JP2005105674A - Reinforcement standard indication implement for through-hole of steel-frame beam, and reinforcement design support device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、鉄骨梁のウェブに、設備用配管類等を通すための貫通孔を設ける場合に、鉄骨梁の貫通孔の形成部周辺を補強する標準の補強内容を示す鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具、および補強設計支援装置に関する。 This invention reinforces a steel beam through-hole showing a standard reinforcement content for reinforcing the periphery of a through-hole formation portion of a steel beam when a through-hole for passing equipment piping or the like is provided in a steel beam web The present invention relates to a standard display device and a reinforcement design support device.
鉄骨梁のウェブに貫通孔を設けて、設備用配管類を直接貫通させる有孔梁が多用されている。有孔梁を用いて階高を下げれば、鋼材量の削減や外壁面積の削減に繋がり、経済性に大きく貢献する。特に近年では、快適性の追求やＯＡ化の進展に伴って空調容量等が増加し、梁に必要とされる貫通孔の量が増加している。
鉄骨造の梁に貫通孔を設けた場合の問題点は、梁耐力の低下と塑性変形能力の低下である。しかし、有孔梁については学会規準などの一般的な設計規準は定められておらず、各社、各設計者がそれぞれの考え方で標準を定め、補強しているというのが現状である。一般的には、梁貫通孔に作用する曲げモーメントやせん断力の大小にかかわらず、慣例的に貫通孔について補強を行っている。適宜の設計法の論文、書籍等を参考にして、スリーブ孔補強標準図を作成し、実務に活用することも行われているが、鉄骨梁に設ける貫通孔の位置までは考慮されておらず、鉄骨梁の長さ方向のどの位置に貫通孔を設ける場合も、同様な補強を行う補強標準図とされている。
The problem when a through-hole is provided in a steel frame beam is a decrease in beam strength and a decrease in plastic deformation capacity. However, there are no general design standards such as academic standards for perforated beams, and the current situation is that each company and each designer sets and reinforces standards based on their own ideas. In general, the through-holes are conventionally reinforced regardless of the bending moment and shearing force acting on the beam through-holes. The sleeve hole reinforcement standard drawing is created by referring to papers, books, etc. of the appropriate design method and used in practice, but the position of the through hole provided in the steel beam is not considered In any position in the length direction of the steel beam, the through hole is provided as a standard reinforcement diagram for performing similar reinforcement.
鉄骨梁に作用する曲げモーメント、せん断力は、材長によって変化し、梁端部での応力は大きく、逆に梁中央部の応力は小さい。このため、上記従来のスリーブ孔補強標準図に従うと、梁の中央部に貫通孔がある場合は、過剰な、つまり無駄な補強となる可能性がある。 The bending moment and shear force acting on the steel beam vary depending on the material length, and the stress at the beam end is large, while the stress at the beam center is small. For this reason, according to the conventional sleeve hole reinforcement standard diagram, if there is a through-hole in the center of the beam, there is a possibility that excessive, that is, useless reinforcement.
この発明の目的は、梁断面，孔径，孔位置に応じて、必要な補強内容が判り、かつ孔位置に応じた補強不要領域が簡単に判り、無駄な補強をできるだけ避ける設計が容易に行える鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具、および補強設計支援装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a steel frame that can be easily designed to avoid unnecessary reinforcement as much as possible by knowing necessary reinforcement contents according to the beam cross-section, hole diameter, and hole position, and easily knowing the area that does not require reinforcement according to the hole position. It is to provide a reinforcement standard indicator for a beam through-hole and a reinforcement design support device.
この発明の鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具（１０）は、鉄骨梁のウェブに貫通孔を設ける場合に、鉄骨梁の貫通孔の形成部周辺を補強する補強内容を示す鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具であって、次の表（１１）により構成される。
この表（１１）は、見出しとなる列（Ｂ０）の各行（Ａ１〜Ａｍ）に、行見出し表示（１２）として各種断面寸法の鉄骨梁の断面寸法情報を表示する。断面寸法情報は、断面寸法諸元であっても、また梁材の断面を示す区分、型番等の情報であっても良い。見出しとなる行（Ａ０）の各列に列見出し表示（１３）として、上記ウェブに明ける貫通孔の各種孔径を順に表示する。所定の行（Ａｎ）の行見出し表示（１４）として、梁端から無補強領域までの距離（Ｌ２）を示す行であることを示す。
この無補強領域までの距離（Ｌ２）を示す行（Ａｎ）における各列部分となる各セル内に、上記無補強領域までの各種の距離（Ｌ２）を順に表示する。
上記表（１１）の断面寸法情報で行見出し（１２）が表示された任意の行（Ａｉ）と孔径で列見出し（１３）が表示された任意の列（Ｂｊ）とが交差する領域となるセル（Ｓij）内に、見出し表示内容に対応する断面寸法情報、孔径、およびそのセル（Ｓij）の位置する列（Ｂｊ）の上記所定行（Ａｎ）に表示された無補強領域までの距離（Ｌ２）、の各条件に対応する補強内容（１５）を表示する。
このセル（Ｓij）内に表示される補強内容（１５）は、梁の貫通孔を設ける箇所が上記の無補強領域までの距離（Ｌ２）以上である場合に、
（梁に作用する曲げモーメント）＜（補強された梁の曲げ耐力）
であって、かつ
（梁に作用するせん断力）＜（補強された梁のせん断耐力）
となる条件を充足する補強内容である。
この補強内容として、補強が不要であるセル（Ｓij）には補強不要の旨を示す表示（１５ａ）を施す。
The steel beam through-hole reinforcement standard indicator (10) according to the present invention is a steel beam through-hole indicating a reinforcing content for reinforcing the periphery of a steel beam through-hole formation portion when a through-hole is provided in a steel beam web. It is a reinforcement standard display tool, Comprising: The following table | surface (11) is comprised.
This table (11) displays the cross-sectional dimension information of the steel beam having various cross-sectional dimensions as the row header display (12) in each row (A1 to Am) of the column (B0) serving as the header. The cross-sectional dimension information may be a cross-sectional dimension specification, or information such as a section indicating a cross-section of the beam material, a model number, or the like. As the column heading display (13) in each column of the row (A0) serving as the heading, various hole diameters of the through-holes opened on the web are displayed in order. The row heading display (14) of the predetermined row (An) indicates that the row indicates the distance (L2) from the beam end to the unreinforced region.
Various distances (L2) to the non-reinforcing region are displayed in order in each cell that is a column portion in the row (An) indicating the distance (L2) to the non-reinforcing region.
An arbitrary row (Ai) in which the row heading (12) is displayed by the cross-sectional dimension information in the table (11) and an arbitrary column (Bj) in which the column heading (13) is displayed by the hole diameter intersect with each other. In the cell (Sij), the sectional dimension information corresponding to the headline display content, the hole diameter, and the distance to the unreinforced region displayed in the predetermined row (An) of the column (Bj) where the cell (Sij) is located ( The reinforcement content (15) corresponding to each condition of L2) is displayed.
The reinforcement content (15) displayed in the cell (Sij) is when the location where the through hole of the beam is provided is equal to or greater than the distance (L2) to the non-reinforcement region.
(Bending moment acting on beam) <(Bending strength of reinforced beam)
And (shearing force acting on the beam) <(shearing strength of the reinforced beam)
It is the content of the reinforcement that satisfies the following conditions.
As the contents of reinforcement, a display (15a) indicating that reinforcement is not required is given to a cell (Sij) that does not require reinforcement.
なお、鉄骨梁の貫通孔の形成部周辺を補強する補強構造は、各種の構造を採用できるが、例えば梁に重ねて溶接する補強プレートを溶接する補強構造とする。この補強構造とする場合に、上記セル内に表示される補強必要な場合の補強内容は、例えば、補強プレートの幅および板厚寸法とする。 Various structures can be adopted as the reinforcing structure that reinforces the periphery of the through-hole forming portion of the steel beam. For example, a reinforcing structure that welds a reinforcing plate that is overlapped and welded to the beam is used. In the case of this reinforcing structure, the reinforcing contents displayed in the cell when the reinforcing is necessary are, for example, the width and thickness of the reinforcing plate.
