JPH0464644A - 鉄骨柱およびその鉄骨柱を用いた各種構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄骨構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造および
混合構造に用いられる構造用の鉄骨柱、ならびに、その
鉄骨柱を用いた鉄骨構造・鉄骨鉄筋コンクリート構造・
鉄骨鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との混合構造に関する
。

〔従来の技術〕

建築物や構築物における構造用の鉄骨柱としては、従来
一般に、Ｈ形鋼や溝形鋼等の形鋼や鋼板、あるいは肉厚
の−様な円形や角形の鋼管を、単材であるいは組み合わ
せて構成したものか知られている。そうして鉄骨構造で
は、そのような鉄骨柱からなる構造柱を上下方向に複数
本繋ぎ合わせるとともに構造柱に梁を剛に接合すること
によって鉄骨のラーメン架構を構成し、さらに鉄骨鉄筋
コンクリート構造では柱および梁を、また、混合構造で
は柱だけを、それぞれ鉄筋コンクリートで被覆するので
ある。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来の鉄骨柱においては、以下のよう
な問題があった。なお、その鉄骨柱を用いた従来の鉄骨
構造および鉄骨鉄筋コンクリート構造ならびに混合構造
においては、鉄骨柱における問題点かそのまま構造全体
としての問題点ともなるので、これらを纏めて鉄骨柱の
問題として説明する。

つまり、上述した従来の鉄骨柱は、形鋼や鋼板や鋼管等
からなるものであって、単材であってもあるいは組立柱
であっても、厚さか−様な比較的薄い鋼材の集合によっ
て断面を、構成している。そのため、このような鉄骨柱
に直接梁を接合した場合には、鉛直荷重や水平荷重かか
かったときに梁から伝わる大きな剪断力と曲げモーメン
トによって、梁との接合部における柱の周壁あるいはフ
ランジか変形して座屈を起こし、柱・梁接合部の耐力が
低下して圧壊する虞がある。また、溶接時に歪が発生す
る虞もある。従って、そのような事態を回避するために
、柱・梁接合部、所謂パネルゾーンに、水平スチフナや
ダイヤフラムといった補強材を設ける必要がある。とこ
ろが、この補強材の付設は、工場における鋼材の加工工
数の増加を来たすこととなって、コストアップを招来す
ることとなる。

このことを、近年多く用いられるようになった角鋼管柱
を例にとって、さらに説明する。

第６図は従来の角鋼管柱を用いた鉄骨構造の詳細図であ
って、角鋼管柱（１１）とＨ形鋼梁（１２）の接合部に
おいては、工場加工によって、角鋼管柱（１１）を上下
方向で３片に切断した後、その間にダイヤフラム（１３
）を挿入し、このダイヤプラム（１３）の上下面と角鋼
管柱（１１）とをそれぞれ溶接接合してある。このダイ
ヤプラム（１３）はＨ形鋼梁（１２）の上下のフランジ
から伝わる大きな引張力および圧縮力に対して、角鋼管
柱（１１）の周壁の肉厚だけでは耐力か不足するととも
に、溶接時の歪が避けられないので、補強のために必要
なものである。しかもこの接合部は柱として最大応力の
かかる箇所であるので、図示の（イ戸（ｎ）・（ハ）・
（ニ）の４面とも角鋼管柱（１１）の全断面を完全に突
合わせ溶接しなければならず、加工工数と溶接費か非常
に多くかかることとなる。このダイヤフラム（１３）に
梁間・桁行の両方向のＨ形鋼梁（１２）の端部（１２Ａ
）のフランジの端を突合わせ溶接し、Ｈ形鋼梁（１２）
の端部（１２Ａ）のウェブも角鋼管柱（１１）の外周面
に溶接接合してある。この鉄骨柱による鉄骨構造の施工
に際しては、上述のように鉄骨工場で加工組立てを行っ
た角鋼管柱（１１）を現場へ搬入して建て方を行い、上
下の柱の継手（ＩＩＪ）を施工すると共に、Ｈ形鋼梁（
１２）の端部（１２Ａ）と中央部（１２Ｂ）との継手（
１２Ｊ）を、図のように添板と高力ボルトで接合するの
か一般的な工法である。このように鋼材の加工や溶接な
どが多く必要である。

