Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP7196886B2 - 床スラブ付鉄骨梁 - Google Patents

床スラブ付鉄骨梁 Download PDF

Info

Publication number
JP7196886B2
JP7196886B2 JP2020153527A JP2020153527A JP7196886B2 JP 7196886 B2 JP7196886 B2 JP 7196886B2 JP 2020153527 A JP2020153527 A JP 2020153527A JP 2020153527 A JP2020153527 A JP 2020153527A JP 7196886 B2 JP7196886 B2 JP 7196886B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
headed
floor slab
studs
steel
headed stud
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020153527A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020200759A (ja
JP2020200759A5 (ja
Inventor
敏弘 梅田
卓也 植木
義仁 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Publication of JP2020200759A publication Critical patent/JP2020200759A/ja
Publication of JP2020200759A5 publication Critical patent/JP2020200759A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7196886B2 publication Critical patent/JP7196886B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Joining Of Building Structures In Genera (AREA)

Description

本発明は、両端部が柱に剛接合されると共に、鉄骨梁の上フランジに接合部材としての頭付きスタッドを介して床スラブが接合され、かつ床スラブが梁材軸直交方向の一方側に連続し、他方側には連続することなく縁部となっている床スラブ付鉄骨梁およびその設計方法に関するものである。
鋼構造建物では地震時に、鉄骨梁において横座屈と呼ばれる材軸直交方向の変形が生じるおそれがある。このため、通常、小断面の鋼構造部材を鉄骨梁間に配置して、鉄骨梁の材軸直交方向の移動を拘束することで横座屈を防止することが行われている。
また、床スラブには内部に鉄筋を配したコンクリートを用いることが多く、その際、頭付きスタッドで床スラブと鉄骨梁を接合して合成梁と挙動させることが一般的である。このような一般的な床スラブ付鉄骨梁100は、図13~図15に示すように、両端部が角形鋼管からなる柱3にダイアフラム5を介して剛接合されており、上フランジ7の上面には鉄筋9が配筋された鉄筋コンクリートからなる床スラブ11との接合部材としての頭付きスタッド13が梁材軸方向に複数配置されている。
床スラブ11は、建物外周部などでは、図15に示すように、鉄骨梁の上部と梁材軸直交方向の一方側のみに配置されている。なお、床スラブ11は、鉄筋コンクリートの他に例えば打設の際に用いるデッキプレート15が構成要素とされている。
ダイアフラム5としては、例えば通しダイアフラム、内ダイアフラム、外ダイアフラムがあり、また、鉄筋9としては、例えば異形鉄筋、丸鋼、溶接金網等で構成され、梁材軸方向と梁材軸直交方向の2方向のものが組み合わされて用いられる。
また、デッキプレート15には型枠用のフラットデッキとコンクリートと一体となって挙動する波形の合成デッキがある。
合成梁では、非特許文献1の指針に従い、鉄骨梁と床スラブの強度、断面積から鉄骨梁‐床スラブ間に生じうる最大のせん断力に対して頭付きスタッド等の接合部の設計が行われる。そして、梁全長での接合部の有する耐力が、生じうる最大のせん断力以上となるよう設計された合成梁は完全合成梁と呼ばれる。
近年、鉄骨梁の材軸直交方向の変形に対し、床スラブと鉄骨梁が一体として挙動することで梁の材軸直交方向の変形が抑制され、前述した横座屈補剛材を省略することができるとする考え方が広まっている。
この点、特許文献1では、鉄骨梁に接合されている床スラブのねじれ剛性を鉄骨梁のねじれ剛性の10倍とすることで横座屈補剛材がなくても横座屈を防止できる設計法を提案している。
また、特許文献2では、ワーグナーねじり(反りねじり)とサンブナンねじり(純ねじり)の和にモーメント勾配係数を乗じて求められる従来の合成梁の横座屈耐力の計算式に対し、ワーグナーねじりとサンブナンねじりのそれぞれに異なる修正係数を乗じて求められる横座屈耐力を用いた設計法を提案している。
これらの設計法では鉄骨梁の上部が床スラブと完全に接合されていることを前提としている。
