H形鋼部材
【課題】工場でプレファブリケーションでき、軽量で搬送の問題も生じないH形鋼部材を提供する。
【解決手段】このH形鋼部材では、H形鋼1の両フランジ2,2を繋ぐウェブ3の片側に、補強部材としてのC形鋼(リップ溝形鋼)4が配置されている。H形鋼1のウェブ3とC形鋼の両リップ5,5とは突き当てられて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。このようにH形鋼1のウェブ3にC形鋼4が接合されることで、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【解決手段】このH形鋼部材では、H形鋼1の両フランジ2,2を繋ぐウェブ3の片側に、補強部材としてのC形鋼(リップ溝形鋼)4が配置されている。H形鋼1のウェブ3とC形鋼の両リップ5,5とは突き当てられて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。このようにH形鋼1のウェブ3にC形鋼4が接合されることで、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐力・剛力を向上させた鉄骨造住宅等のH形鋼梁、H形鋼柱等のH形鋼部材に関する。特に、吹き抜けのある間取りの住宅等のH形鋼梁、H形鋼柱等として好適なH形鋼部材に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、木造住宅に代わり鉄骨造住宅が多く建造されている。
木造住宅で用いられる木材は通常、矩形断面形状を有し、強軸と弱軸の強度・剛性の差が小さい。一方、鉄骨造住宅で用いられるH形鋼は、強軸と弱軸の強度・剛性の差が大きい。すなわち、H形鋼は、ウェブと平行方向の強度・剛性が大きく、ウェブと垂直方向(フランジと平行方向)の強度・剛性が小さい。
このため、鉄骨造住宅はH形鋼の使用方向を考慮して設計する必要がある。例えば、H形鋼を吹き抜けのある間取りを有する鉄骨造住宅の梁部材、柱部材に用いる場合には、室外からの風圧力に耐え得るように、強軸が壁面と垂直になるようにH形鋼が用いられることが一般的である。
【0003】
しかし、住宅では意匠性が重視され設計されることも多い。この場合、必ずしも強軸が壁面と垂直になるようにH形鋼が使用されるわけではなく、弱軸が壁面と垂直になるようにH形鋼が使用せざるを得ない場合もある。このような場合、耐風梁、耐風柱としてH形鋼を使用するためには、H形鋼を補強する必要がある。
例えば、特許文献1には、ウェブに面で接するようにコンクリートブロックを配置し補強を行ったH形鋼部材に係る発明が記載されている。当該発明では、コンクリートブロックでH形鋼のウェブを両側から押さえてウェブの変形を拘束しつつ、作用する荷重によるフランジの塑性変形を許容し、H形鋼部材の靱性を高めている。
当該発明でウェブ面に配置されるコンクリートブロックは、予め硬化させたコンクリートブロックを配置するものに限られず、現場または工場で直接打設され硬化させるものも含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平8−49349号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、H形鋼をコンクリートで補剛するために様々な問題が生じる。
すなわち、コンクリートの使用はH形鋼部材自体の重量の大幅な増加に直結する。結果として、工場で事前に製造(プレファブリケーション)した場合、重量に伴う搬送の問題が生じうる。
コンクリートの打設硬化は現場で行ってもよいが、現場での施工は手間がかかるだけでなく、工期を長くなるため好ましくない。
【0006】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたものであり、工場でプレファブリケーションでき、軽量で搬送の問題も生じないH形鋼部材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】
【0007】
前記課題を解決するために、本発明のH形鋼部材は、H形鋼のウェブの片面または両面にC形鋼が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記C形鋼のリップとが接合されていることを特徴とする。
また、本発明のH形鋼部材は、H形鋼のウェブの片面または両面に角形鋼管が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記角形鋼管の一辺とが接合されていることを特徴とする。
ここで、H形鋼とは、熱間圧延によって製造されるH形鋼に限定されず、溶接組み立てや押し出し成形などにより形成されるH形断面を有する鋼材一般を意味する。
【0008】
上記各発明においては、容易にH形鋼の弱軸の強度・剛性を大きくすることができる。また、C形鋼または角形鋼管は比較的軽量であるために、重量増加に伴う搬送の問題は生じない。工場で事前製造すれば現場での施工上の問題も生じない。
【0009】
上記各発明において、ビスにより接合されていてもよいし、あるいはボルトおよびナットにより接合されていてもよい。ビス、またはボルトおよびナットで接合するようにすると、熟練でない作業員でも容易にH形鋼とC形鋼または角形鋼管の接合が可能である。よって、熟練作業員がいない場合でも、品質的に安定なH形鋼を提供することができる。
