JP2012197661A - 補強金属板及びこれを用いた鉄骨梁補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨梁にかかるせん断応力への対抗力を向上させた補強金属板を提案する。
【解決手段】ウエブ２に貫通孔４を有する鉄骨梁１の補強金属板１０として提案するのは、貫通孔４を露出させる開口１３が中央に形成されると共に、ウエブ２に固定されたときに貫通孔４を囲繞する八角形に外周縁１１，１２が形成され、該八角形の外周縁のうちの４つの辺１１が、ウエブ２に固定されたときに鉄骨梁１の材軸１ａに対して約４５°の角度で傾斜した斜辺１１となる、補強金属板１０である。
【選択図】図１

Description

ウエブに貫通孔を有する有孔鉄骨梁の補強に関する技術が以下に開示される。

配管や配線用の貫通孔をウエブに形成したＨ型鋼等の鉄骨梁において、その貫通孔部位を補強する補強金属板として、特許文献１（図２）に示されるような、外周縁が円形である円環状の補強金属板が使用されている。この円環状の補強金属板は、ウエブに開けられた貫通孔の直径とほぼ同径の中央開口を形成した円形鋼板で、貫通孔周囲にあてがわれて溶接等でウエブに固定される。

特開平０７−２３８６３５号公報

上記特許文献１に記載されたような円環状の補強金属板は、単に貫通孔周囲の肉厚を増す働きをもつだけであり、梁にかかるせん断応力に対抗する力が十分であるとは言えない。本発明はこの点に鑑みたものであり、鉄骨梁にかかるせん断応力への対抗力を向上させた補強金属板を提案する。

ウエブに貫通孔を有する鉄骨梁の補強金属板として本発明で提案するのは、前記貫通孔を露出させる開口が中央に形成されると共に、前記ウエブに固定されたときに前記貫通孔を囲繞する八角形に外周縁が形成され、該八角形の外周縁のうちの４辺が、前記ウエブに固定されたときに前記鉄骨梁の材軸に対して約４５°の角度で傾斜した斜辺となる、補強金属板である。

また、当該補強金属板を用いた鉄骨梁補強構造として、前記斜辺を前記ウエブに溶接することで、前記補強金属板が前記貫通孔を囲繞して固定されている、鉄骨梁補強構造を提案する。

荷重により鉄骨梁にかかるせん断応力は、鉄骨梁の材軸に対しおおよそ４５°傾いた方向に強く発生する。本発明に係る外周縁を八角形とした補強金属板及びこれを用いた鉄骨梁補強構造によれば、そのせん断応力の方向に直交するように、斜辺部位が直線の辺部分として存在するので、このような直交辺部分をもたない従来の円環状の補強金属板に比べて、鉄骨梁のせん断応力に対する対抗力が向上する。

（Ａ）本発明に係る補強金属板の第１実施形態を鉄骨梁に固定した状態で示す図。（Ｂ）比較例として示す別の補強金属板の図。 図１Ａの補強金属板の六面図。 本発明に係る補強金属板の第２実施形態を鉄骨梁に固定した状態で示す図。 図３の補強金属板の六面図。 本発明に係る補強金属板の第３実施形態を鉄骨梁に固定した状態で示す図。 （Ａ）図５の補強金属板の六面図。（Ｂ）溶接孔の変形例を示した第３実施形態相当の補強金属板の正面図（背面図）。 本発明に係る補強金属板の第４実施形態を示す六面図。

図１Ａ及び図２に、補強金属板の第１実施形態を示している。
図示した鉄骨梁１は、ウエブ２とフランジ３を含んで構成されるＨ型鋼である。そのウエブ２には、配管や配線用の貫通孔４が開けられている。

第１実施形態の補強金属板１０は、貫通孔４を囲繞する八角形に外周縁１１，１２を形成した鋼板で、貫通孔４周囲のウエブ２に、溶接やボルト止めによって固定される。本実施形態の場合、外周縁１１，１２のうち、以下に説明するように傾斜する４つの斜辺１１がウエブ２に溶接されて、ウエブ２にボルト孔を開けることなく補強金属板１０が固定されている（溶接部分は太線で図示）。本実施形態では外形が正八角形（精密な正八角形である必要はなく、目視で正八角形という程度でよい）である補強金属板１０は、貫通孔４を露出させるべく中央に、外周縁１１，１２の八角形と相似形の開口１３が形成される。そして、この八角形の開口１３を形作る八角形の内周縁１４，１５のうち、外周縁の斜辺１１に平行な斜辺１４が、ウエブ２に溶接されている。外周縁の斜辺１１を溶接する固定形式とすることにより、図示のようにフランジ３が近接する場合であっても、上下の辺１２の溶接が不要なため溶接作業が容易である。

