JP7732149B2 - 鋼管柱の仮接続方法 - Google Patents

鋼管柱の仮接続方法

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Description

本発明は、下層側の鋼管柱の上に上層側の鋼管柱を建て入れた後、上下の鋼管柱の継手を溶接により本接続するに際し、上下の鋼管柱の相対位置を予め保持する、鋼管柱の仮接続方法に関する。
鉄骨造の構造物において、鋼管柱の全長が長い場合には、建設現場に搬入可能な部材寸法に制約があるため、鋼管柱の全長を複数の節に分け、各節ごとに鉄骨工場で製作し、建設現場で各節の鋼管柱の継手を溶接接合することが行われている。
ここで、角形鋼管や円形鋼管等からなる鋼管柱の継手を溶接接合するとき、上下の鋼管柱の芯がずれると、溶接欠陥を招いたり、溶接後に鋼管柱の芯ずれによる付加曲げが生じたりするおそれがある。このため、上下の鋼管柱の継手を溶接等により本接続する前に、上下の鋼管柱の芯を位置合わせし、この状態で上下の鋼管柱の相対位置を保持するように仮接続することが重要である。
図9~図12に、従来の鋼管柱の仮接続方法を示す。図9および図10はそれぞれ、下層側の鋼管柱7および上層側の鋼管柱8の側面図、水平断面図である。また、図11および図12はそれぞれ、下層側の鋼管柱7と上層側の鋼管柱8とが仮接続された状況を示す側面図、水平断面図である。
図9~図12に示すように、上下の鋼管柱7、8を仮接続するには、鋼管柱7、8を鉄骨工場で製作する際に、下層側の鋼管柱7の上端部および上層側の鋼管柱8の下端部の外周に、エレクションピース71、81と呼ばれる鋼板を溶接して立設しておくのが一般的である。建設現場では、下層側の鋼管柱7と上層側の鋼管柱8のエレクションピース71、81の位置を合わせるようにして、下層側の鋼管柱7の上に上層側の鋼管柱8を建て入れる。そして、上下の鋼管柱7、8のエレクションピース71、81に添え板91を当ててボルト92およびナット93により摩擦接合し、上下の鋼管柱7、8を仮接続する。さらに、この状態で上下の鋼管柱7、8の継手を溶接して本接続する。本接続された後、鋼管柱7、8の外周に残るエレクションピース71、81は、ガス溶断などにより切除される。
特許文献1では、下層側の鋼管柱の上端部および上層側の鋼管柱の下端部を、半割り円筒状の一対の治具で両側から挟んで押さえつけ、この治具をエレクションピースの根本部分にボルトで締め込むことにより、上下の鋼管柱を位置合わせしている。
特許文献2では、下層側の鋼管柱の上端部および上層側の鋼管柱の下端部の外周に立設されたエレクションピースに建入れ治具を取り付け、建入れ治具の位置調整ボルトの螺入量を調整することにより、上下の鋼管柱を位置合わせしている。
特許文献3では、下層側の鋼管柱の上端部および上層側の鋼管柱の下端部に、断面形状がT字のエレクションピースをボルト接合することで、エレクションピースを着脱自在にしている。また、エレクションピースを接合するために鋼管柱に設けられるボルト孔を千鳥配置にすることで、鋼管柱のボルト孔近傍の応力集中を抑制している。
特許第7090787号公報 特開2022-159247号公報 特開2018-025050号公報
しかし、特許文献1および特許文献2に記載の技術では、鉄骨工場で鋼管柱を製作する際に別途エレクションピースを製作して鋼管柱の端部に溶接したり、建設現場で上下の鋼管柱が本接続された後に、鋼管柱からガス溶断等によりエレクションピースを切除したりする手間が生じることに変わりはない。
また、特許文献3に記載の技術では、エレクションピースがボルト接合により鋼管柱に取り付けられるので、建設現場で上下の鋼管柱が本接続された後に、鋼管柱からエレクションピースを容易に取り外すことができる。しかし、エレクションピースをボルト接合するために鋼管柱に設けられるボルト孔の配置を千鳥状にしても、ボルト孔による断面欠損で鋼管柱の有効断面が小さくなることは避けられず、構造設計上不利である。
本発明は、下層側の鋼管柱の上に上層側の鋼管柱を建て入れて本接続するに際して行われる、上下の鋼管柱の仮接続を、鋼管柱に断面欠損を生じることなく容易に実施でき、本接続された後の鋼管柱から切除すべき残存部分が少ない、鋼管柱の仮接続方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。
[1] 第一の鋼管柱の上に第二の鋼管柱を建て入れた後本接続するに際し、前記第一の鋼管柱と前記第二の鋼管柱との相対位置を予め保持する、鋼管柱の仮接続方法であって、上端部の外周にねじ付きスタッドが設けられた前記第一の鋼管柱の上に、下端部の外周に前記第一の鋼管柱のねじ付きスタッドに対応する位置にねじ付きスタッドが設けられた前記第二の鋼管柱を建て入れ、前記第一の鋼管柱と前記第二の鋼管柱とを跨ぐように、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱の側面に、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱のねじ付きスタッドに対応する位置にボルト孔が設けられた接続材を配設し、前記ねじ付きスタッドにナットを螺入して、前記接続材と前記第一の鋼管柱と前記第二の鋼管柱とを摩擦接合する、鋼管柱の仮接続方法。