【0010】
上記各発明において、溶接により接合されていてもよい。溶接により接合するようにすると、溶接は接合部を高温で溶かしてつなぎ合わせるので、より安定した接合が可能となる。よって、H形鋼の信頼性をより高めることができる。
【0011】
上記各発明のH形鋼部材は鉄骨造住宅の外周部における梁部材または柱部材としてH形鋼のウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置するように用いるとよい。このようにH形鋼部材(H形鋼梁およびH形鋼柱)を配置すると、H形鋼の弱軸方向は外壁と垂直となるが、C形鋼または角形鋼管により補強されているので、外壁が風圧力を受けても十分に耐え得ることができる。これにより、意匠性が問われる間取りにおいても自由な設計が可能になる。特に吹き抜けのある間取りを有する鉄骨造住宅のH形鋼梁やH形鋼柱として好適である。
【発明の効果】
【0012】
本発明のH形鋼部材によれば、大幅な重量増加がなくH形鋼の弱軸方向について補強ができる。また、住宅施工前に工場でプレファブリケーションすれば、現場での施工の手間も省くことができる。また、補強したとしても軽量であるために、搬送の問題も生じない。
また、本発明のH形鋼部材を鉄骨造住宅の外壁におけるH形鋼梁またはH形鋼柱として用いれば、H形鋼の弱軸方向を住宅外壁が風圧力を受ける方向にしても、十分に風圧力に耐えうることができる。このため、鉄骨造住宅の設計の自由度を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図6】本発明の第6の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図7】本発明の第7の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図8】本発明のH形鋼梁を使用した鉄骨造住宅の外壁(外周部)の一例を示す図であって、横方向から見た断面図である。
【図9】コンピュータシュミレーションに用いたH形鋼梁のモデルを示す図であって、(a)は表側から見た斜視図、(b)は裏側から見た斜視図である。
【図10】H形鋼梁のモデルに4kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す図である。
【図11】H形鋼梁のモデルに10kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。また、本発明は、H形鋼梁だけでなくH形鋼柱としても好適に用いることができるものであるが、以下では、簡略化しH形鋼梁のみについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るH形鋼梁(H形鋼部材)を示す図である。
この第1の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1の両フランジ2,2を繋ぐウェブ3の片側に、補強部材としてのC形鋼(リップ溝形鋼)4が配置されている。H形鋼1のウェブ3とC形鋼の両リップ5,5とは突き当てられて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。このようにH形鋼1のウェブ3にC形鋼4が接合されることで、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【0015】
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第2の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の両側に、補強部材としてのC形鋼4,4が配置されて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。両C形鋼4,4の大きさは異なっており、これによりネジ6をウェブ3側からねじ込めるようになっている。2個のC形鋼4,4が接合されることで弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
なお、両C形鋼4,4の大きさを同じ大きさにして、ねじ6を両C形鋼4,4とウェブ3に貫通させるようにして、両C形鋼4,4を一緒に接合するようにしてもよい。この場合には、一方のC形鋼4にねじ6をねじ込むための開口を形成するようにするとよい。
【0016】
図3は、本発明の第3の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第3の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の片側に、補強部材としての角形鋼管7が配置されている。H形鋼1のウェブ3と角形鋼管7の一辺とは突き当てられて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。ネジ6は、角形鋼管7の一辺の両端部にねじ込まれている。角形鋼管7はC形鋼4に比べて剛性が高いため、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【0017】
