鋼骨構造物制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋼骨構造物制造方法。以往，建筑鋼骨柱梁接合部將方形鋼管柱按照建筑物層切斷并以穿通隔板方式組裝，較復雜且制造工時數(shù)花費較多，引起隔板外周部的劣化和變形，即使不將柱按層切斷，在4面盒柱與隔板之間也通過電渣焊接而不得不有許多焊接量，以500～1000KJ/cm的超大輸入熱能進行隔板與柱的焊接，容易發(fā)生柱的層狀撕裂等裂縫或劣化。在本發(fā)明中，對于板厚為25mm以上直徑400mm以上的4面箱形鋼管柱，不將該鋼管柱按照各層切斷、將部分開設在該箱形鋼管柱面上的貫通孔與設有整周帶有朝外的坡口的突起的內隔板端部以小焊接量、低輸入熱能焊接，再將H形鋼梁以包括貫通孔焊接部在內的多層堆積的一個焊接部焊接接合，由此解決了這些問題。
【專利說明】鋼骨構造物制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及在建筑鋼骨構造物的厚壁、大徑的柱梁接合部中、在內隔板的周邊端部的一部分上設置突起、在該突起的整周上設有坡口、將具有該帶有坡口的突起的內隔板與梁通過柱貫通孔用焊接直接連結的方法。
【背景技術】
[0002]在以往的技術中，在建筑鋼骨構造物的柱梁接合部中，接合部如圖1所示，通過在由薄鋼板形成的隔板I與較短的方形鋼管2之間實施焊接6而形成骰子體、將該骰子體與H形鋼梁凸緣4焊接接合7、再將該骰子體與方形鋼管柱5焊接接合而構成的情況較多。在該以往的技術中，如圖2所示，骰子體的方形鋼管2與隔板I的焊接6以及骰子體的隔板I與H形鋼凸緣4的焊接7使用背墊板10通過單側焊接來實施。在該隔板I與梁凸緣4的以往焊接方法中，進行凸緣4的接合預定端部的坡口加工后，進行背墊板10的制造及背墊板安裝的點固焊接8，實施正式焊接7。此外，隔板I與方形鋼管2或5的焊接也在進行方形鋼管2或5的接合預定端部的坡口加工后，進行背墊板10的制造及背墊板安裝的點固焊接8，實施隔板I與方形鋼管2或5的正式焊接6。
[0003]在柱表面板是超過25mm的厚板的柱梁接合部中，如圖4的柱橫剖視圖所示，經常使用通過電渣焊接將柱5A與隔板IA焊接接合的方法。在現(xiàn)狀中，該方法是最有效率的。在柱的壁厚大約是25_以下的情況下，經常使用輥軋或壓制的方形鋼管，電渣焊接法通常不使用，使用二氧化碳氣體電弧焊接法。
[0004]如在公開特許公報08-158476中那樣，公開了一種進行內隔板與梁的接合的方法，其特征在于，在方形鋼管柱上開設螺栓貫通孔，在H鋼構造接頭部內部安裝內隔板，對該內隔板加工陰螺紋，在該陰螺紋中，通過安裝在梁端部上的端板的螺栓孔而裝入高強度螺栓，在端板側擰緊螺母而將梁固定接合。
[0005]此外，公開了在柱面或角部上設置縫隙、將隔板或金屬件插入到柱內的方法。
[0006]專利文獻1:公開特許公報08-158476
[0007]專利文獻2:公開特許公報07-229243
[0008]專利文獻3:公開特許公報2002-146921
[0009]專利文獻4:公開特許公報平3-228938
[0010]專利文獻5:公開特許公報2007-002658
[0011]專利文獻6:公開特許公報平4-289348
[0012]專利文獻7:公開特許公報2005-264710
