JP2014231726A - Column-beam structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、柱間に鉄骨梁が架設されている柱梁構造に関する。 The present invention relates to a column beam structure in which steel beams are installed between columns.
鉄骨造建物に設けられ柱間に架設されている鉄骨梁は、熱伝導率が高いために、火災時に熱膨張して伸長する。そして、これに起因して、鉄骨梁が架設されている柱に過大な変形が生じ、付加応力が発生することが考えられる。 A steel beam installed in a steel structure building and spanned between columns has high thermal conductivity, and thus expands due to thermal expansion in a fire. Due to this, it is conceivable that excessive deformation occurs in the column on which the steel beam is installed, and additional stress is generated.
一方、鉄骨造建物に設けられている鉄骨柱や鉄骨梁には、一般に、耐火性を持たせるための耐火被覆が表面に施されている。例えば、特許文献1には、水硬性セメント、水ガラス、水酸化化合物を混合した耐火被覆材が開示されている。 On the other hand, a steel frame or a steel beam provided in a steel structure building is generally provided with a fireproof coating on the surface for providing fire resistance. For example, Patent Document 1 discloses a fireproof coating material in which hydraulic cement, water glass, and a hydroxide compound are mixed.
しかし、このような耐火被覆材を用いて鉄骨梁の熱膨張を低減しようとする場合、鉄骨梁の表面に耐火被覆材を肉厚に被覆する必要があり、施工手間が掛かってしまう。 However, when it is intended to reduce the thermal expansion of the steel beam using such a fireproof coating material, it is necessary to coat the surface of the steel beam with a thick fireproof coating material, which takes time and effort.
本発明は係る事実を考慮し、鉄骨梁に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨梁から柱に作用する応力を低減することができる柱梁構造を提供することを課題とする。 In view of such a fact, an object of the present invention is to provide a column beam structure capable of reducing the stress acting on the column from the steel beam in the event of a fire without applying a thick fireproof coating to the steel beam.
請求項1に記載の発明は、柱間に架設された鉄骨部材を有する梁と、前記梁の端部に設けられ、前記梁が加熱されたときに前記鉄骨部材に局部座屈を生じさせる座屈誘導部と、前記梁の上に設けられたコンクリート製の床スラブと、を有する柱梁構造である。 The invention according to claim 1 is a seat having a steel member erected between columns, and a seat provided at an end of the beam and causing local buckling of the steel member when the beam is heated. It is a column beam structure which has a bending induction part and a concrete floor slab provided on the beam.
請求項1に記載の発明では、火災時に梁が加熱されたときに、鉄骨部材が熱膨張して伸長するとともに座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位が高温状態になって、この部位に局部座屈が起きる。また、この局部座屈した部位がヒンジ状態となり、鉄骨部材の下方への撓みが許容される。 In the first aspect of the invention, when the beam is heated in the event of a fire, the steel member expands due to thermal expansion and the portion of the steel member provided with the buckling induction portion is in a high temperature state. Local buckling occurs at the site. Further, the locally buckled portion is in a hinge state, and the downward bending of the steel member is allowed.
これらにより、鉄骨部材の熱膨張による伸び出しが吸収され、鉄骨部材から柱に作用する応力が低減される。また、鉄骨部材の熱膨張による伸び出しによって柱に生じる部材角を低減することができる。よって、鉄骨部材(鉄骨梁)に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨部材(鉄骨梁)から柱に作用する応力を低減することができる。 As a result, the extension of the steel member due to thermal expansion is absorbed, and the stress acting on the column from the steel member is reduced. Moreover, the member angle which arises in a pillar by the extension by the thermal expansion of a steel frame member can be reduced. Therefore, even if a thick fireproof coating is not applied to the steel member (steel beam), the stress acting on the column from the steel member (steel beam) can be reduced during a fire.
また、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きたときに、局部座屈した部分がヒンジ状態となって梁の端部に生じる曲げモーメントは小さくなり、梁の端部に生じるせん断力は床スラブのせん断耐力により負担される。座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きることで増大する梁中央部の曲げモーメントは、床スラブとの合成効果等により曲げ耐力に余裕がある梁中央部により負担される。これらによって、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きても、梁は崩壊せずに柱間に保持される。 In addition, when local buckling occurs in the part of the steel member where the buckling induction part is provided, the bending moment generated at the end of the beam becomes small because the locally buckled part becomes a hinge state, and the beam The shear force generated at the end is borne by the shear strength of the floor slab. The bending moment of the central part of the beam, which increases due to local buckling in the part of the steel member where the buckling induction part is provided, is borne by the central part of the beam that has a margin of bending strength due to the effect of combining with the floor slab. Is done. As a result, even if local buckling occurs in a portion of the steel member where the buckling guide portion is provided, the beam is held between the columns without collapsing.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の柱梁構造において、前記鉄骨部材の表面は耐火被覆で覆われており、前記梁の端部に位置する前記耐火被覆を薄くし又は無くして前記座屈誘導部を構成している。 According to a second aspect of the present invention, in the column beam structure according to the first aspect, the surface of the steel member is covered with a fireproof coating, and the fireproof coating located at the end of the beam is thinned or eliminated. And constitutes the buckling guide portion.
