JP3845804B2 - 鉄鋼フレームの応力軽減接続 - Google Patents
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Description
本発明は、広く負荷支持とモーメントフレームの接続部に関する。より詳細には、本発明は、既存構造物の改造ばかりでなく新規構築において、建築物の鉄鋼フレームの、特別な用途であって必ずしも排他的な用途でない、ビームおよび/またはコラムとの間に形成された接続部に関する。
背景技術
ビルディングや橋梁のような現代の構造物の建築において、モーメント鉄骨の桁やコラムが配置され構築されている。通常ビームとも呼ばれる桁および/またはコラムの配置は慎重に設計されていて、桁とコラムの骨組が、橋梁やビルディングや他の構造物の使用目的に対し、想定される応力,歪,負荷に耐え得ることを保証している。負荷に関する適切なエンジニアリング評価の実施は、現行の設計方法論の適用を意味する。地震の場合の負荷を考慮し、構造物内でのこれらの負荷によって引き起こされる応力と歪を決めるときには、地震発生地帯ではこれらの負荷が混ざり合うので、上記設計方法論が複雑に混合される。
地震中に、動的な水平と鉛直の慣性負荷と応力がビルディングに印加され、コラムとビームの接続部に最も大きな衝撃を与え、この接続部が地震損傷抵抗フレームとなっていることが周知となっている。大地震あるいは反復地震の高い負荷と応力の条件下で、ビームとコラムの間の接続部は機能が低下し、ことによると、構造物の崩壊に至り、生命が失われる。
本発明で使用される桁またはビームおよびコラムは、従来のIビームの形材、W形ビームの形材またはフランジの形材である。典型的には、それらは一体ものであって、ロール加工した均一な鉄鋼形材である。各桁および/またはコラムは、2つの平行に配置され伸ばされた矩形のフランジと、2つのフランジの対向する面の間の中央にフランジの長手に沿って配置されたウェブとを含んでいる。典型的には、構造フレームにおいてコラムは経線方向すなわち鉛直方向に配列される。桁が緯線方向すなわち水平方向に構造物のフレームに配列されると、典型的には、、桁はビームと呼ばれる。桁および/またはコラムは、負荷が1フランジの外表面とウェブに向かって印加されるとき、最も強度がある。桁がビームとして使用されるとき、ウェブが上部と下部のフランジの間で鉛直方向に伸び、上部フランジ面が床またはその上の屋根に面して直接支持する。ビームの端部におけるフランジは、コラムフランジの外表面に溶接および/またはボルト締めされる。鉄鋼フレームは、床毎に建てられる。各々の桁とコラムを含む各構造用鋼は、好ましくは、工場で予め決められたサイズ,形状,強度の仕様に一致するように生産される。次に、各鉄鋼の桁とコラムは、典型的には、ビルディングフレーム内の構造物の中に建てるためにマークされる。鉄鋼の桁と床用のコラムが、然るべき位置に配置されると、それらは締められ、整列状態がチェックされ、次に、従来のリベットや溶接やボルト締めの技術を使用して、接続部で固定される。
通常の負荷と応力の下では使用するのに適しているが、地震中に経験される負荷と応力には耐えることができなかった。たとえ、その接続部が地震に耐え抜いたとしても、すなわち、機能低下しなかったとしても、鉄鋼フレームにおける上記接続部の物理的特性の変化は著しく、ビルディングが引き続いてその役割を果たす前に、構造的な補修が必要である。
発明の開示
本発明の一般的な目的は、改善された新しいコラムとビームの接続部を提供することである。この改善された接続によって、静的負荷と動的負荷の両方の負荷によって引き起こされたコラムとビームの接続部の応力および/または歪が減少する。本発明の改良された接続部は、既存のビルディングの修繕の際の改造に組み入れられると既存のビルディングにおける鉄鋼フレームの実用寿命を伸ばすが、そればかりでなく、新しいビルディングの鉄鋼フレームの実用寿命も伸ばすことができる。
さらなる目的は、接続部沿いの高い応力集中を最小にするために、接続部を横切る静的または動的な負荷と応力を均等に分配する改善されたコラムとビームの接続部を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、鉄鋼フレーム構造のコラムとフランジの接続部に印加された動的な負荷応力を減少させることである。
本発明のさらに別の目的は、コラムとビームの接続部を横切る動的な負荷応力の変化を減少することである。
本発明のさらに別の目的は、ビームフランジとコラムフランジの接続部の近くに少なくとも1つ好ましくは数個のスロットをコラムウェブとビームウェブに組み込むことによって、コラムとビームの接続部を横切る動的な負荷応力の変化を減少することである。
本発明のさらに別の目的は、動的な負荷中に鉄鋼フレーム構造のビームとコラムフランジの間に印加された歪速度を減少することである。
本発明のさらに別の目的は、この特徴が設計技師によって望まれるならば、鉄鋼フレーム構造におけるビームの可塑性ヒンジポイントが、ビームとコラムの接続部から離れビームに沿って変位され得る手段を提供することである。
最後に、本発明の目的は、静的および動的負荷中に、鉄鋼フレーム構造のコラムとビームの接続部を横切る応力と歪を減少させることである。
本発明は、鉄鋼フレーム構造において静的負荷や動的負荷または衝撃負荷が、コラムフランジに対する上部と下部のビームフランジの完全溶込溶接部を横切って形成され、非線形な応力と歪の分布が、これらの負荷によって、コラムフランジの鉛直な中心線でのそのような負荷の応力と歪の影響を倍増しているという発見に基づいている。ビームとコラムの界面での応力分布を決定するために、本発明の関連調査の一部として実施された研究に先立って、代表的な広幅のフランジビームとコラムの接続部に関する詳細な解析研究が行われた。歪速度の考慮、印加された負荷の立上がり時間、応力集中係数、応力勾配、残留応力、接続部の幾何学的な詳細は全て、これらの接続部の挙動と強度に貢献する。実物大の試験片の実験を設計するための高忠実度の有限要素モデルと解析を用いて、破壊が起こるビームとコラムの界面での応力と歪のプロフィールに関して解析結果と試験結果との間に優れた相関関係が確立された。コラム面に向かうビームフランジ上の歪ゲージの配置は、適切な溶接の表面溶込によって行われる。動的な負荷試験は解析的に決定された高歪勾配と応力集中係数を確認した。これらの応力集中は、連続プレートの無い典型的なW27×94(W690×140)のビームとW14×176(W360×162)のコラムの接続部についての公称設計推測値よりも、4倍から5倍ほど高いことが分かった。従来型の連続プレートが付加された時、応力集中係数は公称応力レベルの3倍から4倍に減少した。本発明の特徴の接続部への組み込みは、高い非均一な応力を減少させる。この非均一な高応力は、従来の設計理論と共に存在し、解析、試験されている。本発明は、接続部の曲げ剛性と捩り剛性を変化させ、フランジ溶接部の末端域の中心で応力集中係数を約1.2に減少させる。異なったやり方、すなわち、コラムフランジと上下ビームフランジとの従来の接続部における応力条件で説明すると、ビームフランジは非線形の応力歪分布を示す。ビームフランジは非線形応力歪分布を示す。本発明の一部として、これは主として、コラムフランジの鉛直な中心線に沿って延在するコラムウェブが、主にコラムウェブに直接対向するフランジの中心で、ビームフランジに付加的な剛性を与えているという事実に因ることが見いだされている。この結果、ビームとコラムの接続部におけるフランジの中央域近傍の剛性は、コラムフランジの外部エッジと向いあうビームフランジの剛性よりもずっと大きい。この剛性の度合いは、コラムウェブからの距離の関数として変化する。すなわち、コラムフランジはエッジの所で降伏または屈曲または曲がり、ウェブの所でビームフランジがコラムフランジに接続する中央線の所では比較的固いままである。こうして、上部と下部のビームフランジの中央部分は、最高の応力レベルと歪レベルに耐えることができる。応力と歪のレベルがビームとコラムの接続部を横切って非線形であると、この非線形特性の影響によって、接続部で中央点を起点とした損傷につながることがあり、接続部の全損傷を引き起こし得る。加えて、上述の応力状態の影響で、ビームやコラムや溶接材料の脆性破壊が促進すると考えられている。
これらの目的に対して、本発明の一様態は、鉛直方向に方向付けられた補強プレートまたはパネルを使用し、これらのプレートは、上部と下部のビームフランジがコラムフランジに接続している領域内にあって、コラムウェブの対向する側の外側エッジ近傍に、コラムフランジの内部表面の間に配置されている。上記荷重または鉛直パネルは、単独で、接続部の所でビームフランジに沿って付加的な剛性を作り出す。この付加的な剛性は、荷重下にあるとき、コラムフランジと上下部ビームフランジの接続部を横切る応力と歪に、より均一に分布を与えるように機能する。これらの鉛直パネルの剛性は、コラムウェブの各々の側に1個つづの一対の水平パネルを加えて、増大される。上記水平パネルは各々、各鉛直パネルの水平中心線とコラムウェブとの間で接合している。これらのパネルを追加すると、ビームフランジを横切る応力と歪はより均等に分布されるが、ウェブに沿ったコラムの剛性は、たとえ鉛直パネルが適切な位置にあっても、荷重下にあるときは、ビームフランジの中心での応力と歪はビームフランジの外部エッジにおける応力や歪よりも高くなる。
さらに、本発明の別の様態として、一般的に鉛直に方向付けられたスロットが、各ビームフランジがコラムフランジに接続している領域の近傍において、コラムウェブに、好ましくはコラムウェブを完全に貫いて切削され、上記スロットは、ビームフランジがコラムに連結されている領域の近くでは、コラムウェブの剛性を減少させるということが分かっている。上記コラムスロットは、好ましくは、2つの端部すなわち終端穴を含み、上記スロットはコラムを貫く鉛直な切削によって、ビームに接続されたコラムフランジに最近接の上記穴の外周において、上記穴と接線方向に連結されている。コラムウェブを貫くスロットは、コラムフランジの中心部分の剛性を減少させ、したがって、コラムフランジとの接続部でのビームの中心における印加された応力の大きさを減少させる。
