JP7484878B2 - Steel frame structure, how to design steel frame structure - Google Patents
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Description
本発明は、鉄骨骨組み構造に関し、特に、H形鋼柱とH形鋼梁を梁通し型で構成する規格化された1方向鉄骨ラーメン架構の下層に、鋼管柱とH形鋼梁による2方向鉄骨ラーメン架構を配する鉄骨骨組み構造及びその設計方法に関する。 The present invention relates to a steel frame structure, and in particular to a steel frame structure in which a two-way steel frame rigid frame made of steel pipe columns and H-shaped steel beams is placed under a standardized one-way steel frame rigid frame made of H-shaped steel columns and H-shaped steel beams in a beam-through configuration, and a design method for the same.
鉄骨プレファブ住宅に代表される型式を規格化した鉄骨骨組み構造では、その範囲で間取りの自由度が高くなっているが、大空間を構成するにはシステム上の制約があり、他のシステムを混在させるとモジュールや外壁の納まりが不整合となり、実現が困難となる場合がある。 Standardized steel frame structures, such as steel prefabricated housing, allow for a high degree of freedom in floor plans within their scope, but there are system constraints when it comes to creating large spaces, and mixing other systems can lead to inconsistencies in the fit of modules and exterior walls, making it difficult to realize.
特許文献1では、H形鋼柱の強軸方向とH形鋼梁の長手方向とが平行になるように配置して剛接合した梁通し型の鉄骨1方向ラーメン構造が示されており、ラーメン構造で設計上の制約となる柱梁の配置をフレキシブルにするものである。
この梁通し型の鉄骨1方向ラーメン構造の具体例が特許文献2の図1および図2に示されており、外壁は、特許文献2に示す、下階の鉄骨梁Hに固定された下部取付部材3およびその上階の鉄骨梁Hに固定された上部取付部材4にわたって固定する。前記取付部材により、鉄骨梁の外壁側端面と外壁とは一定のクリアランスが確保されている(特許文献2図4参照)。
A specific example of this type of one-way steel frame rigid frame structure with through beams is shown in Figures 1 and 2 of
建物の形式として、例えば、集合住宅の下層階を大スパン化して、店舗など商業施設とする形態がある。特許文献3では、特許文献2におけるモジュールの制約のなかでスパンを大きくするためにH形鋼を直列に組み合わせ、断面の軸力、曲げ耐力と剛性を確保した柱が示されている。
One type of building is, for example, a large span on the lower floors of an apartment building, which can be used as a commercial facility such as a shop.
本願発明の目的は、規格化された1方向ラーメン構造の下層部に2方向ラーメン構造によって大空間を確保する合理的な鉄骨骨組み構造を提供するものである。そこで、ここでは、上層部のH形鋼柱とH形鋼梁からなる1方向ラーメンと下層部の大スパン2方向ラーメンをどう整合させるかについて検討した。 The objective of this invention is to provide a rational steel frame structure that secures a large space by using a two-way rigid frame structure in the lower part of a standardized one-way rigid frame structure. Therefore, here we have investigated how to align the one-way rigid frame consisting of H-shaped steel columns and H-shaped steel beams in the upper part with the large-span two-way rigid frame in the lower part.
