JP2017210785A - 梁の評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨梁の開口の周囲を補強する補強材料の厚さ及び幅を過不足なく設計できるようにする。【解決手段】鉄骨梁本体２のウエブ２１に設けられる曲げ補強部３１とせん断補強部３２の幅及び厚さを設定し、曲げ補強部３１とせん断補強部３２の幅及び厚さに基づいて、梁１の開口２４の部分の曲げ耐力とせん断耐力との関係を表す曲げせん断耐力曲線ＡＢＣを定め、前記梁１に想定する設計用荷重から求められる設計用せん断力Ｑdと設計用曲げモーメントＭdをを曲げせん断耐力曲線ＡＢＣと比較する。【選択図】図１

Description

本発明は、梁の評価方法に関する。

従来、構造物の鉄骨梁に設備配管などのスリーブを通すために、開口が鉄骨梁のウエブに設けられているが、強度上の問題から開口の周囲を補強する必要がある。例えば特許文献１に記載されているように、梁軸方向に対して４５°に斜めな４本の補強斜材によってウエブの開口を取り囲んでこれら補強斜材を正方形状に組み合わせるように、これら補強斜材をウエブに接合し、ウエブの開口により失われるせん断力負担分を補強斜材の軸力で伝達することによって、鉄骨梁を補強することが行われている。

特開２００３−１４７９０１号公報

ところが、特許文献１の技術では、せん断力のみを考慮して補強材を設置するので、曲げモーメントに対して補強材の厚さ及び幅を過剰に設計することになってしまい、補強材の材料費が増えてしまう場合がある。或いは、曲げモーメントに対して、補強材の厚さ又は幅が不足する場合がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、鉄骨梁の開口の周囲を補強する補強材の厚さ及び幅を過剰に設計しないようにするとともに、補強材の厚さ又は幅が不足することに伴う開口補強部の耐力不足を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の梁の評価方法は、梁軸方向に延在する鉛直な縦板部（２１）と、前記縦板部（２１）の上下に設けられた水平な横板部（２２，２３）と、前記縦板部（２１）に形成された開口（２４）とを有した鉄骨梁本体（２）と、前記開口（２４）の上下において前記梁軸方向に延在するように前記縦板部（２１）に接合された曲げ補強部（３１，４１）と、前記開口（２４）の前記梁軸方向両側において前記梁軸方向に対して斜めな方向に延在するように前記縦板部（２１）に接合されたせん断補強部（３２，３３，４２，４３）と、を備える梁（１）を評価する方法において、前記曲げ補強部（３１，４１）と前記せん断補強部（３２，３３，４２，４３）の幅（Ｂ_b，Ｂ_s）及び厚さ（ｔ_b，ｔ_s）を設定する設定工程（Ｓ２）と、前記設定工程において設定した前記曲げ補強部（３１，４１）と前記せん断補強部（３２，３３，４２，４３）の幅（Ｂ_b，Ｂ_s）及び厚さ（ｔ_b，ｔ_s）に基づいて、前記梁（１）の前記開口（２４）の部分の曲げ耐力とせん断耐力との関係（線ＡＢＣ）を定める工程（Ｓ３，Ｓ４）と、前記梁（１）に想定する設計用せん断力（Ｑ_d）と設計用曲げモーメント（Ｍ_d）を定める設定工程（Ｓ１）と、前記設計用せん断力及び前記設計用曲げモーメントを前記関係と比較する比較工程（Ｓ５）と、を備えることを特徴とする。
好ましくは、前記関係を定める工程は、前記設定工程において設定した前記せん断補強部（３２，３３，４２，４３）の幅（Ｂs）及び厚さ（ｔ_s）に基づいて、前記梁（１）の前記開口（２４）の部分のせん断耐力（Ｑ_c）を計算する第一計算工程（Ｓ３）と、前記設定工程において設定した前記曲げ補強部（３１，４１）の幅（Ｂ_b）及び厚さ（ｔ_b）に基づいて、せん断力が前記梁の前記開口の部分に作用しない場合の前記梁（１）の前記開口（２４）の部分の第一曲げ耐力（Ｍ_c1）を計算するとともに、前記せん断耐力（Ｑ_c）に相当するせん断力が前記梁の開口の部分に作用する場合の前記梁（１）の前記開口（２４）の部分の第二曲げ耐力（Ｍ_c2）を計算する第二計算工程（Ｓ３）と、前記第二曲げ耐力（Ｍ_c2）と前記第一曲げ耐力（Ｍ_c1）の差（Ｍ_c2−Ｍ_c1）を前記せん断耐力（Ｑ_c）で除することで得られた商（（Ｍ_c2−Ｍ_c1）／Ｑ_c）を傾きとし、前記第一曲げ耐力（Ｍ_c1）を切片とした一次関数（線ＡＢ）を定める工程（Ｓ４）と、を有し、前記比較工程（Ｓ５）は、前記設計用せん断力（Ｑ_d）と前記せん断耐力（Ｑ_c）とを比較するとともに、前記設計用せん断力（Ｑ_d）を前記一次関数（線ＡＢ）に当て嵌めることで得られた曲げ耐力（Ｍ_c）と前記設計用曲げモーメント（Ｍ_d）とを比較する工程（Ｓ５）を有することを特徴とする。

