钢骨构造物制造方法
【专利摘要】本发明提供一种钢骨构造物制造方法。以往，建筑钢骨柱梁接合部将方形钢管柱按照建筑物层切断而以穿通隔板方式组装，复杂且花费较多制造工时数，引起隔板外周部的劣化和变形，即使不将柱按层切断，在4面箱形钢管(4面盒)柱与隔板之间也通过电渣焊接而不得不有许多焊接量，以超大输入热能进行隔板与柱的焊接，容易发生柱的裂缝及劣化。在本发明中，不将方形钢管柱按照各层切断，而将内隔板端部与方形钢管柱以小焊接量、低输入热能进行贯通孔焊接，进而，将H形钢梁以包括贯通孔焊接部在内的多层堆积的一个焊接部焊接接合，由此解决了这些问题。
【专利说明】钢骨构造物制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在建筑钢骨构造物的板厚25mm以上、直径400以上的柱的柱梁接合部中、将把内隔板的周边端部切为直角的内隔板(以下称作平滑内隔板)与梁通过柱贯通孔用焊接直接连结的方法。
【背景技术】
[0002]在以往的技术中，在建筑钢骨构造物的柱梁接合部中，接合部如图1所示，通过在由薄钢板形成的隔板I与较短的方形钢管2之间实施焊接6而形成骰子体、将该骰子体与H形钢梁凸缘4焊接接合7、再将该骰子体与方形钢管柱5焊接接合而构成的情况较多。在该以往的技术中，如图2所示，骰子体的方形钢管2与隔板I的焊接6以及骰子体的隔板I与H形钢凸缘4的焊接7使用背垫板10通过单侧焊接来实施。在该隔板I与梁凸缘4的以往焊接方法中，进行凸缘4的接合预定端部的坡口加工后，进行背垫板10的制造及背垫板安装的点固焊接8，实施正式焊接7。此外，隔板I与方形钢管2或5的焊接也在进行方形钢管2或5的接合预定端部的坡口加工后，进行背垫板10的制造及背垫板安装的点固焊接8，实施隔板I与方形钢管2或5的正式焊接6。
[0003]在柱表面板是超过25mm的厚板的柱梁接合部中，如图4的柱横剖视图所示，经常使用通过电渣焊接将柱5A与隔板IA焊接接合的方法。在现状中，该方法是最有效率的。在柱的壁厚大约是25mm以下的情况下，在日本经常使用辊轧或压制的方形钢管，电渣焊接法通常不使用，使用二氧化碳气体电弧焊接法。
[0004]如在公开特许公报08-158476中那样，公开了一种进行内隔板与梁的接合的方法，其特征在于，在方形钢管柱上开设螺栓贯通孔，在H钢构造接头部内部安装内隔板，对该内隔板加工阴螺纹，在该阴螺纹中，通过安装在梁端部上的端板的螺栓孔而装入高强度螺栓，在端板侧拧紧螺母而将梁固定接合。
[0005]此外，公开了在柱面或角部上设置缝隙、将隔板或金属件插入到柱内的方法。
[0006]专利文献1:公开特许公报08-158476
[0007]专利文献2:公开特许公报07-229243
[0008]专利文献3:公开特许公报2002-146921
[0009]专利文献4:公开特许公报平3-228938
[0010]专利文献5:公开特许公报2007-002658
[0011]专利文献6:公开特许公报平4-289348
[0012]专利文献7:公开特许公报2005-264710
[0013]在以往的建筑钢骨柱梁接合部中，几乎都用图1所示的骰子体制造，如图1及图2所示，隔板1、方形钢管2、背垫板10、引弧板等部件较多，焊接6绕方形钢管2的周围一圈，焊接量较多。因此，有下述问题:花费零件制造成本，并且在骰子体制造后从方形钢管柱伸出的隔板容易弯折，发生所谓的伞形弯折现象，在隔板I与梁凸缘4之间容易发生看错。如果这样隔板从柱伸出，则需要将建筑物外壁制作在该隔板之外，建设上相互配合变差，并且居住空间变狭小。此外，有隔板的使用材料增加等的问题。此外，将背垫板10安装到方形钢管2的端部内周上并进行点固焊接8花费工夫和成本。此外，由于将方形钢管2与隔板I的焊接6遍及整周进行，所以焊接量较多，所以不仅焊接残余应力变大，而且如果使用背垫板IO，则在与部件4、5之间出现缺口而发生应力集中，成为使强度变弱的结果。