本発明のさらに別の様態としては、好ましくは、両ビームフランジがコラムに接続している領域の近傍で、ビームウェブにビームウェブを貫いて切り出されたスロットは、ビームフランジがコラムに連結されている領域で、さらにコラムウェブの剛性を減少させるということが分かっている。好ましくは、上記ビームスロットは、接続点において、ビームの端部からビームウェブ内の端部すなわち終端穴に伸びる。ビームスロットは一般に水平方向に配置される。好ましくは、1つのスロットが上部ビームフランジの直下に隣接して平行に配置され、別のビームスロットが下部ビームフランジの上に水平方向に沿って隣接して平行に配置される。これらのビームスロットはフランジウェブの隅肉溶接域のまさに外側かつビームウェブに配置される。
従来の実施状況からすると、ビームの可塑性ヒンジポイントが、従来のビームとフランジの接続構造において生じる可塑性ヒンジポイントよりもビームとコラムの接続部から更に離れて存在するように、鉄鋼フレーム構造を構築し、改造することが望ましい。この実施によると、好ましくは、上部と下部の2重ビームスロットが上記結果を達成するということが分かっている。この第1の上部と下部のビームスロットは上述のようなものである。第1ビームスロットと第2ビームスロットに対しては各々、一般に水平方向に方向付けられたスロットがビームのウェブを貫いて切削される。各第2ビームスロットは、それに対応し、ビームとコラムの接続部で終わる第1ビームスロットと同じ中心線に沿って配置される。各第2ビームスロットは、それに隣接する第1ビームスロットの長さの約2倍の長さを持ち、第1ビームスロットの長さにほぼ等しい長さの距離だけ分離されることが好ましい。上記スロットは、特別な継ぎ手の形状に対しては解析結果に依って、形状と方向を変化できる。
本発明の更に別の様態として、本発明のコラムスロットおよび/またはビームスロットは、上述したように鉛直方向に方向付けれた補強プレートを含む構造物ばかりでなく、この分野でよく周知の従来型連続プレートまたはコラムウェブスティフナを含む構造物にも組み込まれるということが分かっている。略鉛直な方向のコラムスロットが、従来の連続プレートまたはコラムウェブスティフナと付随して使用されるとき、上記コラムスロットはコラムのウェブに配置される。第1スロットは、連続プレートの上かつ隣接して配置された第1終端穴から鉛直方向に延在し、コラムウェブ内の第2終端穴で終結する。連続プレートは、上部ビームフランジに隣接すると共に同一平面にあり、すなわち、上部ビームフランジに連続性を与える。第2コラムスロットは連続プレートから鉛直方向下方に延在し、連続プレートは下部ビームフランジに隣接すると共に同一平面上にあって、すなわち、下部ビームフランジに連続性を与える。本発明のこの点に関して、水平方向に伸びるビームスロットは、本発明の単一のビームスロットであろうが二重のビームスロットであろうが、従来の連続プレートを用いる鉄鋼フレーム構造で使用され得る。
本発明のさらに別の様態として、本発明の水平方向のビームスロットと共に、従来のシェアプレート(剪断板)は、従来のボルト間隔で3列までのボルトを収容するために、長さが拡張され得るということが分かっている。上部および/または下部の水平ビームスロットと、従来のシェアプレートおよび/または長くされたシェアプレートとの組み合わせが、立向き下降溶接法または立向き上昇溶接法または下向き溶接法と共に用いられる。
本発明のスロット付きまたはスロット無しの鉛直プレート、或いは本発明の鉛直プレート付きまたは鉛直プレート無しのスロットは、概してより均一に分布するビームとコラムの接続部に備え、鉄鋼フレーム構造の接続部を横切ってビームフランジにおいて経験される応力と歪の最大量を、従来のビームとコラムの接続部において経験される値よりも減少させる。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的と利点は、次の詳細な説明と添付の書類を見ると、当業者にはより容易に明らかとなるであろう。
図1は、本発明の第1の好ましい実施の形態の斜視図である。
図2は、図1の動的負荷を支持するための接続部の分解図である。
図3は、図1の動的負荷を支持するための接続部の平面図である。
図4は、図1の本発明の動的負荷を支持するための接続部の側面図である。
図5は、従来の接続部における動的負荷によって引き起こされる応力と歪速度のグラフである。
図6は、図1の接続部における動的負荷によって引き起こされる応力と歪速度のグラフである。
図7は、図5に示されたグラフの3次元描写である。
図8は、図6に示されたグラフの3次元描写である。
図9は、コラムとビームの接続部と、従来の連続プレートと、本発明の鉛直コラムスロットと上部と下部のビームスロットを含む本発明の別の好ましい実施の形態の側面図である。
図10は、図9の実施の形態の平面図である。
図11は、図9の実施の形態の上部水平ビームスロットの詳細な斜視図である。
図12は、図9の実施の形態のコラムスロットの詳細図である。
図13は、1つのコラムへの2つのビームの接続部と、2つのビームの各々に隣接する上部と下部の鉛直コラムスロットと、2つのビームの各々に対して上部と下部の水平に伸びるビームスロットを含む別の好ましい実施の形態の側面図である。
図14は、上部と下部の2重のビームスロットと、上部と下部の鉛直方向のコラムスロットを持つコラムとビームの接続部を含でいる本発明の別の好ましい実施の形態の側面図である。
図15は、拡大されたシェアプレートとコラムとビームのスロットを持つビームとコラムの接続部を含んでいる本発明の別の好ましい実施の形態の側面図である。
図16は、地震中に生じる負荷を代表するような負荷の下にあるときの、従来のビームとコラムの接続部のコラムとビームのフランジエッジに関する有限要素解析に基づいた変位の写実的表示である。
図17は、図16の接続部の側方斜視図である。
図18は、地震中に生じる負荷を代表するような負荷の下にあるときの、ビームとコラムの接続部でのフランジエッジの変位の写実的表示であって、接続部では、従来の連続プレートと本発明の水平方向のビームスロットを使用している。
図19は、地震中に生じる負荷を代表するような負荷の下にあるときの、ビームとコラムの接続部でのフランジエッジの変位の写実的表示であって、コラムの接続に対しては、従来の連続プレートを持ち本発明のビームとコラムのスロットを組み込んでいる。
図20は、地震中に生じる負荷を代表するような負荷の下にビームが置れたときの、本発明の2重ビームスロットを持つビームに関する有限要素解析に基づいたビームにおける座屈を示す図面である。
図21は、地震で起る負荷と同じ様にシミュレートされた負荷の下での、本発明のコラムとビームのスロットを含むビームとコラムの接続部のヒステリシス曲線である。
図22は、従来の鉄鋼製モーメント抵抗フレームの斜視図である。
図23は、従来のビームとコラムの接続部の詳細な拡大斜視図である。
図24は、ビームとコラムの接続部の側面図であって、歪測定器の位置を示す。
図25は、頭部と底部のビームフランジにおける接続部の応力を示す図面である。
図26は、頭部ビームフランジの頭部面の応力を示す図面である。
図27は、コラムとビームの接続部と鉛直フィンとコラムフランジの面へのビームウェブの溶接部を含む本発明の別の好ましい実施の形態の側面図を示す。
図28は、図27の実施の形態の平面図である。
図29は、コラムフランジとビームウェブの界面に配置された水平フィンをもつコラムとビームの接続部および/またはスティフナプレートを含む本発明の別の好ましい実施の形態の側面図を示す。
図30は、ボックスコラムとビームの接続部を示す本発明の別の好ましい実施の形態の平面図である。
図31は、テーパーになったスロットを示す本発明の別の好ましい実施の形態の側面図である。
図32は、本発明のシェアプレート厚さの設計のために注釈が付けられたATC-24モーメントダイヤグラムの図である。
図33は、本発明のシェアプレート長さの設計のために注釈が付けられたATC-24モーメントダイヤグラムの図である。
本発明を実施するのに最良の実施の形態
特に、図1〜4、図9〜15、図22〜23を参照すると、建築物の建造において耐震構造支持部材に使用される鉄骨フレームは、概してしばしば、接続部で接続された剛性またはモーメントのあるコラムおよびビームの鉄骨構造を備えている。コラムへのビームの接続は、ボルト締めや電気アーク溶接あるいはボルト締めと電気アーク溶接技術との組み合わせといった従来技術によって行われている。
図22と図23とを参照すると、従来のW14×176(W360×262)のコラム282と、W27×94(W690×140)のビーム284は、在来法でシェアプレート(剪断板)286とボルト288によって接合され、フランジに溶接されている。コラム282はボルトシェアプレート286を含み、このボルト付きシェアプレート286は、長手方向のエッジで、コラムフランジ290の長手方向の面に沿って溶接されている。シェアプレート286は、上下フランジ296と298の間のビームウェブ292の対向する面に立て掛けて配置されるように作られている。上記シェアプレート286とウェブ292には、予めドリル加工された複数の穴がある。これら予めドリル加工された穴にボルト288を挿入し、これらのボルト288によって、ビームウェブをシェアプレートの間に固定させる。一旦、上記ビームウェブがボルト締めによって固定され、ビームフランジ296と298の端部は、コラムフランジ290の面に溶接される。しばしば、水平方向のステッフナーすなわち連続プレート300と302が必要であり、コラムウェブ304とコラムフランジ290と305とに溶接される。地震の衝撃負荷の下では、応力集中は、経験的に、コラムに溶接された接続部のビーム領域306で公称応力の4.5〜5倍であることが見いだされている。加えて、主として従来の接続部の形状で地震または衝撃の負荷を受けたとき、不均一な歪と歪速度が存在することも見いだされている。