請求項2に記載の発明では、耐火被覆を薄くしたり、無くしたりして、大きな手間を掛けずに座屈誘導部を構成することができる。 In the invention according to the second aspect, the buckling induction portion can be configured without making much effort by thinning or eliminating the fireproof coating.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の柱梁構造において、前記鉄骨部材は、上フランジ、ウェブ及び下フランジを備える形鋼であり、前記梁の端部に位置する前記上フランジ表面は前記耐火被覆で覆われている。 According to a third aspect of the present invention, in the column beam structure according to the second aspect, the steel member is a shaped steel including an upper flange, a web, and a lower flange, and the upper flange located at an end of the beam. The surface is covered with the fireproof coating.
請求項3に記載の発明では、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きても、梁に生じる引張力を上フランジが負担することができ、梁の構造耐力を維持することができる。よって、火災時において、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きても、梁は崩壊せずに柱間に保持される。 In the invention according to claim 3, even if local buckling occurs in the part of the steel member provided with the buckling induction portion, the upper flange can bear the tensile force generated in the beam, and the structural strength of the beam Can be maintained. Therefore, in the event of a fire, even if local buckling occurs in a portion of the steel member where the buckling guide portion is provided, the beam is not collapsed and is held between the columns.
本発明は上記構成としたので、鉄骨梁に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨梁から柱に作用する応力を低減することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to reduce the stress acting on the column from the steel beam in the event of a fire without applying a thick fireproof coating to the steel beam.
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る柱梁構造について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a column beam structure according to an embodiment of the present invention will be described.
図1の側面図には、本発明の実施形態に係る柱梁構造10が示されている。柱梁構造10は、鉄骨部材18を有する梁20と、梁20の端部に設けられた座屈誘導部22と、梁20に支持されて梁20の上に設けられた鉄筋コンクリート製の床スラブ24とを有して構成されている。鉄骨部材18は、上フランジ12、ウェブ14及び下フランジ16を備えたH形鋼である。
A side view of FIG. 1 shows a
鉄骨部材18は、鉄骨製の柱26、28に両端が固定され、柱26と柱28との間に架設されている。図1、及び図1のA−A断面図である図2に示すように、座屈誘導部22は、梁20の端部に位置する上フランジ12の全表面を耐火被覆Sで覆い、梁20の端部に位置するウェブ14と下フランジ16の全表面を耐火被覆Sで覆わずに露出させて構成している。梁20の端部以外に位置する鉄骨部材18は、全表面(上フランジ12、ウェブ14及び下フランジ16の全表面)が耐火被覆Sで覆われている。
Both ends of the
なお、本実施形態では、上フランジ12の上面は床スラブ24で覆われているので、「鉄骨部材18の全表面が耐火被覆Sで覆われている」や「上フランジ12の全表面が耐火被覆Sで覆われている」といった表現を本実施形態の説明で用いた場合には、上フランジ12の上面を除いた鉄骨部材18の全表面や、上フランジ12の上面を除いた上フランジ12の全表面が耐火被覆Sで覆われていることを意味する。上フランジ12の上面においては、床スラブ24が耐火被覆となって耐火性が確保されている。
In this embodiment, since the upper surface of the
すなわち、鉄骨部材18の全表面を耐火被覆Sで覆う構成に対して、梁20の端部に位置する耐火被覆Sを一部無くすことにより座屈誘導部22を構成している。座屈誘導部22は、火災時に梁20が加熱されたときに、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位(鉄骨部材18の端部)に局面座屈を起こさせて、この部分をヒンジ状態にする。
That is, with respect to the configuration in which the entire surface of the
本実施形態において、梁20の端部とは、梁20端面から梁20の梁長の1/3倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置から、この梁20端面までの梁20の部分を意味する。この部分の鉄骨部材18に局部座屈が起きた(この部分がヒンジ状態になった)場合、柱26、28と梁20との接合部の曲げモーメントは、一般的な柱梁接合部の有する曲げ耐力以下になる。
In the present embodiment, the end portion of the
なお、梁20端面から梁20の梁長の1/4倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置と、梁20端面から梁20の梁長の1/3倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置との間の何れかの梁20の部位をヒンジ状態にするのが好ましい。よって、梁20端面から梁20の梁長の1/4倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置と、梁20端面から梁20の梁長の1/3倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置との間の何れかの梁20の部位をヒンジ状態にできれば、梁20の端部の全てを座屈誘導部22としてもよいし、梁20の端部の一部を座屈誘導部22としてもよい。例えば、梁20の端部にボルト接合部が設けられている場合には、この部分をかわして(この部分には耐火被覆を施して)この部分よりも梁20の中央部寄りや、この部分よりも柱26、28寄りに座屈誘導部22を設けるようにしてもよい。
It should be noted that the beam length direction is separated from the end face of the
次に、本発明の実施形態に係る柱梁構造の作用と効果について説明する。 Next, the operation and effect of the column beam structure according to the embodiment of the present invention will be described.
