(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びるウェブの両端に、前記ウェブの軸線方向に沿って延びるフランジ部をそれぞれ設けたＨ形断面部材と、
前記ウェブに接合されていて、一方の前記フランジ部の曲げ圧縮応力を生じる部分を該一方のフランジ部の軸線方向まわりに囲んで内包して閉断面を形成する補剛部材と、
を有し、
前記補剛部材は、その軸線方向に延びて周面を分割する切断部を備えた筒状に形成されていて、前記補剛部材内に前記一方のフランジ部が内包された状態において、前記切断部により形成された補剛部材の軸線方向に延びる一対の端部が、前記Ｈ形断面部材のウェブの両面にそれぞれ接合されていることを特徴とするＨ形断面部材の座屈補剛構造。
【請求項２】
前記Ｈ形断面部材の他方のフランジ部に床スラブが接合され、前記一方のフランジ部は前記補剛部材に内包された状態で補剛されていることを特徴とする請求項１に記載のＨ形断面部材の座屈補剛構造。
【請求項３】
前記補剛部材の前記一対の端部は、前記Ｈ形断面部材の前記ウェブのせい方向の中央に接合した請求項１又は２に記載のＨ形断面部材の座屈補剛構造。
【請求項４】
前記ウェブに、該ウェブのせい方向に延びるスチフナが設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載のＨ形断面部材の座屈補剛構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の前記Ｈ形断面部材の座屈補剛構造を有し、前記Ｈ形断面部材を梁とする梁部材と、
前記梁部材が剛接合された柱と、
を備え、前記補剛部材が前記柱に接合されていないことを特徴とする鉄骨構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力によってせん断力と曲げを受けるＨ形鋼等のＨ形断面部材に対して横座屈とウェブのせん断座屈を防止するための座屈補剛構造とこの補剛構造を有する鉄骨構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建築物などの建築構造用梁部材としてＨ形鋼が広く採用されている。Ｈ形鋼は曲げ強度に対する横座屈強度比が小さく、横座屈性能を高める技術が種々提案されている。
Ｈ形鋼は外力による曲げとせん断力を効率的に負担できる優れた断面形状を有する鋼材であるが、主として建築構造の梁に用いられる場合、その対ねじり性能の低さに起因する横座屈現象を防止する設計を行う必要がある。また、高い曲げ剛性及び曲げ耐力を得るために梁のせいを高くする場合には、同時にウェブ部分のせん断座屈を防止する設計を行う必要がある。
【０００３】
横座屈に対しては、通常は所定の間隔で梁部材に対して梁軸直交方向に水平補剛部材を設置して、その発生を防止する手法が一般的であり、ウェブのせん断座屈に対してはウェブの幅厚比を所定の値以下とするか、補剛リブ等をウェブに溶接して対座屈補剛を行う手法が一般に知られている。
これらの水平補剛部材や補剛リブを省略することができれば、経済的な梁構造を実現することが可能であり、それに対応する技術として例えば下記の特許文献１〜５に示すようなＨ形鋼の補剛構造とその製造方法が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１に記載されたものは、Ｈ形鋼によって形成された鉄骨梁が柱に接合され、鉄骨梁の上面にシヤコネクタによってコンクリート床スラブが接合された床構造が示されており、横座屈を生じさせずに、十分な曲げによる塑性変形が可能な鉄骨梁の長さと断面寸法の関係が、所定の数式を満足する範囲で定められている。
また、特許文献２及び３に記載された補剛部材は、みぞ形断面部材またはＨ形断面部材においてウェブとフランジとの隅部に矩形またはＬ字形の断面部材を溶接して三角形または四角形断面の管状体を設けて、フランジ降伏後の曲げ耐力を維持して塑性変形能力の向上を図っている。
【０００５】
特許文献４に記載されたスラブ付き鉄骨梁はＨ形鋼の鉄骨梁の上面にスラブが接合されており、鉄骨梁のフランジとスラブを連結するスタッドは鉄骨梁のフランジの横移動を拘束する本数以上の本数でスラブと接合されている。これによって鉄骨梁の横座屈を防止する横座屈補剛部材を設置しなくてもよいとしている。
