(57)【要約】【課題】効果的な補強リブの形状や配置によって、従来よりも高い圧縮強度を有するように構成された鋼板製構造材を提供すること。【解決手段】鋼板製構造材１は、一定の板厚ｔの鋼板を矩形断面の角管状に形成したもので、左右の側面１３、１４に補強リブ１５が形成されている。補強リブ１５は、側面１３の上側の側端１３ａと下側の側端１３ｂの間をジグザグ状に斜めに折り返しながら側面１３の長手方向に延びており、側面１３の上下の側端１３ａ、１３ｂに沿って配置されている各折り返し部分１６ａ、１６ｂは半円形状である。補強リブ１５は、側面１３を形成する鋼板の板厚をｔとしたときに、上下の側端１３ａ、１３ｂからそれぞれ距離５ｔ以上１５ｔ以内の帯状領域である端部領域２０ａ、２０ｂ内に各折り返し部分１６ａ、１６ｂの頂部１９ａ、１９ｂが入るように、その平面形状が決定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内方向の圧縮荷重を受ける側面を有する鋼板製構造材であって、
前記側面に形成された補強リブを備え、
当該補強リブは、前記側面における荷重の作用点側と反作用点側の両側端の間を蛇行状あるいはジグザグ状に折り返すラインに沿って、少なくとも部分的に連続して延びており、
少なくとも一方の前記側端の側を向いている前記補強リブの折り返し部分の頂部が、当該側端に沿って所定のピッチ以下の間隔で配置され、
各頂部が、前記側面を形成している鋼板の板厚をｔとしたときに、当該側端から距離５ｔ以上、且つ、距離１５ｔ以内の帯状の端部領域内に設けられていることを特徴とする鋼板製構造材。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼板製構造材において、
前記端部領域内に設けられている隣り合う折り返し部分の外縁の間隔が、３０ｔ以下であることを特徴とする鋼板製構造材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋼板製構造材において、
前記折り返し部分の頂部が、前記側面における荷重の作用点側と反作用点側の両側端に沿って所定のピッチ以下の間隔で配置され、
各側端に沿って配置されている前記各頂部が、各側端から距離５ｔ以上、且つ、距離１５ｔ以内の帯状の各端部領域内に設けられていることを特徴とする鋼板製構造材。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの項に記載の鋼板製構造材において、
角管状断面を有しており、
当該角管状断面における対向する一対の側面が前記側面であり、
各側面に前記補強リブが形成されていることを特徴とする鋼板製構造材。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかの項に記載の鋼板製構造材において、
前記補強リブの表面には、角部が形成されていないことを特徴とする鋼板製構造材。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの項に記載の鋼板製構造材において、
前記補強リブは、底部の幅が開口部の幅よりも狭い台形状断面であることを特徴とする鋼板製構造材。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの項に記載の鋼板製構造材において、
前記各折り返し部分は半円形状であり、当該半円形状の中心点から頂点までの部分が前記端部領域内に設けられていることを特徴とする鋼板製構造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状の鋼板によって形成された鋼板製構造材に関し、特に、面内方向に圧縮荷重を受ける側面部分の面外剛性を高めることにより、材軸方向に直交する荷重に対する圧縮強度を高めた鋼板製構造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、構造材の軽量化や加工および接合の容易性などの観点から、薄板状の鋼板を断面矩形の角管状に形成した鋼板製構造材が用いられている。しかし、このような鋼板製構造材は、鋼板の面内方向に圧縮荷重が加わると座屈が生じやすく、圧縮強度が低いという問題点がある。
