JPH06346551A - 有孔ウェブを有する梁材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有孔梁材を経済的に製作し、しかも、力学性
能および品質を保証した円形開口を有する有孔梁材を提
供する。 【構成】 ＨもしくはＩ形鋼からなる梁材６であって、
ウェブに無補強の設備配管貫通用丸孔窓がウェブ９剪断
破壊回避間隔をおいて穿設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土木、建築分野で利用
される有孔ウェブを有する梁材に関し、特に大形の鉄骨
構造体たとえば高層ビル等の鉄骨材に適した有孔ウェブ
を有する梁材に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、土木、建築分野において
は、構造的な強度と施工の容易さおよび経済的な利点か
ら圧延法やビルドアップ製造法によって製造したＨ形鋼
やＩ形鋼などが多量に用いられている。ところで、近
時、高層ビルを例にとると電力、電信、物流、上下水
道、空調などの諸設備のため設備配管が非常に多くな
り、図２５の概略正面図に示すように梁材として用いら
れる前記Ｈ形鋼やＩ形鋼には、ウェブ２にあらかじめ多
数の設備配管貫通用の丸孔３を設けた有孔ウェブを有す
る梁材が利用されるようになった。ところで、前記丸孔
３は、ガス溶断によって穿設されることが多く、梁材１
として構造力学的に性能保証が困難であり、補強のため
図２６、図２７および図２８、図２９の概略断面図、部
分正面図に示すように、通常、前記丸孔３の周縁にリン
グ補強板４を溶接するほか、丸孔３に円筒管５を嵌着溶
接する手段が採用されており、前記円筒管５の嵌着を容
易ならしめる目的で、特開昭６２−２０２１５４号公報
には鍔つきの円筒管を採用する例が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、前記梁材１は、
使用される高層ビルの構造設計に応じて、その都度、丸
孔３が設計されるため、設計費用に加えて丸孔３の溶断
や補強材の制作取付に多くの人手を必要とし、制作費が
割高になるほか、作業期間が長くなると云う課題があ
る。また、最近、建設技能者が著しく不足し、前記溶接
作業や補強材の取付けがさらに遅延し工期が長期化し
て、それが建設費の高騰を招くなど経済的な問題が顕在
化するようになった。さらに、従来の有孔ウェブを有す
る梁材は、丸孔３が当初の目的に合わせて穿設されてい
るため、後日、設備レイアウトの変更もしくは設備補強
の必要が生じた際に対応が非常に困難である。

【０００４】本発明の目的は、ＨもしくはＩ形断面等の
変形断面梁材とするための面倒な設計や加工手間が省略
でき、多様な設備配管貫通孔の設計に対応が容易で、ウ
ェブ剪断破壊の懸念が無く、規格化された製品として使
用可能な力学的に信頼性の高い有孔ウェブを有する梁材
を提供することにあり、他の目的は丸孔補強の要・不要
の判断を必要とせず、力学性能および品質が保証された
有孔ウェブを有する梁材を提供することにある。

【０００５】

〔数式１〕

Ｐ／Ｈ≧ｆ₁ （ｔｗ，Ｌｓ，Ｐｏ，ａ／Ｈ） ただし、Ｐ ：ピッチ長 Ｈ ：梁成 ｔｗ ：ウェブ板厚 Ｌｓ ：梁スパン長 Ｐｏ ：梁材端部無孔長 ａ／Ｈ ：開口率 ａ ：丸孔径 Ｃ項、 Ｂ項記載の有孔ウェブを有する梁材であって、
ウェブ板厚ｔｗが下記数式２〜数式６に示す条件と寸法
諸元によって定められることを特徴とする有孔ウェブを
有する梁材。 〔数式２〕 BHＰｕ＝ｆ₂ （Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，σｙ） 〔数式３〕 Ｐｕ＝ｆ₃ （Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，
ａ，σｙ） ただし、BHＰｕ ：無孔梁材の最大耐力 Ｐｕ ：有孔ウェブを有する梁材の最大耐力 Ｈ ：梁成 Ｂ ：フランジ幅 Ｔｗ ：無孔梁材のウェブ板厚 Ｔｆ ：フランジ厚 Ｌｓ ：梁スパン長 σｙ ：鋼材の降伏強度 ｔｗ ：有孔ウェブを有する梁材のウェブ板厚 Ｐ ：丸孔ピッチ Ｐｏ ：梁材端部無孔長 ａ ：丸孔径 〔数式４〕 ｔ≧ｈ（Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，ａ，σ
ｙ） 〔数式５〕 ｔmin ＝ｈ（Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，
ａ，σｙ） 〔数式６〕 ｔｗ＝ｔmin ・β ただし、ｔ：有孔ウェブを有する梁材の耐力が無孔梁材
の耐力以上となる条件をみたす有孔ウェブを有する梁材
のウェブ板厚 ｔmin ：上記ｔの最小値 β：１．０以上１．４以下とした係数

