JP2009198244A - 合成部材の耐火性能評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め設定された温度または解析によって得られた火災時における頭付きスタッドの根元の温度もしくはこれよりも高い上記鉄骨部材の温度を評価温度とし、当該評価温度におけるコンクリート部材の圧縮強度Fc´および頭付きスタッドの引張強度σu´を導出して、頭付きスタッドの軸部断面積scaおよび常温時のコンクリート部材を構成するコンクリートのヤング係数Ecに基づいて、頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力qsを、下式によって評価する。
qs=min(qs1、qs2)
qs1=0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2
qs2=sca×σu´
【選択図】なし
Description
このような合成梁においては、H形鋼とコンクリートスラブとが一体となって曲げ力に抵抗することができるために、H形鋼単体の梁と比較して、高い曲げ耐力が得られるという利点がある。
(1)等厚スラブの場合
qs1=0.5×sca×(Fc×Ec)1/2
ただし、(Fc×Ec)1/2≦9000kg/cm2
ここで、Fcはコンクリートの圧縮強度、Ecはコンクリートのヤング係数、scaは頭付きスタッドの軸部断面積である。
qs={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×{0.5×sca×(Fc×Ec)1/2}
ただし、(Fc×Ec)1/2≦9000kg/cm2、{(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}≦1
ここで、ndは1本の溝の中の頭付きスタッドの本数、bdはデッキプレートの溝の平均幅、Hdはデッキプレートの全せい、Lは頭付きスタッドの長さ寸法である。
このため、耐火性が要求される建築物に上記合成梁を用いる場合には、高温時における上記合成梁の曲げ耐力を、もっぱら鉄骨部材の断面のみによって評価する手法が採られており、当該鉄骨部材とコンクリートスラブとの合成効果は考慮されていないのが現状である。このことは、上記合成梁以外のサンドイッチ鋼板等の他の合成部材についても同様である。
この合成梁の設計方法は、火災時におけるコンクリートの圧縮強度をFc´、火災時におけるコンクリートのヤング係数をEc´、頭付きスタッドの軸部断面積をBa、火災時における頭付きスタッドのせん断強度をBσy´、頭付きスタッド溶接部の温度をBT、頭付きスタッドのせん断強度が低下を開始するときの温度をST1として、火災時における上記頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力Bq´を、
5000kgf/cm2<(Fc´・Ec´)1/2<9000kgf/cm2
という条件式が満たされ、かつBT≦ST1のときには、
Bq´=0.5・Ba・(Fc´・Ec´)1/2 (4)式
によって導き出す一方、BT>ST1のときには、
Bq´=min(0.5・Ba・(Fc´・Ec´)1/2 、Bσy´・Ba)
によって導き出すようにしたことを特徴とするものである。
Bq´=Bσy´・Ba (5)式
は、頭付きスタッドの破断によってコンクリートスラブと鉄骨梁との一体性が破壊されるモードである。
qs=min(qs1、qs2) (1)
qs1=0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2 (2)
qs2=sca×σu´ (3)
による算定式によって評価することを特徴とするものである。
{(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}≦1を前提として、
上記頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力qsを、
qs=min(qs1、qs2) (1)
qs1={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×{0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2} (2)´
qs2=sca×σu´ (3)
による算定式によって評価することを特徴とするものである。
qs2={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×sca×σu´
によって得られるqs2を用いることを特徴とするものである。
この結果、従来の評価方法よりも、一層高い精度で合成梁の高温時終局曲げ耐力を評価することができる。
qs2={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×sca×σu´
によって得られるqs2を用いたり、さらには請求項4に記載の発明のように、請求項1〜3のいずれかに記載の上記(3)式における頭付きスタッドの引張強度σu´に代えて、上記頭付きスタッドの降伏強度σy´を用いたりすれば、より一層安全側の評価を行うことができる。
まず、この評価方法においては、第1ステップにおいて、上記合成ばりを構成する各部材(コンクリートスラブ(コンクリート部材)、鉄骨梁(鉄骨部材)、頭付きスタッド、デッキプレート)の諸元を設定する。具体的には、コンクリートスラブの鉄筋量・厚さ・設計基準強度、鉄骨梁に用いる鋼材の種類・断面寸法、頭付きスタッドのスタッド径・長さ・数量等を設定する。
qs1=0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2 (2)式
qs2=sca×σu´ (3)式
によりqs1およびqs2を算出し、次いで、
qs=min(qs1、qs2) (1)式
により、いずれか小さい値を、上記評価温度における頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力qsとして評価する。
qs1={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×{0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2} (2)´式
qs2=sca×σu´ (3)式
によりqs1およびqs2を算出し、次いで、
qs=min(qs1、qs2) (1)式
