JP2017053168A - 形鋼連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェブを偏心させて配置された複数のＨ形鋼を接合することで、横座屈耐力及び局部座屈耐力の向上と製造の効率性等の向上とを両立することのできる形鋼連結構造を提供する。【解決手段】本発明を適用した形鋼連結構造１は、複数の形鋼が連結されたものであり、断面方向で幅方向Ｘに延びる一対のフランジ２０と、一対のフランジ２０まで延伸するウェブ２３とを有して、ウェブ２３の延伸方向Ｙに連結される複数のＨ形鋼２を備える。互いに隣り合って連結される複数のＨ形鋼２のうち、何れか一方のＨ形鋼３のフランジ３０は、何れか他方のＨ形鋼４のフランジ４０と接合される。ウェブ２３は、フランジ２０の幅方向Ｘの一端からフランジ２０に接続される接続部Ｗまでの一端側離間距離と、フランジ２０の幅方向Ｘの他端から接続部Ｗまでの他端側離間距離とを異ならせて、フランジ２０の幅方向Ｘの中央よりも偏心させて配置される。【選択図】図８

Description

本発明は、複数の形鋼が連結された形鋼連結構造に関する。

従来から、大型のＨ形鋼の柱を用いる必要がないものとすることを目的として、例えば、特許文献１に開示される鉄骨柱が提案されている。また、標準的な納まり範囲内に適応できる外形断面サイズでありながら、横剛性を向上させることを目的として、特許文献２に開示される増強梁、及び、特許文献３に開示される横座屈補剛構造が提案されている。

特許文献１に開示された鉄骨柱は、Ｈ形鋼からなる一対の柱部材が、それらのウェブがほぼ同一直線状となるようにして互いに並列される。特許文献１に開示された鉄骨柱は、それら両柱部材のフランジに対応してそれら柱部材に跨って固着した同一の接合プレートで、各柱部材を相互に接合することで、耐力の大きい柱が構成される。

特許文献２に開示された増強梁は、標準的な納まり範囲内に適応できる外形断面サイズの規定原梁の溝空間内に、補強用添接部材を合着して増強梁が形成される。特許文献３に開示された横座屈補剛構造は、チャンネルからなる補剛部材が、Ｈ形鋼梁の塑性化が想定される材端近傍の所定区間に添接されて、つなぎ梁等の横座屈止めを減らすものとなる。

実全平４−５５９２２号公報 特開昭５９−６１６４５号公報 特開平５−３３１９６３号公報

特許文献１に開示された鉄骨柱は、一対の柱部材となるＨ形鋼のウェブが互いに同一直線状に配置されることで、耐力の大きい柱が構成されている。しかし、特許文献１に開示された鉄骨柱は、一対のＨ形鋼を相互に接合することで、相互に接合された一対の柱部材の部材成が大きくなるため、柱部材の横座屈を誘発するおそれがあった。

また、特許文献２、３に開示された増強梁等は、規定原梁の溝空間内に補強用添接部材を合着することが必要となり、又は、Ｈ形鋼梁の所定区間にチャンネルからなる補剛部材を添接することが必要となる。このため、特許文献２、３に開示された増強梁等は、複数の形状の補強用添接部材又はチャンネルをＨ形鋼とともに用意したうえで、これらを溶接で接合させるため、増強梁等の製造の効率性、建築現場での施工性の向上が困難となる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、ウェブを偏心させて配置された複数のＨ形鋼を接合することで、横座屈耐力及び局部座屈耐力の向上と製造の効率性等の向上とを両立することのできる形鋼連結構造を提供することにある。

第１発明に係る形鋼連結構造は、複数の形鋼が連結された形鋼連結構造であって、断面方向で幅方向に延びる一対のフランジと、一対の前記フランジまで延伸するウェブとを有して、前記ウェブの延伸方向に連結される複数のＨ形鋼を備え、互いに隣り合って連結される複数の前記Ｈ形鋼のうち、何れか一方の前記Ｈ形鋼の前記フランジは、何れか他方の前記Ｈ形鋼の前記フランジと接合されて、前記ウェブは、前記フランジの幅方向の一端から前記フランジに接続される接続部までの一端側離間距離と、前記フランジの幅方向の他端から前記接続部までの他端側離間距離とを異ならせて、前記フランジの幅方向の中央よりも偏心させて配置されることを特徴とする。

第２発明に係る形鋼連結構造は、第１発明において、前記ウェブは、前記一端側離間距離と前記他端側離間距離との延長比を３／７〜７／３として、前記フランジの幅方向の中央よりも偏心させて配置されることを特徴とする。

