JP7207054B2 - 圧延ｈ形鋼及び合成梁 - Google Patents
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Description
本発明は、圧延Ｈ形鋼及び合成梁に関する。
上フランジ、下フランジ、及び、ウェブを有する圧延Ｈ形鋼としては、上フランジ及び下フランジの厚さが同じである二軸対称断面のものがある。このような二軸対称断面の圧延Ｈ形鋼としては、例えば、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼がある。
すなわち、特許文献１の圧延Ｈ形鋼は、圧延Ｈ形鋼の外法高さをH、上フランジ及び下フランジの幅をB、ウェブの厚さをt1、上フランジ及び下フランジの厚さをt2、圧延Ｈ形鋼の内法高さをd(＝H－2×t2)、鋼材の設計基準強度をF(N/mm2)とした場合に、以下の1)～3)に示す断面形状寸法及び強度を満たし、かつ引張強さが400～670N/mm2であることを特徴とする。
1) 6.0≦B/(2×t2)≦11.1
2) 75.2≦d/t1≦1.35×1100/F1/2
3) 235≦F≦385
1) 6.0≦B/(2×t2)≦11.1
2) 75.2≦d/t1≦1.35×1100/F1/2
3) 235≦F≦385
また、特許文献２の圧延Ｈ形鋼は、圧延Ｈ形鋼の外法高さをH、上フランジ及び下フランジの幅をB、ウェブの厚さをt1、上フランジ及び下フランジの厚さをt2、圧延Ｈ形鋼の内法高さをd(＝H－2×t2)、鋼材の設計基準強度をF(N/mm2)とした場合に、以下の1)～4)に示す断面形状寸法及び強度を満たし、かつ引張強さが400～740N/mm2であることを特徴とする。
1) 11.2≦B/(2×t2)≦240/F1/2
2) 1100/F1/2＜d/t1≦1.4×1100/F1/2
3) 235≦F≦440
4) B/H＜0.76
1) 11.2≦B/(2×t2)≦240/F1/2
2) 1100/F1/2＜d/t1≦1.4×1100/F1/2
3) 235≦F≦440
4) B/H＜0.76
また、上フランジ、下フランジ、及び、ウェブを有する圧延Ｈ形鋼としては、特許文献３～５の圧延Ｈ形鋼のように、上フランジ及び下フランジの幅が同じで厚さが異なる一軸対称断面のものもある。
一般に、構造物の小梁又は孫梁に使用される圧延Ｈ形鋼は、シアコネクタ等の接続部材によりコンクリートスラブ又はデッキ合成スラブである床スラブと一体化される。この床スラブと一体化された圧延Ｈ形鋼は、上フランジの水平移動が拘束された状態にある。
従来の圧延Ｈ形鋼は、上フランジの水平移動が拘束されたことによる合成梁としての性能向上効果が十分に考慮されておらず、過剰な性能により重量の増加に繋がっている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一例として、従来の圧延Ｈ形鋼に対して、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を確保しつつ、重量を低減できる圧延Ｈ形鋼及び合成梁、又は、従来の圧延Ｈ形鋼と同等以下の断面積で曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる圧延Ｈ形鋼及び合成梁を提供することを課題とする。
本発明の第一態様に係る圧延Ｈ形鋼は、幅が同じで厚さが異なる上フランジ及び下フランジと、ウェブとを有する一軸対称断面の圧延Ｈ形鋼であって、前記圧延Ｈ形鋼の外法高さをH、前記上フランジ及び前記下フランジの幅をB、前記ウェブの厚さをt1、前記上フランジの厚さをt21、前記下フランジの厚さをt22、前記圧延Ｈ形鋼の内法高さをd（=H-t21-t22）、鋼材の設計基準強度をF（N/mm2）、鋼材のヤング係数をE（N/mm2）とした場合に、以下の1）～5）に示す断面形状寸法及び強度を満たし、かつ引張強さが400～670N/mm2であることを特徴とする。
1) 1.4×1100/F 1/2 ＜d/t1≦4.1×(E/F)1/2
2) t1≦t21＜t22
3) t22/t21＜2.2
4) 0.28×B/d×1100/F 1/2 ＜B/(2×t22)＜(2B/d)×(E/F)1/2
5) 235≦F≦440
1) 1.4×1100/F 1/2 ＜d/t1≦4.1×(E/F)1/2
2) t1≦t21＜t22
3) t22/t21＜2.2
4) 0.28×B/d×1100/F 1/2 ＜B/(2×t22)＜(2B/d)×(E/F)1/2
5) 235≦F≦440
本発明の第二態様に係る合成梁は、材長方向の端部が支持された小梁又は孫梁である本発明の第一態様に係る圧延Ｈ形鋼と、前記上フランジに設置された接続部材を介して前記圧延Ｈ形鋼と一体化されたコンクリートスラブ又はデッキ合成スラブである床スラブと、を備え、前記上フランジは、全長に亘って前記床スラブと一体化されることにより、水平移動が拘束されていることを特徴とする。
本発明によれば、一例として、従来の圧延Ｈ形鋼に対して、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を確保しつつ、重量を低減できる圧延Ｈ形鋼及び合成梁、又は、従来の圧延Ｈ形鋼と同等以下の断面積で曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる圧延Ｈ形鋼及び合成梁を提供することができる。
（床構造の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る合成梁が適用された床構造４０の斜視図である。
図１に示されるように、床構造４０は、大梁４１と、小梁４２と、床スラブ３０とを備える。大梁４１及び小梁４２は、水平方向の互いに直交する方向に延びている。小梁４２は、シアプレート４３を介して大梁４１に接合されている。床スラブ３０は、水平方向に延在しており、大梁４１及び小梁４２によって下側から支持されている。小梁４２には、図示しない孫梁が接合される場合がある。
