JPH09217420A - 角形鋼管柱とｈ形鋼梁との接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合強度を高めることができるとともに、開
先加工を容易に行なうことができる、角形鋼管柱とＨ形
鋼梁との接合構造を提供すること。 【解決手段】 角形鋼管柱１に設けたダイヤフラム２，
３に、張出部２１，３１から外方へ延びる延長部２２，
３２を一体的に形成するとともに、延長部２２，３２の
先端を加工して開先部２３，３３を形成し、Ｈ形鋼梁の
フランジ端部と溶接するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビル等の鉄骨構造
物における角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合構
造には、例えば図１１に示すようなものがあった。すな
わち、角形鋼管柱１０１に上下一対のダイヤフラム１０
２が設けられている。ダイヤフラム１０２は角形鋼管柱
１０１の周囲に約２５mm程度張り出した張出部１０３を
有する正方形の鋼板であって、このダイヤフラム１０２
と角形鋼管柱１０１とは、角形鋼管柱１０１を切断して
ダイヤフラム１０２を介装し、角形鋼管柱１０１の切断
面とダイヤフラム１０２の上下両面とを溶接して一体化
されている。また、上下のダイヤフラム１０２間の角形
鋼管柱１０１の側面にはリブ板１０４が溶接されてい
る。

【０００３】また、Ｈ形鋼梁１０５においては、上下の
フランジ１０６の端部を斜めに切削加工して先端に向か
って細くなった開先部１０７が形成されるとともに、こ
の開先部１０７近傍のウェブ１０８の上下隅部を扇形に
切り欠いてスカラップ１０９が形成されている。

【０００４】そして、工事現場において角形鋼管柱１０
１とＨ形鋼梁１０５とを接合する際には、ボルト１１０
によりリブ板１０４とウェブ１０８とを接合したのち、
張出部１０３と開先部１０７との突き合わせ部分の下方
に裏当金１１１をセットし、張出部１０３と開先部１０
７との間に形成されたレ形開先を溶接で埋めて、上下の
ダイヤフラム１０２と上下のフランジ１０６とをそれぞ
れ接合している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ダイヤフラム１０２と
Ｈ形鋼梁１０５のフランジ１０６との接合部分は、溶接
熱による金属劣化や、スカラップ１０９等の形状変化部
への応力集中により、他の部分よりも破壊しやすくなっ
ている。

【０００６】ところが、前記した従来の角形鋼管柱とＨ
形鋼梁との接合構造では、ダイヤフラム１０２とフラン
ジ１０６との接合部分が角形鋼管柱１０１に接近した位
置にあって、引張力やせん断力及び曲げモーメント等の
大きな力が加わるために、例えば大きな地震の際など
に、前記接合部分が破壊する虞があった。

【０００７】特に、Ｈ形鋼梁１０５にスカラップ１０９
を形成する際に、ウェブ１０８とフランジ１０６との間
のアールの付いた部分（以下「アール部」という）まで
が削り取られていて、Ｈ形鋼梁１０５の断面積が図１１
に矢印ａで示したスカラップ１０９の端部で急に変化し
ているので、矢印ａで示した位置のフランジ１０６に応
力が集中して、この部分の亀裂や破断を招く危険性が高
かった。

【０００８】また、ダイヤフラム１０２の張出部１０３
には充分な幅がないので、ここを開先加工するのは困難
であり、さらに、溶接の際に開先部の先端面に沿う方向
で斜め上方から溶接トーチを当てる関係上、仮に張出部
１０３に開先部を形成できたとしても、今度は角形鋼管
柱１０１が邪魔になって溶接トーチを当てられないこと
になる。このような理由から従来はＨ形鋼梁１０５のフ
ランジ１０６に開先部１０７を設けていたのであるが、
Ｈ形鋼梁１０５は長くて重いために容易に移動すること
ができず、そのため開先加工の作業が困難なものとなっ
ていた。

【０００９】本発明は以上のような問題に鑑みてなされ
たものであって、接合強度を高めることができるととも
に、開先加工も容易に行なえる、角形鋼管柱とＨ形鋼梁
との接合構造の提供を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、角形鋼管柱の側面とＨ形鋼梁の端部とを
接合する接合構造であって、角形鋼管柱に、この角形鋼
管柱の周囲に水平に張り出した張出部を有する上下一対
のダイヤフラムと、上下のダイヤフラム間の角形鋼管柱
の側面に垂直に設けられたリブ板とを備え、このリブ板
とＨ形鋼梁のウェブとをボルト接合するとともに、突き
合わされた上下のダイヤフラムとＨ形鋼梁の上下のフラ
ンジとをそれぞれ溶接するものにおいて、前記ダイヤフ
ラムの張出部に外方へ延びる延長部を一体に形成すると
ともに、この延長部の先端を開先加工して、突き合わさ
れた前記Ｈ形鋼梁のフランジ端部と溶接するようにした
ものである。

