特許 7507026 鉄骨有孔梁の補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-19

(45)【発行日】2024-06-27

(54)【発明の名称】鉄骨有孔梁の補強構造

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/08 20060101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

E04C3/08

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020125710

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021854

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小田島 暢之

(72)【発明者】

【氏名】牛渡 ふみ

(72)【発明者】

【氏名】岡村 祥子

(72)【発明者】

【氏名】田仲 秀典

【審査官】土屋 保光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０２００９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２０１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００４２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１５４４９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｃ ３／００ － ３／４６

Ｅ０４Ｂ １／６２ － １／９９

Ｅ０１Ｄ １９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形状の貫通孔が形成されたウェブと、前記ウェブの上側の上フランジと、前記ウェブの下側の下フランジと、を有する鉄骨梁と、
前記貫通孔の上側で、前記ウェブと前記上フランジとに接合された上補強プレートと、
前記貫通孔の下側で、前記ウェブと前記下フランジとに接合された下補強プレートと、
前記貫通孔の左右両側で、矩形状の前記貫通孔の辺に沿って上下方向に延びている一対の縦スチフナと、
を備え、
前記上補強プレート、前記下補強プレート、及び一対の前記縦スチフナは、前記ウェブの同じ面に設けられる、
鉄骨有孔梁の補強構造。

【請求項2】

前記縦スチフナは、前記ウェブ、前記上フランジ、前記下フランジ、前記上補強プレート、及び前記下補強プレートに接合されている、
請求項１に記載の鉄骨有孔梁の補強構造。

【請求項3】

前記貫通孔内に配置されるとともに前記貫通孔の角部に沿って屈曲され、前記角部に接合される屈曲部を有する屈曲プレートを備える、
請求項１又は請求項２に記載の鉄骨有孔梁の補強構造。

【請求項4】

前記ウェブ、前記上フランジ、及び前記上補強プレートによって形成されている開口、及び前記ウェブ、前記下フランジ、及び前記下補強プレートによって形成されている他の開口は、前記縦スチフナによって塞がれている、
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の鉄骨有孔梁の補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄骨有孔梁の補強構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェブに貫通孔が形成された鉄骨有孔梁の補強構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された補強構造では、例えば、貫通孔の上下に補強プレートがそれぞれ設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－０８１４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ウェブに矩形状の貫通孔が形成された鉄骨梁を特許文献１に開示された補強構造によって補強する場合、補強効率が低下する可能性があるため、この点で改善の余地がある。

【0005】

本発明は、上記の事実を考慮し、矩形状の貫通孔が形成されたウェブの座屈等を抑制し、鉄骨梁の耐力を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造は、矩形状の貫通孔が形成されたウェブと、前記ウェブの上側の上フランジと、前記ウェブの下側の下フランジと、を有する鉄骨梁と、前記貫通孔の上側で、前記ウェブと前記上フランジとに接合された上補強プレートと、前記貫通孔の下側で、前記ウェブと前記下フランジとに接合された下補強プレートと、前記貫通孔の左右両側で、矩形状の前記貫通孔の辺に沿って上下方向に延びている一対の縦スチフナと、を備える。

【0007】

第１態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造によれば、鉄骨梁は、矩形状の貫通孔が形成されたウェブと、ウェブの上側の上フランジと、ウェブの下側の下フランジと、を有する。また、上補強プレートは、貫通孔の上側で、ウェブと上フランジとに接合される。一方、下補強プレートは、貫通孔の下側で、ウェブと下フランジとに接合される。さらに、一対の縦スチフナは、貫通孔の左右両側で、矩形状の貫通孔の辺に沿って上下方向に延びている。この一対の縦スチフナによって、貫通孔の左右両側のウェブが補強される。

【0008】

ここで、鉄骨梁のウェブに矩形状の貫通孔を形成した場合、貫通孔の左右両側において、ウェブに座屈等が発生し易くなる。

【0009】

これに対して本発明では、前述したように、一対の縦スチフナによって貫通孔の左右両側のウェブが補強される。これにより、貫通孔の左右両側におけるウェブの座屈等が抑制される。したがって、ウェブに矩形状の貫通孔が形成された鉄骨梁を効率的に補強することができる。

