(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築鉄骨構造物において、鋼製の中実直方体の高さを該直方体に接合する梁の高さと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法を該直方体に接合する柱の外形寸法と同等にして、該直方体に接合する梁と柱の溶接部をそれぞれ個別に溶接して溶接部を重ねて一体化させて、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体鉛直方向端面とを溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、該直方体の鉛直中心軸に沿い鉛直方向に貫通する筒状の空間を該直方体に設けて、該直方体の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅がそれぞれ梁フランジ幅の２５％以上になるようにして、鉄骨構造物を製作する方法
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、該中実直方体の鉛直方向中間部を上下部よりも細く且つ該中間部の断面２次モーメントを該中実直方体に接合する上部柱又は下部柱の断面２次モーメント以上になるように該直方体を製作することを特徴とする鉄骨構造物を製作する方法
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、鋳造により製作する直方体の鉛直中心軸に上下鉛直方向に貫通した空間を設けて、該直方体の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅がそれぞれ梁フランジ幅の２５％以上になるようにすると共に、該直方体の側面部に水平方向に貫通した空間を設けて、該直方体中間部の断面２次モーメントを該直方体に接合する上部柱又は下部柱の断面２次モーメント以上になるように該直方体を製作したうえ、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体鉛直方向端面とをそれぞれ溶接が一体化するように溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法
【請求項５】
請求項１、２、３、又は４に記載する発明の方法において、ボルト締め用の穴を有する小板を直方体の側面に溶接で取付け、該直方体と柱とを溶接接合したのち、鉄骨組立において、該小板と梁をボルトで仮止めし、該直方体と該梁とを溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法
【請求項６】
請求項１、２、３、４、又は５に記載する発明の方法において、直方体は角形又は円筒形とし、柱は角形、円筒形、又はＨ形鋼であることを特徴とする鉄骨構造物を製作する方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築鉄骨構造物の柱梁接合部において、サイコロ部分を薄鋼板等の部品から溶接により組み立てることなく、厚板圧延鋼板・鍛鋼・鋳鋼により一体化して建築鉄骨構造物を製作する技術の方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、建築鉄骨構造物の柱梁接合部は図１に示すように、薄鋼板によるダイアフラム１と短い角形鋼管２との間で溶接６を施すことによりサイコロを形成させ、このサイコロとＨ形鋼梁フランジ４を溶接接合７し、更に、該サイコロと角形鋼管柱５とを溶接接合して構成する事が多い。この従来の技術では、図２に示すように、サイコロの角形鋼管２とダイアフラム１との溶接６及びサイコロのダイアフラム１とＨ形鋼フランジ４の溶接７は裏当金１０を用いて片側溶接で実施されている。このダイアフラム１と梁フランジ４との従来溶接方法では、フランジ４の接合予定端部の開先加工をしてから、裏当金１０の製作及び裏当金取付の仮付溶接８を行い、本溶接７を実施している。また、ダイアフラム１と角形鋼管２又は５との溶接も角形鋼管２又は５の接合予定端部の開先加工をしてから、裏当金１０の製作及び裏当金取付の仮付溶接８を行いダイアフラム１と角形鋼管２又は５との本溶接６を実施している。
【０００３】
更に、図３の一例に示すように、溶接継手部材１３端部の裏面に非消耗式銅当金１２をあてがい肉盛溶接１４を行った後、開先加工を１３Ｃの位置で肉盛部１４を含めて開先加工して、図５のように部材１３と肉盛部１４を含めた開先１５を得て、図６に示すように、消耗式の裏当金や裏当材を用いず、部材１６と１３を片側から溶接施工する片側溶接方法で継手溶接１７をし、溶接継手部材端部の部材の板厚１８を超えるのど厚１９を獲得する技術の方法がある。
【０００４】
また、図４の一例に示すように、溶接継手部材１３端部の裏面に突起１２Ｐを付けた非消耗式銅当金１２をあてがい肉盛溶接１４を行った後、開先加工を１３Ｃの位置で部材１３の端部のみを開先加工を行い、図５のように部材１３と肉盛部１４を含めた開先１５を得て、図６に示すように、消耗式の裏当金や裏当材を用いず、部材１６と１３を片側から溶接施工する片側溶接方法で継手溶接１７をし、溶接継手部材端部の部材の板厚１８を超えるのど厚１９を獲得する技術の方法がある。
