JP2004027840A

JP2004027840A - 鉄骨梁構造

Info

Publication number: JP2004027840A
Application number: JP2003313790A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sugimoto; 杉本　浩一; Shokichi Gokan; 後閑　章吉
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】効率良く梁端耐力を増大できる鉄骨梁構造を提供する。
【解決手段】鉄骨梁１０の上，下フランジ１１，１２は、フランジ幅Ｗが一定となる一般部分１１ａ，１２ａと、梁端１０ａから中央側に所定距離Ｌだけ寄った位置でフランジ幅Ｗを凹設される曲線をもって滑らかに削減する縮幅部分１１ｂ，１２ｂと、この縮幅部分１１ａ，１２ａより梁端１０ａ側のフランジ幅Ｗを一般部分１１ａ，１２ａより増大する増幅部分１１ｃ，１２ｃとで形成する。増幅部分１１ｃ，１２ｃは、一般部分１１ａ，１２ａと同幅のフランジ１１，１２両側に、このフランジ１１，１２と別体に設けた増設プレート１６を一体に溶接して構成する。
【選択図】　　図１

Description

　本発明は、ラーメン架構を構成する鉄骨梁構造に関し、とりわけ、柱に接続される梁端部に、梁端から中央側に所定距離寄った位置にフランジ幅を削減する縮幅部分が形成される鉄骨梁構造に関する。

　一般にラーメン架構における柱梁仕口部構造は、例えば図７（ａ），（ｂ）や図８（ａ），（ｂ）に示すようなものが従来存在する。この場合、断面矩形状の鋼管柱１とＨ型鋼を用いた鉄骨梁２とが用いられ、図７では鋼管柱１の側面１ａに支持ブラケット３を溶接して、この支持ブラケット３に鉄骨梁２のフランジ２ａ，２ｂを載置させた状態で、ウェブ２ｃを接続板４を介して上記鋼管柱１の側面１ａに溶接するようになっている。一方、図８では鋼管柱１の途中に所定間隔をもってダイアフラム５，５ａを設け、このダイアフラム５，５ａの外側端に鉄骨梁２のフランジ２ａ，２ｂの先端を突き合わせて溶接する一方、ウェブ２ｃは同様に接続板４を介して鋼管柱１の側面１ａに溶接するようになっ
ている。

　ところが、このような柱梁仕口部では地震や風等の外部入力により、ラーメン架構に剪断荷重等の変形荷重が作用した場合に、鋼管柱１と鉄骨梁２との剛結部分に応力が集中するため、この剛結部分に高い剛性が要求される。しかし、鉄骨梁２のウェブ２ｃは鋼管柱１の側面１ａに溶接される接続板４に結合されるのみであるため、このウェブ２ｃの圧縮力および引張り力を柱に直接伝達する部材が鋼管柱１内に存在しないことになる。このため、上記ウェブ２ｃ部分は梁端耐力に対する寄与度合いが著しく低くなり、断面Ｈ型に形成された鉄骨梁２の剛性を有効に利用することができなくなってしまうという課題があった。

　このように高い剛性が要求される剛結部分について、ウェブの耐力を、構造設計における一次設計としての弾性設計や二次設計としての終局設計を行う際の評価に考慮することができなかった。従って、設計上必要鉄骨量の増加を余儀なくされることとなっていた。

　そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、効率良く梁端耐力を増大できる鉄骨梁構造を提供することを目的とする。

　かかる目的を達成するために請求項１に示す本発明の鉄骨梁構造は、フランジおよびウェブからなる鉄骨梁において、フランジ幅が一定となる一般部分と、梁端から中央側に所定距離寄った位置でフランジ幅を曲線をもって滑らかに削減する縮幅部分とを有する鉄骨梁構造であって、上記縮幅部分より梁端側のフランジ幅を一般部分より増大する増幅部分を備えて構成する。

　また、請求項２に示す本発明の鉄骨梁構造は、上記増幅部分が、上記一般部分と同幅のフランジ両側に、このフランジと別体とした増設プレートを一体に固設して構成される。　
　また、請求項３に示す本発明の鉄骨梁構造は、上記増幅部分の増設プレートを、上記縮幅部分の曲線と滑らかに連続させる。

