JPH08165744A

JPH08165744A - 構造部材の補強構造

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Publication number: JPH08165744A
Application number: JP7130133A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Suzuki; 敏郎鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JP2750098B2

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｈ形断面部材からなる構造部材について、圧
縮側フランジの局部座屈に対する急激な崩壊や横座屈が
防止でき、塑性変形能力が高く、かつ補強部をダクト等
として空間の有効利用が可能な補強構造を提供する。【構成】Ｈ形断面梁としてのＨ形鋼１のウェブ４の両
面中央部に、補強部材として半割りの鋼管５５を溶接
し、閉断面部分を形成する。鋼管５５はＨ形鋼１の中立
軸上に長手方向に沿って取り付けてあり、通常の荷重状
態では鋼管５５はほとんど荷重を負担しない。圧縮側フ
ランジの座屈による構造部材圧縮側の耐力減少に伴い、
梁全体の中立軸が引張側にずれて行き、耐力劣化分を補
強部材としての鋼管５５が順次分担し、急激な耐荷能力
の低下を防止する。また、閉断面の補強部により、部材
のねじり剛性を大幅に増し、横座屈に対しても有効であ
る。さらに、この閉断面の補強部の内部を配線や空調用
のダクトに利用することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、主として梁、あるい
は曲げが支配的な柱に用いられる構造部材としてのＨ形
鋼等のＨ形断面部材（梁の場合、実際にはＨを横向きに
したＩ形断面が普通であるが、説明の都合上、それらを
含めてＨ形断面部材と呼ぶ。以下の説明においても同
様）について、圧縮側フランジの座屈に伴う耐荷能力の
劣化を防ぐための補強を施した構造部材の補強構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ形断面梁等の構造部材においては、圧
縮側フランジの座屈により部材の耐荷能力が急激に低下
するという問題がある。この問題に対しては、大きな曲
げモーメントを受ける部分にスティフナーあるいは補強
リブを設けて補剛したり、部材として座屈を生じる恐れ
がある場合に、剛性を上げるための補強リブ等を設ける
ことが一般に行われている。

【０００３】また、一般に、梁は曲げを受ける主軸まわ
りの剛性に比べ、横方向の剛性が小さく、横座屈（横倒
れ座屈）する危険がある。そのため、設計では、主梁に
対し、これと直交するつなぎ梁等で横倒れしないよう拘
束する。

【０００４】さらに、耐震設計上、部材の塑性化とその
後の変形能力を維持する必要がある場合には、梁が横座
屈して耐力劣化しないよう、相当密につなぎ梁等の横座
屈止めを配置しなければならない。

【０００５】こうして配置されるつなぎ梁や材端部の火
打ち材は、架構を極めて煩雑にし、設計上問題の多いと
ころである。

【０００６】一方、特開昭５９−６１６４５号公報に
は、梁の曲げ耐力を向上させることを目的として、大き
な曲げ剛性を必要とする部分のみ、Ｈ形断面部材等の上
下フランジ間に溝形断面部材を嵌合し、ボルトで合着し
たり、フランジとウェブとの隅角部に山形断面部材を合
着し、構造部材の外形寸法を増すことなく、構造部材の
強度を高めた増強梁の構成方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５９−６１６４
５号公報に記載された発明他、従来の構造部材に対する
補強の考え方は、梁等、構造部材の曲げ耐力を向上させ
るものであり、また補強リブによる座屈補剛も行われる
が、これは補強リブを所要間隔で設け、座屈長さを短く
することで、強度向上を図ったものである。

【０００８】しかし、従来の座屈補剛は、大変形により
一旦座屈が生じると、構造部材としての耐力が急激に劣
化し、構造的に成り立たなくなってしまう場合もあり、
構造部材を安定的に変形させ、その塑性変形能力を積極
的に活用するという考え方によるものではない。

【０００９】例えば、Ｈ形鋼梁についてみた場合、塑性
化が進展する領域では圧縮側フランジの剛性低下が著し
く、圧縮フランジの局部座屈変形が拡大するとともに、
それがウェブに波及し、梁全体として曲げねじれ変形を
伴い、横座屈破壊する。従って、梁が塑性化する領域に
あっては、ウェブに添接した補剛部材により、ウェブが
健全化するとともに、補剛部材が弾性を持続すること
で、それ程大きくない補剛部材でも梁本体の横座屈を防
止するのに十分な剛性が期待でき、さらにはフランジの
局部座屈変形に伴う耐力劣化を補いつつ、安定した変形
性能を確保することができる。