【0010】

第２態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造は、第１態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造において、前記縦スチフナは、前記ウェブ、前記上フランジ、前記下フランジ、前記上補強プレート、及び前記下補強プレートに接合されている。

【0011】

第２態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造によれば、縦スチフナは、ウェブ、上フランジ、下フランジ、上補強プレート、及び下補強プレートに接合される。これにより、地震時に、貫通孔の左右両側のウェブに作用するせん断力が、縦スチフナを介して上フランジ、下フランジ、上補強プレート、及び下補強プレートに伝達される。したがって、貫通孔の左右両側におけるウェブの座屈等がさらに抑制される。

【0012】

また、縦スチフナと上補強プレート及び下補強プレートとを接合することにより、縦スチフナ、上補強プレート、及び下補強プレートの座屈等も抑制される。

【0013】

第３態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造は、第１態様又は第２態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造において、前記貫通孔内に配置されるとともに前記貫通孔の角部に沿って屈曲され、前記角部に接合される屈曲部を有する屈曲プレートを備える。

【0014】

第３態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造によれば、屈曲プレートは、貫通孔内に配置されるとともに貫通孔の角部に沿って屈曲された屈曲部を有する。この屈曲部を角部に接合することにより、鉄骨梁のせん断耐力および曲げ耐力を向上させる。

【0015】

第４態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造は、第１態様～第３態様の何れか１つに係る鉄骨有孔梁の補強構造において、前記ウェブ、前記上フランジ、及び前記上補強プレートによって形成されている開口、及び前記ウェブ、前記下フランジ、及び前記下補強プレートによって形成されている他の開口は、前記縦スチフナによって塞がれている。

【0016】

第４態様に係る鉄骨有孔梁の補強構造によれば、ウェブ、上フランジ、及び上補強プレートによって形成されている開口は、縦スチフナによって塞がれている。これにより、例えば、火災時に開口内に火が入り、上補強プレートの内面が直接火に晒されることが抑制される。

【0017】

また、縦スチフナによって開口を塞いだ状態で、縦スチフナを耐火被覆することにより、火災時に開口内に火が入ることがより確実に抑制される。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように、本発明に係る鉄骨有孔梁の補強構造によれば、矩形状の貫通孔が形成された鉄骨梁のせん断耐力および曲げ耐力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第一実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造が適用された鉄骨梁を示す斜視図である。

【図2】図１に示される鉄骨梁の立面図である。

【図3】図２のＦ３－Ｆ３線断面図である。

【図4】第一実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造の変形例が適用された鉄骨梁を示す立面図である。

【図5】実施例に係る解析モデルを示す斜視図である。

【図6】実施例、及び比較例１，２に係る解析モデルの解析結果を示すグラフである。

【図7】実施例、変形例、比較例３に係る解析モデルの解析結果を示すグラフである。

【図8】第二実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造が適用された鉄骨梁を示す立面図である。

【図9】図８のＦ９－Ｆ９線断面図である。

【図10】第一実施形態、及び第二実施形態に係る解析モデルの解析結果を示すグラフである。

【図11】第二実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造の変形例が適用された鉄骨梁を示す立面図である。

【図12】図１１のＦ１２－Ｆ１２線断面図である。

【図13】（Ａ）及び（Ｂ）は、第一実施形態における下補強プレートの変形例を示す図３に対応する断面図である。

【図14】第一実施形態における貫通孔の変形例を示す図２に対応する立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第一実施形態）
先ず、第一実施形態について説明する。

【0021】

（鉄骨梁）
図１には、本実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造が適用された鉄骨梁１０が示されている。なお、各図に適宜示される矢印Ｘは、鉄骨梁１０の材軸方向（長手方向）を示し、矢印Ｙは、鉄骨梁１０の幅方向を示し、矢印Ｚは、鉄骨梁１０の上下方向（梁成方向）を示している。

【0022】

図１に示されるように、鉄骨梁（鉄骨有孔梁）１０は、Ｈ形鋼によって形成されており、図示しない一対の柱に架設されている。この鉄骨梁１０は、ウェブ１２と、ウェブ１２の上端部に設けられた上フランジ１４と、ウェブ１２の下端部に設けられた下フランジ１６とを有している。

