溶接箱型断面柱
【課題】箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接で内蔵させる際に、ガスシールドアーク溶接やサブマージアーク溶接などの溶接入熱の小さい溶接法を用いることができ、鋼材の材質劣化を低減することができる溶接箱型断面柱を提供する。
【解決手段】４枚のスキンプレートからなる溶接箱型断面柱の少なくとも１面において、ダイアフラム３の端面と、上下に分割された２以上のスキンプレート２の外面とにより、柱外面を構成し、柱部材の外側からのアーク溶接１２によりダイアフラム３をスキンプレート２に溶接し、溶接入熱の小さい、内側からのアーク溶接１１と外側からのアーク溶接１２により、ダイアフラム３の全辺をスキンプレートに溶接できるようにする。
【解決手段】４枚のスキンプレートからなる溶接箱型断面柱の少なくとも１面において、ダイアフラム３の端面と、上下に分割された２以上のスキンプレート２の外面とにより、柱外面を構成し、柱部材の外側からのアーク溶接１２によりダイアフラム３をスキンプレート２に溶接し、溶接入熱の小さい、内側からのアーク溶接１１と外側からのアーク溶接１２により、ダイアフラム３の全辺をスキンプレートに溶接できるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱梁架構の鉄骨柱に用いられる溶接箱型断面柱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造柱の矩形断面柱として、特に板厚の大きい断面では、４枚のスキンプレートを角溶接することにより組み立てた箱型断面部材がある。この箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接する場合、その溶接方法としては、エレクトロスラグ溶接方法が一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９３６８４号公報
【特許文献２】特開平９−３０８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
箱型断面柱内に水平に内蔵されるダイアフラムの板厚は、一般的に、接合される梁フランジの板厚よりも大きいため、スキンプレートとダイアフラムとの接合には、エレクトロスラグ溶接法のように大入熱による１パス溶接方法が用いられる。エレクトロスラグ溶接法は、１パス溶接により接合部を形成できるため、ガスシールドアーク溶接法のような多層盛り溶接法に比べて大幅な施工効率の向上が図られるという利点がある。
【０００５】
しかし、エレクトロスラグ溶接法は大入熱溶接法であるため、接合部及び接合部周辺の鋼材への熱影響は大きく、鋼材の軟化による強度低下、あるいは鋼材組織の粗粒化による靭性の低下が大きくなる。最近適用量の増加しているＴＭＣＰ鋼の場合には、熱加工制御により母材の強度・靭性を高めているため、エレクトロスラグ溶接のような大入熱溶接を施した場合に、特に母材の強靱化効果が失われる熱影響部の強度の低下が顕著化し、接合部全体の破壊に対し深刻な問題となる可能性がある。
【０００６】
一方、ガスシールドアーク溶接（ＧＭＡＷ）やサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）は、多層盛りにするなどにより入熱量の低減が可能になるが、部材を箱型に組み立ててから、その内部の溶接を行うことは困難である。従って、箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接する場合、少なくとも最後の一辺は溶接することができなかった。
【０００７】
本発明は、前述のような問題の解決を図ったものであり、箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接で内蔵させる際に、溶接入熱の小さい溶接法を用いることができ、鋼材の材質劣化を低減することができる溶接箱型断面柱を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る溶接箱型断面柱は、箱型断面の柱側板を構成するスキンプレートの内部にダイアフラムが溶接で内蔵される溶接箱型断面柱であり、ダイアヤフラムの少なくとも１つの端面が、スキンプレートの外面に位置して、上下のスキンプレートに外側からの溶接で接合されていることを特徴とする。
【０００９】
具体的には、例えば図１〜４に示すように、溶接箱型断面柱の少なくとも１面において、ダイアフラムの端面と、上下に分割された２以上のスキンプレートの外面とにより、柱外面を構成し、柱部材の外側からダイアフラムを溶接するものである。溶接入熱の小さい溶接法を用いて、ダイアフラムの全辺をスキンプレートに溶接することが可能となる。また、柱梁接合部におけるスキンプレートの板厚が大きくなると、スキンプレートの面外剛性が高くなるため、接合部の継手効率が高くなることが一般的に知られている。図４の場合、上下のダイアフラムで挟まれたスキンプレートは板厚を大きくすることができるため、接合部の継手効率を上げることが可能となる。
【００１０】
