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JP7678326B2 - How to design the support structure - Google Patents
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Description

本発明は、支持構造の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a support structure.

床スラブや屋根を支持する梁、屋根を支持する母屋、壁材を支持する胴縁等、建築物の多くの部材で、H形断面の鋼材(H形断面部材)が用いられている。これらの部材のように支持する部材の重量や外力によって部材に曲げモーメントが生じる場合、鋼材重量に対する強軸回りの曲げ性能が高く断面効率が良いH形断面を用いるのが合理的なため、H形断面部材が一般的に用いられている。
一方で、H形断面部材は強軸回りの断面性能に優れるものの、弱軸まわりの断面性能は低いため、横座屈(部材が捩れながら面外方向へ移動する変形)が問題となる。横座屈が生じると急激な耐力劣化が生じ、H形断面部材の挙動が不安定になる。このため、H形断面部に横座屈が生じないように設計する必要がある。
H-shaped cross-section steel materials (H-shaped cross-section members) are used in many building components, such as floor slabs and beams that support roofs, purlins that support roofs, and furring strips that support wall materials. When bending moments occur in components like these due to the weight of the supporting members or external forces, it is rational to use H-shaped cross-sections that have high bending performance around the strong axis relative to the steel weight and good cross-sectional efficiency, so H-shaped cross-section members are commonly used.
On the other hand, although H-shaped cross-section members have excellent cross-sectional performance around the strong axis, they have low cross-sectional performance around the weak axis, which makes lateral buckling (deformation in which the member moves out of the plane while twisting) a problem. When lateral buckling occurs, the strength of the H-shaped cross-section member deteriorates rapidly, and the behavior of the H-shaped cross-section member becomes unstable. For this reason, it is necessary to design the H-shaped cross section so that lateral buckling does not occur.

具体的には、国土交通省の告示平13国交告第1024号「特殊な許容応力度及び特殊な材料強度を定める件」において、曲げ材の座屈の許容応力度が規定されている。この告示では、横座屈が生じ得る部材長さが長い場合等には、許容応力度を低減する。
H形断面部材の長さが長い場合やH形断面部材の幅が細い場合等の横座屈が生じやすい条件においては、許容応力度が低下し、H形断面部材が本来有している断面性能を発揮しない。このため、断面を大きくする必要が生じて鋼材量が増えてしまい、H形断面部材が非経済的な設計となる。
Specifically, the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism's Notification No. 1024 of 2001, "Determining Special Allowable Stress and Special Material Strength," specifies the allowable stress for buckling of bending members. In this notification, the allowable stress is reduced in cases where the length of a member where lateral buckling may occur is long.
When the H-section member is long or narrow, and in other conditions where lateral buckling is likely to occur, the allowable stress decreases and the H-section member does not exhibit its inherent sectional performance. This requires a larger cross section, which increases the amount of steel, making the H-section member an uneconomical design.

また、横座屈による許容応力度の低下を防ぐ方法として、横座屈防止用の補剛材を設置する方法がある。この方法の場合、十分な数の補剛材が設けられていれば、許容応力度の低下は生じない。しかし、補剛材の加工や施工による手間やコストが生じてしまい、非経済的である。
このような課題に対して、床や屋根(板状部材)による上フランジ(第1フランジ)の拘束効果を考慮することで、横座屈耐力の向上を図り、横座屈防止用の補剛材を省略する設計方法が採られる場合がある。特許文献1及び特許文献2では、上フランジがシヤコネクタによって床スラブに緊結されているH形断面梁について、上フランジの横移動が完全に拘束されたものとして、弾性横座屈耐力式を導出している。そしてこの弾性横座屈耐力式を、設計方法、分析方法に用いている。特許文献3及び特許文献4では、鉄骨梁と、鉄骨梁の上面にシヤコネクタにより接合された床スラブとを有する床構造について、上フランジの横移動と回転が完全に拘束されたものとして弾性横座屈耐力式を導出している。そしてこの弾性横座屈耐力式を、設計方法に用いている。
Another method to prevent the reduction in allowable stress due to lateral buckling is to install stiffeners to prevent lateral buckling. With this method, if a sufficient number of stiffeners are installed, the allowable stress will not decrease. However, the processing and installation of the stiffeners requires time and cost, making this method uneconomical.
In response to such a problem, a design method may be adopted in which the restraining effect of the upper flange (first flange) by the floor or roof (plate-like member) is taken into consideration to improve the lateral buckling resistance and stiffening materials for preventing lateral buckling are omitted. In Patent Document 1 and Patent Document 2, an elastic lateral buckling resistance formula is derived for an H-shaped cross-section beam in which the upper flange is fastened to the floor slab by a shear connector, assuming that the lateral movement of the upper flange is completely restrained. This elastic lateral buckling resistance formula is used in the design method and analysis method. In Patent Document 3 and Patent Document 4, an elastic lateral buckling resistance formula is derived for a floor structure having a steel beam and a floor slab joined to the upper surface of the steel beam by a shear connector, assuming that the lateral movement and rotation of the upper flange are completely restrained. This elastic lateral buckling resistance formula is used in the design method.

特許第6340276号公報Patent No. 6340276 特許第6414374号公報Patent No. 6414374 特許第6699639号公報Patent No. 6699639 特開2020-158953号公報JP 2020-158953 A

しかしながら、特許文献1から特許文献4に開示された設計方法は効率的な設計が可能となる有用なものであるが、上フランジの横移動及び回転が完全に拘束されるという条件下に限って効果が期待できるものである。このため、上フランジに取り付く面材(板状部材)が床スラブのように十分な剛性を有している場合については、適用することができる。しかし、屋根葺材や外壁材のような上フランジの完全な拘束を期待するには剛性が十分でない面材が取り付くような場合や、上フランジと床スラブを接合するシヤコネクタの剛性が十分でない場合には、適用することができない。 However, although the design methods disclosed in Patent Documents 1 to 4 are useful in enabling efficient design, they can only be expected to be effective under the condition that the lateral movement and rotation of the upper flange are completely restrained. For this reason, they can be applied when the surface material (plate-like member) attached to the upper flange has sufficient rigidity, such as a floor slab. However, they cannot be applied when a surface material that is not rigid enough to expect complete restraint of the upper flange, such as a roofing material or exterior wall material, is attached, or when the shear connector that joins the upper flange and the floor slab does not have sufficient rigidity.

このため、上フランジが屋根葺材や外壁材などによって不完全に拘束される場合については、横座屈に対する耐力向上効果はある程度発揮されるものの、それらの効果を考慮することなく、横座屈防止用の補剛材を設置する設計が一般的に行われている。つまり、上フランジが不完全な拘束を受ける場合については、補剛材の加工や施工による手間やコストが生じてしまい、非経済的な設計となっている。 For this reason, when the upper flange is incompletely restrained by roofing materials or exterior wall materials, etc., designs are generally made to install stiffening materials to prevent lateral buckling without considering these effects, even though they do have a certain degree of effect in improving resistance to lateral buckling. In other words, when the upper flange is incompletely restrained, the processing and installation of the stiffening materials incurs effort and cost, making the design uneconomical.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、板状部材にH形断面部材の第1フランジが取り付けられる場合のH形断面部材の弾性横座屈耐力を、第1フランジに取り付く板状部材による拘束を考慮して設定することができる支持構造の設計方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a method for designing a support structure that can set the elastic lateral buckling resistance of an H-shaped cross-section member when the first flange of the H-shaped cross-section member is attached to a plate-like member, taking into account the constraint caused by the plate-like member attached to the first flange.

前記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の支持構造の設計方法は、第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(1)式により設定することを特徴としている。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、n:任意の正の整数をとる前記H形断面部材の座屈波の半波の数、E:前記H形断面部材のヤング係数、IfA:前記第2フランジの断面二次モーメント、l:前記H形断面部材の長さ、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、IfB:前記第1フランジの断面二次モーメント、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、JfA:前記第2フランジのサン・ブナンねじり定数、JfB:前記第1フランジのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、D:前記ウェブの板剛度である。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The design method of a support structure of the present invention is a design method of a support structure comprising a steel H-shaped cross-section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-shaped member supported by the H-shaped cross-section member by being attached to the first flange, characterized in that the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped cross-section member is set by equation (1).
where α is an undetermined coefficient that is any real number between 0 and 1, n is the number of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member that is any positive integer, E is the Young's modulus of the H-shaped section member, I fA is the second moment of area of the second flange, l is the length of the H-shaped section member, d b is the distance between the center of thickness of the first flange and the center of thickness of the second flange, I fB is the second moment of area of the first flange, G is the shear modulus of the H-shaped section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped section member, k r is the stiffening stiffness coefficient of the rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped section member, J fA is the Saint-Venant torsional constant of the second flange, J fB is the Saint-Venant torsional constant of the first flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, k h is the shear modulus of the H-shaped section member, : stiffening stiffness coefficient by a parallel moving spring that applies a restraining force in the thickness direction of the web to the first flange, D w : plate stiffness of the web.

Figure 0007678326000001
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この発明では、第1フランジが、ウェブの厚さ方向の移動に対する平行移動バネによる拘束と、H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りの回転に対する回転移動バネによる拘束を板状部材から受けると考えた。平行移動バネ及び回転移動バネの拘束力は、任意の剛性を有すると仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材の長手方向に直交する断面が、ウェブに沿う第1基準面に対して対称な、いわゆる1軸対称の場合に適用できる式として、(1)式を導出した。
このため、H形断面部材の前記断面が1軸対称の場合に、第1フランジに取り付く板状部材による拘束をバネ要素として考慮して、(1)式によりH形断面部材の弾性横座屈耐力Mを設定することができる。
In this invention, it is considered that the first flange is restrained by the plate-like member against the movement in the thickness direction of the web by the parallel movement spring, and against the rotation about the axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member by the rotation movement spring. It is assumed that the restraining forces of the parallel movement spring and the rotation movement spring have an arbitrary stiffness. After extensive research, the inventors derived equation (1) as an equation that can be applied when the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member is symmetrical with respect to the first reference plane along the web, that is, when the cross section is symmetrical about one axis.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member is symmetrical about one axis, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member can be set using equation (1) by considering the constraint by the plate-like member attached to the first flange as a spring element.