この構成の補強標準表示具（１０）は、次のように使用される。設計しようとする鉄骨梁の断面の寸法情報、貫通孔の孔径、および梁端から孔中心位置までの距離に対応して、次のセル内の補強内容を見る。表（１１）中の断面寸法情報で行見出し（１２）が表示された任意の行（Ａｉ）と、孔径で列見出しが表示された任意の列（Ｂｊ）とが交差する領域となる該当セル（Ｓij）を見る。この該当セル（Ｓij）内に、見出し表示内容に対応する断面寸法情報および孔径の場合に必要な補強内容（１５）が示されている。また、この該当セル（Ｓij）内の補強内容は、その該当セル（Ｓij）の位置する列の所定行（Ａｎ）に表示された無補強領域までの距離（Ｌ２）の各条件を充足する補強内容となっており、貫通孔を設ける位置が該当セルのある列の無補強領域までの距離（Ｌ２）よりも梁中央側の位置であれば、補強内容に示された補強を行えば良い。貫通孔を設ける位置が該当セル（Ｓij）の列の無補強領域までの距離（Ｌ２）よりも梁端側であれば、貫通孔を設けることができない。該当セル（Ｓij）内の補強内容として、補強不要の表示（１５ａ）があれば、貫通孔周辺に補強を行う必要がない。
このように、無補強領域までの距離（Ｌ２）を表（１１）中に示すようにしたため、補強標準として、補強が不要であることを簡明に表示でき、無駄に補強を行うことが回避される。また、各セル（Ｓij）内の補強内容を、貫通孔の梁端からの距離を条件に含めた内容としてあるため、孔位置が梁端に近い場合の余裕を補強内容に考慮する必要がなく、補強内容として示す補強量が削減できる。この補強標準表示具（１０）を用いると、これらにより、無駄な補強をできるだけ避ける設計を容易に行うことができる。
The reinforced standard display tool (10) having this configuration is used as follows. Corresponding to the dimension information of the cross section of the steel beam to be designed, the hole diameter of the through hole, and the distance from the beam end to the hole center position, the reinforcement contents in the next cell are viewed. Corresponding cell that is an area where an arbitrary row (Ai) in which the row heading (12) is displayed by the cross-sectional dimension information in the table (11) and an arbitrary column (Bj) in which the column heading is displayed by the hole diameter intersect. Look at (Sij). In the corresponding cell (Sij), the cross-sectional dimension information corresponding to the headline display content and the reinforcement content (15) necessary for the hole diameter are shown. The reinforcement content in the corresponding cell (Sij) is the reinforcement satisfying each condition of the distance (L2) to the unreinforced region displayed in the predetermined row (An) of the column where the corresponding cell (Sij) is located. If the position where the through hole is provided is a position closer to the center of the beam than the distance (L2) to the non-reinforcing region of the row with the corresponding cell, the reinforcement shown in the reinforcement content may be performed. If the position where the through hole is provided is closer to the beam end than the distance (L2) to the unreinforced region in the row of the corresponding cell (Sij), the through hole cannot be provided. If there is an indication (15a) indicating that no reinforcement is required as the reinforcement content in the cell (Sij), there is no need to reinforce around the through hole.
Thus, since the distance (L2) to the non-reinforcement region is shown in the table (11), it can be simply displayed that the reinforcement is unnecessary as the reinforcement standard, and unnecessary reinforcement is avoided. The Further, since the contents of reinforcement in each cell (Sij) are the contents including the distance from the beam end of the through hole as a condition, there is no need to consider the margin when the hole position is close to the beam end. The amount of reinforcement shown as reinforcement content can be reduced. When this reinforcement standard display tool (10) is used, the design which avoids useless reinforcement as much as possible by these can be performed easily.
この発明の鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具（１０）において、上記セル（Ｓij）内に表示される上記補強内容の表示（１５）は、次の(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要の表示とし、下回る場合に補強量を表示するものとし、補強量は、(21)式を充足する補強内容としても良い。
ただし、
ｄ：梁端からの距離、
dＱ：梁端からｄ離れた位置に作用するせん断力、
Ｍp ：梁の全塑性モーメント、
ｗ：梁に作用する等分布荷重、
Ｌ：梁スパン、
ｈ：梁せい、
Ｑh ：有孔部のせん断耐力
Ｑph：有孔部ウェブの降伏せん断力
Ｍph：Ｑ＝０時の有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ：Ｑ＝Ｑph時の有孔部フランジの全塑性モーメント、
Ｑh ’：補強有り孔部のせん断力
Ｑph’：補強有孔部ウェブの降伏せん断耐力
Ｍph’：Ｑ＝０時の補強有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ’：Ｑ＝Ｑph時の補強有孔部フランジの全塑性モーメント、
However,
d: distance from beam end,
d Q: Shear force acting at a position d away from the beam end,
M p : Total plastic moment of the beam,
w: equally distributed load acting on the beam,
L: Beam span,
h: Sir Liang,
Q h : Shear strength of the perforated part Q ph : Yield shear force of the perforated part web M ph : Total plastic moment of the perforated part when Q = 0
M phf : Total plastic moment of the perforated flange when Q = Q ph ,
Q h ': Shear force of the hole with reinforcement Q ph ': Yield shear strength of the reinforced hole web M ph ': Total plastic moment of the hole with reinforcement at Q = 0,
M phf ': the total plastic moment of the reinforced perforated flange when Q = Q ph
この数式(8) 式、(16)式、(21)式による補強有無判断および補強内容が、効果的であることが、有限要素法を用いた数値解析によって検証できた。
なお、補強不要の表示は、(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に行うが、この場合において、(16)式のせん断耐力Ｑh から安全量を差し引いた値が(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要の表示を行うものとしても良い。
It was verified by numerical analysis using the finite element method that the presence / absence of reinforcement and the contents of reinforcement by the equations (8), (16), and (21) are effective.
The indication that reinforcement is not required is performed when the shear strength Q h shown in equation (16) exceeds the acting shear force in equation (8). In this case, from the shear strength Q h in equation (16) When the value obtained by subtracting the safe amount exceeds the acting shear force of Equation (8), it may be displayed that no reinforcement is required.
この発明の鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具（１０）は、適用条件として、貫通孔の中心位置が鉄骨梁の梁芯から所定の偏芯量までの範囲に位置すること、および貫通孔が複数設けられる場合には、貫通孔間の距離が所定の離間距離以上であることを含むものとしても良い。これらの適用条件は、表（１１）とは別に、または表（１１）中に表示しておくことが望ましい。 In the steel beam through hole reinforcement standard indicator (10) of the present invention, as an application condition, the center position of the through hole is located in a range from the beam core of the steel beam to a predetermined eccentric amount, and the through hole is In the case where a plurality of holes are provided, the distance between the through holes may include a predetermined distance or more. These application conditions are desirably displayed separately from the table (11) or in the table (11).
この発明の鉄骨梁貫通孔の補強設計支援装置（３０）は、鉄骨梁のウェブに貫通孔を設ける場合に、鉄骨梁の貫通孔の形成部周辺を補強する補強内容を示す鉄骨梁貫通孔の補強設計支援装置であって、鉄骨梁の断面寸法情報、梁長さ、貫通孔の孔径、および梁端から貫通孔中心までの距離を少なくとも含む条件データを入力しまたは所定のデータ登録手段から取り込む条件入力手段（３１）と、この条件入力手段で得た条件データから、上記補強の有無判定および補強が必要な場合の補強量の演算を行う補強判定演算手段（３２）と、この補強判定演算手段（３２）で演算された結果を表示する演算結果表示手段（３３）とを備える。
上記補強判定演算手段（３２）は、次の(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要と判定し、補強必要と判定した場合に、式(21)を充足する補強内容を演算するものとする。
The reinforcing determination calculation means (32), when the shear strength Q h represented by the following equation (16) is, it is determined reinforced unnecessary and determines, reinforcement required when exceeding the action shearing force (8) Suppose that the reinforcement content satisfying equation (21) is calculated.
ただし、式中の各文字の示す意味は、補強標準表示具（１０）について示したとおりである。 However, the meaning which each character in a formula shows is as having shown about the reinforcement standard indicator (10).
この構成の補強設計支援装置（３０）によると、鉄骨梁の断面寸法情報、梁長さ、貫通孔の孔径、および梁端から貫通孔中心までの距離等の条件データを入力することで、補強の有無判定、および補強が必要な場合の補強量の演算が行われ、その結果が表示される。そのため必要な補強内容が簡単にわかる。この場合の補強の有無判定および補強量の演算は、梁端から貫通孔中心までの距離を条件に含み、上記の各式によるため、孔位置に応じた必要な補強となり、無駄に補強を行うことが回避される。 According to the reinforcement design support device (30) having this configuration, it is possible to reinforce by inputting condition data such as the cross-sectional dimension information of the steel beam, the beam length, the diameter of the through hole, and the distance from the beam end to the center of the through hole. The presence / absence determination and the amount of reinforcement when reinforcement is required are calculated and the result is displayed. Therefore, it is easy to understand the necessary reinforcement. In this case, the presence / absence of reinforcement and the calculation of the amount of reinforcement include the distance from the beam end to the center of the through hole, and are based on the above formulas. It is avoided.
