JP6836830B2 - 片側拡幅鉄骨梁の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、片側拡幅鉄骨梁の補強構造に関する。

Ｈ形鋼で形成された鉄骨梁と、鉄骨梁の端部に設けられ、当該端部のウェブ部から一方側へ張り出す上側フランジ部及び下側フランジ部のフランジ幅を広げる一対の拡幅部とを備える片側拡幅鉄骨梁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１４０９７８号公報

しかしながら、片側拡幅鉄骨梁では、地震時に、端部に偏心曲げが生じるため、耐力が低下する可能性がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、片側拡幅鉄骨梁の耐力の低下を低減することを目的とする。

第１態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造は、一対の上側フランジ部及び下側フランジ部と、ウェブ部と、を有するＨ形鋼で形成され、端部が柱に接合されるとともに、前記上側フランジ部がスラブに接合される鉄骨梁と、前記鉄骨梁の前記端部に設けられ、前記ウェブ部から一方側へ張り出す前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部のフランジ幅を広げる一対の拡幅部と、前記上側フランジ部及び前記スラブの少なくとも一方と前記下側フランジ部とを連結し、該下側フランジ部の変位を規制する変位規制部材と、を備える。

第１態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造によれば、鉄骨梁の端部は、柱に接合される。この鉄骨梁の端部には、当該鉄骨梁のウェブ部から一方側へ張り出す上側フランジ部及び下側フランジ部のフランジ幅を広げる一対の拡幅部が設けられる。

ここで、地震時に、鉄骨梁に正方向の曲げモーメントが作用すると、上側フランジ部には、鉄骨梁の材軸方向の圧縮力が作用する一方で、下側フランジ部には、鉄骨梁の材軸方向の引張力が作用する。この際、鉄骨梁の端部では、拡幅部によって上側フランジ部及び下側フランジ部の断面が偏心しているため、偏心曲げが生じる。これにより、上側フランジ部は、ウェブ部の他方側へ変位し、下側フランジ部は、ウェブ部の一方側へ変位しようとする。

ただし、本発明では、上側フランジ部は、スラブに接合される。そのため、上側フランジ部は、スラブに拘束されるため変位せず、下側フランジ部にのみ変位が生じる。この場合、下側フランジ部における拡幅部と他の部位との境界部付近に局所的な塑性化が生じるため、鉄骨梁の耐力が低下する可能性がある。

これに対して本発明では、変位規制部材によって、上側フランジ部及びスラブの少なくとも一方と下側フランジ部とが連結される。これにより、地震時における下側フランジ部のウェブ部の一方側への変位が規制される。この結果、前述した下側フランジ部における拡幅部と他の部位との境界部付近に生じる局所的な塑性化が抑制される。したがって、鉄骨梁の耐力の低下が低減される。

第２態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造は、第１態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造において、前記変位規制部材は、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部との間に配置されるとともに、平面視にて前記拡幅部における前記柱と反対側の端部側に位置し、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部とに接合される端部リブを含む。

第２態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造によれば、上側フランジ部と下側フランジ部との間には、端部リブが配置される。端部リブは、拡幅部における柱と反対側の端部側に位置され、上側フランジ部及び下側フランジ部にそれぞれ接合される。これにより、地震時における下側フランジ部のウェブ部の一方側への変位が効果的に規制（抑制）される。

したがって、前述したように、下側フランジ部における拡幅部と他の部位との境界部付近に生じる局所的な塑性化が抑制されるため、鉄骨梁の耐力の低下がさらに低減される。

第３態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造は、第２態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造において、前記拡幅部の幅は、該拡幅部における前記柱と反対側の前記端部から該柱へ向かって徐々に又は段階的に広くされ、前記端部リブよりも前記柱側には、前記一対の拡幅部の少なくとも一方に接合される柱側リブが設けられる。

第３態様に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造によれば、一対の拡幅部の幅は、当該拡幅部における柱と反対側の端部から柱へ向かって徐々に又は段階的に広くされる。そのため、拡幅部における柱側では、局部座屈が発生し易くなる。

この対策として本発明では、端部リブよりも柱側に柱側リブが設けられる。この柱側リブは、一対の拡幅部の少なくとも一方に接合される。これにより、地震時における一対の拡幅部の少なくとも一方の局部座屈が抑制される。したがって、鉄骨梁の耐力の低下がさらに低減される。

以上説明したように、本発明に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造によれば、片側拡幅鉄骨梁の耐力の低下を低減することができる。