以上は角鋼管柱について述べたが、Ｈ形鋼柱または円形
・口型・十字形・Ｔ形その他各種形状断面の組立柱の場
合にも、柱・梁接合部において柱フランジまたは柱主材
と梁フランジとか縦横に直交するので、その何れかを通
せば他方はその交点で切断した上、全断面にわたる突合
わせ溶接をしなければならず、かっ梁端部と柱との工場
での接合の他に、梁端部と梁中央部との現場継手か必要
であって、多くの加工工数と費用を要することは角鋼管
柱の場合と同様である。

また、従来の鋼管柱やＨ形鋼柱および鋼板などによる組
立柱の場合には、柱の外法寸法か大きくなり、それに耐
火被覆や仕上げ厚さを加えれば柱の仕上げ寸法は相当大
きくなって建物の有効床面積が減るので、特に地価の高
い都心のビル等では、この有効床面積の減少か経済的な
不利を招来する問題もある。

本発明の目的は、上記実情に鑑み、鉄骨構造や鉄骨鉄筋
コンクリート構造・混合構造に適用するに際して、加工
工数が少なくて済み、しかも架構の施工も容易に行なえ
る構造用の鉄骨柱を提供するとともに、その鉄骨柱の特
徴を有効に利用した鉄骨構造・鉄骨鉄筋コンクリート構
造・混合構造を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するための第１の手段である本第１発明
の鉄骨柱の特徴構成は、中空の鋼材からなり、その中空
部の断面形状を柱外形の断面形状とは異ならせたことに
ある。

また、前記課題を解決するための第２の手段である本第
２発明の鉄骨柱の特徴構成は、中実の鋼材からなること
にある。

一方、本発明による鉄骨構造の特徴構成は、中空の鋼材
てその中空部の断面形状を外形の断面形状とは異ならせ
た鉄骨柱または中実の鋼材からなる鉄骨柱を構造柱とし
、上下に隣合う構造柱どうしを、その端面どうじのメタ
ルタッチ継手および端面の周縁どうしの突合わせ溶接継
手によって接合し、前記構造柱の周面に梁を直接溶接し
たことにある。

また、本発明による鉄骨鉄筋コンクリート構造の特徴構
成は、中空の鋼材でその中空部の断面形状を外形の断面
形状とは異ならせた鉄骨柱または中実の鋼材からなる鉄
骨柱を構造柱とし、上下に隣合う構造柱どうしを、その
端面どうじのメタルタッチ継手および端面の周縁どうし
の突合わせ溶接継手によって接合し、前記構造柱の周面
に梁を直接溶接するとともに、前記構造柱および梁を、
ともに鉄筋コンクリートて被覆したことにある。

さらに、本発明による混合構造の特徴構成は、中空の鋼
材でその中空部の断面形状を外形の断面形状とは異なら
せた鉄骨柱または中実の鋼材からなる鉄骨柱を構造柱と
し、上下に隣合う構造柱どうしを、その端面どうじのメ
タルタッチ継手および端面の周縁どうしの突合わせ溶接
継手によって接合し、前記構造柱の周面に梁を直接溶接
するとともに、前記構造柱のみを鉄筋コンクリートで被
覆したことにある。

〔作　用〕

本第１発明の鉄骨柱によれば、中空部の断面形状が柱外
形の断面形状とは異なっているから、その鉄骨柱の周壁
は断面視において厚さが一様ではなく、厚肉の部分と薄
肉の部分とができる。