第３発明に係る形鋼連結構造は、第１発明又は第２発明において、互いに隣り合って連結される複数の前記Ｈ形鋼のうち、何れか一方の前記Ｈ形鋼の前記ウェブは、何れか他方の前記Ｈ形鋼の前記ウェブと、前記フランジの幅方向の中央よりも偏心させた位置を互いに異ならせて配置されることを特徴とする。

第４発明に係る形鋼連結構造は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、互いに隣り合って連結される複数の前記Ｈ形鋼のうち、何れか一方の前記Ｈ形鋼の前記フランジは、何れか他方の前記Ｈ形鋼の前記フランジと当接されて、断面方向で前記ウェブの近傍の２箇所以上で乾式接合されることを特徴とする。

第５発明に係る形鋼連結構造は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記ウェブの延伸方向に連結される３本以上の前記Ｈ形鋼を備え、前記ウェブの延伸方向で両側部の前記Ｈ形鋼は、前記ウェブの延伸方向で中間部の前記Ｈ形鋼よりも、断面方向で前記ウェブが延伸する延伸長を小さいものとすることを特徴とする。

第６発明に係る形鋼連結構造は、第１発明〜第５発明の何れかにおいて、前記Ｈ形鋼は、一対の前記フランジと前記ウェブとをコイルから高周波抵抗溶接で接合した溶接軽量Ｈ形鋼が用いられることを特徴とする。

第１発明〜第６発明によれば、ウェブを偏心させた複数のＨ形鋼が互いに連結されて、フランジと直交する方向の軸回り（弱軸回り）の断面二次モーメント及び材軸回りの捩じり抵抗が増大することで、複数のＨ形鋼の全体の横座屈耐力を向上させることが可能となる。

第１発明〜第６発明によれば、補強用添接部材又はチャンネル等の追加や大断面部材を用いずに、同一のコイルから製作することのできるＨ形鋼のみを用いて横座屈耐力を向上させることができるため、形鋼連結構造の製造の効率性、建築現場での施工性の向上を実現することが可能となる。

第１発明〜第６発明によれば、互いに接合されたフランジで拘束力を発揮させて、この拘束力がウェブに伝達されるととともに、互いに接合されていないフランジにも拘束力が伝達されることで、フランジ、ウェブの相互拘束効果を増大させて、フランジの板要素の局部座屈耐力の低下を抑制することが可能となる。

特に、第２発明によれば、一端側離間距離と他端側離間距離との幅方向の延長比を３／７〜７／３とすることで、フランジの板要素の局部座屈耐力の低下を確実に抑制すると同時に、複数のＨ形鋼の全体の横座屈耐力を向上させることが可能となる。

特に、第３発明によれば、何れか一方のＨ形鋼のウェブと、何れか他方のＨ形鋼のウェブとで、フランジの幅方向の中央に対して偏心させる位置を互いに異ならせて配置することで、フランジに直交する方向の軸回り（弱軸回り）の断面二次モーメントを強化し易くなり、複数のＨ形鋼の全体の横座屈耐力をより効率的に向上させることが可能となる。

特に、第４発明によれば、フランジの接合を乾式接合とすることで、組立及び解体が容易となり、製造性及び施工性を向上させることが可能となる。さらに、第４発明によれば、断面方向でウェブの近傍の２箇所以上で接合することで、フランジの接合箇所における応力伝達がより効率的となり、期待する構造性能が発揮され易くなる。

特に、第５発明によれば、３本以上のＨ形鋼が連結される場合に、両側部のウェブの延伸長を、中間部のウェブの延伸長よりも小さくすることで、中間部のフランジが両側部に寄せて配置されるため、複数のＨ形鋼の総鋼材量を増加させることなく、３本以上のＨ形鋼の強軸回りの断面二次モーメント及び断面係数を増大させて、複数のＨ形鋼の全体の耐力及び剛性を経済的に向上させることが可能となる。

