JP2011202424A - H-shaped steel beam - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱に接合されるＨ形鋼梁に関する。 The present invention relates to an H-shaped steel beam joined to a steel-framed or steel-framed reinforced concrete column.
一般的な鉄骨造建物は角形鋼管またはＨ形鋼の柱および梁を用いたラーメン架構からなり、これら鉄骨造の柱・梁接合部は、柱または梁のいずれか一方を通して他方のフランジおよびウェブを溶接により接合する。通常、柱梁接合部の設計は、建物全体の崩壊を防ぐ目的で、「梁の端部を、柱より早く塑性化させて、外力のエネルギーを吸収させる設計」いわゆる「梁崩壊メカニズムを形成させる設計」がとられている。 A typical steel building consists of a rigid frame using square steel pipes or H-shaped steel columns and beams, and these steel column / beam joints connect the other flange and web through one of the columns or beams. Join by welding. Normally, the design of the beam-column joint is designed to prevent the collapse of the entire building by “designing the end of the beam to be plasticized faster than the column and absorbing the energy of external forces”, so-called “beam collapse mechanism”. "Design" is taken.
一方、近年は建築構造物の設備機能の複雑化が進んでいるが、同時に天井高さを抑えて空間を確保するために、例えば空調設備の配管などを通す貫通孔が柱梁接合部を構成するＨ形鋼梁のウェブ部分に設けられる場合が増えている。そのとき、貫通孔の断面欠損による断面耐力の低下が生じる。
前記のラーメン架構の設計は、梁の断面欠損を考慮して断面寸法を設計していないので、梁貫通孔を設けた場合には貫通孔周囲を補強をし、梁ウェブ耐力を回復させる必要が生じる。
このような貫通孔を設けた場合の梁ウェブ耐力の回復方法として、実開平５−５７１４９号公報（特許文献１）には、貫通孔の周囲に補強のための平板状の開口プレートを溶接又はボルト接合する技術が開示されている。
また、特開２００３−２３２１０５号公報（特許文献２）には、貫通孔にリング状の補強部材を嵌入し、その周囲を溶接によって固定する技術が開示されている。
On the other hand, in recent years, the facility functions of building structures have become more complex, but at the same time, for example, through-holes that pass through piping of air conditioning equipment constitute column beam joints in order to secure space by suppressing the ceiling height. More and more cases are provided in the web portion of the H-shaped steel beam. At that time, the cross-sectional yield strength decreases due to the cross-sectional defect of the through hole.
In the design of the above-mentioned rigid frame structure, the cross-sectional dimension is not designed in consideration of the cross-sectional defect of the beam. Therefore, when the beam through hole is provided, it is necessary to reinforce the periphery of the through hole and restore the beam web strength. Arise.
As a method for recovering the beam web strength when such a through hole is provided, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-57149 (Patent Document 1) discloses that a flat plate-shaped opening plate is welded around the through hole. A technique for joining bolts is disclosed.
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-232105 (Patent Document 2) discloses a technique in which a ring-shaped reinforcing member is inserted into a through hole and the periphery thereof is fixed by welding.
他方、Ｈ形鋼のウェブに貫通孔を設けるものではないが、Ｈ形鋼の断面性能を改善するために、Ｈ形鋼のウェブに板厚増厚部を付加する技術が、例えば特開昭５６−１６０８０４号公報（特許文献３）や、特開平５−１９５５９８号公報（特許文献４）に開示されている。 On the other hand, although a through hole is not provided in the H-shaped steel web, a technique for adding a thickened portion to the H-shaped steel web in order to improve the cross-sectional performance of the H-shaped steel is disclosed in, for example, No. 56-160804 (Patent Document 3) and JP-A-5-195598 (Patent Document 4).
特許文献１、２共に貫通孔の周囲を補強するために別部材を接合又は嵌入して接合するというものであり、別部材となる部品の製作加工や接合の手間がかかり、コスト増を招くという問題がある。特に溶接接合を行う場合には以下のような問題がある。
(1)溶接工程のための製作図の作成が必要となる。
(2)溶接の熟練技術が必要であり、技術の高低により品質が左右される。溶接欠陥や熱影響による鋼材の劣化といった梁の耐力および変形性能に深刻な影響を与える欠陥を発生させる可能性が高い。
(3)超音波探傷試験等による品質検査が必要となる。
In both Patent Documents 1 and 2, another member is joined or fitted to reinforce the periphery of the through-hole, and it takes time and labor to manufacture and join parts to be separate members, resulting in increased costs. There's a problem. In particular, when welding is performed, there are the following problems.
