JPH0827952A

JPH0827952A - 角形鋼管柱

Info

Publication number: JPH0827952A
Application number: JP16176794A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Miyao; 俊明宮尾; Shigeki Ito; 茂樹伊藤; Yoshihiro Sakino; 良比呂崎野; Hidehiro I; 英浩井; Haruhito Okamoto; 晴仁岡本; Nobuyuki Nakamura; 信行中村; Masataka Oshima; 正隆大島; Yoshiyuki Fujiwara; 吉幸藤原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-01-30

Abstract

(57)【要約】【目的】梁の取付け位置が偏心している場合でも、水
平力に対する柱の剪断強度が確保され、かつ重量あるい
は材料コストの増加が少なく抑えられる角形鋼管柱を提
供する。【構成】断面がコの字型の鋼材とそれに接合された蓋
板を有する角形鋼管柱において、蓋板２の内側に蓋板２
に平行に剪断補強板２１を備え、かつ、この剪断補強板
がコの字型の鋼材１の互いに対向する２つの側面の内側
に接合されている角形鋼管柱。更に、剪断補強板２１と
蓋板２の板厚の合計値が、コの字型の鋼材１の肉厚の
１．３倍以上であること、あるいは、剪断補強板２１と
蓋板２について、それぞれの板厚と降伏強度の積の合計
値が、コの字型の鋼材１の肉厚と降伏強度の積の１．３
倍以上である角形鋼管柱。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、構造物に使用される
鋼管柱の中で、角形鋼管柱に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管柱は、高層建築を始め、土木、建築
等、種々の構造物に用いられている。その中で、断面が
矩形の角形鋼管柱は、断面が円形の円形鋼管柱に比べ梁
の取付けが容易であり、近年、広く用いられるようにな
ってきている。

【０００３】梁に用いられるのは、通常Ｉ形鋼又はＨ形
鋼であり、いずれも上下２枚のフランジとそれらの間を
繋ぐウェブで構成されている。梁の幅、即ちフランジの
幅は、構造上の要請で決まるが、通常、鋼管柱の寸法の
０．７倍以下となるよう設計されている。

【０００４】特に、壁面を構成する場合は、梁を壁面一
杯に寄せて取り付けることにより、角形鋼管柱の４つの
側面の内１つの側面と梁のフランジの端面を、同一平面
（面一）とすることができる。このように柱と梁を面一
とすることにより、壁材の取付け等の施工が容易とな
る。

【０００５】角形鋼管には、鋼板をプレス成形し２箇所
で折り曲げてコの字型に成形し、その後、蓋板を溶接に
より接合して角形断面とする２シームタイプの角形鋼管
柱がある。例えば、特開平１−１６９０３９号公報等に
記載された技術がこれに当たる。一般に、角形鋼管柱は
４面とも同一板厚、同一強度で形成されている。

【０００６】このように、プレス加工により成形された
コの字型の鋼材と蓋板とからなる角形鋼管柱でも、蓋板
を接合した方の角はアールがついておらず、角の部分ま
で平面で構成されているので、梁を柱の角に寄せて取り
付けることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】土木建築の構造物に、
地震、強風等により水平力が加わると、この力は梁を介
して伝達され、梁の取り付けられている柱に剪断力とし
て作用する。角形鋼管柱においては、この剪断力は柱の
４つの側面のうち梁に平行な２つの側面に配分され、そ
れぞれの側面に剪断力として作用する。

【０００８】この剪断力は、梁を柱の軸心に合わせて取
り付けてあれば、２つの側面について互いに等しくな
る。しかし、梁の取付け位置を偏心させると、２つの側
面に作用する剪断力は変化する。この場合、梁に近い方
の側面に作用する剪断力は、梁の取付け位置が偏心して
いない場合より増加する。

【０００９】一般に、柱の強度は、梁が柱の軸心に合わ
せて取り付けられることを前提にして、設計されてい
る。その結果、柱の剪断力に対する強度（剪断強度）を
変えずに梁を柱の角に寄せて取り付けることは、この側
面に作用する剪断力がその許容強度を超えることになる
ので、困難である。

【００１０】もし、このように梁の取付け位置を偏心さ
せる場合は、柱の強度をこの増加した剪断力に合わせて
設計する必要がある。従来の技術では、肉厚（板厚）の
厚い柱を用いる必要があるので、柱の重量が増大すると
いう問題がある。また、柱の重量の増大を避ける場合
は、柱の材料として高張力鋼を用いることもあるが、材
料コストが増加するという問題がある。

