JP7602121B2

JP7602121B2 - Floor structure

Info

Publication number: JP7602121B2
Application number: JP2021013684A
Authority: JP
Inventors: 聡北岡; 誠明中安; 圭一佐藤; 知季小橋; 貴之平山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2024-12-18
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: JP2022117144A

Description

本発明は、床構造に関する。 The present invention relates to a floor structure.

従来、建築物の床スラブとして、コンクリート製の床スラブが広く採用されている。また、この床スラブを支える部材として、Ｈ形断面の鉄骨小梁が広く採用されている。鉄骨小梁は、床スラブの重量や床スラブの積載荷重等の鉛直荷重を支持し、これを大梁に伝達するためのもので、鉄骨小梁の両端は、いわゆるピン接合として、鉄骨小梁のウェブのみを大梁に高力ボルトにより摩擦接合するのが一般的である。また、鉄骨小梁の上フランジの上面は頭付きスタッド等のシアコネクタによって床スラブに緊結するのが一般的である。 Traditionally, concrete floor slabs have been widely used as floor slabs in buildings. In addition, H-shaped steel beams are widely used as members supporting these floor slabs. The steel beams support vertical loads such as the weight of the floor slab and the live load of the floor slab, and transmit these loads to the main beam. Both ends of the steel beams are generally friction-jointed to the main beam with high-strength bolts, so-called pin joints, with only the webs of the steel beams being friction-jointed to the main beam. In addition, the top surface of the upper flange of the steel beams is generally fastened to the floor slab with shear connectors such as headed studs.

前記のように、鉄骨小梁の両端は大梁にピン接合されるため、地震力等の水平荷重には抵抗せず、鉛直荷重のみに抵抗する。このため、鉄骨小梁の重量が大きくなるとその慣性力としての水平力が増大し、この水平力の増大に抵抗するためのさらなる耐力が大梁に必要となることから、現在、鉄骨小梁の軽量化が広く求められている。
また、鉄骨小梁のウェブには、配管等の設備を通すための貫通孔を設ける場合が多い（例えば、特許文献１参照）。 As mentioned above, because both ends of the steel beam are pin-jointed to the main girder, it does not resist horizontal loads such as earthquake forces, but only vertical loads. Therefore, as the weight of the steel beam increases, the horizontal force as inertia increases, and the main girder needs to have more strength to resist this increase in horizontal force, so there is currently a widespread demand for lighter steel beams.
Furthermore, in many cases, through holes are provided in the webs of steel beams to allow pipes and other equipment to pass through (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１３－１４２２２４号公報JP 2013-142224 A

しかし、鉄骨小梁のウェブに配管孔を設けると、配管孔の周辺が早期に損傷する可能性がある。これを防止するための措置として、貫通孔の周辺を鉄板等によって補強することや、鉄骨小梁のウェブの板厚を厚くすることが一般に行われている。しかし、貫通孔の周辺の補強用の加工に時間とコストがかかる。また、鉄骨小梁のウェブの板厚を厚くすることは、鉄骨小梁の重量が大きくなる要因となる。 However, when piping holes are provided in the webs of steel beams, there is a risk of early damage to the area around the piping holes. To prevent this, it is common to reinforce the area around the through holes with steel plates or to thicken the webs of the steel beams. However, the processing required to reinforce the area around the through holes takes time and costs money. Also, thickening the webs of steel beams increases the weight of the steel beams.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、鉄骨小梁のウェブの板厚を薄くすることで鉄骨小梁を軽量化しつつ、貫通孔の周辺の補強を不要とする床構造を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a floor structure that reduces the weight of steel beams by reducing the thickness of the webs of the steel beams, while eliminating the need for reinforcement around the through holes.

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の床構造は、ウェブ、及び前記ウェブを挟むように配置された一対のフランジを有するＨ形断面の鉄骨小梁と、前記鉄骨小梁により下方から支持された床スラブと、を備え、前記ウェブには、貫通孔が少なくとも１つ形成され、前記床スラブは、前記鉄骨小梁上で支持されたコンクリートと、前記一対のフランジの一方である上フランジに接合され、前記コンクリート内に埋設されたシアコネクタと、を有し、（１）式から（４）式を満たし、前記シアコネクタは、前記鉄骨小梁の材軸方向において、前記ウェブの前記貫通孔が形成されていない位置に対応する前記上フランジの部分に、それぞれ少なくとも１つ配置されることを特徴としている。
ただし、ｗ：前記鉄骨小梁の設計用等分布荷重（Ｎ／ｍｍ^２）、ｂ_ｃ：前記床スラブの有効幅（ｍｍ）。Ｌ：前記ウェブに前記貫通孔が１つ形成されている場合には、前記貫通孔の径（ｍｍ）であり、前記ウェブに前記貫通孔が複数形成されている場合には、前記複数の貫通孔の径の最大値（ｍｍ）である。Ｂ：前記鉄骨小梁の幅（ｍｍ）、ｔ_ｆ：前記一対のフランジそれぞれの厚さ（ｍｍ）、σ_ｙ：前記鉄骨小梁の降伏強度（Ｎ／ｍｍ^２）、ｄ_c：前記床スラブの厚さ（ｍｍ）。Ｌ_ｗ：前記ウェブに前記貫通孔が１つ形成されている場合には、前記貫通孔と前記鉄骨小梁の前記材軸方向の両端との間の距離のうち短い方（ｍｍ）であり、前記ウェブに前記複数の貫通孔が形成されている場合には、隣り合う前記貫通孔の間の距離の最小値（ｍｍ）である。ｔ_ｗ：前記ウェブの厚さ（ｍｍ）、ｄ_ｗ：前記ウェブの高さ（ｍｍ）である。 In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The floor structure of the present invention comprises a steel beam with an H-shaped cross section having a web and a pair of flanges arranged on either side of the web, and a floor slab supported from below by the steel beam, wherein at least one through hole is formed in the web, and the floor slab has concrete supported on the steel beam and a shear connector joined to an upper flange, which is one of the pair of flanges, and embedded in the concrete, satisfying equations (1) to (4), and wherein at least one shear connector is arranged in each of the portions of the upper flange corresponding to positions in the material axis direction of the steel beam where no through hole is formed in the web.
Here, w: design uniform load of the steel beam (N/ ^mm2 ), b _c : effective width of the floor slab (mm). L: diameter of the through hole (mm) when one through hole is formed in the web, and maximum value of the diameters of the through holes (mm) when multiple through holes are formed in the web. B: width of the steel beam (mm), t _f : thickness of each of the pair of flanges (mm), σ _y : yield strength of the steel beam (N/ ^mm2 ), d _c : thickness of the floor slab (mm). _{L w} : shorter of the distances between the through hole and both ends of the steel beam in the material axis direction (mm) when one through hole is formed in the web, and minimum value of the distance between the adjacent through holes (mm) when multiple through holes are formed in the web. _{t w} : thickness of the web (mm), d _w : height of the web (mm).