【0023】

図２に示されるように、ウェブ１２には、当該ウェブ１２を厚み方向に貫通する貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、正面視にて、矩形状に形成されている。この貫通孔２０は、４つの角部２０Ｃを有している。また、貫通孔２０は、鉄骨梁１０の材軸方向に沿った上下の横辺（横縁）２０Ａと、鉄骨梁１０の上下方向に沿った左右の縦辺（縦縁）２０Ｂとを有している。この貫通孔２０には、例えば、ダクト２２等の断面矩形状の設備が挿入される。

【0024】

（上補強プレート、下補強プレート）
貫通孔２０の上側には、上補強プレート３０Ｕが設けられている。この上補強プレート３０Ｕは、貫通孔２０の上側で、ウェブ１２及び上フランジ１４に接合されている。一方、貫通孔２０の下側には、下補強プレート３０Ｌが設けられている。下補強プレート３０Ｌは、貫通孔２０の下側で、ウェブ１２及び下フランジ１６に接合されている。

【0025】

なお、上補強プレート３０Ｕと下補強プレート３０Ｌとは、貫通孔２０に対して上下対称に構成されている。そのため、以下では、下補強プレート３０Ｌの構成について説明し、上補強プレート３０Ｕの構成の説明は適宜省略する。

【0026】

下補強プレート３０Ｌは、例えば、フラットバー（平鋼板）によって形成されており、鉄骨梁１０の材軸方向に沿って配置されている。また、下補強プレート３０Ｌの長手方向両側の端部３０Ｅは、貫通孔２０の左右の縦辺２０Ｂよりも鉄骨梁１０の材軸方向の両側（外側）に配置されている。

【0027】

図３に示されるように、下補強プレート３０Ｌは、ウェブ１２の厚さ方向の両側に設けられている。この下補強プレート３０Ｌは、ウェブ１２と下フランジ１６とに亘るように、ウェブ１２及び下フランジ１６に対して傾斜している。

【0028】

下補強プレート３０Ｌの上端部は、貫通孔２０の下の横辺２０Ａに沿って配置され、ウェブ１２の表面に溶接されている。一方、下補強プレート３０Ｌの下端部は、下フランジ１６の上面に溶接されている。これにより、下補強プレート３０Ｌ、ウェブ１２、及び下フランジ１６によって、三角形状の閉断面４０が形成されている。また、下補強プレート３０Ｌの長手方向の両端には、閉断面４０の開口４０Ａ（図２参照）がそれぞれ形成されている。

【0029】

（縦スチフナ）
図２に示されるように、貫通孔２０の左右両側には、すなわち貫通孔２０に対する鉄骨梁１０の材軸方向の両側（外側）には、一対の縦スチフナ５０が設けられている。一対の縦スチフナ５０は、例えば、フラットバー（平鋼板）によって形成されており、厚み方向を鉄骨梁１０の材軸方向として配置されている。また、一対の縦スチフナ５０は、上下方向（鉄骨梁１０の梁成方向）に沿って配置されている。

【0030】

各縦スチフナ５０は、貫通孔２０の縦辺２０Ｂに沿って上下方向に延びている。ここで、「縦スチフナ５０が貫通孔２０の縦辺２０Ｂに沿って上下方向に延びている」とは、縦スチフナ５０が、貫通孔２０の縦辺２０Ｂに隣接する場合だけでなく、縦スチフナ５０が貫通孔２０の縦辺２０Ｂから離れた位置で上下方向に延びている場合も含む概念である。

【0031】

なお、本実施形態では、ウェブ１２に縦スチフナ５０を溶接（隅肉溶接）するために、貫通孔２０の縦辺２０Ｂから若干離れた位置に縦スチフナ５０が配置されている。

【0032】

一対の縦スチフナ５０は、上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌの長手方向の両側に配置されている。この縦スチフナ５０の長手方向に沿った端部は、ウェブ１２の表面に突き当てられた状態で溶接されている。