下層部に大空間を確保するのに際しては、大スパン2方向ラーメンとする必要があるため、柱の断面性能を大きくする必要がある。特許文献3に示す、H形鋼を直列に組み合わせて断面の軸力、曲げ耐力と剛性を確保した柱は、柱の弱軸方向の耐力、剛性は大きく向上しないため、2方向ラーメンとするには、これらをXY方向に配置して組み合わせる必要がある。構造を検討した配置例を図10に示す。ここでは、特許文献3の図2に示すフランジ12A、12Bのそれぞれの外表面から、11A、11Bの境界部までの距離を最小モジュールDと設定する。
In order to secure a large space in the lower floors, it is necessary to make a large-span two-way rigid frame, so the cross-sectional performance of the columns needs to be large. As shown in
図10において、1は1方向ラーメンの柱に供するH形鋼を強軸方向に直列配置したH形鋼柱、2Aはベースプレート、3はベースプレート2Aに設けた柱側接合用ボルト孔を示している。
H形鋼柱1の幅は、モジュールの整数倍の寸法とならざるを得ず、柱の寸法が必要以上に大きくなる可能性がある。
また、H形鋼柱1に対して強軸方向の断面性能は大幅に向上するが、その直交方向(弱軸方向)は大空間を構築できるほど断面性能が向上しないため、2方向ラーメンとするためには、その直交方向にも同様にH形鋼柱1を配置した組み立て柱とする必要がある。
しかし、これらを直交して配置するのに際して、2つの柱のベースプレート同士が干渉してしまうため、図10(a)、(b)に示すように、直交方向にDだけ離隔して配置せざるを得ない。そのため、組み立て柱の寸法は、少なくとも2D×3D以上となってしまい、さらに柱の仕上げ寸法が増大するという問題がある。
In FIG. 10, 1 denotes an H-shaped steel column in which H-shaped steel used as a column of a one-way rigid frame is arranged in series in the strong axis direction, 2A denotes a base plate, and 3 denotes a column-side joining bolt hole provided in the
The width of the H-
Furthermore, while the cross-sectional performance in the strong axis direction of the H-
However, when arranging these perpendicularly, the base plates of the two columns interfere with each other, so they have to be arranged at a distance D from each other in the perpendicular direction, as shown in Figures 10(a) and 10(b). Therefore, the dimensions of the assembled column become at least 2D x 3D or more, which causes a problem of increasing the finished dimensions of the column.
そこで、下層部の大スパン2方向ラーメンとして、鋼管柱とH形鋼梁による架構を検討した。以下、上層の1方向ラーメンを第一の鉄骨ラーメン架構、下層の大スパン2方向ラーメンを第二の鉄骨ラーメン架構と呼ぶ。
外壁8は、図11に示すように、すべて特許文献2に示される、規格化された第一の鉄骨ラーメン架構101に用いる外壁システムを採用する。
すなわち、外壁8は、図11に示すように、第一の鉄骨ラーメン架構101のH形鋼梁4の上下フランジ7A、7Bに配置される外壁取付部材9によって、梁フランジ7の外壁側の端面から所定の寸法だけ離隔して配置される構造になっている。梁フランジ7との接合は、梁に設けられた外壁取付部材取付用ボルト孔(図示せず)を介して、ボルトナットで接合され、前記外壁取付部材取付用ボルト孔の梁フランジ端からの距離は、後述する梁側接合用ボルト孔5と同一になっている。
Therefore, a structure using steel pipe columns and H-shaped steel beams was considered for the large-span two-way rigid frame of the lower story. Hereafter, the one-way rigid frame of the upper story will be called the first steel rigid frame structure, and the large-span two-way rigid frame of the lower story will be called the second steel rigid frame structure.