特に、第６発明によれば、Ｈ形鋼に溶接軽量Ｈ形鋼が用いられることで、部材成寸法の許容差が小さいＨ形鋼が用いられるものとなり、複数のＨ形鋼をウェブの延伸方向に連続させて連結させるものであるにもかかわらず、組立時の製作誤差を極小化することができるため、製作効率及び施工精度を向上させることが可能となる。第６発明によれば、さらに、Ｈ形鋼として用いられる溶接軽量Ｈ形鋼が、ウェブとフランジとを高周波抵抗溶接するものであることから、アーク溶接で製作された通常の溶接Ｈ形鋼よりも溶接熱影響が小さく、ウェブやフランジの母材の熱影響による材質変化が狭い範囲で済むものとなるため、設計上想定した通りの所期する構造性能をＨ形鋼に発揮させることがより容易に可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造を用いた柱又は梁等の構造部材を示す斜視図である。 本発明を適用した形鋼連結構造の各々のＨ形鋼を示す断面方向の正面図である。 （ａ）は、ウェブが偏心する延長比を７／３、（ｂ）は、延長比を６／４、（ｃ）は、延長比を５．５／４．５、（ｄ）は、延長比を８／２、（ｅ）は、延長比を９／１とした各々のＨ形鋼を示す正面図である。 （ａ）は、ウェブが偏心する延長比を３／７、（ｂ）は、延長比を４／６、（ｃ）は、延長比を４．５／５．５、（ｄ）は、延長比を２／８、（ｅ）は、延長比を１／９とした各々のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造で互いに幅方向に反転させて連結される２本のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造でウェブが偏心する延長比を互いに異ならせた２本のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造でウェブが偏心する位置を略同一にして配置される２本のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造で互いに幅方向に反転させて連結される３本のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造でウェブが偏心する位置を略同一にして配置される３本のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造で両側部のＨ形鋼のウェブの延伸長を中間部のＨ形鋼のウェブの延伸長よりも小さくした３本のＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造でウェブの近傍の２箇所以上でボルト又はビス等を用いて乾式接合されるＨ形鋼のフランジを示す正面図である。 本発明を適用した形鋼連結構造で２本のＨ形鋼が連結される場合の有限帯板法解析の結果を示すグラフ及び表である。 本発明を適用した形鋼連結構造で３本のＨ形鋼が連結される場合の有限帯板法解析の結果を示すグラフ及び表である。 本発明を適用した形鋼連結構造で中間部のウェブの延伸長を両側部のウェブの延伸長で除した延伸比率と座屈耐力比との関係を示すグラフである。

以下、本発明を適用した形鋼連結構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図１に示すように、例えば、住宅、学校、事務所、病院施設等の建築物において、複数の形鋼が連結された構造部材等として用いられる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、各々の形鋼としてＨ形鋼２が用いられる。本発明を適用した形鋼連結構造１は、建築物を支持するための骨組みとなる構造部材等において、複数のＨ形鋼２が連結された柱部材７又は梁部材８等として用いられるものとなる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、柱部材７として用いられる場合に、例えば、２本のＨ形鋼２が連結されて用いられる。また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、梁部材８として用いられる場合に、例えば、３本のＨ形鋼２が連結されて用いられる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、梁部材８として用いられる場合に、複数のＨ形鋼２の長手方向の端部に、溶接接合等によりエンドプレート７０が取り付けられて、エンドプレート７０がボルト接合等により柱部材７に取り付けられて用いられる。また、柱部材７には、梁部材８が取り付く位置にスチフナ９等の補剛材が適宜設置される。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、Ｈ形鋼２の長手方向に直交する断面方向で、２本以上のＨ形鋼２が断面方向に並べられて、ボルト６又はビス等を用いた乾式接合等により接合されることで、互いに隣り合って連結される複数のＨ形鋼２を備えるものとなる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、２本以上の如何なる数量のＨ形鋼２が連結されてもよい。本発明を適用した形鋼連結構造１は、特に、３本又は４本程度のＨ形鋼２が連結されることで、互いに隣り合って連結される３本以上のＨ形鋼２を備えるものとなる。

Ｈ形鋼２は、図２に示すように、断面方向で幅方向Ｘに延びる一対のフランジ２０と、一対のフランジ２０まで延伸するウェブ２３とを有する。Ｈ形鋼２は、断面方向でウェブ２３の延伸方向Ｙの両端に一対のフランジ２０が配置される。

Ｈ形鋼２は、例えば、フランジ２０の幅方向Ｘの一端２０ａから他端２０ｂまで、フランジ２０の幅寸法Ｂが１００〜１５０ｍｍ程度となる。また、Ｈ形鋼２は、例えば、延伸方向Ｙの両端のフランジ２０まで、Ｈ形鋼２の部材成Ｈが１５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度となる。

Ｈ形鋼２は、特に、一対のフランジ２０とウェブ２３とを、粗圧延機と仕上げ圧延機とで帯状に圧延してコイル状に巻き取った熱延又は冷延等のコイルから、高周波抵抗溶接等の溶接接合により接合することで、断面略Ｈ形状に形成された溶接軽量Ｈ形鋼が用いられるものとなる。なお、Ｈ形鋼２には、サブマージアーク溶接等の高周波抵抗溶接以外の溶接方法にて組み立てられた溶接Ｈ形鋼、圧延により製造されたＨ形鋼等が用いられてもよい。