以下に（１）式から（４）式について解説を加える。
（１）式は、コンクリートと上フランジからなる合成断面の曲げ耐力Ｍ_ｃを表している。
（２）式は、曲げ耐力Ｍ_ｃが満たす条件を表している。具体的には、（２）式を満たすことにより、材軸方向におけるウェブに貫通孔が形成されている位置において、有効幅当たりの床スラブの質量及び設計用等分布荷重による鉛直荷重によって、コンクリートと上フランジが曲がって折れるのが防止される。 The following provides an explanation of equations (1) to (4).
Equation (1) represents the bending strength M _c of a composite section consisting of concrete and an upper flange.
Formula (2) expresses the condition that the bending strength M _c must satisfy. Specifically, by satisfying formula (2), the concrete and the upper flange are prevented from bending and breaking due to the mass of the floor slab per effective width and the vertical load due to the design uniform distributed load at the position where the through hole is formed in the web in the material axis direction.

（３）式は、隣り合う貫通孔の間や、貫通孔と鉄骨小梁の端との間でウェブが早期にせん断破壊するのを防止するための条件を表している。具体的には、（３）式を満たすことにより、材軸方向におけるウェブに貫通孔が形成されていない位置において、前記鉛直荷重によって生じるせん断力に起因してウェブがせん断破壊する前に、下フランジが降伏することが担保される。
すなわち、（２）式及び（３）式を満足することによって、ウェブの貫通孔の周辺を補強することなく、前記鉛直荷重によって生じる曲げモーメント及びせん断力に抵抗することができる。
さらに、（４）式を満足することで、ウェブの幅厚比が大きい鉄骨小梁、すなわちウェブの薄い鉄骨小梁とすることができ、鉄骨小梁の重量を抑えつつ、曲げモーメントに対する断面性能を高めることができる。
以上によれば、薄肉のウェブで軽量化した鉄骨小梁のウェブに貫通孔が形成されていても、ウェブの補強が不要な状態で鉄骨小梁を用いることができる。 Formula (3) expresses the condition for preventing early shear failure of the web between adjacent through holes or between a through hole and the end of a steel beam. Specifically, by satisfying formula (3), it is ensured that the bottom flange will yield before the web shear failure occurs due to the shear force generated by the vertical load at a position in the material axis direction where no through hole is formed in the web.
That is, by satisfying formulas (2) and (3), it is possible to resist the bending moment and shear force caused by the vertical load without reinforcing the periphery of the through hole of the web.
Furthermore, by satisfying equation (4), a steel beam with a large width-to-thickness ratio of the web, i.e., a steel beam with a thin web, can be made, thereby reducing the weight of the steel beam and improving the cross-sectional performance against bending moment.
According to the above, even if a through hole is formed in the web of a steel beam having a reduced weight due to a thin web, the steel beam can be used without requiring reinforcement of the web.

ただし、上記の効果を得るためには、ウェブの貫通孔が形成されていない位置において、床スラブのコンクリートと鉄骨小梁の上フランジが一体的に挙動する必要があり、このためにシアコネクタは、前記材軸方向において、ウェブの貫通孔が形成されていない位置に対応する上フランジの部分に、それぞれ少なくとも１つ配置されなければならない。 However, to achieve the above effect, the concrete of the floor slab and the upper flange of the steel beam must behave as a single unit in the locations where no web through holes are formed, and for this reason, at least one shear connector must be placed in each of the parts of the upper flange that correspond to the locations where no web through holes are formed in the material axis direction.

また、前記床構造において、前記鉄骨小梁は、溶接組立Ｈ形鋼であってもよい。
この発明によれば、フランジの板厚に依存することなくウェブの板厚を薄くすることができ、鉄骨小梁を軽量化することができる。 In the floor structure, the steel beams may be welded H-shaped steel beams.
According to this invention, the thickness of the web can be made thin without depending on the thickness of the flange, and the weight of the steel beam can be reduced.

本発明の床構造によれば、鉄骨小梁のウェブの板厚を薄くすることで鉄骨小梁を軽量化しつつ、貫通孔の周辺の補強を不要にすることができる。 The floor structure of the present invention can reduce the weight of the steel beams by reducing the thickness of the webs of the steel beams, while eliminating the need for reinforcement around the through holes.

