JPH09137546A - 鋼管柱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 仕口部の構造を簡略化しながら仕口部での局
部変形の発生を小さくでき、経済性の高い鋼管柱体を提
供する。 【解決手段】 梁４と接合する仕口部３を、それの上下
に連なる柱本体部２の管厚よりも大なる管厚に構成し、
前記仕口部３の両端夫々に前記柱本体部２を完全溶込み
溶接してある鋼管柱体１であって、前記仕口部３が、円
形の内周断面を有する略筒状であり、前記仕口部３の端
部における内面側にダイアフラム５を備えた鋼管柱体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、梁と接合する仕口
部を、それの上下に連なる柱本体部の管厚よりも大なる
管厚に構成し、前記仕口部の両端夫々に前記柱本体部を
完全溶込み溶接してある鋼管柱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の鋼管柱体は、仕口部の管
厚を柱本体部の管厚よりも大きくすることで仕口部の耐
力を向上させ、梁フランジが取付く位置であってもダイ
アフラムを省略可能にするものである。ダイアフラムが
省略できれば、仕口部の切断作業およびその後のダイア
フラムと仕口部との溶接作業を不要にできる。溶接作業
が省略できれば、製作工数が削減されることは勿論、溶
接変形・残留応力が発生せず、仕口部材料の材質劣化を
招来することもない。また、その後の梁の取付作業にお
いて、成の異なる梁を何れの方向に対しても取付けるこ
とが自在であり、さらには、仕口部の外観が簡略化され
るから梁取付け後の意匠性にも優れているなど、多くの
利点が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の鋼
管柱体によれば、次のような問題があった。つまり、柱
・梁接合部の局部耐力は、仕口部の管厚と柱本体の管厚
との相互条件により決定される。従って、柱本体の管厚
が薄い場合には、仕口部の必要管厚を極度に厚くしなけ
ればならず、仕口部の部材重量が大幅に増加してしま
う。また、仕口部全体としての耐力は、例えば設計基準
値は満足しているものの、仕口部の局部変形に注目した
場合には、従来のダイアフラムを有する仕口部に対して
局部変形量が大きくなる。即ち、仕口部の環状断面が比
較的容易に変化してしまうのである。局部変形量が大き
くなると、構造物の架構全体の剛性が低下することにな
る。ただし、現在の設計手法においては、このような局
部変形による剛性低下は考慮されておらず、局部変形量
の定量的な評価方法も存在しない。しかしながら、仕口
部の局部変形は少ないほうが設計上望ましいことはいう
までもない。当該局部変形量を低減させるには例えば二
つの手法がある。一つは、単純に仕口部の部材厚を増す
方法である。しかし、この方法によれば、局部変形量を
小さくできるものの、仕口部での剪断降伏が期待できな
くなる。地震時において梁を通して仕口部に水平力が作
用した場合には、梁と柱との間に角変形が生じようとす
る。この結果、一つの梁について注目した場合、例え
ば、梁の上フランジは仕口部に対して圧縮力を作用さ
せ、下フランジは逆に引張力を作用させて、仕口部には
剪断力が作用することとなる。仕口部の管厚を増せば、
このような剪断力に対して仕口部が降伏しにくくなる。
つまり、仕口部を降伏させることによって地震のエネル
ギーを吸収し、構造物全体の靱性を向上させる、という
効果が発揮されなくなるのである。また、部材重量が増
加すればコストも上昇してしまう。もう一つの方法とし
て、厚肉化する部位の長さを梁成に対して上下方向によ
り長くとる方法がある。即ち、比較的変形し易い厚肉管
の端部を梁フランジから離間させるべく、余長域を長く
確保するのである。しかし、この方法においても全体の
重量増加を招くことに変わりはない。さらに、上記構成
にする結果、柱より大径の仕口部が構造物の床面から上
方に、あるいは、天井面から下方に突出することとなる
から、柱の化粧作業が煩雑になるばかりでなく、室内空
間をも犠牲にしてしまう。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、仕口部の構造を簡略化しながら仕口部での
局部変形の発生を小さくでき、しかも、経済性の高い鋼
管柱体を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（構成１）この目的を達成するための本発明に係る鋼管
柱体の特徴構成は、請求項１に記載したごとく、仕口部
が円形の内周断面を有する略筒状であり、前記仕口部の
端部における内面側にダイアフラムを備えて構成した点
にある。 （作用・効果）本構成の鋼管柱体によれば、仕口部に発
生する局部変形量を抑制できる。当該仕口部は、柱部分
の管厚よりも大きい管厚を有しており、しかも、前記仕
口部の内周面が円形断面であるから、仕口部として保有
耐力を十分備えた断面設計が行える。しかし、本構成の
ごとく、前記仕口部の端部の内面側にダイアフラムを挿
入すれば、前記仕口部の増厚部分を延長したのと同等の
効果を発揮できる。この場合、特に、仕口部断面の直径
が縮小しようとする変形に対抗させることができ、仕口
部の局部変形量を最小に抑えることができる。よって、
構造物の架構全体の剛性低下を有効に防止することがで
きる。また、仕口部の局部耐力は一般に圧縮側の局部座
屈により決まるため、ダイアフラムが仕口部の局部座屈
を防止することにより、合理的、経済的な仕口部の設計
が行える。