[2] 前記摩擦接合のすべり耐力および前記接続材の降伏耐力が、前記第二の鋼管柱の重量よりも大きい、[1]に記載の鋼管柱の仮接続方法。
[3] 前記接続材の断面形状が、長方形、L形またはT形である、[1]または[2]に記載の鋼管柱の仮接続方法。
[4] 前記第一の鋼管柱の上端部の外周、および前記第二の鋼管柱の下端部の外周に設けられる前記ねじ付きスタッドが、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱の中心軸の周りに180°未満の間隔で3箇所以上の位置に設けられている、[1]から[3]のいずれかに記載の鋼管柱の仮接続方法。
[5] 前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱の各々に、前記ねじ付きスタッドが予め取り付けられた状態で、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱が建設現場に搬入される、[1]から[4]のいずれかに記載の鋼管柱の仮接続方法。
本発明に係る鋼管柱の仮接続方法では、上端部の外周にねじ付きスタッドが設けられた第一の鋼管柱と、下端部の外周に第一の鋼管柱のねじ付きスタッドに対応する位置にねじ付きスタッドが設けられた第二の鋼管柱とを用いている。
エレクションピースを用いる従来技術では、鉄骨工場で鋼管柱を製作する際に別途エレクションピースを所定形状に製作して鋼管柱の端部に溶接したり、建設現場で本接続された後の鋼管柱に残存するエレクションピースをガス溶断等により切除したりする手間が生じる。これに対し、本発明の鋼管柱の仮接続方法では、ねじ付きスタッドには既製品を用いることができるため、ねじ付きスタッド自体の加工手間はほとんど発生しない。また、本発明で用いられる第一の鋼管柱および第二の鋼管柱の外周にねじ付きスタッドを溶接する手間は、従来技術において鋼管柱の外周にエレクションピースを溶接する手間に比べて、非常に小さい。また、本発明の鋼管柱の仮接続方法では、本接続された後の第一の鋼管柱および第二の鋼管柱に残存するねじ付きスタッドを切除する手間も、従来技術において鋼管柱に残存するエレクションピースを切除する手間に比べ、非常に小さい。
さらに、エレクションピースをボルト接合により鋼管柱に取り付ける従来技術では、エレクションピースを接合するために鋼管柱に設けられるボルト孔により鋼管柱に断面欠損が生じ、鋼管柱の有効断面が小さくなるため、構造設計上不利である。これに対し、本発明の鋼管柱の仮接続方法では、鋼管柱にボルト孔を設ける必要がないため、鋼管柱の有効断面が損なわれることなく、鋼管柱の耐力を有効に活用できる。
図1は、本発明の鋼管柱の仮接続方法の一実施形態における、第一の鋼管柱および第二の鋼管柱ならびに接続材を示す側面図である。 図2は、本発明の鋼管柱の仮接続方法の一実施形態における、第一の鋼管柱および第二の鋼管柱を示す水平断面図である。 図3は、本発明の鋼管柱の仮接続方法の一実施形態において、第一の鋼管柱と第二の鋼管柱とが仮接続された状況を示す側面図である。 図4は、本発明の鋼管柱の仮接続方法の一実施形態において、第一の鋼管柱と第二の鋼管柱とが仮接続された状況を示す水平断面図である。 図5は、本発明の鋼管柱の仮接続方法の他の実施形態において、第一の鋼管柱と第二の鋼管柱とが仮接続された状況を示す側面図である。 図6は、本発明の鋼管柱の仮接続方法の他の実施形態において、第一の鋼管柱と第二の鋼管柱とが仮接続された状況を示す水平断面図である。 図7は、本発明の鋼管柱の仮接続方法のさらに他の実施形態において、第一の鋼管柱と第二の鋼管柱とが仮接続された状況を示す側面図である。 図8は、本発明の鋼管柱の仮接続方法のさらに他の実施形態において、第一の鋼管柱と第二の鋼管柱とが仮接続された状況を示す水平断面図である。 図9は、従来の鋼管柱の仮接続方法における、下層側の鋼管柱および上層側の鋼管柱を示す側面図である。 図10は、従来の鋼管柱の仮接続方法における、下層側の鋼管柱および上層側の鋼管柱を示す水平断面図である。 図11は、従来の鋼管柱の仮接続方法において、下層側の鋼管柱と上層側の鋼管柱とが仮接続された状況を示す側面図である。 図12は、従来の鋼管柱の仮接続方法において、下層側の鋼管柱と上層側の鋼管柱とが仮接続された状況を示す水平断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の鋼管柱の仮接続方法の実施形態について、詳細に説明する。
図1および図2にそれぞれ、本発明の鋼管柱の仮接続方法の一実施形態における、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aならびに接続材3Aの側面図、水平断面図を示す。また、図3および図4にそれぞれ、本実施形態において、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとが仮接続された状況の側面図、水平断面図を示す。