また、前記支持構造の設計方法において、前記未定係数αを、(3)式から(5)式により設定してもよい。 In addition, in the support structure design method, the undetermined coefficient α may be set according to equations (3) to (5).

Figure 0007678326000002
Figure 0007678326000002

この発明では、未定係数αを、(3)式から(5)式を用いて精緻に設定することができる。 In this invention, the undetermined coefficient α can be precisely set using equations (3) to (5).

また、本発明の他の支持構造の設計方法は、第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(8)式により設定することを特徴としている。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、JfA:前記第2フランジのサン・ブナンねじり定数、JfB:前記第1フランジのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、IfA:前記第2フランジの断面二次モーメント、IfB:前記第1フランジの断面二次モーメント、E:前記H形断面部材のヤング係数、D:前記ウェブの板剛度である。
Another design method for a support structure of the present invention is a design method for a support structure comprising a steel H-shaped cross-section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-shaped member supported by the H-shaped cross-section member by being attached to the first flange, characterized in that the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped cross-section member is set by equation (8).
where α is an undetermined coefficient that can take any real number greater than or equal to 0 and less than 1, G is the shear elastic modulus of the H-shaped cross-section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped cross-section member, d b is the distance between the thickness centers of the first flange and the second flange, k r is the stiffening rigidity coefficient of a rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member, J fA is the Saint-Venant torsional constant of the second flange, J fB is the Saint-Venant torsional constant of the first flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, kh is the stiffening rigidity coefficient of a translational movement spring that applies a restraining force to the first flange in the thickness direction of the web, I fA is the second moment of area of the second flange, I fB is the second moment of area of the first flange, E is the Young's modulus of the H-shaped cross-section member, and D w is the plate rigidity of the web.

Figure 0007678326000003
Figure 0007678326000003

この発明では、第1フランジが、ウェブの厚さ方向の移動に対する平行移動バネによる拘束と、H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りの回転に対する回転移動バネによる拘束を板状部材から受けると考えた。平行移動バネ及び回転移動バネの拘束力は、任意の剛性を有すると仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材の前記断面が1軸対称の場合に、H形断面部材の座屈波の半波の数及びH形断面部材の長さによらず適用できる式として、(8)式を導出した。
従って、H形断面部材の前記断面が1軸対称の場合に、第1フランジに取り付く板状部材による拘束をバネ要素として考慮して、(8)式によりH形断面部材の弾性横座屈耐力Mを簡単に設定することができる。
In this invention, it is considered that the first flange is restrained by the plate-like member by the translation spring against the movement in the thickness direction of the web, and by the rotation spring against the rotation about the axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member. It is assumed that the restraining forces of the translation spring and the rotation spring have an arbitrary stiffness. After extensive research, the inventors derived Equation (8) as an equation that can be applied regardless of the number of half waves of the buckling wave of the H-shaped cross-section member and the length of the H-shaped cross-section member when the cross section of the H-shaped cross-section member is symmetrical about one axis.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member is symmetrical about one axis, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member can be easily set using equation (8) by considering the constraint by the plate-like member attached to the first flange as a spring element.

また、前記支持構造の設計方法において、前記未定係数αを、(10)式から(16)式により設定してもよい。 In addition, in the support structure design method, the undetermined coefficient α may be set according to equations (10) to (16).

Figure 0007678326000004
Figure 0007678326000004

この発明では、未定係数αを、(10)式から(16)式を用いて精緻に設定することができる。 In this invention, the undetermined coefficient α can be precisely set using equations (10) to (16).

また、本発明の他の支持構造の設計方法は、第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(21)式により設定することを特徴としている。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、n:任意の正の整数をとる前記H形断面部材の座屈波の半波の数、E:前記H形断面部材のヤング係数、I:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれの断面二次モーメント、l:前記H形断面部材の長さ、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、J:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、D:前記ウェブの板剛度である。
Another design method for a support structure of the present invention is a design method for a support structure comprising a steel H-shaped cross-section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-shaped member attached to the first flange and thereby supported by the H-shaped cross-section member, characterized in that the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped cross-section member is set by equation (21).
where α is an undetermined coefficient that takes any real number between 0 and 1, n is the number of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member that takes any positive integer, E is the Young's modulus of the H-shaped section member, I is the second moment of area of each of the first flange and the second flange, l is the length of the H-shaped section member, d b is the distance between the thickness centers of the first flange and the second flange, G is the shear modulus of the H-shaped section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped section member, k r is the stiffening stiffness coefficient of a rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped section member, J f is the Saint-Venant torsional constant of each of the first flange and the second flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, kh is the stiffening stiffness coefficient of a translational movement spring that applies a restraining force to the first flange in the thickness direction of the web, and D w is the plate stiffness of the web.

Figure 0007678326000005
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この発明では、第1フランジが、ウェブの厚さ方向の移動に対する平行移動バネによる拘束と、H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りの回転に対する回転移動バネによる拘束を板状部材から受けると考えた。平行移動バネ及び回転移動バネの拘束力は、任意の剛性を有すると仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材の前記断面が、各フランジに沿う第2基準面に加えて前記第1基準面に対してそれぞれ対称な、いわゆる2軸対称の場合に適用できる式として、(21)式を導出した。
このため、H形断面部材の前記断面が2軸対称の場合に、第1フランジに取り付く板状部材による拘束をバネ要素として考慮して、(21)式によりH形断面部材の弾性横座屈耐力Mを設定することができる。
In this invention, it is considered that the first flange is restrained by the plate-like member with respect to the movement in the thickness direction of the web by the parallel movement spring, and with respect to the rotation around the axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member by the rotation movement spring. It is assumed that the restraining forces of the parallel movement spring and the rotation movement spring have an arbitrary rigidity. After extensive research, the inventors derived equation (21) as an equation applicable to the case where the cross section of the H-shaped cross-section member is symmetrical with respect to the first reference plane in addition to the second reference plane along each flange, that is, so-called two-axis symmetry.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member is symmetrical about two axes, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member can be set by equation (21), taking into account the constraint by the plate-like member attached to the first flange as a spring element .

また、前記支持構造の設計方法において、前記未定係数αを、(23)式から(25)式により設定してもよい。 In addition, in the support structure design method, the undetermined coefficient α may be set according to equations (23) to (25).

Figure 0007678326000006
Figure 0007678326000006

この発明では、未定係数αを、(23)式から(25)式を用いて精緻に設定することができる。 In this invention, the undetermined coefficient α can be precisely set using equations (23) to (25).

また、本発明の他の支持構造の設計方法は、第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(28)式により設定することを特徴としている。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、J:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、E:前記H形断面部材のヤング係数、I:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれの断面二次モーメント、D:前記ウェブの板剛度である。
Another design method for a support structure of the present invention is a design method for a support structure comprising a steel H-shaped cross-section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-shaped member attached to the first flange and supported by the H-shaped cross-section member, characterized in that the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped cross-section member is set by equation (28).
where α is an undetermined coefficient that can take any real number between 0 and 1, G is the shear elastic modulus of the H-shaped cross-section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped cross-section member, d b is the distance between the thickness centers of the first flange and the second flange, k r is the stiffening stiffness coefficient of a rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member, J f is the Saint-Venant torsional constant of each of the first flange and the second flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, kh is the stiffening stiffness coefficient of a parallel movement spring that applies a restraining force to the first flange in the thickness direction of the web, E is the Young's modulus of the H-shaped cross-section member, I is the second moment of area of each of the first flange and the second flange, and D w is the stiffness of the web.

Figure 0007678326000007
Figure 0007678326000007

この発明では、第1フランジが、ウェブの厚さ方向の移動に対する平行移動バネによる拘束と、H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りの回転に対する回転移動バネによる拘束を板状部材から受けると考えた。平行移動バネ及び回転移動バネの拘束力は、任意の剛性を有すると仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材の前記断面が2軸対称の場合に、H形断面部材の座屈波の半波の数及びH形断面部材の長さによらず適用できる式として、(28)式を導出した。
従って、H形断面部材の前記断面が2軸対称の場合に、第1フランジに取り付く板状部材による拘束をバネ要素として考慮して、(28)式によりH形断面部材の弾性横座屈耐力Mを簡単に設定することができる。
In this invention, it is considered that the first flange is restrained by the plate-like member with respect to the movement in the thickness direction of the web by the parallel movement spring and the rotational movement spring with respect to the rotation around the axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member. It is assumed that the restraining forces of the parallel movement spring and the rotational movement spring have an arbitrary stiffness. After extensive research, the inventors derived Equation (28) as an equation that can be applied regardless of the number of half waves of the buckling wave of the H-shaped cross-section member and the length of the H-shaped cross-section member when the cross section of the H-shaped cross-section member is symmetrical about two axes.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member is symmetrical about two axes, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member can be easily set using equation (28) by considering the constraint by the plate-like member attached to the first flange as a spring element.

また、前記支持構造の設計方法において、前記未定係数αを、(30)式から(33)式により設定してもよい。 In addition, in the support structure design method, the undetermined coefficient α may be set according to equations (30) to (33).

Figure 0007678326000008
Figure 0007678326000008

この発明では、未定係数αを、(30)式から(33)式を用いて精緻に設定することができる。 In this invention, the undetermined coefficient α can be precisely set using equations (30) to (33).

本発明の支持構造の設計方法では、板状部材にH形断面部材の第1フランジが取り付けられる場合のH形断面部材の弾性横座屈耐力を、第1フランジに取り付く板状部材による拘束を考慮して設定することができる。 In the design method of the support structure of the present invention, the elastic lateral buckling strength of the H-shaped cross-section member when the first flange of the H-shaped cross-section member is attached to the plate-like member can be set taking into account the constraint by the plate-like member attached to the first flange.

