JP2012077585A - 梁端部の補強構造 - Google Patents

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Takaharu Fukuda
Yasunori Hattori
Taro Indei
Yasutsugu Kurokawa
Hiroko Seta
太郎 印出井
恭典 服部
紘子 瀬田
孝晴 福田
泰嗣 黒川
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鹿島建設株式会社
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Abstract

【課題】本発明は、鉄骨梁の上フランジに端部から所定寸法にわたって補強部材を設けることで、効果的な梁部材断面を得ることができ、それにより室内の天井高を高くすることを目的とするものである。
【解決手段】ウェブとフランジとによって形成された梁鋼材の上フランジに、少なくともウェブとフランジからなる長尺の補強部材を、該梁鋼材の端部から必要な区間にわたり、該補強部材の該フランジを上にし、該ウェブが該梁鋼材のウェブの延長線上に位置するように該梁鋼材に接続一体化して立設してなることを特徴とする梁端部の補強構造。
【選択図】 図1

Description

本発明は、鉄骨造、CFT造、SRC造等の骨組みにおいて、梁端部に鉛直ハンチ部を設けることにより当該部位を補強し、中央側の梁成を低く抑えることのできる梁端部の補強構造に関するものである。
従来、建築物の梁は、固定荷重及び積載荷重といった鉛直方向に作用する長期荷重、並びに、地震及び風といった水平方向に作用する短期荷重に対し、十分な耐力や剛性を持った断面が必要となる。そして、その梁は全長にわたり同一形状の断面として設計することが一般的であり、従って、梁成も全長にわたり同一高さとされている。
建築物の梁には、該梁の端部に鉛直ハンチ部を設ける設計手段がある。これは、地震応力の最も大きな箇所となる梁端部に鉛直ハンチ部を設けることにより、中央側断面のサイズダウンを図ることを目的としている。この設計手段により鉄骨量の削減と共に、設備等の配管を梁中央断面の下側を通過させることで天井高を有効に活用することができ、同一階高の場合、通常の梁を採用するのと比較して高い天井高を確保することが可能となる。
また、天井高を通常より高くする他の手段として、図4に示す下記特許文献1のように、鉄骨梁Aの一部をスラブ埋込みとする技術がある。これは、該鉄骨梁AのウェブBの上方位置にスラブ受け冶具Cを取付け、上フランジD又はウェブBのいずれか一方若しくは双方にスタッド等のコネクタEを設置し、該スラブ受け冶具Cの上に、鉄骨梁Aの上フランジD上面と床スラブFの上面とが一致するようにスラブコンクリートを打設する合成梁の技術である。これにより、床スラブFに埋込まれた梁成の高さ分だけ天井ふところを小さくすることを可能とし、天井高を高くすることができるようにしている。
また、下記特許文献2の柱梁接合構造は、鉄骨梁の端部下側にH形鋼よりなる補助部材を取着した補強構造を示している。該補助部材は圧縮力伝達部材として作用するもので、鉄骨柱に当接しているのみで柱には接合されておらず、曲げモーメントが作用したときに該鉄骨柱を押し込む働きをするものである。
更に、下記特許文献3の床パネルの支持構造は、鉄骨梁の上フランジに該上フランジより幅広の下フランジを有するH形鋼をその全長にわたって取着することにより床パネルの端部支持部とし、柱が存在しても床パネルの一部を切欠する必要のない技術を示している。
特開2002−188209号公報 特開2006−207268号公報 特開2005−146528号公報
従来の梁の設計は、地震時応力が最も厳しくなる梁端部の断面で梁全体の断面が決まることが多く、それにより全長にわたり同一断面の梁とし、中央側の梁成は耐力的に余力のある梁成をもつ断面となっていた。
上記のように、適正な梁の断面形状を得ながら天井ふところを小さくすることは難しく、既往の鉛直ハンチ部を用いる構造を採用して中央側断面を小さくしても、梁成は端部で決定され、端部の鉛直ハンチ部となる下端が天井高の基準となり、それ以上に天井ふところを小さくしても天井を上げる効果を得ることはできなかった。
