(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管柱の鉄骨梁が接合される高さ範囲の付近を、前記鋼管柱の他の部分よりも厚肉の第１段増肉部とし、この第１段増肉部における前記鉄骨梁のフランジと対応する範囲の付近を、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部とし、前記各増肉部は、鋼管を加熱しながら圧縮することで成形されたものとし、前記第２段増肉部に、鉄骨梁のフランジを接合した柱梁接合構造。
【請求項２】
前記第２段増肉部を、第１段増肉部の３か所以上の高さ位置に設け、Ｈ形鋼からなる互いに梁成の異なる複数本の鉄骨梁を前記鋼管柱に接合し、これら各鉄骨梁は、各々上下フランジを鋼管柱の対応する高さ位置の第２段増肉部に接合した請求項１記載の柱梁接合構造。
【請求項３】
鋼管柱のＨ形鋼からなる鉄骨梁の上下フランジと対応する高さ範囲の付近を、各々、前記鋼管柱の他の部分よりも厚肉の第１段増肉部と、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部との２段の増肉部とし、前記各増肉部は、鋼管を加熱しながら圧縮することで成形されたものとし、前記第２段増肉部に、鉄骨梁の上下フランジを各々溶接に接合した柱梁接合構造。
【請求項４】
素材となる鋼管に軸方向の圧縮力を与えながら、前記鋼管を局部的に加熱し、この加熱箇所を軸方向に移動させることにより、前記鋼管に他の部分よりも厚肉の第１段増肉部を所定長さ範囲にわたって成形し、この第１段増肉部の成形された鋼管に軸方向の圧縮力を与えながら、前記第１段増肉部の一部を局部的に加熱し、この加熱箇所を軸方向に移動させることにより、前記第１段増肉部の長さ方向の一部に、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部を成形する２段増肉鋼管柱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼管柱の柱梁接合構造およびその柱の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、鋼管柱にＨ形鋼等の鉄骨梁を接合する場合、柱梁接合部の強度を確保するために、通しダイヤフラム形式、内ダイヤフラム形式、外ダイヤフラム形式等の柱梁接合構造が採られている。
すなわち、通しダイヤフラム形式の柱梁接合構造では、図５に示すように、鋼管柱１２を鉄骨梁１３のフランジ高さで切断し、この切断部に補強用のダイヤフラム１４をその外周部が管壁外に露出するように溶接し、現場または工場で、ダイヤフラム１４に鉄骨梁１３のフランジ端部を直接溶接する。
また、内ダイヤフラム形式の柱梁接合構造では、図６に示すように、鋼管柱１２の内部における鉄骨梁１３のフランジ高さ相当位置に補強用のダイヤフラム２４を溶接し、現場または工場で、鋼管柱１２のダイヤフラム接合高さ位置に、鉄骨梁１３のフランジ端部を溶接する。鋼管柱１２は、図６（Ｂ）のような角形鋼管柱でも、図６（Ｃ）のような丸形鋼管柱でも同じである。
また、外ダイヤフラム形式の柱梁接合構造では、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、鋼管柱１２の仕口部外周における鉄骨梁１３の上下フランジ高さ相当位置に、補強用のダイヤフラム３４Ａ〜３４Ｄを溶接する。現場または工場で、鉄骨梁１３のフランジ端部を鋼管柱１２の外周のダイヤフラム３４Ａ〜３４Ｄに溶接する。
しかし、上記ダイヤフラム形式の柱梁接合構造では、いずれのものも、補強用として鋼管柱１２に各種のダイヤフラム１４，２４，３４Ａ〜３４Ｄを溶接する作業が必要であり、また、図５、図６の様に鋼管柱の切断も必要となり、加工の手間が大きい。
【０００３】
一方、ダイヤフラムを用いない柱梁接合構造として、鋼管柱に鉄骨梁が接合される高さ範囲（梁成よりも若干上下に延びる高さ範囲）の増肉部を設け、この増肉部に鉄骨梁の端部を溶接したものが提案されている。
しかし、鉄骨梁に作用する荷重は、主に鉄骨梁の上下フランジ部に材軸方向の荷重として鋼管柱に伝わるため、上下フランジの接続部は柱強度を十分に得る必要がある。増肉部の肉厚を全体的に厚くして対処することも可能であるが、増肉部に用いられる鋼材量が多くなりコスト高となる。