本発明の一実施形態の支持構造の設計方法が適用される支持構造が用いられた建築物の一部を破断した斜視図である。1 is a perspective view showing a cutaway view of a portion of a building in which a support structure to which a support structure design method according to one embodiment of the present invention is applied is used. 第2H形断面部材の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a second H-shaped section member. 図1中の切断線A1-A1の断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 1. 同第2H形断面部材が変位する前の断面図である。11 is a cross-sectional view of the second H-shaped section member before it is displaced. FIG. 同第2H形断面部材に作用させる曲げモーメントを説明する側面図である。FIG. 4 is a side view illustrating the bending moment acting on the second H-shaped cross-section member. 同第2H形断面部材が変位した後の断面図である。13 is a cross-sectional view of the second H-shaped section member after it has been displaced. FIG. H形断面部材の所定の断面形状における、l/Hに対する弾性横座屈耐力の変化を表す図である。1 is a graph showing the change in elastic lateral buckling strength versus l/H for a given cross-sectional shape of an H-shaped section member. H形断面部材の所定の断面形状における、l/Hに対する弾性横座屈耐力の変化を表す図である。1 is a graph showing the change in elastic lateral buckling strength versus l/H for a given cross-sectional shape of an H-shaped section member. H形断面部材の所定の断面形状における、l/Hに対する弾性横座屈耐力の変化を表す図である。1 is a graph showing the change in elastic lateral buckling strength versus l/H for a given cross-sectional shape of an H-shaped section member. H形断面部材の所定の断面形状における、l/Hに対する弾性横座屈耐力の変化を表す図である。1 is a graph showing the change in elastic lateral buckling strength versus l/H for a given cross-sectional shape of an H-shaped section member. 本発明の一実施形態の支持構造の設計方法が適用される他の支持構造が用いられた建築物の一部を破断した斜視図である。This is an oblique cutaway view of a part of a building in which another support structure is used, to which the support structure design method of one embodiment of the present invention is applied.

以下、本発明の一実施形態に係る支持構造の設計方法(以下、単に設計方法とも言う)が適用される支持構造を、図1から図11を参照しながら説明する。 Below, a support structure to which a support structure design method according to one embodiment of the present invention (hereinafter, simply referred to as the design method) is applied will be described with reference to Figures 1 to 11.

〔1.支持構造が用いられた建築物の構成〕
支持構造46,47は、図1に示す建築物1に用いられている。建築物1は、複数の柱10と、複数の大梁である第1H形断面部材(H形断面部材)15と、複数の小梁である第2H形断面部材(H形断面部材)25と、折板屋根35と、を備えている。
なお、建築物1が備える柱10、第1H形断面部材15、及び第2H形断面部材25の数は、それぞれ1つでもよい。
柱10は、上下方向に沿って延びている。複数の柱10は、互いに間隔を開けて配置されている。柱10は、鋼製、RC(Reinforced Concrete)製、SRC(Steel Reinforced Concrete)製等である。
[1. Structure of buildings using supporting structures]
The support structures 46, 47 are used in the building 1 shown in Fig. 1. The building 1 includes a plurality of columns 10, a plurality of first H-shaped cross-section members (H-shaped cross-section members) 15 which are main beams, a plurality of second H-shaped cross-section members (H-shaped cross-section members) 25 which are minor beams, and a folded plate roof 35.
In addition, the number of columns 10, first H-shaped cross-section members 15, and second H-shaped cross-section members 25 provided in the building 1 may be one each.
The pillars 10 extend in the up-down direction. The pillars 10 are arranged at intervals from one another. The pillars 10 are made of steel, RC (Reinforced Concrete), SRC (Steel Reinforced Concrete), or the like.

第1H形断面部材15及び第2H形断面部材25は、それぞれ鋼製である。
第1H形断面部材15は、第1フランジ16と、第2フランジ17と、ウェブ18と、を備えている。第1フランジ16、第2フランジ17、及びウェブ18は、それぞれ鋼板により形成されている。第1フランジ16及び第2フランジ17は、それぞれ水平面に沿うように配置され、互いに上下方向に対向している。第1フランジ16は、第2フランジ17よりも上方に配置されている。
ウェブ18は、第1フランジ16と第2フランジ17との間に配置されている。ウェブ18は、第1フランジ16の幅方向の中心及び第2フランジ17の幅方向の中心を互いに接合している。
The first H-shaped section member 15 and the second H-shaped section member 25 are each made of steel.
The first H-shaped section member 15 includes a first flange 16, a second flange 17, and a web 18. The first flange 16, the second flange 17, and the web 18 are each formed of a steel plate. The first flange 16 and the second flange 17 are each disposed along a horizontal plane and face each other in the up-down direction. The first flange 16 is disposed above the second flange 17.
The web 18 is disposed between the first flange 16 and the second flange 17. The web 18 joins the center of the first flange 16 in the width direction and the center of the second flange 17 in the width direction to each other.

大梁である第1H形断面部材15のウェブ18等には、図示しないガセットプレートが溶接等により接合されている。
第1H形断面部材15は、隣り合う柱10の間にかけ渡され、水平面に沿う方向に延びている。第1H形断面部材15の両端部は、柱10に溶接等でそれぞれ接合されている。
A gusset plate (not shown) is joined by welding or the like to the web 18 of the first H-shaped cross-section member 15, which serves as a main beam.
The first H-shaped section member 15 is disposed between the adjacent columns 10 and extends in a direction along the horizontal plane. Both ends of the first H-shaped section member 15 are joined to the columns 10 by welding or the like.

図1から図3に示すように、第2H形断面部材25は、第1フランジ26と、第2フランジ27と、ウェブ28と、を備えている。第1フランジ26、第2フランジ27、及びウェブ28は、それぞれ鋼板により形成されている。第1フランジ26及び第2フランジ27は、それぞれ水平面に沿うように配置され、互いに上下方向に対向している。第1フランジ26は、第2フランジ27よりも上方に配置されている。
ウェブ28は、第1フランジ26と第2フランジ27との間に配置されている。ウェブ28は、第1フランジ26の幅方向の中心及び第2フランジ27の幅方向の中心を互いに接合している。
H形断面部材15,25の長手方向(材軸方向)に直交する断面形状は、それぞれH形状である。
なお、H形断面部材15,25が配置される向きは、これに限定されない。第2H形断面部材25及び第1H形断面部材15は、H形鋼であってもよい。より詳しく説明すると、第2H形断面部材25及び第1H形断面部材15は、圧延H形鋼であってもよいし、溶接組立H形鋼であってもよい。
As shown in Figures 1 to 3, the second H-shaped section member 25 includes a first flange 26, a second flange 27, and a web 28. The first flange 26, the second flange 27, and the web 28 are each formed of a steel plate. The first flange 26 and the second flange 27 are each disposed along a horizontal plane and face each other in the up-down direction. The first flange 26 is disposed above the second flange 27.
The web 28 is disposed between the first flange 26 and the second flange 27. The web 28 joins the center of the first flange 26 in the width direction and the center of the second flange 27 in the width direction to each other.
The cross-sectional shape of the H-shaped cross-section members 15, 25 perpendicular to the longitudinal direction (material axis direction) is each H-shaped.
The orientation of the H-shaped section members 15, 25 is not limited to this. The second H-shaped section member 25 and the first H-shaped section member 15 may be H-shaped steel. More specifically, the second H-shaped section member 25 and the first H-shaped section member 15 may be rolled H-shaped steel or welded H-shaped steel.

ここで、図4に示すように、第2H形断面部材25の寸法を規定する。
第2H形断面部材25の高さ(せい)を、H(mm)とする。第1フランジ26及び第2フランジ27の板厚中心間の距離(第1フランジ26の厚さ方向の中心と第2フランジ27の厚さ方向の中心との距離)を、d(mm)とする。第1フランジ26及び第2フランジ27それぞれの厚さを、t(mm)とする。ウェブ28の厚さを、t(mm)とする。第2H形断面部材25の長さを、l(mm)とする(図2参照)。
さらに、第2H形断面部材25の諸元を以下のように規定する。
第2H形断面部材25のヤング係数を、E(N/mm)とする。第1フランジ26の断面二次モーメントを、IfB(mm)とする。第2フランジ27の断面二次モーメントを、IfA(mm)とする。第2H形断面部材25のせん断弾性係数を、G(N/mm)とする。第2H形断面部材25のサン・ブナンねじり定数を、J(mm)とする。第1フランジ26のサン・ブナンねじり定数を、JfB(mm)とする。第2フランジ27のサン・ブナンねじり定数を、JfA(mm)とする。ウェブ28のサン・ブナンねじり定数を、J(mm)とする。
ウェブ28の板剛度を、D(Nmm)とする。なお、板剛度Dは、後述する(56)のように、D=E・t /(12(1-ν))のように計算できる。νは、第2H形断面部材25のポアソン比(-)を表す。
Now, the dimensions of the second H-shaped section member 25 are defined as shown in FIG.
The height of the second H-shaped section member 25 is H (mm). The distance between the thickness centers of the first flange 26 and the second flange 27 (the distance between the thickness center of the first flange 26 and the thickness center of the second flange 27) is d b (mm). The thickness of each of the first flange 26 and the second flange 27 is t f (mm). The thickness of the web 28 is t w (mm). The length of the second H-shaped section member 25 is l (mm) (see FIG. 2).
Furthermore, the specifications of the second H-shaped section member 25 are defined as follows.
The Young's modulus of the second H-shaped section member 25 is E (N/mm 2 ). The second moment of area of the first flange 26 is I fB (mm 4 ). The second moment of area of the second flange 27 is I fA (mm 4 ). The shear modulus of the second H-shaped section member 25 is G (N/mm 2 ). The Saint-Venant torsional constant of the second H-shaped section member 25 is J (mm 4 ). The Saint-Venant torsional constant of the first flange 26 is J fB (mm 4 ). The Saint-Venant torsional constant of the second flange 27 is J fA (mm 4 ). The Saint-Venant torsional constant of the web 28 is J w (mm 4 ).
The plate stiffness of the web 28 is Dw (Nmm). The plate stiffness Dw can be calculated as Dw = E· tw3 /( 12 (1- v2 )) as described later in (56). v represents the Poisson's ratio (-) of the second H-shaped section member 25.

図1に示すように、第2H形断面部材25は、対向する第1H形断面部材15の間にかけ渡され、水平面に沿う方向に延びている。第2H形断面部材25における長手方向の両端部は、第1H形断面部材15のガセットプレートに、図示しない高力ボルト等により接続されている。 As shown in FIG. 1, the second H-shaped section member 25 is placed between the opposing first H-shaped section members 15 and extends in a direction along the horizontal plane. Both longitudinal ends of the second H-shaped section member 25 are connected to the gusset plates of the first H-shaped section member 15 by high-strength bolts (not shown) or the like.