この発明の鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具は、鉄骨梁の断面寸法情報と孔径に対応させて補強内容を表示した表において、所定の行に梁端から無補強領域までの距離を示し、補強不要の条件となる箇所にその不要の表示を行うようにしたため、梁断面，孔径，孔位置に応じて、補強の必要有無が一目で判る。また、上記補強内容として梁端から孔位置までの条件を含んだ計算内容を表示するため、標準として示す補強量を、無駄な余裕を省いた補強量とできる。これらにより、過剰な補強をできるだけ無くし、必要な補強を行う設計が簡単に行える。
この発明の鉄骨梁貫通孔の補強設計支援装置は、梁端から貫通孔中心までの距離を条件に含み、上述の数式に従い、梁に作用する曲げモーメント、せん断力、および梁の曲げ耐力、せん断耐力を演算して補強の必要の有無および補強量を示すものであるため、画一的な補強による過剰補強を回避し、補強の不要を明確に示すと共に、過剰とならない必要補強量を示すことができる。
The steel beam through hole reinforcement standard indicator of this invention shows the distance from the beam end to the unreinforced region in a predetermined row in the table displaying the reinforcement content corresponding to the cross-sectional dimension information of the steel beam and the hole diameter, Since unnecessary indications are made at locations that do not require reinforcement, the necessity of reinforcement can be determined at a glance according to the beam cross section, hole diameter, and hole position. Further, since the calculation content including the condition from the beam end to the hole position is displayed as the reinforcement content, the reinforcement amount shown as a standard can be made the reinforcement amount with no useless margin. As a result, excessive reinforcement is eliminated as much as possible, and a design for performing necessary reinforcement can be easily performed.
The steel beam through hole reinforcement design support device according to the present invention includes the distance from the beam end to the center of the through hole as a condition, and according to the above formula, the bending moment acting on the beam, the shearing force, the bending strength of the beam, the shearing Since the proof stress is calculated to indicate the necessity and amount of reinforcement, avoid excessive reinforcement by uniform reinforcement, clearly indicate the necessity of reinforcement, and indicate the amount of reinforcement that does not become excessive Can do.
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１，図２は、この鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具を示し、図３は対象となる鉄骨梁および貫通孔の関係を、図４は鉄骨梁の形状とその補強構造の例をそれぞれ示す。
図４において、鉄骨梁１のウェブ１ａに貫通孔２を設ける場合に、鉄骨梁１の貫通孔２の形成部周辺を補強プレート３等の補強手段で補強する。鉄骨梁１は、Ｉ形鋼からなり、ウェブ１ａと上下のフランジ１ｂを有するものである。貫通孔２は円孔である。補強手段は、補強プレート３の他に、補強管やリブ状のスチフナー等であっても良いが、以下の例は、補強手段が補強プレート３である場合につき説明する。補強プレート３は、ウェブ１ａに重ねて溶接される鋼板であり、鉄骨梁１に明ける貫通孔２よりも略溶接代分だけ大きな径の孔を形成した正方形状ないし矩形状の板とされる。補強プレート３の溶接は、例えばその外周および内周の全周に渡って行われる。補強プレート３をウェブ１ａの両面に設けるか、片面に設けるかは、必要な補強量によって定められる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 show a standard reinforcement indicator for this steel beam through hole, FIG. 3 shows the relationship between the target steel beam and the through hole, and FIG. 4 shows an example of the shape of the steel beam and its reinforcing structure, respectively. Show.
In FIG. 4, when the through hole 2 is provided in the web 1 a of the steel beam 1, the periphery of the portion where the through hole 2 of the steel beam 1 is formed is reinforced by a reinforcing means such as a reinforcing plate 3. The steel beam 1 is made of I-shaped steel and has a web 1a and upper and lower flanges 1b. The through hole 2 is a circular hole. The reinforcing means may be a reinforcing pipe or a rib-like stiffener in addition to the reinforcing plate 3, but the following example will be described when the reinforcing means is the reinforcing plate 3. The reinforcing plate 3 is a steel plate that is overlapped and welded to the web 1a, and is a square or rectangular plate in which a hole having a diameter substantially larger than the through hole 2 in the steel beam 1 is formed by a welding amount. The reinforcing plate 3 is welded, for example, over the entire outer circumference and inner circumference. Whether the reinforcing plate 3 is provided on both sides or one side of the web 1a is determined by the required amount of reinforcement.
図３において、鉄骨梁１に貫通孔２を設ける場合に、どれだけの補強が必要であるか、補強が不要であるか、また設けることが不可能であるかは、鉄骨梁１の断面寸法諸元、貫通孔２の孔径の他に、貫通孔２の梁端からの距離（すなわち柱フェース４ａからの距離）によって変わる。これは、梁端からの距離によって、鉄骨梁１に作用する曲げモーメントおよびせん断力が変わり、梁スパンの中央ほど、荷重要件が軽減されるためである。
貫通孔２の孔径や鉄骨梁１の断面寸法によっても距離が変わるが、同図に示すように、梁端から所定の距離Ｌ１までは、鉄骨梁１に貫通孔２を設けることができない。この領域Ｅ１を塑性化領域Ｅ１と呼ぶことにする。梁端から所定の距離Ｌ２以上の領域Ｅ２は、補強を要しない。これを無補強領域Ｅ２と呼ぶことにする。この塑性化領域Ｅ１と無補強領域Ｅ２との間では、梁端からの距離等に応じた補強量の補強を行えば、支障なく貫通孔２を設けることができる。
In FIG. 3, when the through-hole 2 is provided in the steel beam 1, how much reinforcement is necessary, whether reinforcement is not necessary, or impossible to provide is the cross-sectional dimension of the steel beam 1. In addition to the specifications and the hole diameter of the through hole 2, the distance varies from the beam end of the through hole 2 (that is, the distance from the column face 4a). This is because the bending moment and shearing force acting on the steel beam 1 change depending on the distance from the beam end, and the load requirement is reduced at the center of the beam span.
Although the distance varies depending on the diameter of the through hole 2 and the cross-sectional dimension of the steel beam 1, the through hole 2 cannot be provided in the steel beam 1 from the beam end to a predetermined distance L 1 as shown in FIG. This region E1 will be called a plasticized region E1. A region E2 having a predetermined distance L2 or more from the beam end does not require reinforcement. This will be referred to as an unreinforced region E2. Between the plasticized region E1 and the non-reinforcing region E2, the through hole 2 can be provided without hindrance if the reinforcing amount is reinforced according to the distance from the beam end or the like.
図１，図２に示す鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具１０は、このような、梁断面寸法、孔径、孔位置に応じた補強の有無、補強量を、設計の標準として表に示したものである。図２は、補強標準表示具１０となる表１１の全体の概要を示し、図１は図２の一部を拡大して示す。図２に示すように、この実施形態では、鉄骨梁を細幅系列と中幅系列とに区分して、表の上下部分に分けて示しているが、必ずしもこの区分は必要ではない。この補強標準表示具１０は、表１１のみからなるものであっても良く、またこの表１１と補足説明表示手段とを含むものであっても良い。補足説明表示手段については、後に説明する。上記の表１１は、紙等に表示されたものに限らず、例えば電子データであって、画面または用紙等への出力によって、人間が視覚的に表として認識できるものであれば良い。 The steel beam through-hole reinforcement standard indicator 10 shown in FIG. 1 and FIG. 2 shows the presence / absence of reinforcement according to the beam cross-sectional dimension, hole diameter, hole position, and the amount of reinforcement as a design standard. Is. FIG. 2 shows an overview of the entire table 11 serving as the reinforcing standard display tool 10, and FIG. 1 shows an enlarged part of FIG. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the steel beam is divided into a narrow width series and a medium width series and divided into upper and lower parts of the table, but this division is not necessarily required. This reinforcing standard display tool 10 may consist of only Table 11 or may include this Table 11 and supplementary explanation display means. The supplementary explanation display means will be described later. The above table 11 is not limited to the data displayed on paper or the like, and may be any electronic data that can be visually recognized as a table by output to a screen or paper.