[0014]此外，如图2所示，以往使用弧形缺口 11，但由于存在隔板1，所以该弧形缺口加工花费工夫。即使将弧形缺口 11省略，也由于隔板I的板厚比梁凸缘4的板厚大，所以有梁凸缘4的坡口加工较困难的方面。
[0015]进而，一般而言钢材焊接热影响部有容易脆化的性质，以往，在两个焊接部接近的情况下，为了不使两焊接部带来的热影响部重叠而进一步促进脆化，通常将两焊接部远离以使该热影响部不重叠。特别是，如果两焊接部带来的焊接热影响重叠的部分露出到外面上，则在该部分中应力集中发挥作用，而有问题。如图2所示，如果柱5与隔板I的焊接部6接近于梁4与隔板I的焊接部7而在外面上产生夹在两焊接部间的共通的焊接热影响部，则有该热影响部比单一的热影响部容易脆化的现象。因为这样的现象，发生柱梁接合部的脆性破坏强度、疲劳强度及塑性变形性能下降的问题。
[0016]以往，建筑钢骨的组装在工厂中将骰子体与短尺寸梁安装而制造面板区，在该面板区上通过焊接连接柱，通常制造为建筑物的3层的量的长度，在建设现场中使带有面板区的柱直立后将短尺寸梁间用长尺寸梁通过螺栓接合连结来进行。该以往的施工方法中，带有梁的柱中，虽说梁为I米左右的短尺寸，但由于有与柱正交而向2?4方向伸出的情况，所以从工厂向现场运送的效率较差，有在建设现场中的梁彼此的使用许多螺栓的接合中花费比焊接更多的工时数和费用的问题。
[0017]另一方面，图3所示的内隔板方式的柱梁接合部需要将处于从方形钢管柱的端部远离的位置的内隔板IA在内部不能良好地看到的状态下焊接接合到方形钢管内面上，此情况下内面的焊接施工变难，并且难以使方形钢管柱5的外侧的H形钢梁凸缘与高度位置匹配，存在难以从梁凸缘向内隔板传递应力、柱梁接合部的强度容易下降的问题。当然，在该内隔板方式中，由于将该内隔板焊接到方形钢管内面上，所以需要将方形钢管在内隔板的附近切断。进而，需要该切断后的对接焊接，它们的工时数需要较多。
[0018]此外，以往采用进行由隔板和方形钢管的短管制造骰子体的小组装工序、然后在该骰子体上安装H形钢梁的中组装、和在骰子体上安装有H形钢梁的结构上安装方形钢管柱的大组装的方法。在该以往方法中，方形钢管柱需要按各层切断而焊接接合，有复杂而制造工时数花费较多的问题。
[0019]此外，在公开特许公报08-158476中，由于螺栓孔使方形钢管柱贯通，所以方形钢管的强度下降，为了将该强度下降补偿，需要使用壁厚相当大的方形钢管柱。方形钢管柱需要按各层切断而焊接接合。此外，在本方法中，需要相当大的端板。
[0020]在公开特许公报07-229243中，叙述了将内隔板通过电渣焊接法接合到4面箱型钢管柱上的方法及在柱上设置柱轴方向的缝隙而将该缝隙与内隔板在纵向上焊接的方法。它们都使用收存在钢管柱内部的内隔板，在电渣焊接法中，即使使用背垫板，也使内隔板从柱内面及背垫板较大地后退。该内隔板其端部被切为直角。在该电渣焊接中，在500?1000KJ/cm的大输入热能下进行，柱及隔板的韧性、延展性容易大幅下降，而且夹在梁凸缘与隔板间的柱钢管板受到板厚方向的焊接残余应力及来自构造的应力而容易发生层状撕裂(裂缝)，所以有问题。