【００１０】本願発明は従来技術における上述のような
問題点を解決し、Ｈ形断面部材からなる構造部材につい
て、圧縮側フランジの局部座屈に対する急激な崩壊や横
座屈が防止でき、塑性変形能力が高く、かつ補強部をダ
クト等として空間の有効利用が可能な補強構造を提供す
ることを目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明は、ウェブの両
端にフランジを有する構造部材としてのＨ形断面部材に
ついて、部材断面の中立軸またはその近傍に、中立軸方
向に延びる所定のねじり剛性を有する中空管状の補強部
を設け、圧縮側フランジの変形の進行に伴い中立軸近傍
に生じる応力の一部を、徐々にこの中空管状の補強部で
受け持たせるようにしたものである。

【００１２】圧縮側フランジの変形及び耐力減少に伴
い、Ｈ形断面部材の実質的な中立軸が引張側にずれて行
き、その耐力劣化分を補強部が順次分担し、圧縮側フラ
ンジの座屈に伴う耐力の低下を補うことができる。

【００１３】中空管状の補強部はＨ形断面部材の全長に
わたって設ける場合と、圧縮側フランジが座屈を生ずる
可能性のある範囲近傍にのみ部分的に設ける場合とがあ
る。

【００１４】補強部の形態としては、補強部材としての
所定のねじり剛性を有する半割り鋼管部材を、Ｈ形断面
部材のウェブの両面または片面に添接するもの、中空管
状の補強部をＨ形断面部材と一体に成形するもの、補強
部としての鋼管部材の上下にＴ形鋼のウェブ先端を溶接
してＨ形断面部材とするもの等、いくつかのケースが考
えられる。

【００１５】これらの本願発明における補強部は、圧縮
側フランジの座屈に対する補強効果に加え、ねじり剛性
が比較的小さい開断面のＨ形鋼構造部材については、部
材断面の中立軸近傍に閉断面部を形成することで、ねじ
り剛性の大幅な向上が可能となり、横座屈を防止する効
果も大きい。

【００１６】また、閉断面を形成する半割り鋼管や鋼管
部材からなる中空管状の補強部を配管または配線用のダ
クトとして兼用したり、さらにその所定位置にダクト用
の接続口を設ける等して空間の有効利用を図ることも可
能である。

【００１７】

【実施例】次に、本願発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１８】図１は本願発明の一実施例を示したもの
で、本実施例はＨ形断面梁としてのＨ形鋼１のウェブ４
の両面中央部に、補強部材として半割りの鋼管５５を溶
接し、ねじりに弱い開断面部材の断面の一部に閉断面部
分を形成したものである。

【００１９】半割りの鋼管５５は、Ｈ形鋼１の中立軸上
にその長手方向に沿って、ウェブ４の両面に取り付けて
あり、通常の荷重状態ではこの鋼管５５はほとんど荷重
を負担しない。

【００２０】圧縮側フランジの座屈による構造部材圧縮
側の耐力減少に伴い、梁全体の中立軸が引張側にずれて
行き、耐力劣化分を補強部材としての鋼管５５が順次分
担して行く。

【００２１】これにより、上下フランジ２，３の圧縮側
フランジの座屈による急激な耐荷能力の低下を防止して
いる。また、材端部等におけるフランジの局部座屈に対
する補強効果に加え、部材のねじり剛性を大幅に増し、
横座屈に対しても有効である。

【００２２】なお、本実施例では鋼管５５の端部が柱１
０に当接し、梁端部における下フランジ３の座屈変形
（あるいは梁長手方向中央部における上フランジ２の座
屈変形）によって増大する鋼管５５長手方向の応力を柱
１０に直接伝達する形になっている。

【００２３】図２は、図１の実施例に対応する半割り鋼
管５５を用いた場合のねじり剛性の増加に関する解析モ
デル図である。

【００２４】図２(a) は、モデルに設定したＨ形鋼であ
り、ｈ／ｂ＝３、ｂ／ｔ_f＝１０、ｔ_f／ｔ_w＝２とし
て計算した（ただし、ｂはフランジ幅、ｈは高さ、ｔ_w
はウェブ厚、ｔ_fはフランジ厚である）。図２(b) は、
ケース１として、ｄ／ｂ＝１、ｄ／ｔ_d＝１０の条件を
満たす補強部材を用いた場合（ただし、ｄは半割りの薄
板管体の外径、ｔ_dは薄板管体の板厚）である。図２
(c) は、同様にケース２として、ｄ／ｂ＝１．２、ｄ／
ｔ_d＝１０の条件を満たす補強部材を用いた場合であ
る。材質は全て同じものとする。