[0013]在以往的建筑鋼骨柱梁接合部中，幾乎都用圖1所示的骰子體制造，如圖1及圖2所示，隔板1、方形鋼管2、背墊板10、引弧板等部件較多，焊接6繞方形鋼管2的周圍一圈，焊接量較多。因此，有下述問題:花費零件制造成本，并且在骰子體制造后從方形鋼管柱伸出的隔板容易彎折，發(fā)生所謂的傘形彎折現(xiàn)象，在隔板I與梁凸緣4之間容易發(fā)生看錯。如果這樣隔板從柱伸出，則需要將外壁制作在該隔板之外，建設上相互配合變差，并且居住空間變狹小。此外，有隔板的使用材料增加等的問題。此外，將背墊板10安裝到方形鋼管2的端部內周上并進行點固焊接8花費工夫和成本。此外，由于將方形鋼管2與隔板I的焊接6遍及整周進行，所以焊接量較多，所以不僅焊接殘余應力變大，而且如果使用背墊板10，則在與部件4、5之間出現(xiàn)缺口而發(fā)生應力集中，成為使強度變弱的結果。
[0014]此外，如圖2所示，以往使用弧形缺口 11，但由于存在隔板1，所以該弧形缺口加工花費工夫。即使將弧形缺口 11省略，也由于隔板I的板厚比梁凸緣4的板厚大，所以有梁凸緣4的坡口加工較困難的方面。
[0015]進而，一般而言焊接熱影響部有容易脆化的性質，以往，在兩個焊接部接近的情況下，為了不使兩焊接部帶來的熱影響部重疊而進一步促進脆化，通常將兩焊接部遠離以使該熱影響部不重疊。特別是，如果兩焊接部帶來的焊接熱影響重疊的部分露出到外面上，則有問題。如圖2所示，如果柱5與隔板I的焊接部6接近于梁4與隔板I的焊接部7而在外面上產生夾在兩焊接部間的共通的焊接熱影響部，則有該熱影響部比單一的熱影響部容易脆化的現(xiàn)象。因為這樣的現(xiàn)象，發(fā)生柱梁接合部的脆性破壞強度、疲勞強度及塑性變形性能下降的問題。
[0016]以往，建筑鋼骨的組裝在工廠中將骰子體與短尺寸梁安裝而制造面板區(qū)，在該面板區(qū)上通過焊接連接柱，通常制造為建筑物的3層的量的長度，在建設現(xiàn)場中使帶有面板區(qū)的柱直立后將短尺寸梁間用長尺寸梁通過螺栓接合連結來進行。該以往的施工方法中，帶有梁的柱中，雖說梁為I米左右的短尺寸，但由于有與柱正交而向2?4方向伸出的情況，所以從工廠向現(xiàn)場運送的效率較差，有在建設現(xiàn)場中的梁彼此的使用許多螺栓的接合中花費比焊接更多的工時數(shù)和費用的問題。
[0017]另一方面，圖3所示的內隔板方式的柱梁接合部需要將處于從方形鋼管柱的端部遠離的位置的內隔板IA在內部不能良好地看到的狀態(tài)下焊接接合到方形鋼管內面上，此情況下內面的焊接施工變難，并且難以使方形鋼管柱5的外側的H形鋼梁凸緣與高度位置匹配，存在難以從梁凸緣向內隔板傳遞應力、柱梁接合部的強度容易下降的問題。當然，在該內隔板方式中，由于將該內隔板焊接到方形鋼管內面上，所以需要將方形鋼管在內隔板的附近切斷。進而，需要該切斷后的對接焊接，它們的工時數(shù)需要較多。
[0018]此外，以往采用進行由隔板和方形鋼管的短管制造骰子體的小組裝工序、然后在該骰子體上安裝H形鋼梁的中組裝、和在骰子體上安裝有H形鋼梁的結構上安裝方形鋼管柱的大組裝的方法。在該以往方法中，方形鋼管柱需要按各層切斷而焊接接合，有復雜而制造工時數(shù)花費較多的問題。
[0019]此外，在公開特許公報08-158476中，由于螺栓孔使方形鋼管柱貫通，所以方形鋼管的強度下降，為了將該強度下降補償，需要使用壁厚相當大的方形鋼管柱。方形鋼管柱需要按各層切斷而焊接接合。此外，在本方法中，需要相當大的端板。
