径の挿通孔が開設されてリング状を呈する鋼材で構成し、前記挿通孔の開口縁部にこの挿通孔の中心方向から切除して溶接範囲を特定する複数の凹部を形成したことを特徴とする梁補強部材。
【請求項２】
鉄骨梁のウェブに形成された配管を通すための貫通孔に設けられる梁補強部材であって、
前記ウェブの前記貫通孔より大径の挿通孔が開設されてリング状を呈する鋼材で構成し、前記挿通孔の開口縁部にこの挿通孔の中心方向から切除して溶接範囲を特定する複数の凹部を形成すると共に、前記ウェブに溶接して固定する際に前記貫通孔と前記挿通孔とが同心円状となるように位置決めして前記ウェブに当接させるとへりあきが形成されることを特徴とする梁補強部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨梁のウェブに形成された配管を通すための貫通孔に設けられる梁補強部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｈ形鋼やＩ形鋼などは、建築構造物の梁として広く用いられているが、このような梁においては、建築構造物内部に設けられる配管を通すための貫通孔を形成する場合がある。その際、貫通孔を形成したことによる梁の強度の低下を防ぐために、貫通孔に補強用の金具として、一般に梁補強部材を溶接により取り付けることが多い。
【０００３】
このような梁補強部材としては、例えば特許文献１に示すように、リング状梁補強部材の周囲を梁ウェブに隅肉溶接して固着させる方法や、また特許文献２に示すようにリング状の鋼板の板幅の中心に溝を設け連続的に溶接で固定させる方法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７―１６２２４３号公報
【特許文献２】特開２００６−２１４１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載されている溶接法は外周の隅肉溶接であり、図９（イ）に示すように、配管を通すための挿通孔２４を有する梁補強部材２７の位置が鉄骨梁２１のフランジ２２の近傍にある場合は、このフランジ２２が適正な隅肉溶接の溶接トーチＴのトーチ角度θ１の邪魔になり、正しい溶接作業ができない。また、前記配管を通すための貫通孔２５を有するウェブ２３に前記梁補強部材２７の外周を隅肉溶接するものであるため、補強する部位が前記フランジ２２寄りに偏芯している場合には溶接不良が発生し易い。
【０００６】
即ち、前記特許文献１に示す隅肉溶接のトーチ角度θ１は４０度前後が適正であるが、図９（ロ）に示すように、補強する部位が前記フランジ２２寄りに偏芯して前記フランジ２２の近傍に位置する場合には、トーチ角度θ２は鉛直に近くなって、隅肉溶接には不向きの角度となってしまう。この結果、等脚溶接が望ましいが、図１０に示すように、溶接部２０の鉛直方向の脚長Ｓ１が短く、逆に水平方向の脚長Ｓ２が長すぎて不等脚溶接になってしまい、正しい隅肉溶接が難しい。
【０００７】
また、特許文献２に示す溶接について説明すると、図１１及び図１２のように、配管を通すための挿通孔３４を有する梁補強部材３７についてであるが、溶接溝３８が部材幅の中心にあるほぼ連続した溝の溶接である。この連続した溶接部３０を受ける前記梁補強部材３７は、極端に細幅であるため前記連続した溶接部３０が接する前記溝３８の開口縁部３８Ａは放熱できないほどの過大な溶接熱を受け、前記梁補強部材３７全体が過入熱で変形し、前記梁補強部材３７の本来の形状さえ維持できない可能性がある。
【０００８】
即ち、上記特許文献２に示す溶接は、溶接平面積が前記梁補強部材３７の平面積の４０％程度にも及び、溶接入熱が多すぎて、本来の鋼の材質性能そのものが変わってしまうおそれがある。一般に、鋼は溶接入熱が過大であると、溶接で融合する部位とその近傍の硬度が低下し、かえって補強効果に逆影響があるので、正しい補強にはならない。
【０００９】