【0033】

各縦スチフナ５０は、上フランジ１４の下面と下フランジ１６の上面とに亘って配置されている。この縦スチフナ５０の上端部は、上フランジ１４の下面に突き当てられた状態で溶接されている。また、縦スチフナ５０の下端部は、下フランジ１６の上面に突き当てられた状態で溶接されている。

【0034】

縦スチフナ５０の上部は、上補強プレート３０Ｕの長手方向の端部３０Ｅ(端面)に突き当てられた状態で溶接されている。これにより、上補強プレート３０Ｕ、ウェブ１２、及び上フランジ１４によって形成された閉断面４０（図３参照）の開口４０Ａが、縦スチフナ５０の上部によって塞がれている。また、縦スチフナ５０と上補強プレート３０Ｕとを接合することにより、縦スチフナ５０と上補強プレート３０Ｕとの間で応力が伝達可能とされている。

【0035】

縦スチフナ５０の下部は、下補強プレート３０Ｌの長手方向の端部３０Ｅ（端面）に突き当てられた状態で溶接されている。これにより、下補強プレート３０Ｌ、ウェブ１２、下フランジ１６によって形成された閉断面４０（図３参照）の開口４０Ａが、縦スチフナ５０の下部によって塞がれている。また、縦スチフナ５０と上補強プレート３０Ｕとを接合することにより、縦スチフナ５０と下補強プレート３０Ｌとの間で応力が伝達可能とされている。

【0036】

（作用）
次に、第一実施形態の作用について説明する。

【0037】

図２に示されるように、本実施形態によれば、鉄骨梁１０のウェブ１２には、矩形状の貫通孔２０が形成されている。これにより、貫通孔２０に、断面矩形状のダクト２２等の設備を効率的に貫通させることができる。

【0038】

ここで、鉄骨梁１０のウェブ１２に矩形状の貫通孔２０を形成した場合、地震時に、貫通孔２０の上下両側及び左右両側において、ウェブ１２および上フランジ１４、下フランジ１６に座屈が発生し易くなる。

【0039】

これに対して本実施形態では、貫通孔２０の上側に上補強プレート３０Ｕが設けられ、貫通孔２０の下側に下補強プレート３０Ｌが設けられている。これらの上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌによって、貫通孔２０の上下両側のウェブ１２が補強（補剛）されている。したがって、地震時に、貫通孔２０の上下両側のウェブ１２、および上フランジ１４、下フランジ１６が座屈することが抑制される。

【0040】

また、貫通孔２０の左右両側には、一対の縦スチフナ５０が設けられている。この一対の縦スチフナ５０によって、貫通孔２０の左右両側のウェブ１２が補強（補剛）されている。したがって、地震時に、貫通孔２０の左右両側のウェブ１２が座屈することが抑制される。

【0041】

さらに、一対の縦スチフナ５０と、上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌとを接合することにより、これらの縦スチフナ５０、上補強プレート３０Ｕ、及び下補強プレート３０Ｌの座屈等も抑制される。したがって、地震時に、貫通孔２０の左右両側のウェブ１２が座屈することがさらに抑制される。

【0042】

また、上補強プレート３０Ｕは、ウェブ１２及び上フランジ１４で三角形状の閉断面４０を形成している。この閉断面４０の開口４０Ａは、上補強プレート３０Ｕの長手方向両側の端部３０Ｅにおいて、一対の縦スチフナ５０の上部によってそれぞれ塞がれている。これにより、例えば、火災時に開口４０Ａ内に火が入り、上補強プレート３０Ｕの内面が直接火に晒されることが抑制される。

【0043】

また、下補強プレート３０Ｌは、上補強プレート３０Ｕと同様に、ウェブ１２及び下フランジ１６とで三角形状の閉断面４０を形成している。この閉断面４０の開口４０Ａは、下補強プレート３０Ｌの長手方向両側の端部３０Ｅにおいて、一対の縦スチフナ５０の下部によってそれぞれ塞がれている。これにより、例えば、火災時に開口４０Ａ内に火が入り、下補強プレート３０Ｌの内面が直接火に晒されることが抑制される。

