JP5665339B2 - H-section steel - Google Patents
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Description
本発明は、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱に接合される梁部材として使用されるＨ形鋼に関する。 The present invention relates to an H-shaped steel used as a beam member joined to a steel-framed or steel-framed reinforced concrete column.
Ｈ形鋼は、建物を構築する際の柱や梁材として使用される。梁材として使用される際、天井高さを抑えて空間を確保するために、例えば空調設備の配管などを通す貫通孔を梁のウェブ部分に設ける場合がある。
また、このような貫通孔は、梁材として使用するＨ形鋼に予め設ける場合のみならず、建設後の用途変更などの社会環境変化によって追加でＨ形鋼のウェブに穿設される場合も多い。
Ｈ形鋼のウェブに貫通孔を設ける場合、それが建設前であると後であるとを問わず、貫通孔の断面欠損による断面耐力の低下に対処する必要が生じる。
H-section steel is used as a pillar or beam when building a building. When used as a beam member, in order to secure a space by suppressing the ceiling height, for example, a through hole through which a pipe of an air conditioner or the like passes may be provided in the web portion of the beam.
Moreover, such a through-hole is not only provided in advance in the H-shaped steel used as the beam material, but may be additionally drilled in the H-shaped steel web due to changes in the social environment such as application changes after construction. Many.
When a through-hole is provided in an H-shaped steel web, it is necessary to cope with a decrease in the cross-sectional strength due to a cross-sectional defect of the through-hole, regardless of whether it is before construction or after.
このような貫通孔の断面欠損による断面力の低下への対処方法として、例えば特開昭６２−２０２１５４号公報（特許文献１）には、貫通孔の周囲に補強のために肉厚の鋼管を装入して溶接する方法が開示されている。また、ＷＯ９４／０３６８７号公報（特許文献２）にはウェブを二重にしたものが開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-202154 (Patent Document 1) discloses a method for dealing with a decrease in cross-sectional force due to a cross-sectional defect of such a through-hole. A method of charging by welding is disclosed. Further, WO94 / 03687 (Patent Document 2) discloses a double web.
他方、Ｈ形鋼のウェブに貫通孔を設けるものではないが、Ｈ形鋼の断面性能を改善するために、Ｈ形鋼のウェブに板厚増厚部を付加する技術が、例えば特開昭５６−１６０８０４号公報（特許文献３）や、特開平５−１９５５９８号公報（特許文献４）に開示されている。 On the other hand, although a through hole is not provided in the H-shaped steel web, a technique for adding a thickened portion to the H-shaped steel web in order to improve the cross-sectional performance of the H-shaped steel is disclosed in, for example, No. 56-160804 (Patent Document 3) and JP-A-5-195598 (Patent Document 4).
特許文献１に開示された技術は、貫通孔の周囲に補強のために肉厚の鋼管を装入して溶接するものであり、補強のために材料の加工や溶接作業が必要となり、コスト上昇を招くという問題がある。 The technique disclosed in Patent Document 1 is to insert and weld a thick steel pipe around the through-hole to reinforce, which requires material processing and welding operations for reinforcement, which increases costs. There is a problem of inviting.
特許文献２は、梁全長にわたってウェブを二重構造にするものであり、この方法は梁全長に亘ってウェブ板厚を増大させる方法と同様に、補強を必要としない部分まで強化することになり、結果として梁重量が増し、不経済なものになるという問題がある。
また、梁全長に亘ってウェブを二重構造にすると、梁全長が強化されることになり、地震等の過大荷重をうけた際、梁側の崩壊は免れるものの、柱側が崩壊し、結果として建物全体が崩壊することになる。
In Patent Document 2, the web is made to have a double structure over the entire length of the beam, and this method reinforces the portion that does not require reinforcement, similar to the method of increasing the web plate thickness over the entire length of the beam. As a result, there is a problem that the weight of the beam increases and becomes uneconomical.
In addition, if the web is made to have a double structure over the entire length of the beam, the total length of the beam will be strengthened. When an excessive load such as an earthquake is applied, the beam side collapses, but the column side collapses. The entire building will collapse.
