WO2011004895A1

WO2011004895A1 - 圧延ｈ形鋼

Info

Publication number: WO2011004895A1
Application number: PCT/JP2010/061715
Authority: WO
Inventors: 忠義岡田; 一郎竹内
Original assignee: 新日本製鐵株式会社
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2011-01-13
Also published as: KR101348866B1; CN102482881B; US20120186191A1; CN102482881A; KR20120029461A; SG177550A1; HK1171058A1; JPWO2011004895A1; JP4677059B2

Abstract

　この圧延Ｈ形鋼は、ウェブ及びフランジを有し；その高さ寸法をＨとし、前記フランジの幅寸法をＢとした場合に下式（１）を満たし；引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２であり；さらに、前記フランジの板厚寸法をｔ_２とし、この圧延Ｈ形鋼の鋼材の設計用降伏応力をＦ（Ｎ／ｍｍ^２）とした場合に下式（２），（３）を満たす。　（Ｂ／Ｈ）≦０．７７　・・・（１）　１１．１＜Ｂ／（２×ｔ_２）≦２１５／√（Ｆ）　・・・（２）　２３５≦Ｆ≦２７５　・・・（３）

Description

圧延Ｈ形鋼

　本発明は、床版あるいは屋根床版を直接支持し、柱と直接連結されない小梁あるいは弾性設計範囲内で使用する梁等に適用される圧延Ｈ形鋼に関する。
　本願は、２００９年０７月０９日に、日本国に出願された特願２００９－１６２４０２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、圧延Ｈ形鋼としては、次の（１）～（５）のような各種圧延Ｈ形鋼が知られている。

（１）フランジ幅厚比が１０以下でかつ、加工硬化を開始した後、６％までの歪範囲における加工硬化指数が０．２以上であり、６％以上の歪範囲における塑性変形応力の上昇勾配が、最大モーメントを生じる位置の近傍のモーメント勾配より大きいことにより、最大モーメントを生じる位置に発生した塑性域がその周囲に拡大する、耐震性に優れた圧延Ｈ形鋼（例えば、特許文献１参照）。

（２）ウェブ厚・フランジ厚比が１．２～４であり、柱梁接合部パネル内のダブラープレートや斜めスチフナ等による補強を省略可能な柱用の圧延Ｈ形鋼（例えば、特許文献２参照）。

（３）ウェブ厚・フランジ厚比が１．１～２．０であり、柱梁接合部における梁フランジ接合位置の水平スチフナ、パネル内のダブラープレートや斜めスチフナ等による補強が省略可能な柱用の圧延Ｈ形鋼（例えば、特許文献３参照）。

（４）薄肉ウェブ圧延Ｈ形鋼であって、ウェブ厚・フランジ厚比が０．５以下でかつ、圧延製造時のウェブ波打ち現象を防止するために、ウェブに所定間隔をおいて凹凸を形成した圧延Ｈ形鋼（例えば、特許文献４参照）。

（５）薄肉ウェブ圧延Ｈ形鋼であって、ウェブ厚・フランジ厚比が０．５以下でかつ、圧延製造時のウェブ波打ち現象を防止するために、ウェブの一側面のみの長手方向全長に少なくても１本の突条補強リブが設けられた圧延Ｈ形鋼（例えば、特許文献５参照）。

　また、従来の圧延Ｈ形鋼に関する技術としては、次の（Ａ）～（Ｄ）のような技術も知られている。

（Ａ）耐震性に優れた柱・梁部材とするために、圧延Ｈ形鋼の塑性変形能力を確保する必要があることから、フランジ幅厚比およびウェブ幅厚比を、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２や特許文献６で示されるように、変形能力があると言われる比較的小さい数値範囲（主用途が梁である、辺・高さ比が０．７７以下の範囲において、ＪＩＳ規格では、フランジ幅厚比の上限を１０．０、ウェブ幅厚比の上限を５６．６とする）で規定している。

（Ｂ）断面二次モーメントおよび断面係数の対重量効率を向上させるために、梁用圧延Ｈ形鋼のウェブ厚・フランジ厚比を、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２で規定されるように比較的小さい数値範囲（主用途が梁である辺・高さ比が０．７７以下の範囲において、ウェブ厚・フランジ厚比の上限を０．７５とする）で規定している。

（Ｃ）柱梁接合部パネル内のダブラープレートや斜めスチフナ等による補強を省略するために、柱用圧延Ｈ形鋼のウェブ厚・フランジ厚比を、比較的大きい数値範囲（ウェブ厚・フランジ厚比の下限を１．１とする）で規定することも知られている（例えば、特許文献２や特許文献３参照）。

（Ｄ）圧延製造時のウェブ波打ち現象を防止しつつ薄肉ウェブ圧延Ｈ形鋼を実現するために、ウェブ厚・フランジ厚比を、比較的小さい数値範囲（ウェブ厚・フランジ厚比の上限を０．５）で規定することも知られている（例えば、特許文献４や特許文献５参照）。

（Ｅ）前記以外にも、ＡＳＴＭ（米国工業規格：American Society for Testing and Materials）、ＢＳ（英国工業規格：British Standards）、ＥＮ（欧州規格：European Standard、EN）において、規格された圧延Ｈ形鋼がある（非特許文献１～３参照）。

日本国特開２００２－８８９７４号公報日本国特開２０００－５４５６０号公報日本国特開２００３－１５５７７９号公報日本国特開昭５９－１４１６５８号公報日本国特開昭６１－１６２６５８号公報日本国特開２００２－８８９７４号公報

