JP7040714B2

JP7040714B2 - 鉄骨梁

Info

Publication number: JP7040714B2
Application number: JP2017206910A
Authority: JP
Inventors: 澄稲葉; 徹宇佐美; 賢二山崎
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: JP2019078102A

Description

本発明は、鉄骨梁に関する。

柱に接合されたＨ形鋼からなる梁は、地震動により生じる繰り返し変形によって、早期に端部のフランジが破断してしまうことが懸念される。

これに対して、特許文献１には、フランジ幅が一定となる一般部分と、フランジ幅を曲線状に削減した縮幅部分とを備え、縮幅部分より梁端側のフランジにフランジ幅を増大する増幅部材が設けられた鉄骨梁が開示されている。

この鉄骨梁では、フランジに設けられた増幅部材により縮幅部分を先行して降伏させて、地震動により生じる繰り返し変形に対して梁端部のフランジが早期に破断するのを抑制することができる。しかし、この鉄骨梁では、縮幅部分を形成したり、増幅部材を設けたりする加工手間が煩雑になる。

特開２００４－２７８４０号公報

本発明は係る事実を考慮し、簡易な加工によって鉄骨梁の端部の早期破断を抑制することを課題とする。

第１態様に係る鉄骨梁は、柱部材に接合されたＨ形鋼梁材と、前記Ｈ形鋼梁材のウェブに形成され、前記Ｈ形鋼梁材の端面から離れた位置から所定長さだけ前記Ｈ形鋼梁材の梁長方向へ延出したスリット部と、を有する。

第１態様に係る鉄骨梁によれば、Ｈ形鋼梁材のウェブに形成されたスリット部によりウェブの耐力を低下させることによって、Ｈ形鋼梁材の端部のフランジ破断を抑制し、スリット部が形成されたウェブの崩壊に移行させることができる。これにより、鉄骨梁の端部の早期破断を抑制することができる。

また、Ｈ形鋼梁材のウェブにスリット部を形成してウェブの耐力を低下させるので、Ｈ形鋼梁材の端部を補強する構成と比べて、簡易な加工によって鉄骨梁の端部の早期破断を抑制することができる。

第２態様に係る鉄骨梁は、第１態様の鉄骨梁において、前記スリット部の端部には、該端部を起点とする破断を抑制する破断抑制手段が設けられている。

第２態様に係る鉄骨梁によれば、破断抑制手段によってスリット部の端部を起点とする破断を抑制することにより、この破断に伴うＨ形鋼梁材のウェブ端部の耐力低下を抑制することができる。これにより、Ｈ形鋼梁材の端部の靭性の低下を抑制することができる。

第３態様に係る鉄骨梁は、第１態様の鉄骨梁において、前記スリット部は、前記Ｈ形鋼梁材の中立軸上に形成されている。

第３態様に係る鉄骨梁によれば、スリット部をＨ形鋼梁材の中立軸上に形成することにより、Ｈ形鋼梁材の端部に生じる曲げ応力度に対するスリット部による欠損の影響を小さくすることができる。

本発明は上記構成としたので、簡易な加工によって鉄骨梁の端部の早期破断を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る鉄骨梁を示す側面図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁の数値解析結果を示す線図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁の解析モデルを示す斜視図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁のバリエーションを示す側面図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁のバリエーションを示す側面図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁のバリエーションを示す側面図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁のバリエーションを示す側面図である。本発明の実施形態に係る鉄骨梁のバリエーションを示す側面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る鉄骨梁について説明する。

図１の側面図には、本実施形態の鉄骨梁としての梁部材１０が示されている。梁部材１０の端部１２は、左側に配置された柱部材１４に接合され、梁部材１０の端部１６は、右側に配置された柱部材１８に接合されている。

柱部材１４、１８は、角形鋼管により構成され、柱部材１４、１８の仕口部２０、２２の上下部には、鋼製の外ダイアフラム２４、２６が取り付けられている。また、柱部材１４、１８の仕口部２０、２２の側面には、鋼板からなるガセットプレート２８が溶接により接合されている。

梁部材１０は、上フランジ３０、下フランジ３２、及び上フランジ３０と下フランジ３２との間に設けられたウェブ３４を備えたＨ形鋼梁材３６と、スリット部３８、４０とを有して構成されている。

本実施形態において、スリット部３８、４０とは、開口長さを開口幅で割った値が１．６以上となる開口部を意味する。

スリット部３８、４０は、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部に形成され、Ｈ形鋼梁材３６の端面４２、４４から離れた位置４６、４８から所定長さだけ、Ｈ形鋼梁材３６の梁長方向５０へ、Ｈ形鋼梁材３６の中央部５２へ向かって延出している。すなわち、スリット部３８は、梁部材１０の端部１２に形成され、スリット部４０は、梁部材１０の端部１６に形成されている。

梁部材１０の端部１２、１６は、外ダイアフラム２４に上フランジ３０を溶接接合し、外ダイアフラム２６に下フランジ３２を溶接接合するとともに、ガセットプレート２８にＨ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部をボルト接合することにより、柱部材１４、１８に接合されている。