As shown in FIG. 11, the
11, the
下層部の第二の鉄骨ラーメン架構102は、大スパン化するため、図12に示すように、H形鋼梁14の断面寸法は上層部の第一の鉄骨ラーメン架構101のH形鋼梁4よりも大きい。
そのため、第二の鉄骨ラーメン架構102の柱芯と梁芯を上層部の第一の鉄骨ラーメン架構101のモジュール芯に合わせた場合、図12に示すように、上下階の外壁線が揃わなくなる。
また、下層部の梁フランジ端から柱面までの距離が上層部と異なるため、外壁取付部材9をそのまま使用することができず、鋼管柱11の屋外面とH形鋼梁14の梁フランジ屋外側端面の段差分屋外側に延長した、新たな外壁取付部材19を追加製作しなければならない。
In order to increase the span of the second steel frame
Therefore, if the column center and beam center of the second steel frame
Furthermore, since the distance from the end of the beam flange to the column surface in the lower layer is different from that in the upper layer, the exterior
この条件で図13のように外壁線を揃える場合、上層の外壁取付部材9aを製作する必要がある。なお、外壁取付部材9aは、下層の外壁取付部材19と共通に計画することは可能である。
そこで、第二の鉄骨ラーメン架構102のH形鋼梁14の梁フランジ17の外壁側端面を、鋼管柱11の外壁8側の面に揃えるように偏心させ、上下層の外壁線を揃える検討を行ったが、上層のH形鋼梁4と下層のH形鋼梁14のフランジ幅が同じでない限り、前記外壁取付部材取付用ボルト孔の梁フランジ端からの距離が異なってしまうため、外壁取付部材9を上層部と共用して上下層の外壁線を揃えることができず、図14のように、上層部の外壁8を下層部の外壁線まで持ち出すことになり、結局、出寸法が大きい新たな外壁取付部材9bが別途必要となる。
In order to align the exterior wall lines under these conditions as shown in Fig. 13, it is necessary to manufacture the exterior
Therefore, an attempt was made to align the exterior wall lines of the upper and lower stories by eccentrically aligning the exterior wall end face of the beam flange 17 of the H-
さらに、図13、図14の方法では、上層部の外壁8が屋外側に移動されるため、図15(a)あるいは図15(b)に示す通常の配置よりもH形鋼柱1と外壁8が離れてしまい、図16(a)に示すように、内装材20が従来通りH形鋼柱1の室内側面を基準として配置される場合には、壁厚が厚くなり、建具の造作に支障を生じる。壁厚を図15(a)乃至図15(b)と同じにする場合には、図16(b)に示すように内装材20の取付位置を下地材と共に屋外側に寄せて変更する必要があるとともに、室内側に柱型が大きく張り出してしまう問題が発生する。
In addition, in the method of Fig. 13 and Fig. 14, the
さらに、外壁取付部材9を上下層で共用して外壁線を揃えるために、上下層のH形鋼梁4、14の梁フランジ7、17の外壁側端面の位置を単純に揃える検討をした。この場合、図示しないが、上下層の梁芯がずれてしまうため、多くの場合、柱側固定用ボルト孔3の位置がH形鋼梁14のウェブと干渉するなどして、梁側接合用ボルト孔15をあけることができない。それにより、H形鋼梁14にH形鋼柱1を取り付け不能となる。
Furthermore, in order to align the exterior wall lines by sharing the exterior
さらに、平面プランが雁行の場合、一対の入隅部のどちらか一方の外壁線を揃えるように梁を偏心させるだけでは、もう一方の入隅部の外壁線が揃わなくなる問題がある。図17には、一対の入隅部を設けた雁行プランの例を示している。X1は、一方の入隅Z1側の外壁線を揃えるために必要な、第一の鉄骨ラーメン架構101のX方向の梁芯位置を示しており、X2は、もう一方の入隅Z2側の外壁線を揃えるために必要な、第一の鉄骨ラーメン架構101の梁芯位置を示している。ここで、X1とX2は一直線上に配置することができなくなっている。X1とX2が一致しないと上層の第一の鉄骨ラーメンの梁芯が通らなくなるためシステムが成立しない。X1を優先した場合、Z2側のH形鋼梁14の位置が不適となる。
Furthermore, when the floor plan is a staggered plan, simply eccentrically distributing the beams to align the exterior wall lines of one of a pair of inside corners can lead to a problem that the exterior wall lines of the other inside corner will not be aligned. Figure 17 shows an example of a staggered plan with a pair of inside corners. X1 indicates the beam center position in the X direction of the first steel frame
本発明は、かかる課題を解決し、H形鋼柱とH形鋼梁による規格化された上層部の梁通し型一方向ラーメン骨組みのモジュールを活かした下層部の部材設定と配置ルールを決定し、規格化された上層部の設計ルールや部材を殆ど変更することなく、下層に大空間構築を実現できる鉄骨骨組み構造、鉄骨骨組み構造の設計方法を提供することを目的としている。 The present invention aims to solve these problems and provide a steel frame structure and a design method for a steel frame structure that can determine the component settings and arrangement rules for the lower layer by utilizing the modules of the standardized upper layer, one-way beam-through rigid frame structure made of H-shaped steel columns and H-shaped steel beams, and realize the construction of a large space in the lower layer with almost no change to the standardized design rules and components for the upper layer.