(1) It is necessary to create a production drawing for the welding process.
(2) Skilled welding techniques are required, and the quality depends on the level of technology. There is a high possibility of generating defects that seriously affect the yield strength and deformation performance of the beam, such as welding defects and deterioration of steel due to thermal effects.
(3) Quality inspection such as ultrasonic testing is required.
一方、特許文献３に開示されたＨ形鋼は、主にクレーンガーダに用いられるものであり、ウェブ部の局部的な支圧耐力およびフランジ部とウェブ部の共働捩り剛性を高めるために、ウェブ部のフランジ部に接続される部分を所定幅にわたりウェブ中間部分に比して増厚するというものである。
また、特許文献４に開示されたＨ形鋼は建築・土木構造物等用のものであり、ウェブに板厚増厚部を付加することにより、梁材としての曲げ変形時の局部座屈特性を向上させている。
On the other hand, the H-section steel disclosed in Patent Document 3 is mainly used for crane girders, and in order to increase the local bearing strength of the web portion and the joint torsional rigidity of the flange portion and the web portion, The portion connected to the flange portion of the web portion is thickened over a predetermined width compared to the intermediate portion of the web.
Further, the H-section steel disclosed in Patent Document 4 is for construction and civil engineering structures, and local buckling characteristics during bending deformation as a beam material by adding a thickened portion to the web. Has improved.
特許文献３、４に開示された発明は、ウェブ部に板厚増厚部を設ける目的が本願発明とは全く異なっており、本願発明が前提としているウェブ部に設備配管貫通用孔を設けることは想定されていない。それ故、増厚部分の仕様や、増厚部分と他の部位との関係等において、貫通孔を設けることは全く考慮されていない。 In the inventions disclosed in Patent Documents 3 and 4, the purpose of providing the thickened portion in the web part is completely different from that of the present invention, and the equipment pipe penetration hole is provided in the web part on which the present invention is based. Is not expected. Therefore, the provision of the through hole is not considered at all in the specification of the thickened portion, the relationship between the thickened portion and other portions, or the like.
本発明は上記した特許文献１、２の有している問題点を解決するためになされたものであり、ウェブに貫通孔を有していても貫通孔の内周及び／又は周囲に補強部材を必要としない安価なＨ形鋼梁を提供する。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of Patent Documents 1 and 2. Even if the web has a through hole, the reinforcing member is provided on the inner periphery and / or the periphery of the through hole. An inexpensive H-shaped steel beam that does not need to be provided.
（１）本発明に係るＨ形鋼梁は、柱に接合されるＨ形鋼梁であって、該Ｈ形鋼梁を構成する該Ｈ形鋼は圧延により一体的に成形されたものであり、前記Ｈ形鋼梁のウェブに貫通孔が形成されると共に、ウェブにおけるフランジとの接続部分に前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みよりも厚いウェブ厚肉部を有し、前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みtw1と前記ウェブ厚肉部の最大厚みtw2が1.0＜(tw2/tw1)＜2.0の関係を満たすことを特徴とするものである。 (1) The H-shaped steel beam according to the present invention is an H-shaped steel beam joined to a column, and the H-shaped steel constituting the H-shaped steel beam is integrally formed by rolling. The web of the H-shaped steel beam has a through-hole, and a web thick portion thicker than a thickness of a central portion of the web in the beam-thickness direction at a connection portion of the web with a flange, The thickness t w1 of the central portion in the crust direction and the maximum thickness t w2 of the web thick portion satisfy the relationship of 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0.
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記ウェブ厚肉部の梁せい方向の高さd2と梁せいDが(d2/D)＞0.21を満たすことを特徴とするものである。 (2) Further, in the above (1), the thickness d 2 and the beam D of the web thick portion satisfy the relationship (d 2 /D)>0.21. It is.
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記ウェブ厚肉部の梁せい方向の高さd2と前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みtw1がd2＞10・tw1を満たすことを特徴とするものである。 (3) Further, in the above-described (1) or (2), the thickness d 2 of the web thick portion in the beam ridge direction and the thickness t w1 of the web in the beam ridge direction are d 2 > It is characterized by satisfying 10 · t w1 .
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、貫通孔の内径φが、前記Ｈ形鋼梁の梁せいDの0.6倍以下であることを特徴とするものである。 (4) Further, in any of the above (1) to (3), the inner diameter φ of the through hole is not more than 0.6 times the beam D of the H-shaped steel beam. It is.
