JP6540242B2 - 溝形軽量形鋼 - Google Patents

Description

本発明は、所定の断面形状で奥行方向に延びる溝形軽量形鋼に関する。

従来から、天井、床及び壁体を予め一体に複合化してなる建築物を提供するものとして、特許文献１に開示される部屋ボックスが提案されている。また、ウェブ、フランジの肉厚を変更することにより、断面性能、外径寸法を維持しながら重量の軽い軽量形鋼等を提供するものとして、特許文献２〜４に開示される軽量形鋼等が提案されている。

特許文献１に開示された部屋ボックスは、複数のＣ型断面の溝形鋼を方形枠状に接合することで天井フレームが構成されて、天井フレーム外側面の接合プレートより下向きに突出したボルトを、軸組フレーム上弦材へ挿通するようにして、その水平片を上弦材の上に載せて、下側からナットが締め付けられる。

特許文献２に開示された軽量形鋼は、鋼帯を幅方向に曲げ加工することによって形成されたコ型、Ｌ型又はＺ型断面をもち、鋼帯あるいは形鋼の幅方向両端部を幅方向中央に向かって押圧することにより、形鋼のフランジの一部あるいは全域に相当する領域を素材鋼帯の厚さよりも厚く増肉加工することにより、フランジの一部又は全部がウェブより肉厚になっている。

特許文献３に開示された二重フランジ軽量形鋼は、長尺鋼板の幅方向を断面形状略コ字に折曲形成され、前記略コ字断面形状のフランジ先端から１８０度折返し曲げて鋼板を二重にしたフランジと、ウェブの中央部が単板で構成されていることを特徴とする。

特許文献４に開示された複層軽量Ｈ形鋼は、長尺鋼板の幅方向が断面形状略Ｈ字に折曲形成され、前記略Ｈ字断面形状のフランジ先端から１８０度折返し曲げで鋼板を重合したフランジと、外側ウェブの中央部が単板で構成されていることを特徴とする。

特開２００１−０５５８０６号公報 特開２００３−１４７９００号公報 特開２０１１−１０６１４９号公報 特開２０１１−１６２９９２号公報

しかし、特許文献１に開示された部屋ボックスは、Ｃ型断面の溝形鋼において、ウェブからフランジまで架設される架設部が設けられていないため、フランジとウェブとが鋼板等から一体的に形成されることで、フランジに発生する応力の大きさを基準としてウェブの板厚を大きくすることが必要となり、単位重量当たりの断面二次モーメントが相対的に低く、単位重量当たりの曲げ剛性が相対的に小さくなる。

また、特許文献２〜４に開示された軽量形鋼等は、ウェブからフランジまで架設される架設部が設けられていないため、特に、フランジの幅厚比を小さくすることができないことから、単位重量当たりで高い座屈耐力を確保することができず、例えば、一対の溝形鋼を背中合わせにした梁又は柱等の構造部材において、構造部材の単位重量当たりの座屈耐力を向上させることができないものとなる。

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り、その目的とするところは、一対の溝形軽量形鋼を背中合わせにした構造部材の曲げ剛性と座屈耐力を向上させて、発生する応力の大きさに応じた合理的で経済的な設計を実現することのできる溝形軽量形鋼を提供することにある。

第１発明に係る溝形軽量形鋼は、所定の断面形状で奥行方向に延びる溝形軽量形鋼であって、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の幅方向の一方の側端側で高さ方向に延びるウェブと、前記ウェブから前記フランジまで架設される架設部とを備え、前記ウェブは、高さ方向の何れか一方又は両方の端部が、前記端部に近接する前記フランジから高さ方向に間隔を空けて配置されて、一対の前記フランジの何れか一方又は両方よりも薄い板厚で、幅方向の両面が略平坦に形成され、前記架設部は、前記ウェブの前記端部から前記端部に近接する前記フランジまで、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間するように傾斜して延びて、前記フランジに溶接により接合されることを特徴とする。

第２発明に係る溝形軽量形鋼は、第１発明において、前記架設部は、前記フランジに接合される接合箇所を、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間させた離間距離Ｗｆが、下記（１）式により規定される関係を満足することを特徴とする。ここで、Ｂ：前記フランジの幅寸法（Ｂ＞２０ｍｍ）とする。

［数１］
２０ｍｍ≦Ｗｆ≦１．０×Ｂ ・・・（１）

第３発明に係る溝形軽量形鋼は、第１発明又は第２発明において、前記架設部は、前記フランジに接合される接合箇所を、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間させた離間距離Ｗｆが、下記（２）式により規定される関係を満足することを特徴とする。ここで、Ｂ：前記フランジの幅寸法とする。