(1)本発明に係る鉄骨骨組み構造は、H形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯とH形鋼梁のウェブ芯を一致させて構成した1方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱とH形鋼梁で構成した2方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構を配置するものであって、
下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するH形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の2倍以上であって、
前記第二の鉄骨ラーメン架構のH形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定されており、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記H形鋼梁の梁フランジ幅の1/2の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置したことを特徴とするものである。
(1) The steel frame structure according to the present invention has a first steel frame rigid frame structure of a one-way rigid frame constructed by aligning the flange core or web core of an H-shaped steel column with the web core of an H-shaped steel beam as an upper layer, and a second steel frame rigid frame structure of a two-way rigid frame constructed of a rectangular cross-section steel pipe column and an H-shaped steel beam as a lower layer,
The H-shaped steel beam constituting the second steel frame structure of the lower floor has a flange width that is at least twice the beam flange width of the first steel frame structure of the upper floor,
The H-shaped steel beams of the second steel frame rigid frame structure that face the exterior wall are fixed to the steel pipe column with the exterior wall side end face of the beam flange approximately aligned with the extension line of the exterior wall side face of the steel pipe column, and the beam core of the first steel frame rigid frame structure is aligned with a
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するH形鋼梁の梁フランジ幅と前記鋼管柱の外径寸法が同一呼び寸法であることを特徴とするものである。 (2) Furthermore, in the above (1), the beam flange width of the H-shaped steel beam constituting the second steel frame rigid frame and the outer diameter dimension of the steel pipe column are the same nominal dimension.
(3)また、上記(1)又は(2)に記載のものにおいて、平面視プランは、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配した雁行であって、
一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とし、
前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するH形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線と、
前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するH形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線が一致していることを特徴とするものである。
(3) In the above-mentioned (1) or (2), the plan view is a staggered view in which a pair of recessed corners are arranged on the same axis in the X-direction or Y-direction,
With respect to a steel pipe column of one of the inside corner parts, the width dimension of at least a surface facing the steel pipe column of the other inside corner part and a surface opposite thereto is set to 1.5 times or more the beam flange width constituting the second steel frame rigid frame,
A member axis line is located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame moment frame from the outer wall side of the H-shaped steel beam flange extending from the steel pipe column of the one inside corner portion to the steel pipe column of the other inside corner portion;
The present invention is characterized in that the material axis line located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame rigid frame is aligned from the outer wall side of the flange of the H-shaped steel beam extending from the steel pipe column of the other inside corner portion to the opposite side to the steel pipe column of the one inside corner portion.
