JP2015117486A - 変断面梁 - Google Patents

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【課題】変断面梁の横座屈耐力を向上させる。
【解決手段】下フランジ、ウェブ及び上フランジを備えた鋼製の梁中央部と、下フランジ、ウェブ及び上フランジを備えて前記梁中央部と繋がり、前記梁中央部よりも梁成が大きく、前記梁中央部の上フランジと上フランジ、又は前記梁中央部の下フランジと下フランジが接続されている鋼製の梁端部と、前記梁中央部の下フランジ又は上フランジと繋がり、前記梁端部のウェブに接合された補強プレートと、前記補強プレート周囲の前記梁端部のウェブに設けられ、前記梁中央部及び前記梁端部の少なくとも一方に生じる横座屈を抑制する横座屈抑制部と、を有する変断面梁。
【選択図】図1

Description

本発明は、梁端部の梁成を梁中央部の梁成よりも大きくした鋼製の変断面梁に関する。
近年、梁端部の梁成を梁中央部の梁成よりも大きくした鋼製の変断面梁が建物に用いられている。例えば、特許文献1には、梁成の小さい既製H形鋼の両端に、梁成の大きい既製H形鋼を上フランジの上面同士が面一となるように繋ぎ合わせた変断面梁が開示されている。
特許文献1の変断面梁では、梁中央部の下フランジを延長して設けた補強プレートを梁端部のウェブに接合することにより、梁中央部の下フランジの軸力を梁端部のウェブのせん断力で梁端部へ伝達させており、これにより梁断面を応力分布に従った大きさにして梁の合理的な設計を可能にし、鉄骨量の最小化を図ることができる。
しかし、このような変断面梁は、梁中央部の下フランジと梁端部の下フランジが連続して繋がっていないので、一般的な鉄骨梁に比べて横座屈耐力が小さくなってしまう。これにより、変断面梁が支持する床スラブにより得られる変断面梁の横座屈拘束効果が十分でない場合には、横補剛材等の横座屈耐力を向上させる対策を施さなくてはならない。
特開2011−52462号公報
本発明は係る事実を考慮し、変断面梁の横座屈耐力を向上させることを課題とする。
第1態様の発明は、下フランジ、ウェブ及び上フランジを備えた鋼製の梁中央部と、下フランジ、ウェブ及び上フランジを備えて前記梁中央部と繋がり、前記梁中央部よりも梁成が大きく、前記梁中央部の上フランジと上フランジ、又は前記梁中央部の下フランジと下フランジが接続されている鋼製の梁端部と、前記梁中央部の下フランジ又は上フランジと繋がり、前記梁端部のウェブに接合された補強プレートと、前記補強プレート周囲の前記梁端部のウェブに設けられ、前記梁中央部及び前記梁端部の少なくとも一方に生じる横座屈を抑制する横座屈抑制部と、を有する変断面梁である。
第1態様の発明では、補強プレート周囲に位置する、梁端部のウェブに横座屈抑制部を設けることによって、梁中央部及び梁端部の少なくとも一方に生じる横座屈を抑制し、変断面梁の横座屈耐力を向上させることができる。
第2態様の発明は、第1態様の変断面梁において、前記横座屈抑制部は、前記梁端部の下フランジと前記補強プレートの間、及び前記補強プレートと前記梁端部の上フランジの間の少なくとも一方に上下方向へ設けられたリブである。
第2態様の発明では、リブによって、梁中央部及び梁端部の少なくとも一方の下フランジ又は上フランジが面外へ変形するのを抑制して、変断面梁の横座屈耐力を向上させることができる。
第3態様の発明は、第1態様の変断面梁において、前記横座屈抑制部は、前記梁端部の上フランジの柱接合部と前記梁端部の下フランジの端部を結ぶ、又は前記梁端部の下フランジの柱接合部と前記梁端部の上フランジの端部を結ぶ斜線を越えるようにして設けられた前記補強プレートの延出部分である。
第3態様の発明では、梁端部の上フランジの柱接合部と梁端部の下フランジの端部を結ぶ、又は梁端部の下フランジの柱接合部と梁端部の上フランジの端部を結ぶ斜線を越えるようにして補強プレートを設けることにより、この斜線を跨ぐように補強プレートが配置されるので、この斜線付近を破壊線とする破壊モードが補強プレートにより抑えられて、変断面梁の横座屈耐力を向上させることができる。
