特開 2021-155909 角形鋼管柱の高力ボルト締結構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-155909(P2021-155909A)

(43)【公開日】2021年10月7日

(54)【発明の名称】角形鋼管柱の高力ボルト締結構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20210910BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20210910BHJP

   E04C 3/32 20060101ALI20210910BHJP

【ＦＩ】

   E04B1/24 P

   E04B1/58 503H

   E04C3/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2020-53755(P2020-53755)

(22)【出願日】2020年3月25日

(71)【出願人】

【識別番号】506200083

【氏名又は名称】田代 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】田代 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】森山 一真

【テーマコード（参考）】

2E125

2E163

【Ｆターム（参考）】

2E125AA04

2E125AB16

2E125AC16

2E125AG03

2E125AG12

2E125BB02

2E125BB22

2E125BE02

2E125CA05

2E125CA14

2E163FA02

2E163FB07

2E163FB09

2E163FB22

2E163FB47

(57)【要約】

【課題】本発明は、鉄骨構造建築物に角形鋼管柱を用いた高力ボルト締結構造において、難易度の高い溶接技術を用いることなく、加工の簡略化が可能な工法と、施工時にナットと座金の位置の調整が、微小範囲で可能な工法を提供すること。
【解決手段】Ｈ形鋼梁端部とボルト接合を行う箇所で、該梁端面のボルト孔に合致している複数のボルト孔と溶接用の下穴を有する角形鋼菅柱にあって、複数のボルト貫通孔を設けた長方形状のプレ−トで、ナット拘束用のナット保持金具を有する添え板を、前記の角形鋼管柱の内壁面に当接し、前記角形鋼管柱に有する溶接用の下穴から前記添え板へスロット溶接を施し溶着した構造と、この構造で用いる添え板に、ナット形状より大きめに切り抜き加工を施したナット拘束プレ−ト面に、薄板を円錐台形状に加工を施したナットカバー重ね合わせて形成されたナット保持金具を有していること。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｈ形鋼梁端部とボルト接合を行う箇所で、該梁端面のボルト孔に合致している複数のボルト孔と複数の溶接用の下穴を有する角形鋼管柱にあって、複数のボルト貫通孔を有する長方形のプレ−トに、ナット拘束用のナット保持金具を設けて形成している添え板を、前記角形鋼管柱の内壁面に当接し、前記角形鋼管柱に有する溶接用の下穴から前記添え板へスロット溶接を施し溶着していることを特徴とする角形鋼管柱の高力ボルト締結構造。

【請求項2】

前記ナット保持金具にあって、前記ナット保持金具を構成している矩形状プレ−トの表面側に、座金形状より僅かに大きい寸法で、裏面側には表面側の寸法より一回り大きい寸法での傾斜断面になる、複数の座金孔を施した座金拘束プレ−トと、前記座金拘束プレ−トと外形寸法が同一の矩形状のプレ−トに、ナット形状より大きめに切り抜き加工を施した、複数のナット孔を有するナット拘束プレ−トと、薄板を円錐台形状に加工を施したナットカバーにおいて、前記座金拘束プレ−トの表面側と前記ナット拘束プレ−トを重ね合わせて合成板を形成し、前記合成板のナット拘束プレ−ト面に有するナット孔の周囲に、ナットカバーの円錐台の底辺部が当接しているナット保持金具を特徴とする請求項１記載の角形鋼管柱の高力ボルト締結構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄骨構造建築物に角形鋼管柱を用いた、特に、角形鋼管柱内部に有するナット保持金具の高力ボルト締結構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、柱材として、角形鋼管柱を用いて、梁材としてＨ形鋼を用いた両方向ラ−メン構造が多用されている。例えば、図７に示すような、両方向ラ−メンの構造を得る手段として、角形鋼管をＨ形鋼の両フランジ位置で切断し、そこにダイアフラムプレ−トを挟み込んで再接合する工法の、通しダイアフラム形式のブラケット工法が一般的に知られている。

【0003】

角形鋼管柱を分断しない工法としては、柱の外周に上下２枚のダイアフラムを溶接している、外ダイアフラム形式の特開２００４−１６９２９８号（第１公知例）が開示されている

【0004】

次に、柱内部でダイアフラムを溶接する工法の内ダイアフラム形式が、日本建築学会の鋼構造接合部設計指針として、下記のように示されている（ａ）溶接組立柱の内ダイアフラム形式、（ｂ）プレス成形角形鋼管の内ダイアフラム形式、（ｃ）パネルを分割して製作する内ダイアフラム形式が示されている。

