JP6564677B2 - Beam and beam construction method - Google Patents

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本発明は、梁及び梁の施工方法に関する。   The present invention relates to a beam and a beam construction method.

従来、梁の耐力を向上させるために、様々な検討が行われている。
例えば、特許文献１に記載された梁の施工方法は、長大スパンの梁を有する構造物に、外力で最も撓む部分である梁の中央部にプレストレスを与えている。 Conventionally, various studies have been made to improve the bearing strength of beams.
For example, in the beam construction method described in Patent Document 1, a structure having a long span beam is prestressed at the center portion of the beam, which is the most bent portion by an external force.

具体的には、梁の中央部の両側において、支持板を梁に固着した定着装置を一対設ける。一対の定着装置の間にプレストレスを導入する材料を架け渡す。この材料をナット等の緊張具でもって所定量で緊張させ、梁の一部分にプレストレスを与える。
このように構成することで、梁に作用する曲げ引張応力や軸方向引張応力を打消し、構造物の荷重や外力による断面の応力レベルを下げて、見かけ上の梁の耐力を向上させる。 Specifically, a pair of fixing devices each having a support plate fixed to the beam are provided on both sides of the central portion of the beam. A material for introducing prestress is bridged between the pair of fixing devices. This material is tensioned by a predetermined amount with a tensioning tool such as a nut, and prestress is applied to a part of the beam.
With such a configuration, the bending tensile stress and the axial tensile stress acting on the beam are canceled, the stress level of the cross section due to the load of the structure and the external force is lowered, and the apparent beam proof stress is improved.

特開平５−１０６２７０号公報JP-A-5-106270

梁は両端部を固定端にして構造物に固定された後で、等分布荷重と考えられる死荷重（Ｄｅａｄ Ｌｏａｄ、固定荷重）や活荷重（Ｌｉｖｅ Ｌｏａｄ、動荷重）が作用した状態で使用される。死荷重は主に梁の上に積載される床スラブによる荷重であり、活荷重は床スラブの上にある荷物や人等による荷重である。
この等分布荷重の大きさに基づいて、梁の長手方向に直交する断面形状が決定される。梁の多くはノンブラケットであり、その場合、梁は端部と中央部とが同一の断面となるように設計される。両端部が固定されている梁の等分布荷重下での曲げモーメントの大きさの比は、中央部が１に対して端部が２となる。 After the beam is fixed to the structure with both ends fixed, it is used in a state where a dead load (Live Load, dynamic load) or a live load (Dynamic Load), which is considered to be an evenly distributed load, is applied. The The dead load is mainly a load caused by a floor slab loaded on the beam, and the live load is a load caused by a load or a person on the floor slab.
Based on the magnitude of this equally distributed load, the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction of the beam is determined. Most of the beams are non-brackets, in which case the beams are designed so that the end and the center have the same cross section. The ratio of the magnitude of the bending moment of the beam having both ends fixed under an evenly distributed load is 1 at the center and 2 at the end.

ここで、梁を下方に向かって凸となるように湾曲させる（上方に凹に曲げようとする）曲げモーメントを正の曲げモーメントと規定する。この梁の中央部には正の曲げモーメントが作用し、端部には負の曲げモーメントが作用する。
梁の中央部に作用する曲げモーメントの大きさは、端部に作用する曲げモーメントの大きさに比べて小さくなる。長手方向の位置によらず同一の断面となる梁では、中央部の曲げモーメントの耐力に余裕がある。
梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が小さくなれば、より断面積（断面二次モーメント）の小さい梁を選定することができる。 Here, a bending moment that bends the beam so as to be convex downward (trying to bend the beam upward) is defined as a positive bending moment. A positive bending moment acts on the central portion of the beam, and a negative bending moment acts on the end portion.
The magnitude of the bending moment acting on the central part of the beam is smaller than the magnitude of the bending moment acting on the end. A beam having the same cross section regardless of the position in the longitudinal direction has a margin in the yield strength of the bending moment at the center.
If the maximum value of the bending moment acting on the beam is reduced, a beam having a smaller cross-sectional area (secondary moment of section) can be selected.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、構造物に端部を固定して梁を使用しているときに梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えた梁及び梁の施工方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and suppresses the maximum value of the bending moment acting on the beam when the beam is used while the end is fixed to the structure. The purpose is to provide a beam and a construction method of the beam.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の梁の施工方法は、梁の長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも小さくした低剛性部を形成し、前記梁の両端部を建築基準法で規定される建築物を構成する構造物に固定するとともに前記梁に等分布荷重を作用させ、前記低剛性部が形成される前の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも、前記低剛性部が形成された後の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑え、前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、としたときに、
（１）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴としている。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ） ・・（１） In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
According to the beam construction method of the present invention, a low-rigidity part having a second moment of section smaller than that of the other part of the beam is formed at a predetermined position in the longitudinal direction of the beam, and both ends of the beam are constructed according to a building standard method. It is fixed to the structure constituting the building defined by the above, and the load is applied to the beam, and the bending moment acting on the beam before the low-rigidity portion is formed is larger than the maximum value of the bending moment acting on the beam. the suppression give a maximum value of the bending magnitude of the moment acting on the beam after the low-rigidity portion is formed, the length of the beam l, a length from the end of the beam to the low-rigidity portion l1, when the elastic modulus of the beam is E, the sectional moment of inertia of the low-rigidity portion is IS, and the constant of the rotary spring of the low-rigidity portion is KS,
The rotational spring stiffness ratio κ defined by the equation (1) is 1 or more and 4 or less,
The feature is that the value of (l1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2 .
κ = KS / (EIS / l) (1)

この発明によれば、低剛性部は梁における低剛性部以外の部分に比べて曲げモーメントを伝達させにくい。梁に低剛性部が形成される前には、梁の端部に曲げモーメントの大きさの最大値が作用していたが、梁に低剛性部が形成された後では、梁の端部に作用する曲げモーメントの大きさが抑えられる。   According to the present invention, the low-rigidity part is less likely to transmit the bending moment than parts other than the low-rigidity part of the beam. Before the low-rigidity part was formed on the beam, the maximum bending moment was applied to the end of the beam, but after the low-rigidity part was formed on the beam, the end of the beam The magnitude of the acting bending moment can be suppressed.

また、上記の梁の施工方法において、前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで前記長手方向に対称となるように一対形成されていてもよい。
また、上記の梁の施工方法において、一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しくてもよい。
この発明によれば、建築物に用いられる梁は、例えばプラント等に用いられる梁に比べて曲げモーメントの耐力に余裕が少ない場合が多い。 In the beam construction method, a pair of the low-rigidity portions may be formed so as to be symmetric with respect to the longitudinal direction across the longitudinal center of the beam.
In the beam construction method, the cross-sectional secondary moment values of the pair of low-rigidity portions may be equal to each other .
According to the present invention, beams used in buildings often have less margin in bending moment resistance than beams used in plants, for example.