しかしながら、鉄骨梁に横座屈が生じる場合、頭付きスタッドには梁材軸直交方向のせん断力が作用し、頭付きスタッドから床スラブの縁までの距離が短いと、コンクリートにコーン状破壊が生じる。図16はこのようなコーン状破壊のひび割れを示しており、ひび割れ17は、図16に示すように、梁材軸直交水平方向から約45度の方向に生じ(図16(b)、(c)参照)、床縁側面で半円状に投影される(図16(a)参照)。
このようなひび割れ17が生ずることで、頭付きスタッド13のせん断耐力が低下する恐れがある。
この点、特許文献3、4では梁材軸直交方向の一方側のみに床スラブがついている場合について、梁材軸直交方向のせん断力によるコーン状破壊に対する対策として、鉄筋をスタッド近傍でスタッドを囲う形で配置し、コーン状破壊の防止とコーン状破壊した場合の急激な耐力劣化が生じないようにしている。
特許第5885911号 特開2016-23446号公報 特開2016-23440号公報 特開2017-66714号公報
日本建築学会「各種合成構造設計指針・同解説,2010」
特許文献3、4においては、鉄骨梁に横座屈が生じる場合の構面外変形を考慮し、頭付きスタッドに生ずる梁材軸直交方向のせん断力耐力を増すような設計がなされている。
しかしながら、発明者の知見によると、鉄骨梁に横座屈が生じる場合、梁には構面外変形と同時にねじれ変形が生じる。その際、床スラブと鉄骨梁のねじれ剛性が異なるため、両者をつなぐ頭付きスタッドには鉄骨梁の上フランジを支点として引抜力が作用し、引抜力が作用すると、コンクリートに鉛直方向のコーン状破壊が生じる。図17はこのようなコーン状破壊のひび割れ19を示しており、ひび割れ19は、図17に示すように、鉄骨梁の上フランジ7上部の頭付きスタッド13の頭部から鉛直下方向から約45度の方向に生じて床スラブ下面に円状に投影される。この投影線をひび割れ投影線という。
この引抜力によるコーン状破壊時の耐力は、頭付きスタッドがコンクリート縁付近に存在する場合に低下することがある。つまり、建物外周部などの、梁材軸直交方向の一方のみに床スラブがついている場合は、引抜耐力が小さく、床スラブの鉄骨梁に対するねじれ拘束効果が期待できなくなるおそれがある。
この点、例えば特許文献3の解析ではスタッドを梁材軸直交水平方向のバネとしてモデル化しており、従来例においては、上述したようなねじれによる鉛直下方向の引抜力は考慮しておらず、鉄骨梁の横座屈を十分に防止することはできない。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、梁材軸直交方向の一方向にのみ床スラブがついている場合、すなわち図15に示すように、床スラブが梁材軸直交方向の一方側に連続し、他方側には連続することなく縁部となっている場合であっても、横座屈による鉄骨梁のねじれ変形によって頭付きスタッドが床スラブから引き抜かれるのを防止して、床スラブの横座屈変形拘束効果が消失しないようにした床スラブ付鉄骨梁およびその設計方法を提供することを目的としている。
鉄骨梁に横座屈が生じると、梁には構面外変形と同時にねじれ変形が生じ、ねじれ変形が生ずると頭付きスタッドには鉄骨梁の上フランジを支点として引抜力が作用する。このため、特に梁材軸直交方向の一方向にのみ床スラブがついている場合において鉄骨梁の横座屈を防止するにはこの引抜耐力を向上させる必要がある。
本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成を備えるものである。
(1)本発明に係る床スラブ付鉄骨梁は、両端部が柱に剛接合されると共に、鉄骨梁の上フランジに接合部材としての頭付きスタッドを介して床スラブが接合され、かつ前記床スラブが梁材軸直交方向の一方側に連続し、他方側には連続することなく縁部となっている床スラブ付鉄骨梁であって、
梁端から梁長さの少なくとも2割の範囲に配置される前記頭付きスタッドの引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが下式(1)を満たすことを特徴とするものである。
ΣsAc≧1.2×bbAc ・・・(1)
但し、bAc:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における頭付きスタッド1本当りの引抜時の有効投影面積
bN:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における、地震荷重時の荷重条件で完全合成梁として必要とされる頭付きスタッドの本数のうち、(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲と同じ範囲に必要とされる頭付きスタッドの本数
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記床スラブが鉄筋コンクリート床スラブであって、かつ(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を2段以上で配設し、各段における補強鉄筋の断面積の合計ΣsArが下式(2)を満たすことを特徴とするものである。
Figure 0007196886000001
ここで、
sca :頭付きスタッドの軸部断面積
Fc :コンクリート強度
Ec :コンクリートのヤング係数
sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
rσy :補強鉄筋の降伏応力
sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
