JP7709010B2 - Hot-rolled steel strip, floor structure, floor structure design method, and floor structure construction method - Google Patents
Hot-rolled steel strip, floor structure, floor structure design method, and floor structure construction methodInfo
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Description
本発明は、熱延鋼帯、床構造、床構造の設計方法、及び床構造の施工方法に関する。 The present invention relates to a hot rolled steel strip, a floor structure , a method for designing a floor structure, and a method for constructing a floor structure.
建築物の床を支える小梁にでは、床のたわみや振動を抑制する観点から、鋼材質量当たりの曲げ剛性及び曲げ耐力が高いＨ形鋼が広く用いられている。Ｈ形鋼は、断面二次モーメントおよび断面係数に優れた断面仕様であり、ウェブを薄くしてフランジを厚くするほど、その断面効率は高くなる。しかしながら、ウェブやフランジの板厚が薄いＨ形鋼は、最大耐力に達した後の塑性変形性能に乏しく、設計者の予期せぬ局部的な外力（例えば、過積載のトラックの走行によって局所的な集中荷重が作用する等）がＨ形鋼に作用した場合に、前記Ｈ形鋼が早期に破壊する危険性がある。このため、一般的な鉄骨構造建物においては、Ｈ形鋼断面を構成する板要素の幅厚比に上限を設け、予期せぬ局部荷重が作用した場合でも、前記Ｈ形鋼としての冗長性を担保することが一般的であり、ウェブの薄肉化には限界があった。
例えば特許文献１では、ウェブの幅厚比が一定値（例えば、７５）以上大きい場合には、ウェブに早期の局部座屈が生じて塑性変形能力が不足する恐れがあるため、ウェブを局部補剛する等の措置を行う必要があることが記載されている。
In order to suppress floor deflection and vibration, H-shaped steels, which have high bending rigidity and bending strength per unit of steel material, are widely used for beams supporting the floors of buildings. H-shaped steels have excellent cross-sectional specifications in terms of moment of inertia and section modulus, and the thinner the web and the thicker the flange, the higher the cross-sectional efficiency. However, H-shaped steels with thin web and flange plate thicknesses have poor plastic deformation performance after reaching maximum strength, and there is a risk that the H-shaped steel will be destroyed early when an unexpected local external force (for example, a local concentrated load caused by the running of an overloaded truck) acts on the H-shaped steel. For this reason, in general steel-framed buildings, it is common to set an upper limit on the width-thickness ratio of the plate elements constituting the H-shaped steel cross section, and to ensure redundancy as the H-shaped steel even when an unexpected local load acts on it, and there is a limit to how thin the web can be.
For example, Patent Document 1 describes that when the width-thickness ratio of the web is greater than a certain value (e.g., 75), there is a risk that early local buckling will occur in the web, resulting in insufficient plastic deformation capacity, and therefore it is necessary to take measures such as locally stiffening the web.
しかしながら、ウェブの幅厚比が大きいＨ形鋼は、例えば、断面二次モーメントの大きさを維持したままＨ形鋼の単位長さ当たりの質量を小さくできる。このため、仮にＨ形鋼の耐力を犠牲としたとしても、その高い剛性を活用してウェブの幅厚比が一定値以上大きいＨ形鋼を、建物の構造要素として用いる場合も想定される。 However, H-shaped steel with a large web width-thickness ratio can, for example, reduce the mass per unit length of the H-shaped steel while maintaining the magnitude of the moment of inertia. For this reason, even if the strength of the H-shaped steel is sacrificed, it is conceivable that H-shaped steel with a web width-thickness ratio larger than a certain value can be used as a structural element of a building by taking advantage of its high rigidity.
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、ウェブの幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができるＨ形鋼、このＨ形鋼を備える床構造、このＨ形鋼に用いられる熱延鋼帯、この床構造の設計方法、及びこの床構造の施工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 an H-shaped steel that can be preferably used as a structural element even if the width-thickness ratio of the web is greater than a certain value, a floor structure that includes this H-shaped steel, a hot-rolled steel strip that is used in this H-shaped steel, a design method for this floor structure, and a construction method for this floor structure.
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Ｈ形鋼は、Ｈ形鋼に用いられている材料のヤング係数をＥとし、材料の降伏強度をσｙとした場合に、前記Ｈ形鋼に作用する荷重が、前記Ｈ形鋼の弾性局部座屈耐力以上である場合には、前記Ｈ形鋼に弾性局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼の剛性が低下するとともに、前記荷重が部材の耐えうる最大の耐力未満である場合には、前記荷重が取り除かれたときに前記Ｈ形鋼は弾性的に復元することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The H-shaped steel of the present invention is characterized in that, when the Young's modulus of a material used in the H-shaped steel is E and the yield strength of the material is σy , if a load acting on the H-shaped steel is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel, elastic local buckling occurs in the H-shaped steel, causing a decrease in rigidity of the H-shaped steel, and, if the load is less than the maximum strength that a member can withstand, the H-shaped steel elastically restores its original shape when the load is removed.
この発明によれば、ウェブの幅厚比が比較的大きい場合において、地震や風等の自然災害や建物内での車両の通行等の外乱によって建物に外力が作用した場合に、Ｈ形鋼に作用する荷重が弾性局部座屈耐力を上回ると、このＨ形鋼に弾性局部座屈が生じてＨ形鋼の剛性が低下し、さらに大きな外力が建物に作用した場合に、建物内での荷重の再配分が引き起こされ、当該Ｈ形鋼への荷重集中が緩和されることで、例えばＨ形鋼に隣接する他の梁等に力が伝達される。これにより、特定のＨ形鋼へ荷重が集中することを緩和でき、例えばＨ形鋼が用いられる建築物内での荷重再配分を促して、塑性変形性能に乏しいウェブ幅厚比が極めて大きなＨ形鋼に設計者が予期せぬ大きな荷重が作用してＨ形鋼の破壊に至ることを防ぐことができる。
そして、作用する荷重がＨ形鋼の最大耐力未満である場合には、荷重が取り除かれたときにはＨ形鋼が弾性的に初期の状態へと復元する。このため、Ｈ形鋼に構造上深刻な損傷を生じることなく繰り返し発生する地震等の自然災害に対して同機能を保持することが可能となり、Ｈ形鋼を長期にわたって構造要素として好ましく用いることができる。
According to this invention, in the case where the width-thickness ratio of the web is relatively large, when an external force acts on a building due to a natural disaster such as an earthquake or wind, or a disturbance such as vehicle traffic inside the building, if the load acting on the H-shaped steel exceeds the elastic local buckling strength, elastic local buckling occurs in the H-shaped steel, reducing the rigidity of the H-shaped steel, and when an even larger external force acts on the building, a redistribution of the load is caused within the building, and the load concentration on the H-shaped steel is alleviated, so that the force is transmitted to, for example, other beams adjacent to the H-shaped steel. This makes it possible to alleviate the concentration of the load on a specific H-shaped steel, and promotes load redistribution within a building in which the H-shaped steel is used, thereby preventing the H-shaped steel with an extremely large web width-thickness ratio and poor plastic deformation performance from being subjected to a large load unexpected by the designer, which leads to the destruction of the H-shaped steel.
If the load applied is less than the maximum strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel will elastically return to its original state when the load is removed. This makes it possible for the H-shaped steel to maintain its functionality against repeated natural disasters such as earthquakes without suffering serious structural damage, and the H-shaped steel can be used favorably as a structural element for a long period of time.
また、本発明の床構造の設計方法は、梁として用いられたＨ形鋼と、支持梁と、前記Ｈ形鋼及び前記支持梁にそれぞれ接合された床スラブと、を備える床構造を設計する床構造の設計方法であって、前記Ｈ形鋼に作用する前記荷重が、前記Ｈ形鋼の前記弾性局部座屈耐力以上である場合には、前記Ｈ形鋼に局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼の剛性が低減されることで、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して前記支持梁に伝達されるように設計するとともに、前記荷重が前記弾性局部座屈耐力未満まで減少した場合には、前記Ｈ形鋼は前記初期の位置に復元するように設計することを特徴としている。
また、本発明の床構造の施工方法は、梁として用いられたＨ形鋼と、支持梁と、前記Ｈ形鋼及び前記支持梁にそれぞれ接合された床スラブと、を備える床構造を施工する床構造の施工方法であって、前記Ｈ形鋼に作用する前記荷重が、前記Ｈ形鋼の前記弾性局部座屈耐力以上である場合には、前記Ｈ形鋼に局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼の剛性が低減されることで、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して前記支持梁に伝達されるように施工するとともに、前記荷重が前記弾性局部座屈耐力未満まで減少した場合には、前記Ｈ形鋼は前記初期の位置に復元するように施工することを特徴としている。
In addition, the floor structure design method of the present invention is a floor structure design method for designing a floor structure comprising an H-shaped steel used as a beam, a supporting beam, and a floor slab joined to the H-shaped steel and the supporting beam, and is characterized in that when the load acting on the H-shaped steel is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel, local buckling occurs in the H-shaped steel, reducing the rigidity of the H-shaped steel, and at least a portion of the load is designed to be transmitted to the supporting beam via the floor slab, and when the load decreases to less than the elastic local buckling strength, the H-shaped steel is designed to return to its initial position.
In addition, the floor structure construction method of the present invention is a floor structure construction method for constructing a floor structure comprising an H-shaped steel used as a beam, a supporting beam, and a floor slab joined to the H-shaped steel and the supporting beam, and is characterized in that when the load acting on the H-shaped steel is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel, local buckling occurs in the H-shaped steel, reducing the rigidity of the H-shaped steel, and at least a portion of the load is transmitted to the supporting beam via the floor slab, and when the load decreases to less than the elastic local buckling strength, the H-shaped steel is constructed to return to its initial position.
これらの発明によれば、ウェブの幅厚比が比較的大きい場合において、Ｈ形鋼に作用する荷重が弾性局部座屈耐力以上である場合には、このＨ形鋼に局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼の剛性が低減されることで、この荷重の少なくとも一部が、床スラブを介して支持梁に作用するように設計（施工）する。従って、例えばＨ形鋼が用いられる建築物内での荷重再配分を促して、Ｈ形鋼に比較的大きな荷重が作用するのを防ぐことができる。
そして、作用する荷重が弾性局部座屈耐力未満まで減じられた場合には、Ｈ形鋼が弾性的に復元する。このため、Ｈ形鋼に構造上深刻な損傷を生じることなく繰り返し発生する地震等の自然災害に対して同機能を保持することが可能となり、Ｈ形鋼を長期にわたって構造要素として好ましく用いることができる。
According to these inventions, when the width-thickness ratio of the web is relatively large, and the load acting on the H-shaped steel is equal to or greater than the elastic local buckling strength, the H-shaped steel is designed (constructed) to cause local buckling to occur in the H-shaped steel, reducing its rigidity, so that at least a part of the load acts on the supporting beam via the floor slab. Therefore, for example, load redistribution within a building in which the H-shaped steel is used can be promoted, and it is possible to prevent a relatively large load from acting on the H-shaped steel.