ＡＳＴＭ（米国工業規格：American Society for Testing and Materials）ＢＳ（英国規格　British Standards）ＥＮ（欧州規格：European Standard、EN）

　圧延Ｈ形鋼の形状については、前記のように、米国、英国、欧州、日本を含む各国において規格されている。例えば、日本では、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２（熱間圧延形鋼の形状，寸法，質量及びその許容差）に記載されている各種の圧延Ｈ形鋼が知られている。

　ＪＩＳ　Ｇ　３１９２「熱間圧延形鋼の形状，寸法，質量及びその許容差」について、後記の表１に、このＪＩＳ　Ｇ　３１９２に掲載の「付表８　Ｈ形鋼の標準断面寸法とその断面積，単位質量，断面特性」における断面寸法を転記し、さらに同表１中に示す、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）と、フランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））と、ウェブ幅厚比（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）と、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）とより、下記（ａ）～（ｃ）のことがわかる。
　（ａ）フランジ幅厚比は３．１～１３．４の範囲にある。
　（ｂ）ウェブ幅厚比は８．０～５６．６の範囲にある。
　（ｃ）ウェブ厚・フランジ厚比は０．５３～１．００の範囲にある。
　表１における従来の各種圧延Ｈ形鋼の辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７以下の従来の各種圧延Ｈ形鋼を図１および図４に白○印で、また、表１における辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７を超える従来の各種圧延Ｈ形鋼を×印でプロットして示す。
　図１および図４は、横軸をフランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））とし、縦軸をウェブ幅厚比（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）として示したグラフである。
　また、図２および図５には、横軸を辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）とし、縦軸をウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）として、表１に示す各種従来の圧延Ｈ形鋼をプロットして示す。

　ここで、辺・高さ比が、０．７７以下の範囲（圧延Ｈ形鋼におけるフランジの幅で、細幅系列または中幅系列の圧延Ｈ形鋼として日本国内で市販されている）にある圧延Ｈ形鋼は、主用途が梁に分類され、また、辺・高さ比が０．７７超の範囲（Ｈ形鋼におけるフランジの幅で、広幅系列の圧延Ｈ形鋼として市販されている）にある圧延Ｈ形鋼は、主用途が柱やブレースに分類できる。なお、表１では、高さ×辺（Ｈ×Ｂ）（単位ｍｍ）が、１５０×１００、２００×１５０、２５０×１７５、３００×２００、３５０×２５０、４００×３００、４５０×３００、５００×３００、６００×３００、７００×３００、８００×３００、９００×３００（ｍｍ）が中幅系列であり、高さ（Ｈ）と辺（Ｂ）が同じ寸法が広幅系列であり、それ以外が細幅系列である。

　そこで、主用途が梁である、辺・高さ比が０．７７以下の範囲に限定すれば、次の（ｄ）～（ｆ）のことがわかる。
　（ｄ）フランジ幅厚比は、３．１～１０．０の範囲であり、
　（ｅ）ウェブ幅厚比は、１７．２～５６．６の範囲であり、
　（ｆ）ウェブ厚・フランジ厚比は、０．５３～０．７５の範囲となっている。

　前記（ｄ）～（ｆ）のように設定されているのは、次の（ｇ），（ｈ）のような理由による。

　（ｇ）フランジ幅厚比が３．１～１０．０の範囲で、ウェブ幅厚比が１７．２～５６．６の範囲と比較的小さい数値範囲となっているのは、部材断面を構成する板要素の幅と厚さとの比が大きいと、圧縮力を受ける部分に局部座屈を生じ、部材断面の耐力が低下して必要な塑性変形能力が得られなくなることに起因している。

　（ｈ）さらに、ウェブ厚・フランジ厚比が０．５３～０．７５と比較的小さい数値範囲になっているのは、梁が曲げ応力を受ける部材のため、フランジを厚くし、ウェブを薄くすることにより、単位断面積当たりの断面二次モーメントおよび断面係数がアップすることに起因している。

　また、ＡＳＴＭ（米国工業規格）、ＢＳ（英国工業規格）、ＥＮ（欧州規格）において規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７以下の範囲の各種圧延Ｈ形鋼と、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７を超える各種圧延Ｈ形鋼とに分けて、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７以下の範囲の各種圧延Ｈ形鋼についての、フランジ幅厚比、ウェブ幅厚比、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の上限について検討するために、図６～図１１に示した。

　また、図６および図７には、ＡＳＴＭ（米国工業規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７以下の各種圧延Ｈ形鋼（中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼）を白○印でプロットし、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７を超える各種圧延Ｈ形鋼を×印でプロットして示されている。図６および図７にプロットして示すＡＳＴＭ（米国工業規格）で規格されている各種圧延Ｈ形鋼の表は省略した。
　図６は、横軸をフランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））とし、縦軸をウェブ幅厚比（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）として、ＡＳＴＭに規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、プロットして示すグラフである。この図から、白○で示され、中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼では、フランジ幅厚比の上限が、９．４であることがわかり、また、ウェブ幅厚比の上限が６３．５であることがわかった。

　また、図７には、ＡＳＴＭに規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、横軸を辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）とし、縦軸をウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）として、各種圧延Ｈ形鋼について、プロットして示されている。このグラフから、白○で示され、中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼では、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）の上限が、０．７２であり、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の上限が０．８２であることがわかった。