通常、地震時において建物全体の崩壊を防ぐ目的で、「梁の端部を、柱より早く塑性化させて、外力のエネルギーを吸収させる設計」いわゆる「梁崩壊メカニズムを形成させる設計」がとられる。梁全長にわたってウェブを二重構造にしたりウェブ板厚を増したりした梁を使用した場合、梁崩壊メカニズムを形成させるためには、柱側の断面強度も強くしなければならなくなり、一層不経済になってしまうという問題がある。
また、梁全長にわたってウェブを二重構造にしたりウェブ板厚を増したりした梁の場合、建設前には貫通孔を予定しておらず、建設後に貫通孔を設けることになったような場合には、特許文献１と同様に補強のために材料の加工や溶接作業が必要となり、やはりコスト上昇を招くという問題がある。
In general, in order to prevent the entire building from collapsing during an earthquake, the “design that absorbs the external force energy by plasticizing the end of the beam faster than the column” is used. . If a beam with a double-structured web or increased web thickness is used over the entire length of the beam, the cross-sectional strength on the column side must be increased in order to form a beam collapse mechanism. There is a problem of becoming.
In addition, in the case of a beam with a double-structured web or increased web thickness over the entire length of the beam, if a through hole is not planned before construction and a through hole is to be provided after construction, However, like Patent Document 1, there is a problem in that material processing and welding work are required for reinforcement, which also increases costs.
一方、特許文献３に開示されたＨ形鋼は、主にクレーンガーダに用いられるものであり、ウェブ部の局部的な支圧耐力およびフランジ部とウェブ部の共働捩り剛性を高めるために、ウェブ部のフランジ部に接続される部分を所定幅にわたりウェブ中間部分に比して増厚するというものである。
また、特許文献４に開示されたＨ形鋼は建築・土木構造物等用のものであり、ウェブに板厚増厚部を付加することにより、梁材としての曲げ変形時の局部座屈特性を向上させている。
On the other hand, the H-section steel disclosed in Patent Document 3 is mainly used for crane girders, and in order to increase the local bearing strength of the web portion and the joint torsional rigidity of the flange portion and the web portion, The portion connected to the flange portion of the web portion is thickened over a predetermined width compared to the intermediate portion of the web.
Further, the H-section steel disclosed in Patent Document 4 is for construction and civil engineering structures, and local buckling characteristics during bending deformation as a beam material by adding a thickened portion to the web. Has improved.
特許文献３、４に開示された発明は、ウェブ部に板厚増厚部を設ける目的が本願発明とは全く異なっており、本願発明が前提としているウェブ部に設備配管貫通用孔を設けることは想定されていない。それ故、増厚部分の仕様や、増厚部分と他の部位との関係等において、貫通孔を設けることは全く考慮されていない。 In the inventions disclosed in Patent Documents 3 and 4, the purpose of providing the thickened portion in the web part is completely different from that of the present invention, and the equipment pipe penetration hole is provided in the web part on which the present invention is based. Is not expected. Therefore, the provision of the through hole is not considered at all in the specification of the thickened portion, the relationship between the thickened portion and other portions, or the like.
本発明は上記した特許文献１、２の有している問題点を解決するためになされたものであり、後に貫通孔を設けたとしてもウェブに補強のための加工を必要としない安価な梁部材用のＨ形鋼を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems of Patent Documents 1 and 2 described above, and is an inexpensive beam that does not require reinforcement for the web even if a through hole is provided later. It aims at providing the H-section steel for members.
（１）本発明に係るＨ形鋼は、梁せいが400mm以上の梁部材用のＨ形鋼であって、該Ｈ形鋼は圧延により一体的に成形されたものであり、ウェブにおけるフランジとの接続部分に前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みよりも厚いウェブ厚肉部を有し、前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みtw1と前記ウェブ厚肉部の最大厚みtw2が1.0＜(tw2/tw1)＜2.0を満たすことを特徴とするものである。 (1) The H-section steel according to the present invention is an H-section steel for beam members having a beam length of 400 mm or more, and the H-section steel is integrally formed by rolling. of a thicker web thick portion than a thickness of the sei Ryo direction central portion of the web connecting portion, the maximum thickness t w2 of the thickness t w1 of sei Ryo direction central portion of the web the web thick portion is 1.0 <(T w2 / t w1 ) <2.0 is satisfied.
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記ウェブ厚肉部の梁せい方向の高さd2と梁せいDが(d2/D)＞0.21を満たすことを特徴とするものである。 (2) Further, in the above (1), the thickness d 2 and the beam D of the web thick portion satisfy the relationship (d 2 /D)>0.21. It is.
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記ウェブ厚肉部の梁せい方向の高さd2と前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みtw1がd2＞10・tw1を満たすことを特徴とするものである。 (3) Further, in the above-described (1) or (2), the thickness d 2 of the web thick portion in the beam ridge direction and the thickness t w1 of the web in the beam ridge direction are d 2 > It is characterized by satisfying 10 · t w1 .