【０００６】

【作用】本発明の有孔ウェブを有する梁材は、補強の必
要が無い設備配管貫通用丸孔が、ウェブ剪断破壊回避間
隔をおいてウェブに穿設されているので、あらかじめ準
備した設計式を利用して能率的な設計作業が実施でき、
その都度、強度設計を行ったり丸孔の補強設計を行うな
どの必要がなく、丸孔の加工手間が省略でき、さらに、
設備配管貫通用丸孔による力学的な不安がないので、性
能品質に対する懸念が無く設計および取付作業ができ
る。従って、設計の自由度が大きく、構造設計の段階で
設備レイアウトの織り込みが可能になり、大寸法の丸孔
を設定できる。

【０００７】つぎに、本発明において、ウェブ剪断破壊
回避間隔が前記数式１に示す条件と寸法諸元によって定
められている場合、構造体として危険な崩壊につながる
ウェブ剪断破壊が回避できるので、構造用梁材として信
頼性が高く安心して利用できる。

【０００８】さらに、ウェブ板厚ｔｗが前記数式２〜数
式６に示す条件と寸法諸元によって定められている場
合、最も経済的な寸法の有孔ウェブを有する梁材が得ら
れるので、極めて高い経済効果が期待できる。

【０００９】つぎに、本発明にかかる有孔ウェブを有す
る梁材を製造するにあたり、あらかじめ設定板厚を有す
る長尺帯板に、ウェブ剪断破壊回避間隔をおいて所望数
の設備配管貫通用丸孔を穿設してなる丸孔無補強ウェブ
材を、上・下フランジ材中心部に溶接し、ＨもしくはＩ
形鋼とする有孔ウェブを有する梁材の製造方法を採用す
る場合は、板厚の設計裕度が高いので、強度対応が優れ
た有孔ウェブを有する梁材が提供でき、設備投資が低廉
で、かつ多量生産が可能な利点がある。

【００１０】また、本発明において、圧延ＨもしくはＩ
形鋼のウェブに、ウェブ剪断破壊回避間隔をおいて所望
数の設備配管貫通用丸孔を穿設し、丸孔無補強ウェブを
有する形鋼とする有孔梁材の製造方法を採用する場合
は、小規模な設備投資で多量生産できるので、コストが
低廉で済む利点があり、生産ロットがまとまった場合の
経済性は多大である。

【００１１】

【実施例】さて、図３０は本発明にかかる有孔ウェブを
有する梁材６を柱材７ａ，７ｂに張設した状況を示す部
分概略正面図で、８ａ〜８ｄは、後に詳述するウェブ剪
断破壊回避間隔をおいてウェブ９に穿設された設備配管
貫通用丸孔である。つぎに、図３１〜図３３は前記有孔
ウェブを有する梁材６の中央付近に集中荷重を負荷した
場合における崩壊の態様を有限要素法により解析した結
果の例を示すもので、横線ハッチッグ部が塑性状態を表
している。図３１は固定端を中心とした端部曲げモーメ
ントによる破壊（Ａ崩壊型）を、図３２は前記Ａ崩壊と
丸孔上下のウェブの剪断による破壊の両者による破壊
（Ｂ崩壊型）を、図３３は丸孔間のウェブの剪断破壊
（Ｃ崩壊型）を示すものである。前記Ａ崩壊型は崩壊の
進展が遅く、Ｂ崩壊型はそれに次ぎ、Ｃ崩壊型は崩壊の
進展が早く最も危険性が高い特徴がある。そこで、有孔
ウェブを有する梁材６としては、前記Ｃ崩壊型を避け、
Ａ・Ｂ崩壊型の領域のものを開発することが要件にな
る。