【０００６】（構成２）本発明の鋼管柱体においては、
請求項２に記載したごとく、前記柱本体部と前記仕口部
との連接部の内面にダイアフラムを備え、当該ダイアフ
ラムが、その板厚が前記柱本体部と前記仕口部とに亘る
状態に取付けられているように構成してもよい。 （作用・効果）本発明の鋼管柱体は、管厚の異なる前記
柱本体部と前記仕口部とを溶接接続して構成される。そ
して、溶接を行うための溶接開先を形成する際には、前
記柱本体部と前記仕口部との間に裏当金を設ける必要が
ある。前記柱本体部と前記仕口部との溶接部に前記ダイ
アフラムを設ける構成とすれば、前記裏当金を兼ねるこ
とができて、前記鋼管柱体の製作効率を向上させること
ができる。

【０００７】（構成３）本発明の鋼管柱体においては、
請求項３に記載したごとく、前記ダイアフラムの外周側
端面に、当該周方向に沿う凹曲面状の溝部を形成しても
よい。 （作用・効果）本実施形態の場合、前記柱本体と前記仕
口部との溶接部には、前記柱本体と前記仕口部と前記ダ
イアフラムとからなる溶接用の開先を形成する。この場
合、前記開先の底面部となる前記ダイアフラムの外周端
面に凹曲面状の溝部を形成すると、初層溶接における溶
込み性状が良好となるから溶接欠陥の発生を防止でき
る。さらに、このような底部形状を有しながら開先を狭
く形成すると、溶接量が低減されるから、前記鋼管柱体
の製作効率を向上させることができる。

【０００８】（構成４）本発明の鋼管柱体においては、
請求項４に記載したごとく、前記ダイアフラムが環状で
あってもよい。 （作用・効果）前述のごとく、仕口部断面の縮径変形を
阻止できるものであれば、ダイアフラムは何れの形状を
有していてもよい。当該ダイアフラムは、従来のダイア
フラムのごとく、一方の梁フランジから作用する水平力
を他方の梁フランジに伝達するという意味合いは少な
い。このため、ダイアフラムの形状が環状であっても、
縮径変形にさえ耐えうるものであれば何ら問題はなく、
むしろ以下の効果を発揮する。即ち、前記ダイアフラム
が裏当金として使用され、当該ダイアフラムの周囲が溶
接された場合でも、その形状が環状であれば、円盤状の
ものに比べて溶接部の拘束度は小さくなる。よって、溶
接部に割れ等の欠陥が発生する機会を低減できる。さら
に、前記鋼管柱体の軽量化に貢献できるうえ、鋼管柱体
内部にコンクリートを充填する場合にあっては、その打
設作業が容易となる。

