JPH04258446A - 梁鉄骨の貫通孔補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築物の梁として用い
られ、ウェブに配管用等の貫通孔が形成された梁鉄骨の
補強構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４および図１５に示すように、建築
物の梁に用いられる断面Ｈ型の梁鉄骨１にあっては、例
えば建築物の設備の配管等を挿通するために、そのウェ
ブ１ａに円形の貫通孔２が形成されている。

【０００３】ウェブ１ａに貫通孔２が形成された梁鉄骨
１においては、貫通孔２周囲のウェブ１ａを補強するた
めに略同径の貫通孔３ａが形成されている矩形板状の補
強プレート３を貫通孔２、３ａと同士が連通する位置に
重ね合わせてウェブ１ａに固着することが実施されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来技術における次のような課題を解決せんとするもので
ある。

【０００５】すなわち、前記の梁鉄骨１の補強構造の場
合、補強プレート３の加工に手間がかかり、コスト高に
なる点である。

【０００６】本発明は、前記事情に鑑みて提案されたも
ので、その目的とするところは、梁鉄骨のウェブに補強
鉄筋を固着することによって、ウェブの剪断応力を向上
する梁鉄骨の貫通孔補強構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明は、梁鉄骨の貫通孔補強構造であって、前記
梁鉄骨のウェブの少なくとも一側には、貫通孔の外形に
沿って貫通孔を囲む形態に補強鉄筋を固着することを好
適とするものである。

【０００８】また、同様の目的を達成するために前記補
強鉄筋を、ウェブの剪断応力の最大となる位置に位置し
て固着することを特徴とするものである。

【０００９】さらに、前記目的を達成するために前記梁
鉄骨のウェブの一方の側面に、直線状に形成された補強
鉄筋を前記貫通孔の両側において互いに平行な対を成し
て固着するとともに、前記ウェブの他側の側面にも前記
貫通孔の両側において互いに平行な対を成す補強鉄筋を
、前記一側の補強鉄筋の対と略直角に交差する位置で固
着することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明にかかる梁鉄骨の補強構造では、梁鉄骨
のウェブに貫通孔の外形に沿っ固着された補強鉄筋によ
って、貫通孔周囲のウェブの補強がなされる。

【００１１】また、前記補強鉄筋は、貫通孔の外形に沿
って湾曲させて取り付けることができるので、取り付け
操作に手間取ることが無い。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４
を参照して説明する。

【００１３】なお、前記図１４および図１５と同一の構
成部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する
。

【００１４】本実施例の補強構造は、円弧状に湾曲させ
た１本の補強鉄筋１０をウェブ１ａの貫通孔２の外形に
沿って貫通孔２を囲むようにして固着したことを最大の
特徴としている。

【００１５】前記補強鉄筋１０は、両端部をラップさせ
てウェブ１ａの左右、または片側のみに取り付けられて
おり、また、これら補強鉄筋１０は、図１左側に示すウ
ェブ１ａの剪断応力の最大となる位置に位置して固定さ
れている。

【００１６】前記のように構成される本実施例の補強構
造は、補強鉄筋１０によって、前記補強プレートと同様
の補強構造を構成することができる。

【００１７】以下、設計式によって本実施例の効果を明
確にする。

【００１８】例えば図３に示すように側面に径φの円形
の貫通孔２が形成されている断面Ｈ型の梁鉄骨１におい
て、断面円形の補強鉄筋１０が、貫通孔２の上端からフ
ランジ部１ｂまでの距離ｈ２の半分だけ大きい半径で貫
通孔２の周囲に固着されている場合、ウエブ１ａの厚み
をｔ１、フランジ部１ｂの幅をｔ１とすれば、補強鉄筋
１０と等価な正方形断面として梁鉄骨１の断面二次モー
メントＩｚは、下記の数式１より算出される。

【００１９】

【数１】

【００２０】また、下記に示す数式２に示す関係から、
一次モーメントＳｙが算出される。

【００２１】

【数２】

【００２２】そして、下記の数式３の関係より、断面二
次モーメントＩｚ、一次モーメントＳｙとによって剪断
応力τが求められる。

【００２３】

【数３】

【００２４】前記の結果、梁鉄骨１の最大剪断応力τｍ
ａｘは、前記数式１ないし数式２、３で得られる値より
、下記の数式４で算出される値となる。

【００２５】

【数４】

【００２６】なお、梁鉄骨１全体の許容剪断力ＲＱａは
、数式５に示すように数式４の最大剪断応力τｍａｘを
鉄骨の短期許容剪断応力度ｆｓに等置することにより求
まる。ＲＱａは梁に作用する剪断力Ｑに対して、変形や
破壊しないような値に設定する。