When the applied load is reduced to below the elastic local buckling strength, the H-shaped steel elastically recovers its original shape, which allows the H-shaped steel to maintain its functionality against repeated natural disasters such as earthquakes without suffering serious structural damage, and therefore the H-shaped steel can be used favorably as a structural element for a long period of time.
また、前記Ｈ形鋼において、前記Ｈ形鋼は、前記ウェブと、前記ウェブを挟むように配置された一対のフランジと、を備え、（１）式を満たすことで、前記荷重のうち前記Ｈ形鋼に作用する荷重の大きさが前記弾性局部座屈耐力以上である場合には、前記荷重のうち前記Ｈ形鋼に作用する荷重の大きさが前記弾性局部座屈耐力よりも小さい場合と比べて前記荷重のうち前記Ｈ形鋼に作用する割合が低減されるとともに、前記荷重がうち前記Ｈ形鋼に作用する荷重の大きさが前記Ｈ形鋼の最大耐力に達する前に前記荷重が取り除かれたときには、前記Ｈ形鋼は構造上深刻な損傷を生じることなく初期状態に復元できる仕様としてもよい。
ただし、Ｅ：前記Ｈ形鋼のヤング係数、σｙ：前記Ｈ形鋼の降伏強度、ｂｗ：前記ウェブの幅、ｔｗ：前記ウェブの厚さ、ｂｆ：前記一対のフランジの幅、ｔｆ：前記一対のフランジの厚さである。
In addition, the H-shaped steel may include the web and a pair of flanges arranged to sandwich the web, and by satisfying formula (1), when the magnitude of the load acting on the H-shaped steel among the loads is equal to or greater than the elastic local buckling strength, the proportion of the load acting on the H-shaped steel among the loads is reduced compared to when the magnitude of the load acting on the H-shaped steel among the loads is smaller than the elastic local buckling strength, and when the load is removed before the magnitude of the load acting on the H-shaped steel among the loads reaches the maximum strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel may be designed to be able to restore to its initial state without causing serious structural damage.
Here, E is the Young's modulus of the H-shaped steel, σ y is the yield strength of the H-shaped steel, b w is the width of the web, t w is the thickness of the web, b f is the width of the pair of flanges, and t f is the thickness of the pair of flanges.
この発明によれば、発明者らは鋭意検討の結果、以下のことを見い出した。すなわち、Ｈ形鋼が（１）式における左側の不等式を満たすことにより、荷重が弾性局部座屈耐力以上である場合には、Ｈ形鋼の最大耐力が必ず弾性局部座屈耐力を上回る部材仕様となり、Ｈ形鋼に荷重が作用するとＨ形鋼が弾性局部座屈して剛性を低下させる効果を発揮させるとともに、最大耐力に達する前に荷重が低下するとＨ形鋼に構造上著しい損傷を生じることなく初期の状態（位置）に復元することができる。そして、Ｈ形鋼が（１）式における右側の不等式を満たすことにより、ウェブの中央部に生じるたわみを、現行の建築構造用のＨ形鋼と同等以下である３ｍｍ以下にすることができる。従って、薄肉化によるウェブの局部変形が施工性を損なう危険性を排除できる。 According to this invention, the inventors have found the following after extensive research. That is, by satisfying the inequality on the left side of formula (1), when the load is equal to or greater than the elastic local buckling strength, the maximum strength of the H-shaped steel is always greater than the elastic local buckling strength, and when a load acts on the H-shaped steel, the H-shaped steel elastically buckles locally, reducing its rigidity. If the load decreases before the maximum strength is reached, the H-shaped steel can be restored to its initial state (position) without significant structural damage. And, by satisfying the inequality on the right side of formula (1), the deflection that occurs in the center of the web can be reduced to 3 mm or less, which is equal to or less than that of current H-shaped steel for building construction. Therefore, the risk of local deformation of the web due to thinning impairing workability can be eliminated.
また、前記Ｈ形鋼において、前記Ｈ形鋼は、前記ウェブと、前記ウェブを挟むように配置された一対のフランジと、を備え、（２）式を満たすことで、前記荷重が前記弾性局部座屈耐力以上である場合には前記荷重のうち前記Ｈ形鋼に作用する割合を低減させるとともに、前記荷重が前記弾性局部座屈耐力未満である場合には前記荷重が取り除かれたときには弾性的に復元してもよい。
ただし、Ｅ：前記Ｈ形鋼のヤング係数、σｙ：前記Ｈ形鋼の降伏強度、ｔｗ：前記ウェブの厚さ、ｂｆ：前記一対のフランジの幅、ｔｆ：前記一対のフランジの厚さである。
In addition, in the H-shaped steel, the H-shaped steel comprises the web and a pair of flanges arranged to sandwich the web, and by satisfying formula (2), the proportion of the load acting on the H-shaped steel is reduced when the load is equal to or greater than the elastic local buckling strength, and when the load is less than the elastic local buckling strength, the H-shaped steel may elastically recover when the load is removed.
Here, E is the Young's modulus of the H-shaped steel, σ y is the yield strength of the H-shaped steel, t w is the thickness of the web, b f is the width of the pair of flanges, and t f is the thickness of the pair of flanges.
この発明によれば、発明者らは鋭意検討の結果、以下のことを見い出した。すなわち、Ｈ形鋼が（２）式における左側の不等式を満たすことにより、荷重が弾性局部座屈耐力以上である場合には、Ｈ形鋼の最大耐力が必ず弾性局部座屈耐力を上回る部材仕様となり、Ｈ形鋼に荷重が作用するとＨ形鋼が弾性局部座屈して剛性を低下させる効果を発揮させるとともに、最大耐力に達する前に荷重が低下するとＨ形鋼に構造上著しい損傷を生じることなく初期の状態に復元することができる。そして、Ｈ形鋼が（２）式における右側の不等式を満たすことにより、フランジの厚さをウェブの厚さ以上にして、Ｈ形鋼の断面二次モーメント等の断面性能を高めることができる。例えば、Ｈ形鋼が溶接組立Ｈ形鋼である場合には、フランジにウェブを溶接する際に、フランジがその厚さ方向に完全に溶融して、フランジに孔が空くことを防止できる。 According to this invention, the inventors have found the following after extensive research. That is, by satisfying the inequality on the left side of formula (2) for the H-shaped steel, when the load is equal to or greater than the elastic local buckling strength, the maximum strength of the H-shaped steel always exceeds the elastic local buckling strength, and when a load acts on the H-shaped steel, the H-shaped steel elastically buckles to reduce its rigidity, and when the load decreases before the maximum strength is reached, the H-shaped steel can be restored to its initial state without significant structural damage. And, by making the H-shaped steel satisfy the inequality on the right side of formula (2), the thickness of the flange can be made equal to or greater than the thickness of the web, improving the cross-sectional performance of the H-shaped steel, such as the moment of inertia of area. For example, when the H-shaped steel is a welded H-shaped steel, when the web is welded to the flange, the flange melts completely in the thickness direction, preventing holes from being formed in the flange.
また、前記Ｈ形鋼において、前記Ｈ形鋼は小梁であってもよい。
この発明によれば、ウェブの幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができる小梁を提供することができる。
In addition, in the H-shaped steel, the H-shaped steel may be a sub-beam.
According to the present invention, it is possible to provide a beam that can be preferably used as a structural element even if the width-thickness ratio of the web is greater than a certain value.
また、前記Ｈ形鋼において、前記Ｈ形鋼は、前記ウェブ及び一対のフランジが互いに溶接接合された溶接組立Ｈ形鋼であってもよい。
この発明によれば、ウェブの幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができる溶接組立Ｈ形鋼を提供することができる。
In addition, the H-shaped steel may be a welded assembled H-shaped steel in which the web and a pair of flanges are welded to each other.
According to the present invention, it is possible to provide a welded assembled H-section steel that can be preferably used as a structural element even if the width-thickness ratio of the web is greater than a certain value.
また、前記Ｈ形鋼において、前記Ｈ形鋼の降伏強度σｙが２３５ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であってもよい。
この発明によれば、一般的なＨ形鋼の降伏強度σｙに対応することができる。
In the H-shaped steel, the yield strength σy of the H-shaped steel may be 235 MPa or more and 1000 MPa or less.
According to the present invention, it is possible to accommodate the yield strength σ y of a general H-section steel.
また、本発明の熱延鋼帯は、前記のいずれかに記載の、溶接組立Ｈ形鋼であるＨ形鋼の前記ウェブ又は一対のフランジに用いられることを特徴としている。
この発明によれば、ウェブの幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができる、溶接組立Ｈ形鋼であるＨ形鋼のウェブ又は一対のフランジに用いられる熱延鋼帯を、提供することができる。
The hot-rolled steel strip of the present invention is characterized in that it is used for the web or a pair of flanges of the H-section steel which is a welded and assembled H-section steel as described above.
According to the present invention, it is possible to provide a hot-rolled steel strip used for the web or a pair of flanges of a welded assembled H-shaped steel beam, which can be preferably used as a structural element even if the width-thickness ratio of the web is greater than a certain value.
また、本発明の床構造は、前記のいずれかに記載のＨ形鋼と、前記Ｈ形鋼が有する上フランジにより下方から支持され、前記上フランジに接合された床スラブと、を備え、前記上フランジの水平面に沿う方向の移動が、前記床スラブにより拘束されていることを特徴としている。
この発明によれば、床構造において、上フランジの水平面に沿う方向の移動が、床スラブにより拘束されている。このため、例えばＨ形鋼が弾性局部座屈するのを抑制することができる。
In addition, the floor structure of the present invention comprises an H-shaped steel as described above, and a floor slab supported from below by an upper flange of the H-shaped steel and joined to the upper flange, and is characterized in that movement of the upper flange in a direction along the horizontal plane is restrained by the floor slab.
According to this invention, in the floor structure, the movement of the upper flange in a direction along the horizontal plane is restrained by the floor slab, so that, for example, elastic local buckling of the H-shaped steel can be suppressed.
また、本発明の他の床構造は、前記のいずれかに記載のＨ形鋼と、前記Ｈ形鋼における材軸方向の少なくとも一方の端部において、前記Ｈ形鋼が有する一対のフランジのうち少なくとも一方に接合又は接触された支持部材と、を備え、前記Ｈ形鋼における前記少なくとも一方の端部と前記支持部材との間で、前記Ｈ形鋼の圧縮力又は引張力が伝達されることを特徴としている。
この発明によれば、床構造において、支持部材から圧縮力又は引張力が、Ｈ形鋼における少なくとも一方の端部において一対のフランジのうち少なくとも一方に伝達される。このため、Ｈ形鋼を、圧縮力又は引張力に耐える構造要素として用いることができる。
Another floor structure of the present invention comprises an H-shaped steel as described above, and a support member joined to or in contact with at least one of a pair of flanges of the H-shaped steel at at least one end of the H-shaped steel in the material axial direction, and is characterized in that a compressive force or tensile force of the H-shaped steel is transmitted between the at least one end of the H-shaped steel and the support member.
According to this invention, in a floor structure, a compressive force or a tensile force is transmitted from a support member to at least one of a pair of flanges at at least one end of the H-shaped steel, so that the H-shaped steel can be used as a structural element that can withstand a compressive force or a tensile force.