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記Ｈ形鋼梁の梁せいDが400mm以上であることを特徴とするものである。 (5) Further, in any of the above (1) to (4), the beam D of the H-shaped steel beam is 400 mm or more.
（６）また、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記ウェブ厚肉部の軸方向に垂直な断面形状が、略四角形状または略台形状に形成されていることを特徴とするものである。 (6) Moreover, in the thing in any one of said (1) thru | or (5), the cross-sectional shape perpendicular | vertical to the axial direction of the said web thick part is formed in substantially square shape or substantially trapezoid shape. It is characterized by.
本発明においては、ウェブに貫通孔を設けると共に、ウェブにおけるフランジとの接続部分に前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みよりも厚いウェブ厚肉部を設けているので、前記貫通孔の内側及び／又は周囲に補強部材を設ける必要がなく、それ故に補強のための加工に要する材料や手間が不要になり、コストを低減できる。また、ウェブの梁せい方向中央部の厚みtw1と前記ウェブ厚肉部の最大厚みtw2が1.0＜(tw2/tw1)＜2.0を満たすようにしているので、前記のように貫通孔の補強を別途必要とせず、かつウェブ厚肉部形成に起因するＨ形鋼梁の重量増を最小限に抑えることが可能となり、この点でも別途補強を必要とする場合に比較してコスト低減の効果がある。 In the present invention, the web is provided with a through hole, and a thick web portion thicker than the thickness of the central portion in the beam direction of the web is provided at the connection portion of the web with the flange. It is not necessary to provide a reinforcing member in the surrounding area. Therefore, the material and labor required for processing for reinforcement become unnecessary, and the cost can be reduced. In addition, since the thickness t w1 of the central portion of the web in the beam direction and the maximum thickness t w2 of the web thick portion satisfy 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0, the through hole is formed as described above. It is possible to minimize the increase in the weight of the H-shaped steel beam due to the formation of the thick web part, and this also reduces the cost compared to the case where additional reinforcement is required. There is an effect.
本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼梁１は、図１に示すように、梁部材となるＨ形鋼が圧延により一体的に成形されたものであり、Ｈ形鋼梁１のウェブ３に貫通孔７が形成されると共に、ウェブ３におけるフランジ５との接続部分に梁せい方向ウェブ中央部３ａの厚みよりも厚いウェブ厚肉部３ｂを有し（図１参照）、前記ウェブ３の梁せい方向中央部の厚みtw1と前記ウェブ厚肉部３ｂの最大厚みtw2が1.0＜(tw2/tw1)＜2.0を満たすことを特徴とするものである。
なお、本明細書において、ウェブ中央部３ａとは、ウェブ中央を含むウェブ厚肉部３ｂ以外の部分であってウェブ厚肉部３ｂに対して相対的に肉薄になっている部分を示している。
以下、本実施の形態に係る梁部材用のＨ形鋼梁１の詳細について説明する。
As shown in FIG. 1, an H-shaped steel beam 1 according to an embodiment of the present invention is obtained by integrally forming an H-shaped steel serving as a beam member by rolling. 3 has a through-hole 7 and a web thick portion 3b that is thicker than the thickness of the web center portion 3a in the beam direction in the connecting portion of the web 3 with the flange 5 (see FIG. 1). The thickness t w1 of the central portion in the beam direction and the maximum thickness t w2 of the web thick portion 3b satisfy 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0.
In addition, in this specification, the web center part 3a is a part other than the web thick part 3b including the web center, and indicates a part that is relatively thin with respect to the web thick part 3b. .
Hereinafter, the detail of the H-shaped steel beam 1 for beam members which concerns on this Embodiment is demonstrated.
本実施形態では、Ｈ形鋼梁を中高層以上の建築物に用いる場合を想定しているので、梁せいが400mm以上のものが主となる。よって、例えば外法一定Ｈ形鋼について考えると、梁せいDは、400mm≦D≦1000mmとなる。もっとも、中高層よりも小規模な建築物に用いる梁を除外するものではなく、梁せいが400mm未満のものを排除する趣旨ではない。 In the present embodiment, since it is assumed that the H-shaped steel beam is used for a medium-high-rise or higher building, the main one is that the beam is 400 mm or more. Therefore, for example, when considering an outer-method constant H-section steel, the beam dimension D is 400 mm ≦ D ≦ 1000 mm. However, it does not exclude beams used for buildings that are smaller than middle- and high-rise buildings, and it does not intend to exclude beams whose length is less than 400 mm.