【００２７】

【数５】

【００２８】以下、具体的に、断面が高さＨ＝６５０ｍ
ｍ、貫通孔２の上端からウェブ１ａの上端までの距離ｈ
２＝２００ｍｍ、ウェブ１ａの厚みｔ１＝１２ｍｍ、フ
ランジ部１ｂの幅ｔ２＝５７ｍｍに形成された梁鉄骨１
（材質　　ＳＳ４１）において、ウェブ１ａに直径２０
０ｍｍの円形の貫通孔２が形成され、かつ両端部をラッ
プさせて径４００ｍｍの円形に形成された断面積１０．
１４ｃｍ２の補強鉄筋１０が貫通孔２の周囲に貫通孔２
を囲む位置に固着されている場合について説明する。

【００２９】前記の場合、梁鉄骨１の貫通孔２の形成さ
れていない場合における許容剪断力Ｑａは、数式６に示
すように６６．５ｔである。

【００３０】

【数６】

【００３１】貫通孔２が形成され、補強鉄筋１０を設け
られていない場合の許容剪断力Ｑａは、数式７に示すよ
うに４４．３ｔに低下する。

【００３２】

【数７】

【００３３】この補強鉄筋１０と等価断面としての梁鉄
骨１の断面二次モーメントＩｚは数式８に示すように８
０４ｃｍ２と算出される。

【００３４】

【数８】

【００３５】許容剪断応力τｍａｘは、数式９の如く剪
断力Ｑ′で表される。

【００３６】

【数９】

【００３７】そして、τｍａｘは数式１０に示すように
、算出される。

【００３８】

【数１０】

【００３９】最大剪断応力τｍａｘの値と短期許容剪断
応力度ｆｓを等置することにより剪断力Ｑ′は、２０２
ｔと算出される。

【００４０】したがって、許容剪断力Ｑａは、数式５の
関係より数式１１に示すように２０２ｔとなる。

【００４１】

【数１１】

【００４２】前記の結果、数式１２に示すように、前記
梁鉄骨１は、本実施例の補強構造の補強鉄筋１０によっ
て貫通孔２を形成しない場合に比しても約３倍の強度に
補強されることを示している。

【００４３】

【数１２】

【００４４】前記のように構成される本実施例の補強構
造によれば、補強鉄筋１０は、その製造が簡便であり、
かつ、建築物の建築に使用される鉄筋を用いることがで
きるから、補強の作業能率が向上するとともに、梁鉄骨
１の補強のコストが低減する。

【００４５】また、補強鉄筋は、前記従来の補強プレー
ト３に比して軽量であるから、作業者が複数を持ち運ぶ
ことが簡便であり、補強鉄筋１０の固着作業が向上する
。

【００４６】以下、図４を参照して本実施例の第２実施
例を説明する。

【００４７】なお、本実施例の補強構造の、前記第１実
施例の補強構造と異なる点は、符号１１の補強鉄筋のみ
である。

【００４８】本実施例の補強構造は円弧状に湾曲させた
２本の補強鉄筋１１、１１を、ウェブ１ａの左右両側に
、ウェブ１ａの貫通孔２の外形に沿って貫通孔２を囲む
ようにして固着したことを最大の特徴としている。

【００４９】前記補強鉄筋１１は、それぞれの端部をラ
ップさせてウェブ１ａの上下に取り付けられており、ま
た、これら補強鉄筋１１は、図４に示すウェブ１ａの剪
断応力の最大となる位置に位置して固定されている。

【００５０】前記のように構成される本実施例の補強構
造も、補強鉄筋１１によって、補強プレートと同様の補
強構造を構成することができる。

【００５１】本実施例の補強構造によっても、前記第１
実施例の補強構造の奏する効果が発揮されることは勿論
、補強鉄筋１１は、組み合わせ式と成っていることより
、前記補強鉄筋１０以上に前記貫通孔２に適する形状に
形成することができる。

【００５２】以下、図５ないし図１３を参照して本実施
例の第３実施例を説明する。

【００５３】なお、本実施例の補強構造の、前記第１実
施例の補強構造と異なる点は、符号１２ａ、１２ｂの補
強鉄筋のみである。

【００５４】本実施例の補強構造は、図５および図６に
示すように、前記梁鉄骨１のウェブ１ａの一方の側面に
直線状に形成された断面円形の補強鉄筋１２ａを前記貫
通孔２の両側において互いに平行な対を成して固着する
とともに、前記ウェブ１ａの他側の側面にも前記貫通孔
２の両側において互いに平行な対を成す補強鉄筋１２ｂ
を、前記一側の補強鉄筋１２ａの対と略直角に交差する
位置で固着して構成されている。