　以上の構成により本発明の鉄骨梁構造の作用を以下述べると、請求項１では、フランジおよびウェブからなる鉄骨梁において、フランジ幅が一定となる一般部分と、梁端から中央側に所定距離寄った位置でフランジ幅を曲線をもって滑らかに削減する縮幅部分とを有する、いわゆるドッグボーン形式の鉄骨梁構造を前提として、縮幅部分より梁端側のフランジ幅を一般部分より増大する増幅部分を備えて構成したので、梁端から増幅部分を介して中央側に寄った縮幅部分で降伏を先行させることができ、そしてこの縮幅部分においてはウェブ耐力を含めて梁端耐力を決定することが可能となる。すなわち、梁の構造設計において、ウェブの耐力を評価できることとなって、設計上ウェブの鉄骨量を有効に考慮することができ、必要鉄骨量を低減することができる。また、梁端のフランジ幅の増幅部分によって縮幅部分を確実に先行して降伏させることができ、耐震性等のエネルギ吸収能を格段に向上することができる。

　また、請求項２では、鉄骨梁のフランジ幅が一般部分，縮幅部分および増幅部分と変化されるが、増幅部分が、一般部分と同幅のフランジ両側に、このフランジと別体とした増設プレートを一体に固設して構成したので、一定幅に形成されたフランジに上記増設プレートを固設することにより上記増設部分を構成することができる。従って、一定幅のフランジを備えた市販のロールＨ型鋼を用いた場合にも、増設プレートの溶接で増幅部分を形成できるとともに、フランジを所定幅に縮径するように切断することにより上記縮幅部分を形成することができる。このため、型鋼を用いることができることにより、ドッグボーン形式の鉄骨梁を簡単かつ安価に製作することができ、延いては、工期の短縮および工費の削減を達成することができる。

　また、請求項３では、上記増幅部分の増設プレートを、上記縮幅部分の曲線と滑らかに連続させたので、増幅部分から縮径部分に至る部分で滑らかに応力を変化させることができ、梁端部の疲労や塑性変形時の２次曲げ防止効果を向上することができる。

　以上説明したように本発明の請求項１に示す鉄骨梁構造にあっては、フランジおよびウェブからなる鉄骨梁において、フランジ幅が一定となる一般部分と、梁端から中央側に所定距離寄った位置でフランジ幅を曲線をもって滑らかに削減する縮幅部分とを有する、いわゆるドッグボーン形式の鉄骨梁構造を前提として、縮幅部分より梁端側のフランジ幅を一般部分より増大する増幅部分を備えて構成したので、梁端から増幅部分を介して中央側に寄った縮幅部分で降伏を先行させることができ、そしてこの縮幅部分においてウェブ耐力を含めて梁端耐力を決定することが可能となって、梁の構造設計においてウェブの耐力を評価することができ、設計上ウェブの鉄骨量を有効に考慮することができて、必要鉄骨量を低減することができる。また、梁端のフランジ幅の増幅部分によって縮幅部分を確実に先行して降伏させることができ、耐震性等のエネルギ吸収能を格段に向上することができる。

　また、請求項２に示す鉄骨梁構造にあっては、フランジ幅を一般部分，縮幅部分および増幅部分と変化させて構成する鉄骨梁にあって、増幅部分を、一般部分と同幅のフランジ両側に、このフランジと別体とした増設プレートを一体に固設して構成したので、一定幅に形成されたフランジに上記増設プレートを固設することにより上記増設部分を構成することができるため、一定幅のフランジを備えた市販のロールＨ型鋼を用いることができるようになり、ドッグボーン形式の鉄骨梁を簡単かつ安価に製作することができ、延いては、工期の短縮および工費の削減を達成することができる。　
　また、請求項３に示す鉄骨梁構造にあっては、上記増幅部分の増設プレートを、上記縮幅部分の曲線と滑らかに連続させたので、増幅部分から縮径部分に至る部分で滑らかに応力を変化させることができ、梁端部の疲労や塑性変形時の２次曲げ防止効果を向上することができるという優れた効果を奏する。

　以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図４は本発明の鉄骨梁構造の一実施形態を示し、図１は要部平面図、図２は要部正面図、図３は図１中のＡ−Ａ線断面図、図４は増設プレートの平面図である。

　本実施形態の鉄骨梁構造として用いられる鉄骨梁１０は、図１から図３に示すように水平配置される上，下フランジ１１，１２と、これら上，下フランジ１１，１２の中央部間を垂直に連結するウェブ１３とによって断面Ｈ形状に形成され、この鉄骨梁１０が従来と同様に断面矩形状の鋼管柱１４の側面１４ａに結合されるようになっている。