本発明は上記構成としたので、変断面梁の横座屈耐力を向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係る変断面梁を示す正面図である。 本発明の第1実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す正面図である。 本発明の第1実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す正面図である。 本発明の第1実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す正面図である。 本発明の第1実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す正面図である。 本発明の第2実施形態に係る変断面梁を示す正面図である。 本発明の第3実施形態に係る変断面梁を示す正面図である。 図7のA−A断面図、及び本発明の第3実施形態に係るウェブ補強部材のバリエーションを示す断面図である。 本発明の第1〜第3実施形態に係る変断面梁を示す立面図である。 本発明の第1〜第3実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す立面図である。 本発明の第1〜第3実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す立面図である。 本発明の第1〜第3実施形態に係る変断面梁のバリエーションを示す正面図である。
図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の第1実施形態に係る変断面梁について説明する。
図1の正面図には、鉄骨製の柱12に一方の梁端部16が支持されている変断面梁10が示されている。変断面梁10は、大梁として設けられている。図1には変断面梁10の左側部分が描かれているが、右側部分についても左側部分と同じ構成になっており、柱12に対向して配置された鉄骨製の柱(以下、「柱14」とする)に、変断面梁10の他方の梁端部が支持されている。すなわち、変断面梁10は、柱12と柱14との間に架設されている。
変断面梁10は、下フランジ18、ウェブ20及び上フランジ22を備えたH形鋼からなる梁中央部24と、下フランジ26、ウェブ28及び上フランジ30を備えたH形鋼からなる梁端部16と、鋼板からなる補強プレート32と、横座屈抑制部34とを有して構成されている。
梁中央部24と梁端部16は、梁中央部24の上フランジ22端面と梁端部16の上フランジ30端面、及び梁中央部24のウェブ20端面と梁端部16のウェブ28端面を溶接によって接合することにより、一体に繋がっている。なお、梁中央部24と梁端部16は、ボルト接合等の他の接合方法で接合してもよい。
梁端部16の梁成は梁中央部24の梁成よりも大きくなっている。また、梁中央部24(上フランジ22)の上面と梁端部16(上フランジ30)の上面は面一となっており、上フランジ22の幅は上フランジ30の幅よりも小さくさっている。なお、梁中央部24の上フランジ22と梁端部16の上フランジ30は、上面同士が面一になっていれば、幅が異なっていてもよいし、等しくなっていてもよい。例えば、上フランジ22の幅と上フランジ30の幅を等しくして、梁中央部24の上フランジ22端面と梁端部16の上フランジ30端面が一致した同一面となるようにしてもよい。また、梁中央部24の上フランジ22と梁端部16の上フランジ30が接続されていれば、上フランジ22と上フランジ30は上面同士が面一になっていなくてもよい。ここで、上フランジ22と上フランジ30の接続とは、上フランジ22と上フランジ30が接触して繋がっていることを意味する。例えば、板厚の異なる上フランジ22と上フランジ30を、下面同士を面一にして繋げてもよいし、板厚の中心同士を合わせるようにして繋げてもよい。
補強プレート32は、梁中央部24の下フランジ18の延長線上に配置され、後端部が梁中央部24の下フランジ18の端部に溶接により接合されて、この下フランジ18と繋がっている。また、補強プレート32は、側端部が梁端部16のウェブ28に溶接により接合されている。
補強プレート32は、梁中央部24の下フランジ18の軸力を梁端部16のウェブ28のせん断力で梁端部16へ伝達するために設けられている。補強プレート32は、先端部42が柱12の側面に達しない(先端部42が変断面梁10の端面よりも変断面梁10の中央側に位置する)長さになっている。なお、補強プレート32は、梁中央部24の下フランジ18の端部に接合して設けずに、梁中央部24の下フランジ18を梁中央部24の端面(ウェブ20の端面)から突出させて形成しておき、この突出させた部分を補強プレート32にしてもよい。
横座屈抑制部34は、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間、及び補強プレート32と梁端部16の上フランジ30の間に上下方向へ設けられた、リブとしての鋼板からなる縦リブ44、46を有して構成され、梁中央部24及び梁端部16の少なくとも一方に生じる横座屈を抑制する。縦リブ44と縦リブ46は、鉛直方向へ一直線上に配置されている。なお、縦リブ44と縦リブ46は、鉛直方向に対して斜めへ一直線上に配置されてもよい。