本実施の形態のＨ形鋼梁１は、ウェブ中央部３ａの厚みtw1とウェブ厚肉部３ｂの最大厚みtw2の関係が、1.0＜(tw2/tw1)＜2.0になるように設定している。
以下、この理由について説明する。
In the H-shaped steel beam 1 of the present embodiment, the relationship between the thickness t w1 of the web center portion 3a and the maximum thickness t w2 of the web thick portion 3b is 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0. It is set.
Hereinafter, this reason will be described.
まず、1.0＜(tw2/tw1)としているのは、ウェブ中央部３ａに対してウェブ３におけるフランジ接続部の肉厚を厚く設定するのが本発明の特徴であるから当然である。 First, 1.0 <(t w2 / t w1 ) is natural because the thickness of the flange connecting portion in the web 3 is set to be thicker than the web central portion 3a because it is a feature of the present invention.
次に、(tw2/tw1)＜2.0について説明する。
本実施の形態のＨ形鋼梁１には、ウェブ３に設備配管用の貫通孔７が設けられている。したがって、Ｈ形鋼梁１の断面形状が満たすべき条件は、ウェブ３に貫通孔７が設けられていても設計上想定される作用応力に対して貫通孔部が破壊されないことであり、そのための条件式は次式(1)で与えられる。
oMp≧M(x) かつ oQy≧Q(x) ・・・・・・・ (1)
ここで、左辺のoMp， oQyは貫通孔部での保有耐力で、それぞれ曲げ耐力、せん断耐力である。
Next, (t w2 / t w1 ) <2.0 will be described.
The H-shaped steel beam 1 of the present embodiment is provided with a through hole 7 for equipment piping in the web 3. Therefore, the condition that the cross-sectional shape of the H-shaped steel beam 1 should satisfy is that the through-hole portion is not broken against the acting stress assumed in design even if the web 3 has the through-hole 7. The conditional expression is given by the following expression (1).
o M p ≥ M (x) and o Q y ≥ Q (x) (1)
Here, o M p and o Q y on the left-hand side are the holding strengths in the through-hole portions, which are the bending strength and the shear strength, respectively.
ここで、Ｈ形鋼梁１の各部の長さ、厚みを示す記号を図２に示すように、以下のように定義する。
B：フランジ幅
D：梁せい
d1：ウェブにおける薄肉部の高さ
d2：ウェブにおける厚肉部の高さ（片側）
tw1：ウェブ中央部の厚み
tw2：ウェブ厚肉部の厚み
tf：フランジ部の厚み
Here, symbols indicating the length and thickness of each part of the H-shaped steel beam 1 are defined as shown in FIG.
B: Flange width
D: Sir Liang
d 1 : Height of thin part on web
d 2 : Height of the thick part of the web (one side)
t w1 : Web center thickness
t w2 : Thickness of web thick part
t f : Flange thickness
図３に示すように、貫通孔７は、その直径φとd1との関係において、φ≦d1の場合（図３（a））とφ＞d1の場合（図３（b））とがある。そこで、φ≦d1の場合とφ＞d1の場合のそれぞれの場合について貫通孔部での曲げ耐力oMp、せん断耐力oQyは次式で表される。
ただし、次式でMpは非貫通孔部での全塑性モーメント（後記する曲げ耐力；(5)式、(6)式中のMpと同義）、σyは降伏応力、βはせん断耐力に対する安全率（≦1.0）と定義する。
As shown in FIG. 3, in the relationship between the diameter φ and d 1 , the through-hole 7 has a case where φ ≦ d 1 (FIG. 3A) and a case where φ> d 1 (FIG. 3B). There is. Therefore, in each of the cases of φ ≦ d 1 and φ> d 1 , the bending strength o M p and the shear strength o Q y at the through hole are expressed by the following equations.
Where M p is the total plastic moment in the non-through hole (bending strength described later; synonymous with M p in equations (5) and (6)), σ y is the yield stress, β is the shear strength Is defined as the safety factor (≦ 1.0).
なお、貫通孔部以外の部位での全塑性モーメントMpは次式で表される。 In addition, the total plastic moment M p at a portion other than the through hole is expressed by the following equation.
(1)式における右辺のM(x)、Q(x)は設計用応力（必要耐力）で、それぞれ梁に生じる曲げモーメント、せん断力である。
建築構造物の設計においては、図４に示すように、地震力を想定した水平力Hと、建築物の自重や什器、人の重さなどを考慮した積載荷重wが作用した状態を想定し、部材断面を決定する。梁部材の貫通孔部では、作用する応力に対して破壊されないことが求められ、一般的に梁部材の貫通孔部の保有耐力（曲げモーメント、せん断力）の必要値は、水平力Hと積載荷重wが作用し、梁端が全塑性モーメントMpに安全率α（≧1.0）を乗じたαMpに達した状態を想定して求められる設計用応力（曲げモーメント、せん断力）を上回るという条件から求められる（(1)式）。
In the equation (1), M (x) and Q (x) on the right side are design stresses (necessary proof stress), which are the bending moment and shear force generated in the beam, respectively.