図4は、本発明の第4の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第4の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の片側に、角形鋼管7が配置されている。H形鋼1のウェブ3と角形鋼管7の一辺とは突き当てられて、角形鋼管7の突き当てられた辺の中央部でボルト8とナット9により固定されている。角形鋼管7には、ウェブ3に突き当てられた辺と対向する辺にボルト8を挿通するための開口10が形成されている。なお、H形鋼1の両フランジ2,2の間で複数個のボルト8を用いてウェブ3と角形鋼管7の辺とを接合するようにしてもよい。
なお、角形鋼管7の代わりに、補強部材としてC形鋼4を使用してもよい。ただし、C形鋼4をボルト接合する場合には、C形鋼4に一定の大きさのリップ5の面積が必要になることから、ボルト接合する場合には、角形鋼管7を用いる方が好ましい。
【0018】
図5は、本発明の第5の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第5の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の両側に、補強部材としての角形鋼管7,7が配置されている。H形鋼1のウェブ3と各角形鋼管7の一辺とは突き当てられて、角形鋼管7の突き当てられた辺の中央部でボルト8とナット9により固定されている。2個の角形鋼管7,7が接合されることで弱軸の強度・剛性をより増強することができる。図5においては、両角形鋼管7,7は同じ大きさであるが、異なる大きさにしてもよい。
【0019】
図6は、本発明の第6の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第6の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の片側に、補強部材としてのC形鋼4が配置されている。H形鋼1のウェブ3とC形鋼の両リップ5,5とは突き当てられて、リップ5近傍で溶接12により固定されている。
なお、C形鋼4の代わりに、補強部材として角形鋼管7を使用してもよい。ただし、ウェブ3に角形鋼管7を溶接する場合、ウェブ3と接触する角形鋼管7の一辺の部位はいわゆる遊んだ状態になるので、溶接する場合にはC形鋼4を用いる方が好ましい。
【0020】
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第7の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の両側に、補強部材としてのC形鋼4,4が配置されて、リップ5近傍で溶接12により固定されている。図7においては、両C形鋼4,4は同じ大きさであるが、異なる大きさにしてもよい。
【0021】
図1〜図7に示すように、C形鋼4、角形鋼管7は、ウェブ3の中央部に接合されることが好ましい。
また、C形鋼4、角形鋼7管の大きさは、ウェブ3と両フランジ2,2により形成される空間に入る大きさであればよい。C形鋼4、角形鋼管7の高さ(ウェブ3からの高さ)は、フランジ2の端と面一になること(ウェブ厚を除いたフランジ幅の1/2であること)がさらに好ましい。
【0022】
なお、C形鋼4、角形鋼管7は、H形鋼1の長手方向の全部に渡って固定されていてもよいし、H形鋼1の一部に固定されていてもよい。また、C形鋼4、角形鋼管7は、H形鋼1の長手方向に間隔をおいて複数個が固定されていてもよい。また、両フランジ2,2の間に複数個(複数列)を固定するようにしてもよい。
【0023】
図8は、H形鋼梁Kを使用した鉄骨造住宅の外壁の一例を示す図であって、横方向から見た断面図である。図8中、左側が室外側、右側が室内側であり、外壁は天候により風圧力を受ける。
吹き抜けのあるような住宅の場合、柱が削られているため、外壁の梁にかかる負荷は大きくなる。通常、風圧力に対し耐え得るように、梁として使用するH形鋼はその強軸が風圧力と同方向となるように配置される。しかしながら、意匠的観点からこのような配置ができない場合もある。
上述のように、本発明のH形鋼梁KはH形鋼に補強部材を設けているため、H形鋼の弱軸が風圧力と同方向となるよう配置することも可能となる。すなわち、本発明のH形鋼梁は、図8に示すようにH形鋼梁Kを配置することができる。なお、図8中のH形鋼梁Kでは、補強により付加したC形鋼4等の図示は省略した。
【0024】
以上のようなH形鋼梁を有限要素法により解析し、補強部材の効果を調査した。
図9に、コンピュータシュミレーションに用いたH形鋼梁のモデルを示す図であって、(a)は表側から見た斜視図、(b)は裏側から見た斜視図である。図9(a)、(b)において、上側が無補強のH形鋼梁(無補強梁)、下側が補強したH形鋼梁(補強梁)である。
解析はSWH400(JIS)の高さ250mm、幅100mm、ウェブ厚3.2mm、フランジ厚6.0mmのH形鋼、SSC400(JIS)の高さ150mm、幅100mm、リップ幅30mm、厚さ4.5mmの補強部材(C形鋼)を用いることを想定し、H形鋼の対称性を利用し1/2モデルで解析を行った。
【0025】
