JP6891023B2

JP6891023B2 - ロール成形軽量形鋼

Info

Publication number: JP6891023B2
Application number: JP2017069332A
Authority: JP
Inventors: 洋介川端; 岡田　忠義; 忠義岡田
Original assignee: 日鉄建材株式会社
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018168681A

Description

この発明は、ウェブとその両側のフランジと各フランジの端部からそれぞれ内向きに延出するリップ部からなるリップ溝形断面部分を有するロール成形軽量形鋼に関する。

ロール成形軽量形鋼のなかで溝形鋼あるいはリップ溝形鋼は、建築構造物において広く用いられている。
溝形鋼のフランジ、あるいはリップ溝形鋼のリップ部を折り返すことで、所望の性能や用途に対応可能な断面形状とした軽量形鋼がある（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１は、軽溝形鋼のウェブの両側のフランジを折り返して２枚重ねや３枚重ね等の多重フランジにするというものである。
フランジを折り返す態様として、フランジの外側に２枚重ねに折り返す形状（引用文献１の第１図、第３図、第４図、第５図）、内側に２枚重ねに折り返す形状（同第３図）、３枚重ねに折り返す形状（同第６図）等が示されているが、さらに、リップ部を持つ態様すなわちリップ溝形鋼の態様に折り返す場合も示されている（同第７図）。これは、フランジを折り返して２枚重ねにするだけでなく、その２枚重ねフランジの先端側部分を内側に直角に折り返してリップ部を形成するというものである。
特許文献１の趣旨は、軽量形鋼の用途上の制約からフランジの幅とウェブの高さは一定であり、したがって、断面二次モーメントの大なるものが要求された場合は、一般に、肉厚の大なるものを用いてそれに応じているが、肉厚を増そうとすると、断面二次モーメント増加の上で最も有効なフランジのみならずウェブの肉厚も同じように増すことになり、無駄を生じてしまうので、その無駄を避けるために、ウェブの両側のフランジを折り返して２枚重ねや３枚重ね等の多重フランジにしたものである。
これにより、ウェブに関わりなくフランジの断面積を増減する事ができ、強度及び剛性上有効に利用される断面積を有するもとすることができるとしている。

特許文献２は、金属のみでなくプラスチックの板材の場合も対象としているが、実施例は軽量形鋼である。全体形状は特に限定していないが、板材の端縁を折り曲げて三角形断面部分を形成するというもので、隣り合った部材のそれぞれの三角形断面部分を互いに係合させることで、隣接する部材どうしを接合できるというものである。
これにより、ボルト止め、リベットのカシメ、溶接、孔空けなどの、部材に対する物理的なキズを負わせる加工を必要とせずに構造体を構成することが可能となるとされる。
また、複数の部材をパイプ状に接合した場合には、密接した接合部により密閉空間を形成することができ、流体を扱うパイプやダクトに使用できるとされる。

実開昭５６−０９７３２４実開昭５５−１３２５９４

特許文献１によれば、多重フランジとすることで、断面二次モーメント増加の上で最も有効なフランジの板厚を、ウェブまで厚くすることなく、実質的に厚くすることが可能となるので、材料の無駄をなくすことができる。しかし、特許文献１では、フランジ板厚はウェブ板厚の２倍又は３倍等に限られるので、必ずしも効率的に断面二次モーメントを向上させることができるとは言い難い。

特許文献２では、部材に対する物理的なキズを負わせる加工を必要とせずに隣接する部材どうしを接合可能にするため、及び密接した接合部を得るために三角形断面部分を形成しているが、効率よく断面性能を向上させることについては考慮されていない。