また、上記特許文献1の問題点として、鉄骨梁AのウェブB上方位置に床スラブFを形成するためのスラブ受け冶具Cを鉄骨梁Aの全長にわたって設けなければならないこと、及び該スラブ受け冶具Cと上フランジDとの狭い隙間にスタッド等のコネクタEを設ける施工をしなければならないこと、といった余分な作業が必要となる欠点があった。更に、上フランジD上面がスパンの全長にわたり露出しているため、耐火被覆をする場合は鉄骨梁Aの上面の全てに該耐火被覆が露見してしまう欠点があった。また、鉄骨梁Aを床スラブFから突出させると、OAフロア等で仕上げ施工したとしても、鉄骨梁A上の長手方向全長にわたり上フランジDが床スラブFから突出し、配線等を含め非常に使い勝手の悪い建築物になってしまう欠点があった。このため、梁成を合理的に縮めることができるのは当該フロアに必要な床スラブFの厚み寸法のみの最小限であり、それ以上、梁成を縮めることは実質上できなかった。
また、上記特許文献2の柱梁接合構造では、圧縮力しか伝達できない機構となっており、短期荷重の最大曲げモーメント発生メカニズムを勘案すると、長期荷重の曲げの影響により鉄骨梁上端に生じる負曲げが大きくなり、補強部材は鉄骨梁の下端に取り付ける形状を取らざるを得ない欠点があった。
更に、上記特許文献3の床パネルの支持構造では、鉄骨梁上のH形鋼上に陸立ち柱が設置されていても、遮音性能を向上させるため、該H形鋼を該鉄骨梁上部に接合し、そのH形鋼の下フランジの上面で床パネルを支持する構成となり、該H形鋼に構造部材としての機能を期待できるものではなかった。
そこで本発明は、H形鋼材の端部となる上フランジに、少なくともウェブと上フランジからなる所定長の補強部材を、該端部から必要な区間のみ梁に固定させ、且つ該補強部材も柱と接合することにより、鉄骨梁端部の耐力として補強部材の耐力を加えることができるようにした梁端部の補強構造を提供するものである。上記のように、補強部材を梁端部側の上面に設けることで、階高を効果的に縮めることを可能とした。更に、正負曲げの両方の外力において補強部材を効かせることができ、保有水平耐力時の梁としての曲げ耐力を大きくすることを可能とした。また、床スラブに覆われた部分の補強部材は、耐火被覆をする必要がなくなるメリットも生じ、それらにより利点の多い技術を提供することができるものである。
また、柱梁接合部となる端部側を補強して部材耐力を向上させているので、該補強部材は梁中央部では不要になるため梁成を小さくでき、階高を縮めることができる。更に、床スラブの支持構造は補強部材が存在しても通常の梁の場合と特に変わらない構造とすることができる。
ウェブとフランジとによって形成された梁鋼材の上フランジに、少なくともウェブとフランジからなる長尺の補強部材を、該梁鋼材の端部から必要な区間にわたり、該補強部材の該フランジを上にし、該ウェブが該梁鋼材のウェブの延長線上に位置するように該梁鋼材に接続一体化して立設してなる梁端部の補強構造を特徴とする。
また、上記補強部材は、梁鋼材と同様、柱鋼材と接続一体化してなる梁端部の補強構造を特徴とする。
更に、上記補強部材は、梁鋼材の上フランジ上に設けられた床スラブコンクリート中に埋め込まれる高さに形成して梁端部の補強構造を特徴とする。
また、上記補強部材は、梁鋼材の上フランジ上に設けられた床スラブコンクリートの表面と該フランジ表面とが面一状態となる高さに形成してなる梁端部の補強構造を特徴とする。
更に、上記補強部材は、梁鋼材の上フランジ上に設けられた床スラブコンクリートの表面から該上フランジ又は上フランジとウェブ上方側を露出させる高さに形成してなる梁端部の補強構造を特徴とする。
また、上記梁鋼材及び補強部材の露出面は、耐火被覆してなる梁端部の補強構造を特徴とする。
更に、上記梁鋼材は耐火被覆し、補強部材は露出状態としてなる梁端部の補強構造を特徴とする。
補強部材を梁鋼材の端部上面に所定長にわたり取り付けることで、必要とする荷重に対応できる応力の大きな梁端部の断面性能を確保でき、それにより床スラブの下に現れる梁の梁成を低くする断面とすることができる。これにより、使用する鋼材量の削減だけでなく、床スラブ下に現れる梁の露出高を通常より小寸法とし、天井ふところを小さくすることができ、低い階高でも十分な天井高を確保することが可能となった。