図10に、H形鋼梁の弱軸方向に4kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す。4kN/mの荷重は弾性域内での荷重負荷に当たる。なお、図10中、上側図が無補強のH形鋼梁(無補強梁)、下側が補強したH形鋼梁(補強梁)である。
図10から、補強梁では無補強梁に比べ変形は1/2程度に低減されることが分かる。
【0026】
図11に、H形鋼の弱軸方向に10kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す。10kN/mの荷重は塑性変形まで考慮したものである。なお、図11中、上側が無補強のH形鋼梁(無補強梁)、下側が補強したH形鋼梁(補強梁)である。
【0027】
図11から、無補強梁では大きく変形するのに対し、補強梁では大きな荷重を負荷しても変形は小さい。無補強梁では塑性変形が起こっており、一定の荷重がかかる建築物では無補強材は好適ではないことが分かる。
【0028】
なお、本発明は、上述のようにH形鋼梁に適用できるほか、H形鋼柱、その他の鉄骨構造部材等の種々のH形鋼部材に適用することができる。
【符号の説明】
【0029】
1 H形鋼
2 フランジ
3 ウェブ
4 C形鋼
5 リップ
6 ネジ
7 角形鋼管
8 ボルト
9 ナット
10 開口
12 溶接部
K H形鋼梁
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐力・剛力を向上させた鉄骨造住宅等のH形鋼梁、H形鋼柱等のH形鋼部材に関する。特に、吹き抜けのある間取りの住宅等のH形鋼梁、H形鋼柱等として好適なH形鋼部材に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、木造住宅に代わり鉄骨造住宅が多く建造されている。
木造住宅で用いられる木材は通常、矩形断面形状を有し、強軸と弱軸の強度・剛性の差が小さい。一方、鉄骨造住宅で用いられるH形鋼は、強軸と弱軸の強度・剛性の差が大きい。すなわち、H形鋼は、ウェブと平行方向の強度・剛性が大きく、ウェブと垂直方向(フランジと平行方向)の強度・剛性が小さい。
このため、鉄骨造住宅はH形鋼の使用方向を考慮して設計する必要がある。例えば、H形鋼を吹き抜けのある間取りを有する鉄骨造住宅の梁部材、柱部材に用いる場合には、室外からの風圧力に耐え得るように、強軸が壁面と垂直になるようにH形鋼が用いられることが一般的である。
【0003】
しかし、住宅では意匠性が重視され設計されることも多い。この場合、必ずしも強軸が壁面と垂直になるようにH形鋼が使用されるわけではなく、弱軸が壁面と垂直になるようにH形鋼が使用せざるを得ない場合もある。このような場合、耐風梁、耐風柱としてH形鋼を使用するためには、H形鋼を補強する必要がある。
例えば、特許文献1には、ウェブに面で接するようにコンクリートブロックを配置し補強を行ったH形鋼部材に係る発明が記載されている。当該発明では、コンクリートブロックでH形鋼のウェブを両側から押さえてウェブの変形を拘束しつつ、作用する荷重によるフランジの塑性変形を許容し、H形鋼部材の靱性を高めている。
当該発明でウェブ面に配置されるコンクリートブロックは、予め硬化させたコンクリートブロックを配置するものに限られず、現場または工場で直接打設され硬化させるものも含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平8−49349号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、H形鋼をコンクリートで補剛するために様々な問題が生じる。
すなわち、コンクリートの使用はH形鋼部材自体の重量の大幅な増加に直結する。結果として、工場で事前に製造(プレファブリケーション)した場合、重量に伴う搬送の問題が生じうる。
コンクリートの打設硬化は現場で行ってもよいが、現場での施工は手間がかかるだけでなく、工期を長くなるため好ましくない。
【0006】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたものであり、工場でプレファブリケーションでき、軽量で搬送の問題も生じないH形鋼部材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】
【0007】
前記課題を解決するために、本発明のH形鋼部材は、H形鋼のウェブの片面または両面にC形鋼が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記C形鋼のリップとが接合されていることを特徴とする。
また、本発明のH形鋼部材は、H形鋼のウェブの片面または両面に角形鋼管が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記角形鋼管の一辺とが接合されていることを特徴とする。
ここで、H形鋼とは、熱間圧延によって製造されるH形鋼に限定されず、溶接組み立てや押し出し成形などにより形成されるH形断面を有する鋼材一般を意味する。
【0008】
上記各発明においては、容易にH形鋼の弱軸の強度・剛性を大きくすることができる。また、C形鋼または角形鋼管は比較的軽量であるために、重量増加に伴う搬送の問題は生じない。工場で事前製造すれば現場での施工上の問題も生じない。
【0009】