【０００５】
一方、図７に示すように、鋳鋼により一体化されコンクリート充填孔２１及び補助板２２を有する筒体本体即ちサイコロ２０が特願平１０―３１２７７１に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の建築鉄骨柱梁接合部では、殆どが図１で示すサイコロで製作されており、図１では、ダイアフラム１・角形鋼管２・裏当金１０・エンドタブ等部材が多く、溶接６は角形鋼管２の周囲に一周しており溶接量が多い。そのため、部品製作コストが掛かると共に、サイコロ製作後図３４に示すようにダイアフラムが折れ曲がり、いわゆる傘折れ現象が起きて、ダイアフラムと梁フランジとの間で目違いが起こりやすいと言う問題がある。また、裏当金１０を角形鋼管２の端部内周に取付け仮付溶接８を行うのは手間とコストが掛かる。また、角形鋼管２とダイアフラム１の溶接６を全周に亘って行うため、溶接量が多いので溶接残留応力が大きくなるだけでなく、裏当金１０を用いると部材４，５との間で切り欠きが出来て応力集中が発生し、強度を弱める結果となる。
【０００７】
また、図７で示すように、従来の鋳鋼で一体成型したサイコロ２０は、従来の溶接構造の図１と比較し、比較的簡単な構造であり、構造耐力が向上するという利点がある。しかし、この図７に示す構造は補強板２２を上下に２枚、一体に合計４枚の補強板２２が必要で、且つ補強板２２によって形成される空間２２Ａは内部で広がっており、１体に３ヶの空間を必要としている。このような空間２２Ａは鋳造時に複雑な中子を必要とし、中子製造工数及び鋳造工数の増大をもたらしコスト増加の要因となる。また、図７に置いて、サイコロに接合される梁のせい即ち高さがサイコロのせい即ち高さよりも一段と低い場合に、内部補強板の水平位置と梁フランジの水平位置が一致するようにセットされるが、この内部補強板の水平位置は梁の高さを考慮して製作する必要があり、梁高さが種々ある場合は製作が困難で且つ梁高さが限定される。内部補強板が省略又は一面の角部にリブとして変更する場合も同様の問題が存在する。
【０００８】
更に、一般に溶接熱影響部は脆化し易いという事があり、従来、２つの溶接部が近接する場合、両溶接部による熱影響部が重なって脆化が更に促進されないように、両溶接部は該熱影響部が重ならないように遠ざけるようにするのが通例である。特に、両溶接部による溶接熱影響が重なった部分が外面に露出すると問題である。特願平１０―３１２７７１では溶接部の近接について記述はないが、図１８に示すように柱５と一体化サイコロ２３との溶接部２４が、梁４と一体化サイコロ２３との溶接部２５に近接し両溶接部に挟まれた共通の溶接熱影響部３５が外面に生じると該熱影響部は単一の熱影響部よりも脆化しやすいと言う問題がある。
【０００９】
従来、建築鉄骨の組立は、工場においてサイコロと短尺梁を取り付けてパネルゾーンを製作し、該パネルゾーンに柱を溶接で繋ぎ、通常は建物の３階分の長さに製作し、建設現場でパネルゾーン付きの柱を直立させてから短尺梁間を長尺梁でボルト接合により連結して行う。この従来工法は、梁付きの柱は梁が１メートル程度の短尺とは言え柱に直交して４方向に張り出しているため工場から現場へ運送する効率が悪く、建設現場での梁同士の多数のボルトを使った接合に工数と費用が溶接よりも掛かるという問題がある。
【００１０】
【目的】
本発明は、圧延鋼・鍛鋼・鋳鋼を用い、鉄骨仕口部の構造を単純化して、応力集中を緩和し、強度を向上させると共に、製作コストを低減させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような諸課題を解決するために、種々研究した結果、図１に示す部材１と２で構成されるサイコロではサイコロ部分を一体化することが良いと判断し、更に、図７に示す一体化サイコロの問題を解決するためには、種々研究の結果、補強板を省略して中実とし、且つ、図１８に示す溶接熱影響部の重なりの問題に対し柱梁溶接部を一体化させることで達成されることを見いだした。また、該サイコロを中実にする場合、鋳鋼では厚肉の部品しか製作出来ないのでサイコロのサイズが小さいほど軸心に空洞を作る意味がなくなるため鋳鋼では中実にした方が良く、中実にした場合、厚肉の圧延材料や鍛鋼材料でも製作可能であることを見いだした。
【００１２】
そこで、請求項１に係る発明では、建築鉄骨構造物において、発明の構成は先ず、サイコロを、圧延鋼を熱加工又は機械加工することにより製作する中実の直方体、又は、鍛造により製作する中実の直方体、又は、鋳造により製作する中実の直方体とし、次の構成は、該直方体の上下方向の全長即ち高さを該直方体に接合する梁のせい即ち高さと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法即ち水平辺の長さを該直方体に接合する柱の外形寸法即ち水平辺の長さと同等にして、該直方体に接合する梁と柱の溶接部を重ねて一体化することからなっており、これらの構成により、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体上下端を溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法である。本発明の新規性は、サイコロを一体化した中実の直方体として該直方体の寸法を柱及び梁の寸法と同等にし、且つ、接合する柱梁部材の２つの溶接部を重ねて一体化させることにある。