以上の評価方法では、曲げ補強部とせん断補強部の幅及び厚さに基づいて、梁の開口の部分の曲げ耐力とせん断耐力との関係を定めた上で、その関係を設計用せん断力及び設計用曲げモーメントと比較することで、梁を評価する。そのような比較の結果、設計用せん断力及び設計用曲げモーメントがその関係を充足する場合、つまり、設計用せん断力がせん断耐力以下であり、且つ、設計用曲げモーメントが曲げ耐力以下である場合、設定した曲げ補強部とせん断補強部の幅及び厚さが適切であるとして、梁を評価する。つまり、せん断力のみならず、曲げモーメントも考慮して、曲げ補強部とせん断補強部の幅及び厚さを適切に評価することになる。よって、曲げ補強部とせん断補強部の幅及び厚さを過不足なく設計することができる。

本発明によれば、せん断力及び曲げモーメントの両方を考慮して、曲げ補強部とせん断補強部の幅及び厚さを適切に評価することになるので、曲げ補強部とせん断補強部の幅及び厚さを過不足なく設計することができる。そのため、曲げ補強部とせん断補強部の材料費の増大を抑えることができるとともに、梁の開口の部分の耐力が不足することを防止できる。

図１は、評価・設計される梁の側面図である。 図２は、II−II断面図である。 図３は、別例の梁の断面図である。 図４は、更に別例の梁の側面図である。 図５は、V−V断面図である。 図６は、梁の評価方法及び設計方法の工程順序を示したフローチャートである。 図７は、せん断力がせん断補強部に作用した場合に、そのせん断力をせん断補強部の延在方向の軸力で受け持った状態を示す説明図である。 図８は、曲げモーメントが曲げ補強部に作用した場合に、その曲げモーメントを曲げ補強部の延在方向の軸力で受け持った状態を示す説明図である。 図９は、梁の評価に利用する比較判定式を線で表したグラフである。 図１０は、図９のグラフに具体的な数値を当て嵌めて、設計用せん断力がせん断耐力以下であり、設計用曲げモーメントが曲げ耐力以下であることを説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． 梁について
図１は、評価・設計される梁１の側面図であり、図２は、II−II断面図である。図１及び図２に示す梁１は、評価・設計の際に利用する構造計算モデルである。この梁１は、隣り合う柱の間に概ね水平に架設されるとともにＨ形鋼からなる鉄骨梁本体２と、鉄骨梁本体２のウエブ２１に設けられた円形状の開口２４を囲うように鉄骨梁本体２のウエブ２１に接合された上下一対の鋼製補強材３，４と、を備える。鋼製補強材３，４とウエブ２１の接合は、例えば隅肉溶接等の溶接又はボルト結合によるものである。

鉄骨梁本体２は、梁軸方向（梁の長手方向）に帯板状に延びた鉛直なウエブ（縦板部）２１と、梁軸方向に帯板状に延びた上下一対の水平なフランジ（横板部）２２，２３とを有し、梁軸方向に直交する断面形状がＨ形を成している。ウエブ２１には、開口２４が貫通するよう形成されている。

鋼製補強材３は、開口２４の上側において梁軸方向に延在した曲げ補強部３１と、開口２４の上半分の梁軸方向両側において梁軸方向に対して斜めの方向に延在する帯状のせん断補強部３２，３３とを有する。曲げ補強部３１とせん断補強部３２，３３は一体形成された状態にある。

曲げ補強部３１は等脚台形板状に形成され、曲げ補強部３１の上底３１ａ及び下底３１ｂが梁軸方向に対して平行であり、上底３１ａが下底３１ｂよりも短く、一対の脚３１ｃ，３１ｄの間隔は下に向かって漸増する。上底３１ａと下底３１ｂの中点を通る直線は鉛直方向に延在するとともに、開口２４の中心点を通る。ここで、曲げ補強部３１の延在方向は、互いに平行な上底３１ａ及び下底３１ｂが延びる方向を指すものとする。