本発明のコラム負荷プレート、支持プレートおよびスロットの特徴
第1の好ましい実施の形態では、地震中に起こるような静的な負荷と衝撃的または動的な負荷の条件の下で、接続部の構造的な支持を維持しようとするために、一対の負荷プレート16と18が、コラムフランジ26と28の内面22と24の間に、コラム10のコラムウェブ20の向い側に、長手方向に配置され設けられ、そして、ビーム12のビームフランジ29と30が、コラムフランジ28に接触している区域内では、部分的な溶込み溶接によって、それらに溶接されている。それぞれの水平なプレート32と34は、付加された構造的な支持として、鉛直プレート16と18の長手方向の中心線に沿ってそれぞれ配置され、そして、それぞれ鉛直プレート16と18とウェブ20に接続されている。この支持プレートの面36と38は、好ましくは、形状が台形をしている。プレート36は、負荷プレート16の長手方向の中心線に沿って伸びる基本エッジ40を有する。比較的に狭い頭部は、ウェブ20に沿ってウェブ20に溶接される。鉛直プレート16と18は、好ましくは、ウェブ20に平行な平面に沿って、ウェブ20からコラムフランジ40と42のそれぞれのエッジへの距離よりも短い距離に配置される。好ましい距離は、ビームフランジ29と30とがコラム10に接続される区域において、コラムフランジの剛性がその幅を横切って消失している距離である。好ましくは、水平と鉛直の支持プレートは、接続されるコラムと同一の材料から作られる。
実験は、負荷プレート16と18が、剛性を増すことによって、接続部でビームフランジ29と30とを横切る応力と歪速度を平均化するように機能し、ビームフランジ29と30とを横切って測定される応力の大きさを増加させるように機能することを示している。しかし、ビームフランジの中央の領域で実験された応力レベル値を大幅には減らさない。負荷プレートまたはコラムフランジステッフナープレート16と18は、接続部で略均一な応力を作ることによって、接続部の破壊を低減させるのにそれらのみで十分に機能する。しかしながら、ビームフランジ29と30の中央で測定される応力値を減少させることも望まれ、スロット44によってさらに減少される。長手方向に切削されたコラムウェブスロット44は、ビーム深さの5%〜25%の長さの範囲において有用である。上記コラムウェブスロット44はコラム隅肉溶接47の先端45または近傍に切り出される。上記コラム隅肉溶接47はビームフランジ29と30が接続部の近傍に取付られる区域内に中心があるコラムウェブ20の中にある。上記スロット44は、コラムウェブ20の剛性を減少させるのに役立ち、コラムフランジ28の中心を僅かにたわませる。これによって、ビームフランジの中心で応力値を減少させる。ウェブスロット44があろうが無かろうが、鉛直プレート16と18は、ビーム接続部14を横切って測定される応力値の平均を示すように機能する。ビームフランジ29と30に沿った応力と歪の集中をできるだけ均等化することによって、ビーム12内の応力の変化は、接続部で最小化される。さらに、このようにして構築された接続部14は、溶接部を横切る応力の大きさを均等に配分して、静的な荷重や衝撃荷重あるいは動的荷重の条件の間、接続部14はコラムフランジ28を横切って支持されることを保証する。図8に示すように、荷重プレート16と18とスロット44とが、接続部14の近傍のコラム10の構造物に組み入れられるとき、ビームフランジ29と30を横切って測定された歪速度は、図7に示される変化に比較して、より均一に配分されているように見え、また、ビームフランジのエッジ46を横切る応力値は、ビームを横切って実質的に減少して変化している。
好ましい実施の形態では、従来のW14×176(W360×262)のコラム10と、W27×94(W690×140)のビーム12とは、従来の方法で取付けプレート48とボルト50とによって連結され、フランジの所で溶接される。コラム10はシェアコネクタプレート48を含み、このシェアコネクタプレート48は長手方向のエッジの所でコラムフランジ28の長手方向の面に沿って溶接される。取付けプレート48は、上部フランジ29と下部フランジ30の間のビームウェブ52の対向する面に配置されるように作られている。取付けプレート48とウェブ52には、複数の予め明けられたドリル穴がある。ボルト50が予め明けられたドリル穴を通して挿入され、これらのボルト50がビームウェブを取付けプレートの間に固定する。一度、ビームウェブ52がボルト締めによって固定され、ビームフランジ29と30の端部はコラムフランジ28の面に溶接される。溶接部でのボルト締めと溶接の組み合わせは、ビーム12とコラム10をしっかり固定し、応力と歪の通常の負荷条件下で構造的な支持になる。
この形状のみでは、接続部14についての静的、衝撃的または動的な負荷の下で、このような条件下で実験される応力と歪に対して十分な支持とはならない。本発明の目的に対して、図5と図6とに示されるように、応力は単位面積当たりの力の強さとして定義され、歪は単位長さ当たりの伸びとして定義される。地震に関する負荷のシミュレーションでは、ビームフランジを幅方向に横切る7つの等距離の点70〜78において、地震中の時間に渡ってポンド/インチ(psi)の単位で測定され、非常に大きな応力値がビームフランジの中央73で測定された。加えて、グラフに示す増加応力レベルの勾配は、ビームフランジに沿った異なる点70〜76での歪の不均一取得を示す。図24は、コラムの中央線に対して歪測定装置の正確な位置を示す。測定がコラムフランジの中央73からさらに離れてビームフランジのエッジに沿って行われるので、応力のレベルは、各対の測定点72と74、71と75、70と76で、すなわち、その距離がビームフランジ上で中心から外側に伸びる上記各対の測定点で、著しく減少する。結果が示すところによると、接続部14のビームフランジ29は、コラムウェブの中心上でコラムフランジに接続しているビームウェブの中心で、応力の最大レベルと歪の最大レベルの双方を示している。接続部14の形態は、上部29と下部30の何れか一方または両方のビームフランジの区域を代表する。コラムウェブスロット44は、下部ビームフランジ接続部30の上記区域内に中心が有るコラムウェブ20内の長手方向に切り出されており、ビームフランジ接続部の近傍のコラムフランジの内面から概して約3/4インチ(1.905cm)の所に存在する。好ましい実施の形態では、スロットの幅は4〜8インチ長さ(10.16cm〜20.32cm)の範囲にあるものが好ましい。最良の結果は、4.5インチ(11.43cm)長さ0.25インチ(0.635cm)幅のスロットを使用して、フランジから3/4インチ(1.905cm)の所で得られている。8インチ(20.32cm)よりも長いスロットが実用的である。好ましい実施の形態の特定の形状と寸法は、試験結果に従って使用されるコラムとビームのサイズに依存するが、特別な用途に適合するために変化され得るものであることを当業者は分かっている。
負荷プレート16と18および夫々の支持プレート32と34は、好ましくは、従来の梁(ガーダ)部品を切り取った部分から作られる。負荷プレートはフランジ表面を備え、支持プレートは上記切り取り部分のウェブを備えている。これに代わって、部分溶込溶接によって支持プレートに溶接された個々の負荷プレートは、ここに記載されているように機能するのに十分な厚さがあれば、同様に十分に機能する。水平のプレート32と34は、好ましくは、コラムフランジ28とは接触しない。何故なら、そのような接触は、地震中に生じるような動的な負荷が生じる間、コラムフランジの剛性が増加し、その結果、その位置で応力が増加する。各支持プレートの基礎部40は、好ましくは、夫々の負荷プレート16と18の中心線に沿って長手方向に伸びて、負荷プレートの剛性を増加させると共に、より狭くなった頂部エッジに向けて先細りになっている。上記頂部エッジは、コラムウェブ20の幅方向に横切るようにして溶接される。好ましくも、支持プレート面の台形の形状は、夫々のコラムフランジと支持プレートのエッジの間にギャップ(空隙)を与える。スロット44がギャップ内のウェブに形成された結果、このようなギャップはフランジがたわむのに充分な開放領域となる。
従来のコラム連続プレートの特徴と持つ本発明のコラムスロット
図9を参照すると、上述したように、コラム100は接続部104でビーム102に接続されて示されている。上部の従来型連続プレート106は、一般にスティフナーまたはコラムスティフナーと呼ばれ、コラム100のウェブ108を横切って左コラムフランジ110から右コラムフランジ112へ水平方向に伸びている。プレート106は、上部ビームフランジ114と同一平面上にあり、コラムと同一材料で作られている。また、ビームフランジと略同じ厚さである。図10の平面図を参照すると、コラム100、ビーム102、コラムウェブ108、頭部ビームフランジ114が示されている。連続プレート106と左右のコラムフランジ110と112も示されている。
再び図9を参照すると、下部連続プレート116は、下部ビームフランジ118と同一平面上にあることが示されている。上部コラムスロット120は、コラムウェブ108の厚みを貫いて延在するものとして示され、好ましくは、右コラムフランジ112の内側に沿って鉛直に方向付けられている。スロット120の下端部すなわち下部終端部122と、上部終端部124とは穴であり、好ましくは、ドリル加工されている。コラムがW14×176インチ(W360×262)である場合、穴120,124は、好ましくは3/4インチ(1.905cm)のドリル加工穴、スロットは高さが1/4インチ(0.635cm)でウェブを貫いて完全に切って作られている。W27×94(W690×140)の鉄鋼ビームに接続されるとき、スロット120の好ましい長さは穴122と124の中心の間で6インチ(15.24cm)となり、スロット120はフランジに最も近い穴の周辺部で穴122と124に接している。また、好ましくは、穴120と124の中心は、右コラムフランジ112の内面126から3/4インチ(1.905cm)である。穴122の中心は、好ましくは、上部連続プレート106から1インチにある。下部コラムスロット130は、上部と下部の終端部に夫々穴132と134を設けて、下部連続プレート116の下に配置されている。下部コラムスロット130は、好ましくは、上部コラムスロット120と同じ寸法である。下部スロット130はウェブ108に配置され、下部連続プレート116の下部面136と、右コラムフランジ112と、ビームフランジ118とは、上部スロット120が連続プレート106と上部ビームフランジ114に対して配置されたのと同じ相対的な位置にある。特別設計の適用に依っては、穴の直径は変化し得る。