折板屋根35は、屋根葺材である。例えば、折板屋根35は、金属板を折り曲げて構成されている。折板屋根35は、水平面に沿う第1水平方向D1に延びる波形部材36が、水平面に沿うとともに第1水平方向D1に直交する第2水平方向D2に複数並べられて構成されている。
波形部材36は、底板37と、第1傾斜板38と、天板39と、第2傾斜板40と、を有している。底板37、第1傾斜板38、天板39、及び第2傾斜板40は、それぞれ板状部材(面材)である。
The folded plate roof 35 is a roofing material. For example, the folded plate roof 35 is formed by folding a metal plate. The folded plate roof 35 is formed by arranging a plurality of corrugated members 36 extending in a first horizontal direction D1 along a horizontal surface in a second horizontal direction D2 along the horizontal surface and perpendicular to the first horizontal direction D1.
The corrugated member 36 has a bottom plate 37, a first inclined plate 38, a top plate 39, and a second inclined plate 40. The bottom plate 37, the first inclined plate 38, the top plate 39, and the second inclined plate 40 are each a plate-shaped member (surface material).

底板37及び天板39は、水平面に沿うように配置されている。天板39は、底板37よりも上方に配置されている。
第1傾斜板38は、底板37における第2水平方向D2の第1側D21の端部から、第1側D21に向かうに従い漸次、上方に向かうように傾斜している。
天板39は、第1傾斜板38における第1側D21の端部から、第1側D21に向かって延びている。第2傾斜板40は、天板39の第1側D21の端部から、第1側D21に向かうに従い漸次、下方に向かうように傾斜している。第2傾斜板40は、第1側D21に隣り合う波形部材36の底板37における、第2水平方向D2のうち第1側D21とは反対側の第2側D22の端部に連なっている。
The bottom plate 37 and the top plate 39 are disposed along a horizontal plane. The top plate 39 is disposed higher than the bottom plate 37.
The first inclined plate 38 is inclined gradually upward from the end of the bottom plate 37 on the first side D21 in the second horizontal direction D2 toward the first side D21.
The top plate 39 extends toward the first side D21 from an end of the first side D21 of the first inclined plate 38. The second inclined plate 40 is inclined gradually downward from the end of the first side D21 of the top plate 39 toward the first side D21. The second inclined plate 40 is connected to an end of a second side D22, which is opposite to the first side D21 in the second horizontal direction D2, of the bottom plate 37 of the corrugated member 36 adjacent to the first side D21.

図3に示すように、折板屋根35の底板37は、第2H形断面部材25において、第1フランジ26を間に挟んでウェブ28の反対側(上方)に配置されている。各底板37は、第2H形断面部材25の長手方向である第2水平方向D2に並べられている。
図1に示すように、折板屋根35は、第1H形断面部材15の第1フランジ16及び第2H形断面部材25の第1フランジ16に、折板屋根35の下方から支持されている。図3に示すように、この例では、折板屋根35は、公知の金具及び締結部材等の仕口部材41を介して、第2H形断面部材25の第1フランジ26に取り付けられている。
As shown in Fig. 3, the bottom plate 37 of the folded plate roof 35 is disposed on the opposite side (above) of the web 28 of the second H-shaped section member 25, with the first flange 26 sandwiched therebetween. The bottom plates 37 are aligned in the second horizontal direction D2, which is the longitudinal direction of the second H-shaped section member 25.
As shown in Fig. 1, the folded plate roof 35 is supported from below by the first flange 16 of the first H-shaped section member 15 and the first flange 16 of the second H-shaped section member 25. As shown in Fig. 3, in this example, the folded plate roof 35 is attached to the first flange 26 of the second H-shaped section member 25 via a joint member 41 such as a known metal fitting or fastening member.

このように、折板屋根35は、第1フランジ26に取り付けられることにより第2H形断面部材25により支持される。
なお、図1に示すように、第2H形断面部材25及び折板屋根35で、支持構造47が構成される。同様に、第1H形断面部材15及び折板屋根35で、支持構造46が構成される。
折板屋根35の底板37、第1傾斜板38、天板39、及び第2傾斜板40は、H形断面部材15,25の第1フランジ16,26にそれぞれ直接取り付けられていてもよい。
In this way, the folded plate roof 35 is supported by the second H-shaped section member 25 by being attached to the first flange 26.
1, the second H-shaped section member 25 and the folded plate roof 35 form a support structure 47. Similarly, the first H-shaped section member 15 and the folded plate roof 35 form a support structure 46.
The bottom plate 37, the first inclined plate 38, the top plate 39, and the second inclined plate 40 of the folded plate roof 35 may be directly attached to the first flanges 16, 26 of the H-shaped cross-section members 15, 25, respectively.

以下では、H形断面部材15,25のうち第2H形断面部材25を例にとって、弾性横座屈耐力を検討した結果について説明する。 Below, we will explain the results of examining the elastic lateral buckling strength of the second H-shaped section member 25, one of the H-shaped section members 15 and 25, as an example.

〔2.H形断面部材の弾性横座屈耐力式の検討〕
図2に示すように、第2H形断面部材25(以下、単にH形断面部材25とも言う)の長手方向に、z軸を規定した。フランジ26,27が対向する方向にy軸を規定し、ウェブ28の厚さ方向に、x軸を規定した。
H形断面部材25に対して、以下の(1)から(6)の仮定を行う。
(1)折板屋根35に取り付けられたフランジを、第1フランジ26とする。第2フランジ27は、折板屋根35による直接的な拘束を受けない。
(2)折板屋根35により、第1フランジ26は、x軸方向の移動と、z軸(H形断面部材25の長手方向に沿う軸線)回りの回転とを、弾性バネ拘束されている。
(3)H形断面部材25は、反りを拘束されていない。
(4)荷重条件は、第2フランジ27が圧縮される等曲げモーメントを対象とする。すなわち、図5に示すように、荷重は、H形断面部材25の長手方向の端25a,25bにおいてx軸回りの曲げモーメントMcrを作用させた。
(5)フランジ26,27とウェブ28との交点は、H形断面部材25が横座屈した後も直角を保つ。
(6)フランジ26,27の構面外変位は、任意の関数で与える。
[2. Consideration of elastic lateral buckling strength formula for H-shaped cross-section members]
2, the z-axis is defined as the longitudinal direction of the second H-section member 25 (hereinafter, simply referred to as the H-section member 25). The y-axis is defined as the direction in which the flanges 26 and 27 face each other, and the x-axis is defined as the thickness direction of the web 28.
The following assumptions (1) to (6) are made for the H-shaped cross-section member 25.
(1) The flange attached to the folded plate roof 35 is defined as the first flange 26. The second flange 27 is not directly restrained by the folded plate roof 35.
(2) The first flange 26 is elastically restrained by the folded plate roof 35 from moving in the x-axis direction and from rotating about the z-axis (the axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member 25).
(3) The H-shaped section member 25 is not restrained from warping.
(4) The load condition is a uniform bending moment that compresses the second flange 27. That is, as shown in Fig. 5, the load is a bending moment Mcr about the x-axis applied to the longitudinal ends 25a and 25b of the H-shaped cross-section member 25.
(5) The intersections of the flanges 26, 27 and the web 28 remain perpendicular even after the H-section member 25 buckles laterally.
(6) The out-of-plane displacement of the flanges 26, 27 is given by an arbitrary function.

図6に示すように、第2フランジ27の構面外変位(x軸方向の変位)u(mm)と、第1フランジ26の構面外変位u(mm)とを、任意の変位分布u(mm)の関数として、(41)式及び(42)式で表す。 As shown in FIG. 6, the out-of-plane displacement (displacement in the x-axis direction) uA (mm) of the second flange 27 and the out-of-plane displacement uB (mm) of the first flange 26 are expressed as functions of an arbitrary displacement distribution u (mm) by equations (41) and (42).

Figure 0007678326000009
Figure 0007678326000009

ただし、αは未定係数である。
図4に示すように、第1フランジ26は、平行移動バネ(水平バネ)50及び回転移動バネ(回転バネ)51により拘束されると仮定した。平行移動バネ50は、第1フランジ26の取り付く折板屋根35による拘束を模擬したバネであり、第1フランジ26に、x軸方向(ウェブ28の厚さ方向)の拘束力を作用させる。
回転移動バネ51は、第1フランジ26の取り付く折板屋根35による拘束を模擬したバネであり、第1フランジ26に、H形断面部材25の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる。
第1フランジ26に取り付く水平移動及び回転を拘束する弾性バネの剛性を、ウェブ28の板剛度D及び板厚中心間の距離dの関数として、(43)式及び(44)式で表す。
Here, α is an undetermined coefficient.
As shown in Fig. 4, it was assumed that the first flange 26 was restrained by a parallel translation spring (horizontal spring) 50 and a rotational translation spring (rotational spring) 51. The parallel translation spring 50 is a spring that simulates the restraint by the folded plate roof 35 to which the first flange 26 is attached, and applies a restraining force to the first flange 26 in the x-axis direction (thickness direction of the web 28).
The rotational movement spring 51 is a spring that simulates the restraint exerted by the folded plate roof 35 to which the first flange 26 is attached, and applies a restraining force to the first flange 26 around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member 25.
The stiffness of the elastic spring that is attached to the first flange 26 and restrains the horizontal movement and rotation is expressed as a function of the plate stiffness Dw of the web 28 and the distance db between the plate thickness centers by equations (43) and (44).

Figure 0007678326000010
Figure 0007678326000010

ただし、kは、平行移動バネ50による補剛剛性係数(水平補剛剛性係数)(-)である。kは、回転移動バネ51による補剛剛性係数(回転補剛剛性係数)(-)である。Kは、平行移動バネ50による、H形断面部材25の長手方向の単位長さ当たりの補剛剛性(N/mm/mm)である。Kは、回転移動バネ51による、H形断面部材25の長手方向の単位長さ当たりの補剛剛性(Nmm/mm)である。
第2フランジ27のねじり角φ(rad)、第1フランジ26のねじり角φ(rad)、ウェブ28の変位関数w(mm)を任意の変位分布u(mm)の関数として、(45)式から(47)式で表す。
Here, k h is the stiffness coefficient (horizontal stiffness coefficient) (-) due to the translation spring 50. k r is the stiffness coefficient (rotational stiffness coefficient) (-) due to the rotational movement spring 51. K H is the stiffness (N/mm/mm) per unit length in the longitudinal direction of the H-shaped section member 25 due to the translation spring 50. K R is the stiffness (Nmm/mm) per unit length in the longitudinal direction of the H-shaped section member 25 due to the rotational movement spring 51.
The torsion angle φ A (rad) of the second flange 27, the torsion angle φ B (rad) of the first flange 26, and the displacement function w (mm) of the web 28 are expressed as functions of an arbitrary displacement distribution u (mm) by equations (45) to (47).