本発明の熱延鋼帯、Ｈ形鋼、床構造、床構造の設計方法、及び床構造の施工方法によれば、ウェブの幅厚比が一定値以上大きくても、Ｈ形鋼を構造要素として好ましく用いることができる。 According to the hot-rolled steel strip, H-shaped steel, floor structure, floor structure design method, and floor structure construction method of the present invention, H-shaped steel can be preferably used as a structural element even if the width-thickness ratio of the web is greater than a certain value.
以下、本発明に係る熱延鋼帯、Ｈ形鋼、床構造、床構造の設計方法、及び床構造の施工方法の一実施形態を、図１から図９を参照しながら説明する。
なお、以下では床構造の設計方法を単に設計方法と言い、床構造の施工方法を単に施工方法と言う。
Hereinafter, an embodiment of a hot-rolled steel strip, an H-shaped steel, a floor structure, a method for designing a floor structure, and a method for constructing a floor structure according to the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 9 .
In the following, the design method of the floor structure will be simply referred to as the design method, and the construction method of the floor structure will be simply referred to as the construction method.
〔１．熱延鋼帯、Ｈ形鋼、及び床構造の構成〕
図１に示すように、床構造２は建築物１に用いられる。なお、図１では、後述する床スラブ３５を二点鎖線で示している。
図１及び図２に示すように、床構造２は、複数の柱部材１０と、複数の大梁（支持部材）１５と、複数の小梁であるＨ形鋼２５と、床スラブ３５と、を備える。
なお、床構造２は、複数の柱部材１０を備えなくてもよい。床構造２は、さらに、複数の大梁１５又はＨ形鋼２５を備えなくてもよい。
[1. Composition of hot-rolled steel strip, H-shaped steel, and floor structure]
As shown in Fig. 1, a floor structure 2 is used in a building 1. In Fig. 1, a floor slab 35, which will be described later, is indicated by a two-dot chain line.
As shown in Figures 1 and 2, the floor structure 2 includes a plurality of column members 10, a plurality of main girders (support members) 15, a plurality of H-shaped steel beams 25 which are minor beams, and a floor slab 35.
The floor structure 2 does not necessarily have to include a plurality of column members 10. The floor structure 2 further does not necessarily have to include a plurality of girders 15 or H-shaped steel 25.
複数の柱部材１０は、鉄骨製、ＲＣ（Reinforced Concrete）製、ＳＲＣ（Steel Reinforced Concrete）製、ＣＦＴ（Concrete Filled steel Tube）製等である。例えば、複数の柱部材１０は、上下方向に沿って延びる。複数の柱部材１０は、平面視で格子を形成する複数の直線の交点上（格子状）に配置される。
例えば、大梁１５はＨ形鋼製である。大梁１５は、水平面に沿う方向に延びる。大梁１５は、第１ウェブ１６と、第１上フランジ１７と、第１下フランジ１８と、を有する。複数の大梁１５は、複数の柱部材１０に架設される。複数の大梁１５は、平面視で額縁状に配置され、所定の領域を取り囲んでいる。
大梁１５の第１ウェブ１６等には、ガセットプレート１９が溶接等により接合される（図２参照）。
The plurality of column members 10 are made of steel, reinforced concrete (RC), steel reinforced concrete (SRC), concrete filled steel tubes (CFT), etc. For example, the plurality of column members 10 extend in the up-down direction. The plurality of column members 10 are arranged on the intersections of a plurality of straight lines that form a grid in a plan view (in a grid pattern).
For example, the girder 15 is made of H-shaped steel. The girder 15 extends in a direction along a horizontal plane. The girder 15 has a first web 16, a first upper flange 17, and a first lower flange 18. The multiple girder 15 is installed on the multiple column members 10. The multiple girder 15 is arranged in a frame shape in a plan view, surrounding a predetermined area.
A gusset plate 19 is joined to the first web 16 of the girder 15 by welding or the like (see FIG. 2).
Ｈ形鋼２５は、溶接組立Ｈ形鋼である。Ｈ形鋼２５は、水平面に沿う、Ｈ形鋼２５の材軸方向に延びる。Ｈ形鋼２５は、第２ウェブ（ウェブ）２６と、第２上フランジ（フランジ、上フランジ）２７と、第２下フランジ（フランジ）２８と、を有する。
図２に示すように、第２ウェブ２６は、第２ウェブ２６の厚さ方向に見たときに矩形を呈する平板状に形成される。第２ウェブ２６は、第２ウェブ２６の厚さ方向が水平面に沿うように配置される。
フランジ２７，２８は、平板状に形成され、フランジ２７，２８の厚さ方向が上下方向に沿うようにそれぞれ配置される。第２下フランジ２８は、第２上フランジ２７よりも下方に配置される。フランジ２７，２８は、第２ウェブ２６を上下方向に挟むように配置される。第２ウェブ２６は、第２上フランジ２７の下面における幅方向の中心と、第２下フランジ２８の上面における幅方向の中心とを連結する。
The H-shaped steel 25 is a welded H-shaped steel. The H-shaped steel 25 extends in the material axis direction of the H-shaped steel 25 along a horizontal plane. The H-shaped steel 25 has a second web (web) 26, a second upper flange (flange, upper flange) 27, and a second lower flange (flange) 28.
2, the second web 26 is formed in a flat plate shape that has a rectangular shape when viewed in the thickness direction of the second web 26. The second web 26 is disposed such that the thickness direction of the second web 26 is along a horizontal plane.
The flanges 27, 28 are formed in a flat plate shape and are respectively arranged such that the thickness direction of the flanges 27, 28 is along the up-down direction. The second lower flange 28 is arranged below the second upper flange 27. The flanges 27, 28 are arranged so as to sandwich the second web 26 in the up-down direction. The second web 26 connects the center of the width direction of the lower surface of the second upper flange 27 and the center of the width direction of the upper surface of the second lower flange 28.
以上のように構成された第２ウェブ２６及び（又は）フランジ２７，２８には、図示しない熱延鋼帯（熱間圧延された鋼板による帯状材）が用いられる。 The second web 26 and/or flanges 27, 28 configured as described above are made of hot-rolled steel strip (a strip-shaped material made of hot-rolled steel plate) (not shown).
複数のＨ形鋼２５は、建築物１に用いられる。Ｈ形鋼２５は、予め個別に製造された第２ウェブ２６及びフランジ２７，２８を、互いに溶接接合することで製造される。
図１及び図２に示すように、複数のＨ形鋼２５は、複数の大梁１５で取り囲んだ内側（複数の大梁１５で取り囲んだ領域内）に設けられる。複数のＨ形鋼２５は、互いに間隔を空けて並べて配置される。
複数のＨ形鋼２５の両端部は、複数の大梁１５に架設される。複数のＨ形鋼２５は、複数の大梁１５にピン接合される。具体的には、図２に示すように、Ｈ形鋼２５の第２ウェブ２６とガセットプレート１９とが、高力ボルト等を含む締結部材２９により互いに接合される。第２上フランジ２７は、大梁１５の第１上フランジ１７に、第１上フランジ１７の側方から突き合わされて接触している。第２下フランジ２８は、大梁１５の第１下フランジ１８よりも上方に配置される。
すなわち、Ｈ形鋼２５の材軸方向の両端部において、第２上フランジ２７が大梁１５の第１上フランジ１７に接触している。
A plurality of H-shaped steels 25 are used in the building 1. The H-shaped steel 25 is manufactured by welding together a second web 26 and flanges 27, 28 that have been individually manufactured in advance.
1 and 2 , the multiple H-shaped steels 25 are provided inside the area surrounded by the multiple girders 15 (within the area surrounded by the multiple girders 15). The multiple H-shaped steels 25 are arranged side by side with intervals between each other.
Both ends of the multiple H-shaped steels 25 are suspended on the multiple girders 15. The multiple H-shaped steels 25 are pin-joined to the multiple girders 15. Specifically, as shown in Fig. 2, a second web 26 of the H-shaped steel 25 and a gusset plate 19 are joined to each other by fastening members 29 including high-strength bolts or the like. The second upper flange 27 is abutted against and in contact with the first upper flange 17 of the girder 15 from the side of the first upper flange 17. The second lower flange 28 is disposed above the first lower flange 18 of the girder 15.
That is, at both ends of the H-shaped steel 25 in the axial direction, the second upper flange 27 is in contact with the first upper flange 17 of the girder 15 .
なお、Ｈ形鋼２５の材軸方向の一方の端部において、第２上フランジ２７が大梁１５の第１上フランジ１７に接触していてもよい。第２上フランジ２７だけでなく、第２下フランジ２８が大梁１５の第１下フランジ１８に接触してもよい。
第２上フランジ２７は、大梁１５の第１上フランジ１７と溶接等により接合されてもよい。
At one end of the H-shaped steel 25 in the material axis direction, the second upper flange 27 may be in contact with the first upper flange 17 of the girder 15. In addition to the second upper flange 27, the second lower flange 28 may be in contact with the first lower flange 18 of the girder 15.
The second upper flange 27 may be joined to the first upper flange 17 of the girder 15 by welding or the like.
ここで、図３に示すように、Ｈ形鋼２５の材軸方向に直交する断面における寸法等を規定する。なお、以下に説明する長さ等の単位には、長さに対しては「ｍ」といった、ＳＩ単位が好ましく用いられる。
第２ウェブ２６の厚さを、ｔｗと規定する。第２ウェブ２６の幅（第２ウェブ２６の厚さに沿う方向、及び材軸方向にそれぞれ直交する方向の長さ）を、ｂｗと規定する。フランジ２７，２８の厚さを、ｔｆと規定する。フランジ２７，２８の幅（フランジ２７，２８の厚さに沿う方向、及び材軸方向にそれぞれ直交する方向の長さ）を、ｂｆと規定する。Ｈ形鋼２５（第２ウェブ２６及びフランジ２７，２８）のヤング係数を、Ｅと規定する。Ｈ形鋼２５の降伏強度を、σｙと規定する。
第２ウェブ２６の幅厚比（ｂｗ／ｔｗ）は、４．４√（Ｅ／σｙ）以上である。第２ウェブ２６の幅厚比は、５．３√（Ｅ／σｙ）以上であることがより好ましい。例えば、第２ウェブ２６の幅厚比は、２００以下である。
Ｈ形鋼２５の降伏強度σｙは、２３５ＭＰａ（メガパスカル）以上１０００ＭＰａ以下である。
Here, as shown in Fig. 3, dimensions and the like in a cross section perpendicular to the material axis direction of the H-shaped steel 25 are specified. Note that, for units of length and the like described below, SI units such as "m" are preferably used for length.
The thickness of the second web 26 is defined as tw . The width of the second web 26 (the length in the direction along the thickness of the second web 26 and in the direction perpendicular to the material axis direction) is defined as bw . The thickness of the flanges 27, 28 is defined as tf . The width of the flanges 27, 28 (the length in the direction along the thickness of the flanges 27, 28 and in the direction perpendicular to the material axis direction) is defined as bf . The Young's modulus of the H-shaped steel 25 (the second web 26 and the flanges 27, 28) is defined as E. The yield strength of the H-shaped steel 25 is defined as σy .
