JP6250346B2

JP6250346B2 - 鉄骨梁の横座屈補剛構造

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Publication number: JP6250346B2
Application number: JP2013200756A
Authority: JP
Inventors: 賢二古海; 森田　隆司; 隆司森田; 吉田　文久; 文久吉田; 平松　剛; 平松　　剛; 聡北岡; 啓一高田; 福田　浩司; 浩司福田; 清三郎東
Original assignee: Nippon Steel Corp; Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP2015067978A

Description

この発明は、Ｈ形鋼を鉄骨造建物の大梁に使用する場合に適用される鉄骨梁の横座屈補剛構造に関する。

Ｈ形鋼を鉄骨造建物の大梁に使用する場合に大梁の横座屈を補剛する方法が多数提案されている。例えば、特許文献１には、Ｈ形鋼の上下フランジ間にアングル材等の補剛材を設置する技術が開示されている。また、特許文献２には、補剛材として半割鋼管を使用することが開示されている。他に、関連する先行技術文献として、特許文献３〜５が挙げられる。

特許第３１３１０３９号特開平５−３０２３９７号公報特許第５１０５０１６号特許第３８３８５６６号実開平４−１１８０８号公報

上記特許文献１，２のように補剛材を設けることで鉄骨梁の横座屈耐力が向上することは認められるが、両特許文献には、横座屈耐力の向上に効果的な補剛材の設置位置や厚さ等についての記載はない。また、特許文献１，２のものは、補剛材としてアングル材や半割鋼管等の特殊な形状のものを使用するため、コストが高くなるという問題がある。

この発明の目的は、単純な形状の補剛材を効果的な位置に設置することで、コストを抑えつつ横座屈耐力を向上させることができる鉄骨梁の横座屈補剛構造を提供することである。

この発明の鉄骨梁の横座屈補剛構造は、Ｈ形鋼からなりフランジを上下に位置させた大梁となる鉄骨梁に適用され、この鉄骨梁の梁端から離れかつこの梁端付近の箇所に、幅方向が前記鉄骨梁の長さ方向に沿う平板状の補剛プレートを前記上下のフランジの各先端間にわたって設け、前記補剛プレートの上下両端を前記上下のフランジにそれぞれ溶接したことを特徴とする。

この横座屈補剛構造によると、鉄骨梁の梁端付近の上下のフランジ間にわたって補剛プレートを設けることにより、鉄骨梁の反りおよびねじりに対する抵抗力が上がり、横座屈耐力が向上する。補剛プレートを鉄骨梁の全長にわたって設けるのではなく、梁端付近の一部に設けるだけであるので、材料が少なくて済み、コスト低減を図れる。また、補剛プレートは平板状であり簡素な形状の補剛材であるため、補剛材自体のコストも低減することができる。

この発明において、前記鉄骨梁の長さをＬとした場合、前記鉄骨梁の梁端から前記補剛プレートの幅方向の中心までの長さを０．０９Ｌないし０．１６Ｌの範囲内とするのが良い。
試験を行った結果、鉄骨梁の梁端から補剛プレートの幅方向の中心までの長さが０．０９Ｌないし０．１６Ｌの範囲内であると、横座屈耐力の向上に効果があることが分かった。さらに、同長さが０．１２Ｌ付近である場合に、効果が最も高いことが分かった。同長さが０．０９Ｌ未満の場合、および０．１６Ｌを超える場合は、横座屈に対する補剛効果が小さく、実用に適しない。

この発明において、前記補剛プレートは、前記鉄骨梁の両側の梁端付近における前記鉄骨梁のウェブの両側の計４箇所に設けても良い。
補剛プレートは、鉄骨梁の長さ方向につき片側の梁端付近だけに設けても効果があるが、両側の梁端付近に設けると効果がより高くなる。また、補剛プレートは、鉄骨梁のウェブの断面につき片側だけに設けても効果があるが、ウェブの両側に設けると効果がより高くなる。よって、上記４箇所に補剛プレートを設けることで、横座屈耐力が十分に高い鉄骨梁とすることができる。