【００１２】図１は、本発明にかかる有孔ウェブを有す
る梁材６の端部を示す部分概略斜視図で、１０ａ，１０
ｂは上・下フランジで、ウェブ９には前述のように丸孔
８ａ，８ｂがウェブ剪断破壊回避間隔をおいて穿設され
ている。前記丸孔８ａ，８ｂは、所定の寸法を有し、図
で明らかなように補強材の取付は全く施されていない。
つぎに、図２、図３は前記有孔ウェブを有する梁材６の
寸法諸元を示すための概略部分正面図、および側面図
で、本発明では、ウェブ剪断破壊を回避できる範囲を下
記数式１に示す条件と寸法諸元によって定める。 〔数式１〕 Ｐ／Ｈ≧ｆ₁ （ｔｗ，Ｌｓ，Ｐｏ，ａ／Ｈ） ただし、Ｐ ：ピッチ長 Ｈ ：梁成 ｔｗ ：ウェブ板厚 Ｌｓ ：梁スパン長 Ｐｏ ：梁材端部無孔長 ａ／Ｈ ：開口率 ａ ：丸孔径 数式１は、ピッチＰと梁成Ｈの比Ｐ／Ｈに対して、フラ
ンジ幅Ｂ、ウェブ板厚ｔｗ、フランジ板厚Ｔｆ、丸孔の
開口率ａ／Ｈ、梁材端部無孔長Ｐｏ、梁スパンＬｓを変
数とする重回帰分析を行って、丸孔間のウェブが剪断破
壊とならない範囲を策定したものである。また、本発明
者らの研究ではフランジ幅Ｂ、フランジ板厚Ｔｆの２変
数は寄与度が小さいため棄却できるので、前記数式１
は、解析モデル６４ケースからの計算結果例では、長さ
の単位をcmとして下記数式７のような簡便な形で表され
る。 〔数式７〕 Ｐ／Ｈ≧−０．７７７４ｔｗ−０．００４０６Ｌｓ−
０．０００５８Ｐｏ＋１．９６７０９ａ／Ｈ＋０．５３
６６５ 本発明において、ウェブ剪断破壊回避間隔とは前記ピッ
チ長Ｐおよび梁材端部無孔長Ｐｏを云う。

【００１３】つぎに、具体的な設計例について説明す
る。図４、図５は、縦軸に本発明にかかるウェブ厚ｔｗ
に対する有孔ウェブを有する梁材の梁成との比（Ｈ／ｔ
ｗ）、横軸にウェブ厚ｔｗに対する丸孔ピッチとの比
（Ｐ／ｔｗ）をとって、崩壊型と重量比強度を示したグ
ラフであり、その際の寸法条件を下記に示す。 フランジ幅Ｂ ＝ ３７５mm フランジ厚ｔｆ ＝ ２５mm ウェブ板厚ｔｗ ＝ １６mm 梁材端部無孔長Ｐｏ＝ ８５０mm 丸孔の開口率ａ／Ｈ＝ ０．５ スパンＬｓ／４ ＝４５００mm また、図６は、崩壊型の記号別表示を説明する図であ
る。さて、図４に示すように、本発明にかかる無補強の
有孔ウェブを有する梁材が剪断破壊を回避できる範囲は
Ｐ／Ｈ≧０．７７０であることが判る。つぎに、図５は
丸孔の開口率ａ／Ｈ＝０．５６とした以外は、図４の場
合と同様の条件を備えた例であるが、Ｐ／Ｈ≧０．９７
８となった。以上説明したことから、構造物の変形が急
激に進展する恐れのあるウェブ剪断破壊を回避するため
には、丸孔を大きくとればとるほど、孔ピッチＰを大き
くとる必要が有ることが判る。また、本発明において、
開口率ａ／Ｈを０．３以上０．６以下とする理由は、
０．３以下では設備配管を通すための必要高さがとれ
ず、０．６以上ではウェブ剪断破壊を回避するための丸
孔ピッチが大きくなりすぎて、設備配管を通すためのレ
イアウトが困難になり実用的効果を失うためである。