　即ち、上記鉄骨梁１０の梁端１０ａは、図２に示したようにウェブ１３の端部両面が、鋼管柱１４の側面１４ａ中央部に溶接された垂直な接続板１５にボルト，ナット結合（溶接でもよい）されるとともに、フランジ１１，１２端が該側面１４ａに溶接されることにより結合されて柱梁仕口部が構成される。勿論、この柱梁仕口部は、従来に示したと同様に鋼管柱１４に溶接したブラケットにフランジ１１または１２を載置した状態で、上記ボルト，ナット止め等されることが望ましく、また、フランジ１１，１２は鋼管柱１４に設けたダイアフラムに溶接するようにしたものでもよく、更には、これ以外の仕口部構造を適用することもできる。

　上記鉄骨梁１０の上，下フランジ１１，１２は、図１に示したようにフランジ幅Ｗが一定となる一般部分１１ａ，１２ａと、梁端１０ａから中央側（図中右側）に所定距離Ｌだけ寄った位置でフランジ幅Ｗを凹設される曲線をもって滑らかに削減する縮幅部分１１ｂ，１２ｂと、この縮幅部分１１ｂ，１２ｂより梁端１０ａ側のフランジ幅Ｗを上記一般部分１１ａ，１２ａより増大する増幅部分１１ｃ，１２ｃとが形成され、謂わゆるドッグボーン形式の鉄骨梁１０として構成される。

　即ち、上記縮径部分１１ｂ，１２ｂは梁端１０ａの近傍、例えば一般部分１１ａ，１２ａのフランジ幅Ｗを３００mmとした場合に、Ｌ＝３３０mm程度に設定され、かつ、縮径量α＝２２．５mm程度となる。また、上記増幅部分１１ｃ，１２ｃの全幅Ｗ0＝５２８mm程度に設定され、このときの増幅量β＝（Ｗ0−Ｗ）／２＝（５２８−３００）／２＝１１４mmとなる。

　ここで、本実施形態は上記増幅部分１１ｃ，１２ｃは、上記一般部分１１ａ，１２ａと同幅（Ｗ）のフランジ１１，１２両側に、このフランジ１１，１２と別体に設けた増設プレート１６を一体に溶接して構成してある。増設プレート１６は図４に示すように上記増設量βの幅をもって形成され、その一端１６ａは直角に切断されるとともに、他端１６ｂは湾曲された傾斜面として全体に略台形状に形成される。そして、直角に切断された一端１６ａは、上記フランジ１１，１２端と一直線となるように揃えた状態で、下底となる一辺１６ｃが上記フランジ１１，１２の側辺に溶接Ｍ1される。そして、この増設プレート１６の一端１６ａは、鉄骨梁１０を鋼管柱１４に溶接する際に同時にこの鋼管柱１４に溶接Ｍ2される。

　ところで、上記増設プレート１６は梁端１０ａのフランジ幅を所定幅に増幅する機能を備え、該増設プレート１６の長さＬ1は必要な梁端耐力を得るための長さに設定され、例えば本実施形態ではＬ＝１６５mm程度に設定される。

　以上の構成により本実施形態の鉄骨梁構造にあっては、ドッグボーン形式として構成される鉄骨梁１０は、その上，下フランジ１１，１２幅が梁端１０ａに向かって一般部分１１ａ，１２ａから縮幅部分１１ｂ，１２ｂ、そして増幅部分１１ｃ，１２ｃへと変化されるが、増幅部分１１ｃ，１２ｃが、一般部分１１ａ，１２ａと同幅のフランジ１１，１２両側に、このフランジ１１，１２と別体に設けた増設プレート１６を溶接して構成したので、該増幅部分１１ｃ，１２ｃは一定幅Ｗに形成されたフランジ１１，１２に上記増設プレート１６を固設することにより構成することができる。

　従って、ドッグボーン形式の鉄骨梁１０を形成する場合に、一定幅のフランジ１１，１２を備えた市販のＨ型鋼を用いた場合にも、増設プレート１６の溶接Ｍ1で増幅部分１１ｃ，１２ｃを形成できるとともに、フランジ１１，１２を所定幅に縮径するように切断することにより、上記縮幅部分１１ｂ，１２ｂを形成することができる。このように一般の型鋼を用いることができることにより、ドッグボーン形式の鉄骨梁１０を簡単かつ安価に製作することができ、延いては、工期の短縮および工費の削減が達成されることになる。

