JP6892010B1

JP6892010B1 - 合成梁

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Publication number: JP6892010B1
Application number: JP2020517237A
Authority: JP
Inventors: 沖　晃司; 晃司沖; 敏弘梅田; 下川　弘海; 弘海下川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2039-09-25
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Abstract

上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁において、このような合成梁を建築物の床構造に適用した場合に、床構造の施工過程における上下非対称Ｈ形鋼単体のたわみが抑えられ、この結果、床構造の供用時の総たわみが抑えられる、建築物の床構造に好適に使用可能な合成梁を提供する。Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼の上面に配設されたデッキプレートの上にコンクリートを打設して前記Ｈ形鋼と一体の構造を構成するように形成される合成スラブとを有する合成梁において、前記デッキプレートの山側フランジの幅を谷側フランジの幅以上にするとともに、該デッキプレートの高さを２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下とし、前記Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａtと下フランジの断面積Ａbの比Ａt／Ａbを０．７／１．３以上１．０未満とする。

Description

本発明は、Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼の上面に配設されたデッキプレートの上にコンクリートを打設して前記Ｈ形鋼と一体の構造を構成するように形成される合成スラブとを有する合成梁に関する。

Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼に一体に連結されたスラブとを有する合成梁においては、例えば特許文献１に記載されるように、Ｈ形鋼として上下非対称Ｈ形鋼を用いることが知られている。

合成梁に自重や積載荷重により曲げ力が作用するとき、合成梁の下側では、Ｈ形鋼の下フランジがほぼ単独で引張応力に抵抗するのに対し、合成梁の上側では、比較的大きな断面積をもつスラブとＨ形鋼の上フランジが圧縮応力に抵抗する。よって、Ｈ形鋼の上フランジの断面積を下フランジの断面積より小さくしても、合成梁全体に同レベルの曲げ抵抗力を確保できる。そこで、合成梁においては、Ｈ形鋼に上下非対称Ｈ形鋼を用いると合理的な構造となり、鋼材の材料費や鋼材重量を抑えられ工学的に有利である。

特開昭４９−１３０８６２号公報

上記のような、上下非対称Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼と一体の構造を構成するスラブとを有する合成梁は、合成桁橋梁などの土木構造物だけでなく、鉄骨造等の建築物の床構造に適用しても、同様に、材料節約や鋼材重量抑制等の効果が得られることが期待される。

ただし、建築物の床構造は、構造性能として、床の自重や積載荷重に対する応力抵抗性能に加えて、建築物の居住性の観点から、たわみ制限をも満たす必要がある。具体的には、建築物の床構造では、通常、床またはＨ形鋼梁のスパンＬの１／３００〜１／４００程度のたわみ制限が設けられる。

また、建築物の架構は多くの場合積層構造であるため、上記のような合成梁を床構造に適用する場合には、有効階高が制約されることのないよう、床構造を構成する合成梁のＨ形鋼の梁せいを抑えつつ、上記のたわみ制限を満たすことが求められる。

また、上記のような、上下非対称Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼と一体に連結されたスラブとを有する合成梁を、鉄骨造等の建築物の床構造に適用する場合には、上下非対称Ｈ形鋼単体の断面剛性が、同じ断面積を有する上下対称Ｈ形鋼の断面剛性よりも小さいことが、使用上の問題となる。

すなわち、上記のような合成梁からなる床構造を有する建築物の施工過程は、まず、複数本のＨ形鋼を、柱間または大梁間に架け渡し、これら複数本のＨ形鋼の上にデッキプレートを敷設し、さらにデッキプレート上にコンクリートを打設する手順で行われる。この施工過程の途中では、Ｈ形鋼は単体で、上記のたわみ制限を満たしつつ、デッキプレートおよびコンクリートの荷重を支持することが求められる。合成梁からなる床構造の供用時の総たわみの大部分は、このような施工過程で生じるＨ形鋼単体のたわみに起因する。

図７は、上記施工過程における上下非対称Ｈ形鋼単体のたわみδconstと、合成梁供用時の総たわみδtotとの、上下非対称Ｈ形鋼の上下フランジの断面積の偏差β（上下非対称Ｈ形鋼の上フランジの断面積をＡｔ、下フランジの断面積をＡｂ、上フランジの断面積Ａｔと下フランジの断面積Ａｂの平均値をＡとするとき、β＝（Ａ−Ａｔ）／Ａ＝（Ａｂ−Ａ））／Ａに対する関係を、概念的に示すグラフである。