【００１４】つぎに、ウェブ板厚ｔｗについて説明す
る。前記数式１により、有孔ウェブを有する梁材につい
てウェブ剪断破壊を回避する寸法諸元を求めることがで
きるが、無孔梁材たとえば現在実用されているＨ形鋼や
Ｉ形鋼を例にとると寸法が規格化され品質、強度につい
ても基準があり、多量生産や設計が容易に行えることは
周知のとおりである。そこで、本発明にかかる有孔ウェ
ブを有する梁材においても、前記標準化されたＨ形鋼と
なるべく寸法諸元が同一で有ることが望ましいことは云
うまでもない。本発明者等は、耐力が無孔梁材と同一
で、ウェブ板厚ｔｗのみが異なる有孔ウェブを有する梁
材について研究した結果、下記数式２〜数式６によりそ
れを実現した。 〔数式２〕 BHＰｕ＝ｆ₂ （Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，σｙ） 〔数式３〕 Ｐｕ＝ｆ₃ （Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，
ａ，σｙ） ただし、BHＰｕ ：無孔梁材の最大耐力 Ｐｕ ：有孔ウェブを有する梁材の最大耐力 Ｈ ：梁成 Ｂ ：フランジ幅 Ｔｗ ：無孔梁材のウェブ板厚 Ｔｆ ：フランジ厚 Ｌｓ ：梁スパン長 σｙ ：鋼材の降伏強度 ｔｗ ：有孔ウェブを有する梁材のウェブ板厚 Ｐ ：丸孔ピッチ Ｐｏ ：梁材端部無孔長 ａ ：丸孔径 〔数式４〕 ｔ≧ｈ（Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，ａ，σ
ｙ） 〔数式５〕 ｔmin ＝ｈ（Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，
ａ，σｙ） 〔数式６〕 ｔｗ＝ｔmin ・β ただし、ｔ：有孔ウェブを有する梁材の耐力が無孔梁材
の耐力以上となる条件をみたす有孔ウェブを有する梁材
のウェブ板厚 ｔmin ：上記ｔの最小値 β：１．０以上１．４以下とした係数 さて、無孔梁材の最大耐力BHＰｕは前記数式２に示すよ
うに梁断面および素材特性の６変数、有孔ウェブを有す
る梁材の最大耐力Ｐｕは前記数式３に示すように梁断
面、孔情報および素材特性の９変数で表すことができ
る。前記数式２、数式３から有孔ウェブを有する梁材の
耐力が、無孔梁材の耐力以上になるためのウェブ板厚ｔ
は数式４で求められる。これから、Ｐｕ≧BHＰｕを満た
す必要最小ウェブ板厚ｔmin は前記数式５で求めること
ができる。つまり、前記必要最小ウェブ板厚ｔmin を有
する有孔梁材が、重量的にも、実用上からも最も経済的
な有孔ウェブを有する梁材となる。ただし、生産技術上
の問題や規格的な観点から、本発明においては、前記必
要最小ウェブ板厚ｔmin をウェブ板厚ｔｗに限定するも
のでは無く、経済性を考慮し、近似した板厚のもの、数
式６で求められるｔmin ＋０〜４０％のものなど採用す
ることは云うまでもない。本発明において、数式２〜数
式６は、その意味において理解せらるべきである。

【００１５】つぎに、具体的実施例について説明する。
無孔梁材として、梁成Ｈ８５０mm、フランジ幅Ｂ３７５
mm、ウェブ板厚Ｔｗ１６mm、フランジ厚Ｔｆ２５mmに対
して、有孔ウェブを有する梁材として梁成Ｈ８５０mm、
フランジ幅Ｂ３７５mm、フランジ厚Ｔｆ２５mmで、丸孔
径４７６mm、ピッチ長Ｐ１０００mm、梁材端部無孔長Ｐ
ｏ８５０mmのものを用い、前記必要最小ウェブ板厚ｔmi
n を求めた数値を図７に示す。図７のグラフは、ウェブ
板厚ｔを横軸とし、Ｐｕ／BHＰｕを縦軸としたもので、
図７から明らかなようにウェブ板厚ｔが１６mmの無孔梁
材に対抗できる有孔ウェブを有する梁材のウェブ板厚ｔ
ｗは１９．６０mm以上であることが判る。つぎに、図８
は、前記有孔ウェブを有する梁材について、丸孔の寸法
のみを変更し、５１０mmとし、つまり開口率０．６に変
えて必要最小ウェブ板厚ｔmin を求めたものであり、図
８から明らかなように、ウェブ板厚ｔが１６mmの無孔梁
材に対抗できる有孔ウェブを有する梁材のウェブ板厚ｔ
ｗは２３．００mm以上であることが判り、このことか
ら、開口率を大きくするほどウェブ板厚を大きくせねば
ならないことが判明する。

