(57)【要約】  【課題】中央部断面の構造的性能を有効に発揮し、現場においてボルト接合その他の機械式接合による使用が可能であり、解体が容易で、解体した鉄骨部材の再利用が可能な建築用鉄骨製品、及びその製作方法を提供する。  【解決手段】建築用鉄骨部材１の両端部に接合用の端部部品２若しくは５、６又は８、９を一体的に溶接して成る。端部部品２若しくは５、６又は８、９に機械式接合に必要なボルト孔７、ピン孔３等が加工されており、この端部部品２若しくは５、６又は８、９は、前記ボルト孔７、ピン孔３等による断面欠損によって建築用鉄骨部材１の強度を下回ることのない高強度材料で製作されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築用鉄骨製品であって、
建築用鉄骨部材の両端部に接合用の端部部品を一体的に溶接して成り、
端部部品に機械式接合に必要なボルト孔、ピン孔等が加工されており、この端部部品は、前記ボルト孔、ピン孔等による断面欠損によって建築用鉄骨部材の強度を下回ることのない高強度材料で製作されていることを特徴とする、機械式接合が可能な建築用鉄骨製品。
【請求項２】
建築用鉄骨部材は構造用鋼材から成り、接合用の端部部品は鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼で製作されていることを特徴とする、請求項１に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品。
【請求項３】
端部部品の機械式接合に使用するボルト、ピン類は、端部部品よりも更に高強度材料から成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品。
【請求項４】
建築用鉄骨部材の両端部に機械式接合用の端部部品がフラッシュ溶接により一体的に溶接されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品。
【請求項５】
機械式接合に必要なボルト孔、ピン孔等が加工されており、且つ前記ボルト孔、ピン孔等による断面欠損によって建築用鉄骨部材の強度を下回ることのない高強度材料で製作された端部部品を、建築用鉄骨部材の両端部へ一体的に溶接することを特徴とする、機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の製作方法。
【請求項６】
端部部品は、建築用鉄骨部材の両端部にフラッシュ溶接により一体的に溶接することを特徴とする、請求項５に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建築用の柱材、梁材、桁材その他のいわゆる建築用鉄骨製品（構造材）であって、中央部断面の構造的性能を有効に発揮し、しかも現場においてボルト接合、ピン接合、リベット接合、或いは嵌め合い接合などのいわゆる機械式接合による使用が可能であり、解体が容易で、解体した鉄骨部材の再利用が可能な建築用鉄骨製品、及びその製作方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
最近、建築の分野でも鋼材メーカーを中心に高強度鋼部材の汎用化が進められている。その一方で、産業廃棄物の少量化と資源の再生利用の観点から、建築部材の解体の容易性および解体した建築用鉄骨部材の再使用（リサイクル）の要求が高まっている。
したがって、事後の解体が困難な溶接接合に代わって、解体が容易な機械式接合の建築用鉄骨製品の重要性が認識され、その採用が要望されている。機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の採用はまた、現場における接合の品質確保が容易であり、熟練した溶接技術の技能者を必要とせず、天候に左右されない作業により、工期の短縮化を図れる、等々の利点もある。
【０００３】
しかし、従来一般の機械式接合による建築用鉄骨製品は、通例鉄骨部材とその端部とが同一の鋼種で一体化製品として製作されている。表現を変えると、鉄骨部材の端部にボルト接合、或いはピン接合などに必要な孔を明けて製作されるため、部材端部はボルト孔やピン孔による断面欠損を生じる。したがって、部材断面が均等であると、断面欠損を生じた端部が、部材中央部よりも耐力が低くなり、部材断面積を有効に使用できず、端部の早期破断の事例が指摘されている。部材中央部と端部の構造性能を同一にするためには、部材中央部に比して、端部の板厚或いは部材幅を増大させる必要があるが、そのためには特殊な材料、特殊な加工を要求され、極めて高価な部材になってしまう。