また、本発明の梁は、両端部が構造物に固定され等分布荷重が作用される梁であって、前記梁には、長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも小さくした低剛性部が形成され、前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで対称となるように一対形成され、一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しく、前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、としたときに、（２）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴としている。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ） ・・（２）
 Further, the beam of the present invention is a beam to which both ends are fixed to a structure and an equally distributed load is applied, and a cross-sectional second moment is applied to the beam at a predetermined position in the longitudinal direction. A low-rigidity portion that is smaller than a portion of the beam is formed, and the low-rigidity portions are formed in a pair so as to be symmetrical with respect to the center in the longitudinal direction of the beam. The moment values are equal to each other, the length of the beam is l, the length from the end of the beam to the low-rigidity portion is l1, the elastic modulus of the beam is E, and the cross-sectional secondary moment of the low-rigidity portion is IS. When the constant of the rotary spring of the low-rigidity portion is KS, the rotary spring stiffness ratio κ defined by equation (2) is 1 or more and 4 or less,
The feature is that the value of (l1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2.
κ = KS / (EIS / l) (2)

本発明において、請求項１に記載の梁の施工方法によれば、構造物に端部を固定して梁を使用しているときに梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができる。
請求項２に記載の梁の施工方法によれば、梁の中心を挟んで長手方向に対称となるように、梁に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。
請求項３に記載の梁の施工方法によれば、梁の中心を挟んで長手方向により対称となるように、梁に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。 In the present invention, the beam construction method according to claim 1 suppresses the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam when the beam is used with the end fixed to the structure. Can do.
According to the beam construction method of the second aspect, the magnitude of the bending moment acting on the beam can be suppressed so as to be symmetrical in the longitudinal direction across the center of the beam.
According to the beam construction method of the third aspect, the magnitude of the bending moment acting on the beam can be suppressed so as to be more symmetrical in the longitudinal direction across the center of the beam.

請求項４に記載の梁の施工方法によれば、曲げモーメントの耐力に余裕が少ない場合でも、梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることで、断面積の小さな梁を効率的に使用することができる。
請求項５に記載の梁の施工方法、及び請求項６に記載の梁によれば、現実的に用いられる梁に、より広範囲に適用することができる。 According to the method for constructing a beam according to claim 4, even when the margin of bending moment is small, by suppressing the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam, a beam having a small cross-sectional area can be efficiently used. Can be used for
According to the beam construction method according to claim 5 and the beam according to claim 6, the beam can be applied to a wider range of practically used beams.

本発明の一実施形態の梁の側面図である。It is a side view of the beam of one embodiment of the present invention. 図１中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図である。It is sectional drawing of cutting line A1-A1 in FIG. 同梁を建築物に固定して使用するときの（Ａ）作用する境界条件を表す模式図と、（Ｂ）曲げモーメントを表す模式図である。It is the schematic diagram showing the boundary condition which acts when using the beam fixed to a building (A), and (B) the schematic diagram showing the bending moment. 比較例の梁を建築物に固定して使用するときの（Ａ）作用する境界条件を表す模式図と、（Ｂ）曲げモーメントを表す模式図である。When fixing and using the beam of a comparative example to a building, (A) The schematic diagram showing the boundary condition which acts, (B) The schematic diagram showing the bending moment. 回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が０として計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the influence which a rotation spring rigidity ratio has on the magnitude | size of a bending moment, and a rotation spring rigidity ratio is zero. 回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が１として計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the influence which a rotation spring rigidity ratio has on the magnitude | size of a bending moment as a rotation spring rigidity ratio is 1. FIG. 回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が２として計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the influence which a rotation spring rigidity ratio has on the magnitude | size of a bending moment as the rotation spring rigidity ratio is 2. FIG. 回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が４として計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the influence which a rotation spring rigidity ratio has on the magnitude | size of a bending moment as a rotation spring rigidity ratio. 回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が６として計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the influence which a rotation spring rigidity ratio has on the magnitude | size of a bending moment as a rotation spring rigidity ratio. （ｌ１／ｌ）に対する回転バネ剛性比及び回転バネ部の曲げモーメントの変化を示す図である。Is a graph showing changes in the bending moment of the rotational spring stiffness ratio and rotational spring portion to (l 1 / l). 本発明の実施形態における梁の施工方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the construction method of the beam in embodiment of this invention. シミュレーションに用いた実施形態の梁と比較例の梁との解析モデルの斜視図である。It is a perspective view of the analysis model of the beam of the embodiment used for simulation, and the beam of a comparative example. シミュレーションに用いた実施形態の梁と比較例の梁とに作用させる等分布荷重を表す斜視図である。It is a perspective view showing the equal distribution load made to act on the beam of the embodiment used for simulation, and the beam of a comparative example. シミュレーションにより実施形態の梁及び比較例の梁の曲げモーメントを求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the bending moment of the beam of embodiment and the beam of a comparative example by simulation.

以下、本発明に係る梁の一実施形態を、図１から図１４を参照しながら説明する。以下では、梁がＨ形鋼である場合を例にとって説明する。
図１及び２に示すように、梁１は一対のフランジ１１、１２及びウエブ１３を有していいて、フランジ１１が上方に、フランジ１２が下方になるように配置されている。梁１は、鉄鋼等で形成されている。
梁１の長手方向Ｘの所定の位置には、断面二次モーメントを梁１の他の部分よりも小さくした回転バネ部（低剛性部）１５、１６が形成されている。
この例では、回転バネ部１５は、フランジ１１、１２全体を切り欠くとともに、ウエブ１３の一部を切り欠いて形成されている。なお、回転バネ部１５の構成はこれに限られず、断面二次モーメントを小さくする程度に応じて適宜設定することができる。例えば、フランジ１１、１２の厚さを薄くするだけでもよいし、フランジ１１の幅を狭くするだけでもよい。回転バネ部１６についても同様である。 Hereinafter, an embodiment of a beam according to the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a case where the beam is an H-shaped steel will be described as an example.
As shown in FIGS. 1 and 2, the beam 1 has a pair of flanges 11 and 12 and a web 13, and the flange 11 is arranged on the upper side and the flange 12 is arranged on the lower side. The beam 1 is made of steel or the like.
At predetermined positions in the longitudinal direction X of the beam 1, rotary spring portions (low-rigidity portions) 15, 16 having a cross-sectional secondary moment smaller than other portions of the beam 1 are formed.
In this example, the rotary spring portion 15 is formed by cutting out the entire flanges 11 and 12 and cutting out a part of the web 13. In addition, the structure of the rotation spring part 15 is not restricted to this, It can set suitably according to the grade which makes a cross-sectional secondary moment small. For example, the flanges 11 and 12 may be thinned or the flange 11 may be narrowed. The same applies to the rotary spring portion 16.