そこで本発明は、必要最小限の溶接量で溶接トーチの十分な運動が確保できて、健全な溶接作業を行うことができる梁補強部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため第１の発明は、鉄骨梁のウェブに形成された配管を通すための貫通孔に設けられる梁補強部材であって、
前記ウェブの前記貫通孔より大径の挿通孔が開設されてリング状を呈する鋼材で構成し、前記挿通孔の開口縁部にこの挿通孔の中心方向から切除して溶接範囲を特定する複数の凹部を形成したことを特徴とする。
【００１１】
次に第２の発明は、鉄骨梁のウェブに形成された配管を通すための貫通孔に設けられる梁補強部材であって、
前記ウェブの前記貫通孔より大径の挿通孔が開設されてリング状を呈する鋼材で構成し、前記挿通孔の開口縁部にこの挿通孔の中心方向から切除して溶接範囲を特定する複数の凹部を形成すると共に、前記ウェブに溶接して固定する際に前記貫通孔と前記挿通孔とが同心円状となるように位置決めして前記ウェブに当接させるとへりあきが形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、必要最小限の溶接量で溶接トーチの十分な運動が確保できて、健全な溶接作業を行うことができる梁補強部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る梁補強部材を鉄骨梁のウェブに溶接して固定した状態を示す正面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】隅肉溶接の正規脚長とウェブに開設した貫通孔との位置関係を示す図である。
【図４】隅肉溶接が水平方向の脚長側に垂れた場合の貫通孔との位置関係を示す図である。
【図５】梁補強部材の部分拡大図である。
【図６】梁補強部材の挿通孔の開口縁部に形成する凹部の形状の例示を示す前記梁補強部材の部分拡大図である。
【図７】鋼板から２種類の梁補強部材を切り出す際の、外形を円とした場合の切断線図である。
【図８】鋼板から抜き出した内側の梁補強部材の部分拡大図である。
【図９】特許文献１に記載されている隅肉溶接を説明するための断面図である。
【図１０】隅肉溶接により不等脚溶接された状態の要部断面図である。
【図１１】特許文献２の溶接を説明するための図で、梁補強部材を鉄骨梁のウェブに溶接して固定した状態を示す正面図である。
【図１２】図１１のＹ−Ｙ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。先ず、図１は本発明の第１の実施形態に係る梁補強部材７を鉄骨梁１のウェブ３に溶接して固定した状態を示す正面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。
【００１５】
断面形状がＩ形状のＩ型鋼や、本実施形態であるＨ形状のＨ型鋼から構成される前記鉄骨梁１は補強される母材であるフランジ２と前記ウェブ３とから成り、前記ウェブ３の中間部には配管(図示せず)を通すための断面が円形状の貫通孔５が開設されている。
【００１６】
前記梁補強部材７は中央部に建築構造物内部に設けられる前記配管を通すための円形状の挿通孔４が開設されてリング状（ドーナツ状）を呈している。この梁補強部材７の前記挿通孔４の内径は、前記鉄骨梁１の前記ウェブ３の前記貫通孔５の内径より僅か大きく形成されている。このため、前記鉄骨梁１の貫通孔５の開口縁部５Ａからへりあき８を確保した長さ分だけ離れた位置に、前記梁補強部材７の前記挿通孔４の開口縁部（開口を形成する前記挿入孔４の縁）４Ａが配置される。即ち、前記梁補強部材７を前記ウェブ３に溶接して固定する際に、前記鉄骨梁１の前記貫通孔５と前記梁補強部材７の前記挿通孔４とが同心円状となるように位置決めして前記梁補強部材７を前記ウェブ３に当接させると、前記ウェブ３にはこのウェブ３と前記梁補強部材７とが重ならない前記へりあき８が形成される。
【００１７】