なお、ダイアフラムの端面と上下スキンプレートの外面とを一致させる場合や、ダイアフラムの端面を上下スキンプレートの外面よりも外に突出させる場合がある。
【００１１】
本発明の請求項２に係る溶接箱型断面柱は、請求項１に記載の溶接箱型断面柱において、スキンプレートとダイアフラムの溶接に、ガスシールドアーク溶接（ＧＭＡＷ)やサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）が用いられていることを特徴とする。
【００１２】
溶接入熱の小さいＧＭＡＷやＳＡＷを用いる場合であり、ダイアフラムの外側からの溶接にのみ用いることも可能であるが、ダイアフラムの外側からの溶接と内側からの溶接の両方に、この溶接入熱の小さい溶接法を用いるのが好ましい。また、これらの溶接法は、１溶接線に対して多層盛りとして溶接１回当たりの入熱量が小さくなるようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
（1）箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接で内蔵させる際に、ダイアフラムの少なくとも１つの端面を柱外面に露出させ、外側からの溶接でスキンプレートに接合するため、溶接入熱の小さいアーク溶接法を用いて、ダイアフラムの全辺をスキンプレートに溶接することが可能となり、鋼材の材質劣化を低減することができる。
（2）低コストで材質劣化のない良好な溶接箱型断面柱が得られる。
（3）ダイアフラム間のスキンプレートの板厚を大きくすることができるため、接合部の継手効率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の溶接箱型断面柱の第１実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。図２は第２実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。図３は第３実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。図４は第４実施形態を示す正面図と斜視図である。
【００１５】
図１の実施形態では、箱型断面部材の柱側板を構成する３面のスキンプレート１及び残り１面の上下に分割されたスキンプレート２と、一辺が柱外面に露出する矩形のダイアフラム３が用いられる。ダイアフラム３の外面に露出する端面が、両側のスキンプレート１の端面及び上下のスキンプレート２の外面と面が一致するように構成されている。
【００１６】
先ず、３面のスキンプレート１が角溶接１０で組み立てられ、その内部にダイアフラム３が横方向から挿入される。ダイアフラム３の外面に露出する端面と両側のスキンプレート１の端面とを揃える。３面のスキンプレート１とダイアフラム３の３辺を内側からの溶接１１で接合する。
【００１７】
次に、残る１面のスキンプレート２をダイアフラム３の上下に配置し、各スキンプレート２の両側の端面を両側のスキンプレート１に角溶接１０で接合し、ダイアフラム３の上下をそれぞれ上下のスキンプレート２に外側からの溶接１２で接合する。
【００１８】
ダイアフラムと梁フランジとの溶接部に作用する応力を低減させる為、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。
【００１９】
溶接１１及び溶接１２に用いる溶接法は、エレクトロスラグ溶接法に比べて溶接入熱の小さい、ＧＭＡＷ(ガスシールドアーク溶接)やＳＡＷ（サブマージアーク溶接）を用いるのが好ましい。さらに、１溶接線について多層盛りの溶接にすれば、溶接１回当たりの入熱量が小さくなるので、工程上は煩雑にはなるものの、材料特性劣化をより抑制することができる。
【００２０】
図２の実施形態では、対向する２面のスキンプレート１及び残り２面の上下に分割されたスキンプレート２と、対向する二辺が柱外面に露出する矩形のダイアフラム３が用いられる。ダイアフラム３の外面に露出する２つの端面が、両側のスキンプレート１の端面及び上下のスキンプレート２の外面と面が一致するように構成されている。
【００２１】
先ず、対向する２面のスキンプレート１が配置され、その内部にダイアフラム３が横方向から挿入される。ダイアフラム３の外面に露出する２つの端面と両側のスキンプレート１の端面とを揃える。２面のスキンプレート１とダイアフラム３の２辺を内側からの溶接１１で接合する。
【００２２】
次に、残る２面のスキンプレート２をダイアフラム３の上下に配置し、各スキンプレート２の両側の端面を両側のスキンプレート１に角溶接１０で接合し、ダイアフラム３の上下をそれぞれ上下のスキンプレート２に外側からの溶接１２で接合する。なお、図２は、ダイアフラム３の２辺を柱外面に露出させる場合を例示したが、３辺、４辺を露出させることもできる。
【００２３】
この場合も、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。
【００２４】
図３の実施形態では、図１の実施形態のダイアフラム３の端部に拡幅部３ａを設け、全体的な平面形状を凸状とした場合である。図１と同様の手順で製作される。なお、拡幅部３ａを２辺、３辺に設けることもできる。この場合も、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。