【０００４】
この発明の目的は、上記課題を解消し、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる梁接合構造を提供することである。
この発明の他の目的は、梁成の互いに異なる複数の鉄骨梁を鋼管柱に接合する場合にも、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる梁接合構造を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる鋼管柱を簡単に製造できる製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の柱梁接合構造は、鋼管柱の鉄骨梁が接合される高さ範囲の付近を、前記鋼管柱の他の部分よりも厚肉の第１段増肉部とし、この第１段増肉部における前記鉄骨梁のフランジと対応する範囲の付近を、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部とし、前記各増肉部は、鋼管を加熱しながら圧縮することで成形されたものとし、前記第２段増肉部に、鉄骨梁のフランジを接合したものである。
この構成によると、鉄骨梁のフランジに主に作用する材軸方向荷重は、鋼管柱に局部的に厚肉に設けられた第２段増肉部で受けられる。また、鉄骨梁と鋼管柱間に作用する曲げモーメント等は、ある程度広い高さ範囲に設けられた第１段増肉部の全体で受けられることになる。そのため、各増肉部で効率的に必要な荷重負担ができ、鋼管柱を構成する鋼材の無駄を生じることなく、柱梁接合部の必要な強度が確保できる。したがって材料コストの低下が図れる。また、１段の増肉部を有する鋼管柱は、適宜の設備を設けることで、素材となる鋼管から生産性良く量産する技術が確立されており、２段の増肉部を設ける鋼管柱も、例えばこの発明の増肉鋼管柱製造方法で容易に製造することができる。そのため、この柱梁接合構造は、ダイヤフラムを鋼管柱に溶接するものに比べて加工が容易であり、生産性が良い。
【０００６】
上記構成において、前記第２段増肉部を、第１段増肉部の３か所以上の高さ位置に設け、Ｈ形鋼からなる互いに梁成の異なる複数本の鉄骨梁を前記鋼管柱に接合し、これら各鉄骨梁は、各々上下フランジを鋼管柱の対応する高さ位置の第２段増肉部に接合しても良い。
この構成の場合、同じ鋼管柱に梁成の異なる複数本の鉄骨梁を接合する場合も、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる。
【０００７】
請求項３の発明の柱梁接合構造は、鋼管柱のＨ形鋼からなる鉄骨梁の上下フランジと対応する高さ範囲の付近を、各々、前記鋼管柱の他の部分よりも厚肉の第１段増肉部と、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部との２段の増肉部とし、前記各増肉部は、鋼管を加熱しながら圧縮することで成形されたものとし、前記第２段増肉部に、鉄骨梁の上下フランジを各々溶接に接合したものである。
この構成によると、鋼管柱へのＨ形鋼からなる鉄骨梁の溶接接合において、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる。
【０００８】
この発明の２段増肉鋼管柱の製造方法は、素材となる鋼管に軸方向の圧縮力を与えながら、前記鋼管を局部的に加熱し、この加熱箇所を軸方向に移動させることにより、前記鋼管に他の部分よりも厚肉の第１段増肉部を所定長さ範囲にわたって成形し、この第１段増肉部の成形された鋼管に軸方向の圧縮力を与えながら、前記第１段増肉部の一部を局部的に加熱し、この加熱箇所を軸方向に移動させることにより、前記第１段増肉部の長さ方向の一部に、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部を成形する方法である。
この構成によると、従来の鋼管に１段の増肉部を成形する技術を繰り返し使用することにより、２段に増肉部を形成することができ、２段増肉鋼管柱を、低コストで簡単に製造できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。