Figure 0007678326000011
Figure 0007678326000011

ただし、第1フランジ26とウェブ28との交点を、y軸の原点とする。
このとき、第1フランジ26のx軸方向の平行移動とz軸回りの回転が弾性バネ拘束され、H形断面部材25の長手方向の両端に、第2フランジ27が圧縮される等曲げの外力が作用する。この場合の全ポテンシャルエネルギーΠ(Nmm)は、(48)式で表される。
However, the intersection point between the first flange 26 and the web 28 is defined as the origin of the y-axis.
At this time, the translation of the first flange 26 in the x-axis direction and the rotation around the z-axis are restrained by the elastic spring, and a uniform bending external force that compresses the second flange 27 acts on both longitudinal ends of the H-shaped cross-section member 25. The total potential energy Π (Nmm) in this case is expressed by equation (48).

Figure 0007678326000012
Figure 0007678326000012

ただし、νは、H形断面部材25のポアソン比(-)である。Mcrは、H形断面部材25の弾性横座屈耐力(弾性横座屈モーメント)(Nmm)である。u ,u は、u,uをzについて1階微分した関数である。u ’’,u ’’は、u,uをzについて2階微分した関数である。φ ,φ は、φ,φをzについて1階微分した関数である。
(48)式に(41)式から(47)式を代入して整理すると、全ポテンシャルエネルギーΠは(49)式で表される。
where ν is the Poisson's ratio (-) of the H-shaped section member 25. M cr is the elastic lateral buckling strength (elastic lateral buckling moment) (Nmm) of the H-shaped section member 25. u A ' and u B ' are functions obtained by first-order differentiation of u A and u B with respect to z. u A '' and u B '' are functions obtained by second-order differentiation of u A and u B with respect to z. φ A ' and φ B ' are functions obtained by first-order differentiation of φ A and φ B with respect to z.
By substituting equations (41) to (47) into equation (48) and rearranging, the total potential energy Π is expressed by equation (49).

Figure 0007678326000013
Figure 0007678326000013

以下の(55)式から(58)式の関係を用いて(49)式を整理すると、全ポテンシャルエネルギーΠは、(59)式で表される。 By rearranging equation (49) using the relationship between equations (55) and (58) below, the total potential energy Π is expressed by equation (59).

Figure 0007678326000014
Figure 0007678326000014

ただし、Jは、ウェブ28のサン・ブナンねじり定数(mm)である。
次に、変位分布uにsin波である(60)式を用いて、式を整理する。ここで、nはsin波(H形断面部材25の座屈波)の半波の数を表し、任意の正の整数をとる。
where Jw is the Saint-Venant torsional constant of the web 28 (mm 4 ).
Next, the equation is rearranged using equation (60) where the displacement distribution u is a sine wave: Here, n represents the number of half waves of the sine wave (the buckling wave of the H-shaped cross-section member 25) and can be any positive integer.

Figure 0007678326000015
Figure 0007678326000015

変位分布uを1階微分又は2階微分した式は、(61)式及び(62)式で表される。 The equations obtained by first-order or second-order differentiation of the displacement distribution u are expressed as equations (61) and (62).

Figure 0007678326000016
Figure 0007678326000016

(60)式から(62)式を用いて、各定積分は(63)式から(65)式で表される。 Using equations (60) to (62), each definite integral is expressed by equations (63) to (65).

Figure 0007678326000017
Figure 0007678326000017

(63)式から(65)式を(59)式に代入して整理すると、全ポテンシャルエネルギーΠは(71)式で表される。 Substituting equations (63) to (65) into equation (59) and rearranging, the total potential energy Π is expressed by equation (71).

Figure 0007678326000018
Figure 0007678326000018

ポテンシャルエネルギー最小の原理(Π=0)より、(71)式を弾性横座屈耐力Mcrについて整理することで(72)式が得られる。 According to the principle of minimum potential energy (Π=0), equation (71) can be rearranged for the elastic lateral buckling strength M cr to obtain equation (72).

Figure 0007678326000019
Figure 0007678326000019

ここで、αは、第1フランジ26の変位に関する未定係数である。仮定した任意の第1フランジ26の変位分布に応じて0以上、1未満の範囲の任意の実数をとることで、弾性横座屈耐力Mcrが与えられる。なお、未定係数αは弾性横座屈耐力Mcrが最小となる値を用いることが好ましい。そこで、(72)式を未定係数αで偏微分した式を、展開する。未定係数αは、0以上1未満の任意の実数となる。このことを踏まえると、(72)式による弾性横座屈耐力Mcrの最小解を与える未定係数αが、(73)式で表される。
なお、未定係数αは、(73)式によらず、収斂計算や表計算ソフトのソルバー等で弾性横座屈耐力Mcrが最小となる値を求めてもよい。
Here, α is an undetermined coefficient related to the displacement of the first flange 26. The elastic lateral buckling strength M cr is given by taking any real number in the range of 0 or more and less than 1 according to the assumed displacement distribution of any first flange 26. Note that it is preferable to use a value for the undetermined coefficient α that minimizes the elastic lateral buckling strength M cr . Therefore, an equation obtained by partially differentiating equation (72) with respect to the undetermined coefficient α is expanded. The undetermined coefficient α is any real number between 0 and 1. Taking this into consideration, the undetermined coefficient α that provides the minimum solution for the elastic lateral buckling strength M cr according to equation (72) is expressed by equation (73).
Incidentally, the undetermined coefficient α may be determined not by equation (73) but by using a convergence calculation, a solver in a spreadsheet software, or the like to find a value that minimizes the elastic lateral buckling strength M cr .

Figure 0007678326000020
Figure 0007678326000020

ここで、X及びYは、(74)式及び(75)式で表される。 Here, X and Y are expressed by equations (74) and (75).

Figure 0007678326000021
Figure 0007678326000021

(72)式による弾性横座屈耐力Mcrは、sin波の半波の数nに依存する。しかし、弾性横座屈耐力Mcrにおいて、nに任意の正の整数を代入して得られる座屈荷重の最小値は、nに関わらず一定値となる。この時の弾性横座屈耐力の最小値Mcr,minは(76)式で与えられる。 The elastic lateral buckling strength M cr according to equation (72) depends on the number n of half waves of the sine wave. However, in the elastic lateral buckling strength M cr , the minimum value of the buckling load obtained by substituting any positive integer for n is a constant value regardless of n. The minimum value M cr,min of the elastic lateral buckling strength in this case is given by equation (76).

Figure 0007678326000022
Figure 0007678326000022

弾性横座屈耐力Mcrの場合と同様に、αは第1フランジ26の変位に関する未定係数であり、仮定した任意の第1フランジ26の変位分布に応じて0以上、1未満の範囲の任意の実数をとることで弾性横座屈耐力の最小値Mcr,minが与えられる。なお、未定係数αは弾性横座屈耐力の最小値Mcr,minが最小となる値を用いることが好ましい。そこで、(76)式を未定係数αで偏微分した式を展開し、高次の項は微小として無視して整理する。未定係数αは0以上1未満の値となることを踏まえると、(76)式による弾性横座屈耐力の最小値Mcr,minの最小解を与える未定係数αが、(77)式で表される。
なお、(77)式は近似解であるため、水平補剛剛性係数kおよび回転補剛剛性係数kが極めて小さい場合等の特殊な条件下において、(77)式の平方根内が負の値となり、αが求められない場合が生じる。その場合は、(77)式の平方根内を0として扱うことでαを求め、(76)式による弾性横座屈耐力の最小値Mcr,minを求めることができる。また、未定係数αは(77)式によらず、収斂計算や表計算ソフトのソルバー等で弾性横座屈耐力Mcrが最小となる値を求めてもよい。
As in the case of the elastic lateral buckling strength M cr , α is an undetermined coefficient related to the displacement of the first flange 26, and the minimum value M cr,min of the elastic lateral buckling strength is given by taking any real number in the range of 0 or more and less than 1 according to the assumed displacement distribution of any first flange 26. Note that it is preferable to use a value for the undetermined coefficient α that minimizes the minimum value M cr,min of the elastic lateral buckling strength. Therefore, an equation obtained by partially differentiating equation (76) with respect to the undetermined coefficient α is developed, and higher-order terms are ignored as being minute and rearranged. Considering that the undetermined coefficient α is a value between 0 and less than 1, the undetermined coefficient α that gives the minimum solution for the minimum value M cr,min of the elastic lateral buckling strength according to equation (76) is expressed by equation (77).
Since equation (77) is an approximate solution, under special conditions such as when the horizontal stiffening stiffness coefficient k h and the rotational stiffening stiffness coefficient k r are extremely small, the square root of equation (77) may become a negative value, and α may not be obtained. In such cases, α can be obtained by treating the square root of equation (77) as 0, and the minimum value M cr,min of the elastic lateral buckling strength according to equation (76) can be obtained. In addition, the undetermined coefficient α may be obtained by using a convergence calculation or a solver in a spreadsheet software to obtain a value that minimizes the elastic lateral buckling strength M cr , without using equation (77).

Figure 0007678326000023
Figure 0007678326000023

ここで、U,V,W,X,Y,Zは、(78)式から(83)式で表される。 Here, U, V, W, X, Y, and Z are expressed by equations (78) to (83).

