特許 6434701 冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6434701

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20181126BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   E04B1/24 M

   E04B1/58 508S

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-47497(P2014-47497)

(22)【出願日】2014年3月11日

(65)【公開番号】特開2015-132150(P2015-132150A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2017年2月28日

(31)【優先権主張番号】特願2013-256162(P2013-256162)

(32)【優先日】2013年12月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006839

【氏名又は名称】日鐵住金建材株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090114

【弁理士】

【氏名又は名称】山名 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100174207

【弁理士】

【氏名又は名称】筬島 孝夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 治彦

(72)【発明者】

【氏名】岡田 忠義

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２９３４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６５６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５９５０４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 ２００８年版 冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル，２００８年１２月２６日，p.88-90

【文献】 鋼構造接合部設計指針，２０１２年 ３月 １日，第３版，p.16,17

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｂ １／２４

Ｅ０４Ｂ １／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造において、
前記冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、前記通しダイアフラムの設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、前記冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度と通しダイアフラムの設計基準強度の比（通しダイアフラムの設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度）が０．８１３〜０．９９７の範囲に設定され、
および、前記冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの板厚比（通しダイアフラムの板厚／冷間ロール成形角形鋼管柱の板厚）が１．０以上で、かつ、前記冷間ロール成形角形鋼管柱の板厚と前記通しダイアフラムの溶接接合部の寸法との比（通しダイアフラムの溶接接合部の寸法／冷間ロール成形角形鋼管柱の板厚）を、１．０よりも大きくなるように設定されて、両者が溶接接合されていることを特徴とする、冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造。

【請求項2】

前記冷間ロール成形角形鋼管柱の外径は、１５０ｍｍ〜５５０ｍｍの範囲で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載した冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造の技術分野に属し、更に言えば、通しダイアフラムを冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度よりも低い設計基準強度で構成して、施工の手間及び建設コストを削減し、更に生産性を高めた冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄骨構造における耐震設計は、例えば下記特許文献１に開示された接合構造のように、主要構造である柱、梁をダイアフラムを介して溶接接合することにより、地震時の応力を柱、梁の相互に伝達する構造とされている。この鉄骨構造は、地震時に柱、梁が弾塑性変形をすることでエネルギーを吸収する点に特徴がある。
ここで、前記ダイアフラムは、柱、梁よりも早期に塑性化しないように、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合をする必要がある。前記ダイアフラムは、柱、梁の設計基準強度と同等かそれ以上の設計基準強度が必要であると、指針書（例えば下記非特許文献１、２を参照）に示されている。
また、ラーメン骨組による鉄骨構造において、建物の居住空間を広くするには、柱径を小さくすることが好ましい。そのためには柱の設計基準強度を大きくすることが考えられ、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合をする必要があり、ダイアフラムの設計基準強度も大きくする必要がある。

【0003】

通例、上記ラーメン骨組における柱は、耐震性に優れた冷間ロール成形法で製造された角形鋼管を使用する場合が多い。
ここで、前記冷間ロール成形角形鋼管の原材料は、汎用的に流通している圧延鋼材である。ダイアフラムに使用される圧延鋼材も、前記冷間ロール成形角形鋼管の原材料の圧延鋼材と同じ設計基準強度であることが一般的である。しかし、冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度は、製造時に塑性加工を受けるため、圧延鋼材の設計基準強度よりも大きくなる。
したがって、同一の圧延鋼材を使用した場合では、冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度とダイアフラムの設計基準強度の比（ダイアフラムの設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度）は、１．０未満となる。
そこで、一般的に、ダイアフラムに使用する圧延鋼材は、冷間ロール成形角形鋼管に使用する圧延鋼材の設計基準強度よりも大きい設計基準強度とされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３７１１４９５号公報