第１実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造が適用された片側拡幅鉄骨梁を示す斜視図である。 図３の２−２線断面図である。 図１に示される片側拡幅鉄骨梁を上側から見た上面図（平面図）である。 図１に示される片側拡幅鉄骨梁を下側から見た下面図である。 第１実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造の変形例が適用された片側拡幅鉄骨梁を示す図２に対応する断面図である。 第２実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造が適用された片側拡幅鉄骨梁を示す図２に対応する断面図である。 （Ａ）は、第３実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造が適用された片側拡幅鉄骨梁を示す図１に対応する斜視図であり、（Ｂ）は、図７（Ａ）に示される片側拡幅鉄骨梁を上側から見た上面図（平面図）である。 第１実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造の変形例が適用された片側拡幅鉄骨梁を示す図２に対応する断面図である。 ＦＥＭ解析で用いた実施例に係る解析モデルを示す図１に対応する斜視図である。 ＦＥＭ解析で得られた解析結果を示すグラフである。 ＦＥＭ解析で用いた比較例に係る解析モデルを下側から見た下面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造について説明する。

先ず、第１実施形態について説明する。

（片側拡幅鉄骨梁）
図１及び図２には、本実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造１０が適用された片側拡幅鉄骨梁１２が示されている。片側拡幅鉄骨梁１２は、例えば、構造物の外周部に配置される外周梁とされ、外装材１６（図２参照）等を支持する。この片側拡幅鉄骨梁１２は、鉄骨梁２０と、一対の拡幅部４０と、一対の端部リブ５０とを備えている。

（鉄骨梁）
図２に示されるように、鉄骨梁２０は、Ｈ形鋼で形成されており、一対の上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４と、一対の上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４を接続するウェブ部２６とを有している。上側フランジ部２２と下側フランジ部２４とは、上下方向（梁成方向）に互いに対向して配置されている。また、上側フランジ部２２の上には、例えば、鉄筋コンクリート造のスラブ１４が設けられる。このスラブ１４と上側フランジ部２２とは、上側フランジ部２２の上面に設けられた図示しない複数のスタッド等を介して接合される。

上側フランジ部２２と下側フランジ部２４との間には、ウェブ部２６が配置されている。ウェブ部２６の上下の端部は、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の幅方向の中央部にそれぞれ接合されている。また、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４は、ウェブ部２６から当該ウェブ部２６の板厚方向の両側（矢印Ｗ１側及び矢印Ｗ２側）へそれぞれ張り出している。この鉄骨梁２０は、いわゆるノンブラケット形式の鉄骨梁とされており、その端部２０Ｅが、例えば、現場において鉄骨柱３０の仕口部３０Ｊに溶接等によって接合されている。

図１に示されるように、鉄骨柱３０は、角形鋼管によって形成されている。なお、鉄骨柱３０は、角形鋼管に限らず、例えば、丸形鋼管やＨ形鋼等であっても良いし、ＣＦＴであっても良い。この鉄骨柱３０の仕口部３０Ｊには、一対のダイアフラム３２が設けられている。一対のダイアフラム３２は、例えば、通しダイアフラムとされている。この一対のダイアフラム３２は、鋼板等で板状に形成されており、鉄骨柱３０の材軸方向に互いに対向して配置されている。

一対のダイアフラム３２には、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の鉄骨柱３０側の端部がそれぞれ突き当てられた状態で溶接等によって接合されている。また、仕口部３０Ｊの側面３０Ｓには、ウェブ部２６の鉄骨柱３０側の端部が溶接等によって接合されている。なお、鉄骨梁２０のウェブ部２６は、ガセットプレート及びボルト等を介して鉄骨柱３０の側面３０Ｓに接合されても良い。また、一対のダイアフラム３２は、通しダイアフラムに限らず、内ダイアフラム又は外ダイアフラム等であっても良い。

（拡幅部）
図３及び図４に示されるように、鉄骨梁２０の鉄骨柱３０側の端部２０Ｅには、当該端部２０Ｅにおける上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４のフランジ幅Ｄをウェブ部２６の一方側（矢印Ｗ１側であり、以下、「拡幅側」ともいう）へのみ広げる一対の拡幅部４０が設けられている。一対の拡幅部（拡幅プレート）４０は、鋼板等によって板状に形成されている。また、一対の拡幅部４０は、平面視にて三角形状（直角三角形状）に形成されており、鉄骨柱３０側へ向かうに従って、その幅ｄが徐々に広くなるように配置されている。

一対の拡幅部４０は、ウェブ部２６から拡幅側へ延出する上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の延出方向先端側の端部（先端部）２２Ａ，２４Ａに沿ってそれぞれ設けられている。換言すると、一対の拡幅部４０は、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の長手方向に沿った端部２２Ａ，２４Ａに沿ってそれぞれ設けられている。