図７に示すように、合成梁からなる床構造において、上下非対称Ｈ形鋼を用いると、上下フランジ断面積の偏差βが大きくなるほど、施工過程においてＨ形鋼単体のたわみを増加させる結果を招いてしまう。よって、上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁は、建築物の床構造には、これまであまり活用されていなかった。

そこで、本発明は、上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁において、このような合成梁を建築物の床構造に適用する場合にも、床構造の施工過程における上下非対称Ｈ形鋼単体のたわみが抑えられ、この結果、床構造の供用時の総たわみが抑えられる、建築物の床構造に好適に使用可能な合成梁を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の合成梁は、次の構成を有する。
［１］Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼の上面に配設されたデッキプレートの上にコンクリートを打設して前記Ｈ形鋼と一体の構造を構成するように形成される合成スラブとを有する合成梁において、前記デッキプレートの山側フランジの幅が谷側フランジの幅以上であるとともに、該デッキプレートの高さが２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、前記合成スラブの厚さが５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、前記Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａtと下フランジの断面積Ａbの比Ａt／Ａbが０．７／１．３以上１．０未満である合成梁。

なお、上記Ｈ形鋼は、ロールＨ形鋼であってもよいし、ビルトＨ形鋼であってもよい。
［２］前記Ｈ形鋼の降伏強度が２３５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、前記Ｈ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌが１／２０．９以上である、［１］に記載の合成梁。
［３］前記Ｈ形鋼の降伏強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、前記Ｈ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌが１／１５．１以上である、［１］に記載の合成梁。

本発明の合成梁によれば、上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁を建築物の床構造に適用する場合に、床構造の施工過程における上下非対称Ｈ形鋼単体のたわみを、上下対称Ｈ形鋼を用いた合成梁からなる床構造のたわみと同レベルまたはこれ以下に抑えることができ、この結果、床構造の供用時の総たわみを抑えることができる。よって、上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁を建築物の床構造に活用して合理的な構造とし、合成梁のＨ形鋼の材料費やＨ形鋼の重量を低減することができる。

また、前記Ｈ形鋼の降伏強度を２３５Ｎ／ｍｍ^２以上とするとともに、前記Ｈ形鋼の外法せいＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌを１／２０．９以上とする場合には、本発明の合成梁からなる床構造の供用時の総たわみを、建築物の床構造に求められるたわみ制限Ｌ／３００程度およびこれ以下とする効果がより確実に得られる。

あるいは、Ｈ形鋼１０の降伏強度を３２５Ｎ／ｍｍ^２以上とし、Ｈ形鋼１０の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌを１／１５．１以上とすれば、合成梁からなる床構造の供用時の総たわみを、建築物の床構造に求められるたわみ制限Ｌ／３００程度およびこれ以下とする効果がより確実に得られる。

本発明の合成梁の断面図である。本発明の合成梁を側方から見た断面図である。本発明の合成梁におけるＨ形鋼部分を示す拡大図である。本発明の合成梁の施工時たわみの例を示すグラフである。本発明の合成梁の施工時たわみの例を示すグラフである。本発明の合成梁の施工時たわみの例を示すグラフである。上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁の施工時たわみと供用時総たわみを概念的に示すグラフである。

以下、本発明の合成梁の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施の形態の合成梁１の断面図である。また、図２は、合成梁１を側方から見た断面図である。

図１および図２に示すように、本発明の合成梁１は、Ｈ形鋼１０と、このＨ形鋼１０の上に配設された合成スラブ２０とを有している。Ｈ形鋼１０は、上フランジ１１と下フランジ１２の断面積が異なる上下非対称Ｈ形鋼であり、このＨ形鋼１０はロール成形によって得られたロールＨ形鋼であってもよく、上下非対称Ｈ形鋼をロール成形品として入手できない場合には、ウェブ１３となる鋼板に上フランジ１１および下フランジ１２となる鋼板を溶接して形成されたビルトＨ形鋼であってもよい。Ｈ形鋼１０の上面には、シアスタッド３０が所定間隔で溶接されている。