また、特許文献５に記載された補剛構造では、Ｈ形鋼のウェブの両面中央部に補強部材として半割の鋼管を溶接した構造を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１２８４号公報
【特許文献２】特開２０１５−９４０９５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／２０８１９４号
【特許文献４】特開２０１２−１２７８８号公報
【特許文献５】特開平８−１６５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の文献に示される技術は以下に示す課題がある。即ち、特許文献１記載の床構造では、床スラブと接合された鉄骨梁の塑性変形が可能な長さと断面寸法の関係を示すものであり、それを越える範囲での横座屈補剛方法を示すものではなかった。
また、特許文献２及び３に記載の補強構造部材は上下フランジとウェブとに閉断面からなる三角形または四角形断面の管状体を形成するためウェブとフランジの両側に板状部材を溶接すること等に手間がかかり、しかもせん断座屈の防止能力は十分でなかった。
【０００８】
また、特許文献４に記載の鉄骨梁はスラブと固定するフランジにスタッドを多く固定して捩じり剛性を向上させなければならず、スラブが固定されていない反対側のフランジは面外方向のそりを拘束する方法は示されていないため、横座屈を抑える効果は十分でなかった。
また、特許文献５に記載の補強構造は、Ｈ形鋼のウェブの両面に半割の鋼管をそれぞれ溶接固定しなければならず、鋼管の加工と溶接に手間がかかりコスト高になる上に圧縮側フランジの面外方向のそりを抑える効果が十分でなかった。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、外力による曲げ圧縮力やせん断力が生じても、簡単な施工で横座屈とせん断座屈を一層良く抑えることができるようにしたＨ形断面部材の座屈補剛構造とこれを備えた鉄骨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】
【００１０】
先ず本発明によるＨ形断面部材の座屈補剛構造の原理について説明する。
Ｈ形鋼等のＨ形断面部材が曲げ圧縮力を受けるときの座屈応力は、純捩り（純曲げ）と曲げ捩じりの２つである。
純曲げを受けるＨ形断面の梁部材が横座屈を発生する弾性限界時の曲げモーメント、即ち横座屈モーメントＭｃｒ及びＭｃｒ時のフランジ曲げ応力σｃｒは、次式（１）で与えられることはよく知られている。
【数１】
0006682903.tif 000002
ここに上式（１）で、Ｅ:ヤング係数、Ｇ：せん断弾性係数、Ｉｙ：梁弱軸方向の断面二次モーメント、Ｉs：捩り定数、Ｉｗ：曲げ捩り定数、Ｚ：梁強軸方向の断面係数、ｌ：材長である。
【００１１】
数式（１）のσsはサンブナンの純捩りに対する座屈応力度であり、σwは曲げ捩りに対する座屈応力度である。σsは梁断面の捩り定数Ｉｓに依存するが、一般的に捩り定数ＩｓはＨ形断面のような開断面の場合は小さく、円形中空断面のような閉断面の場合は大きくなる。ちなみに板厚tが全て等しい場合を想定すると、Ｈ形断面及び円形（半径Ｒとする）中空断面の単位断面積あたりの捩り定数Ｉｓ／Ａは各々以下のようになる。
Ｈ形断面の場合：
【数２】
0006682903.tif 000003
【００１２】
円形中空断面の場合：
【数３】
0006682903.tif 000004
【００１３】
即ち、単位断面積あたりの捩り定数Ｉs／Ａは、Ｈ形断面は板厚ｔの二乗に比例し、円形中空断面は半径Ｒの二乗に比例するので、通常構造物に使用されるＨ形断面梁の寸法を考えれば、Ｈ形鋼と鋼管のような閉断面部材を一体化した断面とすれば、Ｈ形鋼との断面積比で小さい鋼管であっても、捩り定数を元のＨ形断面に比べて著しく大きくできる。即ち、純捩りに対する座屈応力度を大きくすることが可能である。
【００１４】
次に数式（１）のσwについては、Ｈ形断面の梁の場合は、次式で与えられることが知られている。
【数４】
0006682903.tif 000005