【００１１】また、前記の構成において、リブ板外端の
上下隅部を加工して上下のダイヤフラムの延長部に臨む
Ｋ形開先を形成するとともに、ほぼＫ形開先から角形鋼
管柱までのリブ板の上下辺を上下のダイヤフラムに溶接
し、Ｈ形鋼梁の接合にあたりＫ形開先を溶接で埋めるよ
うにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１〜図５は実施の形態１を示してい
る。図１に示すように、角形鋼管柱１は鋼板を加工して
なる上下一対のダイヤフラム２，３を備えている。上側
のダイヤフラム２には、角形鋼管柱１の周囲に約２５mm
程度張り出した張出部２１と、張出部２１からさらに約
１８０mm程度外方へ延びる延長部２２とが一体に形成さ
れている。延長部２２は、角形鋼管柱１の各側面に対応
して、延びる向きが９０°ずつ異なるものが４つ形成さ
れている。また、下側のダイヤフラム３にも同様に張出
部３１と延長部３２とが形成されている。

【００１３】各延長部２２，３２の先端部分は後述する
Ｈ形鋼梁のフランジとほぼ同じ幅に形成されるととも
に、延長部２２，３２の基部にはアール２２ａ，３２ａ
が付けられていて、張出部２１，３１との間が滑らかに
つながっている。また、延長部２２，３２の先端部分を
斜めに切削加工して、先端に向かって細くなった開先部
２３，３３が、それぞれ形成されている。

【００１４】なお、ダイヤフラム２，３は、Ｈ形鋼梁の
フランジの厚みが異なる場合にも対応できるように、充
分な厚みを有している。そして、延長部２２の先端縁に
沿った部分を下方から削り取って切欠部２４が形成され
るとともに、延長部３２の先端縁に沿った部分を上方か
ら削り取って切欠部３４が形成されており、これによ
り、延長部２２，３２の先端部分の厚みが、接合される
Ｈ形鋼梁のフランジの厚みに合わせられている。

【００１５】また、ダイヤフラム２の各延長部２２とダ
イヤフラム３の各延長部３２との間に、角形鋼管柱１の
各側面及びダイヤフラム２，３に垂直なリブ板４がそれ
ぞれ設けられている。各リブ板４には、その外端の上下
隅部を扇形に切り欠いたスカラップ４１，４２と、Ｈ形
鋼梁の接合時に用いるボルト孔４３とが、それぞれ形成
されている。

【００１６】なお、以上の各構成要素は工場において以
下のようにして接合されている。すなわち、角形鋼管柱
１を２ヵ所で切断し、予め開先部２３，３３及び切欠部
２４，３４等を形成したダイヤフラム２，３を切断箇所
に介装して、角形鋼管柱１の切断面とダイヤフラム２，
３の上下両面とをそれぞれ溶接する。

【００１７】また、予めスカラップ４１，４２及びボル
ト孔４３を形成したリブ板４をダイヤフラム２とダイヤ
フラム３との間に挿入し、リブ板４の一側辺を角形鋼管
柱１の側面に溶接するとともに、リブ板４の上下辺を上
下のダイヤフラム２，３に、それぞれ溶接する。なお、
この際、スカラップ４１，４２の端部から約１５mm程度
の距離（図４に符号イで示す）を非溶接とし、この非溶
接部分を除いた角形鋼管柱１までのリブ板４の上下辺を
ダイヤフラム２，３に溶接（図４に符号ロで示す）す
る。

【００１８】次いで、図２〜図５に基づき、工事現場に
おける角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合について説明す
る。符号５は、上下のフランジ５１，５２と、これらの
フランジ５１，５２を連結するウェブ５３とを備えたＨ
形鋼梁を示している。なお、このＨ形鋼梁５としては、
予め工場において所定の長さに切断するとともに、ウェ
ブ５３の端部近傍に角形鋼管柱１との接合時に用いるボ
ルト孔（不図示）を形成したものを用いる。