この鋼管柱の柱梁接合構造において、鋼管柱２は角形鋼管からなり、鉄骨梁３はＨ形鋼からなる。鋼管柱２は、丸形鋼管であっても良い。図１（Ａ），（Ｂ）に破断正面図および破断側面図で示すように、鋼管柱２の高さ方向の一部、すなわち鉄骨梁３が接合される高さ範囲の付近、換言すれば、鉄骨梁３の梁成よりも若干上下に延びる範囲の部分は、鋼管柱２の他の部分２ａよりも厚肉の第１段増肉部２ｂとされている。また、この第１段増肉部２ｂにおける上記鉄骨梁３の上下フランジ３ａ，３ｂと対応する範囲の付近は、第１段増肉部２ｂよりもさらに厚肉の第２段増肉部２ｃとされている。このような鋼管柱２の増肉加工は工場において予め行われる。現場では、立設した上記鋼管柱２に対して鉄骨梁３が接合される。その接合は、鉄骨梁３の上下フランジ３ａ，３ｂを鋼管柱２の対応する上下の第２段増肉部２ｃ，２ｃに溶接することにより行われる。なお、溶接の代わりに、エンドプレート等の柱梁接合部材（図示せず）を介して、鉄骨梁３を鋼管柱２の第２段増肉部２ｃ，２ｃにボルト接合しても良い。
【００１０】
この柱梁接合構造によると、鉄骨梁３の上下フランジ３ａ，３ｂに主に作用する材軸方向荷重は、鋼管柱２に局部的に厚肉に設けられた第２段増肉部２ｃ，２ｃで受けられる。また、鉄骨梁３と鋼管柱２の間に作用する曲げモーメント等は、ある程度広い高さ範囲に設けられた第１段増肉部２ｂの全体で受けられることになる。そのため、各増肉部２ｂ，２ｃで効率的に必要な荷重負担ができ、鋼管柱３を構成する鋼材の無駄を生じることなく、柱梁接合部の必要な強度が確保できる。したがって、増肉加工に要する費用を軽減できる。
【００１１】
上記の２段増肉鋼管柱２は、例えば図２に示す製造方法によって製造される。先ず、第１段階では、図２（Ａ）に示すように、柱素材となる増肉加工前の鋼管１の一端を固定した状態で、上記鋼管１の外側に配置した環状の加熱装置４で鋼管１の軸方向の小領域を局部的に誘導加熱等により加熱しながら、加熱装置４を一定速度Ｗで鋼管１の軸方向に移動させ、これと並行して鋼管１の他端を図示しない圧縮手段により一定の圧縮送り速度Ｖとなるように圧縮力を与える。これにより、加熱装置４による鋼管１の局部的な加熱部１ａが一定厚みにされながら鋼管１の軸方向に移動して、増肉部が軸方向に次第に延びるように形成される。前記加熱部１ａの移動範囲を適宜設定することで、上記鉄骨梁３の接合される高さ範囲に相当する一定範囲に第１段増肉部２ｂが成形される。なお、加熱装置４による鋼管１の加熱部１ａは、加熱装置４と並行して鋼管１の軸方向に移動する冷却水吹付け手段５によって順次冷却される。
第２段階では、図２（Ｂ）に示すように、鋼管１の上記第１段増肉部２ａに対して、第１段階の場合と同様の処理を施し、鉄骨梁３の上下フランジ３ａ，３ｂと対応する範囲の付近に、一定厚みの第２段増肉部２ｃ，２ｃを成形して２段増肉鋼管柱２とする。
図２（Ａ）と共に前述した第１段増肉部２ｂを製造する技術は実用化されており、この技術を第１段増肉部２ｂに対して繰り返すことにより、第２段増肉部２ｃを形成するため、２段の増肉鋼管柱２を簡単に製造できる。
【００１２】
図３は、この発明の第２の実施形態に係る柱梁接合構造の破断正面図を示す。この柱梁接合構造では、２段増肉鋼管柱２の第２段増肉部２ｃが、第１段増肉部２ｂにおける３箇所の高さ位置に成形されている。その３箇所の第２段増肉部２ｃ1 ，２ｃ2 ，２ｃ3 のうち、上方の２箇所の第２段増肉部２ｃ1 ，２ｃ2 には、これら第２段増肉部２ｃ1 ，２ｃ2 の中心間の寸法に相当する梁成のＨ形鋼製の鉄鋼梁３Ａの上下フランジ３Ａｂ，３Ａｃが溶接される。また、上記２段増肉鋼管柱２における３箇所の第２段増肉部２ｃ1 ，２ｃ2 ，２ｃ3 のうち、上下の２箇所の第２段増肉部２ｃ1 ，２ｃ3 には、これら第２段増肉部２ｃ1 ，２ｃ3 の中心間の寸法に相当する梁成のＨ形鋼製の鉄鋼梁３Ｂの上下フランジ３Ｂｂ，３Ｂｃが溶接される。
【００１３】
この柱梁接合構造によると、同じ鋼管柱２に梁成の異なる複数本の鉄骨梁３Ａ，３Ｂを接合する場合も、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる。
【００１４】