また、一対の拡幅部４０は、各々の端部４０Ａが上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の端部２２Ａ，２４Ａに突き合わされた状態で溶接等によって接合されており、当該端部２２Ａ，２４Ａからウェブ部２６の一方側へそれぞれ延出されている。これにより、鉄骨梁２０の端部２０Ｅでは、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４のフランジ幅Ｄ（拡幅部４０を含む）が、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂから鉄骨柱３０へ向かうに従って徐々に広げられている。また、一対の拡幅部４０の鉄骨柱３０側の端部４０Ｃは、一対のダイアフラム３２にそれぞれ突き当てられた状態で溶接等によって接合されている。

ここで、図３に示されるように、鉄骨梁２０は、鉄骨柱３０に対して当該鉄骨柱３０の幅方向の一方側（拡幅側と反対側）に寄せられた状態で配置されている。つまり、鉄骨柱３０の材軸（柱心）Ｃ２は、鉄骨梁２０の材軸Ｃ１上から拡幅側に外れた位置（離れた位置）に配置されている。この鉄骨柱３０に対して、鉄骨梁２０の端部２０Ｅが偏心した状態で接合されている。

図２に示されるように、鉄骨梁２０の拡幅側と反対側には、例えば、外装材１６が配置されている。外装材１６は、例えば、コンクリートパネルやスパンクリートパネル等の外壁材や各種の仕上げ材とされる。この外装材１６は、上側フランジ部２２に設けられた複数のブラケット１８に取り付けられる。なお、鉄骨梁２０に対する外装材１６の取付構造は、適宜変更可能である。また、上側の拡幅部４０は、例えば、図示しないスタッド等を介してスラブ１４に接合される。

（端部リブ）
図３に示されるように、ウェブ部２６の両側には、一対の変位規制部材としての一対の端部リブ５０が設けられている。一対の端部リブ５０は、鋼板等によって板状に形成されている。この一対の端部リブ５０は、ウェブ部２６の両側において、上側フランジ部２２と下側フランジ部２４の間に、鉄骨梁２０の材軸方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）を板厚方向として配置されている。

一対の端部リブ５０は、鉄骨梁２０の材軸方向の位置が、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ側に位置されている。なお、ここでいう一対の拡幅部４０の端部４０Ｂ側とは、例えば、拡幅部４０の全長（鉄骨梁２０の材軸方向に沿った長さ）をＬとすると、一対の拡幅部４０の端部４０Ｂから鉄骨梁２０の材軸方向の両側へそれぞれ０．２５Ｌの領域（端部４０Ｂの周辺領域）を意味する。

図２に示されるように、一対の端部リブ５０は、上側フランジ部２２の下面、下側フランジ部２４の上面、及びウェブ部２６の側面に溶接等によって接合されている。これにより、一対の端部リブ５０によって上側フランジ部２２と下側フランジ部２４とが連結され、上側フランジ部２２に対する下側フランジ部２４のウェブ部２６の板厚方向の変位が規制されている。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

本実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造１０によれば、鉄骨梁２０は、ノンブラケット形式の鉄骨梁とされており、その端部２０Ｅが現場において鉄骨柱３０の仕口部３０Ｊに溶接等によって接合される。

ここで、地震時に鉄骨梁２０に作用する正方向の曲げモーメントは、鉄骨梁２０の両端、すなわち鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部（接合部）で最大となる。一方、現場での溶接部（現場溶接部）は、品質管理が困難な場合が多い。したがって、地震時には、鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部に破壊等が生じ易く、鉄骨梁２０に十分な耐力を発揮させることが困難になる可能性がある。

これに対して本実施形態では、鉄骨梁２０の端部２０Ｅに一対の拡幅部４０が設けられている。この一対の拡幅部４０によって、ウェブ部２６から一方側（矢印Ｗ１側）へ張り出す上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４のフランジ幅Ｄが広げられている。これにより、鉄骨梁２０の端部２０Ｅにおいて、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の断面積が増加するため、鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部に作用する応力が低減される。

また、地震時に鉄骨梁２０に発生する曲げモーメントは、前述したように、鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部で最大となり、鉄骨梁２０の材軸方向の中央側（矢印Ｘ１側）に向かうに従って小さくなる。これに対して本実施形態では、鉄骨梁２０の端部２０Ｅに一対の拡幅部４０を設けたことにより、塑性ヒンジが発生する位置が鉄骨梁２０の材軸方向の中央側へ移動する。より具体的には、塑性ヒンジが発生する位置が、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ付近に移動する。これにより、鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部よりも曲げモーメントが小さい位置で、鉄骨梁２０に塑性ヒンジを発生させることができる。

しかも、鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との接合部（溶接部）では、一般に、鉄骨梁２０の曲げ耐力を算定する際にウェブ部２６の断面積を考慮することができないが、鉄骨柱３０から鉄骨梁２０の中央側（矢印Ｘ１側）へ離れた位置では、ウェブ部２６の断面積を考慮して鉄骨梁２０の曲げ耐力を算定することができる。したがって、鉄骨梁２０の設計が容易となる。