図１において、この補強標準表示具１０となる表１１は、見出しとなる列Ｂ０の各行Ａ１〜Ａｍ（ｍは任意の整数）に、行見出し表示１２として各種断面寸法の鉄骨梁の断面寸法情報を表示する。断面寸法情報は、断面寸法諸元であっても、また梁材の断面を示す区分、型番等の情報であっても良いが、この実施形態では断面寸法諸元を用いている。この断面寸法諸元として、梁せいＨ、梁幅Ｂ、ウェブ板厚ｔ１、フランジ板厚ｔ２、およびウェブ・フランジ間の角部断面円弧の曲率半径ｒを示している。 In FIG. 1, the table 11 serving as the reinforcing standard display tool 10 includes cross-sectional dimension information of steel beams having various cross-sectional dimensions as the row heading display 12 in each row A1 to Am (m is an arbitrary integer) of the column B0 serving as a heading. Is displayed. The cross-sectional dimension information may be a cross-sectional dimension specification, or information such as a section indicating the cross-section of the beam material, a model number, etc., but in this embodiment, the cross-sectional dimension specification is used. As the cross-sectional dimensions, the beam length H, the beam width B, the web plate thickness t1, the flange plate thickness t2, and the radius of curvature r of the corner cross-section arc between the web and the flange are shown.
見出しとなる行Ａ０の各列には、列見出し表示１３として、上記ウェブ１ｂ（図４）に明ける貫通孔２の各種孔径を順に表示する。図１の例では、「Ｄ＝５０」，「Ｄ＝７５」等の表示形態で、貫通孔直径を示す文字「Ｄ」とその数値とを表示している。 In each column of the row A0 serving as a headline, various hole diameters of the through-holes 2 in the web 1b (FIG. 4) are sequentially displayed as a column headline display 13. In the example of FIG. 1, the letter “D” indicating the diameter of the through hole and its numerical value are displayed in a display form such as “D = 50” and “D = 75”.
表１１の所定の行Ａｎには、行見出し表示１４として、梁端から無補強領域Ｅ２（図３）までの距離Ｌ２を示す行である旨を示す。梁端の位置は柱フェースの位置のことであり、この表１１では、行見出し表示１４として、「柱フェースから無補強領域までの距離：Ｌ２」と示している。なお、貫通孔２の梁端からの距離は、鉄骨梁１の一端からの距離と他端からの距離とで異なるが、短い方の距離、つまり曲げモーメントが大きく計算される方の距離を上記の距離Ｌ２とする。表１１を使用する場合も上記と同じく、短い方の距離を用いる。 A predetermined row An in Table 11 indicates that the row heading display 14 indicates a distance L2 from the beam end to the unreinforced region E2 (FIG. 3). The position of the beam end is the position of the column face, and in Table 11, “Distance from the column face to the unreinforced region: L2” is shown as the row header display 14. The distance from the beam end of the through hole 2 differs depending on the distance from one end of the steel beam 1 and the distance from the other end, but the shorter distance, that is, the distance on which the bending moment is greatly calculated is the above-mentioned distance. Distance L2. When Table 11 is used, the shorter distance is used as described above.
この無補強領域Ｅ２までの距離Ｌ２を示す所定の行Ａｎにおける各列部分となる各セルＳｎ１…内に、無補強領域までの各種の距離Ｌ２を順に表示する。同図の例では、８００mm、１４００mm、７００mm、２０００mm、…の距離を表示している。この各セルＳｎ１…内に示す距離Ｌ２の値は、設計の便宜等に応じて適宜の値とすれば良い。 Various distances L2 to the non-reinforcing region are sequentially displayed in each cell Sn1... Which is each column portion in a predetermined row An indicating the distance L2 to the non-reinforcing region E2. In the example of the figure, distances of 800 mm, 1400 mm, 700 mm, 2000 mm,... Are displayed. The value of the distance L2 shown in each of the cells Sn1... May be an appropriate value depending on the design convenience.
表１１において、断面寸法情報で行見出し１２が表示された任意の行Ａｉと、孔径で列見出し１３が表示された任意の列Ｂｊとが交差する領域となるセルＳij内に、各見出し表示１２，１３の内容に対応する断面寸法情報、孔径、およびそのセルＳijの位置する列Ｂｊの上記所定行ＡｎのセルＳｎｉに表示された無補強領域までの距離Ｌ２を条件とする補強内容の表示１５を施す。補強内容は、補強構造に応じかつ補強量を含む適宜の内容とすれば良いが、この例では、補強プレート３（図４）の板厚ｔ、幅Ｉ、および１枚か２枚かの区別表示によって補強内容を示している。また、補強プレート３は正方形であるとし、その１辺の寸法を上記の幅Ｉとして示している。 In Table 11, each headline display 12 is displayed in a cell Sij that is an area where an arbitrary row Ai in which the row heading 12 is displayed by the cross-sectional dimension information and an arbitrary column Bj in which the column heading 13 is displayed by the hole diameter intersect. , 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13, 13. Apply. The reinforcement content may be an appropriate content according to the reinforcement structure and including the amount of reinforcement. In this example, the thickness t, the width I of the reinforcement plate 3 (FIG. 4), and the distinction between one and two The contents of reinforcement are shown by the display. Further, the reinforcing plate 3 is assumed to be square, and the dimension of one side thereof is shown as the width I described above.
各セルＳij内の補強内容表示１５の補強内容は、鉄骨梁１の貫通孔２を設ける箇所が上記の無補強領域までの距離Ｌ２以上である場合に、
（梁に作用する曲げモーメント）＜（補強された梁の曲げ耐力）
であって、かつ
（梁に作用するせん断力）＜（補強された梁のせん断耐力）
となる条件を充足する補強内容である。
The reinforcement content of the reinforcement content display 15 in each cell Sij is when the location where the through hole 2 of the steel beam 1 is provided is equal to or greater than the distance L2 to the non-reinforcement region,
(Bending moment acting on beam) <(Bending strength of reinforced beam)
And (shearing force acting on the beam) <(shearing strength of the reinforced beam)
It is the content of the reinforcement that satisfies the following conditions.
この補強内容として、補強が不要であるセルＳij内には、補強不要の旨を示す表示１５ａを施す。この例では、「無補強」と表示している。補強が不要である複数のセルＳijが隣接する場合に、それらのセルＳijを統合した範囲に、まとめて上記「無補強」等の補強不要の旨を示す表示１５ａを施しても良い。 As the contents of reinforcement, a display 15a indicating that reinforcement is not required is provided in the cell Sij that does not require reinforcement. In this example, “unreinforced” is displayed. When a plurality of cells Sij that do not need reinforcement are adjacent to each other, a display 15a indicating that the reinforcement is not necessary, such as “no reinforcement”, may be collectively performed in a range in which the cells Sij are integrated.
貫通孔２の孔径が、鉄骨梁１の断面寸法に対して大きい場合は、強度不足となって孔明けが不可であるが、表１１におけるそのようなセル内には「スリーブ穴明け不可」等のような孔明け不可の表示１７が施される。 When the hole diameter of the through hole 2 is larger than the cross-sectional dimension of the steel beam 1, the strength is insufficient and drilling is impossible. However, in such a cell in Table 11, “sleeve drilling is impossible” or the like. A non-drilling display 17 such as is given.
補強が必要な場合の補強内容の表示１５（１５ａ）は、具体的には次の(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要の表示１５ａとし、下回る場合に補強量を表示するものとする。
補強内容は、次の(21)式を充足する内容とする。これら(8) 式、(16)式、(21)式の理由は、後に説明する。
The reinforcement content shall satisfy the following equation (21). The reason for these equations (8), (16), and (21) will be described later.
ただし、
ｄ：梁端からの距離、
dＱ：梁端からｄ離れた位置に作用するせん断力、
Ｍp ：梁の全塑性モーメント、
ｗ：梁に作用する等分布荷重、
Ｌ：梁スパン、
ｈ：梁せい、
Ｑh ：有孔部のせん断耐力
Ｑph：有孔部ウェブの降伏せん断力
Ｍph：Ｑ＝０時の有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ：Ｑ＝Ｑph時の有孔部フランジの全塑性モーメント、
Ｑh ’：補強有り孔部のせん断力
Ｑph’：補強有孔部ウェブの降伏せん断耐力
Ｍph’：Ｑ＝０時の補強有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ’：Ｑ＝Ｑph時の補強有孔部フランジの全塑性モーメント、
However,
d: distance from beam end,
d Q: Shear force acting at a position d away from the beam end,
M p : Total plastic moment of the beam,
w: equally distributed load acting on the beam,
L: Beam span,
h: Sir Liang,
Q h : Shear strength of the perforated part Q ph : Yield shear force of the perforated part web M ph : Total plastic moment of the perforated part when Q = 0
M phf : Total plastic moment of the perforated flange when Q = Q ph ,
Q h ': Shear force of the hole with reinforcement Q ph ': Yield shear strength of the reinforced hole web M ph ': Total plastic moment of the hole with reinforcement at Q = 0,
M phf ': the total plastic moment of the reinforced perforated flange when Q = Q ph
なお、この補強標準表示具１０は、図４のように貫通孔２の中心位置が鉄骨梁１の梁芯と一致する場合、および図５のように貫通孔２が偏心していても、梁芯から孔中心までの偏心量ｅが所定の偏芯量までの範囲に位置する場合に用いることを適用条件としている。図６または図７に示すように、鉄骨梁１に貫通孔２が複数設けられる場合は、隣合う貫通孔２間の距離が所定の離間距離、例えば梁せいＨ以上であることを適用条件とする。この適用条件化で上記曲げ耐力，せん断耐力の条件が充足する補強内容が補強内容表示１５に示される。このような適用条件、および適用条件を説明する図等は、表１１とは別に設けた補足説明表示手段（図示せず）、または表１１中に表示しておくことが望ましい。 In addition, this reinforcing standard indicator 10 has a beam core even when the center position of the through hole 2 coincides with the beam core of the steel beam 1 as shown in FIG. 4 and even when the through hole 2 is eccentric as shown in FIG. To be used when the eccentricity e from the center of the hole to the center of the hole is in a range up to a predetermined eccentricity. As shown in FIG. 6 or FIG. 7, when a plurality of through holes 2 are provided in the steel beam 1, the distance between adjacent through holes 2 is a predetermined separation distance, for example, a beam length H or more. To do. Reinforcing content display 15 shows the reinforcing content that satisfies the conditions of the bending strength and shear strength under the application conditions. It is desirable to display such an application condition and a figure explaining the application condition in supplementary explanation display means (not shown) provided separately from Table 11 or in Table 11.
