JP6826409B2

JP6826409B2 - 鉄骨造建物

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Publication number: JP6826409B2
Application number: JP2016182220A
Authority: JP
Inventors: 義行村田; 峰広西山
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP2018044419A

Description

本発明は鉄骨造建物及びその施工方法に関する。

従来、鉄骨造建物では、梁用鉄骨材のウェブに、換気用配管や電線用配管などの設備配管が挿通可能な開孔を形成する場合がある。この場合、開孔が形成されたウェブ部分を補強するために、開孔の周囲に補強用のプレートを溶接する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、鉄骨造建物では、地震等の揺れによる破損を防ぐために、梁用鉄骨材と接合する柱用鉄骨材の柱梁接合部におけるウェブのせん断強度が重要である。この柱梁接合部におけるウェブのせん断強度が既製の鋼材では不足する場合、当該ウェブにダブラープレートと呼ばれる補強用のプレートを溶接する技術が知られている（例えば特許文献２）。

特開２０１３−１４９５６号公報特開２００６−３７６４８号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術では、鉄骨材のウェブを補強するために、ウェブにプレートを溶接する点が共通している。
しかしながら、このような技術では、プレートの外周を溶接して鉄骨材に固定しているため、煩雑な溶接作業を必要とし、ウェブの補強のための作業が複雑となる。

本発明の目的は、鉄骨材のウェブが簡易に補強された鉄骨造建物及びその施工方法を提供することにある。

本発明の鉄骨造建物は、柱用鉄骨材と、前記柱用鉄骨材に接合された梁用鉄骨材とを備え、前記梁用鉄骨材及び前記柱用鉄骨材の少なくとも一方が有するウェブの一部には、焼入れによって高い強度にされた高強度化領域が形成されていることを特徴とする。
この構成では、ウェブの一部に焼入れをすることによって高強度化領域を形成しており、これによりウェブに補強用のプレートを溶接した場合と同様の補強効果を得ている。よって、補強用のプレートを溶接する作業が不要となり、ウェブが簡易に補強された鉄骨造建物を提供できる。

また、本発明の鉄骨造建物において、前記梁用鉄骨材は、開孔が形成された前記ウェブを有しており、前記高強度化領域は、前記開孔を内側に含むように形成されていてもよい。
この構成によれば、換気用配管や電線用配管などの設備配管が挿通可能な開孔をウェブに形成しつつ、補強を必要とする開孔の周囲のウェブ部分を高強度化領域によって簡易に補強することができる。また、補強用のプレートを溶接する場合に比べて補強のためのスペースが少なくて済むため、開孔を挿通する設備配管の配置自由度を増すことができる。

また、本発明の鉄骨造建物において、前記柱用鉄骨材は、前記ウェブを有しており、前記柱用鉄骨材の一部は、少なくとも片側に前記梁用鉄骨材が接合された柱梁接合部を構成しており、前記高強度化領域は、前記柱梁接合部を構成している前記ウェブの部分に形成されていてもよい。
この構成によれば、柱梁接合部を構成しているウェブの部分を高強度化領域によって簡易に補強することができる。これにより、地震等の揺れによる破損を抑制するための構造を簡易に実現できる。

また、本発明の鉄骨造建物において、前記高強度化領域は、前記梁用鉄骨材又は前記柱用鉄骨材の材軸方向に対して傾斜した２方向に沿って延びる部分が交差して成る十字形状を呈していることが好ましい。
この構成によれば、地震等によって揺れが発生した場合に特に応力のかかる方向に沿って高強度化領域が配置されており、ウェブを効果的に補強することができる。これにより、高強度化領域の形成範囲を必要最小限にとどめることができ、焼入れのための作業時間を短縮することができる。

