(57)【要約】【課題】重量増加やコストアップを抑制することが可能であると共に、鉄骨梁を補強する補剛部材の構造的健全性が高く、溶接作業性も良好であって、局部座屈に対し高い補強性能を発揮するＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造を提供する。【解決手段】Ｈ形鋼製の鉄骨梁２の補強構造であって、高さｂと板厚ｔの関係がｂ≧ｔを満たす円環状であって、かつ鉄骨梁の梁せいＨと外径寸法φの関係がφ＞２Ｈ／３を満たす鋼製の補剛部材５を形成し、補剛部材を鉄骨梁のウェブ３面に、当該鉄骨梁の塑性化領域全域に亘って設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ形鋼製の鉄骨梁の補強構造であって、高さｂと板厚ｔの関係がｂ≧ｔを満たす円環状であって、かつ上記鉄骨梁の梁せいＨと外径寸法φの関係がφ＞２Ｈ／３を満たす鋼製の補剛部材を形成し、該補剛部材を上記鉄骨梁のウェブ面に、当該鉄骨梁の塑性化領域全域に亘って設けたことを特徴とするＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造。
【請求項２】
前記補剛部材は、前記鉄骨梁のウェブの表面と裏面の双方に、設置位置を交互にずらして、かつ該鉄骨梁の長さ方向に沿うウェブの中心線上で連続的に配設されることを特徴とする請求項１に記載のＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重量増加やコストアップを抑制することが可能であると共に、鉄骨梁を補強する補剛部材の構造的健全性が高く、溶接作業性も良好であって、局部座屈に対し高い補強性能を発揮するＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造の梁部材には、Ｈ形鋼製鉄骨梁が多く用いられる。鉄骨梁には、せん断耐力を負担したり、塑性化領域（例えば、梁端部）で生じる局部座屈に抵抗し得る性能が求められる。
【０００３】
鉄骨梁に作用するせん断耐力だけを考えた場合、このせん断耐力を負担するウェブに関しては通常、断面性能的にかなりの余裕がある。従って、局部座屈を適切に防止できるのであれば、ウェブの板厚が薄い（幅厚比が大きい）Ｈ形鋼製鉄骨梁であっても、塑性化する部位に適用することができ、ウェブの板厚が厚い鉄骨梁を用いる場合に比べて、軽量であって、従ってまた低コストな鉄骨梁を構成することができる。
【０００４】
Ｈ形鋼製鉄骨梁の局部座屈を防止し、変形能力を向上する補強構造として、ウェブに補剛部材を設ける技術が知られている。特許文献１の「構造部材の補強構造及び補強金具」は、圧縮側フランジの局部座屈に対し、部材中立軸近傍に補強部を設けることで、構造部材としての急激な耐荷能力の低下を防ぎ、かつ安定的な変形性能を確保することを課題とし、地震荷重等により、Ｈ形鋼梁の局部座屈による塑性化が想定される区間について、中立軸近傍のウェブ両面に帯鋼板等からなる補強材を取り付けて補強部を形成する。圧縮側フランジの局部座屈が進むに従って、圧縮側フランジの曲げモーメントに対する耐荷能力が低下して行くが、中立軸近傍に補強材があることで、補強材と未だ健全な引張側フランジとが低下分の曲げモーメントを負担し、構造部材としての急激な耐荷能力の低下を防ぎつつ、圧縮側フランジの安定的な変形を可能とするようにしている。
【０００５】
特許文献２の「プレートガーダーにおける腹板の座屈防止構造」は、腹板の長さおよび高さあるいは垂直補剛材の数などに応じてプレートガーダーの座屈を効果的に防止することができ、部品点数を削減するとともに鋼重を減少可能なプレートガーダーにおける腹板の座屈防止構造を提供することを課題とし、座屈現象に対応する主応力面に沿って補剛材を設けることに着目したもので、腹板と、腹板の側面に垂直方向に設けた垂直補剛材とを有するプレートガーダーにおける腹板の座屈防止構造であって、腹板の側面に斜補剛材を設けるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７５０７号公報
【特許文献２】特開平８−３１２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、平板状のプレート（補強材）をウェブ面に重合している。このような構成では、座屈を防止するにあたり、重合するプレートに十分な板厚が必要であるため、Ｈ形鋼製鉄骨梁として重量が極端に増大し、従ってまたコストも嵩むという課題がある。
【０００８】
特許文献２では、ウェブ面から外方へ向けて、平板状のプレート（斜補剛材等）を立設している。このような構成では、プレートを立てた状態に保持してウェブ面に溶接接合しなければならず、安定性が悪く、溶接作業性に劣るという課題がある。
【０００９】
また、特許文献１では、平板状のプレートに代えて、Ｘ字状の形態のもの、水平方向及び鉛直方向のプレートを組み合わせた形態のもの、チャンネル状の形態のもの、鉛直方向と横Ｖ字状のプレートを組み合わせた形態のもの、中央に円筒状部を有するＸ字状の形態のものが開示されているが、いずれも一部に角部があることから、接合作業の際、これら角部で溶接欠陥を生じ易く、所定の補強性能が得られないことが懸念される。