本発明のビームスロットの特徴
同様に、図9を参照して、発明を説明する。上部ビームスロット136は、図11に詳細が示されるように、ビームウェブを貫いて切り取られ、水平かつ上部ビームフランジ114に平行な方向に伸びて示されている。ビームスロットの第1端部138は、左端部として示されるが、コラムフランジ112の所で終結している。スロットは、典型的なW27×94(W690×140)の鉄鋼ビームに対して、好ましくは、1/4インチ(0.635cm)幅であり、ビームウェブ103の全厚を貫いて切り出だされている。好ましい実施の形態では、上部水平ビームスロットの第2端部140は、好ましくは、直径が1インチ(2.54cm)の穴である。図11により明確に示されているように、この穴の中心は、スロット136の上部エッジ142が上記穴と接して配置されている。また、W27×94(W690×140)の鉄鋼ビームに対しては、スロット136の中心線144は、上部ビームフランジ114の下部面146から3/8インチ(0.9525cm)の所にあり、穴の中心148はビームフランジ面から1 7/8インチ(4.7625cm)の所にある。この実施の形態の好ましいスロットの長さは、6インチ(15.24cm)である。図9を参照すると、水平に伸びる下部ビームスロット150が示されている。この下部ビームスロット150は、対応する終端穴152の底部に接している。このスロットと穴の寸法は、上記上部ビームスロットの寸法と同じである。下部ビームスロット150は、上部ビームスロット136が上部ビームフランジ114の下部面146から離れて配置されているのと同じ寸法で、下部ビームフランジ118の上部面154に対して配置されている。
図13を参照すると、2つの接続ビーム158と160を持つ1つのコラム156が示されている。コラム156は、上に詳細に述べたように、2つのビーム158,160の各々に接続されているコラムフランジ170,172の各々に隣接して、上部コラムスロット162,164と下部コラムスロット166,168を含んでいる。また、2つのビームの各々は、上に詳述したように、上部ビームスロット174,176と下部ビームスロット178,180と共に示されている。コラム156へのビーム158の接続に付随するコラムとビームのスロットは、コラム156へのビーム158の接続に付随するスロットに対して鏡像となっており、図9〜12に関して述べられた寸法を持っている。
スロットは、鉛直から水平の方向に変えてもよく、それらの間の如何なる角度に変えてもよい。方向は、所定の用途においては、スロット毎に変えてもよい。さらに、スロットの形状は、ここに説明された直線から、特別な用途に依っては曲線形状に変えてもよい。
本発明の2重ビームスロットの特徴
従来のやり方によると、多くの統制および/または設計承認当局は、ビームの可塑性ヒンジポイントが従来の接続部において在る位置よりも更にビームに沿ってコラムとビームの接続部から離れるように移動するように、従来のビームとコラムの接続部の修正を要求している。典型的には、この分野において多くの場合、可塑性ヒンジポイントの接続部からの許容距離と考えられる最小距離は、D/2である。ここで、Dはビームの高さである。接続部から可塑性のヒンジポイントの許容距離と考えられている。本発明によると、図14に示すように、コラム182が、上述のビーム184と連続プレート186,188と共に示されている。ビーム184は、上部ビームスロット190と192と、下部ビームスロット194と196とを有する。コラム182のすぐ近くのビームスロットは、詳細に記載されている。第2ビームスロット192,196の中心線は、第1ビームスロット190,194の中心線と同一線上に配置されている。第2ビームスロット192と196とは、可塑性ヒンジポイントをビームとコラムの接続部から離すように機能する。第2ビームスロット192,196は各々に2つの終端穴を、それぞれ202,204,206,208で示すように、持ち、第1ビームスロットと同じように方向付けられている。W27×94(W690×140)の鉄鋼ビームにおいて、第2ビームスロットの好ましい長さは、終端穴202の中心から穴204の中心まで12インチ(30.48cm)であり、図14に示すように、1インチ(25.4cm)の直径の終端穴が付いている。また、好ましくは、第2上部ビームスロット112の第1終端穴202の中心は、第1上部ビームスロット190の終端穴210の中心から6インチ(15.24cm)の距離にある。終端穴の中心線は、隅肉溶接域の外側の互いに同一直線上にある。第2ビームスロットは、フランジの隅肉溶接域のまさに外側かつウェブ内に切削されている。終端穴は上記スロットに接し、穴の側で最も近いビームフランジに対してクロセット(小室)になっている。第2ビームスロットの幅は、好ましくは、1/4インチ(0.635cm)であり、ビームの全体の厚みを貫いて延在している。再び図14を参照すると、第2下部ビームスロット196は、第1下部ビームスロット194に対して同一直線上に切り出されている。第2下部ビームスロット196は、好ましくは、第2上部ビームスロット192の寸法と同一の寸法を持つ。下部ビームフランジの上部面211に対する位置は、上部ビームフランジの下部面212に対する第2上部ビームスロット192の配置と一致している。
図14には示していないが、上述のコラムスロット、負荷プレートおよび/または支持プレートは、2重ビームスロットと一緒に使用されてもよい。
本発明の拡大されたシェア(剪断)プレートの特徴
図15を参照すると、コラム214、ビーム216、連続プレート218と220、上部ビームスロット222、下部ビームスロット224、上部コラムスロット226、下部コラムスロット228が、拡大されたシェアプレート230と一緒に示されている。典型的には、従来のシェアプレートには一列になったボルト232を収容する幅がある。本発明によって、シェアプレート230の幅は、3縦列までのボルト232が納まるように拡大されてもよい。本発明のシェアプレート230は建造物の初期設計および/または改造工事に組み込まれる。W27×94インチ(W690×140)の鉄鋼ビームを使用する典型的な鉄鋼フレーム構造物では、幅が約9インチ(22.86cm)のシェアプレートは2列のボルトを収容する。典型的には、ボルト穴の中心は3インチ(7.62cm)だけ間隔が明けられている。拡大されたシェアプレートは、座屈損傷のモード(様式)において、ビームが荷重下で損傷し始めるとき、のビームウェブの破損を抑制する。
産業上の適用
本発明は、新建造物の鉄鋼フレームに用いられるばかりでなく、現存の構造物の鉄鋼フレームの改造あるいは改装工事に使用される。コラムスロットやビームスロットというような本発明の固有の特徴およびそれらの位置は、構造物毎に異なる。一般に、本発明は、ビームフランジとコラムフランジの界面に効用がある。この界面では、地震のような高負荷条件の間、応力集中と、この応力集中による歪速度の影響で、損傷に至るかそれ以上のものになることが予想される。所定の構造物でのこのような特定の接続部の検証は、典型的には、本発明の分野の当業者が知る従来の解析技術によって為される。接続部の設計基準および設計原理は、忠実性の高い有限要素法を使用した解析と、溶接された鉄鋼モーメントフレームにおける典型的な接続部の原寸大原型試験を基礎にしている。好ましくは、それらは、事前事後処理プロエンジニアプログラムと一致したANSYSのプログラム5.1版以上を採用している。一般的に、これらのモデルは4個のノードプレート曲げ要素および/または10個のノード線形歪4面体中実要素を備えている。今までの経験では、接続部における複雑な応力と歪の分布を解析するのに、40,000要素を持つモデルが必要であり、40,000の自由度が必要とされる。中実の要素が使用されるとき、一般にサブモデル(モデル内モデル)が必要とされる。入手可能な市販のコンピュータハードウェアでは、必要な解析を実施できる解析プログラムを動かすことができる。
本発明の利点は、幾つかあって、ロール加工された型鋼製の典型的な鉄鋼構造物において、ビームフランジとコラムフランジの接続部に存在する不均一な応力分布に対処している。設計や建造目的に対して、以前には、ビームの溶接金属とコラムとの界面における応力は、継ぎ手の全幅に対して公称のレベルまたは均一なレベルにあると想定されていたが、本発明の特徴は下記に関する利点を考慮すると共に提供している。
1.溶接された接続部のコラムフランジの中心で起こる応力集中。
2.溶接された継ぎ手を横切って鉛直方向と水平方向の歪レベル。
3.従来の継ぎ手に関して、継ぎ手のエッジでの非常に低い歪速度と比較した場合、継ぎ手の中心での非常に高い歪速度。
4.コラムの鉛直方向の曲がりと、溶接部の鉛直面を横切って圧縮と引っ張りを生じるというような、従来の継ぎ手に及ぼすその影響。
5.コラムフランジの水平方向の曲がりと、溶接物の不均一負荷に及ぼすその影響。
6.個々の接続部の剛性を変えることなく、個々の接続部に適用され得る本発明の特徴。
7.本発明の適用は従来の設計方法と比較して、構造の基本的な期間を変化させることがない故に、本発明を用いて適用可能な地震フレーム解析用の従来の解析プログラム。
