(57)【要約】【課題】溶接作業を、容易にかつ安定して強固に行え、パネルゾーンを容易に形成し得る鋼管柱を提供する。【解決手段】長尺鋼管１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺鋼管２を外嵌して溶接結合３したものである。溶接結合３する際のセット作業は、長尺鋼管１の長さ方向に対する短尺鋼管２の位置合わせのみであり、容易に迅速に行える。短尺鋼管２の熱間成形により、長尺鋼管１の外周面形状に対して短尺鋼管２の内周面形状を容易にして同一状にでき、長尺鋼管１の外周面と短尺丸形鋼管２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行え、溶接結合３を十分に強固に行えて、パネルゾーンを容易に形成できる。短尺鋼管２は熱間成形によって、たとえば鍛造成形に比べて、容易にかつ安価に得ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合したことを特徴とする鋼管柱。
【請求項２】
長尺鋼管と短尺鋼管とが角形鋼管からなることを特徴とする請求項１記載の鋼管柱。
【請求項３】
長尺鋼管と短尺鋼管とが丸形鋼管からなることを特徴とする請求項１記載の鋼管柱。
【請求項４】
熱間成形した長尺鋼管を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼管柱。
【請求項５】
長尺鋼管の板厚に対して短尺鋼管の板厚を厚くしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管柱。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の支柱として使用される鋼管柱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の鋼管柱において、支柱側に対してダイヤフラムを取り付ける方式としては、たとえば通しダイヤフラム方式や内ダイヤフラム方式や外ダイヤフラム方式などが提供されている。
【０００３】
このうち通しダイヤフラム方式は、支柱が、その長さ方向において下部支柱とパネルゾーン用のコラムと上部支柱とに切断（分断）されている。すなわち、柱応力の一番大きくなる位置で、上下の２箇所が切断されたのち、上下のダイヤフラムを介在しての溶接になるために、時間と費用の面で問題となる。
【０００４】
また内ダイヤフラム方式は、支柱が、その長さ方向において下部支柱と上部支柱とに切断（分断）されている。この場合も、柱応力の一番大きくなる位置で１箇所が切断されたのち、上下のダイヤフラムの溶接になるために、強度面で問題となる。さらに、溶接完了後の検査や手直しが困難となる。
【０００５】
そして外ダイヤフラム方式は、支柱外部の構造物が大型、重量大となり、精度も荒くなり、しかも溶接長さが長いものとなる。
これらを解決するものとして、所定の板厚の長尺鋼管と、この長尺鋼管よりも板厚が厚くかつ梁材連結部を形成する長さの短尺鋼管とからなり、これら長尺鋼管と短尺鋼管との外周形状を同一状に形成して、短尺鋼管を梁材連結位置として長さ方向で溶接結合して構成した鋼管柱が提供されている。
【０００６】
この従来構成によると、短尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合することで、この短尺鋼管によって梁材連結部を形成でき、その際に二箇所の溶接でよいことから、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、以て全体を簡略化して経済的となり、かつ溶接歪などが生じ難いものにできる。また長尺鋼管と短尺鋼管とは、その外周形状を同一状として相当接間を長さ方向で溶接結合することで、その溶接結合は十分に強固にかつ綺麗に行うことができる。さらに梁材連結部は、短尺鋼管の予め厚い板厚によって十分な強度を確保でき、梁材の溶接結合は何ら支障なく行うことができる（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０３６６１号公報（第１−２頁、第１図、第１４図、第１５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来構成によると、短尺鋼管の両端に長尺鋼管を溶接結合する際に、周方向や横方向において位置ずれなどが生じないように慎重に作業しなければならない。またフラツトバーなどをセットする作業も面倒となる。
【０００９】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、溶接作業を、容易にかつ安定して強固に行え、しかもパネルゾーンを容易に形成し得る鋼管柱を提供することを目的としたものである。
【００１０】