【0044】

また、上補強プレート３０Ｕ、下補強プレート３０Ｌ、及び一対の縦スチフナ５０を耐火被覆することにより、火災時に、上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌの長手方向両側の端部３０Ｅの開口４０Ａ内に火が入ることをより確実に抑制することができる。したがって、鉄骨梁１０の耐火性能が向上する。

【0045】

（第一実施形態の変形例）
次に、第一実施形態の変形例について説明する。

【0046】

図４に示される変形例では、貫通孔２０の上側に上補強プレート６０Ｕが設けられ、貫通孔２０の下側に下補強プレート６０Ｌが設けられている。

【0047】

なお、上補強プレート６０Ｕと下補強プレート６０Ｌとは、貫通孔２０に対して上下対称に構成されている。そのため、以下では、下補強プレート６０Ｌの構成について説明し、上補強プレート６０Ｕの構成の説明は適宜省略する。また、本変形例では、貫通孔２０の横幅が、上記第一実施形態の貫通孔２０（図２参照）の横幅よりも広くされている。

【0048】

下補強プレート６０Ｌは、内側プレート部６２と、一対の外側プレート部６４とを有している。内側プレート部６２、及び一対の外側プレート部６４は、例えば、フラットバーによってそれぞれ形成されている。また、内側プレート部６２は、一対の縦スチフナ５０の内側に配置されている。一方、一対の外側プレート部６４は、一対の縦スチフナ５０の外側に配置されている。

【0049】

内側プレート部６２、及び一対の外側プレート部６４は、ウェブ１２と下フランジ１６とに亘るように、ウェブ１２及び下フランジ１６に対して傾斜しており、ウェブ１２及び下フランジ１６に溶接されている。

【0050】

内側プレート部６２の長手方向の両端部は、一対の縦スチフナ５０に突き当てられた状態で溶接されている。また、一対の外側プレート部６４の長手方向の一端部は、一対の縦スチフナ５０に突き当てられた状態で溶接されている。これらの内側プレート部６２と一対の外側プレート部６４とは、一対の縦スチフナ５０を介して、鉄骨梁１０の材軸方向に連続するように接合されている。

【0051】

このように一対の縦スチフナ５０の外側に一対の外側プレート部６４を設けることも可能である。

【0052】

なお、本変形例では、内側プレート部６２及び一対の外側プレート部６４が、別々のフラットバーによって形成されている。しかし、内側プレート部６２及び一対の外側プレート部６４は、例えば、１本のフラットバーによって形成されても良い。この場合、下補強プレート６０Ｌの傾斜角度に応じて斜めにカットされた縦スチフナ５０の下端側を、下補強プレート６０Ｌの表面に突き当てた状態で溶接しても良い。

【0053】

（実施例の応力解析）
次に、第一実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造の応力解析について説明する。

【0054】

＜解析モデル＞
本解析では、実施例に係る鉄骨梁１０の解析モデルＭを応力解析した。実施例に係る解析モデルＭには、図５に示されるように、上記第一実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造が適用されている。なお、実施例に係る解析モデルＭにおいて、上記第一実施形態に係る鉄骨梁１０の構成要素と対応する要素には同符号を付している。

【0055】

また、本解析では、比較例１，２に係る鉄骨梁の解析モデルを応力解析した。図示を省略するが、比較例１に係る解析モデルは、鉄骨梁のウェブに矩形状の貫通孔が形成されるものの、上補強プレート、下補強プレート、及び一対の縦スチフナが設けられていない。また、比較例２に係る解析モデルは、鉄骨梁のウェブに貫通孔が形成されておらず、また、上補強プレート、下補強プレート、及び一対の縦スチフナも設けられていない。

【0056】

＜解析方法＞
実施例に係る解析モデルＭについて、鉄骨梁１０の貫通孔２０側の一端を固定として鉄骨梁１０の他端に上向きの荷重Ｐを付加した場合に鉄骨梁１０に作用する応力を有限要素法により解析し、解析モデルＭの変形角（部材角）とせん断力との関係を求めた。これと同様の方法により、比較例１，２に係る解析モデルについても、解析モデルの変形角とせん断力との関係を求めた。