　また、図８および図９には、ＢＳ（英国工業規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７以下の各種圧延Ｈ形鋼（中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼）を白○印でプロットし、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７を超える各種圧延Ｈ形鋼を×印でプロットして示されている。図８および図９にプロットして示すＢＳ（英国工業規格）で規格されている各種圧延Ｈ形鋼の表は省略した。
　図８は、横軸をフランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））とし、縦軸をウェブ幅厚比（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）として、ＢＳに規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、プロットして示すグラフである。この図から、中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼では、フランジ幅厚比の上限が、８．６であることがわかり、また、ウェブ幅厚比の上限が６３．３であることがわかった。
　また、図９には、ＢＳ（英国工業規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、横軸を辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）とし、縦軸をウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）として、プロットして示すグラフである。このグラフから、白○で示され、中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼では、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）の上限が、０．６６であり、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の上限が０．８６であることがわかった。

　また、図１０および図１１には、ＥＮ（欧州規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７以下の各種圧延Ｈ形鋼（中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼）を白○印でプロットし、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）が、０．７７を超える各種圧延Ｈ形鋼を×印でプロットして示されている。図１０および図１１にプロットして示すＥＮ（欧州規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼の表は省略した。
　図１０は、横軸をフランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））とし、縦軸をウェブ幅厚比（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）として、ＥＮ（欧州規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、プロットして示すグラフである。この図から、中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼では、フランジ幅厚比の上限が、１１．１であることがわかり、また、ウェブ幅厚比の上限が５８．０であることがわかった。
　また、図１１には、ＥＮ（欧州規格）に規格されている各種圧延Ｈ形鋼について、横軸を辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）とし、縦軸をウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）として、プロットして示されている。このグラフから、白○で示され、中幅、細幅に属する圧延Ｈ形鋼では、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）の上限が、０．７７であり、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の上限が０．７８であることがわかった。

　ところで、小梁は、使用される本数が大梁に比べて多いため、必要とされる断面性能を低下させないで１本あたりの重量を軽量化できると、１本当りのコスト低減が小さくても、構造物の本体のコストの低減に大きく寄与できる。
　例えば、小梁等を、その耐震性能を低下させることなく、梁重量を１０％以上軽量化できると、梁の単価を例えば１０％程度低減できる。そのため、構造物本体のコストを格段に低減できるばかりでなく、構造物を軽量化でき、構造物が軽量化された分、柱の負担が小さくなるため、構造物の耐震性能の向上にも寄与することができる。
　しかも、米国、英国、あるいは欧州並びに日本を含む主要先進諸国において規格されている圧延Ｈ形鋼よりも、小梁用として軽量化されていると共に断面性能を低下させていない圧延Ｈ形鋼が望まれる。
　本発明は、前記のような課題の解決に有利な圧延Ｈ形鋼の提供を目的とする。

　前記の課題を有利に解決するために、以下の手段を採用した。
（ａ）本発明の一態様に係る圧延Ｈ形鋼は、ウェブ及びフランジを有し；その高さ寸法をＨとし、前記フランジの幅寸法をＢとした場合に下式（１）を満たし；引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２であり；さらに、前記フランジの板厚寸法をｔ_２とし、この圧延Ｈ形鋼の鋼材の設計用降伏応力をＦ（Ｎ／ｍｍ^２）とした場合に下式（２），（３）を満たす。
　　（Ｂ／Ｈ）≦０．７７　・・・（１）
　　１１．１＜Ｂ／（２×ｔ_２）≦２１５／√（Ｆ）　・・・（２）
　　２３５≦Ｆ≦２７５　・・・（３）

（ｂ）上記（ａ）に記載の圧延Ｈ形鋼が、前記ウェブの板厚寸法をｔ_１とした場合に下式（４）を満たしてもよい。
　　６３．５＜（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）≦１１００／√（Ｆ）・・・（４）

（ｃ）上記（ａ）に記載の圧延Ｈ形鋼では、さらに前記ウェブの板厚寸法ｔ_１及び前記フランジの板厚寸法ｔ_２が、下式（５）を満たしてもよい。
　　０．７５＜（ｔ_１／ｔ_２）＜１．０　・・・（５）

　上記（ａ）に記載の圧延Ｈ形鋼によれば、設計用降伏応力Ｆが、前記の範囲において変化する素材を用いても、主要国における狭幅あるいは中幅に属する圧延Ｈ形鋼のフランジ幅厚比を容易に寸法規定して、圧延Ｈ形鋼の断面形状を規定することができる。

　しかも、この圧延Ｈ形鋼は、米国、英国、欧州あるいは日本の主要国において規定されている従来の圧延Ｈ形鋼よりも、軽量化することができる。しかも、この圧延Ｈ形鋼の断面性能は、前記主要国において対応する圧延Ｈ形鋼と同等以上に維持することが可能である。したがって、この圧延Ｈ形鋼によれば、前記主要国を含む世界各国において、容易に寸法設定して適用することができる。
　また、圧延Ｈ形鋼のフランジ幅寸法Ｂとフランジの板厚寸法ｔ_２とによるフランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））を、上記（２）式の範囲に設定すればよいので、この圧延Ｈ形鋼に用いる鋼材の設計用降伏応力Ｆが変化しても、容易に圧延Ｈ形鋼のフランジ幅厚比（Ｂ／（２×ｔ_２））を設定できる。
　すなわち、この圧延Ｈ形鋼は、Ｈ形鋼の高さ寸法Ｈと、フランジの幅寸法Ｂと、フランジの板厚寸法ｔ_２と、鋼材の設計用降伏応力Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）との関係から、圧延Ｈ形鋼の寸法を容易に設定している。そのため、従来の圧延Ｈ形鋼に比べて、断面性能を低下させることなく、断面積を低減して、軽量化した新規な寸法形状の圧延Ｈ形鋼とすることができる。