また請求項５記載の発明は、パネルゾーンを強固に形成し得る鋼管柱を提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の鋼管柱は、長尺鋼管におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺鋼管を外嵌して溶接結合したことを特徴としたものである。
【００１２】
したがって請求項１の発明によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管の長さ方向に対する短尺鋼管の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。また短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状に対して短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺丸形鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となる。
【００１３】
また本発明の請求項２記載の鋼管柱は、上記した請求項１記載の構成において、長尺鋼管と短尺鋼管とが角形鋼管からなることを特徴としたものである。
したがって請求項２の発明によると、好適なパネルゾーンを形成した角形鋼管柱を実現し得る。
【００１４】
そして本発明の請求項３記載の鋼管柱は、上記した請求項１記載の構成において、長尺鋼管と短尺鋼管とが丸形鋼管からなることを特徴としたものである。
したがって請求項３の発明によると、好適なパネルゾーンを形成した丸形鋼管柱を実現し得る。
【００１５】
さらに本発明の請求項４記載の鋼管柱は、上記した請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、熱間成形した長尺鋼管を使用することを特徴としたものである。
【００１６】
したがって請求項４の発明によると、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
しかも本発明の請求項５記載の鋼管柱は、上記した請求項１記載の構成において、長尺鋼管の板厚に対して短尺鋼管の板厚を厚くしたことを特徴としたものである。
【００１７】
したがって請求項５の発明によると、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺鋼管の厚い板厚によって強固に形成して十分な強度を確保し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、四角形の角形鋼管を採用した状態として、図１〜図７に基づいて説明する。
【００１９】
図１、図２に示されるように、熱間成形した長尺角形鋼管（長尺鋼管の一例）１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺角形鋼管（短尺鋼管の一例）２を外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合３することで、角形鋼管柱（鋼管柱の一例）５を構成し得る。なお、短尺角形鋼管２が溶接結合３される２箇所とは、梁材における一対のフランジ部が対向される部分（後述する。）とされている。
【００２０】
前記長尺角形鋼管１は所定の板厚ｔであり、そして短尺角形鋼管２は、この長尺角形鋼管１の板厚ｔに対して板厚Тを厚くしている。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される角形鋼管柱５の外寸Ｗなどにより決定されるもので、たとえば外寸Ｗが２００〜１０００ｍｍのときに板厚ｔは９〜７０ｍｍである。また短尺角形鋼管２の板厚Ｔは５０〜１５０ｍｍとされ、そして長さ（高さ）ｌは４０〜１２０ｍｍとされている。
【００２１】
前記長尺角形鋼管１と短尺角形鋼管２とは、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１における四隅（コーナ部）の外周曲率半径１ｒと、厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２における四隅（コーナ部）の内周曲率半径２ｒとが同一状に形成されている。
【００２２】
すなわち通常、プレス成形などにより形成された角形鋼管においては、薄い板厚の角形鋼管におけるコーナ部の曲率半径に対して、厚い板厚の角形鋼管におけるコーナ部の曲率半径は大であり、そのコーナ部の形状は異なっている。したがって、薄い板厚の角形鋼管に厚い板厚の角形鋼管を外嵌させて溶接結合する場合、すなわち、薄い板厚の角形鋼管におけるコーナ外周面に厚い板厚の角形鋼管におけるコーナ内周面を当接させた状態で溶接結合する場合、薄い板厚の角形鋼管における平板部外面と厚い板厚の角形鋼管における平板部内面との間に隙間が生じて、溶接結合は好適に行えない（図３のＺ部参照。）。
