JP2009121031A

JP2009121031A - 住宅用建築部材

Info

Publication number: JP2009121031A
Application number: JP2007292896A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Aizawa; 敦相沢; Shinobu Kano; 忍狩野; Atsushi Kurobe; 淳黒部
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】必要以上の曲げ応力許容度を有し、材料費、質量が低減された住宅用建築部材を得る。
【解決手段】住宅用構造体に用いられる建築部材である溶接Ｈ形鋼等において、それらを構成する鋼板として、荷重が作用する部分のみを圧延によって厚肉部を形成した鋼板を用いて、荷重が作用する箇所の断面積を増加させる。
フランジ６とウェブ７で構成される溶接Ｈ形鋼５にあっては、ウェブ７のみ荷重が作用する部分を厚肉部８形成鋼板で構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、長手方向に板厚変化が与えられた鋼板を用いた住宅用の建築部材に関する。

住宅用建築物の構造体を構成する梁等に用いられているＨ形鋼やＣ形鋼は、熱間圧延で所定の断面形状に成形した後、必要に応じて後めっきや後塗装等を施すことにより製造されてきた。また、耐力壁に用いられる枠材用の筋交いも熱間圧延や冷間圧延されて所定の板厚にプレートが用いられ、この場合も必要に応じて後めっきや後塗装が行われている。

一般的に、Ｈ形鋼やＣ形鋼に製造する場合には、高周波溶接でウェブ材とフランジ材を接合してＨ形鋼に組み立てたり、ロール成形によってＣ形鋼としている。そして、近年の住宅の高耐久化や低コスト化に対応し、Ｈ形鋼のウェブ材やフランジ材或いはＣ形鋼、耐力壁の筋交いに表面処理鋼板が用いられるようになってきた。
これらの部材には、所定の断面積を有するものが用いられるが、これは構造体として使用した場合に作用する荷重に耐えられるような設計により各種の寸法が決定されている。例えば、溶接Ｈ形鋼やＣ形鋼を梁とする住宅では、住宅内部の家具、居住者等の荷重が梁にかかり、梁が曲げ応力を受ける。梁の曲げ応力許容度は、梁を構成する材料の機械的性質が変らない限り、梁の断面積で決まる。したがって、必要な曲げ応力許容度を得るために、梁を構成する鋼板の板厚や寸法を変更して断面積を調整することになるが、梁の全長で荷重を受けるわけではないので、無駄な材料費，質量を含んだ溶接Ｈ形鋼やＣ形鋼になる虞がある。

また、耐力壁構造体１の筋交いは、図１に示すように対角線状に枠材３を固定するプレート２であるが、両端を枠材とスポット溶接やボルト等で接合させている。このプレートは、住宅が揺れた場合に支える役目を有し、接合部４に曲げ応力が集中することから、これに耐え得る強度となるように設計されている。つまり、使用する材料の機械的性質が変わらない場合は、断面積で強度が決まることとなり、現状ではプレート全体が同じ断面積となっている。したがって、この耐力壁のプレートにおいても、無駄な材料費，質量を含んだものになっている。

上記で示した課題に対して、荷重がかかる部分に補強材を取り付けた建物ユニットも提案されている。
例えば特許文献１では、建物ユニットの梁を補強するために、当該建物ユニットの外側に面する梁の側面に平板をかしめ等で接合している。
また特許文献２では、溝形鋼梁のフランジ部に沿って補強板を、かしめ、スポット溶接、プラグ溶接などで接合している。
特開平１０−３３１２６８号特開平１１−３３６１９６号

しかし、これらの方法は、接合する工程が増えることによる製造コストの上昇や、別に補強材を設置する手間がかかり、生産効率が低下するという問題を抱えている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、別途補強材を用いることなく、ウェブ材やフランジ材自身として特殊形状を有するものを用いて、ウェブやフランジを補強した住宅用建築部材を低コスト提供することを目的とする。

本発明の住宅用建築部材は、その目的を達成するため、一体のウェブと二体のフランジが溶接によって接合されてなる溶接Ｈ形鋼にあっては、ウェブが長手方向の一部分の板厚が増加された鋼板で構成されていることを特徴としている。
また、一辺のウェブとその両端にある二辺のフランジから構成されているＣ形鋼にあっては、ウェブ及びフランジが長手方向の一部分の板厚が増加された鋼板で構成されていることを特徴としている。
さらに、壁の周囲の四方を構成する枠材と前記枠材とがプレートによって接合されてなる耐力壁の構造体にあっては、前記プレートが枠材と接合する部分のみの板厚が増加された鋼板で構成されていることを特徴としている。
このような住宅用建築部材に用いられる鋼板は、圧延での上下ロール間隔の調整により、長手方向に板厚変化が与えられている。