【０００９】（構成５）前記構成４に記載した環状のダ
イアフラムにあっては、請求項５に記載したごとく、前
記ダイアフラムを含む平面に垂直な平面であって、前記
ダイアフラムの中心を通る平面による前記ダイアフラム
の断面が矩形状平面で構成され、前記断面を構成する辺
のうち、前記仕口部の軸芯方向に沿った最大厚さを、前
記ダイアフラムの径方向に沿った最大幅よりも長く形成
することができる。 （作用・効果）つまり、環状のダイアフラムの一箇所を
切断した断面を、前記鋼管柱体の軸芯方向に長く形成し
てある。これにより、当該ダイアフラムは、前記仕口部
の縮径変形に抵抗する際、面外に変形しにくくなる。よ
って、仕口部の局部変形および局部座屈を有効に阻止す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１１】図１に示すごとく、本発明の鋼管柱体１
は、主に、柱本体部である丸形鋼管柱２（以下、単に
「丸形柱２」という）と、当該丸形柱２の管厚よりも厚
い管厚を有する仕口部３とを完全溶込み溶接により接合
して構成される。尚、完全溶込み溶接とは、一般に、二
つの部材を溶接接合する際に、何れか一方の部材断面の
全てが溶接されるものをいう。前記丸形柱２を用いる場
合の主な利点は、環状の断面形状が、前記丸形柱２に作
用する梁４からの圧縮・引張力に対して有利であり、前
記丸形柱２の何れの方向に対しても曲げ特性が一定であ
るうえ、意匠上において優れた効果を発揮する等の点に
ある。前記丸形柱２を用いる場合には、前記仕口部３の
形状も同様な筒状に構成するのが望ましい。本構成であ
れば、下階から上階までの柱性状を均一化し、前記丸形
柱２と前記仕口部３との接合作業を容易にし、意匠性を
さらに向上させることができるうえ、前記仕口部３自体
の耐力も向上するからである。

【００１２】従来においては、前述のごとく、前記仕口
部３の管厚を前記丸形柱２の管厚よりも大きく設定し、
その代わり、前記仕口部３にはダイアフラム５を一切備
えない構成としていた。しかし、前記仕口部３の局部変
形および局部座屈に注目した場合、前記ダイアフラム５
を有する仕口部３に対して局部変形量は大きくなり、局
部座屈が発生し易くなる。例えば、図２に示すごとく、
前記仕口部３に両方向から梁４が取りついている場合で
あって、前記梁４に水平力Ｐが作用して鉄骨架構の上層
階が左側に相間変位した場合を想定する。双方の梁４の
成、すなわち上下の梁フランジＦ間隔は同一とする。前
記仕口部３には、上フランジＦ１位置においては左側に
圧縮力Ｐ１、右側に引張力Ｐ２が作用する。一方、下フ
ランジＦ２位置においては左側に引張力Ｐ２、右側に圧
縮力Ｐ１が作用する。この場合、仕口部３の断面は、例
えば、前記上フランジＦ１の位置では図３のごとく比較
的容易に変形してしまう。局部変形量が大きくなると、
構造物の架構全体の剛性が低下する。ただし、現在の設
計手法においては、このような局部変形による剛性低下
は考慮されておらず、局部変形量の定量的な評価方法も
存在しない。しかしながら、仕口部３の局部変形は少な
いほうが設計上望ましい。