また、本実施形態では、ウェブ部２６の一方側へ延出する上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４にのみ一対の拡幅部４０が設けられている。そして、図２に示されるように、鉄骨梁２０は、鉄骨柱３０の幅方向の一方側（拡幅側と反対側）に寄せられた状態で配置されている。

これにより、鉄骨梁２０における拡幅側と反対側には、鉄骨梁２０及び鉄骨柱３０の側面に沿って外装材１６を配置することができるため、鉄骨梁２０から外装材１６側へ突出するブラケット１８の突出量が短くなる。したがって、ブラケット１８の小型化を図ることができるとともに、ブラケット１８の必要数を低減することができる。

また、ブラケット１８の突出量が長くなると、外装材１６の重量に起因して鉄骨梁２０の材軸回りに発生する捩れモーメントＭが大きくなるが、ブラケット１８の突出量を短くすることにより、上記捩れモーメントＭを小さくすることができる。

ここで、片側拡幅鉄骨梁１２では、地震時に、鉄骨梁２０に正方向の曲げモーメントが作用すると、上側フランジ部２２には、鉄骨梁２０の材軸方向の圧縮力が作用する一方で、下側フランジ部２４には、鉄骨梁２０の材軸方向の引張力が作用する。この際、鉄骨梁２０の端部２０Ｅでは、一対の拡幅部４０によって上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の断面が偏心しているため、偏心曲げ（偏心曲げモーメント）が生じる。そのため、後述のＦＥＭ解析で説明するように、上側フランジ部２２はウェブ部２６の他方側（矢印Ｗ２側）へ変位し、下側フランジ部２４はウェブ部２６の一方側（矢印Ｗ１側）へ変位しようとする（図１１参照）。

ただし、本実施形態では、上側フランジ部２２がスラブ１４（図２参照）と接合される。そのため、上側フランジ部２２は、スラブ１４に拘束されるため変位せず、下側フランジ部２４のみがウェブ部２６の他方側へ変位する。そのため、下側フランジ部２４における拡幅部４０と他の部位との境界部付近（端部４０Ｂ付近）２４Ｒに局所的な塑性化が生じ易く、鉄骨梁２０の耐力が低下する可能性がある。

なお、偏心曲げについて補足すると、例えば、図４に示されるように、下側フランジ部２４では、地震時に、拡幅部４０が設けられていない部位に作用する引張力Ｓ１と、拡幅部４０が設けられた部位に作用する引張力Ｓ２とにずれが生じる。この引張力Ｓ１，Ｓ２のずれによって、下側フランジ部２４に偏心曲げＱが生じる。

これに対して本実施形態では、一対の端部リブ５０によって、上側フランジ部２２と下側フランジ部２４とが連結されている。これにより、下側フランジ部２４の変位が、一対の端部リブ５０及び上側フランジ部２２を介してスラブ１４に拘束される。したがって、地震時における下側フランジ部２４の拡幅側（矢印Ｘ１側）への変位が規制される。この結果、前述した下側フランジ部２４の境界部付近２４Ｒに生じる局所的な塑性化が抑制される。したがって、鉄骨梁２０の耐力の低下が低減される。

また、一対の端部リブ５０は、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ側に位置されている。これにより、下側フランジ部２４の拡幅側の変位が効果的に規制（抑制）される。したがって、前述したように、下側フランジ部２４の境界部付近２４Ｒに生じる局所的な塑性化が抑制されるため、鉄骨梁２０の耐力の低下がさらに低減される。

さらに、一対の端部リブ５０は、ウェブ部２６の両側に設けられている。これにより、ウェブ部２６の片側に端部リブ５０を設ける場合と比較して、地震時における下側フランジ部２４の拡幅側への変位が低減される。したがって、鉄骨梁２０の耐力の低下がさらに低減される。

次に、上記第１実施形態の変形例について説明する。

上記第１実施形態では、端部リブ５０を上側フランジ部２２、下側フランジ部２４及びウェブ部２６に接合したが、上記第１実施形態はこれに限らない。端部リブ５０は、少なくとも上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４に接合され、上側フランジ部２２と下側フランジ部２４とを連結していれば良い。

また、上記第１実施形態では、鉄骨梁２０のウェブ部２６の両側に一対の端部リブ５０を設けたが、端部リブ５０は、ウェブ部２６の片側にのみ設けても良い。

また、上記第１実施形態では、変位規制部材として端部リブ５０を用いたが、上記第１実施形態はこれに限らない。変位規制部材としては、例えば、図５に示されるように、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の拡幅側と反対側の端部２２Ｂ，２４Ｂに接合される連結プレート５２を用いても良い。