【００２５】
柱とＨ形断面梁が接合される場合、図４の実施形態に示すように、ダイアフラム３は、通常、Ｈ形断面梁の上下フランジの接合位置に設けられる。この場合、ダイアフラム３に外側で溶接されるスキンプレート２は３枚のスキンプレート２で構成される。この場合も、前述と同様に製作することができる。この場合も、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。なお、上下のダイアフラム３で挟まれたスキンプレート２は、板厚を厚くすることができ、梁の継手効率を上げることができる。
【００２６】
一般的に、柱のスキンプレート部分は、軸力あるいはせん断力を伝達する役割を持っている。従って、外側で溶接される面においても、ダイアフラム及び溶接部での強度が確保されているのが好ましい。そのためには、ダイアフラムとして、強度はスキンプレートの強度と同等かそれ以上の鋼材を用いる。溶接部も、強度を増す溶接方法や材質等を用いる。
【００２７】
本発明の溶接構造や溶接工法は、スキンプレートとして溶接時の熱影響による強度低下が大きい鋼材に用いる場合には特に有効である。このような鋼材の例として、例えば、引張強さが590Ｎ/ｍｍ２を超える高強度のTMCP型高張力鋼があげられる。
【００２８】
なお、本発明は以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の溶接箱型断面柱の第１実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。
【図２】本発明の溶接箱型断面柱の第２実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。
【図３】本発明の溶接箱型断面柱の第３実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。
【図４】本発明の溶接箱型断面柱の第４実施形態を示す正面図と斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…スキンプレート
２…スキンプレート
３…ダイアフラム
１０…角溶接
１１…内側からのアーク溶接
１２…外側からのアーク溶接
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱梁架構の鉄骨柱に用いられる溶接箱型断面柱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造柱の矩形断面柱として、特に板厚の大きい断面では、４枚のスキンプレートを角溶接することにより組み立てた箱型断面部材がある。この箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接する場合、その溶接方法としては、エレクトロスラグ溶接方法が一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９３６８４号公報
【特許文献２】特開平９−３０８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
箱型断面柱内に水平に内蔵されるダイアフラムの板厚は、一般的に、接合される梁フランジの板厚よりも大きいため、スキンプレートとダイアフラムとの接合には、エレクトロスラグ溶接法のように大入熱による１パス溶接方法が用いられる。エレクトロスラグ溶接法は、１パス溶接により接合部を形成できるため、ガスシールドアーク溶接法のような多層盛り溶接法に比べて大幅な施工効率の向上が図られるという利点がある。
【０００５】
しかし、エレクトロスラグ溶接法は大入熱溶接法であるため、接合部及び接合部周辺の鋼材への熱影響は大きく、鋼材の軟化による強度低下、あるいは鋼材組織の粗粒化による靭性の低下が大きくなる。最近適用量の増加しているＴＭＣＰ鋼の場合には、熱加工制御により母材の強度・靭性を高めているため、エレクトロスラグ溶接のような大入熱溶接を施した場合に、特に母材の強靱化効果が失われる熱影響部の強度の低下が顕著化し、接合部全体の破壊に対し深刻な問題となる可能性がある。
【０００６】
一方、ガスシールドアーク溶接（ＧＭＡＷ）やサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）は、多層盛りにするなどにより入熱量の低減が可能になるが、部材を箱型に組み立ててから、その内部の溶接を行うことは困難である。従って、箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接する場合、少なくとも最後の一辺は溶接することができなかった。
【０００７】
本発明は、前述のような問題の解決を図ったものであり、箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接で内蔵させる際に、溶接入熱の小さい溶接法を用いることができ、鋼材の材質劣化を低減することができる溶接箱型断面柱を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る溶接箱型断面柱は、箱型断面の柱側板を構成するスキンプレートの内部にダイアフラムが溶接で内蔵される溶接箱型断面柱であり、ダイアヤフラムの少なくとも１つの端面が、スキンプレートの外面に位置して、上下のスキンプレートに外側からの溶接で接合されていることを特徴とする。