図１は、本発明の一実施形態に係る合成梁が適用された床構造４０の斜視図である。
図１に示されるように、床構造４０は、大梁４１と、小梁４２と、床スラブ３０とを備える。大梁４１及び小梁４２は、水平方向の互いに直交する方向に延びている。小梁４２は、シアプレート４３を介して大梁４１に接合されている。床スラブ３０は、水平方向に延在しており、大梁４１及び小梁４２によって下側から支持されている。小梁４２には、図示しない孫梁が接合される場合がある。
（合成梁の構成）
図２は、本発明の一実施形態に係る合成梁１の縦断面図である。
図２に示されるように、合成梁１は、材長方向の端部が支持された圧延Ｈ形鋼１０と、この圧延Ｈ形鋼１０の上フランジ１２に設置されたシアコネクタ等の接続部材２０を介して圧延Ｈ形鋼１０と一体化されたコンクリートスラブ又はデッキ合成スラブである床スラブ３０とを備える。圧延Ｈ形鋼１０は、例えば、図１の小梁４２又は孫梁に相当する。上フランジ１２は、全長（略全長）に亘って床スラブ３０と一体化されることにより、水平移動が拘束されている。また、圧延Ｈ形鋼１０は、床スラブ３０の荷重を受けることにより、おおよそ全断面（略全断面）が引張となる。
図２は、本発明の一実施形態に係る合成梁１の縦断面図である。
図２に示されるように、合成梁１は、材長方向の端部が支持された圧延Ｈ形鋼１０と、この圧延Ｈ形鋼１０の上フランジ１２に設置されたシアコネクタ等の接続部材２０を介して圧延Ｈ形鋼１０と一体化されたコンクリートスラブ又はデッキ合成スラブである床スラブ３０とを備える。圧延Ｈ形鋼１０は、例えば、図１の小梁４２又は孫梁に相当する。上フランジ１２は、全長（略全長）に亘って床スラブ３０と一体化されることにより、水平移動が拘束されている。また、圧延Ｈ形鋼１０は、床スラブ３０の荷重を受けることにより、おおよそ全断面（略全断面）が引張となる。
（圧延Ｈ形鋼の構成）
図３は、図２の圧延Ｈ形鋼１０の縦断面図である。
圧延Ｈ形鋼１０は、幅が同じで厚さが異なる上フランジ１２及び下フランジ１４と、ウェブ１６とを有している。この圧延Ｈ形鋼１０は、鉛直方向軸線に対して線対称な断面である一軸対称断面を有する。図３において、Hは圧延Ｈ形鋼１０の外法高さ、Bは上フランジ１２及び下フランジ１４の幅、t1はウェブ１６の厚さ、t21は上フランジ１２の厚さ、t22は下フランジ１４の厚さ、dは圧延Ｈ形鋼１０の内法高さ（=H-t21-t22）、ｒは上フランジ１２及び下フランジ１４とウェブ１６との接続部に形成されたフィレット１８の半径をそれぞれ示している。
図３は、図２の圧延Ｈ形鋼１０の縦断面図である。
圧延Ｈ形鋼１０は、幅が同じで厚さが異なる上フランジ１２及び下フランジ１４と、ウェブ１６とを有している。この圧延Ｈ形鋼１０は、鉛直方向軸線に対して線対称な断面である一軸対称断面を有する。図３において、Hは圧延Ｈ形鋼１０の外法高さ、Bは上フランジ１２及び下フランジ１４の幅、t1はウェブ１６の厚さ、t21は上フランジ１２の厚さ、t22は下フランジ１４の厚さ、dは圧延Ｈ形鋼１０の内法高さ（=H-t21-t22）、ｒは上フランジ１２及び下フランジ１４とウェブ１６との接続部に形成されたフィレット１８の半径をそれぞれ示している。
発明者らは、従来の圧延Ｈ形鋼である特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼が過剰な性能となっている点に着目し、鋭意検討を行った。そして、床スラブによって上フランジの水平移動が拘束されている点や、床スラブの荷重を受けることにより、圧延Ｈ形鋼のおおよそ全断面（略全断面）が引張となる点を考慮し、従来の圧延Ｈ形鋼に対して、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を確保しつつ、重量を低減できる圧延Ｈ形鋼、又は、従来の圧延Ｈ形鋼と同等以下の断面積で曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる圧延Ｈ形鋼を得るに至った。以下、本発明の圧延Ｈ形鋼を具体的に説明する。
本発明の圧延Ｈ形鋼は、圧延Ｈ形鋼の外法高さをH、上フランジ及び下フランジの幅をB、ウェブの厚さをt1、上フランジの厚さをt21、下フランジの厚さをt22、圧延Ｈ形鋼の内法高さをd（=H-t21-t22）、鋼材の設計基準強度をF（N/mm2）、鋼材のヤング係数をE（N/mm2）とした場合に、以下の1）～5）に示す断面形状寸法及び強度を満たし、かつ引張強さが400～670N/mm2であることを特徴とする。
1) 2.4×(E/F)1/2＜d/t1≦4.1×(E/F)1/2
2) t1≦t21＜t22
3) t22/t21＜2.2
4) (0.48B/d）×(E/F)1/2＜B/(2×t22)＜(2B/d)×(E/F)1/2
5) 235≦F≦440
1) 2.4×(E/F)1/2＜d/t1≦4.1×(E/F)1/2
2) t1≦t21＜t22
3) t22/t21＜2.2
4) (0.48B/d）×(E/F)1/2＜B/(2×t22)＜(2B/d)×(E/F)1/2
5) 235≦F≦440
（圧延Ｈ形鋼の断面形状寸法及び強度の範囲を規定した理由）
ここで、1）～5）に示す断面形状寸法及び強度の範囲を規定した理由について説明する。
ここで、1）～5）に示す断面形状寸法及び強度の範囲を規定した理由について説明する。
まず、「1) 2.4×(E/F)1/2＜d/t1≦4.1×(E/F)1/2」について説明する。
下限値については、日本建築学会「鋼構造設計規準－許容応力度設計法－」に規定されているウェブ幅厚比d/t1の上限値が2.4×(E/F)1/2であるため、その範囲を含まないようにした。
上限値については、本発明の圧延Ｈ形鋼を小梁又は孫梁として使用した際に、性能上問題とならない範囲を解析的に検討し設定した。