【００１６】つぎに、本発明にかかる無孔梁材Ｉと有孔
ウェブを有する梁材IIについて単調載荷実験を実例した
例について説明する。実験に用いた無孔梁材Ｉと有孔ウ
ェブを有する梁材IIの各部寸法は表１、表２の通りで、
鋼種はＳＭ４９０Ａを用い、有孔ウェブを有する梁材II
の孔明けはガス切断により実施した。なお、表１、表２
の単位はmmである。

【表１】

【表２】 また、図９、図１０は実験に用いた無孔梁材Ｉと有孔ウ
ェブを有する梁材IIの形状概略説明図で、符号Ｓ₁ 〜Ｓ
₁₀の実寸法（単位mm）を表３に示す。

【表３】 さて、図１１、図１２は、前記無孔梁材Ｉと有孔ウェブ
を有する梁材IIについて単調載荷実験を実施して得られ
たＰ−δ曲線で、無孔梁材Ｉは最大耐力到達後に若干耐
力の低下を示しているが、これに対し有孔ウェブを有す
る梁材IIは耐力が殆ど低下せず、靱性に優れていること
が判る。さらに、図１１および図１２を詳細に比較する
と、最大耐力値（図において●印で示す）は約１９０to
n で殆ど変わらないが、最大耐力時の変形量は、有孔ウ
ェブを有する梁材IIの方が無孔梁材Ｉの約１．５倍と大
きく、変形能力においても優れている。すなわち、従
来、有孔梁材は貫通孔を有するため無孔梁材より力学的
に性能が劣ると判断されがちであったが、前記試験結果
をみても、逆に力学的性能は有孔梁材の方が高い。つま
り、無孔梁材に比し、ウェブ板厚が常用サイズで１サイ
ズ大きいのみで、他の寸法諸元が同じ有孔梁材は、無孔
梁材と比較して、最大耐力は殆ど変わらないが、変形能
力は逆に優れている。

【００１７】さて、本発明の有孔ウェブを有する梁材
は、既に規格化され建築分野において多量に利用されて
いる無孔梁材即ちＨ形鋼やＩ形鋼に対して、同一の寸法
領域を有するものが設計、生産、加工、構築作業等あら
ゆる分野において実用効果が高いことは云うまでもな
い。図１３〜図１７は、本発明者等が過去のかなりの期
間にわたって高層ビルに利用されていたＨ形鋼について
調査した結果より、寸法諸元別に利用量を表示したヒス
トグラムで、図１３は梁成を示し８００〜９００mmのも
のが最も多く用いられており、５００〜１２００mm範囲
のものが約９８％を占める。図１４はフランジ幅を示
し、２５０〜３５０mm範囲のものが最も多く用いられて
おり、２００〜５００mm範囲のものが約９９％を占めて
いる。図１５はフランジ厚で、２２〜３６mm範囲のもの
が最も多く用いられており、１６〜４０mm範囲のものが
約１００％を占めていることが判る。図１６はウェブ厚
で１２〜１９mm範囲のものが最も多く用いられて、９〜
２５mm範囲のものが約９９％を占めている。図１７はス
パン長で、桁行方向と張間方向で分けると桁行方向では
６〜１０ｍ、張間方向で１４〜２０ｍ範囲のものが最も
多く用いられており、スパン長１２〜２０ｍの範囲のも
のは全体から見ると約４０％であるが、張間方向を中心
としたスパン長１２ｍ以上の範囲から見れば、約９３％
を占めている。従って、本発明にかかる有孔ウェブを有
する梁材の寸法諸元の確定に際して、前記図１３〜図１
７で説明した寸法諸元を基準とし、丸孔の決定を行い、
さらに前記数式１によりウェブ剪断破壊回避間隔を定め
ると最も実用性が高く経済的な有孔ウェブを有する梁材
を得ることができる。

