(57)【要約】【課題】横補剛材および補剛部材を取り付けることなく、鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈による鉄骨梁の早期の耐力の喪失を簡易に防止できる鉄骨梁の補剛構造を提供する。【解決手段】鉄骨梁１０の上面とコンクリート床スラブ１１がシヤコネクタとしての頭付きスタッド１２によって接合されており、鉄骨梁１０の長さが所定の式を満足し、かつ、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に水平スチフナ２０が溶接されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈を防止する鉄骨梁の補剛構造であって、前記鉄骨梁の上面とコンクリート床スラブがシヤコネクタによって接合されており、前記鉄骨梁の長さと断面寸法との関係が下記（１）式を満足し、かつ、前記鉄骨梁の梁端ウェブの梁端ウェブの下フランジ近傍の部分がスチフナによって補剛されていることを特徴とする鉄骨梁の補剛構造。
【数１】
2015021284.tif 000005
ここに、
【数２】
2015021284.tif 000006
【請求項２】
前記鉄骨梁の上面と前記コンクリート床スラブとが前記シヤコネクタとしての頭付きスタッドによって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨梁の補剛構造。
【請求項３】
前記鉄骨梁の上面と前記コンクリート床スラブとが前記シヤコネクタとしての焼抜き栓溶接によって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨梁の補剛構造。
【請求項４】
前記鉄骨梁の梁端ウェブの下フランジから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に水平スチフナが溶接されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄骨梁の補剛構造。
【請求項５】
前記水平スチフナが前記鉄骨梁の梁端ウェブの片面のみに溶接されていることを特徴とする請求項４に記載の鉄骨梁の補剛構造。
【請求項６】
前記鉄骨梁の両端が角形鋼管、円形鋼管などの閉鎖断面の鉄骨柱、鉄筋コンクリート造の柱、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱、コンクリート充填鋼管造の柱のうちの少なくともいずれか１つの柱に剛接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄骨梁の補剛構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横補剛材および補剛部材を取り付けることなく、鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈による鉄骨梁の早期の耐力の喪失を簡易に防止することができる鉄鋼梁の補剛構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、建築物などの床構造として、Ｈ形断面の鉄骨梁と、この鉄骨梁の上面に設置されたコンクリート床スラブとを備えた床構造が広く用いられている。
このような床構造における鉄骨梁は、地震力によって横座屈（曲げ材の圧縮側フランジがねじれをともなって断面の弱軸方向に突然変形する現象）を生じる場合があり、これを防止するため、鉄骨梁に横補剛材を取り付けることが一般に行われている。
また、鉄骨梁は、地震力などによって梁端ウェブが早期に局部座屈する場合があり、これを防止するため、梁端ウェブにスチフナを取り付けることが一般に行われている。
横補剛材には、Ｈ形鋼などが一般に用いられるが、横補剛材を取り付けることで躯体重量が大きくなり、地震力を増大させるほか、材料コストがかかるという問題がある。
また、横補剛材は、溶接や高力ボルトによって鉄骨梁に取り付けられるため、鉄骨製作コストがかかるという問題がある。
さらに、横補剛材とスチフナの併用は、収まりが悪くなり、さらに鉄骨製作コストがかかるという問題がある。
【０００３】