ここにλ：圧縮側フランジの細長比＝ｌ/ｉ、ｉ：圧縮側フランジを含むウェブ高さの１／６部分の断面二次半径＝√（Ｉ１／ＡＴ）、Ｉ１：圧縮側フランジのウェブ軸回りの断面二次モーメント、ＡＴ：圧縮側フランジを含むウェブ高さの１／６部分の断面積である。
【００１５】
数式（２）は圧縮側フランジのウェブ軸回りの曲げ座屈応力度を表していることから、圧縮側フランジの水平方向のそりによる面外曲げを、例えば鋼管のような閉断面部材でフランジを囲った状態で梁のウェブに一体化して拘束することによって、曲げ捩りに対する座屈応力度σwを大きくすることができる。
以上のことから、閉断面部材を用いて圧縮側フランジを囲うような形状でウェブに接合して、一体化された梁構造を採用すれば、純捩りと曲げ捩りの双方に対して同時に抵抗することが可能であるので、弾性限界の横座屈モーメントＭｃｒを向上させることができる。
また、構造物の梁には通常曲げモーメントだけではなく、せん断力も想定されるので、特にウェブの幅厚比が大きいＨ形断面部材の梁ではせん断座屈を防止するよう考慮する必要がある。そこで、前述した横座屈を防止するために梁と一体化した閉断面部材によって、同時にウェブの座屈を防止できるような構造にすれば更に理想的であるものといえる。
【００１６】
上述した本発明の補剛構造の原理に基づき、本発明によるＨ形断面部材の座屈補剛構造は、次の構成を備えている。
即ち、本発明によるＨ形断面部材の座屈補剛構造は、一方向に延びるウェブの両端に、ウェブの軸線方向に沿って延びるフランジをそれぞれ設けたＨ形断面部材と、ウェブに接合されていて、一方のフランジの曲げ圧縮応力を生じる部分を該一方のフランジの軸線方向まわりに囲んで内包して閉断面を形成する補剛部材と、を有し、前記補剛部材は、その軸線方向に延びて周面を分割する切断部を備えた筒状に形成されていて、前記補剛部材内に前記一方のフランジ部が内包された状態において、前記切断部により形成された補剛部材の軸線方向に延びる一対の端部が、前記Ｈ形断面部材のウェブの両面にそれぞれ接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、Ｈ形断面部材の一方または両方の曲げ圧縮力が作用する部分のフランジ部を、補剛部材の閉断面としての中空部内に収容し、且つこの補剛部材をウェブと一体化したため、簡単な構造で純捩じりと曲げ捩じりに対する抵抗を向上させて横座屈及びせん断座屈を防止することができる。
しかも、この座屈補剛構造は、補剛部材を、例えば鋼管等の閉断面部材の一部を材軸方向に切断してＨ形断面部材のウェブ挿入用の間隙を設けたり、鋼板等の板材を折り曲げたりすることで形成し、フランジを内包した状態においてウェブと対向する補剛部材の端部を接合するだけで製造することができるため、経済的かつ容易に施工製作することが可能である。
さらに、補剛部材は、Ｈ形断面部材の一方のフランジ部を補剛部材の閉断面としての中空部内に収容した状態で、一対の端部をＨ形断面部材のウェブの両面にそれぞれ接合することによってウェブと一体化したため、純捩じりと曲げ捩じりに対する抵抗を向上させて横座屈及びせん断座屈を防止することができる。
【００１７】
また、Ｈ形断面部材の他方のフランジに床スラブが接合され、一方のフランジは補剛部材に内包された状態で補剛されていることが好ましい。
Ｈ型断面部材が常載荷重や地震等の外力を受けて、床スラブと一体化した他方のフランジ部に曲げ圧縮応力を生じると、他方のフランジ部に固定されている床スラブが圧縮応力の一部を負担するため、一方のフランジ部に対して作用する曲げ圧縮力は小さくなり、しかもＨ形断面部材の他方のフランジ部は床スラブと一体化しているので、本発明と同様に純捩りと曲げ捩りに対する抵抗性能は向上する。
さらに、従来は床スラブと一体化してない一方のフランジ部に圧縮応力が発生する場合には、曲げ捩りに対する性能向上は望めなかったが、本発明は一方のフランジ部に圧縮応力の発生が予測される範囲に、閉断面状の補剛部材を付加しているため、床スラブと一体化していない一方のフランジ部の曲げ捩りに対する性能が向上する。
【００１９】
また、補剛部材の一対の端部は、Ｈ形断面部材のウェブのせい方向の略中央に接合することが好ましい。
補剛部材の一対の端部をウェブの幅方向の略中央に接合していることにより、フランジと補剛部材の間に挟まれたウェブの幅と板厚の比を最小化できるので、補剛部材によるＨ形断面部材のせん断座屈防止効果が高い。