図３に示すように、Ｈ形鋼１０のサイズは、外法高さがＨ、上フランジ１１の幅と下フランジ１２の幅の平均値がＢ、上フランジ１１の幅が（１−β）×Ｂ、下フランジ１２の幅が（１＋β）×Ｂ、ウェブ１３の厚さがｔｗ、上フランジ１１の厚さがｔｔｆ、下フランジ１２の厚さがｔｂｆである。よって、Ｈ形鋼１０の上フランジ１１の断面積Ａｔおよび下フランジ１２の断面積Ａｂはそれぞれ、Ａｔ＝（１−β）×Ｂ×ｔｔｆ、Ａｂ＝（１＋β）×Ｂ×ｔｂｆとなる。本発明の合成梁１では、Ｈ形鋼の上フランジ１１の断面積Ａｔと下フランジ１２の断面積Ａｂの比Ａｔ／Ａｂは、０．７／１．３以上１．０未満に設定される。

本実施の形態では、上フランジ１１の厚さｔｔｆ、下フランジ１２の厚さｔｂｆは互いに等しく設定されているものとする。よって、上記比Ａｔ／Ａｂの数値範囲０．７／１．３≦Ａｔ／Ａｂ＜１は、上記パラメータβ（以下では、βを「上下フランジの断面積の偏差」と称する）の数値範囲０＜β≦０．３に相当することとなる。

合成スラブ２０は、Ｈ形鋼１０の上面にデッキプレート２１を配設し、デッキプレート２１の上に、スペーサを介してひび割れ防止筋となる溶接金網または鉄筋を配設し、さらに、デッキプレート２１の上に、所定の厚さのコンクリート２２を打設して形成される。

図２に示すように、デッキプレート２１は、山部と谷部が連続的に設けられた、略上下対称な波型の断面形状を有し、山側フランジ２１１と谷側フランジ２１２の幅が略等しい。また、デッキプレート２１の溝上寸法が溝下寸法よりも大きく設定されて、山側フランジ２１１と谷側フランジ２１２の間のウェブ２１３が傾斜している。しかし、ウェブ２１３は垂直であってもよく、あるいは、溝上寸法が溝下寸法よりも小さく設定されて、ウェブの２１３が逆方向に傾斜していても良い。山側フランジ２１１には、エンボス加工が施され、コンクリート２２とのずれが防止されるようになっている。

本発明の合成梁１では、デッキプレート２１の高さｈｄは、２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下に設定されるが、広く市場に流通するデッキプレートの高さである５０ｍｍ程度または７５ｍｍ程度に設定されることが好ましい。

また、本発明では、デッキプレート２１の厚さは特に限定されず、この上にコンクリート２２を打設する際の型枠の機能を果たすことができるものであればよく、例えば日本工業規格ＪＩＳＧ３３５２「デッキプレート」に規定される標準表示厚さから選定することができる。具体的には、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍなどに設定されることが好ましい。

また、本発明では、合成スラブの厚さ、すなわち、コンクリート２２の厚さは、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定される。

Ｈ形鋼１０の上面に所定間隔で溶接されるシアスタッド３０の頭部は、デッキプレート２１の谷側フランジ２１２に設けられた穴から、デッキプレート２１の上方に突出し、デッキプレート２１の上に打設されるコンクリート２２中に埋設される。このシアスタッド３０を介して、合成スラブ２０は、Ｈ形鋼１０と一体の構造を構成するように形成される。

本実施の形態の合成梁１によれば、上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁１を建築物の床構造に適用する場合に、床構造の施工過程における上下非対称Ｈ形鋼１０単体のたわみを、上下対称Ｈ形鋼１０を用いた合成梁１からなる床構造のたわみと同レベルまたはこれ以下に抑えることができ、この結果、床構造の供用時の総たわみを抑えることができる。よって、上下非対称Ｈ形鋼を用いた合成梁を建築物の床構造に活用して合理的な構造とし、合成梁のＨ形鋼の材料費やＨ形鋼の重量を低減することができる。

なお、Ｈ形鋼１０の降伏強度を２３５Ｎ／ｍｍ^２以上とするとともに、Ｈ形鋼１０の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌを１／２０．９以上とすれば、合成梁からなる床構造の供用時の総たわみを、建築物の床構造に求められるたわみ制限Ｌ／３００程度およびこれ以下とする効果がより確実に得られる。

また、上記実施の形態では、デッキプレート２１として、山部と谷部が連続的に設けられた、略上下対称な波型の断面形状を有し、山側フランジ２１１と谷側フランジ２１２の幅が略等しい形状を有するものを用いる場合について説明した。これに代えて、デッキプレートとして、山側フランジの幅が谷側フランジの幅よりも大きいものを用いても良い。デッキプレートをこのような形状にすれば、デッキプレートの上に打設されるコンクリートの固定荷重が小さくなるため、上記と同様の効果が得られる。