本発明の一実施形態の床構造を備える建築物の斜視図である。1 is a perspective view of a building equipped with a floor structure according to one embodiment of the present invention. 図１中の切断線Ａ１－Ａ１の断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 1. 前記床構造における鉄骨小梁の材軸方向に直交する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the material axis direction of a steel beam in the floor structure. 検討を行う際に用いた実施例の床構造を側面視した断面を模式的に示す図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a floor structure of an embodiment used in the study, as viewed from the side. 同床構造の平面図である。FIG. 比較例の床構造を側面視した断面図を模式的に示す図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional side view of a floor structure of a comparative example. 実施例の床構造の解析モデルの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an analytical model of the floor structure of the embodiment. 比較例の床構造の解析モデルの斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of an analytical model of a floor structure of a comparative example. 実施例の床構造の解析結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an analysis result of a floor structure in an embodiment. 比較例の床構造の解析結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an analysis result of a floor structure of a comparative example. 鉄骨小梁の材軸方向の中央におけるたわみに対する、設計用等分布荷重の変化を示す図である。This figure shows the change in design uniformly distributed load relative to the deflection at the center of the steel beam's axial direction. 本発明の一実施形態の変形例における床構造を側面視した断面を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a cross section of a floor structure in a modified example of one embodiment of the present invention as viewed from the side.

以下、本発明に係る床構造、床構造の設計方法、及び床構造の施工方法の一実施形態を、図１から図１２を参照しながら説明する。
なお、以下では床構造の設計方法を単に設計方法と言い、床構造の施工方法を単に施工方法と言う。 Hereinafter, an embodiment of a floor structure, a method for designing a floor structure, and a method for constructing a floor structure according to the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 12 .
In the following, the design method of the floor structure will be simply referred to as the design method, and the construction method of the floor structure will be simply referred to as the construction method.

〔１．床構造の構成〕
図１に示すように、床構造２は建築物１に用いられる。なお、図１では、後述する床スラブ４０を二点鎖線で示している。
図１及び図２に示すように、床構造２は、複数の柱部材１０と、複数の大梁１５と、複数の鉄骨小梁２５と、配管３５と、床スラブ４０と、を備える。
なお、床構造２は、複数の柱部材１０、複数の大梁１５、及び配管３５を備えなくてもよい。 [1. Floor structure configuration]
As shown in Fig. 1, a floor structure 2 is used in a building 1. In Fig. 1, a floor slab 40, which will be described later, is indicated by a two-dot chain line.
As shown in FIGS. 1 and 2 , the floor structure 2 includes a plurality of column members 10 , a plurality of girders 15 , a plurality of steel beams 25 , piping 35 , and a floor slab 40 .
In addition, the floor structure 2 does not necessarily have to include multiple column members 10, multiple girders 15, and piping 35.

複数の柱部材１０は、鉄骨製、ＲＣ（Reinforced Concrete）製、ＳＲＣ（Steel Reinforced Concrete）製、ＣＦＴ（Concrete Filled steel Tube）製等である。例えば、複数の柱部材１０は、上下方向に沿って延びる。複数の柱部材１０は、平面視で格子を形成する複数の直線の交点上（格子状）に配置される。
例えば、大梁１５はＨ形鋼製である。大梁１５は、水平面に沿う方向に延びる。大梁１５は、第１ウェブ１６と、第１上フランジ１７と、第１下フランジ１８と、を有する。複数の大梁１５は、複数の柱部材１０に架設される。複数の大梁１５は、平面視で額縁状に配置され、所定の領域を取り囲んでいる。
大梁１５の第１ウェブ１６等には、ガセットプレート１９が溶接等により接合される（図２参照）。 The plurality of column members 10 are made of steel, reinforced concrete (RC), steel reinforced concrete (SRC), concrete filled steel tubes (CFT), etc. For example, the plurality of column members 10 extend in the up-down direction. The plurality of column members 10 are arranged on the intersections of a plurality of straight lines that form a grid in a plan view (in a grid pattern).
For example, the girder 15 is made of H-shaped steel. The girder 15 extends in a direction along a horizontal plane. The girder 15 has a first web 16, a first upper flange 17, and a first lower flange 18. The multiple girder 15 is installed on the multiple column members 10. The multiple girder 15 is arranged in a frame shape in a plan view, surrounding a predetermined area.
A gusset plate 19 is joined to the first web 16 of the girder 15 by welding or the like (see FIG. 2).

鉄骨小梁２５は、水平面に沿う、鉄骨小梁２５の材軸方向Ｚに延びる。鉄骨小梁２５は、Ｈ形鋼製であり、材軸方向Ｚに直交する断面はＨ形である。鉄骨小梁２５は、複数の鋼帯を互いに溶接接合することにより製造した溶接組立Ｈ形鋼（溶接組立Ｈ形断面）であることが好ましい。
鉄骨小梁２５は、第２ウェブ（ウェブ）２６と、第２上フランジ（フランジ、上フランジ）２７と、第２下フランジ（フランジ）２８と、を有する。
図２に示すように、第２ウェブ２６は、第２ウェブ２６の厚さ方向に見たときに矩形を呈する平板状に形成される。第２ウェブ２６は、第２ウェブ２６の厚さ方向が水平面に沿うように配置される。第２ウェブ２６には、貫通孔２６ａが複数形成される。複数の貫通孔２６ａは、材軸方向Ｚに互いに間隔を空けて配置される。第２ウェブ２６の厚さ方向に見たときに、各貫通孔２６ａは円形状を呈している。
なお、第２ウェブ２６の厚さ方向に見たときの貫通孔２６ａの形状は、円形状に限定されず、矩形状等でもよい。第２ウェブ２６には複数の貫通孔２６ａが形成されるが、第２ウェブ２６は、公知の補強材により補強されない。すなわち、第２ウェブ２６における貫通孔２６ａの周囲に補強材を接合して、第２ウェブ２６における貫通孔２６ａの周囲の強度を高めることはしない。 The steel beam 25 extends in the material axis direction Z of the steel beam 25 along the horizontal plane. The steel beam 25 is made of H-shaped steel, and the cross section perpendicular to the material axis direction Z is H-shaped. The steel beam 25 is preferably a welded and assembled H-shaped steel (welded and assembled H-shaped cross section) manufactured by welding and joining a plurality of steel strips to each other.
The steel beam 25 has a second web (web) 26 , a second upper flange (flange, upper flange) 27 , and a second lower flange (flange) 28 .
As shown in Fig. 2, the second web 26 is formed in a flat plate shape that has a rectangular shape when viewed in the thickness direction of the second web 26. The second web 26 is arranged so that the thickness direction of the second web 26 is along a horizontal plane. A plurality of through holes 26a are formed in the second web 26. The plurality of through holes 26a are arranged at intervals in the material axis direction Z. When viewed in the thickness direction of the second web 26, each through hole 26a has a circular shape.
The shape of the through holes 26a when viewed in the thickness direction of the second web 26 is not limited to a circular shape, and may be a rectangular shape, etc. Although a plurality of through holes 26a are formed in the second web 26, the second web 26 is not reinforced with a known reinforcing material. In other words, a reinforcing material is not bonded to the periphery of the through holes 26a in the second web 26 to increase the strength of the periphery of the through holes 26a in the second web 26.