Figure 0007678326000024
Figure 0007678326000024

以上では、フランジ26,27の断面寸法が互いに異なる1軸対称の断面を対象として、式を誘導した。図3に示すように、1軸対称の断面では、H形断面部材25の長手方向に直交する断面が、ウェブ28に沿う第1基準面S1に対して対称である。
一方で、H形断面部材25の前記断面が、各フランジ26,27に沿う第2基準面S2に加えて前記第1基準面S1に対してそれぞれ対称な、いわゆる2軸対称の場合については、(87)式及び(88)式に示す関係を用いて式を整理することができる。
The above formulas have been derived for a uniaxially symmetrical cross section in which the cross-sectional dimensions of the flanges 26 and 27 are different from each other. As shown in Fig. 3, in the uniaxially symmetrical cross section, the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the H-shaped section member 25 is symmetrical with respect to the first reference plane S1 along the web 28.
On the other hand, in the case where the cross section of the H-shaped cross-section member 25 is symmetrical with respect to the first reference plane S1 in addition to the second reference plane S2 along each flange 26, 27, that is, is so-called two-axis symmetrical, the equations can be rearranged using the relationships shown in equations (87) and (88).

Figure 0007678326000025
Figure 0007678326000025

ただし、Iは、各フランジ26,27の断面二次モーメント(mm)である。Jは、各フランジ26,27のサン・ブナンねじり定数(mm)である。
このとき、弾性横座屈耐力Mcrは(89)式から(92)式で表される。
where I is the second moment of area (mm 4 ) of each of the flanges 26, 27. Jf is the Saint-Venant torsional constant (mm 4 ) of each of the flanges 26, 27.
In this case, the elastic lateral buckling strength M cr is expressed by equations (89) to (92).

Figure 0007678326000026
Figure 0007678326000026

弾性横座屈耐力の最小値Mcr,minは、(93)式から(97)式で表される。 The minimum value M cr,min of the elastic lateral buckling strength is expressed by equations (93) to (97).

Figure 0007678326000027
Figure 0007678326000027

〔3.支持構造の設計方法〕
以上説明したように、H形断面部材25の断面が1軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを精緻に設定するには、本実施形態の支持構造の設計方法では、(72)式に示すH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mcrにより設定する。このとき、未定係数αを、(73)式から(75)式により設定することが好ましい。
H形断面部材25の断面が1軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを簡単に設定するには、本実施形態の支持構造の設計方法では、(76)式に示すH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mcr,minにより設定する。(76)式は、H形断面部材25の座屈波の半波の数n、及びH形断面部材25の長さlによらない式である。
このとき、未定係数αを、(77)式から(83)式により設定することが好ましい。
3. Support structure design method
As described above, in order to precisely set the elastic lateral buckling strength M e when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, in the design method of the support structure of this embodiment, it is set by the elastic lateral buckling strength M cr of the H-shaped section member 25 shown in formula (72). At this time, it is preferable to set the undetermined coefficient α by formulas (73) to (75).
In order to easily set the elastic lateral buckling strength M e when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, in the design method of the support structure of this embodiment, it is set by the elastic lateral buckling strength M cr,min of the H-shaped section member 25 shown in formula (76). Formula (76) is an equation that does not depend on the number n of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member 25 and the length l of the H-shaped section member 25.
At this time, it is preferable to set the undetermined coefficient α according to equations (77) to (83).

H形断面部材25の断面が2軸対称の場合に弾性横座屈耐力M精緻に設定するには、本実施形態の支持構造の設計方法では、(89)式に示すH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mcrにより設定する。このとき、未定係数αを、(90)式から(92)式により設定することが好ましい。
H形断面部材25の断面が2軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを簡単に設定するには、本実施形態の支持構造の設計方法では、(93)式に示すH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mcr,minにより設定する。(93)式は、H形断面部材25の座屈波の半波の数n、及びH形断面部材25の長さlによらない式である。
このとき、未定係数αを、(94)式から(97)式により設定することが好ましい。
In order to precisely set the elastic lateral buckling strength M e when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical, in the design method of the support structure of this embodiment, the elastic lateral buckling strength M cr of the H-shaped section member 25 is set as shown in formula (89). At this time, it is preferable to set the undetermined coefficient α from formulas (90) to (92).
In order to easily set the elastic lateral buckling strength M e when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetric, in the design method of the support structure of this embodiment, it is set by the elastic lateral buckling strength M cr,min of the H-shaped section member 25 shown in formula (93). Formula (93) is an equation that does not depend on the number n of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member 25 and the length l of the H-shaped section member 25.
At this time, it is preferable to set the undetermined coefficient α according to equations (94) to (97).

〔4.H形断面部材の弾性横座屈耐力の検討〕
H形断面部材25の弾性横座屈耐力の評価式の精度を確認するため、FEM(Finite Element Method:有限要素法)による弾性座屈解析結果との比較を行った。図2に示す解析モデルは、H形断面部材25を4節点シェル要素によって構成している。
[4. Consideration of elastic lateral buckling strength of H-shaped cross-section members]
In order to confirm the accuracy of the evaluation formula for the elastic lateral buckling strength of the H-shaped section member 25, a comparison was made with the results of an elastic buckling analysis using the Finite Element Method (FEM). In the analysis model shown in Figure 2, the H-shaped section member 25 is configured using four-node shell elements.

第1フランジ26に取り付く折板屋根35による拘束効果として、図4における第1フランジ26の断面中心の節点を、以下のように拘束した。すなわち、この節点について、x軸方向の移動を水平バネ50により、z軸回りの回転を回転バネ51により拘束した。 As a restraining effect of the folded plate roof 35 attached to the first flange 26, the node at the center of the cross section of the first flange 26 in FIG. 4 is restrained as follows. That is, for this node, movement in the x-axis direction is restrained by a horizontal spring 50, and rotation around the z-axis is restrained by a rotational spring 51.

また、H形断面部材25の長手方向の両端部は、H形断面部材25のねじれに対して固定端、フランジ26,27の反りに関しては自由端とした。すなわち、図2に示すように、H形断面部材25の長手方向の第1端25aにおいて、dx=0,dy=0,dz=0,rotz(z軸回りの回転)=0とした。H形断面部材25の長手方向における第1端25aとは反対の第2端25bにおいて、dy=0,dx=0,rotz=0とした。 In addition, both ends of the H-shaped cross-section member 25 in the longitudinal direction are fixed ends with respect to the twisting of the H-shaped cross-section member 25, and are free ends with respect to the warping of the flanges 26, 27. That is, as shown in FIG. 2, at the first end 25a in the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member 25, dx = 0, dy = 0, dz = 0, and rotz (rotation around the z-axis) = 0. At the second end 25b opposite the first end 25a in the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member 25, dy = 0, dx = 0, and rotz = 0.

この解析モデルに対して、H形断面部材25の寸法、水平バネ50による水平補剛剛性係数k、及び回転バネ51による回転補剛剛性係数kを変数に設定した。具体的には、H形断面部材25として、長手方向の断面寸法の異なる4種類を用いた。4種類のうち2種類は、2枚のフランジ26,27の幅が異なる1軸対称の断面とした。1軸対称の断面では、H形断面部材25の長手方向に直交する断面が、第1基準面S1に対して対称である。
また、バネによる補剛剛性については、補剛剛性係数k,kが0(水平バネ50及び回転バネ51がない状態に等しい)のものから十分に大きい範囲までの5段階として設定した。これらの組合せとなる表1に示す、合計20ケースのサンプルについて、H形断面部材25の高さHに対するH形断面部材25の長さlの比(l/H)が6~50の範囲で、H形断面部材25の長さを変更して解析を行った。
For this analysis model, the dimensions of the H-shaped section member 25, the horizontal stiffening stiffness coefficient k h of the horizontal spring 50, and the rotational stiffening stiffness coefficient k r of the rotational spring 51 were set as variables. Specifically, four types of H-shaped section members 25 with different longitudinal cross-sectional dimensions were used. Two of the four types had cross sections symmetrical about one axis with different widths for the two flanges 26, 27. In the cross sections symmetrical about one axis, the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the H-shaped section member 25 is symmetrical with respect to the first reference plane S1.
The stiffening stiffness of the springs was set in five stages, ranging from 0 (equivalent to a state in which the horizontal spring 50 and the rotational spring 51 are not present) to a sufficiently large range for the stiffening stiffness coefficients k h and k r . For a total of 20 samples shown in Table 1, which are combinations of these, analysis was performed by changing the length of the H-shaped cross-section member 25 so that the ratio (l/H) of the length l of the H-shaped cross-section member 25 to the height H of the H-shaped cross-section member 25 was in the range of 6 to 50.

Figure 0007678326000028
Figure 0007678326000028

例えば、サンプルNo.1-1において、H形断面部材25の高さHは、400mmである。第1フランジ26の幅Bは100mmであり、第2フランジ27の幅Bは150mmである。ウェブ28の厚さtは6mmであり、フランジ26,27それぞれの厚さtは9mmである。
(水平補剛剛性係数k、回転補剛剛性係数k)の組として、(0,0)、(1,1)、(6,2)、(10,20)、(1000,1000)を用いた。
For example, in sample No. 1-1, the height H of the H-section member 25 is 400 mm. The width B1 of the first flange 26 is 100 mm, and the width B2 of the second flange 27 is 150 mm. The thickness tw of the web 28 is 6 mm, and the thickness tf of each of the flanges 26 and 27 is 9 mm.
As pairs of (horizontal stiffening stiffness coefficient k h , rotational stiffening stiffness coefficient k r ), (0,0), (1,1), (6,2), (10,20), and (1000,1000) were used.

図7から図10に、H形断面部材25の断面形状ごとに、弾性座屈解析の結果、本発明による弾性横座屈耐力M、及び弾性横座屈耐力Mの最小値を比較した結果を示す。図7及び図9に対応するH形断面部材25の断面は、2枚のフランジ26,27の幅が互いに異なる1軸対称の断面である。図中の曲線は、(72)式による計算値である弾性横座屈耐力Mを表す。図中の直線は、(76)式による計算値である弾性横座屈耐力Mを表す。
また、図8及び図10に対応するH形断面部材25の断面は、2枚のフランジ26,27の断面寸法が互いに等しい2軸対称の断面である。図中の曲線は、(89)式による計算値である弾性横座屈耐力Mを表す。図中の直線は、(93)式による計算値である弾性横座屈耐力Mを表す。
なお、図7から図10において、水平補剛剛性係数k及び回転補剛剛性係数kがそれぞれ0となるケースについては、(76)式又は(93)式による弾性横座屈耐力の最小値は0となるため、記載を省略している。
図7から図10中には、FEMによる弾性座屈解析結果である弾性横座屈耐力MFEMも示した。
Figures 7 to 10 show the results of elastic buckling analysis for each cross-sectional shape of the H-shaped section member 25, comparing the elastic lateral buckling strength M e according to the present invention and the minimum value of the elastic lateral buckling strength M e . The cross sections of the H-shaped section member 25 corresponding to Figures 7 and 9 are symmetrical about one axis, with the two flanges 26, 27 having different widths. The curves in the figures represent the elastic lateral buckling strength M e calculated using equation (72). The straight lines in the figures represent the elastic lateral buckling strength M e calculated using equation (76).
8 and 10 is a biaxially symmetrical cross section in which the cross-sectional dimensions of the two flanges 26, 27 are equal. The curves in the figures represent the elastic lateral buckling strength Me calculated from equation (89). The straight lines in the figures represent the elastic lateral buckling strength Me calculated from equation (93).
In addition, in Figures 7 to 10, for cases where the horizontal stiffening stiffness coefficient k h and the rotational stiffening stiffness coefficient k r are 0, the minimum value of the elastic lateral buckling strength according to equation (76) or equation (93) is 0, so they are omitted.
7 to 10 also show the elastic lateral buckling strength M FEM , which is the result of elastic buckling analysis by FEM.