梁部材１０上には、鉄筋コンクリートによって形成された床スラブ５４が設けられている。

次に、本発明の実施形態に係る鉄骨梁の作用と効果について説明する。

本実施形態の鉄骨梁としての梁部材１０では、図１に示すように、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４に形成されたスリット部３８、４０によりウェブ３４の耐力を低下させることによって、Ｈ形鋼梁材３６の端部の上フランジ３０及び下フランジ３２の破断を抑制し、スリット部３８、４０が形成されたウェブ３４の崩壊に移行させることができる。これにより、梁部材１０の端部１２、１６の早期破断を抑制することができる。

また、本実施形態の鉄骨梁としての梁部材１０では、図１に示すように、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４にスリット部３８、４０を形成してウェブ３４の耐力を低下させるので、別途に設ける部材を必要とせずに、Ｈ形鋼梁材３６の端部を補強する構成と比べて簡易な加工によって梁部材１０の端部１２、１６の早期破断を抑制することができる。

さらに、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４に形成するスリット部３８、４０は、小さな開口なので、Ｈ形鋼梁材３６の端部に生じる曲げ応力度に対するスリット部３８、４０による欠損の影響を小さくすることができる。

また、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４に形成するスリット部３８、４０は、小さな開口なので、ガス切断などの火気を使わずに、ワイヤーソーやウォータージェットカッター等の機械的な加工によってスリット部３８、４０を形成することができる。

図２のグラフには、鉄骨梁の数値解析結果が示されている。グラフの縦軸を、梁端部に生じるモーメントＭを全塑性モーメントＭ_pで除して無次元化したモーメントとし、グラフの横軸を、梁端部に生じる部材角θを全塑性モーメント到達時の弾性部材角θ_pで除して無次元化した部材角としている。

値５６は、本実施形態の鉄骨梁としての梁部材１０の解析モデル６０（図３を参照のこと）の値であり、値５８は、比較例としての従来の鉄骨梁の解析モデル（以下、「解析モデル６２」とする）の値である。

図３の斜視図に示すように、解析モデル６０は、材料をＳＮ４９０とし、梁長を３４００mm、ウェブ３４の高さを８５０mm、ウェブ３４の厚さを１６mm、上フランジ３０及び下フランジ３２の幅を３００mm、上フランジ３０及び下フランジ３２の厚さを３６mmとしている。

また、梁部材１０のせん断スパンをＬ(不図示）、梁部材１０の梁成（＝ウェブ３４の高さ）をＤ（不図示）したときの、梁部材１０の梁端面（Ｈ形鋼梁材３６の端面４２）からスリット部３８の左端までの距離ｄ₁を０．２５Ｌ、スリット部３８の長さＬ_s1を１．０Ｄ、スリット部３８の幅ｂ_s1を０．０１Ｄとしている。

さらに、要素分割は、スリット部３８の左右に位置するウェブ３４を梁成方向に対して２分割とし、その他のウェブ３４を梁成方向に対して１８分割とし、上フランジ３０及び下フランジ３２をそれぞれ幅方向に対して１０分割としている。

また、梁部材１０の変形は、載荷点６４側を部材角１／１０radまで強制変位させるものとし、初期不整は、１０次モードまでを上フランジ３０及び下フランジ３２の厚さの１／１００で入力するものとした。

さらに、破断判定は、要素の相当塑性ひずみが引張試験の一様の伸びよりも大きくなったものを破断とした。

また、ウェブ３４の曲げ負担を０とし、スリット部３８の端部に破断が生じないものとした。

解析モデル６２（不図示）については、解析モデル６０のウェブ３４にスリット部３８が形成されていないものであり、他の条件は解析モデル６０と同様なので説明を省略する。

図２のグラフから、従来の鉄骨梁である解析モデル６２の値５８では、θ／θ_pが１０を超えたあたりで鉄骨梁が早期に破断し耐力が劣化するのに比べて、本実施形態の鉄骨梁（梁部材１０）である解析モデル６０の値５６では、θ／θ_pが１０を超えても十分な変形性能を発揮していることがわかる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図１に示すように、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部に形成されたスリット部３８、４０によりウェブ３４の耐力を低下させることによって、Ｈ形鋼梁材３６の端部の上フランジ３０及び下フランジ３２の破断を抑制し、スリット部３８、４０が形成されたウェブ３４の崩壊に移行させて、梁部材１０の端部１２、１６の早期破断を抑制する例を示したが、このような効果を得る上では、梁部材１０のせん断スパンをＬ(不図示）、梁部材１０の梁成をＤ（不図示）としたときに、スリット部３８、４０の幅ｂ_sを０．０１Ｄ以上０．１Ｄ以下とし、スリット部３８、４０の長さＬ_sを０．５Ｄ以上２．０Ｄ以下とし、梁部材１０の端面（Ｈ形鋼梁材３６の端面４２、４４）からスリット部３８、４０の一端（Ｈ形鋼梁材３６の端面４２、４４側）までの距離ｄを０．０５Ｌ以上０．３Ｌ以下とするのが好ましい。