そこで、補剛部材によって梁端ウェブの局部座屈を防止しつつ、横剛性を大きくして横補剛材を減らすことで施工性を改善する補剛構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この補剛構造は、ウェブの両端にフランジを有する構造部材の前記フランジの塑性化域を対象とした横座屈補剛構造であって、前記フランジの塑性化が考慮される区間を含む所定区間について、前記構造部材のウェブに、前記フランジと平行に、該フランジと所定間隔をおいて、所定の横剛性を与える補剛部材を添接したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３１９６３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記特許文献１に記載されている従来の補剛構造では、鉄骨梁の塑性化が想定される材端近傍の所定区間について、鉄骨梁のウェブにチャンネルなどからなる補剛部材を高力ボルトによって緊結するものであるため、補剛部材の重量が過大になって材料コストがかかるほか、鉄骨製作コストがかかるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明者等が、材料コストと鉄骨製作コストの両面から、鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈の防止方法の見直しを行うべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を見出すに至った。
すなわち、鉄骨梁の上面とコンクリート床スラブとをシヤコネクタによって接合した場合、鉄骨梁の上フランジの横移動は、コンクリート床スラブによって拘束されることになる。
そこで、発明者等は、前記条件、すなわち、鉄骨梁の上フランジの横移動が拘束されているという条件の下で広範な数値解析を行い、地震力に対して、鉄骨梁が、横座屈と局部座屈との連成座屈によって早期の耐力の喪失を生じることなく、安定した塑性変形能力を発揮するためには、鉄骨梁の長さと断面寸法との関係を下記（１）式の範囲とすることで横座屈を防止しつつ、かつ、梁端ウェブの局部座屈が発生する部分、すなわち、梁端ウェブの下フランジ近傍の部分をスチフナによって補剛すればよいこと、より具体的には、下フランジから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に水平スチフナを溶接すればよいことを見出した。
【０００７】
【数１】
2015021284.tif 000003
ここに、
【数２】
2015021284.tif 000004
【０００８】
図４は、本発明の効果を説明するためのもので、片端を固定端とする片持ち梁の先端に下向きの鉛直荷重が作用する場合の弾塑性有限要素解析の結果である。
図４において、縦軸は鉄骨梁の梁端モーメント、横軸は鉄骨梁の部材角であり、縦軸は、鉄骨梁の全塑性曲げ耐力の計算値、横軸は、全塑性曲げ耐力時の弾性部材角の計算値によってそれぞれ基準化している。
図４において、実線は、上フランジの横移動が拘束されており、かつ、梁端ウェブの下フランジから梁せいの４分の１の位置に水平スチフナが溶接されている鉄骨梁の荷重−変形関係、すなわち、本発明の補剛構造による鉄骨梁の荷重−変形関係を表す。
図４において、破線は、上フランジの横移動が拘束されており、かつ、梁端ウェブに水平スチフナが溶接されていない鉄骨梁の荷重−変形関係を表す。
【０００９】
いずれのケースも、鉄骨梁の上フランジの横移動は拘束されているが、下フランジの梁端ウェブの下フランジから梁せいの４分の１の位置に水平スチフナが溶接されている鉄骨梁、すなわち、本発明の補剛構造による鉄骨梁は、横補剛材や補剛部材を用いることなく横座屈と局部座屈との連成座屈による早期の耐力低下を防止できている。一方、梁端ウェブの下フランジから梁せいの４分の１の位置に水平スチフナが溶接されていない鉄骨梁は、梁端ウェブの局部座屈と下フランジの横座屈の連成座屈によって早期の耐力低下が生じている。
【００１０】
梁端のウェブの下フランジから梁せいの４分の１の位置に溶接する水平スチフナは、鉄骨梁のフランジの１／２程度の幅であるため、非常に軽量であり、また、鉄骨梁のフランジの１／２程度の板厚であるため、溶接も簡単である。
【００１１】
図５および図６は、鉄骨梁Ｔの上フランジｆ１の横移動が拘束されている鉄骨梁の弾塑性有限要素解析結果の解析終了時の変形図を示すものである。この解析モデルは、図５および図６において、左端を固定端とする片持ち梁の先端に下向きの鉛直荷重が作用する場合のものである。
【００１２】
図５に示すモデルでは、鉄骨梁Ｔの上フランジｆ１の横移動が拘束されており、かつ、梁端ウェブｗに水平スチフナＳが溶接されている。
水平スチフナＳは、図５（ｂ）に示すように、鉄骨梁Ｔの梁端ウェブｗの下フランジｆ２から梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に溶接されている。この水平スチフナＳは、鉄骨梁Ｔのフランジｆ１，ｆ２の１／２程度の幅であり、また、同フランジｆ１，ｆ２の１／２程度の板厚である。
このようなモデルでは、図５（ａ）に示すように、鉄骨梁Ｔの下フランジｆ２の横方向への変形は小さいものに留まっている。このモデルに対応した鉄骨梁の荷重−変形関係は、図４中の実線で示すものであり、横補剛材や補剛部材を用いることなく横座屈と局部座屈との連成座屈による早期の耐力低下を防止できている。