[0020]在公開特許公報07-229243中，敘述了將內隔板通過電渣焊接法接合到4面箱型鋼管柱上的方法及在柱上設置柱軸方向的縫隙而將該縫隙與內隔板在縱向上焊接的方法。它們都使用收存在鋼管柱內部的內隔板，在電渣焊接法中，即使使用背墊板，也使內隔板從柱內面及背墊板較大地后退。該內隔板在其端部上不具有突起。在該電渣焊接中，在500?lOOOKJ/cm的大輸入熱能下進行，柱及隔板的韌性、延展性容易大幅下降，而且夾在梁凸緣與隔板間的柱鋼管板受到板厚方向的焊接殘余應力及來自構造的應力而容易發(fā)生層狀撕裂(裂縫)，所以有問題。
[0021]在公開特許公報2002-146921中，公開了在鋼管柱的4面上設置細長的四邊形的縫隙、將內隔板端部與縫隙焊接而一體化、形成截面為T字形的焊接部的方法。在此情況下，在內隔板的外周部上不形成突起。這是因為，不能在封閉的鋼管柱內將有突起的內隔板插入到鋼管柱內。在此情況下對縫隙內整體實施焊接，所以如果柱壁厚或內隔板的板厚較大，則有焊接量急劇增加的問題。
[0022]在公開特許公報平3-228938中，記載有在方形鋼管柱的角部上設置橫縫隙、使用背墊板使水平加強板的邊緣端部焊接固接到橫縫隙內的方法。從該構造看，如申請文件的圖2所示，水平加強板不得不分割，柱內部是空洞，有不能由水平加強板充分承接住來自梁軸方向的剪切力的缺點。此外，有難以將背墊板向密閉的較長的柱內安裝的問題。
[0023]在公開特許公報2007-002658中，公開了在方形鋼管柱面上設置遍及整周的橫縫隙即溝槽、在該溝槽的內側即方形鋼管柱內部設置內隔板的方法。該方法由于方形鋼管柱與內隔板的焊接遍及整周，所以柱壁厚(板厚)和梁凸緣壁厚(板厚)越增加則溝槽的截面積越大，有焊接量飛躍性地變大的問題，有焊接效率下降的問題。由于是遍及柱的整周的焊接，所以有柱軸方向的焊接收縮，需要使切斷后的柱軸間的彎曲及方向也正確。
[0024]在公開特許公報平4-289348中，應用的柱是方形鋼管，沒有設想4面盒。本申請是在方形鋼管柱面上在縱向即柱軸方向上將縱縫隙每個柱面開設4個貫通孔、不使用所謂的隔板而將金屬件分為4個、安裝金屬件的端面的突條部、將該突條部向縱縫隙中插入而與柱焊接的方法。在該方法中有以下的問題。即，
[0025](I)在單純的縱縫隙中，縫隙的端部的焊接帶有棱角，在焊接時容易發(fā)生缺陷。
[0026](2)縱縫隙的個數(shù)較多，而且需要許多小螺釘固定的孔，所以花費開孔的成本。
[0027](3)復雜的形狀的金屬件是分割型，對于I個柱梁接合部需要8個。因而，與隔板那樣的單純的I片板相比花費更多成本。
[0028](4)需要金屬件的固定小螺釘，小螺釘安裝的貫通孔相對于柱為截面缺損，對于小螺釘固定時的雨水等需要保養(yǎng)。
[0029](5)金屬件主體為相對于梁軸方向45°的斜材，難以得到對于梁軸方向的載荷充分的承受力。
[0030](6)有金屬件、小螺釘、許多的開孔等，零件數(shù)較多，形狀復雜，難以組裝，成本比隔板方式高。對于超過25_的柱壁厚難以使用。
[0031]在公開特許公報2005-264710中，應用的柱是方形鋼管，沒有設想4面盒。公開了在方形鋼管柱面上部分地設置柱貫通的橫縫隙即溝槽、在該溝槽的內側即方形鋼管柱內部設置內隔板的方法。該方法雖然方形鋼管柱與內隔板的焊接為部分性的，但溝槽的截面積成為應焊接的對象，柱壁厚(板厚)與梁凸緣壁厚(板厚)越增加則越大，有焊接量飛躍性地變大的問題，有焊接效率下降的問題。

【發(fā)明內容】

[0032]本發(fā)明的目的是不將柱按各層切斷，而防止大徑厚壁的建筑鋼骨構造物的柱梁接合部的穿通隔板的熱應變、熱應變脆化，防止由內隔板與梁凸緣的焊接造成的層狀撕裂，并且使柱與隔板的焊接坡口加工單純化、降低焊接量而提高焊接效率，安裝具備整周帶有坡口的突起的隔板而使柱的制造成本降低，將弧形缺口加工及背墊板省略而使梁端的焊接省力化，并且將應力集中緩和，進而提高該接頭部的強度及塑性變形性能。