【００１１】この発明は、この問題を解決し、梁の取付
け位置が偏心している場合でも、水平力に対する柱の剪
断強度が確保され、かつ重量あるいは材料コストの増加
が少なく抑えられる角形鋼管柱を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、断面
がコの字型の鋼材とそれに接合された蓋板を有する角形
鋼管柱において、蓋板の内側に蓋板に平行に剪断補強板
を備え、かつ、この剪断補強板がコの字型の鋼材の互い
に対向する２つの側面の内側に接合されていることを特
徴とする角形鋼管柱である。

【００１３】請求項２の発明は、剪断補強板と蓋板の板
厚の合計値が、コの字型の鋼材の肉厚の１．３倍以上で
あることを特徴とする請求項１の角形鋼管柱である。

【００１４】請求項３の発明は、剪断補強板と蓋板につ
いて、それぞれの板厚と降伏強度の積の合計値が、コの
字型の鋼材の肉厚と降伏強度の積の１．３倍以上である
ことを特徴とする請求項１の角形鋼管柱である。

【００１５】

【作用】請求項１の発明では、柱の４つの側面のうちの
蓋板で構成される側面の内側に剪断補強板を備えている
ので、この側面に作用する剪断力の一部は剪断補強板に
分配される。その結果、蓋板に作用する剪断力はその分
軽減される。従って、この側面の方に梁を寄せて取り付
けても、蓋板に作用する剪断力が許容限度を超えないよ
うにすることができる。また、柱の重量の増加は剪断補
強板の重量のみで済み、鋼管柱全体からみれば僅かと言
える。

【００１６】請求項２の発明では、剪断補強板の板厚を
蓋板と合わせて他の部分の板厚の１．３倍以上としてい
る。その理由を、梁から柱に伝達された水平力が柱の側
面へどのように配分されるか考えながら、以下に説明す
る。

【００１７】図１は、梁を取り付けた角形鋼管柱の断面
を示す断面図である。図中、３は梁、１０は角形鋼管
柱、１１、１２は梁に平行な２つの側面（それぞれ後述
の蓋板とコの字型鋼材の一部とに対応）、２１は剪断補
強板、Ｂは梁の（フランジの）幅、Ｄは角形鋼管柱の寸
法、Ｐは梁の軸方向に作用する水平力、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ
２は角形鋼管柱の側面に作用する力をそれぞれ示す。ま
た、図１ａは、角形鋼管柱の蓋板の外面と梁のフランジ
の端面とを同一平面（面一）となるように梁を取り付け
た場合、図１ｂは、柱の中央に梁を取り付けた場合（通
常の梁の取付け方法）をそれぞれ示す。

【００１８】これらの力Ｐ、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２につい
て、それぞれが作用する線について（水平面に投影し
て）考えると、力Ｐでは梁の軸心と一致し、力Ｐ０、Ｐ
１、Ｐ２では柱のそれぞれの側面の板厚の中央と一致す
る。しかし、鋼管柱の板厚は柱や梁の寸法に比べて通常
１桁程度小さい値であるから、以下、簡単のためこれを
無視し、力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２が作用する線の位置を、そ
れぞれの側面の外面の位置に等しくとる。

【００１９】まず、図１ａの場合について、力の配分を
考える。力Ｐは、梃の原理により力Ｐ１と力Ｐ２に配分
されので、力Ｐ１と力Ｐ２の大きさは、梁の軸心からの
距離に反比例することになる。梁の軸心に平行な２つの
側面と梁の軸心との距離は、図１ａに示すように、梁を
寄せた方の側面１１についてはＢ／２となり、もう一方
の側面１２についてはＤ−Ｂ／２となる。

【００２０】以下、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２が、それぞれの力の
大きさを表すことにすると、その比は次のようになる。Ｐ１：Ｐ２＝（Ｄ−Ｂ／２）：（Ｂ／２）（１）これより、Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐであることを用いて、Ｐ１と
Ｐの比を求めると、Ｐ１：Ｐ＝（Ｄ−Ｂ／２）：Ｄ（２）となる。ここで、比（：）を分数（／）に直し、右辺を
Ｄで約分すると、Ｐ１／Ｐ＝１−Ｂ／２Ｄ（３）となる。従って、梁を寄せた方の側面１１に作用する力
Ｐ１は、Ｐ１＝（１−Ｂ／２Ｄ）・Ｐ（４）と表すことができる。