せん断補強部３２，３３は、これらの間に開口２４の上半分が位置するように、曲げ補強部３１の下底３１ｂの両側部から下広がりに延出する。せん断補強部３２，３３は帯板状に形成され、平行二辺のうち一方の長辺３２ａ，３３ａが曲げ補強部３１の脚３１ｃ，３１ｄと一直線状になっており、他方の長辺３２ｂ，３３ｂと曲げ補強部３１の下底３１ｂの成す角は鈍角であり、下側の短辺３２ｃ，３３ｃは曲げ補強部３１の下底３１ｂに対して平行である。ここで、せん断補強部３２の延在方向は互いに平行な長辺３２ａ，３２ｂを指すものとし、せん断補強部３３の延在方向についても同様である。

鋼製補強材３は、開口２４の中心を通る鉛直線に関して、梁軸方向に対称な形状である。そのため、せん断補強部３２の幅（長辺３２ａと長辺３２ｂの間隔）とせん断補強部３３の幅（長辺３２ａと長辺３２ｂの間隔）は互いに等しい上、梁軸方向に対するせん断補強部３２の延在方向の成す角は梁軸方向に対するせん断補強部３３の延在方向の成す角に等しい。

鋼製補強材４は、開口２４の下側において梁軸方向に延在した曲げ補強部４１と、開口２４の下半分の梁軸方向両側において梁軸方向に対して斜めの方向に延在する帯状のせん断補強部４２，４３とを有する。下側の鋼製補強材４と上側の鋼製補強材３は開口２４の中心を通る水平線に関して互いに対称であるので、下側の鋼製補強材４の詳細な説明を省略する。なお、せん断補強部４３の延在方向とせん断補強部３２の延在方向は互いに平行であり、せん断補強部３３の延在方向とせん断補強部４２の延在方向は互いに平行である。

図１及び図２に示す例では、鋼製補強材３，４がウエブ２１の片面に接合されている。それに対して、図３に示す例では、鋼製補強材３，４がウエブ２１の両面に接合されている。この場合、図３の矢印ａの方向に向かって平行投影した場合、一方の鋼製補強材３の外縁と他方の鋼製補強材３の外縁が重なる。鋼製補強材４についても同様である。

図１及び図２に示す例では、曲げ補強部３１とせん断補強部３２，３３が一体形成された状態にあり、曲げ補強部４１とせん断補強部４２，４３が一体形成された状態にある。それに対して、図４及び図５に示す例では、曲げ補強部３１とせん断補強部３２，３３が別体であり、曲げ補強部４１とせん断補強部４２，４３が別体であり、曲げ補強部３１，４１がウエブ２１の一方の面に接合され、せん断補強部３２，３３，４２，４３がウエブ２１の他方の面に接合されている。ここで、曲げ補強部３１，４１は、梁軸方向に平行な長辺及び梁成方向に平行な短辺を有する長方形板状であり、曲げ補強部３１，４１の延在方向は、互いに平行な長辺が延びる方向を指す。また、せん断補強部３２，３３，４２，４３は、梁軸方向に対して斜めの長辺を有する直方体板状であり、せん断補強部３２，３３，４２，４３の延在方向は、互いに平行な長辺が延びる方向を指す。

図１、図３、図４の何れの例でも、鉄骨梁本体２のウエブ２１に開口２４が形成されているので、以上のような梁１を設計する際に想定し得る設計用せん断力Ｑ_d [kN]及び設計用曲げモーメントＭ_d [kN・m]が梁１の開口２４の部分に作用した場合、設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dを鉄骨梁本体２のみでは負担することができない場合がる。そのため、鉄骨梁本体２の開口２４の部分を補強するべく、以上のように補強部３１，３２，３３，４１、４２，４３が鉄骨梁本体２に設けられ、設計用曲げモーメントＭ_dを鉄骨梁本体２及び曲げ補強部３１，４１で負担し、設計用せん断力Ｑ_dを鉄骨梁本体２及びせん断補強部３２，３３，４２，４３で負担する。それゆえ、梁１を設計する際に、補強部３１，３２，３３，４１，４２，４３による鉄骨梁本体２の補強、つまり梁１の強度が適切であるか否かを以下の方法によって評価して、梁１の各部の寸法及び降伏点（表１参照）を数値として決定する。なお、せん断力及び曲げモーメントが梁１の開口２４の部分に作用するとは、そのせん断力及び曲げモーメントが開口２４の三次元的中心点（三次元的中心点とは、側面視における開口２４の中心点を通って梁軸方向に直交する鉛直断面における開口２４の中心点のことをいう。以下、同じ。）に作用すると仮定した場合に、そのせん断力及び曲げモーメントを開口２４の周辺部が負担することをいう。従って、梁１の開口２４の部分のせん断耐力とは、そのせん断耐力を超えたせん断力が開口２４の三次元的中心点に作用したと仮定した場合に、そのせん断力を開口２４の周辺部が負担すると、梁１の開口２４の周辺部が破壊するこという。また、梁１の開口２４の部分の曲げ耐力とは、その曲げ耐力を超えた曲げモーメントが開口２４の三次元的中心点に作用したと仮定した場合に、その曲げモーメントを開口２４の周辺部が負担すると、梁１の開口２４の周辺部が破壊するこという。