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記ウェブ厚肉部の軸方向に垂直な断面形状が、略四角形状または略台形状に形成されていることを特徴とするものである。 (4) Moreover, in the thing in any one of said (1) thru | or (3), the cross-sectional shape perpendicular | vertical to the axial direction of the said web thick part is formed in substantially square shape or substantially trapezoid shape. It is characterized by.
本発明においては、ウェブにおけるフランジとの接続部分に前記ウェブの梁せい方向中央部の厚みよりも厚いウェブ厚肉部を設けているので、Ｈ形鋼を梁材として使用してウェブに貫通孔を設けたとしても補強のための加工に要する材料や手間が不要になり、使用する鋼材重量を抑えられる。また、ウェブの梁せい方向中央部の厚みtw1と前記ウェブ厚肉部の最大厚みtw2が1.0＜(tw2/tw1)＜2.0を満たすようにしているので、前記のように貫通孔を設けたとしても前記補強を別途必要とせず、かつウェブ厚肉部形成に起因するＨ形鋼の重量増を最小限に抑えることが可能となり、別途補強を必要とする場合に比較してコスト低減の効果もある。 In the present invention, since a thick web portion thicker than the thickness of the central portion of the web in the beam direction is provided at the connection portion of the web with the flange, a through hole is formed in the web using H-shaped steel as a beam material. Even if it is provided, the material and labor required for processing for reinforcement become unnecessary, and the weight of the steel material to be used can be suppressed. In addition, since the thickness t w1 of the central portion of the web in the beam direction and the maximum thickness t w2 of the web thick portion satisfy 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0, the through hole is formed as described above. Even if it is provided, the above-mentioned reinforcement is not required separately, and it is possible to minimize the increase in the weight of the H-section steel due to the formation of the thick web portion, and the cost is lower than when additional reinforcement is required. There is also a reduction effect.
本発明の一実施の形態に係る梁部材用のＨ形鋼１は、図１に示すように、梁せいが400mm以上の梁部材用のＨ形鋼であって、該Ｈ形鋼１は圧延により一体的に成形されたものであり、ウェブ３におけるフランジ５との接続部分に梁せい方向ウェブ中央部３ａの厚みよりも厚いウェブ厚肉部３ｂを有し（図１参照）、前記ウェブ３の梁せい方向中央部の厚みtw1と前記ウェブ厚肉部３ｂの最大厚みtw2が1.0＜(tw2/tw1)＜2.0を満たすことを特徴とするものである。
なお、本明細書において、ウェブ中央部３ａとは、ウェブ中央を含むウェブ厚肉部３ｂ以外の部分であってウェブ厚肉部３ｂに対して相対的に肉薄になっている部分を示している。
以下、本実施の形態に係る梁部材用のＨ形鋼１の詳細について説明する。
As shown in FIG. 1, an H-section steel 1 for a beam member according to an embodiment of the present invention is an H-section steel for a beam member having a beam length of 400 mm or more, and the H-section steel 1 is rolled. The web 3 has a thick web portion 3b that is thicker than the thickness of the web central portion 3a in the beam direction (see FIG. 1). The thickness t w1 of the central portion in the beam direction and the maximum thickness t w2 of the web thick portion 3b satisfy 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0.
In addition, in this specification, the web center part 3a is a part other than the web thick part 3b including the web center, and indicates a part that is relatively thin with respect to the web thick part 3b. .
Hereinafter, the detail of the H-section steel 1 for beam members which concerns on this Embodiment is demonstrated.
梁せいを400mm以上としているのは、本発明が中高層以上の建築物に用いる梁材を対象としているためである。よって、例えば外法一定Ｈ形鋼について考えると、梁せいDは、400mm≦D≦1000mmとなる。 The reason why the beam length is set to 400 mm or more is that the present invention is intended for beam materials used for buildings of middle and high-rises or higher. Therefore, for example, when considering an outer-method constant H-section steel, the beam dimension D is 400 mm ≦ D ≦ 1000 mm.
本実施の形態のＨ形鋼１は、ウェブ中央部３ａの厚みtw1とウェブ厚肉部３ｂの最大厚みtw2の関係が、1.0＜(tw2/tw1)＜2.0になるように設定している。
以下、この理由について説明する。
The H-section steel 1 of the present embodiment is set so that the relationship between the thickness t w1 of the web center portion 3a and the maximum thickness t w2 of the web thick portion 3b satisfies 1.0 <(t w2 / t w1 ) <2.0. doing.