In the design of building structures, as shown in Fig. 4, it is assumed that a horizontal force H that assumes seismic force and a load w that takes into account the building's own weight, furniture, human weight, etc. are applied. The member cross section is determined. The through-hole part of the beam member is required not to be destroyed by the applied stress. Generally, the required value of the holding strength (bending moment, shearing force) of the through-hole part of the beam member is the horizontal force H and loading that the load w is applied, the beam end is above the full plastic moment M p safety factor alpha (≧ 1.0) and multiplied by the .alpha.M p reached the state assumed by sought designed for stress (bending moment, shear force) Calculated from the conditions (Equation (1)).
図５に、このときの梁に生じる曲げモーメント分布M(x)とせん断力分布Q(x)を図示する。ただし、図５中のxは図４に示すように梁端からの距離を表す。M(x)とQ(x)は図５を参照し、それぞれ次式で与えられる。 FIG. 5 illustrates a bending moment distribution M (x) and a shearing force distribution Q (x) generated in the beam at this time. However, x in FIG. 5 represents the distance from the beam end as shown in FIG. M (x) and Q (x) are given by the following equations with reference to FIG.
貫通孔７が梁材軸方向に複数設けられる場合、貫通孔７の位置ごとに設計用応力M(x)、Q(x)は異なるが、梁の設計ではその最大値に基づいて設計すればよい。 When a plurality of through-holes 7 are provided in the beam material axial direction, the design stresses M (x) and Q (x) are different for each position of the through-hole 7, but the beam design should be based on the maximum value. Good.
ここで、一例として、図６に示すようにスパンl=5.6m、l=7.2mの梁を対象とし、(1)式を満足するためのtw2とφとの関係を導出する。ただし、最も応力が厳しくなる貫通孔７は梁端よりx=max(D，0.15l)の位置にあるものとする。x=max(D，0.15l)とは、xがDと0.15lのうちの何れか大きい方であることを意味する。
ここでは、図７に示す各部の寸法は以下の寸法に設定した。なお、図７（a）は貫通孔７が設けられていない部位の断面であり、図７（b）は貫通孔７が設けられている部位の貫通孔７の中心断面である。
B＝250mm、tw1＝16mm、tf＝28mm
また、w=90N/mm、σy=325N/mm2、α=1.1、β=0.85と設定した。そして、d1/D=1/3、1/2、2/3のそれぞれについて試算し、その結果を図８（H-900x250）、図９（H-800x250）に示す。ただし、図８、図９でグレーのハッチをかけた領域が(1)式を満足するtw2とφとなる。
Here, as an example, as shown in FIG. 6, a beam having spans l = 5.6 m and l = 7.2 m is taken as an object, and a relationship between tw2 and φ for satisfying the expression (1) is derived. However, it is assumed that the through-hole 7 where the stress is most severe is located at a position x = max (D, 0.15 l) from the beam end. x = max (D, 0.15l) means that x is the larger of D and 0.15l.
Here, the dimension of each part shown in FIG. 7 was set to the following dimensions. 7A is a cross section of a portion where the through hole 7 is not provided, and FIG. 7B is a central cross section of the through hole 7 where the through hole 7 is provided.
B = 250mm, t w1 = 16mm , t f = 28mm
In addition, w = 90 N / mm, σ y = 325 N / mm 2 , α = 1.1, and β = 0.85 were set. Then, each of d 1 / D = 1/3, 1/2, and 2/3 was estimated, and the results are shown in FIG. 8 (H-900 × 250) and FIG. 9 (H-800 × 250). However, the gray hatched regions in FIGS. 8 and 9 are tw2 and φ that satisfy the equation (1).
図８、図９より、貫通孔径φが梁せいDの半分〜6割程度（即ち、φ/D=0.5〜0.6程度）の場合、tw2はtw1の2倍程度あれば(1)式を満足し、設計用応力に対して貫通孔部で壊れないＨ形断面にすることが可能なことがわかる。
他方、tw2がtw1の2倍を超える場合、通常形状のＨ形断面部材を用いる場合に比べて鋼材重量の増加が大きく、ウェブ３に厚肉部を設けたＨ形鋼梁１を用いることによるコスト低減のメリットが出にくいと考えられる。
以上より、本発明で提案するＨ形鋼梁１ではtw2/tw1＜2.0として、(1)式を満足するよう断面形状、貫通孔位置を設定するのが好適である。
8 and 9, when the through hole diameter φ is about half to 60% of the beam dimension D (that is, φ / D = about 0.5 to 0.6), if t w2 is about twice t w1 , formula (1) It can be seen that an H-shaped cross section that does not break at the through-hole portion with respect to the design stress can be obtained.