また、本発明により床スラブを形成するためのデッキを梁鋼材の上フランジで受けることができ、梁鋼材に余分なデッキ受け部材を取付ける必要が無くなった。更に、床スラブに埋め込み、或いは、梁鋼材の上面より突出させる部位は梁端部のみとなるので、梁鋼材の中央側の大半は通常の平滑な床スラブを得ることが可能となり、例えば、OAフロアを採用することにより、補強部材が床スラブから突出するタイプを選択することもでき、それにより、天井ふところを合理的に小寸法とすることが可能となった。
また、耐火被覆については、少なくとも補強部材の側面部は、床スラブのコンクリートに覆われることになるので、当該部位については耐火被覆をする必要が無く、更に、場合によっては補強部材の露出面も耐火被覆する必要もなく、コストダウンを図ることが可能となった。
本発明の梁端部の補強構造の短手方向断面図。 本発明の梁端部の補強構造の長手方向断面図及び従来の梁構造の長手方向断面図。 本発明の梁端部の補強構造の他の実施例の短手方向断面図。 従来の床スラブ埋め込み型合成梁の短手方向断面図。
以下、図面を参考に本発明を実施するための最良の形態についてその実施例を説明する。
図1は、本発明の梁端部の補強構造の短手方向断面図である。梁端部の補強構造は、ウェブ2及び上・下フランジ3よりなる鉄骨梁1、該鉄骨梁1の上フランジ3上に固定したウェブ4及びフランジ5よりなる断面T字形状の補強部材(以下、鉛直ハンチ部という)6及び鉄骨梁1の露出部分を被覆した耐火被覆7とより構成されている。該鉄骨梁1の上フランジ3上には、該鉛直ハンチ部6のウェブ4の下方部を埋め込むようにして床スラブ8が設けられることになる。
該鉛直ハンチ部6のウェブ4は、鉄骨梁1のウェブ2とその中心線を一致させるように該ウェブ2の延長線上に位置し、偏心が生じないように設けられ、該梁端部において施工される床スラブ8の厚さより長寸法として形成しているので、該ウェブ4の上方部及びフランジ5は床スラブ8表面より上方へ突出することになる。
鉄骨梁1の端部は設計上応力が最も厳しくなる部位となるので、図2に示す本発明のように、鉄骨梁1の端部から梁中央部に向けて所定の長さにわたり上記鉛直ハンチ部6を接続一体化して設けることになる。
上記のように、従来の梁は図2の中央部から右側の図のように、応力の最も厳しい部位となる梁端部側の梁成寸法に合わせて全体の梁高を決めていたが、本実施例1にあっては、左側の図のように、全体を梁成寸法の低い鉄骨梁1とし、応力の最も厳しくなる端部側のみを上方へ突出する鉛直ハンチ部6により梁を補強し、中央側は低い梁成寸法の状態のものをそのまま使用している。これにより梁部材量を大幅に節約することが可能となった。
また、図1に示すように、鉛直ハンチ部6の上方部は床スラブ8の表面より上方へ突出する構成としているが、該床スラブ8上に支持脚9を介してOAフロア10を形成するための空間11を設けることにより、上記突出部は該空間11内に収まることになる。
上記突出部は、鉄骨梁1の両端部側の所定長のみが突出することになるので、空間11内におけるOA用床配線やその他の設備に支障をきたすことはない。
上記構成により、鉄骨梁1の下方に設けられた天井面12を有する下方の室内空間の天井高H1は、図2における従来の鉄骨梁1´の下方に設けられた天井面12´を形成する下方の室内空間の天井高H2と比較して同一寸法となる階高にも係わらず高く形成することが可能となる。
他方、耐火被覆については下記する考え方がある。耐火被覆の必要な部位は防火上及び避難上の観点から重要とされる主要構造部(建築基準法第2条第5号)であり、例えば、筋かい材や火打ち材といった部材は構造耐力上主要な部位(建築基準法施工令第1条第3号)であっても、主要構造部ではないため、耐火被覆を行わなくてもよいとされている。これは地震と火災が同時に発生する事は極めて少ないという考え方に基づいており、従って、筋かい材や火打ち材が水平荷重時のみ有効な部材として作用する場合に限られている。上記事実を踏まえると、鉛直ハンチ部が長期・短期の両荷重について共に有効であるとして設計した場合には、鉛直ハンチ部の所定の厚みを持たない部分又はコンクリートに覆われていない部分についても適切に耐火被覆をする必要が生じる。しかし、鉛直ハンチ部を短期荷重についてのみ有効として設計を行えば、上記した部位に耐火被覆をする必要は無いということになる。但し、その場合は中央側の断面のみで長期荷重に対して十分な耐力を有するという設計をしなければならないため、図2のA部及びB部において両部分を柱に接続する、又は両端をピンとしても長期の鉛直荷重に対して十分な剛性と耐力を有するような中央断面とする等といった対応が必要である。また、上記鉛直ハンチ部を長期・短期荷重共に有効とする場合は基本的に図2のA部のみで柱に接続してあれば良い。