具体的には、図４に示すようなヤング係数205000N/mm2、鋼材強度295N/mm2、引張強さ400N/mm2、材長を一般的な7200mmとした小梁の梁端境界条件を模擬するために、この小梁の梁端部に単純支持相当のボルト接合部を設けたものをFEM解析モデルとし、この解析モデルに対して、漸増の等分布荷重を与える弾塑性解析を実施した。
なお、前記解析モデルについては、対称性を考慮して梁中央から梁端までの２分の１モデルとし、梁中央断面には対称条件を与えた。また、床スラブによる拘束を模擬するために、上フランジ中心線は横移動を生じさせないよう拘束した。
この解析結果を図５に示す。図５のグラフにおいて、縦軸はモデルの梁中央の曲げモーメント、横軸は図６に示す部材角φである。また、図５中には、あわせて設計上の弾性剛性計算値および長期許容モーメントを示す。
前記解析モデルは、本発明のウェブ幅厚比d/t1の上限値よりも大きな領域に位置するが、設計値を超える範囲まで安定して耐力上昇していることから、小梁の構造性能上問題ないと考えられる。解析的にはさらにウェブの厚さt1を薄くすることも考えられるが、製造面を踏まえると、より幅厚比の大きな範囲では製造が難しくなるため、本発明においては、ウェブ幅厚比d/t1の上限値を、前記解析モデルの幅厚比よりも小さな値となる4.1×(E/F)1/2とした。
下限値については、日本建築学会「鋼構造設計規準－許容応力度設計法－」に規定されているウェブ幅厚比d/t1の上限値が2.4×(E/F)1/2であるため、その範囲を含まないようにした。
上限値については、本発明の圧延Ｈ形鋼を小梁又は孫梁として使用した際に、性能上問題とならない範囲を解析的に検討し設定した。
具体的には、図４に示すようなヤング係数205000N/mm2、鋼材強度295N/mm2、引張強さ400N/mm2、材長を一般的な7200mmとした小梁の梁端境界条件を模擬するために、この小梁の梁端部に単純支持相当のボルト接合部を設けたものをFEM解析モデルとし、この解析モデルに対して、漸増の等分布荷重を与える弾塑性解析を実施した。
なお、前記解析モデルについては、対称性を考慮して梁中央から梁端までの２分の１モデルとし、梁中央断面には対称条件を与えた。また、床スラブによる拘束を模擬するために、上フランジ中心線は横移動を生じさせないよう拘束した。
この解析結果を図５に示す。図５のグラフにおいて、縦軸はモデルの梁中央の曲げモーメント、横軸は図６に示す部材角φである。また、図５中には、あわせて設計上の弾性剛性計算値および長期許容モーメントを示す。
前記解析モデルは、本発明のウェブ幅厚比d/t1の上限値よりも大きな領域に位置するが、設計値を超える範囲まで安定して耐力上昇していることから、小梁の構造性能上問題ないと考えられる。解析的にはさらにウェブの厚さt1を薄くすることも考えられるが、製造面を踏まえると、より幅厚比の大きな範囲では製造が難しくなるため、本発明においては、ウェブ幅厚比d/t1の上限値を、前記解析モデルの幅厚比よりも小さな値となる4.1×(E/F)1/2とした。
次に、「2) t1≦t21＜t22」について説明する。
製造面を考慮して、上フランジの厚さt21をウェブの厚さt1以上とした。また、本発明で効果を発揮するのは下フランジが上フランジよりも厚い場合となるため、上フランジの厚さt21を下フランジの厚さt22未満とした。
製造面を考慮して、上フランジの厚さt21をウェブの厚さt1以上とした。また、本発明で効果を発揮するのは下フランジが上フランジよりも厚い場合となるため、上フランジの厚さt21を下フランジの厚さt22未満とした。
次に、「3) t22/t21＜2.2」について説明する。
図７は、圧延Ｈ形鋼について、（下フランジの厚さ÷上フランジの厚さ）と、（断面二次モーメント比×等価断面二次モーメント比）との関係の一例を示すグラフである。
図７では、圧延Ｈ形鋼についてベースとなる断面から重量一定の条件で下フランジと上フランジの厚さの比を変化させている。
グラフＧ１は、H=500mm、B=200mm、t1=6mm、t21=12mm、t22=12mmの圧延Ｈ形鋼をベースとするグラフである。
グラフＧ２は、H=450mm、B=200mm、t1=5mm、t21=10mm、t22=10mmの圧延Ｈ形鋼をベースとするグラフである。
グラフＧ３は、H=600mm、B=200mm、t1=6mm、t21=14mm、t22=14mmの圧延Ｈ形鋼をベースとするグラフである。
断面二次モーメント比は、下記6)で求められ、等価断面二次モーメント比は、下記7)で求められる。
6) 断面二次モーメント比＝（上フランジ及び下フランジの厚さが異なる圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメント）／（上フランジ及び下フランジの厚さが同じである圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメント）
7) 等価断面二次モーメント比＝（上フランジ及び下フランジの厚さが異なる圧延Ｈ形鋼の等価断面二次モーメント）／（上フランジ及び下フランジの厚さが同じである圧延Ｈ形鋼の等価断面二次モーメント）
等価とは、床スラブと一体となった合成梁の性能であることを意味している。
図７のグラフより、圧延Ｈ形鋼の性能は、上フランジを薄く、下フランジを厚くすることで向上することが分かる。
ここで、図７のグラフの縦軸について説明する。断面二次モーメント比について、通常、上フランジ及び下フランジが同じ厚さの圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメントは、上フランジ及び下フランジの厚さが異なる圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメントよりも大きくなるため、断面二次モーメント比は１未満になる。
一方で、等価断面二次モーメント比について、合成梁においては、異厚の上下フランジ板厚差がつけばつくほど等価断面二次モーメント比は１より大きくなる（性能が良くなる。）。