【００２３】
これに対して第１の実施の形態では、薄い板厚ｔの長尺角形鋼管１における外周曲率半径１ｒと厚い板厚Ｔの短尺角形鋼管２における内周曲率半径２ｒとを同一状に形成するために、図３に示されるように、薄い板厚ｔでかつコーナ部が大きい外周曲率半径１１Ｒの半成形長尺角形鋼管（原鋼管）１１に対して熱間成形を行うとともに、厚い板厚Ｔでかつコーナ部が大きい内周曲率半径１２Ｒの半成形角形鋼管（原鋼管）１２に対して熱間成形を行う。すなわち、所定の長さＬの半成形長尺角形鋼管１１や、適宜の長さＬ１の半成形角形鋼管１２が、共通または別個の加熱手段（加熱炉など）１５において所定温度（Ａ３変態点の近辺で、たとえば８５０℃〜１０５０℃）に加熱される。
【００２４】
そして、加熱された半成形長尺角形鋼管１１は、図４に示されるように、成形手段（成形ロール装置など）１６において熱間成形され、その後に放冷などすることで、所定の外寸Ｗでかつ四隅（コーナ部）を所定の外周曲率半径１ｒとした長尺角形鋼管１とし得る。また、加熱された半成形角形鋼管１２は、成形手段（成形ロール装置など）１７において熱間成形され、その後に放冷などすることで、四隅（コーナ部）を所定の内周曲率半径２ｒとした成形角形鋼管１２Ａとし得る。
【００２５】
そして図５に示されるように、成形角形鋼管１２Ａを切断手段１８によって輪切り状に切断することで、四隅（コーナ部）を所定の内周曲率半径２ｒとしかつ所定の長さｌの短尺角形鋼管２とし得る。
【００２６】
その後に長尺角形鋼管１に短尺角形鋼管２を外嵌し、そして短尺角形鋼管２をパネルゾーン形成部の２箇所に位置させたのち溶接結合３することで、図１、図２に示されるように、短尺角形鋼管２を梁材連結位置として角形鋼管柱５を構成し得る。
【００２７】
このような角形鋼管柱５は、所定本数が建築現場などに運搬され、そして図６、図７に示されるように、梁材連結部を形成する一対の短尺角形鋼管２の外面間に、梁材６が溶接結合１０によって連結される。すなわち梁材６は、上下一対のフランジ部６Ａとウエブ部６Ｂとからなり、このウエブ部６Ｂの遊端には、短尺角形鋼管２間に位置される取り付けプレート７が、連結具（ボルト・ナットなど）８または溶接などにより固定されている。そして、両フランジ部６Ａが短尺角形鋼管２に対向され、バッキング材９を当てがった状態で前記溶接結合１０が行われる。
【００２８】
なお角形鋼管柱５は、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得、したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、長尺角形鋼管１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺角形鋼管２を外嵌して溶接結合３したことによって、溶接結合３する際のセット作業は、長尺角形鋼管１の長さ方向に対する短尺角形鋼管２の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。また短尺角形鋼管２の熱間成形によって、長尺角形鋼管１の外周面形状に対して短尺角形鋼管２の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺角形鋼管１の外周面と短尺角形鋼管２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行えるとともに、溶接結合３を十分に強固に行え、以てパネルゾーンを容易に形成し得る。
【００２９】
さらに、熱間成形した短尺角形鋼管２を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、角形鋼管柱５を高品質化し得る。なお、短尺角形鋼管２を熱間成形することで、その全長において各コーナ部の内周曲率半径２ｒを揃えることができ、しかも平板部とコーナ部とを均質化し得る。
【００３０】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、熱間成形した長尺角形鋼管１を使用することによって、長尺角形鋼管１の外周面形状と短尺角形鋼管２の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
【００３１】
上述した第１の実施の形態の角形鋼管柱５によると、長尺角形鋼管１の板厚ｔに対して短尺角形鋼管２の板厚Ｔを厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺角形鋼管２の厚い板厚Ｔによって強固に形成して十分な強度を確保し得、以て梁材６の溶接結合１０は何ら支障なく行える。
【００３２】