【０００３】
鋼板の板厚を厚くすれば座屈を防止して部材の圧縮強度を上げることができるが、このようにすると、部材の重量が増大し、材料コストが増大するという問題点がある。そこで、面内方向の圧縮荷重を受ける鋼板部分に補強リブを形成して面外剛性を向上させ、圧縮強度を向上させた鋼板製構造材が提案されている。例えば、特許文献１には、角管状の断面の鋼板製の建築用角パイプ材において、その側面を形成している鋼板の両側端に沿って長手方向（材軸方向）に延びる溝状の係合凹部を形成し、この２本の係合凹部の間の部分に、この側面の幅方向（材軸に直交する方向）に延びる短い補強リブを等間隔で形成したものが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６６４５８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の鋼板製構造材に設けられている補強リブは、特許文献１のように、鋼板製構造材の側面の長手方向（材軸方向）に延びるか、あるいは、この側面の幅方向（材軸方向と直交する方向）に直線状に延びており、このような補強リブによる圧縮強度の向上効果は、リブを設けない場合に比べて３０％ほど圧縮強度が向上する程度であった。補強リブについては様々な形状や配置が考えられるが、効果的な補強リブの配置や形状等については、従来の鋼板製構造材では十分に検討されているとはいえなかった。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて、効果的な補強リブの形状や配置によって従来よりも高い圧縮強度を有するように構成された鋼板製構造材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の鋼板製構造材は、
面内方向の圧縮荷重を受ける側面を有する鋼板製構造材であって、
前記側面に形成された補強リブを備え、
当該補強リブは、前記側面における荷重の作用点側と反作用点側の両側端の間を蛇行状あるいはジグザグ状に折り返すラインに沿って、少なくとも部分的に連続して延びており、
少なくとも一方の前記側端の側を向いている前記補強リブの折り返し部分の頂部が、当該側端に沿って所定のピッチ以下の間隔で配置され、
各頂部が、前記側面を形成している鋼板の板厚をｔとしたときに、当該側端から距離５ｔ以上、且つ、距離１５ｔ以内の帯状の端部領域内に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本発明では、このように、蛇行状あるいはジグザグ状のラインに沿って補強リブが形成された鋼板製の側面を備えており、この側面の少なくとも一方の側端から距離５ｔ以上１５ｔ以内（ｔは鋼板の板厚）にある端部領域内に、補強リブの折り返し部分の頂部を、所定のピッチ以下の間隔で設けている。このような構成によれば、補強リブによって側面の面外剛性が高まり、しかも、側面における応力が圧縮荷重の作用点側あるいは反作用点側の側端付近に集中せず、補強リブに沿って適度に分散する。よって、応力集中を抑制して局部座屈の発生を抑制することができる。これにより、薄板状の鋼板を用いながらも、従来よりも圧縮強度の高い鋼板製構造材を提供できる。
【０００９】
ここで、前記端部領域内に設けられている隣り合う折り返し部分の外縁の間隔は、３０ｔ以下であることが望ましい。
【００１０】
また、本発明における前記折り返し部分の頂部を、前記側面における荷重の作用点側と反作用点側の両側端に沿って所定のピッチ以下の間隔で配置し、各側端に沿って配置されている前記各頂部を、各側端から距離５ｔ以上、且つ、距離１５ｔ以内の帯状の各端部領域内に設けるのが望ましい。このようにすれば、側面の両側端に沿って補強リブの折り返し部分の頂部が所定のピッチ以下の間隔で配置されるので、側面の両側端付近において応力集中が抑制される。よって、更に局部座屈が発生しにくくなり、圧縮強度が向上する。
【００１１】