(4)また、本発明に係る鉄骨骨組み構造の設計方法は、H形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯とH形鋼梁のウェブ芯を一致させて構成した1方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱とH形鋼梁で構成した2方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構を配置する設計方法であって、
下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するH形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の2倍以上に設定し、
前記第二の鉄骨ラーメン架構のH形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定し、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記H形鋼梁の梁フランジ幅の1/2の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置することを特徴とするものである。
(4) The design method of the steel frame structure according to the present invention is a design method in which a first steel frame rigid frame structure is an upper layer of a one-way rigid frame constructed by aligning the flange core or web core of an H-shaped steel column with the web core of an H-shaped steel beam, and a second steel frame rigid frame structure is a two-way rigid frame constructed of a steel pipe column with a rectangular cross section and an H-shaped steel beam,
The flange width of the H-shaped steel beam constituting the second steel frame structure of the lower floor is set to be at least twice the beam flange width of the first steel frame structure of the upper floor,
The H-shaped steel beams of the second steel frame rigid frame structure that face the exterior wall are fixed to the steel pipe column by roughly aligning the exterior wall end face of the beam flange on the extension line of the exterior wall face of the steel pipe column, and are characterized in that the beam core of the first steel frame rigid frame structure is aligned at a
(5)また、上記(4)に記載のものにおいて、平面視プランを、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配した雁行とし、
一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とし、
前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するH形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線と、
前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するH形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線を一致させることを特徴とするものである。
(5) In the above (4), the plan view is a staggered view in which a pair of recessed corners are arranged on the same axis in the X-direction or Y-direction,
With respect to a steel pipe column of one of the inside corner parts, the width dimension of at least a surface facing the steel pipe column of the other inside corner part and a surface opposite thereto is set to 1.5 times or more the beam flange width constituting the second steel frame rigid frame,
A member axis line is located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame moment frame from the outer wall side of the H-shaped steel beam flange extending from the steel pipe column of the one inside corner portion to the steel pipe column of the other inside corner portion;
The present invention is characterized in that the material axis line located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame rigid frame is aligned from the outer wall side of the flange of the H-shaped steel beam extending from the steel pipe column of the other inside corner portion to the opposite side to the steel pipe column of the one inside corner portion.
本発明においては、H形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯にH形鋼梁のウェブ芯を一致させて配置して構成する第一の鉄骨ラーメン骨組み架構に対し、下層の鋼管柱とH形鋼梁で構成した第二の鉄骨ラーメン架構を構成するH形鋼梁を、フランジ幅が上層の第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の2倍以上とし、特に、第二の鉄骨ラーメン架構の梁のうち外壁に面する梁は、柱の屋外側の面の延長線上に梁フランジの屋外側の端面を略一致させて鋼管柱に配置し、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置したので、役物部材を使用することなく上下階の外壁線を容易に揃えることができるとともに、上層の第一の鉄骨ラーメン架構の室内空間も広く取ることができる。
In the present invention, the first steel frame rigid frame structure is constructed by aligning the web core of the H-shaped steel beam with the flange core or web core of the H-shaped steel column, whereas the H-shaped steel beams constituting the second steel frame rigid frame structure composed of steel pipe columns and H-shaped steel beams in the lower story have a flange width at least twice the width of the beam flange of the first steel frame rigid frame in the upper story. In particular, the beams of the second steel frame rigid frame structure that face the exterior wall are arranged on the steel pipe columns with the exterior end face of the beam flange approximately aligned with the extension line of the exterior face of the column, and the beam core of the first steel frame rigid frame is aligned at a
また、平面プランを雁行とし、かつ、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配する場合でも、一方の入隅部の柱に対して、もう一方の入隅部の鋼管柱のうち、少なくとも、一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその対辺の寸法を、第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とすることで、一方の入隅部の鋼管柱から、もう一方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するH形鋼梁フランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線と、もう一方の入隅部の鋼管柱から、一方の入隅部の鋼管柱の反対側に延伸するH形鋼梁のフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線を一致させることができ、雁行する場合でも、上下階の外壁線を容易にそろえることができるとともに、第一の鉄骨ラーメン架構の室内空間も広く取ることができる。 In addition, even if the floor plan is staggered and a pair of inside corners are arranged on the same axis in the X or Y direction, by making the dimensions of at least the face and opposite side of the steel pipe column of one inside corner that faces the steel pipe column of the other inside corner at least 1.5 times the width of the beam flange that constitutes the second steel frame rigid frame, it is possible to align the material axis located at 1/2 the beam flange width of the first steel frame rigid frame from the outdoor side of the H-shaped steel beam flange that extends from the steel pipe column of one inside corner to the steel pipe column of the other inside corner with the material axis located at 1/2 the beam flange width of the first steel frame rigid frame from the outdoor side of the flange of the H-shaped steel beam that extends from the steel pipe column of the other inside corner to the opposite side of the steel pipe column of the one inside corner. This makes it easy to align the exterior wall lines of the upper and lower floors and also allows for a large interior space for the first steel frame rigid frame.