【0005】

特開２００６−２９１６１３号（第２公知例）では、角形鋼管柱の内面側のみに一面摩擦用添板を当接して、角形鋼管柱の外面側から高力ボルトを挿入し、ネジ部を添板から突出させたナットへ螺合している構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−１６９２９８号

【特許文献2】特開２００６−２９１６１３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、通しダイアフラム形式（図７）の例においては、高い接合部剛性を得ることが可能だが、反面、柱の切断加工や溶接作業負担が大きいという問題がある。例えば、角形鋼管１を、Ｈ形鋼梁１２のせい（高さ）に合わせて角形鋼管１を切断し、その角形鋼管１の切断箇所の両端に、通しダイアフラム上部１１ａと通しダイアフラム下部１１ｂの２枚を組み合わせて、次に、接合するＨ形鋼梁１２の上下フランジ（１２ａ、１２ｂ）、ウェブ１２ｃ、さらに、通しダイアフラム上部１１ａの上部に有する上階の角形鋼管１と、通しダイアフラム下部１１ｂの下部に有する下階の角形鋼管１と、上下、四方向の各構造要素を含んでの接合になっている。従って、溶接が狭い範囲での集中作業になり、溶接入熱による影響等を考慮する必要があるため、難易度が高い接合方法である。

【0008】

第１公知例の外ダイアフラム形式においては、角形鋼管柱１の外周にダイアフラム４，５を溶接し、該ダイアフラム４，５に鉄骨梁２の端部のフランジ２ａ、２ｂを溶接している接合構造である。従って、鋼管を複数に分割する工程は不要となるが、通しダイアフラム形式と同様に、溶接作業負担が大きいのが問題である。

【0009】

日本建築学会の鋼構造接合部設計指針における内ダイアフラム形式おいて、（ａ）の溶接組立柱の場合は、プレ−トを各部品に切断加工し、その部品を箱形断面の柱形状に製作する過程で、ダイアフラムを柱内部に内蔵させながら溶接で組み立てる方法である。（ｂ）のプレス成形角形鋼管の場合は、プレス機でプレ−トをコ字状に成形した柱材内部に、分割したダイアフラムを取付けて、柱材を組み合わせて溶接で固定する方法である。（ｃ）パネルを分割し製作する場合は、角形鋼管柱を柱梁接合部パネルの中間部で切断してダイアフラムを取付け、再度、柱を溶接接合する方法である。内ダイアフラム形式での柱梁接合部の応力伝達の方法は、通しダイアフラム形式と基本的に同じで、剛性の評価は高いが、通しダイアフラム形式と同様に、溶接作業負担が大きいのが問題である。

【0010】

第２公知例においては、溶接作業の負担は少なくなる工法ではあるが、施工性に課題が残っている。例えば、図１（ｂ）に示すように、角形鋼管柱１ｂ内側の上端部に、一面摩擦用添板２を当接して、高力ボルト３を、その角形鋼管柱１ｂの外側からボルト孔１ｏ、２ｏを介して、予め設置しているナットホルダー４のナット５へ螺合・締結する方法である。しかし、ナットホルダー４に保持しているナット５と座金７の位置の移動は、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、上下、左右の方向の微小範囲の移動調整は可能だが、斜め方向は不可能である。

【0011】

本発明の解決すべき課題は、上述した従来の問題点を解決することにあり、Ｈ形鋼梁と接合する角形鋼管柱において、溶接の作業性を考慮したノンダイアフラム形式の高力ボルト締結構造を採用すると、難易度の高い溶接技術を用いることなく、加工が簡略化される。また、ボルトの頭回転法に於いて、ナットの共回りを防止処置する工法で、更に、全方向へ、ナットと座金の微小範囲の移動が出来る装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するための本発明に係る角形鋼管柱の高力ボルト締結構造は、Ｈ形鋼梁端部とボルト接合を行う箇所で、該梁端面のボルト孔に合致している複数のボルト孔と複数の溶接用の下穴を有する角形鋼管柱にあって、複数のボルト貫通孔を有する長方形のプレ−トに、ナット拘束用のナット保持金具を設けて形成している添え板を、前記角形鋼管柱の内壁面に当接し、前記角形鋼管柱に有する溶接用の下穴から前記添え板へスロット溶接を施し溶着していることを特徴としている。
上記において、ナット保持金具にあって、前記ナット保持金具を構成している矩形状プレ−トの表面側に、座金形状より僅かに大きい寸法で、裏面側には表面側の寸法より一回り大きい寸法での傾斜断面になる、複数の座金孔を施した座金拘束プレ−トと、前記座金拘束プレ−トと外形寸法が同一の矩形状プレ−トに、ナット形状より大きめに切り抜き加工を施した、複数のナット孔を有するナット拘束プレ−トと、薄板を円錐台形状に加工を施したナットカバーにおいて、前記座金拘束プレ−トの表面側と前記ナット拘束プレ−トを重ね合わせて合成板を形成し、前記合成板のナット拘束プレ−ト面に有するナット孔の周囲に、ナットカバーの円錐台の底辺部が当接しているナット保持金具を特徴としている。

