JP2000248685A - 鉄骨構造物の梁部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄骨構造ラーメン骨組の梁部材において、比較
的簡単な構成により、梁端部での脆性破壊の発生を回避
し、設計時に想定された伸び性能を十分に発揮させて耐
震性に優れた鉄骨構造ラーメン骨組を得る。 【解決手段】鉄骨構造ラーメン骨組に作用する長期鉛直
荷重（固定荷重・積載荷重）と短期水平荷重（地震力・
風圧力）による梁部材の曲げモーメント分布に応じて梁
部材の断面性能（梁フランジ幅・梁フランジ厚・梁ウェ
ブ厚）を梁長さ方向に変化させ、梁部材の応力度を梁長
さ方向にわたり均一にし、変形領域が梁端に集中するの
を防止し、梁部材を全長にわたり変形させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨構造物の梁部
材に関するものであり、高耐震性能を要求される鉄骨構
造ラーメン骨組に有効に適用される。

【０００２】

【従来の技術】図９に示すように、柱部材１と梁部材２
を剛接合した鉄骨構造ラーメン骨組においては、Ｈ形断
面の梁部材２の断面を梁長さ方向にわたって同一断面と
するのが一般的である。即ち、最大応力に対応した均一
な断面形状としている。なお、ボックス柱の柱部材１の
パネルゾーンはダイヤフラム３により補強している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８(a) に示
すように、梁部材２が長期鉛直荷重（固定荷重・積載荷
重）の他に短期水平荷重（地震力・風圧力）を受けた場
合、梁部材２の曲げモーメント分布は図８(a) の右側に
示すような曲げモーメント分布（Ｍ₁ ＋Ｍ₂ ）４とな
り、従来の同一断面梁の場合、図８(c) に示す応力度分
布となり、梁端接合部は、最大応力発生位置となるこ
と、完全溶込み溶接部における施工品質がばらつくこ
と、柱部材等に因る塑性拘束効果の影響により、梁端
部において脆性破壊を引き起こしてしまい、設計時に想
定されていた伸び性能を十分に発揮することができない
という問題を有していた。

【０００４】このような問題を解消する方法として、図
１０、図１１に示すように、フランジ水平ハンチ方式、
梁せいハンチ方式、フランジ厚増加方式、カバープレー
ト方式、垂直リブ補強方式、水平リブ補強方式などの梁
端補強策があるが、部材を付加するため重量が増加す
る、部材を取付けるためのコストがかかる、伸び性能を
十分に発揮できない、などの欠点がある。

【０００５】本発明は、前述のような問題点を解消すべ
くなされたもので、その目的は、比較的簡単な構成によ
り、梁端部での脆性破壊の発生を回避することができる
と共に、設計時に想定された伸び性能を十分に発揮させ
ることができ、耐震性に優れた鉄骨構造物を得ることが
できる鉄骨構造物の梁部材を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の鉄骨構造物の梁
部材は、鉄骨構造物に作用する長期鉛直荷重（固定荷重
・積載荷重）と短期水平荷重（地震力・風圧力）による
梁部材の曲げモーメント分布に応じて梁部材の断面性能
を梁長さ方向に変化させ、梁部材の応力度を梁長さ方向
にわたり均一にする（請求項１）。

【０００７】即ち、長期鉛直荷重と短期水平荷重を受け
た場合の梁部材の曲げモーメント分布は梁中央部から梁
端部に向かって増加するため（図８(a) 参照) 、この曲
げモーメント分布に合わせて梁部材の断面性能を梁中央
部で減少させ梁中央部から梁端部に向かって増加させ
る。但し、梁中央部の断面性能は、部材の撓み制限およ
び横座屈耐力を満足するものとする。

【０００８】また、断面性能は、梁フランジ幅・梁フラ
ンジ厚さ・梁ウェブせい・梁ウェブ厚さで変化させるこ
とができるが、製作のしやすさの面などから、梁フラン
ジ幅・梁フランジ厚さ・梁ウェブ厚さを梁長さ方向に変
化させることで、梁部材の断面性能を梁長さ方向に変化
させるのが好ましい（請求項２）。

【０００９】また、断面性能は梁長さ方向全体にわたっ
て連続的に変化させてもよいし、梁の両端部のみ断面性
能を変化させ梁中間部は断面性能が一定の平行部領域と
してもよい。さらに、梁の両端部のみ断面性能を変化さ
せる場合には、梁端接合部は完全溶込み溶接部における
施工品質のばらつきを考慮し、梁端において梁フランジ
幅をさらに柱部材の幅まで拡大してもよい。また、梁部
材の上下フランジに発生する応力度の差を考慮して、梁
部材の上下フランジまたは片側のフランジにおいて梁フ
ランジ幅あるいは梁フランジ厚のみを変化させるように
してもよい。