また、本実施形態では、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部にスリット部３８、４０を形成した例を示したが、図４～８の側面図に示す鉄骨梁としての梁部材６６、６８、７０、７２、７４のように、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部にスリット部３８を形成するようにしてもよい。

図４の梁部材６６では、Ｈ形鋼梁材３６の中立軸７６上にスリット部３８が形成されている。中立軸７６は、Ｈ形鋼梁材３６の上に床スラブ５４が設けられていることによって、Ｈ形鋼梁材３６の中心軸７８よりも上方に位置している。

梁部材６６では、Ｈ形鋼梁材３６の中立軸７６上にスリット部３８を形成することにより、Ｈ形鋼梁材３６の端部に生じる曲げ応力度に対するスリット部３８による欠損の影響を小さくすることができる。

図５の梁部材６８では、Ｈ形鋼梁材３６の梁成方向８０に対して、複数（本例では、２つ）のスリット部３８が形成されている。

梁部材６８では、ウェブ３４に開口部やボルト接合部が設けられるなどして十分な長さのスリット部３８が形成できない場合に、複数のスリット部３８によって、ウェブ３４の端部の耐力を必要とする耐力まで低下させることができる。

図６の梁部材７０では、スリット部３８の端部に、この端部を起点とする破断を抑制する破断抑制手段としてのラウンド加工部８２が設けられている。ラウンド加工部８２は、スリット部３８の端部を丸く加工することによって構成されている。

梁部材７０では、ラウンド加工部８２によってスリット部３８の端部を起点とする破断を抑制することにより、この破断に伴うウェブ３４の端部の耐力低下を抑制することができる。これにより、Ｈ形鋼梁材３６の端部の靭性の低下を抑制することができる。

図７の梁部材７２では、スリット部３８の端部に、この端部を起点とする破断を抑制する破断抑制手段としてのストッピングホール部８４が設けられている。ストッピングホール部８４は、スリット部３８の端部に円形の貫通孔を形成することによって構成されている。

梁部材７２では、ストッピングホール部８４によってスリット部３８の端部を起点とする破断を抑制することにより、この破断に伴うウェブ３４の端部の耐力低下を抑制することができる。これにより、Ｈ形鋼梁材３６の端部の靭性の低下を抑制することができる。

図８の梁部材７４では、スリット部３８の端部に、この端部を起点とする破断を抑制する破断抑制手段としての余盛部８６が設けられている。余盛部８６は、スリット部３８の端部に溶接等によって余盛りをすることによって構成されている。

梁部材７４では、余盛部８６によってスリット部３８の端部を起点とする破断を抑制することにより、この破断に伴うウェブ３４の端部の耐力低下を抑制することができる。これにより、Ｈ形鋼梁材３６の端部の靭性の低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部にスリット部３８、４０を形成した例を示したが、スリット部３８、４０は、柱部材１４、１８にＨ形鋼梁材３６を接合する前に、工場や現場の加工ヤード等で形成するようにしてもよいし、柱部材１４、１８にＨ形鋼梁材３６を接合した後に形成するようにしてもよい。また、改修工事によって、柱部材１４、１８に接合されているＨ形鋼梁材３６のウェブ３４にスリット部３８、４０を形成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部にスリット部３８、４０を形成した例を示したが、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の端部の何れか一方にスリット部を形成するようにしてもよい。例えば、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の一端部にスリット部３８を形成して、他端部にスリット部を形成しないようにしてもよいし、Ｈ形鋼梁材３６のウェブ３４の一端部にスリット部を形成しないで、他端部にスリット部４０を形成するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０、６６、６８、７０、７２、７４梁部材（鉄骨梁）
１４、１８柱部材
３４ウェブ
３６Ｈ形鋼梁材
３８、４０スリット部
４２、４４端面
４６、４８位置
５０梁長方向
７６中立軸
８２ラウンド加工部（破断抑制手段）
８４ストッピングホール部（破断抑制手段）
８６余盛部（破断抑制手段）

Claims

柱部材に接合されたＨ形鋼梁材と、
前記Ｈ形鋼梁材のウェブに形成され、前記Ｈ形鋼梁材の端面から離れた位置から所定長さだけ前記Ｈ形鋼梁材の梁長方向へ延出したスリット部と、を有し、
前記Ｈ形鋼梁材のフランジのフランジ面には、切欠きを有した補強プレートが接合されていない鉄骨梁。
前記スリット部の端部には、該端部を起点とする破断を抑制する破断抑制手段としての余盛部が設けられている請求項１に記載の鉄骨梁。
前記Ｈ形鋼梁材の上には床スラブが形成されており、
前記スリット部は、前記Ｈ形鋼梁材の中心軸よりも上方に位置する中立軸上に形成されている請求項１に記載の鉄骨梁。