　また、梁端１０ａから増幅部分１１ｃ，１２ｃを介して中央側に寄った縮幅部分１１ｂ，１２ｂで降伏を先行させることができ、そしてこの縮幅部分１１ｂ，１２ｂにおいてはウェブ耐力を含めて梁端耐力を決定することが可能となる。すなわち、梁の構造設計において、ウェブ１３の耐力を評価できることとなって、設計上ウェブ１３の鉄骨量を有効に考慮することができ、必要鉄骨量を低減することができる。また、梁端１０ａのフランジ幅の増幅部分１１ｃ，１２ｃによって梁端耐力を増大させて縮幅部分１１ｂ，１２ｂを確実に先行して降伏させることができ、耐震性等の鉄骨梁１０のエネルギ吸収能を格段に向上することができる。

　図５は他の実施形態を示す要部平面図で、上記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。

　この実施形態では、上記増幅部分１１ｃ，１２ｃの増設プレート１６を、上記縮幅部分１１ｂ，１２ｂの曲線と滑らかに連続させたものである。即ち、この実施形態では上記増設プレート１６の長さＬ1を梁端１０ａから縮径部分１１ｂ，１２ｂに至る長さの短冊状に形成しておき、この短冊状の増設プレート１６をフランジ１１，１２の両側に溶接した後に上記縮幅部分１１ｂ，１２ｂを切断するようになっており、この切断時に縮幅部分１１ｂ，１２ｂの曲線と連続させて増設プレート１６の他端１６ｂを切断するようになっている。

　勿論、上記増幅プレート１６は、これの他端１６ｂを縮幅部分１１ｂ，１２ｂの曲線に連続する曲線をもって予め切断しておき、これを縮幅部分１１ｂ，１２ｂと連続するようにフランジ１１，１２の両側に後から溶接することもできる。　従って、この実施形態では上記増幅部分１１ｃ，１２ｃの増設プレート１６を、上記縮幅部分１１ｂ，１２ｂの曲線と滑らかに連続させたので、増幅部分１１ｃ，１２ｃから縮径部分１１ｂ，１２ｂに至る部分で滑らかに応力を変化させることができ、梁端部１０ａの疲労や塑性変形時の２次曲げ防止効果を向上することができる。

　図６はさらに他の実施形態を示す要部平面図で、上記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。

　この実施形態では、上記フランジ１１，１２はそれぞれ１枚の帯状鋼板を加工して、増幅部分１１ｃ，１２ｃ、縮幅部分１１ｂ，１２ｂおよび一般部分１１ａ，１２ａを形成し、このフランジ１１，１２を別体のウェブ１３に溶接することにより鉄骨梁１０が製造されるようになっている。

　この実施形態は、製造面において板材相互の溶接が必要なため、コスト面および手間の面で劣るけれども、上述した実施形態と同様に、梁端１０ａから増幅部分１１ｃ，１２ｃを介して中央側に寄った縮幅部分１１ｂ，１２ｂで降伏を先行させることができてこの縮幅部分１１ｂ，１２ｂにおいてウェブ耐力を含めて梁端耐力を決定することが可能となり、必要鉄骨量を低減することができるとともに、耐震性等のエネルギ吸収能を格段に向上することができる。

　ところで、上記各実施形態では柱として鋼管柱１４を用いた場合を開示したが、これに限ることなく他の鉄骨柱、例えばＨ型鋼を用いることができる。

本発明の一実施形態を示す鉄骨梁の要部平面図である。本発明の一実施形態を示す鉄骨梁の要部正面図である。本発明の一実施形態を示す図１中のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態を示す増設プレートの平面図である。本発明の他の実施形態を示す鉄骨梁の要部平面図である。本発明の他の実施形態を示す鉄骨梁の要部平面図である。従来の鉄骨梁の一例を（ａ）の要部正面図、（ｂ）の要部平面図によって示す説明図である。従来の鉄骨梁の他例を（ａ）の要部正面図、（ｂ）の要部平面図によって示す説明図である。

符号の説明

　１０　鉄骨梁
　１０ａ　梁端
　１１，１２　フランジ
　１１ａ，１２ａ　一般部分
　１１ｂ，１２ｂ　縮幅部分
　１１ｃ，１２ｃ　増幅部分
　１３　ウェブ
　１４　鋼管柱
　１６　増設プレート

Claims

　フランジおよびウェブからなる鉄骨梁において、フランジ幅が一定となる一般部分と、梁端から中央側に所定距離寄った位置でフランジ幅を曲線をもって滑らかに削減する縮幅部分とを有する鉄骨梁構造であって、
　上記縮幅部分より梁端側のフランジ幅を一般部分より増大する増幅部分を備えたことを特徴とする鉄骨梁構造。