フランジ２７，２８は、平板状に形成され、フランジ２７，２８の厚さ方向が上下方向に沿うようにそれぞれ配置される。第２下フランジ２８は、第２上フランジ２７よりも下方に配置される。フランジ２７，２８は、第２ウェブ２６を上下方向に挟むように配置される。第２ウェブ２６は、第２上フランジ２７の下面における幅方向の中心と、第２下フランジ２８の上面における幅方向の中心とを連結する。 The flanges 27, 28 are formed in a flat plate shape, and are arranged so that the thickness direction of the flanges 27, 28 is along the vertical direction. The second lower flange 28 is arranged below the second upper flange 27. The flanges 27, 28 are arranged so as to sandwich the second web 26 in the vertical direction. The second web 26 connects the center of the width of the lower surface of the second upper flange 27 to the center of the width of the upper surface of the second lower flange 28.

ここで、図３に示すように、鉄骨小梁２５の材軸方向Ｚに直交する断面における寸法等を規定する。
第２ウェブ２６の厚さを、ｔ_ｗ（ｍｍ）と規定する。第２ウェブ２６の幅（第２ウェブ２６のせい（高さ））を、ｄ_ｗ（ｍｍ）と規定する。フランジ２７，２８それぞれの厚さを、ｔ_ｆ（ｍｍ）と規定する。鉄骨小梁２５の梁せいを、Ｈ（ｍｍ）と規定する。鉄骨小梁２５の幅を、Ｂ（ｍｍ）と規定する。
第２ウェブ２６の幅厚比は、８０より大きく１６０以下である。第２ウェブ２６の幅厚比は、第２ウェブ２６の厚さｔ_ｗに対する第２ウェブ２６の幅ｄ_ｗの比（ｄ_ｗ／ｔ_ｗ）である。
第２ウェブ２６の厚さｔ_ｗは、３．２ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。フランジ２７，２８それぞれの厚さｔ_ｆは、４．５ｍｍ以上１６ｍｍ以下であることが好ましい。第２ウェブ２６の幅厚比は、（１０）式を満たすことが好ましい。 Here, as shown in FIG. 3, dimensions etc. of the steel beam 25 in a cross section perpendicular to the material axis direction Z are defined.
The thickness of the second web 26 is defined as t _w (mm). The width of the second web 26 (depth (height) of the second web 26) is defined as d _w (mm). The thickness of each of the flanges 27, 28 is defined as t _f (mm). The depth of the steel beam 25 is defined as H (mm). The width of the steel beam 25 is defined as B (mm).
The width-thickness ratio of the second web 26 is greater than 80 and not greater than 160. The width-thickness ratio of the second web 26 is the ratio of the width d _w of the second web 26 to the thickness t _w of the second web 26 (d _w /t _w ).
The thickness t _w of the second web 26 is preferably 3.2 mm or more and 6 mm or less. The thickness t _f of each of the flanges 27, 28 is preferably 4.5 mm or more and 16 mm or less. The width-thickness ratio of the second web 26 preferably satisfies formula (10).

図２に示すように、複数の貫通孔２６ａの最大の孔径（複数の貫通孔２６ａの径の最大値）を、Ｌ（ｍｍ）と規定する。材軸方向Ｚに隣り合う複数の貫通孔２６ａ間の距離の最小値を、Ｌ_ｗと規定する。
鉄骨小梁２５の降伏強度を、σ_ｙ（Ｎ／ｍｍ^２）と規定する。 2, the maximum diameter of the through holes 26a (the maximum value of the diameters of the through holes 26a) is defined as L (mm). The minimum value of the distance between the through holes 26a adjacent to each other in the material axis direction Z is defined as _Lw .
The yield strength of the steel beam 25 is defined as σ _y (N/mm ² ).

材軸方向Ｚにおいて、第２ウェブ２６における貫通孔２６ａが形成されていない位置を、非形成ウェブ位置Ｐ１と言う。図２において、非形成ウェブ位置Ｐ１にハッチングを付して示す。
材軸方向Ｚにおいて、非形成ウェブ位置Ｐ１に対応する第２上フランジ２７の部分を、非形成上フランジ部分Ｐ２と言う。非形成上フランジ部分Ｐ２は、第２上フランジ２７において、非形成ウェブ位置Ｐ１とは材軸方向Ｚの位置が同じ部分を意味する。図２において、非形成上フランジ部分Ｐ２にハッチングを付して示す。 In the material axis direction Z, a position in the second web 26 where the through holes 26a are not formed is referred to as a non-formed web position P1. In Fig. 2, the non-formed web position P1 is indicated by hatching.
A portion of the second upper flange 27 corresponding to the non-formed web position P1 in the material axis direction Z is referred to as a non-formed upper flange portion P2. The non-formed upper flange portion P2 refers to a portion of the second upper flange 27 that is located at the same position in the material axis direction Z as the non-formed web position P1. In Figure 2, the non-formed upper flange portion P2 is shown with hatching.