【００５５】補強鉄筋１２ａ、１２ｂはウエブ１ａと固
着させる。ただし、直線にて十分な固着が採れない場合
には、それぞれ端部の一方を適宜角度に折り曲げて形成
された屈曲部１２ｃを有させ、この屈曲部１２ｃをそれ
ぞれ他方の側に向けて略水平に配することによって前記
貫通孔２を囲むように位置させ固着長さをとる。

【００５６】以下、設計式によって本実施例の効果を明
確にする。

【００５７】例えば図７に示すように剪断荷重がかけら
れた場合の断面Ｈ型の梁鉄骨１の剪断歪γは、距離Ｄ２
あたりの梁鉄骨１の変形量δｗから算出されることから
、無開口部の梁鉄骨１に作用する剪断力をＱ、横弾性係
数をＧ、部材の剪断変形に対する形状係数をｋ、梁鉄骨
１のウェブ１ａの断面積をＡｗとすれば、下記の数式１
３のように表される。

【００５８】

【数１３】

【００５９】前記梁鉄骨１の側面に径φの円形の貫通孔
２が形成されれば、図１１に示すその剪断歪γは、ウェ
ブ１ａが負担する剪断力をＱ′として下記の数式１４の
ように表される。

【００６０】

【数１４】

【００６１】剪断荷重が作用する結果、各補強鉄筋１２
ａ、１２ｂが負担する剪断力をＱ″とするとδｗとδｒ
を等置することにより補強鉄筋１２の負担する剪断力Ｑ
″が求まる。そして、補強鉄筋１２ａ、１２ｂの変形量
δｒは、補強鉄筋１２ａ、１２ｂの断面積をＡｒ、縦弾
性係数をＥとして下記の数式１５のように示され、この
値は梁鉄骨１の変形量δｗと等しいものである。

【００６２】

【数１５】

【００６３】前記の結果、貫通孔２の設けられた梁鉄骨
１の補強に要する補強鉄筋１２ａ、１２ｂの鉄筋量（断
面積）Ａｒは、ウェブ１ａと等価断面として下記の数式
１６によって求められる。ただし、この場合、梁鉄骨１
の貫通孔２の開口部が負担する剪断力Ｑ（Ｑ′とＱ″の
和）は、数式１７に示すように貫通孔２が形成されてい
ない無開口部の剪断力Ｑ以上とする。

【００６４】

【数１６】

【００６５】

【数１７】

【００６６】以下、具体的に、断面が高さＨ＝６５０ｍ
ｍ、貫通孔２の上端からウェブ１ａの上端までの距離ｈ
＝２２５ｍｍ、ウェブ１ａの厚みｔ１＝１２ｍｍ、フラ
ンジ部１ｂの幅ｔ２＝２５ｍｍ、に形成された梁鉄骨１
において、ウェブ１ａに直径２００ｍｍの円形の貫通孔
２が形成されている場合の、梁鉄骨１（材質　　ＳＳ４
１）の補強に要する補強鉄筋１２ａ、１２ｂの鉄筋量（
断面積）を求める場合について説明する。ただし、梁鉄
骨１を形成する材料は、縦弾性係数Ｅ＝２．１×１０６
ｋｇ／ｃｍ２、横弾性係数Ｇ＝０．８１×１０６ｋｇ／
ｃｍ２とする。

【００６７】前記の場合、梁鉄骨１の無開口時における
ウェブ１ａの断面積Ａｗは、下記の数式１８によって７
２．０ｃｍ２と算出される。

【００６８】

【数１８】

【００６９】貫通孔２が形成され、この貫通孔２の直径
に位置する垂直断面におけるウェブ１ａの断面積Ａｗ′
は、下記の数式１９によって２４．０ｃｍ２と算出され
る。

【００７０】

【数１９】

【００７１】無開口時の梁鉄骨１に作用する許容剪断力
Ｑａは、下記の数式２０に示すように６６．５ｔである
。

【００７２】

【数２０】

【００７３】また、この場合の梁鉄骨１の剪断歪γは、
数式２１に示すように１．３７×１０−３である。

【００７４】

【数２１】

【００７５】一方、貫通孔２の開口部のウェブ１ａの負
担する剪断力Ｑ′は、前記数式１４から、下記の数式２
２に示すように４４．４ｔと算出される。

【００７６】

【数２２】

【００７７】また、前記の結果から、前記数式１７より
補強鉄筋１２ａ、１２ｂの負担する剪断力Ｑ″は、数式
２３に示すように２２．１ｔである。

【００７８】

【数２３】

【００７９】そして、前記の結果から得られる値より、
梁鉄骨１の補強に要する補強鉄筋１２ａ、１２ｂの鉄筋
量Ａｒは、前記数式１６によって下記の数式２４に示す
ように１０．８６ｃｍ２と算出される。