On the other hand, when t w2 exceeds twice t w1 , the increase in the weight of the steel material is larger than when using a normal-shaped H-shaped cross-section member, and the H-shaped steel beam 1 in which the web 3 is provided with a thick part is used It is thought that the merit of cost reduction by this is difficult to come out.
From the above, in the H-shaped steel beam 1 proposed in the present invention, it is preferable that t w2 / t w1 <2.0 and the cross-sectional shape and the through hole position are set so as to satisfy the expression (1).
参考として、図１０に示す梁（スパンｌ＝7200mm、d1＝D/2、φ＝d1）を対象として、梁せいD=800mm、900mm、1000mmの各断面について、(1)式を満足するＨ形鋼梁１の形状を表１（D=800mm）、表２（D=900mm）、表３（D=1000mm）に示す。 For reference, the beam shown in Fig. 10 (span 1 = 7200 mm, d 1 = D / 2, φ = d 1 ), and for each cross section of the beam D = 800 mm, 900 mm, and 1000 mm, equation (1) is satisfied. Table 1 (D = 800 mm), Table 2 (D = 900 mm), and Table 3 (D = 1000 mm) show the shapes of the H-shaped steel beams 1 to be processed.
なお、他のサイズのＨ形鋼梁についても、ウェブ中央部３ａの厚みtw1とウェブ厚肉部３ｂの厚みtw2との関係が、tw2/tw1＜2.0の条件であっても、設計上想定される作用応力に対して貫通孔部が破壊されないＨ形鋼の形状設定が可能であることを確認している。 For other types of H-shaped steel beams, even if the relationship between the thickness t w1 of the web center portion 3a and the thickness t w2 of the web thick portion 3b is t w2 / t w1 <2.0, It has been confirmed that it is possible to set the shape of the H-section steel so that the through-hole portion is not broken against the acting stress assumed in design.
以上のように、本実施の形態においては、ウェブ中央部３ａの厚みtw1とウェブ厚肉部３ｂの厚みtw2との関係が、tw2/tw1＜2.0の条件を満たすようにしたので、ウェブ３に貫通孔７を設けているにもかかわらず設計上想定される作用応力に対して貫通孔部が破壊されず、かつウェブ厚肉部３ｂを設けているにもかかわらず鋼材重量の増加を抑制して通常のＨ形鋼に貫通孔を設けて補強加工するのに比較してコスト低減のメリットを出すことができる。 As described above, in the present embodiment, the relationship between the thickness t w1 of the web center portion 3a and the thickness t w2 of the web thick portion 3b satisfies the condition of t w2 / t w1 <2.0. Even though the through hole 7 is provided in the web 3, the through hole portion is not destroyed with respect to the acting stress assumed in design, and the weight of the steel material is in spite of the web thick portion 3b. The merit of cost reduction can be obtained as compared with the case where the increase is suppressed and the normal H-shaped steel is provided with a through hole and reinforced.
また、本発明では、ウェブ厚肉部３ｂの高さ（片側）d2と梁せいDの関係が、(d2/D)＞0.21であることが好ましいとしている。
これは、本発明では、厚肉部の厚みtw2とウェブ中央部の厚みtw1をtw2/tw1＜2.0になるように規定しており、これは厚肉部がウェブ中央部３ａの厚みの2倍を超えないことを意味しており、厚みの差があまり大きくならないようにしている。そのため、設備用貫通孔７を設けた場合の耐力を保証する関係から、厚肉部の高さを所定長さ確保する必要がある。この所定長さについて梁せいDとの関係で検討したところ、ウェブ厚肉部３ｂの高さ（片側）d2は梁せいDの0.21倍超であることが好ましいとの知見が得られ、それを数式によって表現したものが、(d2/D)＞0.21である。
In the present invention, the relationship between the height (one side) d 2 of the thick web portion 3b and the beam D is preferably (d 2 /D)>0.21.