[0033]對這樣的各課題進行了各種研究。結果，在公開特許公報2007-002658中也公開了在圖1及圖2所示那樣的由部件I和2構成的骰子體2中、去除隔板I的從柱的伸出、設置例如圖4所示那樣的柱表面板5F貫通的溝槽27而將內隔板IA與該溝槽焊接的方法。但是，這樣對于厚板的柱和內隔板需要較大的焊接部。所以，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了下述內容:不進行4面箱型鋼管柱的按照層的切斷，在相當于梁位置的柱面上開設比梁凸緣橫截面形狀稍大、使長度為柱徑的4/5以上的貫通孔，將在外周部上帶有帶坡口的突起的內隔板，使柱5與隔板I的焊接部6為貫通孔焊接，將梁4包括該貫通孔焊接部進行焊接接合，只要如此就解決了各課題。但是，由于在封閉的方形鋼管柱內不能插入有突起的內隔板，所以在由4片鋼板通過焊接組裝而制造的4面箱型鋼管柱(4面盒柱)中，為在焊接組裝前將有突起的內隔板插入到部分的長度的橫向貫通孔中、將4面的鋼板組裝后將柱進行柱軸方向的縱接縫焊接、然后將內隔板鋼管柱貫通孔焊接的次序。
[0034]本發(fā)明的內隔板的定義將在貫通孔以外的場所中隔板的外形的角的4角比柱內徑小的隔板稱作內隔板。因而，在本發(fā)明中，即使在該內隔板端部的直線部(邊)上有突起而插入到柱貫通孔中，也稱作內隔板。
[0035]所以，在有關技術方案I的發(fā)明中，在將建筑鋼骨構造物的截面為四邊形的4面箱形鋼管(4面盒)柱焊接組裝的情況下，由以下的構成要素構成。發(fā)明的第I結構是，在該4面箱形鋼管柱的至少梁凸緣安裝位置的柱面的板厚25mm以上的鋼板即表面板上，在將截面為四邊形的4面箱形鋼管(4面盒)柱焊接組裝之前，在水平方向上設置柱徑的4/5以下的長度、梁凸緣寬度以上的長度的圓形、橢圓形或啞鈴形狀的貫通孔。設為柱面的板厚25mm以上是因為，在其以下的板厚中能夠用通常的二氧化碳氣體電弧焊接法容易地焊接，將貫通孔端部的外面形狀做成圖6所示的端部為圓弧的長孔或圖7所示的啞鈴狀是因為，使其端部的焊接融入變得容易，并且在開設貫通孔時將兩端用錐開孔后容易通過氣體切斷等將端部錐孔連結切斷。特別是因為，如果將貫通孔端部用圓弧做成更大的錐孔，則容易將兩個錐孔連結并切斷。做成貫通孔是為了使隔板和鋼管柱遍及柱表面板的整個厚度從柱的外面焊接接合，是為了不易作用表面板的板厚方向的力而防止柱表面板的層狀撕裂。將貫通孔長度設為柱徑的4/5以下的長度是因為，如果為其以上的長度，則在貫通孔的柱的徑向的端部上，在柱縱接頭上帶有背墊板，與貫通孔干涉，進而是因為焊接量也增大，效果減小。此夕卜，使貫通孔長度為梁凸緣寬度以上的長度是為了確保梁凸緣截面積而將梁的應力可靠地向內隔板傳遞。發(fā)明的第2結構是，在接近于柱內壁的I片板的內隔板的外周端面上帶有突起，在該突起的整周上設置朝外的坡口，在將4面箱形鋼管柱組裝之前，使該帶有坡口的突起的一部分或全部插入到該貫通孔內。設置該帶有坡口的突起是為了比沒有突起的情況減小該貫通孔內的空間、減少柱鋼管與隔板的焊接量。帶有坡口的突起的坡口是為了比沒有坡口的情況更能夠且容易地進行隔板突起與貫通孔的焊接的融入。此外，該突起的坡口起到在柱組裝時容易將突起插入到貫通孔中的作用。該突起的向該貫通孔插入的部分的橫截面積為了向該貫通孔內插入，通常具有比該貫通孔的橫截面小的截面積。