したがって、断面二次モーメント比と等価断面二次モーメント比との積が１を超えるということは、梁のみで考えた性能と合成梁として考えた性能の両方の性能を勘案した場合に、圧延Ｈ形鋼の性能が向上していることを示している。
一方で、上フランジ及び下フランジの厚さの比t22/t21が大きくなると製造する難しさも上昇する。このため、上フランジ及び下フランジの厚さの比t22/t21の上限値については、図７のグラフの極大値である2.2よりも小さくするのがよいと考え、この上限値を設定した。
図７は、圧延Ｈ形鋼について、（下フランジの厚さ÷上フランジの厚さ）と、（断面二次モーメント比×等価断面二次モーメント比）との関係の一例を示すグラフである。
図７では、圧延Ｈ形鋼についてベースとなる断面から重量一定の条件で下フランジと上フランジの厚さの比を変化させている。
グラフＧ１は、H=500mm、B=200mm、t1=6mm、t21=12mm、t22=12mmの圧延Ｈ形鋼をベースとするグラフである。
グラフＧ２は、H=450mm、B=200mm、t1=5mm、t21=10mm、t22=10mmの圧延Ｈ形鋼をベースとするグラフである。
グラフＧ３は、H=600mm、B=200mm、t1=6mm、t21=14mm、t22=14mmの圧延Ｈ形鋼をベースとするグラフである。
断面二次モーメント比は、下記6)で求められ、等価断面二次モーメント比は、下記7)で求められる。
6) 断面二次モーメント比＝（上フランジ及び下フランジの厚さが異なる圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメント）／（上フランジ及び下フランジの厚さが同じである圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメント）
7) 等価断面二次モーメント比＝（上フランジ及び下フランジの厚さが異なる圧延Ｈ形鋼の等価断面二次モーメント）／（上フランジ及び下フランジの厚さが同じである圧延Ｈ形鋼の等価断面二次モーメント）
等価とは、床スラブと一体となった合成梁の性能であることを意味している。
図７のグラフより、圧延Ｈ形鋼の性能は、上フランジを薄く、下フランジを厚くすることで向上することが分かる。
ここで、図７のグラフの縦軸について説明する。断面二次モーメント比について、通常、上フランジ及び下フランジが同じ厚さの圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメントは、上フランジ及び下フランジの厚さが異なる圧延Ｈ形鋼の断面二次モーメントよりも大きくなるため、断面二次モーメント比は１未満になる。
一方で、等価断面二次モーメント比について、合成梁においては、異厚の上下フランジ板厚差がつけばつくほど等価断面二次モーメント比は１より大きくなる（性能が良くなる。）。
したがって、断面二次モーメント比と等価断面二次モーメント比との積が１を超えるということは、梁のみで考えた性能と合成梁として考えた性能の両方の性能を勘案した場合に、圧延Ｈ形鋼の性能が向上していることを示している。
一方で、上フランジ及び下フランジの厚さの比t22/t21が大きくなると製造する難しさも上昇する。このため、上フランジ及び下フランジの厚さの比t22/t21の上限値については、図７のグラフの極大値である2.2よりも小さくするのがよいと考え、この上限値を設定した。
次に、「4) (0.48B/d）×(E/F)1/2＜B/(2×t22)＜(2B/d)×(E/F)1/2」について説明する。
製造面を考慮し、従来の圧延Ｈ形鋼の下フランジとウェブの厚さの比は最大でも2.5程度であることから、1)中の2.4×(E/F)1/2＜d/t1を用いて下限値(0.48B/d)×(E/F)1/2は決定される。
また、2)中のt1＜t22、3)中のd/t1≦4.1×(E/F)1/2のそれぞれの範囲規定より、上限値(2B/d)×(E/F)1/2は決定される。圧延Ｈ形鋼を合成梁に適用する場合、上フランジはできる限り薄いほうが優位であるが、合成梁の施工時を踏まえると、上限値は、(2B/d)×(E/F)1/2程度に抑えた方がよい。
ウェブの幅厚比d/t1を1)の範囲とした場合に、下フランジの幅厚比B/(2×t22)を4)の範囲にすることで、特許文献１、２よりも圧延Ｈ形鋼の断面積ひいては重量を低減することができる。一方で、ウェブの幅厚比d/t1を1)により、また上フランジ及び下フランジの幅厚比B/(2×t2)を2)によりそれぞれ規定することにより、合成梁とした場合には、特許文献１、２を含む従来よりも圧延Ｈ形鋼の断面積を低減して断面二次モーメント及び断面係数を有利にできる。
製造面を考慮し、従来の圧延Ｈ形鋼の下フランジとウェブの厚さの比は最大でも2.5程度であることから、1)中の2.4×(E/F)1/2＜d/t1を用いて下限値(0.48B/d)×(E/F)1/2は決定される。
また、2)中のt1＜t22、3)中のd/t1≦4.1×(E/F)1/2のそれぞれの範囲規定より、上限値(2B/d)×(E/F)1/2は決定される。圧延Ｈ形鋼を合成梁に適用する場合、上フランジはできる限り薄いほうが優位であるが、合成梁の施工時を踏まえると、上限値は、(2B/d)×(E/F)1/2程度に抑えた方がよい。
ウェブの幅厚比d/t1を1)の範囲とした場合に、下フランジの幅厚比B/(2×t22)を4)の範囲にすることで、特許文献１、２よりも圧延Ｈ形鋼の断面積ひいては重量を低減することができる。一方で、ウェブの幅厚比d/t1を1)により、また上フランジ及び下フランジの幅厚比B/(2×t2)を2)によりそれぞれ規定することにより、合成梁とした場合には、特許文献１、２を含む従来よりも圧延Ｈ形鋼の断面積を低減して断面二次モーメント及び断面係数を有利にできる。
次に、「5) 235≦F≦440」について説明する。
上限値については、440N/mm2より大きな高強度材を用いた場合、耐力の向上は見込めるが、剛性の向上にはつながらないため、たわみ制限による制約が支配的となり、これ以上の高強度材を用いたとしても、メリットが得られにくい。よって実用上は440N/mm2程度に抑えておく方がよい。