［数２］
０．２×Ｂ≦Ｗｆ≦１．０×Ｂ ・・・（２）

第４発明に係る溝形軽量形鋼は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記架設部は、前記ウェブの前記端部から前記端部に近接する前記フランジまで、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間するように、略直線状に又は湾曲させて延びることを特徴とする。

第５発明に係る溝形軽量形鋼は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、一対の前記フランジは、何れか一方の前記フランジの幅寸法が、何れか他方の前記フランジの幅寸法よりも大きいことを特徴とする。

第６発明に係る溝形軽量形鋼は、第１発明〜第５発明の何れかにおいて、一対の前記フランジは、各々の前記フランジの幅方向の他方の側端に、高さ方向に対向して突出する一対のリップ部が形成されることを特徴とする。

第１発明〜第６発明によれば、ウェブの何れか一方又は両方の端部から、ウェブの端部に近接する一対のフランジの何れか一方又は両方まで架設部が架設されることで、高い曲げ剛性と座屈耐力を確保することができるものとなり、特に、一対の溝形軽量形鋼を当接又は離間させて、各々のウェブを互いに背中合わせにすることで、梁又は柱等の構造部材の全体の曲げ剛性と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、溝形軽量形鋼の単位重量当たりの断面二次モーメント（曲げ剛性）を、略同一断面形状に形成された従来の溝形軽量形鋼と比較して、１０％〜２０％程度向上させることができるため、発生する応力の大きさに応じた合理的で経済的な溝形軽量形鋼を提供することが可能となる。

特に、第２発明によれば、フランジに接合される架設部の接合箇所を、フランジの幅方向の一方の側端から離間させた離間距離が、上記（１）式により規定される関係を満足することで、抵抗溶接で接合するときの電極の設置スペースを確保することが可能となる。

特に、第３発明によれば、フランジに接合される架設部の接合箇所を、フランジの幅方向の一方の側端から離間させた離間距離が、上記（２）式により規定される関係を満足することで、高い座屈耐力を確保することが可能となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼を用いた梁又は柱等の構造部材を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した溝形軽量形鋼を示す断面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼で湾曲させた架設部を示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼でフランジよりも薄い板厚で形成されたウェブを示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼で互いに幅寸法が異なる一対のフランジを示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した溝形軽量形鋼でリップ部が形成されたフランジを示す正面図であり、（ｂ）は、ウェブの上端部のみに設けられた架設部を示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼で架設部の接合箇所までの離間距離とウェブの端部までの間隔とを略同一又は異ならせたものを示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼で折り曲げられたウェブ用鋼板による溝形軽量形鋼の製造工程を示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼で略直線状のウェブ用鋼板による溝形軽量形鋼の製造工程を示す正面図である。 （ａ）は、従来の溝形軽量形鋼を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した溝形軽量形鋼を示す正面図であり、（ｃ）は、奥行方向の両端に負荷される等曲げ荷重を示す側面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼で弾性座屈時のモーメントとＷｆ／Ｂとの関係を示すグラフである。 （ａ）は、従来の溝形軽量形鋼の弾性座屈モードを示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した溝形軽量形鋼でＷｆ／Ｂ＝０．５のときの弾性座屈モードを示す正面図であり、（ｃ）は、Ｗｆ／Ｂ＝０．７のときの弾性座屈モードを示す正面図である。 本発明を適用した溝形軽量形鋼を用いた梁又は柱等の構造部材を示す正面図である。

以下、本発明を適用した溝形軽量形鋼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。

本発明を適用した溝形軽量形鋼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、梁又は柱等の構造部材８として用いられる。

梁又は柱等の構造部材８は、例えば、断面略Ｈ形状に形成されるものであり、工場等で製作される段階においては、断面略Ｈ形状の幅方向Ｘの略中央で、高さ方向Ｙに延びる位置を断面方向の部材芯Ｃとして、奥行方向Ｚで部材芯Ｃに沿って分割された状態となる。

梁又は柱等の構造部材８は、奥行方向Ｚで部材芯Ｃに沿って分割された状態で建築現場に搬入される。一方、梁及び床、柱及び壁、並びに、梁、柱、床及び壁といった部材同士は、工場等で一体化されて製作されたうえで、建築現場に搬入される。建築現場で、梁又は柱等の前記構造部材８がその奥行方向Ｚの部材芯Ｃに沿って組み立てられることで、壁や床が形成され、建築物が構築される。