２． 梁の評価及び設計
以下、図６を参照して、梁１の評価方法及び設計方法について詳細に説明する。ここで、梁１の各部の寸法及び降伏点を表す記号は表１及び図１〜図５のように定義する。

ここで、用いる鉄骨梁本体２が予め決まっているものとするので、以下のように梁１の評価及び設計をする際には、鉄骨梁本体２の梁成Ｄ，フランジ２２，２３の幅Ｂ，ウエブ２１の厚さｔ_w，フランジ２２，２３の厚さｔ_f，開口２４の直径φ，フランジ２２，２３の降伏点σ_yf及びウエブ２１の降伏点σ_ywは数値（設計値）として予め設定されている。また、用いる補強部３１，３２，３３，４１，４２，４３の位置及び材料が予め決まっているものとするので、距離Ｈ_b，曲げ補強部３１，４１の降伏点σ_yb，せん断補強部３２，３３，４２，４３の降伏点σ_ys及び成す角θは数値（設計値）として予め設定されている。従って、以下に説明する梁１の評価とは、想定する設計用せん断力Ｑ_d 及び設計用曲げモーメントＭ_dが梁１の開口２４の部分に作用した場合に、梁１が設計用せん断力Ｑ_d 及び設計用曲げモーメントＭ_dに耐え得るのに曲げ補強部３１，４１の幅Ｂ_b，曲げ補強部３１，４１の厚さｔ_b，せん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_s及びせん断補強部３２，３３，４２，４３の厚さｔ_sが適切であるか否かを評価することである。また、以下に説明する梁１の設計とは、想定する設計用せん断力Ｑ_d 及び設計用曲げモーメントＭ_dが梁１の開口２４の部分に作用した場合に、梁１が設計用せん断力Ｑ_d 及び設計用曲げモーメントＭ_dに耐え得るように、曲げ補強部３１，４１の幅Ｂ_b，曲げ補強部３１，４１の厚さｔ_b，せん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_s及びせん断補強部３２，３３，４２，４３の厚さｔ_sの数値を決定することである。

なお、図３に示すように、ウエブ２１の両面に鋼製補強材３が接合されている場合には、両面の曲げ補強部３１の厚さの和をｔ_bとする。曲げ補強部４１及びせん断補強部３２，３３，４２，４３についても同様である。

（Ａ）ステップＳ１：設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dの設定
梁１に関する構造計算書等に基づいて、梁１の開口２４の部分に作用し得る設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dの数値を設定する。ここで、構造計算書には、梁１が設けられる建物等の構造物の仕様（高さ、重量、梁１の階数、梁１の位置、梁１のスパン等）が記載されているとともに、構造物の各部（梁１を含む）に作用する設計用荷重が記載されているので、設計用荷重から梁１の開口２４の部分に作用し得る設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dの数値を解析により算出して、設定することができる。

（Ｂ）ステップＳ２：梁１の各部の寸法及び降伏点の設定
梁１の各部の寸法（表１のＤ，Ｂ，ｔ_w，ｔ_f，φ，Ｂ_b，ｔ_b，Ｈ_b，Ｂ_s，ｔ_s，θ）及び降伏点（表１のσ_yf，σ_yw，σ_yb，σ_ys）の数値を設定する。なお、上述したように、Ｄ，Ｂ，ｔ_w，ｔ_f，φ，Ｈ_b，σ_yf，σ_yw，σ_yb，σ_ys及びθ_sは予め決められた数値であるが、Ｂ_b，ｔ_b，Ｂ_s及びｔ_sは仮に設定する数値である。