従って、梁が取り付くべきこの鉄骨柱の周壁において、
厚肉の部分が梁から伝達される応力に対して強固に抵抗
することとなる。また、本第２発明の鉄骨柱によれば、
中実の鋼材からなるから、この柱の中実な断面の全てか
この柱に取り付くへき梁から伝達される応力に対して抵
抗することとなる。

従って、本第１発明の鉄骨柱あるいは本第２発明の鉄骨
柱ては、柱・梁接合部における柱の変形かなくなって耐
力を大きなものにてきる。

その結果、架橋としての必要な強度を確保するにあたっ
て、柱・梁接合部におけるダイヤフラムや水平スチフナ
なとの補強材が不要となり、しかも梁の溶接時に歪みか
生じることも少ないのである。また、本第１発明の鉄骨
柱ては厚肉の部分があることで、−力木第２発明の鉄骨
柱ではその断面か中実なことで、柱外形寸法に比して柱
の断面積が大きくなり、柱として要求される軸方向耐力
を充分に確保するに際して、従来の鉄骨柱よりも柱外形
寸法を小にてきる。

本発明の鉄骨構造においては、上述した鉄骨柱を構造柱
として用い、上下の構造柱どうしの接合をメタルタッチ
継手と周縁どうしの突合わせ溶接継手との併用とすると
ともに、その構造柱の周面に梁を直接溶接するものであ
り、また本発明の鉄骨鉄筋コンクリート構造は、その鉄
骨構造における構造柱ならびに梁を、それらを被覆する
鉄筋コンクリートと協働して外力に対抗する構造体とす
るものであり、さらに本発明の鉄骨鉄筋コンクリート柱
と鉄骨梁との混合構造は、その鉄骨構造における構造柱
のみを、それを被覆する鉄筋コンクリートと協働して外
力に対抗する構造体とするものであり、何れの構造にお
いても、前述の鉄骨柱の特性、すなわち、柱・梁接合部
における耐力か大であること、ならびに、柱外形寸法に
比して断面積を大きく取れることを有効利用してある。

すなわち、まず構造柱として用いる鉄骨柱が、柱・梁接
合部における耐力が大であるから、パネルゾーンの補強
なしに梁を構造柱に直接溶接しても、梁からの応力で柱
が変形・圧壊することがなく、梁の溶接によって歪か生
じることもないのであり、一方、構造柱か外形寸法に比
して断面積の大きなものであるから、上下の構造柱間で
メタルタッチ継手によって軸方向力の殆どを伝達てき、
突合わせ溶接による応力伝達の比率を少なくてきるので
ある。

その結果、粱フランジを接合する部分にダイヤフラムを
介装して補強する必要かなく、柱を３片に切断分割して
それを各々ダイヤプラムに全断面溶接接合するという、
従来構造で必要てあった手間と費用か省ける。その上、
Ｈ形鋼等の梁を構造柱の周面に現場施工で直接溶接接合
できて、従来の鉄骨構造のような工場接合と現場継手と
の重複をなくせる。一方、上下の構造柱の接続部分にお
いては、軸方向力の大部分はメタルタッチ継手によって
伝達され、突合わせ溶接継手は主として剪断力と幾許か
の曲げ応力を伝達できるだけのものでよいので、通常の
鋼管柱やＨ形鋼柱または組立柱で行われている鋼管また
はフランジの全断面にわたる溶接に比べて少ない溶接量
ですむ。この場合、鉛直方向の圧縮荷重に対しては、構
造柱の周縁の溶接部分もその内部のメタルタッチ部分も
均等に働らくのて、構造柱の全断面が１００％有効であ
る。それに対して引張りの生じる柱でも、一般に柱にお
ける引張力は圧縮荷重に比べて小さいので、継手の溶接
はその引張力に耐えるだけの溶接幅で足りる。

そうして、切断・開先取り・溶接およびボルト穴明けな
どの加工組立ての工数が大幅に減るので、省力化と工期
短縮か可能になると共に加工コストが著しく減少し、総
建設費もそれたけ低減される。