梁又は柱等の構造部材８は、奥行方向Ｚで部材芯Ｃに沿って分割された一対のＣ形鋼等を、建築現場で背中合わせにすることで組み立てられるため、建築現場での組立作業を容易なものとして、建築現場における工期の短縮、及び、施工管理の簡易化等を図ることができる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、断面略Ｃ形状に形成される。本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、主に、奥行方向Ｚで部材芯Ｃに沿って分割された梁又は柱等の構造部材８で、一対のＣ形鋼の各々として用いられるものであり、奥行方向Ｚに延びるものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図２に示すように、奥行方向Ｚに略直交させた断面方向で、所定の断面形状となる。本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、幅方向Ｘに延びる一対のフランジ２と、高さ方向Ｙに延びるウェブ３と、幅方向Ｘに傾斜して延びる架設部４とを備える。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、例えば、図２（ａ）に示すように、溝形軽量形鋼１の高さ方向Ｙで、高さ寸法Ｈを８０ｍｍ〜４５０ｍｍ程度として、また、図２（ｂ）に示すように、溝形軽量形鋼１の奥行方向Ｚで、奥行方向Ｚの延長Ｌを１ｍ〜２０ｍ程度とする。

一対のフランジ２は、図３に示すように、高さ方向Ｙの上側及び下側の各々に設けられて、互いに略平行に延びて配置される。一対のフランジ２は、高さ方向Ｙの上側及び下側の各々で、互いの幅方向Ｘの位置が重なり合うように配置される。

一対のフランジ２は、高さ方向Ｙの上側に配置されるフランジ２を上側フランジ２１、高さ方向Ｙの下側に配置されるフランジ２を下側フランジ２２とする。上側フランジ２１及び下側フランジ２２の各々は、板厚寸法ｔｆ及び幅寸法Ｂが、互いに略同一又は異なるものとなる。

各々のフランジ２は、例えば、高さ方向Ｙの両面が略平坦に形成された鋼板等が用いられて、板厚寸法ｔｆを２．３ｍｍ〜１２．０ｍｍ程度とする。また、各々のフランジ２は、幅方向Ｘに延びるものであり、幅寸法Ｂを４０ｍｍ〜２００ｍｍ程度とする。

各々のフランジ２は、幅方向Ｘの右側端を一方の側端２ａとしたとき、幅方向Ｘの左側端が他方の側端２ｂとなる。各々のフランジ２は、幅方向Ｘの一方の側端２ａから他方の側端２ｂまで、例えば、幅方向Ｘで略直線状に延びて形成される。

ウェブ３は、例えば、幅方向Ｘの両面が略平坦に形成された鋼板等が用いられて、板厚寸法ｔｗを２．３ｍｍ〜６ｍｍ程度とする。また、ウェブ３は、高さ方向Ｙに延びるものであり、高さ寸法ｈを５５ｍｍ〜４４５ｍｍ程度とする。

ウェブ３は、一対のフランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａ側に配置される。ウェブ３は、フランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａを右側端としたとき、フランジ２の幅方向Ｘの他方の側端２ｂとなる左側端から離間して、フランジ２の幅方向Ｘの右側端側に寄せて配置される。

ウェブ３は、高さ方向Ｙの上端部３ａから下端部３ｂまで、高さ方向Ｙで略直線状に延びて形成される。ウェブ３は、高さ方向Ｙの上端部３ａ及び下端部３ｂの何れか一方が、高さ方向Ｙの何れか一方の端部となり、また、高さ方向Ｙの上端部３ａ及び下端部３ｂの両方が、高さ方向Ｙの両方の端部となる。

ウェブ３は、高さ方向Ｙの上端部３ａが、ウェブ３の上端部３ａに近接する上側フランジ２１から、高さ方向Ｙに所定の間隔Ｓを空けて、離間させて配置される。ウェブ３は、高さ方向Ｙの下端部３ｂが、ウェブ３の下端部３ｂに近接する下側フランジ２２から、高さ方向Ｙに所定の間隔Ｓを空けて、離間させて配置される。

ウェブ３は、高さ方向Ｙの上端部３ａ及び下端部３ｂの各々が、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の各々から、高さ方向Ｙに離間させて配置されるとき、高さ方向Ｙの両方の端部が、一対のフランジ２の両方から、高さ方向Ｙに間隔Ｓを空けて配置されるものとなる。なお、間隔Ｓは、ウェブ３の上端部３ａ及び下端部３ｂの各々で、互いに略同一の大きさで設定されてもよく、また、互いに異なる大きさで設定されてもよい。