本発明の住宅用構造体の建築部材は、荷重が作用する部分のみ、板厚が増加させた鋼板が用いられた構造としているため、全体的に鋼板の板厚を増加させることによる過度の質量上昇や材料費の高騰を抑制することが可能となる。また、鋼板の機械的性質、つまり降伏応力も高くする必要がないため、ロール成形等の成形性の難易度が高くならない。
したがって、通常の傾斜圧延によって長手方向の板厚が変化された鋼板の使用により、フランジ等を補強した住宅用建築部材を低コスト提供することが可能となる。

本発明者等は、無駄な材料費や質量を含まない組立てＨ形鋼やＣ形鋼，耐力壁のプレートについて種々検討を行った。前記で示したように住宅の構造体に用いられる建築部材は、住宅内に設置された家具や地震等の自然から受ける揺れにより曲げ応力を受けることになる。
このような場合、組立てＨ形鋼やＣ形鋼は、荷重点において曲げてられて撓むが、それらの部材の曲げ応力許容度は、用いる材料の機械的性質が変らない場合は、荷重点の断面積で左右されることになる。この断面積は、断面での寸法、例えばウェブとフランジの長さを変えても調整できるが、限られたスペースで構造体を組む必要が多いので、自ずと板厚が厚い鋼板が選択される。
そのため、組立てＨ形鋼の場合には、図２に示すように、ウェブ７の荷重を受ける箇所だけ厚肉部８とした鋼板で構成されていれば、ウェブ全体の板厚を厚くした場合よりも軽量化を図ることができ、曲げ応力許容度も満足させることができる。

また、Ｃ形鋼の場合も、図３に示すように、フランジ６及びウェブ７の同様に荷重を受ける箇所のみ厚肉部８とした鋼板で構成されていれば良いが、通常鋼板のＣ形成形はロール成形加工により行われているため、フランジ６及びウェブ７の両方の板厚が部分的に増加することとなる。しかし、フランジ６は他の部材を接合するため、板厚増加部分の長さが短いと施工しにくくなることから、その場合は、板厚増加部分の長さを必要以上に確保すれば良い。また、Ｃ形鋼の内側表面のみでフランジ６及びウェブ７が凹凸状態となるように、鋼板の片面のみに凹凸を付与して部分的に板厚増加させても良い。このように鋼板の板厚増加部分の長さ調整や片面のみ凹凸付与による部分的な板厚調整は、本発明の場合は圧延によって鋼板を製造することから、上下ロール間隔量や通板中のタイミングを設定すれば良く、自在に行うことが可能である。

さらに、耐力壁構造体のプレートは、住宅が揺れた場合に支えることを目的としているが、揺れが発生した場合には枠材とプレートとの接合部に曲げ応力が集中する。このため、図４に示すように、耐力壁構造体１の枠材３と接合部分４のみのプレート２の板厚を増加させれば（当該部分のみを厚肉部８とすれば）、プレート２自体の軽量化が図れ、曲げ応力許容度も満足させることができる。

実施例１；
板厚が３．２ｍｍで降伏応力が３００Ｎ／ｍｍ^２の鋼板に、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっき層を片面当り付着量が９０ｇ／ｍ^２で設けた溶融めっき鋼板を溶接Ｈ形鋼の素材として用いた。溶接Ｈ形鋼のフランジ幅は１００ｍｍ，高さを１５０ｍｍ，長さを３０００ｍｍとし、長さ方向の中心から４００ｍｍ離れた二箇所を荷重点とした。
ウェブ材としては、上下のロール径２００ｍｍの圧延機にて鋼板を圧延し、荷重点を含む長さ５０ｍｍを板厚３．２ｍｍとして、その他を２．３ｍｍとした鋼板を用意した。また、比較材としては、圧延を実施しない板厚３．２ｍｍの鋼板をウェブ材として用いた。高周波溶接にてフランジ材とウェブ材を溶接して溶接Ｈ形鋼とした。

製作した溶接Ｈ形鋼５を、図２に示すように長手方向両端を固定し、長手方向の中心から４００ｍｍ離れた位置の二箇所に加圧力Ｆ１とＦ２をフランジ６に加えて曲げ試験を実施した。そして、加圧力を加える点の変形量と荷重の推移を調査した。
試験を行った結果、ウェブ７に部分的に厚肉部８を設けた場合と同一の板厚とした場合は、曲げ応力許容度の指標となる最大荷重が同じ値を示した。つまり、加圧力を加える箇所を部分的に板厚増加させることにより、曲げ応力許容度を満足させることができ、質量を２７％程度軽減させることができた。