【００２０】
また、ウェブに、該ウェブのせい方向に延びるスチフナが設けられていることが好ましい。
ウェブにスチフナを接合しているため、スチフナがウェブを補剛して横座屈及びせん断座屈を一層効果的に防止することができる。
【００２１】
また、本発明による鉄骨構造は、ウェブの両端にフランジ部を設けたＨ形断面部材の補剛構造を有し、Ｈ形断面部材を梁とする梁部材と、梁部材が剛接合された柱と、を備え、補剛部材が柱に接合されていないことを特徴とする。
これにより、鉄骨構造の施工時においては、Ｈ形断面部材を接続した柱に補剛構造を当接したり接合したりする必要はないため、柱梁架構の建方施工をなんら妨げることはなく、施工自体も容易である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるＨ形断面部材の座屈補剛構造と鉄骨構造によれば、Ｈ形断面部材の曲げ圧縮力を生じる部分のフランジ部を補剛部材で囲っていて、この補剛部材はウェブに接合して一体化したため、簡単な構造で対横座屈性能及び対せん断座屈性能が従来のものより高い補剛構造と梁構造を得られる。
しかも、本発明によるＨ形断面部材の補剛構造と鉄骨構造は、補剛部材を、例えば鋼管等の閉断面部材の一部を材軸方向に切断してＨ形断面部材のウェブ挿入用の間隙を設けたり、フランジをその材軸方向まわりに囲むように鋼板等の板材を折り曲げたりすることに形成した上で、フランジを内包した状態においてウェブと対向する補剛部材の端部を接合するだけで製造することができる。
そのため、経済的かつ容易に施工製作可能であり、また、Ｈ形断面部材のウェブと補剛部材との接合は、例えば溶接接合するだけであるので、補剛部材の取り付けを製作工場で行っても建築現場で行ってもよいことから製作の自由度が高い。
【００２３】
また、本発明による鉄骨構造は、補剛部材によってＨ形断面部材の純捩り及び曲げ捩りに対する補剛効果を期待するものであって、補剛部材にＨ形断面部材の曲げ応力を直接負担させるものではないので、Ｈ形断面部材を接続した柱に補剛構造を当接したり接合したりする必要はなく、柱梁架構の建方施工が複雑化することを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造及びそれを用いた鉄骨構造を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）における座屈補剛構造のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＨ形断面部材の応力分布の模式図である。
【図２】本発明の第二実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造を示すものであり、Ｈ形鋼の上フランジ部にスラブを固定した構造を示す要部斜視図である。
【図３】第二実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）における座屈補剛構造のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第三実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）における座屈補剛構造のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】第四実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）における補剛構造のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は同じくＥ−Ｅ線断面図である。
【図６】座屈補剛構造の変形例を示す断面図である。
【図７】座屈補剛構造の他の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造について添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態によるＨ形断面部材の座屈補剛構造を用いた鉄骨構造としての梁構造１を示すものである。図１（ａ）は柱２に梁３(梁部材)を剛接合してなる構造物を示している。柱２は鋼材からなる鋼製柱であり、この実施形態では角柱状の鋼管からなる鋼管柱である。梁３は鋼材からなる鋼製梁であり、具体的にはＨ形鋼からなる鉄骨梁である。図１（ｂ）に示すように、梁３はウェブ３ａとその両端の上下に設けた上フランジ部３ｂと下フランジ部３ｃとで断面Ｈ形に構成されている。本実施形態による梁構造１では、梁３の上フランジ部３ｂや下フランジ部３ｃにスラブは固定されていない。