下限値については、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼に対して同等以上の曲げ耐力を確保するため、特許文献１、２と同じ値に設定した。
上限値については、440N/mm2より大きな高強度材を用いた場合、耐力の向上は見込めるが、剛性の向上にはつながらないため、たわみ制限による制約が支配的となり、これ以上の高強度材を用いたとしても、メリットが得られにくい。よって実用上は440N/mm2程度に抑えておく方がよい。
下限値については、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼に対して同等以上の曲げ耐力を確保するため、特許文献１、２と同じ値に設定した。
本発明の圧延Ｈ形鋼によれば、圧延Ｈ形鋼又は合成梁として比較した場合に、従来の圧延Ｈ形鋼に対して、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を確保しつつ、重量を低減できるか、又は、従来の圧延Ｈ形鋼と同等以下の断面積で曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる。
また、本発明の圧延Ｈ形鋼によれば、合成梁として比較した場合に、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼に対して、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を確保しつつ、重量を低減できるか、又は、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼と同等以下の断面積で曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる。
また、本発明の圧延Ｈ形鋼によれば、合成梁として比較した場合に、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼に対して、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を確保しつつ、重量を低減できるか、又は、特許文献１、２の圧延Ｈ形鋼と同等以下の断面積で曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる。
（実施例）
表１－１、表１－２は、従来例１～６４について、圧延Ｈ形鋼の断面形状寸法、断面積、及び、強度を示す表である。従来例１～６４は、従来例の圧延Ｈ形鋼に係る実施例である。
表１－１、表１－２は、従来例１～６４について、圧延Ｈ形鋼の断面形状寸法、断面積、及び、強度を示す表である。従来例１～６４は、従来例の圧延Ｈ形鋼に係る実施例である。
表２－１、表２－２は、従来例１～６４について、強軸断面二次モーメント、強軸有効断面二次モーメント、及び、断面係数を示す表である。
なお、有効断面とは、「日本建築学会 鋼構造設計規準 －許容応力度設計法－」において規定されている断面であり、Ｈ形鋼フランジ及びウェブの幅厚比を超える部分の断面を無効断面とみなして算定したものである。強軸有効断面二次モーメントは、ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した場合の強軸断面二次モーメントである。断面係数Zxcとは、上フランジ側の断面係数であり、断面係数Zxtとは、下フランジ側の断面係数である。また、断面係数Zxceとは、ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した上フランジ側の断面係数（有効断面係数）であり、断面係数Zxteとは、ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した下フランジ側の断面係数（有効断面係数）である。表２－１、表２－２の値は、指数表示を含んでおり、「Ｅ＋０５」は「×１０５」、「Ｅ＋０６」は「×１０６」、「Ｅ＋０７」は「×１０７」、「Ｅ＋０８」は「×１０８」をそれぞれ示している。
なお、有効断面とは、「日本建築学会 鋼構造設計規準 －許容応力度設計法－」において規定されている断面であり、Ｈ形鋼フランジ及びウェブの幅厚比を超える部分の断面を無効断面とみなして算定したものである。強軸有効断面二次モーメントは、ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した場合の強軸断面二次モーメントである。断面係数Zxcとは、上フランジ側の断面係数であり、断面係数Zxtとは、下フランジ側の断面係数である。また、断面係数Zxceとは、ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した上フランジ側の断面係数（有効断面係数）であり、断面係数Zxteとは、ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した下フランジ側の断面係数（有効断面係数）である。表２－１、表２－２の値は、指数表示を含んでおり、「Ｅ＋０５」は「×１０５」、「Ｅ＋０６」は「×１０６」、「Ｅ＋０７」は「×１０７」、「Ｅ＋０８」は「×１０８」をそれぞれ示している。
表３－１、表３－２は、発明例１～６４について、圧延Ｈ形鋼の断面形状寸法、断面積、及び、強度を示す表である。発明例１～６４は、本発明の圧延Ｈ形鋼に係る実施例である。
表４－１、表４－２は、発明例１～６４について、強軸断面二次モーメント、強軸有効断面二次モーメント、断面係数、対従来例重量比、及び、対従来例有効断面係数比を示す表である。
従来例の圧延Ｈ形鋼の重量に対する発明例の圧延Ｈ形鋼の重量の比率を表す対従来例重量比は、下記8)で求められ、１未満であると重量的には従来例より軽くなる。