【非特許文献1】２００８年版 冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル

【非特許文献2】２００７年版 建築物の構造関係技術基準解説書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示された鋼管柱とダイアフラムの溶接接合構造のように、一般的な溶接接合構造では、図４中の「従来の組合せ」欄で示したように、上記非特許文献１及び２の記載内容に基づき、通しダイアフラムの設計基準強度が冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度と同じか大きく設定されている。設計基準強度の大きい圧延鋼材を使用すると材料コストが割高となることは明らかなので、冷間ロール成形角形鋼管よりも大きい設計基準強度のダイアフラムを使用するラーメン骨組は、建設コストが割高となる。
また、ダイアフラムとして使用される圧延鋼板の強度区分が５２０Ｎ／ｍｍ^２級超、つまり、設計基準強度が３５５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２超になると、低温割れ防止の観点から予熱を行う必要がある。前記予熱の目安温度は、「鉄骨工事技術指針」等で気温が５度と示されている。気温が５度未満であれば、予熱して溶接施工する必要がある。そのためダイアフラムに設計基準強度が３５５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２超の圧延鋼材を使用すると、気温が５度を下回る場合が多い寒冷地では、予熱処理が施工手間となり、溶接施工コストが割高となる。
また、冷間ロール成形角形鋼管柱とダイアフラムとを溶接接合する際に、溶接材料の強度は、冷間ロール成形角形鋼管柱またはダイアフラムの強度のうち大きい方の強度以上とする必要がある。そのためダイアフラムの強度が高いと、必然的に強度の大きい溶接材料を使用することになり、コストが高くなるうえに、種類も限定されて使い勝手が悪い。

【0006】

更に、特殊な場合を除き、溶接材料とこれを用いて溶接施工する鉄骨製作工場は、図６に示した通り、Ｊグレード、Ｒグレード、Ｍグレード、Ｈグレード、Ｓグレードの５つのグレードに分けられている。各グレードは、強度区分及び板厚との関係で区分されており、生産できる工場数がそれぞれ異なる。例えばＭグレードでは、全国に８９４工場があり生産性が高い。一方、Ｓグレードは、全国に２２工場しかなく、生産が制限される。
具体的には、図５中のＡ欄で示した従来の冷間ロール成形角形鋼管とダイアフラムの組み合わせにおいて、冷間ロール成形角形鋼管の強度区分が４９０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３６５Ｎ／ｍｍ^２の場合、ダイアフラムの強度区分は５５０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度は３８５Ｎ／ｍｍ^２となる。そうすると、この基準に対応可能な鉄骨製作工場のグレードは「Ｓ」のみで、工場数は２２となり、生産量がかなり制限される。つまり、ダイアフラムの設計基準強度を冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度よりも低く設定できれば、対応可能なグレードが多くなり、鉄骨製作工場の工場数が増えるから生産性が高まる。

【0007】

ところで、上記段落番号［０００２］でも説明したように、上記非特許文献１では、前記ダイアフラムを、柱および梁よりも早期に塑性化しないように、柱および梁の設計基準強度と同等かそれ以上の設計基準強度とすることが好ましいと記載されている。そのため、一般的にはこの指針書に基づいて、ダイアフラムを冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度よりも大きい設計基準強度で成る圧延鋼材で構成している。
しかし、この指針書に記載された基準は、法律で決められた基準ではなく、あくまで構造物の健全性を考慮した場合、設計上好ましい基準値として設けられた内容に過ぎない。
つまり、ダイアフラムの設計基準強度を冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度よりも低く設定しても、前記指針書で示された効果と同等の効果を得ることができれば、前記指針書の内容と異なる基準で設計した構造であっても特に問題ないことになる。

【0008】

そこで、本発明の目的は、構造物の健全性を維持可能な範囲において、冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成した通しダイアフラムと、前記冷間ロール成形角形鋼管柱とを溶接接合することにより、圧延鋼材の材料コストを削減すること、及び溶接における予熱の手間を省略して溶接コストを省略することができ、更に生産性が高く、ひいては建設コストを大幅に削減できる、冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造は、
冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の溶接接合構造において、
前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、前記通しダイアフラム２の設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が０．８１３〜０．９９７の範囲に設定され、
および、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の板厚比（通しダイアフラム２の板厚ｄｔ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）が１．０以上で、かつ、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔと前記通しダイアフラム２の溶接接合部３の寸法ｄＳとの比（通しダイアフラムの溶接接合部３の寸法ｄＳ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）を、１．０よりも大きくなるように設定されて、両者１、２が溶接接合されていることを特徴とする。