具体的には、連結プレート５２は、鋼板等によって板状に形成されており、ウェブ部２６の拡幅側と反対側（矢印Ｗ２側）に当該ウェブ部２６と対向して配置されている。また、連結プレート５２は、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ（図３参照）側に位置されている。この連結プレート５２は、その上端部が上側フランジ部２２の端部２２Ｂに溶接等によって接合されるとともに、その下端部が下側フランジ部２４の端部２４Ｂに溶接等によって接合されている。

このように連結プレート５２によって上側フランジ部２２と下側フランジ部２４とを連結することにより、地震時における下側フランジ部２４の拡幅側への変位が低減される。したがって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、連結プレート５２は、ウェブ部２６の両側に設けても良いし、ウェブ部２６の片側にのみ設けても良い。

また、上記第１実施形態では、一対の端部リブ５０が一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ側に位置されているが、上記実施形態はこれに限らない。一対の端部リブ５０の鉄骨梁２０の材軸方向の位置は、適宜変更可能である。

次に、第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成の部材等には、同符号を付して説明を省略する。

図６には、第２実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造６０が適用された片側拡幅鉄骨梁６２が示されている。片側拡幅鉄骨梁６２は、鉄骨梁２０と、一対の拡幅部４０と、一対の連結部材７０とを備えている。

一対の変位規制部材としての一対の連結部材７０は、例えば、鋼板や形鋼等によって形成されている。この一対の連結部材７０は、上記第１実施形態と同様に、鉄骨梁２０のウェブ部２６の両側に配置されるとともに、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ（図３参照）側に位置されており、下側フランジ部２４とスラブ１４とを連結している。

具体的には、一対の連結部材７０は、下側フランジ部２４からスラブ１４に向かうに従って互いに反対側へ傾斜されており、各々上端部が上側フランジ部２２の外側を通過してスラブ１４に達している。この連結部材７０の上端部には、フランジ部７２が設けられている。フランジ部７２の上面には、複数のスタッド７４が設けられており、これらのスタッド７４をスラブ１４に埋設することにより、連結部材７０の上端部がスラブ１４に接合されている。なお、連結部材７０のスラブ１４との接合方法は、適宜変更可能である。

一方、連結部材７０の下端部は、ガセットプレート７６を介して下側フランジ部２４に接合されている。ガセットプレート７６は、下側フランジ部２４の上面及びウェブ部２６の側面にそれぞれ溶接等によって接合されている。このガセットプレート７６にボルト７８及び図示しないナットによって連結部材７０の下端部が接合されている。この一対の連結部材７０によって、下側フランジ部２４の拡幅側への変位が規制されている。

なお、下側フランジ部２４に対する連結部材７０の接合方法は、適宜変更可能であり、例えば、下側フランジ部２４に連結部材７０を溶接等によって接合しても良い。

次に、第２実施形態の作用について説明する。

本実施形態によれば、鉄骨梁２０のウェブ部２６の両側には、一対の連結部材７０が配置されている。この一対の連結部材７０は、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ側に位置されており、下側フランジ部２４とスラブ１４とを連結している。

これにより、地震時における下側フランジ部２４の拡幅側への変位が、一対の連結部材７０を介してスラブ１４に拘束（規制）される。この結果、前述したように、下側フランジ部２４における拡幅部４０と他の部位との境界部付近２４Ｒ（図４参照）に生じる局所的な塑性化が抑制される。したがって、鉄骨梁２０の耐力の低下が低減される。

また、一対の連結部材７０は、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ側に位置されている。これにより、下側フランジ部２４の拡幅側への変位が効果的に規制される。したがって、鉄骨梁２０の耐力の低下がさらに低減される。

さらに、一対の連結部材７０は、ウェブ部２６の両側に配置されている。この一対の連結部材７０によって、ウェブ部２６の下端部から両側へ延出する下側フランジ部２４とスラブ１４とがそれぞれ連結されている。これにより、連結部材７０がウェブ部２６の片側にのみ配置される場合と比較して、地震時における下側フランジ部２４の拡幅側への変位がより低減される。したがって、鉄骨梁２０の耐力の低下がさらに低減される。

次に、第２実施形態の変形例について説明する。

上記第２実施形態では、ウェブ部２６の両側に一対の連結部材７０を設けたが、上記第２実施形態はこれに限らない。連結部材７０は、ウェブ部２６の片側にのみ設けても良い。また、連結部材としては、鋼板や形鋼に限らず、例えば、鉄筋やＰＣ鋼棒、ワイヤー等の線状部材であっても良い。

また、上記第２実施形態では、一対の連結部材７０が一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂ側に位置されるが、上記第２実施形態はこれに限らない。一対の連結部材７０の鉄骨梁２０の材軸方向の位置は、適宜変更可能である。