例えば下記の特許文献１に開示された鉄骨部材の接合部は、鉄骨部材の端部を高周波誘導加熱法による熱処理により高強度化するという。即ち、高周波誘導加熱法により鉄骨部材の端部を加熱して焼き入れを行い、冷却して焼き戻しを行うと記載されている。しかし、果たして期待した効果を得られるか疑問である。
【０００４】
例えばラーメン構造の柱梁接合部などでは、部材端部が最も大きな応力を負担するため、部材中央部と端部が均等断面の場合には、上述の理由でボルト接合やリベット接合等のいわゆる機械式接合を実施できず、溶接接合が採用されるという問題がある。
そこで部材中央部と端部の鋼種を異ならせ、両者を接合して建築用鉄骨部材とすることも、例えば下記の特許文献２、３、４に開示されている。
先ず特許文献２、３には、鉄骨柱をコンクリート基礎の上に締結し固定する柱脚金物として、鋳鋼製、或いは鍛鋼製の部材を鉄骨柱の下端に接合したものが開示されている。しかし、鉄骨柱の上部が同様に機械式接合が可能に構成されている旨の記載はないし、そのような建築用鉄骨部材は未だ見聞しない。
【０００５】
また、特許文献４に開示された鉄骨架構の接合方法は、管状の柱材の端部に、高強度な接合部材を接合した構成と認められる。しかし、更に具体的に説明すると、接合部の意匠的外観を良好にするため、接合部材は、管状の柱材よりも小径（管状の柱材の表面よりも、接合部材の表面が内側にある。）とし、柱材同士は前記接合部材同士を連結部材を介して溶接し（段落番号［００１１］の６行目と図３）、又は１個の接合部材を共通に使用して上下の柱材を溶接で接合する（段落番号［００１３］と図５）構成であり、機械式接合を目的とした建築用鉄骨製品ということはできない。
なお、特許文献５には、建築現場へ搬入して使用できるように小型化した、建築用大断面鋼製部材のフラッシュ溶接に使用できる溶接装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６６３４０号公報
【特許文献２】特開平６−２５７２１９号公報
【特許文献３】特開平８−１８４０６１号公報
【特許文献４】特開平７−２１６９９９号公報
【特許文献５】特開２００１−２５９８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ボルト接合、ピン接合、リベット接合、嵌め合い接合などのいわゆる機械式接合が可能であり、必然、事後の解体が容易で、解体した鉄骨部材の再利用が可能であり、ひいては建設産業廃棄物の少量化と資源の再生利用を図ることができる、建築用鉄骨製品及びその製作方法を提供することである。
本発明の次の目的は、工場で精度の高い加工と、その加工度を高めて生産性の高い製作及びモジュール化を実現し、且つコストダウンを図ることが出来、現場での接合作業に格別の熟練技能者を要さず、接合の品質確保と施工性の向上、そして、天候に左右されない接合作業により工期の短縮化を図ることができる、機械式接合が可能な建築用鉄骨製品及びその製作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る機械式接合が可能な建築用鉄骨製品は、
建築用鉄骨部材１の両端部に接合用の端部部品２若しくは５、６又は８、９を一体的に溶接して成り、
端部部品２若しくは５、６又は８、９に機械式接合に必要なボルト孔７、ピン孔３等が加工されており、この端部部品２若しくは５、６又は８、９は、前記ボルト孔７、ピン孔３等による断面欠損によって建築用鉄骨部材１の強度を下回ることのない高強度材料で製作されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品において、
建築用鉄骨部材１は構造用鋼材から成り、接合用の端部部品２若しくは５、６又は８、９は鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼で製作されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品において、
端部部品２若しくは５、６又は８、９の機械式接合に使用するボルト１０、ピン４、接合用リング１７等は、端部部品２若しくは５、６又は８、９よりも更に高強度材料から成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品において、