本発明は上記背景のもとになされたもので、胴縁やパネル枠材（例えばプレハブパネルの枠材）等のように、その弱軸方向の曲げ抵抗が当該胴縁やパネル枠材に面材又は補剛材がとりつくことによって補強され、強軸方向に弱軸方向よりも大きな曲げ力を受ける態様で用いられる軽量形鋼を対象とし、そのような用途の軽量形鋼として、一般に流通され採用されている従来のリップ溝形鋼のウェブ寸法及びフランジ寸法を変えずに、従来のリップ溝形鋼よりも効率的に断面性能及び施工性を向上させることが可能なロール成形軽量形鋼を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、弱軸方向の曲げ抵抗が面材又は補剛材がとりつくことによって補強され、強軸方向に弱軸方向よりも大きな曲げ力を受ける態様で用いられるロール成形軽量形鋼であって、
リップ溝形断面形状におけるウェブとフランジとリップ部とを有し、かつ、前記リップ部の端部からフランジ内面側に１０°〜６０°の範囲内で折り曲げられた鋭角傾斜部を有し、その端部で、前記フランジの内面に接触してフランジと２枚重ねとなるようにさらに折り曲げられてウェブ側に向けて延出するウェブ向き延出部を有することを特徴とする。
ここで、リップ溝形断面形状とは、ＪＩＳに規定される、ウェブとフランジとリップとを有するリップ溝形鋼に相当する断面形状をいう。

本発明のロール成形軽量形鋼におけるリップ部の端部からフランジ内面側に折り曲げられた鋭角傾斜部及びその端部でさらに折り曲げられてウェブ側に向けて延出するウェブ向き延出部の存在は、ウェブとフランジとリップとを有するＪＩＳ規定のリップ溝形鋼の形状寸法に関与しないので、その断面形状に関して、一般に流通され採用されているリップ溝形鋼の代替品として使用することができる。なお、以下では、ロール成形軽量形鋼を場合により単に軽量形鋼と略して記載する。
そして、本発明の軽量形鋼によれば、鋭角傾斜部及びウェブ向き延出部が存在することで、従来の一般的な断面形状の同板厚のリップ溝形鋼と比較して、その弱軸方向（フランジ幅方向）の断面二次モーメントはあまり変えずに、必要とする強軸方向（ウェブ幅方向）の断面二次モーメントを大きく向上させることができる。

したがって、例えば従来の一般的な断面形状寸法のリップ溝形鋼を使用する必要がある場合で、板厚2.3ｍｍでは強軸方向の断面二次モーメントが不足する場合、一般には板厚３．２ｍｍのリップ溝形鋼を使用することになるが、その場合には弱軸方向の断面二次モーメントが過大（曲げ剛性が過大）になり、結果として断面積が過大となり、必要部材性能に対して使用材料が過大になり断面効率が悪くなる。
しかし、本発明によれば、鋭角傾斜部及びウェブ向き延出部が存在することで、板厚を変えずに特に強軸方向の断面二次モーメント（曲げ剛性）を向上させることができるので、使用材料を過大にせずに必要部材性能を満たすことが可能となり、断面効率が向上する。
胴縁やパネル枠材（例えばプレハブパネルの枠材）は、その弱軸方向の曲げ抵抗は当該胴縁やパネル枠材に面材又は補剛材がとりつくことによって補強されるので、弱軸方向の断面二次モーメントはあまり変えずに強軸方向の断面二次モーメントを向上させることができて、断面効率の良好な本発明の軽量形鋼は、胴縁やパネル枠材等として用いる軽量形鋼として優れている。

また、溝形鋼やリップ溝形鋼のフランジ部にドリルねじ等を施工する際のフランジ部の撓みとゆがみ座屈応力度とには正の相関性があり、鋭角傾斜部及びウェブ向き延出部を持つ断面形状はゆがみ座屈応力度が高いので、例えば胴縁やパネル枠材等として用いる場合、そのフランジ部に面材等をドリルねじ等で固定する際に、支圧でフランジ部が撓むことは少ない。したがって、面材等にドリルねじ等で固定する施工時にフランジ部で反力を十分に取れず、面材や補剛材と軽量形鋼とが密接しない（隙間が空いてしまう）という施工不良が生じることは少ない。