The width-thickness ratio ( bw / tw ) of the second web 26 is 4.4√(E/ σy ) or more. The width-thickness ratio of the second web 26 is more preferably 5.3√(E/ σy ) or more. For example, the width-thickness ratio of the second web 26 is 200 or less.
The yield strength σ y of the H-shaped steel 25 is equal to or greater than 235 MPa (megapascals) and equal to or less than 1000 MPa.
以下では、複数のＨ形鋼２５のうち、荷重（集中荷重）が作用する最も近傍にあるＨ形鋼２５をＨ形鋼２５Ａと言う場合がある。複数のＨ形鋼２５のうち、Ｈ形鋼２５Ａ以外をＨ形鋼（支持梁）２５Ｂと言う場合がある。 In the following, of the multiple H-shaped steels 25, the H-shaped steel 25 that is closest to where the load (concentrated load) acts may be referred to as H-shaped steel 25A. Of the multiple H-shaped steels 25, the steels other than H-shaped steel 25A may be referred to as H-shaped steel (support beam) 25B.
図２に示すように、床スラブ３５は、複数の大梁１５及び複数のＨ形鋼２５の上方に設けられる。床スラブ３５は、複数の大梁１５の第１上フランジ１７及び複数のＨ形鋼２５の第２上フランジ２７により、床スラブ３５の下方から支持される。本実施形態では、床スラブ３５はデッキ合成スラブである。床スラブ３５は、デッキプレート３６と、コンクリート３７と、補強鉄筋３８と、シアコネクタ３９と、を備える。
デッキプレート３６は、鋼板を折り曲げること等により形成される。デッキプレート３６は、大梁１５の第１上フランジ１７及びＨ形鋼２５の第２上フランジ２７上にそれぞれ配置される。
コンクリート３７は、厚さ方向が上下方向に沿う平板状に形成される。コンクリート３７は、デッキプレート３６上に配置される。
As shown in Fig. 2, the floor slab 35 is provided above the multiple girders 15 and the multiple H-shaped steels 25. The floor slab 35 is supported from below by first upper flanges 17 of the multiple girders 15 and second upper flanges 27 of the multiple H-shaped steels 25. In this embodiment, the floor slab 35 is a composite deck slab. The floor slab 35 includes a deck plate 36, concrete 37, reinforcing bars 38, and shear connectors 39.
The deck plate 36 is formed by bending a steel plate, etc. The deck plate 36 is disposed on the first upper flange 17 of the girder 15 and the second upper flange 27 of the H-shaped steel 25, respectively.
The concrete 37 is formed into a flat plate shape with its thickness direction aligned in the up-down direction. The concrete 37 is placed on the deck plate 36.
床スラブ３５は、補強鉄筋３８を複数備えている。複数の補強鉄筋３８の一部である第１鉄筋３８ａは、複数のＨ形鋼２５のうちのあるＨ形鋼２５に沿って延びる。複数の補強鉄筋３８の残部である第２鉄筋３８ｂは、第１鉄筋３８ａに直交する方向に延びる。第１鉄筋３８ａ及び第２鉄筋３８ｂは、コンクリート３７内に埋設される。
例えば、シアコネクタ３９は、頭付きスタッドである。床スラブ３５は、シアコネクタ３９を複数備えている。複数のシアコネクタ３９の下端部は、大梁１５の第１上フランジ１７及びＨ形鋼２５の第２上フランジ２７の上面に、互いに間隔を空けて固定される。シアコネクタ３９は、デッキプレート３６を通して、コンクリート３７内に埋設される。
以上のようにして、床スラブ３５は、第１上フランジ１７及び第２上フランジ２７に接合されている。そして、第１上フランジ１７及び第２上フランジ２７の水平面に沿う方向の移動が、床スラブ３５により拘束されている。
The floor slab 35 includes a plurality of reinforcing bars 38. A first reinforcing bar 38a, which is a part of the plurality of reinforcing bars 38, extends along a certain H-shaped steel 25 among the plurality of H-shaped steels 25. A second reinforcing bar 38b, which is the remaining part of the plurality of reinforcing bars 38, extends in a direction perpendicular to the first reinforcing bar 38a. The first reinforcing bar 38a and the second reinforcing bar 38b are embedded in the concrete 37.
For example, the shear connectors 39 are headed studs. The floor slab 35 includes a plurality of shear connectors 39. The lower ends of the plurality of shear connectors 39 are fixed to the upper surfaces of the first upper flange 17 of the girder 15 and the second upper flange 27 of the H-shaped steel 25 at intervals from each other. The shear connectors 39 are embedded in the concrete 37 through the deck plate 36.
In this manner, the floor slab 35 is joined to the first upper flange 17 and the second upper flange 27. The floor slab 35 restrains the first upper flange 17 and the second upper flange 27 from moving in a direction along the horizontal plane.
なお、以上のように構成された床構造２では、Ｈ形鋼２５における材軸方向の両端部と大梁１５との間で、Ｈ形鋼２５の圧縮力又は引張力が伝達される。 In the floor structure 2 configured as described above, the compressive or tensile force of the H-shaped steel 25 is transmitted between both ends of the H-shaped steel 25 in the axial direction and the girder 15.
〔２．Ｈ形鋼の断面形状とＨ形鋼の耐力との関係について検討〕
以下では、Ｈ形鋼２５Ａの幅厚比等の断面形状と、Ｈ形鋼２５Ａの弾性局部座屈耐力（荷重閾値）及び最大耐力の関係について検討した結果について説明する。
なお、以下では、第２ウェブ２６を単にウェブ２６と言う場合がある。同様に、第２上フランジ２７を単に上フランジ２７と言い、第２下フランジ２８を単に下フランジ２８と言い、Ｈ形鋼２５Ａを単にＨ形鋼２５と言う場合がある。
[2. Examination of the relationship between the cross-sectional shape of H-shaped steel and its strength]
The following describes the results of an investigation into the relationship between the cross-sectional shape, such as the width-thickness ratio, of the H-shaped steel 25A and the elastic local buckling strength (load threshold) and maximum strength of the H-shaped steel 25A.
In the following, the second web 26 may be simply referred to as the web 26. Similarly, the second upper flange 27 may be simply referred to as the upper flange 27, the second lower flange 28 may be simply referred to as the lower flange 28, and the H-shaped steel 25A may be simply referred to as the H-shaped steel 25.
〔２．１．弾性局部座屈による剛性低下の効果〕
図４に、Ｈ形鋼２５の解析モデルの概要を示す。Ｈ形鋼２５の材軸方向に沿う軸を、Ｙ軸と規定する。ウェブ２６の厚さに沿う軸を、Ｘ軸と規定する。フランジ２７，２８の厚さに沿う軸を、Ｚ軸と規定する。
解析条件を、以下のように設定した。
・Ｈ形鋼２５のＹ軸に直交する断面形状を、H-700×175×3.2×4.5とした。
・Ｈ形鋼２５に４点曲げが作用する場合を想定し、その対称性を考慮して境界条件を図４の通り与えたうえで、ウェブ（図中Ａ）にＺ軸方向への強制変形を与える弾塑性解析を実施した。
・上フランジ２７の水平面に沿う方向（図４中のＸ軸に沿う方向）の移動が、床スラブ３５により拘束されているとした。
[2.1. Effect of reduction in stiffness due to elastic local buckling]
4 shows an outline of an analytical model of the H-shaped steel 25. The axis along the material axial direction of the H-shaped steel 25 is defined as the Y-axis. The axis along the thickness of the web 26 is defined as the X-axis. The axis along the thickness of the flanges 27, 28 is defined as the Z-axis.
The analysis conditions were set as follows:
-The cross-sectional shape of the H-shaped steel 25 perpendicular to the Y-axis is H-700 x 175 x 3.2 x 4.5.
Assuming that four-point bending is applied to the H-shaped steel 25, and taking into account its symmetry, the boundary conditions were set as shown in Figure 4, and an elastic-plastic analysis was performed in which the web (A in the figure) was forced to deform in the Z-axis direction.
The movement of the upper flange 27 in the direction along the horizontal plane (the direction along the X-axis in FIG. 4 ) is restrained by the floor slab 35 .
解析モデルを用いて、有限要素法（ＦＥＭ）による大変形弾塑性解析を行った。
図５に、解析結果を示す。図５において、横軸はＨ形鋼２５の端部の鉛直方向への変位（ｍｍ）を表し、縦軸はＨ形鋼２５に作用する荷重（ｋＮ）を表す。図５中に、解析結果を実線による線Ｌ１で示す。解析結果の初期剛性を延長した線を、点線による線Ｌ２で示す。縦軸に、曲げモーメントＦ１によりＨ形鋼２５に生じる圧縮応力度が弾性局部座屈耐力σｃｒに達したときの曲げモーメントＦｃｒを示す。弾性局部座屈耐力σｃｒは、座屈固有値解析より求まる固有値であり、曲げモーメントＦｃｒは弾性局部座屈耐力σｃｒにＨ形鋼の断面係数を乗じた値である。
Using the analytical model, a large deformation elastic-plastic analysis was performed by the finite element method (FEM).
The analysis results are shown in Fig. 5. In Fig. 5, the horizontal axis represents the vertical displacement (mm) of the end of the H-shaped steel 25, and the vertical axis represents the load (kN) acting on the H-shaped steel 25. In Fig. 5, the analysis results are shown by a solid line L1. A line extending the initial stiffness of the analysis results is shown by a dotted line L2. The vertical axis represents the bending moment F cr when the compressive stress generated in the H-shaped steel 25 by the bending moment F1 reaches the elastic local buckling strength σ cr . The elastic local buckling strength σ cr is an eigenvalue obtained by buckling eigenvalue analysis, and the bending moment F cr is a value obtained by multiplying the elastic local buckling strength σ cr by the section modulus of the H-shaped steel.
図５に基づいて、Ｈ形鋼２５の荷重（曲げモーメントＦ１）に対する変位の関係を確認した。Ｈ形鋼２５に曲げモーメントＦ１が作用した場合、曲げモーメントＦ１が弾性局部座屈耐力Ｆｃｒに達すると（曲げモーメントＦ１が弾性局部座屈耐力Ｆｃｒ以上になると）、Ｈ形鋼２５の剛性が低下する（図５中における領域Ｒ１参照）が、その後も荷重が増加するのに従いＨ形鋼２５の耐力（曲げモーメントＦ１）が上昇し、曲げモーメントＦ１が最大耐力Ｆｍａｘに達することが確認できる。最大耐力Ｆｍａｘは、Ｈ形鋼２５が耐えられる耐力の最大値のことを意味する。
このように、Ｈ形鋼２５が負担できる最大耐力Ｆｍａｘよりも弾性局部座屈耐力Ｆｃｒが低くなる（最大耐力Ｆｍａｘが弾性局部座屈耐力Ｆｃｒ以上である）仕様を有するＨ形鋼２５を用いる。すると、Ｈ形鋼２５に曲げモーメントＦ１が作用する際に、最大耐力Ｆｍａｘに達する前にＨ形鋼２５の曲げ剛性を確実に低下させることが可能になる。
Based on Fig. 5, the relationship between the load (bending moment F1) and the displacement of the H-shaped steel 25 was confirmed. When the bending moment F1 acts on the H-shaped steel 25, when the bending moment F1 reaches the elastic local buckling strength Fcr (when the bending moment F1 becomes equal to or greater than the elastic local buckling strength Fcr ), the rigidity of the H-shaped steel 25 decreases (see region R1 in Fig. 5), but it can be confirmed that as the load continues to increase thereafter, the strength (bending moment F1) of the H-shaped steel 25 increases, and the bending moment F1 reaches the maximum strength Fmax . The maximum strength Fmax means the maximum value of the strength that the H-shaped steel 25 can withstand.