【００１３】
請求項２について説明する。請求項１ではサイコロの水平辺の長さが大凡２５０ｍｍ以下と比較的小さい場合に適用するのが適当である。しかし、サイコロの水平辺の長さが更に大きくなると中実部が増加して重量が増えてコストが増大する。そこで、中心軸に沿って円筒状に空間を設ければサイコロの重量を軽減できるが、円筒の直径を大きくしすぎると、柱に対してよりも、中実部のフランジ面内強度が梁フランジに比較して弱くなることが判明した。そこで、該直方体の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅がそれぞれ梁フランジ幅の２５％以上になるようにすれば中実部の強度を損なうことなく効果的に重量を軽減させることが判明した。しかしながら、図７に示す補強板を使用した場合、前述のように製作の容易性、コスト、及び梁フランジの位置に自由度がなくて、構造物に適用する場合に不便が生じる。その点、円筒などの筒状の空間であれば、圧延鋼に対する機械加工やガス切断のような熱加工で容易に製作でき、鍛鋼でも鍛鋼型を用いることにより製作でき、鋳造でも複雑な鋳造方案を用いることなく容易に安価に製作できる。本発明の新規性は、請求項１に係る発明の新規性に加えて、該直方体の鉛直中心軸に鉛直方向にほぼ均一な筒状の空間を設けることにある。
【００１４】
従って、請求項２に係る発明では、建築鉄骨構造物において、発明の第１の構成は、サイコロを、圧延鋼を熱加工又は機械加工することにより製作する中実の直方体、又は、鍛造により製作する中実の直方体、又は、鋳造により製作する中実の直方体とし、第２の構成では、該直方体の上下方向の全長を該直方体に接合する梁のせいと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法即ち辺の長さを該直方体に接合する柱の外形寸法即ち辺の長さと同等にして、第３の構成では、該直方体の鉛直中心軸に鉛直方向に貫通する筒状の空間を設けて、第４の構成として、該直方体の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅がそれぞれ梁フランジ幅の２５％以上になることを加えて、更に、第５の構成として、該直方体に接合する梁と柱の溶接部が重なるようにし、鉄骨構造物を製作する方法とすることからなっており、これらの構成により、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体上下端を溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法である。
【００１５】
請求項３について説明する。請求項１ではサイコロの水平辺の長さが大凡２５０ｍｍ以下と比較的小さい場合に適用するのが適当である。しかし、サイコロの水平辺の長さが更に大きくなると中実部の体積が増加して重量が増え、材料コストが増大する。そこで、前述のように、該直方体の鉛直中心軸に鉛直方向に貫通する筒状の空間を設ける方法も有効であるが、該中実直方体の鉛直方向中間部を該中実直方体の上下部よりも細くすれば重量増加を軽減できる。しかし、該中間部を細くしすぎると、梁に対してよりも、該中間部の曲げ強度が柱に比較して弱くなることが判明し、そこで、曲げ強度を評価するために材料力学における断面２次モーメントを用い、サイコロの断面２次モーメントがサイコロ近傍の上部柱又は下部柱の断面２次モーメントよりも大きくすることが肝要であることが判明した。本発明の新規性は、請求項１に係る発明の新規性に加えて、上下に隣接する柱の断面２次モーメントを確保しながら直方体中間部を細くすることにある。
【００１６】
そこで、請求項３に係る発明では、建築鉄骨構造物において、発明の第１の構成は、サイコロを、圧延鋼を熱加工又は機械加工することにより製作する中実の直方体、又は、鍛造により製作する中実の直方体、又は、鋳造により製作する中実の直方体とし、第２の構成では、該直方体の上下方向の全長を該直方体に接合する梁のせいと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法即ち辺の長さを該直方体に接合する柱の外形寸法即ち辺の長さと同等にして、第３の構成では、該中実直方体の鉛直方向中間部を上下部よりも細くして、第４の構成として該中間部の断面２次モーメントを該中実直方体に接合する上部柱又は下部柱の断面２次モーメント以上になるようにして、更に、第５の構成として、該直方体に接合する梁と柱の溶接部が重なるようにし、鉄骨構造物を製作する方法とすることからなっており、これらの構成により、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体上下端を溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法である。