この構成の補強標準表示具１０は、次のように使用される。設計しようとする鉄骨梁１の断面の寸法情報、貫通孔２の孔径、および梁端から孔中心位置までの距離Ｌ２に対応して、次のセル内の補強内容を見る。表１１中の断面寸法情報で行見出し１２が表示された任意の行Ａｉと、孔径で列見出し１３が表示された任意の列Ｂｊとが交差する領域となる該当セルＳijを見る。この該当セルＳij内に、見出し表示１２，１３の内容に対応する断面寸法情報および孔径の場合に必要な補強内容が、補強プレート３の板厚，幅、枚数によって示されている。この該当セルＳij内の補強内容は、その該当セルＳijの位置する列Ｂｊの所定行Ａｎに表示された無補強領域までの距離Ｌ２の各条件を充足する補強内容となっており、貫通孔２を設ける位置が該当セルＳijのある列Ｂｊの無補強領域までの距離Ｌ２よりも梁中央側の位置であれば、補強内容表示１５に示された補強を行えば良い。貫通孔２を設ける位置が無補強領域までの距離Ｌ２よりも梁端側であれば、貫通孔２を設けることができない。 The reinforced standard display tool 10 having this configuration is used as follows. Corresponding to the dimension information of the cross section of the steel beam 1 to be designed, the hole diameter of the through hole 2, and the distance L2 from the beam end to the hole center position, the contents of reinforcement in the next cell are viewed. A corresponding cell Sij that is an area where an arbitrary row Ai in which the row heading 12 is displayed with the cross-sectional dimension information in Table 11 and an arbitrary column Bj in which the column heading 13 is displayed with the hole diameter intersect is seen. In the corresponding cell Sij, the cross-sectional dimension information corresponding to the contents of the headline indications 12 and 13 and the reinforcing contents necessary for the hole diameter are indicated by the thickness, width and number of reinforcing plates 3. The reinforcement contents in the corresponding cell Sij are the reinforcement contents satisfying the respective conditions of the distance L2 to the non-reinforcement area displayed in the predetermined row An of the column Bj where the corresponding cell Sij is located. Is provided on the beam center side with respect to the distance L2 to the unreinforced region of the column Bj where the cell Sij is located, the reinforcement shown in the reinforcement content display 15 may be performed. If the position where the through hole 2 is provided is closer to the beam end than the distance L2 to the unreinforced region, the through hole 2 cannot be provided.
該当セルＳij内の補強内容として、補強不要の表示１５ａがあれば、貫通孔周辺に補強を行う必要がない。 If there is a reinforcement-free display 15a as the reinforcement content in the cell Sij, there is no need to reinforce around the through hole.
このように、無補強領域までの距離Ｌ２を表１１中に示すようにしたため、補強標準として、補強が不要であることを簡明に表示でき、無駄に補強を行うことが回避される。
また、各セルＳij内の補強内容を、貫通孔２の梁端からの距離Ｌ２を条件に含めた内容としてあるため、孔位置か梁端に近い場合の余裕を補強内容に考慮する必要がなく、補強内容として示す補強量が削減できる。例えば、従来の画一的な補強の場合に比べて、全体的に板厚が１サイズ小さくなるなど、補強量が大幅に削減される。
この補強標準表示具１０は、このように経済的な補強標準となっており、これを用いると、無駄な補強をできるだけ避ける設計を容易に行うことができる。
Thus, since the distance L2 to the non-reinforcement region is shown in Table 11, it can be simply displayed that the reinforcement is unnecessary as the reinforcement standard, and unnecessary reinforcement is avoided.
Further, since the contents of reinforcement in each cell Sij are the contents including the distance L2 from the beam end of the through hole 2 as a condition, it is not necessary to consider the margin when the hole position or the beam end is close to the reinforcement contents. The amount of reinforcement shown as reinforcement content can be reduced. For example, the amount of reinforcement is greatly reduced, for example, the plate thickness is reduced by one size as a whole compared to the case of conventional uniform reinforcement.
The reinforcement standard indicator 10 is thus an economical reinforcement standard, and by using this, it is possible to easily perform a design that avoids unnecessary reinforcement as much as possible.
次に、上記各式(8),(16),(21) 等の根拠を説明する。
（１） 有孔梁の設計
（1-1) 終局時に貫通孔に作用する曲げモーメントとせん断力
加藤、金子の文献（非特許文献１）を参考にして、有孔梁の設計式を導く。図８に示すように、水平荷重と等分布荷重ｗを受ける梁を想定する。梁端部（無欠損部）の全塑性状態における曲げモーメントＭE とせん断力ＱE のＭ−Ｑ相関関係（図９）を次式のように仮定する。
Next, the grounds for the above equations (8), (16), (21), etc. will be described.
(1) Design of perforated beam (1-1) Bending moment and shear force acting on through-holes at the end of time Refer to Kato and Kaneko's literature (Non-Patent Document 1) to derive a design formula for perforated beams. As shown in FIG. 8, a beam that receives a horizontal load and a uniform load w is assumed. Assume that the M-Q correlation (FIG. 9) between the bending moment M E and the shearing force Q E in the all-plastic state of the beam end (defect-free portion) is as follows:
ここで、Ｍp は梁の全塑性モーメント、Ｍpfはフランジの全塑性モーメント、Ｑy はウェブの降伏せん断力（無欠損部）である。
梁が両端でせん断力を考慮した全塑性状態になっている時の曲げモーメント分布は次式で表される。
Here, M p is the total plastic moment of the beam, M pf is the total plastic moment of the flange, and Q y is the yield shear force (defect-free portion) of the web.
The bending moment distribution when the beam is in a fully plastic state considering the shearing force at both ends is expressed by the following equation.
ここで、ＭpLとＭpRはそれぞれ左端と右端の全塑性状態における曲げモーメント、Ｌは梁スパン、ｘは梁端からの距離、Ｗは梁に作用する等分布荷重である。
等分布荷重ｗは、終局時においてスパン内に最大曲げモーメントが生じないことを条件とする。この条件は(4) 式で表される。
The equally distributed load w is on condition that no maximum bending moment is generated in the span at the end. This condition is expressed by equation (4).
全塑性状態における梁端せん断力は次式(5L)，(5R)で表される。
ここでＱL とＱR は、それぞれ左端と右端の全塑性状態におけるせん断力である。
梁端の全塑性状態における曲げモーメントＭpLとＭpRは、(1) 式のＱE に(5) 式を代入して連立方程式を解けば、次式が得られる。
The bending moments M pL and M pR in the fully plastic state of the beam end can be obtained by substituting Equation (5) into Q E in Equation (1) and solving the simultaneous equations.
ここでｈは梁せいである。(6) 式を(5) 式に代入すれば、梁端の全塑性状態におけるせん断力ＱL とＱR は次式で表される。
梁端からｄ離れた位置に作用するせん断力 dＱL と dＱR は、(3) 式でｘ＝ｄ，Ｌ−ｄとし、(6) 式を用いれば次式で表される。上記のｄは、図１，図３等に示した距離Ｌ２に対応する。 Shear force d Q L and d Q R which acts on a position away d from the beam end, (3) and x = d, and L-d by the formula is represented by the following equation by using the equation (6). The above d corresponds to the distance L2 shown in FIGS.