　また、上記（２）の場合、圧延Ｈ形鋼のウェブ幅厚比である（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）を、Ｈ形鋼の高さ寸法Ｈとウェブの板厚寸法ｔ_１とフランジの板厚寸法ｔ_２と鋼材の設計用降伏応力Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）との関係から、所定の範囲に設定することができる。その結果、断面性能を従来公知の圧延Ｈ形鋼に比べて低減することなく、鋼材重量を低減でき、新たな寸法形状の圧延Ｈ形鋼を提供することができる。
　例えば、上記のように寸法設定されるこの圧延Ｈ形鋼は、その１本あたりの重量を従来のものよりも１０％程度軽量化できる。その結果、圧延Ｈ形鋼１本当りのコストを低減することができ、これを使用した構造物のコストの低減にも大きく寄与できる。例えば、小梁を、その耐震性能を低下させることなく１０％以上軽量化でき、小梁の単価を例えば１０％程度低減できる。そのため、構造物の建造コストを格段に低減できるばかりでなく、小梁の軽量化により構造物を軽量化でき、耐震性能の向上を図ることもできる。
　特に、汎用性の高い小梁用の圧延Ｈ形鋼に適用できるので、従来の圧延Ｈ形鋼よりも断面積を１０％程度低減した上に、従来と同等以上の断面性能を有する小梁とすることができる。その結果、安価でありながらも断面二次モーメントを１５％以上かつ最大６０％程度向上させ、さらには断面係数を同等程度以上かつ最大１５％まで向上させた小梁とすることができる。

　また、上記（ａ）～（ｃ）の組合せにより圧延Ｈ形鋼の寸法を設定した場合、鋼材の基準強度として前記設計用降伏応力Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）を２３５≦Ｆ≦２７５と広げた場合でも、圧延Ｈ形鋼１本あたりの重量を従来の製品よりも、少なくとも５％程度以上最大１５％程度軽量化でき、圧延Ｈ形鋼１本当りのコストを低減することができる。よって、この圧延Ｈ形鋼を使用した構造物の建造コストの低減に大きく寄与できる。例えば、小梁を、その耐震性能を低下させることなく、その重量を少なくとも５％程度以上かつ最大１５％まで軽量化できる。よって、小梁の単価を例えば５％程度以上かつ１５％程度まで低減できる。そのため、構造物のコストを格段に低減できるばかりでなく、小梁の軽量化により構造物を軽量化でき、耐震性能の向上を図ることもできる。

　荷重負担の少ない部材である小梁用の圧延Ｈ形鋼に最適であり、従来の圧延Ｈ形鋼よりも重量を少なくとも５％程度以上かつ最大１５％程度まで低減した上で、従来の製品と同等以上の断面性能を有する小梁とすることができる。よって、安価で断面二次モーメントが５％程度以上かつ最大６５％程度、さらには断面係数を従来製品と同等程度以上から最大２０％程度まで向上させた小梁とすることができる。

本発明の一実施形態に係る各種圧延Ｈ形鋼とＪＩＳ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼とにおける、ウェブ幅厚比とフランジ幅厚比との関係を示すグラフである。同実施形態に係る各種圧延Ｈ形鋼とＪＩＳ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼とのウェブ厚・フランジ厚比と辺・高さ比との関係を示すグラフである。圧延Ｈ形鋼の各部の代表寸法を示す図であって、その長手方向に垂直な断面で見た場合の外形図である。ＪＩＳ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼のウェブ幅厚比とフランジ幅厚比との関係を示すグラフである。ＪＩＳ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼のウェブ厚・フランジ厚比と辺・高さ比との関係を示すグラフである。ＡＳＴＭ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼のウェブ幅厚比とフランジ幅厚比との関係を示すグラフである。ＡＳＴＭ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼のウェブ厚・フランジ厚比と辺・高さ比との関係を示すグラフである。ＢＳ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼のウェブ幅厚比とフランジ幅厚比との関係を示すグラフである。ＢＳ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼とのウェブ厚・フランジ厚比と辺・高さ比との関係を示すグラフである。ＥＮ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼のウェブ幅厚比とフランジ幅厚比との関係を示すグラフである。ＥＮ規格に準ずる各種圧延Ｈ形鋼とのウェブ厚・フランジ厚比と辺・高さ比との関係を示すグラフである。

　次に、本発明の圧延Ｈ形鋼の一実施形態について詳細に説明する。

　先ず、図３には、本実施形態の圧延Ｈ形鋼１および従来例の圧延Ｈ形鋼２の各部の代表寸法が示されている。符号ＨはＨ形鋼１（２）の高さ寸法（ｍｍ）を、符号ＢはＨ形鋼１，２のフランジ幅である辺の長さ寸法（ｍｍ）を、符号ｔ_１はウェブ３の厚さ寸法（ｍｍ）を、符号ｔ_２はフランジ４の厚さ寸法（ｍｍ）を、符号ｒはウェブ３とフランジ４との内隅部の曲率半径アール（ｍｍ）をそれぞれ示している。