【0057】

＜解析結果＞
図６には、実施例に係る解析モデルＭ、及び比較例１，２に係る解析モデルの解析結果示されている。図６から分かるように、実施例に係る解析モデルＭは、貫通孔が形成された比較例１に係る解析モデルよりも耐力が大きくなった。さらに、実施例に係る解析モデルＭは、貫通孔が形成されていない比較例１に係る解析モデルよりも耐力が大きくなった。このことから、上記第一実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造の有効性が確認された。

【0058】

（変形例の応力解析）
次に、変形例に係る鉄骨有孔梁の補強構造の応力解析について説明する。

【0059】

＜解析モデル＞
本解析では、変形例に係る鉄骨梁１０の解析モデルを応力解析した。なお、変形例に係る解析モデルは、図４に示される鉄骨梁１０、上補強プレート６０Ｕ、下補強プレート６０Ｌ、及び一対の縦スチフナ５０をモデル化したものである。

【0060】

また、本解析では、実施例に係る鉄骨梁の解析モデルを応力解析した。図示を省略するが、実施例に係る解析モデルは、図４に示される上補強プレート６０Ｕ及び下補強プレート６０Ｌから一対の外側プレート部６４をそれぞれ省略したモデルである。

【0061】

また、本解析では、比較例３に係る鉄骨梁の解析モデルを応力解析した。図示を省略するが、比較例３に係る解析モデルは、図４に示される鉄骨梁１０から上補強プレート６０Ｕ、下補強プレート６０Ｌ、及び一対の縦スチフナ５０を省略したモデルである。

【0062】

＜解析方法＞
前述した第一実施形態に係る応力解析と同様の方法により、変形例、実施例、及び変形例３に係る解析モデルについて、解析モデルの変形角とせん断力との関係を求めた。

【0063】

＜解析結果＞
図７には、変形例、実施例、及び比較例３に係る解析モデルの解析結果示されている。図７から分かるように、変形例に係る解析モデルは、貫通孔が形成された比較例３に係る解析モデルよりも耐力が大きくなった。さらに、変形例に係る解析モデルは、実施例に係る解析モデルよりも耐力が若干大きくなった。このことから、上記変形例に係る鉄骨有孔梁の補強構造の有効性が確認された。

【0064】

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態において、第一実施形態と同じ構成の部材等には、同符号を付して説明を適宜省略する。

【0065】

図８及び図９に示されるように、第二実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造は、一対の屈曲プレート７０を備えている。一対の屈曲プレート７０は、例えば、Ｃ形鋼によって形成されており、貫通孔２０を貫通している。

【0066】

一対の屈曲プレート７０は、貫通孔２０内の左右両側に配置されている。この一対の屈曲プレート７０は、各々の開断面の開口側を鉄骨梁１０の材軸方向に対向させた状態で配置されている。なお、一対の屈曲プレート７０は、貫通孔２０の中心に対して左右対称に構成されている。

【0067】

屈曲プレート７０は、上下の横壁部７０Ａと、上下の横壁部７０Ａを接続する縦壁部７０Ｂとを有し、断面Ｃ字形状に形成されている。上下の横壁部７０Ａは、貫通孔２０の上下の横辺２０Ａに沿って配置されるとともに、当該横辺２０Ａにそれぞれ溶接されている。また、縦壁部７０Ｂは、貫通孔２０の縦辺２０Ｂに沿って配置されるとともに、当該縦辺２０Ｂに溶接されている。

【0068】

なお、上の横壁部７０Ａ及び縦壁部７０Ｂは、貫通孔２０の上の角部２０Ｃに沿って屈曲されるとともに、上の角部２０Ｃに溶接された屈曲部の一例である。また、下の横壁部７０Ａ及び縦壁部７０Ｂは、貫通孔２０の下の角部２０Ｃに沿って屈曲されるとともに、下の角部２０Ｃに接合された屈曲部の一例である。

【0069】

一対の屈曲プレート７０は、鉄骨梁１０の材軸方向に間隔を空けて配置されている。そのため、貫通孔２０の上下の横辺２０Ａの中央部は、屈曲プレート７０（横壁部）によって補強されていない。