架設部４は、ウェブ３の上端部３ａに近接させた上側フランジ２１まで、ウェブ３の上端部３ａから傾斜して延びる上側架設部４１を有して、また、ウェブ３の下端部３ｂに近接させた下側フランジ２２まで、ウェブ３の下端部３ｂから傾斜して延びる下側架設部４２を有する。

架設部４は、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、ウェブ３から一対のフランジ２の各々まで延びて、ウェブ３の両方の端部となる上端部３ａ及び下端部３ｂから、一対のフランジ２の両方となる上側フランジ２１及び下側フランジ２２まで、連続して架設される。

架設部４は、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、各々のフランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａから離間するように、各々のフランジ２の幅方向Ｘの他方の側端２ｂ側に傾斜して延びる。架設部４は、例えば、フランジ２の幅方向Ｘの右側端側にウェブ３が配置されるとき、フランジ２の幅方向Ｘの左側端側に傾斜して延びるものとなる。

架設部４は、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、フランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａから離間させて、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の各々に、溶接により接合される。架設部４は、フランジ２に溶接により接合される接合箇所Ｗを、フランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａから、所定の離間距離Ｗｆで幅方向Ｘに離間させたものとなる。

架設部４は、フランジ２の一方の側端２ａから、フランジ２に接合される接合箇所Ｗまでが、所定の離間距離Ｗｆとなる。フランジ２の弾性座屈を検討する幅寸法ｂは、離間距離Ｗｆとフランジ２の幅寸法Ｂとの差（Ｂ−Ｗｆ）、及び、離間距離Ｗｆのうち、何れか大きい方の値となる。

架設部４は、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、フランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａから離間するように、略直線状に傾斜して延びる。架設部４は、これに限らず、図４に示すように、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、湾曲させて傾斜して延びるものであってもよい。

架設部４は、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、湾曲させて傾斜するとき、図４（ａ）に示すように、フランジ２の一方の側端２ａに接近するように湾曲してもよく、また、図４（ｂ）に示すように、フランジ２の一方の側端２ａから離間するように湾曲してもよい。

架設部４は、上側架設部４１及び下側架設部４２の何れか一方が、略直線状に延びるとともに、上側架設部４１及び下側架設部４２の何れか他方が、湾曲させて延びてもよい。このとき、架設部４は、ウェブ３の両方の端部から一対のフランジ２の両方まで、略直線状に又は湾曲させて傾斜して延びるものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の板厚寸法ｔｆと、ウェブ３の板厚寸法ｔｗとを、略同一のものとすることができる。本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、これに限らず、図５（ａ）に示すように、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の板厚寸法ｔｆを、ウェブ３の板厚寸法ｔｗよりも大きくすることができる。

また、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図５（ｂ）に示すように、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の何れか一方の板厚寸法ｔｆのみを、ウェブ３の板厚寸法ｔｗよりも大きくすることもできる。このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、一対のフランジ２の何れか一方又は両方よりも薄い板厚で、ウェブ３が形成されるものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図３に示すように、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の幅寸法Ｂを、互いに略同一のものとすることができる。本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、これに限らず、図６（ａ）に示すように、上側フランジ２１の幅寸法Ｂ１を、下側フランジ２２の幅寸法Ｂ２よりも大きくすることができる。

また、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図６（ｂ）に示すように、下側フランジ２２の幅寸法Ｂ２を、上側フランジ２１の幅寸法Ｂ１よりも大きくすることができる。このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、一対のフランジ２の何れか一方のフランジ２の幅寸法Ｂが、何れか他方のフランジ２の幅寸法Ｂよりも大きいものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図７（ａ）に示すように、フランジ２の幅方向Ｘの右側端側にウェブ３が配置されるとき、フランジ２の幅方向Ｘの左側端から略直角に屈曲させて、高さ方向Ｙに突出するリップ部２０が、一対のフランジ２の各々に形成されてもよい。

このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、一対のフランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａに、ウェブ３が配置されるとともに、一対のフランジ２の幅方向Ｘの他方の側端２ｂに、互いに高さ方向Ｙで対向して突出する一対のリップ部２０が形成されて、リップ付溝形軽量形鋼となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図７（ｂ）に示すように、ウェブ３の上端部３ａのみが上側フランジ２１から離間して、ウェブ３の下端部３ｂが下側フランジ２２に離間させることなく連結されることで、ウェブ３の上端部３ａから延びる上側架設部４１のみが架設部４として設けられてもよい。

このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、ウェブ３の高さ方向Ｙの何れか一方の端部のみが、ウェブ３の端部に近接する一方のフランジ２から、高さ方向Ｙに間隔Ｓを空けて配置されるとともに、ウェブ３の高さ方向Ｙの何れか一方の端部から、ウェブ３の端部に近接する一方のフランジ２まで、架設部４が傾斜して延びるものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図８（ａ）に示すように、フランジ２の一方の側端２ａから架設部４の接合箇所Ｗまでの幅方向Ｘの離間距離Ｗｆが、フランジ２からウェブ３の端部までの高さ方向Ｙの間隔Ｓと、略同一の大きさとなるように形成される。このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、ウェブ３の高さ方向Ｙに延びる仮想延長線と架設部４とがなす外角の角度θが４５°程度となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、これに限らず、フランジ２の一方の側端２ａから接合箇所Ｗまでの離間距離Ｗｆが、図８（ｂ）に示すように、フランジ２からウェブ３の端部までの間隔Ｓよりも小さく形成されてもよく、また、図８（ｃ）に示すように、フランジ２からウェブ３の端部までの間隔Ｓよりも大きく形成されてもよい。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、ウェブ３の仮想延長線と架設部４とがなす外角の角度θが、離間距離Ｗｆが間隔Ｓよりも小さく形成される場合に、１０°以上、４５°未満となり、離間距離Ｗｆが間隔Ｓよりも大きく形成される場合に、４５°超、８０°以下となる。また、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、特に、ウェブ３の仮想延長線と架設部４とがなす外角の角度θが、１５°以上、７５°以下となることが望ましい。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図９、図１０に示すように、所定の製造工程を経ることで、幅方向Ｘに延びる一対のフランジ２と、高さ方向Ｙに延びるウェブ３とが、ウェブ３からフランジ２まで架設される架設部４で連結されるものとなる。

溝形軽量形鋼１の製造工程では、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々が、上側フランジ２１及び下側フランジ２２の各々に、溶接により接合される場合に、例えば、高周波抵抗溶接等により、架設部４の接合箇所Ｗで接合される。

溝形軽量形鋼１の製造工程では、最初に、図９（ａ）に示すように、幅方向Ｘに延びる一対のフランジ用鋼板８２と、高さ方向Ｙに延びるウェブ用鋼板８３とを用意する。ウェブ用鋼板８３は、ウェブ３の上端部３ａ及び下端部３ｂの各々から、幅方向Ｘに傾斜して折り曲げられることで、上側架設部４１及び下側架設部４２の各々となる一対の傾斜片８４が形成される。

このとき、ウェブ用鋼板８３は、傾斜片８４の先端部８４ａが、一対のフランジ用鋼板８２の各々に向けて突出して配置されるとともに、傾斜片８４の基端部８４ｂが、ウェブ３の上端部３ａ及び下端部３ｂの各々に接続される。なお、ウェブ用鋼板８３は、傾斜片８４の基端部８４ｂが、ウェブ３の上端部３ａ及び下端部３ｂの各々に溶接により接合されてもよい。

溝形軽量形鋼１の製造工程では、次に、図９（ｂ）に示すように、一対の傾斜片８４の各々、又は、ウェブ用鋼板８３の上端部３ａ側及び下端部３ｂ側の各々に電極８１を取り付けて、また、フランジ用鋼板８２の一方の側端２ａから接合箇所Ｗまでの範囲にも電極８１を取り付ける。

溝形軽量形鋼１の製造工程では、最後に、高周波電源８０から各々の電極８１に電流が供給されて、フランジ用鋼板８２及び傾斜片８４が加熱されることで、傾斜片８４がフランジ用鋼板８２に接合されて、フランジ用鋼板８２がフランジ２となり、ウェブ用鋼板８３がウェブ３となり、傾斜片８４が架設部４となって、本発明を適用した溝形軽量形鋼１が製造される。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１０（ａ）に示すように、一対のフランジ用鋼板８２と、高さ方向Ｙで略直線状に延びるウェブ用鋼板８３とを用意して、略直線状のウェブ用鋼板８３がフランジ用鋼板８２に接合されるものであってもよい。

このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、最初に、ウェブ用鋼板８３の両端部に電極８１を取り付けて、また、フランジ用鋼板８２の一方の側端２ａ側にも電極８１を取り付けるとともに、高周波電源８０から各々の電極８１に電流が供給されて、フランジ用鋼板８２とウェブ用鋼板８３とが加熱されて接合される。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１０（ｂ）に示すように、略直線状のウェブ用鋼板８３をフランジ用鋼板８２に接合した後に、例えば、フランジ用鋼板８２から高さ方向Ｙに１０ｍｍ程度離間させた位置で、ウェブ用鋼板８３の両端部に幅方向Ｘの押圧力Ｐを負荷することで、幅方向Ｘに傾斜して折り曲げられた傾斜片８４が、ウェブ用鋼板８３の両端部に形成される。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、略直線状のウェブ用鋼板８３が、フランジ用鋼板８２に接合されるとともに、ウェブ用鋼板８３の両端部に押圧力Ｐが負荷されて傾斜片８４が形成されることで、フランジ用鋼板８２がフランジ２となり、ウェブ用鋼板８３がウェブ３となり、傾斜片８４が架設部４となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、フランジ用鋼板８２の一方の側端２ａから接合箇所Ｗまでの範囲に、例えば、幅寸法２０ｍｍ程度の電極８１が取り付けられる。このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、架設部４の接合箇所Ｗを、フランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａから離間させた離間距離Ｗｆが、下記（１）式により規定される関係を満足することで、所定の幅寸法の電極８１の設置スペースを確保することが可能となる。ここで、Ｂ：フランジ２の幅寸法（Ｂ＞２０ｍｍ）とする。

［数３］
２０ｍｍ≦Ｗｆ≦１．０×Ｂ ・・・（１）

ここで、本発明を適用した溝形軽量形鋼１において、座屈耐力の有利性を検証するために、図１１に示すように、本発明を適用した溝形軽量形鋼１と略同一断面形状に形成された従来の溝形軽量形鋼９を比較の対象として、図１１（ａ）に示す従来の溝形軽量形鋼９、及び、図１１（ｂ）に示す本発明を適用した溝形軽量形鋼１の各々に、図１１（ｃ）に示すように、強軸周りの等曲げ荷重Ｍを奥行方向Ｚの両端に負荷することで、弾性座屈時のモーメントの大きさを比較検討する。

ここでは、図１１に示すように、本発明を適用した溝形軽量形鋼１及び従来の溝形軽量形鋼９の各々において、高さ寸法Ｈを４００ｍｍ、フランジ２の幅寸法Ｂを１００ｍｍ、フランジ２の板厚寸法ｔｆを４．５ｍｍ、ウェブ３の板厚寸法ｔｗを３．２ｍｍとして、帯板要素モデルの解析を実施した。なお、この解析では、奥行方向Ｚの延長Ｌは、断面形状ごとに、弾性座屈時のモーメントが最小となるような値を選択する。

従来の溝形軽量形鋼９は、ウェブ９３の高さ方向Ｙの両端部から直接に連続してフランジ９２が設けられて、本発明を適用した溝形軽量形鋼１のような架設部４が設けられないものとなる。本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、この解析において、架設部４の接合箇所Ｗの離間距離Ｗｆと、ウェブ３の上端部３ａ又は下端部３ｂまでの間隔Ｓとを一致させて、離間距離Ｗｆを変化させる。

この解析では、接合箇所Ｗの離間距離Ｗｆが、フランジ２の幅寸法Ｂに対する比率（＝Ｗｆ／Ｂ）として設定されて、Ｗｆ／Ｂを０〜１に変化させた範囲で、等曲げ荷重Ｍの負荷による弾性座屈時のモーメントの大きさを解析により求める。特に、Ｗｆ／Ｂ＝０のときは、架設部４が設けられない従来の溝形軽量形鋼９の弾性座屈時のモーメントの大きさを示すものとなる。

この解析の結果、図１２に示すように、Ｗｆ／Ｂ＝０のときに、弾性座屈時のモーメントが最小値を示すとともに、０．２≦Ｗｆ／Ｂ≦１．０の範囲で、弾性座屈時のモーメントが比較的大きな値を示すため、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、架設部４が設けられることで、従来の溝形軽量形鋼９（Ｗｆ／Ｂ＝０）と比較して、座屈耐力が高いものとなることがわかる。

したがって、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１１に示すように、特に、フランジ２に接合される架設部４の接合箇所Ｗを、フランジ２の幅方向Ｘの一方の側端２ａから離間させた離間距離Ｗｆが、下記（２）式により規定される関係を満足することで、高い座屈耐力を確保することが可能となる。