回転バネ部１６の形状は、回転バネ部１５と同一である。すなわち、一対の回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに等しい。回転バネ部１５、１６は、梁１の長手方向Ｘの中心１ａを挟んで長手方向Ｘに対称となるように形成されている。梁１の長手方向Ｘの長さをｌ、梁１の端から回転バネ部１５、１６の中心までの長手方向Ｘの長さをｌ１とする。回転バネ部１５の中心から回転バネ部１６の中心までの長手方向Ｘの長さを２ｌ２とする。すなわち、長さｌ、ｌ１、ｌ２は、（３）式を満たす。
ｌ＝２ｌ１＋２ｌ２ ・・（３）
回転バネ部１５、１６は、ドリルマシン等の公知の加工機で形成することができる。なお、回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの設定については後述する。 The shape of the rotary spring portion 16 is the same as that of the rotary spring portion 15. That is, the value of the cross-sectional secondary moment of the pair of rotary spring portions 15 and 16 is equal to each other. The rotary springs 15 and 16 are formed so as to be symmetric with respect to the longitudinal direction X with the center 1a in the longitudinal direction X of the beam 1 interposed therebetween. The length in the longitudinal direction X of the beam 1 is l, and the length in the longitudinal direction X from the end of the beam 1 to the centers of the rotary spring portions 15 and 16 is l 1 . The length in the longitudinal direction X from the center of the rotation spring portion 15 to the center of the rotation spring portion 16 and 2l 2. That is, the lengths l, l 1 and l 2 satisfy the expression (3).
l = 2l 1 + 2l 2 (3)
The rotary springs 15 and 16 can be formed by a known processing machine such as a drill machine. The setting of the moment of inertia of the cross sections of the rotary springs 15 and 16 will be described later.

梁１の両端部１ｂは、建築物（構造物）５０の柱５１の間に固定されている。ここで言う建築物とは、例えば、建築基準法の第二条第１項第一号で規定される建築物である。すなわち、建築物とは、土地に定着する工作物のうち、屋根及び柱若しくは壁を有するもの（これに類する構造のものを含む。）、これに附属する門若しくは塀、観覧のための工作物又は地下若しくは高架の工作物内に設ける事務所、店舗、興行場、倉庫その他これらに類する施設（鉄道及び軌道の線路敷地内の運転保安に関する施設並びに跨線橋、プラットホームの上家、貯蔵槽その他これらに類する施設を除く。）をいい、建築設備を含むものを意味する。
一般的に、建築物に用いられる梁は、曲げモーメントの耐力に余裕が少ない。 Both end portions 1 b of the beam 1 are fixed between columns 51 of a building (structure) 50. The building referred to here is, for example, a building defined in Article 2, Paragraph 1, Item 1 of the Building Standards Act. In other words, a building is a structure that has a roof and pillars or walls (including structures similar to this), a gate or fence attached to it, and a structure for viewing. Or offices, stores, entertainment venues, warehouses and other similar facilities in underground or elevated structures (such as facilities related to operation and security within railway and track tracks, overpasses, platform homes, storage tanks, etc.) Excluding similar facilities), which includes building equipment.
In general, a beam used for a building has a small margin in bending strength.

梁１の端を、梁１の端部１ｂが固定される柱５１の中心軸線Ｃとしてもよい（図１参照）。この場合、前述の長さｌ、ｌ１は、梁１の端から柱５１の中心軸線Ｃまでの長さｌ０それぞれ長くなる。 The end of the beam 1 may be the center axis C of the column 51 to which the end 1b of the beam 1 is fixed (see FIG. 1). In this case, the length l, l 1 described above, each of length l 0 from the end of the beam 1 to the center axis C of the column 51 becomes longer.

柱５１には、ガセットプレート５２が固定されている。
梁１の両端部１ｂは、柱５１に対して平行移動及び回転移動が規制されることで固定端として固定されている。具体的には、梁１の両端部１ｂとスプライスプレート５４、スプライスプレート５４とガセットプレート５２とは、ボルト５５及び図示しないナットで固定されている。ボルト５５とナットとをきつく締め付ける（本締めする）ことにより、スプライスプレート５４を介して柱５１に梁１の両端部１ｂが固定されている。
なお、柱５１と梁１の両端部１ｂとを溶接により固定してもよい。 A gusset plate 52 is fixed to the column 51.
Both ends 1 b of the beam 1 are fixed as fixed ends by restricting parallel movement and rotational movement with respect to the column 51. Specifically, both ends 1b of the beam 1 and the splice plate 54, and the splice plate 54 and the gusset plate 52 are fixed with bolts 55 and nuts (not shown). Both ends 1b of the beam 1 are fixed to the column 51 via the splice plate 54 by tightening the bolt 55 and the nut tightly (finally tightening).
In addition, you may fix the column 51 and the both ends 1b of the beam 1 by welding.

このように構成され建築物５０に固定された梁１が使用されるときには、図３に示すように、梁１に下向きの等分布荷重が作用すると考えられる。等分布荷重の単位長さ当たりの大きさをω０とする。梁１に作用する等分布荷重としては、梁１上に配置される床スラブ等による死荷重や、床スラブ上に配置される荷物等による活荷重を挙げることができる。
ここで、梁１を下方に向かって凸となるように湾曲させる（上方に凹に曲げる）曲げモーメントを正（＋）の曲げモーメントと規定する。一方で、梁１を上方に向かって凸となるように湾曲させる（下方に凹に曲げる）曲げモーメントを負（−）の曲げモーメントと規定する。
梁１に作用する曲げモーメントは、公知の構造力学の理論に基づいて図３（Ｂ）の線Ｌ１のように求められる。 When the beam 1 configured in this way and fixed to the building 50 is used, it is considered that a downward equally distributed load acts on the beam 1 as shown in FIG. Let ω 0 be the size of the uniformly distributed load per unit length. Examples of the equally distributed load acting on the beam 1 include a dead load due to a floor slab or the like disposed on the beam 1 and a live load due to a luggage or the like disposed on the floor slab.
Here, a bending moment that bends the beam 1 so as to be convex downward (bend upwardly into a concave) is defined as a positive (+) bending moment. On the other hand, a bending moment that bends the beam 1 so as to be convex upward (bends downward to be concave) is defined as a negative (−) bending moment.
The bending moment acting on the beam 1 is obtained as shown by a line L1 in FIG. 3B based on a known theory of structural mechanics.

詳しく説明すると、回転バネ部１５、１６の回転角をθ、回転バネ部１５、１６の回転バネの定数をＫＳとすると、回転バネ部１５、１６における曲げモーメントＭＳは、（４）式のように表される。
ＭＳ＝ＫＳθ ・・（４）
梁１の弾性率をＥ、回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントをＩＳとすると、回転バネ剛性比κは（５）式で規定される。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ） ・・（５）
なお、回転バネ剛性比κは、梁１全体の曲げ剛性にて無次元化されている。 More specifically, if the rotation angle of the rotary spring parts 15 and 16 is θ, and the constant of the rotary springs of the rotary spring parts 15 and 16 is K S , the bending moment M S in the rotary spring parts 15 and 16 is expressed by equation (4). It is expressed as
M S = K S θ (4)
E the modulus of elasticity of the beam 1 and the second moment of the rotating spring portions 15 and 16 and I S, the rotational spring stiffness ratio κ is defined by equation (5).
κ = K S / (EI S / l) (5)
The rotational spring stiffness ratio κ is made dimensionless by the bending stiffness of the entire beam 1.