【００２５】以上の条件の下に計算すると、ケース１お
よびケース２における各断面のねじり定数は、それぞれ
補強部材がない場合の約５０倍、約１００倍となる。ま
た、大スパンの梁の弾性横座屈荷重は、概略ねじり剛性
の平方根に比例するので、ケース１、ケース２で、それ
ぞれ補強前のＩ形断面に比べ約７倍、約１０倍となる。

【００２６】図３は、補強部材としての半割り鋼管５５
の効果を確認するための実験に用いた試験体及び試験方
法を、図４は試験結果を示したものである。

【００２７】この実験は梁の曲げ実験であり、試験体と
しては、高さ３００mm、フランジ幅１００mm、ウェブ厚
６mm、フランジ厚１０mm、長さ３０００mm、部材の降伏
点σ_y＝４０．５kg／mm²のＨ形鋼を用いた。このＨ形
鋼１の断面中立軸に関し、ウェブ４の両側に補強部材と
して、直径８９．１mm、厚さ３．２mmの半割り鋼管５５
を水平に溶接した。この試験体の両端に曲げモーメント
Ｍを作用させ、上下フランジ２，３の横方向変形ｕ₁、
ｕ₂を求めた。

【００２８】なお、図４のグラフにおいて、縦軸は曲げ
モーメントＭを全塑性モーメントＭ_pで無次元化し、横
軸は横方向変形ｕをフランジ幅ｂで割って無次元化して
いる。

【００２９】Ａ₁、Ａ₂で示される実線がそれぞれ本発
明の補強を行った場合の曲げモーメントと横座屈に伴う
上下フランジ２，３の横方向変形の関係であり、Ｂ₁、
Ｂ₂で示される破線が無補強の場合の曲げモーメント
と、横座屈に伴う上下フランジ２，３の横方向変形の関
係である。

【００３０】半割り鋼管５５で両面から補強したことに
より、元の断面に比べねじり剛性が２５倍強になり、図
に示されるように、無補強の場合には塑性モーメントの
０．５倍程度で弾性座屈したものが、塑性モーメント近
傍まで横座屈しなかった。また、ねじり剛性の小さな無
補強梁では加力初期から横方向への変形が生じたのに対
し、本発明の補強梁では最大荷重近くまで横振れせず、
極めて安定している。上フランジ２と下フランジ３の横
変形から、補強梁では無補強梁に比べ、ねじれ難い様子
がわかる。

【００３１】図５〜図７は、他の実施例として、閉断面
を形成する溝状断面の補強部材６５の内部を空調等のダ
クトに兼用できるようにした場合の実施例を示したもの
である。図６は図５のＧ−Ｇ断面、図７は図５のＨ−Ｈ
断面に相当する。

【００３２】補強部材６５はＨ形鋼１の全長またはかな
りの部分に取り付けることが望ましい。本実施例におい
て、補強部材６５はボルト６６によりＨ形鋼１のウェブ
４に固定されている。図中、６７はＨ形鋼１に設けた貫
通穴、６８は補強部材６５に設けたダクト用の接続口で
ある。

【００３３】図８及び図９は図１の実施例の変形例に相
当する。図１の実施例ではＨ形鋼１に対し半割り鋼管５
５を溶接していたのに対し、図８の実施例では、補強部
としての丸鋼管状部７５と上下に設けたＴ字状部７２，
７３とで略Ｈ字形の構造部材７１を一体成形することに
より、さらに断面の合理化を図ったものである。機能的
には図１の場合と略同じであり、同様の形状は、丸鋼管
の上下にＴ形鋼のウェブ先端を溶接することによっても
得られる。

【００３４】図８の実施例では補強部の断面が円形であ
るのに対し、図９の実施例では角形に近い形状となって
いる（角鋼管状部７５’）。

【００３５】図１０〜図１２は、図５〜図７の実施例と
同様、補強部を空調等のダクトに兼用できるようにした
場合の実施例を示したもので、構造部材は図８の丸鋼管
状部７５とＴ字状部７２，７３からなる構造部材７１に
相当する。図１１は図１０のＩ−Ｉ断面、図１２は図１
０のＪ−Ｊ断面に相当し、図中、７６は所定間隔で設け
た補強リブ、７７は補強部としての丸鋼管状部７５に対
し、直角な方向に設けた接続口である。