本発明の合成梁における、上下非対称Ｈ型鋼の上フランジの断面積Ａｔと下フランジの断面積Ａｂとの比Ａｔ／Ａｂがとる数値範囲（０．７／１．３≦Ａｔ／Ａｂ＜１．０）によって得られる、合成梁の梁スパン中央部における供用時の総たわみの抑制効果について、数値解析による検証を行った。

本実施例１では、合成梁の梁スパン中央部における供用時の総たわみの数値解析の対象として、表１に示す合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａを用意した。解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａは、上下非対称Ｈ形鋼のサイズ（Ｈ×Ｂ×ｔｗ×ｔｆ（ここで、Ｂは、上フランジの幅と下フランジの幅の平均値）、デッキプレートの高さｈｄ、合成スラブの厚さＴｓ、および合成梁の等価幅Ｂ_ＣＢ／ｎ（詳しくは後述する）が互いに異なっている。

解析モデルＮｏ．１Ａ〜３２Ａは、表１に示す解析モデルＮｏ．１〜３２において、デッキプレートの高さｈｄを５０ｍｍから７５ｍｍに変更したものである。

解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａの各々では、上下フランジの厚さｔｔｆ、ｔｔｂが互いに等しい値ｔｆに設定されているものとする。よって、上記比Ａｔ／Ａｂの数値範囲０．７／１．３≦Ａｔ／Ａｂ＜１は、上下フランジの断面積の偏差βの数値範囲０＜β≦０．３に相当する。

以下では、上フランジの断面積Ａｔと下フランジ１２の断面積Ａｂの平均値をＡとする。よって、Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａｔおよび下フランジの断面積Ａｂはそれぞれ、Ａｔ＝（１−β）×Ａ、Ａｂ＝（１＋β）×Ａとなる。

また、上下フランジの中心間距離ｈは、ｈ＝Ｈ−（ｔｔｆ＋ｔｂｆ）／２＝Ｈ−ｔｆとなる。

解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａの各々では、上下非対称Ｈ形鋼の形状の基準となる上下対称Ｈ形鋼のサイズを、日本工業規格ＪＩＳＧ３１９２「熱間圧延形鋼の形状、寸法、質量及びその許容差」に規定されるＨ形鋼のサイズに基づいて、ウェブ比率ξ＝（ｈ×ｔｗ）／Ａが０．６７〜４．０となるように設定した。また、Ｈ型鋼の外法高さＨは４００〜１０００ｍｍとし、Ｈ形鋼の幅Ｂ（上下非対称Ｈ形鋼における上フランジの幅と下フランジの幅の平均値）はｈ／４〜ｈ／２とした。Ｈ形鋼のウェブ厚比ｈ／ｔｗは、設計上使用可能な局部座屈を生じない下限板厚を考慮して、８３程度とした。

また、解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａにおけるスラブ厚さＴsは、山谷部が略上下対称な形状を有するデッキプレートが用いられる場合の標準的な寸法として、６０〜１００ｍｍとした。後述するデッキ床厚比γは、γ＝（ｔｔｆ／２＋ｈｄ）／ｈと算出される値である。

また、解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａにおける合成梁の等価幅Ｂ_ＣＢ／ｎは、０．２５ｈ〜１．１３ｈの範囲とした。この合成梁の等価幅Ｂ_ＣＢ／ｎの数値範囲０．２５ｈ〜１．０５ｈは、合成梁の梁スパンＬを、標準的な値である８ｈ〜２１ｈとし、合成梁の有効幅Ｂ_ＣＢを、標準的に用いられる評価値Ｌ／４とし、鋼コンクリート剛性比（鋼のヤング係数／コンクリートのヤング係数）を５〜８とする条件で算出したものである。

合成梁の上記解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａの各々において、上下非対称Ｈ型鋼の上下フランジの断面積の偏差βに対して、合成梁の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）がどのように変化するかを数値解析した。そして、本発明の合成梁の特徴である、上下非対称Ｈ型鋼の上フランジの断面積Ａｔと下フランジの断面積Ａｂとの比Ａｔ／Ａｂがとる数値範囲（０．７／１．３≦Ａｔ／Ａｂ＜１．０）、すなわち上下フランジの断面積の偏差βがとる数値範囲（０＜β≦０．３）において、合成梁の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）が、上記偏差βが０のときの供用時総たわみδtot（０）と同レベルまたはこれ以下になっているかどうかを確認した。