柱２と梁３との剛接合は、柱２の仕口部２ａに梁３の端部を当接させ、仕口部２ａから突設するガセットプレート４にウェブ３ａを重ねて、ウェブ３ａとガセットプレート４とがそれぞれのボルト孔に高力ボルト等のボルトを挿通して締結し、上フランジ部３ｂと下フランジ部３ｃを仕口部２ａに当接させ溶接で接合することにより行われている。
【００２６】
梁構造１において、梁３を構成するＨ形鋼は上下のフランジ部３ｂ、３ｃで常載荷重や地震等の外力による梁上荷重を受けて、曲げモーメントに伴う曲げ圧縮応力を生じ、またＨ形鋼のウェブ３ａは同時にせん断力を受ける（図１（ｃ）参照）。図１（ａ）に示す梁構造１では、例えば梁上荷重Ｇを受ける場合は、図１（ａ）及び（ｃ）に示すように柱２の近傍において梁３の下フランジ部３ｃに圧縮応力Ｐを生じ、柱２からより離間した位置で上フランジ部３ｂに圧縮応力Ｑが生じる。
そのため、図１に示す本実施形態による梁構造１では、曲げ圧縮応力やせん断力を受ける領域の少なくとも一部において、梁３の下フランジ部３ｃや上フランジ部３ｂをその材軸まわりに囲うように、例えば断面が中空円形状の鋼管を用いて筒状に形成された補剛部材６を取り付けている。補剛部材６は、周方向の一部に小さな間隙を形成するよう切断部６ａが材軸方向全長に略直線状に形成されていて、この切断部６ａの間隙内にウェブ３ａを嵌挿させた状態で、切断部６ａにより形成された、この切断部６ａの端縁部分である一対の端部が、ウェブ３ａの両側面に溶接等で接合されている。
【００２７】
即ち、本実施形態による梁構造１では、図１（ａ）に示すように、圧縮応力Ｐが発生する領域において、図１（ｂ）に示すように、梁３の下フランジ部３ｃを囲って内包するように、切断部６ａを有する補剛部材６（以下、これを符号６Ａで示す）を嵌合させている。そして、補剛部材６Ａの切断部６ａにより形成された、補剛部材６Ａの材軸方向に延びる一対の端部を、ウェブ３ａの両側面に溶接等で接合している。なお、補剛部材６Ａの材軸方向の端部は柱２と離間しており接合されていない。
このように、下フランジ部３ｃが補剛部材６Ａの内部空間に収容された状態で補剛部材６Ａの切断部６ａの両端をウェブ３ａに接合することにより、補剛部材６Ａの内部空間が閉断面を形成する。このとき、補剛部材６Ａの閉断面である中空部内に下フランジ部３ｃが収納されているため、梁断面のねじり定数Ｉｓを大きくすることができ、同時に下フランジ部３ｃのそりによる水平方向の面外曲げを拘束することができる。
一方で、梁３の材軸方向における補剛部材６Ａから離間した位置で、上フランジ部３ｂの圧縮応力Ｑが発生する領域において、梁３の上フランジ部３ｂを囲うように、補剛部材６Ａとは別の補剛部材６（以下、これを符号６Ｂで示す）を、その切断部６ａの間隙内にウェブ３ａを嵌挿させた状態でＨ形鋼に嵌合させている。そして、補剛部材６Ｂの切断部６ａにより形成された、補剛部材６Ａの材軸方向に延びる一対の端部を、ウェブ３ａの両側面に溶接等で接合している。
このように、上フランジ部３ｂが補剛部材６Ｂの内部空間に収容された状態で補剛部材６Ｂの切断部６ａの両端をウェブ３ａに接合することにより、補剛部材６Ａの内部空間が閉断面を形成する。このとき、補剛部材６Ａの閉断面である中空部内に上フランジ部３ｂが収納されているため、梁断面のねじり定数Ｉｓを大きくすることができ、同時に上フランジ部３ｂのそりによる水平方向の面外曲げを拘束することができる。
なお、地震力のような水平力を受けると曲げモーメントの分布は変化するので、圧縮応力が生じる領域が長くなることが予測される場合は、圧縮応力が生じる領域に適合するように、補剛部材６Ａ，６Ｂを該補剛部材６Ａ，６Ｂの材軸方向にそれぞれ長く設定しなければならない。
【００２８】
