JP2012255298A

JP2012255298A - Ｈ形鋼部材

Info

Publication number: JP2012255298A
Application number: JP2011129002A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kobayashi; 努小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】工場でプレファブリケーションでき、軽量で搬送の問題も生じないＨ形鋼部材を提供する。
【解決手段】このＨ形鋼部材では、Ｈ形鋼１の両フランジ２，２を繋ぐウェブ３の片側に、補強部材としてのＣ形鋼（リップ溝形鋼）４が配置されている。Ｈ形鋼１のウェブ３とＣ形鋼の両リップ５，５とは突き当てられて、ウェブ３側からねじ込まれたネジ６により固定されている。このようにＨ形鋼１のウェブ３にＣ形鋼４が接合されることで、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐力・剛力を向上させた鉄骨造住宅等のＨ形鋼梁、Ｈ形鋼柱等のＨ形鋼部材に関する。特に、吹き抜けのある間取りの住宅等のＨ形鋼梁、Ｈ形鋼柱等として好適なＨ形鋼部材に関する。

近年、木造住宅に代わり鉄骨造住宅が多く建造されている。
木造住宅で用いられる木材は通常、矩形断面形状を有し、強軸と弱軸の強度・剛性の差が小さい。一方、鉄骨造住宅で用いられるＨ形鋼は、強軸と弱軸の強度・剛性の差が大きい。すなわち、Ｈ形鋼は、ウェブと平行方向の強度・剛性が大きく、ウェブと垂直方向（フランジと平行方向）の強度・剛性が小さい。
このため、鉄骨造住宅はＨ形鋼の使用方向を考慮して設計する必要がある。例えば、Ｈ形鋼を吹き抜けのある間取りを有する鉄骨造住宅の梁部材、柱部材に用いる場合には、室外からの風圧力に耐え得るように、強軸が壁面と垂直になるようにＨ形鋼が用いられることが一般的である。

しかし、住宅では意匠性が重視され設計されることも多い。この場合、必ずしも強軸が壁面と垂直になるようにＨ形鋼が使用されるわけではなく、弱軸が壁面と垂直になるようにＨ形鋼が使用せざるを得ない場合もある。このような場合、耐風梁、耐風柱としてＨ形鋼を使用するためには、Ｈ形鋼を補強する必要がある。
例えば、特許文献１には、ウェブに面で接するようにコンクリートブロックを配置し補強を行ったＨ形鋼部材に係る発明が記載されている。当該発明では、コンクリートブロックでＨ形鋼のウェブを両側から押さえてウェブの変形を拘束しつつ、作用する荷重によるフランジの塑性変形を許容し、Ｈ形鋼部材の靱性を高めている。
当該発明でウェブ面に配置されるコンクリートブロックは、予め硬化させたコンクリートブロックを配置するものに限られず、現場または工場で直接打設され硬化させるものも含まれる。

特開平８−４９３４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、Ｈ形鋼をコンクリートで補剛するために様々な問題が生じる。
すなわち、コンクリートの使用はＨ形鋼部材自体の重量の大幅な増加に直結する。結果として、工場で事前に製造（プレファブリケーション）した場合、重量に伴う搬送の問題が生じうる。
コンクリートの打設硬化は現場で行ってもよいが、現場での施工は手間がかかるだけでなく、工期を長くなるため好ましくない。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたものであり、工場でプレファブリケーションでき、軽量で搬送の問題も生じないＨ形鋼部材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のＨ形鋼部材は、Ｈ形鋼のウェブの片面または両面にＣ形鋼が配置され、前記Ｈ形鋼の前記ウェブと前記Ｃ形鋼のリップとが接合されていることを特徴とする。
また、本発明のＨ形鋼部材は、Ｈ形鋼のウェブの片面または両面に角形鋼管が配置され、前記Ｈ形鋼の前記ウェブと前記角形鋼管の一辺とが接合されていることを特徴とする。
ここで、Ｈ形鋼とは、熱間圧延によって製造されるＨ形鋼に限定されず、溶接組み立てや押し出し成形などにより形成されるＨ形断面を有する鋼材一般を意味する。