【００１８】つぎに、丸孔８ａについて説明する。図２
に示すように、本発明にかかる丸孔８ａは孔径ａについ
て本質的に寸法を限定すべき条件は無いが、本発明の設
備配管を効率的に貫通せしめると云う目的を逸脱するよ
うな寸法は望ましくない。通常丸孔８ａの孔径ａは３０
０〜４５０mm程度の寸法が最も実用効果が高い。したが
って、限定はしないが開口率もそれに応じて設計するこ
とがコスト的に有利になる。

【００１９】つぎに、前記有孔ウェブを有する梁材の製
造方法の一実施例について説明する。図１８は、幅広の
圧延板１１ａ，１１ｂを符号１２で代表せしめるガス切
断機で縦方向に切断している状況を示す概略斜視図であ
り、単位帯板１３はフランジ材である。以下同一部材や
装置については代表するものにのみ符号を付す。図１９
は、ウェブ素材板１４ａ，１４ｂに対し数値制御ガス切
断機１５を用いて丸孔１６を穿設している状況を示す概
略斜視図であり、図２０は、丸孔の穿設が終了したウェ
ブ素材板１４ａ，１４ｂを縦切りガス切断機１７を用い
て単位ウェブ材１８を製作している状況を示す概略斜視
図である。前記図１８〜図２０のように、多量生産する
場合は複数個を同時に加工する手段がコスト的に有利で
あることは説明するまでも無く、ガス切断機に代えて、
プラズマまたはレーザー切断機等を利用することも可能
である。また、生産量によっては、単位ウェブ材を製作
したのち丸孔加工することも自由である。

【００２０】つぎに、図２１および図２２は、下水平ロ
ール１９で、上フランジ板２０ａを支え、縦ガイドロー
ル２１ａ，２１ｂおよび上水平ロール２２でウェブ板１
８を案内しつつシーリング溶接している状況を示す概略
説明図で、図２２は前述のようにして作成したＴ形材を
反転し、下フランジ板２０ｂを同様にしてシーリング溶
接しＨ形として仮組の有孔ウェブを有する梁材を製作し
ている状況を示す概略説明図である。つぎに、図２３は
ローラーテーブル２３を用いて仮組の有孔ウェブを有す
る梁材をＨ姿勢で搬送し、該ローラーテーブル２３の両
側に設けたリフト形溶接治具２４ａ，２４ｂを介して前
記有孔ウェブを有する梁材２５を下向き溶接が可能な姿
勢にし、ついでサブマージドアーク自動溶接機２６ａ，
２６ｂにより交互にフイレット部の本溶接を実施する状
況を示す概略説明図である。前記図２１、図２２および
図２３に示した製造方法は、ビルドアップＨ形鋼の製造
に利用されているが、本発明にかかる有孔ウェブを有す
る梁材の製造方法として、図１８〜図２０において説明
した方法と連続して実施した場合、設備投資額が僅少
で、多量生産が可能であり高い経済効果が期待できる。
図２４は製造ライン２７の概略説明図で、矢印２８は素
材の搬送入口で、２９は素材置場、３０は揚重クレー
ン、３１は素材を縦方向に切断するガス切断装置、３２
は数値制御ガス切断装置、３３は揚重クレーン、３４は
自動組立装置、３５は反転装置、３６はサブマージドア
ーク自動溶接装置、３７は反転装置、３８はフランジ矯
正機、３９は揚重クレーン、４０はトラバーサー装置、
４１は矯正検査場および製品仮置場であり、各工程は前
述のとおりであるため詳細な説明は省略する。また、周
知のように、熱間圧延ラインやビルドアップ生産設備を
有する場合は、前述のような新規な生産設備を設けるこ
と無く、ＨもしくはＩ形鋼を搬送するラインに数値制御
ガス切断装置を設けてウェブの丸孔穿設加工を実施する
ことによっても、本発明の有孔ウェブを有する梁材を低
コストで生産できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材
は、一定間隔で連続した設備配管貫通用の丸孔をウェブ
に設けるため、その都度面倒な構造計算や穿孔作業を行
う必要が無く、力学性能および品質が保証された製品と
して、標準化および規格化が可能であり、経済効果は極
めて多大である。すなわち、建築依頼者には、大幅なコ
ストダウンや工期の短縮、安定、品質が保証された製品
の使用に加えて、将来の設備変更に対応できるなど多く
の利益が期待でき、構造設計者は、規格化により信頼性
の高い梁材が利用でき、あらかじめ提供されている設計
式を用いることが可能なので、面倒な設計や加工手間が
省け、丸孔の補強に対する検討も不要で、また将来の設
備レイアウト変更について心配せずに済むなど多くの利
点が期待できる。さらに、設備設計者は設計の自由度が
大きく、構造設計の段階で設備レイアウトの織り込みが
可能なので、負担が軽くなると云う利益を期待できる。
また、施工者は梁材の現場孔明け、補強等手間のかかる
作業が無くなり、工期の短縮や工程の安定などの大きな
利点を得る。鉄骨加工者には、加工工程の簡素化、加工
工数の低減に加えて、穿孔位置の変更など手戻りによる
工数の増加の懸念が無くなり、工期の短縮、作業の能率
化が可能になるなど多くの利点が望める。また、生産者
には多量生産が可能で、コストが低廉で済み、安定した
需要を期待できるので、品質の優れた製品を適正な価格
で市場に供給できる利点が得られる。また、本発明にか
かる有孔ウェブを有する梁材の構造は、使用する設備が
簡略で済むと共に生産性が良いので、優れた経済的効果
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の部分
概略斜視図である。