合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａの各々における、梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）は、次の条件に基づいて計算した。

まず、合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａの各々は、Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼に連結される合成スラブとが、完全に一体の構造を構成する、完全合成梁であるものと仮定した。

そして、合成梁の供用時荷重（合成梁からなる床構造の供用時に、床構造上に設けられる床、天井、間仕切りなどによってかかる仕上荷重および床上に設置される什器などによってかかる積載荷重の合計、梁床骨組による固定荷重Ｗｃｏｎｓｔを除く梁床骨組みが負担する仕上げや、什器、床積載荷重などすべての供用時に床に負荷される荷重）Ｗsustを、一般的なオフィスや商業・公共施設等の建築物を想定して、相対的に低い値である５ｋＮ／ｍ^２とした。

また、合成梁の施工時の固定荷重Ｗconstは、上記解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜８Ａの各々のＨ形鋼、デッキプレートおよびコンクリートのサイズ、単位重量、および一本の合成梁が負担するスラブの幅に基づいて設定した。

なお、合成梁の供用時荷重Ｗsustは、合成梁の施工時の固定荷重Ｗconstを含まないものとする。

後述する床荷重比αは、合成梁の施工時の固定荷重（合成梁を構成するＨ形鋼、デッキプレート、コンクリート等の自重によりかかる荷重）をＷconstとして、α＝Ｗsust／Ｗconstと算出される値である。また、後述するスラブ寄与率ηは、η＝（Ｔs×Ｂ_ＣＢ／ｎ）／（ｈ×ｔｗ）と算出される値である。

具体的には、合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａの梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）を、施工時たわみδconst（β）と、上記供用時荷重Ｗsustによって生じるたわみδsust（β）とから、下記式（１）により算出した。

ここで、Ｅは鋼材のヤング係数、Ｉ_ＨはＨ形鋼の断面二次モーメント、Ｉ_ＣＢは合成梁の断面二次モーメントである。Ｈ形鋼と合成梁の重心位置（略算値）をそれぞれｙ_ｃｇ、Ｙ_ｃｇとすると、Ｉ_Ｈ、ｙ_ｃｇ、Ｉ_ＣＢ、Ｙ_ｃｇはそれぞれ、下記式（２）〜（５）により得られる。

ここで、

また、

ここで、

図４は、上記式（１）〜（５）により算出された、合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２の各々の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）を、上下非対称Ｈ型鋼の上下フランジの断面積の偏差βに対する関係として示すグラフである。また、図５は、上記式（１）〜（５）により算出された、合成梁の解析モデルＮｏ．１Ａ〜３２Ａの各々の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）を、上下非対称Ｈ型鋼の上下フランジの断面積の偏差βに対する関係として示すグラフである。図６は、合成梁の解析モデルＮｏ．１〜８およびＮｏ．１Ａ〜８Ａの各々の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）を、対比して示すグラフである。

図４〜図６では、梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）を、偏差が０のとき（すなわち、Ｈ形鋼が上下対称Ｈ形鋼のとき）の供用時総たわみδtot（０）に対する相対値であるたわみ指標値δtot（β）／δtot（０）として示している。

図４に示されるとおり、合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２のいずれにおいても、たわみ指標値δtot（β）／δtot（０）は、上下フランジの断面積の偏差βが増加するにつれて、最初は１．０から減少していき、その後増加に転じて１．０を超え、その後も増加し続けることが確認された。そして、上下フランジの断面積の偏差βが０．３以下の領域においては、解析モデルＮｏ．１〜３２のいずれにおいても、たわみ指標値δtot（β）／δtot（０）は１．０未満に抑えられていることが確認された。

また、図５に示されるとおり、合成梁の解析モデルＮｏ．１Ａ〜３２Ａにおいても、たわみ指標値δtot（β）／δtot（０）は、上下フランジの断面積の偏差βが増加するにつれて、最初は１．０から減少していき、その後増加に転じて１．０を超え、その後も増加し続けることが確認された。そして、上下フランジの断面積の偏差βが０．２５以下の領域においては、解析モデルＮｏ．１Ａ〜３２Ａのいずれにおいても、たわみ指標値δtot（β）／δtot（０）は１．０未満に抑えられ、偏差βが０．２５以上０．３以下の領域においても、たわみ指標値δtot（β）／δtot（０）は１．０をわずかに上回るレベルに抑えられていることが確認された。