により、いずれか小さい値を、上記評価温度における頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力qsとして評価する。
qs2={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×sca×σu´
(6)式
によって得られるqs2を用いれば、{(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}≦1であることから、特に高温時において、より安全側の評価を合理的に行うことができる。
等厚スラブの合成梁の試験体として、図1に示すような寸法諸元を有するH形鋼(鉄骨部材)1とコンクリートスラブ2とを頭付きスタッド3で結合したものを4体準備した。
また、デッキ合成スラブの合成梁として、図2に示すような寸法諸元を有するH形鋼1上にデッキプレート4を配置するとともに、このデッキプレート4を貫通してH形鋼1上に接合した頭付きスタッド3によって、当該デッキプレート4上に打設したコンクリートスラブ2を結合したものを4体準備した。
ここで、図4は、使用した上記頭付きスタッド3の高温引張試験結果を示すものであり、図5は、コンクリートスラブを構成するコンクリートの高温圧縮試験結果を示すものである。
そして、4体準備した等厚スラブの合成梁およびデッキ合成スラブの合成梁の試験体のうちの各々1体は、常温による単調載荷とした。また、他の試験体については、所定の荷重を載荷した後に、当該荷重を一定に保持した状態で、同図に示すように、コンクリートスラブ2の下面側すなわちH形鋼1側から加熱するとともに、温度の上昇に伴って所定の荷重が保持できなくなった温度を崩壊温度とした。
図6から明らかなように、上記試験体はH形鋼1側から加熱されるために、部材温度は断面内でH形鋼1側からコンクリートスラブ2へ向けて漸次低下する温度勾配があり、頭付きスタッド3については、その根元が最も高温になる。そして、H形鋼1およびコンクリートスラブ2は、いずれも高温になるにしたがって、その強度は低下するため、せん断力を受ける頭付きスタッド3の破断や、支圧力を受けるコンクリートスラブ2の破壊は、頭付きスタッド3の根元に集中することになる。
ちなみに、実験後にコンクリートスラブ2をはつって調査したところ、崩壊温度が高い試験体ほど、頭付きスタッド3の変形が根元に集中していることを確認することができた。
そして、図7中に実線および点線で示す(1)式〜(3)式による耐力計算値との比較から、本発明の評価方法によれば、極めて実験値と近似し、かつ僅かに安全側に評価し得ることが判る。なお、(1)式〜(3)式の耐力計算においては、コンクリートスラブの圧縮強度Fc´および頭付きスタッドの引張強度σu´として、それぞれ図4および図5に示した値を使用した。
さらに、同図から、上記(3)式に代えて上記(6)式による耐力計算結果を用いれば、特に高温時において、より安全側の評価を合理的に行うことができることが判る。
2 コンクリートスラブ(コンクリート部材)
3 頭付きスタッド
4 デッキプレート
Claims (4)
- 鉄骨部材と等厚のコンクリート部材とが頭付きスタッドにより相互に接合された合成部材の高温時における上記頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力を評価する合成部材の耐火性能評価方法であって、
予め設定された温度または解析によって得られた火災時における上記頭付きスタッドの根元の温度もしくはこれよりも高い上記鉄骨部材の温度を評価温度とし、当該評価温度における上記コンクリート部材の圧縮強度Fc´および頭付きスタッドの引張強度σu´を導出して、上記頭付きスタッドの軸部断面積scaおよび常温時の上記コンクリート部材を構成するコンクリートのヤング係数Ecに基づいて、上記頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力qsを、
qs=min(qs1、qs2) (1)
qs1=0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2 (2)
qs2=sca×σu´ (3)
による算定式によって評価することを特徴とする合成部材の耐火性能評価方法。 - 鉄骨部材とデッキプレート上に打設されたコンクリート部材とが、予め上記デッキプレートの上記溝内に設けられて上記鉄骨部材と一体化された頭付きスタッドにより相互に接合された合成部材の高温時における上記頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力を評価する合成部材の耐火性能評価方法であって、
予め設定された温度または解析によって得られた火災時における上記頭付きスタッドの根元の温度もしくはこれよりも高い上記鉄骨部材の温度を評価温度とし、当該評価温度における上記コンクリート部材の圧縮強度Fc´および頭付きスタッドの引張強度σu´を導出して、上記頭付きスタッドの軸部断面積sca、常温時の上記コンクリート部材を構成するコンクリートのヤング係数Ec、デッキプレートの全せいHd、デッキプレートの溝の平均幅bd、1本の上記溝中の上記頭付きスタッドの本数ndおよび上記頭付きスタッドの長さ寸法Lに基づいて、
{(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}≦1を前提として、
上記頭付きスタッド1本あたりのせん断耐力qsを、
qs=min(qs1、qs2) (1)
qs1={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×{0.5×sca×(Fc´×Ec)1/2} (2)´
qs2=sca×σu´ (3)
による算定式によって評価することを特徴とする合成部材の耐火性能評価方法。 - 上記(3)式によって得られるqs2に代えて、
qs2={(0.85/nd1/2×(bd/Hd)×(L/Hd−1)}×sca×σu´
によって得られるqs2を用いることを特徴とする請求項2に記載の合成部材の耐火性能評価方法。 - 上記(3)式における上記頭付きスタッドの引張強度σu´に代えて、上記評価温度における上記頭付きスタッドの降伏強度σy´を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の合成部材の耐火性能評価方法。
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