梁端からｄ離れた位置に作用する曲げモーメントｄＭpLとｄＭpRは、(2) 式でｘ＝ｄ，Ｌ−とし、(6) 式を用いれば次式で表される。
(1-2) 補強の要否判定
全塑性状態における有孔部の曲げ耐力Ｍh とせん断力Ｑh のＭ−Ｑ相関関係を次式で与える（図１０）。
ここで、ＭphはＱ＝０時の有孔部の全塑性モーメント、Ｍphf はＱ＝Ｑph時の有孔部フランジの全塑性モーメント、Ｑphは有孔部ウェブの降伏せん断力で、それぞれ次式で与える。
ここで、Ｍpfは梁のフランジのみの全塑性モーメントである。αは有孔梁のせん断耐力を求める時の孔中心断面のウェブのせん断耐力に対する低減係数、βは有孔梁の曲げ耐力Ｍphf のＭpfに対する低減係数で、非特許文献２に示されている式を引用する。
ここでＲは貫通孔の半径、Ｂは梁幅、ｔf はフランジ板厚、ｔW はウェブ板厚である。 (10)式の有孔部の曲げ耐力Ｍh が(9) 式の作用モーメント dＭL および dＭR に等しくなる時の有孔部のせん断耐力Ｑh は次式で表される。
このＱh が(8) 式の作用せん断力を上回る場合は補強不要、下回る場合は補強が必要となる。 If this Q h exceeds the acting shear force of equation (8), reinforcement is not necessary, and if Q h is less, reinforcement is necessary.
(1-3) 必要補強量の算定
補強が必要な場合は、板厚ｔp の補強プレートをウェブに溶接して有孔部を補強する。図１１に補強方法を示す。全塑性状態における補強有孔部の曲げ耐力Ｍh ’と、せん断耐力Ｑh ’のＭ−Ｑ相関関係を次式で与える。
(1-3) Calculation of the required amount of reinforcement When reinforcement is required, the perforated part is reinforced by welding a reinforcing plate of thickness t p to the web. FIG. 11 shows a reinforcing method. The MQ correlation between the bending strength M h ′ of the reinforced perforated portion in the fully plastic state and the shear strength Q h ′ is given by the following equation.
ここで、Ｍph’はＱ＝０時の補強有孔部の全塑性モーメント、Ｍphf ’はＱ＝Ｑph時の補強有孔部フランジの全塑性モーメント、Ｑph’は補強有孔部ウェブの降伏せん断耐力であり、それぞれ次式で与える。
ここで、ｔp は補強プレートの板厚、Ｌp は補強プレートの幅、ｅは有孔部の溶接しろである。
(17)式の補強有孔部の曲げ耐力Ｍh ’が、(9) 式の作用曲げモーメント dＭL と dＭR に等しくなる時の補強有孔部のせん断力Ｑh ’は次式で表される。
(17) reinforcing the perforated portion of the bending strength M h 'of, (9) of the working bending moment d M L and d M shear reinforcement perforated portion when equal to R Q h' is the following formula It is represented by
このＱh ’が(8) 式の作用せん断力を上回ることを条件として、補強プレートの板厚および幅を算定する。 The thickness and width of the reinforcing plate are calculated on the condition that this Q h ′ exceeds the acting shear force of Equation (8).
（２）数値解析による検証
有限要素法を用いた数値解析により、設計式ならびに補強の妥当性について検討する。解析方法は材料非線形と幾何学的非線形を考慮した弾塑性有限要素解析で、汎用構造解析プログラムMSC.Marc2000（商品名）を用いて行った。
図１２に解析対象、図１３に有限要素モデルを示す。要素は４節点厚肉シェル要素を用いている。材端に集中荷重が作用する片持梁を想定し、等分布荷重についてはｗ＝０と仮定する。
(2) Verification by numerical analysis Examine the validity of design formulas and reinforcement by numerical analysis using the finite element method. The analysis method was elasto-plastic finite element analysis considering material nonlinearity and geometric nonlinearity, and was performed using general-purpose structural analysis program MSC.Marc2000 (trade name).
FIG. 12 shows an analysis target, and FIG. 13 shows a finite element model. The element is a 4-node thick shell element. A cantilever beam with concentrated load acting on the end of the material is assumed, and w = 0 is assumed for an evenly distributed load.
表１に解析モデルの一覧を示す。解析パラメータは梁サイズについて５種類、材長さについて３種類で、それぞれ無孔梁、有孔梁、補強有孔梁の３種類を設定し、全部で４５例の数値解析を行った。貫通孔の径は梁せいＨの０．６倍とし、梁端からＨ離れた位置に孔を設けた。補強部分の板厚と幅は、３節で導いた設計式に基づいて設定した。
図１４は、梁サイズH-500x200x10x16 、材長さ3,000mm の解析例について、無孔梁と有孔梁の荷重- 変形関係を比較して示したものある。また図１５は、部材角θ＝0.15の時の開口部周辺の変形及び応力分布の状態を示したものである。無補強有孔梁は開口部周辺の塑性化が先行し、ウェブの座屈に伴って早期に耐力が低下している。一方、補強した有孔梁は、開口部周辺の歪集中が緩和されて、無孔梁と同等の耐力と塑性変形能力を有している。 FIG. 14 shows a comparison of the load-deformation relationship between a non-perforated beam and a perforated beam for an analysis example with a beam size of H-500 × 200 × 10 × 16 and a material length of 3,000 mm. FIG. 15 shows the state of deformation and stress distribution around the opening when the member angle θ = 0.15. The unreinforced perforated beam is preceded by plasticization around the opening, and the yield strength is lowered early with the buckling of the web. On the other hand, the reinforced perforated beam has a proof strength and plastic deformation capability equivalent to those of a non-perforated beam because the strain concentration around the opening is relaxed.
図１６は耐力上昇率について、有孔梁と無孔梁を比較して示したものである。ここで、耐力上昇率は最大耐力を無孔梁の全塑性モーメントで除したものである。縦軸に有孔梁、横軸に無孔梁の値をとっており、○印は無補強有孔梁、●印は補強した有孔梁を示している。無補強有孔梁は無孔梁に比べて大幅に耐力が低下している。一方、補強した有孔梁は無孔梁に比べてほぼ同等の耐力を有している。
図１７は塑性変形能力について、有孔梁と無孔梁とを比較して示したものである。ここで、塑性変形能力は最大耐力時の変形を全塑性モーメントに対応する弾性部材角で除したものである。縦軸に有孔梁、横軸に無孔梁の値をとっており、○印は無補強有孔梁、●印は補強した有孔梁を示している。無補強有孔梁は無孔梁に比べて大幅に塑性変形能力が低下している。一方、補強した有孔梁は無孔梁に比べて、同等以上の塑性変形能力を有している。
FIG. 16 shows the rate of increase in yield strength by comparing a perforated beam and a non-perforated beam. Here, the rate of increase in yield strength is the maximum yield strength divided by the total plastic moment of the non-porous beam. The vertical axis represents the value of the perforated beam, the horizontal axis represents the value of the non-perforated beam, the ◯ mark indicates the unreinforced perforated beam, and the ● mark indicates the reinforced perforated beam. The strength of unreinforced perforated beams is significantly lower than that of non-perforated beams. On the other hand, reinforced perforated beams have almost the same strength as non-perforated beams.
FIG. 17 shows a comparison between a perforated beam and a non-perforated beam in terms of plastic deformation ability. Here, the plastic deformation capacity is obtained by dividing the deformation at the maximum proof stress by the elastic member angle corresponding to the total plastic moment. The vertical axis represents the value of the perforated beam, the horizontal axis represents the value of the non-perforated beam, the ◯ mark indicates the unreinforced perforated beam, and the ● mark indicates the reinforced perforated beam. Non-reinforced perforated beams have a significantly lower plastic deformation capacity than non-perforated beams. On the other hand, a reinforced perforated beam has a plastic deformation capacity equal to or greater than that of a non-perforated beam.
（３）まとめ
このように、梁端部に貫通孔を有する梁を、プレート補強により補強する例について、既往の研究成果を参考にして設計式を導き、数値解析により設計式の妥当性について検討した。梁端部に貫通孔を有する場合でも、プレート補強により適切な補強を施せば、無孔梁と同等の耐力と塑性変形能力を有することを示した。
(3) Summary In this way, for the example of reinforcing a beam with a through hole at the end of the beam by plate reinforcement, a design formula is derived with reference to past research results, and the validity of the design formula is examined by numerical analysis. did. Even when the beam has a through hole at the beam end, it was shown that if it was properly reinforced by plate reinforcement, it had the same yield strength and plastic deformation capability as a non-hole beam.