(3)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記床スラブが合成デッキ床スラブであって、かつ(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を1段で配設し、該補強鉄筋の断面積の合計ΣsArが下式(2)を満たすことを特徴とするものである。
Figure 0007196886000002
ここで、
sca :頭付きスタッドの軸部断面積
Fc :コンクリート強度
Ec :コンクリートのヤング係数
sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
rσy :補強鉄筋の降伏応力
sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
(4)本発明に係る床スラブ付鉄骨梁の設計方法は、両端部が柱に剛接合されると共に、鉄骨梁の上フランジに接合部材としての頭付きスタッドを介して床スラブが接合され、かつ前記床スラブが梁材軸直交方向の一方側に連続し、他方側には連続することなく縁部となっている床スラブ付鉄骨梁の設計方法であって、
梁端から梁長さの少なくとも2割の範囲に配置される前記頭付きスタッドの引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが下式(1)を満たすように、前記頭付きスタッドの形状及び又は本数を設定することを特徴とするものである。
ΣsAc≧1.2×bbAc ・・・(1)
但し、bAc:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における頭付きスタッド1本当りの引抜時の有効投影面積
bN:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における、地震荷重時の荷重条件で完全合成梁として必要とされる頭付きスタッドの本数のうち、(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲と同じ範囲に必要とされる頭付きスタッドの本数
(5)また、上記(4)に記載のものにおいて、前記床スラブが鉄筋コンクリート床スラブであって、かつ(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を2段以上で配設し、各段における補強鉄筋の断面積の合計ΣsArを下式(2)によって設定することを特徴とするものである。
Figure 0007196886000003
ここで、
sca :頭付きスタッドの軸部断面積
Fc :コンクリート強度
Ec :コンクリートのヤング係数
sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
rσy :補強鉄筋の降伏応力
sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
(6)また、上記(4)に記載のものにおいて、前記床スラブが合成デッキ床スラブであって、かつ(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を1段で配設し、該補強鉄筋の断面積の合計ΣsArを下式(2)によって設定することを特徴とするものである。
Figure 0007196886000004
ここで、
sca :頭付きスタッドの軸部断面積
Fc :コンクリート強度
Ec :コンクリートのヤング係数
sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
rσy :補強鉄筋の降伏応力
sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
本発明によれば、梁端から梁長さの少なくとも2割の範囲に配置される頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが(1)式を満たすようにしたので、梁材軸直交方向の一方側のみに床スラブがついている場合でも、横座屈による鉄骨梁のねじれ変形によって頭付きスタッドが床スラブから引き抜かれるのを防止して、床スラブの横座屈変形拘束効果を保持することができる。
本発明の実施の形態1に係る床スラブ付鉄骨梁の説明図であり、図1(a)が平面図、図1(b)が一部断面を含む側面図である。 引抜き試験に用いた試験体の構造を説明する説明図である。 引抜き試験に用いた試験体の頭付きスタッドの仕様を説明する説明図である。 本発明の実施の形態1に係る床スラブ付鉄骨梁の他の態様の説明図である(その1)。 本発明の実施の形態1に係る床スラブ付鉄骨梁の他の態様の説明図である(その2)。 本発明の実施の形態2に係る床スラブ付鉄骨梁の説明図であり、図6(a)が平面図、図6(b)が一部断面を含む側面図である。 本発明の実施の形態2に係る床スラブ付鉄骨梁の他の態様の説明図である。 実施例における試験体No.1の説明図である。 実施例における試験体No.2の説明図である。 実施例における試験体No.3の説明図である。 実施例における試験体への載荷方法を説明する説明図である。 実施例における実験結果の一つである構面外変位と梁材軸方向位置との関係を示したグラフである。 一般的な床スラブ付鉄骨梁の一部断面を含む側面図である。 図13の破線の四角で囲んだ部分を拡大して示す拡大図である。 一般的な床スラブ付鉄骨梁の平面図である。 一般的な床スラブ付鉄骨梁が横座屈する際にコンクリートに生ずるコーン状破壊を説明する説明図であり、図16(a)が一部断面を含む側面図、図16(b)は図16(a)の矢視A-A図、図16(c)は平面図である。 地震時に引抜き荷重が作用した際にコンクリートに生ずるひび割れを説明する説明図であり、図17(a)が一部断面を含む側面図、図17(b)は図17(a)の矢視B-B図、図17(c)は平面図である。