［数４］
０．２×Ｂ≦Ｗｆ≦１．０×Ｂ ・・・（２）

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１２に示すように、さらに、０．４≦Ｗｆ／Ｂ≦０．７の範囲で、従来の溝形軽量形鋼９（Ｗｆ／Ｂ＝０）と比較して、弾性座屈時のモーメントの大きさが３倍以上もの大きな値を示すものとなる。このため、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１１に示すように、架設部４の接合箇所Ｗの離間距離Ｗｆが、下記（３）式により規定される関係を満足することで、特に、高い座屈耐力を確保することが可能となる。

［数５］
０．４×Ｂ≦Ｗｆ≦０．７×Ｂ ・・・（３）

なお、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、フランジ２の幅寸法Ｂを１００ｍｍとしたとき、上記（２）式により離間距離Ｗｆを規定すると、２０ｍｍ≦Ｗｆ≦１００ｍｍとなり、上記（１）式により規定される関係も同時に満足するものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、Ｗｆ／Ｂが０〜１の範囲で次第に大きくなることで、図１３に示すように、フランジ２の弾性座屈を検討する幅寸法ｂが、フランジ２の板厚寸法ｔｆに対して小さくなり、図１３（ａ）に示す従来の溝形軽量形鋼９と比較して、フランジ２の幅寸法ｂの幅厚比（ｂ／ｔｆ）が小さいものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１３（ｂ）に示すように、Ｗｆ／Ｂ＝０．５となるとき、フランジ２の幅寸法ｂの幅厚比（ｂ／ｔｆ）が小さいものとなることで、特に、高い座屈耐力を確保することが可能となる。なお、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、Ｗｆ／Ｂ＝０．５のとき、弾性座屈の前後において、ウェブ３の圧縮力を受ける側が座屈する傾向が見られる。

また、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１３（ｃ）に示すように、Ｗｆ／Ｂ＝０．７となるとき、フランジ２からウェブ３までの間隔Ｓが大きくなり、ウェブ３の高さ寸法ｈが、ウェブ３の板厚寸法ｔｗに対して小さくなる。なお、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、Ｗｆ／Ｂ＝０．７のとき、弾性座屈の前後において、架設部４が座屈する傾向が見られる。

このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、Ｗｆ／Ｂ＝０．５となるときは、フランジ２の幅厚比が小さくなることで、フランジ２の高さ方向Ｙの変形が抑制されて、Ｗｆ／Ｂ＝０．７となるときは、フランジ２の幅厚比が小さくなることに加え、ウェブ３の高さ寸法ｈが、ウェブ３の板厚寸法ｔｗに対して小さくなることで、ウェブ３の高さ寸法ｈの幅厚比（ｈ／ｔｗ）が小さいものとなり、フランジ２の高さ方向Ｙとウェブ３の幅方向Ｘの変形が抑制されて、高い座屈耐力を確保することが可能となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、ウェブ３の何れか一方又は両方の端部から、ウェブ３の端部に近接する一対のフランジ２の何れか一方又は両方まで、架設部４が架設されることで、高い曲げ剛性と座屈耐力を確保することができるものとなる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、特に、図１４に示すように、一対の溝形軽量形鋼１を当接又は離間させて、各々のウェブ３を互いに背中合わせにすることでＨ形鋼に類似した形状となり、梁又は柱等の構造部材８の全体の曲げ剛性と座屈耐力を向上させることが可能となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１４（ａ）に示すように、フランジ２の一方の側端２ａと、ウェブ３の上端部３ａ及び下端部３ｂとを、幅方向Ｘで略同一の位置に配置させる。また、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図１４（ｂ）に示すように、フランジ２の一方の側端２ａと、ウェブ３の上端部３ａ及び下端部３ｂとが、幅方向Ｘで異なる位置に配置されてもよい。

このとき、梁又は柱等の構造部材８は、フランジ２の一方の側端２ａが、ウェブ３の端部よりも幅方向Ｘで接合箇所Ｗに接近させて配置された溝形軽量形鋼１と、フランジ２の一方の側端２ａが、ウェブ３の端部よりも幅方向Ｘで突出させて配置された溝形軽量形鋼１とを、互いのウェブ３を背中合わせにして組み立てられるものとなる。

ここで、従来の溝形軽量形鋼９は、プレス加工又はロールフォーミング加工をすることで、鋼板又はコイルから、フランジ９２とウェブ９３とが一体的に形成される。このため、従来の溝形軽量形鋼９は、フランジ９２の板厚とウェブ９３の板厚とが略同一となり、大きな応力が発生するフランジ９２の板厚にウェブ９３の板厚を合わせることが必要となることから、発生する応力の大きさに応じてフランジ９２とウェブ９３との板厚を異ならせることができず、合理的で経済的な溝形軽量形鋼９を提供することができない。