請求項２によれば、ウェブ向き延出部がフランジの内面に接触しているの（当たっている）で、ロール成形時に、リップ部と鋭角傾斜部とウェブ向き延出部とを含めた内向き突出部の形状確保が容易である。
また、リップ部と鋭角傾斜部とウェブ向き延出部とを含めた内向き突出部の形状は安定しており、リップ部のウェブと平行な面がウェブ側に傾くような変形が生じる恐れは少ない。

本発明の一実施例のロール成形軽量形鋼の断面図である。図１のロール成形軽量形鋼を建築構造物のパネルの枠材として用いた場合を説明するもので、（イ）はパネルの正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ切断端面図（但しハッチングは省略）、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ切断端面図（但しハッチングは省略）である。図１のロール成形軽量形鋼を、建築構造物の壁板を取り付ける胴縁として用いた場合を簡略化して説明するもので、（イ）は建築構造物の外壁近傍の断面図（但し、ハッチングは省略している）、（ロ）は同水平断面図である。実施例のロール成形軽量形鋼を横胴縁として用いる場合の具体例を説明する斜視図である。実施例のロール成形軽量形鋼を縦胴縁として用いる場合の具体例を説明する斜視図である。参考のロール成形軽量形鋼の断面図である。（イ）は本発明のロール成形軽量形鋼の断面性能を比較するための比較例１としてのＪＩＳ規定のリップ溝形鋼（板厚2.3ｍｍ）の断面図、（ロ）は同じく比較例２としてのＪＩＳ規定の他のリップ溝形鋼（板厚3.2ｍｍ）の断面図である。本発明のロール成形軽量形鋼の断面性能を評価する参考として示した参考比較例の軽量形鋼の断面図である。なお、図１、図６、図７、図８において、ウェブＨ、フランジＡ、リップ（リップ部）Ｃの寸法を記載していないが、これらの図における各部の寸法は、ウェブ寸法Ｈ＝１００ｍｍ、フランジ寸法Ａ＝５０ｍｍ、リップ（リップ部）寸法Ｃは２０ｍｍである。

以下、本発明のロール成形軽量形鋼を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は第１実施例の軽量形鋼（ロール成形軽量形鋼）１の断面図である。
また、後述する比較例１として図７（イ）に、ＪＩＳＧ３３５０に規定されているリップ溝形鋼Ｃ−１００×５０×２０×２．３（板厚２．３ｍｍ）の断面形状を示し、比較例２として図７（ロ）に、同じＪＩＳ規定のリップ溝形鋼Ｃ−１００×５０×２０×３．２（板厚３．２ｍｍ）の断面形状を示す。

実施例の軽量形鋼１は、リップ溝形断面形状におけるウェブ２とフランジ３とリップ部４とを有し、かつ、前記リップ部４の端部からフランジ内面側に折り曲げられた鋭角傾斜部５を有し、その端部でさらに折り曲げられてウェブ側に向けて延出するウェブ向き延出部６を有する断面形状である。この実施例では、ウェブ向き延出部６が前記フランジの内面に接触してフランジと２枚重ねとなっている。
この実施例の軽量形鋼１のウェブＨ×フランジＡ×リップ部Ｃ×板厚ｔの寸法は、ＪＩＳＧ３３５０に規定されているリップ溝形鋼Ｃ−１００×５０×２０×２．３（図７（イ））のウェブ、フランジ、リップ、板厚と同じであり、鋭角傾斜部１５の角度（折り曲げ角度）は３５°、２枚重ねとなっているウェブ向き延出部６の長さは１０ｍｍである。

上記実施例の軽量形鋼１は、その弱軸方向（フランジ幅方向（図１の横方向））の曲げ抵抗が当該軽量形鋼１に面材又は補剛材がとりつくことによって補強され、強軸方向（ウェブ方向（図１の縦方向））に弱軸方向よりも大きな曲げ力を受ける態様で用いられるものである。