【0070】

ここで、図８に示されるように、例えば、一対の屈曲プレート７０によって鉄骨梁１０をせん断補強する場合、一対の屈曲プレート７０の上下の横壁部７０Ａの長さＬは、貫通孔２０の縦幅をＨとすると、Ｈ／２以上が好ましい（Ｌ≧Ｈ／２）。

【0071】

また、例えば、一対の屈曲プレート７０によって鉄骨梁１０を曲げ補強する場合、一対の屈曲プレート７０の上下の横壁部７０Ａの長さＬは、貫通孔２０の横幅をＷとすると、Ｗ／３以上が好ましい（Ｌ≧Ｗ／３）。

【0072】

（作用）
次に、第二実施形態の作用について説明する。

【0073】

図８に示されるように、本実施形態によれば、一対の屈曲プレート７０は、縦壁部７０Ｂと、上下の横壁部７０Ａとを有している。縦壁部７０Ｂ及び上の横壁部７０Ａは、貫通孔２０の上の角部２０Ｃに沿って屈曲されるとともに、上の角部２０Ｃに溶接されている。また、縦壁部７０Ｂ及び下の横壁部７０Ａは、貫通孔２０の下の角部２０Ｃに沿って屈曲されるとともに、下の角部２０Ｃに溶接されている。この一対の屈曲プレート７０によって、貫通孔２０の各角部２０Ｃが補強されている。したがって、地震時に、せん断応力の流れを助けるとともに、有孔部のフィーレンディールに伴う付加曲げに対する補強となり、梁のせん断耐力および曲げ耐力を向上させる。

【0074】

また、一対の屈曲プレート７０は、鉄骨梁１０の材軸方向に間隔を空けて配置されている。そのため、貫通孔２０の上下の横辺２０Ａの中央部は、屈曲プレート７０（横壁部）によって補強されていない。これにより、本実施形態では、貫通孔２０の全周に亘って屈曲プレートを設ける場合と比較して、効率的に補強することができる。

【0075】

また、一対の屈曲プレート７０を、例えば、既製のＣ形鋼によって形成することにより、コストを削減することができる。

【0076】

（応力解析）
次に、第二実施形態に係る鉄骨有孔梁の補強構造の応力解析について説明する。

【0077】

＜解析モデル＞
本解析では、第二実施形態に係る鉄骨梁１０の解析モデルを応力解析した。なお、第二実施形態に係る解析モデルは、図８に示される鉄骨梁１０、上補強プレート６０Ｕ、下補強プレート６０Ｌ、一対の縦スチフナ５０、及び一対の屈曲プレート７０をモデル化したものである。

【0078】

また、本解析では、一対の屈曲プレート７０の効果を確認するために、第一実施形態に係る鉄骨梁の解析モデルを応力解析した。図示を省略するが、第一実施形態に係る解析モデルは、図８に示される鉄骨梁１０から一対の屈曲プレート７０を省略したモデルである。

【0079】

＜解析方法＞
第一実施形態及び第二実施形態に係る解析モデルについて、鉄骨梁１０の貫通孔２０側の一端を固定として鉄骨梁１０の他端に上向きの荷重Ｐを付加した場合に鉄骨梁１０に作用する応力を有限要素法により解析し、解析モデルのせん断耐力と曲げ耐力との関係を求めた（図１０参照）。

【0080】

＜解析結果＞
図１０には、第一実施形態及び第二実施形態に係る解析モデルの解析結果が示されている。図１０から分かるように、一対の屈曲プレート７０が設けられた第二実施形態に係る解析モデルは、一対の屈曲プレート７０がない第一実施形態に係る解析モデルよりもせん断耐力が大きくなった。このことから、一対の屈曲プレート７０の有効性が確認された。

【0081】

（第二実施形態の変形例）
次に、第二実施形態の変形例について説明する。

【0082】

図１１及び図１２に示される変形例では、貫通孔２０の４つの角部２０Ｃに、屈曲プレート８０がそれぞれ設けられている。各屈曲プレート８０は、例えば、Ｌ形鋼によって形成されており、貫通孔２０を貫通している。