【0011】

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造において、
前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の外径ｃｄは、１５０ｍｍ〜５５０ｍｍの範囲で構成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造によれば、通しダイアフラム２の設計基準強度が、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度より低い条件で、即ち、構造物の健全性を維持可能な範囲として、
（イ）冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、前記通しダイアフラム２の設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、
（ロ）前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が０．８１３〜０．９９７の範囲とされ、
（ハ）更に、冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の板厚比（通しダイアフラム２の板厚ｄｔ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）が１．０以上等の条件で溶接接合する構成としたから、
通しダイアフラム２が、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成され、材料コストを大幅に削減できるし、溶接接合部３が、冷間ロール成形角形鋼管柱１及び通しダイアフラム２よりも先に壊れてしまう不都合が生じない。
また、溶接材料の強度は冷間ロール成形角形鋼管柱１または通しダイアフラム２の強度のうち、高い方の強度以上とする必要があるが、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成するので、溶接材料の強度を低く設計でき、溶接材料は限定されないし、溶接コストも削減できる。
また、通しダイアフラム２の設計基準強度は、３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であるから、寒冷地であっても予熱をする必要がなく、予熱処理の手間が省けるため、施工性が非常に良く、溶接コストを削減することができる。
更に、上記の設計基準強度の範囲で成る圧延鋼材を製造できる鉄骨製作工場のグレード（Ｒ、Ｍ、Ｈ、Ｓ）が増え、工場数が大幅に増加するので、生産性が非常に高まる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】柱梁鉄骨構造の枢要部を示した斜視図である。

【図2】冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合部を示した断面図である。

【図3】図２に指示したＸ部の拡大図である。

【図4】冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度とダイアフラムの設計基準強度の組み合わせ例を示した表である。

【図5】冷間ロール成形角形鋼管、ダイアフラム、溶接材料及び鉄骨製作工場の組み合わせを示した表である。

【図6】鉄骨製作工場のグレード別の適用範囲を示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係る冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造は、通しダイアフラムの設計基準強度が、冷間ロール成形角形鋼管柱の設計基準強度よりも低い条件で溶接接合されている。
具体的には、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、通しダイアフラム２の設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が０．８１３〜０．９９７の範囲とする。冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の板厚比（通しダイアフラム２の板厚ｄｔ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）が１．０以上である。更に、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔと前記通しダイアフラム２の溶接接合部３の寸法ｄＳとの比（通しダイアフラムの溶接接合部３の寸法ｄＳ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）を、１．０よりも大きくなるように設定されている。

【実施例1】

【0015】

以下に、本発明に係る冷間ロール成形角形鋼管柱と通しダイアフラムの溶接接合構造を、図示した実施例に基づいて説明する。
先ず、図１は、柱梁鉄骨構造の枢要部を示している。冷間ロール成形角形鋼管柱１に溶接接合された上下の通しダイアフラム２へ、Ｈ形鋼で成る梁材４のフランジ部が溶接接合されている。
次に、図２及び３は、冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の溶接接合部３を示している。図中の符号３０は溶接材料、符号３１は裏当て金である。なお、溶接ボンド部の設計基準強度は、通しダイアフラムの設計基準強度と同じである。

【0016】

本発明に係る冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の溶接接合構造の特徴は、構造物の健全性を維持できる可能な範囲において、通しダイアフラム２が、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成されていることである。
上記「背景技術」及び「発明が解決しようとする課題」の欄で既に述べたように、通例、通しダイアフラム２は、図４中の「従来の組合せ」欄で示したように、冷間ロール成形角形鋼管柱１以上の設計基準強度の圧延鋼材で構成される。つまり、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が１．０以上となる構成とされている。前記通しダイアフラム２の設計基準強度が冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度よりも低いと、該通しダイアフラム２が先行して塑性変形してしまい、その後は当該箇所だけが変形してしまうからである。
本発明に係る冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の溶接接合構造は、上記の発想を逆転させた構成である。