【００１３】そこで、図１に示すごとく、本発明の鋼管
柱体１においては、前記局部変形量を小さくし、かつ、
局部座屈を防止すべく、前記仕口部３の端部内面側に内
部にダイアフラム５を設けて構成する。この場合、当該
ダイアフラム５を、前記仕口部３の上下の両端部に設け
るとより効果的である。従来例のように、増厚管を用い
る代わりに前記ダイアフラム５を省略して仕口部３を構
成した場合、前記梁４からの水平力が前記仕口部３の上
下側端部に近付いて作用するほど局部変形量は大きくな
る。例えば、前記仕口部３の中央近傍に水平力が作用す
る場合には、この水平力に対して上下両側の増厚管部分
が抵抗するから局部変形量はそれほど大きくない。一
方、前記仕口部３の上下側端部では、局部変形の発生を
阻止する等の目的で余長部Ｌｐを設けてはいるものの、
前記中央部と同等の抵抗力は発揮できない。即ち、前記
仕口部３で生じる局部変形量は、仕口部端部でのものが
支配的であるとも解釈できる。よって、前記ダイアフラ
ム５を、前記仕口部３の上下の両端部にのみ設けて構成
しても、前記仕口部３での局部変形量を有効に低減で
き、局部座屈も防止できる。これは、前記余長部Ｌｐを
前記仕口部３の上下方向に延長したのと同等の効果を発
揮するからである。この結果、前記余長部Ｌｐをむしろ
短く構成することも可能となるから、従来煩雑であった
柱の化粧作業が容易となる。さらに、前記余長部Ｌｐの
短縮化のみならず、前記仕口部３の管厚をも薄くできる
可能性が生じることとなって、仕口部３の軽量化も期待
できる。

【００１４】本発明に係る仕口部の構成であれば、前記
ダイアフラム５の取付けについても、その取付作業が容
易になる。つまり、当初より前記丸形柱と前記仕口部３
とは溶接によって接続される構成であり、溶接前の状態
においては、前記仕口部３の端部は開口しているからで
ある。前記ダイアフラム５の取付方法としては種々の形
態が考えられる。本発明の場合には、前記仕口部３の圧
縮変形の低減および局部座屈の防止が目的であるから、
従来のように必ずしも完全溶込み溶接によって取付ける
必要はない。例えば、部分溶込み溶接のみ、あるいは、
隅肉溶接のみで取付けることもできる。これらの溶接は
前記ダイアフラム５の全周に亘ってもよいし、散点状に
行ってもよい。また、この他、嵌合による取付け、ある
いは、ロウ付けによる取付け、充填固化剤・接着剤を用
いた取付け等によっても可能である。要するに、前記ダ
イアフラム５が前記仕口部３内において位置固定できる
ものであれば何れの方法であってもよい。さらに、前記
丸形柱２と前記仕口部３との溶接部に前記ダイアフラム
５を取付ける構成にすれば、当該溶接部の裏当金として
兼用することができる。本構成によれば、前記ダイアフ
ラム５を取付けるための溶接作業等を別途特別に行う必
要がない。

【００１５】前記ダイアフラム５の形状についても特に
限定されるものではなく、前記仕口部端部における断面
の縮径変形を阻止できるものであれば、円盤状・環状を
問わず何れの構成であってもよい。ただし、環状であれ
ば、前記ダイアフラム５の全周に亘って溶接した場合
に、溶接部の収縮に対する前記ダイアフラム５の拘束
が、円盤状のダイアフラムの場合に比べて弱くなる。よ
って、溶接割れ等の欠陥発生を低減できる。後に、前記
仕口部３内部にコンクリートを充填する場合には、その
打設作業も容易になる。さらに、環状のダイアフラム５
を用いる場合、その断面を、例えば縦長の略矩形状に形
成することで、局部変形を低減化する効果が高まる。即
ち、図４に示すごとく、前記仕口部３の軸芯方向に沿っ
た最大厚さｔを、前記ダイアフラム５の径方向に沿った
最大幅ｈよりも長く形成する。これにより、当該ダイア
フラム５が、前記仕口部３の縮径変形に抵抗する際、面
外に変形しにくくなる。