【図２】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の寸法
諸元を示す概略部分正面図である。

【図３】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の寸法
諸元を示す概略部分断面図である。

【図４】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材に関す
る崩壊型を示すグラフである。

【図５】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材に関す
る崩壊型を示すグラフである。

【図６】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材に関す
る崩壊型の記号別表示説明図である。

【図７】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材のウェ
ブ板厚と最大耐力の関係を説明するグラフである。

【図８】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材のウェ
ブ板厚と最大耐力の関係を説明するグラフである。

【図９】実験に用いた無孔梁材の形状概略説明図であ
る。

【図１０】本発明の実験に用いた有孔ウェブを有する梁
材の形状概略説明図である。

【図１１】実験に用いた無孔梁材のＰ−δ曲線図であ
る。

【図１２】本発明の実験に用いた有孔ウェブを有する梁
材のＰ−δ曲線図である。

【図１３】Ｈ形鋼の寸法諸元別に利用量を表示したヒス
トグラムである。

【図１４】Ｈ形鋼の寸法諸元別に利用量を表示したヒス
トグラムである。

【図１５】Ｈ形鋼の寸法諸元別に利用量を表示したヒス
トグラムである。

【図１６】Ｈ形鋼の寸法諸元別に利用量を表示したヒス
トグラムである。

【図１７】Ｈ形鋼の寸法諸元別に利用量を表示したヒス
トグラムである。

【図１８】本発明にかかる梁材の製造工程において、ガ
ス切断機で幅広圧延板を縦方向に切断している状況を示
す概略斜視図である。

【図１９】本発明にかかる梁材の製造工程において、数
値制御ガス切断機を用いて丸孔を穿設している状況を示
す概略斜視図である。

【図２０】本発明にかかる梁材の製造工程において、丸
孔穿設が終了したウェブ素材板を縦切りガス切断機を用
いて単位ウェブ材を製作している状況を示す概略斜視図
である。

【図２１】本発明にかかる梁材の製造工程において、フ
ランジ材、ウェブ材を組立て、シーリング溶接している
状況を示す概略正面図である。

【図２２】本発明にかかる梁材の製造工程において、フ
ランジ材にウェブ材を組立て、シーリング溶接している
状況を示す概略正面図である。

【図２３】本発明にかかる梁材の製造工程において、フ
イレット部を本溶接している状況を示す概略正面図であ
る。

【図２４】本発明の有孔ウェブを有する梁材の製造ライ
ンを示す概略平面図である。

【図２５】周知の有孔ウェブを有する梁材の概略正面図
である。

【図２６】周知の有孔ウェブを有する梁材の概略断面図
である。

【図２７】周知の有孔ウェブを有する梁材の部分正面図
である。

【図２８】周知の有孔ウェブを有する梁材の概略断面図
である。

【図２９】周知の有孔ウェブを有する梁材の部分正面図
である。

【図３０】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の部
分概略側面図である。

【図３１】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の崩
壊態様を有限要素法により解析した結果を示す説明図で
ある。

【図３２】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の崩
壊態様を有限要素法により解析した結果を示す説明図で
ある。