（Ｃ）ステップＳ３：せん断耐力Ｑ_c及び曲げ耐力Ｍ_c1，Ｍ_c2の計算
以下に説明する通り、梁１の各部の寸法（表１のＤ，Ｂ，ｔ_w，ｔ_f，φ，Ｂ_b，ｔ_b，Ｈ_b，Ｂ_s，ｔ_s，θ）及び降伏点（表１のσ_yf，σ_yw，σ_yb，σ_ys）に基づいてせん断耐力Ｑ_c [kN]、第一曲げ耐力Ｍ_c1 [kN・m]，第二曲げ耐力Ｍ_c2 [kN・m]の数値を計算する。ここで、第一曲げ耐力Ｍ_c1はせん断力が梁１の開口２４の部分に作用しない場合の開口２４の部分の曲げ耐力であり、第二曲げ耐力Ｍ_c2はせん断耐力Ｑ_cに相当するせん断力が梁１の開口２４の部分に作用する場合の開口２４の部分の曲げ耐力である。

・せん断耐力Ｑ_cについて（図７参照）
次式（１）により、開口２４を有する鉄骨梁本体２のせん断耐力Ｑ_cg [kN]を計算する。

図７に示すようにせん断力がせん断補強部３２，３３，４２，４３に作用した場合に、そのせん断力をせん断補強部３２，３３，４２，４３の延在方向の軸力で受け持つとすると、せん断補強部３２，３３，４２，４３の延在方向における軸耐力Ｐ_ys [kN]がＢ_s×ｔ_s×σ_ysであるので、次式（２）によりせん断補強部３２，３３，４２，４３のせん断耐力Ｑ_cr [kN]を計算する。

そして、鉄骨梁本体２のせん断耐力Ｑ_cgとせん断補強部３２，３３，４２，４３のせん断耐力Ｑ_crの和を求める。その和は、梁１の開口２４の部分のせん断耐力Ｑ_cである。

・曲げ耐力Ｍ_c1，Ｍ_c2について（図８参照）
次式（４）により、開口２４を有する鉄骨梁本体２の曲げ耐力Ｍ_c1g [kN・m]を計算する。

ここで、

である。

図８に示すように曲げモーメントが曲げ補強部３１，４１に作用した場合に、その曲げモーメントを曲げ補強部３１，４１の延在方向の軸力で受け持つとすると、曲げ補強部３１，４１の延在方向における軸耐力Ｐ_yb [kN]がＢ_b×ｔ_b×σ_ybであるので、次式（５）により、曲げ補強部３１，４１の曲げ耐力Ｍ_c1r [kN・m]を計算する。

ここで、

である。

そして、鉄骨梁本体２の曲げ耐力Ｍ_c1gと曲げ補強部３１，４１の曲げ耐力Ｍ_c1rの和を求める。その和は、せん断力が梁１の開口２４の部分に作用しない場合の梁１の開口２４の部分の第一曲げ耐力Ｍ_c1である。

一方、曲げ耐力Ｍ_c1からウエブ２１及び曲げ補強部３１，４１の寄与分を控除すれば、せん断耐力Ｑ_cに相当するせん断力が梁１の開口２４の部分に作用する場合の第二曲げ耐力Ｍ_c2 [kN・m]を求められるので、次式（７）により第二曲げ耐力Ｍ_c2を計算する。

（Ｄ）ステップＳ４：比較判定式の設定
上記ステップＳ３において計算した梁１の開口２４の部分のせん断耐力Ｑ_cから、せん断力Ｑ[kN]に関する比較判定式を次式（８）のように設定する。

この比較判定式（８）は、梁１の開口２４の部分に作用するせん断力Ｑがせん断耐力Ｑ_c以下であれば、梁１がそのせん断力Ｑに耐え得ることを表す。

せん断耐力Ｑ_c及び曲げ耐力Ｍ_c1，Ｍ_c2とから、曲げモーメントＭ [kN・m]に関する比較判定式を次式（９）のように設定する。

この比較判定式（９）において、変数Ｍ_cはせん断力Ｑが梁１の開口２４の部分に作用する場合の梁１の開口２４の部分の曲げ耐力を表し、変数Ｍ_cはせん断力Ｑを独立変数としたせん断力Ｑの一次関数である。比較判定式（９）は、梁１の開口２４の部分に作用するせん断力Ｑと、そのせん断力Ｑが梁１の開口２４の部分に作用した場合の梁１の開口２４の部分の曲げ耐力Ｍ_cとの関係を表したものである。つまり、この比較判定式（９）は、せん断力Ｑが梁１の開口２４の部分に作用した場合に、梁１の開口２４の部分に作用する曲げモーメントＭがそのせん断力Ｑから定まる曲げ耐力Ｍ_c以下であれば、梁１がその曲げモーメントＭに耐え得ることを表す。