仮想仕事の理論により、回転バネ部１５、１６における曲げモーメントＭＳ、梁１の端部（端）１ｂにおける曲げモーメントＭＡ、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯは、（６）式から（８）式のようにそれぞれ求められる。
ＭＳ＝ω０（２ｌ２ ３−３ｌ１ ２ｌ２−ｌ１ ３）／｛６（１／κ＋０．５ｌ）｝ ・・（６）
ＭＡ＝−ω０ｌ１ｌ２−０．５ω０ｌ１ ２＋ＭＳ ・・（７）
ＭＯ＝０．５ω０ｌ２ ２＋ＭＳ ・・（８）
なお、梁１の端部１ｂには負の曲げモーメントが作用していて、梁１の中心１ａには正の曲げモーメントが作用している。 The theory of virtual work, the bending moment M S in the rotating spring portions 15 and 16, the ends of the beam 1 (end) Bending in 1b moment M A, the bending moment M O at the center 1a of the beam 1, from (6) It is calculated | required like (8) Formula, respectively.
M S = ω 0 (2l 2 3 −3l 1 2 l 2 −l 1 3 ) / {6 (1 / κ + 0.5l)} (6)
M A = -ω 0 l 1 l 2 -0.5ω 0 l 1 2 + M S ·· (7)
M O = 0.5ω 0 l 2 2 + M S (8)
Note that a negative bending moment acts on the end portion 1 b of the beam 1, and a positive bending moment acts on the center 1 a of the beam 1.

ここで、比較例として回転バネ部１５、１６が形成されていない従来の梁７１に同様の等分布荷重が作用する場合について、図４を用いて説明する。梁７１は、本実施形態の梁１に回転バネ部１５、１６が形成される前の梁とも言える。言い替えると、比較例の梁７１に回転バネ部１５、１６が形成された後では、その梁７１は本実施形態の梁１になる。
梁７１の両端部７１ｂは、柱５１に固定されている。梁７１には、下向きで単位長さ当たりの大きさをω０の等分布荷重が作用する。
この場合、梁７１の端部（端）７１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１２）になる。梁７１の中心７１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／２４）になる。比較例の梁７１では、曲げモーメントの大きさの比は、中心７１ａが１に対して端部７１ｂが２となる。
従来の梁７１では、作用する曲げモーメントの大きさの最大値は（ω０ｌ２／１２）であり、端部７１ｂで生じる。 Here, as a comparative example, a case where the same equally distributed load acts on a conventional beam 71 in which the rotary spring portions 15 and 16 are not formed will be described with reference to FIG. It can be said that the beam 71 is a beam before the rotary spring portions 15 and 16 are formed on the beam 1 of the present embodiment. In other words, after the rotary spring portions 15 and 16 are formed on the beam 71 of the comparative example, the beam 71 becomes the beam 1 of the present embodiment.
Both end portions 71 b of the beam 71 are fixed to the column 51. The beam 71 is applied with an evenly distributed load that is downward and has a size per unit length of ω 0 .
In this case, the magnitude of the bending moment M A at the end of the beam 71 (end) 71b becomes (ω 0 l 2/12) . The size of the bending moment M O at the center 71a of the beam 71 becomes (ω 0 l 2/24) . In the beam 71 of the comparative example, the ratio of the magnitude of the bending moment is 1 for the center 71a and 2 for the end 71b.
In conventional beam 71, the maximum value of the magnitude of the bending moment acting is (ω 0 l 2/12) , occurs at the end 71b.

再び、本実施形態の梁１について説明を続ける。
曲げモーメントＭＳを０とすると、（４）、（５）式から回転バネ剛性比κが０となる。なお、回転バネ部１５、１６の曲げモーメントＭＳを０にするには、例えば、回転バネ部１５、１６に摩擦による抵抗の無いボールジョイントを設ける方法等が挙げられる。
前述の比較例の梁７１の端部７１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさと中心７１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさとの平均値は（ω０ｌ２／１６）である。 Again, description of the beam 1 of this embodiment is continued.
When a bending moment M S and 0, and (4), (5) rotates from equation spring stiffness ratio κ is 0. Note that the bending moment M S of the rotation spring portions 15 and 16 to 0, for example, a method or the like to provide a ball joint with no resistance due to friction in the rotational spring portions 15 and 16.
Average value of the magnitude of the bending moment M O in size and the center 71a of the bending moment M A at the end 71b of the beam 71 of the aforementioned comparative example is (ω 0 l 2/16) .

ここで、回転バネ剛性比κが曲げモーメントの大きさに与える影響を計算した結果を示す。
図５は、回転バネ剛性比κが０の場合の計算結果である。図５の横軸は、（ｌ１／ｌ）、すなわち梁１の端から回転バネ部１５、１６までの長さｌ１を梁１の長さｌで無次元化した値を示す。図５の縦軸は、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさを前述の平均値である（ω０ｌ２／１６）で割って正規化した値を示す。なお、梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ６で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ７でそれぞれ示す。 Here, the result of calculating the influence of the rotational spring stiffness ratio κ on the magnitude of the bending moment is shown.
FIG. 5 shows a calculation result when the rotation spring stiffness ratio κ is zero. The horizontal axis of FIG. 5 represents (l 1 / l), that is, a value obtained by making the length l 1 from the end of the beam 1 to the rotary spring portions 15 and 16 dimensionless with the length 1 of the beam 1. The vertical axis of FIG. 5 shows the normalized value by dividing the magnitude of the bending moment at the ends 1b and the center 1a of the beam 1 at an average value of the aforementioned (ω 0 l 2/16) . Incidentally, the magnitude of the moment M A bent at the end portion 1b of the beam 1 by line L6, respectively the magnitude of the moment M O bending at the center 1a of the beam 1 by a line L7.

前述の比較例の梁７１では、端部７１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１２）である。
（９）式より（ω０ｌ２／１６）で割られた後の線Ｌ６、Ｌ７の値がともに１．３３よりも小さい（ｌ１／ｌ）の範囲Ｒ１に設定されているときに、本実施形態の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が比較例の梁７１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも抑えられる。
（ω０ｌ２／１２）／（ω０ｌ２／１６）＝１６／１２≒１．３３ ・・（９） In the beam 71 of the aforementioned comparative example, the magnitude of the bending moment M A at the end portion 71b is (ω 0 l 2/12) .
(9) when set to a range R1 of small (l 1 / l) than than (ω 0 l 2/16) lines L6, values are both 1.33 L7 after being divided by formula, The maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 of the present embodiment is suppressed from the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 71 of the comparative example.
(Ω 0 l 2/12) / (ω 0 l 2 /16)=16/12≒1.33 ·· (9)