【０００９】
具体的には、例えば図１〜４に示すように、溶接箱型断面柱の少なくとも１面において、ダイアフラムの端面と、上下に分割された２以上のスキンプレートの外面とにより、柱外面を構成し、柱部材の外側からダイアフラムを溶接するものである。溶接入熱の小さい溶接法を用いて、ダイアフラムの全辺をスキンプレートに溶接することが可能となる。また、柱梁接合部におけるスキンプレートの板厚が大きくなると、スキンプレートの面外剛性が高くなるため、接合部の継手効率が高くなることが一般的に知られている。図４の場合、上下のダイアフラムで挟まれたスキンプレートは板厚を大きくすることができるため、接合部の継手効率を上げることが可能となる。
【００１０】
なお、ダイアフラムの端面と上下スキンプレートの外面とを一致させる場合や、ダイアフラムの端面を上下スキンプレートの外面よりも外に突出させる場合がある。
【００１１】
本発明の請求項２に係る溶接箱型断面柱は、請求項１に記載の溶接箱型断面柱において、スキンプレートとダイアフラムの溶接に、ガスシールドアーク溶接（ＧＭＡＷ)やサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）が用いられていることを特徴とする。
【００１２】
溶接入熱の小さいＧＭＡＷやＳＡＷを用いる場合であり、ダイアフラムの外側からの溶接にのみ用いることも可能であるが、ダイアフラムの外側からの溶接と内側からの溶接の両方に、この溶接入熱の小さい溶接法を用いるのが好ましい。また、これらの溶接法は、１溶接線に対して多層盛りとして溶接１回当たりの入熱量が小さくなるようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
（1）箱型断面部材の内部にダイアフラムを溶接で内蔵させる際に、ダイアフラムの少なくとも１つの端面を柱外面に露出させ、外側からの溶接でスキンプレートに接合するため、溶接入熱の小さいアーク溶接法を用いて、ダイアフラムの全辺をスキンプレートに溶接することが可能となり、鋼材の材質劣化を低減することができる。
（2）低コストで材質劣化のない良好な溶接箱型断面柱が得られる。
（3）ダイアフラム間のスキンプレートの板厚を大きくすることができるため、接合部の継手効率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の溶接箱型断面柱の第１実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。図２は第２実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。図３は第３実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。図４は第４実施形態を示す正面図と斜視図である。
【００１５】
図１の実施形態では、箱型断面部材の柱側板を構成する３面のスキンプレート１及び残り１面の上下に分割されたスキンプレート２と、一辺が柱外面に露出する矩形のダイアフラム３が用いられる。ダイアフラム３の外面に露出する端面が、両側のスキンプレート１の端面及び上下のスキンプレート２の外面と面が一致するように構成されている。
【００１６】
先ず、３面のスキンプレート１が角溶接１０で組み立てられ、その内部にダイアフラム３が横方向から挿入される。ダイアフラム３の外面に露出する端面と両側のスキンプレート１の端面とを揃える。３面のスキンプレート１とダイアフラム３の３辺を内側からの溶接１１で接合する。
【００１７】
次に、残る１面のスキンプレート２をダイアフラム３の上下に配置し、各スキンプレート２の両側の端面を両側のスキンプレート１に角溶接１０で接合し、ダイアフラム３の上下をそれぞれ上下のスキンプレート２に外側からの溶接１２で接合する。
【００１８】
ダイアフラムと梁フランジとの溶接部に作用する応力を低減させる為、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。
【００１９】
溶接１１及び溶接１２に用いる溶接法は、エレクトロスラグ溶接法に比べて溶接入熱の小さい、ＧＭＡＷ(ガスシールドアーク溶接)やＳＡＷ（サブマージアーク溶接）を用いるのが好ましい。さらに、１溶接線について多層盛りの溶接にすれば、溶接１回当たりの入熱量が小さくなるので、工程上は煩雑にはなるものの、材料特性劣化をより抑制することができる。
【００２０】
図２の実施形態では、対向する２面のスキンプレート１及び残り２面の上下に分割されたスキンプレート２と、対向する二辺が柱外面に露出する矩形のダイアフラム３が用いられる。ダイアフラム３の外面に露出する２つの端面が、両側のスキンプレート１の端面及び上下のスキンプレート２の外面と面が一致するように構成されている。
【００２１】