In this manner, the H-shaped steel 25 is used that has a specification in which the elastic local buckling strength F cr is lower than the maximum strength F max that the H-shaped steel 25 can bear (the maximum strength F max is equal to or greater than the elastic local buckling strength F cr ). In this way, when a bending moment F1 acts on the H-shaped steel 25, it becomes possible to reliably reduce the bending rigidity of the H-shaped steel 25 before the maximum strength F max is reached.
〔２．２．弾性局部座屈耐力が最大耐力よりも小さくなるＨ形鋼の幅厚比の下限値の限定〕
〔２．１〕の効果が発揮される、ウェブ２６及びフランジ２７，２８の幅厚比の下限値について解析する。
以下の条件で、解析を行った。
・Ｈ形鋼２５の高さを７００ｍｍとした。
・Ｈ形鋼２５の幅を１７５ｍｍ、３５０ｍｍ、５２５ｍｍ、７００ｍｍの４通りとした。
・フランジ２７，２８の厚さｔｆを３．２ｍｍ、４．５ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍの６通りとした。
・ウェブ２６の厚さｔｗを３．２ｍｍ、４．５ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍの４通りとした。
なお、フランジ２７，２８の厚さｔｆは、ウェブ２６の厚さｔｗよりも厚いとした。
・Ｈ形鋼２５の降伏強度σｙを、２３５ＭＰａ、２９５ＭＰａ、３２５ＭＰａ、３８５ＭＰａ、４４０ＭＰａ、５００ＭＰａとした。
・Ｈ形鋼２５に、等曲げモーメントが作用するとした。
[2.2. Limitation of the lower limit of the width-thickness ratio of H-shaped steel where the elastic local buckling strength is smaller than the maximum strength]
The lower limit of the width-thickness ratio of the web 26 and the flanges 27, 28 at which the effect of [2.1] is exerted will be analyzed.
The analysis was carried out under the following conditions:
-The height of the H-shaped steel 25 is 700 mm.
- The width of the H-shaped steel 25 was set to four types: 175 mm, 350 mm, 525 mm, and 700 mm.
The thickness tf of the flanges 27, 28 was set to six values: 3.2 mm, 4.5 mm, 6 mm, 9 mm, 12 mm, and 16 mm.
The thickness t w of the web 26 was set to four values: 3.2 mm, 4.5 mm, 6 mm, and 9 mm.
The thickness tf of the flanges 27, 28 was set to be greater than the thickness tw of the web 26.
The yield strength σ y of the H-shaped steel 25 was set to 235 MPa, 295 MPa, 325 MPa, 385 MPa, 440 MPa, and 500 MPa.
- It is assumed that an equal bending moment acts on the H-shaped steel 25.
得られた解析結果のうち、最大耐力Ｆｍａｘが弾性局部座屈耐力σｃｒを上回った解析ケースを、図６に示す。図６において、横軸は、ウェブ２６の材料強度（降伏強度）σｙをウェブ２６の弾性局部座屈耐力σｃｒ＿ｗｅｂで除した値の平方根（√（σｙ／σｃｒ＿ｗｅｂ））（以下、ウェブの一般化幅厚比と言う）を表す。材料強度σｙは、材料の引張試験から得られた0.2％オフセット（ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定による０．２％耐力）を意味する。縦軸は、フランジ２７，２８の材料強度σｙをフランジ２７，２８の弾性局部座屈耐力σｃｒ＿ｆｌａｎｇｅで除した値の平方根（√（σｙ／σｃｒ＿ｆｌａｎｇｅ））（以下、フランジの一般化幅厚比と言う）を表す。なお、弾性局部座屈耐力σｃｒ＿ｗｅｂ、弾性局部座屈耐力σｃｒ＿ｆｌａｎｇｅは、（３）式、（４）式によって求まる値である。
ただし、νはＨ形鋼２５のポアソン比である。
Among the obtained analysis results, analysis cases in which the maximum strength Fmax exceeded the elastic local buckling strength σcr are shown in Fig. 6. In Fig. 6, the horizontal axis represents the square root (√( σy /σcr_web)) of the material strength (yield strength) of the web 26 divided by the elastic local buckling strength σcr_web of the web 26 (hereinafter referred to as the generalized width-thickness ratio of the web ). The material strength σy means the 0.2% offset (0.2% strength according to the provisions of JIS Z 2241) obtained from the tensile test of the material. The vertical axis represents the square root (√( σy / σcr_flange )) of the material strength σy of the flanges 27, 28 divided by the elastic local buckling strength σcr_flange of the flanges 27, 28 (hereinafter referred to as the generalized width-thickness ratio of the flange). The elastic local buckling strength σ cr — web and the elastic local buckling strength σ cr — flange are values calculated by equations (3) and (4).
Here, ν is the Poisson's ratio of the H-shaped steel 25.
得られた解析結果のうち、最大耐力Ｆｍａｘが弾性局部座屈耐力Ｆｃｒを下回った解析ケースを、図７に示す。図７の横軸、縦軸は、図６の横軸、縦軸とそれぞれ同一である。 Among the obtained analysis results, analysis cases in which the maximum strength Fmax is lower than the elastic local buckling strength Fcr are shown in Fig. 7. The horizontal and vertical axes of Fig. 7 are the same as the horizontal and vertical axes of Fig. 6, respectively.
図６より、最大耐力Ｆｍａｘが弾性局部座屈耐力Ｆｃｒを上回る解析結果は、ウェブの一般化幅厚比が０．９４以上、又はフランジの一般化幅厚比が１．４６以上の領域に存在することが分かる。また、図７と併せてみると、ウェブの一般化幅厚比が１．１５以上、又はフランジの一般化幅厚比が１．４６以上になることで、最大耐力Ｆｍａｘが確実に弾性局部座屈耐力Ｆｃｒを上回る解析結果になることが分かった。 6 shows that the analysis results in which the maximum strength Fmax exceeds the elastic local buckling strength Fcr are present in the region where the generalized width-thickness ratio of the web is 0.94 or more, or the generalized width-thickness ratio of the flange is 1.46 or more. In addition, when taken together with FIG. 7, it is found that the analysis results in which the maximum strength Fmax reliably exceeds the elastic local buckling strength Fcr are obtained when the generalized width-thickness ratio of the web is 1.15 or more, or the generalized width-thickness ratio of the flange is 1.46 or more.
ここに、鋼材のヤング係数Ｅが２０５０００Ｎ／ｍｍ２、ポアソン比νが０．３であることを考慮し、ウェブの一般化幅厚比に（４）式と鋼材の物性値を代入して計算すると、最大耐力Ｆｍａｘが弾性局部座屈耐力Ｆｃｒよりも大きくなるためのウェブの一般化幅厚比はの下限値を、（５）式に示すように、ウェブ２６の幅厚比（ｂｗ／ｔｗ）の式に変形できる。 Considering that the Young's modulus E of the steel material is 205,000 N/ mm2 and the Poisson's ratio ν is 0.3, and by substituting equation (4) and the physical properties of the steel material into the generalized width-thickness ratio of the web, the lower limit of the generalized width-thickness ratio of the web for which the maximum strength F max is greater than the elastic local buckling strength F cr can be transformed into an equation for the width-thickness ratio (b w /t w ) of the web 26, as shown in equation (5).
フランジの一般化幅厚比は、鋼材のヤング係数Ｅが２０５０００Ｎ／ｍｍ２、ポアソン比νが０．３であることを考慮し、ウェブの一般化幅厚比に（３）式と鋼材の物性値を代入して計算すると、最大耐力Ｆｍａｘが弾性局部座屈耐力Ｆｃｒよりも大きくなるためのフランジの一般化幅厚比の下限値を、（６）式に示すようにフランジ２７，２８の幅厚比（ｂｆ／ｔｆ）の式に変形できる。 Considering that the Young's modulus E of the steel material is 205,000 N/mm 2 and the Poisson's ratio ν is 0.3, the generalized width-thickness ratio of the flanges can be calculated by substituting equation (3) and the physical properties of the steel material into the generalized width-thickness ratio of the web, and the lower limit of the generalized width-thickness ratio of the flanges for which the maximum strength F max is greater than the elastic local buckling strength F cr can be transformed into an equation for the width-thickness ratio (b f /t f ) of the flanges 27, 28 as shown in equation (6).
（５）又は（６）式を満たすことで、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が弾性局部座屈耐力Ｆｃｒ以上である場合には、前記荷重のうちＨ形鋼２５Ａに作用する割合を低減させるとともに、この荷重が取り除かれたときには、Ｈ形鋼２５Ａは構造上の著しい損傷を生じることなく初期状態（初期の位置）に復元することができる。すなわち、Ｈ形鋼２５Ａは、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重がＨ形鋼２５Ａの最大耐力Ｆｍａｘに達する前に除荷された場合において、Ｈ形鋼２５Ａが初期状態に復元する復元機能（機能）を有する。 By satisfying formula (5) or (6), when the load acting on the H-shaped steel 25A is equal to or greater than the elastic local buckling strength F cr , the proportion of the load acting on the H-shaped steel 25A is reduced, and when the load is removed, the H-shaped steel 25A can be restored to its initial state (initial position) without significant structural damage. In other words, the H-shaped steel 25A has a restoration function (function) that restores the H-shaped steel 25A to its initial state when the load acting on the H-shaped steel 25A is removed before it reaches the maximum strength F max of the H-shaped steel 25A.
この場合、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が弾性局部座屈耐力σｃｒ以上である場合には、Ｈ形鋼２５Ａの弾性局部座屈によって部材断面を構成する板要素が板面外方向へ変形するため、断面内での応力分布が不均一化して断面内での応力再配が発生し、部材全体としての曲げ剛性が低下する。そして、建築物１内での荷重再配分を促して、Ｈ形鋼２５Ａの損傷を防ぐ。
これらの剛性低下は、Ｈ形鋼２５の弾性局部座屈によって発生するものであり、Ｈ形鋼２５の部材降伏によるものではない。そのため、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が取り除かれたときには、Ｈ形鋼２５Ａは構造上の著しい損傷を生じることなる初期状態に復元する。
In this case, if the load acting on the H-shaped steel 25A is equal to or greater than the elastic local buckling strength σ cr , the plate elements constituting the cross section of the member will deform outward due to the elastic local buckling of the H-shaped steel 25A, causing the stress distribution in the cross section to become non-uniform, resulting in stress redistribution in the cross section and reducing the bending rigidity of the member as a whole. This promotes load redistribution within the building 1 and prevents damage to the H-shaped steel 25A.