【図３３】本発明にかかる有孔ウェブを有する梁材の崩
壊態様を有限要素法により解析した結果を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 有孔ウェブを有する梁材 ２ ウェブ ３ 丸孔 ４ リング補強板 ５ 円筒管 ６ 有孔ウェブを有する梁材 ７ａ，７ｂ 柱材 ８ａ〜８ｄ 設備配管貫通用丸孔 ９ ウェブ １０ａ 上フランジ １０ｂ 下フランジ １１ａ，１１ｂ 幅広圧延板 １２ ガス切断機 １３ 単位帯板 １４ａ，１４ｂ ウェブ素材板 １５ 数値制御ガス切断機 １６ 丸孔 １７ 縦切りガス切断機 １８ 単位ウェブ材 １９ 下水平ロール ２０ａ 上フランジ板 ２０ｂ 下フランジ板 ２１ａ，２１ｂ 縦ガイドロール ２２ 上水平ロール ２３ ローラーテーブル ２４ａ，２４ｂ リフト形溶接治具 ２５ 有孔ウェブを有する梁材 ２６ａ，２６ｂ サブマージドアーク自動溶接機 ２７ 製造ライン ２８ 搬送入口 ２９ 材料置場 ３０ 揚重クレーン ３１ ガス切断装置 ３２ 数値制御ガス切断装置 ３３ 揚重クレーン ３４ 自動組立装置 ３５ 反転装置 ３６ サブマージドアーク自動溶接装置 ３７ 反転装置 ３８ フランジ矯正機 ３９ 揚重クレーン ４０ トラバーサー装置 ４１ 矯正検査場および製品仮置場

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＨもしくはＩ形鋼からなる梁材であっ
   て、ウェブに無補強の設備配管貫通用丸孔窓がウェブ剪
   断破壊回避間隔をおいて穿設されていることを特徴とす
   る有孔ウェブを有する梁材。
2. 【請求項２】 請求項１記載の有効梁材であって、設備
   配管貫通用丸孔の径ａと梁成Ｈとの比である開口率ａ／
   Ｈが０．３以上０．６以下であり、ついでウェブ剪断破
   壊回避間隔が下記数式１に示す条件と寸法諸元によって
   定められることを特徴とする有孔ウェブを有する梁材。 〔数式１〕 Ｐ／Ｈ≧ｆ₁ （ｔｗ，Ｌｓ，Ｐｏ，ａ／Ｈ） ただし、Ｐ ：ピッチ長 Ｈ ：梁成 ｔｗ ：ウェブ板厚 Ｌｓ ：梁スパン長 Ｐｏ ：梁材端部無孔長 ａ／Ｈ ：開口率 ａ ：丸孔径
3. 【請求項３】 請求項２記載の有孔ウェブを有する梁材
   であって、ウェブ板厚ｔｗが下記数式２〜数式６に示す
   条件と寸法諸元によって定められることを特徴とする有
   孔ウェブを有する梁材。 〔数式２〕 BHＰｕ＝ｆ₂ （Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，σｙ） 〔数式３〕 Ｐｕ＝ｆ₃ （Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，
   ａ，σｙ） ただし、BHＰｕ ：無孔梁材の最大耐力 Ｐｕ ：有孔ウェブを有する梁材の最大耐力 Ｈ ：梁成 Ｂ ：フランジ幅 Ｔｗ ：無孔梁材のウェブ板厚 Ｔｆ ：フランジ厚 Ｌｓ ：梁スパン長 σｙ ：鋼材の降伏強度 ｔｗ ：有孔ウェブを有する梁材のウェブ板厚 Ｐ ：丸孔ピッチ Ｐｏ ：梁材端部無孔長 ａ ：丸孔径 〔数式４〕 ｔ≧ｈ（Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，ａ，σ
   ｙ） 〔数式５〕 ｔmin ＝ｈ（Ｈ，Ｂ，Ｔｗ，Ｔｆ，Ｌｓ，Ｐ，Ｐｏ，
   ａ，σｙ） 〔数式６〕 ｔｗ＝ｔmin ・β ただし、ｔ：有孔ウェブを有する梁材の耐力が無孔梁材
   の耐力以上となる条件をみたす有孔ウェブを有する梁材
   のウェブ板厚 ｔmin ：上記ｔの最小値 β：１．０以上１．４以下とした係数