ここで、（７）式及び（８）式における曲げモーメントＭＡ、曲げモーメントＭＯが、曲げモーメントの向きを考慮して（−ω０ｌ２／１６）、（ω０ｌ２／１６）にそれぞれ等しいとすると、（１０）式及び（１１）式が得られる。なお、回転バネ剛性比κが０なので、（５）式から回転バネの定数をＫＳは０、（４）式から回転バネ部１５、１６における曲げモーメントＭＳは０である。
ＭＡ＝−ω０ｌ１ｌ２−０．５ω０ｌ１ ２＝−ω０ｌ２／１６ ・・（１０）
ＭＯ＝０．５ω０ｌ２ ２＝ω０ｌ２／１６ ・・（１１）
（１１）式より（１２）式が得られ、（１２）式を（１０）式に代入することで、（１３）式が得られる。
ｌ２＝ｌ／（２√２） ・・（１２）
ｌ１／ｌ＝０．５｛１−√（０．５）｝≒０．１４６ ・・（１３） Here, (7) the bending moment M A in formula and (8), the bending moment M O is, in consideration of the orientation of the bending moment (-ω 0 l 2/16) , (ω 0 l 2/16) (10) and (11) are obtained. Incidentally, since the rotation spring stiffness ratio κ is 0, K S is a constant of the rotary spring from (5) 0, 0 is the moment M S bend in the rotating spring portions 15 and 16 from the equation (4).
M A = -ω 0 l 1 l 2 -0.5ω 0 l 1 2 = -ω 0 l 2/16 ·· (10)
M O = 0.5ω 0 l 2 2 = ω 0 l 2/16 ·· (11)
The expression (12) is obtained from the expression (11), and the expression (13) is obtained by substituting the expression (12) into the expression (10).
l 2 = l / (2√2) (12)
l 1 /l=0.5 { 1- √ (0.5)} ≈0.146 (13)

本実施形態の梁１の端部１ｂでの曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１６）であり、比較例の梁７１の端部７１ｂでの曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１２）である。本実施形態の梁１の中心１ａでの曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／１６）であり、比較例の梁７１の中心７１ａでの曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／２４）である。
本実施形態の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値は、（ω０ｌ２／１６）である。 The size of the bending moment M A of the end portion 1b of the beam 1 of the present embodiment is (ω 0 l 2/16) , the magnitude of the bending moment M A of the end portion 71b of the beam 71 of the comparative example is a (ω 0 l 2/12) . The size of the bending moment M O at the center 1a of the beam 1 of the present embodiment is (ω 0 l 2/16) , the magnitude of the bending moment M O at the center 71a of the beam 71 of the comparative example (omega is 0 l 2/24).
The maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 of the present embodiment is a (ω 0 l 2/16) .

本実施形態の梁１は、比較例の梁７１に比べて、端部１ｂでの曲げモーメントの大きさの最大値が（１４）式より７５％と小さくなり、曲げモーメントの大きさの最大値を２５％低減できることが分かった。回転バネ部１５、１６は、梁７１における回転バネ部１５、１６以外の部分に比べて曲げモーメントを伝達させにくいため、曲げモーメントの大きさの最大値が低減される。
（ω０ｌ２／１６）／（ω０ｌ２／１２）＝１２／１６＝０．７５ ・・（１４）
回転バネ部１５、１６が梁１の中心１ａを挟んで対称となるように形成されているとともに回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに等しいため、梁１の中心１ａを挟んで長手方向Ｘに対称となるように、梁１に作用する曲げモーメントの大きさが抑制される。
一方で、本実施形態の梁１は、比較例の梁７１に比べて、中心１ａでの曲げモーメントの大きさが（１５）式より１５０％と大きくなり、曲げモーメントの大きさが５０％増加することが分かった。
（ω０ｌ２／１６）／（ω０ｌ２／２４）＝２４／１６＝１．５０ ・・（１５） In the beam 1 of this embodiment, the maximum value of the bending moment at the end 1b is 75% smaller than that of the equation (14), compared to the beam 71 of the comparative example, and the maximum value of the bending moment is as follows. Was found to be reduced by 25%. Since the rotary spring portions 15 and 16 are less likely to transmit the bending moment than the portions other than the rotary spring portions 15 and 16 in the beam 71, the maximum value of the magnitude of the bending moment is reduced.
(Ω 0 l 2/16) / (ω 0 l 2 /12)=12/16=0.75 ·· (14)
The rotary springs 15 and 16 are formed so as to be symmetric with respect to the center 1a of the beam 1 and the values of the second moments of section of the rotary springs 15 and 16 are equal to each other. Thus, the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 is suppressed so as to be symmetric in the longitudinal direction X.
On the other hand, in the beam 1 of the present embodiment, the magnitude of the bending moment at the center 1a is 150% larger than the formula (15) and the magnitude of the bending moment is increased by 50% compared to the beam 71 of the comparative example. I found out that
(Ω 0 l 2/16) / (ω 0 l 2 /24)=24/16=1.50 ·· (15)

なお、比較例の梁７１の両端部７１ｂがピンの場合（建築物５０に回転可能に接続されている場合）には、比較例の梁７１の端部７１ｂでの曲げモーメントＭＡの大きさは０になり、中心７１ａでの曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／８）になる。この比較例の場合に比べて本実施形態の梁１では、曲げモーメントの大きさの最大値が（１６）式より５０％小さくなる。
（ω０ｌ２／１６）／（ω０ｌ２／８）＝８／１６＝０．５０ ・・（１６） Note that if both end portions 71b of the beam 71 of the comparative example of the pin (if that is rotatably connected to the building 50), the magnitude of the bending moment M A of the end portion 71b of the beam 71 of the comparative example becomes 0, the magnitude of the bending moment M O at the center 71a becomes (ω 0 l 2/8) . Compared to the case of this comparative example, in the beam 1 of this embodiment, the maximum value of the magnitude of the bending moment is 50% smaller than in the equation (16).
(Ω 0 l 2/16) / (ω 0 l 2 /8)=8/16=0.50 ·· (16)

範囲Ｒ１は、０．０９よりも大きく０．２１よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．１４６のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。 The range R1 is a range that is larger than 0.09 and smaller than 0.21. Especially when (l 1 / l) is 0.146, become both the magnitude of the bending moment at the ends 1b and the center 1a of the beam 1 (ω 0 l 2/16 ), the bending acting on the beam 1 Moment The maximum value of the size can be minimized.

図６は、回転バネ剛性比κが１の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ８で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ９でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ２は、０．０４よりも大きく０．２１よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．１１８のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。 FIG. 6 shows a calculation result when the rotational spring stiffness ratio κ is 1, and the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. The magnitude of the bending moment M A at the end 1b of the beam 1 by line L8, respectively the magnitude of the moment M O bending at the center 1a of the beam 1 by a line L9.
In this case, the range R2 in which the maximum value of the bending moment acting on the beam 1 is suppressed is a range greater than 0.04 and less than 0.21. Especially when (l 1 / l) is 0.118, become both the magnitude of the bending moment at the ends 1b and the center 1a of the beam 1 (ω 0 l 2/16 ), the bending acting on the beam 1 Moment The maximum value of the size can be minimized.