コラム内に連続プレートがない従来設計での応力は、設計で使用される計算公称応力よりも4〜5倍大きく測定されている。改善が接続部になされて、「曲げにおいて超繊維質である」公称設計応力値の約1.2〜1.5倍のレベルにまで、応力集中係数の減少を示した。接続部の性能の付加的向上は、引っ張りに負荷されているフランジのウェブ側で圧縮力を消して生み出されている。溶接部の鉛直面を横切る圧縮から引っ張りへのこの応力勾配の排除は、溶接金属上への挺子作用を除く。
数学モデルにおける本発明の使用例
上述の有限要素解析を使用して、従来の接合部の外、本発明の様々な特徴を組み込んだコラムとビームの接続部について幾つかの変位の解析がなされた。コラムフランジとビームフランジのエッジの変位は、ANSYS5.1の数学モデルテクニックを使用して決定された。
図16を参照すると、コラムとビームの接続部でのビームフランジとコラムフランジの基準線の変位の表示が、所定の負荷条件下で、すなわち、地震中に生じるであろうものに近い条件下で、従来のコラムとビームの接続部に対して表示されている。ライン234は、コラムフランジの中心線を表し、236の領域はビームフランジへの接続部である。領域238は、コラムフランジの中心線の近傍であって、コラムに対するビームの接続点から或る鉛直距離だけ離れている。例えば、領域236が上部ビームフランジでの接続部を表しているならば、領域238はコラムフランジ接続部の上のコラムフランジの鉛直センタラインの近傍領域である。ライン240はコラムフランジの外部エッジを表している。ライン242は接続されたビームフランジの中心線を表し、ライン244はビームフランジの外部エッジを表している。図17を参照して、従来のコラム248とビーム246の接続部の側方斜視図であり、コラムの中心線234が、236の接続点の中心から鉛直な領域238とともに示されている。同様にして、ビームフランジの中心線242が、重要な接続部にあるビームフランジ、この場合は上部フランジに沿って伸びている。外部コラムフランジエッジ248と外部ビームフランジエッジ244も示されている。左の鉛直線240と右の鉛直線234との間の距離「a」は、一般に、負荷が印加されている間のフランジエッジの変位を示している。このようにして、上記2線の間の重要な距離は、所定の負荷を与えている間、鉛直な中心線234に沿ったコラムフランジに比較すると、コラムフランジのエッジ240に重要な変位が存在するということを示している。同様にして、ビーム中心線242とフランジエッジ244との間の距離「b」は、上記コラムの長手方向に沿ったビームフランジの中心線242からのビームフランジのエッジ244の変位の量である。図16は、従来のコラム248とビーム246の接続部に対する変位を示し、本発明の特徴を何ら含んでいない。
図18を参照すると、連続プレートにビームスロットを有するビームとコラムの接続部に対する変位の図が示されている。図18では、領域250はビームスロットを表している。ライン252は、コラムフランジエッジを表し、ライン254はコラム中心線を表し、ライン256はビームフランジエッジを表し、ライン258はビーム中心線を表している。負荷条件下で、距離「c」はコラムフランジエッジの中心線からの変位を表し、距離「d」はビームフランジの中心線からのビームフランジエッジの変位を表している。距離「c」と「d」とは、アングルのコラムとビームフランジとのエッジの重要な変位を、コラムとビームの中心線のそれと個々に比較して表している。図16の距離「a」と図18の距離「c」とを比較し、距離「b」と距離「d」とを比較するとすぐに分かるように、鉄鋼構造物にビームスロットを用いている場合には、変位の量が非常に少ない。従来の接続部とビームスロット付きの接続部との間のフランジエッジにおける変位の減少は、負荷中に課せられる力がより均等にビームスロット付きの接続部に吸収されることを示している。
図19は、接続部におけるコラムとビームフランジのエッジの変位の図であり、接続部には、W27×94インチ(W690×140)のビームに接続されたW14×176インチ(W360×162)のコラムのための連続プレートの外に、ビームとコラムのスロットがある。領域260は、図9,10,12を参照して詳述したように、コラムスロットを表し、領域262は、図9,11を参照してより詳しく述べたように、ビームスロットを表している。ライン264はコラムフランジのエッジを表し、ライン266はコラムの中心線を表し、ライン268はビームフランジのエッジを表し、ライン270はビームフランジの中心線を表している。また、容易に理解できるように、2つの鉛直ライン264と266の間の距離と、2つの概して下方に傾斜している水平ライン268,270の間の距離とは、コラムスロットとビームスロットと連続プレートを持つ接続部のフランジのエッジとフランジの中心線との間の変位が、従来の接続におけるフランジエッジの変位に比較して、非常に小さいことを示している。この減少された変位は、上述したように、連続プレートとともにビームとコラムのスロットを持つ接続部が、従来の接続部よりもより均一に、負荷中に加えられた力を吸収することができるということを示している。
図20は、本発明の2重ビームスロットをもつビームの座屈を示している。標準のW27×94(W690×140)のビーム272は、下部第1ビームスロット274と、図示のように、第2の、すなわち、2重のビームスロット276とを含んでいる。対応する上部第1と第2ビームスロットとが解析に含まれているが、それらは上部ビームフランジに重なって隠れるので、図示20に示されていない。これらの2重ビームスロットは、図14に関して、上述されているようなものである。ビームの座屈は、上部ビームフランジにおける可塑性のヒンジの領域278に示され、フランジが下方に略U形またはV形に変形されている。ビームのウェブでは、図20に示すように、変形はウェブの領域280の形状を取って、元の平面からうね状になり、ページ(page)から広がる。図示されているように、可塑性のヒンジポイントは、コラムとビームの接続部自体よりも、むしろ第2の上部と下部のビームスロットの上下のウェブの領域内にある。
図21は、図9に示すように、本発明の上下コラムスロットと上下ビームスロットを組み入れているコラムとビームの接続部のヒステレシスのグラフである。「ヒステレシスのループ」は、コラムに溶接された片持ちビームのたわみと付加荷重のプロットである。
図25と26を参照すると、地震のシミュレート負荷によって、コラム308が鉛直方向と水平方向の湾曲するということが見いだされた。コラムフランジ316の鉛直方向の湾曲によって、ビーム310は、ビームフランジ312と314において高い2次応力を受ける。加えて、コラムフランジ312の水平方向の湾曲は、ビームフランジ312と314における引っ張り力と圧縮力のためにコラムフランジ312の水平方向の湾曲が生じていることが見いだされた。鋭い湾曲がビームフランジ312と314で生じ、この鋭い湾曲がコラムフランジ316に対するビームフランジ312と314でのテコの作用となる。応力はコラムウェブ318に向かって収斂し、領域320で最も高い。ビームスロットの目的は、コラムフランジの鉛直方向と水平方向の湾曲の影響を最小化することである。
ビームウェブのコラムフランジへの溶接の特徴
コラムフランジにビームウェブを溶接することは、本発明の接続部に、付加的な強度と延性とを与えることが見いだされている。好ましい実施の形態は、完全溶込溶接または矩形グルーブ溶接を使用する。シェアプレートの長手に渡ってビームウェブの強度を増大させる溶接は如何なるものも、この特徴に対して同等の溶接である。図27と28を参照すると、接続部400はビーム402がコラム404に直角に接続された状態で示されている。ビームウェブは、401で示される界面に沿ってコラムフランジに溶接されるばかりでなく、ボルト締めそして/またはシェアプレート406に溶接されている。スロットされた(細長穴の加工がなされた)ビームの接続部のこの特徴は、コラムフランジの肉厚を貫く潜在的な損傷を緩和したり、及び/又は回避するのに使用される。また、上部と下部ビームスロット410と412は、上述したように、図27に示されている。
鉛直フィンの特徴
スロットされたビームの接続部は、ビームとコラムフランジの界面に取り付けられた鉛直鉄鋼フィンを首尾よく使用し得るということが分かっている。図27を参照すると、鉛直フィン414が下部ビームとコラムフランジの接点418の下に配置されている。この鉛直フィンは、好ましくは、三角形の鋼板であって、典型的には3/4インチ(1.905cm)の厚さをもつ。
水平フィンの特徴
水平の鉄鋼フィンは、また、好ましくは三角形をして、本発明のスロットされたビーム接続部と共に好都合に使用され得るということが分かっている。図29を参照すると、接続部420が示され、ビーム422がコラム424に接続されている。上部の水平の三角形フィン426と下部の水平のフィン428は、コラム424のフランジとシェアプレート430に溶接されて示されている。シェアプレート430は、ビーム422のウェブに溶接および/またはボルト締めされる。水平フィンは典型的には1″(2.54cm)厚さの鋼板である。シェアプレートと水平フィンはビームウェブの表側および/または裏側で使用される。
本発明のボックスコラムへの適用
本発明のスロットされた接続部は、IビームあるいはW形コラムと共に使用するように図示され記載されていた。しかしながら、本発明は、ボックスコラムと共に使用されると有用であり、ある適用では好まれる。図30を参照すると、接続部432がビーム436と438がボックスコラム440に接続されて示されている。好ましくは、本発明のスロットされたビームの特徴は、例えばビーム436のようなビームの中に組み込まれ、接続部はボックスコラム440の面フランジ442に形成されている。同様に、ビーム438が、反対側で、本発明のスロットの特徴を組み入れて、ボックスコラム440のフランジ434に接続されている。
先細りスロットの特徴