[実施の形態1]
本実施の形態に係る床スラブ付鉄骨梁を図1に基づいて説明する。なお、図1において、従来例を示した図13~図16と同一部分には同一の符号を付している。
本実施の形態に係る床スラブ付鉄骨梁1は、図1に示すように、両端部が柱3に剛接合されると共に、鉄骨梁の上フランジ7に接合部材としての頭付きスタッド13を介して鉄筋コンクリートからなる床スラブ11が接合され、かつ床スラブ11が梁材軸直交方向の一方側に連続し、他方側には連続することなく縁部となっている床スラブ付鉄骨梁である。
そして、本実施の形態に係る床スラブ付鉄骨梁1は、梁端から梁長さLの少なくとも2割の範囲(0.2L)に配置される頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが下式(1)を満たすことを特徴とするものである。
ΣsAc≧1.2×bbAc ・・・(1)
但し、bAc:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における頭付きスタッド1本当りの引抜時の有効投影面積
bN:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における、地震荷重時の荷重条件で完全合成梁として必要とされる頭付きスタッドの本数のうち、(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲と同じ範囲に必要とされる頭付きスタッドの本数
頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが式(1)を満たすようにした理由は以下の通りである。
一般的な床スラブ付鉄骨梁は、床スラブ11が梁材軸直交方向の一方側にのみ連続している場合と、床スラブ11が梁材軸直交方向の両側に連続している場合とで、床スラブ11を接合するための頭付きスタッド13の数や形状は同じである。
しかしながら、鉄骨梁に横座屈が生じると、頭付きスタッド13に鉄骨梁の上フランジ7を支点として引抜力が作用し、引抜時の頭付きスタッド13の耐力にはコンクリートの強度とひび割れ投影線で囲まれた面積とが影響する。そして、前述したように、床スラブ11が梁材軸直交方向の一方側にのみ連続している場合には、頭付きスタッド13と床縁までの距離が短い場合は床スラブ下面のひび割れ投影線で囲まれた面積が減少するため、頭付きスタッド13の引抜時の耐力が低下する。なお、ひび割れ投影線で囲まれた面積を有効投影面積という。
したがって、この減少面積分を補えるように、頭付きスタッド13の形状や本数を調整する必要がある。このような観点からは、引抜耐力をアンカー等において引抜耐力を規定するこの投影面積で評価するとすれば、この投影面積を鉄骨梁の上フランジ7上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブ11が頭付きスタッド13を介して接合されている場合における頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積に設定すればよいと言える。
しかしながら、発明者の知見によれば、45度方向のひび割れ投影線が円状になるよう床縁と頭付きスタッド13間の距離が確保されている場合、すなわち投影面積が梁材軸直交方向の両側に床スラブ11が接合されている場合と同等に確保しても、ひび割れ投影線と床縁が近い場合に耐力がやや低くなることが確認されている。
そこで、発明者は、この点について検討し、頭付きスタッド13がコンクリートから抜け出す際のコンクリートに起因するバラツキによるものであると考え、このバラツキがどの程度あるかについて引抜実験を行って確認した。図2は引抜実験に用いた2種類の試験体の構造の説明図であり、図3は試験体に用いた2種類(Aタイプ(図3(a))、Bタイプ(図3(b)))の頭付きスタッド13の説明図である。図2において、21は鋼板、23は異形鉄筋、13は頭付きスタッド、25はコンクリートである。なお、試験体は頭付きスタッド13の引抜荷重を調べるためのものであるため、頭付きスタッド13と対向する側の鋼板21がコンクリート25と離れないようにする必要から、鋼板21とコンクリート25とを強固に付着させるために複数の異形鉄筋23を設けている。
引抜試験の結果を表1に示す。
Figure 0007196886000005
表1には、試験体1~4のそれぞれについて、引抜荷重の「計算値」及び「実験値」、「実験値と計算値の差(実験値/計算値)」を記載している。なお、表1の試験体1は、図2(a)の構造で図3(a)のAタイプの頭付きスタッド、試験体2は図2(b)の構造で図3(a)のAタイプの頭付きスタッド、試験体3は図2(a)の構造で図3(b)のBタイプの頭付きスタッド、試験体4は図2(b)の構造で図3(b)のBタイプの頭付きスタッドをそれぞれ組み合わせたものである。