H形断面部材25の寸法やバネによる補剛剛性係数k,kにかかわらず、(72)式及び(89)式による弾性横座屈耐力Mは、弾性横座屈耐力MFEMと良い対応を示している。また、(76)式及び(93)式による弾性横座屈耐力Mの最小値は、H形断面部材25の寸法や補剛剛性係数k,kにかかわらず、弾性横座屈耐力MFEMの下限値を精度良く捉えている。 Regardless of the dimensions of the H-shaped section member 25 or the stiffening coefficients k h , k r of the springs, the elastic lateral buckling strength M e from equations (72) and (89) shows a good correspondence with the elastic lateral buckling strength M FEM . Moreover, the minimum value of the elastic lateral buckling strength M e from equations (76) and (93) accurately captures the lower limit of the elastic lateral buckling strength M FEM , regardless of the dimensions of the H-shaped section member 25 or the stiffening coefficients k h , k r .

〔5.本実施形態の効果〕
以上説明したように、本実施形態の設計方法において、H形断面部材25の断面が1軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを精緻に設定したいことがある。本設計方法では、第1フランジ26が折板屋根35により拘束されると考え、その拘束力は折板屋根の剛性に依るため、任意の剛性を有する平行移動バネ50及び回転移動バネ51により拘束されるものと仮定している。平行移動バネ50は、ウェブ28の厚さ方向の拘束力を作用させるバネ要素である。回転移動バネ51は、H形断面部材25の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させるバネ要素である。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材25の長手方向に直交する断面が1軸対称の場合に適用できる式として、(72)式を導出した。
このため、H形断面部材25の前記断面が1軸対称の場合に、第1フランジ26に取り付く折板屋根35の拘束をバネ要素として考慮して、(72)式によりH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mを設定することができる。
5. Effects of this embodiment
As described above, in the design method of this embodiment, when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, it is sometimes necessary to precisely set the elastic lateral buckling strength M e . In this design method, it is considered that the first flange 26 is restrained by the folded plate roof 35, and since the restraining force depends on the rigidity of the folded plate roof, it is assumed that the first flange 26 is restrained by the translation spring 50 and the rotation spring 51 having arbitrary rigidity. The translation spring 50 is a spring element that applies a restraining force in the thickness direction of the web 28. The rotation spring 51 is a spring element that applies a restraining force around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped section member 25. As a result of intensive study, the inventors have derived the formula (72) as a formula that can be applied when the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member 25 can be set by equation (72), taking into account the constraint of the folded plate roof 35 attached to the first flange 26 as a spring element.

本実施形態による設計方法を用いると、第1フランジ26の拘束部に任意の平行移動バネ50による水平補剛剛性及び回転移動バネ51による回転補剛剛性を有するH形断面部材25について、その拘束効果を考慮した弾性横座屈耐力Mを適切に評価することができる。これにより、拘束効果を考慮しない場合に比べて弾性横座屈耐力を高く見込むことができ、結果として補剛材の省略と加工・施工コストの削減ができ、経済的な設計が可能となる。 By using the design method according to this embodiment, it is possible to appropriately evaluate the elastic lateral buckling strength Me taking into account the restraining effect of the H-shaped cross-section member 25 having horizontal stiffening stiffness due to the translation spring 50 and rotational stiffening stiffness due to the rotational spring 51 in the restraining portion of the first flange 26. This makes it possible to estimate a higher elastic lateral buckling strength than when the restraining effect is not taken into account, resulting in the omission of stiffening materials and reduction in processing and construction costs, enabling an economical design.

未定係数αを、(73)式から(75)式により設定する。このため、未定係数αを、(73)式から(75)式を用いて精緻に設定することができる。 The undetermined coefficient α is set using equations (73) to (75). Therefore, the undetermined coefficient α can be precisely set using equations (73) to (75).

また、本実施形態の設計方法において、H形断面部材25の断面が1軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを簡単に設定したいことがある。この場合の設計方法において、第1フランジ26が折板屋根35により拘束されると考え、その拘束力は折板屋根の剛性に依るため、任意の剛性を有する平行移動バネ50及び回転移動バネ51により拘束されるものと仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材25の前記断面が1軸対称の場合に、H形断面部材25の座屈波の半波の数n及びH形断面部材25の長さlによらず適用できる式として、(76)式を導出した。
従って、H形断面部材25の前記断面が1軸対称の場合に、第1フランジ26に取り付く折板屋根35の拘束をバネ要素として考慮して、(76)式によりH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mを簡単に設定することができる。
In addition, in the design method of this embodiment, when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, it may be necessary to simply set the elastic lateral buckling strength M e . In the design method in this case, it is assumed that the first flange 26 is restrained by the folded plate roof 35, and the restraining force depends on the rigidity of the folded plate roof, so it is assumed that it is restrained by the translation spring 50 and the rotation spring 51 having arbitrary rigidity. After extensive research, the inventors derived equation (76) as an equation that can be applied when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, regardless of the number n of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member 25 and the length l of the H-shaped section member 25.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about one axis, the elastic lateral buckling strength M e of the H-shaped section member 25 can be easily set by equation (76), taking into account the constraint of the folded plate roof 35 attached to the first flange 26 as a spring element.

未定係数αを、(77)式から(83)式により設定する。これにより、未定係数αを、(77)式から(83)式を用いて精緻に設定することができる。 The undetermined coefficient α is set using equations (77) to (83). This allows the undetermined coefficient α to be precisely set using equations (77) to (83).

また、本実施形態の設計方法において、H形断面部材25の断面が2軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを精緻に設定したいことがある。この場合の設計方法において、第1フランジ26が折板屋根35により拘束されると考え、その拘束力は折板屋根35の剛性に依るため、任意の剛性を有する平行移動バネ50及び回転移動バネ51により拘束されるものと仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材25の前記断面が2軸対称の場合に適用できる式として、(89)式を導出した。
このため、H形断面部材25の前記断面が2軸対称の場合に、第1フランジ26に取り付く折板屋根35の拘束をバネ要素として考慮して、(89)式によりH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mを設定することができる。
In addition, in the design method of this embodiment, when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical, it may be necessary to precisely set the elastic lateral buckling strength Me . In the design method in this case, it is considered that the first flange 26 is restrained by the folded plate roof 35, and since the restraining force depends on the rigidity of the folded plate roof 35, it is assumed that the first flange 26 is restrained by the translation spring 50 and the rotation spring 51 having arbitrary rigidity. After extensive investigation, the inventors have derived the formula (89) as a formula applicable when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member 25 is symmetrical about two axes, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member 25 can be set by equation (89), taking into account the constraint of the folded plate roof 35 attached to the first flange 26 as a spring element.

未定係数αを、(90)式から(92)式により設定する。このため、未定係数αを、(90)式から(92)式を用いて精緻に設定することができる。 The undetermined coefficient α is set using equations (90) to (92). Therefore, the undetermined coefficient α can be precisely set using equations (90) to (92).

また、本実施形態の設計方法において、H形断面部材25の断面が2軸対称の場合に弾性横座屈耐力Mを簡単に設定したいことがある。この場合の設計方法において、第1フランジ26が折板屋根35により拘束されると考え、その拘束力は折板屋根35の剛性に依るため、任意の剛性を有する平行移動バネ50及び回転移動バネ51により拘束されるものと仮定している。発明者等は鋭意検討の結果、H形断面部材25の前記断面が2軸対称の場合に、H形断面部材25の座屈波の半波の数n及びH形断面部材25の長さlによらず適用できる式として、(93)式を導出した。
従って、H形断面部材25の前記断面が2軸対称の場合に、第1フランジ26に取り付く折板屋根35の拘束をバネ要素として考慮して、(93)式によりH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mを簡単に設定することができる。
In addition, in the design method of this embodiment, when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical, it may be desired to simply set the elastic lateral buckling strength M e . In the design method for this case, it is considered that the first flange 26 is restrained by the folded plate roof 35, and since the restraining force depends on the rigidity of the folded plate roof 35, it is assumed that the first flange 26 is restrained by the translation spring 50 and the rotation spring 51 having arbitrary rigidity. After extensive research, the inventors derived equation (93) as an equation that can be applied when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical, regardless of the number n of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member 25 and the length l of the H-shaped section member 25.
Therefore, when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical, the elastic lateral buckling strength M e of the H-shaped section member 25 can be easily set by equation (93), taking into account the constraint of the folded plate roof 35 attached to the first flange 26 as a spring element.

未定係数αを、(94)式から(97)により設定する。これにより、未定係数αを、(94)式から(97)を用いて精緻に設定することができる。 The undetermined coefficient α is set using equations (94) to (97). This allows the undetermined coefficient α to be precisely set using equations (94) to (97).