　そして、主用途を梁とするために、前記の従来の場合と同様に、本実施形態の圧延Ｈ形鋼は、Ｈ形鋼１の高さ寸法Ｈおよびフランジ幅である辺の長さ寸法Ｂ（以下、辺の長さを、単に辺とも言う）の関係が下記（１）式を満足する。
　　（Ｂ／Ｈ）≦０．７７　・・・（１）

　前記のように、圧延Ｈ形鋼１の高さ寸法Ｈおよびフランジ幅である辺の長さ寸法Ｂの関係を規定した理由は、上述した従来製品における理由と同様である。すなわち、圧延Ｈ形鋼１の高さ寸法Ｈおよびフランジ幅である辺の長さ寸法Ｂの比である辺・高さ比Ｂ／Ｈが、０．７７未満であるかまたはそれ以上であるかは、その用途による。つまり、この辺・高さ比Ｂ／Ｈが０．７７を超える広幅の場合には主に柱用として使用され、辺・高さ比Ｂ／Ｈが０．７７以下の中幅または小幅の場合には、主に梁用として使用されるので、このような実用上の指標を本実施形態でも採用している。

　本実施形態で対象としている圧延Ｈ形鋼は、辺・高さ比Ｂ／Ｈが０．７７以下に属する、主として小梁用の圧延Ｈ形鋼で、鋼材の引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２（鋼材の設計用降伏応力Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２～２７５Ｎ／ｍｍ^２）である。すなわち、ＪＩＳ　Ｇ　３１０１においてＳＳ４００（引張強さ４００Ｎ／ｍｍ^２～５１０Ｎ／ｍｍ^２）、ＪＩＳ　Ｇ　３１０６においてＳＭ４００Ａ、Ｂ、Ｃ（引張強さ４００Ｎ／ｍｍ^２～５１０Ｎ／ｍｍ^２）、ＪＩＳ　Ｇ　３１３６においてＳＮ４００Ａ、Ｂ、Ｃ（引張強さ４００Ｎ／ｍｍ^２～５１０Ｎ／ｍｍ^２）に相当する鋼材からなる圧延Ｈ形鋼である。

　加えて、本実施形態の圧延Ｈ形鋼は、その弾性範囲で使用する圧延Ｈ形鋼であり、例えば小梁用として用いることにより、弾性範囲内の使用に留まることから、梁部材の必要塑性変形能力はゼロ（塑性率１．０）で十分となる。
　このように、本実施形態において対象とする圧延Ｈ形鋼１は、弾性範囲内で使用する圧延Ｈ形鋼であり、必要塑性変形能力をゼロ（塑性率１．０）とすることによって、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）は、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２や日本国特開２００２－８８９７４号公報で示される数値範囲、すなわち、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）の上限値１０．０を最低値とすることが考えられる。しかし、この値以外にも、図６に示すＡＳＴＭ規格の各種圧延Ｈ形鋼をプロットして示すグラフでは、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）が、９．４であり、図１０に示すＥＮ規格の各種圧延Ｈ形鋼をプロットして示すグラフではフランジ幅厚比の上限が１１．１であることから、本実施形態では、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）を１１．１よりも大きくしている。

　同様に、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）は、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２や日本国特開２００２－８８９７４号公報で示される数値範囲である。すなわち、図１および図４に示すＪＩＳ規格の各種圧延Ｈ形鋼をプロットして示すグラフでは、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）の上限値が５６．６であり、図６に示すＡＳＴＭ規格の各種圧延Ｈ形鋼では６３．５であり、図８に示すＢＳ規格の各種圧延Ｈ形鋼では６３．３であり、これらより、図６に示すＡＳＴＭ規格の各種圧延Ｈ形鋼の上限値６３．５が最も大きいことから、本実施形態では、ＡＳＴＭ規格の各種圧延Ｈ形鋼の上限値６３．５よりも大きくしている。

　本実施形態における圧延Ｈ形鋼１のフランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）およびウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）の上限値としては、建築基準法（平成１９年５月１８日国土交通省告示第５９６号）で定められている制限値（ＡＩＪ設計基準でも同様に規定）が引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２で、鋼材の設計用降伏応力Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２の場合にフランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）が１５．５以下となるから、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）は７１．０以下としている。

　圧延Ｈ形鋼１のフランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）およびウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）の上限値として、鋼材の設計用降伏応力Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２の場合には、表１に示すように、ＡＩＳＣ設計基準では、１６．５と規定され、ＢＳ設計基準では、１６．２と規定され、ＥＮ設計基準では、１４．０と規定され、欧州におけるＥＮ設計基準が最も厳しい設計基準とされている。このことから、本実施形態では、圧延Ｈ形鋼のフランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）として１４．０を採用し、この値を、設計用降伏応力Ｆを用いて一般化して、２１５／√（Ｆ）としている。
　許容応力度設計する場合に、圧延Ｈ形鋼のウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）については、ＡＩＳＣ設計基準とＢＳ設計基準では規定されておらず、またＥＮ設計基準では１２４．０と規定されている。このことから、本実施形態では、ＡＩＪ設計基準に規定されているウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）の７１．０を採用し、この値を、設計用降伏応力Ｆを用いて一般化して、１１００／√（Ｆ）としている。