【００２１】次に、この力Ｐ１が、通常の梁の取り付け
方の場合（図１ｂ）に柱の側面に作用する力Ｐ０と比べ
て、何倍に増加しているかについて調べ、その倍率（Ｐ
１／Ｐ０）を求める。通常の梁の取り付け方の場合は、
２つの側面について梁の軸心との距離が等しいので水平
力Ｐは２分される。従って、各側面に作用する力Ｐ０の
大きさはいずれも（Ｐ／２）であり、倍率（Ｐ１／Ｐ
０）は、Ｐ１／Ｐ０＝２Ｐ１／Ｐ（５）と表される。

【００２２】更に、式（３）より（Ｐ１／Ｐ）を（１−
Ｂ／２Ｄ）で置き換えれば、Ｐ１／Ｐ０＝２−Ｂ／Ｄ（６）となる。

【００２３】角形鋼管柱の寸法Ｄに対する梁のフランジ
の幅Ｂの比（Ｂ／Ｄ）は、前述のように０．７以下とな
るよう設計されているから、この倍率（Ｐ１／Ｐ０）即
ち（２−Ｂ／Ｄ）の値は１．３以上となる。これより、
柱の１つの側面を構成する蓋板と剪断補強板の板厚の合
計値を、柱の他の側面即ちコの字型の鋼材に対して、こ
の倍率１．３倍以上に増加させることにより、柱のこの
側面の剪断強度も１．３倍で強化されることになる。そ
の結果上記のように、柱の寸法に対する梁の幅の比が
０．７以下の梁を、柱の側面の蓋板側の角に寄せて取り
付けることが可能となる。

【００２４】請求項３の発明では、柱の１つの側面を構
成する蓋板と剪断補強板について、それぞれの板厚と降
伏強度の積の合計値を、柱の他の側面即ちコの字型の鋼
材に対して、この倍率１．３倍以上に増加させているの
で、柱のこの側面の剪断強度もこの倍率で強化される。
従って、請求項２と同様の効果が得られる。

【００２５】

【実施例】図２は、発明の１実施例の角形鋼管柱を分解
して示した斜視図である。図中、１はコの字型鋼材、２
は蓋板、２１は剪断補強板、４はダイヤフラムを示す。
この実施例では、剪断補強板の板厚はコの字型鋼材の肉
厚の０．５倍であり、蓋板と合わせると柱のこの側面の
板厚の合計は１．５倍である。

【００２６】この場合、柱の蓋板側の側面に作用する剪
断力が柱の軸心に取り付けた場合の１．５倍となるま
で、梁の取付け位置を柱の蓋板側の角に寄せることが可
能となる。これについて式（６）を用いて計算すると、
鋼管柱の寸法に対する梁の幅の比（Ｂ／Ｄ）が０．５よ
り大きい梁ならば、柱の蓋板側の角に寄せて取り付ける
ことができることになる。

【００２７】図３は、この実施例の角形鋼管柱の断面を
示した断面図である。図中の符号は図２に同じである。
剪断補強板２１は、蓋板の内側に蓋板に平行に、コの字
型鋼材の対向する２つの側面の内面に溶接により接合さ
れている。

【００２８】これらの実施例の角形鋼管柱は、鋼板をプ
レス加工によりコの字型に成形し、コの字型鋼材１を製
作する。この際、２つの折り曲げ部は鋼板の曲げ特性に
もよるが、板厚の数倍の曲げ半径で成形する。その後、
コの字型鋼材１の側面の内側に、矩形のダイヤフラムを
取付けることが多い。

【００２９】次いで、剪断補強板２１を、コの字型鋼材
１の側面の内側に、すみ肉溶接等で接合する。ここで、
剪断補強板２１は、ダイヤフラム４とコの字型鋼材１の
側面とで囲まれる空間に蓋をするように配置すると、溶
接等の作業がし易くなる。最後に、コの字型鋼材１の側
面と蓋板２を溶接等により接合すれば、鋼管柱が完成す
る。

【００３０】ここで、剪断補強板の取付け位置は、蓋板
に近い程即ち柱の軸心から離れている程、剪断力を分担
する上で好ましい。但し、あまり蓋板の取付け位置に接
近させて取り付けると、接合部に形成される溶接ビード
により蓋板が取り付けにくくなるので、その分の余裕を
見て取り付けることが望ましい。また、剪断補強板は蓋
板に平行に取り付けるが、平行度は特に高い必要はな
い。但し、あまり平行度が悪いと、コの字型鋼材の側面
との隙間が開きすぎて溶接しにくくなり、また、剪断補
強板の接合強度が低下する。従って、通常の溶接作業が
できる程度の平行度は必要である。