ウェブ２３は、フランジ２０の幅方向Ｘの一端２０ａ及び他端２０ｂから、幅方向Ｘに所定の距離で離間させて、接続部Ｗでフランジ２０に溶接接合により接合される。ウェブ２３は、延伸方向Ｙの両端の各々が一対のフランジ２０の各々に接続部Ｗで接続される。

ここで、ウェブ２３は、フランジ２０の一端２０ａから接続部Ｗまでの幅方向Ｘの離間距離を一端側離間距離ｂ１とする。また、ウェブ２３は、フランジ２０の他端２０ｂから接続部Ｗまでの幅方向Ｘの離間距離を他端側離間距離ｂ２とする。このとき、ウェブ２３は、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２とを異ならせたものとする。

ウェブ２３は、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２とを異ならせて、フランジ２０の幅方向Ｘの中央よりも偏心させて配置されるものとなる。ウェブ２３は、一対のフランジ２０の各々で、接続部Ｗの幅方向Ｘの位置を互いに略同一として、幅方向Ｘの中央よりも偏心させたウェブ２３が、フランジ２０と略直交して延伸するものとなる。

ウェブ２３は、フランジ２０の幅方向Ｘの中央よりも偏心させて配置されて、例えば、図３（ａ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との幅方向Ｘの延長比Ｒ（＝ｂ１／ｂ２）を７／３とする（ｂ１：ｂ２＝７：３）。ウェブ２３は、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との幅方向Ｘの延長比Ｒ（＝ｂ１／ｂ２）を如何なる値に設定してもよい。

ウェブ２３は、図３（ｂ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを６／４として、図３（ｃ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを５．５／４．５とすることもできる。また、ウェブ２３は、図３（ｄ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを８／２として、図３（ｅ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを９／１とすることもできる。

ウェブ２３は、図３に示すＨ形鋼２を幅方向Ｘに反転させたとき、例えば、図４（ａ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との幅方向Ｘの延長比Ｒ（＝ｂ１／ｂ２）が３／７となる（ｂ１：ｂ２＝３：７）。このとき、ウェブ２３は、図４（ｂ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを４／６として、図４（ｃ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを４．５／５．５とすることもできる。また、ウェブ２３は、図４（ｄ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを２／８として、図４（ｅ）に示すように、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との延長比Ｒを１／９とすることもできる。

ウェブ２３は、フランジ２０の幅方向Ｘの中央よりも少なからず偏心させて配置されていればよく、特に、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との幅方向Ｘの延長比Ｒを３／７〜７／３とすることが望ましい。このとき、ウェブ２３は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、一端側離間距離ｂ１が他端側離間距離ｂ２よりも大きい場合に、一端側離間距離ｂ１が延長比Ｒで５／５超、７／３以下の連続する範囲における任意の大きさとなり、また、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、一端側離間距離ｂ１が他端側離間距離ｂ２よりも小さい場合に、一端側離間距離ｂ１が延長比Ｒで３／７以上、５／５未満の連続する範囲における任意の大きさとなる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５に示すように、互いに隣り合ってウェブ２３の延伸方向Ｙに連結される複数のＨ形鋼２を備えて、複数のＨ形鋼２が各々のウェブ２３の延伸方向Ｙに並べられて、各々のフランジ２０で互いに連結されるものとなる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、互いに隣り合った複数のＨ形鋼２のうち、何れか一方のＨ形鋼３のウェブ３３が、何れか他方のＨ形鋼４のウェブ４３と、フランジ２０の幅方向Ｘの中央よりも偏心させた位置を互いに異ならせて配置される。

このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、例えば、互いに幅方向Ｘに反転させた複数のＨ形鋼２が連結されて、一方のＨ形鋼３のウェブ３３が偏心する延長比Ｒを７／３とするとともに、他方のＨ形鋼４のウェブ４３が偏心する延長比Ｒを３／７とする。

また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、互いに幅方向Ｘに反転させた複数のＨ形鋼２が連結されなくてもよい。このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図６に示すように、例えば、一方のＨ形鋼３のウェブ３３が偏心する延長比Ｒを７／３として、他方のＨ形鋼４のウェブ４３が偏心する延長比Ｒを４／６とする。

また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図７に示すように、互いに隣り合って連結される複数のＨ形鋼２の各々で、ウェブ２３が偏心する延長比Ｒを互いに略同一としてもよい。このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、一方のＨ形鋼３のウェブ３３と、他方のＨ形鋼４のウェブ４３とが、フランジ２０の幅方向Ｘの中央よりも偏心させた位置を略同一にして、略同一直線状に配置されるものとなる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５〜図７に示すように、ウェブ２３の延伸方向Ｙに連結される２本のＨ形鋼２を備えるものとなる。本発明を適用した形鋼連結構造１は、これに限らず、ウェブ２３の延伸方向Ｙに連結される３本以上のＨ形鋼２を備えるものとして、例えば、図８、図９に示すように、３本のＨ形鋼２が連結されてされてもよい。

このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、ウェブ２３の延伸方向Ｙに連結される複数のＨ形鋼２として、ウェブ２３の延伸方向Ｙで両側部Ｓに配置される２本のＨ形鋼３と、ウェブ２３の延伸方向Ｙで中間部Ｃに配置される１本のＨ形鋼４とを備える。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図８に示すように、両側部ＳのＨ形鋼３のウェブ３３と中間部ＣのＨ形鋼４のウェブ４３とが、フランジ２０の中央よりも偏心させた位置を互いに異ならせて配置されてもよい。また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図９に示すように、両側部ＳのＨ形鋼３のウェブ３３と中間部ＣのＨ形鋼４のウェブ４３とが、フランジ２０の中央よりも偏心させた位置を略同一にして配置されてもよい。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図１０に示すように、ウェブ２３の延伸方向Ｙに連結される３本以上のＨ形鋼２を備えて、ウェブ２３の延伸方向Ｙで両側部ＳのＨ形鋼３のウェブ３３が延伸する断面方向の延伸長ｈ１を、ウェブ２３の延伸方向Ｙで中間部ＣのＨ形鋼４のウェブ４３が延伸する断面方向の延伸長ｈ２よりも小さくしてもよい。

ここで、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５〜図１０に示すように、互いに隣り合って連結される複数のＨ形鋼２のうち、何れか一方のＨ形鋼３のフランジ３０が、何れか他方のＨ形鋼４のフランジ４０と接合されるものとなる。

このとき、フランジ２０は、互いに隣り合って連結される複数のＨ形鋼２のうち、何れか一方のＨ形鋼３のフランジ３０と、何れか他方のＨ形鋼４のフランジ４０とが、互いに対向するように配置されて当接されるものとなる。

フランジ２０は、一方のＨ形鋼３のフランジ３０が、他方のＨ形鋼４のフランジ４０と当接されて、断面方向でウェブ２３の近傍の２箇所以上で、ボルト６又はビス等を用いたボルト接合等により乾式接合される。なお、フランジ２０は、一方のＨ形鋼３のフランジ３０と、他方のＨ形鋼４のフランジ４０とが、溶接接合等により湿式接合されてもよい。

フランジ２０には、ウェブ２３と干渉させないものとしながら、ウェブ２３にできるだけ接近させて、断面方向でウェブ２３の近傍で、一方のＨ形鋼３のフランジ３０から他方のＨ形鋼４のフランジ４０まで貫通するようにボルト６又はビス等が設けられる。

フランジ２０には、例えば、図５、図８に示すように、一方のＨ形鋼３のウェブ３３の両側方、及び、他方のＨ形鋼４のウェブ４３の両側方にボルト６又はビス等が設けられて、断面方向でウェブ２３の近傍の４箇所で、ボルト６又はビス等を用いて乾式接合される。

また、フランジ２０は、一方のＨ形鋼３のウェブ３３と他方のＨ形鋼４のウェブ４３とが幅方向Ｘで接近して配置される場合に、図１１（ａ）に示すように、ウェブ２３の近傍の３箇所で、ボルト６又はビス等を用いて乾式接合されてもよく、さらに、図１１（ｂ）に示すように、ウェブ２３の近傍の２箇所で、ボルト６又はビス等を用いて乾式接合されてもよい。フランジ２０は、一方のＨ形鋼３のウェブ３３及び他方のＨ形鋼４のウェブ４３が大きく偏心して配置される場合にも、図１１（ｃ）に示すように、ウェブ２３の近傍の２箇所で、ボルト６又はビス等を用いて乾式接合されるものとなる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、ウェブ２３を偏心させた複数のＨ形鋼２を互いに連結することで、複数のＨ形鋼２全体の横座屈耐力を向上させることを目的とする。ここでは、本発明を適用した形鋼連結構造１が弾性変形する範囲で、ウェブ２３を偏心させることによる弾性座屈耐力の変化を検討するために、有限帯板法解析を実施した。

この有限帯板法解析では、図２に示すように、フランジ２０の幅寸法Ｂを１００ｍｍとして、フランジ２０の板厚ｔｆを９ｍｍ、ウェブ２３の板厚ｔｗを６ｍｍとした。また、この有限帯板法解析では、２本のＨ形鋼２が連結される場合に、各々のＨ形鋼２の部材成Ｈを２５０ｍｍとし、３本のＨ形鋼２が連結される場合に、各々のＨ形鋼２の部材成Ｈを２００ｍｍとして、Ｈ形鋼２の長手方向の両端部に等曲げ荷重を負荷させるものとした。