【発明の効果】

【0013】

（Ａ））本発明に係るに角形鋼管柱の高力ボルト締結構造によれば、本考案はノンダイアフラム形式である。従って、一般的な通しダイアフラム形式における柱の切断・ダイアフラムの取付け等の作業は不必要で、加工費、溶接費、溶接管理費等が低減し、更に、工程も短縮されるため短納期となる。

【0014】

（Ｂ）本発明に係る角形鋼管柱の高力ボルト締結構造によれば、本考案は角形鋼管柱のノンブラケット工法である。従って、ブラケットの製作が不要になり、加工が簡略化されて、短納期となる。更に、柱の突起物が無いため、建設現場への運搬効率が高くなる。また、新しいタイプの木質ハイブリッドビル用への躯体製作には最適である。

【0015】

（Ｃ）本発明に係る角形鋼管柱の高力ボルト締結構造によれば、角形鋼管柱の外面側から高力ボルトをナットに容易に螺合して締結できる。更に、ナットと座金の移動は、全方向への微小調整が出来る。

【発明を実施するための最良の形態】

【0016】

以下、図１〜７に基づいて、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明に係る角形鋼管柱の高力ボルト締結構造の一例を示す図面であり、（ａ）はＡ-Ａ縦断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ平断面図である。この例において、角形鋼菅柱１、添え板２、ナット保持金具３、座金拘束プレ−ト３ａ、ナット拘束プレ−ト３ｂ、ナットカバー３ｃ，ナット４、ボルト５、座金６、座金孔７、ナット孔８、ボルト貫通孔９、スロット溶接用の下穴１０およびスロット溶接１１から構成されている。以下、これに沿って説明する。

【0017】

まず、角形鋼管柱１について説明する。角形鋼管柱１は、図１（ａ）、（ｂ）で示すように、角形鋼管柱１の内壁面の四方に、ナット保持金具３を保持した添え板２が当接して形成されている。以下、これに沿って説明する。図２に示すように、角形鋼管柱１の外面側には、Ｈ形鋼梁との接合用に、ボルト貫通孔９が施され、添え板２との接続用には、スロット溶接用の下穴１０が加工されている。添え板２は、図３に示すように、所定寸法の長方形に加工されたプレ−トに、ボルト貫通孔９（図の表示ナシ）を施し、図１に示すように、ナット４と座金６をセットしたナット保持金具３が溶接で固定されている。

【0018】

次に、角形鋼管柱１と添え板２の結合方法を説明する。図４に示すように、添え板２を角形鋼管柱１の内部へ挿入し、角形鋼管柱１のボルト貫通孔９と添え板２のボルト貫通孔９のボルト孔を合わせて、角形鋼管柱１のスロット溶接用の下穴１０から添え板２へ、スロット溶接１１を施して、角形鋼管柱１に添え板２が固定されている。

【0019】

続いて、ナット保持金具３について説明する。ナット保持金具３は、図５で示すように、座金拘束プレ−ト３ａ、ナット拘束プレ−ト３ｂ、及びナットカバー３ｃで構成されている。以下、これに沿って説明する。
まず、座金拘束プレ−ト３ａについて説明する。図６（ｃ）に示すように、座金拘束プレ−ト３ａの板厚は、座金６より厚いプレートを用いて、図５に示すように、矩形状での所定寸法に加工されて、図６（ｃ）に示すように、プレート３ａのナット側に、座金６形状より僅かに大きい寸法で、反対側面にはナット側の寸法より一回り大きい寸法での傾斜断面での座金孔７が加工されている。
次に、ナット拘束プレ−ト３ｂについて説明する、ナット拘束プレ−ト３ｂの外形寸法は、座金拘束プレ−ト３ａと同一の矩形状寸法に加工され、そのナット拘束プレ−ト３ｂの板厚は、図６（ｃ）に示すように、座金拘束プレ−ト３ａより厚い板厚を用いて、ナット４の形状より一回り大きいサイズのナット孔８が加工されている。
次いで、ナットカバー３ｃについて説明する、図６（ｃ）に示すように、ナットカバー３ｃは、薄板を円錐台形状に加工されている。