一方、従来例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数に対する発明例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数の比率を表す対従来例有効断面係数比は、下記9)で求められ、１超となると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が従来例より優れていることを示している。
対従来例有効断面係数比は、従来例と発明例との各断面係数Zxce（ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した上フランジ側の断面係数（有効断面係数））を比較している。
8) 対従来例重量比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼の重量）／（従来例の圧延Ｈ形鋼の重量）
9) 対従来例有効断面係数比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数）／（従来例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数）
なお、表４－１、表４－２中の「対従来例重量比」及び「対従来例断面係数比」は、発明例１～６４と従来例１～６４とについて、発明例１と従来例１、発明例２と従来例２・・・発明例６３と従来例６３、発明例６４と従来例６４という具合に、それぞれ対応する発明例と従来例とをそれぞれ比較した結果を示している。表４－１、表４－２の値は、指数表示を含んでおり、「Ｅ＋０５」は「×１０５」、「Ｅ＋０６」は「×１０６」、「Ｅ＋０７」は「×１０７」、「Ｅ＋０８」は「×１０８」をそれぞれ示している。
従来例の圧延Ｈ形鋼の重量に対する発明例の圧延Ｈ形鋼の重量の比率を表す対従来例重量比は、下記8)で求められ、１未満であると重量的には従来例より軽くなる。
一方、従来例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数に対する発明例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数の比率を表す対従来例有効断面係数比は、下記9)で求められ、１超となると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が従来例より優れていることを示している。
対従来例有効断面係数比は、従来例と発明例との各断面係数Zxce（ウェブおよびフランジの無効断面を考慮した上フランジ側の断面係数（有効断面係数））を比較している。
8) 対従来例重量比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼の重量）／（従来例の圧延Ｈ形鋼の重量）
9) 対従来例有効断面係数比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数）／（従来例の圧延Ｈ形鋼の有効断面係数）
なお、表４－１、表４－２中の「対従来例重量比」及び「対従来例断面係数比」は、発明例１～６４と従来例１～６４とについて、発明例１と従来例１、発明例２と従来例２・・・発明例６３と従来例６３、発明例６４と従来例６４という具合に、それぞれ対応する発明例と従来例とをそれぞれ比較した結果を示している。表４－１、表４－２の値は、指数表示を含んでおり、「Ｅ＋０５」は「×１０５」、「Ｅ＋０６」は「×１０６」、「Ｅ＋０７」は「×１０７」、「Ｅ＋０８」は「×１０８」をそれぞれ示している。
表４－１、表４－２に示されるように、発明例１～６４によれば、いずれも対従来例重量比が１未満であり、対従来例有効断面係数比が１を超えているので、従来例１～６４に対して、重量を低減しつつ、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる。
表５－１、表５－２は、従来例１～６４について、有効等価断面二次モーメント及び有効等価断面係数を示す表である。有効等価断面二次モーメントeIとは、床スラブを考慮した合成梁の断面二次モーメントである。また、有効等価断面係数eZtとは、床スラブを考慮した合成梁の断面係数である。なお、考慮した床スラブは、一般的なコンクリートスラブ（スラブ厚150mm、強度21N/mm2）として算出している。
表６－１、表６－２は、表３－１～表４－２で示した発明例１～６４の圧延Ｈ形鋼に床スラブを取り付けて合成梁とした場合について、有効等価断面二次モーメント、有効等価断面係数、対従来例重量比、対従来例有効等価断面二次モーメント比、及び、対従来例有効等価断面係数比を示す表である。
従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントの比率を表す対従来例有効等価断面二次モーメント比は、下記10)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
また、従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面係数の比率を表す対従来例有効等価断面係数比は、下記11)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
対従来例重量比は、床スラブを除いた圧延Ｈ形鋼のみ比較において、前述の8）で求められ、１未満であると圧延Ｈ形鋼の重量としては、従来例で用いられている圧延Ｈ形鋼よりも軽くなる。したがって、床スラブの重量が一定のもとでは、合成梁全体としての重量も従来例よりも軽くなる。
10) 対従来例有効等価断面二次モーメント比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）／（従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）