上記４箇所に補剛プレートを設ける場合、前記補剛プレートの厚さは前記鉄骨梁の前記ウェブの厚さと同じであり、かつ前記補剛プレートの幅は前記鉄骨梁の梁せいの１／２とするのが良い。
補剛プレートの厚さが厚く、かつ幅が広い方が、鉄骨梁の横座屈耐力は大きい。しかし、ただ単に厚さを厚く幅を広くしただけでは、材料の無駄が多い。試験を行った結果、上記のように補剛プレートの寸法を定めると、補剛プレートの材料の量を節約しつつ、横座屈耐力の向上に対して有効な高い効果が得られることが分かった。

この発明の鉄骨梁の横座屈補剛構造は、Ｈ形鋼からなりフランジを上下に位置させた大梁となる鉄骨梁に適用され、この鉄骨梁の梁端から離れかつこの梁端付近の箇所に、幅方向が前記鉄骨梁の長さ方向に沿う平板状の補剛プレートを前記上下のフランジの各先端間にわたって設け、前記補剛プレートの上下両端を前記上下のフランジにそれぞれ溶接したため、単純な形状の補剛材を効果的な位置に設置した構造となり、コストを抑えつつ横座屈耐力を向上させることができる。

（Ａ）この発明の実施形態にかかる鉄骨梁の横座屈補剛構造が適用された大梁の正面図、（Ｂ）はIＢ−IＢ断面図である。補剛効果を確かめる試験の説明図である。（Ａ）は補剛効果を確かめる第１の試験の概要を示す説明図、（Ｂ）はこの第１の試験の梁端モーメントと梁端回転角との関係を示すグラフである。（Ａ）は補剛効果を確かめる第２の試験の概要を示す説明図、（Ｂ）はこの第２の試験の梁端モーメントと梁端回転角との関係を示すグラフである。（Ａ）は補剛効果を確かめる第３の試験の概要を示す説明図、（Ｂ）はこの第３の試験の梁端モーメントと梁端回転角との関係を示すグラフである。補剛効果を確かめる第４の試験の概要を示す説明図である。この第４の試験の梁端モーメントと梁端回転角との関係を示すグラフである。（Ａ）は補剛効果を確かめる第５の試験の概要を示す説明図、（Ｂ）はこの第５の試験の梁端モーメントと梁端回転角との関係を示すグラフである。

この発明の鉄骨梁の横座屈補剛構造を図面と共に説明する。
この発明は鉄骨造建物の大梁に適用されるものであり、図１に示すように、大梁となる鉄骨梁１は、フランジ１ａ，１ｂを上下に位置させたＨ形鋼からなる。この鉄骨梁１の横座屈耐力を向上させるために、鉄骨梁１の梁端から離れかつこの梁端付近の箇所に、幅方向が鉄骨梁１の長さ方向に沿う平板状の補剛プレート２を上下のフランジ１ａ，１ｂの各先端間にわたって設ける。補剛プレート２の上下両端は、上下のフランジ１ａ，１ｂにそれぞれ溶接する。この溶接は、例えば、補剛プレート２の全幅にわたって連続する溶接部３により行う。また、補剛プレート２およびフランジ１ａ，１ｂの両方またはいずれか一方に斜めの開先を設けて溶接を行なっても良く、開先を設けずに溶接を行なっても良い。図の例は、鉄骨梁１の両側の梁端付近におけるウェブ１ｃの両側の計４箇所に、補剛プレート２が設けられている。

この横座屈補剛構造によると、鉄骨梁１の梁端付近の上下のフランジ１ａ，１ｂ間にわたって補剛プレート２を設けることにより、鉄骨梁１の反りおよびねじりに対する抵抗力が上がり、横座屈耐力が向上する。補剛プレート２を鉄骨梁１の全長にわたって設けるのではなく、梁端付近の一部に設けるだけであるので、材料が少なくて済み、コスト低減を図れる。また、補剛プレート２は平板状であり簡素な形状の補剛材であるため、補剛材自体のコストも低減することができる。

鉄骨梁１の横座屈耐力を向上させるのに効果的な補剛プレート２の設置位置や厚さ等を求めるために、補剛プレート２の補剛効果を確かめる試験を行った。具体的な試験の方法および結果については、後で説明する。試験結果を総合的に解析検証することにより、以下のことが分かった。

横座屈を補剛する効果は、補剛プレート２の設置位置、厚さｔ_Ｐ、幅ｗによって変わる。また、必要とされる補剛プレート２の厚さｔ_Ｐおよび幅ｗは、鉄骨梁１の断面形状・寸法によって異なる。