図1~図4に示すように、本実施形態の鋼管柱の仮接続方法は、第一の鋼管柱1Aの上に第二の鋼管柱2Aを建て入れた後、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとの継手を溶接して本接続するに際し、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとの相対位置を予め保持するものである。第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとの相対位置を予め保持することにより、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとを本接続するための継手の溶接を安定して行うことができる。本実施形態では、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aが角形鋼管からなる場合について説明する。
図1および図2に示すように、継手の下層側に位置することとなる第一の鋼管柱1Aの上端部の外周には、複数本のねじ付きスタッド11が所定間隔で溶接されて設けられている。同様に、継手の上層側に位置することとなる第二の鋼管柱2Aの下端部の外周には、第一の鋼管柱1Aのねじ付きスタッド11に対応する位置に、複数本のねじ付きスタッド11が所定間隔で溶接されて設けられている。
具体的には、第一の鋼管柱1Aの上端部の外周、および第二の鋼管柱2Aの下端部の外周に設けられるねじ付きスタッド11、21は、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの4つの側面、すなわち中心軸の周りに90°間隔で4箇所の位置の各々に、鋼管柱の材軸方向に沿って5本ずつ設けられている。
そして、図3および図4に示すように、第一の鋼管柱1Aの上に第二の鋼管柱2Aを建て入れ、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとを跨ぐように、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの4つの側面の各々に、接続材3Aを配設する。本実施形態では、接続材3Aとして、扁平な長方形の断面形状を有する鋼板を用いている。
図1に示すように、接続材3Aには、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aのねじ付きスタッド11、21に対応する位置にボルト孔31が設けられている。そして、接続材3Aのボルト孔31に、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aのねじ付きスタッド11、21を挿入し、ねじ付きスタッド11、21にナット4を螺入して、接続材3Aと第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとを摩擦接合する。
ねじ付きスタッド11、21を構成する鋼材や、接続材3Aを構成する鋼材は、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aを構成する鋼材と同種のものを必ずしも用いなくてもよく、建方時に第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとの継手に作用する力に応じて適宜選択すればよい。
ただし、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aのねじ付きスタッド11、21に接続材3Aをナット4で締結することによる摩擦接合のすべり耐力および接続材3Aの降伏耐力が、第二の鋼管柱2Aの重量よりも大きくなるようにすることが好ましい。つまり、下記(1)式を満たすように、ねじ付きスタッド11、21の直径および配置ならびに材質、接続材3Aの形状および材質等を設定することが好ましい。
c≦min(Ps1、Ps2、Ps3) …(1)
ただし、(1)式において、Nc(N)は、第二の鋼管柱2Aの重量である。また、Ps1(N)は、第一の鋼管柱1Aのねじ付きスタッド11に4枚の接続材3Aをナット4で締結することによる、第一の鋼管柱1Aと接続材3Aとの摩擦接合のすべり耐力の合計である。同様に、Ps2(N)は、第二の鋼管柱2Aのねじ付きスタッド21に4枚の接続材3Aをナット4で締結することによる、第二の鋼管柱2Aと接続材3Aとの摩擦接合のすべり耐力の合計である。また、Ps3(N)は、接続材3Aの降伏耐力である。
このようにすると、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aと接続材3Aとの摩擦接合部分のすべりや、接続材3Aの降伏が確実に防止されるので、第一の鋼管柱の上に建て入れられた第二の鋼管柱2Aが傾斜することがない。よって、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとの相対位置が安定的に保持された状態で、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとを本接続するための継手の溶接を安定して行うことができる。