【0017】

具体的には、図４中の「本発明の組合せ」欄で示したように、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度を３２６Ｎ／ｍｍ^２〜４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲とし、上記通しダイアフラム２の設計基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲として、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）は０．８１３〜０．９９７の範囲とする。
そして、図３に示すように、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の板厚比（通しダイアフラム２の板厚ｄｔ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）が１．０以上である。冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔが、通しダイアフラム２の板厚ｄｔよりも厚いと、通しダイアフラム２が、同冷間ロール成形角形鋼管柱１よりも先に壊れてしまう不都合が生じるからである。因みに、本発明では、冷間ロール成形角形鋼管柱１より通しダイアフラム２の材料自体の強度を低下させているため、通しダイアフラム２のせん断耐力が低下する。そのため、冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔを通しダイアフラム２の板厚ｄｔより薄くすることで、通しダイアフラム２のせん断耐力を向上させている。

【0018】

冷間ロール成形角形鋼管１の全塑性曲げ耐力を下記［数１］の数式＜１＞に示す。数式＜１＞は、冷間ロール成形角形鋼管１の塑性断面係数と設計基準強度の積で、冷間ロール成形角形鋼管１の応力度が設計基準強度に達するときである。冷間ロール成形角形鋼管−通しダイアフラム溶接接合部の最大曲げ耐力を数式＜２＞に示す。数式＜２＞は、冷間ロール成形角形鋼管−通しダイアフラム溶接接合部の塑性断面係数と通しダイアフラムの引張強さの積で、冷間ロール成形角形鋼管−通しダイアフラム溶接接合部の応力度が引張強さに達するときである。なお、全塑性曲げ耐力を算定する場合、設計基準強度を１．１倍まで乗じた基準強度で算定することが認められている。
数式＜１＞と数式＜２＞の比を数式＜３＞に示す。数式＜３＞の値が接合部係数α（例えば、１．２０）以上であれば、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）しているということである。

【0019】

［数１］
_ｃＭ_ｐ ＝_ｃＺ_ｐ×_ｃσ_ｙ ・・・＜１＞
_ｄＭ_u ＝_ｄＺ_ｐ×_ｄσ_ｔ ・・・＜２＞
ただし、前記_ｃＭ_ｐ、_ｄＭ_u は次式＜３＞を満足するものとする。
_ｄＭ_u≧α・_ｃＭ_ｐ ・・・＜３＞
ここで、
前記_ｃＺ_ｐの算出は、_ｃｔおよび_ｃｄを使用する。
前記_ｄＺ_ｐの算出は、（_ｃｔ＋１／４_ｃｔ）および（_ｃｄ＋２×１／４×_ｃｔ）を使用する。
_ｃＭ_ｐ ：冷間ロール成形角形鋼管の全塑性曲げ耐力
_ｄＭ_u ：冷間ロール成形角形鋼管−通しダイアフラム溶接接合部の最大曲げ耐力
_ｃＺ_ｐ ：冷間ロール成形角形鋼管の塑性断面係数
_ｄＺ_ｐ ：冷間ロール成形角形鋼管−通しダイアフラム溶接接合部の塑性断面係数
_ｃσ_ｙ：冷間ロール成形角形鋼管の設計基準強度
_ｄσ_ｔ：通しダイアフラムの引張強さ
α ：接合部係数（１．２０）

【0020】

ここで、上記数式＜１＞〜＜３＞に、一例として本発明の数値範囲内である下記の数値を代入して保有耐力接合を満足しているか否かについて検討する。
（１）冷間ロール成形角形鋼管柱１の数値について
外径ｃｄは４００ｍｍ×４００ｍｍである。
板厚ｃｔは２２ｍｍである。
前記外径ｃｄ及び板厚ｃｔから求められる塑性断面係数ｃＺｐは４，３９０ｃｍ^３である。
設計基準強度ｃσｙは３６５Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜１＞へ代入すると、全塑性曲げ耐力ｃＭｐ＝ｃＺｐ×ｃσｙ＝４，３９０ｃｍ^３×３６５Ｎ／ｍｍ^２＝１，６０２，３５０ｋＮ・ｍｍとなる。