上述した第１の実施の形態において、長尺角形鋼管１として熱間成形したものを使用しているが、この長尺角形鋼管１としては熱間成形しないもの（冷間成形したもの）であってもよい。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図８、図９に基づいて説明する。
すなわち、熱間成形した長尺丸形鋼管（長尺鋼管の一例）２１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺丸形鋼管（短尺鋼管の一例）２２を外嵌したのち、隅肉溶接方式で溶接結合２３することで、丸形鋼管柱（鋼管柱の一例）２５を構成し得る。なお、短尺丸形鋼管２２が溶接結合２３される２箇所とは、梁材における一対のフランジ部が対向される部分（後述する。）とされている。
【００３４】
前記長尺丸形鋼管２１は所定の板厚ｔであり、そして短尺丸形鋼管２２は、この長尺丸形鋼管２１の板厚ｔに対して板厚Тを厚くしている。ここで所定の板厚ｔとは、鉄骨構造物の規模に応じて採用される丸形鋼管柱２５の外寸などにより決定されるもので、たとえば外寸が２００〜１０００ｍｍのときに板厚ｔは９〜７０ｍｍである。また短尺丸形鋼管２２の板厚Ｔは５０〜１５０ｍｍとされ、そして長さ（高さ）ｌは４０〜１２０ｍｍとされている。
【００３５】
前記長尺丸形鋼管２１と短尺丸形鋼管２２とは、それぞれ熱間成形によって、薄い板厚ｔの長尺丸形鋼管２１における外寸（外径）Ｄと、厚い板厚Ｔの短尺丸形鋼管２２における内寸（内径）ｄとが同一状に形成されている。そして第１の実施の形態と同様にして、梁材６が連結される。なお丸形鋼管柱２５は、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得、したがって、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用し得る。
【００３６】
なお、長尺丸形鋼管２１や短尺丸形鋼管２２の加熱、熱間成形は、成形手段のロール形状や配置などを考慮した状態で、上述した第１の実施の形態と同様にして行われる。
【００３７】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱２５によると、長尺丸形鋼管２１におけるパネルゾーン形成部の２箇所に、熱間成形した短尺丸形鋼管２２を外嵌して溶接結合２３したことによって、溶接結合２３する際のセット作業は、長尺丸形鋼管２１の長さ方向に対する短尺丸形鋼管２２の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行える。また短尺丸形鋼管２２の熱間成形によって、長尺丸形鋼管２１の外周面形状に対して短尺丸形鋼管２２の内周面形状を容易にして同一状にし得、これにより、長尺丸形鋼管２１の外周面と短尺丸形鋼管２２の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行えるとともに、溶接結合２３を十分に強固に行え、以てパネルゾーンを容易に形成し得る。
【００３８】
さらに、熱間成形した短尺丸形鋼管２２を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、丸形鋼管柱２５を高品質化し得る。
【００３９】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱２５によると、熱間成形した長尺丸形鋼管２１を使用することによって、長尺丸形鋼管２１の外周面形状と短尺丸形鋼管２２の内周面形状との同一状化を、より容易にして行える。
【００４０】
上述した第２の実施の形態の丸形鋼管柱２５によると、長尺丸形鋼管２１の板厚ｔに対して短尺丸形鋼管２２の板厚Ｔを厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺丸形鋼管２２の厚い板厚Ｔによって強固に形成して十分な強度を確保し得、以て梁材６の溶接結合１０は何ら支障なく行える。
【００４１】
上述した第２の実施の形態において、長尺丸形鋼管２１として熱間成形したものを使用しているが、この長尺丸形鋼管２１としては熱間成形しないもの（冷間成形したもの）であってもよい。
【００４２】
上記した第１の実施の形態において、角形鋼管としては、たとえば、ロール成形によるワンシーム角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ形材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の圧延みぞ形材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延山形材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム角形鋼管、四面ボックス、シームレス角形鋼管など、いずれも既製の角形鋼管が適宜に使用される。
【００４３】