ここで、図９に示すように、変数としてのせん断力Ｑを横軸により表し、変数としての曲げモーメントＭを縦軸により表す直交座標系のグラフに点Ａ（０，Ｍ_c1）、点Ｂ（Ｑ_c，Ｍ_c2）及び点Ｃ（Ｑ_c，０）をプロットすると、線ＢＣの左側の領域が比較判定式（８）を表し、線ＡＢの下側の領域が比較判定式（９）を表す。線ＡＢＣは、せん断耐力Ｑ_c及び曲げ耐力Ｍ_c1，Ｍ_c2に基づいて定められた曲げせん断耐力曲線であり、その曲げせん断耐力曲線は、梁１の開口２４の部分の曲げ耐力とのせん断耐力との関係を表す。
線ＡＢが右肩下がりとなっているのは、つまり式（９）の一次関数の傾きが負となっているのは、梁１の開口２４の部分に作用するせん断力Ｑが増加するにつれて、梁１の開口２４の部分２４の曲げ耐力Ｍ_cが減少するようしたものである。即ち、数値Ｑのせん断力が梁１の開口２４の部分に作用すると、梁１の開口２４の部分がそのせん断力に耐えうるように数値Ｑのせん断耐力を必要とするが、梁１の開口２４の部分の全体としての耐力がせん断耐力として用いられる分だけ、梁１の開口２４の部分の全体としての耐力のうち曲げ耐力として用いられる分が減少するので、線ＡＢ及び式（９）のようにせん断力Ｑが増加するにつれて曲げ耐力Ｍ_cが減少することになる。

（Ｅ）ステップＳ５：比較・判定
比較判定式（８）のせん断力Ｑに設計用せん断力Ｑ_dを当て嵌めて、比較判定式（８）に従って設計用せん断力Ｑ_dとせん断耐力Ｑ_cとを比較することによって、比較判定式（８）を充足するか否かを判定する。更に、比較判定式（９）のせん断力Ｑと曲げモーメントＭにそれぞれ設計用せん断力Ｑ_dと設計用曲げモーメントＭ_dを当て嵌め、設計用せん断力Ｑ_dを比較判定式（９）に当て嵌めることによって得られた曲げ耐力Ｍ_cを求めて、比較判定式（９）に従って曲げ耐力Ｍ_cと設計用曲げモーメントＭ_dとを比較することによって、比較判定式（９）を充足するか否かを判定する。

つまり、線ＡＢ，線ＢＣが表された図９のグラフに点Ｄ（Ｑ_d，Ｍ_d）をプロットし（点Ｄは点Ｄ1〜点Ｄ4の何れか）、点Ｄが曲げせん断耐力曲線ＡＢＣの内側に存在するか否かを判定する。具体的には、線ＢＣの左側の領域に存在するか否かを判定するが、点Ｄが点Ｄ1又は点Ｄ3のように線ＢＣの左側の領域に存在すれば、比較判定式（８）を充足し、点Ｄが点Ｄ2又は点Ｄ4のように線ＢＣの右側の領域に存在すれば、比較判定式（８）を充足しない。また、点Ｄが線ＡＢの下側の領域に存在するか否かを判定するが、点Ｄが点Ｄ1又は点Ｄ2のように線ＡＢの下側の領域に存在すれば、比較判定式（９）を充足し、点Ｄが点Ｄ3又は点Ｄ4のように線ＢＣの右側の領域に存在すれば、比較判定式（９）を充足しない。

（Ｆ）ステップＳ６：曲げ補強部，せん断補強部の幅及び厚さの設定値の変更
図９に示す点Ｄ2，Ｄ4のように、ステップＳ５の比較判定工程において比較判定式（８）を充足しなければ、せん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_s及び厚さｔ_sが設定された梁１は設計用せん断力Ｑ_dに耐えることができず、設定された幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sが不適切である。また、図９に示す点Ｄ3，Ｄ4のように、ステップＳ５の比較判定工程において比較判定式（９）を充足しなければ、曲げ補強部３１，４１やせん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sが設定された梁１は設計用曲げモーメントＭ_dに耐えることができず、設定された幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sが不適切である。

そこで、判別式（８），（９）のどちらか一方又は両方を充足しない場合には、曲げ補強部３１，４１とせん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sの設定値を変更することによって、曲げ補強部３１，４１とせん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sを再度設定する。或いは、フランジ２２，２３の降伏点σ_yf，ウエブ２１の降伏点σyw，曲げ補強部３１，４１の降伏点σyb，せん断補強部３２，３３，４２，４３の降伏点σysのうち少なくとも１つをより高い設定値に変更することによって、降伏点σ_yf，降伏点σ_yw，降伏点σ_yb及び降伏点σ_ysのうち少なくとも１つを再度設定する。
その後、ステップＳ３に戻って、ステップＳ３の再計算によってせん断耐力Ｑ_c及び曲げ耐力Ｍ_c1，Ｍ_c2を再度計算し、ステップＳ４における判別式（８），（９）を再度定めて、ステップＳ５において設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dが変更後の判別式（８），（９）を充足するか否か判定する。こうして、ステップＳ５の比較判定工程において比較判定式（８）及び比較判定式（９）の両方を充足するまで、ステップＳ６，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の工程を繰り返す。