（２）通しダイアフラム２の数値について
溶接接合部の外径（ｃｄ＋２×１／４×ｃｔ）は４１１ｍｍ×４１１ｍｍである。
冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔと溶接の余盛り（１／４×ｃｔ）の和である溶接接合部３の寸法ｄＳは、２７．５ｍｍである。
前記外径及び溶接接合部３の寸法ｄＳから求められる塑性断面係数ｄＺｐは５，５５０ｃｍ^３である。
引張強さ（ｄσｔ）は４９０Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜２＞へ代入すると、最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝ｄＺｐ×ｄσｔ＝５，５５０ｃｍ^３×４９０Ｎ／ｍｍ^２＝２，７１９，５００ｋＮ・ｍｍ

（３）全塑性曲げ耐力（ｃＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）を上記数式＜３＞へ代入
前記（１）と（２）で求めた全塑性曲げ耐力（ｃＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）により、ｄＭｕ／ｃＭｐ＝２，７１９，５００ｋＮ・ｍｍ／１，６０２，３５０ｋＮ・ｍｍ ＝１．６９７＞１．２（α）となる。
また、冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚と通しダイアフラム２の溶接接合部３の寸法との比（溶接接合部３の寸法ｄＳ／冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔ）は、２７．５ｍｍ／２２ｍｍ＞１．０となる。
したがって、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１及びダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、構造物の健全性を維持できる範囲といえる。

【0021】

以上より、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度ｃσｙが３６５Ｎ／ｍｍ^２で、通しダイアフラム２の引張強さ（ｄσｔ）が４９０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は図５より３２５Ｎ／ｍｍ^２）のとき、即ち、前記冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度と通しダイアフラム２の設計基準強度の比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が、前記０．８１３〜０．９９７の範囲内である３２５／３６５≒０．８９０のとき（図４中の「本発明の組合せ」欄の上から２行目参照）、保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）していることが分かった。
＜下限値である０．８１３についての検討＞
同様に、上記した手法に倣い、前記０．８１３〜０．９９７のうち下限値である０．８１３について、保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）しているか否かについて検討する。具体的には、図４中の「本発明の組合せ」欄の上から４行目の、前記ｃσｙが４００Ｎ／ｍｍ^２で、前記ｄσｔが４９０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は図５より３２５Ｎ／ｍｍ^２）で、前記比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が３２５／４００≒０．８１３のときを検討する。
（１）冷間ロール成形角形鋼管柱１の数値について
外径ｃｄは４００ｍｍ×４００ｍｍである。
板厚ｃｔは２２ｍｍである。
前記外径ｃｄ及び板厚ｃｔから求められる塑性断面係数ｃＺｐは４，３９０ｃｍ^３である。
設計基準強度ｃσｙは４００Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜１＞へ代入すると、全塑性曲げ耐力ｃＭｐ＝ｃＺｐ×ｃσｙ＝４，３９０ｃｍ^３×４００Ｎ／ｍｍ^２＝１，７５６，０００ｋＮ・ｍｍとなる。

（２）通しダイアフラム２の数値について
溶接接合部の外径（ｃｄ＋２×１／４×ｃｔ）は４１１ｍｍ×４１１ｍｍである。
冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔと溶接の余盛り（１／４×ｃｔ）の和である溶接接合部３の寸法ｄＳは、２７．５ｍｍである。
前記外径及び溶接接合部３の寸法ｄＳから求められる塑性断面係数ｄＺｐは５，５５０ｃｍ^３である。
引張強さ（ｄσｔ）は４９０Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜２＞へ代入すると、最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝ｄＺｐ×ｄσｔ＝５，５５０ｃｍ^３×４９０Ｎ／ｍｍ^２＝２，７１９，５００ｋＮ・ｍｍ