These reductions in rigidity are caused by elastic local buckling of the H-shaped steel 25, and are not caused by component yielding of the H-shaped steel 25. Therefore, when the load acting on the H-shaped steel 25A is removed, the H-shaped steel 25A returns to its initial state without significant structural damage.
〔２．３．ウェブの幅厚比の上限〕
続いて、ウェブの幅厚比の上限について分析を行った。
ウェブ２６には、溶接組立による元たわみが生じる。既往文献１（ＪＩＳ Ｇ ３３５３：２０１１ 一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼）によれば、溶接組立軽量Ｈ形鋼では、ウェブに生じる面外方向へのたわみの最大値が２ｍｍ以下で製造管理される。
従って、溶接組立Ｈ形鋼においても、溶接組立によって最大で２ｍｍ程度のたわみが生じるものと考えられる。
この溶接組立による初期たわみが生じたウェブ２６に、上フランジ２７又は下フランジ２８の自重が作用することを考慮すれば、ウェブ２６の元たわみ（たわみ）はさらに大きくなる。
[2.3. Upper limit of width-thickness ratio of web]
Next, an analysis was carried out on the upper limit of the width-thickness ratio of the web.
An original deflection occurs in the web 26 due to welding and assembly. According to existing document 1 (JIS G 3353:2011, General structural welded lightweight H-shaped steel), in a welded assembled lightweight H-shaped steel, the maximum value of the deflection in the out-of-plane direction occurring in the web is controlled in manufacturing so as to be 2 mm or less.
Therefore, even in welded H-shaped steel, it is thought that a maximum deflection of about 2 mm occurs due to welding assembly.
Considering that the weight of the upper flange 27 or the lower flange 28 acts on the web 26 that has already been initially deflected by the welding assembly, the original deflection (deflection) of the web 26 becomes even larger.
従って、例えばウェブ２６を極端に薄くすることを指向すると、上フランジ２７又は下フランジ２８の自重をウェブ２６が支えることができず、Ｈ形鋼２５の形状を保つことが困難になるという課題がある。
そこで、以下のようにウェブ２６及びフランジ２７，２８の寸法を変化させた。
・フランジ２７，２８の幅ｂｆを、１００ｍｍ～１０００ｍｍの間で１００ｍｍ間隔で変化させた。
・ウェブ２６の幅ｂｗを、１００ｍｍ～１０００ｍｍの間で１００ｍｍ間隔で変化させた。
・ウェブ２６の厚さｔｗ、及びフランジ２７，２８の厚さｔｆを、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２．３ｍｍ、３．２ｍｍ、４．５ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍ、１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ、２８ｍｍの１６通りで変化させた。
以上のように寸法を変化させた場合に、ウェブ２６のたわみが３ｍｍを上回るＨ形鋼２５の断面仕様を調査した。
Therefore, for example, if one aims to make the web 26 extremely thin, there is a problem that the web 26 will not be able to support the weight of the upper flange 27 or the lower flange 28, making it difficult to maintain the shape of the H-shaped steel 25.
Therefore, the dimensions of the web 26 and the flanges 27, 28 were changed as follows.
The width bf of the flanges 27, 28 was changed between 100 mm and 1000 mm in 100 mm intervals.
The width bw of the web 26 was changed between 100 mm and 1000 mm in 100 mm intervals.
The thickness t w of the web 26 and the thickness t f of the flanges 27, 28 were changed in 16 ways: 0.4 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.6 mm, 2.3 mm, 3.2 mm, 4.5 mm, 6 mm, 9 mm, 12 mm, 16 mm, 19 mm, 22 mm, 25 mm, and 28 mm.
When the dimensions were changed as described above, the cross-sectional specifications of the H-shaped steel 25 in which the deflection of the web 26 exceeded 3 mm were investigated.
既往文献２（ＪＩＳ Ｇ ３１９２：２０１４ 熱間圧延形鋼の形状，寸法，質量及びその許容差）において、Ｈ形鋼断面を有する部材のウェブの面外方向への形状不整が、３ｍｍまで許容されている。このことを考慮し、溶接組立によって初期たわみ（＝２ｍｍ）が生じたＨ形鋼２５（ウェブ２６）に上フランジ２７又は下フランジ２８の自重が作用した場合に、ウェブ２６の面外変形が３ｍｍ以下となる部材仕様を調査した。 In previous literature 2 (JIS G 3192:2014 Shape, dimensions, mass and tolerances of hot-rolled steel sections), the out-of-plane shape irregularity of the web of a component having an H-shaped steel cross section is permitted up to 3 mm. Taking this into consideration, we investigated component specifications that would result in out-of-plane deformation of the web 26 of 3 mm or less when the weight of the upper flange 27 or lower flange 28 acts on the H-shaped steel 25 (web 26) that has an initial deflection (= 2 mm) due to welding assembly.
図８に、検討したモデルの概要を示す。本検討では、以下のように条件を設定した。
・ウェブ２６を、上下方向の両端部が単純支持された無限長さの板要素とみなす。
・ウェブ２６の初期のたわみを、δ１とした。
・ウェブ２６の端部にフランジ２７，２８の自重Ｆ３が作用する荷重条件を想定し、ウェブ２６の中央部に生じるたわみδ２が、３ｍｍよりも大きくなるＨ形鋼２５の断面形状を調べた。
An outline of the model examined is shown in Figure 8. In this study, the following conditions were set:
The web 26 is regarded as a plate element of infinite length with both ends in the vertical direction simply supported.
The initial deflection of the web 26 was set to δ 1 .
Assuming a load condition in which the weight F3 of the flanges 27, 28 acts on the end of the web 26, the cross-sectional shape of the H-shaped steel 25 in which the deflection δ2 occurring in the central portion of the web 26 becomes larger than 3 mm was investigated.
図９に、調査結果を示す。図９において、横軸はウェブ２６の幅厚比を表し、縦軸は（ｂｆｔｆ／（ｂｗｔｗ））の値を表す。（ｂｆｔｆ／（ｂｗｔｗ））の値は、ウェブ２６の面積に対するフランジ２７，２８の面積の比（以下、面積比と言う）を表す。
図９中に○印で示した結果が、ウェブ２６の面外方向へのたわみδ２が３ｍｍよりも大きくなるケースである。・印で示した結果が、ウェブ２６の面外方向へのたわみδ２が３ｍｍ以下になるケースである。
調査の結果、ウェブ２６のたわみが３ｍｍよりも大きくなる条件については、面積比の関係を用いることで、その閾値を評価することが可能であると分かった。図９中の曲線Ｌ４は、（７－１）式を満たす。曲線Ｌ４よりもウェブ２６の幅厚比が小さい領域に対応するＨ形鋼２５、すなわち（ｂｆｔｆ／（ｂｗｔｗ））の値が曲線Ｌ４よりも小さい領域に対応するＨ形鋼２５であれば、ウェブ２６の中央部に生じるたわみδ２が３ｍｍ以下になることを見出した。
以上の条件を（７－１）式に当てはめて式を変形すると、（７－２）式が得られる。
The survey results are shown in Fig. 9. In Fig. 9, the horizontal axis represents the width-thickness ratio of the web 26, and the vertical axis represents the value of ( bftf / ( bwtw )). The value of ( bftf / ( bwtw ) ) represents the ratio of the area of the flanges 27, 28 to the area of the web 26 (hereinafter referred to as the area ratio).
9, the results indicated by circles are cases where the deflection δ 2 of the web 26 in the out-of-plane direction is greater than 3 mm. The results indicated by circles are cases where the deflection δ 2 of the web 26 in the out-of-plane direction is 3 mm or less.
As a result of the investigation, it was found that the threshold value for the condition where the deflection of the web 26 becomes larger than 3 mm can be evaluated by using the relationship of the area ratio. The curve L4 in Fig. 9 satisfies the formula (7-1). It was found that the deflection δ 2 occurring in the center of the web 26 becomes 3 mm or less if the H-shaped steel 25 corresponds to a region where the width - thickness ratio of the web 26 is smaller than that of the curve L4, that is, if the H-shaped steel 25 corresponds to a region where the value of ( bftf/(bwtw )) is smaller than that of the curve L4.
By applying the above conditions to equation (7-1) and transforming the equation, we obtain equation (7-2).
〔２．４．フランジの幅厚比の上限〕
一般的に、Ｈ形鋼２５の断面性能を高める等の理由により、フランジ２７，２８の厚さｔｆはウェブ２６の厚さｔｗ以上である。この条件から、（８）式が得られる。
[2.4. Upper limit of flange width-thickness ratio]
In general, for reasons such as increasing the cross-sectional performance of the H-shaped steel 25, the thickness tf of the flanges 27, 28 is equal to or greater than the thickness tw of the web 26. From this condition, formula (8) is obtained.
なお、（５）式及び（７－２）式から、ウェブ２６の幅厚比についての（９）式が得られる。（６）式及び（８）式から、フランジ２７，２８の幅厚比についての（１０）式が得られる。
Ｈ形鋼２５が（９）式又は（１０）式を満たすことで、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重がＨ形鋼２５Ａの最大耐力Ｆｍａｘに達する前に除荷された場合において、Ｈ形鋼２５は前記復元機能を有する。
From equations (5) and (7-2), equation (9) regarding the width-thickness ratio of the web 26 is obtained. From equations (6) and (8), equation (10) regarding the width-thickness ratio of the flanges 27, 28 is obtained.
When the H-shaped steel 25 satisfies formula (9) or formula (10), the H-shaped steel 25 has the above-mentioned restoration function when the load acting on the H-shaped steel 25A is removed before it reaches the maximum strength F max of the H-shaped steel 25A.
本実施形態の設計方法（施工方法）では、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が弾性局部座屈耐力Ｆｃｒ以上である場合には、前記Ｈ形鋼２５Ａに弾性局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼２５Ａの剛性が低減されることで、前記荷重の少なくとも一部が床スラブ３５を介してＨ形鋼２５Ｂに伝達されるように設計（施工）する。そして、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が取り除かれたときには、Ｈ形鋼２５Ａは構造上の著しい損傷を生じることなく初期の状態に復元するように設計（施工）する。 In the design method (construction method) of this embodiment, when the load acting on the H-shaped steel 25A is equal to or greater than the elastic local buckling strength Fcr , elastic local buckling occurs in the H-shaped steel 25A, reducing the rigidity of the H-shaped steel 25A, and at least a part of the load is transferred to the H-shaped steel 25B via the floor slab 35. Then, when the load acting on the H-shaped steel 25A is removed, the H-shaped steel 25A is designed (constructed) to return to its initial state without causing significant structural damage.