また、「実験値と計算値の差(実験値/計算値)」を記載しているのは、試験体の形状(鋼板や頭付きスタッドの形状)の違いを捨象するためである。
表1における「実験値と計算値の差(実験値/計算値)」を見ると、最小値は試験体1の1.31で、最大値は試験体3の1.50である。したがって、最大値は最小値の(1.50/1.31=)1.15倍であることが分かる。よって、バラツキを考慮すると、引抜荷重としては最小値の1.2倍を確保しておくことで安全であることが分かる。
以上の検討から、(1)式では、頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcを、鉄骨梁の上フランジ7上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブ11が頭付きスタッド13を介して接合されている床スラブ付鉄骨梁1における頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積(=bbAc)の1.2倍以上とした。
なお、頭付きスタッド13の配置は、図1に示すように、梁軸線方向に直線状に一列に配置することに限られず、例えば図4に示すような千鳥配置や、鉄骨梁の上フランジ7幅方向に2列(あるいはそれ以上の列)配置するようにしてもよい。
また、頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積を増やす方法としては、頭付きスタッド13の数を増加させることに限られず、頭付きスタッド13の高さを高くしたり、頭付きスタッド13の頭部径を大きくするなどの形状を工夫するようにしてもよい。
なお、頭付きスタッド13の配置が(1)式を満たすようにするのは、梁端から梁長さの少なくとも2割の範囲であるが、この範囲を上記のように規定したのは、後述の実施例で実証しているように、梁端から梁長さの2割の位置が構面外変位が最も大きくなるため、この位置での頭付きスタッド13の抜け出しを防止する必要があるからである。
以上のように、本実施の形態の床スラブ付鉄骨梁1においては、梁端から梁長さの少なくとも2割の範囲に配置される頭付きスタッド13の引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが(1)式を満たすようにしたので、梁材軸直交方向の一方側のみに床スラブ11がついている場合であるにも拘わらず、床スラブ11による梁のねじれ変形の拘束効果を保持することができる。
なお、(1)式を満たすように頭付きスタッド13が配置された範囲以外の範囲に設ける頭付きスタッド13の本数は、鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における、地震荷重時の荷重条件で完全合成梁として必要とされる頭付きスタッドの本数のうち、(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲以外の範囲に必要とされる頭付きスタッドの本数としてもよいし、あるいはそれ以上としてもよい。
[実施の形態2]
実施の形態1では、頭付きスタッド13の抜け出し防止を主眼としたものであった。これは、例えば鉄骨梁の上フランジ7のフランジ幅が広く、頭付きスタッド13から床スラブ11の縁までの距離が十分に確保されている場合を想定している。
しかし、頭付きスタッド13から床スラブ11の縁までの距離が短いと、横座屈により鉄骨梁が材軸直交水平方向に変位した場合、前述した図16に示すように、梁材軸直交水平方向から約45度の方向にひび割れ17が生じ(図16(b)、(c)参照)、このひび割れ17は床縁側面で半円状に投影される(図16(a)参照)。
このようなひび割れが生ずると、頭付きスタッド13のせん断耐力が低下する恐れがある。
そこで、本実施の形態2では、耐力低下により頭付きスタッド13の梁材軸直交方向せん断耐力が、鉄骨梁の両側に床スラブ11が付いている完全合成梁より低くなる場合は、その耐力低下分を補えるだけの補強鉄筋27を梁材軸直交方向に配置するようにしたものである。
具体的には、本実施の形態の床スラブ付鉄骨梁28は、実施の形態1の頭付きスタッド13の配置を前提とし、図6に示すように、(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋27を2段以上で配設し、各段における補強鉄筋27の断面積の合計ΣsArが下式(2)を満たすことを特徴とするものである。
Figure 0007196886000006
ここで、
sca :頭付きスタッドの軸部断面積
Fc :コンクリート強度
Ec :コンクリートのヤング係数
sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
rσy :補強鉄筋の降伏応力
sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
なお、(2)式におけるカッコ()内の1項目は、鉄骨梁の両側に床スラブ11が付いている完全合成梁の場合の、頭付きスタッド13のせん断耐力を示している。
また、sQsは、本実施の形態の床スラブ付き鉄骨梁のように、梁材軸直交方向の一方側のみに床スラブ11がついている場合の頭付きスタッド13の破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッド13のせん断耐力であり、(3)式によって与えられる。