建築用鉄骨部材１の両端部に機械式接合用の端部部品２若しくは５、６又は８、９がフラッシュ溶接により一体的に溶接されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載した発明に係る機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の製作方法は、
機械式接合に必要なボルト孔７、ピン孔３等が加工されており、且つ前記ボルト孔７、ピン孔３等による断面欠損によって建築用鉄骨部材１の強度を下回ることのない高強度材料で製作された端部部品２若しくは５、６又は８、９を、建築用鉄骨部材１の両端部へ一体的に溶接することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の製作方法において、
端部部品２若しくは５、６又は８、９は、建築用鉄骨部材１の両端部にフラッシュ溶接により一体的に溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜４に記載した発明に係る機械式接合が可能な建築用鉄骨製品、および請求項５、６に記載した発明に係る製作方法によれば、ボルト接合、ピン接合、リベット接合、或いは嵌め合い接合などのいわゆる機械式接合による建築施工が可能であり、現場での接合作業に格別の熟練技能者を必要とせず、現場における接合作業の品質確保と施工性の向上、そして、天候に左右されない接合作業により工期の短縮化を図ることができる。
【００１５】
また、機械式接合であるが故に、事後の解体が容易であり、解体した建築用鉄骨部材の再利用が可能であるから、その分建設産業廃棄物の少量化と資源の再生利用を図ることができる。
更に本発明の建築用鉄骨製品及びその製作方法によれば、既往の構造用鋼材による中央部断面の構造性能を有効に発揮させる機械式接合が可能となり、いわば溶接と同等の性能を有する接合を、特殊な技能を要求することなく実現できる。しかも工場における精度の高い加工と、その加工度を高めて、建築を生産性の高い工場生産化と部材のモジュール化を実現でき、コストダウンを図ることが出来るのである。
とりわけ高強度材料や鋳鉄は通常のアーク溶接では溶接性が悪く、予熱等の施工管理が複雑となり、技量や管理コストを必要とするが、上記建築用鉄骨部材１と端部部品２若しくは５、６又は８の溶接にフラッシュ溶接を実施すると、端部部品２若しくは５、６又は８が高強度鋼や鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼などであっても、高品質の溶接を高い生産性で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
建築用鉄骨部材１の両端部に接合用の端部部品２若しくは５、６又は８を一体的に溶接して製作する。
端部部品２若しくは５、６又は８、９には機械式接合に必要なボルト孔７、ピン孔３、リベット孔や嵌め合い部等を加工する。この端部部品２若しくは５、６又は８、９はまた、前記ボルト孔７、ピン孔３等による断面欠損によって建築用鉄骨部材１の強度を下回ることのない高強度材料で製作する。
建築用鉄骨部材１と端部部品２若しくは５、６又は８、９の溶接には、好ましくはフラッシュ溶接を実施する。
当該建築用鉄骨製品の端部部品２若しくは５、６又は８、９の機械式接合に使用するボルト１０、ピン４、接合用リング１７等は、端部部品よりも更に高強度材料で製作したものを使用する。
【実施例１】
【００１７】
図１と図２は、請求項１に記載した発明に係る機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の実施例として、建築用の柱材、梁材又は桁材等のいわゆる構造用部材である建築用鉄骨部材１の両端部に、機械式接合用の一例としてピン接合用の端部部品２を一体的に溶接した構成のものを示す。中央部の建築用鉄骨部材１の断面形状は、開放断面のＨ形鋼状、又は閉断面の箱形形状、角管形状、丸管形状等の別を問わない。端部部品２は、後述するピン孔３による断面欠損によって建築用鉄骨部材１の強度を下回ることのない高強度材料、たとえば高強度の鋳鉄、鋳鋼、或いは鍛鋼製品で製作されている。
【００１８】