図１及び図２に示すように、複数の鉄骨小梁２５は、複数の大梁１５で取り囲んだ内側（複数の大梁１５で取り囲んだ領域内）に設けられる。複数の鉄骨小梁２５は、互いに間隔を空けて並べて配置される。
複数の鉄骨小梁２５の両端部は、複数の大梁１５に架設される。複数の鉄骨小梁２５は、複数の大梁１５にピン接合される。具体的には、図２に示すように、鉄骨小梁２５の第２ウェブ２６とガセットプレート１９とが、高力ボルト等を含む締結部材２９により互いに接合される。上下方向において、第２上フランジ２７、及び大梁１５の第１上フランジ１７は、互いに同等の位置に配置されている。第２下フランジ２８は、大梁１５の第１下フランジ１８よりも上方に配置される。すなわち、鉄骨小梁２５の梁せいＨは、大梁１５の梁せいよりも小さい。しかし、本実施形態では、鉄骨小梁２５の断面性能を高めるために、鉄骨小梁２５の梁せいＨは、大梁１５の梁せいに近い大きさである。
フランジ２７，２８は、大梁１５のフランジ１７，１８にそれぞれ接合されない。 1 and 2, the plurality of steel frame girders 25 are provided inside the area surrounded by the plurality of girders 15 (within the area surrounded by the plurality of girders 15). The plurality of steel frame girders 25 are arranged side by side with intervals between each other.
Both ends of the steel beams 25 are supported by the girders 15. The steel beams 25 are pin-jointed to the girders 15. Specifically, as shown in FIG. 2, the second web 26 of the steel beam 25 and the gusset plate 19 are joined to each other by fastening members 29 including high-strength bolts or the like. In the vertical direction, the second upper flange 27 and the first upper flange 17 of the girder 15 are disposed at equal positions. The second lower flange 28 is disposed above the first lower flange 18 of the girder 15. That is, the beam depth H of the steel beam 25 is smaller than the beam depth of the girder 15. However, in this embodiment, in order to improve the cross-sectional performance of the steel beam 25, the beam depth H of the steel beam 25 is close to the beam depth of the girder 15.
The flanges 27, 28 are not joined to the flanges 17, 18 of the girder 15, respectively.

例えば、配管３５は、鋼管製である。図１及び図２に示すように、配管３５の外径、及び鉄骨小梁２５の貫通孔２６ａの径は、互いに同等である。配管３５は、鉄骨小梁２５の貫通孔２６ａ内に配置される。 For example, the piping 35 is made of a steel pipe. As shown in Figures 1 and 2, the outer diameter of the piping 35 and the diameter of the through hole 26a of the steel beam 25 are equal to each other. The piping 35 is disposed in the through hole 26a of the steel beam 25.

図２に示すように、床スラブ４０は、複数の大梁１５及び複数の鉄骨小梁２５の上方に設けられる。床スラブ４０は、複数の大梁１５の第１上フランジ１７及び複数の鉄骨小梁２５の第２上フランジ２７により、床スラブ４０の下方から支持される。本実施形態では、床スラブ４０はコンクリート床スラブである。床スラブ４０は、コンクリート４１と、シアコネクタ４２と、を備える。
コンクリート４１は、厚さ方向が上下方向に沿う平板状に形成される。コンクリート４１は、大梁１５の第１上フランジ１７及び鉄骨小梁２５の第２上フランジ２７上で、コンクリート４１の下方から第１上フランジ１７及び第２上フランジ２７によりそれぞれ支持される。 As shown in Fig. 2, the floor slab 40 is provided above the multiple girders 15 and the multiple steel girders 25. The floor slab 40 is supported from below by the first upper flanges 17 of the multiple girders 15 and the second upper flanges 27 of the multiple steel girders 25. In this embodiment, the floor slab 40 is a concrete floor slab. The floor slab 40 includes concrete 41 and a shear connector 42.
The concrete 41 is formed into a flat plate shape with its thickness direction aligned in the vertical direction. The concrete 41 is supported on the first upper flange 17 of the main girder 15 and the second upper flange 27 of the steel beam 25 from below the concrete 41 by the first upper flange 17 and the second upper flange 27, respectively.

例えば、シアコネクタ４２は、頭付きスタッドである。床スラブ４０は、シアコネクタ４２を複数備えている。複数のシアコネクタ４２の下端は、大梁１５の第１上フランジ１７及び鉄骨小梁２５の第２上フランジ２７の上面に、互いに間隔を空けて接合される。シアコネクタ４２は、コンクリート４１内に埋設される。
複数のシアコネクタ４２は、非形成上フランジ部分Ｐ２に、それぞれ少なくとも１つ配置される。ここで非形成上フランジ部分Ｐ２に少なくとも１つのシアコネクタ４２が配置されているとは、少なくとも１つのシアコネクタ４２の下端全体が非形成上フランジ部分Ｐ２に接合されていることを意味する。
本実施形態では、第２上フランジ２７における非形成上フランジ部分Ｐ２以外の部分Ｐ３にも、シアコネクタ４２が配置されている。しかし、床構造２において、部分Ｐ３にシアコネクタ４２が配置されていることは、必須の構成ではない。 For example, the shear connector 42 is a headed stud. The floor slab 40 includes a plurality of shear connectors 42. The lower ends of the plurality of shear connectors 42 are joined to the upper surfaces of the first upper flange 17 of the main girder 15 and the second upper flange 27 of the steel beam 25 at intervals from each other. The shear connectors 42 are embedded in the concrete 41.
At least one of the multiple shear connectors 42 is disposed on each of the non-formed upper flange portions P2. Here, "at least one shear connector 42 is disposed on the non-formed upper flange portion P2" means that the entire lower end of at least one shear connector 42 is joined to the non-formed upper flange portion P2.
In this embodiment, the shear connector 42 is also arranged in a portion P3 other than the non-formed upper flange portion P2 of the second upper flange 27. However, in the floor structure 2, it is not essential that the shear connector 42 is arranged in the portion P3.