上記した第１の実施の形態では、角形鋼管として断面で正四角形状のものを採用しているが、これは断面で長方形の角形鋼管も同様に採用し得るものである。さらには、正五角形や正六角形など、各種の多角形の角形鋼管にも同様に採用し得るものである。
【００４４】
上記した第２の実施の形態において、丸形鋼管としては、ワンシーム丸形鋼管、ツーシーム丸形鋼管、シームレス丸形鋼管など、いずれも既製の丸形鋼管が適宜に使用される。
【００４５】
上記した両実施の形態では、炭酸ガスアーク溶接機やミグアーク溶接機による溶接であり、これによると、短時間で高品質の溶接を行うことができる。なお、レーザなど他の溶接方式であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、溶接結合する際のセット作業は、長尺鋼管の長さ方向に対する短尺鋼管の位置合わせのみであることから、容易に迅速に行うことができる。また短尺鋼管の熱間成形によって、長尺鋼管の外周面形状に対して短尺鋼管の内周面形状を容易にして同一状にでき、これにより、長尺鋼管の外周面と短尺丸形鋼管の内周面とを密着状とした嵌合となって、溶接作業を容易にかつ安定して行うことができるとともに、溶接結合を十分に強固に行うことができ、以てパネルゾーンを容易に形成できる。
【００４７】
その際に短尺鋼管は熱間成形によって、たとえば鍛造成形に比べて、容易にかつ安価に得ることができる。さらに、熱間成形した短尺鋼管を使用することにより、地震時に、応力のかかるパネルゾーン（梁材連結位置）において、特に鉄本来の粘りを発揮し、塑性変形性能に優れ、脆性破壊を未然に防止し得るなど、鋼管柱を高品質化できる。
【００４８】
また上記した本発明の請求項２によると、長尺鋼管と短尺鋼管とが角形鋼管からなることで、好適なパネルゾーンを形成した角形鋼管柱を実現できる。
そして上記した本発明の請求項３によると、長尺鋼管と短尺鋼管とが丸形鋼管からなることで、好適なパネルゾーンを形成した丸形鋼管柱を実現できる。
【００４９】
さらに上記した本発明の請求項４によると、熱間成形した長尺鋼管を使用することで、長尺鋼管の外周面形状と短尺鋼管の内周面形状との同一状化を、より容易にして行うことができる。
【００５０】
しかも上記した本発明の請求項５によると、長尺鋼管の板厚に対して短尺鋼管の板厚を厚くしたことによって、パネルゾーン（梁材連結部）を、短尺鋼管の厚い板厚によって強固に形成して十分な強度を確保でき、梁材の溶接結合は何ら支障なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、鋼管柱の要部の一部切り欠き正面図である。
【図２】同鋼管柱の平面図である。
【図３】同鋼管柱の製造において、加熱工程の説明図である。
【図４】同鋼管柱の製造において、熱間成形工程の説明図である。
【図５】同鋼管柱の製造において、切断工程の説明図である。
【図６】同鋼管柱に梁材を連結した状態での要部の一部切り欠き正面図である。
【図７】同鋼管柱に梁材を連結した状態での要部の横断平面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示し、鋼管柱に梁材を連結した状態での要部の一部切り欠き正面図である。
【図９】同鋼管柱に梁材を連結した状態での要部の横断平面図である。
【符号の説明】
１    長尺角形鋼管（長尺鋼管）
１ｒ  外周曲率半径
２    短尺角形鋼管（短尺鋼管）
２ｒ  内周曲率半径
３    溶接結合
５    角形鋼管柱（鋼管柱）
６    梁材
６Ａ  フランジ部
７    取り付けプレート
１０    溶接結合
１１    半成形長尺角形鋼管（原鋼管）
１２    半成形角形鋼管（原鋼管）
１２Ａ  成形角形鋼管
１５    加熱手段（加熱炉）
１６    成形手段（成形ロール装置）
１７    成形手段（成形ロール装置）
１８    切断手段
２１    長尺丸形鋼管（長尺鋼管）
２２    短尺丸形鋼管（短尺鋼管）
２３    溶接結合
２５    丸形鋼管柱（鋼管柱）
ｔ    長尺角形鋼管１の板厚
ｔ    長尺丸形鋼管２１の板厚
Т    短尺角形鋼管２の板厚
Т    短尺丸形鋼管２２の板厚
Ｗ    角形鋼管柱５の外寸
Ｄ    長尺丸形鋼管２１の外寸
ｄ    短尺丸形鋼管２２の内寸
Ｌ    所定の長さ
Ｌ１  適宜の長さ
ｌ    短尺角形鋼管２の長さ
ｌ    短尺丸形鋼管２２の長さ
【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】
2004308142.tif 000009
【図８】
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【図９】
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