この建築用鉄骨製品は、例えば図２に示すように、端部部品２、２同士を嵌め合わせピン４を差して接合する方法で使用される。ピン接合部の回転を止めるため、ピン４を複数本接合する構成で実施することもできる。こうしたピン接合による使用を前提として、端部部品２は、図１Ｂに例示したように、一側の端部部品を雌型２ａとし、他側の端部部品を雄型２ｂとして構成し、相互間の嵌め合いを容易にすると、使い勝手が良い。もっとも、使用の必要性によっては、両端とも雌型の端部部品２ａとし、又は両端とも雄型の端部部品２ｂで構成した建築用鉄骨製品を用意し、これらを種々に組合せて使用することも実施される。
前記ピン接合用の端部部品２を一体的に溶接した建築用鉄骨製品の接合に使用するピン４は、前記端部部品２よりも更に高強度材料で製作したものを使用して、応力の負担が大きい接合部の強度を高めた構成で実施することが好ましい。
【００１９】
上記した条件を具体的に説明する。例えば建築用鉄骨部材１（中央部品）は引張り強さ５００Ｎ／mm２級の鋼材（例えば鋼種ＳＭ４９０Ａ）とし、端部部品２は引張り強さ８００Ｎ／mm２級の鋼材（例えばハイテンション鋼種ＨＴ−７８０）、ピン４は引張り強さ１５００Ｎ／mm２級の鋼材（例えばハイテンション鋼種ＨＴ−１５００）で実施される。かく構成すると、前記したような強度の差異により、建築用鉄骨部材１たる中央部品断面の降伏耐力、引張り耐力に比較して、端部部品２の断面欠損部の降伏耐力、引張り耐力の方が大きく上回り、更にピン４の降伏耐力、引張り耐力がそれを上回るので、引張り荷重の作用時には、建築用鉄骨部材１（中央部品）の降伏及び破断が先行して生じることとなり、中央部品（建築用鉄骨部材１）の設計荷重が支配的な建築用鉄骨製品を提供できることになる。こうした考え方と実施要領は、以下の各実施例にも共通する事項である。
【実施例２】
【００２０】
次に、図３は、機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の異なる実施例として、構造用部材である建築用鉄骨部材１の両端部に、機械式接合用の一例としてボルト接合又はリベット接合用の端部部品５、６を一体的に溶接したものを示す。
特に本実施例は、建築用鉄骨部材１が図３Ｄに示すように開断面のＨ型鋼であり、図中左側の端部部品５はやや大型のエンドプレートであり、同右側の端部部品６はやや小型のエンドプレートの構成である場合を示す。これらの端部部品５、６には、機械式接合に必要なボルト孔７…（又はリベット孔等）が必要な口径と配置で必要数だけ加工されている。勿論、使用の必要性に応じて、両端の端部部品５、６の大きさ、形状を同一に構成して実施することもできる。
図３の実施例の端部部品５、６は、図３Ｄに示す建築用鉄骨部材１の断面形状とほぼ同形、同大の溶接仕口に形成したフランジ溶接部５ａ、６ａとウエブ溶接部５ｂ、６ｂを備えた構成とし、各々を建築用鉄骨部材１のフランジ１ａおよびウエブ１ｂと突き合わせ溶接されている。
【００２１】
また、図４は、同じく機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の異なる実施例として、構造用部材である建築用鉄骨部材１が図４Ｃに示したように管状の閉断面（円形断面）で、その両端部に、やはりボルト接合又はリベット接合用としてボルト孔７…（又はリベット孔等）を設けた端部部品８を一体的に溶接したものを示す。
図４の実施例に示す端部部品８は、図４Ｃに示す建築用鉄骨部材１の円形断面形状とほぼ同形、同大の溶接仕口として形成された環状溶接部８ａを備えた構成であり、この環状溶接部８ａを建築用鉄骨部材１と突き合わせて溶接されている。
【００２２】
図５は、上記図３Ａの右端に示した端部部品６を備えた建築用鉄骨製品による柱梁接合部の接合構造例を示す。柱梁接合仕口部の建築用鉄骨製品１１も同じく端部部品６を備えた構成とし、例えば鋳物製品として製作されている。柱材及び梁材に相当する各建築用鉄骨製品の端部部品６を、建築用鉄骨製品１１の該当する端部部品６と突き合わせ、一致したボルト孔へボルト１０を通し、ナット１２を締め込んで接合が行われている。したがって、事後の必要に応じてボルト１０及びナット１２を緩めて外すと、解体が容易に行えるのである。しかも解体した各建築用鉄骨製品は、健全である限り、他の用途にそのまま転用できるのであり、その分は建設産業廃棄物の少量化とリサイクル化を達成できる。
【００２３】