ここで、床スラブ４０の厚さを、ｄ_ｃ（ｍｍ）と規定する。床スラブ４０の有効幅を、ｂ_ｃ（ｍｍ）と規定する。鉄骨小梁２５の設計用等分布荷重を、ｗ（Ｎ／ｍｍ^２）と規定する。
複数の大梁１５で取り囲んだ内側に複数の鉄骨小梁２５が配置される場合には、有効幅ｂ_ｃは複数の鉄骨小梁２５のピッチである。複数の大梁１５で取り囲んだ内側に１つの鉄骨小梁２５が配置される場合には、有効幅ｂ_ｃは鉄骨小梁２５に対して平行に配置された対向する１対の大梁の間隔の１／２である。
例えば、設計用等分布荷重ｗは、有効幅ｂ_ｃあたりの床スラブ４０の重量、鉄骨小梁２５の重量、及び床構造２が用いられる部屋の種類に応じて建築基準法に基づいて定められる積載荷重の和である。部屋の種類は、例えば事務室である。この場合、積載荷重は、２９００Ｎ／ｍ^２である。 Here, the thickness of the floor slab 40 is defined as _dc (mm), the effective width of the floor slab 40 is defined as _bc (mm), and the design uniformly distributed load of the steel beam 25 is defined as w (N/ ^mm2 ).
When multiple steel girders 25 are arranged inside surrounded by multiple girders 15, the effective width b _c is the pitch of the multiple steel girders 25. When one steel girder 25 is arranged inside surrounded by multiple girders 15, the effective width b _c is 1/2 the distance between a pair of opposing girders arranged parallel to the steel girders 25.
For example, the design uniformly distributed load w is the sum of the weight of the floor slab 40 per effective width b _c , the weight of the steel beam 25, and the live load determined based on the Building Standards Act according to the type of room in which the floor structure 2 is used. The type of room is, for example, an office. In this case, the live load is 2900 N/m ² .

〔２．床構造における、小梁の第２ウェブの補強についての検討〕
以下では、第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されていても、第２ウェブ２６の補強が不要な床構造２の仕様について検討した結果について説明する。 [2. Consideration of reinforcement of the second web of the sub-beam in the floor structure]
Below, the results of examining the specifications of a floor structure 2 that does not require reinforcement of the second web 26 even if a through hole 26a is formed in the second web 26 will be described.

床スラブ４０に対して下方に向かって荷重が作用すると、床構造２には曲げモーメント及びせん断力が作用する。第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されていても、第２ウェブ２６を補強することなく、これら曲げモーメント及びせん断力に耐えられる床構造２の仕様について、それぞれ検討を行った。
検討を行う際に用いた実施例の床構造２の構成を、図４及び図５に示す。鉄骨小梁２５における材軸方向Ｚの両端は、鉄骨小梁２５の幅方向に沿う軸回りに回転可能、かつ材軸方向Ｚに移動可能に支持される。
図４中には、床構造２における一部の非形成ウェブ位置Ｐ１及び非形成上フランジ部分Ｐ２を示す。複数のシアコネクタ４２は、非形成上フランジ部分Ｐ２に、それぞれ１つ配置される。 When a downward load acts on the floor slab 40, a bending moment and a shear force act on the floor structure 2. Even if the second web 26 has the through hole 26a formed therein, the specifications of the floor structure 2 that can withstand the bending moment and the shear force without reinforcing the second web 26 were examined.
The configuration of the floor structure 2 of the embodiment used in the study is shown in Figures 4 and 5. Both ends of the steel beam 25 in the material axis direction Z are supported so as to be rotatable around an axis along the width direction of the steel beam 25 and to be movable in the material axis direction Z.
4 shows a portion of an unformed web position P1 and an unformed upper flange portion P2 in the floor structure 2. A plurality of shear connectors 42 are disposed in each of the unformed upper flange portions P2.

図６に、比較例の床構造２Ａを側面視した断面を模式的に示す。床構造２Ａは、床構造２に対してシアコネクタ４２が配置される位置のみが異なる。床構造２Ａでは、シアコネクタ４２は、第２上フランジ２７における、貫通孔２６ａの中心の上方に位置する部分に配置される。 Figure 6 shows a schematic side cross section of floor structure 2A of the comparative example. Floor structure 2A differs from floor structure 2 only in the position where the shear connector 42 is placed. In floor structure 2A, the shear connector 42 is placed in a portion of the second upper flange 27 that is located above the center of the through hole 26a.

〔２．１．床構造に曲げモーメントが作用する場合についての検討〕
第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されている場合には、床構造２に曲げモーメントが作用すると、第２ウェブ２６により曲げモーメントに耐えることが期待できなくなる。このため、シアコネクタ４２で結合されて一体に挙動するコンクリート４１及び第２上フランジ２７が、この曲げモーメントに耐える条件を検討した。
ここで、（１１）式による、コンクリート４１及び第２上フランジ２７の曲げ耐力Ｍ_ｃ（Ｎｍｍ）を規定する。 [2.1. Consideration of cases where bending moments act on floor structures]
In the case where the through hole 26a is formed in the second web 26, when a bending moment acts on the floor structure 2, it is not possible to expect the second web 26 to withstand the bending moment. For this reason, the conditions under which the concrete 41 and the second upper flange 27, which are connected by the shear connector 42 and behave as a single unit, can withstand this bending moment were examined.
Here, the bending strength M _c (Nmm) of the concrete 41 and the second upper flange 27 is defined by formula (11).

なお、曲げ耐力Ｍ_ｃを求める（１１）式は、鉄骨小梁２５の第２上フランジ２７が引張降伏するという条件から略算として導かれるものである。
曲げ耐力Ｍ_ｃが（１２）式を満たすことにより、コンクリート４１及び第２上フランジ２７が、材軸方向Ｚにおいて貫通孔２６ａが形成された部分で曲がって折れるのが防止される。 Incidentally, the formula (11) for calculating the bending strength M _c is an approximate calculation derived from the condition that the second upper flange 27 of the steel beam 25 is in tension yield.
When the bending strength M _c satisfies formula (12), the concrete 41 and the second upper flange 27 are prevented from bending and breaking in the portion where the through hole 26 a is formed in the material axis direction Z.