縦リブ44の下端部は下フランジ26の上面に、縦リブ44の側端部はウェブ28に、縦リブ44の上端部は補強プレート32の下面に、縦リブ46の下端部は補強プレート32の上面に、縦リブ46の側端部はウェブ28に、及び縦リブ46の上端部は上フランジ30の下面に、それぞれ溶接によって接合されている。すなわち、横座屈抑制部34は、補強プレート32周囲に位置する、梁端部16のウェブ28に設けられている。
補強プレート32、及び縦リブ44、46は、梁端部16のウェブ28の表裏面に同じ配置で設けられている。
梁端部28は、柱12の仕口部36に設けられたダイヤフラム38、40に、下フランジ26と上フランジ30の端部をそれぞれ溶接により接合し、柱12(仕口部36)の側面に、ウェブ28の端部を溶接により接合することによって、柱12の仕口部36に剛接合されている。なお、柱12(仕口部36)の側面とウェブ28の端部は、ボルト接合等の他の接合方法で接合してもよい。
変断面梁10の上には、鉄筋コンクリート製の床スラブ48がコンクリート打設によって形成されている。床スラブ48は、変断面梁10の上スラブ22、30上面に設けられ床スラブ48中に埋設されたスタッド50によって、変断面梁10と一体に設けられている。なお、床スラブ48は、デッキスラブやプレキャスト床版等の他の構成の床スラブであってもよい。
次に、本発明の第1実施形態に係る変断面梁の作用と効果について説明する。
本発明の第1実施形態に係る変断面梁10では、図1に示すように、縦リブ44、46によって、梁端部16及び梁中央部24の少なくとも一方の下フランジ26、18や補強プレート32が面外へ変形するのを抑制することができる。すなわち、補強プレート32周囲に位置する、梁端部16のウェブ28に横座屈抑制部34を設けることによって、梁中央部24及び梁端部16の少なくとも一方に生じる横座屈を抑制し、変断面梁10の横座屈耐力を向上させることができる。例えば、補強プレートによる補強だけを施した従来の変断面梁と比べて横座屈耐力を大きくすることができる。
また、本発明の第1実施形態の変断面梁10では、補強プレート32を、この補強プレート32の先端部42が柱12の側面に達しないようにして設けているので、柱12の仕口部36が複雑な構造になることを防ぐことができ、さらに、柱12に変断面梁10を接合する際の手間を軽減することができる。例えば、補強プレート32に作用する軸力を柱12に流すためのダイヤフラムを仕口部36に設けなくてよい。また、例えば、変断面梁10のウェブ28端部と、補強プレート32端部の両方を、柱12(仕口部36)の側面に溶接によって接合するといった面倒な作業を不要とすることができる。これらにより、柱12に変断面梁10を接合する際の施工性を向上することができる。
以上、本発明の第1実施形態について説明した。
なお、本発明の第1実施形態では、図1に示すように、横座屈抑制部34を、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間、及び補強プレート32と梁端部16の上フランジ30の間に上下方向へ設けられた縦リブ44、46を有して構成した例を示したが、横座屈抑制部は、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間、及び補強プレート32と梁端部16の上フランジ30の間の少なくとも一方に上下方向へ設けられたリブを有して構成されていればよい。また、縦リブ44、46は、上下端部の少なくとも一方が上フランジ30、下フランジ26、又は補強プレート32に接合されていればよい。
例えば、図2、3の正面図に示す、大梁として設けられている変断面梁52、54のように、縦リブ44と縦リブ46は、横方向へずらして配置してもよいし、図4、5の正面図に示す、大梁として設けられている変断面梁56、58のように、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間、及び補強プレート32と梁端部16の上フランジ30の間の一方にのみ縦リブ44、46を設けるようにしてもよい。また、例えば、横座屈抑制部を、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間、及び補強プレート32と梁端部16の上フランジ30の間の少なくとも一方に、鉛直方向に対して斜めに設けたリブを有して構成してもよい。
さらに、横座屈抑制部は、補強プレート32周囲に位置する、梁端部16のウェブ28に設けられていれば、梁端部16の上フランジ30と下フランジ26とに上下端部がそれぞれ溶接により接合され、補強プレート32の先端部42から離して配置されたリブを有して構成してもよい。