また、連結部材７０の上端側は、スラブ１４及び上側フランジ部２２の両方に接合しても良い。さらに、鉄骨梁２０には、連結部材７０と、第１実施形態における端部リブ５０（図１参照）の両方を設けても良い。すなわち、変位規制部材は、下側フランジ部２４と、上側フランジ部２２及びスラブ１４の少なくとも一方とを連結することができる。

次に、第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成の部材等には、同符号を付して説明を省略する。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）には、第３実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁の補強構造８０が適用された片側拡幅鉄骨梁８２が示されている。この片側拡幅鉄骨梁８２は、鉄骨梁２０と、一対の拡幅部４０と、一対の端部リブ５０と、柱側リブ８４とを備えている。

柱側リブ８４は、鋼板等によって板状に形成されており、一対の拡幅部４０の間に、鉄骨梁２０の材軸方向を板厚方向として配置されている。また、柱側リブ８４は、ウェブ部２６と一対の拡幅部４０とに亘って配置されている。さらに、柱側リブ８４は、一対の端部リブ５０よりも鉄骨柱３０側に配置されている。

より具体的には、柱側リブ８４は、一対の端部リブ５０よりも鉄骨柱３０側で、かつ、一対の拡幅部４０の幅ｄが最も広い部位に配置されている。さらに、柱側リブ８４は、鉄骨柱３０と近接して配置されている。この柱側リブ８４は、上側の拡幅部４０の下面、上側フランジ部２２の下面、下側の拡幅部４０の上面、下側フランジ部２４の上面及びウェブ部２６の側面にそれぞれ溶接等によって接合されている。この柱側リブ８４によって、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４に剛性（面外剛性）が付与されている。

次に、第３実施形態の作用について説明する。

本実施形態によれば、鉄骨梁２０の端部２０Ｅには、一対の拡幅部４０が設けられている。この一対の拡幅部４０によって、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４のフランジ幅Ｄが、一対の拡幅部４０における鉄骨柱３０と反対側の端部４０Ｂから当該鉄骨柱３０へ向かうに従って徐々に広げられている。

ここで、一対の拡幅部４０によって上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４のフランジ幅Ｄを広げると、地震時に鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部に作用する応力が低減される一方で、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４に局部座屈が発生し易くなり、鉄骨梁２０の耐力が低下する可能性がある。

これに対して本実施形態では、一対の拡幅部４０の間に柱側リブ８４が設けられている。柱側リブ８４は、一対の端部リブ５０よりも鉄骨柱３０側に配置されている。つまり、柱側リブ８４は、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４のフランジ幅Ｄが広くなる位置に配置されている。そして、柱側リブ８４は、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２、下側フランジ部２４及びウェブ部２６にそれぞれ接合されている。この柱側リブ８４によって、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４に剛性が付与されるため、地震時における一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の局部座屈が抑制される。なお、上側の拡幅部４０及び上側フランジ部２２は、スラブ１４に拘束されるため、下側フランジ部２４と比較して局部座屈が発生し難い。

また、前述したように、地震時に鉄骨梁２０に作用する曲げモーメントは、鉄骨梁２０と鉄骨柱３０との溶接部で最大となる。そのため、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４における鉄骨柱３０側の部位に局部座屈が発生し易くなる。

これに対して本実施形態では、柱側リブ８４は、鉄骨柱３０に近接して配置されている。これにより、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の局部座屈が効率的に抑制される。

また、本実施形態では、柱側リブ８４によって一対の拡幅部４０が互いに連結される。これにより、例えば、一対の拡幅部４０を別々の柱側リブによって補剛する場合と比較して、一対の拡幅部４０の剛性が高められる。これと同様に、柱側リブ８４によって、上側フランジ部２２と下側フランジ部２４とが連結される。これにより、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４を別々の柱側リブ８４によって補剛する場合と比較して、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の剛性が高められる。したがって、地震時における一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の局部座屈がさらに抑制される。

さらに、柱側リブ８４は、ウェブ部２６にも接合されている。これにより、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２及び下側フランジ部２４の局部座屈がさらに抑制されるとともに、ウェブ部２６の局部座屈も抑制される。したがって、鉄骨梁２０の耐力の低下がさらに低減される。

次に、第３実施形態の変形例について説明する。

上記第３実施形態では、一対の拡幅部４０、上側フランジ部２２、下側フランジ部２４及びウェブ部２６に柱側リブ８４をそれぞれ接合したが、上記第３実施形態はこれに限らない。柱側リブ８４は、一対の拡幅部４０の少なくとも一方に接合されていれば良い。また、一対の拡幅部４０には、別々の柱側リブを接合しても良い。