図４は、この発明の第３の実施形態に係る柱梁接合構造の破断正面図を示す。この柱梁接合構造は、図１の実施形態において、２段増肉鋼管柱２における第１段増肉部２ｂを上下に離して設け、各第１段増肉部２ｂに第２段増肉部２ｃを設けたものである。上下の第２段増肉部２ｃ，２ｃに鉄骨梁３の上下フランジ３ａ，３ｂを溶接することは図１の実施形態の場合と同様である。
【００１５】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の柱梁接合構造は、鋼管柱の鉄骨梁が接合される高さ範囲の付近を、前記鋼管柱の他の部分よりも厚肉の第１段増肉部とし、この第１段増肉部における前記鉄骨梁のフランジと対応する範囲の付近を、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部とし、前記各増肉部は、鋼管を加熱しながら圧縮することで成形されたものとし、前記第２段増肉部に、鉄骨梁のフランジを接合したため、簡単な加工で柱梁接合部の強度が確保でき、かつ増肉部の鋼材が効果的に利用されて、増肉加工の鋼材使用量を節減することができる。
上記柱梁接合構造において、前記第２段増肉部を、第１段増肉部の３か所以上の高さ位置に設け、Ｈ形鋼からなる互いに梁成の異なる複数本の鉄骨梁を前記鋼管柱に接合し、これら各鉄骨梁は、各々上下フランジを鋼管柱の対応する高さ位置の第２段増肉部に接合した場合は、梁成の互いに異なる複数の鉄骨梁を鋼管柱に接合する場合にも、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる。
また、鋼管柱のＨ形鋼からなる鉄骨梁の上下フランジと対応する高さ範囲の付近を、各々、前記鋼管柱の他の部分よりも厚肉の第１段増肉部と、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部との２段の増肉部とし、前記各増肉部は、鋼管を加熱しながら圧縮することで成形されたものとし、前記第２段増肉部に、鉄骨梁の上下フランジを各々溶接に接合した場合は、鋼管柱とＨ形鋼からなる鉄骨梁との接合構造において、簡単な加工で柱梁接合部の強度確保ができ、かつ鋼材使用量が節減できる。
この発明の２段増肉鋼管柱の製造方法は、素材となる鋼管に軸方向の圧縮力を与えながら、前記鋼管を局部的に加熱し、この加熱箇所を軸方向に移動させることにより、前記鋼管に他の部分よりも厚肉の第１段増肉部を所定長さ範囲にわたって成形し、この第１段増肉部の成形された鋼管に軸方向の圧縮力を与えながら、前記第１段増肉部の一部を局部的に加熱し、この加熱箇所を軸方向に移動させることにより、前記第１段増肉部の長さ方向の一部に、この第１段増肉部よりもさらに厚肉の第２段増肉部を成形する方法であるため、前記各発明の柱梁接合構造に使用する２段増肉鋼管柱を、低コストで簡単に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る柱梁接合構造の破断正面図、（Ｂ）は同破断側面図である。
【図２】同柱梁接合構造に使用する２段増肉鋼管柱の製造方法を示す説明図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係る柱梁接合構造の破断正面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態に係る柱梁接合構造の破断正面図である。
【図５】（Ａ）は従来の通しダイヤフラム形式の柱梁接合構造を示す正面図、（Ｂ）は同柱梁接合構造の平面図である。
【図６】（Ａ）は従来の内ダイヤフラム形式の柱梁接合構造を示す正面図、（Ｂ）は同柱梁接合構造において鋼管柱が角形鋼管柱である場合の平面図、（Ｃ）は同柱梁接合構造において鋼管柱が丸形鋼管柱である場合の平面図である。
【図７】従来の外ダイヤフラム形式の柱梁接合構造の各例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…鋼管
１ａ…加熱部
２…鋼管柱
２ｂ…第１段増肉部
２ｃ，２ｃ1 〜２ｃ3 …第２段増肉部
３，３Ａ，３Ｂ…鉄骨梁
３ａ，３ｂ，３Ａａ，３Ａｂ，３Ｂａ，３Ｂｂ…フランジ
４…加熱装置
５…冷却装置
【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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