第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとを本接続するための継手の溶接は、まず、接続材3Aにより覆われていない部分を行う。この時点では、接続材3Aの幅に相当する部分が溶接されずに残ることになる。次いで、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aから接続材3Aを取り外し、溶接されずに残っている部分を露出させて、この残りの部分を溶接する。
このように、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aから接続材3Aを取り外す時点では、接続材3Aにより覆われていなかった部分のみ溶接が完了しており、この部分的な溶接により第二の鋼管柱2Aが保持されることになる。よって、接続材3Aの幅は、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aから接続材3Aを取り外す時点で、未だ溶接されずに残っている部分が過大とならず、第二の鋼管柱2Aを安定的に保持可能となるようなサイズに限定することが好ましい。
また、上述のとおり、本実施形態では、第一の鋼管柱1Aの上端部の外周、および第二の鋼管柱2Aの下端部の外周に設けられるねじ付きスタッド11、21は、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの中心軸の周りに90°間隔で4箇所に設けられている。このように、本発明に係る鋼管柱の仮接続方法では、第一の鋼管柱1Aの上端部の外周、および第二の鋼管柱2Aの下端部の外周に設けられるねじ付きスタッド11、21は、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの中心軸の周りに180°未満の間隔で3箇所以上の位置に設けられていることが好ましい。
このようにすると、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aと接続材3Aとが摩擦接合される位置が、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの中心軸に対して片側に偏らない。よって、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとの相対位置が安定的に保持された状態で、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとを本接続するための継手の溶接を安定して行うことができる。
第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aは、ねじ付きスタッド11、21が予め取り付けられた状態となるように鉄骨工場で製作した上で、建設現場に搬入されることが好ましい。
図5および図6にそれぞれ、本発明の鋼管柱の仮接続方法の他の実施形態において、第一の鋼管柱1Aと第二の鋼管柱2Aとが仮接続された状況における、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aならびに接続材3Bの側面図、水平断面図を示す。
図5および図6に示すように、本実施形態では、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aは上記実施形態で説明したものと同様であるが、接続材3BとしてL形の断面形状を有する山形鋼を用いている点が相違している。
図5に示すように、接続材3Bは、材軸方向の中央部分において、その断面の一方の辺にスカラップ32が設けられている。このようにすると、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの側面に、接続材3Bを配設したとき、接続材3Bにより覆われる部分を最小限にでき、接続材3Bを取り外す時点で、未だ溶接されずに残っている部分を最小限にできるので好ましい。
図7および図8にそれぞれ、本発明の鋼管柱の仮接続方法のさらに他の実施形態において、第一の鋼管柱1Bと第二の鋼管柱2Bとが仮接続された状況における、第一の鋼管柱1Bおよび第二の鋼管柱2Bならびに接続材3Cの側面図、水平断面図を示す。
図7および図8に示すように、本実施形態では、第一の鋼管柱1Bおよび第二の鋼管柱2Bならびに接続材3Cのいずれも、上記実施形態で説明したものと異なる。具体的には、第一の鋼管柱1Bの上端部の外周、および第二の鋼管柱2Bの下端部の外周に設けられるねじ付きスタッド11、21は、第一の鋼管柱1Bおよび第二の鋼管柱2Bの4つの側面の各々に、鋼管柱の材軸方向に沿って2列、各列につき5本ずつ設けられている。
また、接続材3CとしてT形の断面形状を有するT形鋼を用いている。接続材3Cには、第一の鋼管柱1Aおよび第二の鋼管柱2Aの2列のねじ付きスタッド11、21に対応する位置に、ボルト孔(図示せず)が2列設けられている。