〔発明の効果〕

本第１発明および第２発明の鉄骨柱によれば、鉄骨構造
および鉄骨鉄筋コンクリート構造ならびに鉄骨鉄筋コン
クリート柱と鉄骨梁との混合構造に適用されることによ
って、加工手間の低減と現場施工の簡素化に資すること
ができ、省力化とそれに伴なう工期短縮を可能にできる
。

すなわち、本発明の鉄骨構造・鉄骨鉄筋コンクリート構
造・混合構造においては、本第１発明あるいは第２発明
の鉄骨柱を構造柱として用いるか故に、その鉄骨柱の有
する特性を充分生かして、従来の鉄骨工事に比べて、工
場加工が著しく減少するとともに、現場施工も簡素化さ
れるので、全体として大幅な省力化となり、工期短縮と
コストダウンか図れる。

加えて、 １）最も応力の大きい柱・梁接合部において、補強用の
ダイヤフラム等を介装するための柱材の切断・溶接接合
かなくなるのて、構造耐力上も好ましい。

２）従来の構造柱より柱外形寸法を小さくできることで
、建物の有効床面積が増すので、特に土地価格の高い都
心の建物における経済的効果は非常に大きい。

３）また構造柱を通路等の支柱に用いた場合、その構造
柱を細くできることによって、通路や車路などの有効幅
が広くとれ、動線に対しても有利となる。

４）構造柱の表面積が減って、改装・耐火被覆および仕
上げの費用も減少する。

５）防火・防錆上も肉厚の薄い鋼管・形鋼や組立柱より
、中実またはそれに近い有孔厚肉で表面積の小さい本発
明の鉄骨柱の方が有利て、耐久的にも優れている。

というメリットもある。

なお、本発明による鉄骨構造・鉄骨鉄筋コンクリート構
造・混合構造は、柱において剪断応力と曲げ応力が比較
的小さく、大きな鉛直荷重を支持する構造、すなわち超
高層建築の構造や倉庫・車庫・スーパーマーケットの構
造などに適用すれば、経済的メリットが大きい。特に、
超高層建築は、固有周期の長い柔構造であって剪断力係
数が小さいので、その柱は巨大な鉛直荷重を受けるが、
それに比べて曲げモーメントと剪断力が相対的に小さく
、本発明の構造を活用するのに適している。

さらに本発明による鉄骨構造・鉄骨鉄筋コンクリート構
造ならびに混合構造を用いた建築物などの設計・施工に
ついては、実務上次のことか言える。すなわち、設計法
としては通常の鋼構造設計規準その他がそのまま適用で
き、かつ鉄骨柱か単材でシンプルであるので設計か簡単
で、応力の流れも明快である。また施工も特殊な技術を
必要とせず、容易に建設できるので、精度の高い高品質
・高性能の架構か得られ易い。

Ｃ実施例〕 以下、図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。なお
、鉄骨構造の説明を以て、鉄骨柱の説明も併せて行うも
のとする。

第１図は鉄骨構造の架構の実施例を示す。

（１）は中空の鋼材からなる角形の鉄骨柱であって、第
２図に示すように、その中空部の断面形状を円形として
、柱外形の断面形状とは異ならせてある。この鉄骨柱（
１）は、例えば遠心力鋳造法によって製造したものであ
って、素材は鋳鋼であるか構造用鋼材として圧延鋼と同
等の強度と特性を有し、かつ溶接性の優れたものである
。なお、図中のすみ切りは、遠心力鋳造時に欠陥を生ぜ
ず、全断面が均質で完全な鋼材を製造するために設けた
ものである。この柱では断面中心に中空の円形孔かある
か、その周壁は一般の鋼管より遥かに厚肉てあって、特
に四隅は肉かつまっているので、梁との接合部をダイヤ
フラムで補強しなくても梁から伝わる応力に対して変形
することなく、梁のフランジとウェブをこの鉄骨柱（１
）に直接溶接接合できる。