以上説明したように、本実施形態のＨ形鋼２５では、第２ウェブ２６の幅厚比が５．３√（Ｅ／σｙ）以上と比較的大きい場合において、Ｈ形鋼２５Ａに弾性局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼２５Ａの剛性が低減されることで、この荷重の少なくとも一部が、Ｈ形鋼２５Ｂに作用する。従って、Ｈ形鋼２５Ａが用いられる建築物１内での荷重再配分を促して、Ｈ形鋼２５に極端に荷重が集中することを防ぐことができる。
そして、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重がＨ形鋼２５Ａの最大耐力を上回らない場合、荷重が取り除かれたときにはＨ形鋼２５Ａは構造上の著しい損傷を生じることなく初期状態に復元する。
このように、Ｈ形鋼２５Ａに部材剛性が低下するほどの荷重が作用した場合においても、荷重が取り除かれた後では部材は初期の状態に復元されるため、繰り返し生じる地震力に対しても継続的に本発明の効果を維持することができ、Ｈ形鋼２５Ａを構造要素として好ましく用いることができる。
As described above, in the H-shaped steel 25 of this embodiment, when the width-thickness ratio of the second web 26 is relatively large, 5.3√(E/σ y ) or more, elastic local buckling occurs in the H-shaped steel 25A, reducing the rigidity of the H-shaped steel 25A, and at least a part of this load acts on the H-shaped steel 25B. Therefore, load redistribution within the building 1 in which the H-shaped steel 25A is used is promoted, and extreme concentration of load on the H-shaped steel 25 can be prevented.
Furthermore, if the load acting on the H-shaped steel 25A does not exceed the maximum strength of the H-shaped steel 25A, when the load is removed, the H-shaped steel 25A will return to its initial state without suffering any significant structural damage.
In this way, even if a load sufficient to reduce the rigidity of the H-shaped steel 25A is applied, the steel will return to its initial state after the load is removed. Therefore, the effects of the present invention can be continuously maintained even against repeatedly occurring seismic forces, and the H-shaped steel 25A can be preferably used as a structural element.
Ｈ形鋼２５Ａは、（９）式を満たす。発明者らは鋭意検討の結果、以下のことを見い出した。すなわち、Ｈ形鋼２５Ａが（９）式における左側の不等式を満たすことにより、Ｈ形鋼２５に作用する荷重が弾性局部座屈耐力Ｆｃｒ以上である場合には、Ｈ形鋼２５Ａが最大耐力Ｆｍａｘに達する前に、Ｈ形鋼２５Ａに弾性局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼２５Ａの剛性が低減されるとともに、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重がＨ形鋼２５Ａの最大耐力に達する前に取り除かれたときに前記Ｈ形鋼２５Ａは構造上の著しい損傷を生じることなく初期状態に復元することができる。そして、Ｈ形鋼２５Ａが（９）式における右側の不等式を満たすことにより、第２ウェブ２６の中央部に生じるたわみを、現行の建築構造用のＨ形鋼と同等以下である３ｍｍ以下にすることができる。従って、薄肉化による第２ウェブ２６の局部変形が施工性を損なう危険性を排除できる。 The H-shaped steel 25A satisfies formula (9). As a result of intensive research, the inventors have found the following. That is, when the load acting on the H-shaped steel 25 is equal to or greater than the elastic local buckling strength F cr , elastic local buckling occurs in the H-shaped steel 25A before the H-shaped steel 25A reaches its maximum strength F max , reducing the rigidity of the H-shaped steel 25A. When the load acting on the H-shaped steel 25A is removed before the H-shaped steel 25A reaches its maximum strength, the H-shaped steel 25A can be restored to its initial state without significant structural damage. When the H-shaped steel 25A satisfies the inequality on the right side of formula (9), the deflection occurring in the center of the second web 26 can be reduced to 3 mm or less, which is equal to or less than that of H-shaped steels currently used in building structures. Therefore, the risk of local deformation of the second web 26 due to thinning impairing workability can be eliminated.
Ｈ形鋼２５は、（１０）式を満たす。発明者らは鋭意検討の結果、以下のことを見い出した。すなわち、Ｈ形鋼２５Ａが（１０）式における左側の不等式を満たすことにより、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が弾性局部座屈耐力Ｆｃｒ以上である場合には、Ｈ形鋼２５が最大耐力Ｆｍａｘに達する前に、Ｈ形鋼２５Ａに弾性局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼２５Ａの剛性が低減されるとともに、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重がＨ形鋼２５Ａの最大耐力に達する前に取り除かれたときには構造上の著しい損傷を生じることなく初期状態に復元することができる。そして、Ｈ形鋼２５Ａが（１０）式における右側の不等式を満たすことにより、フランジ２７，２８の厚さを第２ウェブ２６の厚さ以上にして、Ｈ形鋼２５Ａの断面二次モーメント等の断面性能を高めることができる。Ｈ形鋼２５Ａが溶接組立Ｈ形鋼である場合には、フランジ２７，２８に第２ウェブ２６を溶接する際に、フランジ２７，２８がその厚さ方向に完全に溶融して、フランジ２７，２８に孔が空くことを防止できる。 The H-shaped steel 25 satisfies formula (10). As a result of intensive research, the inventors have found the following. That is, when the H-shaped steel 25A satisfies the inequality on the left side of formula (10), if the load acting on the H-shaped steel 25A is equal to or greater than the elastic local buckling strength F cr , elastic local buckling occurs in the H-shaped steel 25A before the H-shaped steel 25 reaches its maximum strength F max , reducing the rigidity of the H-shaped steel 25A. When the load acting on the H-shaped steel 25A is removed before the H-shaped steel 25A reaches its maximum strength, the H-shaped steel 25A can be restored to its initial state without significant structural damage. When the H-shaped steel 25A satisfies the inequality on the right side of formula (10), the thickness of the flanges 27, 28 can be made equal to or greater than the thickness of the second web 26, thereby improving the cross-sectional performance of the H-shaped steel 25A, such as the moment of inertia of area. In the case where the H-shaped steel 25A is a welded assembled H-shaped steel, when the second web 26 is welded to the flanges 27, 28, the flanges 27, 28 melt completely in their thickness direction, thereby preventing holes from being formed in the flanges 27, 28.
Ｈ形鋼２５Ａは、小梁である。従って、第２ウェブ２６の幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができる小梁を提供することができる。
Ｈ形鋼２５Ａは、溶接組立Ｈ形鋼である。このため、第２ウェブ２６の幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができる溶接組立Ｈ形鋼を提供することができる。
The H-shaped steel 25A is a sub-beam. Therefore, even if the width-thickness ratio of the second web 26 is larger than a certain value, a sub-beam that can be preferably used as a structural element can be provided.
The H-shaped steel 25A is a welded and assembled H-shaped steel. Therefore, even if the width-thickness ratio of the second web 26 is larger than a certain value, it is possible to provide a welded and assembled H-shaped steel that can be preferably used as a structural element.
Ｈ形鋼２５Ａの降伏強度σｙが２３５ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。これにより、一般的なＨ形鋼２５Ａの降伏強度σｙに対応することができる。
また、本実施形態の熱延鋼帯は、溶接組立Ｈ形鋼であるＨ形鋼２５の第２ウェブ２６又はフランジ２７，２８に用いられる。従って、第２ウェブ２６の幅厚比が一定値以上大きくても、構造要素として好ましく用いることができる、溶接組立Ｈ形鋼であるＨ形鋼２５の第２ウェブ２６又はフランジ２７，２８に用いられる熱延鋼帯を、提供することができる。
The yield strength σy of the H-shaped steel 25A is 235 MPa or more and 1000 MPa or less, which corresponds to the yield strength σy of a general H-shaped steel 25A.
The hot-rolled steel strip of this embodiment is used for the second web 26 or the flanges 27, 28 of the H-shaped steel 25, which is a welded and assembled H-shaped steel. Therefore, it is possible to provide a hot-rolled steel strip used for the second web 26 or the flanges 27, 28 of the H-shaped steel 25, which is a welded and assembled H-shaped steel, which can be preferably used as a structural element even if the width-thickness ratio of the second web 26 is greater than a certain value.
床構造２は、Ｈ形鋼２５Ａと、床スラブ３５と、を備える。床構造２において、第２上フランジ２７の水平面に沿う方向の移動が、床スラブ３５により拘束されている。このため、例えばＨ形鋼２５Ａが横座屈するのを抑制することができる。
床構造２は、Ｈ形鋼２５Ａと、大梁１５と、を備える。床構造２において、大梁１５から圧縮力又は引張力が、Ｈ形鋼２５Ａにおける両端部において第２上フランジ２７に伝達される。このため、Ｈ形鋼２５Ａを、圧縮力又は引張力に耐える構造要素として用いることができる。
The floor structure 2 includes an H-shaped steel 25A and a floor slab 35. In the floor structure 2, movement of the second upper flange 27 in a direction along the horizontal plane is restrained by the floor slab 35. Therefore, for example, lateral buckling of the H-shaped steel 25A can be suppressed.
The floor structure 2 includes an H-shaped steel 25A and a girder 15. In the floor structure 2, a compressive force or a tensile force is transmitted from the girder 15 to the second upper flange 27 at both ends of the H-shaped steel 25A. Therefore, the H-shaped steel 25A can be used as a structural element that can withstand the compressive force or the tensile force.
また、本実施形態の設計方法及び設計方法では、第２ウェブ２６の幅厚比が５．３√（Ｅ／σｙ）以上と比較的大きい場合において、Ｈ形鋼２５Ａに作用する荷重が弾性局部座屈耐力Ｆｃr以上である場合には、このＨ形鋼２５Ａに弾性局部座屈が発生して前記Ｈ形鋼２５Ａの剛性が低減されることで、この荷重の少なくとも一部が、床スラブ３５を介してＨ形鋼２５Ｂに作用するように設計（施工）する。従って、例えばＨ形鋼２５Ａが用いられる建築物１内での荷重再配分を促して、局所的な集中荷重によってＨ形鋼２５Ａに大きな荷重が集中的に作用するのを防ぐことができる。
そして、作用する荷重のうち前記Ｈ形鋼２５Ａの負担する荷重が前記Ｈ形鋼２５Ａの最大耐力に達する前に荷重が取り除かれたときには、Ｈ形鋼２５Ａは構造上著しい損傷を生じることなく初期状態に復元する。
このため、繰り返し発生する地震等の自然災害に対して、継続的に本発明によるＨ形鋼２５Ａの剛性低下による荷重再配分の効果を発揮することができ、Ｈ形鋼２５Ａを構造要素として好ましく用いることができる。
Furthermore, in the design method and the design method of this embodiment, when the width-thickness ratio of the second web 26 is relatively large, 5.3√(E/σ y ) or more, and the load acting on the H-shaped steel 25A is equal to or greater than the elastic local buckling strength F cr , the design (construction) is performed such that elastic local buckling occurs in the H-shaped steel 25A, reducing the rigidity of the H-shaped steel 25A, and at least a part of the load acts on the H-shaped steel 25B via the floor slab 35. Therefore, for example, load redistribution within the building 1 in which the H-shaped steel 25A is used can be promoted, and a large load can be prevented from acting in a concentrated manner on the H-shaped steel 25A due to a local concentrated load.
When the load acting on the H-shaped steel 25A is removed before the load borne by the H-shaped steel 25A reaches its maximum strength, the H-shaped steel 25A returns to its initial state without suffering any significant structural damage.
Therefore, the effect of load redistribution due to the reduced rigidity of the H-shaped steel 25A according to the present invention can be continuously exerted against recurring natural disasters such as earthquakes, and the H-shaped steel 25A can be preferably used as a structural element.