上記各発明においては、容易にＨ形鋼の弱軸の強度・剛性を大きくすることができる。また、Ｃ形鋼または角形鋼管は比較的軽量であるために、重量増加に伴う搬送の問題は生じない。工場で事前製造すれば現場での施工上の問題も生じない。

上記各発明において、ビスにより接合されていてもよいし、あるいはボルトおよびナットにより接合されていてもよい。ビス、またはボルトおよびナットで接合するようにすると、熟練でない作業員でも容易にＨ形鋼とＣ形鋼または角形鋼管の接合が可能である。よって、熟練作業員がいない場合でも、品質的に安定なＨ形鋼を提供することができる。

上記各発明において、溶接により接合されていてもよい。溶接により接合するようにすると、溶接は接合部を高温で溶かしてつなぎ合わせるので、より安定した接合が可能となる。よって、Ｈ形鋼の信頼性をより高めることができる。

上記各発明のＨ形鋼部材は鉄骨造住宅の外周部における梁部材または柱部材としてＨ形鋼のウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置するように用いるとよい。このようにＨ形鋼部材（Ｈ形鋼梁およびＨ形鋼柱）を配置すると、Ｈ形鋼の弱軸方向は外壁と垂直となるが、Ｃ形鋼または角形鋼管により補強されているので、外壁が風圧力を受けても十分に耐え得ることができる。これにより、意匠性が問われる間取りにおいても自由な設計が可能になる。特に吹き抜けのある間取りを有する鉄骨造住宅のＨ形鋼梁やＨ形鋼柱として好適である。

本発明のＨ形鋼部材によれば、大幅な重量増加がなくＨ形鋼の弱軸方向について補強ができる。また、住宅施工前に工場でプレファブリケーションすれば、現場での施工の手間も省くことができる。また、補強したとしても軽量であるために、搬送の問題も生じない。
また、本発明のＨ形鋼部材を鉄骨造住宅の外壁におけるＨ形鋼梁またはＨ形鋼柱として用いれば、Ｈ形鋼の弱軸方向を住宅外壁が風圧力を受ける方向にしても、十分に風圧力に耐えうることができる。このため、鉄骨造住宅の設計の自由度を増すことができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明の第３の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明の第４の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明の第５の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明の第６の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明の第７の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す横断面図である。本発明のＨ形鋼梁を使用した鉄骨造住宅の外壁（外周部）の一例を示す図であって、横方向から見た断面図である。コンピュータシュミレーションに用いたＨ形鋼梁のモデルを示す図であって、（ａ）は表側から見た斜視図、（ｂ）は裏側から見た斜視図である。Ｈ形鋼梁のモデルに４ｋＮ／ｍの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す図である。Ｈ形鋼梁のモデルに１０ｋＮ／ｍの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。また、本発明は、Ｈ形鋼梁だけでなくＨ形鋼柱としても好適に用いることができるものであるが、以下では、簡略化しＨ形鋼梁のみについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＨ形鋼梁（Ｈ形鋼部材）を示す図である。
この第１の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１の両フランジ２，２を繋ぐウェブ３の片側に、補強部材としてのＣ形鋼（リップ溝形鋼）４が配置されている。Ｈ形鋼１のウェブ３とＣ形鋼の両リップ５，５とは突き当てられて、ウェブ３側からねじ込まれたネジ６により固定されている。このようにＨ形鋼１のウェブ３にＣ形鋼４が接合されることで、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す図である。
この第２の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１のウェブ３の両側に、補強部材としてのＣ形鋼４，４が配置されて、ウェブ３側からねじ込まれたネジ６により固定されている。両Ｃ形鋼４，４の大きさは異なっており、これによりネジ６をウェブ３側からねじ込めるようになっている。２個のＣ形鋼４，４が接合されることで弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
なお、両Ｃ形鋼４，４の大きさを同じ大きさにして、ねじ６を両Ｃ形鋼４，４とウェブ３に貫通させるようにして、両Ｃ形鋼４，４を一緒に接合するようにしてもよい。この場合には、一方のＣ形鋼４にねじ６をねじ込むための開口を形成するようにするとよい。