図3の側面図に示すように、鉄骨造建物に設けられ柱30と柱32との間に架設されている鉄骨梁34は、一般に、熱伝導率が高いために火災時に熱膨張して伸長する。そして、これに起因して、鉄骨梁34が架設されている柱30、32に過大な変形が生じ、付加応力が発生することが考えられる。
As shown in the side view of FIG. 3, the
これに対して、本実施形態の柱梁構造10では、図4の側面図に示すように、火災時に梁20が加熱されたときに、鉄骨部材18が熱膨張して伸長するとともに座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位が高温状態になる。これにより、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に熱応力(圧縮力)が発生するとともに、この部分の剛性が低下するので、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈が起きる(本実施形態の場合には、下フランジ16やウェブ14が面外方向へ変形する)。また、この局部座屈した部分がヒンジ状態となり、鉄骨部材18の下方への撓みが許容される。
On the other hand, in the
これらにより、鉄骨部材18の熱膨張による伸び出しが吸収され、鉄骨部材18から柱26、28に作用する応力が低減される。また、鉄骨部材18の熱膨張による伸び出しによって柱26、28に生じる部材角を低減することができる。よって、鉄骨部材18に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に梁20(鉄骨部材18)から柱26、28に作用する応力を低減することができる。
As a result, the extension of the
また、図5(a)に示すように、梁20の端部がヒンジ状態になっていない通常時において、梁20に生じる曲げモーメントの値36は、柱26、28と梁20との接合部付近と、梁20の中央部とで大きくなる。これに対して、図5(b)に示すように、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈が起きると、この局部座屈した部位38がヒンジ状態となり、梁20に生じる曲げモーメントの値40は、柱26、28と梁20との接合部付近で小さくなり、梁20の中央部で大きくなる。
Further, as shown in FIG. 5A, the bending
よって、火災時において梁20の中央部が構造部材として機能するようにしておけば(例えば、鉄骨部材18の中央部に十分な耐火被覆を施しておけば)、梁20に生じる曲げモーメントを鉄骨部材18の中央部の有する曲げ耐力によって負担することができる。また、梁20の端部に生じるせん断力は、床スラブ24のせん断耐力により負担することができる。これらによって、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈が起きても、梁20は崩壊せずに柱26と柱28との間に保持される。
Therefore, if the central part of the
なお、柱26と柱28の間に架設されている鉄骨部材18の中央部は、一般的に床スラブ24との合成効果等から曲げ耐力に余裕がある。また、柱26と柱28の間の距離が長大となり梁20の全長が長くなる場合には、火災時でない常温の状態において鉄骨部材18端部の曲げモーメントに比べて鉄骨部材18中央部の曲げモーメントが大きいため、火災時における鉄骨部材18中央部の曲げモーメントの増大は小さくなる。
Note that the central portion of the
さらに、本実施形態の柱梁構造10では、梁20の端部に位置する耐火被覆Sを一部無くして座屈誘導部22を構成することにより、大きな手間を掛けずに座屈誘導部22を構成することができる。
Furthermore, in the
また、本実施形態の柱梁構造10では、梁20の端部に位置する上フランジ12の全表面を耐火被覆で覆うことにより、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈が起きても、梁20に生じる引張力を上フランジ12が負担することができ、梁20の構造耐力を維持することができる。よって、火災時において座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈が起きても、梁20は崩壊せずに柱26と柱8との間に保持される。
Further, in the
以上、本発明の実施形態について説明した。 The embodiment of the present invention has been described above.