補剛部材６Ａ，６Ｂにおける切断部６ａのウェブ３ａへの溶接位置は、ウェブ３ａの上下フランジ部３ｂ、３ｃ間のウェブせい（幅ｗ）に対して下フランジ部３ｃまたは上フランジ部３ｂから任意の長さ位置に形成できる。図１に示す例では、補剛部材６で囲う下フランジ部３ｃまたは上フランジ部３ｂから約１／２の長さ位置に設定した。なお、本実施形態においては、下フランジ部３ｃ、上フランジ部３ｂは中空の鋼管状の補剛部材６の内面に非接触で固定していないが、補剛部材は下フランジ部、上フランジ部に当接していてもよい。
なお、補剛部材６における切断部６ａにより形成された一対の端部のウェブ３ａの幅ｗに対する溶接位置は任意に設定することができるが、この溶接位置については、例えば図１に示すように、ウェブ３ａの幅ｗの１/２程度の部分、即ち、ウェブ３ａの幅ｗ方向の略中央の位置に設定することができる。溶接位置をウェブ３ａの幅ｗの１/２程度の部分とすることにより、ウェブ３ａの幅厚比が溶接位置の上下で対称となり、幅厚比を最小化できるので、せん断座屈応力度を最大化させることができる。
【００２９】
ここで、梁３のウェブ３ａに対する補剛部材６の接合方法を説明する。
まず工場または現場において、柱２の仕口部２ａにＨ形鋼の梁３の端面を当接させてガセットプレート４を介してボルト等で固定する。
つぎに、鋼管の長さ方向一端部における周方向の１カ所に切欠を設け、その材軸方向に切欠を延長させて他端部まで切断部６ａを略直線状に全長にわたって形成することにより補剛部材６を形成する。そして、梁３のウェブ３ａを補剛部材６の切断部６ａの間隙に通し、下フランジ部３ｃまたは上フランジ部３ｂを補剛部材６の中空部内に収納して切断部６ａでウェブ３ａを挟み込み、切断部６ａにより形成された一対の端部をウェブ３ａの両面にそれぞれ溶接することで、梁３と補剛部材６を一体化できる。
或いは、鋼板等の板材を折り曲げて梁３の下フランジ部３ｃまたは上フランジ部３ｂを材軸方向まわりに囲むように折り曲げて筒状として補剛部材６を形成すると共に、ウェブ３ａの面と対向する一対の端部をそのウェブ３ａの両面に溶接し、梁３と補剛部材６を一体化してもよい。
つぎに、建築現場において、柱２の仕口部２ａにＨ形鋼の梁３のウェブ３ａの端面を当接させてガセットプレート４を介してボルト等で固定し、上フランジ部３ｂと下フランジ部３ｃを仕口部２ａに当接させ溶接で接合する。
なお、補剛部材は断面略円形状の筒状に限らず、後述のように三角や四角等の適宜の多角形断面をなす角筒状等でもよく、断面形状は任意である。
【００３０】
本第一実施形態による梁構造１の座屈補剛構造は上述した構成を備えているから、柱２に固定した梁３が常載荷重や地震等の外力を受け、梁３に曲げ圧縮応力が生じる。この場合、柱２の近傍では梁３の下フランジ部３ｃ側に圧縮応力Ｐが生じても、下フランジ部３ｃを囲う鋼管状の補剛部材６Ａをウェブ３ａに接合し、梁３と一体化しているため、断面全体の純捩じりに対する座屈応力度、曲げ捩じりに対する座屈応力度が共に増大する。そのため、補剛部材６Ａによる横座屈に対する補剛効果を発揮できる。
また、補剛部材６Ａに対して柱２からより離れた領域では、梁３は上フランジ部３ｂ側に圧縮応力Ｑが生じるが、この領域においても上フランジ部３ｂを囲う補剛部材６Ｂをウェブ３ａに接合したため同様に横座屈に対する補剛効果を発揮できる。また、これら補剛部材６Ａ、６Ｂによって梁３のＨ形断面の横座屈及びウェブ３ａのせん断座屈に対する補剛効果も同時に発揮できる。
【００３１】
上述したように本第一実施形態による梁構造１によれば、Ｈ形鋼の梁３の材軸方向においてそれぞれ圧縮応力を生じる下フランジ部３ｃを補剛部材６Ａで囲い、補剛部材６Ａから材軸方向にずれた位置で上フランジ部３ｂを補剛部材６Ｂで囲ってウェブ３ａの両側面にそれぞれ接合し一体化している。これにより、上フランジ部３ｂと下フランジ部３ｃを内包した状態で、補剛部材６Ａ，６Ｂによって閉断面を形成しているため、簡単な構造で梁３の純捩りと曲げ捩りとの両方に対する抵抗を向上させて、梁３にかかる横座屈及びせん断座屈を防止して、従来のものより性能の高い補剛構造を得られる。
しかも、補剛部材６Ａ，６Ｂに設けた切断部６ａ内に梁３のウェブ３ａを梁３の材端から嵌挿した上で、補剛部材６Ａ，６Ｂにおいてウェブ３ａの面に対向する一対の端部を、ウェブ３ａの両面に溶接等で接合するだけで製造できるため経済的で容易に施工製作できる。
【００３２】
