JP2015117486A

JP2015117486A - 変断面梁

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Publication number: JP2015117486A
Application number: JP2013260103A
Authority: JP
Inventors: ふみ牛渡; Fumi Ushiwata; 宇佐美　徹; Toru Usami; 徹宇佐美; 幸弘島野; Yukihiro Shimano; 元伸前川; Motonobu Maekawa; 孝鹿島; Takashi Kajima; 周英池田; Chikahide Ikeda
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: JP6261976B2

Abstract

【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

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。
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。
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。