【００１７】
請求項４に係る発明について説明する。請求項１、２、及び３に係る発明において、サイコロの水平辺の長さが大凡３５０ｍｍ以下の場合に適用するのが適当である。しかし、サイコロの水平辺の長さが更に大きくなるとサイコロを形成する中実直方体の鉛直方向に筒状の空間を設けたり、該中間部を細くしても、中実部の体積が増加して重量が増えて材料コストが増大する。一方、該直方体の内部を空洞にする方法が図７に示すように存在するが、該直方体の側面壁の厚さは鋳造方法では約４０ｍｍ以下に製造することは容易ではなく、側面壁全周を残した単なる空洞ではそれ以上の重量軽減が難しく、圧延や鍛造方法ではなお製作が難しい。
【００１８】
そこで、サイコロを形成する直方体の材質を鋳鋼として、該直方体側面壁の厚さを経済的に可能な程度に小さくして、側面壁の断面積が該直方体に隣接して接合された柱の断面積が確保される範囲内で即ち柱の断面２次モーメントが確保される範囲内で、側面壁に水平方向に複数のスリット状の貫通穴を明け、且つ、該直方体の鉛直中心軸に鉛直方向に貫通する筒状の空間を該直方体の上下部に設けて、該直方体の上端面又は下端面の中実部分の断面最小幅がそれぞれ梁フランジ幅の２５％以上になるようにすれば該直方体の中実部体積を最小にでき重量を低くできる。このように中実部体積を最小にした該直方体に対して、請求項１に記載の発明の方法を適用する。即ち、鋼製の中実直方体の高さを該直方体に接合する梁の高さと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法を該直方体に接合する柱の外形寸法と同等にして、該直方体に接合する梁と柱の溶接部が一体化するように、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体鉛直方向端面とを溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法を適用する。
【００１９】
従って、請求項４に係る発明では、発明の第１の構成は、鋳造により製作する直方体の鉛直中心軸に上下鉛直方向に貫通した空間を設けて、該直方体の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅がそれぞれ梁フランジ幅の２５％以上になるようにすることであり、第２の構成は、該直方体の側面部に水平方向に貫通した空間を設けて、該直方体中間部の断面２次モーメントを該直方体に接合する上部柱又は下部柱の断面２次モーメント以上になるように該直方体を製作することであり、第３の構成は、該直方体の上下方向の全長を該直方体に接合する梁のせいと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法を該直方体に接合する柱の外形寸法と同等にして、該直方体に接合する梁と柱の溶接部が重ねて一体化するようにすることからなっており、本発明はこれらの構成により、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体上下端を溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法である。本発明の新規性は、請求項１及び２に係る発明の新規性に加えて、該直方体の側面部に水平方向に貫通した空間を設けて、該直方体中間部の断面２次モーメントを該直方体に接合する上部柱又は下部柱の断面２次モーメント以上になるように該直方体を製作することである。
【００２０】
請求項５に係る発明について説明する。従来、建築鉄骨の組立において、ブラケットと称する短尺の梁付きの柱は、ブラケットが張り出しているため、工場から現場へ運送する効率が悪く、しかも建設現場での梁同士のボルト接合に多大な工数と費用が溶接よりも掛かるという問題がある。この問題の解決のためには、短尺梁即ちブラケットを直方体へ取り付けることなく、直方体と柱とを工場で溶接して柱直方体構造物を製作し、該柱直方体構造物を該工場から建設現場へ搬送して直立させ、該柱直方体構造物の直方体同士を１本の梁で溶接接合すれば建設現場では図２８に示す梁同士のボルト接合を省略することができる。しかし、該柱直方体構造物の直方体と梁とはそのままでは仮組が難しい。
【００２１】
そこで、従来の建設方法よりも更に製作の効率化を図るため、種々調査・研究の結果、請求項１，２，３，及び４に係る発明において、工場において、先ず本発明に係る一体化直方体と柱を溶接接合して柱梁構造物を製作し、次に梁を仮組みするためのボルト締め用の穴を有する小板を、該柱直方体構造物の直方体の側面に溶接で取付けたうえ、該小板付きの柱直方体構造物を建設現場へ運んで直立させた後、梁のＨ形鋼ウエブを小板にボルト等で仮止めして柱直方体構造物と梁の仮組を行い、最終的に直方体と梁とを溶接接合することを発明した。