Hereinafter, this reason will be described.
まず、1.0＜(tw2/tw1)としているのは、ウェブ中央部３ａに対してウェブ３におけるフランジ接続部の肉厚を厚く設定するのが本発明の特徴であるから当然である。 First, 1.0 <(t w2 / t w1 ) is natural because the thickness of the flange connecting portion in the web 3 is set to be thicker than the web central portion 3a because it is a feature of the present invention.
次に、(tw2/tw1)＜2.0について説明する。
本実施の形態のＨ形鋼１は、ウェブ３に設備配管用の貫通孔７を設けることが想定されている。したがって、Ｈ形鋼１の断面形状が満たすべき条件は、ウェブ３に貫通孔７を設けたとしても設計上想定される作用応力に対して貫通孔部が破壊されないことであり、そのための条件式は次式(1)で与えられる。
oMp≧M(x) かつ oQy≧Q(x) ・・・・・・・ (1)
ここで、左辺のoMp， oQyは貫通孔部での保有耐力で、それぞれ曲げ耐力、せん断耐力である。
Next, (t w2 / t w1 ) <2.0 will be described.
The H-section steel 1 of the present embodiment is assumed to be provided with through holes 7 for equipment piping in the web 3. Therefore, the condition that the cross-sectional shape of the H-section steel 1 should satisfy is that even if the web 3 is provided with the through-hole 7, the through-hole portion is not broken with respect to the acting stress assumed in design, and the conditional expression therefor Is given by the following equation (1).
o M p ≥ M (x) and o Q y ≥ Q (x) (1)
Here, o M p and o Q y on the left-hand side are the holding strengths in the through-hole portions, which are the bending strength and the shear strength, respectively.
ここで、Ｈ形鋼１の各部の長さ、厚みを示す記号を図２に示すように、以下のように定義する。
B：フランジ幅
D：梁せい
d1：ウェブにおける薄肉部の高さ
d2：ウェブにおける厚肉部の高さ（片側）
tw1：ウェブ中央部の厚み
tw2：ウェブ厚肉部の厚み
tf：フランジ部の厚み
Here, symbols indicating the length and thickness of each part of the H-section steel 1 are defined as shown in FIG.
B: Flange width
D: Sir Liang
d 1 : Height of thin part on web
d 2 : Height of the thick part of the web (one side)
t w1 : Web center thickness
t w2 : Thickness of web thick part
t f : Flange thickness
図３に示すように、貫通孔７は、その直径φとd1との関係において、φ≦d1の場合（図３（a））とφ＞d1の場合（図３（b））とがある。そこで、φ≦d1の場合とφ＞d1の場合のそれぞれの場合について貫通孔部での曲げ耐力oMp、せん断耐力oQyは次式で表される。
ただし、次式でMpは非貫通孔部での全塑性モーメント（後記する曲げ耐力；(5)式、(6)式中のMpと同義）、σyは降伏応力、βはせん断耐力に対する安全率（≦1.0）と定義する。
As shown in FIG. 3, in the relationship between the diameter φ and d 1 , the through-hole 7 has a case where φ ≦ d 1 (FIG. 3A) and a case where φ> d 1 (FIG. 3B). There is. Therefore, in each of the cases of φ ≦ d 1 and φ> d 1 , the bending strength o M p and the shear strength o Q y at the through hole are expressed by the following equations.
Where M p is the total plastic moment in the non-through hole (bending strength described later; synonymous with M p in equations (5) and (6)), σ y is the yield stress, β is the shear strength Is defined as the safety factor (≦ 1.0).
なお、貫通孔部以外の部位での全塑性モーメントMpは次式で表される。
(1)式における右辺のM(x)、Q(x)は設計用応力（必要耐力）で、それぞれ梁に生じる曲げモーメント、せん断力である。
建築構造物の設計においては、図４に示すように、地震力を想定した水平力Hと、建築物の自重や什器、人の重さなどを考慮した積載荷重wが作用した状態を想定し、部材断面を決定する。梁部材の貫通孔部では、作用する応力に対して破壊されないことが求められ、一般的に梁部材の貫通孔部の保有耐力（曲げモーメント、せん断力）の必要値は、水平力Hと積載荷重wが作用し、梁端が全塑性モーメントMpに安全率α（≧1.0）を乗じたαMpに達した状態を想定して求められる設計用応力（曲げモーメント、せん断力）を上回るという条件から求められる（(1)式）。
In the equation (1), M (x) and Q (x) on the right side are design stresses (necessary proof stress), which are the bending moment and shear force generated in the beam, respectively.