上記各発明において、ビスにより接合されていてもよいし、あるいはボルトおよびナットにより接合されていてもよい。ビス、またはボルトおよびナットで接合するようにすると、熟練でない作業員でも容易にH形鋼とC形鋼または角形鋼管の接合が可能である。よって、熟練作業員がいない場合でも、品質的に安定なH形鋼を提供することができる。
【0010】
上記各発明において、溶接により接合されていてもよい。溶接により接合するようにすると、溶接は接合部を高温で溶かしてつなぎ合わせるので、より安定した接合が可能となる。よって、H形鋼の信頼性をより高めることができる。
【0011】
上記各発明のH形鋼部材は鉄骨造住宅の外周部における梁部材または柱部材としてH形鋼のウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置するように用いるとよい。このようにH形鋼部材(H形鋼梁およびH形鋼柱)を配置すると、H形鋼の弱軸方向は外壁と垂直となるが、C形鋼または角形鋼管により補強されているので、外壁が風圧力を受けても十分に耐え得ることができる。これにより、意匠性が問われる間取りにおいても自由な設計が可能になる。特に吹き抜けのある間取りを有する鉄骨造住宅のH形鋼梁やH形鋼柱として好適である。
【発明の効果】
【0012】
本発明のH形鋼部材によれば、大幅な重量増加がなくH形鋼の弱軸方向について補強ができる。また、住宅施工前に工場でプレファブリケーションすれば、現場での施工の手間も省くことができる。また、補強したとしても軽量であるために、搬送の問題も生じない。
また、本発明のH形鋼部材を鉄骨造住宅の外壁におけるH形鋼梁またはH形鋼柱として用いれば、H形鋼の弱軸方向を住宅外壁が風圧力を受ける方向にしても、十分に風圧力に耐えうることができる。このため、鉄骨造住宅の設計の自由度を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図6】本発明の第6の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図7】本発明の第7の実施の形態に係るH形鋼梁を示す横断面図である。
【図8】本発明のH形鋼梁を使用した鉄骨造住宅の外壁(外周部)の一例を示す図であって、横方向から見た断面図である。
【図9】コンピュータシュミレーションに用いたH形鋼梁のモデルを示す図であって、(a)は表側から見た斜視図、(b)は裏側から見た斜視図である。
【図10】H形鋼梁のモデルに4kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す図である。
【図11】H形鋼梁のモデルに10kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。また、本発明は、H形鋼梁だけでなくH形鋼柱としても好適に用いることができるものであるが、以下では、簡略化しH形鋼梁のみについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るH形鋼梁(H形鋼部材)を示す図である。
この第1の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1の両フランジ2,2を繋ぐウェブ3の片側に、補強部材としてのC形鋼(リップ溝形鋼)4が配置されている。H形鋼1のウェブ3とC形鋼の両リップ5,5とは突き当てられて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。このようにH形鋼1のウェブ3にC形鋼4が接合されることで、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【0015】
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第2の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の両側に、補強部材としてのC形鋼4,4が配置されて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。両C形鋼4,4の大きさは異なっており、これによりネジ6をウェブ3側からねじ込めるようになっている。2個のC形鋼4,4が接合されることで弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
なお、両C形鋼4,4の大きさを同じ大きさにして、ねじ6を両C形鋼4,4とウェブ3に貫通させるようにして、両C形鋼4,4を一緒に接合するようにしてもよい。この場合には、一方のC形鋼4にねじ6をねじ込むための開口を形成するようにするとよい。
【0016】
図3は、本発明の第3の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第3の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の片側に、補強部材としての角形鋼管7が配置されている。H形鋼1のウェブ3と角形鋼管7の一辺とは突き当てられて、ウェブ3側からねじ込まれたネジ6により固定されている。ネジ6は、角形鋼管7の一辺の両端部にねじ込まれている。角形鋼管7はC形鋼4に比べて剛性が高いため、弱軸の強度・剛性をより増強することができる。
【0017】