このへりあき８は、前記梁補強部材７の前記挿通孔４に近い前記ウェブ３と前記梁補強部材７とが重ならない前記ウェブ３の部分であり、言い換えると、前記梁補強部材７の前記挿通孔４の開口縁部（前記挿入孔４の縁）４Ａから前記ウェブ３と前記梁補強部材７とが重なるまでの前記ウェブ３の部分である。
【００１８】
そして、前記梁補強部材７の前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａには、所定間隔を存して前記挿通孔４の中心方向から、例えば６０度毎に６か所切除して凹部（切り欠き部）９を形成する。なお、前記凹部９は４個、８個など、前述した６個に限らない個数でもよく、その配置の間隔は等間隔でも、等間隔でなくともよい。
【００１９】
この凹部９は前記梁補強材７の溶接範囲を特定するマーク（印）であり、前記ウェブ３の前記貫通孔５を中心にして全周に亘って前記へりあき８が均等になるように、即ち前記ウェブ３の前記貫通孔５と前記梁補強部材７の前記挿通孔４とが同心円状となるように位置決めして、前記梁補強材７を前記ウェブ３に当接させて仮溶接を行う。
【００２０】
そして、位置決め仮溶接後は前記ウェブ３に前記梁補強部材７を固定させるための本溶接を行うが、前記凹部９は溶接範囲特定部となり、この溶接範囲特定部に隅肉溶接を行い、溶接部１０を形成する。なお、この場合、補強強度が更に必要な場合は、前記ウェブ３の一側面（片側）に加えて他側面に、もう一つの前記梁補強部材７を位置決めして当接させて、前述と同じ溶接作業を行う。
【００２１】
以上のような溶接作業の後に行う溶接検査は、前記凹部９内に前記溶接部１０が全部埋まれば溶接完了であって、溶接部の過不足または溶接ビードの不良の有無につて目視で検査をすることができる。なお、前記梁補強部材７の材質は前記鉄骨梁１と同一又は類似の材質の金属で構成する。
【００２２】
前述したように、前記梁補強部材７の溶接は隅肉溶接であり、図３に示すように、本来前記溶接部１０の脚長１１は、鉛直方向、水平方向共に同じ長さであることが望ましい。しかし、前述した隅肉溶接における等脚溶接は難しく、図４に示すように、鉛直方向の前記脚長１１に対し、水平方向の前記脚長１１が長くなって、溶接の垂れ１２が発生しやすい。この溶接の垂れ１２を受けるために、前記鉄骨梁１の前記貫通孔５の前記開口縁部５Ａから前記梁補強部材７の前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａまでの距離、つまり前記へりあき８が必要となる。そして、前述した隅肉溶接は、前記挿通孔４側より外方に位置する前記凹部９を作業者が狙って、即ち前記挿通孔４の中心から前記凹部９に向けて溶接するものであるから、この溶接作業を邪魔する障害物は無い。このため、隅肉溶接する際の十分なトーチ角度（４０度前後）が確保できて、溶接トーチの十分な運動が確保でき、健全な溶接作業を行うことができる。
【００２３】
次に、図５に基づいて詳述すると、前述した梁補強部材７の溶接範囲特定部である前記凹部９の大きさは、日本溶接協会の指針に準拠し組立て溶接の最小長さと脚長を満たすものとする。前記凹部９は、前記梁補強部材７の前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａに６か所、外径方向に向けて形成される。これは前記鉄骨梁１を補強するのに必要な強度の兼ね合いもあり、補強強度の大小で前記凹部９の数と前記凹部９の長さＬ１が算出される。前記長さＬ１は前記溶接部１０の長さともなるが、この凹部９は溶接範囲特定部である。なお日本溶接協会指針の組立て溶接は、半自動溶接の場合に、長さ４０ｍｍ以上、脚長は４ｍｍ以上としている。
【００２４】
従って、前記溶接部１０の脚長となる前記凹部９の奥行幅Ｗ１は、例えば５ｍｍ程度に設定する。但し、この奥行幅Ｗ１は前記梁補強部材７の前記溶接部１０の前記脚長１１を設定するものでは無く、溶接範囲特定部を形成するためのマーク（印）であり、日本溶接協会の指針に準拠した溶接の入熱量を勘案したサイズであり、構造的に結合させる溶接量ではない。構造的な溶接量は、前記鉄骨梁１を補強する強度の大きさによっては前記梁補強部材７の鋼材の厚みや平面的な幅も変化する。なお、前記梁補強部材７の厚みが増せば、隅肉溶接の前記脚長１１や溶接の垂れ１２も大きくなることを考慮する必要がある。