また、先細りになった2重幅のビームスロットが本発明の接続部に使用されることが見い出されている。図31を参照すると、例えば、ビームスロット440はビームフランジ442に隣接して示されている。好ましくは、スロットは、コラムフランジの近傍の444で示される領域で比較的狭くなっており、また、隣接するコラムフランジから離れ、終端部に向かう方向において長手に沿って広がっている。このテーパーになったスロットの特徴は、コラムフランジの近傍の座屈の大きさを制御するのに役立っていて、平面外へのビームフランジの座屈が、シェアプレートの上のビームフランジの長手に沿った座屈よりも、コラムとビームフランジの界面では目立たなくっている。典型的かつ好適なテーパースロットは、コラムフランジの所で約1/8″から1/4″(0.3175cm×0.635cm)の幅に変化する。シェアプレートの幅に略等しい長さ、例えば7″(17.75cm)スロットの終端部まで約3/8″(0.9525cm)の幅に広がる。典型的には、スロットの終端部はビームフランジ幅の約1.5倍である。
本発明の鉄鋼モーメントフレームにおけるコラムとビームの接続部の設計方法
本発明の一部として、鉄鋼モーメントフレームにおけるスロットされたビームとコラムの接続部の設計方法が開発された。この設計方法は、シェアプレートの設計とビームスロットの設計のための方法を含んでいる。
シェアプレートの設計
シェアプレートの設計は、シェアプレートの高さ、シェアプレートの厚さと長さの設計を含んでいる。その設計基準を以下に述べる。
まず、シェアプレートの高さの設計に関しては、プレートの溶接とビームウェブのスロットとを考慮したプレートの最大高さを使用する。典型的には、高さhp=T−3″(7.62cm)、ここでTはAISC設計マニュアルから取られている。例えば、W36×280(W920×417)のビームに対して、T=31 1/8″(79.0575cm)。したがって、hp=31 1/8−3(79.0575cm−7.62cm)=28″(71.12cm)
シェアプレートの厚さの設計に関しては、プレートの弾性断面率が使用され、コラム面で要求されるビーム/プレートの弾性強度を展開している。シェアプレートの厚さの設計に対して注釈付きで、図32に示されるATC-24モーメントダイヤグラムを使用している。この計算に対して、
My(ビーム)=Sbσy
Mpl=My(ls/(lb−ls))=Spσy(ls/(lb−ls))
Mpl=Splσy ここで、Spl=tph2 p/6
tpを解くと、
tp=(6Sbls)/(h2 p(lb−ls))
tp min=1.25×(ビームウェブ厚み)
例えば、
Ib=168″(426.72cm)、ls=24″(60.96cm)のW36×280(W920×417)のビームに対して、
Sb=1030 in3(16,878.61cm3)、
hp=28″(71.12cm)
tp=1.31″(3.3274cm)。
したがって、1.50″(3.81cm)のシェアプレート厚さが使用されるべきである。
シェアプレート長さの決定は、ATC-24モーメントダイヤグラムを使用して、図33に示すように、プレート/ビームの強度を展開している。
図33を参照すると、Mmax=(Sb+Spl)σy
S.F.=Zb/Sb=(lb−lp)/(lb−ls) または
lp=lb−S.F.×(lb−ls)
lb=168″(426.72cm)、 ls=24″(60.96cm)、S.F.=1.13
したがって、 lp=5.28″(13.4112cm)
使用8″(20.32cm)−推奨lp min=ls/3またはlp min=4″(10.16cm)
要するに、シェアプレートの寸法に関する設計法は以下である。
プレート高さ:hp=T−3″(7.62cm)
プレート厚さ:tp=(6Sbls)/(h2 p(lb−ls))
または tp min=1.25×(ビームウェブ)
プレート長さ:lp=lb−S.F.×(lb−ls)
推奨されるlp min=ls/3またはlp min=4″(10.16cm)
注: TはAISC鉄鋼設計マニュアルから。
Sb=ビーム断面率、 S.F.=ビーム形状係数
lb=(ビームクリアスパン)/2
ビームスロット寸法の決定方法
本発明の原理によると、最も好ましいビームスロットの長さは1.5×(公称ビームフランジ幅)。この基準は以下に基づいている。
(1)10″(25.4cm)〜16″(40.64cm)のビームフランジ幅を含む実物大のATC−24試験
(2)可塑性のビームウェブと可塑性のビームフランジの座屈を含んだ有限要素解析
ビームスロットの長さは、幾つかの目的と機能を果たすように設計されている。第1に、ビームスロットの長さは、可塑性のビームフランジとビームウェブの座屈がスロット領域で独立して起こるように設計されている。第2に、スロットの長さは、可塑性ヒンジの中心を移動してコラム面から離すように、例えば、シェアプレート端部を通り越して約1/2のビーム深さ(depth)だけ離すように設計されている。第3は、スロットの長さは、コラム面の近傍からビームスロットの端部まで略均一な応力歪分布を与えるように設計されている。第4に、スロット長さが可塑性ビームフランジの座屈を保証するように設計されていて、ビームの十分な可塑性モーメント容量が増加される。これは、次のように表される。
ls/(3×tf)=bf/(2×tf)≦65/(Fy)1/2
ビームスロット幅は、最も好ましくは、コラムの面からシェアプレートの端部まで約1/8″(0.3175cm)から1/4″(0.635cm)の幅であるということが分かっている。シェアプレートの端部からスロットの端部まで、最も好ましいスロットの幅は3/8″(0.9525cm)から1/2″(1.27cm)である。コラム面で比較的細いスロットは、(a)5から8の間の係数だけ延性の要求を減少させ、(b)コラムの面に近い大きなビームフランジの湾曲を減少させるということは分かっている。コラムから離れたより深いスロットの外板は、スロットのビームフランジの座屈を生じさせるが、フランジの中央部分で座屈の大きさを限定する。
接続部の剛性に関するビームスロットの影響
本発明によると、高忠実モデルのATC-24試験アセンブリを使用する有限要素解析は、本発明のビームスロットが、アセンブリの弾性力たわみ挙動を変化させないということを示している。したがって、スロットされたビームを使用するとき、静的負荷および地震負荷を受ける鉄鋼フレームを設計するのに標準有限要素プログラムを使用することができる。
地震の応力集中と延性需要率
本発明の鉄鋼モーメントフレーム用のスロットされたビームコラム接続部の延性および強度の設計属性は、当該技術分野における重要な進歩を表す。スロットされたビームウェブの設計は、近傍の均一なフランジ/溶接の応力歪分布を与えることによって、ビームとコラムフランジの接続部の応力集中係数(SCF)を4.6の代表値から1.4の代表値に減少させる。この4.6SCFは有限要素解析によって計算され、実験的に観察された。上記4.6SCFは、プレノースリッジ(Pre-Northridge)や、減少したビーム断面(ドッグボーンdogbone)や、カバープレート接続部の設計に存在する。典型的な4.6SCFは、コラム面でのビームフランジの溶接部を横切り貫く大きな応力と歪の勾配によって、生じる。塑性材料に対しては、スロットされたビームのSCF減少は、コラムフランジとビームフランジの溶接部で、およそマグニチュードのオーダ(位数)で材料の塑性需要を減少させる。SCFと塑性需要係数(DDF)との間の関係は、次のように表現される。SCF=計算された弾性応力/降伏応力。DDFは、DDF=歪/降伏歪−1=SCF−1として表される。
本発明の接続部と従来のSCFおよびDDFを比較すると、基準線または従来の接続部は、CJPのビームとコラムの溶接部を含み、連続プレートは含まない。本発明の接続部は、上述の解析と方法によって決定されるCJPのビームとコラムの溶接部とビームスロットと連続プレートとを含む。
本スロットされたビームの発明は、(1)ビームの可塑性モーメント容量を増加させ、(2)コラムの面から離れるようにビーム内の可塑性ヒンジを移動させ、(3)ビームフランジにおいて、コラムの面からスロットの端部までほぼ均一な引っ張り応力と圧縮応力になると考えられている。さらに、本発明のスロットされたビーム設計は、ビームフランジがビームウェブとは関係なく座屈し、スロットされない接続部において生じる横方向の捩れの可塑性座屈モードの大きさを非常に減少させる。この後者の属性は、ビームフランジにおける捩れモーメントと捩れ応力と、コラムフランジにおける溶接とを減少させる。
本発明は、現在最も実際的であると考えられるものおよび好ましい実施の形態に関して記載されているが、本発明が開示されている実施の形態に限定されるのではなく、むしろ、本発明の精神内に含まれる様々な変形例および同等の装置を包含することを意図していることを理解されねばならない。上記本発明の精神内に含まれる様々な変形例および同等の装置は、添付のクレームに記載され、かつ、鉄鋼フレームに印加される横方向の負荷から生じる不均等な応力と歪および不均一な歪速度を正すように適用あるいは使用されるこのような全ての変形例および同等な構造を包含するように、クレームの範囲は最も広範な解釈とすべきである。
Claims (37)
- 第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
下部フランジと、上部フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記ビームの上記下部フランジに隣接すると共に上記コラムの上記第1フランジに隣接して配置されている上記ビーム内のスロットを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記ビームの上記第1フランジに隣接すると共に上記コラムの上記第1フランジに隣接して配置されている上記ビーム内のスロットと、
上記コラムフランジと上記ビームスロットに最も近い上記ビームフランジとに隣接して配置されている上記コラム内のスロットとを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記第1ビームフランジと上記第1コラムフランジに隣接して配置されている上記ビーム内の第1スロットと、