なお、本実施形態では、上フランジ12の全表面を耐火被覆Sで覆い、ウェブ14と下フランジ16の全表面を耐火被覆Sで覆わずに露出させて座屈誘導部22を構成した例を示したが、座屈誘導部22は、火災時に梁20が加熱されたときに、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈を起こさせることができればよく、鉄骨部材18の全表面を耐火被覆Sで覆う構成に対して、梁20の端部に位置する耐火被覆Sを一部又は全部無くすことにより座屈誘導部22を構成すればよい。例えば、上フランジ12とウェブ14の全表面を耐火被覆Sで覆い、下フランジ16の全表面を耐火被覆Sで覆わずに露出させて座屈誘導部22を構成してもよいし、上フランジ12とウェブ14上部(ウェブ14の一部)との全表面を耐火被覆Sで覆い、鉄骨部材18の残りの部分の全表面を耐火被覆Sで覆わずに露出させて座屈誘導部22を構成してもよいし、鉄骨部材18の全表面を耐火被覆Sで覆わずに露出させて座屈誘導部22を構成してもよいし、上フランジ12とウェブ14の全表面を覆う耐火被覆Sと比べて下フランジ16の全表面を覆う耐火被覆Sの厚さを薄くしてもよい。
In this embodiment, the entire surface of the
また、座屈誘導部22は、火災時に梁20が加熱されたときに、座屈誘導部22が設けられている鉄骨部材18の部位に局部座屈を起こさせることができればよいので、鉄骨部材18の全表面を耐火被覆Sで覆う構成に対して、梁20の端部に位置する一部又は全部の耐火被覆Sを、梁20の端部以外の表面を覆う耐火被覆Sよりも薄くすることにより座屈誘導部22を構成してもよい。また、構造耐力に影響の無い範囲で、梁20の端部に位置する鉄骨部材18の断面(鋼材の板厚)を梁20の端部以外に位置する鉄骨部材18の断面(鋼材の板厚)よりも小さくしたり、梁20の端部に位置する鉄骨部材18のウェブ14のみに貫通孔を形成したりして、応力的に局部座屈させる座屈誘導部を構成してもよい。
Moreover, the buckling
さらに、本実施形態の柱梁構造10では、表面を耐火被覆Sで覆った鉄骨部材18を有する梁20を用いた例を示したが、図6の側面図、図6のB−B断面図である図7(a)、及び図6のC−C断面図である図7(b)に示すような梁42を用いた柱梁構造44としてもよい。
Furthermore, in the
梁42は、鉄骨部材18の側面にコンクリートEが充填された側面コンクリート充填鉄骨梁であり、鉄骨部材18の端部にコンクリートEを充填しないようにして座屈誘導部46を構成している。
The
また、本実施形態では、柱26、28を鉄骨製とした例を示したが、柱26、28は、鉄骨製、鉄筋コンクリート製、鉄骨鉄筋コンクリート製、木製等の柱としてもよいし、CFT(Concrete-Filled Steel Tube:充填形鋼管コンクリート構造)の柱としてもよい。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態の柱梁構造10は、新築工事及び改修工事により構築することができる。
Furthermore, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in a various aspect.
10、44 柱梁構造
12 上フランジ
14 ウェブ
16 下フランジ
18 鉄骨部材
20、42 梁
22、46 座屈誘導部
24 床スラブ
26、28 柱
S 耐火被覆
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記梁の端部に設けられ、前記梁が加熱されたときに前記鉄骨部材に局部座屈を生じさせる座屈誘導部と、
前記梁の上に設けられたコンクリート製の床スラブと、
を有する柱梁構造。 A beam having a steel member erected between the columns;
A buckling induction portion provided at an end of the beam and causing local buckling of the steel member when the beam is heated;
A concrete floor slab provided on the beam;
Column beam structure with
前記梁の端部に位置する前記耐火被覆を薄くし又は無くして前記座屈誘導部を構成している請求項1に記載の柱梁構造。 The surface of the steel member is covered with a fireproof coating,
The column beam structure according to claim 1, wherein the buckling guide portion is configured by thinning or eliminating the fireproof coating located at an end portion of the beam.
前記梁の端部に位置する前記上フランジ表面は前記耐火被覆で覆われている請求項2に記載の柱梁構造。 The steel member is a shaped steel having an upper flange, a web and a lower flange,
The column beam structure according to claim 2, wherein a surface of the upper flange located at an end of the beam is covered with the fireproof coating.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2017043945A (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | アルメタックス株式会社 | Holder for heat insulation and other materials |
JP2017089266A (en) * | 2015-11-11 | 2017-05-25 | 株式会社竹中工務店 | Fireproof structure of steel earthquake-resisting wall |
-
2013
- 2013-05-30 JP JP2013114360A patent/JP2014231726A/en active Pending
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