【００２５】
また、前記凹部９は前記梁補強部材７の前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａに形成され、且つその全てが前記溶接範囲特定部である。溶接範囲を特定する形状に定義は無く、図１に示すように、前記梁補強部材７の前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａに所定間隔を存して形成されるため、その配置は前記挿通孔４の中心から放射状に均等に形成される。前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａは円形であるが、この開口縁部４Ａに所定間隔毎に切除して形成される前記凹部９は一見して溶接範囲であることが理解でき、その凹部９の形状は種々考えられる。
【００２６】
即ち、図６に示すように、前記凹部９の（ハ）〜（チ）に示す形状を例示するが、これらの形状に限らず、その他の形状でもよい。即ち、図６（ハ）に示す前記凹部９は図１及び図５で示した形状であるが拡大したもので、前記挿通孔４の中心から外方向に延びた平面視直線状の両側面９Ａ１とこの両側面９Ａ１同志の連結面である前記挿通孔４と同心円の円弧面９Ａ２とから構成し、図６（ニ）に示す前記凹部９は前記挿通孔４の中心から外方向に延びた平面視直線状の両側面９Ａ３と前記挿通孔４と同心円の円弧面９Ａ４及び前記両側面９Ａ３と前記円弧面９Ａ４との連結面であって滑らかな曲面９Ａ５とから構成し、図６（ホ）に示す前記凹部９は前記挿通孔４の中心から外方向に延びた平面視直線状の両側面９Ａ６とこの両側面９Ａ６同志の連結面である平面視直線状の側面９Ａ７とから構成し、図６（ヘ）に示す前記凹部９は前記挿通孔４の中心から外方向に延びた平面視直線状の両側面９Ａ８と平面視直線状の側面９Ａ９及び前記両側面９Ａ８と前記側面９Ａ９との連結面であって滑らかな曲面９Ａ１０とから構成し、図６（ト）に示す前記凹部９は前述した（ホ）の前記凹部９に比して両側面９Ａ１１の奥行寸法が短く、前記挿通孔４の中心から外方向に延びた平面視直線状の両側面９Ａ１１とこの両側面９Ａ１１同志の連結面である平面視直線状の側面９Ａ１２とから構成し、図６（チ）に示す前記凹部９は前述した（ヘ）の前記凹部９に比して両側面９Ａ１３の奥行寸法が短く、前記挿通孔４の中心から外方向に延びた平面視直線状の両側面９Ａ１３と平面視直線状の側面９Ａ１４及び前記両側面９Ａ１３と前記側面９Ａ１４との連結面であって滑らかな曲面９Ａ１５とから構成する。
【００２７】
次に、前記梁補強部材の製造方法については種々あるが、いくつか説明する。先ず、前記梁補強部材の製造を鍛造または鋳造で行うときは、少ない製造工程で製造できる。この鍛造や鋳造は、金型を利用して製造するので、全体として外径と内径とを備えたリング状に形成すると共に前記凹部９など自由な造形に加工できる。
【００２８】
また、鋼管などの円形パイプを利用した場合は、梁補強部材として必要な長さに切断し、次に溶接範囲特定部としての凹部の加工を行えば良い。前記凹部の加工方法は多種あり、専用の切断治具を用意すれば不要部分の切除は簡単である。この切除のための切断方法として、例えばガス切断、アークエアーガウジング、プラズマ切断やレーザー切断などが一般的な方法である。
【００２９】
更には、前記梁補強部材を、鋼板１３から効率良く切り出して（切り抜いて）製造することもできる。即ち、図７は前記鋼板１３から２種類の前記梁補強部材を切り出す際の、外形を円とした場合の切断線図であり、図５で示す外側の前記梁補強部材７と図８で示す内側の梁補強部材７Ａとの２種類の前記梁補強部材及び中央部分１４を切り出す例である。即ち、前記鋼板１３から、前記梁補強部材７、前記梁補強部材７Ａ、前記中央部分１４のそれぞれを別箇に切り出す。なお、梁補強部材のサイズによっては、３種類以上のものを切り出してもよい。