[実施の形態1]
本実施の形態に係る鉄骨骨組み構造100は、図1に示すように、H形鋼柱1のフランジ芯またはウェブ芯とH形鋼梁4のウェブ芯を一致させて構成した1方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構101を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱11とH形鋼梁14で構成した2方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構102を配置する鉄骨骨組み構造100である。
以下、詳細に説明する。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1 , the
The details will be explained below.
<第一の鉄骨ラーメン架構>
上層を構成する第一の鉄骨ラーメン架構101は、H形鋼柱1のフランジ芯またはウェブ芯とH形鋼梁4のウェブ芯を一致させて構成した1方向ラーメンである。すなわち、第一の鉄骨ラーメン架構101は、XY方向とも同じ基準寸法(モジュール)Dによる基準線でグリッドを形成した平面において、ベースプレート2Aとトッププレート2Bを有するH形鋼柱1の強軸方向とH形鋼梁4の長手方向と平行になるように配置して剛接合してシステム化した梁通し型の鉄骨一方向ラーメン骨組みである。
まず、第一の鉄骨ラーメン架構101を構成するH形鋼柱1とH形鋼梁4について説明し、その後、第一の鉄骨ラーメン架構101を詳細に説明する。
<First steel frame rigid frame>
The first steel frame
First, the H-shaped
《H形鋼柱》
第一の鉄骨ラーメン架構101を構成するH形鋼柱1は、図2(a)、(b)に示すように、H形鋼の下端にベースプレート2Aが、上端に同形状のトッププレート2B(図示なし)が、それぞれ設けられている。
そして、H形鋼柱1は、そのフランジ板厚中心距離(図2(a))または最外面距離(図2(b))をDとし、ベースプレート2A、トッププレート2B(図示なし)には、フランジ板厚中心線または最外面をX方向モジュール芯X、ウェブ板厚中心線をY方向モジュール芯Yに配置したとき、当該XY方向モジュール芯の交点oを図心とし、各辺を両モジュール芯XYに対して平行に配置した正方形Sの隅角部の少なくとも2箇所(図では4箇所)に柱側接合用ボルト孔3を配している。すなわち、H形鋼柱1のせいは、モジュールDにおさまるようになっており、XYモジュールの交点oにおいて、当該接合用ボルト孔3は、X方向、Y方向とも等距離にあるので、X方向に配置しても、Y方向に配置しても、柱側接合用ボルト孔3の位置関係は変わらなくなっている。
なお、図2に示す例は、ベースプレート2Aおよびトッププレート2Bの形状として、H形鋼柱1の外形をかたどるようにダンベル状に形成したものを示しているが、略長方形としてもよい。
<H-shaped steel column>
As shown in Figures 2(a) and (b) , the H-shaped
The flange thickness center distance (Fig. 2(a)) or outermost surface distance (Fig. 2(b)) of the H-shaped
In the example shown in FIG. 2, the
《H形鋼梁》
第一の鉄骨ラーメン架構101を構成するH形鋼梁4は、図3に示すように、そのフランジ幅WfをH形鋼柱1のベースプレート2Aおよびトッププレート2Bの幅以上とし、上フランジ7A及び下フランジ7B(図示なし)にH形鋼柱1のベースプレート2Aおよびトッププレート2Bの接合用ボルト孔3に対向する梁側接合用ボルト孔5群が間隔Dで配されており、その中間に外壁取付部材9を取り付けるためのボルト孔(図示せず)が梁側接合用ボルト孔5と同一の梁フランジ端距離で設けられている。
<H-shaped steel beam>
As shown in Figure 3, the H-shaped
<第一の鉄骨ラーメン架構の詳細>
第一の鉄骨ラーメン架構101は、H形鋼柱1およびH形鋼梁4による規格化された鉄骨ラーメン構造であり、柱がH形鋼のため、柱強軸断面方向の1方向ラーメンとなる。これをXY方向に適切に配置して建物に作用する水平力に対応するもので、例えば、特許文献2と同形態である。
<Details of the first steel frame structure>
The first steel frame