本発明の鉄骨造建物の施工方法は、柱用鉄骨材と、前記柱用鉄骨材に接合された梁用鉄骨材とを備えた鉄骨造建物を施工する方法であって、前記梁用鉄骨材及び前記柱用鉄骨材の少なくとも一方が有するウェブの一部に、焼入れによる高強度化領域を形成することを特徴とする。
この施工方法によれば、前述と同様の効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態にかかる鉄骨造建物を示す概略図である。本発明の第１実施形態にかかる梁用鉄骨材の一部を示す斜視図である。本発明の第１実施形態にかかる鉄骨造建物の柱梁接合部付近を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。本発明の第２実施形態にかかる梁用鉄骨材の一部を示す斜視図である。本発明の第２実施形態にかかる鉄骨造建物の柱梁接合部付近を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、鉄骨造建物１は、複数の梁用鉄骨材１０と、複数の柱用鉄骨材２０とを備えた複数階建て建物である。梁用鉄骨材１０と柱用鉄骨材２０との接合形態としては、図示される通り、ト形接合、十字形接合、Ｌ形接合、及び、Ｔ形接合がある。
図１で示されるＡ１，Ａ２は後述する高強度化領域である。

図２に示すように、梁用鉄骨材１０は、上下に配置された２つのフランジ１１と、これらのフランジ１１に両端が接合されたウェブ１２とを有するＨ形鋼である。ウェブ１２には、換気用配管や電線用配管などの設備配管を通すための開孔１３が形成されている。
なお、図１では、開孔１３は、ウェブ１２のうち柱用鉄骨材２０の近傍に配置されているが、本実施形態は、開孔１３が形成される位置は限定されるものではなく、任意の位置に形成されていればよい。また、図１では、開孔１３の数は１本の梁用鉄骨材１０に１つ形成されているが、複数形成されていてもよい。

梁用鉄骨材１０は、例えばＪＩＳで規定される普通強度の形鋼であって、これを部分的に焼入れることによって高強度化領域Ａ１が形成されている。高強度化領域Ａ１は、ウェブ１２の開孔１３を内側の中央に含むように配置されおり、その外郭は平面矩形状である。
高強度化領域Ａ１の１辺の長さは、開孔１３の直径に対して２倍以上であることが好ましい。または、ウェブ１２の片面について、高強度化領域Ａ１の面積は、開孔１３の面積の３倍以上であることが好ましい。

図３に示すように、柱用鉄骨材２０は、左右に配置された２つのフランジ２１と、これらのフランジ２１に両端が接合されたウェブ２２とを有するＨ形鋼である。
柱用鉄骨材２０のうち、その材軸方向における一部は、少なくとも片側に梁用鉄骨材１０が接合された柱梁接合部２５を構成している。例えば、柱梁接合部２５は、両側のフランジ２１に梁用鉄骨材１０が接合された部分でもよいし（図３参照）、片側のフランジ２１に梁用鉄骨材１０が接合された部分でもよい。また、柱梁接合部２５は、ウェブ２２の両側面又は片側面に梁用鉄骨材１０が接合された部分でもよい。また、これらが組み合わさっていてもよい。柱用鉄骨材２０は、複数の柱梁接合部２５を含んでいる。
なお、以下では、柱梁接合部２５を構成しているウェブ２２の部分を、単に、柱梁接合部２５のウェブ部分２２０と記載する場合がある。

柱梁接合部２５のウェブ部分２２０には、柱用鉄骨材２０の材軸方向において、接合された梁用鉄骨材１０のフランジ１１と同じ位置にスチフナ３０が設けられている。スチフナ３０は、柱梁接合部２５を挟んで左右に配置された梁用鉄骨材１０のうち一方に生じる力を他方に伝達するものである。

柱用鉄骨材２０は、例えばＪＩＳで規定される普通強度の形鋼であって、これを部分的に焼入れることによって高強度化領域Ａ２が形成されている。高強度化領域Ａ２は、柱梁接合部２５のウェブ部分２２０の中央に配置されており、その外郭は平面矩形状である。高強度化領域Ａ２の１辺の長さは、スチフナ３０の間の寸法に対して０．８倍以上であることが好ましい。または、ウェブ２２の片面について、高強度化領域Ａ２の面積は、柱梁接合部２５の面積の６．５割以上であることが好ましい。

ここで、梁用鉄骨材１０及び柱用鉄骨材２０をそれぞれ構成する普通強度の形鋼は、例えば、構造用鋼として、ＪＩＳＧ３１０６で定められている溶接構造用圧延鋼材（記号ＳＭ）、ＪＩＡＧ３１３６で定められている建築構造用圧延鋼材（記号ＳＮ）、ＪＩＳＧ３１０１で定められている一般構造用圧延鋼材（記号ＳＳ）、ＪＩＳＧ３３５０で定められている一般構造用軽量形鋼（記号ＳＳＣ）、又は、ＪＩＳＧ３３５３で定められている一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼（記号ＳＷＨ）である。これらの形鋼の降伏点又は０．２％耐力の具体的な数値はＪＩＳに規定される。