【００１３】
図６に示すモデルでは、鉄骨梁Ｔの上フランジｆ１の横移動が拘束されており、かつ、梁端ウェブｗに水平スチフナはない。
このようなモデルでは、図６（ａ）に示すように、鉄骨梁Ｔの下フランジｆ２は横方向に大きく変形している。このモデルに対応した鉄骨梁の荷重−変形関係は、図４中の破線で示すものであり、梁端ウェブの局部座屈と下フランジの横座屈の連成座屈によって早期の耐力低下が生じている。
【００１４】
このように、梁端ウェブの下フランジから梁せいの４分の１の位置に水平スチフナが溶接されている鉄骨梁は、水平スチフナがない鉄骨梁に比べ、横座屈と局部座屈との連成座屈による鉄骨梁の早期の耐力の喪失を防止し得ることがわかる。
【００１５】
本発明は、前記知見に基づいてなされたもので、横補剛材や補剛部材を取り付けずに鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈による鉄骨梁の早期の耐力の喪失を簡易に防止できる鉄骨梁の補剛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】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の補剛構造は、鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈を防止する鉄骨梁の補剛構造であって、前記鉄骨梁の上面とコンクリート床スラブがシヤコネクタによって接合されており、かつ、鉄骨梁の長さと断面寸法との関係が前記（１）式の範囲を満足し、かつ、梁端ウェブの下フランジ近傍の部分がスチフナによって補剛されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、鉄骨梁の上面とコンクリート床スラブがシヤコネクタによって接合された条件下において、梁端ウェブの下フランジ近傍の部分がスチフナによって補剛されているので、横補剛材や補剛部材を用いることなく横座屈と局部座屈との連成座屈による早期の耐力低下を防止することができる。
【００１８】
本発明の前記構成において、前記鉄骨梁の上面と、前記コンクリート床スラブまたは前記合成デッキコンクリート床スラブとが前記シヤコネクタとしての頭付きスタッドや、焼抜き栓溶接によって接合されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の前記構成において、梁端ウェブの下フランジから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に水平スチフナが溶接されているのが好ましい。
さらに、前記水平スチフナは、前記鉄骨梁の梁端ウェブの片面のみに溶接されていてももよいし、両面に溶接されていてもよい。
【００２０】
このように構成すれば、鉄骨梁の横座屈と局部座屈との連成座屈による鉄骨梁の早期の耐力の喪失をより効果的に防止できる。
【００２１】
また、本発明の前記構成において、前記鉄骨梁の両端が、角形鋼管、円形鋼管などの閉鎖断面の鉄骨柱、鉄筋コンクリート造の柱、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱、コンクリート充填鋼管造の柱のうちの少なくともいずれか１つの柱に剛接合されていればよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、横補剛材を取り付けずに鉄骨梁の横座屈と局部座屈の連成座屈による鉄骨梁の早期の耐力の喪失を簡易に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る鉄骨梁の補剛構造を示すもので、（ａ）コンクリート床スラブの一部を切り欠いた斜視図、（ｂ）は鉄骨梁の要部を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る鉄骨梁の補剛構造を示すもので、コンクリート床スラブの一部を切り欠いた斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る鉄骨梁の補剛構造を説明するためのもので、焼抜き栓溶接の施工法を説明する図である。
【図４】本発明の鉄骨梁の補剛構造を説明するためのもので、両端が剛接合された鉄骨梁に、地震などによる逆対称の曲げせん断力が作用する状態における鉄骨梁の荷重−変形関係を示すグラフである。
【図５】同、梁端ウェブに水平スチフナが設けられた鉄骨梁の塑性変形能力を解析した場合の解析終了時の変形図を示すものであり、（ａ）は梁端を上から見たモデルの図、（ｂ）は梁端を正面から見たモデルの図である。