本発明において第一の鉄骨ラーメン架構101は一層でも多層でもよく、多層とする場合には、上階のH形鋼柱1の直下に必ずしも柱は必要なく、またコーナー部にも必ずしも必要ない。H形鋼梁4は、システムの性質上、スパンの上限が定められているため、下層部を大スパン化するためには、当該第一の鉄骨ラーメン架構101の最下層のH形鋼柱1は、後述する第二の鉄骨ラーメン架構102と接続される。
外壁8は、例えば図1示すように、梁フランジ7に配置される外壁取付部材9によって、屋外側に所定の寸法を保持して配置する構造とするが、胴縁により支持する構造としてもよい。
In the present invention, the first steel frame
The
<第二の鉄骨ラーメン架構>
下層を構成する第二の鉄骨ラーメン架構102は、矩形断面の鋼管柱11とH形鋼梁14で構成した2方向ラーメンである。まず、第二の鉄骨ラーメン架構102を構成する鋼管柱11とH形鋼梁4について説明し、その後、第二の鉄骨ラーメン架構102を詳細に説明する。
<Second steel frame rigid frame>
The second steel frame
《鋼管柱》
第二の鉄骨ラーメン架構102を構成する鋼管柱11は、その外径寸法をD以上とした角形鋼管あるいは溶接箱型断面である。柱上部には梁の応力を伝達するための上下のダイアフラム12A、12Bが配置され、2方向、3方向、あるいは4方向に後述のH形鋼梁14を配置する。
上部ダイアフラム12A上には、XY軸の交点oを図心とし、H形鋼柱1に規定する正方形Sの隅角部の少なくとも2箇所または4箇所に上階柱接合用のボルト孔13を配している(図5~図7参照)。ボルト孔13には、めねじを設けるか、上部ダイアフラム12Aの裏面に予めナットを溶接するなどしている。
Steel pipe column
The
On the
《H形鋼梁》
第二の鉄骨ラーメン架構102を構成するH形鋼梁14は、上階の第一の鉄骨ラーメン架構101よりもスパンを拡大するために、H形鋼梁4よりも梁の断面を大きくしている。
H形鋼梁14のフランジ幅は、上層の第一の鉄骨ラーメン架構101のH形鋼梁4のフランジ幅Wfの2倍以上であり、上述の鋼管柱11の外径寸法とフランジ幅を揃えるとよりよい。
少なくとも梁フランジ17Aには、上層の(第一の鉄骨ラーメン架構101)のH形鋼柱1のベースプレート2Aの接合用ボルト孔3に対抗する梁側接合用ボルト孔15群が間隔Dで配されている。
<H-shaped steel beam>
The H-shaped steel beams 14 constituting the second steel frame
The flange width of the H-shaped
At least the
<第二の鉄骨ラーメン架構の詳細>
鋼管柱11およびH形鋼梁14による鉄骨2方向ラーメン構造であり、第一の鉄骨ラーメン架構101のモジュールとの整合性確保と、上下層の外壁線を揃えるために、鋼管柱11、H形鋼梁14の形態と、配置方法を第一の鉄骨ラーメン架構101のシステムのモジュールDに基づいて定めている。
<Details of the second steel frame structure>
It is a two-way steel frame structure using
まず、平面計画が矩形または入隅が1か所のL形状について図4~図7に基づいて説明する。図5、図6、図7はそれぞれ図4のA部、B部、C部の詳細図である。
なお、図4における梁14の符号に関し、外周部に配置されるものは14Aとし、14Aの延長線上にある内部のものは14Bとし、それ以外のものは単に14としている。図9においても同様である。
第二の鉄骨ラーメン架構102の外壁8に面する外周部の梁14Aは、図4~図7に示すように、外周部の鋼管柱11Aの外壁側の面の延長線上に当該梁フランジ17の外壁8側の端面を略一致させて配置させ、かつ、その梁フランジ17の外壁側端面から第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ7の幅Wfの1/2の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構101の梁芯(モジュール芯X、Y)を一致させて配置している。
First, a rectangular or L-shaped structure with one internal corner will be described with reference to Figures 4 to 7. Figures 5, 6, and 7 are detailed views of parts A, B, and C in Figure 4, respectively.