【００３６】

【発明の効果】Ｈ形断面部材における圧縮側フランジの局部座屈に
対し、中立軸またはその近傍に設けた中空管状の補強部
が耐荷能力の低下分を負担し、構造部材全体としての崩
壊を有効に防止することができる。

【００３７】補強部は構造部材の中立軸またはその
近傍に設けることで、初期の応力変形状態にはほとんど
関与せず、設計を複雑にすることがない。

【００３８】Ｈ形断面部材の部材端部に適用した場
合等においては、圧縮側フランジの座屈に伴う耐荷能力
の低下を補うとともに、部材端部における塑性変形能力
を発揮させることができる。

【００３９】開断面部材であるＨ形断面部材の中立
軸近傍に閉断面を形成する補強部が形成されることで、
上記効果に加えてねじり剛性を増大させることができ、
横座屈防止効果も得られる。

【００４０】補強部によって形成される閉断面をダ
クトに兼用し、空間の有効利用を図ることも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明をＨ形断面梁に適用した場合の一実
施例を示す斜視図である。

【図２】 (a) 〜(c) は半割り鋼管を補強部材として用
いた場合のねじり剛性の増加に関する解析モデル図であ
る。

【図３】 (a) は実験に用いた試験体を示す正面図、
(b) はその側面図である。

【図４】図３の試験体についての試験結果を示すグラ
フである。

【図５】本願発明の他の実施例を示す正面図である。

【図６】図５のＧ−Ｇ断面図である。

【図７】図５のＨ−Ｈ断面図である。

【図８】図１の実施例の変形例として、一体成形の場
合の一実施例を示す構造部材の側面図である。

【図９】一体成形の場合の他の実施例を示す構造部材
の側面図である。

【図１０】補強部をダクトに兼用した場合の実施例を
示す正面図である。

【図１１】図１０のＩ−Ｉ断面図である。

【図１２】図１０のＪ−Ｊ断面図である。

【符合の説明】

１…Ｈ形鋼、２…上フランジ、３…下フランジ、４…ウ
ェブ、１０…柱、５５…半割り鋼管、６５…補強部材、
６６…ボルト、６７…貫通穴、６８…ダクト用接続口、
７１…構造部材、７２，７３…Ｔ字状部、７５…丸鋼管
状部、７５’…角鋼管状部７５’

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェブの両端にフランジを有する構造部
材としてのＨ形断面部材の部材断面の中立軸またはその
近傍に、中立軸方向に延びる所定のねじり剛性を有する
中空管状の補強部を設け、圧縮側フランジの変形の進行
に伴い前記中立軸近傍に生じる応力の一部を、徐々に前
記補強部で受け持たせるようにしたことを特徴とする構
造部材の補強構造。
【請求項２】前記補強部は、前記圧縮側フランジが座
屈を生ずる可能性のある範囲近傍にのみ部分的に設けて
ある請求項１記載の構造部材の補強構造。
【請求項３】前記補強部は、前記Ｈ形断面部材の部材
断面の中立軸またはその近傍に、前記中立軸と平行また
はほぼ平行に、Ｈ形断面部材の全長にわたって設けてあ
る請求項１記載の構造部材の補強構造。
【請求項４】前記補強部が配管または配線用のダクト
を兼ねている請求項３記載の構造部材の補強構造。
【請求項５】前記補強部の所定位置にはダクト用の接
続口が設けられている請求項４記載の構造部材の補強構
造。
【請求項６】前記補強部は、補強部材としての所定の
ねじり剛性を有する半割りの鋼管部材からなり、前記ウ
ェブの両面または片面に添接されている請求項１、２、
３、４または５記載の構造部材の補強構造。
【請求項７】前記補強部は、前記Ｈ形断面部材と一体
に成形されている請求項１、２、３、４または５記載の
構造部材の補強構造。
【請求項８】構造部材としての前記Ｈ形断面部材は、
補強部としての鋼管部材の上下にＴ形鋼のウェブ先端を
溶接したものである請求項１、２、３、４または５記載
の構造部材の補強構造。