上述の実施例の軽量形鋼１の断面性能を、比較例１及び比較例２と比較して説明する。
比較例１の軽量形鋼（図７（イ））は、表１（ロ）にも示す通り、断面積Ｓ１＝517ｍｍ^２、強軸方向の断面二次モーメントＩｘ＝806,920ｍｍ^４、弱軸方向の断面二次モーメントＩy＝190,014ｍｍ^４、ゆがみ座屈応力度σcr＝1,260Ｎ／ｍｍ^２である。
比較例２の軽量形鋼（図７（ロ））は、表１（ハ）に示す通り、断面積Ｓ１＝701ｍｍ^２、強軸方向の断面二次モーメントＩｘ＝1,065,314ｍｍ^４、弱軸方向の断面二次モーメントＩy＝245,411ｍｍ^４、ゆがみ座屈応力度σcr＝1,892Ｎ／ｍｍ^２である。

上記の比較例１、２に対して、本発明の実施例の軽量形鋼１の断面性能は、表１（イ）に示す通り、断面積Ｓ１＝667ｍｍ^２、強軸方向の断面二次モーメントＩｘ＝1,063,315ｍｍ^４、弱軸方向の断面二次モーメントＩy＝225,987ｍｍ^４、ゆがみ座屈応力度σcr＝1,204Ｎ／ｍｍ^２である。

建築構造物における胴縁又はパネル枠材として、例えばＣ-100×50×20の断面寸法のリップ溝形鋼を用いる場合に、必要部材性能として強軸方向の断面二次モーメントが例えば1,000,000ｍｍ^４を必要とする場合、比較例１の板厚2.3ｍｍの軽量形鋼では、強軸方向の断面二次モーメントが806,920ｍｍ^４であり、不足する。
従来であれば、板厚３．２ｍｍのリップ溝形鋼（Ｃ-100×50×20×3.2）（図７（ロ））を使用することになるが、その場合、強軸方向の断面二次モーメント（曲げ剛性）は満たすが、弱軸方向の断面二次モーメントが過大になり、結果として断面積が過大となり、必要部材性能に対して使用材料が過大になり断面効率が悪くなる。
しかし、上記実施例の軽量形鋼１を用いると、強軸方向の断面二次モーメントＩｘが1,063,315ｍｍ^４であり、1,000,000ｍｍ^４を超えるので、必要部材性能を満たす。そして、断面積Ａは667ｍｍ^２であり、比較例２の断面積Ａ＝701ｍｍ^２に対して小さく済む（第２実施例の断面積は比較例２の4.8％減（667/701）。このように、鋭角傾斜部５及びウェブ向き延出部６が存在することで、板厚を変えずに特に強軸方向の断面二次モーメントを向上させることができるので、使用材料を過大にせずに必要部材性能を満たすことが可能となり、断面効率が向上する。
なお、実施例の強軸方向の断面二次モーメントＩｘは比較例２と同等（1,063,345／1,065,314で0.2％減）であるが、弱軸方向の断面二次モーメントはＩyは第１実施例は比較例２の8％減(225,987/245.411)であり、比較例２における板厚増大分は弱軸方向の断面二次モーメントの増大に無駄に使われている。

図８に参考として比較する参考比較例の軽量形鋼を示す。この軽量形鋼の断面形状は、弱軸方向（フランジ幅方向）の断面二次モーメントはあまり変えずに必要とする強軸方向（ウェブ幅方向）の断面二次モーメントを向上させる断面形状として、単純に考えた場合にまず考えられる一例（特許文献１の第２図に相当）であるが、フランジ全体を内側に２枚重ねにした断面形状である。
この断面形状の場合、実施例の軽量形鋼１と比較して、強軸方向の断面二次モーメントＩｘが実施例の軽量形鋼１より6.8％（1.41／1.32＝1.068）ほど高く、かつ断面積も3.0％減（647/667＝0.97）であり、その観点だけでは好ましいのであるが、この断面形状の場合、ゆがみ座屈応力度が著しく低い（322／1204＝0.27）ので、胴縁等として使用することが主に想定される軽量形鋼として、不適切である。
本発明では、弱軸方向の断面二次モーメントはあまり変えずに必要とする強軸方向の断面二次モーメントを向上させることを目的としているが、例えば壁板を胴縁に固定する場合にはドリルねじを打ち込んで固定する場合を想定しているので、ドリルねじ打ち込みの際の支圧でフランジ部が撓んで面材や補剛材との間に隙間が生じてしまうことがないことも重要である。したがって、フランジ部の撓みの程度に関与するゆがみ座屈応力度がＪＩＳ規定の比較例１とほぼ同等（1204／1260＝0.96）なので、強軸方向の断面二次モーメントの向上が実現されたことの有効性を失わない。