[0021]在公开特许公报2002-146921中，公开了在钢管柱的4面上设置细长的四边形的缝隙、将内隔板端部与缝隙焊接而一体化、形成截面为T字形的焊接部的方法。在此情况下，内隔板的外周部被切为直角。在此情况下，有在四边形的缝隙端部容易发生焊接缺陷的问题。此外，由于没有缝隙的截面积的指定，所以有对于来自梁的力不能确保缝隙部处的安全性的问题。此外，在柱内壁与内隔板之间没有间隙的记述，有不能稳定地得到缝隙底部的焊接融入的问题。
[0022]在公开特许公报平3-228938中，记载有在方形钢管柱的角部上设置横缝隙、使用背垫板使水平加强板的边缘端部焊接固接到横缝隙内的方法。从该构造看，如申请文件的图2所示，水平加强板不得不分割，柱内部是空洞，有不能由水平加强板充分承接住来自梁轴方向的剪切力的缺点。此外，有难以将背垫板向密闭的较长的柱内安装的问题。
[0023]在公开特许公报2007-002658中，公开了在方形钢管柱面上设置遍及整周的横缝隙即沟槽、在该沟槽的内侧即方形钢管柱内部设置内隔板的方法。该方法由于方形钢管柱与内隔板的焊接遍及整周，所以柱壁厚(板厚)和梁凸缘壁厚(板厚)越增加则沟槽的截面积越大，有焊接量飞跃性地变大的问题，有焊接效率下降的问题。由于是遍及柱的整周的焊接，所以有柱轴方向的焊接收缩，需要使切断后的柱轴间的弯曲及方向也正确。在此情况下，内隔板的外周部被切为直角。此外，由于没有缝隙的截面积的指定，所以有对于来自梁的力不能确保缝隙部处的安全性的问题。此外，在柱内壁与内隔板之间没有间隙的记述，有不能稳定地得到缝隙底部的焊接融入的问题。
[0024]在公开特许公报平4-289348中，应用的柱是方形钢管，没有设想4面盒。本申请是在方形钢管柱面上在纵向即柱轴方向上将纵缝隙每个柱面开设4个贯通孔、不使用所谓的隔板而将金属件分为4个、安装金属件的端面的突起条、将该突条部向纵缝隙中插入而与柱焊接的方法。在该方法中有以下的问题。即，
[0025](I)在单纯的纵缝隙中，缝隙的端部的焊接带有棱角，在焊接时容易发生缺陷。
[0026](2)纵缝隙的个数较多，而且需要许多小螺钉固定的孔，所以花费开孔的成本。
[0027](3)复杂的形状的金属件是分割型，对于I个柱梁接合部需要8个。因而，与隔板那样的单纯的I片板相比花费更多成本。
[0028](4)需要金属件的固定小螺钉，小螺钉安装的贯通孔相对于柱为截面缺损，对于小螺钉固定时的雨水等需要保养。
[0029](5)金属件主体为相对于梁轴方向45°的斜材，难以得到对于梁轴方向的载荷充分的承受力。
[0030](6)有金属件、小螺钉、许多的开孔等，零件数较多，形状复杂，难以组装，成本比隔板方式高。对于超过25_的柱壁厚难以使用。
[0031]在公开特许公报2005-264710中，应用的柱是方形钢管，没有设想4面盒。公开了在方形钢管柱面上部分地设置柱贯通的横缝隙即沟槽、在该沟槽的内侧即方形钢管柱内部设置内隔板的方法。该方法虽然方形钢管柱与内隔板的焊接为部分性的，但沟槽的截面积成为应焊接的对象，柱壁厚(板厚)与梁凸缘壁厚(板厚)越增加则越大，有焊接量飞跃性地变大的问题，有焊接效率下降的问题。
【发明内容】
[0032]本发明的目的是不将柱按各层切断，而防止大径柱的板厚25mm以上的建筑钢骨构造物的柱梁接合部的柱与内隔板的大输入热能焊接带来的脆化，防止由内隔板与梁凸缘的焊接造成的柱的层状撕裂，并且使柱与内隔板的焊接坡口加工单纯化、降低焊接量而提高焊接效率，使柱的制造成本降低，将弧形缺口加工及背垫板省略而使梁端的焊接省力化，并且将应力集中缓和，进而提高该接头部的强度及塑性变形性能。