According to the present invention, the thickness t w2 of the thick wall portion and the thickness t w1 of the web center portion are defined so as to satisfy t w2 / t w1 <2.0. This means that it does not exceed twice the thickness, so that the difference in thickness does not become too large. For this reason, it is necessary to secure the height of the thick portion by a predetermined length in order to guarantee the yield strength when the through-hole 7 for equipment is provided. Was examined for this predetermined length in relation to the Sei Ryo D, the height of the web thick portion 3b (side) d 2 is obtained knowledge that it is preferable that 0.21-fold of the Sei Ryo D, it (D 2 /D)>0.21.
また、本発明では、ウェブ厚肉部３ｂの梁せい方向の高さd2とウェブ３の梁せい方向中央部の厚みtw1がd2＞10・tw1を満たすのが好ましいとしている。
この理由についても、上記と同様に、設備用貫通孔７を設けた場合の耐力を保証する関係から、厚肉部の高さを所定長さ確保する必要があり、この所定長さについてウェブ中央部３ａの厚みtw1との関係で検討したところ、ウェブ厚肉部３ｂの高さ（片側）d2はウェブ中央部３ａの厚みtw1の10倍超であることが好ましいとの知見が得られ、それを数式によって表現したものが、d2＞10・tw1である。
In the present invention, the thickness t w1 of Sei Ryo direction central portion of the Sei Ryo direction of the height d 2 and web 3 web thick portion 3b is preferred to satisfy the d 2> 10 · t w1.
For this reason as well, it is necessary to secure the height of the thick wall portion to a predetermined length from the relationship of guaranteeing the yield strength when the through hole 7 for equipment is provided. was examined in relation to the thickness t w1 parts 3a, obtained knowledge that it is preferable that the height of the web thick portion 3b (side) d 2 is 10 times greater than the thickness t w1 of the web central portion 3a It is expressed by a mathematical formula as d 2 > 10 · t w1 .
本発明の効果を有限要素法解析によって確認したので、これについて以下の実施例で説明する。 Since the effect of the present invention has been confirmed by finite element analysis, this will be described in the following examples.
図１１は有限要素法解析の解析モデルの説明図である。梁の一端を固定端とし、梁先端に図１１に示した矢印方向に所定変位を加える。つまり、梁先端の鉛直方向に所定変位しては、次の所定変位を加えていく。
したがって、梁端部には、曲げとせん断力が作用することになる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of an analysis model of the finite element method analysis. One end of the beam is used as a fixed end, and a predetermined displacement is applied to the beam tip in the direction of the arrow shown in FIG. In other words, after the predetermined displacement in the vertical direction of the beam tip, the next predetermined displacement is added.
Therefore, bending and shearing force act on the beam end.
本実施例の梁のモデルは、Ｈ-600×200×11×17、長さ1200mm、SN490のＨ形鋼である。実施例１としては、ウェブの一部を増厚したＨ形鋼梁を用いたものであり、ウェブの厚肉部は片側で、長さを133mm（梁せいDに対して、0.22）とし、板厚をウェブ中央部３ａより10.5mmアップ（tw2＝1.95・tw1）した、矩形状である。
また、実施例２は、実施例１で用いたＨ形鋼梁に、φ300mm（梁せいの1/2）の貫通孔７（円孔）を設けたモデルである。円孔の中心は、固定端部から420mmの位置にある。
The beam model of this embodiment is H-shaped steel of H-600 × 200 × 11 × 17, length of 1200 mm, SN490. Example 1 uses a H-shaped steel beam in which a part of the web is thickened, the thick part of the web is on one side, and the length is 133 mm (0.22 with respect to beam length D). The plate thickness is 10.5 mm higher than the web central portion 3a (t w2 = 1.95 · t w1 ).
Example 2 is a model in which the H-shaped steel beam used in Example 1 is provided with a through hole 7 (circular hole) having a diameter of 300 mm (1/2 of the beam). The center of the circular hole is located 420 mm from the fixed end.
また、比較のために、比較例１として実施例１のＨ形鋼断面（Ｈ-600×200×11×17）で厚肉部及び貫通孔７の無い場合のモデルである。また、比較例２として比較例１と同じＨ形鋼（Ｈ-600×200×11×17）に実施例２と同径の貫通孔７を同位置に設けたモデルである。 Further, for comparison, a model in which the thick section and the through-hole 7 are not present in the H-shaped steel section (H-600 × 200 × 11 × 17) of Example 1 as Comparative Example 1 is shown. Further, as Comparative Example 2, the same H-section steel as in Comparative Example 1 (H-600 × 200 × 11 × 17) is provided with a through hole 7 having the same diameter as that of Example 2 at the same position.