In the design of building structures, as shown in Fig. 4, it is assumed that a horizontal force H that assumes seismic force and a load w that takes into account the building's own weight, furniture, human weight, etc. are applied. The member cross section is determined. The through-hole part of the beam member is required not to be destroyed by the applied stress. Generally, the required value of the holding strength (bending moment, shearing force) of the through-hole part of the beam member is the horizontal force H and loading that the load w is applied, the beam end is above the full plastic moment M p safety factor alpha (≧ 1.0) and multiplied by the .alpha.M p reached the state assumed by sought designed for stress (bending moment, shear force) Calculated from the conditions (Equation (1)).
図５に、このときの梁に生じる曲げモーメント分布M(x)とせん断力分布Q(x)を図示する。ただし、図５中のxは図４に示すように梁端からの距離を表す。M(x)とQ(x)は図５を参照し、それぞれ次式で与えられる。 FIG. 5 illustrates a bending moment distribution M (x) and a shearing force distribution Q (x) generated in the beam at this time. However, x in FIG. 5 represents the distance from the beam end as shown in FIG. M (x) and Q (x) are given by the following equations with reference to FIG.
貫通孔７が梁材軸方向に複数設けられる場合、貫通孔７の位置ごとに設計用応力M(x)、Q(x)は異なるが、梁の設計ではその最大値に基づいて設計すればよい。 When a plurality of through-holes 7 are provided in the beam material axial direction, the design stresses M (x) and Q (x) are different for each position of the through-hole 7, but the beam design should be based on the maximum value. Good.
ここで、一例として、図６に示すようにスパンl=5.6m、l=7.2mの梁を対象とし、(1)式を満足するためのtw2とφとの関係を導出する。ただし、最も応力が厳しくなる貫通孔７は梁端よりx=max(D，0.15l)の位置にあるものとする。x=max(D，0.15l)とは、xがDと0.15lのうちの何れか大きい方であることを意味する。
ここでは、図７に示す各部の寸法は以下の寸法に設定した。なお、図７（a）は貫通孔７が設けられていない部位の断面であり、図７（b）は貫通孔７が設けられている部位の貫通孔７の中心断面である。
B＝250mm、tw1＝16mm、tf＝28mm
また、w=90N/mm、σy=325N/mm2、α=1.1、β=0.85と設定した。そして、d1/D=1/3、1/2、2/3のそれぞれについて試算し、その結果を図８（H-900x250）、図９（H-800x250）に示す。ただし、図８、図９でグレーのハッチをかけた領域が(1)式を満足するtw2とφとなる。
Here, as an example, as shown in FIG. 6, a beam having spans l = 5.6 m and l = 7.2 m is taken as an object, and a relationship between tw2 and φ for satisfying the expression (1) is derived. However, it is assumed that the through-hole 7 where the stress is most severe is located at a position x = max (D, 0.15 l) from the beam end. x = max (D, 0.15l) means that x is the larger of D and 0.15l.
Here, the dimension of each part shown in FIG. 7 was set to the following dimensions. 7A is a cross section of a portion where the through hole 7 is not provided, and FIG. 7B is a central cross section of the through hole 7 where the through hole 7 is provided.
B = 250mm, t w1 = 16mm , t f = 28mm
In addition, w = 90 N / mm, σ y = 325 N / mm 2 , α = 1.1, and β = 0.85 were set. Then, each of d 1 / D = 1/3, 1/2, and 2/3 was estimated, and the results are shown in FIG. 8 (H-900 × 250) and FIG. 9 (H-800 × 250). However, the gray hatched regions in FIGS. 8 and 9 are tw2 and φ that satisfy the equation (1).
図８、図９より、貫通孔径φが梁せいDの半分〜6割程度（即ちφ/D=0.5〜0.6程度）の場合、tw2はtw1の2倍程度あれば(1)式を満足し、設計用応力に対して貫通孔部で壊れないＨ形断面にすることが可能なことがわかる。
他方、tw2がtw1の2倍を超える場合、通常形状のＨ形断面部材を用いる場合に比べて鋼材重量の増加が大きく、ウェブ３に厚肉部を設けたＨ形鋼１を用いることによるコスト低減のメリットが出にくいと考えられる。
以上より、本発明で提案するＨ形鋼１ではtw2/tw1＜2.0として、(1)式を満足するよう断面形状、貫通孔位置を設定するのが好適である。
8 and 9, when the through hole diameter φ is about half to 60% of the beam dimension D (that is, φ / D = about 0.5 to 0.6), if t w2 is about twice t w1 , formula (1) It can be seen that it is possible to achieve an H-shaped cross section that does not break at the through-hole portion with respect to the design stress.