また、本発明の第1実施形態では、補強プレート32、及び縦リブ44、46を、梁端部16のウェブ28の表裏面に設けた例を示したが、補強プレート32、及び縦リブ44、46は、梁端部16のウェブ28の表裏面の一方にのみ設けてもよい。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本発明の第2実施形態の説明において、第1実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
まず、本発明の第2実施形態に係る変断面梁について説明する。図6の正面図に示すように、第2実施形態の変断面梁60では、梁端部16の上フランジ30の柱接合部62(左端部)と梁端部16の下フランジ26の端部64(右端部)を結ぶ斜線66を越えるようにして設けられた補強プレート32の延出部分68が、横座屈抑制部70となっている。すなわち、横座屈抑制部70は、補強プレート32周囲に位置する、梁端部16のウェブ28に設けられている。変断面梁60は、大梁として設けられている。
延出部分68は、補強プレート32の長さを、斜線66を越える長さにしておくことによって構成してもよいし、補強プレート32の端部に鋼板を溶接により接合して構成してもよい。
補強プレート32は、先端部42(延出部分68の先端部)が柱12の側面に達しない(先端部42が変断面梁60の端面よりも変断面梁60の中央側に位置する)長さになっている。
次に、本発明の第2実施形態に係る変断面梁の作用と効果について説明する。
本発明の第2実施形態に係る変断面梁60では、図6に示すように、斜線66を越えるようにして補強プレート32を設けることにより、この斜線66を跨ぐように補強プレート32が配置されるので、この斜線66付近を破壊線とする破壊モードが補強プレート32により抑えられて、変断面梁60の横座屈耐力を向上させることができる。
また、本発明の第2実施形態の変断面梁60では、補強プレート32を、この補強プレート32の先端部42が柱12の側面に達しないようにして設けているので、柱12の仕口部36が複雑な構造になることを防ぐことができ、さらに、柱12に変断面梁60を接合する際の手間を軽減することができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本発明の第3実施形態の説明において、第1実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
まず、本発明の第3実施形態に係る変断面梁について説明する。図7の正面図、及び図7のA−A断面図である図8(a)に示すように、第3実施形態の変断面梁72では、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間のウェブ28に隅肉溶接によって貼り付けられたウェブ補強部材としての鋼板からなる当て板74が、横座屈抑制部76となっている。当て板74は、ウェブ28の表裏面に設けられている。すなわち、横座屈抑制部76は、補強プレート32周囲に位置する、梁端部16のウェブ28に設けられている。変断面梁72は、大梁として設けられている。
次に、本発明の第3実施形態に係る変断面梁の作用と効果について説明する。
本発明の第3実施形態に係る変断面梁72では、図7に示すように、梁端部16の下フランジ26と補強プレート32の間のウェブ28に作用するせん断力を負担する部材の断面積を、当て板74により増加させることにより、このウェブ28に生じるせん断変形を抑制して変断面梁72の横座屈耐力を向上させることができる。
以上、本発明の第3実施形態について説明した。
なお、本発明の第3実施形態では、当て板74をウェブ28の表裏面に設けた例を示したが、当て板74は、ウェブ28の表裏面の一方の面のみに設けてもよい。
また、本発明の第3実施形態では、ウェブ補強部材を当て板74とした例を示したが、ウェブ28に生じるせん断変形を抑制できれば、ウェブ補強部材は、どのような形状の部材であってもよい。例えば、図8(b)、(c)の断面図に示すように、L字状の構造断面を有する形鋼78や、T字状の構造断面を有する形鋼80を、ウェブ補強部材としてもよい。
以上、本発明の第1〜第3実施形態について説明した。
なお、第1〜第3実施形態では、図9(a)〜(c)の立面図に示すように、左右端部の形状を同じにした鉄骨梁に横座屈抑制部34、70、76をそれぞれ設けて変断面梁10、60、72を構成した例を示したが、鉄骨梁の左右端部に異なる横座屈抑制部34、70、76をそれぞれ設けてもよい。
また、鉄骨梁の左右端部の形状を異ならせて、垂直ハンチを有する端部に横座屈抑制部34、70、76を設けてもよい。例えば、図10(a)〜(c)の立面図に示すように、鉄骨梁の他方の端部82にハンチを設けずに、梁中央部24と梁成の等しい端部82を梁や柱に剛接合してもよい。図10(a)〜(d)には、スプライスプレート84を用いたボルト接合によって、H形鋼からなる小梁86に鉄骨梁の端部82を剛接合した変断面梁88、90、92が示されている。