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、前記実施形態では、Ｈ形鋼２５は、（９）式及び（１０）式を満たさなくてもよい。
Ｈ形鋼２５は、溶接組立Ｈ形鋼でなく、圧延Ｈ形鋼であってもよい。
Ｈ形鋼２５は、小梁でなく大梁であってもよい。この場合、支持部材が柱部材１０である。
Ｈ形鋼２５の降伏強度σｙは、２３５ＭＰａ未満でもよいし、１０００ＭＰａを超えてもよい。
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, in the above embodiment, the H-shaped steel 25 does not have to satisfy the formulas (9) and (10).
The H-shaped steel 25 may be a rolled H-shaped steel instead of a welded H-shaped steel.
The H-shaped steel 25 may be a main beam instead of a minor beam. In this case, the supporting member is the column member 10.
The yield strength σ y of the H-shaped steel 25 may be less than 235 MPa or may exceed 1000 MPa.
２ 床構造
１５ 大梁（支持部材）
２５，２５Ａ Ｈ形鋼（小梁）
２５Ｂ Ｈ形鋼（支持梁）
２６ 第２ウェブ（ウェブ）
２７ 第２上フランジ（フランジ、上フランジ）
２８ 第２下フランジ（フランジ）
2 Floor structure 15 Large beam (supporting member)
25,25A H-shaped steel (small beam)
25B H-shaped steel (support beam)
26 Second Web (Web)
27 Second upper flange (flange, upper flange)
28 Second lower flange (flange)
Claims (10)
前記Ｈ形鋼が有する上フランジにより下方から支持され、前記上フランジに接合された床スラブと、
を備え、
前記Ｈ形鋼が負担できる最大耐力が、前記Ｈ形鋼の弾性局部座屈耐力以上であり、
前記Ｈ形鋼に荷重が作用した場合、前記荷重が前記弾性局部座屈耐力以上となると、前記Ｈ形鋼が座屈して前記Ｈ形鋼の剛性が低下し、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して、前記Ｈ形鋼に前記床スラブを介して接合された支持梁に作用することで、前記荷重が前記Ｈ形鋼に作用する割合を低減させ、
前記Ｈ形鋼に作用する前記荷重が前記Ｈ形鋼の前記最大耐力に達する前に除荷された場合において、前記Ｈ形鋼が、前記Ｈ形鋼に前記荷重が作用する前の前記Ｈ形鋼の初期の位置に復元する機能を有し、
前記上フランジの水平面に沿う方向の移動が、前記床スラブにより拘束されている、床構造。 H-beam and
A floor slab supported from below by an upper flange of the H-shaped steel and joined to the upper flange;
Equipped with
The maximum strength that the H-shaped steel can bear is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel,
When a load acts on the H-shaped steel, if the load exceeds the elastic local buckling strength , the H-shaped steel buckles and the rigidity of the H-shaped steel decreases, and at least a part of the load acts on a support beam connected to the H-shaped steel via the floor slab, thereby reducing the proportion of the load acting on the H-shaped steel,
When the load acting on the H-shaped steel is removed before the load reaches the maximum strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel has a function of restoring to an initial position of the H-shaped steel before the load acts on the H-shaped steel,
A floor structure in which movement of the upper flange in a direction along the horizontal plane is restrained by the floor slab.
前記Ｈ形鋼が有する上フランジにより下方から支持され、前記上フランジに接合された床スラブと、
を備え、
前記Ｈ形鋼は、
ウェブと、
前記ウェブを挟むように配置された一対のフランジと、
を備え、
（１）式を満たすことで、前記Ｈ形鋼が負担できる最大耐力が、前記Ｈ形鋼の弾性局部座屈耐力以上であり、
前記Ｈ形鋼に荷重が作用した場合、前記荷重が前記弾性局部座屈耐力以上となると、前記Ｈ形鋼が座屈して前記Ｈ形鋼の剛性が低下し、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して、前記Ｈ形鋼に前記床スラブを介して接合された支持梁に作用することで、前記荷重が前記Ｈ形鋼に作用する割合を低減させ、
前記Ｈ形鋼に作用する前記荷重が前記Ｈ形鋼の前記最大耐力に達する前に除荷された場合において、前記Ｈ形鋼が、前記Ｈ形鋼に前記荷重が作用する前の前記Ｈ形鋼の初期の位置に復元する機能を有し、
前記上フランジの水平面に沿う方向の移動が、前記床スラブにより拘束されている、床構造。
ただし、Ｅ：前記Ｈ形鋼のヤング係数、σｙ：前記Ｈ形鋼の降伏強度、ｂｗ：前記ウェブの幅、ｔｗ：前記ウェブの厚さ、ｂｆ：前記一対のフランジの幅、ｔｆ：前記一対のフランジの厚さである。
A floor slab supported from below by an upper flange of the H-shaped steel and joined to the upper flange;
Equipped with
The H-shaped steel is
Web and
A pair of flanges arranged to sandwich the web;
Equipped with
By satisfying formula (1), the maximum strength that the H-shaped steel can bear is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel,
When a load acts on the H-shaped steel, if the load exceeds the elastic local buckling strength , the H-shaped steel buckles and the rigidity of the H-shaped steel decreases, and at least a part of the load acts on a support beam connected to the H-shaped steel via the floor slab, thereby reducing the proportion of the load acting on the H-shaped steel,
When the load acting on the H-shaped steel is removed before the load reaches the maximum strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel has a function of restoring to an initial position of the H-shaped steel before the load acts on the H-shaped steel,
A floor structure in which movement of the upper flange in a direction along the horizontal plane is restrained by the floor slab.
Here, E is the Young's modulus of the H-shaped steel, σ y is the yield strength of the H-shaped steel, b w is the width of the web, t w is the thickness of the web, b f is the width of the pair of flanges, and t f is the thickness of the pair of flanges.
前記Ｈ形鋼が有する上フランジにより下方から支持され、前記上フランジに接合された床スラブと、
を備え、
前記Ｈ形鋼は、
ウェブと、
前記ウェブを挟むように配置された一対のフランジと、
を備え、
（２）式を満たすことで、前記Ｈ形鋼に荷重が作用した場合、前記荷重が前記Ｈ形鋼の弾性局部座屈耐力以上となると、前記Ｈ形鋼が座屈して前記Ｈ形鋼の剛性が低下し、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して、前記Ｈ形鋼に前記床スラブを介して接合された支持梁に作用することで、前記荷重が前記Ｈ形鋼に作用する割合を低減させ、
前記Ｈ形鋼に作用する前記荷重が前記Ｈ形鋼の最大耐力に達する前に除荷された場合において、前記Ｈ形鋼が、前記Ｈ形鋼に前記荷重が作用する前の前記Ｈ形鋼の初期の位置に復元する機能を有し、
前記上フランジの水平面に沿う方向の移動が、前記床スラブにより拘束されている、床構造。
ただし、Ｅ：前記Ｈ形鋼のヤング係数、σｙ：前記Ｈ形鋼の降伏強度、ｔｗ：前記ウェブの厚さ、ｂｆ：前記一対のフランジの幅、ｔｆ：前記一対のフランジの厚さである。
A floor slab supported from below by an upper flange of the H-shaped steel and joined to the upper flange;
Equipped with
The H-shaped steel is
Web and
A pair of flanges arranged to sandwich the web;
Equipped with
By satisfying formula (2), when a load acts on the H-shaped steel, if the load exceeds the elastic local buckling strength of the H-shaped steel , the H-shaped steel buckles and the rigidity of the H-shaped steel decreases, and at least a part of the load acts on the support beam connected to the H-shaped steel via the floor slab, thereby reducing the proportion of the load acting on the H-shaped steel,
When the load acting on the H-shaped steel is removed before the load reaches the maximum strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel has a function of restoring to an initial position of the H-shaped steel before the load acts on the H-shaped steel,
A floor structure in which movement of the upper flange in a direction along the horizontal plane is restrained by the floor slab.
Here, E is the Young's modulus of the H-shaped steel, σ y is the yield strength of the H-shaped steel, t w is the thickness of the web, b f is the width of the pair of flanges, and t f is the thickness of the pair of flanges.
前記Ｈ形鋼における前記少なくとも一方の端部と前記支持部材との間で、前記Ｈ形鋼の圧縮力又は引張力が伝達される、請求項１から６のいずれか一項に記載の床構造。 At least one end of the H-shaped steel in the material axial direction is provided with a support member joined to or in contact with at least one of a pair of flanges of the H-shaped steel,
7. The floor structure according to claim 1, wherein a compressive force or a tensile force of the H-shaped steel is transmitted between the at least one end of the H-shaped steel and the support member.
支持梁と、
前記Ｈ形鋼及び前記支持梁にそれぞれ接合された床スラブと、
を備える床構造を設計する床構造の設計方法であって、
前記Ｈ形鋼に作用する荷重が、前記Ｈ形鋼の弾性局部座屈耐力以上である場合には、前記Ｈ形鋼が座屈して前記Ｈ形鋼の剛性が低下し、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して前記支持梁に作用することで、前記荷重が前記Ｈ形鋼に作用する割合を低減させるように設計するとともに、
前記荷重が前記弾性局部座屈耐力未満である場合には、前記荷重が取り除かれたときには前記Ｈ形鋼は、前記Ｈ形鋼に前記荷重が作用する前の前記Ｈ形鋼の初期の位置に復元するように設計する、床構造の設計方法。 H-beam and
A support beam;
A floor slab joined to the H-shaped steel and the support beam,
A method for designing a floor structure comprising:
When the load acting on the H-shaped steel is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel buckles , reducing the rigidity of the H-shaped steel, and at least a portion of the load acts on the support beam via the floor slab, thereby reducing the proportion of the load acting on the H-shaped steel .
A floor structure design method, comprising: designing the H-shaped steel so that, when the load is less than the elastic local buckling strength, the H-shaped steel is restored to its initial position before the load acts on the H-shaped steel when the load is removed.
支持梁と、
前記Ｈ形鋼及び前記支持梁にそれぞれ接合された床スラブと、
を備える床構造を施工する床構造の施工方法であって、
前記Ｈ形鋼に作用する荷重が、前記Ｈ形鋼の弾性局部座屈耐力以上である場合には、前記Ｈ形鋼が座屈して前記Ｈ形鋼の剛性が低下し、前記荷重の少なくとも一部が前記床スラブを介して前記支持梁に作用することで、前記荷重が前記Ｈ形鋼に作用する割合を低減させるように施工するとともに、
前記荷重が前記弾性局部座屈耐力未満である場合には、前記荷重が取り除かれたときには前記Ｈ形鋼は、前記Ｈ形鋼に前記荷重が作用する前の前記Ｈ形鋼の初期の位置に復元するように施工する、床構造の施工方法。 H-beam and
A support beam;
A floor slab joined to the H-shaped steel and the support beam,
A method for constructing a floor structure comprising:
When the load acting on the H-shaped steel is equal to or greater than the elastic local buckling strength of the H-shaped steel, the H-shaped steel buckles , reducing the rigidity of the H-shaped steel, and at least a portion of the load acts on the support beam via the floor slab, thereby reducing the proportion of the load acting on the H-shaped steel .
A floor structure construction method in which, when the load is less than the elastic local buckling strength, the H-shaped steel is constructed so that, when the load is removed, the H-shaped steel returns to its initial position before the load acts on the H-shaped steel.
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