（Ｇ）ステップＳ７：決定（本設定）
図９に示す点Ｄ1のように、ステップＳ５の比較判定工程において比較判定式（８）及び比較判定式（９）の両方を充足すれば、ステップＳ２又はステップＳ６において幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sが設定された梁１は設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dに耐え得る。従って、ステップＳ２又はステップＳ６において設定された幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sが適切である。よって、曲げ補強部３１，４１やせん断補強部３２，３３，４２，４３の幅や厚さをステップＳ２又はステップＳ６において設定された数値Ｂ_b，Ｂ_s及びｔ_b，ｔ_sに決定する。併せて、鉄骨梁本体２の梁成、フランジ２２，２３の幅、ウエブ２１の厚さ、フランジ２２，２３の厚さ、開口２４の直径、曲げ補強部３１の上端から曲げ補強部４１の下端までの距離、フランジ２２，２３の降伏点、ウエブ２１の降伏点、曲げ補強部３１，４１の降伏点、せん断補強部３２，３３，４２，４３の降伏点、梁軸方向に対するせん断補強部３２，３３，４２，４３の延在方向の成す角を、ステップＳ２において設定した数値Ｄ，Ｂ，ｔ_w，ｔ_f，φ，Ｈ_b，σ_yf，σ_yw，σ_yb，σ_ys，θに決定する。
以上により、梁１の評価・設計が終了する。

３． 梁の製造
上述の設計方法によって決定した設計値に従って梁１を製造する。具体的には、まず、ステップＳ７で決定した幅Ｂ_b、厚さｔ_b及び降伏点σ_ybの曲げ補強部３１，４１と、ステップＳ７で決定した幅Ｂ_s、厚さｔ_s及び降伏点σ_ysのせん断補強部３２，３３，４２，４３とを有した鋼製補強材３，４を準備する。更に、ステップＳ７で決定した幅Ｂ、厚さｔ_f及び降伏点σ_yfのフランジ２２，２３と、ステップＳ７で決定した厚さｔ_w、高さ（Ｄ−２ｔ_f）及び降伏点σ_ywのウエブ２１と、直径φの開口２４とを有した梁成Ｄの鉄骨梁本体２を準備する。そして、梁軸方向に対するせん断補強部３２，３３，４２，４３の延在方向の成す角がステップＳ７で決定した設計値θになるように、且つ、曲げ補強部３１の上端から曲げ補強部４１の下端までの距離がステップＳ７で決定した設計値Ｈ_bになるように、曲げ補強部３１，４１及びせん断補強部３２，３３，４２，４３を鉄骨梁本体２のウエブ２１に接合する。こうして製造した梁１を柱間に架設する。

４． 効果
以上の評価方法・設計方法では、せん断力のみならず曲げモーメントも考慮して、梁１が設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dに耐え得るように、曲げ補強部３１，４１とせん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sの値を決定した。そのため、曲げ補強部３１，４１とせん断補強部３２，３３，４２，４３の幅Ｂ_b，Ｂ_s及び厚さｔ_b，ｔ_sを過不足なく適切に設計することができる。そのため、曲げ補強部３１，４１とせん断補強部３２，３３，４２，４３の材料費の増大を抑えることができるとともに、梁１の開口２４の部分の耐力が不足することを防止できる。

５． 変形例
鉄骨梁本体２はＨ形鋼であったが、梁軸方向に帯状に延びた鉛直な縦板部と、縦板部の上下端に設けられるとともに梁軸方向に帯状に延びた水平な横板部とを備える形鋼（例えば山形鋼、溝形鋼、リップ溝形鋼、Ｚ形鋼、Ｔ形鋼、角形鋼管）であれば、Ｈ形鋼以外であってもよい。

６． 具体例
以下に、梁１の各部の寸法及び降伏点の具体的な数値を挙げて、具体的に梁１の評価・設計をする。

梁１の各部の寸法及び降伏点を以下のように設定する。

また、梁１の設計用荷重から設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dを解析して、設計用せん断力Ｑ_d及び設計用曲げモーメントＭ_dを以下のように設定する。