焼入れは、高周波誘導加熱によって７５０℃以上１２００℃以下の加熱温度で加熱し急冷することによって行われる。このような焼入れを行うことにより、形鋼の強度が大きなものとなる。ここで、強度とは、梁の断面を切り出して引張試験を行ったときの平均的な降伏点又は０．２％耐力をいう。

高強度化領域Ａ１、Ａ２の降伏点又は０．２％耐力は、焼入れが行われていない領域の降伏点又は０．２％耐力に比べて１．５倍以上であり、かつ、７００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。なお、高強度化領域Ａ１、Ａ２の平均的な値が、焼入れが行われていない領域に比べて１．５倍以上になればよく、断面全体を１．５倍以上することを要しない。

以上の構成の鉄骨造建物１を施工するには、まず、ＪＩＳで規定される普通強度の形鋼を用意する。形鋼のウェブ１２に開孔１３を形成した後、開孔１３の周囲を高周波誘導加熱によって焼き入れることによって、高強度化領域Ａ１を有する梁用鉄骨材１０を製造する。また、形鋼のうち、柱梁接合部２５となるウェブ２２の部分を高周波誘導加熱によって焼き入れることによって、高強度化領域Ａ２を有する柱用鉄骨材２０を製造する。建設現場では、柱用鉄骨材２０を複数設置し、隣り合う柱用鉄骨材２０の柱梁接合部２５に梁用鉄骨材１０を接合する。
なお、開孔１３の形成は、焼入れの後であってもよい。

第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）鉄骨造建物１では、梁用鉄骨材１０のウェブ１２の一部に焼入れをすることによって高強度化領域Ａ１を形成している。また、柱用鉄骨材２０のウェブ２２の一部に焼入れをすることによって高強度化領域Ａ２を形成している。これらの高強度化領域Ａ１、Ａ２によれば、補強用のプレートを溶接した場合と同様の補強効果が得られる。よって、補強用のプレートを溶接する作業が不要となり、ウェブ１２、２２が簡易に補強された鉄骨造建物１を提供できる。

（２）また、鉄骨造建物１では、設備配管が挿通可能な開孔１３をウェブ１２に形成しつつ、補強を必要とする開孔１３の周囲の部分を高強度化領域Ａ１によって簡易に補強することができる。また、補強用のプレートを溶接する場合に比べて補強のためのスペースが少なくて済むため、開孔１３を挿通する設備配管の配置自由度を増すことができる。

（３）また、鉄骨造建物１では、柱梁接合部２５のウェブ部分２２０を高強度化領域Ａ２によって簡易に補強することができる。これにより、地震等の揺れによる破損を抑制するための構造を簡易に実現できる。

（４）また、本実施形態の施工方法によれば、鉄骨造建物１の建設作業を容易にすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。図４は図２に対応し、図５は図３に対応する。

第２実施形態は、高強度化領域Ａ３、Ａ４の形状が第１実施形態と異なるものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成部分は同一符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、高強度化領域Ａ３は、ウェブ１２の開孔１３を内側の中央に含むように配置されおり、梁用鉄骨材１０の材軸方向に対して４５°傾斜する２方向Ｘ１、Ｘ２に沿って延びる部分が交差して成る十字形状を呈している。
図５に示すように、高強度化領域Ａ４は、柱梁接合部２５のウェブ部分２２０の中央に配置されており、柱用鉄骨材２０の材軸方向に対して４５°傾斜する２方向Ｘ３、Ｘ４に沿って延びる部分が交差して成る十字形状を呈している。

高強度化領域Ａ３、Ａ４について、上下方向又は左右方向の寸法をＬ１とし、Ｘ１〜Ｘ４の各方向の寸法をＬ２とすると、Ｌ１：Ｌ２＝１：２〜１：４であることが好ましい。なお、図４では、代表して、上下方向の寸法にＬ１を付し、Ｘ２方向の寸法にＬ２を付している。同様に、図５では、代表して、上下方向の寸法にＬ１を付し、Ｘ４方向の寸法にＬ２を付している。