【００３１】図４は、発明の他の実施例における剪断補
強板とダイヤフラムの取付け方を示す図である。図中、
４１は当て金を示し、他の符号は図２と同様である。当
て金４１は、矩形断面の棒鋼等でできており、各２本１
組でダイヤフラムの両面に溶接されている。図４ａにお
いては、剪断補強板はこれらの当て金４１、４１に接合
されている。図４ｂにおいては、剪断補強板は２枚のダ
イヤフラム４、４の当て金４１、４１に近い位置にじか
に溶接されている。

【００３２】このように接合することにより、剪断補強
板２１、２枚のダイヤフラム４、およびコの字型鋼材１
の３つの側面により、直方体が形成されることになる。
その結果、剪断補強板とダイヤフラムのそれぞれのエッ
ジ部は、互いに接合されない場合と比べて、座屈しにく
くなるという効果も期待できる。

【００３３】図５は、以上の実施例の角形鋼管柱に梁を
取り付けた場合の縦断面を示す縦断面図である。図中、
３１は梁フランジ、３２は梁ウェブを示し、他の符号は
図２に同じである。剪断補強板２１の寸法は、梁３の高
さ方向の寸法と同一に製作されているが、これは梁の仕
口部の寸法より小さくなければよく、製作上の観点から
適宜決めてよい。

【００３４】図６は、図５と同様、実施例の角形鋼管柱
に梁を取り付けた場合の横断面を示す横断面図である。
梁フランジ３１の一方の端面は、蓋板２の表面と同一平
面（面一）に取り付けられている。

【００３５】また、板厚又は降伏強度の増加に制限があ
る場合でも、両者の組み合わせで、同じ効果を得ること
ができる。例えば、柱の寸法Ｄに対する梁の幅Ｂの比
（Ｂ／Ｄ）が０．４の場合、蓋板の板厚として必要であ
るのは、前述の式（６）で計算するとコの字型の鋼材の
肉厚の１．６倍となる。しかし、構造材の軽量化の観点
から、剪断補強板の板厚の許容限が他の部分の肉厚の
０．５倍とされた場合は、設計不能となる。

【００３６】このような場合は、剪断補強板をＪＩＳ規
格のＳＭ４９０で製作すれば、コの字型の鋼材や蓋板
（通常は材料コストの観点からＪＩＳ規格のＳＳ４０
０）に対して、降伏強度を１．２倍程度高くすることが
できる。その結果、剪断補強板の強度は板厚０．５倍×
降伏強度１．２倍で、コの字型の鋼材や蓋板の０．６倍
となる。従って、剪断補強板と蓋板を合わせた強度はコ
の字型鋼材の１．６倍となり、必要な剪断強度を確保で
きる。

【００３７】

【発明の効果】この発明では、角形鋼管柱の４つの側面
のうちの１つを構成する蓋板の内側に剪断補強板を設
け、蓋板側の側面の剪断強度を他の側面より所定の倍率
で強化することにより、柱の他の部分の重量や材料コス
トを増加させることなく、梁を蓋板側の柱の角に寄せて
取り付けることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】梁を取り付けた角形鋼管柱の断面を示す断面
図。

【図２】発明の１実施例の角形鋼管柱を分解して示した
斜視図。

【図３】この実施例の角形鋼管柱の断面を示した断面
図。

【図４】他の実施例における剪断補強板とダイヤフラム
の取付け方を示す図。

【図５】角形鋼管柱に梁を取り付けた場合の縦断面を示
す縦断面図。

【図６】角形鋼管柱に梁を取り付けた場合の横断面を示
す横断面図。

【符号の説明】

１コの字型鋼材２蓋板２１剪断補強板

フロントページの続き (72)発明者井英浩東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者岡本晴仁東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中村信行東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者大島正隆東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者藤原吉幸東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面がコの字型の鋼材とそれに接合され
た蓋板を有する角形鋼管柱において、蓋板の内側に蓋板
に平行に剪断補強板を備え、かつ、この剪断補強板がコ
の字型の鋼材の互いに対向する２つの側面の内側に接合
されていることを特徴とする角形鋼管柱。
【請求項２】剪断補強板と蓋板の板厚の合計値が、コ
の字型の鋼材の肉厚の１．３倍以上であることを特徴と
する請求項１の角形鋼管柱。
【請求項３】剪断補強板と蓋板について、それぞれの
板厚と降伏強度の積の合計値が、コの字型の鋼材の肉厚
と降伏強度の積の１．３倍以上であることを特徴とする
請求項１の角形鋼管柱。