【００１０】以上のような構成において、梁部材に長期
鉛直荷重と短期水平荷重が作用した場合、梁部材の曲げ
モーメントは片側の梁端が最大となる曲げモーメント分
布（図８(a) 参照) となるが、この曲げモーメント分布
の前記片側部分に一致するように梁部材の断面性能を梁
中央から梁端に向かって増加させることにより、梁部材
の応力度が梁長さ方向にわたって均一となる（図８(b)
参照) 。これにより、変形領域が梁端に集中するのを防
止することができ、梁端における脆性破壊が回避され、
さらに梁部材を全長にわたり変形させることが可能とな
るため、大変形を吸収できる耐震性に優れた鉄骨構造物
が得られる。即ち、梁部材が十分塑性化するまで柱梁接
合部で破断を生じさせないという保有耐力設計の理念に
合致した梁部材を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示する一実施
形態に基いて説明する。この実施形態は、ボックス柱の
柱部材とＨ形鋼の梁部材からなる鉄骨構造ラーメン骨組
において、梁フランジ幅を長さ方向に変化させることに
より梁部材の断面性能を長さ方向に変化させた例であ
る。

【００１２】図１は、本発明の基本的な構成例であり、
梁部材２の上下フランジ２ａ、２ｂのフランジ幅を設計
曲げモーメント分布に応じて梁長さ方向に連続的に変化
させている。即ち、図８(a) の梁部材が長期鉛直荷重
（固定荷重・積載荷重）Ｐ₁ と短期水平荷重（地震力・
風圧力）Ｐ₂ を受けた場合の曲げモーメント分布（Ｍ₁
＋Ｍ₂ ）４の右側部分の曲線４ａに一致するように梁部
材２のフランジ幅を梁中央部で減少させ梁中央部から梁
端部に向かって漸次増加させ、４つの曲げモーメントに
対応した曲線５で囲まれた長尺の鼓形とする。但し、梁
中央のフランジ幅は、撓み制限および横座屈耐力を満足
するように設定する。

【００１３】以上のような梁部材２において、断面性能
における例えば断面係数Ｚ（＝［ｂｈ³ −（ｂ−ｔ_w ）
・（ｈ−２ｔ_f ）³ ］／６ｈ、ｂ：フランジ幅，ｈ：ウ
ェブせい，ｔ_w ：ウェブ厚，ｔ_f ：フランジ厚）が梁中
央から梁端に向かって曲げモーメント分布４ａに応じて
増加するため、梁部材２に長期鉛直荷重Ｐ₁ と短期水平
荷重Ｐ₂ が作用した場合、梁部材２の応力度σ（＝Ｍ／
Ｚ）が図８(b) に示すように長さ方向にわたって均一と
なり、これにより変形領域が梁端部に集中することが防
止され、梁端部における脆性破壊の発生が回避される。
さらに、梁部材２を全長にわたって変形させることが可
能となるため、大変形を吸収できる耐震性の高い鉄骨構
造ラーメン骨組が得られる。

【００１４】さらに、本発明の梁部材２はその断面性能
（フランジ幅）が梁中央部で小さく梁端部に向かって漸
次増加するため、従来の同一断面梁と比較して梁中央部
の断面積を減少させることができ、梁部材２の重量を従
来よりも低減させることができる。

【００１５】図２は、梁端接合部の完全溶込み溶接部に
おける施工品質のばらつきを考慮して梁端のフランジ幅
を柱部材１の幅までさらに拡幅した例であり、図１の曲
線５の梁端に滑らかに連続する拡幅曲線６を設けてい
る。図３は、梁部材２の上下フランジに発生する応力度
の差を考慮して上フランジ２ａのみに曲線５を設けた例
である。また、図示しないが、梁部材２上に床スラブが
取り付く場合は、上フランジ２ａ側は床スラブにより拘
束されることから、上フランジ２ａにおける梁端破断が
抑止され、下フランジ側のみに梁端破断を生じることが
ある。この場合には、下フランジ２ｂのみに曲線５を設
けることがある。このようにして前述した効果が得られ
る。

【００１６】図４は、図１の曲線５を有する梁部材２に
おいて梁中間部にフランジ幅が一定の平行部領域７を設
けた例であり、図１の場合と同等の効果が得られる。図
５は、梁部材に発生する応力度の差を考慮して上フラン
ジ２ａのみに図４の平行部領域７を有する曲線５を設け
た例である。