此外，該貫通孔長度通常為了使焊接量成為最小而比該突起的底部長度通常大O?IOmm左右。發(fā)明的第3結構是將該4面箱形鋼管柱由4片鋼板焊接組裝后制造，該鋼管柱的焊接組裝是在柱的內面上在長度方向上安裝背墊板而從柱的外面焊接接合。發(fā)明的第4結構是，通過從該4面箱形鋼管柱的至少外面將該貫通孔與隔板焊接，使得比H形鋼梁凸緣的板厚大的板厚的內隔板與4面盒柱貫通孔的焊接融入的縱及橫截面形狀為W字形狀。該貫通孔內的截面的融入形狀由于有帶有朝外的坡口的隔板突起，所以呈中央部隆起的W形狀。發(fā)明的第5結構是，將包括該貫通孔和帶有突起的隔板的焊接部的方形鋼管柱、和H形鋼梁凸緣焊接接合。在該貫通孔與帶有突起的隔板的焊接部上安裝H形鋼凸緣，焊接的堆高來到鋼管柱的母材為止。發(fā)明的第6結構是，由于該4面箱形鋼管柱由4片鋼板構成、將其組裝而制造，所以至少從外部的焊接是必須的，在該柱的組裝完成前內部沒有被密閉，內部的至少一部分也能夠從鋼管內部焊接，在內隔板的向柱內部的插入時，柱與隔板的接頭能夠從內面焊接。如果將內隔板外周端部突起的坡口設計得較大，則將坡口延長到柱內部，與沒有坡口的情況相比，能夠通過從柱內面的焊接成為較少的焊接量。不論隔板外周端部突起的坡口的大小如何，都只要內隔板與柱內面焊接，內隔板與柱內面之間的焊接截面積就增加，并且內隔板與柱內面的應力集中被減輕，能夠使內隔板與柱的接合部強度提高。
[0036]如果將有關技術方案I的發(fā)明的結構通過與先行技術文獻的比較總結，則是以下這樣的。表中的符號在與本申請構成因子不一致的情況下表述為X，關于本申請構成因子沒有記載表述為Λ，與本申請構成因子一致的情況下表述為〇。
[0037]
【權利要求】
1.一種鋼骨構造物制造方法，其特征在于， 在將建筑鋼骨構造物的截面為四邊形、壁厚為25mm以上的4面箱形鋼管柱焊接組裝的情況下， 不將該4面箱形鋼管柱按照層切斷，而在該4面箱形鋼管柱的至少梁凸緣安裝預定位置的柱面的鋼板上，在水平方向上設置貫通孔，所述貫通孔為梁凸緣寬度以上的長度且柱徑的4/5以下的長度，并且端部為圓形或啞鈴形狀； 在接近于柱內壁的內隔板的外周端部上設置突起，將包括該突起的兩端部的突起部整周朝外坡口加工； 在將該4面箱形鋼管柱由4片鋼板焊接組裝之前，將該帶有坡口的突起的一部分或全部預先插入到該貫通孔內； 在將H形鋼梁凸緣板厚及該貫通孔的短徑寬度以上的板厚的內隔板與方形鋼管柱的該貫通孔以焊接融入的縱及橫截面形狀為W字形狀的方式至少從外面焊接后，將包括該焊接部的方形鋼管柱與H形鋼梁凸緣焊接接合。
2.如權利要求1所述的鋼骨構造物制造方法，其特征在于，使隔板的板厚為梁凸緣的板厚及該貫通孔的短徑寬度以上，并且使貫通孔的短徑寬度為梁凸緣板厚以下，至少進行梁凸緣安裝側的柱的內平面與隔板的焊接、以及從柱的外面將貫通孔與隔板焊接。
3.如權利要求1或2所述的鋼骨構造物制造方法，其特征在于，在隔板與梁凸緣的焊接部的焊珠寬度較窄側的梁端部上安裝加強板，至少將加強板的梁軸方向柱側端部與隔板、以及加強板的梁軸方向梁中央側端部與梁凸緣完全融入焊接。
【文檔編號】E04B1/58GK103669587SQ201210336219
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月29日 優(yōu)先權日:2012年8月29日
【發(fā)明者】內田昌克, 巖鄉(xiāng)俊二, 巖鄉(xiāng)速雄 申請人:艾克利維特股份有限公司