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、図11に示すように、建築物1Aでは、大梁である第1H形断面部材15に、母屋である第2H形断面部材25を介して、折板屋根35が取り付けられている。
さらに、柱10に、胴縁である第2H形断面部材25が固定され、この第2H形断面部材25に、外壁材55が仕口部材(不図示)を介して取り付けられている。なお、第2H形断面部材25及び外壁材55で、支持構造57が構成される。
例えば、外壁材55は、複数のサイディングボード(板状部材)56を有している。各サイディングボード56は、鋼製やセメント製等であり、上下方向に沿って延びている。複数のサイディングボード56は、第2H形断面部材25の長手方向に並べられている。複数のサイディングボード56は、第1フランジ26を間に挟んでウェブ28の反対側に配置されるとともに、仕口部材(不図示)を介して第1フランジ26にそれぞれ取り付けられている。
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and changes, combinations, deletions, etc. of the configuration are also included within the scope that does not deviate from the gist of the present invention.
For example, as shown in FIG. 11, in a building 1A, a folded plate roof 35 is attached to a first H-shaped cross-section member 15, which is a main girder, via a second H-shaped cross-section member 25, which is a purlin.
Furthermore, a second H-shaped section member 25, which is a furring strip, is fixed to the column 10, and an exterior wall material 55 is attached to this second H-shaped section member 25 via a joint member (not shown). The second H-shaped section member 25 and the exterior wall material 55 form a support structure 57.
For example, the exterior wall material 55 has a plurality of siding boards (plate-shaped members) 56. Each siding board 56 is made of steel, cement, or the like, and extends in the vertical direction. The plurality of siding boards 56 are arranged in the longitudinal direction of the second H-shaped cross-section member 25. The plurality of siding boards 56 are disposed on opposite sides of the web 28 with the first flange 26 sandwiched therebetween, and are each attached to the first flange 26 via a joint member (not shown).

本設計方法では、H形断面部材25の断面が2軸対称の場合において、(72)式によりH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mを設定してもよいし、(76)式によりH形断面部材25の弾性横座屈耐力Mを設定してもよい。
H形断面部材25の第1フランジ26は、折板屋根35の底板37に直接取り付けられてもよいし、仕口部材を介して取り付けられてもよい。
In this design method, when the cross section of the H-shaped section member 25 is biaxially symmetrical, the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member 25 may be set by equation (72), or the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member 25 may be set by equation (76).
The first flange 26 of the H-shaped cross-section member 25 may be attached directly to the bottom plate 37 of the folded plate roof 35, or may be attached via a joint member.

15 第1H形断面部材(H形断面部材)
16,26 第1フランジ
17,27 第2フランジ
18,28 ウェブ
25 第2H形断面部材(H形断面部材)
35 折板屋根(板状部材)
37 底板(板状部材)
38 第1傾斜板(板状部材)
39 天板(板状部材)
40 第2傾斜板(板状部材)
46,47,57 支持構造
50 平行移動バネ
51 回転移動バネ
56 サイディングボード(板状部材)
15 First H-shaped cross-sectional member (H-shaped cross-sectional member)
16, 26 First flange 17, 27 Second flange 18, 28 Web 25 Second H-shaped section member (H-shaped section member)
35 Folded plate roof (plate-shaped member)
37 Bottom plate (plate-shaped member)
38 First inclined plate (plate-shaped member)
39 Top plate (plate-shaped member)
40 Second inclined plate (plate-shaped member)
46, 47, 57 Support structure 50 Translation spring 51 Rotation spring 56 Siding board (plate-shaped member)

Claims (8)

第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(1)式により設定する、支持構造の設計方法。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、n:任意の正の整数をとる前記H形断面部材の座屈波の半波の数、E:前記H形断面部材のヤング係数、IfA:前記第2フランジの断面二次モーメント、l:前記H形断面部材の長さ、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、IfB:前記第1フランジの断面二次モーメント、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、JfA:前記第2フランジのサン・ブナンねじり定数、JfB:前記第1フランジのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、D:前記ウェブの板剛度である。
Figure 0007678326000029
A method for designing a support structure comprising a steel H-shaped section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-shaped member attached to the first flange and supported by the H-shaped section member, wherein the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member is set by equation (1).
where α is an undetermined coefficient that is any real number between 0 and 1, n is the number of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member that is any positive integer, E is the Young's modulus of the H-shaped section member, I fA is the second moment of area of the second flange, l is the length of the H-shaped section member, d b is the distance between the center of thickness of the first flange and the center of thickness of the second flange, I fB is the second moment of area of the first flange, G is the shear modulus of the H-shaped section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped section member, k r is the stiffening stiffness coefficient of the rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped section member, J fA is the Saint-Venant torsional constant of the second flange, J fB is the Saint-Venant torsional constant of the first flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, k h is the shear modulus of the H-shaped section member, : stiffening stiffness coefficient by a parallel moving spring that applies a restraining force in the thickness direction of the web to the first flange, D w : plate stiffness of the web.
Figure 0007678326000029
前記未定係数αを、(3)式から(5)式により設定する、請求項1に記載の支持構造の設計方法。
Figure 0007678326000030
2. The method for designing a support structure according to claim 1, wherein the undetermined coefficient α is set by any one of equations (3) to (5).
Figure 0007678326000030
第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(8)式により設定する、支持構造の設計方法。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、JfA:前記第2フランジのサン・ブナンねじり定数、JfB:前記第1フランジのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、IfA:前記第2フランジの断面二次モーメント、IfB:前記第1フランジの断面二次モーメント、E:前記H形断面部材のヤング係数、D:前記ウェブの板剛度である。
Figure 0007678326000031
A method for designing a support structure comprising a steel H-shaped section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-shaped member attached to the first flange and supported by the H-shaped section member, wherein the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member is set by equation (8).
where α is an undetermined coefficient that can take any real number greater than or equal to 0 and less than 1, G is the shear elastic modulus of the H-shaped cross-section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped cross-section member, d b is the distance between the thickness centers of the first flange and the second flange, k r is the stiffening rigidity coefficient of a rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member, J fA is the Saint-Venant torsional constant of the second flange, J fB is the Saint-Venant torsional constant of the first flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, kh is the stiffening rigidity coefficient of a translational movement spring that applies a restraining force to the first flange in the thickness direction of the web, I fA is the second moment of area of the second flange, I fB is the second moment of area of the first flange, E is the Young's modulus of the H-shaped cross-section member, and D w is the plate rigidity of the web.
Figure 0007678326000031
前記未定係数αを、(10)式から(16)式により設定する、請求項3に記載の支持構造の設計方法。
Figure 0007678326000032
4. The method for designing a support structure according to claim 3, wherein the undetermined coefficient α is set by any one of equations (10) to (16).
Figure 0007678326000032
第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(21)式により設定する、支持構造の設計方法。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、n:任意の正の整数をとる前記H形断面部材の座屈波の半波の数、E:前記H形断面部材のヤング係数、I:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれの断面二次モーメント、l:前記H形断面部材の長さ、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、J:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、D:前記ウェブの板剛度である。
Figure 0007678326000033
A method for designing a support structure comprising a steel H-shaped section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-like member attached to the first flange and supported by the H-shaped section member, wherein the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member is set by equation (21).
where α is an undetermined coefficient that takes any real number between 0 and 1, n is the number of half waves of the buckling wave of the H-shaped section member that takes any positive integer, E is the Young's modulus of the H-shaped section member, I is the second moment of area of each of the first flange and the second flange, l is the length of the H-shaped section member, d b is the distance between the thickness centers of the first flange and the second flange, G is the shear modulus of the H-shaped section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped section member, k r is the stiffening stiffness coefficient of a rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped section member, J f is the Saint-Venant torsional constant of each of the first flange and the second flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, kh is the stiffening stiffness coefficient of a translational movement spring that applies a restraining force to the first flange in the thickness direction of the web, and D w is the plate stiffness of the web.
Figure 0007678326000033
前記未定係数αを、(23)式から(25)式により設定する、請求項5に記載の支持構造の設計方法。
Figure 0007678326000034
6. The method for designing a support structure according to claim 5, wherein the undetermined coefficient α is set by any one of equations (23) to (25).
Figure 0007678326000034
第1フランジ、第2フランジ、及び前記第1フランジ及び前記第2フランジを互いに接合するウェブを備える鋼製のH形断面部材と、前記第1フランジに取り付けられることにより前記H形断面部材により支持される板状部材と、を備える支持構造の設計方法であって、前記H形断面部材の弾性横座屈耐力Mを(28)式により設定する、支持構造の設計方法。
ここで、α:0以上1未満の任意の実数をとる未定係数、G:前記H形断面部材のせん断弾性係数、J:前記H形断面部材のサン・ブナンねじり定数、d:前記第1フランジ及び前記第2フランジの板厚中心間の距離、k:前記第1フランジに前記H形断面部材の長手方向に沿う軸線回りに拘束力を作用させる回転移動バネによる補剛剛性係数、J:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれのサン・ブナンねじり定数、Jw:前記ウェブのサン・ブナンねじり定数、t:前記ウェブの厚さ、k:前記第1フランジに前記ウェブの厚さ方向の拘束力を作用させる平行移動バネによる補剛剛性係数、E:前記H形断面部材のヤング係数、I:前記第1フランジ及び前記第2フランジそれぞれの断面二次モーメント、D:前記ウェブの板剛度である。
Figure 0007678326000035
A method for designing a support structure comprising a steel H-shaped section member having a first flange, a second flange, and a web joining the first flange and the second flange to each other, and a plate-like member attached to the first flange and supported by the H-shaped section member, wherein the elastic lateral buckling strength Me of the H-shaped section member is set by equation (28).
where α is an undetermined coefficient that can take any real number between 0 and 1, G is the shear elastic modulus of the H-shaped cross-section member, J is the Saint-Venant torsional constant of the H-shaped cross-section member, d b is the distance between the thickness centers of the first flange and the second flange, k r is the stiffening stiffness coefficient of a rotational movement spring that applies a restraining force to the first flange around an axis along the longitudinal direction of the H-shaped cross-section member, J f is the Saint-Venant torsional constant of each of the first flange and the second flange, J w is the Saint-Venant torsional constant of the web, t w is the thickness of the web, kh is the stiffening stiffness coefficient of a parallel movement spring that applies a restraining force to the first flange in the thickness direction of the web, E is the Young's modulus of the H-shaped cross-section member, I is the second moment of area of each of the first flange and the second flange, and D w is the stiffness of the web.
Figure 0007678326000035
前記未定係数αを、(30)式から(33)式により設定する、請求項7に記載の支持構造の設計方法。
Figure 0007678326000036
8. The method for designing a support structure according to claim 7, wherein the undetermined coefficient α is set by equations (30) to (33).
Figure 0007678326000036
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