以上の研究結果に基づいて、上記の補強標準表示具１０（図１，図２）を作成した。この特徴は、次の各点である。
・梁中央部に無補強領域を設定した。
・補強量を梁端からの孔位置に応じて設定した。
・梁端からの孔位置に応じた補強量とすることで、梁端部に孔を明ける場合も示した。
Based on the above research results, the above-mentioned standard reinforcing indicator 10 (FIGS. 1 and 2) was prepared. This feature is as follows.
・ An unreinforced area was set at the center of the beam.
-The amount of reinforcement was set according to the hole position from the beam end.
・ The case where a hole is drilled at the beam end by setting the amount of reinforcement according to the hole position from the beam end is also shown.
次に、図１８ないし図２１と共に、鉄骨梁貫通孔の補強設計支援装置３０につき説明する。この補強設計支援装置３０は、コンピュータにより構成される。この補強設計支援装置３０は、上記のように鉄骨梁１（図４）のウェブ１ａに貫通孔２を設ける場合に、鉄骨梁１の貫通孔２の形成部周辺を補強する補強内容を示すものであって、次の条件入力手段３１、補強判定演算手段３２、演算結果表示手段３３、および表示装置３４を備える。表示装置３４は、液晶表示装置やＣＲＴ等の画面表示を行う装置である。 Next, the reinforcing design support device 30 for the steel beam through-hole will be described with reference to FIGS. The reinforcement design support device 30 is configured by a computer. This reinforcement design support apparatus 30 shows the reinforcement content which reinforces the periphery of the formation part of the through-hole 2 of the steel beam 1 when providing the through-hole 2 in the web 1a of the steel beam 1 (FIG. 4) as mentioned above. The following condition input means 31, reinforcement determination calculation means 32, calculation result display means 33, and display device 34 are provided. The display device 34 is a device that performs screen display such as a liquid crystal display device or a CRT.
条件入力手段３１は、鉄骨梁の断面寸法情報、梁長さ、貫通孔の孔径、および梁端から貫通孔中心までの距離ｄを少なくとも含む条件データを入力し、または所定のデータ登録手段から取り込む手段である。条件入力手段３１によるデータ入力は、キーボード等からオペレータが入力するようにしても、また適宜の建物設計過程で自動入力されるものとしても良い。条件入力手段３１は、具体的には、例えば図１９に示すように、入力画面Ｇ１を表示装置３４に出力し、この画面に、入力項目に対応した空欄部分を設け、この空欄部分に入力項目となる数値または数字，記号等を入力させるものとする。 The condition input means 31 inputs condition data including at least the cross-sectional dimension information of the steel beam, the beam length, the hole diameter of the through hole, and the distance d from the beam end to the center of the through hole, or takes in from predetermined data registration means. Means. Data input by the condition input means 31 may be input by an operator from a keyboard or the like, or may be automatically input in an appropriate building design process. Specifically, the condition input means 31 outputs an input screen G1 to the display device 34, for example, as shown in FIG. 19, and provides a blank portion corresponding to the input item on this screen, and the input item is displayed in this blank portion. Numerals, numbers, symbols, etc. shall be entered.
図１８の演算結果表示手段３３は、補強判定演算手段３２で演算された結果を表示装置３４またはプリンタ等に出力する手段である。図１９の下部に、その演算結果の出力画面Ｇ２の例を示す。同図の例では、入力画面Ｇ１と演算結果の出力画面Ｇ２とが同じ表示装置３４の同じ画面上に並べて表示されている。 The calculation result display means 33 in FIG. 18 is a means for outputting the result calculated by the reinforcement determination calculation means 32 to the display device 34 or a printer. An example of the calculation result output screen G2 is shown in the lower part of FIG. In the example shown in the figure, the input screen G1 and the calculation result output screen G2 are displayed side by side on the same screen of the same display device 34.
図１８の補強判定演算手段３２は、条件入力手段３１で得た条件データから、上記補強の有無の判定および補強が必要な場合の補強量の演算を行う手段である。
この補強判定演算手段は、次の(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要と判定し、補強必要と判定した場合に、(21)式を充足する補強内容を演算するものとされる。式中の各符号の示す意味は、補強標準表示具１０について説明した意味と同じである。
This reinforcement determination calculating means determines that the reinforcement is not necessary when the shear strength Q h expressed by the following equation (16) exceeds the acting shear force of the equation (8), and (21 ) It is assumed that the reinforcement content that satisfies the equation is calculated. The meaning of each symbol in the formula is the same as the meaning described for the reinforcing standard display tool 10.
補強計算としては、補強手段として図４に示すような補強プレート３を用いる場合の板厚、幅、および枚数が１枚か２枚かの区別について行う。 For the reinforcement calculation, the plate thickness, width, and number of sheets when the reinforcing plate 3 as shown in FIG.
図２０，図２１は、図１８の補強判定演算手段３２の各演算ステップの流れ図である。この補強判定演算手段３２は、次の各ステップＴ１〜Ｔ９を有する。
・梁端モーメントと等分布荷重を受ける梁の想定過程（Ｔ１）。
・スパン中央に最大曲げモーメントが生じない条件の演算過程（Ｔ２）。
・梁端から距離ｄの位置に作用するせん断力の演算過程（Ｔ３）。
・梁端からｄ位置に作用する曲げモーメントの演算過程（Ｔ４）。
・有孔部曲げ耐力が作用曲げモメントに等しくなるときの有孔部のせん断耐力の演算過程（Ｔ５）。
20 and 21 are flowcharts of the calculation steps of the reinforcement determination calculation means 32 of FIG. The reinforcement determination calculating means 32 has the following steps T1 to T9.
・ An assumed process (T1) of a beam that receives a beam end moment and an equally distributed load.
A calculation process (T2) under the condition that the maximum bending moment does not occur at the center of the span.
A calculation process (T3) of the shear force acting on the position of the distance d from the beam end.
Calculation process of bending moment acting on the d position from the beam end (T4).
A calculation process (T5) of the shear strength of the perforated portion when the perforated portion bending strength becomes equal to the acting bending moment.
・有孔部ウェブの降伏せん断耐力の演算過程（Ｔ６）。
・（作用せん断力）＜（終局せん断耐力）の条件より補強有無を判断する過程（Ｔ７）。・補強有孔部曲げ耐力が作用曲げモーメントに等しくなるときの補強有孔部のせん断耐力を演算する過程（Ｔ８）。
・（作用せん断力）＜（終局せん断力）の条件より、補強量を演算する過程（Ｔ９）。
-Calculation process of yield shear strength of perforated web (T6).
-The process of judging the presence or absence of reinforcement from the condition of (working shear force) <(final shear strength) (T7). A process of calculating the shear strength of the reinforced perforated portion when the reinforced perforated portion bending strength becomes equal to the acting bending moment (T8).
A process of calculating the amount of reinforcement from the condition of (acting shear force) <(final shear force) (T9).
図２０，図２１の各ステップで行う演算は、上記の(8) 式、(16)式、(21)式と、これらの式(8) ，(16)，(21)に代入する値を導く演算であり、上記の式(1) 〜(21)と共に前述したため、各ステップ中に演算式を示し、重複する説明を省略する。 The operations performed in each step of FIGS. 20 and 21 are the above-mentioned equations (8), (16), (21) and the values to be substituted into these equations (8), (16), (21). Since the calculation is a calculation that has been described above with the above-described equations (1) to (21), the calculation equation is shown in each step, and a duplicate description is omitted.
この構成の補強設計支援装置３０によると、鉄骨梁１の断面寸法情報、梁長さ、貫通孔２の孔径、および梁端から貫通孔中心までの距離ｄ等の条件データを入力することで、補強の有無判定、および補強が必要な場合の補強量の演算が行われ、その結果が表示装置３４の画面に表示される。そのため必要な補強内容が簡単にわかる。この場合の補強の有無判定および補強量の演算は、梁端から貫通孔中心までの距離ｄを条件に含み、上記の各式によるため、孔位置に応じた必要な補強となり、無駄に補強を行うことが回避される。 According to the reinforcement design support device 30 of this configuration, by inputting condition data such as the cross-sectional dimension information of the steel beam 1, the beam length, the hole diameter of the through hole 2, and the distance d from the beam end to the center of the through hole, The presence / absence of reinforcement and the calculation of the amount of reinforcement when reinforcement is required are performed, and the result is displayed on the screen of the display device 34. Therefore, it is easy to understand the necessary reinforcement. In this case, the presence / absence of reinforcement and the calculation of the amount of reinforcement include the distance d from the beam end to the center of the through hole, and are based on the above formulas. It is avoided to do.