図７は、回転バネ剛性比κが２の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ１０で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ１１でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ３は、０以上０．２よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．０９２のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。 FIG. 7 shows a calculation result when the rotation spring stiffness ratio κ is 2, and the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. The magnitude of the bending moment M A at the end 1b of the beam 1 by line L10, respectively the magnitude of the moment M O bending at the center 1a of the beam 1 by a line L11.
In this case, the range R3 in which the maximum value of the bending moment acting on the beam 1 is suppressed is a range of 0 or more and smaller than 0.2. Especially when (l 1 / l) is 0.092, become both the magnitude of the bending moment at the ends 1b and the center 1a of the beam 1 (ω 0 l 2/16 ), the bending acting on the beam 1 Moment The maximum value of the size can be minimized.

図８は、回転バネ剛性比κが４の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ１２で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ１３でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ４は、０以上０．２よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．０４６のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。 FIG. 8 shows a calculation result when the rotation spring stiffness ratio κ is 4, and the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. 5. The magnitude of the bending moment M A at the end 1b of the beam 1 by line L12, respectively the magnitude of the moment M O bending at the center 1a of the beam 1 by a line L13.
In this case, the range R4 in which the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 is suppressed is a range from 0 to less than 0.2. Especially when (l 1 / l) is 0.046, become both the magnitude of the bending moment at the ends 1b and the center 1a of the beam 1 (ω 0 l 2/16 ), the bending acting on the beam 1 Moment The maximum value of the size can be minimized.

図９は、回転バネ剛性比κが６の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ１４で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ１５でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ５は、０以上０．２１よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。 FIG. 9 shows a calculation result when the rotation spring stiffness ratio κ is 6. The horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. The magnitude of the bending moment M A at the end 1b of the beam 1 by line L14, respectively the magnitude of the moment M O bending at the center 1a of the beam 1 by a line L15.
In this case, the range R5 in which the maximum value of the bending moment acting on the beam 1 is suppressed is a range of 0 or more and smaller than 0.21. Especially when (l 1 / l) is zero, it becomes both the magnitude of the bending moment at the ends 1b and the center 1a of the beam 1 (ω 0 l 2/16 ), the bending moment acting on the beam 1 size The maximum value can be minimized.

組みとなる回転バネ剛性比κ及び（ｌ１／ｌ）を、（κ，（ｌ１／ｌ））のように記載する。（κ，（ｌ１／ｌ））が、（０，０．１４６）、（１，０．１１８）、（２，０．０９２）、（４，０．０４６）、（６，０）のときに、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。 The rotational spring stiffness ratio κ and (l 1 / l) that form a set is described as (κ, (l 1 / l)). (Κ, (l 1 / l)) is (0, 0.146), (1, 0.118), (2, 0.092), (4, 0.046), (6, 0) Sometimes, the maximum value of the bending moment acting on the beam 1 can be minimized.

図１０は、（ｌ１／ｌ）に対して、曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる回転バネ剛性比κを左側の縦軸に示し、その時の回転バネ部１５、１６の曲げモーメントＭＳを右側の縦軸に示したものである。回転バネ剛性比κを線Ｌ２１で示し、回転バネ部１５、１６の曲げモーメントＭＳを線Ｌ２２で示す。
（ｌ１／ｌ）が大きくなる（回転バネ部１５、１６が形成される位置が梁１の中心１ａに近づく）にしたがって、回転バネ剛性比κが小さくなる（回転バネの定数がＫＳが小さくなる）方が梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができることが分かった。 FIG. 10 shows the rotation spring stiffness ratio κ that can most suppress the maximum value of the magnitude of the bending moment with respect to (l 1 / l) on the left vertical axis, and the rotation spring portions 15 and 16 at that time the bending moment M S illustrates the right vertical axis. It represents the rotational spring stiffness ratio κ by line L21, showing a bending moment M S of the rotation spring portions 15 and 16 by a line L22.
According (l 1 / l) is large (position where the rotation spring portions 15 and 16 are formed towards the center 1a of the beam 1), the rotation spring stiffness ratio κ is reduced (constant rotary spring is K S It has been found that the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 can be suppressed when (smaller).

なお、現実的な回転バネ剛性比κの範囲としては、１以上４以下であることが好ましい。回転バネ剛性比κが１以上の方が回転バネ部１５、１６の製造が容易になる。回転バネ剛性比κが４以下の方が曲げモーメントの大きさを変化させやすい。
１以上４以下である回転バネ剛性比κに対して、（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことで、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が比較例の梁７１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも抑えられる。 The realistic range of the rotational spring stiffness ratio κ is preferably 1 or more and 4 or less. When the rotation spring stiffness ratio κ is 1 or more, the rotation spring portions 15 and 16 can be easily manufactured. When the rotational spring stiffness ratio κ is 4 or less, the magnitude of the bending moment is easily changed.
When the value of (l 1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2 with respect to the rotational spring stiffness ratio κ that is 1 or more and 4 or less, the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 is reduced. The maximum value is suppressed from the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 71 of the comparative example.

ここで、図１０において回転バネ剛性比κが１、（ｌ１／ｌ）が０．１１８の場合の梁１の形状を検討した結果について説明する。
梁１の長さｌが５０００ｍｍ、梁サイズＨ−５００×２００×９×１２（ウエブ１３の厚さが９ｍｍで幅が５００ｍｍ、フランジ１１、１２の厚さが１２ｍｍで幅が２００ｍｍ）の場合で説明する。強軸の断面二次モーメントＩ（回転バネ部１５、１６が形成されていない部分）は、３７５００ｃｍ４になる。κ（＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ））＝１となるために、回転バネ部１５、１６においてフランジ１１、１２全体を長手方向Ｘに１００ｍｍ（＝ｌＳ、図１参照）切り欠くとする。すると、（１７）式が得られ、（１７）式を変形させた（１８）式から回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントをＩＳが得られる。
ＥＩ／ｌ＝ＥＩＳ／ｌＳ ・・（１７）
ＩＳ＝ｌＳ／ｌ×Ｉ＝１００／５０００×Ｉ＝Ｉ／５０＝３７５００／５０＝７５０ｃｍ４ ・・（１８） Here, the result of examining the shape of the beam 1 when the rotation spring stiffness ratio κ is 1 and (l 1 / l) is 0.118 in FIG. 10 will be described.
When the length 1 of the beam 1 is 5000 mm and the beam size H-500 × 200 × 9 × 12 (the thickness of the web 13 is 9 mm and the width is 500 mm, the thickness of the flanges 11 and 12 is 12 mm and the width is 200 mm) explain. The cross-sectional secondary moment I of the strong axis (the portion where the rotary spring portions 15 and 16 are not formed) is 37500 cm 4 . In order to satisfy κ (= K S / (EI S / l)) = 1, when the flanges 11 and 12 are entirely cut out in the longitudinal direction X in the rotary spring portions 15 and 16 by 100 mm (= l S , see FIG. 1). To do. Then, equation (17) is obtained, I S is obtained a second moment of rotation spring portions 15 and 16 from (17) were deformed equation (18).
EI / l = EI S / l S (17)
I S = l S / l × I = 100/5000 × I = I / 50 = 37500/50 = 750 cm 4 (18)