【００１９】接合に際しては、図２に示すように、先ず
スプライスプレート６とボルト７及びナットとを用い
て、角形鋼管柱１側のリブ板４とＨ形鋼梁５のウェブ５
３とを接合する。

【００２０】次いで、図４(a) に示すように、開先部２
３とフランジ５１との突き合わせ部分の下方に裏当金７
１をセットする。裏当金７１は図５に示すように、全体
が矩形断面の直棒状であって、その長手方向の中央部分
の一側辺にＨ形鋼梁５のフランジ５１とウェブ５３との
間のアール部５４（図４(a) 参照）を逃がすための切欠
部７１ａが形成されたものである。また、図４(b) に示
すように、開先部３３とフランジ５２との突き合わせ部
分の下方に裏当金７２をセットする。この裏当金７２は
切欠部が形成されていない、単なる直棒状のものであ
る。

【００２１】そして、突き合わされた開先部２３とフラ
ンジ５１端部との間に形成されたレ形開先を図４(a) に
二点鎖線ハで示すように溶接で埋めて、上側のダイヤフ
ラム２とフランジ５１とを接合するとともに、開先部３
３とフランジ５２との間に形成されたレ形開先を図４
(b) に二点鎖線ニで示すように溶接で埋めて、下側のダ
イヤフラム３とフランジ５２とを接合する。

【００２２】以上説明したように、この実施の形態１で
は、ダイヤフラム２，３に張出部２１，３１から外方へ
延びる延長部２２，３２を一体に形成するとともに、こ
の延長部２２，３２の先端を開先加工して、Ｈ形鋼梁５
のフランジ５１，５２端部と溶接している。したがっ
て、角形鋼管柱１に接近した位置における引張力やせん
断力及び曲げモーメント等の大きな力はダイヤフラム
２，３に直接加わることになり、溶接熱による金属劣化
や形状変化による応力集中で破壊しやすくなるダイヤフ
ラム２，３とフランジ５１，５２との接合部分には従来
ほどの大きな力が加わらないため、前記接合部分の破壊
を防止できて、角形鋼管柱１とＨ形鋼梁５との接合強度
を高めることができる。

【００２３】また、スカラップをＨ形鋼梁に形成した場
合には、前記したようにスカラップの端部における断面
積の変化が大きくなるが、この実施の形態１ではスカラ
ップ４１，４２をリブ板４に形成しているので断面積の
変化は比較的小さいうえに、リブ板４とダイヤフラム
２，３との間の溶接ロの端部と、スカラップ４１，４２
の端部とは距離イだけ離れているので、スカラップ４
１，４２の端部に臨む位置のダイヤフラム２，３への応
力集中を軽減することができ、この理由からもダイヤフ
ラム２，３とフランジ５１，５２との接合部分の破壊を
防止できる。

【００２４】さらに、延長部２２，３２の先端部分は、
溶接されるフランジ５１，５２とほぼ同じ幅に形成され
ているので、この理由からも接合部分への応力集中を軽
減でき、また、延長部２２，３２の基部に設けられたア
ール２２ａ，３２ａにより、延長部２２，３２と張出部
２１，３１との境界部分への応力集中も軽減できる。

【００２５】さらにまた、開先部２３，３３はダイヤフ
ラム２，３の延長部２２，３２の先端に形成されている
ので、開先部２３，３３の先端面に沿う方向で、斜め上
方から溶接トーチを当てて溶接する際に、角形鋼管柱１
が邪魔になることもない。

【００２６】加えて、ダイヤフラム２，３の開先加工や
リブ板４のスカラップ加工は、角形鋼管柱１と溶接され
る前の、単体のダイヤフラム２，３及びリブ板４に対し
て行なえるので、長くて重いＨ形鋼梁を加工していた従
来に比べて、加工作業が極めて容易に行なえる。

【００２７】（実施の形態２）図６〜図１０は実施の形
態２を示している。この実施の形態２ではリブ板４’外
端の上下隅部に、前記実施の形態１におけるスカラップ
４１，４２に代えて、開先部４４，４５が形成されてい
る。

【００２８】図９(a) に示すように、上側の開先部４４
は、リブ板４’外端の上隅部を両面から斜めに切削加工
して、上方に向かって細くなる略Ｖ字状断面に形成され
ている。また、図９(b) に示すように、下側の開先部４
５は、リブ板４’外端の下隅部を両面から斜めに切削加
工して、下方に向かって細くなる略逆Ｖ字状断面に形成
されている。そして、このような開先部４４，４５が形
成されたリブ板４’をダイヤフラム２，３間に挟み込む
ことにより、ダイヤフラム２の延長部２２に臨むＫ形開
先８１と、ダイヤフラム３の延長部３２に臨むＫ形開先
８２とが、それぞれ形成されている。