これに対して、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、ウェブ３の何れか一方又は両方の端部から、ウェブ３の端部に近接する一対のフランジ２の何れか一方又は両方まで架設部４が架設されて、ウェブ３とフランジ２とが互いに独立して、抵抗溶接等により架設部４で連結されるため、図５に示すように、フランジ２よりも薄い板厚でウェブ３を形成することができる。

このとき、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、溝形軽量形鋼１に作用する強軸周りの曲げ荷重によって、ウェブ３よりもフランジ２に大きな応力が発生するものとなるが、フランジ２及びウェブ３の各々を独立させて、発生する応力の大きさに応じた個別の板厚に設定することができる。

これにより、本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、表１に示すように、比較例となる従来の溝形軽量形鋼９よりも本発明のウェブ３の板厚寸法ｔｗを小さくすることで、溝形軽量形鋼１の単位重量当たりの断面二次モーメント（曲げ剛性）を、略同一断面形状に形成された従来の溝形軽量形鋼９と比較して、１０％〜２０％程度向上させることができるため（表１「従来比」欄参照）、発生する応力の大きさに応じた合理的で経済的な溝形軽量形鋼１を提供することが可能となる。

本発明を適用した溝形軽量形鋼１は、図３、図８（ｃ）に示すように、フランジ２からウェブ３の端部までの間隔Ｓが、フランジ２の一方の側端２ａから接合箇所Ｗまでの離間距離Ｗｆよりも小さく形成されて、ウェブ３の高さ寸法ｈが大きく確保されることで、板厚方向に貫通させた所定の大きさの配管用の貫通孔をウェブ３に形成することも可能となる。

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ものである。

１ ：溝形軽量形鋼
２ ：フランジ
２ａ ：一方の側端
２ｂ ：他方の側端
２０ ：リップ部
２１ ：上側フランジ
２２ ：下側フランジ
３ ：ウェブ
３ａ ：上端
３ｂ ：下端
４ ：架設部
４１ ：上側架設部
４２ ：下側架設部
８ ：構造部材
８０ ：高周波電源
８１ ：電極
８２ ：フランジ用鋼板
８３ ：ウェブ用鋼板
８４ ：傾斜片
８４ａ ：先端部
８４ｂ ：基端部
Ｗ ：接合箇所
Ｘ ：幅方向
Ｙ ：高さ方向
Ｚ ：奥行方向

Claims (6)

1. 所定の断面形状で奥行方向に延びる溝形軽量形鋼であって、
   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の幅方向の一方の側端側で高さ方向に延びるウェブと、前記ウェブから前記フランジまで架設される架設部とを備え、
   前記ウェブは、高さ方向の何れか一方又は両方の端部が、前記端部に近接する前記フランジから高さ方向に間隔を空けて配置されて、一対の前記フランジの何れか一方又は両方よりも薄い板厚で、幅方向の両面が略平坦に形成され、
   前記架設部は、前記ウェブの前記端部から前記端部に近接する前記フランジまで、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間するように傾斜して延びて、前記フランジに溶接により接合されること
   を特徴とする溝形軽量形鋼。
2. 前記架設部は、前記フランジに接合される接合箇所を、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間させた離間距離Ｗｆが、下記（１）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項１記載の溝形軽量形鋼。
   
   ２０ｍｍ≦Ｗｆ≦１．０×Ｂ ・・・（１）
   
   ここで、Ｂ：前記フランジの幅寸法（Ｂ＞２０ｍｍ）とする。
3. 前記架設部は、前記フランジに接合される接合箇所を、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間させた離間距離Ｗｆが、下記（２）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の溝形軽量形鋼。
   
   ０．２×Ｂ≦Ｗｆ≦１．０×Ｂ ・・・（２）
   
   ここで、Ｂ：前記フランジの幅寸法とする。
4. 前記架設部は、前記ウェブの前記端部から前記端部に近接する前記フランジまで、前記フランジの幅方向の一方の側端から離間するように、略直線状に又は湾曲させて延びること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の溝形軽量形鋼。
5. 一対の前記フランジは、何れか一方の前記フランジの幅寸法が、何れか他方の前記フランジの幅寸法よりも大きいこと
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の溝形軽量形鋼。
6. 一対の前記フランジは、各々の前記フランジの幅方向の他方の側端に、高さ方向に対向して突出する一対のリップ部が形成されること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の溝形軽量形鋼。

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