また、上記第３実施形態では、一対の拡幅部４０の幅ｄが最も広い位置に柱側リブ８４が配置されているが、上記第３実施形態はこれに限らない。柱側リブ８４は、例えば、図７（Ｂ）に示される位置よりも鉄骨梁２０の中央側（矢印Ｘ１側）に配置されても良い。

次に、一対の拡幅部の変形例について説明する。なお、以下では、上記第１実施形態を例に各種の変形例について説明するが、これらの変形例は、第２，第３実施形態にも適宜適用可能である。

上記第１実施形態では、拡幅部４０が平面視にて三角形状に形成されるが、拡幅部の形状はこれに限らない。例えば、図８に示されるように、拡幅部９０は、平面視にて台形状に形成しても良い。

具体的には、拡幅部９０は、平面視にて、鉄骨梁２０の材軸方向を長手方向とした長方形状に形成されている。この拡幅部９０は、断面増加部９０Ｇ及び断面一定部９０Ｈを有している。断面増加部９０Ｇは、平面視にて三角形状に形成されており、拡幅部９０における鉄骨柱３０と反対側の端部９０Ｂから鉄骨柱３０に向かうに従って幅ｄ１が徐々に広くされている。断面一定部９０Ｈは、平面視にて矩形状に形成されており、断面増加部９０Ｇの鉄骨柱３０側に配置されている。この断面一定部９０Ｈの幅ｄ２は、一定とされている。なお、ここでいう一定には、製造誤差等による幅ｄ２の僅かな増減を含む概念である。

このように一対の拡幅部の形状は、適宜変更可能である。また、例えば、図８に示される変形例では、一対の拡幅部９０から断面増加部９０Ｇを省略することも可能である。さらに、図示を省略するが、例えば、拡幅部を階段状に形成することにより、拡幅部における鉄骨柱３０と反対側の端部から鉄骨柱３０に向かうに従って、拡幅部の幅を段階的に広くしても良い。

また、上記第１実施形態では、例えば、上側フランジ部２２の端部２２Ａに拡幅部９０を接合したが、例えば、幅の広い鋼板から上側フランジ部２２及び拡幅部９０を一体に切り出しても良い。また、例えば、拡幅部を有する当て板を上側フランジ部２２に重ね合せた状態で接合することにより、上側フランジ部２２に拡幅部を設けることも可能である。なお、下側フランジ部２４に設けられる拡幅部についても同様である。さらに、一対の拡幅部の形状は、同じであっても良いし、異なっていても良い。

次に、片側拡幅鉄骨梁の耐力のＦＥＭ解析について説明する。

（解析モデル）
図９には、実施例に係る片側拡幅鉄骨梁１００及び鉄骨柱３０の解析モデルが示されている。この片側拡幅鉄骨梁１００は、一対の拡幅部（拡幅部４０と拡幅部９０）の形状が異なる点を除き、上記第１実施形態に係る片側拡幅鉄骨梁１２と同様の構成とされている。

また、本解析では、比較例１として、実施例に係る片側拡幅鉄骨梁１００（図９参照）から一対の端部リブ５０を省略した片側拡幅鉄骨梁１１０（図１１参照）の解析モデルを用いた。さらに、比較例２として、鉄骨梁のウェブ部から両側へ延出する上側フランジ部及び下側フランジ部に拡幅部がそれぞれ設けるとともに、鉄骨梁の材軸上に鉄骨柱の材軸が配置された両側拡幅鉄骨梁（図示省略）の解析モデルを用いた。

（解析方法）
本解析では、図９に示されるように、鉄骨柱３０の上下の両端部３０Ｕ，３０Ｌ及び鉄骨梁２０の上側フランジ部２２のウェブ部２６の板厚方向の両側（矢印Ｗ１及び矢印Ｗ２）の変位を固定に設定した状態（鉄骨梁２０の材軸方向の変位、鉄骨柱３０の材軸方向の変位、及び回転変形は非拘束状態）で、鉄骨梁２０の材軸方向の中央側の所定位置に鉛直上向きの荷重Ｆを入力し、荷重Ｆ（せん断力）と、当該荷重Ｆの入力位置での鉄骨梁２０の変位との関係をグラフ化した（図１０参照）。

（解析結果）
図１０には、実施例、比較例１及び比較例２の解析結果を示すグラフＪ，Ｋ１，Ｋ２がそれぞれ示されている。これらのグラフＪ，Ｋ１，Ｋ２を比較すると、グラフＫ２（比較例２に係る両側拡幅鉄骨梁の解析モデル）の耐力及び剛性が最も高いことが分かる。しかしながら、比較例２に係る両側拡幅鉄骨梁の解析モデルでは、ウェブ部の両側に拡幅部が設けられるため、前述した外装材１６（図２参照）との納まりが悪くなる場合がある。