【００１６】前記ダイアフラム５の取付方法あるいは形
状については、例えば、以下の実施形態が考えられる。

【００１７】〔第１実施形態〕先ず、図５に示すごと
く、前記ダイアフラム５を嵌合により取付ける。この場
合、前記仕口部３の端部内周面には、例えば、当該仕口
部３の中心側に窄んだ円錐状の第１嵌合面６を形成して
おく。一方、前記ダイアフラム５の外縁部にも、前記第
１嵌合面６と嵌合自在な第２嵌合面７を形成する。当該
ダイアフラム５は、前記仕口部３の開口から挿入すると
共に、前記第１嵌合面６に前記第２嵌合面７を内嵌させ
る状態に取付ける。ただし、前記ダイアフラム５が前記
仕口部３に対して位置ずれしないように、例えば、前記
ダイアフラム５と前記仕口部３の内面とに亘る隅肉接を
数カ所に施す。これにより、前記ダイアフラム５を前記
仕口部３にガタなく簡単に取付けることができ、前記仕
口部３の局部変形を変形初期の段階から確実に低減する
ことができ、かつ、局部耐力の向上を図ることができ
る。この後、当該仕口部３と前記丸形柱２とを溶接接合
して鋼管柱体を構成する。当該ダイアフラム５は、従来
のものと同様に円盤状であれば局部変形を確実に阻止で
きる。しかし、そもそも増厚管からなる当該仕口部３は
所定の耐力性能は有する。よって、局部変形阻止のみを
目的とするなら環状のダイアフラム５を用いても十分な
効果が得られる。なお、前記仕口部３は、例えば、遠心
鋳造により形成されるから、内周面に前記第２嵌合面７
を形成することは容易である。

【００１８】〔第２実施形態〕前記実施形態では、前記
ダイアフラム５と前記仕口部３の内周面とが嵌合する構
成であるから、両者は常に略一体化されていた。しかし
ながら、前記仕口部３の局部変形量を所定の範囲内に抑
え得る構成であれば、前記ダイアフラム５と前記仕口部
３とが常に当接している必要はない。例えば、図６に示
すごとく、前記ダイアフラム５を挟込むストッパ８を前
記仕口部３内に設ける。当該ストッパ８は、ブロック状
のものを前記仕口部３内周面に点在させたもの、あるい
は、前記仕口部３内周面の全周に亘る環状のもの等、前
記ダイアフラム５を前記仕口部３の軸芯方向において係
止できるものであれば何れの構成であってもよい。前記
仕口部３の内周面および前記ダイアフラム５の外周面
は、例えば、単なる円筒面状に構成しておけばよい。前
記ダイアフラム５は、環状、円盤状の何れの形状であっ
てもよい。本構成によれば、前記仕口部３に局部変形が
生じ始めた直後、前記ダイアフラム５と前記仕口部３の
内周面とが当接するから、前記仕口部３に生じる局部変
形量を一定の範囲内に抑え、局部耐力も向上させること
ができる。

【００１９】〔第３実施形態〕図７には、前記ダイアフ
ラム５を、前記仕口部３と前記丸形柱との溶接部に対し
て裏当金を兼ねて用い、前記ダイアフラム５の外周端面
に凹曲面状の溝部９を形成する実施形態を示す。前記丸
形柱２と前記仕口部３との溶接量を低減させるために、
溶接開先を狭開先に形成する場合がある。即ち、両者の
突合わせ面を平行に近付け、その間隔を狭く形成するの
である。通常の場合であれば、前記丸形柱２と前記仕口
部３と前記ダイアフラム５とで形成される開先は、略矩
形状の底部を有する溝として形成される。しかし、この
ような形状の開先を溶接する場合、特に、初層の溶接に
おいて開先底部の隅部に溶接不良が発生し易い。これを
回避するためには、開先底部を凹曲面状に形成するとよ
い。本構成においては、前記凹曲面を形成するのに、前
記仕口部３および前記丸形柱２に係る開先に曲面を形成
するのではなく、図８に示すごとく、前記ダイアフラム
５の外周端面に形成する。よって、前記仕口部３の開先
面および前記丸形柱２の開先面は単に平面に形成すれば
よく、溶接に係る作業効率を向上させることができる。