本発明の鋼板製構造材として、角管状断面を有しており、前記角管状断面における対向する一対の側面が前記側面であり、各側面に前記補強リブが形成されている構成を採用するとよい。このような角管状の構造材は、建物の大引きや根太、あるいは壁、天井、屋根などの下地桟として用いるのに適している。よって、圧縮強度の高い大引きや根太、下地桟などの構造材を提供できる。
【００１２】
また、前記補強リブの表面は、角部が形成されていない形状にすることが望ましい。このようにすれば、角部への応力集中が防止され、局部座屈が発生しにくくなる。
【００１３】
前記補強リブは、例えば、底部の幅が開口部の幅よりも狭い台形状断面である。また、前記各折り返し部分は半円形状であり、当該半円形状の中心点から頂点までの部分が前記端部領域内に設けられていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鋼板製構造材によれば、蛇行状あるいはジグザグ状のラインに沿って補強リブが形成された鋼板製の側面を備えており、この側面の少なくとも一方の側端から距離５ｔ以上１５ｔ以内（ｔは鋼板の板厚）にある端部領域内に、補強リブの折り返し部分の頂部が、所定のピッチ以下の間隔で設けられているので、側面の面外剛性を高めることができ、しかも、側面における応力を圧縮荷重の作用点側あるいは反作用点側の側端付近に集中させずに、補強リブに沿って適度に分散させることができる。よって、応力集中を抑制して局部座屈の発生を抑制することができる。これにより、薄板状の鋼板を用いながらも、従来よりも圧縮強度の高い鋼板製構造材を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の鋼板製構造材の実施の形態について説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は鋼板製構造材の断面図である。鋼板製構造材１は、一定の板厚ｔの鋼板をロール成形などの方法で矩形断面の角管状に形成したものであり、底面１１および天面１２と、左右の側面１３、１４を備えている。本実施形態の鋼板製構造材１は、建物の大引きや根太、あるいは壁、天井、屋根などの下地桟として好適に用いられるものである。鋼板製構造材１の天面１２に加わった荷重は、側面１３、１４における天面１２との接続側の側端を荷重の作用点として、側面１３、１４への面内方向の圧縮荷重として作用する。このとき、側面１３、１４における底面１１との接続側の側端が荷重の反作用点となる。
【００１７】
本実施形態では、０．８ｍｍの板厚の鋼板を用いて、底面１１および天面１２の幅Ｗが６５ｍｍ、側面１３、１４の高さＨが８０ｍｍとなるように鋼板製構造材１を形成している。底面１１の中央には鋼板の端部同士を接合したカシメ接合部１１ａが設けられている。このカシメ接合部１１ａは、鋼板製構造材１の底面側が平坦になり、鋼板を重ねて折り曲げた部分が鋼板製構造材１の内部側に突出するように形成されている。また、天面１２の中央には、下向きに凹む半円形断面の溝部１２ａが設けられている。
【００１８】
図２は鋼板製構造材の側面図である。鋼板製構造材１における側面１３、１４には、補強リブ１５が形成されている。補強リブ１５は、側面１３において、側面１３の上側の側端１３ａと下側の側端１３ｂの間をジグザグ状に斜めに折り返しながら側面１３の長手方向に延びており、側面１４においても同様に形成されている。補強リブ１５は、上向きから下向きに折り返している折り返し部分１６ａと、下向きから上向きに折り返している折り返し部分１６ｂと、各折り返し部分１６ａ（１６ｂ）から上向きあるいは下向きに末広がりに延びて他の折り返し部分１６ｂ（１６ａ）に接続している直線部分１７を備えている。本実施形態では、側面１３の長手方向に隣り合って配置されている各直線部分１７のなす角度Ｒが７度となっている。
【００１９】