【００２２】
請求項５に係る発明では、発明の第１の構成は、ボルト締め用の穴を有する小板を直方体の側面に溶接で取付けることであり、第２の構成は、請求項１、２、３、又は４に記載する一体化直方体と柱とを溶接接合することであり、第３の構成は、その後、該小板と梁のウエブとをボルトで仮止めすることであり、第４の構成で、該直方体と該梁とを溶接接合させて、鉄骨構造物を製作する方法である。本発明の新規性は請求項１、２、３、又は４の新規性に加えて、一体化直方体と柱との柱直方体構造物を梁取付前に製作することであり、ボルト締め用の穴を有する小板を介して建設現場で柱直方体構造物と梁とを接合し鉄骨構造物を製作することにある。
【００２３】
請求項６に係る発明について説明する。請求項１、２、３、４、又は５に記載する発明の方法において、直方体及び柱の外形状は総て４角形で述べた。しかし、これらの発明は、直方体及び柱の外径状は総て四角形に限定されることはない。該直方体は四角形の場合、柱においては、円筒形、又はＨ形鋼にも適用でき、該直方体が円筒形の場合、柱は円筒形、又はＨ形鋼にも適用できる。これらの場合、発明の効果は該直方体及び該柱が角形鋼管の場合でも同様である。また、梁端の形状も該直方体側面形状に合わせて加工し、該直方体に溶接接合が容易に可能である。また、柱と梁の一体化溶接も同様に容易に施工が可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施例１
請求項１に係る発明の実施の形態について説明する。図８は、鋼製の中実直方体２３に梁４及び柱５をそれぞれ溶接接合２５，２１した立体図を示し、請求項１に係る発明は、中実直方体２３の高さ２３Ａを該直方体２３に接合する梁の高さ４Ａと同等にすると共に、該直方体２３の上端及び下端の外形寸法２３Ｂを該直方体２３に接合する柱５の外形寸法５Ａと同等にして、図１９又は図２１に示すように該直方体２３に接合する柱５と梁４のそれぞれの溶接部２４と２５が一体化するように、該梁４と該直方体側面及び該柱５と該直方体鉛直方向端面とを溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法である。
【００２５】
実施例２
請求項１に係る発明の実施の形態の別の例について説明する。図９及び図１０は、圧延鋼を熱加工又は機械加工することにより製作する中実の直方体２３、又は、鍛造により製作する中実の直方体２３、又は、鋳造により製作する中実の直方体２３に、Ｈ形鋼梁フランジ４を裏当金付きの従来方式で溶接２５をした後に、該溶接２５に重ねて角形鋼管を寸法切りした柱５を溶接接合２４した一例を、それぞれ立体図及び断面図で示したものである。図１９は、柱５の溶接２４及び梁フランジ４の溶接２５の重なり状態即ち溶接部の一体化状態を示す。図１９から分かるように、柱５の溶接熱影響部と梁４の溶接熱影響部とはサイコロ２３の外表面では重なっていない。このような施工方法は、図２１に示すように、柱５の端部裏面に肉盛溶接１４したり、梁４のフランジ端部裏面及び側面に肉盛溶接１４した後にそれぞれ継手溶接２４と２５をする場合にも適用できる。このように、柱及び梁端部の裏面に肉盛溶接した後に、本発明に係る施工を実施した場合の状況を断面図で図２９に示す。
【００２６】
実施例３
請求項１に係る発明に係る発明の実施形態例として、中実サイコロに標準高さの梁３の他に、高さの低い梁３Ａを接合した断面図を図１１に示す。図１１から分かるように、高さの低い梁３Ａをサイコロの任意の高さ位置にサイコロの強度上問題なく溶接接合出来るので、建築鉄骨の設計及び施工の自由度が増加する。
【００２７】
実施例４
請求項１に係る発明に関する実施形態の他の例として、圧延鋼、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロに、柱及び梁を溶接し、サイコロ外表面と梁又は柱表面との間にずれがある場合に、図２０及び図２２に示すように、梁接合の場合該ずれa即ち３１は梁フランジの板厚の２５％＋７ｍｍ以下で、柱接合の場合該ずれｂ即ち３１Ａは柱板厚の２５％＋７ｍｍ以下が望ましい。該ずれａ、ｂがこれらの値以上になる場合は、溶接部が一体化のため溶接部が大きくなりすぎて溶接残留応力が大きくなると共に溶着量が増加し製作コスト増加の要因となる。従って、図８に示す直方体サイコロの上下方向の全長２３Ａは、該直方体２３に接合する梁３のせい即ち高さ４Ａにフランジ板厚の５０％＋１４ｍｍを加えた長さ以下が望ましい。また、直方体サイコロの上端及び下端の外形寸法即ちサイコロの辺の長さ２３Ｂは、柱の辺の長さ５Ａに柱板厚の５０％＋１４ｍｍを加えた長さ以下が望ましい。このように、柱や梁が既定寸法であれば、溶接部を一体化することにより、該直方体の水平と垂直の辺の長さを最小にできるので、該直方体の製作コストの低減と鉄骨構造物の製作の容易性が増加する。
【００２８】
実施例５