ウエブ１３の厚さが９ｍｍなので、回転バネ部１５、１６におけるウエブ１３の幅をＷＳｍｍ（図１参照）とすると、（１９）式から得られる。（１９）式を解いて（２０）式が得られる。
ｌＳ＝７５０×１０００＝９×ＷＳ ３／１２ ・・（１９）
ＷＳ＝２１５．４ｍｍ ・・（２０）
長さｌ１は、（２１）式から得られる。
ｌ１＝０．１１８×ｌ＝０．１１８×５０００＝５９０ｍｍ ・・（２１） Since the thickness of the web 13 is 9 mm, when the width of the web 13 in the rotary spring portions 15 and 16 is W S mm (see FIG. 1), it can be obtained from the equation (19). The equation (20) is obtained by solving the equation (19).
l S = 750 × 1000 = 9 × W S 3/12 ·· (19)
W S = 215.4 mm (20)
The length l 1 is obtained from the equation (21).
l 1 = 0.118 × l = 0.118 × 5000 = 590 mm (21)

次に、以上のように構成された梁１の施工方法（以下、単に施工方法とも称する）について説明する。図１１は、本実施形態における梁の施工方法を示すフローチャートである。
まず、回転バネ部形成工程Ｓ１（図１１参照）において、梁１の長手方向Ｘの所定の位置に、断面二次モーメントを梁１の他の部分よりも小さくした回転バネ部１５、１６を形成する。このとき、回転バネ部１５、１６を、梁１の中心１ａを挟んで対称となるように一対形成してもよい。回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値を、互いに等しくしてもよい。回転バネ部１５、１６は、バネ剛性比κが１以上４以下であり、（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さくなるように形成してもよい。 Next, the construction method of the beam 1 configured as described above (hereinafter also simply referred to as construction method) will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a beam construction method in the present embodiment.
First, in the rotation spring portion forming step S1 (see FIG. 11), the rotation spring portions 15 and 16 having a cross-sectional secondary moment smaller than the other portions of the beam 1 are formed at predetermined positions in the longitudinal direction X of the beam 1. To do. At this time, a pair of the rotary spring portions 15 and 16 may be formed so as to be symmetric with respect to the center 1a of the beam 1. The values of the cross-sectional secondary moments of the rotary spring portions 15 and 16 may be equal to each other. The rotary springs 15 and 16 may be formed so that the spring stiffness ratio κ is 1 or more and 4 or less, and the value of (l 1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2.

次に、端部固定工程Ｓ３において、梁１の両端部１ｂを建築物５０の柱５１に固定するとともに梁１に大きさをω０の等分布荷重を作用させる。
これにより、比較例の梁７１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる。
以上で、本施工方法の全ての処理を終了する。 Next, in the end fixing step S3, both ends 1b of the beam 1 are fixed to the pillars 51 of the building 50, and an equally distributed load having a size of ω 0 is applied to the beam 1.
Thereby, the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 can be suppressed rather than the maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam 71 of the comparative example.
Above, all the processes of this construction method are complete | finished.

次に、梁１の曲げモーメントＭＡの大きさの最大値の低減量についてシミュレーションした結果について説明する。
解析プログラムには、ＦＥＭ解析ソフトウエアであるｍｉｄａｓを用いた。梁１の長さｌ、梁サイズは、前述のように５０００ｍｍ、Ｈ−５００×２００×９×１２とした。解析モデルを図１２に示す。比較のため、梁１に対して回転バネ部１５、１６が形成されていない梁７１の解析モデルも作成した。
梁１の材質は、一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００とした。
図１３に示すように、梁１、７１ともに、等分布荷重の単位長さ当たりの大きさω０を、２５ｋＮ／ｍとした。梁１、７１の両端部は、固定されている（固定端）とした。 It will now be described the results of a simulation for the amount of reduction in magnitude the maximum value of the bending moment M A beam 1.
Midas, which is FEM analysis software, was used as the analysis program. The length 1 and the beam size of the beam 1 were 5000 mm and H-500 × 200 × 9 × 12 as described above. The analysis model is shown in FIG. For comparison, an analysis model of a beam 71 in which the rotary spring portions 15 and 16 are not formed with respect to the beam 1 was also created.
The material of the beam 1 was SS400, which is a general structural rolled steel.
As shown in FIG. 13, the magnitude ω 0 per unit length of the uniformly distributed load was set to 25 kN / m for both beams 1 and 71. Both ends of the beams 1 and 71 are fixed (fixed ends).

シミュレーションにより曲げモーメントを求めた結果を、図１４に示す。曲げモーメントの単位は、ｋＮｍである。
比較例の梁７１では、曲げモーメントの大きさの比は、（２２）式より中心が１に対して端部が２となることが分かった。
｜−５２｜／２６＝２ ・・（２２）
実施形態の梁１では、曲げモーメントの大きさが中心と端部とで等しいことが分かった。
本実施形態の梁１は、比較例の梁７１に比べて、端部での曲げモーメントの大きさの最大値が（２３）式より７５％と小さくなり、曲げモーメントＭＡの大きさの最大値を２５％低減できることがシミュレーションにより示された。
３９／５２＝０．７５ ・・（２３） The result of obtaining the bending moment by simulation is shown in FIG. The unit of bending moment is kNm.
In the beam 71 of the comparative example, it was found that the ratio of the magnitude of the bending moment was 1 at the center and 2 at the end from the equation (22).
| −52 | / 26 = 2 (22)
In the beam 1 of the embodiment, it has been found that the magnitude of the bending moment is equal at the center and at the end.
Beams 1 of the present embodiment, as compared with the beam 71 of the comparative example, the maximum bending maximum magnitude of the moment (23) is reduced 75% from the equation, the bending moment M A size of the end portion Simulations have shown that the value can be reduced by 25%.
39/52 = 0.75 (23)

以上説明したように、本実施形態の施工方法及び梁１によれば、回転バネ部１５、１６は曲げモーメントを伝達させにくい。梁１に回転バネ部１５、１６が形成される前には、梁１の端部に曲げモーメントの大きさの最大値が作用していたが、梁１に回転バネ部１５、１６が形成された後では、梁１の端部１ｂに作用する曲げモーメントの大きさが抑えられる。したがって、建築物５０に端部１ｂを固定して梁１を使用しているときに梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができる。   As described above, according to the construction method and the beam 1 of the present embodiment, the rotary spring portions 15 and 16 are difficult to transmit the bending moment. Before the rotation spring portions 15 and 16 were formed on the beam 1, the maximum value of the bending moment acted on the end portion of the beam 1, but the rotation spring portions 15 and 16 were formed on the beam 1. After that, the magnitude of the bending moment acting on the end portion 1b of the beam 1 is suppressed. Therefore, when the end 1b is fixed to the building 50 and the beam 1 is used, the maximum value of the bending moment acting on the beam 1 can be suppressed.