そして、図６に示されるとおり、デッキプレートの高さｈｄが７５ｍｍの解析モデルＮｏ．１Ａ〜３２Ａでは、デッキプレートの高さｈｄが５０ｍｍの解析モデルＮｏ．１〜３２に比べて、たわみ指標値δtot（β）／δtot（０）が１．０未満に抑えられるような上記偏差βの範囲の上限値が、相対的に小さいことが確認された。

このように、合成梁の解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａについて数値解析を行った結果から、上下フランジの断面積の偏差βが０．３以下のとき、すなわち本発明に規定されるように、Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａtと下フランジの断面積Ａbの比Ａｔ／Ａｂが０．７／１．３≦Ａｔ／Ａｂ＜１．０の範囲内にあることにより、合成梁の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）が、上記偏差βが０のときの供用時総たわみδtot（０）と同レベルまたはこれ以下に抑えられ、合理的な断面形状であることが確認された。

特に、上下フランジの断面積の偏差βが０．２５以下、すなわち、Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａtと下フランジの断面積Ａbの比Ａｔ／Ａｂが０．７５／１．２５≦Ａｔ／Ａｂ＜１．０の範囲内となるようにすれば、デッキプレートの高さｈｄが７５ｍｍ程度であっても、合成梁の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）が、上記偏差βが０のときの供用時総たわみδtot（０）と同レベルまたはこれ以下に確実に抑えることができることが確認された。

なお、上下フランジの断面積の偏差βが大きくなるほど、Ｈ形鋼の断面二次モーメントＩ_Ｈが小さくなるため、合成梁の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）中に占める、施工時たわみδconst（β）の比率が大きくなる。

また、Ｈ形鋼のウェブの厚さｔｗが大きくなるほど、ウェブ比率ξ＝（ｈ×ｔｗ）／Ａが大きくなるため、上記偏差βの増加による供用時総たわみδtot（β）増加の影響度は低下する傾向にある。上記解析モデルＮｏ．１〜３２およびＮｏ．１Ａ〜３２Ａでは、ウェブ厚比ｈ／ｔｗを８３程度としたが、ウェブ厚比ｈ／ｔｗがこれよりも小さい断面においては、ウェブ比率ξが小さくなるため、供用時総たわみδtot（β）を抑制できるような上記偏差βの範囲の上限値は、より大きくなる。

また、合成梁の供用時荷重Ｗsustに対する施工時の固定荷重Ｗconstの比率である施工時荷重比１／α（上記床荷重比α＝Ｗsust／Ｗconstの逆数）が大きくなるほど、合成梁の梁スパン中央部の供用時総たわみδtot（β）中に占める、施工時たわみδconst（β）の比率が大きくなり、上記偏差βの増加に伴って供用時総たわみδtot（β）が増加しやすくなる。つまり、倉庫や物流施設などのように、供用時荷重Ｗsustが大きい場合は、自ずと施工時荷重比１／αが小さくなり、上記偏差βの増加による供用時総たわみδtot（β）の増加傾向が小さくなるため、供用時総たわみδtot（β）の抑制効果がより顕著に得られる。

本実施例２では、本発明の合成梁により、Ｈ形鋼の重量の低減効果がどの程度得られるかについて、数値計算による検証を行った。

具体的には、従来例として、サイズがＨ−４５０×２００×９×１４［ｍｍ］の上下対称Ｈ形鋼を有する合成梁を想定し、この従来例の合成梁と同レベルの曲げ性能（設計耐力および設計たわみ量）を有しつつ本発明の要件を満たすような合成梁の断面を複数計算し、これらを本発明例１〜３とした。そして、本発明例１〜３の合成梁における上下非対称Ｈ形鋼の単位長さ重量を、従来例の合成梁における上下対称Ｈ形鋼の単位長さ重量と比較した。

本数値計算においては、表２に示すように、本発明例１〜３と従来例の双方において、合成梁の梁スパンＬは９．５ｍ、合成梁の間隔は２．２５ｍ、デッキプレートの高さｈｄは５０ｍｍ、合成スラブの厚さＴsは８０ｍｍとした。また、Ｈ形鋼の降伏強度は、本発明例１、２および従来例の合成梁では２３５Ｎ／ｍｍ^２（日本工業規格ＪＩＳＧ３１３６「建築構造用圧延鋼板」に規定される鋼種ＳＮ４００相当、基準強度Ｆ＝２３５Ｎ／ｍｍ^２）とし、本発明例３では３２５Ｎ／ｍｍ^２（鋼種ＳＮ４９０相当、基準強度Ｆ＝３２５Ｎ／ｍｍ^２）とした。