【００１０】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、重量増加やコストアップを抑制することが可能であると共に、鉄骨梁を補強する補剛部材の構造的健全性が高く、溶接作業性も良好であって、局部座屈に対し高い補強性能を発揮するＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかるＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造は、Ｈ形鋼製の鉄骨梁の補強構造であって、高さｂと板厚ｔの関係がｂ≧ｔを満たす円環状であって、かつ上記鉄骨梁の梁せいＨと外径寸法φの関係がφ＞２Ｈ／３を満たす鋼製の補剛部材を形成し、該補剛部材を上記鉄骨梁のウェブ面に、当該鉄骨梁の塑性化領域全域に亘って設けたことを特徴とする。
【００１２】
前記補剛部材は、前記鉄骨梁のウェブの表面と裏面の双方に、設置位置を交互にずらして、かつ該鉄骨梁の長さ方向に沿うウェブの中心線上で連続的に配設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかるＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造にあっては、重量増加やコストアップを抑制することができると共に、鉄骨梁を補強する補剛部材の構造的健全性が高く、溶接作業性も良好であって、局部座屈に対し高い補強性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示したＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造の正面図である。
【図３】図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図１に示したＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造に適用される補剛部材の説明図である。
【図５】Ｈ形鋼製鉄骨梁各所の塑性化領域に補剛部材を設けた場合の一例を示す正面図である。
【図６】Ｈ形鋼製鉄骨梁の塑性化領域が狭い場合に、補剛部材を１つ設けた例の斜視図である。
【図７】本発明に係るＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造の変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかるＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造を示す斜視図、図２はその正面図、図３は図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図、図４は補剛部材の説明図であって、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は側断面図である。
【００１６】
鉄骨柱１に接合されて鉄骨架構の梁部分を構成するＨ形鋼製鉄骨梁２は、一般周知のように、ウェブ３の上下に一対のフランジ４を備えて構成される。鉄骨梁２は、地震力等により大きなモーメントが生じた際に塑性化するが、塑性化後も耐力が低下することなく十分な変形能力を発揮できるように塑性化領域を有している。塑性化領域は通常、鉄骨柱１と接合される梁端部２ａに存するが、鉄骨架構に作用する応力状態によっては、梁端部２ａ以外の箇所、例えば梁中央部２ｂ（図５参照）などに存する場合もある。ここで、鉄骨梁２のウェブの板厚が薄い（幅厚比が大きい）場合には、十分に変形する前に局部座屈を起こしてしまい、耐力や変形能力が低下する。
【００１７】
本実施形態に係るＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造は、局部座屈に対してＨ形鋼製鉄骨梁２を補強する構造であって、補強に用いられる補剛部材５は、鉄骨梁２の塑性化領域全域に亘って設けられる。補剛部材５は、板厚の薄い帯状の鋼製板材の長さ方向両端同士を接合するなどして、無端円環状に形成される。補剛部材５の作製は、その他の方法によっても良いことはもちろんである。円環状の補剛部材５は言い換えれば、高さの低い中空円筒状である（図４参照）。
【００１８】
補剛部材５は、円筒の軸方向一端部（円形状）５ａをその周方向全周にわたって溶接接合することにより、鉄骨梁２のウェブ面に設けられる。補剛部材５を鉄骨梁２に溶接接合する際には、鉄骨梁２を横倒しにして上下一対のフランジ４を接地することによって、ウェブ面を水平にし、水平なウェブ面上に中空円筒状の補剛部材５を立てて設置して、接合作業が行われる。本実施形態にあっては、円環状の補剛部材５は、その形状中心（円環状の中心）が鉄骨梁２の長さ方向に沿うウェブ３の中心線Ｃ上に位置するように設けられる。すなわち、補剛部材５の直径がウェブ３の中心線Ｃに一致される。補剛部材５の形状中心は、鉄骨梁２の長さ方向に沿うウェブ３の中心線Ｃ上からずれた位置であってもよい。
【００１９】
本実施形態では、補剛部材５は図２及び図３に示すように、ウェブ３の表面もしくは裏面のいずれか一方に設けられる。また、図示例にあっては、補剛部材５は、塑性化領域である梁端部２ａに３つ配設されている。補剛部材５は、溶接作業性を考慮して、また互いに隣接する補剛部材５の溶接箇所同士の干渉を避けるために、僅かながら互いに間隔を隔ててウェブ面に設けられる。
【００２０】
補剛部材５は図４に示すように、円筒状の軸方向に沿う高さ（ウェブ面上における高さ）ｂと板厚ｔの関係がｂ≧ｔを満たすように設定される。ウェブ３の面外変形に対しては、板厚ｔよりも高さｂの方が利き、効率よく面外変形を抑制することができる。