図２は実施例の軽量形鋼１を建築構造物の例えばプレハブパネル等のパネル８の枠材として用いた実施例を示す。図示の軽量形鋼１は、パネル８の横枠８ａ及び縦枠８ｂとして用いられており、パネル板材８ｃの周囲に例えばドリルねじ（略して単に線分で示す）２１で固定されている。

図３は実施例の軽量形鋼１を建築構造物の胴縁９として用いた実施例を簡略化して示す。図示例の軽量形鋼１は、建築構造物の躯体側の例えば柱２２に固定されており、この軽量形鋼１のフランジ３に壁板２３が例えばドリルねじ（略して単に線分で示す）２１で固定されている。
図４は軽量形鋼１を横胴縁として用いる場合の一般的な具体例を示し、図５は軽量形鋼１を縦胴縁１として用いる場合の一般的な具体例を示す。

上記実施例の軽量形鋼１における鋭角傾斜部５及びウェブ向き延出部６の存在は、ウェブとフランジとリップとを有するＪＩＳ規定のリップ溝形鋼（図７（イ）、（ロ））の形状寸法に関与しないので、その断面形状に関して、一般に流通され採用されているモジュールのリップ溝形鋼の代替品として使用することができる。
そして、この軽量形鋼１によれば、鋭角傾斜部５及びウェブ向き延出部６が存在することで、従来の一般的な断面形状の同板厚のリップ溝形鋼（図７（イ）と比較して、その弱軸方向（フランジ幅方向）の断面二次モーメントはあまり変えずに、必要とする強軸方向（ウェブ高さ方向）の断面二次モーメントを大きく向上させることが可能となっている。

したがって、例えば従来の一般的な断面形状寸法「Ｃ-100×50×20」のリップ溝形鋼を使用する必要がある場合で、板厚2.3ｍｍ（Ｃ-100×50×20×2.3）（図７（イ））では強軸方向の断面二次モーメントが不足する場合、一般には板厚３．２ｍｍのリップ溝形鋼（Ｃ-100×50×20×3.2）（図７（ロ））を使用することになるが、その場合には弱軸方向の断面二次モーメントが過大になり、結果として断面積が過大となり、必要部材性能に対して使用材料が過大になり断面効率が悪くなる。
しかし、上記実施例の軽量形鋼１によれば、鋭角傾斜部５及びウェブ向き延出部６が存在することで、板厚を変えずに特に強軸方向の断面二次モーメント（曲げ剛性）を向上させることができるので、使用材料を過大にせずに必要部材性能を満たすことが可能となり、断面効率が向上する。
建築構造物における胴縁やパネル枠材等は、弱軸方向の曲げ抵抗は面材又は補剛材がとりつくことによって補強されるので、弱軸方向の断面二次モーメントはあまり変えずに強軸方向の断面二次モーメントを向上させることができ、断面効率の良好な上記軽量形鋼１は、胴縁やパネル枠材等として用いる軽量形鋼として優れている。

またゆがみ座屈応力度が高いので、例えば胴縁やパネル枠材等として用いる場合、そのフランジ部３に面材等をドリルねじ等で固定する際に、支圧でフランジ部３が撓むことは少ない。したがって、面材等をドリルねじ等で固定する施工時に、フランジ部３で反力を十分に取れずに面材や補剛材と軽量形鋼１とが密接しない（隙間が空いてしまう）、という施工不良が生じることは少ない。