補強金属板１０は、貫通孔４の上下に位置する外周縁の辺１２が鉄骨梁１の材軸１ａと平行（目視で平行であればよい）、貫通孔４の左右に位置する辺１２が材軸１ａと直交（目視で直交であればよい）するようにして、ウエブ２に固定される。したがって、固定される補強金属板１０のこれら４つの辺１２の各間にある斜辺１１は、材軸１ａに対して約４５°（目視で４５°になっていればよい）の角度で傾斜する。ウエブ２への固定にあたり、補強金属板１０の上下の辺１２を間近のフランジ３とほぼ平行にすれば、外周縁の各辺１１，１２が当該関係をもって固定されることになる。

ウエブ２に固定された補強金属板１０の外周縁のうち、４つの斜辺１１は、貫通孔４の部位で鉄骨梁１に係るせん断応力の方向１ｂに直交する。すなわち、鉄骨梁１にかかるせん断応力は、材軸１ａに対しおおよそ４５°傾いた方向１ｂに強く発生する。八角形の補強金属板１０において、材軸１ａに対し約４５°傾いた斜辺１１の部位は、そのせん断応力の方向１ｂに直交する直線軸をもつ対抗成分として、せん断応力に対抗する。したがって、このような直交辺をもたない従来の円環状の補強金属板に比べて、本実施形態の補強金属板１０を用いた鉄骨梁補強構造は、鉄骨梁１のせん断応力に対する対抗力が向上している。また、斜辺１１をウエブ２に溶接してあるので、この点も対抗力向上に寄与する。

図１Ｂに示すのは、本実施形態に係る補強金属板１０の利点を説明するための比較例であり、四角形の補強金属板Ｘである。四角形の補強金属板Ｘも、材軸１ａに対して約４５°の角度で傾斜する辺Ｘ１を外周縁にもち得る。しかし、四角形の補強金属板Ｘの場合、四角形の開口Ｘ２の中で、図中に網掛けして示す内周縁の角部（入隅）の領域が、補強材の無い脆弱域となり得る。図１Ａから明らかな通り、八角形の補強金属板１０の場合、この領域に内周縁の辺１５の部位が存在するので、図１Ｂのような脆弱域はない。また、四角形の補強金属板Ｘで、図１Ａに示す八角形の補強金属板１０と同じ辺幅を実現しようとしても、図１Ｂに示す通り、貫通孔４の上下に位置する角部Ｘ３，Ｘ４がウエブ２からはみ出してしまうので、ここの角は落とさざるを得ず、辺幅を一様にすることができない。すると、貫通孔４の上下において補強金属板Ｘは細くなって強度が低下し、他の部位に比べて脆弱になる。図１Ａから分かる通り、八角形の補強金属板１０ではこの問題も解決される。

図３及び図４に、補強金属板の第２実施形態を示す。
第２実施形態の補強金属板２０も、基本構造は第１実施形態と同じである。すなわち、第２実施形態の補強金属板２０は、貫通孔４を囲繞する八角形に外周縁２１，２２を形成した鋼板で、貫通孔４周囲のウエブ２に、外周縁２１，２２のうちの４つの斜辺２１が溶接されて、補強金属板２０が固定される。補強金属板２０の中央には、貫通孔４を露出させる開口２３が外形と相似の八角形で形成されており、この八角形の開口２３を形作る八角形の内周縁２４，２５のうち、外周縁の斜辺２１に平行な斜辺２４が、ウエブ２に溶接されている。

第１実施形態同様に第２実施形態の補強金属板２０は、貫通孔４の上下に位置する外周縁の辺２２が鉄骨梁１の材軸１ａと平行、貫通孔４の左右に位置する辺２２が材軸１ａと直交するようにして、ウエブ２に固定される。したがって、固定される補強金属板２０のこれら４つの辺２２の各間にある斜辺２１は、材軸１ａに対して約４５°の角度で傾斜する。ウエブ２への固定にあたり、補強金属板２０の上下の辺２２を間近のフランジ３とほぼ平行にすれば、外周縁の各辺２１，２２が当該関係をもって固定されることになる。

この補強金属板２０において、外周縁２１，２２のうちの材軸１ａに対し傾斜する斜辺２１には、フランジ２６が立設されている。なお、フランジ２６は、内周縁の斜辺２４に設けてもよいし、外周縁の斜辺２１と内周縁の斜辺２４の両方に設けてもよい。あるいは、フランジ２６は、その他の辺２２，２５にも設けてあってよい。このように斜辺２４に設けられるフランジ２６は、斜辺２４から延長した延長部分を折り曲げて形成したもので、斜辺２４の部位の強度アップに寄与する。