１…鉄骨梁
２…貫通孔
３…補強プレート
４…柱
１０…補強標準表示具
１１…表
１２…行見出し表示
１３…列見出し表示
１４…無補強領域までの距離を示す行であることを示す表示
１５…補強内容表示
１５ａ…補強不要の旨を示す表示
Ｅ１…塑性化領域
Ｅ２…無補強領域
Ｌ１…塑性化領域までの距離
Ｌ２…無補強領域までの距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steel beam 2 ... Through-hole 3 ... Reinforcement plate 4 ... Column 10 ... Reinforcement standard indicator 11 ... Table 12 ... Row header display 13 ... Column header display 14 ... It shows that it is a row which shows the distance to an unreinforced area | region. Display 15 ... Reinforcement content display 15a ... Display indicating that reinforcement is not required E1 ... Plasticized region E2 ... Unreinforced region L1 ... Distance to plasticized region L2 ... Distance to unreinforced region
Claims (4)
表の見出しとなる列の各行に行見出し表示として各種断面寸法の鉄骨梁の断面寸法情報を表示し、上記表の見出しとなる行の各列に列見出し表示として、上記ウェブに明ける貫通孔の各種孔径を順に表示し、上記表の所定の行の行見出し表示として、梁端から無補強領域までの距離を示す行であることを示し、
この無補強領域までの距離を示行における各列部分となる各セル内に、上記無補強領域までの各種の距離を順に表示し、
上記表の断面寸法情報で行見出しが表示された任意の行と孔径で列見出しが表示された任意の列とが交差する領域となるセル内に、見出し表示内容に対応する断面寸法情報、孔径、およびそのセルの位置する列の上記所定行に表示された無補強領域までの距離、の各条件に対応する補強内容を表示し、
このセル内に表示される補強内容は、梁の貫通孔を設ける箇所が上記の無補強領域までの距離以上である場合に、
（梁に作用する曲げモーメント）＜（補強された梁の曲げ耐力）
であって、かつ
（梁に作用するせん断力）＜（補強された梁のせん断耐力）
となる条件を充足する補強内容であり、
この補強内容として、補強が不要であるセルには補強不要の旨を示す表示を施したことを特徴とする鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具。 When providing a through hole in a steel beam web, a steel beam through hole reinforcement standard indicating tool for reinforcing the periphery of the steel beam through hole forming part,
The cross-sectional dimension information of steel beams of various cross-sectional dimensions is displayed in each row of the column that becomes the heading of the table, and the through hole in the web is displayed as the column heading display in each column of the row that becomes the heading of the table. Various hole diameters are displayed in order, and as a row header display of a predetermined row in the above table, it indicates a row indicating the distance from the beam end to the unreinforced region,
In each cell, which is each column portion in the row indicating the distance to this unreinforced region, various distances to the unreinforced region are displayed in order,
The cross-sectional dimension information and the hole diameter corresponding to the heading display content in the cell that is the region where any row where the row heading is displayed with the cross-sectional dimension information in the above table and any column where the column heading is displayed with the hole diameter intersects. , And the reinforcement content corresponding to each condition of the distance to the unreinforced region displayed in the predetermined row of the column where the cell is located,
The reinforcement content displayed in this cell is when the location where the through hole of the beam is provided is greater than or equal to the distance to the unreinforced region,
(Bending moment acting on beam) <(Bending strength of reinforced beam)
And (shearing force acting on the beam) <(shearing strength of the reinforced beam)
It is a reinforcement content that satisfies the conditions
As a reinforcement content, a steel beam through-hole reinforcement standard display tool characterized in that a cell indicating that reinforcement is not required is displayed indicating that reinforcement is not required.
次の(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要の表示とし、下回る場合に補強量を表示するものとし、
補強量は、式(21)を充足する内容とする鉄骨梁貫通孔の補強標準表示具。
ｄ：梁端からの距離、
dＱ：梁端からｄ離れた位置に作用するせん断力、
Ｍp ：梁の全塑性モーメント、
ｗ：梁に作用する等分布荷重、
Ｌ：梁スパン、
ｈ：梁せい、
Ｑh ：有孔部のせん断耐力
Ｑph：有孔部ウェブの降伏せん断力
Ｍph：Ｑ＝０時の有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ：Ｑ＝Ｑph時の有孔部フランジの全塑性モーメント、
Ｑh ’：補強有り孔部のせん断力
Ｑph’：補強有孔部ウェブの降伏せん断耐力
Ｍph’：Ｑ＝０時の補強有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ’：Ｑ＝Ｑph時の補強有孔部フランジの全塑性モーメント、 The display of the reinforcement content displayed in the cell according to claim 1,
When the shear strength Q h shown by the following equation (16) exceeds the acting shear force of equation (8), it is indicated that reinforcement is not required, and when it is below, the amount of reinforcement is indicated.
Reinforcing amount is a standard indicator for reinforcing steel beam through holes that satisfies the expression (21).
d: distance from beam end,
d Q: Shear force acting at a position d away from the beam end,
M p : Total plastic moment of the beam,
w: equally distributed load acting on the beam,
L: Beam span,
h: Sir Liang,
Q h : Shear strength of the perforated part Q ph : Yield shear force of the perforated part web M ph : Total plastic moment of the perforated part when Q = 0
M phf : Total plastic moment of the perforated flange when Q = Q ph ,
Q h ': Shear force of the hole with reinforcement Q ph ': Yield shear strength of the reinforced hole web M ph ': Total plastic moment of the hole with reinforcement at Q = 0,
M phf ': the total plastic moment of the reinforced perforated flange when Q = Q ph
鉄骨梁の断面寸法情報、梁長さ、貫通孔の孔径、および梁端から貫通孔中心までの距離を少なくとも含む条件データを入力しまたは所定のデータ登録手段から取り込む条件入力手段と、
この条件入力手段で得た条件データから、上記補強の有無判定および補強が必要な場合の補強量の演算を行う補強判定演算手段と、
この補強判定演算手段で演算された結果を表示する演算結果表示手段とを備え、
上記補強判定演算手段は、次の(16)式で示されるせん断耐力Ｑh が、(8) 式の作用せん断力を上回る場合に補強不要と判定し、補強必要と判定した場合に、式(21)を充足する補強量の補強内容を演算するものとした鉄骨梁貫通孔の補強設計支援装置。
ｄ：梁端からの距離、
dＱ：梁端からｄ離れた位置に作用するせん断力、
Ｍp ：梁の全塑性モーメント、
ｗ：梁に作用する等分布荷重、
Ｌ：梁スパン、
ｈ：梁せい、
Ｑh ：有孔部のせん断耐力
Ｑph：有孔部ウェブの降伏せん断力
Ｍph：Ｑ＝０時の有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ：Ｑ＝Ｑph時の有孔部フランジの全塑性モーメント、
Ｑh ’：補強有り孔部のせん断力
Ｑph’：補強有孔部ウェブの降伏せん断耐力
Ｍph’：Ｑ＝０時の補強有孔部の全塑性モーメント、
Ｍphf ’：Ｑ＝Ｑph時の補強有孔部フランジの全塑性モーメント、
When providing a through-hole in a steel beam web, the steel beam through-hole reinforcement design support device showing reinforcement contents for reinforcing the periphery of the formation portion of the through-hole of the steel beam,
Condition input means for inputting condition data including at least the cross-sectional dimension information of the steel beam, the beam length, the hole diameter of the through hole, and the distance from the beam end to the center of the through hole, or taking in from the predetermined data registration means,
From the condition data obtained by this condition input means, the reinforcement determination calculation means for calculating the presence or absence of reinforcement and the amount of reinforcement when reinforcement is required,
Computation result display means for displaying the result computed by the reinforcement judgment computation means,
The reinforcing determination calculation unit, when shear strength Q h represented by the following equation (16) is, it is determined reinforced unnecessary and determines, reinforcement required when exceeding the action shearing force (8), the formula ( Steel beam through hole reinforcement design support device that calculates the reinforcement content of the reinforcement amount that satisfies 21).
d: distance from beam end,
d Q: Shear force acting at a position d away from the beam end,
M p : Total plastic moment of the beam,
w: equally distributed load acting on the beam,
L: Beam span,
h: Sir Liang,
Q h : Shear strength of the perforated part Q ph : Yield shear force of the perforated part web M ph : Total plastic moment of the perforated part when Q = 0
M phf : Total plastic moment of the perforated flange when Q = Q ph ,
Q h ': Shear force of the hole with reinforcement Q ph ': Yield shear strength of the reinforced hole web M ph ': Total plastic moment of the hole with reinforcement at Q = 0,
M phf ': the total plastic moment of the reinforced perforated flange when Q = Q ph
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