上記理由により、鉄骨梁1のウェブ2及び上・下フランジ3の露出面は、適宜耐火被覆材によって耐火被覆7が設けられることになるが、床スラブ8から突出した鉛直ハンチ部6は耐火被覆を設ける必要はない。これにより設計計画の幅が増加することになる。
図3は、本発明の梁端部の補強構造を示す他の実施例の短手方向断面図である。梁端部の補強構造は、ウェブ22及び上・下のフランジ23よりなる鉄骨梁21、該鉄骨梁21の上フランジ23上に固定したウェブ24及びフランジ25よりなる断面T字形状の鉛直ハンチ部26及び鉄骨梁21の露出した部分を被覆した耐火被覆27とより構成されている。該鉄骨梁21の上フランジ23上には、該鉛直ハンチ部26の全体が埋設されるか或いは該鉛直ハンチ部26のフランジ25表面のみが露出し、他の部位が埋設されるように床スラブ28が設けられることになる。
上記実施例1同様、鉛直ハンチ部26のウェブ24は、鉄骨梁21のウェブ22の延長線上に位置し、偏心が生じないように中心線が一致するようにして固定されている。また、該鉛直ハンチ部26は、鉄骨梁21の端部から梁中央側に向けて所定の長さにわたり設けている。
更に、実施例1と同様、支持脚29を介してOAフロア30を設けることにより鉛直ハンチ部26のフランジ25表面が露出し、耐火被覆27を設けた場合でも空間31内に納めることが可能となる。
前記したように、耐火被覆を不要とする考えは、床スラブ天端と鉛直ハンチ部のフランジの天端が同じレベルで、該フランジの上面がコンクリートに覆われていないにも係わらず、床スラブの仕上げがタイル貼りとなっていて耐火被覆が出来ないような部位に関しても本発明を使用する際に有効となってくる。
また、天井高も上記実施例1と同様、同一寸法となる階高において従来のものより高く形成することが可能となる。
1、21 鉄骨梁
2、4、22、24 ウェブ
3、5、23、25 フランジ
6、26 鉛直ハンチ部
7、27 耐火被覆
8、28 床スラブ
9、29 支持脚
10、30 OAフロア
11、31 空間
12、12´ 天井面

Claims (7)

  1. ウェブとフランジとによって形成された梁鋼材の上フランジに、少なくともウェブとフランジからなる長尺の補強部材を、該梁鋼材の端部から必要な区間にわたり、該補強部材の該フランジを上にし、該ウェブが該梁鋼材のウェブの延長線上に位置するように該梁鋼材に接続一体化して立設してなることを特徴とする梁端部の補強構造。
  2. 補強部材は、梁鋼材と同様、柱鋼材と接続一体化してなることを特徴とする請求項1記載の梁端部の補強構造。
  3. 補強部材は、梁鋼材の上フランジ上に設けられた床スラブコンクリート中に埋め込まれる高さに形成してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の梁端部の補強構造。
  4. 補強部材は、梁鋼材の上フランジ上に設けられた床スラブコンクリートの表面と該フランジ表面とが面一状態となる高さに形成してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の梁端部の補強構造。
  5. 補強部材は、梁鋼材の上フランジ上に設けられた床スラブコンクリートの表面から該上フランジ又は上フランジとウェブ上方側を露出させる高さに形成してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の梁端部の補強構造。
  6. 梁鋼材及び補強部材の露出面は、耐火被覆してなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の梁端部の補強構造。
  7. 梁鋼材は耐火被覆し、補強部材は露出状態としてなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の梁端部の補強構造。
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