補強リブ１５の各折り返し部分１６ａ、１６ｂは所定の曲率の半円形状であり、本実施形態では、外縁部の半径Ｒ１を８ｍｍ、内縁部の半径Ｒ２を２ｍｍとしている。各折り返し部分１６ａ、１６ｂは側面１３、１４の上下の側端に沿って一定の間隔（リブピッチ）で形成されており、このリブピッチを、側面１３、１４を形成している鋼板の板厚ｔに応じて決定している。すなわち、隣り合う折り返し部分１６ａ（１６ｂ）の外縁の間隔Ｌ１を３０ｔ以下にするように、リブの外縁の間隔を決定している。このリブピッチの最適範囲（Ｌ１≦３０ｔ）は、半円形状の曲率等によらず一定である。本実施形態では、各折り返し部分１６ａ、１６ｂの中心点１８ａ、１８ｂの間隔あるいは頂部１９ａ、１９ｂの配置間隔Ｌ２を２７．２８ｍｍとしており、Ｌ１は１１．２８ｍｍとなっている。板厚ｔ＝０．８ｍｍの場合には３０ｔ＝２４ｍｍであるので、Ｌ１≦３０ｔの条件を満たしている。
【００２０】
また、補強リブ１５と側端１３ａ、１３ｂとの距離についても、側面１３、１４を形成している鋼板の板厚ｔに応じて決定されている。すなわち、側面１３における上下の側端１３ａ、１３ｂからそれぞれ距離５ｔ以上１５ｔ以内の帯状領域である端部領域２０ａ、２０ｂを設定して、この端部領域２０ａ、２０ｂ内に補強リブ１５の少なくとも一部を配置するように、補強リブ１５の平面形状を決定している。望ましくは、各折り返し部分１６ａ、１６ｂの頂部１９ａ、１９ｂを端部領域２０ａ、２０ｂ内に配置するとよい。
【００２１】
本実施形態では、板厚ｔ＝０．８ｍｍであるので、端部領域２０ａ、２０ｂは側端１３ａ、１３ｂからそれぞれ４ｍｍ以上１２ｍｍ以内の領域となっている。そして、この端部領域２０ａ、２０ｂの内側の境界線上（側端１３ａ、１３ｂから距離１５ｔの位置）に、半円形状をしている各折り返し部分１６ａ、１６ｂの中心点１８ａ、１８ｂが配置され、各折り返し部分１６ａ、１６ｂの頂部１９ａ、１９ｂが、端部領域２０ａ、２０ｂの外側の境界線上（側端１３ａ、１３ｂから距離５ｔの位置）に配置されている。
【００２２】
図３は補強リブの断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。補強リブ１５は、鋼板の板厚ｔと同一の深さ（０．８ｍｍ）の溝形に形成されており、鋼板製構造材１の内側に向かって凹んでいる。補強リブ１５の断面形状は、底面の内法幅Ｗ１が４ｍｍ、開口部の内法幅Ｗ２が６ｍｍの台形状断面である。補強リブ１５およびその外周側の側面１３（１４）との接続部分の表面は全て曲面状に形成されているので、側面１３、１４は、補強リブ１５の部分を含めて、表面に角部がない形状となっている。このような角部のない形状にすることにより、補強リブ１５および側面１３、１４の特定の部位に応力が集中しにくくしている。
【００２３】
本願出願人は、様々な条件での応力解析や圧縮試験などの検討を行った結果、上記のような形状の補強リブ１５を設けることにより、鋼板の板厚を増大させずに局部座屈の発生を抑制することができ、従来のような単純な形状の補強リブを設けた場合よりも鋼板製構造材１の圧縮強度を向上させることができることに想到した。鋼板製構造材１は、補強リブ１５を形成している鋼板の板厚ｔを０．８ｍｍとしたものであるが、板厚を０．５ｍｍとした場合にも、上記と同様に板厚ｔを基準として補強リブのリブピッチの最適範囲あるいは補強リブの先端を配置すべき端部領域を設定するのが望ましい。
【００２４】
図４は圧縮試験の試験体および載荷方法の説明図であり、図４（ａ）は比較例の試験体、図４（ｂ）は本実施形態の試験体である。本出願人は、上記形状の補強リブ１５を備えた鋼板製構造材１と、従来のような補強リブを備えた比較例の鋼板製構造材１００に対して同一の条件で圧縮試験を行った。鋼板製構造材１００は、鋼板製構造材１と補強リブ形状だけが異なっている。鋼板製構造材１００は、各側面の上下の側端に沿って鋼板製構造材１００の長手方向に延びる２本の凹溝状のリブ１０１、１０２と、リブ１０１、１０２の間に形成され、各側面の幅方向に直線状に延びているリブ１０３を備えている。リブ１０３は、鋼板製構造材１００の長手方向に一定間隔で配置されており、半円形断面を備えている。
【００２５】