【００２１】
また、補剛部材５は、その外径寸法φと鉄骨梁２の梁せいＨの関係がφ＞２Ｈ／３を満たすように、すなわち梁せいＨの２／３の寸法よりも大きい外径寸法φを有するように設定される。補剛部材５は、その形状中心がウェブ３の中心線Ｃ上に位置されるので、補剛部材５の上部及び下部と上下フランジ４との間には、梁せいＨの１／６未満の寸法で振り分けて、隙間が形成される。
【００２２】
本実施形態に係るＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造は、背景技術のように、相当の板厚を有する平板状のプレートをウェブ表面に重ね合わせて設ける場合に比して、補強要素である補剛部材５が梁せいＨの２／３の寸法よりも大きい外径寸法φを有する円環状であるので、ウェブ面上における高さよりも板厚を薄くする設定であっても、効果的に局部座屈の発生を抑えることができる。板厚ｔが薄くて済むので、鉄骨梁２の補強における軽量化・コストダウンを達成することができる。
【００２３】
円環状の補剛部材５は、円環状内方のウェブ３部分を包囲して拘束することができ、ウェブ３の面外変形を効率よく抑えることができる。補剛部材５は、上下フランジ４から梁せいＨの１／６未満の位置でウェブ３を押さえ込んでいるので、当該位置の断面が増加する。すなわち、曲げにくさを表す横座屈断面二次半径が増大する。これにより、スチフナプレート等の追加の補強を必要とすることなく、鉄骨梁２のねじれも防止することができる。
【００２４】
従って、幅厚比の大きいＨ形鋼製鉄骨梁２であっても、塑性化する部位に適用することができ、ウェブの板厚が厚い鉄骨梁を用いる場合に比べて、軽量であって、従ってまた低コストな鉄骨梁２を構成することができる。
【００２５】
また、上述したように、円環状の補剛部材５であるので、水平にしたウェブ面に安定して設置することができ、良好な溶接接合作業性も確保できる。補剛部材５は円環状であるので、形態的に角部が全くなく、従って生産時に溶接欠陥が生じるようなこともなく、所定の補強性能を確保することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係るＨ形鋼製鉄骨梁の補強構造は、重量増加やコストアップを抑制することができると共に、鉄骨梁２を補強する補剛部材５の構造的健全性が高く、溶接作業性も良好であって、局部座屈に対し高い補強性能を発揮することができる。
【００２７】
上記実施形態では、補剛部材５を梁端部２ａに設ける場合について説明したが、図５に示すように、塑性化領域であれば、どのような場所に設けるようにしても良いことはもちろんである。長期応力の影響で、鉄骨梁２の長さ方向中間部（梁中央部）２ｂに局部座屈が生じることもある。このような事態に対応するために、局部座屈が生じ得る塑性化領域全域に亘り、上記補剛部材５が設けられる。このように構成すれば、ウェブの板厚が薄い（幅厚比が大きい）鉄骨梁２の塑性化領域であっても、十分に変形することができて、靱性に富んだ鉄骨架構を構築することができる。
【００２８】
また、上記実施形態では、補剛部材５を３つ設ける場合について説明したが、塑性化領域の範囲が狭いと想定されるような場合には図６に示すように、当該領域に補剛部材５を一つ設けるだけでも良いことはもちろんである。
【００２９】
図７には、上記実施形態の変形例が示されている。上記実施形態では、ウェブ３の表裏いずれかの片面に補剛部材５を設置する場合について説明したが、この変形例では図３において仮想線でも示すように、補剛部材５は、ウェブ３の表面及び裏面の双方に設けられる。
【００３０】
補剛部材５は、ウェブ３の表面と裏面で、鉄骨梁２の長さ方向に互いに位置をずらして、かつ交互に設置される。従って、補剛部材５は、ウェブ３の表裏面で、同じ位置ではなく、位置を異ならせて設けられる。また、交互に位置をずらした表裏面の補剛部材５は、鉄骨梁２の長さ方向に沿うウェブ３の中心線Ｃ上で連続的に配設される。「連続的」とは図示するように、表裏面に設けられる補剛部材５が互いに重なり合う場合と、補剛部材５の外縁同士が互いに外接する位置関係の場合とがある。
【００３１】
円環状の補剛部材５の形状中心が鉄骨梁２の長さ方向に沿うウェブ３の中心線Ｃ上に位置していて、補剛部材５の直径とウェブ３の中心線Ｃが一致しているので、ウェブ３の表裏面の補剛部材５は、その直径方向に並んだ状態で、連続して配列される。このように連続的に配設すれば、補剛部材５をウェブ３の片面だけに設ける場合に、隣接する補剛部材５間に必要な隙間をなくすことができ、当該隙間がなくなることにより、補強効果をさらに増大することができる。このような変形例であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。
【符号の説明】
【００３２】
２  Ｈ形鋼製鉄骨梁
３  鉄骨梁のウェブ
５  補剛部材
ｂ  補剛部材の高さ
ｔ  補剛部材の板厚
Ｃ  鉄骨梁の長さ方向に沿うウェブの中心線
Ｈ  鉄骨梁の梁せい
φ  補剛部材の外径寸法
【図１】
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【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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