[0033]对这样的各课题进行了各种研究，结果，在公开特许公报2007-002658中也公开了在图1及图2所示那样的由部件I和2构成的骰子体中、去除隔板的从柱的伸出、设置例如图4所示那样的柱贯通的沟槽而将内隔板与该沟槽焊接的方法。但是，这样对于厚板的柱和内隔板需要较大的焊接部。所以，本发明人发现了下述内容:不进行方形钢管柱的按照层的切断，在相当于梁位置的柱面上开设比梁凸缘横截面形状稍大、使长度短到柱径的4/5以下的贯通孔，将内隔板，使柱5与隔板I的焊接部6为贯通孔焊接，将梁4包括该贯通孔焊接部进行焊接接合，只要如此就解决了各课题。但是，由于在封闭的方形钢管柱内不能插入内隔板，所以在由4片钢板通过焊接组装而制造的4面盒柱中，为在焊接组装前将内隔板固定放置到部分的长度的横向贯通孔位置上、将4面的钢板组装后将柱进行柱轴方向的纵接缝焊接、然后将内隔板与钢管柱贯通孔焊接的次序。
[0034]本发明的内隔板的定义将在贯通孔以外的场所中隔板的外形的角的4角比柱内径小的隔板称作内隔板。
[0035]所以，在有关技术方案I的发明中，在将建筑钢骨构造物的截面为四边形的4面箱形钢管(称为4面盒)柱焊接组装的情况下，由以下的构成要素构成。发明的第I结构是，在该4面箱形钢管柱的至少梁凸缘安装位置的柱面的板厚25mm以上的钢板即表面板上，在将截面为四边形的4面箱形钢管柱组装之前，在水平方向上设置柱径的4/5以下的长度、梁凸缘宽度以上的长度的圆形、椭圆形或哑铃形状的贯通孔。设为柱面的板厚25mm以上是因为，在其以下的板厚中能够用通常的二氧化碳气体电弧焊接法容易地焊接，将贯通孔端部的外面形状做成图6所示的端部为圆弧的长孔或图7所示的哑铃状是因为，使其端部的焊接融入变得容易，并且在开设贯通孔时将两端用锥开孔后容易通过气体切断等将端部锥孔连结切断。特别是因为，如果将贯通孔端部用圆弧做成更大的锥孔，则容易将两个锥孔连结并切断。做成贯通孔是为了使隔板和钢管柱遍及柱表面板的整个厚度从柱的外面焊接接合，是为了不易作用柱表面板的板厚方向的力而防止柱的层状撕裂。将横向贯通孔长度设为柱径的4/5以下的长度是因为，如果为其以上的长度，则在贯通孔的柱的径向的端部上，在柱纵接头上带有背垫板，与贯通孔干涉，进而是因为焊接量也增大，效果减小。此外，使贯通孔长度为梁凸缘宽度以上的长度且为贯通孔短径宽度以上是为了确保梁凸缘截面积而将梁的应力可靠地向内隔板传递。发明的第2结构是，串行于梁轴的方向的隔板与柱凸缘侧面的焊接部纵截面积的和为串行的方向的梁凸缘的横截面积的和的V 3(= 1.7321)倍以上。这是因为梁凸缘受到的轴向载荷经由内隔板作为剪切力作用在内隔板和柱侧面的焊接部上，所以为了作为承受力而100%承接住凸缘受到的轴向载荷而需要。发明的第3结构是，使接近的内隔板的外周端部变平滑，在将该4面箱形钢管柱由4片钢板焊接组装之前，使用作为隔板的定位用止动件安装在柱内面上的柱纵接头用背垫板端部，使隔板的定位变得容易。由于内隔板外周端部较平滑，所以难以相对于贯通孔定位，所以利用该4面箱形钢管柱纵接头的背垫板的端部位置进行定位。发明的第4结构是，在柱内面与隔板端面之间开设0.5mm~4_的间隙，使贯通孔与隔板的焊接的根部的融入变得容易。如果有该间隙，则焊接根部的热容量变小，焊接根部的融入变得容易。如果没有该间隙、柱内面与隔板端面紧贴，则该焊接根部的融入不再容易。此外，如果有该间隙，则作为二氧化碳气体焊接的工作气体的二氧化碳气体容易从间隙排散到背面，从存在于该间隙中的脏污产生的气体等也与二氧化碳气体一起被排出，不易发生该根部的气孔等的缺陷。这在电渣焊接中，较大的差别是，如果开设有背垫板与柱内面的间隙或背垫板与内隔板的间隙，则熔融金属从该间隙泄漏而出现缺陷。