【0083】

各屈曲プレート８０は、横壁部８０Ａ及び縦壁部８０Ｂを有し、断面Ｌ字形状に形成されている。横壁部８０Ａは、貫通孔２０の横辺２０Ａに沿って配置されるとともに、当該横辺２０Ａに溶接されている。また、縦壁部８０Ｂは、貫通孔２０の縦辺２０Ｂに沿って配置されるとともに、当該縦辺２０Ｂに溶接されている。

【0084】

なお、横壁部８０Ａ及び縦壁部８０Ｂは、貫通孔２０の角部２０Ｃに沿って屈曲されるとともに、当該角部２０Ｃに溶接された屈曲部の一例である。

【0085】

貫通孔２０の各角部２０Ｃに設けられた屈曲プレート８０は、鉄骨梁１０の材軸方向に間隔を空けて配置されるとともに、鉄骨梁１０の上下方向に間隔を空けて配置されている。これにより、貫通孔２０の上下の横辺２０Ａの中央部は、屈曲プレート８０によって補強されていない。また、貫通孔２０の左右の縦辺２０Ｂの中央部は、屈曲プレート８０によって補強されていない。

【0086】

このように貫通孔２０の４つの角部２０Ｃを屈曲プレート８０によってそれぞれ補強することも可能である。また、屈曲プレート８０を、例えば既製のＬ形鋼によって形成することにより、コストを削減することができる。

【0087】

（変形例）
次に、上記第一実施形態及び上記第二実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、上記第一実施形態を例に各種の変形例について説明するが、これらの変形例は、上記第二実施形態にも適宜適用可能である。

【0088】

上記第一実施形態では、下補強プレート３０Ｌが、フラットバーによって形成されている。しかし、例えば、図１３（Ａ）に示されるように、下補強プレート９０は、Ｌ形プレート（Ｌ形鋼）によって形成しても良い。また、例えば、図１３（Ｂ）に示されるように、下補強プレート９２は、円弧状に湾曲した湾曲プレートによって形成しても良い。また、図示を省略するが、上補強プレートも、Ｌ形プレートや湾曲プレートによって形成しても良い。

【0089】

また、上記第一実施形態では、一対の縦スチフナ５０が、上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌの長手方向両側の端部３０Ｅに接合されている。しかし、一対の縦スチフナ５０は、上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌの長手方向両側の端部３０Ｅに接合せずに、接触させても良い。また、一対の縦スチフナ５０は、上補強プレート３０Ｕ及び下補強プレート３０Ｌの長手方向両側の端部３０Ｅから離れた位置に配置しても良い。

【0090】

また、上記第一実施形態では、貫通孔２０にダクト２２が通されている。しかし、貫通孔２０に通す部材は、ダクト２２に限らず、適宜変更である。例えば、図１４に示される変形例では、貫通孔２０にケーブル等のラック２４が通されている。

【0091】

また、上記第一実施形態では、貫通孔２０が横長に形成されている。しかし、貫通孔は、縦長に形成しても良い。また、貫通孔２０の各角部２０Ｃには、丸み（アール）が付けられても良い。

【0092】

また、上記第一実施形態では、上補強プレート３０Ｕ、下補強プレート３０Ｌ、及び一対の縦スチフナ５０が鉄骨梁１０に溶接によって接合されている。しかし、上補強プレート３０Ｕ、下補強プレート３０Ｌ、及び一対の縦スチフナ５０は、鉄骨梁１０に接着剤等によって接合されても良い。

【0093】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0094】

１０ 鉄骨梁
１２ ウェブ
１４ 上フランジ
１６ 下フランジ
２０ 貫通孔
２０Ｂ 縦辺（貫通孔の辺）
２０Ｃ 角部
３０Ｌ 下補強プレート
３０Ｕ 上補強プレート
４０Ａ 開口
５０ 縦スチフナ
６０Ｌ 下補強プレート
６０Ｕ 上補強プレート
７０ 屈曲プレート
７０Ａ 横壁部（屈曲部）
７０Ｂ 縦壁部（屈曲部）
８０ 屈曲プレート
８０Ａ 横壁部（屈曲部）
８０Ｂ 縦壁部（屈曲部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】