（３）全塑性曲げ耐力（ｃＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）を上記数式＜３＞へ代入
前記（１）と（２）で求めた全塑性曲げ耐力（ｃＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）により、ｄＭｕ／ｃＭｐ＝２，７１９，５００ｋＮ・ｍｍ／１，７５６，０００ｋＮ・ｍｍ ＝１．５４９＞１．２（α）となる。
したがって、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１及びダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
＜上限値である０．９９７についての検討＞
同様に、上記した手法に倣い、前記０．８１３〜０．９９７のうち上限値である０．９９７について、保有耐力接合を満足（構造物の健全性を維持）しているか否かについて検討する。具体的には、図４中の「本発明の組合せ」欄の上から１行目の、前記ｃσｙが３２６Ｎ／ｍｍ^２で、前記ｄσｔが４９０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は図５より３２５Ｎ／ｍｍ^２）で、前記比（通しダイアフラム２の設計基準強度／冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度）が３２５／３２６≒０．９９７のときを検討する。
（１）冷間ロール成形角形鋼管柱１の数値について
外径ｃｄは４００ｍｍ×４００ｍｍである。
板厚ｃｔは２２ｍｍである。
前記外径ｃｄ及び板厚ｃｔから求められる塑性断面係数ｃＺｐは４，３９０ｃｍ^３である。
設計基準強度ｃσｙは３２６Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜１＞へ代入すると、全塑性曲げ耐力ｃＭｐ＝ｃＺｐ×ｃσｙ＝４，３９０ｃｍ^３×３２６Ｎ／ｍｍ^２＝１，４３１，１４０ｋＮ・ｍｍとなる。

（２）通しダイアフラム２の数値について
溶接接合部の外径（ｃｄ＋２×１／４×ｃｔ）は４１１ｍｍ×４１１ｍｍである。
冷間ロール成形角形鋼管柱１の板厚ｃｔと溶接の余盛り（１／４×ｃｔ）の和である溶接接合部３の寸法ｄＳは、２７．５ｍｍである。
前記外径及び溶接接合部３の寸法ｄＳから求められる塑性断面係数ｄＺｐは５，５５０ｃｍ^３である。
引張強さ（ｄσｔ）は４９０Ｎ／ｍｍ^２である。
前記数値を上記数式＜２＞へ代入すると、最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝ｄＺｐ×ｄσｔ＝５，５５０ｃｍ^３×４９０Ｎ／ｍｍ^２＝２，７１９，５００ｋＮ・ｍｍ