On the other hand, when t w2 exceeds twice t w1 , the increase in the steel material weight is larger than when using a normal-shaped H-shaped cross-section member, and H-section steel 1 in which a thick portion is provided on the web 3 should be used. It is thought that the merit of cost reduction by is difficult.
From the above, in the H-section steel 1 proposed in the present invention, it is preferable to set t w2 / t w1 <2.0 and set the cross-sectional shape and the through hole position so as to satisfy the expression (1).
参考として、図１０に示す梁（スパンｌ＝7200mm、d1＝D/2、φ＝d1）を対象として、梁せいD=800mm、900mm、1000mmの各断面について、(1)式を満足するＨ形鋼１の形状を表１（D=800mm）、表２（D=900mm）、表３（D=1000mm）に示す。 For reference, the beam shown in Fig. 10 (span 1 = 7200 mm, d 1 = D / 2, φ = d 1 ), and for each cross section of the beam D = 800 mm, 900 mm, and 1000 mm, equation (1) is satisfied. Table 1 (D = 800 mm), Table 2 (D = 900 mm), and Table 3 (D = 1000 mm) show the shapes of the H-section steel 1 to be used.
なお、他のサイズのＨ形鋼についても、ウェブ中央部３ａの厚みtw1とウェブ厚肉部３ｂの厚みtw2との関係が、tw2/tw1＜2.0の条件であっても、ウェブ３に貫通孔７を設けたとしても設計上想定される作用応力に対して貫通孔部が破壊されないＨ形鋼の形状設定が可能であることを確認している。 For other sizes of H-section steel, even if the relationship between the thickness t w1 of the web central portion 3a and the thickness t w2 of the web thick portion 3b is t w2 / t w1 <2.0, Even if the through-hole 7 is provided in FIG. 3, it has been confirmed that it is possible to set the shape of the H-section steel so that the through-hole portion is not broken with respect to the acting stress assumed in the design.
以上のように、本実施の形態においては、ウェブ中央部３ａの厚みtw1とウェブ厚肉部３ｂの厚みtw2との関係が、tw2/tw1＜2.0の条件を満たすようにしたので、ウェブ３に貫通孔７を設けたとしても設計上想定される作用応力に対して貫通孔部が破壊されず、かつウェブ厚肉部３ｂを設けているにもかかわらず鋼材重量の増加を抑制して通常のＨ形鋼に対して補強加工するのに比較してコスト低減のメリットを出すことができる。 As described above, in the present embodiment, the relationship between the thickness t w1 of the web center portion 3a and the thickness t w2 of the web thick portion 3b satisfies the condition of t w2 / t w1 <2.0. Even if the through-hole 7 is provided in the web 3, the through-hole portion is not broken against the acting stress assumed in the design, and the increase in the weight of the steel material is suppressed despite the web thick portion 3b being provided. And the merit of cost reduction can be taken out compared with reinforcing with respect to normal H-section steel.
また、本発明では、ウェブ厚肉部３ｂの高さ（片側）d2と梁せいDの関係が、(d2/D）＞0.21であることが好ましいとしている。
これは、本発明では、厚肉部の厚みtw2とウェブ中央部の厚みtw1をtw2/tw1＜2.0になるように規定しており、これは厚肉部がウェブ中央部３ａの厚みの2倍を超えないことを意味しており、厚みの差があまり大きくならないようにしている。そのため、設備用貫通孔７を設けた場合の耐力を保証する関係から、厚肉部の高さを所定長さ確保する必要がある。この所定長さについて梁せいDとの関係で検討したところ、ウェブ厚肉部３ｂの高さ（片側）d2は梁せいDの0.21倍超であることが好ましいとの知見が得られ、それを数式によって表現したものが、(d2/D)＞0.21である。
In the present invention, the relationship between the height (one side) d 2 of the web thick portion 3b and the beam D is preferably (d 2 /D)>0.21.