【００８０】

【数２４】

【００８１】したがって、前記のような梁鉄骨１を補強
するには、断面積５．４３ｃｍ２以上の補強鉄筋１２ａ
、１２ｂを固着する必要がある。

【００８２】また、図５および図６に示すように、１本
の補強鉄筋１２を貫通孔２の周囲に固着する場合、補強
鉄筋１２を平行に配する場合、補強鉄筋１２は、径２２
ｍｍ（断面積３．８７×２本ｃｍ２／本）以上のものを
用いる必要のあること示す。

【００８３】本実施例の補強構造によっても、前記第１
実施例および第２実施例と同様の効果を奏することは勿
論、補強鉄筋１２ａ、１２ｂの形状は、前記補強鉄筋１
０、１１に比して単純で加工しやすく、補強構造の構成
が前記各実施例に比してさらに簡便で、補強構造の構築
の作業能率が向上する。

【００８４】なお、図１２および図１３に示すように、
補強鉄筋１２ａ、１２ｂは、それぞれ所定の箇所で２本
を１まとめにして配してもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の梁鉄骨
の貫通孔補強構造によれば、（１）前記梁鉄骨のウェブ
の少なくとも一側には、貫通孔の外形に沿って貫通孔を
囲む形態に補強鉄筋を固着すること、ならびに、（２）
前記補強鉄筋を、ウェブの剪断応力の最大となる位置に
位置して固着すること、ならびに、（３）前記目的を達
成するために前記梁鉄骨のウェブの一方の側面に、直線
状に形成された補強鉄筋を前記貫通孔の両側において互
いに平行な対を成して固着するとともに、前記ウェブの
他側の側面にも前記貫通孔の両側において互いに平行な
対を成す補強鉄筋を、前記一側の補強鉄筋の対と略直角
に交差する位置で固着することを特徴とするから、補強
鉄筋が貫通孔の形状に合わせて簡便に製造でき、かつ低
コストであるから、梁鉄骨の補強の作業性および経済性
が向上する。

【００８６】また、補強鉄筋は前記従来の補強プレート
に比して軽量であり、作業者が１度に多数を持ち運ぶこ
とができることから、建築の作業性が向上するといった
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の梁鉄骨の貫通孔補強構造
を示す正面図である。

【図２】同ＩＩーＩＩ線矢視図である。

【図３】同略側面図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す正面図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す正面図である。

【図６】ＶＩ−ＶＩ線矢視図である。

【図７】同側面拡大図である。

【図８】同正面略図である。

【図９】同解析用の正面略図である。

【図１０】図８のＸーＸ線矢視図である。

【図１１】同剪断歪を示す側面図である。

【図１２】同補強鉄筋１２を２本配する場合を示す正面
図である。

【図１３】同ＸＩＩＩ−ＸＩＩ線矢視図である。

【図１４】従来例を示す正面図である。

【図１５】従来例を示す側断面図である。

【符号の説明】

１　　梁鉄骨 １ａ　　ウエブ ２　　貫通孔 １０　　補強鉄筋 １１　　補強鉄筋 １２　　補強鉄筋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　建築物の梁として用いられウェブに配
   管用等の貫通孔が形成された梁鉄骨の貫通孔補強構造で
   あって、前記梁鉄骨のウェブの少なくとも一側には、貫
   通孔の外形に沿って貫通孔を囲む形態に補強鉄筋が固着
   されたことを特徴とする梁鉄骨の貫通孔補強構造。
2. 【請求項２】　　前記補強鉄筋は、ウェブの剪断応力の
   最大となる位置に位置して固着されていることを特徴と
   する前記請求項１記載の梁鉄骨の貫通孔補強構造。
3. 【請求項３】　　前記梁鉄骨のウェブの一方の側面に、
   直線状に形成された補強鉄筋が前記貫通孔の両側におい
   て互いに平行な対を成して固着されるとともに、前記ウ
   ェブの他側の側面にも前記貫通孔の両側において互いに
   平行な対を成す補強鉄筋が、前記一側の補強鉄筋の対と
   略直角に交差する位置で固着されていることを特徴とす
   る前記請求項１の梁鉄骨の貫通孔補強構造。