（３）全塑性曲げ耐力（ｃＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）を上記数式＜３＞へ代入
前記（１）と（２）で求めた全塑性曲げ耐力（ｃＭｐ）と最大曲げ耐力（ｄＭｕ）により、ｄＭｕ／ｃＭｐ＝２，７１９，５００ｋＮ・ｍｍ／１，４３１，１４０ｋＮ・ｍｍ ＝１．９００＞１．２（α）となる。
したがって、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１及びダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
＜０．９７３、０．８８８、０．９１３についても検討＞
その他、図４中の「本発明の組合せ」欄の上から３行目の０．９７３、５行目の０．８８８、および６行目の０．９１３についても検討する。
前記０．９７３の場合、前記ｃσｙが３６５Ｎ／ｍｍ^２で、前記ｄσｔが５２０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は３５５Ｎ／ｍｍ^２）である。
上記手法と同様に、これらの数値を前記数式＜１＞〜＜３＞に代入すると、
＜１＞全塑性曲げ耐力ｃＭｐ＝ｃＺｐ×ｃσｙ＝４，３９０ｃｍ^３×３６５Ｎ／ｍｍ^２＝１，６０２，３５０ｋＮ・ｍｍ
＜２＞最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝ｄＺｐ×ｄσｔ＝５，５５０ｃｍ^３×５２０Ｎ／ｍｍ^２＝２，８８６，０００ｋＮ・ｍｍ
＜３＞ｄＭｕ／ｃＭｐ＝２，８８６，０００ｋＮ・ｍｍ／１，６０２，３５０ｋＮ・ｍｍ ＝１．８０１＞１．２（α）となる。
したがって、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１及びダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、この場合も構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
同様に、０．８８８の場合、前記ｃσｙが４００Ｎ／ｍｍ^２で、前記ｄσｔが５２０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は３５５Ｎ／ｍｍ^２）である。
上記手法と同様に、これらの数値を前記数式＜１＞〜＜３＞に代入すると、
＜１＞全塑性曲げ耐力ｃＭｐ＝ｃＺｐ×ｃσｙ＝４，３９０ｃｍ^３×４００Ｎ／ｍｍ^２＝１，７５６，０００ｋＮ・ｍｍ
＜２＞最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝ｄＺｐ×ｄσｔ＝５，５５０ｃｍ^３×５２０Ｎ／ｍｍ^２＝２，８８６，０００ｋＮ・ｍｍ
＜３＞ｄＭｕ／ｃＭｐ＝２，８８６，０００ｋＮ・ｍｍ／１，７５６，０００ｋＮ・ｍｍ ＝１．６４４＞１．２（α）となる。
したがって、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１及びダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、この場合も構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
同様に、０．９１３の場合、前記ｃσｙが４００Ｎ／ｍｍ^２で、前記ｄσｔが５２０Ｎ／ｍｍ^２（設計基準強度は３６５Ｎ／ｍｍ^２）である。
上記手法と同様に、これらの数値を前記数式＜１＞〜＜３＞に代入すると、
＜１＞全塑性曲げ耐力ｃＭｐ＝ｃＺｐ×ｃσｙ＝４，３９０ｃｍ^３×４００Ｎ／ｍｍ^２＝１，７５６，０００ｋＮ・ｍｍ
＜２＞最大曲げ耐力（ｄＭｕ）＝ｄＺｐ×ｄσｔ＝５，５５０ｃｍ^３×５２０Ｎ／ｍｍ^２＝２，８８６，０００ｋＮ・ｍｍ
＜３＞ｄＭｕ／ｃＭｐ＝２，８８６，０００ｋＮ・ｍｍ／１，７５６，０００ｋＮ・ｍｍ ＝１．６４４＞１．２（α）となる。
したがって、上記冷間ロール成形角形鋼管柱１及びダイアフラム２の数値は、柱及び梁の設計耐力よりも一定以上の設計耐力を有する保有耐力接合を満足しているので、この場合も構造物の健全性を維持できる範囲といえる。
上記のとおり、本発明に係る冷間ロール成形角形鋼管柱１と通しダイアフラム２の溶接接合構造は、通しダイアフラム２を冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成するので、一般的な強度の材料を使用することができ、材料コストを削減することができる。
また、溶接材料の強度は冷間ロール成形角形鋼管柱１または通しダイアフラム２の強度のうち、高い方の強度以上とする必要があるが、冷間ロール成形角形鋼管柱１の設計基準強度よりも低い設計基準強度の圧延鋼材で構成することで、溶接材料の強度を低く設計することができるから、溶接材料の種類は限定されないし、溶接コストも削減できる。
また、通しダイアフラム２の設計基準強度は、３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であるから、寒冷地であっても予熱をする必要がない。つまり、その溶接手間を省くことができるから、施工性が非常に良く、溶接コストを削減することができる。

【0022】

更に、図５中のＢ欄で示した本発明の冷間ロール成形角形鋼管とダイアフラムの組み合わせにおいて、冷間ロール成形角形鋼管の強度区分が４９０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３６５Ｎ／ｍｍ^２の場合、ダイアフラムの強度区分は４９０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２〜３４５Ｎ／ｍｍ^２だと対応可能なグレード（図６を参照）はＲ、Ｍ、Ｈ又はＳとなり、工場数は１９１３程度である。また、ダイアフラムの強度区分は５２０Ｎ／ｍｍ^２級、基準強度が３５５Ｎ／ｍｍ^２〜３６５Ｎ／ｍｍ^２だと対応可能なグレードはＨ又はＳとなり、工場数は３１６程度となる。いずれにしても、図５中のＡ欄で示した同じ強度区分で成る従来の組み合わせと比較して、鉄骨製作工場の工場数が大幅に増加するので、生産性が非常に高まる。

【0023】

なお、冷間ロール成形角形鋼管柱１の外径_ｃｄは、１５０ｍｍ〜５５０ｍｍの範囲である。そのため、使用される建物の規模は中小であり、対応可能なグレードがＲ、Ｍ、Ｈが多く、コスト削減に非常に効果的である。

【0024】

以上、実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

【符号の説明】

【0025】

１ 冷間ロール成形角形鋼管柱
２ 通しダイアフラム
３ 溶接接合部
４ 梁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】