【００３０】
この切断方法を用いると、内径（又は外径）の異なる複数種類のリング状の梁補強部材の製造が可能になる。前記鋼板１３を用いた場合の最も外径が大きい前記梁補強部材７は図５に示すものであって、円形パイプで製造するときと同じ形状である。しかし、この切断方法を用いると、内側の前記梁補強部材７Ａの外周縁７ＡＣは外側の前記梁補強部材７の内周縁である前記挿通孔４の前記開口縁部４Ａとなる。同様に、図８に示す内側の前記梁補強部材７Ａの凸部７Ｔは図５に示す外側の前記梁補強部材７の前記凹部９となる。つまり、この切断方法によれば、内側の前記梁補強部材７Ａの外周形状は外側の前記梁補強部材７の内周形状と同じであり、製造効率のよい切断方法である。なお、内側の前記梁補強部材７Ａの凹部（切り欠き部）９Ｂは、外側の前記梁補強部材７の前記凹部９と同様に、溶接範囲特定部となる。
【００３１】
前述したような切断方法によって前記鋼板１３から複数の前記梁補強部材を切り出して製造することは、切断する円周部分が同じで重複するので、製造工程は大幅に減少する。また、円形パイプで前記梁補強部材を製造するときは、前述したように、溶接範囲特定部となる前記凹部を切除（捨てる部分）して形成する。しかし、鋼板を用いた製造では外側の前記梁補強部材７の前記凹部９に該当する部分は、内側の前記梁補強部材７Ａの前記凸部７Ｔとなるので、材料の欠損部分が無くなる。つまり、前記凹部９の大きさがそのまま内側の前記梁補強部材７Ａの前記凸部７Ｔの長さＬ２と奥行幅Ｗ２となり、内側の前記梁補強部材７Ａ本来の外周縁７ＡＣの広がりを助ける役目になる。つまり、内側の前記梁補強部材７Ａの仮想外径は前記凸部７Ｔまでの直径となり、限られた部材で補強効果を高めることができ、極めて生産性の良い無駄の無い製造方法である。
【００３２】
内側の前記梁補強部材７Ａの前記仮想外径である前記凸部７Ｔまでの直径とは、内側の前記梁補強部材７Ａで本来設定した外周縁７ＡＣを超える直径に値する。つまり、前記凸部７Ｔまでの仮想外径は、前記凸部７Ｔの奥行幅Ｗ２の長さ分が外径側（外側）に広がり、梁補強部材としての断面性能が向上する。同時に前記凸部７Ｔ部分の質量が加算されたことになり、内側の前記梁補強部材７Ａの補強効果が高まることになる。
【００３３】
以上の実施形態によれば、必要最小限の溶接量で溶接トーチの十分な運動が確保できて、健全な溶接作業を行うことができる梁補強部材を提供することができる。具体的には、前記梁補強部材の前記挿通孔の開口縁部に形成した凹部による溶接範囲特定部を設けたことにより、前記挿通孔側より外方に位置する前記凹部を作業者が狙って溶接できるものであるから、この溶接作業を邪魔する障害物も無く、隅肉溶接する際の十分なトーチ角度が確保できて、溶接トーチの十分な運動が確保でき、健全な溶接作業を行うことができる。しかも、不必要に全周溶接をすることが無く、前記梁補強部材の性能に応じて必要な分の溶接量を確保して、溶接量や溶接入熱量が少ないので、母材を痛めずに補強性能を発揮することができる。
【００３４】
以上のように、本発明の鉄骨梁の開口部の補強構造を説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００３５】
１              鉄骨梁
３              ウェブ
４              挿通孔
４Ａ            挿通孔の開口縁部
５              貫通孔
５Ａ            貫通孔の開口縁部
７、７Ａ        梁補強部材
８              へりあき
９              凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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