According to the present invention, the thickness t w2 of the thick wall portion and the thickness t w1 of the web center portion are defined so as to satisfy t w2 / t w1 <2.0. This means that it does not exceed twice the thickness, so that the difference in thickness does not become too large. For this reason, it is necessary to secure the height of the thick portion by a predetermined length in order to guarantee the yield strength when the through-hole 7 for equipment is provided. Was examined for this predetermined length in relation to the Sei Ryo D, the height of the web thick portion 3b (side) d 2 is obtained knowledge that it is preferable that 0.21-fold of the Sei Ryo D, it (D 2 /D)>0.21.
また、本発明では、ウェブ厚肉部３ｂの梁せい方向の高さd2とウェブ３の梁せい方向中央部の厚みtw1がd2＞10・tw1を満たすのが好ましいとしている。
この理由についても、上記と同様に、設備用貫通孔７を設けた場合の耐力を保証する関係から、厚肉部の高さを所定長さ確保する必要があり、この所定長さについてウェブ中央部３ａの厚みtw1との関係で検討したところ、ウェブ厚肉部３ｂの高さ（片側）d2はウェブ中央部３ａの厚みtw1の10倍超であることが好ましいとの知見が得られ、それを数式によって表現したものが、d2＞10・tw1である。
In the present invention, the thickness t w1 of Sei Ryo direction central portion of the Sei Ryo direction of the height d 2 and web 3 web thick portion 3b is preferred to satisfy the d 2> 10 · t w1.
For this reason as well, it is necessary to secure the height of the thick wall portion to a predetermined length from the relationship of guaranteeing the yield strength when the through hole 7 for equipment is provided. was examined in relation to the thickness t w1 parts 3a, obtained knowledge that it is preferable that the height of the web thick portion 3b (side) d 2 is 10 times greater than the thickness t w1 of the web central portion 3a It is expressed by a mathematical formula as d 2 > 10 · t w1 .
本発明の効果を有限要素法解析によって確認したので、これについて以下の実施例で説明する。 Since the effect of the present invention has been confirmed by finite element analysis, this will be described in the following examples.
図１１は有限要素法解析の解析モデルの説明図である。梁の一端を固定端とし、梁先端に図１１に示した矢印方向に所定変位を加える。つまり、梁先端の鉛直方向に所定変位しては、次の所定変位を加えていく。
したがって、梁端部には、曲げとせん断力が作用することになる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of an analysis model of the finite element method analysis. One end of the beam is used as a fixed end, and a predetermined displacement is applied to the beam tip in the direction of the arrow shown in FIG. In other words, after the predetermined displacement in the vertical direction of the beam tip, the next predetermined displacement is added.
Therefore, bending and shearing force act on the beam end.
本実施例の梁のモデルは、Ｈ-600×200×11×17、長さ1200mm、SN490のＨ形鋼である。実施例１としては、ウェブの一部を増厚したＨ形鋼を用いたものであり、ウェブの厚肉部は片側で、長さを133mm（梁せいDに対して、0.22）とし、板厚をウェブ中央部３ａより10.5mmアップ（tw2＝1.95・tw1）した、矩形状である。
また、実施例２は、実施例１で用いたＨ形鋼に、φ300mm（梁せいの1/2）の貫通孔７（円孔）を設けたモデルである。円孔の中心は、固定端部から420mmの位置にある。
The beam model of this embodiment is H-shaped steel of H-600 × 200 × 11 × 17, length of 1200 mm, SN490. Example 1 uses H-shaped steel with part of the web thickened, the thick part of the web is on one side, the length is 133 mm (0.22 relative to beam D), It has a rectangular shape with a thickness increased by 10.5 mm (t w2 = 1.95 · t w1 ) from the web central portion 3a.
In addition, Example 2 is a model in which the H-shaped steel used in Example 1 is provided with a through hole 7 (circular hole) having a diameter of 300 mm (1/2 of the beam). The center of the circular hole is located 420 mm from the fixed end.
また、比較のために、比較例１として実施例１のＨ形鋼断面（Ｈ-600×200×11×17）で厚肉部及び貫通孔７の無い場合のモデルである。また、比較例２として比較例１と同じＨ形鋼（Ｈ-600×200×11×17）に実施例２と同径の貫通孔７を同位置に設けたモデルである。 Further, for comparison, a model in which the thick section and the through-hole 7 are not present in the H-shaped steel section (H-600 × 200 × 11 × 17) of Example 1 as Comparative Example 1 is shown. Further, as Comparative Example 2, the same H-section steel as in Comparative Example 1 (H-600 × 200 × 11 × 17) is provided with a through hole 7 having the same diameter as that of Example 2 at the same position.