　圧延Ｈ形鋼を構成するフランジおよびウェブを板要素と考えて、その弾性局部座屈強度σｃｒと各国の規定値について検討すると、板の弾性局部座屈理論値は、次式（２）で求められる。
　　σｃｒ＝ｋ×（π^２×Ｅ）／（１２×（１－ν^２））×（ｔ／ｂ）^２　・・・（２）
　ここで、ｋは座屈係数、Ｅはヤング率、νはポアソン比、ｔは板厚、ｂは板幅である。

　圧延Ｈ形鋼では、そのフランジが３辺単純支持・１片自由の長方形板（座屈係数ｋ＝０．４２５）、ウェブが周辺単純支持の長方形板（座屈係数ｋ＝４．００）と理想化した場合、これら板要素が降伏応力に達するまで局部座屈を起こさないためには、σｃｒ＝Ｆとおいて、上記式（２）は、下記のように単純化される。
　３辺単純支持・１片自由の場合（フランジの場合）では、ｔ＝ｔ２、ｂ＝Ｂであるから、（Ｂ／ｔ２）＝２８１／√（Ｆ）となり、これから、上記表１中に記載の１８．３を理論値として得ることができる。
　また、周辺単純支持の場合（ウェブの場合）では、ｔ＝ｔ１、ｂ＝Ｈであるから、（Ｈ／ｔ１）＝８６２／√（Ｆ）となり、これから、上記表１中に記載の５６．２を理論値として得ることができる。

　圧延Ｈ形鋼は、横座屈・曲げねじり座屈が発生しやすい断面形状を有する。特にフランジは、梁の耐力を確保するためにもっとも重要な部位である。このことから、弾性局部座屈よりやや厳しく設定し、３辺単純支持・１片自由の場合（フランジの場合）では、許容応力度設計において１４．０であることからして、（Ｂ／ｔ２）＝Ｘ／√（Ｆ）の値が１４．０となるように、前記Ｘの値を求めて、（Ｂ／ｔ２）＝２１５／√（Ｆ）と、設計用降伏応力Ｆを用いて一般化している。

　また、圧延Ｈ形鋼を用いた梁では、作用せん断力がウェブの全塑性せん断耐力を超えない限り、せん断力による全塑性モーメントの低下は無視できることが分かっている。そのため、ウェブは、弾性局部座屈よりもやや緩やかになるよう、下記のようにしている。
　周辺単純支持の場合（ウェブの場合）では、許容応力度設計において７１．０であることからして、（Ｈ／ｔ１）＝Ｙ／√（Ｆ）の値が７１．０なるように、前記Ｙの値を求めて、（Ｈ／ｔ１）＝１１００／√（Ｆ）と、設計用降伏応力Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）を用いて一般化している。

　したがって、前記のフランジの幅である辺の長さ寸法Ｂとフランジ厚ｔ_２との関係を、
　　１１．１＜Ｂ／（２×ｔ_２）≦２１５／√（Ｆ）　・・・（３）
と規定することにより、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）を規定している諸国において、新たな断面形状の圧延Ｈ形鋼で、その鋼重の軽減を図りながら、要求される断面性能と同等以上の中幅および細幅の圧延Ｈ形鋼で、寸法設定も容易な圧延Ｈ形鋼を提供することができる。

　また、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）を規定している国においては、前記のように、前記高さ（Ｈ）とウェブ厚ｔ_１、フランジ厚ｔ_２の関係が、設計用降伏応力Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）が２３５≦Ｆ≦２７５とした場合、
　　５６．６＜（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）≦１１００／√（Ｆ）　・・・（４）
としている。

　一方、上記のフランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）およびウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ１）を従来よりも大きくすることにより、圧延Ｈ形鋼１の断面の高さ寸法Ｈおよび辺の寸法Ｂを拡大できることから、ウェブ厚ｔ_１がフランジ厚ｔ_２と同厚より若干薄い程度でも、曲げ応力に抵抗するうえでの単位断面積当たりの断面二次モーメント（Ｉ）および断面係数（Ｚ）を従来の場合よりも高めて、剛性（特に強軸回り）を向上させることが可能となる。
　よって、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）は、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２で示される数値範囲、すなわち、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の上限値０．７５より大きくできる。
　従って、本実施形態では、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の下限値を０．７５よりも大きくしている。

　なお、ウェブ厚ｔ_１がフランジ厚ｔ_２と同厚以上になると、断面二次モーメントＩおよび断面係数Ｚの対重量効率が悪化するため、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）は、１．０未満としている。
　従って、本実施形態の圧延Ｈ形鋼１では、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）の上下限値として、
　　０．７５＜（ｔ_１／ｔ_２）＜１．０　・・・（５）
としている。

　前記のような点を考慮して、各種寸法に設定された本実施形態の各種の圧延Ｈ形鋼１を本発明例Ａ～Ｈとして表３に示す。表３には、断面寸法と、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）と、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）と、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）と、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）と、断面性能とを示す。また、表３には、本発明例Ａ～Ｈに対応する日本における従来の各種の圧延Ｈ形鋼２を従来例Ａ～Ｈとして表３に合わせて示した。また、表３には、本発明例Ａ～Ｈとこれに対応する従来例Ａ～Ｈとの、断面積比、強軸回りの断面二次モーメント比および強軸回りの断面係数比を示した。

　なお、フランジ幅厚比を横軸，ウェブ幅厚比を縦軸にとった図１に示す座標軸上において、従来例Ａ（～Ｈ）から本発明例Ａ（～Ｈ）への移動距離（無名数）を各実施例ごとに算出すると、下記のようになり、本発明の実施例ＡおよびＢ（横軸：フランジ幅厚比、縦軸：ウェブ幅厚比における座標軸上での移動距離＞３０）は、Ｃ～Ｈ（同じ座標軸上での移動距離＜２５）より移動距離（無名数）が大きくなる分、すなわち、Ｈ形断面の幅と、高さとがより拡大する分、断面二次モーメント比が大きくなることがわかった。