【図６】同、梁端ウェブに水平スチフナがない鉄骨梁の塑性変形能力を解析した場合の解析終了時の変形図を示すものであり、（ａ）は梁端を上から見たモデルの図、（ｂ）は梁端を正面から見たモデルの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態の鉄骨梁の補剛構造を示すもので、コンクリート床スラブの一部を切り欠いた斜視図である。図１に示すように、本実施の形態の鉄骨梁の補剛構造は、鉄骨梁１０の横座屈と局部座屈の連成座屈を防止するものであり、鉄骨梁１０の上面とコンクリート床スラブ１１がシヤコネクタによって接合されている。
コンクリート床スラブ１１は、型枠内に床鉄筋を適宜配置したうえで、コンクリートを打設して施工されたものである。
【００２５】
鉄骨梁１０はＨ形鋼によって形成されており、その上フランジ１０ａの上面と、コンクリート床スラブ１１とは、シヤコネクタとしての頭付きスタッド１２によって接合されている。頭付きスタッド１２には、鉄骨梁１０とコンクリート床スラブ１１とのずれを止める効果のみを期待すればよいことから、コンクリート床スラブ１１が鉄骨梁１０と一体となって回転抵抗するだけの回転剛性および回転強度が必要にならない。このため、頭付きスタッド１２は、上フランジ１０ａの上面の幅方向略中央部に、鉄骨梁１０の長手方向に沿って一列に略所定間隔で配置されている。
【００２６】
また、前記鉄骨梁１０の両端は柱１３に剛接合されている。柱１３としては、角形鋼管、円形鋼管などの閉鎖断面の鉄骨柱、鉄筋コンクリート造の柱、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱、コンクリート充填鋼管造の柱等を使用することができる。
さらに、柱１３，１３の間には、鉄骨梁１０と直交する方向に直交梁１５が架設され、架構を構成している。このとき、鉄骨梁１０，１０の間には、鉄骨梁１０の横座屈を防止する横補剛材は架設されていない。つまり、本実施の形態では、鉄骨梁１０に横補剛材が取り付けられていない。
【００２７】
さらに、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジ近傍の部分がスチフナ２０によって補剛されている。具体的には、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジ１０ｂから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に水平スチフナ２０が溶接されている。
水平スチフナ２０は、鉄骨梁１０の全長の５分の１から４分の１程度の長さを有しており、また、幅は鉄骨梁１０の上下のフランジ１０ａ，１０ｂの略半分程度に設定されている。また、水平スチフナ２０の板厚は、鉄骨梁１０のフランジ１０ａ，１０ｂの１／２程度の板厚である。
【００２８】
また、水平スチフナ２０は鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの両面に、当該梁端ウェブ１０ｗを挟んで対称的に溶接されているが、梁端ウェブｗの片面のみに溶接してもよい。
また、梁端ウェブ１０ｗの両面に水平スチフナ２０を設ける（溶接する）場合、当該水平スチフナ２０，２０が梁端ウェブ１０ｗの下フランジ１０ｂから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置にあれば、上下方向の位置、つまり梁せい方向の位置はずれていてもよい。
さらに、水平スチフナ２０は、梁端ウェブ１０ｗの少なくとも片面に、複数平行に設けてもよく、水平方向に対して若干傾いていて設けてもよい。また、水平スチフナ２０に加えて、当該水平スチフナに対して直角に縦スチフナを設けてもよい。
【００２９】
本実施の形態によれば、鉄骨梁１０の上フランジ１０ａの上面とコンクリート床スラブ１１がシヤコネクタとしての頭付きスタッド１２によって接合された条件下において、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジ１０ｂから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置にスチフナ２０が溶接されて、当該部分が補剛されているので、横補剛材を取り付けずに鉄骨梁１０の横座屈と局部座屈との連成座屈を防止することがでる。
【００３０】
また、水平スチフナ２０は、鉄骨梁１０のフランジの１／２程度の幅であり、非常に軽量であり、また、鉄骨梁１０のフランジの１／２程度の板厚であるため、溶接も簡単である。したがって、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗを容易に補剛できる。
【００３１】