なお、(3)式は、sQsをカッコ{}内の1項目と、2項目の小さい方で与えるというものであるが、1項目の意味は、頭付きスタッド13の周囲にコンクリートが十分に存在し、頭付きスタッド13のせん断耐力が頭付きスタッド13の破断時の耐力によって与えられる場合であり、2項目の意味は、頭付きスタッド13の周囲のコンクリート量が少なく、頭付きスタッド13のせん断耐力がコンクリートの破壊時の耐力によって与えられる場合である。
本実施の形態では、補強鉄筋27を2段で配筋しているが、この理由は以下の通りである。
補強鉄筋27は頭付きスタッド13のせん断耐力の補強用であるが、床スラブ11がねじれにより大きくひび割れる場合は頭付きスタッド13のせん断耐力がさらに低下する恐れもある。そこで、ねじれによるひび割れを防止して補強するために2段で配筋している。
本実施の形態によれば、頭付きスタッド13から床スラブ11の縁部までの距離が短い場合であっても、頭付きスタッド13のせん断耐力低下を防止して、床スラブ11による梁のねじれ変形の拘束効果を保持することができる。
なお、図6に示す例は、床スラブ11が鉄筋コンクリート床スラブの場合であったが、床スラブ11が、図7に示すようなデッキプレート29を用いた合成デッキ床スラブの場合には、デッキプレート29と床スラブ11の付着が期待でき、この付着の効果で床下面に生じるねじれによるひび割れ防止効果を期待できるため、補強鉄筋27は上述の2段内の上側のみの1段にすることができる。
本発明の効果を確認するために試験体を用いた床スラブ付き鉄骨梁の曲げ実験を実施したので、以下説明する。
試験体は、図8~図10に示す3体(No.1~3)であり、いずれの試験体も所定の間隔を離して立設された一対の柱体31と、両端が一対の柱体31に剛接合された大梁33と、各柱体31における大梁材軸直交方向の両側に接合された4本の直交梁35と、鉄筋37が格子状に配筋された鉄筋コンクリートからなり大梁33及び直交梁35に接合された床スラブ39によって構成されている。
試験体No.1は、図8に示すように、大梁33の梁材軸直交方向の両側に床スラブ39が付いており、頭付きスタッド13の本数は完全合成梁として機能するのに必要な最小数に設定されている。
試験体No.2は、図9に示すように、大梁33の梁材軸直交方向の一方側にのみ床スラブ39が付いており、頭付きスタッド13本数は試験体No.1と同様に完全合成梁として機能するのに必要な最小数に設定され、補強鉄筋27を1段のみ配筋したものであり、比較例に相当する。
試験体No.3は、図10に示すように、梁材軸直交方向の一方側にのみ床スラブ39が付いている点は試験体No.2と同様であるが、梁端の柱面から梁材長の2割の範囲において、前記(1)式、(2)式に従って頭付きスタッド13本数を増加し、梁材軸直交方向に補強鉄筋27を2段で配筋したものであり、発明例に相当するものである。
試験体の梁はいずれも規格降伏強度385N/mm2の鋼材を用い、床スラブ39のコンクリートはいずれも設計強度21N/mm2の普通コンクリートである。
大梁33、直交梁35の仕様を表2に、コンクリート床、頭付きスタッド13及び補強鉄筋27の仕様を表3にそれぞれ示す。
Figure 0007196886000007
Figure 0007196886000008
試験は、図11に示すように、各試験体の柱体31の下端を架台41に、上端を載荷梁43にそれぞれピン結合し、載荷梁43を油圧ジャッキ45によって水平方向に層間変形角で制御して移動させ、繰返し載荷を与えた後に押し切る形式とした。
図12は、各試験体の最大耐力時の大梁下フランジの構面外変位分布を示すものであり、縦軸が構面外変位[mm]、横軸が梁材軸方向位置[mm]を示している。図12に示されるように、いずれの試験体でも変位のピークは梁端から大梁長さの2割の位置以下となっており、このことから頭付きスタッド13や補強鉄筋27による補強の範囲は梁端から梁全長の少なくとも2割を行うことが有効であることが分かる。なお、本発明では補強の範囲を梁全長の2割を越える場合を排除するものではないが、この実験結果からすれば、梁端から2割の範囲を補強すれば効果が得られるとも言える。
表4に他の試験結果を示す。
Figure 0007196886000009
表4には各試験体の塑性変形能力の指標となる最大耐力時の塑性変形倍率を記載しているが、これを見ると、比較例である試験体No.2では他試験体に比べて値が低く、変形能力が小さいことが分かる。他方、発明例である試験体No.3は、試験体No.2と同様に大梁33の一方側にのみ床スラブ39が付いている仕様にもかかわらず、大梁33の両側に床スラブ39が付いている試験体No.1と同等以上の変形能力を有していることが分かる。
これによって、本発明の頭付きスタッド13及び補強鉄筋27の配設形態を施すことの効果が実証された。
1 床スラブ付鉄骨梁(実施の形態1)
3 柱
5 ダイアフラム
7 上フランジ
9 鉄筋
11 床スラブ
13 頭付きスタッド
15 デッキプレート
17 ひび割れ
19 ひび割れ
21 鋼板
23 異形鉄筋
25 コンクリート
27 補強鉄筋
28 床スラブ付鉄骨梁(実施の形態2)
29 デッキプレート
31 柱体
33 大梁
35 直交梁
37 鉄筋
39 床スラブ
41 架台
43 載荷梁
45 油圧ジャッキ
100 床スラブ付鉄骨梁(従来例)