回転バネ部１５、１６は、梁１の中心１ａを挟んで対称となるように形成されているため、梁１の中心１ａを挟んで長手方向Ｘに対称となるように、梁１に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。
回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに等しいため、梁１の中心１ａを挟んで長手方向Ｘにより対称となるように、梁１に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。 The rotary springs 15 and 16 are formed so as to be symmetric with respect to the center 1a of the beam 1, and thus act on the beam 1 so as to be symmetric with respect to the longitudinal direction X with respect to the center 1a of the beam 1. The magnitude of the bending moment can be suppressed.
Since the values of the cross-sectional secondary moments of the rotary springs 15 and 16 are equal to each other, the magnitude of the bending moment acting on the beam 1 is suppressed so as to be symmetric with respect to the longitudinal direction X across the center 1a of the beam 1. Can do.

構造物は、建築基準法で規定される建築物５０である。建築物５０に用いられる梁１のように曲げモーメントの耐力に余裕が少ない場合でも、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることで、断面積の小さな梁１を効率的に使用することができる。
回転バネ剛性比κが１以上４以下であり（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことで、現実的に用いられる梁に、より広範囲に本実施形態の施工方法及び梁１の構成を適用することができる。 The structure is a building 50 defined by the Building Standard Law. Even in the case where the margin of bending moment is small like the beam 1 used in the building 50, the beam 1 having a small cross-sectional area can be efficiently produced by suppressing the maximum value of the bending moment acting on the beam 1. Can be used.
This embodiment can be applied to a practically used beam more widely because the rotation spring stiffness ratio κ is 1 or more and 4 or less and the value of (l 1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2. The construction method and the configuration of the beam 1 can be applied.

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、梁１に回転バネ部１５、１６が中心１ａに対して対称に形成されていたが、回転バネ部１５、１６は中心１ａに対して対称に形成されなくてもよい。梁１に形成される回転バネ部１５、１６の数はこれに限定されず、１つでもよいし３つ以上でもよい。 As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and modifications, combinations, and deletions within a scope that does not depart from the gist of the present invention. Etc. are also included.
For example, in the above-described embodiment, the rotary spring portions 15 and 16 are formed symmetrically with respect to the center 1a in the beam 1, but the rotary spring portions 15 and 16 may not be formed symmetrically with respect to the center 1a. . The number of the rotary spring portions 15 and 16 formed on the beam 1 is not limited to this, and may be one or three or more.

回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに異なっていてもよい。このように構成しても、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができるからである。
回転バネ部１５、１６の回転バネ剛性比は０以上６以下であってもよいし、（ｌ１／ｌ）の値は０以上０．５以下の値であってもよい。
梁１はＨ形鋼とした。しかし、梁１はこれに限られず、Ｉ形鋼やＴ形鋼等、様々な断面形状の梁を適宜選択して用いることができる。
構造物は、建築基準法で規定される建築物である建築物５０であるとした。しかし、構造物はこれに限られず、建築基準法で規定される範囲外の建築物であってもよいし、橋梁等でもよい。 The values of the cross-sectional secondary moments of the rotary spring portions 15 and 16 may be different from each other. This is because the maximum value of the bending moment acting on the beam 1 can be suppressed even with this configuration.
The rotation spring stiffness ratio of the rotation spring portions 15 and 16 may be 0 or more and 6 or less, and the value of (l 1 / l) may be 0 or more and 0.5 or less.
The beam 1 was H-shaped steel. However, the beam 1 is not limited to this, and beams having various cross-sectional shapes such as I-shaped steel and T-shaped steel can be appropriately selected and used.
The structure is assumed to be a building 50 which is a building specified by the Building Standard Law. However, the structure is not limited to this, and may be a building outside the range defined by the Building Standard Law, or a bridge or the like.

１ 梁
１ａ 中心
１ｂ 端部
１５、１６ 回転バネ部（低剛性部）
５０ 建築物（構造物）
Ｘ 長手方向 1 Beam 1a Center 1b End 15, 16 Rotating spring (low rigidity)
50 Buildings (structures)
X Longitudinal direction

Claims (4)

梁の長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも小さくした低剛性部を形成し、
前記梁の両端部を建築基準法で規定される建築物を構成する構造物に固定するとともに前記梁に等分布荷重を作用させ、前記低剛性部が形成される前の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも、前記低剛性部が形成された後の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑え、
前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、
としたときに、
（１）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴とする梁の施工方法。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ） ・・（１） Forming a low-rigidity portion having a second moment of section smaller than that of the other part of the beam at a predetermined position in the longitudinal direction of the beam;
Bending that acts on the beam before the low-rigidity portion is formed by fixing both ends of the beam to the structure constituting the building specified by the Building Standards Act and applying an equally distributed load to the beam than the size maximum value of the moment, depressive give a maximum value of the magnitude of the bending moment acting on the beam after the low-rigidity portion is formed,
The length of the beam is l, the length from the end of the beam to the low-rigidity portion is l1, the elastic modulus of the beam is E, the cross-sectional secondary moment of the low-rigidity portion is IS, and the rotation of the low-rigidity portion is The spring constant is KS,
And when
The rotational spring stiffness ratio κ defined by the equation (1) is 1 or more and 4 or less,
A method for constructing a beam, wherein a value of (l1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2 .
κ = KS / (EIS / l) (1) 前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで前記長手方向に対称となるように一対形成されていることを特徴とする請求項１に記載の梁の施工方法。   2. The beam construction method according to claim 1, wherein a pair of the low-rigidity portions are formed so as to be symmetrical in the longitudinal direction across the longitudinal center of the beam. 一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しいことを特徴とする請求項２に記載の梁の施工方法。   The beam construction method according to claim 2, wherein values of the second moment of section of the pair of low-rigidity portions are equal to each other. 両端部が構造物に固定され等分布荷重が作用される梁であって、
前記梁には、長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも
小さくした低剛性部が形成され、
前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで対称となるように一対形成され、
一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しく、
前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、としたときに、
（２）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴とする梁。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ） ・・（２） Both ends are fixed to the structure and the beam is subjected to an evenly distributed load.
In the beam, a low-rigidity portion having a second moment of section smaller than the other part of the beam is formed at a predetermined position in the longitudinal direction,
A pair of the low rigidity portions are formed so as to be symmetric with respect to the center in the longitudinal direction of the beam,
The values of the cross-sectional secondary moments of the pair of low-rigidity parts are equal to each other,
The length of the beam is l, the length from the end of the beam to the low-rigidity portion is l1, the elastic modulus of the beam is E, the cross-sectional secondary moment of the low-rigidity portion is IS, and the rotation of the low-rigidity portion is When the spring constant is KS,
The rotational spring stiffness ratio κ defined by the formula (2) is 1 or more and 4 or less,
A beam characterized in that the value of (l1 / l) is larger than 0.04 and smaller than 0.2.
κ = KS / (EIS / l) (2)
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