図２は第２の実施の形態の鉄骨梁の補剛構造を示すもので、コンクリート床スラブの一部を切り欠いた斜視図である。図２に示すように、本実施の形態では、鉄骨梁１０と、この鉄骨梁１０の上面に設置されたコンクリート床スラブとしての合成デッキコンクリート床スラブ２１とを備えている。合成デッキコンクリート床スラブ２１は、デッキプレート２１ａと、このデッキプレート２１ａ上に設けられたコンクリート床スラブ２１ｂとによって構成されている。
鉄骨梁１０は第１の実施の形態と同様に、Ｈ形鋼によって形成されており、その上フランジ１０ａの上面と、合成デッキコンクリート床スラブ２１とが、シヤコネクタとしての焼抜き栓溶接によって接合されている。図２において、符号２２ａは焼抜き栓溶接による溶接部を示している。
焼抜き栓溶接には、鉄骨梁１０と合成デッキコンクリート床スラブ２１とのずれを止める効果のみを期待すればよいことから、合成デッキコンクリート床スラブ２１が鉄骨梁１０と一体となって回転抵抗するだけの回転剛性および回転強度が必要にならない。
【００３２】
焼抜き栓溶接によって、鉄骨梁１０と合成デッキコンクリート床スラブ２１とを接合するには、図３に示すように、まず、デッキプレート２１ａを鉄骨梁１０に載置したうえで、溶接棒２２を垂直にしてアークを発生させる。次に、溶接棒２２を若干引き上げてアークを飛ばし、直径１０ｍｍ程度に孔が形成されるようにデッキプレート２１ａを焼き抜く。次に、溶接棒２２を鉄骨梁１０まで押し込み、焼き抜いた孔の内側をなぞるようにして孔中央に２〜３回転しながら運棒する。次に、溶着金属を整え、溶接棒２２を孔の中央部で引き上げ、その後、スラグを除去する。
このようにして、鉄骨梁１０とデッキプレート２１ａとを接合した後、デッキプレート２１ａ上にコンクリート床スラブ２１ｂを施工して終了する。
【００３３】
また、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様にして、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジ近傍の部分がスチフナ２０によって補剛されている。すなわち、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジ１０ｂから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置に水平スチフナ２０が溶接されている。
水平スチフナ２０は、鉄骨梁１０の全長の５分の１から４分の１程度の長さを有しており、また、幅は鉄骨梁１０の上下のフランジ１０ａ，１０ｂの略半分程度に設定されている。また、水平スチフナ２０の板厚は、鉄骨梁１０のフランジ１０ａ，１０ｂの１／２程度の板厚である。
水平スチフナ２０は鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの両面に、当該梁端ウェブ１０ｗを挟んで対称的に溶接されているが、梁端ウェブｗの片面のみに溶接してもよい。
また、梁端ウェブ１０ｗの両面に水平スチフナ２０を設ける（溶接する）場合、当該水平スチフナ２０，２０が梁端ウェブ１０ｗの下フランジ１０ｂから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置にあれば、上下方向の位置、つまり梁せい方向の位置はずれていてもよい。
さらに、水平スチフナ２０は、梁端ウェブ１０ｗの少なくとも片面に、複数平行に設けてもよく、水平方向に対して若干傾いていて設けてもよい。また、水平スチフナ２０に加えて、当該水平スチフナに対して直角に縦スチフナを設けてもよい。
【００３４】
本実施の形態によれば、鉄骨梁１０の上フランジ１０ａの上面と合成デッキコンクリート床スラブ２１のデッキプレート２１ａがシヤコネクタとしての焼抜き栓溶接によって接合された条件下において、鉄骨梁１０の梁端ウェブ１０ｗの下フランジ１０ｂから梁せいの４分の１から３分の１程度の位置にスチフナ２０が溶接されて、当該部分が補剛されているので第１の実施の形態と同様に、横補剛材を取り付けずに鉄骨梁１０の横座屈と局部座屈との連成座屈を防止することができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、シヤコネクタとして、頭付きスタッド１２や焼抜き栓溶接を用いたが、これに限ることなく、鉄骨梁とコンクリート床スラブまたは合成デッキコンクリート床スラブとの接合部に生じるせん断力に抵抗するものであればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  鉄骨梁
１１  コンクリート床スラブ
１２  頭付きスタッド（シヤコネクタ）
１３  柱
２０  水平スチフナ（スチフナ）
２１  合成デッキコンクリート床スラブ
【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】
2015021284.tif 000012