本発明によれば、建設産業廃棄物の少量化とリサイクル化は、上述した建築用鉄骨製品の解体による場合に限らない。既往の建築用鉄骨部材による建築物の解体によって発生する鉄骨部材であっても、健全なものはそのまま（但し、端部のボルト孔やリベット孔などの加工部分は切除する。）、もし仮に損傷した鉄骨部材である場合には、その損傷部分を切り飛ばした残りの健全部分について、本発明の上述した技術思想にしたがい、端部部品２若しくは５、６又は８、９を溶接して長短様々な建築用鉄骨製品に再生利用することが可能である。例えば図６に示したように、長さＬの鉄骨製品が必要であるときは、勿論、新規製品として両端に端部製品（一例として上記図３の符号６を示す。）を備えたものを用意することもできるし、或いは前記した再生利用の建築用鉄骨製品Ｘ、Ｙ、Ｚを相互に接合して用意し、使用することができる。
【実施例３】
【００２４】
次に、図７は、機械式接合が可能な建築用鉄骨製品の更に異なる実施例として、構造用部材である建築用鉄骨部材１の両端部に、機械式接合用の一例である嵌め合い接合に供する端部部品９を一体的に溶接したものを示す。
図７の場合、梁材１６の端部に、上下の鋼管柱１５の柱梁仕口部分を梁材１６の本数分だけ縦割りにしたものに相当する端部部品９が一体的に溶接されている。勿論、端部部品９は梁材１６よりも高強度鋼材で製作する。この端部部品９が梁材１６とともに上下の鋼管柱１５の間へ配置され、上下の鋼管柱１５に予め用意された接合用リング１７を嵌め合わせることにより接合された構成の実施例を示している。要するに、梁材１６の両端部に端部部品９を一体的に溶接した建築用鉄骨製品が製作されている。接合用リング１７は前記端部部品９よりも更に高強度鋼材で製作することは、上記実施例と共通することである。
【実施例４】
【００２５】
次に、図８は、一例として上記特許文献５（特開２００１−２５９８５０号公報）に開示されたフラッシュ溶接装置を用いて、例えば上記図３Ａの左側に示した構成の端部部品５による機械式接合が可能な建築用鉄骨製品をフラッシュ溶接により製作する要領を示している。即ち、両端にクランプ２１、２２を備えたアクチュエータ２０を２基用意する。その一方のクランプ２１で、端部部品５のエンドプレートを掴ませ、他方のクランプ２２で建築用鉄骨部材１のフランジ部を掴ませて、２基のアクチュエータ２０を対称的に配置する。クランプ２１、２２が溶接部２３を挟む配置で、端部部品５のエンドプレートおよび建築用鉄骨部材１のフランジを掴むと、各クランプ２１、２２に用意した電極２４、２５が給電可能状態となり、前記アクチュエータ２０でフラッシュ工程及びアプセット工程を実行させつつ溶接することができる。
【００２６】
以上に本発明を図示の実施例に基づいて説明したが、もちろん、本発明の技術的思想は上記実施例の限りではない。本発明の要旨、技術的思想を逸脱しない範囲で、或いは当業者が思いつく設計変更的な応用を含めて、多様に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ａ、Ｂは本発明に係る建築用鉄骨製品の実施例を示した正面図と平面図である。
【図２】図１に示す建築用鉄骨製品のピン接合の状態を示す正面図である。
【図３】Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係る建築用鉄骨製品の異なる実施例を示した正面図と左側面図、及び右側面図である。Ｄは中央部品の断面図である。
【図４】Ａ、Ｂは本発明に係る建築用鉄骨製品の更に異なる実施例を示した正面図と左側面図である。Ｃは中央部品の断面図である。
【図５】本発明に係る建築用鉄骨製品による柱梁接合部を示す正面図である。
【図６】本発明に係る建築用鉄骨製品の使用例を示した正面図である。
【図７】嵌め合い接合による建築用鉄骨製品の使用例を示した正面図である。
【図８】Ａ、Ｂはフラッシュ溶接装置による建築用鉄骨製品の製作要領を示した正面図と右側面である。
【符号の説明】
【００２８】
１        建築用鉄骨部材
２        端部部品
３        ピン孔
４        ピン
５        端部部品
６        端部部品
７        ボルト孔
８        端部部品
９        端部部品
【図１】
2006070506.tif 000003
【図２】
2006070506.tif 000004
【図３】
2006070506.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006070506.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006070506.tif 000009
【図８】
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