なお、（１２）式は、第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されている位置に作用する鉛直等分布荷重（例えば、設計用等分布荷重ｗ）によってコンクリート４１と第２上フランジ２７からなる合成断面が曲げ降伏しないという条件から導かれる。 Equation (12) is derived from the condition that the composite cross section consisting of the concrete 41 and the second upper flange 27 does not yield in bending due to a uniformly distributed vertical load (e.g., the design uniformly distributed load w) acting on the position where the through hole 26a is formed in the second web 26.

〔２．２．床構造にせん断力が作用する場合についての検討〕
第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されている場合であっても、実施例の床構造２では、シアコネクタ４２が非形成上フランジ部分Ｐ２とコンクリート４１とを接合している。このため、（１３）式を満たすことにより、このせん断力により、非形成ウェブ位置Ｐ１がせん断降伏する前に、第２下フランジ２８が降伏する。 [2.2. Consideration of the case where shear force acts on floor structure]
Even when the through hole 26a is formed in the second web 26, in the floor structure 2 of the embodiment, the shear connector 42 connects the non-formed upper flange portion P2 to the concrete 41. Therefore, by satisfying formula (13), the second lower flange 28 yields due to this shear force before the non-formed web position P1 shear yields.

なお、（１３）式は、非形成ウェブ位置Ｐ１の第２ウェブ２６のせん断降伏耐力が上下フランジ２７，２８の引張降伏耐力を上回る条件として導かれる。 Note that equation (13) is derived as the condition under which the shear yield strength of the second web 26 at the non-formed web position P1 exceeds the tensile yield strength of the upper and lower flanges 27, 28.

〔３．シミュレーションによる検証〕
実施例の床構造２及び比較例の床構造２Ａにおいて、鉄骨小梁２５の第２ウェブ２６における補強の要否について、シミュレーションにより検証した。
床構造２の解析モデルを図７に示し、床構造２Ａの解析モデルを図８に示す。なお、図７及び図８ではコンクリート４１は示していない。
図５に示すように、床構造２，２Ａの材軸方向Ｚの長さを、６８００ｍｍとする。床構造２，２Ａの幅（有効幅ｂ_ｃ）を、３０００ｍｍとする。貫通孔２６ａの径を、６００ｍｍとする。貫通孔２６ａのピッチＬを、８００ｍｍとする。シアコネクタ４２のピッチは、８００ｍｍとなる。鉄骨小梁２５の梁せいＨを、７００ｍｍとする。床スラブ４０の厚さｄ_ｂを、１５０ｍｍとする。鉄骨小梁２５の断面形状を、BH-700x175x4.5x9とする。
床構造２，２Ａの相当応力及び変位を、ＦＥＭ（Finite Element Method）解析により求めた。解析結果の一例を、図９及び図１０に示す。比較例の床構造２Ａに比べて実施例の床構造２では、相当応力及び変位がそれぞれ小さくなることが分かった。 [3. Verification by simulation]
In the floor structure 2 of the embodiment and the floor structure 2A of the comparative example, the necessity of reinforcement in the second web 26 of the steel beam 25 was verified by simulation.
An analytical model of the floor structure 2 is shown in Fig. 7, and an analytical model of the floor structure 2A is shown in Fig. 8. Note that concrete 41 is not shown in Figs. 7 and 8.
As shown in Fig. 5, the length of the floor structure 2, 2A in the material axis direction Z is 6800 mm. The width (effective width b _c ) of the floor structure 2, 2A is 3000 mm. The diameter of the through hole 26a is 600 mm. The pitch L of the through hole 26a is 800 mm. The pitch of the shear connector 42 is 800 mm. The beam depth H of the steel beam 25 is 700 mm. The thickness d _b of the floor slab 40 is 150 mm. The cross-sectional shape of the steel beam 25 is BH-700x175x4.5x9.
The equivalent stress and displacement of the floor structures 2 and 2A were obtained by FEM (Finite Element Method) analysis. An example of the analysis result is shown in Figures 9 and 10. It was found that the equivalent stress and displacement of the floor structure 2 of the example were smaller than those of the floor structure 2A of the comparative example.

図１１には、鉄骨小梁２５の材軸方向Ｚの中央におけるたわみに対する、設計用等分布荷重ｗの変化を示す。実線による線Ｌ１は、床構造２における結果を表す。点線による線Ｌ２は、床構造２Ａにおける結果を表す。
一定の設計用等分布荷重ｗに対して、床構造２Ａに比べて、床構造２では、鉄骨小梁２５の材軸方向Ｚの中央におけるたわみが小さくなることが分かった。 11 shows the change in the design uniformly distributed load w with respect to the deflection at the center of the steel beam 25 in the material axis direction Z. The solid line L1 represents the results for the floor structure 2. The dotted line L2 represents the results for the floor structure 2A.
It was found that for a constant design uniformly distributed load w, the deflection at the center of the steel beam 25 in the material axis direction Z is smaller in floor structure 2 than in floor structure 2A.

図１２に示す変形例の床構造２Ｂでは、第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが１つ形成されている。この場合には、貫通孔２６ａの径を、Ｌ（ｍｍ）と規定する。材軸方向Ｚにおいて、貫通孔２６ａと第２ウェブ２６（鉄骨小梁２５）の材軸方向Ｚの端との間の距離のうち短い方を、Ｌ_ｗ（ｍｍ）と規定する。 In the floor structure 2B of the modified example shown in Fig. 12, one through hole 26a is formed in the second web 26. In this case, the diameter of the through hole 26a is defined as L (mm). In the material axis direction Z, the shorter of the distances between the through hole 26a and the end of the material axis direction Z of the second web 26 (steel beam 25) is defined as _Lw (mm).