先ず、対向する２面のスキンプレート１が配置され、その内部にダイアフラム３が横方向から挿入される。ダイアフラム３の外面に露出する２つの端面と両側のスキンプレート１の端面とを揃える。２面のスキンプレート１とダイアフラム３の２辺を内側からの溶接１１で接合する。
【００２２】
次に、残る２面のスキンプレート２をダイアフラム３の上下に配置し、各スキンプレート２の両側の端面を両側のスキンプレート１に角溶接１０で接合し、ダイアフラム３の上下をそれぞれ上下のスキンプレート２に外側からの溶接１２で接合する。なお、図２は、ダイアフラム３の２辺を柱外面に露出させる場合を例示したが、３辺、４辺を露出させることもできる。
【００２３】
この場合も、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。
【００２４】
図３の実施形態では、図１の実施形態のダイアフラム３の端部に拡幅部３ａを設け、全体的な平面形状を凸状とした場合である。図１と同様の手順で製作される。なお、拡幅部３ａを２辺、３辺に設けることもできる。この場合も、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。
【００２５】
柱とＨ形断面梁が接合される場合、図４の実施形態に示すように、ダイアフラム３は、通常、Ｈ形断面梁の上下フランジの接合位置に設けられる。この場合、ダイアフラム３に外側で溶接されるスキンプレート２は３枚のスキンプレート２で構成される。この場合も、前述と同様に製作することができる。この場合も、ダイアフラム３の端面は上下スキンプレート２の外面よりも突き出しても良い。なお、上下のダイアフラム３で挟まれたスキンプレート２は、板厚を厚くすることができ、梁の継手効率を上げることができる。
【００２６】
一般的に、柱のスキンプレート部分は、軸力あるいはせん断力を伝達する役割を持っている。従って、外側で溶接される面においても、ダイアフラム及び溶接部での強度が確保されているのが好ましい。そのためには、ダイアフラムとして、強度はスキンプレートの強度と同等かそれ以上の鋼材を用いる。溶接部も、強度を増す溶接方法や材質等を用いる。
【００２７】
本発明の溶接構造や溶接工法は、スキンプレートとして溶接時の熱影響による強度低下が大きい鋼材に用いる場合には特に有効である。このような鋼材の例として、例えば、引張強さが590Ｎ/ｍｍ２を超える高強度のTMCP型高張力鋼があげられる。
【００２８】
なお、本発明は以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の溶接箱型断面柱の第１実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。
【図２】本発明の溶接箱型断面柱の第２実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。
【図３】本発明の溶接箱型断面柱の第３実施形態を示す平面図と正面図と背面図である。
【図４】本発明の溶接箱型断面柱の第４実施形態を示す正面図と斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…スキンプレート
２…スキンプレート
３…ダイアフラム
１０…角溶接
１１…内側からのアーク溶接
１２…外側からのアーク溶接
【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱型断面の柱側板を構成するスキンプレートの内部にダイアフラムが溶接で内蔵される溶接箱型断面柱であり、ダイアフラムの少なくとも１つの端面が、スキンプレートの外面に位置して、上下のスキンプレートに外側からの溶接で接合されていることを特徴とする溶接箱型断面柱。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接箱型断面柱において、スキンプレートとダイアフラムの溶接に、ガスシールドアーク溶接またはサブマージアーク溶接が用いられていることを特徴とする溶接箱型断面柱。
【請求項１】
箱型断面の柱側板を構成するスキンプレートの内部にダイアフラムが溶接で内蔵される溶接箱型断面柱であり、ダイアフラムの少なくとも１つの端面が、スキンプレートの外面に位置して、上下のスキンプレートに外側からの溶接で接合されていることを特徴とする溶接箱型断面柱。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接箱型断面柱において、スキンプレートとダイアフラムの溶接に、ガスシールドアーク溶接またはサブマージアーク溶接が用いられていることを特徴とする溶接箱型断面柱。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８４５７５（Ｐ２００８−２８４５７５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３０６１５（Ｐ２００７−１３０６１５）
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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