11) 対従来例有効等価断面係数比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）／（従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）
なお、表６－１、表６－２中の「対従来例重量比」、「対従来例有効等価断面二次モーメント比」、「対従来例有効等価断面係数比」は、発明例１～６４と従来例１～６４とについて、発明例１と従来例１、発明例２と従来例２・・・発明例６３と従来例６３、発明例６４と従来例６４という具合に、それぞれ対応する発明例を用いた合成梁と従来例を用いた合成梁とをそれぞれ比較した結果を示している。
ただし、「対従来例重量比」については、合成梁に用いられている圧延Ｈ形鋼のみの重量の比較した結果である。また、使用する床スラブは、一般的なコンクリートスラブ（スラブ厚150mm、強度21N/mm2）として算出している。
従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントの比率を表す対従来例有効等価断面二次モーメント比は、下記10)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
また、従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面係数の比率を表す対従来例有効等価断面係数比は、下記11)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
対従来例重量比は、床スラブを除いた圧延Ｈ形鋼のみ比較において、前述の8）で求められ、１未満であると圧延Ｈ形鋼の重量としては、従来例で用いられている圧延Ｈ形鋼よりも軽くなる。したがって、床スラブの重量が一定のもとでは、合成梁全体としての重量も従来例よりも軽くなる。
10) 対従来例有効等価断面二次モーメント比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）／（従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）
11) 対従来例有効等価断面係数比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）／（従来例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）
なお、表６－１、表６－２中の「対従来例重量比」、「対従来例有効等価断面二次モーメント比」、「対従来例有効等価断面係数比」は、発明例１～６４と従来例１～６４とについて、発明例１と従来例１、発明例２と従来例２・・・発明例６３と従来例６３、発明例６４と従来例６４という具合に、それぞれ対応する発明例を用いた合成梁と従来例を用いた合成梁とをそれぞれ比較した結果を示している。
ただし、「対従来例重量比」については、合成梁に用いられている圧延Ｈ形鋼のみの重量の比較した結果である。また、使用する床スラブは、一般的なコンクリートスラブ（スラブ厚150mm、強度21N/mm2）として算出している。
表６－１、表６－２に示されるように、発明例１～６４によれば、いずれも対従来例重量比が１未満であり、対従来例有効等価断面二次モーメント比及び対従来例有効等価断面係数比が１を超えている。したがって、従来例１～６４に対して、合成梁とした場合に、圧延Ｈ形鋼の重量、ひいては合成梁全体の重量を低減しつつ、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる。
表７－１、表７－２は、比較例１－１～３２、比較例２－１～３２について、有効等価断面二次モーメント及び有効等価断面係数を示す表である。比較例１－１～３２は、特許文献１の圧延Ｈ形鋼に係る実施例であり、比較例２－１～３２は、特許文献２の圧延Ｈ形鋼に係る実施例である。なお、圧延Ｈ形鋼の断面形状寸法、断面積、及び、強度については、発明例１と比較例１－１、発明例２と比較例１－２・・・発明例３１と比較例１－３１、発明例３２と比較例１－３２、発明例３３と比較例２－１、発明例２４と比較例２－２・・・発明例６３と比較例２－３１、発明例６４と比較例２－３２という具合に、それぞれ対応する発明例を用いた合成梁と比較例を用いた合成梁とで同じ条件にしている。
表８－１、表８－２は、表３－１～表４－２で示した発明例１～６４の圧延Ｈ形鋼に床スラブを取り付けて合成梁とした場合について、有効等価断面二次モーメント、有効等価断面係数、対比較例重量比、対比較例有効等価断面二次モーメント比、及び、対比較例有効等価断面係数比を示す表である。
比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントの比率を表す対比較例有効等価断面二次モーメント比は、下記12)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
また、比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面係数の比率を表す対比較例有効等価断面係数比は、下記13)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
対比較例重量比は、床スラブを除いた圧延Ｈ形鋼のみ比較において、下記14）で求められ、１未満であると圧延Ｈ形鋼の重量としては、比較例で用いられている圧延Ｈ形鋼よりも軽くなる。したがって、床スラブの重量が一定のもとでは、合成梁全体としての重量も比較例よりも軽くなる。
12) 対比較例有効等価断面二次モーメント比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）／（比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）