【００２０】〔その他の実施形態〕 〈１〉 前記ダイアフラム５の形状は上記実施形態の構
成に限られるものではなく、例えば、前記ダイアフラム
５が円盤状の場合、当該円盤の直径長さと略等しい長さ
のリブを十字状に組み、これを前記円盤の片面あるいは
両面に配して前記円盤の面外変形を防止するもの等が考
えられる。また、前記ダイアフラム５が環状の場合に
は、その断面形状が円形であるもの、あるいは十字形で
あるもの等各種の形状のものが考えられる。要するに、
前記ダイアフラム５の形状は、前記仕口部３の縮径変形
を有効に阻止できるものであれば何れの構成であっても
よい。 〈２〉 図１においては、前記仕口部３の外周面を略円
筒状に記したが、当該外周面は、例えば、図９に示すご
とく、八角柱状等の多角形断面を有する構成でもよい。
本構成であれば、梁４の取付面が平面となるから前記梁
４の取付作業が容易になる。そして、ＦＥＭ解析によれ
ば、当該別実施形態の仕口部３は、この断面内に包含さ
れるような略円筒断面を有する仕口部と同様の挙動を示
すことが確認できている。

【００２１】尚、特許請求の範囲の項に、図面との対照
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼管柱体に係る仕口部の説明図

【図２】本発明に係る仕口部の局部変形を示す縦断面図

【図３】本発明に係る仕口部の局部変形を示す横断面図

【図４】本発明に係る仕口部の内部構造の詳細を示す縦
断面図

【図５】第１実施形態に係るダイアフラムの取付状況を
示す縦断面図

【図６】第２実施形態に係るダイアフラムの取付状況を
示す縦断面図

【図７】第３実施形態に係るダイアフラムの取付状況を
示す縦断面図

【図８】第３実施形態に係るダイアフラムの形状を示す
縦断面図

【図９】その他の実施形態に係る仕口部の横断面図

【符号の説明】

１ 鋼管柱体 ２ 柱本体部（丸形柱） ３ 仕口部 ４ 梁 ５ ダイアフラム ９ 溝部 ｔ ダイアフラムの最大厚さ ｈ ダイアフラムの最大幅

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 梁（４）と接合する仕口部（３）を、そ
   れの上下に連なる柱本体部（２）の管厚よりも大なる管
   厚に構成し、前記仕口部（３）の両端夫々に前記柱本体
   部（２）を完全溶込み溶接してある鋼管柱体（１）であ
   って、 前記仕口部（３）が、円形の内周断面を有する略筒状で
   あり、前記仕口部（３）の端部における内面側にダイア
   フラム（５）を備えた鋼管柱体。
2. 【請求項２】 前記柱本体部（２）と前記仕口部（３）
   との連接部の内面に前記ダイアフラム（５）を備え、当
   該ダイアフラム（５）が、その板厚が前記柱本体部
   （２）と前記仕口部（３）とに亘る状態に取付けられて
   いる請求項１に記載の鋼管柱体。
3. 【請求項３】 前記ダイアフラム（５）の外周側端面
   に、当該周方向に沿う凹曲面状の溝部（９）が形成して
   ある請求項２に記載の鋼管柱体。
4. 【請求項４】 前記ダイアフラム（５）が環状である請
   求項１から３の何れかに記載の鋼管柱体。
5. 【請求項５】 前記ダイアフラム（５）を含む平面に垂
   直な平面であって、前記ダイアフラム（５）の中心を通
   る平面による前記ダイアフラム（５）の断面が矩形状平
   面で構成され、前記断面を構成する辺のうち、前記仕口
   部（３）の軸芯方向に沿った最大厚さ（ｔ）を、前記ダ
   イアフラム（５）の径方向に沿った最大幅（ｈ）よりも
   長く形成する請求項４に記載の鋼管柱体。