【００２９】なお、開先部４４，４５を除いたリブ板
４’の形状は実施の形態１におけるリブ板４と同様であ
り、角形鋼管柱１及びダイヤフラム２，３の形状や、相
互の接合のしかたも同様である。したがって、ダイヤフ
ラム２，３の延長部２２，３２には実施の形態１と同様
の切欠部２４，３４が形成されており、これらの切欠部
２４，３４によって、Ｋ形開先８１，８２のルート間隔
（開先部４４，４５の先端と延長部２２，３２との隙
間）が確保されることになっている（図９参照）。

【００３０】次いで、図７〜図１０に基づき、工事現場
における角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合について説明す
る。先ず実施の形態１と同様に、スプライスプレート６
とボルト７及びナットとを用いて、角形鋼管柱１側のリ
ブ板４とＨ形鋼梁５のウェブ５３とを接合する。

【００３１】そして、図８(a) に示すように、開先部２
３とフランジ５１との突き合わせ部分の下方に裏当金７
３をセットする。図１０に示すように、裏当金７３はリ
ブ板４’の両側面からセットできるように長手方向の中
央で２分割されるとともに、分割箇所の一方の側辺にＨ
形鋼梁５のアール部５４を逃がすための切欠部７３ａ
が、他方の側辺に後述するＫ形開先８１の溶接部分を逃
がすための切欠部７３ｂが、それぞれ形成されたもので
ある。また、図８(b) に示すように、開先部３３とフラ
ンジ５２との突き合わせ部分の下方に、実施の形態１と
同様の裏当金７２をセットする。

【００３２】そして、開先部２３とフランジ５１との間
に形成されたレ形開先を図８(a) に二点鎖線ハで示すよ
うに溶接で埋めて、上側のダイヤフラム２とフランジ５
１とを接合するとともに、開先部３３とフランジ５２と
の間に形成されたレ形開先を図８(b) に二点鎖線ニで示
すように溶接で埋めて、下側のダイヤフラム３とフラン
ジ５２とを接合する。

【００３３】さらに、Ｋ形開先８１を図８(a) 及び図９
(a) に二点鎖線ホで示すように溶接で埋めるとともに、
Ｋ形開先８２を図８(b) 及び図９(b) に二点鎖線ヘで示
すように溶接で埋める。これにより、リブ板４’の上下
辺は、その全長にわたってダイヤフラム２，３と溶接さ
れたことになる。

【００３４】前記実施の形態１においては、リブ板４に
形成されたスカラップ４１，４２が原因となって応力集
中が生じる虞があったが、この実施の形態２では、その
部分にＫ形開先８１，８２を形成するとともに、Ｈ形鋼
梁５の接合にあたってＫ形開先８１，８２を溶接で埋め
るようにしているので、スカラップに起因する応力集中
が無くなる。したがって、ダイヤフラム２，３とフラン
ジ５１，５２との接合部分の破壊がより一層防止でき
て、角形鋼管柱１とＨ形鋼梁５との接合強度をさらに高
めることができる。

【００３５】なお、以上の実施の形態１，２では角形鋼
管柱１の四方の側面の全てにＨ形鋼梁５を接合した場合
を示したが、一部の側面のみにＨ形鋼梁５を接続する場
合にも本発明が適用でき、かつ、この場合はＨ形鋼梁５
を接続する側面に対応する延長部２２，３２のみを設け
ておけばよいことは言うまでもない。

【００３６】また、角形鋼管柱１の側面から延長部２
２，３２の先端までの距離は１５０〜３００mm程度とす
るのが好ましい。因みに、前記距離が１５０mmよりも短
いと、ダイヤフラムとフランジとの接合部分に加わる力
が大きくなって、この部分が破壊する危険が生じ、３０
０mmよりも長いと、角形鋼管柱１を工場から工事現場ま
で運搬する際に、突き出した延長部２２，３２が邪魔に
なって、運搬作業に支障を来すことになる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る角形
鋼管柱とＨ形鋼梁との接合構造によれば、ダイヤフラム
の張出部に外方へ延びる延長部を一体に形成するととも
に、この延長部の先端を開先加工して、突き合わされた
前記Ｈ形鋼梁のフランジ端部と溶接するようにしたの
で、角形鋼管柱に接近した位置における引張力やせん断
力及び曲げモーメント等の大きな力はダイヤフラムに直
接加わることになり、溶接熱による金属劣化や形状変化
による応力集中で破壊しやすくなるダイヤフラムとフラ
ンジとの接合部分には従来ほどの大きな力が加わらな
い。したがって、ダイヤフラムとフランジとの接合部分
の破壊を防止できることになって、角形鋼管柱とＨ形鋼
梁との接合強度を高めることが可能となる。