以上説明したように、本実施形態の床構造２，２Ｂによれば、（１１）式は、コンクリート４１と第２上フランジ２７からなる合成断面の曲げ耐力Ｍ_ｃを表している。（１２）式は、曲げ耐力Ｍ_ｃが満たす条件を表している。具体的には、（１２）式を満たすことにより、非形成ウェブ位置Ｐ１において、有効幅当たりの床スラブ４０の質量及び設計用等分布荷重ｗによる鉛直荷重によって、コンクリート４１と第２上フランジ２７が曲がって折れるのが防止される。 As described above, according to the floor structures 2 and 2B of the present embodiment, formula (11) represents the bending strength M _c of the composite section consisting of the concrete 41 and the second upper flange 27. Formula (12) represents the condition that the bending strength M _c must satisfy. Specifically, by satisfying formula (12), the concrete 41 and the second upper flange 27 are prevented from bending and breaking at the non-formed web position P1 due to the mass of the floor slab 40 per effective width and the vertical load due to the design uniformly distributed load w.

（１３）式は、隣り合う貫通孔２６ａの間で第２ウェブ２６が早期にせん断破壊するのを防止するための条件を表している。具体的には、（１３）式を満たすことにより、非形成ウェブ位置Ｐ１において、前記鉛直荷重によって生じるせん断力に起因して第２ウェブ２６がせん断破壊する前に、第２下フランジ２８が降伏することが担保される。
すなわち、（１２）式及び（１３）式を満足することによって、第２ウェブ２６の貫通孔２６ａの周辺を補強することなく、前記鉛直荷重によって生じる曲げモーメント及びせん断力に抵抗することができる。
さらに、（１０）式を満足することで、第２ウェブ２６の幅厚比が大きい鉄骨小梁、すなわちウェブの薄い鉄骨小梁とすることができ、鉄骨小梁２５の重量を抑えつつ、曲げモーメントに対する断面性能を高めることができる。
以上によれば、薄肉の第２ウェブ２６で軽量化した鉄骨小梁２５の第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されていても、第２ウェブ２６の補強が不要な状態で鉄骨小梁２５を用いることができる。 Formula (13) represents a condition for preventing early shear failure of the second web 26 between the adjacent through holes 26 a. Specifically, by satisfying formula (13), it is ensured that the second lower flange 28 yields at the non-forming web position P1 before the second web 26 shears and fails due to the shear force generated by the vertical load.
In other words, by satisfying formulas (12) and (13), it is possible to resist the bending moment and shear force caused by the vertical load without reinforcing the periphery of the through hole 26a of the second web 26.
Furthermore, by satisfying equation (10), a steel beam with a large width-to-thickness ratio of the second web 26, i.e., a steel beam with a thin web, can be made, and the cross-sectional performance against bending moment can be improved while reducing the weight of the steel beam 25.
As described above, even if a through hole 26a is formed in the second web 26 of a steel beam 25 which has been made lighter by the thin-walled second web 26, the steel beam 25 can be used without requiring reinforcement of the second web 26.

鉄骨小梁２５の第２ウェブ２６は、補強材により補強されない。このため、第２ウェブ２６に貫通孔２６ａが形成されている場合に、補強材による第２ウェブ２６の補強が確実に不要な状態で鉄骨小梁２５を用いることができる。
鉄骨小梁２５は、溶接組立Ｈ形鋼である。従って、フランジ２７，２８の板厚に依存することなく第２ウェブ２６の板厚を薄くすることができ、鉄骨小梁２５を軽量化することができる。 The second web 26 of the steel beam 25 is not reinforced by a reinforcing material. Therefore, when the through hole 26a is formed in the second web 26, the steel beam 25 can be used without necessarily reinforcing the second web 26 with a reinforcing material.
The steel beam 25 is a welded H-shaped steel. Therefore, the thickness of the second web 26 can be made thin without depending on the thickness of the flanges 27, 28, and the steel beam 25 can be made lighter.

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。 One embodiment of the present invention has been described above in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and configuration changes, combinations, deletions, etc. are also included within the scope of the gist of the present invention.

２，２Ｂ床構造
２５鉄骨小梁
２６第２ウェブ（ウェブ）
２６ａ貫通孔
２７第２上フランジ（フランジ、上フランジ）
２８第２下フランジ（フランジ）
４０床スラブ
４１コンクリート
４２シアコネクタ 2, 2B Floor structure 25 Steel beam 26 Second web (web)
26a Through hole 27 Second upper flange (flange, upper flange)
28 Second lower flange (flange)
40 Floor slab 41 Concrete 42 Shear connector

Claims

A steel beam having an H-shaped cross section and a pair of flanges arranged to sandwich the web;
A floor slab supported from below by the steel beams;
Equipped with
The web has at least one through hole formed therein;
The floor slab is
Concrete supported on the steel beams;
A shear connector joined to an upper flange, which is one of the pair of flanges, and embedded in the concrete;
having
Formulas (1) to (4) are satisfied,
A floor structure in which at least one shear connector is arranged in each of the portions of the upper flange corresponding to positions in the material axis direction of the steel beam where the through holes of the web are not formed.
Here, w: design uniform load of the steel beam (N/ ^mm2 ), b _c : effective width of the floor slab (mm). L: diameter of the through hole (mm) when one through hole is formed in the web, and maximum value of the diameters of the through holes (mm) when multiple through holes are formed in the web. B: width of the steel beam (mm), t _f : thickness of each of the pair of flanges (mm), σ _y : yield strength of the steel beam (N/ ^mm2 ), d _c : thickness of the floor slab (mm). _{L w} : shorter of the distances between the through hole and both ends of the steel beam in the material axis direction (mm) when one through hole is formed in the web, and minimum value of the distance between the adjacent through holes (mm) when multiple through holes are formed in the web. _{t w} : thickness of the web (mm), d _w : height of the web (mm).

The floor structure of claim 1, in which the web is not reinforced by a reinforcing material.

The floor structure according to claim 1 or 2, wherein the steel beams are welded H-shaped steel beams.