次に、上下に隣合う鉄骨柱（１）どうしの接合部（ＩＪ
）について述へると、接合部（ＩＪ）は事務所ビルや高
層住宅などでは３階に１ケ所程度とし、曲げ応力の小さ
い反曲点近く、すなわち上下階梁間の柱内法高さの中央
付近に設けである。鉄骨柱（１）の上下端は何れも水平
に平滑に仕上げてメタルタッチ継手とし、接合面におい
て上下柱の応力伝達が均一になるようにしてある。かつ
、上柱の下端は断面の周縁を輻［１］だけ一定の角度ま
たは形状に削って開先をとり、突合わせ溶接継手として
ある。この開先の輻［１］は、溶接継手の有効深さとな
るものであって、接合部（ＩＪ）における上下柱の伝達
剪断力と曲げ応力より所要寸法を決定する。なお、引張
力の掛かる柱に対しては、これにさらにその分たけ溶接
幅を増せばよい。また、建方の便を考慮して、接合面に
前記中空部を利用して、芯合わせ用の雇いほぞ（３）を
設けである。この雇いほそ（３）は、接合部（ＩＪ）に
おける上下柱の水平剪断力の伝達にも有効であるので、
構造上も重要な働らきをするものである。さらに、図中
に破線で示すように、上下の鉄骨柱（１）どうしの外面
に、建方時の鉛直を保持するための仮設ひれ板（４）を
設けるとよい。

一方、柱・梁接合部については、まず、工場において、
鉄骨柱（１）の外面に梁取付は用のがセットプレート（
５）を溶接接合するとともに、梁（２）を所定長さに正
確に切断して、上下フランジの端に開先をとり、ウェブ
の端部にも所要の加工を行う。なお、（６）はフランジ
溶接用の裏当板である。

以上のように工場加工を行った鉄骨柱（１）および梁（
２）を現場へ搬入し、先ず鉄骨柱（１）をクレーンで吊
って所定位置へ運び、その下端を下側の鉄骨柱（１）の
上端へ乗せて芯を合わせ、建ちを調整した後、例えば、
前述した仮設ひれ板（４）を継目板とボルトでつなぐ等
の方法によって鉛直に保持固定する。続いて、梁（２）
をクレーンで吊って、その端を鉄骨柱（１）の所定の箇
所のガセットプレート（５）にボルト接合する。

そうして柱の接合部（ＩＪ）の外周開先部分（ａ）を全
周突合わせ溶接で完全に埋め、続いて梁（２）の上下フ
ランジの端（ｂ）を柱へ突合わせ溶接すると共に、ウェ
ブの端（Ｃ）を鉄骨柱へ突合わせ溶接または隅肉溶接を
行う。なお、ガセットプレート（５）の外周（ｄ）も梁
（２）のウェブに溶接することもある。これで建方と現
場接合か完了する。

このようにして施工した接合部の強度について説明する
と、鉄骨柱（１）どうしの接合部（ＩＪ）における非溶
接部はメタルタッチ継手で完全に密着するので、鉛直荷
重の伝達に対しては鉄骨柱（１）の全断面か有効であり
、剪断力と曲げ応力の伝達に対しては断面周縁の突合わ
せ溶接部の有効断面積て所要耐力が確保できる。引張り
の掛かる柱に対しては、前述のように突合わせ溶接の幅
を増すことによって対応できる。柱・梁接合部について
は、梁端部の全断面か鉄骨柱（１）の周面に直接溶接さ
れるので、粱（２）の断面強度が１００％有効となる。

なお、鉄骨柱（１）における柱外形の断面形状と中空部
の断面形状との組合せは任意に変更可能であり、例えば
、外形の断面形状が円形であって中空部の断面形状か矩
形や六角形等であってもよく、要するに、柱外形の断面
形状と中空部の断面形状とが異なっていればよい。また
、柱の外形寸法と中空部の寸法すなわち肉厚との比率も
自由に選ぶことかでき、そのことにより、例えば、同じ
断面積すなわち鋼材量に対して、その断面係数および断
面二次モーメントなどを、所望の値に容易に調整するこ
とができる。