図7に示すように、接続材3Cは、上記実施形態の接続材3Bと同様に、材軸方向の中央部分において、そのフランジの両側にスカラップ32が設けられている。このようにすると、第一の鋼管柱1Bおよび第二の鋼管柱2Bの側面に、接続材3Cを配設したとき、接続材3Cにより覆われる部分を最小限にでき、接続材3Cを取り外す時点で、未だ溶接されずに残っている部分を最小限にできるので好ましい。また、接続材3Bを用いる上記実施形態に比べて、第一の鋼管柱1Bと第二の鋼管柱2Bとの相対位置がさらに安定的に保持された状態で、第一の鋼管柱1Bと第二の鋼管柱2Bとを本接続するための継手の溶接を安定して行うことができる。
上記各実施形態の鋼管柱の仮接続方法によれば、上端部の外周にねじ付きスタッド11が設けられた第一の鋼管柱1A、1Bと、下端部の外周に第一の鋼管柱1A、1Bのねじ付きスタッド11に対応する位置にねじ付きスタッド21が設けられた第二の鋼管柱2A、2Bとを用いている。
エレクションピースを用いる従来技術では、鉄骨工場で鋼管柱を製作する際に別途エレクションピースを所定形状に製作して鋼管柱の端部に溶接したり、建設現場で本接続された後の鋼管柱に残存するエレクションピースをガス溶断等により切除したりする手間が生じる。これに対し、上記各実施形態の鋼管柱の仮接続方法では、ねじ付きスタッド11、21には既製品を用いることができるため、ねじ付きスタッド11、21自体の加工手間はほとんど発生しない。また、上記各実施形態で用いられる第一の鋼管柱1A、1Bおよび第二の鋼管柱2A、2Bの外周にねじ付きスタッド11、21を溶接する手間は、従来技術において鋼管柱の外周にエレクションピースを溶接する手間に比べて、非常に小さい。また、上記各実施形態の鋼管柱の仮接続方法では、本接続された後の第一の鋼管柱1A、1Bおよび第二の鋼管柱2A、2Bに残存するねじ付きスタッド11、21を切除する手間も、従来技術において鋼管柱に残存するエレクションピースを切除する手間に比べ、非常に小さい。
さらに、エレクションピースをボルト接合により鋼管柱に取り付ける従来技術では、エレクションピースを接合するために鋼管柱に設けられるボルト孔により鋼管柱に断面欠損が生じ、鋼管柱の有効断面が小さくなるため、構造設計上不利である。これに対し、上記各実施形態の鋼管柱の仮接続方法では、第一の鋼管柱1A、1Bおよび第二の鋼管柱2A、2Bにボルト孔を設ける必要がないため、鋼管柱の有効断面が損なわれることなく、鋼管柱の耐力を有効に活用できる。
上記実施形態では、第一の鋼管柱1A、1Bおよび第二の鋼管柱2A、2Bが角形鋼管から成る場合について説明したが、本発明の鋼管柱の仮接続方法は、第一の鋼管柱および第二の鋼管柱が円形鋼管や四面溶接角形鋼管柱等からなる場合にも適用できる。また、第一の鋼管柱および第二の鋼管柱にコンクリートを充填して、コンクリート充填鋼管柱としてもよい。
1A、1B 第一の鋼管柱
11 ねじ付きスタッド
2A、2B 第二の鋼管柱
21 ねじ付きスタッド
3A~3C 接続材
31 ボルト孔
32 スカラップ
4 ナット
7、8 鋼管柱
71、81 エレクションピース
91 添え板
92 ボルト
93 ナット

Claims (5)

  1. 第一の鋼管柱の上に第二の鋼管柱を建て入れた後本接続するに際し、前記第一の鋼管柱と前記第二の鋼管柱との相対位置を予め保持する、鋼管柱の仮接続方法であって、
    上端部の外周にねじ付きスタッドが設けられた前記第一の鋼管柱の上に、下端部の外周に前記第一の鋼管柱のねじ付きスタッドに対応する位置にねじ付きスタッドが設けられた前記第二の鋼管柱を建て入れ、
    前記第一の鋼管柱と前記第二の鋼管柱とを跨ぐように、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱の側面に、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱のねじ付きスタッドに対応する位置にボルト孔が設けられた接続材を配設し、
    前記ねじ付きスタッドにナットを螺入して、前記接続材と前記第一の鋼管柱と前記第二の鋼管柱とを摩擦接合する、鋼管柱の仮接続方法。
  2. 前記摩擦接合のすべり耐力および前記接続材の降伏耐力が、前記第二の鋼管柱の重量よりも大きい、請求項1に記載の鋼管柱の仮接続方法。
  3. 前記接続材の断面形状が、長方形、L形またはT形である、請求項1または2に記載の鋼管柱の仮接続方法。
  4. 前記第一の鋼管柱の上端部の外周、および前記第二の鋼管柱の下端部の外周に設けられる前記ねじ付きスタッドが、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱の中心軸の周りに180°未満の間隔で3箇所以上の位置に設けられている、請求項1または2に記載の鋼管柱の仮接続方法。
  5. 前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱の各々に、前記ねじ付きスタッドが予め取り付けられた状態で、前記第一の鋼管柱および前記第二の鋼管柱が建設現場に搬入される、請求項1または2に記載の鋼管柱の仮接続方法。
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