次に、図１０では、グラフＫ１（比較例１に係る片側拡幅鉄骨梁１１０の解析モデル）の耐力及び剛性が最も低くなることが分かる。ここで、図１１には、荷重Ｆが入力された比較例１に係る片側拡幅鉄骨梁１１０の変形状態の解析結果を示す下面図が示されている。この図１１に示されるように、片側拡幅鉄骨梁１１０では、鉄骨梁２０の端部２０Ｅに発生する偏心曲げによって、上側フランジ部２２に対し下側フランジ部２４が拡幅側（矢印Ｗ１側）へ変位することが分かる。なお、図１１では、上側フランジ部２２が実線で示され、下側フランジ部２４が二点鎖線で示されている。

また、図１１に示される下側フランジ部２４の変形状態の応力分布を解析すると、下側フランジ部２４における拡幅部９０と他の部位との境界部付近２４Ｒに局所的な塑性化が生じることが分かる。このことから、比較例１に係る片側拡幅鉄骨梁１１０では、図１０のグラフＪ１のように、比較例２に係る両側拡幅鉄骨梁よりも耐力及び剛性が低下したものと考えられる。

これに対し、図１０のグラフＪに示されるように、実施例に係る片側拡幅鉄骨梁１００の解析モデルの耐力及び剛性は、比較例２に係る両側拡幅鉄骨梁の解析モデル（グラフＫ２）よりも低いが、比較例１に係る片側拡幅鉄骨梁１００の解析モデル（グラフＫ１）よりも高くなることが分かる。これは、実施例に係る片側拡幅鉄骨梁１００の解析モデルでは、一対の端部リブ５０によって、下側フランジ部２４の拡幅側への変位が規制され、前述した下側フランジ部２４の境界部付近２４Ｒに生じる局所的な塑性化が抑制されたためと考えられる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 片側拡幅鉄骨梁の補強構造
１４ スラブ
２０ 鉄骨梁
２０Ｅ 端部（鉄骨梁の端部）
２２ 上側フランジ部
２４ 下側フランジ部
２６ ウェブ部
３０ 鉄骨柱（柱）
４０ 拡幅部
４０Ｂ 端部（拡幅部における柱と反対側の端部）
５０ 端部リブ（変位規制部材）
５２ 連結プレート（変位規制部材）
６０ 片側拡幅鉄骨梁の補強構造
７０ 連結部材（変位規制部材）
８０ 片側拡幅鉄骨梁の補強構造
８４ 柱側リブ
９０ 拡幅部
９０Ｂ 端部（拡幅部における柱と反対側の端部）
１００ 片側拡幅鉄骨梁
Ｄ フランジ幅

Claims (6)

1. 一対の上側フランジ部及び下側フランジ部と、ウェブ部と、を有するＨ形鋼で形成され、端部が鉄骨の柱に偏心した状態で溶接接合されるとともに、前記上側フランジ部がスラブにスタッドを介して接合される鉄骨梁と、
   前記鉄骨梁の前記端部に設けられ、前記ウェブ部から一方側へ張り出す前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部のフランジ幅を広げる一対の拡幅部と、
   前記上側フランジ部及び前記スラブの少なくとも一方と前記下側フランジ部とに接合され、該下側フランジ部の変位を規制する変位規制部材と、
   を備える片側拡幅鉄骨梁の補強構造。
2. 前記変位規制部材は、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部との間に配置されるとともに、平面視にて前記拡幅部における前記柱と反対側の端部側に位置し、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部とに接合される端部リブを含む、
   請求項１に記載の片側拡幅鉄骨梁の補強構造。
3. 前記一対の拡幅部の少なくとも一方に接合される柱側リブを備える、
   請求項１又は請求項２に記載の片側拡幅鉄骨梁の補強構造。
4. 前記変位規制部材は、前記ウェブ部と対向して配置され、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部とを連結する連結プレートを含む、
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の片側拡幅鉄骨梁の補強構造。
5. 一対の上側フランジ部及び下側フランジ部と、ウェブ部と、を有するＨ形鋼で形成され、端部が柱に偏心した状態で接合されるとともに、前記上側フランジ部がスラブに接合される鉄骨梁と、
   前記鉄骨梁の前記端部に設けられ、前記ウェブ部から一方側へ張り出す前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部のフランジ幅を広げる一対の拡幅部と、
   前記上側フランジ部及び前記スラブの少なくとも一方と前記下側フランジ部とを連結し、該下側フランジ部の変位を規制する変位規制部材と、
   を備え、
   前記変位規制部材は、前記スラブと前記下側フランジ部とを連結する連結部材を含む、
   片側拡幅鉄骨梁の補強構造。
6. 前記拡幅部の幅は、該拡幅部における前記柱と反対側の前記端部から該柱へ向かって徐々に又は段階的に広くされる、
   請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の片側拡幅鉄骨梁の補強構造。