【００１７】図６，図７は実際の施工の例であり、図６
では、梁部材２を両端の梁ブラケット２−１と中間の梁
本体２−２から構成し、梁ブラケット２−１を柱部材１
に工場溶接または現場溶接８で固定しておき、吊り込ん
だ梁本体２−２を梁ブラケット２−１に現場溶接９で接
合する（図６の平面図参照）。なお、梁ブラケット２−
１と梁本体２−２との梁ウェブどうしの接合は、現場溶
接による固定、またはスプライスプレート１０と高力ボ
ルト１１による高力ボルト接合で接合する方式（図６の
正面図参照）が採用される。なお、梁ブラケット２−１
に曲線５を設けたものを使用し、梁本体２−２に平行部
領域７を設けたものを使用すれば、加工コストを低減で
きる。

【００１８】図７では、図６に示すような梁ブラケット
２−１を設けずに、吊り込んだ梁本体２を柱部材１に直
接現場溶接により固定される（図７の平面図参照）。な
お、柱部材１と梁ウェブの接合は、現場溶接による固
定、または柱部材１に工場溶接あるいは現場溶接された
取付けプレート１２と高力ボルト１１によりボルト接合
する高力ボルト接合で接合する方式（図７の正面図参
照）が採用される。

【００１９】なお、以上は梁フランジ幅を変化させる例
について説明したが、本発明では断面性能を変化させる
ことができればよいため、梁フランジ厚さあるいは梁ウ
ェブ厚さを変化させてもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成からなるの
で、次のような効果を得ることができる。

【００２１】(1) 長期鉛直荷重と短期水平荷重が作用し
た場合に、梁部材の応力度分布を梁長さ方向にわたり均
一にすることができ、変形領域が梁端に集中するのを防
止することができ、従来のように部材を付加することな
く梁部材のみで梁端における脆性破壊を回避することが
できる。

【００２２】(2) 梁部材の応力度分布を梁長さ方向にわ
たり均一にすることができ、梁部材を全長にわたり変形
させることが可能となり、変形領域が長くなるため、大
変形を吸収できる耐震性に優れた鉄骨構造物を得ること
ができる。

【００２３】(3) 従来のように部材を付加することなく
梁部材を整形加工するだけでよいため、構造が簡単とな
り、また梁中央部の断面積を小さくすることができるた
め、重量を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄骨構造ラーメン骨組の梁部材の基本
的な例を示す正面図・平面図である。

【図２】図１の梁部材において梁端に拡幅部分を設けた
例を示す正面図・平面図である。

【図３】図１の梁部材において上フランジのみに本発明
を適用した例を示す正面図・平面図である。

【図４】図１の梁部材において梁中間部に平行部領域を
設けた例を示す正面図・平面図である。

【図５】図４の梁部材において上フランジにのみ平行部
領域を設けた例を示す正面図・平面図である。

【図６】本発明の梁部材における溶接接合方式の例を示
す正面図・平面図である。

【図７】本発明の梁部材における溶接接合方式の例を示
す正面図・平面図である。

【図８】(a) は梁部材に作用する曲げモーメントの模式
図、(b) は本発明における応力度分布を示すグラフおよ
び鉄骨構造の正面図・平面図、(c) は従来における応力
度分布を示すグラフおよび鉄骨構造の正面図・平面図で
ある。

【図９】従来の鉄骨構造ラーメン骨組を示す正面図・平
面図である。

【図１０】従来の梁端補強策を示す正面図・平面図であ
る。

【図１１】従来の梁端補強策を示す正面図・平面図であ
る。

【符号の説明】

１…柱部材 ２…梁部材、２ａ…上フランジ、２ｂ…下フランジ ２−１…梁ブラケット、２−２…梁本体 ３…ダイヤフラム ４…曲げモーメント分布 ５…曲げモーメント分布に対応した曲線 ６…拡幅曲線 ７…平行部領域 ８…工場溶接または現場溶接 ９…現場溶接 １０…スプライスプレート １１…高力ボルト １２…取付けプレート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄骨構造物に作用する長期鉛直荷重と短
   期水平荷重による梁部材の曲げモーメント分布に応じて
   梁部材の断面性能を梁長さ方向に変化させてなることを
   特徴とする鉄骨構造物の梁部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の梁部材において、梁フ
   ランジ幅、梁フランジ厚さ、あるいは梁ウェブ厚さを梁
   長さ方向に変化させることにより、梁部材の断面性能を
   梁長さ方向に変化させることを特徴とする鉄骨構造物の
   梁部材。