この有限帯板法解析の結果は、２本のＨ形鋼２が連結される場合が、図１２に示されるとともに、３本のＨ形鋼２が連結される場合が、図１３に示される。ここでは、ウェブを偏心させていない従来技術の解析結果を「無偏心」と表記して、横座屈耐力及び局部座屈耐力の基準とする（横座屈耐力比＝１．００、局部座屈耐力比＝１．００）。

本発明を適用した形鋼連結構造１の解析結果では、図５、図８に示される互いに幅方向Ｘに反転させた複数のＨ形鋼２が連結される場合を「逆方向に偏心」と表記するとともに、図７、図９に示される複数のＨ形鋼２の各々でウェブ２３が偏心する延長比Ｒを略同一とした場合を「同方向に偏心」と表記する。

このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、「逆方向に偏心」及び「同方向に偏心」の何れの場合においても、ウェブを偏心させていない従来技術と比較して、図１２、図１３に示すように、「無偏心」の横座屈耐力比＝１．００を基準に、本発明は横座屈耐力比＝１．０１〜２．２３となり、横座屈耐力の座屈耐力比が向上することがわかる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、２本のＨ形鋼２が連結される場合に、ウェブ２３が偏心する延長比Ｒを５．５／４．５、６／４、７／３として、「逆方向に偏心」させるものとしたときに、特に、「無偏心」の局部座屈耐力比＝１．００を基準に、本発明は局部座屈耐力比＝１．０３〜１．０７となり、また、「無偏心」の横座屈耐力比＝１．００を基準に、本発明は横座屈耐力比＝１．０６〜１．３５となって、局部座屈耐力の座屈耐力比を向上させると同時に、横座屈耐力の座屈耐力比が向上することがわかる。

また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、ウェブ２３が偏心する延長比Ｒを５．５／４．５、６／４、７／３として、２本のＨ形鋼２が連結される場合に、「同方向に偏心」させて、又は、３本のＨ形鋼２が連結される場合に、「逆方向に偏心」、「同方向に偏心」させるときでも、局部座屈耐力の座屈耐力比をあまり低下させることなく、横座屈耐力の座屈耐力比が向上することがわかる。なお、このとき、Ｈ形鋼２を幅方向Ｘに反転させた場合の延長比Ｒは、４．５／５．５、４／６、３／７となり、本発明でウェブ２３が偏心する延長比Ｒを３／７〜７／３としたものとなる。

さらに、本発明を適用した形鋼連結構造１は、特に、ウェブ２３が偏心する延長比Ｒを８／２、９／１として、「逆方向に偏心」させるものとしたときに、「無偏心」の横座屈耐力比＝１．００を基準に、「逆方向に偏心」は横座屈耐力比＝１．６２〜２．２３となり、横座屈耐力の座屈耐力比が著しく向上することがわかる。なお、このとき、Ｈ形鋼２を幅方向Ｘに反転させた場合の延長比Ｒは、２／８、１／９となる。

このように、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５〜図１０に示すように、ウェブ２３を偏心させた複数のＨ形鋼２を互いに連結して、フランジ２０と直交する方向の軸回り（弱軸回り）の断面二次モーメント及び材軸回りの捩じり抵抗を増大させることで、複数のＨ形鋼２の全体の横座屈耐力を向上させることが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、Ｈ形鋼２と断面形状等の異なる補強用添接部材やチャンネルからなる補剛部材を用意することを必要としないで、また、Ｈ形鋼２そのものの大断面化を必要とすることなく、ウェブ２３を偏心させた略同一断面形状のＨ形鋼２が連結されて、複数のＨ形鋼２の全体の横座屈耐力を向上させることができる。

これにより、本発明を適用した形鋼連結構造１は、補強用添接部材又はチャンネル等の追加や大断面部材を用いずに、同一のコイルから製作することのできるＨ形鋼２のみを用いて横座屈耐力を向上させることができるため、本発明を適用した形鋼連結構造１の製造の効率性、建築現場での施工性の向上を実現することが可能となる。

ここで、本発明を適用した形鋼連結構造１は、ウェブ２３が偏心して配置されることで、図２に示すように、フランジ２０の一端２０ａから接続部Ｗまでの一端側離間距離ｂ１、又は、フランジ２０の他端２０ｂから接続部Ｗまでの他端側離間距離ｂ２の何れかが、ウェブを偏心させていない従来技術と比較して大きくなり、フランジ２０の幅厚比（ｂｆ／ｔｆ＝ｂ１／ｔｆ、又は、ｂｆ／ｔｆ＝ｂ２／ｔｆ）が大きいものとなる。

このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、フランジ２０の幅厚比が従来技術よりも大きくなるため、フランジ２０の板要素の局部座屈耐力の低下が懸念される。しかし、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５〜図１０に示すように、互いに隣り合った複数のＨ形鋼２がフランジ２０で接合されるため、ボルト６又はビス等を用いた乾式接合等により接合されたフランジ２０で拘束力を発揮するものとなる。

そして、本発明を適用した形鋼連結構造１は、互いに接合されたフランジ２０で拘束力を発揮することで、この拘束力がウェブ２３に伝達されるととともに、接合されていないフランジ２０にも拘束力が伝達されて、フランジ２０、ウェブ２３の相互拘束効果を増大させて、フランジ２０の板要素の局部座屈耐力の低下を抑制することが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、特に、一端側離間距離ｂ１と他端側離間距離ｂ２との幅方向Ｘの延長比Ｒを３／７〜７／３とすることで、図１２、図１３に示すように、フランジ２０の板要素の局部座屈耐力の低下を確実に抑制すると同時に、複数のＨ形鋼２の全体の横座屈耐力を向上させることが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５、図８に示すように、何れか一方のＨ形鋼３のウェブ３３と、何れか他方のＨ形鋼４のウェブ４３とで、フランジ２０の中央よりも偏心させた位置を互いに異ならせて配置されることで、フランジ２０に直交する方向の軸回り（弱軸回り）の断面二次モーメントを強化し易くなり、複数のＨ形鋼２の全体の横座屈耐力をより効率的に向上させることが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図５〜図１０に示すように、複数のＨ形鋼２のフランジ２０の接合を乾式接合とすることで、形鋼連結構造１の組立及び解体が容易となり、製造性及び施工性を向上させることが可能となる。本発明を適用した形鋼連結構造１は、さらに、断面方向でウェブ２３の近傍の２箇所以上で乾式接合することで、フランジ２０の接合箇所における応力伝達がより効率的となり、期待する構造性能が発揮され易くなる。

また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、図１０に示すように、特に、３本のＨ形鋼２が連結される場合に、両側部ＳのＨ形鋼３におけるウェブ３３の延伸長ｈ１を、中間部ＣのＨ形鋼４におけるウェブ４３の延伸長ｈ２よりも小さくすることもできる。このとき、本発明を適用した形鋼連結構造１は、中間部Ｃのウェブ４３の延伸長ｈ２を、両側部Ｓのウェブ３３の延伸長ｈ１で除した値を、延伸比率ｎ（＝ｈ２／ｈ１）として表記すると、有限帯板法解析の結果から延伸比率ｎと座屈耐力比との関係が図１４に示される。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、特に、３本のＨ形鋼２が連結される場合に、両側部Ｓのウェブ３３の延伸長ｈ１を、中間部Ｃのウェブ４３の延伸長ｈ２よりも小さくすることで、中間部ＣのＨ形鋼４のフランジ４０が両側部Ｓに寄せて配置されるものとなる。これにより、本発明を適用した形鋼連結構造１は、中間部Ｃのフランジ４０が両側部Ｓに寄せて配置されるため、複数のＨ形鋼２の総鋼材量を増加させることなく、３本のＨ形鋼２の強軸回りの断面二次モーメント及び断面係数を増大させて、複数のＨ形鋼２の全体の耐力及び剛性を経済的に向上させることが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図１４に示すように、延伸比率ｎが１〜４の範囲で、延伸比率ｎが増加するほど、両側部ＳのＨ形鋼３における接合されていないフランジ３０に対する両側部Ｓのウェブ３３による拘束効果が増大し、両側部ＳのＨ形鋼３における接合されていないフランジ３０の局部座屈耐力が向上するものとなる。また、本発明を適用した形鋼連結構造１は、延伸比率ｎが４より大きい範囲で、両側部ＳのＨ形鋼３における接合されていないフランジ３０の局部座屈よりも、中間部ＣのＨ形鋼４におけるウェブ４３の局部座屈が相対的に生じ易くなり、延伸比率ｎが増加しても板要素の局部座屈耐力は延伸比率ｎの増加に応じて単純に向上するものとならない。

このため、本発明を適用した形鋼連結構造１は、中間部Ｃのウェブ４３の延伸長ｈ２を、両側部Ｓのウェブ３３の延伸長ｈ１の４倍以下とすることで（延伸比率ｎ≦４）、フランジ２０のみを局部座屈の評価対象として設計を容易なものとすると同時に、フランジ２０の板要素の局部座屈耐力を大幅に向上させることが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、図２に示すように、ウェブ２３の延伸長ｈが下記（１）式から算出されるものであり、ウェブ２３の幅厚比がｈ／ｔｗとなる。ウェブ２３の幅厚比（ｈ／ｔｗ）を、下記（２）式で規定される値とすることで、複数のＨ形鋼２の全体の横座屈耐力と板要素の局部座屈耐力とを、より確実に向上させることが可能となる。ここで、Ｆ：鋼材の種類及び品質に応じて国土交通大臣が指定する基準強度（Ｎ／ｍｍ²）とする。