また、ウェブ向き延出部がフランジの内面に接触している（当たっている）ので、ロール成形時に、リップ部と鋭角傾斜部とウェブ向き延出部とを含めた内向き突出部の形状確保が容易である。
また、リップ部と鋭角傾斜部とウェブ向き延出部とを含めた内向き突出部の形状は安定しており、リップ部のウェブと平行な面がウェブ側に傾くような変形が生じる恐れは少ない。

上記実施例の軽量形鋼１の場合、鋭角傾斜部１５の角度αが３５°（α＝３５°）であるが、上述の効果を有効に得ることができる鋭角傾斜部１５として、α＝１０°〜６０°の範囲とすることができ、α＝１０°〜４５°が好適である。
この実施例では、フランジと二枚重ねになるウェブ向き延出部６の長さが１０ｍｍであるが、鋭角傾斜部５の角度αに応じて異なり、フランジ寸法Ａに対して、1/10から9/10の比の長さとすることができ、Ａに対して、1/10から2/5の比の長さとすることが好適である。

図６に他の実施例の軽量形鋼１１を示す。
この軽量形鋼１１は、リップ溝形断面形状におけるウェブ２とフランジ３とリップ部４とを有し、かつ、前記リップ部４の端部からフランジ内面側に折り曲げられた鋭角傾斜部５’を有し、その端部でさらに折り曲げられてウェブ側に向けて延出するウェブ向き延出部６’を有する断面形状であるという点では図１の軽量形鋼１と同様であるが、この軽量形鋼１１では、鋭角傾斜部５’の角度αが小さく２０°であり、また、ウェブ向き延出部６’はフランジ内面と接触せずに、折り曲げ位置からフランジ内面に接近する向きの傾きで折り曲げられている。なお、この場合の鋭角傾斜部５’の角度αも、α＝１０°〜６０°の範囲とすることができ、α＝１０°〜４５°が好適である。
この実施例の軽量形鋼１１のウェブＨ×フランジＡ×リップ部Ｃ×板厚ｔの寸法も、ＪＩＳのＧ３３５０に規定されているリップ溝形鋼Ｃ−１００×５０×２０×２．３ｍｍのウェブ、フランジ、リップ、板厚と同じである。
この軽量形鋼１１の断面性能の数値的な詳細は省略するが、図１に示した軽量形鋼１と概ね同様な断面性能を備えている。

本発明は、ＪＩＳ−Ｇ３３５０に規定されているリップ溝形鋼の外径寸法であって一般に流通し使用され、胴縁やパネル枠材等のモジュールの形状寸法とされている軽量形鋼を前提としており、したがって、次のような形状寸法が想定されている。
Ｃ−６０×３０×１０、Ｃ−７０×４０×２５、Ｃ−７５×３５×１５、Ｃ−７５×４５×１５、Ｃ−９０×４５×２０、Ｃ−１００×５０×２０、Ｃ−１２０×４０×２０、Ｃ−１２０×６０×２０、Ｃ−１２０×６０×２５、Ｃ−１２５×５０×２０、Ｃ−１２０×６０×２５。

１、１１軽量形鋼（ロール成形軽量形鋼）
２ウェブ
３フランジ
４リップ部
５、５’ 鋭角傾斜部
６、６’ ウェブ向き延出部
８パネル（プレハブパネル等）
８ａ、８ｂパネル枠材（＝軽量形鋼１）
８ｃパネル板材
９胴縁（＝軽量形鋼１）
２１ドリルねじ
２２柱
２３壁板

Claims

弱軸方向の曲げ抵抗が面材又は補剛材がとりつくことによって補強され、強軸方向に弱軸方向よりも大きな曲げ力を受ける態様で用いられるロール成形軽量形鋼であって、
リップ溝形断面形状におけるウェブとフランジとリップ部とを有し、かつ、前記リップ部の端部からフランジ内面側に１０°〜６０°の範囲内で折り曲げられた鋭角傾斜部を有し、その端部で、前記フランジの内面に接触してフランジと２枚重ねとなるようにさらに折り曲げられてウェブ側に向けて延出するウェブ向き延出部を有することを特徴とするロール成形軽量形鋼。