更に、請求項１に係る発明に関する実施形態の他の例として、圧延鋼から中実の直方体を取り出す方法として、図１４に示す厚板の圧延鋼板から切断線２８に従いガス切断、レーザ切断、鋸切断、が可能である。また、図１５に示すように、中実の直方体は、圧延により長い棒又は帯を製作し切断線２８に従いガス切断、レーザ切断、鋸切断、等により切断することによっても得られる。このようにすれば、直方体サイコロは圧延鋼から大量生産で容易に安価に入手できる。
【００２９】
実施例６
また、請求項１に係る発明に関する実施形態として、該直方体は圧延鋼から採取した直方体から鍛造により所定の形状に成型した鍛鋼からも得られる。
【００３０】
実施例７
請求項２に係る発明の実施の形態について説明する。図１２に、中心軸位置で鉛直方向に貫通した筒状の空間２６を設けたサイコロ２３に梁３及び柱５を接合した立体図を示す。図１２においては、サイコロ２３を、圧延鋼を熱加工又は機械加工することにより製作する中実の直方体、又は、鍛造により製作する中実の直方体、又は、鋳造により製作する中実の直方体に対し鉛直中心軸に鉛直方向に貫通する筒状の空間２６を設けて、該直方体の上下方向の全長２３Ａを該直方体に接合する梁の高さ４Ａと同等にすると共に、該直方体２３の上端及び下端の外形寸法即ち辺の長さ２３Ｂを該直方体２３に接合する柱５の外形寸法即ち辺の長さ５Ａと同等にして、更に、図２３に示すように、該直方体２３の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅ｃ，ｄがそれぞれ梁フランジ幅ｅの２５％以上、即ちｃ≧０．２５ｅ、ｄ≧０．２５ｅにして、図１９及び図２０に示すように、該直方体２３に接合する梁フランジ４と柱５の溶接部が重なるようにし、該梁フランジ４と該直方体側面及び該柱５と該直方体上下端を溶接接合させて図１３に示す鉄骨構造物を製作する方法である。同様に、図２１及び図２２に示すように、柱端部裏面に肉盛溶接した場合及び梁フランジ端部裏面と側面に肉盛溶接した場合は、該直方体２３に接合する梁と柱の溶接部が重なるようにし、該梁と該直方体側面及び該柱と該直方体上下端を溶接接合させて図３０に示す鉄骨構造物を製作する方法である。
【００３１】
実施例８
請求項２に係る発明に関する実施形態の他の例について説明する。図１３における筒状の空間は筒状の形状を円形だけでなく、楕円や多角形等にすることもできる。また、筒状のものを中膨れにして、サイコロの体積及び重量を更に削減させることもできる。また、これらの筒状の空間はコンクリート等の柱内への充填に使用できることは自明のことである。
【００３２】
実施例９
請求項３に係る発明の実施の形態について説明する。図１６及び図１７にそれぞれ、該中実直方体２３の鉛直方向中間部３０を上下部よりも細くした中実サイコロ２３に、梁３及び柱５を裏当金１０を使用して溶接接合した立体図及び断面図を示す。本発明に係る方法では、図１６及び図１７において、サイコロ２３を、圧延鋼を熱加工又は機械加工することにより製作する中実の直方体、又は、鍛造により製作する中実の直方体、又は、鋳造により製作する中実の直方体とし、該直方体２３の上下方向の全長２３Ａを該直方体２３に接合する梁の高さ４Ａと同等にすると共に、該直方体２３の上端及び下端の外形寸法即ち辺の長さ２３Ｂを該直方体２３に接合する柱５の外形寸法即ち辺の長さ５Ａと同等にして、中実直方体２３の鉛直方向中間部３０を上下部よりも細くして、該中間部３０の断面２次モーメントを該中実直方体２３に接合する上部柱５又は下部柱５の断面２次モーメント以上になるようにして、更に、図１９又は図２０に示すように、該直方体２３に接合する梁フランジ４と柱５の溶接部が重なるように一体化させて鉄骨構造物を製作する。同様に、図３１に示すように、柱端部裏面に肉盛溶接１４した場合及び梁フランジ端部４の裏面と側面に肉盛溶接１４した場合も、本発明に係る方法が適用できる。このように、肉盛溶接した場合は、溶接部の断面積が増大するので、一体化溶接部の強度が更に向上するという利点がある。なお、梁フランジ４の裏面と側面への肉盛の有無に拘わらす、梁フランジ４をサイコロ２３に溶接で取り付ける場合、溶接２５の実施前にウエブ９を直方体２３と溶接接合又はボルト接合することは柱梁組立を容易にする。
【００３３】
実施例１０
請求項４に係る発明に関する実施形態について説明する。図２４に、鋳鋼製サイコロ３６の上下部中央及び側面に空間２６を明けて鋳鋼で製作したサイコロの一例を示す。図２４において、鋳造により製作する直方体３６の鉛直中心軸に上下鉛直方向に貫通した空間２６を設けて、図２３に示すように、該直方体２３の上端面又は下端面の中実部分断面最小幅ｃ又はｄがそれぞれ接合する梁フランジ幅ｅの２５％以上になるようにして、図２４の該直方体３６の側面部に水平方向に貫通した空間３７Ａを設けて、該直方体中間部３７の断面２次モーメントを該直方体３６に接合する上部柱又は下部柱の断面２次モーメント以上になるように該直方体３６を製作し、該直方体３６の上下方向の全長を該直方体に接合する梁の高さと同等にすると共に、該直方体の上端及び下端の外形寸法即ち水平辺の長さを該直方体に接合する柱の外形寸法即ち水平辺の長さと同等にして、図１９及び図２０に示すように該直方体２３に接合する梁フランジ４と柱５の溶接部を重ねて一体化するようにすることからなっており、本発明はこれらの構成により、該梁フランジ４と該直方体３６の側面、及び該柱５と該直方体上下端を溶接接合させて鉄骨構造物を製作する方法である。同様に、図３２に示すように、柱端部裏面に肉盛溶接１４した場合及び梁フランジ端部４の裏面と側面に肉盛溶接１４した場合にも、本発明に係る方法が適用できる。なお、図３２で、梁フランジ４の裏面と側面への肉盛の有無に拘わらす、梁フランジ４をサイコロ２３に溶接で取り付ける場合、溶接２５の実施前にウエブ９を直方体２３又は３６と溶接接合又はボルト接合することは柱梁組立を容易にする。