図4は、本発明の第4の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第4の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の片側に、角形鋼管7が配置されている。H形鋼1のウェブ3と角形鋼管7の一辺とは突き当てられて、角形鋼管7の突き当てられた辺の中央部でボルト8とナット9により固定されている。角形鋼管7には、ウェブ3に突き当てられた辺と対向する辺にボルト8を挿通するための開口10が形成されている。なお、H形鋼1の両フランジ2,2の間で複数個のボルト8を用いてウェブ3と角形鋼管7の辺とを接合するようにしてもよい。
なお、角形鋼管7の代わりに、補強部材としてC形鋼4を使用してもよい。ただし、C形鋼4をボルト接合する場合には、C形鋼4に一定の大きさのリップ5の面積が必要になることから、ボルト接合する場合には、角形鋼管7を用いる方が好ましい。
【0018】
図5は、本発明の第5の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第5の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の両側に、補強部材としての角形鋼管7,7が配置されている。H形鋼1のウェブ3と各角形鋼管7の一辺とは突き当てられて、角形鋼管7の突き当てられた辺の中央部でボルト8とナット9により固定されている。2個の角形鋼管7,7が接合されることで弱軸の強度・剛性をより増強することができる。図5においては、両角形鋼管7,7は同じ大きさであるが、異なる大きさにしてもよい。
【0019】
図6は、本発明の第6の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第6の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の片側に、補強部材としてのC形鋼4が配置されている。H形鋼1のウェブ3とC形鋼の両リップ5,5とは突き当てられて、リップ5近傍で溶接12により固定されている。
なお、C形鋼4の代わりに、補強部材として角形鋼管7を使用してもよい。ただし、ウェブ3に角形鋼管7を溶接する場合、ウェブ3と接触する角形鋼管7の一辺の部位はいわゆる遊んだ状態になるので、溶接する場合にはC形鋼4を用いる方が好ましい。
【0020】
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るH形鋼梁を示す図である。
この第7の実施の形態のH形鋼梁では、H形鋼1のウェブ3の両側に、補強部材としてのC形鋼4,4が配置されて、リップ5近傍で溶接12により固定されている。図7においては、両C形鋼4,4は同じ大きさであるが、異なる大きさにしてもよい。
【0021】
図1〜図7に示すように、C形鋼4、角形鋼管7は、ウェブ3の中央部に接合されることが好ましい。
また、C形鋼4、角形鋼7管の大きさは、ウェブ3と両フランジ2,2により形成される空間に入る大きさであればよい。C形鋼4、角形鋼管7の高さ(ウェブ3からの高さ)は、フランジ2の端と面一になること(ウェブ厚を除いたフランジ幅の1/2であること)がさらに好ましい。
【0022】
なお、C形鋼4、角形鋼管7は、H形鋼1の長手方向の全部に渡って固定されていてもよいし、H形鋼1の一部に固定されていてもよい。また、C形鋼4、角形鋼管7は、H形鋼1の長手方向に間隔をおいて複数個が固定されていてもよい。また、両フランジ2,2の間に複数個(複数列)を固定するようにしてもよい。
【0023】
図8は、H形鋼梁Kを使用した鉄骨造住宅の外壁の一例を示す図であって、横方向から見た断面図である。図8中、左側が室外側、右側が室内側であり、外壁は天候により風圧力を受ける。
吹き抜けのあるような住宅の場合、柱が削られているため、外壁の梁にかかる負荷は大きくなる。通常、風圧力に対し耐え得るように、梁として使用するH形鋼はその強軸が風圧力と同方向となるように配置される。しかしながら、意匠的観点からこのような配置ができない場合もある。
上述のように、本発明のH形鋼梁KはH形鋼に補強部材を設けているため、H形鋼の弱軸が風圧力と同方向となるよう配置することも可能となる。すなわち、本発明のH形鋼梁は、図8に示すようにH形鋼梁Kを配置することができる。なお、図8中のH形鋼梁Kでは、補強により付加したC形鋼4等の図示は省略した。
【0024】
以上のようなH形鋼梁を有限要素法により解析し、補強部材の効果を調査した。
図9に、コンピュータシュミレーションに用いたH形鋼梁のモデルを示す図であって、(a)は表側から見た斜視図、(b)は裏側から見た斜視図である。図9(a)、(b)において、上側が無補強のH形鋼梁(無補強梁)、下側が補強したH形鋼梁(補強梁)である。
解析はSWH400(JIS)の高さ250mm、幅100mm、ウェブ厚3.2mm、フランジ厚6.0mmのH形鋼、SSC400(JIS)の高さ150mm、幅100mm、リップ幅30mm、厚さ4.5mmの補強部材(C形鋼)を用いることを想定し、H形鋼の対称性を利用し1/2モデルで解析を行った。
【0025】
図10に、H形鋼梁の弱軸方向に4kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す。4kN/mの荷重は弾性域内での荷重負荷に当たる。なお、図10中、上側図が無補強のH形鋼梁(無補強梁)、下側が補強したH形鋼梁(補強梁)である。