式（１）に従って開口２４を有する鉄骨梁本体２のせん断耐力Ｑ_cgを計算すると、次の通りである。

式（２）に従ってせん断補強部３２，３３，４２，４３のせん断耐力Ｑ_crを計算すると、次の通りである。

式（３）に従って梁１の開口２４の部分のせん断耐力Ｑ_cを計算すると、次の通りである。

式（４）に従って開口２４を有する鉄骨梁本体２の曲げ耐力Ｍ_c1gを計算すると、次の通りである。

次式（５）に従って曲げ補強部３１，４１の曲げ耐力Ｍ_c1rを計算すると、次の通りである。

式（６）に従って第一曲げ耐力Ｍ_c1を計算すると、次の通りである。

式（７）に従って第二曲げ耐力Ｍ_c2を計算すると、次の通りである。

図１０に示すように、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃをグラフにプロットし、線ＡＢＣをグラフに設定する。つまり、せん断耐力Ｑ_c及び曲げ耐力Ｍ_c1，Ｍ_c2から線ＡＢの傾きを算出し、第一曲げ耐力Ｍ_c1を線ＡＢの切片とし、線ＡＢを表す一次関数を設定する。この一次関数に設計用せん断力Ｑ_dを当て嵌める。これにより、せん断力Ｑが設計用せん断力Ｑ_dである場合の曲げ耐力Ｍ_cを計算する。

そして、せん断耐力Ｑ_c（＝825 kN）と設計用せん断力Ｑ_d（＝600 kN）を比較すると、せん断耐力Ｑ_cが設計用せん断力Ｑ_dよりも大きい。また、曲げ耐力Ｍ_c（＝725 kN・m）と設計用曲げモーメントＭ_d(＝710 kN・m)を比較すると、曲げ耐力Ｍ_cが設計用曲げモーメントＭ_dよりも大きい。つまり、図１０に示すように、点Ｄをグラフにプロットすると、点Ｄが線ＢＣの左側且つ線ＡＢの下側の領域にある。
よって、梁１の各部の寸法及び降伏点の設定値（表２）が適切であり、梁１の各部の寸法及び降伏点の設計値をその設定値に決定する。この梁１の各部の寸法及び降伏点の設計値に従って、梁１を製造する。

１…梁， ２…鉄骨梁本体， ３，４…鋼製補強材， ２１…ウエブ（縦板部）， ２２，２３…フランジ（横板部）， ２４…開口， ３１，４１…曲げ補強部， ３２，３３，４２，４３…せん断補強部

Claims (2)

1. 梁軸方向に延在する鉛直な縦板部と、前記縦板部の上下に設けられた水平な横板部と、前記縦板部に形成された開口とを有した鉄骨梁本体と、
   前記開口の上下において前記梁軸方向に延在するように前記縦板部に接合された曲げ補強部と、
   前記開口の前記梁軸方向両側において前記梁軸方向に対して斜めな方向に延在するように前記縦板部に接合されたせん断補強部と、を備える梁を評価する方法において、
   前記曲げ補強部と前記せん断補強部の幅及び厚さを設定する設定工程と、
   前記設定工程において設定した前記曲げ補強部と前記せん断補強部の幅及び厚さに基づいて、前記梁の前記開口の部分の曲げ耐力とせん断耐力との関係を定める工程と、
   前記梁に想定する設計用せん断力と設計用曲げモーメントを定める設定工程と、
   前記設計用せん断力及び前記設計用曲げモーメントを前記関係と比較する比較工程と、
   を備えることを特徴とする梁の評価方法。
2. 前記関係を定める工程は、
   前記設定工程において設定した前記せん断補強部の幅及び厚さに基づいて、前記梁の前記開口の部分のせん断耐力を計算する第一計算工程と、
   前記設定工程において設定した前記曲げ補強部の幅及び厚さに基づいて、せん断力が前記梁の前記開口の部分に作用しない場合の前記梁の前記開口の部分の第一曲げ耐力を計算するとともに、前記せん断耐力に相当するせん断力が前記梁の前記開口の部分に作用する場合の前記梁の前記開口の部分の第二曲げ耐力を計算する第二計算工程と、
   前記第二曲げ耐力と前記第一曲げ耐力の差を前記せん断耐力で除することで得られた商を傾きとし、前記第一曲げ耐力を切片とした一次関数を定める工程と、を有し、
   前記比較工程は、
   前記設計用せん断力と前記せん断耐力とを比較するとともに、前記設計用せん断力を前記一次関数に当て嵌めることで得られた曲げ耐力と前記設計用曲げモーメントとを比較する工程を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の梁の評価方法。

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