【００３４】
実施例１１
請求項５に係る発明に関する実施形態について説明する。工場において、図２５に示すように、先ず梁を仮組みするためのボルト締め用の穴３９を有する小板３８を直方体２３に溶接で取付け、図２６に示すように、本発明に係る一体化直方体２３と柱５を溶接接合２４して柱直方体構造物４４を製作し、該小板３８付きの柱直方体構造物４４を建設現場へ運んで図２７に示すように直立させた後、図３３に示すように梁のＨ形鋼ウエブ９を小板３８にボルト４０等で仮止めして柱直方体構造物４４とＨ形鋼梁３の仮組を行い、最終的に直方体２３と梁３とを溶接接合し、図２７に示すように鉄骨構造物を建設する。なお、ボルト締め用の穴３９を有する小板３８を直方体２３の側面に溶接で取付ける工程と、該直方体２３と柱５とを溶接接合する工程はどちらが先でも良い。
【００３５】
実施例１２
請求項６に係る発明に関する実施形態について説明する。図３５は、一体化サイコロ２３を円筒形にして鉛直中心軸方向に円筒状の空間２６を設けた場合を一例として示す。梁フランジ４と一体化サイコロ２３の溶接部は、図１９，２０、２１又は２２に示すように一体化されている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、従来複雑で製作工数の掛かった溶接製サイコロが圧延鋼、鍛造鋼、又は鋳鋼により一体化され、柱梁の結合点であるサイコロが単純化されて溶接作業量が半減され、溶接残留応力・歪みの軽減、製作工数の軽減、製作に伴う管理作業の軽減、製作精度向上などの効果が大きく認められた。また、従来、柱とサイコロ及び梁とサイコロの溶接部が近接しながら別々の溶接を実施していたが、本発明では、柱・梁接合部の各々の溶接部を一体化することにより、該溶接部間の溶接熱影響部の重なりによる脆化防止、サイコロサイズの縮小化でサイコロ材料の節減、製作工数の低減、梁同士又は柱同士のサイズの異なった柱梁接合部にも容易に適用できるようになった。
【００３７】
請求項１から４までに係る発明は、サイコロのサイズ・材料の形態により上記の発明の効果を最大限に発揮させるものであり、請求項５に係る発明は、柱を梁よりも先に組み立てる場合に、一体化サイコロ及び一体化溶接を用いて上記の効果を最大限に発揮させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の建築鉄骨柱梁接合部の立体図の一例
【図２】従来の建築鉄骨柱梁接合部の角形鋼管・ダイアフラム・梁フランジ接合部の断面図
【図３】部材端部に水冷又は被水冷の銅製当て金をあてがい肉盛溶接をした断面図の一例
【図４】部材端部に水冷又は被水冷の突起付き銅製当て金をあてがい肉盛溶接をした断面図の一例
【図５】部材１３の端部に肉盛溶接し部材端部及び肉盛溶接部１４を共に開先加工した状態の断面図
【図６】部材１３の端部に肉盛溶接１４と開先加工をして継手の相手部材１６にあてがい、継手溶接を実施した状態の断面図
【図７】補強板２枚を取付け中央軸心に貫通穴を設けたサイコロ
【図８】中実サイコロに梁及び柱を接合した立体図
【図９】中実サイコロに梁及び柱を接合した立体図
【図１０】中実サイコロに梁及び柱を接合した断面図
【図１１】中実サイコロに高さの低い梁を接合した断面図
【図１２】鉛直方向に貫通した筒状の空間を設けた中実サイコロに梁及び柱を接合した立体図
【図１３】鉛直方向に貫通した筒状の空間を設けた中実サイコロに梁及び柱を接合した断面図
【図１４】厚板圧延鋼板から切り出される中実サイコロの立体図
【図１５】圧延棒からから切り出される中実サイコロの立体図
【図１６】中実直方体の上下の中間部を細くしたサイコロに梁及び柱を接合した立体図
【図１７】中実直方体の上下の中間部を細くしたサイコロに梁及び柱を接合した断面図
【図１８】圧延鋼板、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロに柱及び梁を溶接接合し端部素材を残した場合の断面図
【図１９】圧延鋼板、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロに柱及び梁を従来の裏当金付きの従来溶接を実施し、溶接部を一体化した場合の断面図
【図２０】圧延鋼板、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロに、柱及び梁を溶接し、サイコロ外表面と梁又は柱表面との間にずれがある場合に、継手溶接部を一体化した場合の断面図