図１２は本実施例の解析結果を示すグラフであり、縦軸は梁に加わる荷重（部材端モーメント（kN・m））、横軸は梁の鉛直変位（部材角(rad)）である。
図１２における比較例１（貫通孔無し）のグラフをみると、載荷により原点から弾性変形を開始し、降伏した後、極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいることが分かる。
一方、同じく図１２中に示した実施例１のグラフをみると、比較例１と比較してウェブ厚肉部３ｂの効果により、最大耐力が1割程度大きくなっているものの、断面形状を工夫していることから著しい耐力上昇は抑えられていることがわかる。耐力上昇を抑えているので、前述した「梁崩壊メカニズムを形成させる設計」をとることができる。
FIG. 12 is a graph showing the analysis results of this example, where the vertical axis represents the load applied to the beam (member end moment (kN · m)), and the horizontal axis represents the vertical displacement of the beam (member angle (rad)).
From the graph of Comparative Example 1 (without through-holes) in FIG. 12, it can be seen that the plastic deformation is proceeding while being slightly hardened after starting the elastic deformation from the origin by loading and yielding.
On the other hand, when the graph of Example 1 shown in FIG. 12 is also seen, the maximum proof stress is increased by about 10% due to the effect of the web thick portion 3b as compared with Comparative Example 1, but the cross-sectional shape is devised. From this, it can be seen that a significant increase in yield strength is suppressed. Since the increase in yield strength is suppressed, the above-described “design to form a beam collapse mechanism” can be taken.
また、図１２中に示した実施例２のグラフを、比較例１と比較してみると、部材角で十分な変形能力といえる1/40（＝0.025）まで、比較例１と同様な挙動を示し、貫通孔補強を必要としないことがわかる。さらに、図１２中に示した比較例２と比較すると、実施例２は、貫通孔７の断面欠損による断面耐力の低下を補強し、著しい改善効果が現れていることが分かる。 Further, when the graph of Example 2 shown in FIG. 12 is compared with Comparative Example 1, the behavior similar to that of Comparative Example 1 is obtained up to 1/40 (= 0.025), which can be said to be a sufficient deformation capability at the member angle. It can be seen that through-hole reinforcement is not required. Furthermore, when compared with Comparative Example 2 shown in FIG. 12, it can be seen that Example 2 reinforces the decrease in the cross-sectional strength due to the cross-sectional defect of the through-hole 7 and exhibits a significant improvement effect.
以上の解析結果により、本実施例によれば、別途補強をせずとも貫通孔７の断面欠損による断面耐力の低下を防止できることが実証された。
以上のように本発明は、設備配管用の貫通孔７を設けているにも拘わらず貫通孔７の内側及び／又は周囲に補強部材を必要としない低廉な製造費用で強度上も無駄の無い経済的な建築用Ｈ形鋼梁を提供できる。
From the above analysis results, it was proved that according to the present example, it is possible to prevent a decrease in the cross-sectional strength due to the cross-sectional defect of the through-hole 7 without further reinforcement.
As described above, the present invention does not require a reinforcing member inside and / or around the through-hole 7 despite the provision of the through-hole 7 for equipment piping. Economical H-beams for construction can be provided.
なお、上記の説明では、ウェブ厚肉部３ｂの形状として、ウェブ軸方向に垂直な断面形状が、略四角形状のものを示したが、図１３に示すように、ウェブ中央側からフランジ側に向った厚みが増すように形成され、ウェブ軸方向に垂直な断面が略台形状になるようにしてもよい。この場合には、上記の数式等で用いたウェブ厚肉部３ｂの厚みtw2としては最大厚みを用いるようにすればよい。
また、ウェブ厚肉部３ｂの形状の他の態様として、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにウェブ中心軸に対して左右非対称であってもよい。
In the above description, as the shape of the web thick portion 3b, the cross-sectional shape perpendicular to the web axis direction is a substantially square shape. However, as shown in FIG. The cross section perpendicular to the web axis direction may be formed in a substantially trapezoidal shape so as to increase the thickness in the direction. In this case, it suffices to use a maximum thickness as the thickness t w2 of the web thick portion 3b used in the above equation, and the like.
Further, as another aspect of the shape of the web thick portion 3b, as shown in FIGS. 14A and 14B, the web thick portion 3b may be asymmetric with respect to the web center axis.
１ Ｈ形鋼梁
３ ウェブ
３ａ ウェブ中央部
３ｂ ウェブ厚肉部
５ フランジ
７ 貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 H-shaped steel beam 3 Web 3a Web center part 3b Web thick part 5 Flange 7 Through-hole
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