補剛プレート２の設置位置に関しては、鉄骨梁１の長さをＬとした場合、補剛プレート２の幅方向の中心位置が鉄骨梁１の梁端から０．１２Ｌ付近である場合に、最も補剛効果が高い。０．０５Ｌないし０．２５Ｌの範囲内である場合も、効果が認められる。ただし、０．１２Ｌから離れるほど、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐおよび幅ｗを大きくする必要がある。

必要とされる補剛プレート２の厚さｔ_Ｐおよび幅ｗは、両者の組合せによって決まる。つまり、厚さｔ_Ｐが薄いほど幅ｗを広くする必要があり、逆に、厚さｔ_Ｐが厚ければ幅ｗを狭くできる。

補剛プレート２は、鉄骨梁１の長さ方向につき片側の梁端付近だけに設けても効果があるが、両側の梁端付近に設けると効果がより高くなる。また、補剛プレート２は、鉄骨梁１の断面につきウェブ１ｃの片側だけに設けても効果があるが、ウェブ１ｃの両側に設けると効果がより高くなる。

鉄骨梁１の両側の梁端付近におけるウェブ１ｃの両側の計４箇所に補剛プレート２を設け、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐが鉄骨梁１のウェブ１ｃの厚さｔ_１と同じである場合、補剛プレート２の幅Ｂは鉄骨梁１の梁せいＨの１／２であるのが好ましい。

補剛プレート２を鉄骨梁１の長さ方向につき片側の梁端付近だけに設ける場合、または補剛プレート２を鉄骨梁１の断面につきウェブ１ｃの片側だけに設ける場合は、補剛プレート２を４箇所に設ける場合と比べて、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐおよび幅ｗを大きくする必要がある。

以上の検証結果を考慮することで、鉄骨梁１に補剛プレート２を効果的に設置することができる。具体例を示すと、例えば図１に鉄骨梁１において、梁せいＨ、幅Ｂ、ウェブ１ｃの厚さｔ_１、フランジ１ａ，１ｂの厚さｔ_２がそれぞれ１０００ｍｍ、２５０ｍｍ、１６ｍｍ、２２ｍｍで、長さＬが９０００ｍｍである場合、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐは１６ｍｍ、幅Ｗは６００ｍｍ、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌを１１００ｍｍとする。このように補剛プレート２を設置することにより、補剛プレート２の材料の量を節約しつつ、横座屈耐力の向上に対して高い効果が得られる。また、図１のように上記４箇所に補剛プレート２を設けると、横座屈耐力が十分に高い鉄骨梁１となる。

以下に、補剛プレート２の補剛効果を確かめる試験について説明する。解析モデルとして、図２のように、梁せいＨ、幅Ｂ、ウェブ１ｃの厚さｔ_１、フランジ１ａ，１ｂの厚さｔ_２がそれぞれ１０００ｍｍ、２５０ｍｍ、１６ｍｍ、２２ｍｍで、長さＬが１００００ｍｍであるＨ形鋼からなる鉄骨梁１を用いた。そして、この鉄骨梁１の両端に曲げモーメントからなる梁端モーメントＭを与えて、鉄骨梁１の梁端回転角θを検出し、梁端モーメントＭと梁端回転角θの関係をグラフに表した。

第１の試験では、図３のように、補剛プレート２の幅Ｗは８００ｍｍ、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌは１０００ｍｍにそれぞれ固定し、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐを１９ｍｍ、１６ｍｍ、１２ｍｍ、９ｍｍの４通りに変えて試験を行い、補剛プレート２が設けられていない場合と比較した。その結果、補剛プレート２を設けることで、横座屈耐力が増すことが確認された。また、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐが厚くなるほど、横座屈耐力も大きくなることが確認された。

第２の試験では、図４のように、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐは１６ｍｍ、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌは１２００ｍｍにそれぞれ固定し、補剛プレート２の幅ｗを１０００ｍｍ、８００ｍｍ、５００ｍｍ、２００ｍｍの４通りに変えて試験を行い、補剛プレート２が設けられていない場合と比較した。その結果、補剛プレート２の幅ｗが広くなるほど、横座屈耐力も大きくなることが確認された。