また、梁３のウェブ３ａと補剛部材６Ａ、６Ｂとの嵌合と接合が簡単にできるので、補剛部材６Ａ、６Ｂの取り付けは製作工場で行ってもよいし建築現場で行ってもよく、製作自由度が高い。
さらに、本実施形態による梁構造１は、補剛部材６Ａ，６Ｂに対して純捩りと曲げ捩りの補剛効果を期待するもので梁３の曲げ応力を直接負担するものではないので、梁３を接続した柱２に補剛部材６Ａ，６Ｂを当接したり接合したりする必要がなく、柱梁架構の施工の妨げとなるものではない。
【００３３】
以上、本発明の第一実施形態による梁構造１について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の異なる形態や態様を採用できることはいうまでもない。これらはいずれも本発明の範囲に含まれる。
次に本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した実施形態の部分や部品と同一または同様なものについては同一の符号を用いて説明を行うものとする。
【００３４】
次に本発明の第二実施形態による梁構造１Ａについて図２及び図３により説明する。
本第二実施形態による梁構造１Ａでは、柱２に連結固定された梁３の上フランジ部３ｂの上面にはシアコネクタとして頭付きのスタッド８が所定間隔で固定されている。このスタッド８を介して床スラブ９が接合されて上フランジ部３ｂと一体化されている。圧縮応力を生じる領域の下フランジ部３ｃには鋼管状の補剛部材６を嵌合してなり、補剛部材６の中空部内に下フランジ部３ｃを保持して切断部６ａの両端をウェブ３ａの両側面に溶接している。
そして、梁３が常載荷重や地震等の外力を受けて曲げ応力を生じると、上フランジ部３ｂに圧縮応力が生じる場合には、上フランジ部３ｂが負担する圧縮応力の一部を床スラブ９が負担し、上フランジ部３ｂに対する曲げ圧縮応力は小さくなるので、上フランジ部３ｂ側には特段の補剛構造は必要でない。下フランジ部３ｃに曲げ圧縮応力が生じる場合は横座屈を生じ得るが、補剛部材６で下フランジ部３ｃを囲うことで補剛できる。特に地震力のような水平力を繰り返し受けると、無補剛状態で許容される曲げモーメントに対して発生する曲げモーメントを超える範囲が長くなるので、これに応じて長い補剛部材６を梁３に接合する必要がある。
【００３５】
次に本発明の第三実施形態による梁構造１Ｂについて図４により説明する。
本第三実施形態による梁構造１Ｂでは、柱２に連結固定された梁３の上フランジ部３ｂの上面には所定間隔で固定されたスタッド８を介して床スラブ９が接合され、上フランジ部３ｂと一体化されている。圧縮応力が生じる領域の下フランジ部３ｃには鋼管状の補剛部材６を嵌合してなり、補剛部材６の中空部内に下フランジ部３ｃを保持して切断部６ａの両端をウェブ３ａの両側面に溶接している。
【００３６】
そして、鋼管状の補剛部材６には切断部６ａの両側端部から下フランジ部３ｃ方向にスリット溝１１が所定間隔でそれぞれ形成されている。梁３のウェブ３ａの両面には例えば、ウェブ３ａからほぼ直角方向に突出した四角形板状のスチフナ１２がウェブ３ａの幅方向、即ち梁３の鉛直方向に向けて溶接等で接合されている。このスチフナ１２は、その一端(この場合は上端)は上フランジ部３ｂの下面に固定され、他端は下フランジ部３ｃに固定されていて、補剛部材６に設けられたスリット溝１１に嵌合されている。ここで、スリット溝１１は、補剛部材６において、切断部６ａに形成された一対の端部に凹状に設けられたもので、スチフナ１２が補剛部材６のウェブ３ａへの接合や、補剛部材６の機能を阻害しないように、梁３のスチフナ１２の数や位置や、形状や大きさ等に応じて形成されている。
このように、梁３のウェブ３ａにおいて鉛直方向にスチフナ１２を接合することで梁３の捩じり剛性とせん断座屈抵抗を更に向上させることができ、梁３の横座屈及びウェブ３ａのせん断座屈を防止できる。なお、スチフナについては、必ずしも四角形の板状である必要はなく、梁の捩じり剛性とせん断座屈抵抗を向上させることができれば、任意の形状とすることができる。
【００３７】
本実施形態による梁構造１Ｂの施工に際し、例えば工場でスチフナ１２をウェブ３ａに鉛直に取り付けた状態で、スチフナ１２の上端をウェブ３ａと上フランジ部３ｂに、下端を下フランジ部３ｃに溶接等でそれぞれ接合する。