図５及び図６に、補強金属板の第３実施形態を示す。
第３実施形態の補強金属板３０も、基本構造は第１実施形態と同じである。すなわち、第３実施形態の補強金属板３０は、貫通孔４を囲繞する八角形に外周縁３１，３２を形成した鋼板で、貫通孔４周囲のウエブ２に、外周縁３１，３２のうちの４つの斜辺３１が溶接されて、補強金属板３０が固定される。第３実施形態の場合、補強金属板３０の中央に設けられて貫通孔４を露出させる開口３３は、貫通孔４に相応する円形で形成されている。

第１実施形態同様に第３実施形態の補強金属板３０も、貫通孔４の上下に位置する外周縁の辺３２が鉄骨梁１の材軸１ａと平行、貫通孔４の左右に位置する辺３２が材軸１ａと直交するようにして、ウエブ２に固定される。したがって、固定される補強金属板３０のこれら４つの辺３２の各間にある斜辺３１は、材軸１ａに対して約４５°の角度で傾斜する。ウエブ２への固定にあたり、補強金属板３０の上下の辺３２を間近のフランジ３とほぼ平行にすれば、外周縁の各辺３１，３２が当該関係をもって固定されることになる。

第３実施形態に係る補強金属板３０において、外周縁３１，３２のうち、斜辺３１の間に位置する４つの辺３２の内側部位には、溶接孔３４がそれぞれ貫通形成される。すなわち、補強金属板３０は、４つの斜辺３１を溶接（太線で図示）すると共に、これら斜辺間にある４つの溶接孔３４を介し溶接（黒塗りで図示）することにより、ウエブ２に固定される。溶接孔３４を斜辺３１の内側部位に設けることも可能であるが、せん断応力に対抗する斜辺３１の部位の強度が低下する可能性があるので、斜辺間の辺３２の内側部位に、つまり斜辺３１と重ならないように、溶接孔３４を設けるのがよい。

図６Ｂには、溶接孔３４の変形例を示してある。図示のように溶接孔３４は、円形の他に、長円（楕円）形や長方形などとすることもできる。また、補強金属板３０においても、第２実施形態のように斜辺３１にフランジを設けることが可能である。

図７に、補強金属板の第４実施形態を示す。
第４実施形態の補強金属板４０は、第３実施形態の補強金属板において開口にスリーブを固定した形態である。すなわち、補強金属板４０は、第３実施形態同様に、八角形の外周縁４１，４２を有し、そのうちの４つの斜辺４１がウエブ２に溶接される。補強金属板４０の中央には円形の開口４３が形成され、この開口４３を貫通させてスリーブ４３ｓが溶接等により固定されており、該スリーブ４３ｓは、鉄骨梁１の貫通孔４に挿入される。

第３実施形態と同じく、補強金属板４０の外周縁４１，４２のうち、斜辺４１の間に位置する４つの辺４２の内側部位には、溶接孔４４がそれぞれ形成される。したがって、補強金属板４０は、４つの斜辺４１を溶接すると共に、これら斜辺間にある４つの溶接孔４４を介し溶接することにより、ウエブ２に固定される。第４実施形態の補強金属板４０の場合も、溶接孔４４を他の形状としたり、斜辺４１にフランジを設けることができる。

１ 鉄骨梁
１ａ 鉄骨梁の材軸
２ 鉄骨梁のウエブ
３ 鉄骨梁のフランジ
４ 鉄骨梁の貫通孔
１０，２０，３０，４０ 補強金属板
１１，２１，３１，４１ 外周縁のうちの斜辺
１２，２２，３２，４２ 斜辺の間の辺
１３，２３，３３，４３ 開口
２６ 斜辺のフランジ
３４，４４ 溶接孔

Claims (4)

1. ウエブに貫通孔を有する鉄骨梁の補強金属板であって、
   前記貫通孔を露出させる開口が中央に形成されると共に、
   前記ウエブに固定されたときに前記貫通孔を囲繞する八角形に外周縁が形成され、該八角形の外周縁のうちの４辺が、前記ウエブに固定されたときに前記鉄骨梁の材軸に対して約４５°の角度で傾斜した斜辺となる、補強金属板。
2. 前記斜辺の間に位置する辺の内側部位に、溶接孔が形成されている、請求項１記載の補強金属板。
3. 前記斜辺にフランジが立設されている、請求項１又は請求項２記載の補強金属板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の補強金属板を用いた鉄骨梁補強構造であって、
   前記斜辺を前記ウエブに溶接することで、前記補強金属板が前記貫通孔を囲繞して固定されている、鉄骨梁補強構造。

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