第３の試験では、図５のように、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐは１６ｍｍ、補剛プレート２の幅Ｗは１０００ｍｍ、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌは１２００ｍｍにそれぞれ固定し、補剛プレート２の設置個数と設置箇所をそれぞれ変えて試験を行い、補剛プレート２が設けられていない場合と比較した。その結果、鉄骨梁１の両端かつ両面の４箇所に補剛プレート２を設けた場合、横座屈に対する補剛効果が最も高いことが確認された。また、補剛プレート２を１箇所にだけ設けるよりも、補剛プレート２を２箇所に設ける方が、補剛効果が高いことが確認された。補剛プレート２を２箇所に設ける場合は、設置個所を両端同面とすると良いことが分かった。

第４の試験では、図６Ａのように、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐは１６ｍｍ、補剛プレート２の幅Ｗは８００ｍｍにそれぞれ固定し、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌ（ｍｍ）を、図６Ｂのように、４００（０．０４Ｌ），５００（０．０５Ｌ），６００（０．０６Ｌ），７００（０．０７Ｌ），８００（０．０８Ｌ），９００（０．０９Ｌ），１０００（０．１Ｌ），１２００（０．１２Ｌ），１６００（０．１６Ｌ），１８００（０．１８Ｌ），２０００（０．２Ｌ），２５００（０．２５Ｌ）の１２通りに変えて試験を行い、補剛プレート２が設けられていない場合と比較した。その結果、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌが１２００ｍｍである場合に横座屈耐力が最も大きく、これより長くなっても短くなっても横座屈耐力が小さくなるが、９００（０．０９Ｌ）〜１６００（０．１６Ｌ）では安定した補剛効果が生じていることが確認された。８００（０．０８Ｌ）以下では特に不安定であった。この結果から、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌは、０．０９Ｌ〜０．１６Ｌであることが好ましいことが分かる。

第５の試験では、補剛プレート２の適用下限値の検討を行った。この試験では、解析モデルとして、梁せいＨ、幅Ｂ、ウェブ１ｃの厚さｔ_１、フランジ１ａ，１ｂの厚さｔ_２がそれぞれ１５０ｍｍ、７５ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍで、長さＬが５０００ｍｍであるＨ形鋼からなる鉄骨梁１を用いた。そして、補剛プレート２の幅Ｗは７５ｍｍ、鉄骨梁１の梁端から補剛プレート２の幅方向の中心までの長さｌは５００ｍｍにそれぞれ固定し、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐを１２ｍｍ、９ｍｍ、６ｍｍ、４．５ｍｍ、３．２ｍｍの５通りに変えて前記同様の試験を行い、補剛プレート２が設けられていない場合と比較した。その結果、鉄骨梁１のサイズが小さくなると、補剛プレート２を設けても第１ないし第４の試験ほどの効果はないが、少しの効果は認められた。また、補剛プレート２の厚さｔ_Ｐが厚いほど補剛効果が高いことが確認された。

１…鉄骨梁
１ａ，１ｂ…フランジ
１ｃ…ウェブ
２…補剛プレート

Claims

Ｈ形鋼からなりフランジを上下に位置させた大梁となる鉄骨梁に適用され、この鉄骨梁の梁端から離れかつこの梁端付近の箇所に、幅方向が前記鉄骨梁の長さ方向に沿う平板状の補剛プレートを前記上下のフランジの各先端間にわたって設け、前記補剛プレートの上下両端を前記上下のフランジにそれぞれ溶接したことを特徴とする鉄骨梁の横座屈補剛構造。
請求項１に記載の鉄骨梁の横座屈補剛構造において、前記鉄骨梁の長さをＬとした場合、前記鉄骨梁の梁端から前記補剛プレートの幅方向の中心までの長さを０．０９Ｌないし０．１６Ｌの範囲内とした鉄骨梁の横座屈補剛構造。
請求項１または請求項２に記載の鉄骨梁の横座屈補剛構造において、前記補剛プレートを、前記鉄骨梁の両側の梁端付近における前記鉄骨梁のウェブの両側の計４箇所に設けた鉄骨造の横座屈補剛構造。
請求項３に記載の鉄骨梁の横座屈補剛構造において、前記補剛プレートの厚さは前記鉄骨梁の前記ウェブの厚さと同じであり、かつ前記補剛プレートの幅は前記鉄骨梁の梁せいの１／２である鉄骨梁の横座屈補剛構造。