13) 対比較例有効等価断面係数比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）／（比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）
14) 対比較例重量比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼の重量）／（比較例の圧延Ｈ形鋼の重量）
なお、表８－１、表８－２中の「対比較例重量比」、「対比較例有効等価断面二次モーメント比」、「対比較例有効等価断面係数比」は、発明例１～６４と比較例１～６４とについて、発明例１と比較例１－１、発明例２と比較例１－２・・・発明例３１と比較例１－３１、発明例３２と比較例１－３２、発明例３３と比較例２－１、発明例２４と比較例２－２・・・発明例６３と比較例２－３１、発明例６４と比較例２－３２という具合に、それぞれ対応する発明例を用いた合成梁と比較例を用いた合成梁とをそれぞれ比較した結果を示している。
ただし、「対比較例重量比」については、合成梁に用いられている圧延Ｈ形鋼のみの重量の比較した結果である。また、使用する床スラブは、一般的なコンクリートスラブ（スラブ厚150mm、強度21N/mm2）として算出している。
比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントの比率を表す対比較例有効等価断面二次モーメント比は、下記12)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
また、比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面二次モーメントに対する発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた合成梁の有効等価断面係数の比率を表す対比較例有効等価断面係数比は、下記13)で求められ、１を超えると曲げ剛性や曲げ耐力等の性能が比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合よりも優れていることを示している。
対比較例重量比は、床スラブを除いた圧延Ｈ形鋼のみ比較において、下記14）で求められ、１未満であると圧延Ｈ形鋼の重量としては、比較例で用いられている圧延Ｈ形鋼よりも軽くなる。したがって、床スラブの重量が一定のもとでは、合成梁全体としての重量も比較例よりも軽くなる。
12) 対比較例有効等価断面二次モーメント比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）／（比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面二次モーメント）
13) 対比較例有効等価断面係数比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）／（比較例の圧延Ｈ形鋼を用いた場合の有効等価断面係数）
14) 対比較例重量比＝（発明例の圧延Ｈ形鋼の重量）／（比較例の圧延Ｈ形鋼の重量）
なお、表８－１、表８－２中の「対比較例重量比」、「対比較例有効等価断面二次モーメント比」、「対比較例有効等価断面係数比」は、発明例１～６４と比較例１～６４とについて、発明例１と比較例１－１、発明例２と比較例１－２・・・発明例３１と比較例１－３１、発明例３２と比較例１－３２、発明例３３と比較例２－１、発明例２４と比較例２－２・・・発明例６３と比較例２－３１、発明例６４と比較例２－３２という具合に、それぞれ対応する発明例を用いた合成梁と比較例を用いた合成梁とをそれぞれ比較した結果を示している。
ただし、「対比較例重量比」については、合成梁に用いられている圧延Ｈ形鋼のみの重量の比較した結果である。また、使用する床スラブは、一般的なコンクリートスラブ（スラブ厚150mm、強度21N/mm2）として算出している。
表８－１、表８－２に示されるように、発明例１～６４によれば、いずれも対比較例重量比が１未満であり、対比較例有効等価断面二次モーメント比及び対比較例有効等価断面係数比が１を超えている。したがって、比較例１～６４に対して、合成梁とした場合に、圧延Ｈ形鋼の重量、ひいては合成梁全体の重量を低減しつつ、曲げ剛性や曲げ耐力といった性能を向上させることができる。
１ 合成梁
１０ 圧延Ｈ形鋼
１２ 上フランジ
１４ 下フランジ
１６ ウェブ
１８ フィレット
２０ 接続部材
３０ 床スラブ
１０ 圧延Ｈ形鋼
１２ 上フランジ
１４ 下フランジ
１６ ウェブ
１８ フィレット
２０ 接続部材
３０ 床スラブ
Claims (2)
- 幅が同じで厚さが異なる上フランジ及び下フランジと、ウェブとを有する一軸対称断面の圧延Ｈ形鋼であって、
前記圧延Ｈ形鋼の外法高さをH、前記上フランジ及び前記下フランジの幅をB、前記ウェブの厚さをt1、前記上フランジの厚さをt21、前記下フランジの厚さをt22、前記圧延Ｈ形鋼の内法高さをd（=H-t21-t22）、鋼材の設計基準強度をF（N/mm2）、鋼材のヤング係数をE（N/mm2）とした場合に、以下の1）～5）に示す断面形状寸法及び強度を満たし、かつ引張強さが400～670N/mm2であることを特徴とする圧延Ｈ形鋼。
1) 1.4×1100/F 1/2 ＜d/t1≦4.1×(E/F)1/2
2) t1≦t21＜t22
3) t22/t21＜2.2
4) 0.28×B/d×1100/F 1/2 ＜B/(2×t22)＜(2B/d)×(E/F)1/2
5) 235≦F≦440 - 材長方向の端部が支持された小梁又は孫梁である請求項１に記載の圧延Ｈ形鋼と、
前記上フランジに設置された接続部材を介して前記圧延Ｈ形鋼と一体化されたコンクリートスラブ又はデッキ合成スラブである床スラブと、
を備え、
前記上フランジは、全長に亘って前記床スラブと一体化されることにより、水平移動が拘束されていることを特徴とする合成梁。
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