実施例　　　従来例から本発明例への移動距離　　　断面二次モーメント比
Ａ　　　　　　　　３３．３　　　　　　　　　　　　　　１．６１
Ｂ　　　　　　　　３１．８　　　　　　　　　　　　　　１．３９
Ｃ　　　　　　　　２３．６　　　　　　　　　　　　　　１．１７
Ｄ　　　　　　　　２１．３　　　　　　　　　　　　　　１．２３
Ｅ　　　　　　　　１８．４　　　　　　　　　　　　　　１．１８
Ｆ　　　　　　　　２３．１　　　　　　　　　　　　　　１．２１
Ｇ　　　　　　　　２２．０　　　　　　　　　　　　　　１．１４
Ｈ　　　　　　　　１９．７　　　　　　　　　　　　　　１．１４

　表３に示す本実施形態の断面性能のように、本発明例Ａ～Ｈは、小梁用の圧延Ｈ形鋼として、いずれも辺・高さ比が０．５１以下、フランジ幅厚比が１１．８以上１３．８以下、ウェブ幅厚比が６４．６以上かつ６９．８以下、ウェブ厚・フランジ厚比が０．７７以上かつ０．９５以下となっている。
　また、表３における本実施形態の圧延Ｈ形鋼である本発明例Ａ～Ｈと、これに対応した従来の圧延Ｈ形鋼である従来例Ａ～Ｈを比較すると、従来例に比べて、ウェブ厚ｔ１およびフランジ厚ｔ２を小さくし、高さ寸法Ｈおよびフランジ幅である辺の寸法Ｂを大きくした本実施形態の圧延Ｈ形鋼である本発明例Ａ～Ｈでは、断面積Ａで１０％から１６％低減でき、強軸回りの断面二次モーメント（Ｉ）比で１４％から６１％性能向上でき、また、強軸回りの断面係数（Ｚ）比で同等から１７％性能向上できることがわかる。
　なお、表２－１～表２－３において、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）の最小値としては、０．３３であることがわかる。

　また、図１からわかるように、フランジ幅厚比－ウェブ幅厚比のグラフ上において、本実施形態の前記式（１），（３）～（４）の各条件を満たす本発明例Ａ～Ｈを含む圧延Ｈ形鋼１は、日本国内および外国における従来公知の圧延Ｈ形鋼の領域と明確に区別できる領域の圧延Ｈ形鋼であることがわかる（図１、６、８、１０参照。）。
　また、図２からわかるように、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）－ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）のグラフ上において、本実施形態の前記式（１），（３）～（４）の条件を満たす本発明例Ａ～Ｈを含む圧延Ｈ形鋼１は、日本国内および外国における従来公知の圧延Ｈ形鋼の領域と明確に区別できる領域の圧延Ｈ形鋼であることがわかる（図２、７、９、１１参照。）。
　また、表３および図１，２からわかるように、本実施形態のように寸法設定された圧延Ｈ形鋼１は、従来公知の圧延Ｈ形鋼の場合よりも、格段に断面性能が優れている。

　図１および表３では、鋼材の基準強度Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２の場合における本実施形態例および従来例の断面性能を示したが、次に、前記実施形態と同様に、鋼材の基準強度Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）が２３５≦Ｆ≦２７５である場合、また具体的な基準強度Ｆが２７５Ｎ／ｍｍ^２の場合における本実施形態例の断面性能について、従来例と比較して説明する。

　前記のように、小梁用の圧延Ｈ形鋼とすることにより、弾性範囲内の使用に留まることから、梁部材の必要塑性変形能力はゼロ（塑性率１．０）で十分となる。よって、フランジ幅厚比およびウェブ幅厚比は、ＪＩＳ　Ｇ　３１９２や日本国特開２００２－８８９７４号公報やＥＮ規格やＡＳＴＭ規格で示される数値範囲（フランジ幅厚比の上限１１．１、ウェブ幅厚比の上限６３．５）より大きくできる。本実施形態における圧延Ｈ形鋼１のフランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）およびウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）の上限値としては、建築基準法（平成１９年５月１８日国土交通省告示第５９６号）で定められている制限値を満足していると共にＡＩＳＣ設計基準やＢＳ設計基準、ＥＮ設計基準を満足すればよい。すなわち、引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２（鋼材の基準強度Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２）の場合には、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）は２１５／√（Ｆ）以下（すなわち１４．０以下）であり、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）は１１００／√（Ｆ）以下（すなわち７１．０以下）となることから、引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２（鋼材の基準強度Ｆが、２３５≦Ｆ≦２７５Ｎ／ｍｍ^２）で、設計用降伏応力をＦとした場合には、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）は２１５／√（Ｆ）以下とすればよく、かつウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）は１１００／√（Ｆ）以下とすればよい。
　例えば、設計用降伏応力Ｆが２７５Ｎ／ｍｍ^２である場合には、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）は２１５／√（２７５）以下（すなわち１２．９以下）とすればよく、かつウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）は１１００／√（２７５）以下（すなわち６６．０以下）とすればよい。