Ｈ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌは、本発明例１および従来例の合成梁の断面の計算では１／２１．１となるようにし、本発明例２の合成梁の断面の計算では１／１９．０となるようにし、本発明例３の合成梁の断面の計算では１／１４．６となるようにした。

そして、本発明に規定されるように、Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａtと下フランジの断面積Ａbの比Ａt／Ａbが０．７／１．３以上１．０未満となる条件で、従来例の合成梁の設計耐力および設計たわみ量と同レベルの耐力およびたわみ量が得られるように、本発明例１〜３の合成梁の断面を計算した。

そして、表２に示すように、本発明例１〜３の合成梁では、非対称Ｈ形鋼の断面形状として、それぞれＢＨ−４５０×１５０×２５５×６×１４［ｍｍ］、ＢＨ−５００×１２５×２５５×６×１４［ｍｍ］、ＢＨ−６５０×６０×１１０×９×８［ｍｍ］が算出された。

従来例の合成梁における上下対称Ｈ形鋼では、単位長さ当たりの重量が７３．８ｋｇ／ｍであるのに対し、本発明例１〜３の合成梁における上下非対称Ｈ形鋼では、単位長さ当たりの重量が、それぞれ６４．４ｋｇ／ｍ、５９．６ｋｇ／ｍ、５４．１ｋｇ／ｍとなった。

つまり、本発明例１〜３では、同レベルの曲げ耐力を有する従来例の合成梁に比べて、Ｈ形鋼の鋼材重量が、それぞれ約８７％、約８１％、約７３％に削減されており、従来例の上下対称Ｈ形鋼を有する合成梁と同等の曲げ性能を確保しつつ、Ｈ形鋼について１０％を超える重量低減効果が得られることが確認された。

特に、Ｈ形鋼の降伏強度が２３５Ｎ／ｍｍ^２以上、およびＨ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌが１／２０．９以上という要件を満たす本発明例２の合成梁では、本発明例１に比べて更なるＨ形鋼重量低減効果が得られることが確認された。

また、Ｈ形鋼の降伏強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２以上、およびＨ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌが１／１５．１以上という要件を満たす本発明例３の合成梁でも、本発明例１に比べて更なるＨ形鋼重量低減効果が得られることが確認された。加えて、表２に示すように、本発明例３では、本発明例１、２よりも高い設計耐力が確保されており、高い降伏強度を有するＨ形鋼を適用するにより、より大きな積載荷重に耐えうる設計耐力を確保できることが確認された。

１合成梁
１０Ｈ形鋼
１１Ｈ形鋼の上フランジ
１２Ｈ形鋼の下フランジ
１３Ｈ形鋼のウェブ
２０合成スラブ
２１デッキプレート
２１１デッキプレートの山側フランジ
２１２デッキプレートの谷側フランジ
２１３デッキプレートのウェブ
２２コンクリート
ＨＨ形鋼の外法高さ
Ａt Ｈ形鋼の上フランジの断面積
Ａb Ｈ形鋼の下フランジの断面積
ｈd デッキプレートの高さ
Ｌ梁スパン

Claims

Ｈ形鋼と、該Ｈ形鋼の上面に配設されたデッキプレートの上にコンクリートを打設して前記Ｈ形鋼と一体の構造を構成するように形成される合成スラブとを有する合成梁において、
前記デッキプレートの山側フランジの幅が谷側フランジの幅以上であるとともに、該デッキプレートの高さが２５ｍｍ以上７５ｍｍ以下であり、
前記合成スラブの厚さが５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、
前記Ｈ形鋼の上フランジの断面積Ａtと下フランジの断面積Ａbの比Ａt／Ａbが０．７／１．３以上１．０未満である合成梁。
前記Ｈ形鋼の降伏強度が２３５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、
前記Ｈ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌが１／２０．９以上である、請求項１に記載の合成梁。
前記Ｈ形鋼の降伏強度が３２５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、
前記Ｈ形鋼の外法高さＨと梁スパンＬの比Ｈ／Ｌが１／１５．１以上である、請求項１に記載の合成梁。