ここで、圧延Ｈ形鋼の製作精度における延伸方向Ｙの部材成寸法の許容差は、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ以内（ＪＩＳ Ｇ ３１９２）であるのに対して、溶接軽量Ｈ形鋼の製作精度における延伸方向Ｙの部材成寸法の許容差は、１．０ｍｍ以内（ＪＩＳ Ｇ ３３５３）であるものと規定されている。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、特に、Ｈ形鋼２に溶接軽量Ｈ形鋼が用いられることで、延伸方向Ｙの部材成寸法の許容差が小さいＨ形鋼２が用いられるものとなり、複数のＨ形鋼２を延伸方向Ｙに連続させて連結させるものであるにもかかわらず、形鋼連結構造１全体における寸法の製作誤差を極小化することができるため、製作、施工精度を向上させることが可能となる。

本発明を適用した形鋼連結構造１は、さらに、Ｈ形鋼２として用いられる溶接軽量Ｈ形鋼が、ウェブ２３とフランジ２０とを高周波抵抗溶接するものであることから、アーク溶接で製作された通常の溶接Ｈ形鋼よりも溶接熱影響が小さく、ウェブ２３やフランジ２０の母材の熱影響による材質変化が狭い範囲で済むものとなるため、設計上想定した通りの所期する構造性能をＨ形鋼２に発揮させることがより容易に可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

１ ：形鋼連結構造
２ ：Ｈ形鋼
２０ ：フランジ
２０ａ ：一端
２０ｂ ：他端
２３ ：ウェブ
３ ：一方のＨ形鋼
３０ ：フランジ
３３ ：ウェブ
４ ：他方のＨ形鋼
４０ ：フランジ
４３ ：ウェブ
６ ：ボルト
７ ：柱部材
７０ ：エンドプレート
８ ：梁部材
９ ：スチフナ
Ｗ ：接続部
ｂ１ ：一端側離間距離
ｂ２ ：他端側離間距離
Ｃ ：中間部
Ｓ ：両側部
Ｘ ：幅方向
Ｙ ：延伸方向

Claims (6)

1. 複数の形鋼が連結された形鋼連結構造であって、
   断面方向で幅方向に延びる一対のフランジと、一対の前記フランジまで延伸するウェブとを有して、前記ウェブの延伸方向に連結される複数のＨ形鋼を備え、
   互いに隣り合って連結される複数の前記Ｈ形鋼のうち、何れか一方の前記Ｈ形鋼の前記フランジは、何れか他方の前記Ｈ形鋼の前記フランジと接合されて、
   前記ウェブは、前記フランジの幅方向の一端から前記フランジに接続される接続部までの一端側離間距離と、前記フランジの幅方向の他端から前記接続部までの他端側離間距離とを異ならせて、前記フランジの幅方向の中央よりも偏心させて配置されること
   を特徴とする形鋼連結構造。
2. 前記ウェブは、前記一端側離間距離と前記他端側離間距離との延長比を３／７〜７／３として、前記フランジの幅方向の中央よりも偏心させて配置されること
   を特徴とする請求項１記載の形鋼連結構造。
3. 互いに隣り合って連結される複数の前記Ｈ形鋼のうち、何れか一方の前記Ｈ形鋼の前記ウェブは、何れか他方の前記Ｈ形鋼の前記ウェブと、前記フランジの幅方向の中央よりも偏心させた位置を互いに異ならせて配置されること
   を特徴とする請求項１又は２記載の形鋼連結構造。
4. 互いに隣り合って連結される複数の前記Ｈ形鋼のうち、何れか一方の前記Ｈ形鋼の前記フランジは、何れか他方の前記Ｈ形鋼の前記フランジと当接されて、断面方向で前記ウェブの近傍の２箇所以上で乾式接合されること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の形鋼連結構造。
5. 前記ウェブの延伸方向に連結される３本以上の前記Ｈ形鋼を備え、
   前記ウェブの延伸方向で両側部の前記Ｈ形鋼は、前記ウェブの延伸方向で中間部の前記Ｈ形鋼よりも、断面方向で前記ウェブが延伸する延伸長を小さいものとすること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の形鋼連結構造。
6. 前記Ｈ形鋼は、一対の前記フランジと前記ウェブとをコイルから高周波抵抗溶接で接合した溶接軽量Ｈ形鋼が用いられること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の形鋼連結構造。

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