第２実施形態では、第１実施形態の（１）〜（３）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（４）仮に地震等により鉄骨造建物１に揺れが生じた場合、梁用鉄骨材１０及び柱用鉄骨材２０には、例えば図４又は図５において白抜き矢印Ｐで示すような力が作用する。このとき、図４では、開孔１３の周囲には、梁用鉄骨材１０の材軸方向に対して４５°傾斜する方向Ｘ１、Ｘ２の各々に引張応力又は圧縮応力が加わる。同様に、図５では、柱梁接合部２５のウェブ部分２２０には、柱用鉄骨材２０の材軸方向に対して４５°傾斜する方向Ｘ３、Ｘ４の各々に引張応力又は圧縮応力が加わる。
第２実施形態の高強度化領域Ａ３、Ａ４は、地震等によって揺れが発生した場合に特に応力のかかる方向Ｘ１〜Ｘ４に沿って形成されており、ウェブ１２、２２を効果的に補強することができる。これにより、高強度化領域Ａ３、Ａ４の形成範囲を必要最小限にとどめることができ、焼入れのための作業時間及び熱処理量を短縮することができる。

［変形例］
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前述の各実施形態において、梁用鉄骨材１０及び柱用鉄骨材２０は、それぞれ、高強度化領域Ａ１、Ａ２の形成されたウェブ１２、２２を有しているが、本発明はこれに限られない。すなわち、梁用鉄骨材及び柱用鉄骨材のいずれか一方は、ウェブに高強度化領域が形成されていなくてもよいし、いずれか一方がウェブを有さなくてもよい。例えば、柱用鉄骨材がウェブを有さない場合、形鋼に代えて鋼管を用いてもよい。

前述の各実施形態で説明した高強度化領域Ａ１〜Ａ４は、ウェブ１２の開孔１３の周囲又は柱梁接合部２５のウェブ部分２２０に形成されているが、本発明はこれに限られない。すなわち、ウェブ１２、２２において、その他の補強の必要な任意の部分に高強度化領域が形成されていてもよい。
また、鉄骨造建物１において、全ての柱梁接合部２５のウェブ部分２２０に高強度化領域Ａ２、Ａ４が形成されることは必須ではない。

本発明の高強度化領域の大きさ及び形状は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、適宜設定可能である。
第２実施形態において、高強度化領域Ａ３、Ａ４の十字形状が沿って配置される２方向Ｘ１〜Ｘ４について、それぞれ材軸方向に対して少なくとも傾斜していればよく、傾斜角度は４５°でなくともよい。このような形態によっても前述の（４）の効果が得られる。
また、本発明では、建築構造物以外にも、橋等の土木構造物に利用することができる。

１…鉄骨造建物、１０…梁用鉄骨材、１３…開孔、２０…柱用鉄骨材、１１、２１…フランジ、１２、２２…ウェブ、２５…柱梁接合部、３０…スチフナ、Ａ１〜Ａ４…高強度化領域

Claims

柱用鉄骨材と、前記柱用鉄骨材に接合された梁用鉄骨材とを備え、
前記梁用鉄骨材及び前記柱用鉄骨材の少なくとも一方が有するウェブの一部には、焼入れによって高い強度にされた高強度化領域が形成され、
前記梁用鉄骨材は、開孔が形成された前記ウェブを有し、
前記高強度化領域は、前記開孔を内側に含むように形成されている
ことを特徴とする鉄骨造建物。
柱用鉄骨材と、前記柱用鉄骨材に接合された梁用鉄骨材とを備え、
前記梁用鉄骨材及び前記柱用鉄骨材の少なくとも一方が有するウェブの一部には、焼入れによって高い強度にされた高強度化領域が形成され、
前記高強度化領域は、前記梁用鉄骨材又は前記柱用鉄骨材の材軸方向に対して傾斜した２方向に沿って延びる部分が交差して成る十字形状を呈している
ことを特徴とする鉄骨造建物。
請求項１または請求項２に記載された鉄骨造建物において、
前記柱用鉄骨材は、前記ウェブを有しており、
前記柱用鉄骨材の一部は、少なくとも片側に前記梁用鉄骨材が接合された柱梁接合部を構成しており、
前記高強度化領域は、前記柱梁接合部を構成している前記ウェブの部分に形成されている
ことを特徴とする鉄骨造建物。