【図２１】圧延鋼板、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロに、裏面肉盛溶接を実施した柱及び梁を溶接し、継手溶接部を一体化した場合の断面図
【図２２】圧延鋼板、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロに、裏面肉盛溶接を実施した柱及び梁を溶接し、サイコロ外表面と梁又は柱表面との間にずれがある場合に、継手溶接部を一体化した場合の断面図
【図２３】一体化したサイコロ中央にその軸心に沿って貫通穴を明け、梁を溶接接合した場合の中実幅と梁幅の関係を示す上面図  c 、 d≧0.25e となる。
【図２４】サイコロの中央及び側面に空間を明けて鋳鋼で製作したサイコロの一例
【図２５】一体化サイコロの側面にボルト締め用の穴を有する小板を取付けた外観図
【図２６】工場において小板を取り付けた一体化サイコロと柱とを溶接し柱直方体構造物を製作する状況を示す立体図
【図２７】建設現場において柱直方体構造物と梁とをボルト接合を省略して接合して建設した鉄骨構造物の外観図
【図２８】Ｈ形鋼梁同士を接合するボルト接合状態の立体図
【図２９】中実の一体化サイコロに、柱及び梁の溶接部を一体化させて溶接接合した状態の仕口部断面図
【図３０】鉛直方向に貫通した筒状の空間を設けた中実サイコロに柱及び梁を、溶接部を一体化させて溶接接合した状態の仕口部断面図
【図３１】中間部を絞った中実の一体化サイコロに柱及び梁を、溶接部を一体化させて溶接接合した状態の仕口部断面図
【図３２】中央及び側面に空間を明けて鋳鋼で製作した一体化サイコロに柱及び梁を、溶接部を一体化させて溶接接合した状態の仕口部断面図
【図３３】鉛直方向に貫通した筒状の空間を設けた直方体の側面部に仮組用小板を取付けて、該直方体に柱を溶接した後、該直方体に梁を溶接接合し、両溶接部を一体化させた状態の仕口部断面図
【図３４】傘お折れしたダイアフラムを持つサイコロと梁フランジとが目違いを起こした状態の仕口部断面図
【図３５】円筒形サイコロに梁を溶接接合した状態の立体図
【符号の説明】
１  建築鉄骨柱梁接合部のダイアフラム
１Ａ  ダイアフラムの傘折れ状態
２  ダイアフラム間の角形鋼管。１と２から構成される部材をサイコロという。
３  Ｈ形鋼梁
３Ａ  せいの低いＨ形鋼梁
４  Ｈ形鋼梁フランジ
４Ａ  Ｈ形鋼梁フランジせい又は高さ
５  角形鋼管による柱
５Ａ  角形鋼管による柱の辺の長さ
５Ｐ  円形鋼管による柱
６  角形鋼管とダイアフラムとの溶接
７  梁フランジとダイアフラムとの溶接
８  仮付又は組立溶接
９  Ｈ形鋼梁ウエブ
１０  裏当金
１１  スカラップ
１２  非消耗式当て金（銅など）
１２Ｐ  非消耗式当て金（銅など）の突起
１３  フランジ又は角形鋼管などの部材
１３Ｃ  部材１３の開先切断位置
１４  部材裏面に施工された肉盛溶接
１５  肉盛溶接部１４及び母材１３を含めた開先面
１６  相手部材
１７  継手溶接
１８  部材１３の板厚又は肉厚
１９  部材１６と１３の溶接部の実効のど厚
２０  鋳鋼により一体化した筒体本体即ちサイコロ
２１  コンクリート充填孔
２２  補強板
２２Ａ  内部空間
２３  圧延鋼板、鍛鋼又は鋳鋼により一体化したサイコロ又は直方体
２３Ａ  一体化サイコロ又は直方体の高さ
２３Ｂ  一体化サイコロ又は直方体の高さの辺の長さ
２３Ｐ  鉛直方向端面
２４  一体化されたサイコロ又は直方体と角形鋼管柱との溶接
２４Ａ  一体化されたサイコロ又は直方体と円形鋼管柱との溶接
２５  一体化されたサイコロ又は直方体とＨ形鋼梁フランジとの溶接
２６  筒状の中空部
２７  厚板圧延鋼板
２８  切断線
２９  圧延鋼板から切り出されたブロック（サイコロ）
３０  サイコロ又は直方体の細くくびれた部分
３１  サイコロ又は直方体外表面と梁表面とのずれa
３１Ａ  サイコロ又は直方体の外表面と柱表面とのずれｂ
３２  サイコロ又は直方体上端面又は下端面の中実部分の断面最小幅ｃ
３３  サイコロ又は直方体上端面又は下端面の中実部分の断面最小幅ｄ
３４  Ｈ形鋼梁フランジの幅e
３５  ２つの溶接部に挟まれた部材の溶接熱影響部
３５Ａ  部材原質部と溶接熱影響部との境界線
３６  鋳鋼製サイコロ又は直方体本体
３７  鋳鋼製サイコロ又は直方体中間部
３７Ａ  鋳鋼製サイコロ又は直方体中間部に設けられた水平方向に貫通した空間
３８  ボルト締め用小板
３９  ボルト穴
４０  ボルト
４１  回転
４２  回転駆動装置
４３  柱梁仕口部
４４  柱直方体構造物
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0003676310.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
0003676310.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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