【0020】

次いで、前述した各部品の接合構造について説明する。図５（ｂ）に示すように、座金拘束プレ−ト３ａのナット側面とナット拘束プレ−ト３ｂを重ね合わせて、その合わせ目に溶接を施した合成板が製作されている。次に、その合成板のナット拘束プレ−ト３ｂ側のナット孔８の周囲面に、ナットカバー３ｃの底辺部を溶接で固定してナット保持金具３が形成されている。

【0021】

上述したナット保持金具３を用いての高力ボルト締結構造手順の一例を説明する。図６は、ナット保持金具３の使用状態を順次示すものである。
通常、図６（ａ）に示すように、ナット保持金具３に保管されているナット４と座金６は、各プレート孔（８、７）の底部に接した状態で保持されている。以下、図面に基づいて実施形態例を説明する。
まず、ナット保持金具３を内蔵している角形鋼管柱１の外面側のボルト貫通孔９から、ボルト５を挿入することによって、挿入したボルト５の面取先（平先）が座金６に当たると、図６（ｂ）に示すように、ナット４と座金６は、テーパ−に沿って斜め上方向へ押し出され、さらに、ボルト５からの押しが続くと、そのナット４は、ナットカバー３ｃのテーパ−に沿って所定位置のボルト芯へ誘導されて、ボルト５に螺合される状態となっている。
次に、図６（ｂ）に示すように、僅かな隙間を、ナット４とナット拘束プレ−ト３ｂのナット孔８間に設けることで、ボルト５の回転が生じると、ナット４はナット孔（六角型）８の中での動きが制限されているため、ボルト５との共回りの発生はしないで、ナット４は、ボルト５のねじ山沿いに、３ｂに接触しながらボルト頭部側へ移動し、ボルト５頭部からの回転を強めるほどに、ボルト張力（軸力）が得られる構造になっている。
従って、ボルト５からの回転があると、図６（ｂ）のように、座金拘束プレ−ト３ａの、ナット４側に有している座金６は、ナット４からの回転・圧力で、座金６は内面壁へ移動を始めて、図６（ｃ）に示すように、ボルト５、座金６およびナット４が、共に一体化された状態を得ることになる。
また、図６（ｃ）に示すように、ナット孔８は、ナット４より一回り大きい形状に加工され、座金孔７に於いても、傾斜断面に加工されており、縦・横等の空間が確保されているため、ナット４と座金６は、全方向（上下左右）に微小範囲の移動が可能な状態を得ることができる。

【0022】

以上説明したように角形鋼管柱の高力ボルト締結構造において、溶接の作業性を考慮したノンダイアフラム形式の高力ボルト締結構造を採用すると、難易度の高い溶接技術を用いることなく、加工が簡略化される。さらに、ボルト頭締付け方法では、ナットの共回りを予防する工法であり、ナットと座金の全方向への微小範囲の移動可能な装置でもある。また、現在、開発途上にある、木質ハイブリッド耐火ビルの躯体に、長尺角形鋼管を用いることにより、合理的な設計が可能で経済的である。従って、建設業界での社会に与える効用は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る高力ボルト締結構造の一例を示す図面あり、（ａ）はＡ-Ａ縦断面図、（ｂ）はＢ-Ｂ平断面図である。

【図2】本発明に係る角形鋼管柱の加工例を示す立体説明図である。

【図3】本発明に係る添え板の製作例を示す立体説明図面である。

【図4】本発明に係る角形鋼管柱へ添え板を挿入する過程の例を示す説明図である。

【図5】本発明に係るナット保持金具の製作例を示す図面であり、（ａ）は立面図、（ｂ）は断面図である。

【図6】本発明に係るナット保持金具３の断面図であり、使用状態を順次示す説明図である。

【図7】従来のブラケット工法における、通しダイアフラム形式の角形鋼管柱を示す立体説明図である。

【符号の説明】

【0024】

１ 角形鋼管柱
２ 添え板
３ ナット保持金具
３ａ 座金拘束プレ−ト
３ｂ ナット拘束プレ−ト
３ｃ ナットカバー
４ ナット
５ ボルト
６ 座金
７ 座金孔
８ ナット孔
９ ボルト貫通孔
１０ スロット溶接用の下穴
１１ スロット溶接
１２ H型鋼梁
１２ａ 通しダイアフラム上
１２ｂ 通しダイアフラム下

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】