一方、第３図に中実の鋼材からなる鉄骨柱（ｌｏ）の水
平断面を示す。この鉄骨柱（ｌｏ）の断面寸法は要求さ
れる支持荷重と耐力に応じて決められるが、中実である
ので荷重と耐力か同条件の前述の中空の鉄骨柱（１）に
比へて柱の外形寸法を一層小さくでき、従来の柱に比へ
れば遥かに細いものになる。しかも、柱・梁接合部にお
いて鉄骨柱（１′）の全断面か梁（２）から伝達される
応力に対して抵抗するので、耐力をさらに高めることか
できる。なお、図では正方形断面の角鋼であるか、この
中実の鉄骨柱（１′）は正方形に限らず矩形断面でもよ
く、また三角形・六角形・へ角形その他の多角形、ある
いは円形・楕円形など、必要に応じて各種の断面形状の
ものか考えられる。かつ一般には圧延によって造られる
が、所要の強度と材質が得られれば鋳造その他の製造法
によるものであってもよい。

さらに、第４図および第５図に、上記の中空の鉄骨柱（
１）および中実の鉄骨柱（１′）のまわりに、主筋（８
）と帯筋（９）を配してコンクリートを打設した柱の断
面を示す。この鉄骨鉄筋コンクリート柱は、鉄骨鉄筋コ
ンクリート構造に用いるだけではなく、鉄骨柱のみを鉄
筋コンクリートで被覆した鉄骨鉄筋コンクリート柱と鉄
骨梁との混合構造にも使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明に係わる鉄骨柱ならびにそ
の鉄骨柱を用いた鉄骨構造および鉄骨鉄筋コンクリート
柱の実施例を示し、第１図は鉄骨構造の詳細図、第２図
ないし第５図は柱の断面図である。第６図は従来例を示
す第１図に相当する詳細図である。 （１）、　（１“）・・・・・・鉄骨柱、（２）・・・
・・・梁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．構造用の鉄骨柱であって、中空の鋼材からなり、そ
   の中空部の断面形状を柱外形の断面形状とは異ならせて
   ある鉄骨柱。
2. ２．構造用の鉄骨柱であって、中実の鋼材からなる鉄骨
   柱。
3. ３．中空の鋼材でその中空部の断面形状を外形の断面形
   状とは異ならせた鉄骨柱（１）または中実の鋼材からな
   る鉄骨柱（１’）を構造柱とし、上下に隣合う構造柱ど
   うしを、その端面どうしのメタルタッチ継手および端面
   の周縁どうしの突合わせ溶接継手によって接合し、前記
   構造柱の周面に梁（２）を直接溶接してある鉄骨構造。
4. ４．中空の鋼材でその中空部の断面形状を外形の断面形
   状とは異ならせた鉄骨柱（１）または中実の鋼材からな
   る鉄骨柱（１’）を構造柱とし、上下に隣合う構造柱ど
   うしを、その端面どうしのメタルタッチ継手および端面
   の周縁どうしの突合わせ溶接継手によって接合し、前記
   構造柱の周面に梁（２）を直接溶接するとともに、前記
   構造柱および梁（２）を、ともに鉄筋コンクリートで被
   覆してある鉄骨鉄筋コンクリート構造。
5. ５．中空の鋼材でその中空部の断面形状を外形の断面形
   状とは異ならせた鉄骨柱（１）または中実の鋼材からな
   る鉄骨柱（１’）を構造柱とし、上下に隣合う構造柱ど
   うしを、その端面どうしのメタルタッチ継手および端面
   の周縁どうしの突合わせ溶接継手によって接合し、前記
   構造柱の周面に梁（２）を直接溶接するとともに、前記
   構造柱のみを鉄筋コンクリートで被覆してある鉄骨鉄筋
   コンクリート柱と鉄骨梁との混合構造。