図３は、本発明の第３の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す図である。
この第３の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１のウェブ３の片側に、補強部材としての角形鋼管７が配置されている。Ｈ形鋼１のウェブ３と角形鋼管７の一辺とは突き当てられて、ウェブ３側からねじ込まれたネジ６により固定されている。ネジ６は、角形鋼管７の一辺の両端部にねじ込まれている。角形鋼管７はＣ形鋼４に比べて剛性が高いため、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。

図４は、本発明の第４の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す図である。
この第４の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１のウェブ３の片側に、角形鋼管７が配置されている。Ｈ形鋼１のウェブ３と角形鋼管７の一辺とは突き当てられて、角形鋼管７の突き当てられた辺の中央部でボルト８とナット９により固定されている。角形鋼管７には、ウェブ３に突き当てられた辺と対向する辺にボルト８を挿通するための開口１０が形成されている。なお、Ｈ形鋼１の両フランジ２，２の間で複数個のボルト８を用いてウェブ３と角形鋼管７の辺とを接合するようにしてもよい。
なお、角形鋼管７の代わりに、補強部材としてＣ形鋼４を使用してもよい。ただし、Ｃ形鋼４をボルト接合する場合には、Ｃ形鋼４に一定の大きさのリップ５の面積が必要になることから、ボルト接合する場合には、角形鋼管７を用いる方が好ましい。

図５は、本発明の第５の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す図である。
この第５の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１のウェブ３の両側に、補強部材としての角形鋼管７，７が配置されている。Ｈ形鋼１のウェブ３と各角形鋼管７の一辺とは突き当てられて、角形鋼管７の突き当てられた辺の中央部でボルト８とナット９により固定されている。２個の角形鋼管７，７が接合されることで弱軸の強度・剛性をより増強することができる。図５においては、両角形鋼管７，７は同じ大きさであるが、異なる大きさにしてもよい。

図６は、本発明の第６の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す図である。
この第６の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１のウェブ３の片側に、補強部材としてのＣ形鋼４が配置されている。Ｈ形鋼１のウェブ３とＣ形鋼の両リップ５，５とは突き当てられて、リップ５近傍で溶接１２により固定されている。
なお、Ｃ形鋼４の代わりに、補強部材として角形鋼管７を使用してもよい。ただし、ウェブ３に角形鋼管７を溶接する場合、ウェブ３と接触する角形鋼管７の一辺の部位はいわゆる遊んだ状態になるので、溶接する場合にはＣ形鋼４を用いる方が好ましい。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係るＨ形鋼梁を示す図である。
この第７の実施の形態のＨ形鋼梁では、Ｈ形鋼１のウェブ３の両側に、補強部材としてのＣ形鋼４，４が配置されて、リップ５近傍で溶接１２により固定されている。図７においては、両Ｃ形鋼４，４は同じ大きさであるが、異なる大きさにしてもよい。

図１〜図７に示すように、Ｃ形鋼４、角形鋼管７は、ウェブ３の中央部に接合されることが好ましい。
また、Ｃ形鋼４、角形鋼７管の大きさは、ウェブ３と両フランジ２，２により形成される空間に入る大きさであればよい。Ｃ形鋼４、角形鋼管７の高さ（ウェブ３からの高さ）は、フランジ２の端と面一になること（ウェブ厚を除いたフランジ幅の１／２であること）がさらに好ましい。

なお、Ｃ形鋼４、角形鋼管７は、Ｈ形鋼１の長手方向の全部に渡って固定されていてもよいし、Ｈ形鋼１の一部に固定されていてもよい。また、Ｃ形鋼４、角形鋼管７は、Ｈ形鋼１の長手方向に間隔をおいて複数個が固定されていてもよい。また、両フランジ２，２の間に複数個（複数列）を固定するようにしてもよい。