[0036]发明的第5结构是，将该4面箱形钢管柱由4片钢板焊接组装而制造。该焊接组装是，在柱的长度方向上安装背垫板，从柱的外面用通常埋弧焊接接合。发明的第6结构是，通过从该4面箱形钢管柱的至少外面将该贯通孔与隔板端部焊接，进行比H形钢梁凸缘的板厚大的板厚的内隔板与4面盒柱的焊接。使用比H形钢梁凸缘的板厚大的板厚的内隔板是为了充分地支撑作用在梁凸缘上的载荷。发明的第7结构是，将包括该贯通孔和隔板的焊接部的方形钢管柱与H形钢梁凸缘焊接接合。在该贯通孔和隔板的焊接部上安装H形钢凸缘，焊接的堆高比梁凸缘的板厚扩大，所以来到钢管柱的母材为止。发明的第8结构是，该4面箱形钢管柱由4片钢板构成，将其组装而制造，所以至少从外部的焊接是必须的，在该柱的组装完成前，内部没有被密闭，内部的至少一部分也能够从钢管内部焊接，在隔板的向柱内部的插入时，柱与隔板的接头能够从内面焊接。
[0037]如果将本发明的结构通过与先行技术文献的比较来总结，则是以下这样的。表中的符号在与本申请构成因子不一致的情况下表述为X，关于本申请构成因子没有记载表述为Λ，与 本申请构成因子一致的情况下表述为〇。
[0038]
【权利要求】
1.一种钢骨构造物制造方法，其特征在于， 在由壁厚为25mm以上的钢板焊接组装建筑钢骨构造物的截面为四边形的4面箱形钢管柱的情况下， 不将该4面箱形钢管柱按层切断，在该4面箱形钢管柱的至少梁凸缘安装位置的柱面的钢板上，在水平方向上设置贯通孔，所述贯通孔为梁凸缘宽度以上的长度且柱径的4/5以下的长度，并且端部为圆形或哑铃形状，串行于梁轴的方向的内隔板与柱凸缘侧面的焊接部纵截面积的和为串行的方向的梁凸缘的横截面积的和的V 3倍以上； 使该内隔板的周边端部变平滑，在将该4面箱形钢管柱由4片钢板焊接组装的情况下，在柱内面与内隔板外周端面之间开设0.5mm?4_的间隙，预先在该贯通孔位置上设置该内隔板; 从该4面箱形钢管柱的至少外面将该贯通孔与内隔板焊接，并且在将比H形钢梁凸缘的板厚大的板厚的内隔板与方形钢管柱贯通孔焊接后，将包括该焊接部的方形钢管柱与H形钢梁凸缘焊接接合。
2.如权利要求1所述的钢骨构造物制造方法，其特征在于， 使内隔板的板厚比梁凸缘的板厚大，并且使贯通孔的短径宽度为梁凸缘板厚以下或在贯通孔的柱内面侧设置坡口，至少将梁凸缘安装侧的柱的内面与内隔板从内面焊接，再从柱的外面将贯通孔与内隔板焊接。
3.如权利要求1或2所述的钢骨构造物制造方法，其特征在于， 在柱与梁凸缘的焊接部的焊珠宽度较窄侧的梁端部上安装加强板，将加强板的至少梁轴方向柱侧端部与柱、以及加强板的至少梁轴方向梁中央侧端部与梁凸缘完全融入焊接。
4.如权利要求1或2所述的钢骨构造物制造方法，其特征在于， 将4面箱形钢管柱的纵焊接接头用的背垫板作为内隔板的定位止动件使用。
5.如权利要求3所述的钢骨构造物制造方法，其特征在于， 将4面箱形钢管柱的纵焊接接头用的背垫板作为内隔板的定位止动件使用。
【文档编号】E04B1/58GK103669588SQ201210336258
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2012年8月29日
【发明者】內田昌克, 岩乡俊二, 岩乡速雄 申请人:艾克利维特股份有限公司