Claims (4)

  1. 両端部が柱に剛接合されると共に、鉄骨梁の上フランジに接合部材としての頭付きスタッドを介して床スラブが接合され、かつ前記床スラブが梁材軸直交方向の一方側に連続し、他方側には連続することなく縁部となっている床スラブ付鉄骨梁であって、
    梁端から梁長さの少なくとも2割の範囲(梁全長を範囲とするものは除く)に配置される前記頭付きスタッドの引抜時の有効投影面積の合計ΣsAcが下式(1)を満たし、前記範囲外に配置される前記頭付きスタッドは、前記鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における、地震荷重時の荷重条件で完全合成梁として必要とされる頭付きスタッドの本数のうち前記範囲外の範囲に必要とされる本数以上で、かつ下式(1)を満たす梁端から少なくとも2割の範囲に配置される頭付きスタッドのピッチより大きなピッチで配置されていることを特徴とする床スラブ付鉄骨梁。
    ΣsAc≧1.2×bbAc ・・・(1)
    但し、bAc:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における頭付きスタッド1本当りの引抜時の有効投影面積
    bN:鉄骨梁の上フランジ上部において梁材軸直交方向の両側に床スラブが頭付きスタッドを介して接合されている床スラブ付鉄骨梁における、地震荷重時の荷重条件で完全合成梁として必要とされる頭付きスタッドの本数のうち、(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲と同じ範囲に必要とされる頭付きスタッドの本数
  2. (1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を配設していることを特徴とする請求項1に記載の床スラブ付鉄骨梁。
  3. 前記床スラブが鉄筋コンクリート床スラブであって、かつ(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を2段以上で配設し、各段における補強鉄筋の断面積の合計ΣsArが下式(2)を満たすことを特徴とする請求項2記載の床スラブ付鉄骨梁。
    Figure 0007196886000010
    ここで、
    sca :頭付きスタッドの軸部断面積
    Fc :コンクリート強度
    Ec :コンクリートのヤング係数
    sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
    rσy :補強鉄筋の降伏応力
    sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
    Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
  4. 前記床スラブが合成デッキ床スラブであって、かつ(1)式を満たすように頭付きスタッドが配置された範囲において、梁材軸直交方向に補強鉄筋を1段で配設し、該補強鉄筋の断面積の合計ΣsArが下式(2)を満たすことを特徴とする請求項2記載の床スラブ付鉄骨梁。
    Figure 0007196886000011
    ここで、
    sca :頭付きスタッドの軸部断面積
    Fc :コンクリート強度
    Ec :コンクリートのヤング係数
    sQs :頭付きスタッドの破断又はコンクリートの破壊によって決まる頭付きスタッドのせん断耐力
    rσy :補強鉄筋の降伏応力
    sN :(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの本数
    Aqc :頭付きスタッドが抜け出る際のせん断力に対する(1)式を満たすように配置された頭付きスタッドの有効投影面積
JP2020153527A 2017-06-02 2020-09-14 床スラブ付鉄骨梁 Active JP7196886B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017109921 2017-06-02
JP2017109921 2017-06-02