さらに、本発明の第1〜第3実施形態では、梁中央部24の上面と梁端部16の上面を面一として、梁端部16の下面よりも梁中央部24の下面を高くした鉄骨梁に横座屈抑制部34、70、76を設けて、変断面梁10、52、54、56、58、60、72を構成した例を示したが、梁中央部24の下面と梁端部16の下面を面一として、梁端部16の上面よりも梁中央部24の上面を低くした鉄骨梁に横座屈抑制部34、70、76を設けて変断面梁を構成するようにしてもよい。この場合、梁中央部24の下フランジ18と梁端部16の下フランジ26が接続されていれば、下フランジ18と下フランジ26は下面同士が面一になっていなくてもよい。ここで、下フランジ18と下フランジ26の接続とは、下フランジ18と下フランジ26が接触して繋がっていることを意味する。例えば、板厚の異なる下フランジ18と下フランジ26を、上面同士を面一にして繋げてもよいし、板厚の中心同士を合わせるようにして繋げてもよい。また、この場合、補強プレート32は、梁中央部24の上フランジ22と繋がり、梁端部16のウェブ28に接合される。例えば、図11(a)〜(c)の立面図に示す変断面梁94、96、98のようにしてもよい。また、変断面梁の一方の端部を図1、6、7の何れかのようにし、他方の端部を図11(a)〜(c)の何れかのようにしてもよい。
梁中央部24の下フランジ18と梁端部16の下フランジ26を接続して、梁端部16の上面よりも梁中央部24の上面を低くした鉄骨梁に、第2実施形態の横座屈抑制部70(図6を参照のこと)を適用する場合には、梁端部16の下フランジ26の柱接合部と梁端部16の上フランジ30の端部を結ぶ斜線を越えるようにして補強プレート32を設けるようにする。これによっても、この斜線付近を破壊線とする破壊モードが補強プレート32により抑えられて、変断面梁の横座屈耐力を向上させることができる。
また、本発明の第1〜第3実施形態では、変断面梁10、52、54、56、58、60、72を大梁とした例を示したが、本発明の第1〜第3実施形態の変断面梁10、52、54、56、58、60、72は、鋼製の梁に対して適用することができる。例えば、図12(a)〜(c)の正面図に示すように、鉄骨梁に横座屈抑制部34、70、76を設けて小梁を構成する変断面梁100、102、104を大梁106に支持させるようにして設けてもよい。
さらに、本発明の第1〜第3実施形態では、柱12、14を鉄骨製の柱とした例を示したが、柱12、14は、鉄筋コンクリート製、鉄骨鉄筋コンクリート製、CFT(Concrete-Filled Steel Tube:充填形鋼管コンクリート構造)製等のさまざまな構造の柱であってもよい。
以上、本発明の第1〜第3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、第1〜第3実施形態を組み合わせて用いてもよいし、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。
10、52、54、56、58、60、72、88、90、92、94、96、98、100、102、104 変断面梁
16 梁端部
18、26 下フランジ
20、28 ウェブ
22、30 上フランジ
24 梁中央部
32 補強プレート
34、70、76 横座屈抑制部
44、46 縦リブ(リブ)
62 柱接合部
64 端部
66 斜線
68 延出部分

Claims (3)

  1. 下フランジ、ウェブ及び上フランジを備えた鋼製の梁中央部と、
    下フランジ、ウェブ及び上フランジを備えて前記梁中央部と繋がり、前記梁中央部よりも梁成が大きく、前記梁中央部の上フランジと上フランジ、又は前記梁中央部の下フランジと下フランジが接続されている鋼製の梁端部と、
    前記梁中央部の下フランジ又は上フランジと繋がり、前記梁端部のウェブに接合された補強プレートと、
    前記補強プレート周囲の前記梁端部のウェブに設けられ、前記梁中央部及び前記梁端部の少なくとも一方に生じる横座屈を抑制する横座屈抑制部と、
    を有する変断面梁。
  2. 前記横座屈抑制部は、前記梁端部の下フランジと前記補強プレートの間、及び前記補強プレートと前記梁端部の上フランジの間の少なくとも一方に上下方向へ設けられたリブである請求項1に記載の変断面梁。
  3. 前記横座屈抑制部は、前記梁端部の上フランジの柱接合部と前記梁端部の下フランジの端部を結ぶ、又は前記梁端部の下フランジの柱接合部と前記梁端部の上フランジの端部を結ぶ斜線を越えるようにして設けられた前記補強プレートの延出部分である請求項1に記載の変断面梁。
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