実施例２；
板厚が３．２ｍｍで降伏応力が３００Ｎ／ｍｍ^２の鋼板に、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっき層を片面当り付着量が９０ｇ／ｍ^２で設けた溶融めっき鋼板をＣ形鋼の素材として用いた。Ｃ形鋼のフランジ幅は１００ｍｍ，高さを１５０ｍｍ，長さを３０００ｍｍとし、長さ方向の中心から４００ｍｍ離れた二箇所を荷重点とした．
Ｃ形鋼に用いる鋼板としては、上下のロール径２００ｍｍの圧延機にて鋼板をＣ形鋼の内側となる面のみが凹凸形状となるように、つまり鋼板の片面のみが凹凸形状となるように２枚の鋼板を重ね板圧延した。圧延は、荷重点を含む長さ５０ｍｍを板厚３．２ｍｍとして、その他の部分を２．３ｍｍとし、そのように板厚変化させた鋼板を用意した。また、比較材としては、圧延を実施しない板厚３．２ｍｍの鋼板を用いた。ロール成形にて、それぞれの鋼板を所定寸法のＣ形鋼に製作した。

製作したＣ形鋼９を、図３に示すように長手方向両端を固定し、長手方向の中心から４００ｍｍ離れた位置の二箇所に加圧力Ｆ１とＦ２をフランジ６に加えて曲げ試験を実施した。そして、加圧力を加える点の変形量と荷重の推移を調査した。
試験を行った結果、ウェブ７及びフランジ６に部分的に厚肉部８を設けた場合と同一の板厚とした場合は、曲げ応力許容度の指標となる最大荷重が同じ値を示した。つまり、加圧力を加える箇所を部分的に板厚増加させることにより、曲げ応力許容度を満足させることができ、質量を２７％程度軽減させることができた。

実施例３；
板厚が３．２ｍｍで降伏応力が３００Ｎ／ｍｍ^２の鋼板に、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっき層を片面当り付着量が９０ｇ／ｍ^２で設けた溶融めっき鋼板を耐力壁の枠材とプレートの素材として用いた。枠材は、長さ３０００ｍｍで幅１００ｍｍの鋼板と長さ１５００ｍｍで幅１００ｍｍの鋼板の組合せとし、プレートは長さ３３００ｍｍで幅５０ｍｍとした。各々の枠材とプレートで高さ３０００ｍｍ，幅１５００ｍｍの耐力壁構造体を製作した。枠材３とプレート２は、図４に示すように接合部４にてスポット溶接で接合し、プレート２の長手方向の中心に加圧力Ｆ３を加えて曲げ試験を行った。
プレート２に用いる鋼板としては、上下のロール径２００ｍｍの圧延機にて鋼板を圧延し、接合部４となるプレート２の両端の各々長さ３０ｍｍを板厚３．２ｍｍとして、その他を２．３ｍｍとした鋼板を用意した。また、比較材としては、圧延を実施しない板厚３．２ｍｍの鋼板をプレ−ト材として用いた。

製作した耐力壁構造体１を、図４に示したようにプレート２の長手方向の中心に加圧力Ｆ３を加えて曲げ試験を実施した。そして、加圧力を加える点の変形量と荷重の推移を調査した。
試験を行った結果、プレート２に部分的に厚肉部８を設けた場合と同一の板厚とした場合は、曲げ応力許容度の指標となる最大荷重が同じ値を示した。つまり、加圧力を加える箇所を部分的に板厚増加させることにより、曲げ応力許容度を満足させることができ、質量を２５％程度軽減させることができた。

耐力壁構造体の構成を説明する図溶接Ｈ形鋼の曲げ試験方法を模式的に説明する図Ｃ形鋼の曲げ試験方法を模式的に説明する図耐力壁構造体の接合部の曲げ試験方法を模式的に説明する図

符号の説明

１：耐力壁構造体２：プレート３：枠材４：接合部
５：溶接Ｈ形鋼６：フランジ７：ウェブ８：厚肉部
９：Ｃ形鋼Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3：加圧力

Claims

一体のウェブと二体のフランジが溶接によって接合されてなる溶接Ｈ形鋼において、ウェブが長手方向の一部分の板厚が増加された鋼板で構成されていることを特徴とする組立てＨ形鋼。
一辺のウェブとその両端にある二辺のフランジから構成されているＣ形鋼において、ウェブ及びフランジが長手方向の一部分の板厚が増加された鋼板で構成されていることを特徴とするＣ形鋼。
壁の周囲の四方を構成する枠材と前記枠材とがプレートによって接合されてなる耐力壁の構造体において、前記プレートが枠材と接合する部分のみの板厚が増加された鋼板で構成されていることを特徴とする住宅用耐力壁の構造体。
圧延での上下ロール間隔の調整により、長手方向に板厚変化が与えられた請求項１〜３のいずれかに記載の構造部材に用いられる鋼板。