上記第2ビームフランジと上記第1コラムフランジに隣接して配置されている上記ビーム内の第2スロットとを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記第1ビームフランジと上記第1コラムフランジに隣接して配置されている上記ビーム内の第1スロットと、
上記第2ビームフランジと上記第1コラムフランジに隣接して配置されている上記ビーム内の第2スロットと、
上記コラムフランジと上記第1ビームスロットに最も近い上記ビームフランジとに隣接して配置されている上記コラム内のスロットとを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間の第1ウェブとを有する鉄鋼コラムと、
下部フランジと、上部フランジと、それらの間の第2ウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記鉄鋼ビームは上記鉄鋼コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記鉄鋼ビームの上記下部フランジに隣接すると共に上記鉄鋼コラムの上記第1フランジに隣接して配置されている上記鉄鋼ビーム内のスロットと、
上記鉄鋼コラムの第1フランジと上記鉄鋼コラムの第2フランジとの間に伸びていると共に上記鉄鋼ビームの下部フランジと同一平面である連続プレートを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記ビームの上記第1フランジに隣接すると共に上記コラムの上記第1フランジに隣接して配置されている上記ビーム内のスロットと、
上記コラムフランジと上記ビームスロットに最も近い上記ビームフランジとに隣接して配置されている上記コラム内のスロットと、
上記第1と第2コラムフランジの間に伸びていると共に第1ビームフランジと同一平面である連続プレートを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
第1フランジと、第2フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記第1ビームフランジと上記第1コラムフランジに隣接して配置されている上記ビーム内の第1スロットと、
上記第2ビームフランジと上記第1コラムフランジに隣接して配置されている上記ビーム内の第2スロットと、
上記第1と第2コラムフランジの間に伸びていると共に第1ビームフランジと同一平面である連続プレートを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらの間の第1ウェブとを有する鉄鋼コラムと、下部フランジと、上部フランジと、それらの間の第2ウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記鉄鋼ビームは上記鉄鋼コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記鉄鋼ビームの上記下部フランジに隣接すると共に上記鉄鋼コラムの上記第1フランジに隣接して配置されている上記鉄鋼ビーム内のスロットと、
上記第2ウェブ上に溶接されると共に、上記鉄鋼ビームの下部フランジと上記鉄鋼ビームの上部フランジとの間に伸びる長さと高さと幅とを有するシェアプレートであって、上記幅の寸法は上記第2ウェブに沿う高さの寸法に対して直角に伸びる、シェアプレートと、
を備えることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 請求項1に記載のフレーム構造において、上記スロットは高さと厚みと第1端部と第2端部とを有し、上記ビームは上記ビームウェブの厚みを完全に貫いて切削され、
上記第1端部は溶接された接続部の近傍のビームウェブのエッジにあり、
上記第2端部は上記溶接された接続部から予め決められた距離にあることを特徴とするフレーム構造。 - 請求項9に記載のフレーム構造において、上記第2端部は上記スロットの高さよりも大きな直径を有する円形の穴を備えていることを特徴とするフレーム構造。
- 請求項2に記載のフレーム構造は、
上記ビーム内のスロットは幅と厚みと長さを有し、
上記ビーム内の上記スロットの厚みは上記ビームウェブの厚みに等しく、上記ビーム内の上記スロットは上記ビームスロットの幅よりも大きな直径を有する円形穴に接線として接して一端で終結し、
上記コラム内のスロットは幅と厚みと長さと2つの端部を有し、
上記コラム内のスロットは2つの端部で接線として接して終結し、各端部が幅よりも大きな直径を有する円形穴であること含んでいるを特徴とするフレーム構造。 - 請求項1乃至11のいずれか1つに記載のフレーム構造において、上記コラムの上記第1フランジにビームウェブが溶接された接続部をさらに含んでいることを特徴とするフレーム構造。
- 請求項1乃至12のいずれか1つに記載のフレーム構造において、上記ビームとコラムフランジの界面に取付られた三角形状の鉄鋼フィンをさらに含んでいることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。
- 請求項1乃至12のいずれか1つに記載のフレーム構造において、上記コラムフランジとビームウェブまたはシェアプレートの界面に取付けられた三角形状の鉄鋼フィンをさらに含んでいることを特徴とするフレーム構造。
- 請求項1乃至12のいずれか1つに記載のフレーム構造において、各スロットは上記コラムとビームの界面近くでの比較的狭いスロット幅からスロットの反対側端部近くでの比較的広いスロット幅に、テーパーが付けられていることを特徴とするフレーム構造。
- 第1フランジと、第2フランジと、それらの間の第1ウェブと第2ウェブを有する鉄鋼ボックスコラムと、
下部フランジと、上部フランジと、それらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記ビームの上記下部フランジに隣接すると共に上記コラムの第1フランジに隣接して配置されたビーム内のスロットを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 一対のフランジとウェブを有するコラムと、
上記コラムのフランジに溶接された鉄鋼ビームと、上記ビームの少なくとも1つのフランジに隣接して配置された上記コラム内の鉛直に方向付けられたスロットとを備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造物。 - 請求項17に記載の鉄鋼フレーム構造物において、上記ビームフランジの少なくとも1つに隣接して配置された上記コラムフランジの間に接続された鉛直プレートをさらに備えていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造物。
- 請求項18に記載の鉄鋼フレーム構造物において、上記ビームフランジの少なくとも1つに隣接して配置された上記鉛直プレートと上記ウェブとの間に接続された水平プレートをさらに備え、上記水平プレートは形状が台形の面を有していることを特徴とする鉄鋼フレーム構造物。
- 請求項1,2,5,6,8,9の各々のフレーム構造は、上記ビームの上記下部フランジにおいて上記スロットに隣接して配置された上記ビーム内の第2スロットをさらに含んでいることを特徴とするフレーム構造。
- 請求項3,4,7の各々のフレーム構造は、上記第1スロットに隣接してビーム内に第3のスロットと、第2スロットに隣接してビーム内に第4のスロットとをさらに含んでいることを特徴とするフレーム構造。
- 請求項1乃至11の各々のフレーム構造において、各スロットは公称ビームフランジ幅の1.5倍の長さを有することを特徴とするフレーム構造。
- 請求項1乃至10のいずれか1つに記載のフレーム構造において、各スロットは、上記コラムフランジでの約1/8インチ(0.3175cm)の幅から、その反対側の端部での約3/8インチ(0.9525cm)乃至約1/2インチ(1.27cm)の幅にテーパーが付けられていることを特徴とするフレーム構造。
- 垂直コラムフランジの外部表面に、上部端のフランジの所で溶接されると共に下部端のフランジの所で溶接された水平ビームを有し、また、コラムフランジの溶接部に対して上部および下部のビームフランジの中心で4.5〜5.0の応力集中係数を有する建造物用の鉄鋼フレームの負荷支持モーメントフレーム構造の接続部において、
上記上部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍の上記ビームウェブに配置された第1スロットを備え、
上記第1スロットは、上記上部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍に開口端と、上記上部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部から離れて上記ビームウェブに閉塞端を有し、
上記下部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍のビームウェブに配置された第2スロットを備え、
上記第2のスロットは、上記下部ビームフランジの上記上部コラムフランジへの上記接続部の近傍に開口端と、上部ビームフランジの上記コラムフランジへの接続部から離れてビームウェブに閉塞端を有し、
上記第1のスロットと上記第2のスロットは、上部および下部フランジの上記コラムフランジへの溶接部において、上記接続部の上記応力集中係数を4.0未満に減少させるに十分な長さを有することを特徴としている建造物用の鉄鋼フレームの負荷支持モーメントフレーム構造の接続部。 - 垂直コラムフランジの外部表面に、上部端のフランジの所で溶接されると共に下部端のフランジの所で溶接された水平ビームを有する建造物用の鉄鋼フレームの負荷支持モーメントフレーム構造の接続部において、
上記上部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍の上記ビームウェブに配置された第1穴を備え、