圧縮試験は、載荷台上に載せた鋼板製構造材１、１００の上面に固定治具１０４等を介してロードセル１０５の下端面を接触させて行った。圧縮力の載荷速度を３．０ｍｍ／分とし、弾性範囲から、局部座屈が生じて終局状況に至るまでの状況を確認した。その結果、本実施形態の鋼板製構造材１では、弾性範囲における圧縮荷重−ひずみ曲線の傾き（弾性係数）が最大で９２６２Ｎ／ｍｍであり、これに対して比較例の鋼板製構造材１００では、５８８９Ｎ／ｍｍであった。すなわち、鋼板製構造材１の弾性係数が、比較例よりも最大で１．５７倍程度に上昇することが確認された。
【００２６】
また、終局状況での変形状態を確認したところ、比較例の鋼板製構造材１００は、終局状況ではリブが形成された側面全体が傾いたりくの字状に屈曲するなどして鋼板製構造材１００全体が大きく潰れた形状に変形しているのに対し、本実施形態の鋼板製構造材１では、荷重作用点から離れるに従って徐々に変形量が少なくなっており、部材全体が大きく潰れるような変形状態にはならないことが確認された。
【００２７】
（実施形態１の変形例）
（１）上記実施形態では、補強リブ１５を鋼板製構造材１の内側に向かって凹んだ形状にしているが、鋼板製構造材１の外側に突出する形状にしてもよい。
【００２８】
（２）上記実施形態では、補強リブ１５をジグザグ状に形成していたが、直線部分１７をゆるやかな曲線状にして、全体を蛇行状にしてもよい。また、補強リブ１５を側面１３、１４の全面に形成せず、圧縮荷重によって局部座屈などの変形が生じることが予測される部分だけに形成してもよい。また、補強リブ１５を一本の連続したリブにせず、ジグザグ状あるいは蛇行状のラインに沿って断続的に形成してもよい。断続的に形成する場合、各リブの端部に角部を形成しないようにすることが望ましい。
【００２９】
（３）上記実施形態では、全ての折り返し部分１６ａ、１６ｂを上下の側端１３ａ、１３ｂ側の各端部領域２０ａ、２０ｂ内に形成していたが、折り返し部分１６ａ、１６ｂのいずれか一方のみを、端部領域２０ａあるいは端部領域２０ｂ内に設けるだけでもよい。
【００３０】
（４）上記実施形態では、鋼板製構造材１を矩形断面の角管状に形成していたが、ハット形断面、溝形断面、Ｃ型断面、Ｚ型断面などの各断面の鋼板製構造材においても適用が可能である。この場合、各断面形状において、面内方向に圧縮荷重を受ける側面に上記実施形態と同様の補強リブを形成するとよい。
【００３１】
（その他の実施形態）
次に、上記実施形態とは異なる形状の補強リブを設けた鋼板製構造材２〜５について説明する。図５は鋼板製構造材２の断面図である。鋼板製構造材２は、一定の板厚ｔの鋼板をロール成形などの方法でハット形断面状に形成したものであり、天面２１と、左右の側面２２、２３と、側面２２、２３の下端からそれぞれ鋼板製構造材２の部材幅方向外側に向かって延びている底面２４、２５を備えている。本実施形態では、０．５ｍｍの板厚の鋼板を用いて、天面２１の幅Ｗが４０ｍｍ、側面２２、２３の高さＨが８０ｍｍとなるように鋼板製構造材２を形成している。
【００３２】
図６は鋼板製構造材２の側面図である。鋼板製構造材２における側面２２、２３には波型の補強リブ２６が４本形成されている。各補強リブ２６の断面は円弧状である。本実施形態では、側面２２、２３の上下の端辺から鋼板の板厚ｔを基準として距離１０ｔ以内の帯状の端部領域２７ａ、２７ｂを設定し、天面２１に最も近い補強リブ２６の少なくとも一部が、端部領域２７ａ内に配置され、底面２４、２５に最も近い補強リブ２６の少なくとも一部が、端部領域２７ｂ内に配置されるようにしている。本実施形態では板厚ｔ＝０．５ｍｍであり、側面２２、２３の上下の端辺から１０ｔすなわち距離５ｍｍのライン上に、鋼板製構造材２の補強リブ２６の波型形状の頂部が接している。
【００３３】
上記形状の鋼板製構造材２と、補強リブ２６が形成されていない比較例の鋼板製構造材の圧縮載荷試験を行った。圧縮力の載荷速度を３．０ｍｍ／分とし、補強リブ２６が形成された側面に局部座屈が生じたときの最大荷重を計測した。その結果、比較例では最大荷重が２２６４Ｎであり、本実施形態の鋼板製構造材２では最大荷重が３８９１Ｎであった。すなわち、比較例に対して７０％以上の圧縮強度の向上が確認された。また、補強リブ２６を、側面２２、２３の上下の端辺から距離５ｍｍ以内ではなく、距離７．５ｍｍの位置まで離した形状の比較例で同様の圧縮載荷試験を行った結果、座屈変形に至る最大荷重は３００９Ｎで、３０％程度の圧縮強度向上が見られるにすぎなかった。