図８は、Ｈ形鋼梁Ｋを使用した鉄骨造住宅の外壁の一例を示す図であって、横方向から見た断面図である。図８中、左側が室外側、右側が室内側であり、外壁は天候により風圧力を受ける。
吹き抜けのあるような住宅の場合、柱が削られているため、外壁の梁にかかる負荷は大きくなる。通常、風圧力に対し耐え得るように、梁として使用するＨ形鋼はその強軸が風圧力と同方向となるように配置される。しかしながら、意匠的観点からこのような配置ができない場合もある。
上述のように、本発明のＨ形鋼梁ＫはＨ形鋼に補強部材を設けているため、Ｈ形鋼の弱軸が風圧力と同方向となるよう配置することも可能となる。すなわち、本発明のＨ形鋼梁は、図８に示すようにＨ形鋼梁Ｋを配置することができる。なお、図８中のＨ形鋼梁Ｋでは、補強により付加したＣ形鋼４等の図示は省略した。

以上のようなＨ形鋼梁を有限要素法により解析し、補強部材の効果を調査した。
図９に、コンピュータシュミレーションに用いたＨ形鋼梁のモデルを示す図であって、（ａ）は表側から見た斜視図、（ｂ）は裏側から見た斜視図である。図９（ａ）、（ｂ）において、上側が無補強のＨ形鋼梁（無補強梁）、下側が補強したＨ形鋼梁（補強梁）である。
解析はＳＷＨ４００（JIS）の高さ250ｍｍ、幅100ｍｍ、ウェブ厚3.2ｍｍ、フランジ厚6.0ｍｍのＨ形鋼、ＳＳＣ４００（JIS）の高さ150ｍｍ、幅100ｍｍ、リップ幅30ｍｍ、厚さ4.5ｍｍの補強部材（Ｃ形鋼）を用いることを想定し、Ｈ形鋼の対称性を利用し１／２モデルで解析を行った。

図１０に、Ｈ形鋼梁の弱軸方向に４ｋＮ／ｍの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す。４ｋＮ／ｍの荷重は弾性域内での荷重負荷に当たる。なお、図１０中、上側図が無補強のＨ形鋼梁（無補強梁）、下側が補強したＨ形鋼梁（補強梁）である。
図１０から、補強梁では無補強梁に比べ変形は１／２程度に低減されることが分かる。

図１１に、Ｈ形鋼の弱軸方向に１０ｋＮ／ｍの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す。１０ｋＮ／ｍの荷重は塑性変形まで考慮したものである。なお、図１１中、上側が無補強のＨ形鋼梁（無補強梁）、下側が補強したＨ形鋼梁（補強梁）である。

図１１から、無補強梁では大きく変形するのに対し、補強梁では大きな荷重を負荷しても変形は小さい。無補強梁では塑性変形が起こっており、一定の荷重がかかる建築物では無補強材は好適ではないことが分かる。

なお、本発明は、上述のようにＨ形鋼梁に適用できるほか、Ｈ形鋼柱、その他の鉄骨構造部材等の種々のＨ形鋼部材に適用することができる。

１Ｈ形鋼
２フランジ
３ウェブ
４Ｃ形鋼
５リップ
６ネジ
７角形鋼管
８ボルト
９ナット
１０開口
１２溶接部
ＫＨ形鋼梁

Claims

Ｈ形鋼のウェブの片側または両側にＣ形鋼が配置され、前記Ｈ形鋼の前記ウェブと前記Ｃ形鋼のリップとが接合されていることを特徴とするＨ形鋼部材。
Ｈ形鋼のウェブの片側に面または両側に角形鋼管が配置され、前記Ｈ形鋼の前記ウェブと前記角形鋼管の一辺とが接合されていることを特徴とするＨ形鋼部材。
ネジにより接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＨ形鋼部材。
ボルトおよびナットにより接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＨ形鋼部材。
溶接により接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＨ形鋼部材。
鉄骨造住宅の外周部における梁部材として前記Ｈ形鋼の前記ウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置されて用いられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＨ形鋼部材。
鉄骨造住宅の外周部における柱部材として前記Ｈ形鋼の前記ウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置されて用いられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＨ形鋼部材。