次に鋼管状の補剛部材６を切り欠いて切断部６ａを形成し、補剛部材６の切断部６ａの間隙を広げてウェブ３ａに挿入して下フランジ部３ｃを補剛部材６で囲うと共に、スリット溝１１をスチフナ１２に嵌合させる。そして、補剛部材６の切断部６ａにより形成された一対の端部をウェブ３ａの両側面にそれぞれ溶接等で接合する。
【００３８】
本第三実施形態による梁構造１Ｂによれば、前記第二実施形態の効果に加え、ウェブ３ａの両側面にスチフナ１２を上下方向に接合して上下フランジ部３ｂ、３ｃと補剛部材６に固定したため、せん断座屈抵抗をさらに向上させることができる。
【００３９】
次に本発明の第四実施形態による梁構造１Ｃについて図５により説明する。
本第四実施形態による梁構造１Ｃでは、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、柱２の側面に例えばＨ形鋼からなるブラケット１４を溶接して固定しておき、このブラケット１４とＨ形鋼の梁３とを接合プレート１５を介してボルト等で接合している。接合プレート１５はブラケット１４のウェブ１４ａと梁３のウェブ３ａとにわたって、またブラケット１４の上フランジ部１４ｂと梁３の上フランジ部３ｂとにわたって、さらにブラケット１４の下フランジ部１４ｃと梁の下フランジ部３ｃとにわたってそれぞれ設置してボルトで接合している。
また、梁３とブラケット１４の上フランジ部３ｂ、１４ｂの上面にはスタッド８を介して床スラブ９が接合され、上フランジ部３ｂ、１４ｂと一体化されている。圧縮応力が生じる領域の下フランジ部３ｃ、１４ｃは、梁３とブラケット１４との両方にわたって延びる鋼管状の補剛部材６により囲われている。補剛部材６は、その閉断面である中空部内に下フランジ部３ｃ、１４ｃを収容した状態で、切断部６ａにより形成された一対の端部がウェブ３ａの両側面に溶接されている。しかも、切断部６ａにより形成された一対の端部には、補剛部材６のウェブ３ａへの接合状態において、接合プレート１５とボルトに跨る領域に切欠凹部１６が形成されていて、補剛部材６が接合プレート１５やボルトを避けて、これらの補剛部材６や接合プレート１５、ボルトのそれぞれの機能を阻害しないようにしている。
【００４０】
本実施形態は、梁３の上フランジ部３ｂ及び下フランジ部３ｃと仕口部２ａの溶接接合を工場で実施する場合を想定したものであるが、ブラケット１４と梁３の上フランジ部１４ｂ、３ｂには床スラブ９が接合されているため上フランジ部１４ｂ、３ｂにかかる圧縮応力を床スラブ９で負担することができる。また、下フランジ部１４ｃ、３ｃの圧縮応力が生じる領域には補剛部材６を設けてウェブ１４ａ、３ａで一体化したため、捩じり剛性とせん断座屈抵抗を大きくできる。
【００４１】
なお、上述した第一実施形態で説明したように、補剛部材の断面形状は切断部を形成した略円形に限定されるものではなく、適宜の形状を採用することができる。例えば図６に示す例では補剛部材１８は断面略四角形をなす角筒状に形成され、且つ切断部６ａが、平板状の部分に設けられた構成となっていて、補剛部材１８の４つの平板状の部分が鉛直方向及び水平方向に向いた状態で、その閉断面の中空部内に下フランジ部３ｃまたは上フランジ部３ｂを収容している。また、図７に示す例では補剛部材１９は断面略四角形状をなす角筒状に形成されて、且つ切断部６ａが、角隅の部分に設けられた構成となっていて、補剛部材１８の４つの平板状の部分が斜め方向に向いた状態で、その閉断面の中空部内に下フランジ部３ｃまたは上フランジ部３ｂを収容している。
なお、補剛部材の断面形状については、これらの形状以外のものを適宜採用することができ、補剛部材に設ける切断部についても、補剛部材の機能を阻害しない範囲で任意の位置に設けることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  梁構造
２  柱
３  梁
３ａ、１４ａ  ウェブ
３ｂ、１４ｂ  上フランジ部
３ｃ、１４ｃ  下フランジ部
６，１８，１９  補剛部材
６ａ  切断部
８  スタッド
９  床スラブ
１４  ブラケット
１５  接合プレート
【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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