図10から、補強梁では無補強梁に比べ変形は1/2程度に低減されることが分かる。
【0026】
図11に、H形鋼の弱軸方向に10kN/mの等分布荷重を負荷した時の解析結果を示す。10kN/mの荷重は塑性変形まで考慮したものである。なお、図11中、上側が無補強のH形鋼梁(無補強梁)、下側が補強したH形鋼梁(補強梁)である。
【0027】
図11から、無補強梁では大きく変形するのに対し、補強梁では大きな荷重を負荷しても変形は小さい。無補強梁では塑性変形が起こっており、一定の荷重がかかる建築物では無補強材は好適ではないことが分かる。
【0028】
なお、本発明は、上述のようにH形鋼梁に適用できるほか、H形鋼柱、その他の鉄骨構造部材等の種々のH形鋼部材に適用することができる。
【符号の説明】
【0029】
1 H形鋼
2 フランジ
3 ウェブ
4 C形鋼
5 リップ
6 ネジ
7 角形鋼管
8 ボルト
9 ナット
10 開口
12 溶接部
K H形鋼梁
【特許請求の範囲】
【請求項1】
H形鋼のウェブの片側または両側にC形鋼が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記C形鋼のリップとが接合されていることを特徴とするH形鋼部材。
【請求項2】
H形鋼のウェブの片側に面または両側に角形鋼管が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記角形鋼管の一辺とが接合されていることを特徴とするH形鋼部材。
【請求項3】
ネジにより接合されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のH形鋼部材。
【請求項4】
ボルトおよびナットにより接合されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のH形鋼部材。
【請求項5】
溶接により接合されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のH形鋼部材。
【請求項6】
鉄骨造住宅の外周部における梁部材として前記H形鋼の前記ウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置されて用いられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のH形鋼部材。
【請求項7】
鉄骨造住宅の外周部における柱部材として前記H形鋼の前記ウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置されて用いられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のH形鋼部材。
【請求項1】
H形鋼のウェブの片側または両側にC形鋼が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記C形鋼のリップとが接合されていることを特徴とするH形鋼部材。
【請求項2】
H形鋼のウェブの片側に面または両側に角形鋼管が配置され、前記H形鋼の前記ウェブと前記角形鋼管の一辺とが接合されていることを特徴とするH形鋼部材。
【請求項3】
ネジにより接合されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のH形鋼部材。
【請求項4】
ボルトおよびナットにより接合されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のH形鋼部材。
【請求項5】
溶接により接合されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のH形鋼部材。
【請求項6】
鉄骨造住宅の外周部における梁部材として前記H形鋼の前記ウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置されて用いられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のH形鋼部材。
【請求項7】
鉄骨造住宅の外周部における柱部材として前記H形鋼の前記ウェブが鉄骨造住宅の外壁と平行に配置されて用いられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のH形鋼部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−255298(P2012−255298A)
【公開日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−129002(P2011−129002)
【出願日】平成23年6月9日(2011.6.9)
【出願人】(000002118)住友金属工業株式会社 (2,544)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月9日(2011.6.9)
【出願人】(000002118)住友金属工業株式会社 (2,544)
【Fターム(参考)】
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