上記第1穴は、長さが幅および厚みよりも大きい寸法の長さと幅と厚みを有し、上記上部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍に開口端と、上記上部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部から離れて上記ビームウェブに閉塞端を有し、
上記下部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍のビームウェブに配置された第2穴を備え、
上記第2穴は長さが最も大きい寸法の長さと幅と厚みを有し、上記下部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部の近傍に開口端と、上記下部ビームフランジの上記コラムフランジへの上記接続部から離れてビームウェブに閉塞端とを有し、
上記第1穴の長さは垂直または水平の間の角度をなす方向を持ち、上記第2穴の長さは垂直または水平の間の角度した方向を有することを特徴としている建造物用の鉄鋼フレームの負荷支持モーメントフレーム構造の接続部。 - 2つのフランジとそれらの間にウェブを有する鉄鋼ビームを選択するステップと、
2つのフランジとそれらの間にウェブを有する鉄鋼コラムを選択するステップと、
予め決められた長さを有すると共に少なくとも1つのビームの一端の近傍に配置されている第1スロットを上記ビームウェブに形成するステップと、
予め決められた長さを有すると共に上記ビームの上記同一端部の近傍に配置されている第2スロットを上記ビームウェブに形成するステップと、
地震の動的負荷の下で、応力集中を4.0未満に減少させるに十分な上記第1ビームウェブスロットの長さと上記第2ビームウェブスロットの長さを決定するステップと、上記コラムに直角にビームを溶接するステップとを備えていることを特徴とする地震発生地帯に位置する建造物の鉄鋼フレームの実用寿命を延ばす方法。 - 地震多発地帯に位置した鉄鋼フレームの建造物において、ビームがコラムに溶接される接続部であって、動的負荷が掛かっている間、溶接金属に及ぼすてこ作用の減少を示す接続部を形成する方法において、
上記地帯に対する予め決められた地震負荷の下で従来のビームとコラムの接続部に対する応力と歪に対する破壊点の位置を決定するステップと、
第1端部と頭部フランジと底部フランジとそれらの間のウェブとを有する鉄鋼ビームを選択するステップと、
2つのフランジとそれらの間のウェブとを有する鉄鋼コラムを選択するステップと、
上記第1端部の所かつ上記頭部フランジの近傍で上記ビームの上記ウェブから上記ウェブの一部を取り除いて、上記ビームの上記端部に開口端を有すると共に上記ウェブに閉塞端を有するスロットを形成するステップと、
上記第1端部の所かつ上記底部フランジの近傍で上記ビームの上記ウェブから上記ウェブの一部を取り除いて、上記ビームの上記第1端部に開口端を有すると共に上記ウェブに閉塞端を有するスロットを形成するステップと、
上記2つのコラムフランジの1つに上記ビームの上記頭部フランジと上記ビームの上記底部フランジとを溶接して、接続部を形成するステップとを備え、上記接続部では各溶接部を横切って得られる応力と歪の最大値が上記予め決められた地震の動的負荷によって引き起こされる応力と歪に対して破壊点以下に減少されこれによって動的負荷の下では上記溶接部は溶接金属に及ぼすてこ作用が減少されることを特徴とするビームがコラムへ溶接される接続部を形成する方法。 - 鉄鋼ビームを有する鉄鋼フレームの負荷支持モーメントフレームの接続部での上記接続部に印加された地震負荷による応力集中を除去するための方法において、
上記接続部に対する第1の応力集中係数を決定するステップと、
上記第1の応力集中係数の値よりも小さい値を持つ第2の応力集中係数を生じさせるために、上記ビームの上記ウェブから除去される鉄鋼の全量を決定するステップとを備え、上記接続部の上記上部および下部のビームフランジのコラムフランジへの溶接部において、上記第1の応力集中係数と上記第2の応力集中係数とが決定され、
上記上部ビームフランジとコラムフランジの溶接部の近傍の上記ビームウェブから第Iの鉄鋼部分を取り除くステップと、
上記下部ビームフランジとコラムフランジの溶接部の近傍の上記ビームウェブから第2の鉄鋼部分を取り除くステップとを備え、
これらによって、上記ビームから取り除かれる第1の鉄鋼部分と第2の鉄鋼部分の全量が上記取り除かれる鉄鋼の全量と等しいことを特徴とする接続部に印加された地震負荷による応力集中を除去するための方法。 - 地震負荷中の接続部での応力集中除去に備えることによって、地震発生地帯に位置した建造物の鉄鋼フレームにおける負荷支持モーメントフレームの接続部の実用寿命を延ばすための方法において、
第1端部と、第2端部と、第1鉄鋼フランジと、第2鉄鋼フランジと、それらのフランジの間にある鉄鋼ウェブとを有する少なくとも1つの鉄鋼ビームを選択するステップと、
2つのフランジとそれらの間にあるウェブを有する鉄鋼コラムを選択するステップと、
鉄鋼ビームウェブに2つの穴を形成するステップとを備え、
上記2つの穴の形成は、
上記ビームの上記第1端部の近傍の上記ビームウェブから鉄鋼の第1部分を取り除いて、上記ビームの上記第1端部の近傍に位置した上記ビームウェブに第1穴を形成し、この第1ビーム穴は予め決められた長さと幅と厚みとを持ち、
上記ビームの上記第2端部の近傍の上記ビームウェブから鉄鋼の第2部分を取り除いて、上記ビームの上記第2端部の近傍に位置した上記ビームウェブに第2穴を形成、この第2ビーム穴は予め決められた長さと幅と厚みとを持ち、
上記コラムに直角に上記ビームを溶接するステップとを備え、
予め決められたビームとコラムの数に対して上記ステップを繰り返して、上記鉄鋼フレームにおける予め決められた数の接続部を形成することを特徴とする負荷支持モーメントフレームの接続部の実用寿命を延ばすための方法。 - 請求項29に記載の方法において、ビームウェブにおける各穴の厚みは上記ビームウェブの厚みに等しく、各穴の幅は約1/4インチであり、各穴の長さは上記ビームウェブの厚みの少なくとも3倍であることを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、各穴はこの穴の幅および厚みよりも大きい寸法の長さを有し、第1の鉄鋼部分を取り除くステップと第2の鉄鋼部分を取り除くステップとはさらに、
垂直と水平の間の角度に方向付けられる長さ寸法を提供するために第1の鉄鋼部分を取り除くステップと、
垂直と水平の間の角度に方向付けられる長さ寸法を提供するために第2の鉄鋼部分を取り除くステップとを含んでいることを特徴とする方法。 - 第1フランジと、第2フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
下部フランジと、上部フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
上記ビーム内にスロットと備え、このスロットは上部エッジと下部エッジと第1端部エッジと第2端部エッジとを有し、上記4つのエッジは全て上記ビームウェブによって形成されていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、それらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
下部フランジと、上部フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームウェブはその中にスロットを有すると共に上記スロットは上記ビームウェブによって4つの側面で囲まれていることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
下部フランジと、上部フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
第1端部と、第2端部と、上記第1端部と上記第2端部の間に延在する長さ寸法とを有するビームスロットとを備え、
上記ビームスロットは上記ビームウェブに形成されていると共に、上記下部ビームフランジよりも上記上部ビームフランジの近くに配置され、
上記ビームウェブは上記第1ビームスロットと上記第1コラムフランジの間に延在していることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 第1フランジと、第2フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼コラムと、
下部フランジと、上部フランジと、これらのフランジの間のウェブとを有する鉄鋼ビームとを備え、
上記ビームは上記コラムの上記第1フランジに直角に溶接され、
第1端部と、第2端部と、上記第1端部と上記第2端部の間に延在する長さ寸法とを有するビームスロットとを備え、
上記ビームスロットは上記ビームウェブに形成されていると共に、上記上部ビームフランジよりも上記下部ビームフランジの近くに配置され、
上記ビームウェブは上記第1ビームスロットと上記第1コラムフランジの間に延在していることを特徴とする鉄鋼フレーム構造。 - 請求項32乃至33のいずれか1つに記載のフレーム構造において、上記ビームスロットは、上記ビームスロットの厚みが上記ビームウェブの厚みに等しく、上記ビームスロットはビームスロットの幅よりも大きな直径を有する穴の中の各端部で終結している幅と厚みと長さを有していることを特徴とするフレーム構造。
- 請求項34または35のいずれかのフレーム構造において、上記ビームスロットは、上記ビームスロットの厚みがビームウェブの厚みと等しく、上記第1端部と上記第2端部は上記ビームスロットの幅よりも大きな直径を有する穴の中で終結している幅と厚みを有していることを特徴とするフレーム構造。
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