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018102019A Division JP6813002B2 (ja) 2017-06-02 2018-05-29 床スラブ付鉄骨梁およびその設計方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2020200759A JP2020200759A (ja) 2020-12-17
JP2020200759A5 JP2020200759A5 (ja) 2021-07-26
JP7196886B2 true JP7196886B2 (ja) 2022-12-27

Family

ID=64955351

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018102019A Active JP6813002B2 (ja) 2017-06-02 2018-05-29 床スラブ付鉄骨梁およびその設計方法
JP2020153527A Active JP7196886B2 (ja) 2017-06-02 2020-09-14 床スラブ付鉄骨梁

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018102019A Active JP6813002B2 (ja) 2017-06-02 2018-05-29 床スラブ付鉄骨梁およびその設計方法

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6813002B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7314030B2 (ja) * 2019-11-26 2023-07-25 Jfeスチール株式会社 開口を有する床スラブ付き鉄骨梁およびその補強方法
JP7366782B2 (ja) * 2020-02-05 2023-10-23 株式会社熊谷組 床構造
CN114453840B (zh) * 2022-02-18 2023-05-23 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 一种楼板层连接结构的加工方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000192546A (ja) 1998-12-24 2000-07-11 Kumagai Gumi Co Ltd 柱および梁の接合部の構造
US20050246988A1 (en) 2002-03-12 2005-11-10 Mark Patrick Connector assembly
JP2012177236A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 鋼板コンクリート構造
JP2012178009A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法
JP2015021284A (ja) 2013-07-19 2015-02-02 新日鐵住金株式会社 鉄骨梁の補剛構造
JP2015068001A (ja) 2013-09-27 2015-04-13 川田工業株式会社 鉄骨梁の仕口構造
JP2016023440A (ja) 2014-07-17 2016-02-08 新日鐵住金株式会社 鉄骨梁

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000192546A (ja) 1998-12-24 2000-07-11 Kumagai Gumi Co Ltd 柱および梁の接合部の構造
US20050246988A1 (en) 2002-03-12 2005-11-10 Mark Patrick Connector assembly
JP2012177236A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 鋼板コンクリート構造
JP2012178009A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法
JP2015021284A (ja) 2013-07-19 2015-02-02 新日鐵住金株式会社 鉄骨梁の補剛構造
JP2015068001A (ja) 2013-09-27 2015-04-13 川田工業株式会社 鉄骨梁の仕口構造
JP2016023440A (ja) 2014-07-17 2016-02-08 新日鐵住金株式会社 鉄骨梁

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
各種合成構造設計指針・同解説,1985年02月15日,236-247頁
吉敷 祥一(他1名),梁端塑性変形量と床スラブの損傷状況に関する考察,日本建築学会関東支部 2007年度 研究発表会 研究報告集,2008年02月28日,229-232頁
大臣認定・無被覆耐火構造床 合成スラブの設計・施工マニュアル,2002年12月,16-31頁
宇佐見 徹(他2名),22423 スラブ付き鉄骨梁の横座屈挙動 その14 スタッドの影響,日本建築学会大会学術講演梗概集(東海) 2012年度大会,2012年09月,845-846頁
宇佐見 徹(他3名),スラブ付き鉄骨梁の横座屈挙動 その1 実験概要,2007年度大会(九州)学術講演会プログラム,2007年07月31日,635-636頁

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018204425A (ja) 2018-12-27
JP2020200759A (ja) 2020-12-17
JP6813002B2 (ja) 2021-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7196886B2 (ja) 床スラブ付鉄骨梁
JP2019199761A (ja) Rc柱状構造物の塑性ヒンジ構造及びrc柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法
JP2011001792A (ja) ラーメン骨組の柱梁接合部構造および圧延h形鋼
JP4819605B2 (ja) 端部と中央部とで強度の異なる緊張材を用いたプレキャストプレストレストコンクリート梁
JP5996883B2 (ja) 複合梁を備える建物
JP6065690B2 (ja) 梁端部の接合構造
JP4829384B1 (ja) 矩形金属平板の四隅補強構造
JP6128058B2 (ja) 梁端部の接合構造
JP7335540B1 (ja) 接合構造
JP6996544B2 (ja) 既存構造物の耐震改修方法
JP2011190635A (ja) 長方形金属平板の角管補強構造
JP2009185532A (ja) 異形鉄線溶接金網による重ね継手・定着工法
JP2012057311A (ja) 鉄筋コンクリート梁の設計方法及び鉄筋コンクリート梁
JP7234084B2 (ja) 床スラブ付き鉄骨梁およびその補強方法
JP7067870B2 (ja) 床構造
JP6513754B2 (ja) 鉄筋コンクリート壁柱の補強構造
JP3938718B2 (ja) 鉄筋コンクリート梁の構造
JP7482803B2 (ja) 柱梁架構
JP6936033B2 (ja) 床構造の開口幅設定方法および床構造
JP6768358B2 (ja) スラブ構造
JP6681709B2 (ja) 鉄骨梁の補剛構造
JP7207056B2 (ja) 圧延h形鋼及び合成梁
JP7335143B2 (ja) 段差を有する床スラブ付き鉄骨梁
JP7397752B2 (ja) コンクリート部材構造
JP2012215063A (ja) 柱梁接合部の補強構造

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210524

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210524

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220712

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221128

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7196886

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150