【００３８】また、開先部の先端面に沿った斜め方向か
ら溶接トーチを当てて溶接する際に角形鋼管柱が邪魔に
なることがなく、しかも、開先加工は角形鋼管柱と溶接
される前の単体のダイヤフラムに対して行なえるので、
長くて重いＨ形鋼梁を加工していた従来に比べて、加工
作業が極めて容易となる。

【００３９】さらに、リブ板外端の上下隅部を加工して
上下のダイヤフラムの延長部に臨むＫ形開先を形成する
とともに、ほぼＫ形開先から角形鋼管柱までのリブ板の
上下辺を上下のダイヤフラムに溶接し、Ｈ形鋼梁の接合
にあたりＫ形開先を溶接で埋めるようにしたものでは、
リブ板外端の上下隅部にスカラップを形成した場合に生
じるスカラップに起因する応力集中を無くすことができ
て、ダイヤフラムとフランジとの接合部分の破壊をより
一層防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における、Ｈ形鋼梁が接合される
前の状態を示す角形鋼管梁の要部斜視図である。

【図２】実施の形態１における角形鋼管柱及びＨ形鋼梁
の一部を示す側面図である。

【図３】図２をＡ−Ａ線で切断して示した平面図であ
る。

【図４】図２の要部を拡大して示した側面図である。

【図５】実施の形態１における上側の裏当金を示す斜視
図である。

【図６】実施の形態２における、Ｈ形鋼梁が接合される
前の状態を示す角形鋼管梁の要部斜視図である。

【図７】実施の形態２における角形鋼管柱及びＨ形鋼梁
の一部を示す側面図である。

【図８】図７の要部を拡大して示した側面図である。

【図９】Ｋ形開先を示す図であって、図９(a) は図８
(a) におけるＢ−Ｂ線断面図、図９(b) は図８(b) にお
けるＣ−Ｃ線断面図である。

【図１０】実施の形態２における上側の裏当金を示す斜
視図である。

【図１１】従来の接合構造における角形鋼管柱及びＨ形
鋼梁の一部を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 角形鋼管柱 ２，３ ダイヤフラム ２１，３１ 張出部 ２２，３２ 延長部 ４，４’ リブ板 ４４，４５ 開先部 ５ Ｈ形鋼梁 ５１，５２ フランジ ５３ ウェブ ７ ボルト ８１，８２ Ｋ形開先

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹島 徹 和歌山県有田郡湯浅町湯浅922−１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角形鋼管柱の側面とＨ形鋼梁の端部とを
   接合する接合構造であって、角形鋼管柱に、この角形鋼
   管柱の周囲に水平に張り出した張出部を有する上下一対
   のダイヤフラムと、上下のダイヤフラム間の角形鋼管柱
   の側面に垂直に設けられたリブ板とを備え、このリブ板
   とＨ形鋼梁のウェブとをボルト接合するとともに、突き
   合わされた上下のダイヤフラムとＨ形鋼梁の上下のフラ
   ンジとをそれぞれ溶接するものにおいて、 前記ダイヤフラムの張出部に外方へ延びる延長部を一体
   に形成するとともに、この延長部の先端を開先加工し
   て、突き合わされた前記Ｈ形鋼梁のフランジ端部と溶接
   するようにしたことを特徴とする角形鋼管柱とＨ形鋼梁
   との接合構造。
2. 【請求項２】 リブ板外端の上下隅部を加工して上下の
   ダイヤフラムの延長部に臨むＫ形開先を形成するととも
   に、ほぼＫ形開先から角形鋼管柱までのリブ板の上下辺
   を上下のダイヤフラムに溶接し、Ｈ形鋼梁の接合にあた
   りＫ形開先を溶接で埋めるようにした請求項１に記載の
   角形鋼管柱とＨ形鋼梁との接合構造。