図１２は本実施例の解析結果を示すグラフであり、縦軸は梁に加わる荷重（部材端モーメント（kN・m））、横軸は梁の鉛直変位（部材角(rad)）である。
図１２における比較例１（貫通孔無し）のグラフをみると、載荷により原点から弾性変形を開始し、降伏した後、極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいることが分かる。
一方、同じく図１２中に示した実施例１のグラフをみると、比較例１と比較してウェブ厚肉部３ｂの効果により、最大耐力が1割程度大きくなっているものの、断面形状を工夫していることから著しい耐力上昇は抑えられていることがわかる。耐力上昇を抑えているので、前述した「梁崩壊メカニズムを形成させる設計」をとることができる。
FIG. 12 is a graph showing the analysis results of this example, where the vertical axis represents the load applied to the beam (member end moment (kN · m)), and the horizontal axis represents the vertical displacement of the beam (member angle (rad)).
From the graph of Comparative Example 1 (without through-holes) in FIG. 12, it can be seen that the plastic deformation is proceeding while being slightly hardened after starting the elastic deformation from the origin by loading and yielding.
On the other hand, when the graph of Example 1 shown in FIG. 12 is also seen, the maximum proof stress is increased by about 10% due to the effect of the web thick portion 3b as compared with Comparative Example 1, but the cross-sectional shape is devised. From this, it can be seen that a significant increase in yield strength is suppressed. Since the increase in yield strength is suppressed, the above-described “design to form a beam collapse mechanism” can be taken.
また、図１２中に示した実施例２のグラフを、比較例１と比較してみると、部材角で十分な変形能力といえる1/40（＝0.025）まで、比較例１と同様な挙動を示し、貫通孔補強を必要としないことがわかる。さらに、図１２中に示した比較例２と比較すると、実施例２は、貫通孔７の断面欠損による断面耐力の低下を補強し、著しい改善効果が現れていることが分かる。 Further, when the graph of Example 2 shown in FIG. 12 is compared with Comparative Example 1, the behavior similar to that of Comparative Example 1 is obtained up to 1/40 (= 0.025), which can be said to be a sufficient deformation capability at the member angle. It can be seen that through-hole reinforcement is not required. Furthermore, when compared with Comparative Example 2 shown in FIG. 12, it can be seen that Example 2 reinforces the decrease in the cross-sectional strength due to the cross-sectional defect of the through-hole 7 and exhibits a significant improvement effect.
以上の解析結果により、本実施例によれば、別途補強をせずとも貫通孔７の断面欠損による断面耐力の低下を防止できることが実証された。
以上のように本発明は、将来貫通孔７を設けたとしてもウェブに補強のための加工を必要としない低廉な製造費用で強度上も無駄の無い経済的な建築用Ｈ形鋼梁を提供できる。
From the above analysis results, it was proved that according to the present example, it is possible to prevent a decrease in the cross-sectional strength due to the cross-sectional defect of the through-hole 7 without further reinforcement.
As described above, the present invention provides an economical H-shaped steel beam for construction that does not require reinforcement for the web even if a through-hole 7 is provided in the future, and that is inexpensive and inexpensive in terms of strength. it can.
なお、上記の説明では、ウェブ厚肉部３ｂの形状として、ウェブ軸方向に垂直な断面形状が、略四角形状のものを示したが、図１３に示すように、ウェブ中央側からフランジ側に向った厚みが増すように形成され、ウェブ軸方向に垂直な断面が略台形状になるようにしてもよい。この場合には、上記の数式等で用いたウェブ厚肉部３ｂの厚みtw2としては最大厚みを用いるようにすればよい。
また、ウェブ厚肉部３ｂの形状の他の態様として、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにウェブ中心軸に対して左右非対称であってもよい。
In the above description, as the shape of the web thick portion 3b, the cross-sectional shape perpendicular to the web axis direction is a substantially square shape. However, as shown in FIG. The cross section perpendicular to the web axis direction may be formed in a substantially trapezoidal shape so as to increase the thickness in the direction. In this case, it suffices to use a maximum thickness as the thickness t w2 of the web thick portion 3b used in the above equation, and the like.
Further, as another aspect of the shape of the web thick portion 3b, as shown in FIGS. 14A and 14B, the web thick portion 3b may be asymmetric with respect to the web center axis.
１ Ｈ形鋼
３ ウェブ
３ａ ウェブ中央部
３ｂ ウェブ厚肉部
５ フランジ
７ 貫通孔
1 H-section steel 3 Web 3a Web central part 3b Web thick part 5 Flange 7 Through hole
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