【００３４】
図７（ａ）〜（ｄ）は他の形状の補強リブを形成した鋼板製構造材３〜６の側面図である。図７（ａ）（ｂ）の鋼板製構造材３、４では、それぞれ、Ｘ字を横に連ねた主リブ３１、４１と、Ｘ字状の交差部上部域と交差部下部域に設けられた変形円状の副リブ３２あるいはキドニー状の副リブ４２を備えている。主リブ３１、４１における隣接するＸ字同士の結合部と、副リブ３２、４２の上部あるいは下部は、これらのリブが形成された側面の上下の端辺から距離１０ｔ以内（ｔ：鋼材の板厚）の端部領域３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ内に設けられている。また、主リブ３１、４１および副リブ３２、４２は、鋼板製構造材３、４の外側に盛り上がっており、表面に角部を有していない。なお、主リブ３１、４１におけるＸ字状の交差角を図７（ａ）（ｂ）の形状よりも緩やかにしてもよい。これらの鋼板製構造材３、４に対して鋼板製構造材２と同様に圧縮載荷試験を行ったところ、座屈変形に至る最大荷重は３８０２Ｎであった。
【００３５】
図７（ｃ）の鋼板製構造材５は、側面の幅方向に延びる補強リブ５１を一定の配置間隔で形成し、この補強リブ５１の上端および下端を半円状にして断面形状の角部を持たないようにし、この上端および下端を、これらのリブが形成された側面の上下の端辺から距離１０ｔ以内（ｔ：鋼材の板厚）の端部領域５２ａ、５２ｂ内に形成したものである。また、図７（ｄ）の鋼板製構造材６は、補強リブ６１を斜めに傾けて形成し、この補強リブ６１の上端および下端を、端部領域６２ａ、６２ｂ内に形成したものである。このように、幅方向に延びる直線状の補強リブについても、その端部を端部領域５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ内に入る位置まで延ばすことで、従来よりも圧縮強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１の鋼板製構造材の断面図である。
【図２】実施形態１の鋼板製構造材の側面図である。
【図３】補強リブの断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。
【図４】圧縮試験の試験体および載荷方法の説明図である。
【図５】他の実施形態の鋼板製構造材の断面図である。
【図６】他の実施形態の鋼板製構造材の側面図である。
【図７】他の実施形態の鋼板製構造材の側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２、３、４、５、６  鋼板製構造材
１１    底面
１１ａ  カシメ接合部
１２    天面
１２ａ  溝部
１３、１４      側面
１３ａ、１３ｂ  側端
１５    補強リブ
１６ａ、１６ｂ  折り返し部分
１７    直線部分
１８ａ、１８ｂ  中心点
１９ａ、１９ｂ  頂部
２０ａ、２０ｂ  端部領域
２１    天面
２２、２３  側面
２４、２５  底面
２６    補強リブ
２７ａ、２７ｂ  端部領域
３１、４１    主リブ
３２、４２    副リブ
３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ  端部領域
５１、６１  補強リブ
５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ  端部領域
１００  鋼板製構造材
１０１〜１０３  リブ
１０４  固定治具
１０５  ロードセル
【図１】
2010101111.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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