　前記のような鋼材の設計用降伏応力Ｆ（Ｎ／ｍｍ^２）が、２３５≦Ｆ≦２７５Ｎを満たすことを要求される本実施形態の圧延Ｈ形鋼およびその各部の寸法は、次のように設定される。

　圧延Ｈ形鋼の高さ（Ｈ）およびフランジ幅である辺の長さ（Ｂ）の関係が、
　　　（Ｂ／Ｈ）≦０．７７　・・・（６）
である引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２の圧延Ｈ形鋼であって、前記辺の長さ寸法Ｂとフランジ厚さ寸法ｔ_２との関係が、
　　　１１．１＜Ｂ／（２×ｔ_２）≦２１５／√（Ｆ）　・・・（７）
と規定される圧延Ｈ形鋼とすればよい。また、場合によっては、前記の条件を満足するものであり、かつ、前記高さ寸法Ｈとウェブ厚寸法ｔ_１と，フランジ厚さ寸法ｔ_２との関係が、
　　　６３．６＜（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）≦１１００／√（Ｆ）　・・・（８）
（ただし、Ｆは鋼材の基準強度（Ｎ／ｍｍ^２）で、２３５≦Ｆ≦２７５）と規定される圧延Ｈ形鋼とすればよい。
　また、場合によっては、前記の条件を満足し、さらに、ウェブ厚さ寸法ｔ_１とフランジ厚さ寸法ｔ_２との関係が、
　　　０．７５＜（ｔ_１／ｔ_２）＜１．０　・・・（９）
である圧延Ｈ形鋼とすればよい。

　例えば、鋼材の基準強度Ｆが２７５Ｎ／ｍｍ^２の場合について、前記のような条件で各種寸法に設定された本実施形態の各種の圧延Ｈ形鋼１を本発明例Ａ～Ｈとして表４に示す。表４に、断面寸法と、辺・高さ比（Ｂ／Ｈ）と、フランジ幅厚比Ｂ／（２×ｔ_２）と、ウェブ幅厚比（Ｈ－２×ｔ_２）／（ｔ_１）と、ウェブ厚・フランジ厚比（ｔ_１／ｔ_２）と、断面性能とを示す。また、表４に、本発明例Ａ～Ｈに対応する従来の各種の圧延Ｈ形鋼２を従来例Ａ～Ｈとして合わせて示した。また、表４に、本発明例Ａ～Ｈとこれに対応する従来例Ａ～Ｈとの、断面積比、強軸回りの断面二次モーメント比および強軸回りの断面係数比を示した。

　表４に示す本実施形態例の断面性能のように、本発明例Ａ～Ｈは、小梁用の圧延Ｈ形鋼として、いずれも辺・高さ比が０．５１以下、フランジ幅厚比が１１．３以上かつ１２．５以下、ウェブ幅厚比が５８．５以上かつ６１．０以下、ウェブ厚・フランジ厚比が０．７９以上かつ０．９０以下となっている。

　また、表４における本実施形態の圧延Ｈ形鋼である本発明例Ａ～Ｈと、これに対応した従来の圧延Ｈ形鋼である従来例Ａ～Ｈとを比較すると、従来例に比べて、ウェブ厚ｔ１およびフランジ厚ｔ２を小さくし、高さ寸法Ｈおよびフランジ幅である辺の寸法Ｂを大きくした本実施形態の圧延Ｈ形鋼の本発明例Ａ～Ｈでは、断面積Ａで５％から１０％低減でき、強軸回りの断面二次モーメント（Ｉ）比で５％から６５％性能向上でき、また、強軸回りの断面係数（Ｚ）比で同等から２０％性能向上できることがわかる。

　本実施形態の圧延Ｈ形鋼１は、細幅の小梁以外にも、細幅の梁や、中幅の小梁および梁にも適用可能である。

　本発明によれば、米国、英国、あるいは欧州並びに日本を含む主要先進諸国において規格されている圧延Ｈ形鋼よりも、小梁用として軽量化されていると共に断面性能を低下させていない圧延Ｈ形鋼を提供することができる。

　　１　　本実施形態の圧延Ｈ形鋼
　　２　　従来の圧延Ｈ形鋼
　　３　　ウェブ
　　４　　フランジ

Claims

　ウェブ及びフランジを有する圧延Ｈ形鋼であって、
　その高さ寸法をＨとし、前記フランジの幅寸法をＢとした場合に下式（１）を満たし；
　引張強さが４００～５１０Ｎ／ｍｍ^２であり；
　さらに、前記フランジの板厚寸法をｔ_２とし、この圧延Ｈ形鋼の鋼材の設計用降伏応力をＦ（Ｎ／ｍｍ^２）とした場合に下式（２），（３）を満たす；
ことを特徴とする圧延Ｈ形鋼。
　　（Ｂ／Ｈ）≦０．７７　・・・（１）
　　１１．１＜Ｂ／（２×ｔ_２）≦２１５／√（Ｆ）　・・・（２）
　　２３５≦Ｆ≦２７５　・・・（３）
　前記ウェブの板厚寸法をｔ_１とした場合に下式（４）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の圧延Ｈ形鋼。
　　６３．５＜（（Ｈ－２×ｔ_２）／ｔ_１）≦１１００／√（Ｆ）・・・（４）
　さらに前記ウェブの板厚寸法ｔ_１及び前記フランジの板厚寸法ｔ_２が、下式（５）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の圧延Ｈ形鋼。
　　０．７５＜（ｔ_１／ｔ_２）＜１．０　・・・（５）