4, the
As shown in Figures 4 to 7, the outer
出隅部分では、図4、図5に示すように、XY方向それぞれ梁フランジ外壁側端面から第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ幅Wfの1/2の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構101の梁芯XまたはYを一致させて配置する。
すなわち、第二の鉄骨ラーメン架構102の外周部を構成する鋼管柱11Aおよび梁14Aのモジュール芯XYは、外壁8側の面から、第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ幅Wfの1/2の位置となる。
In the protruding corner portion, as shown in Figures 4 and 5, the beam center X or Y of the first steel frame
In other words, the module core XY of the
入隅がある場合、図4、図6に示すように、その入隅を構成するH形鋼梁14Bの延長線上に配置されるH形鋼梁14B、および鋼管柱11Bについても同様の配置ルールとする。
なお、上記以外の外壁8に対向する面と直交する側のモジュール芯については、図4、図7に示すように(ここでは、Y軸)、柱断面の中央に通り芯を配置してもよい。
When there is an inside corner, as shown in Figures 4 and 6, the same arrangement rules apply to the H-shaped
In addition, with regard to the module core on the side perpendicular to the surface facing the
以上のように、本実施の形態の鉄骨骨組み構造100によれば、H形鋼柱1のフランジ芯またはウェブ芯にH形鋼梁4のウェブ芯を一致させて配置して構成する第一の鉄骨ラーメン架構101に対し、下層の鋼管柱11とH形鋼梁14で構成した第二の鉄骨ラーメン架構102を構成するH形鋼梁14を、フランジ幅が上層の第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ幅の2倍以上とし、特に、第二の鉄骨ラーメン架構102の梁のうち外壁8に面する梁は、柱の屋外側の面の延長線上に梁フランジ17の屋外側の端面を略一致させて鋼管柱11に配置し、かつ、その梁フランジ17の屋外側から第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ幅の1/2の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構101の梁芯を一致させて配置したので、役物部材を使用することなく上下階の外壁線を容易に揃えることができるとともに、上層の第一の鉄骨ラーメン架構101の室内空間も広く取ることができる。
As described above, according to the
[実施の形態2]
同一モジュール芯上に2つの入隅Z1、Z2を有する雁行形状の場合、実施の形態1の部材構成、モジュール芯の配置ルールによると、図8に示すように、入隅部Z1を基準としたとき、入隅部Z2側で第一の鉄骨ラーメン架構101のモジュール芯X1とX2が揃わなくなる。そこで、図9に示すように、一方の入隅部Z1の鋼管柱11Aに対して、もう一方の入隅部Z2の鋼管柱11A’の、少なくとも入隅部Z1、Z2に面する面(図では左右の面)の寸法を、第二の鉄骨ラーメン架構102を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とした。そして、一方の入隅部Z1の鋼管柱11Aから、鋼管柱11A’へ向かって配置する全てのH形鋼梁14Bの梁フランジ17の外壁側から第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ幅の1/2に位置するモジュール芯と、他方の入隅部Z2から前記H形鋼梁14Bの延長線上にある出隅部の鋼管柱11Aに向かって配置する全てのH形鋼梁14A’の梁フランジ17の外壁8側から第一の鉄骨ラーメン架構101の梁フランジ幅の1/2に位置するモジュール芯を一致させるようにする。
[Embodiment 2]
In the case of a staggered shape having two inside corners Z1, Z2 on the same module core, according to the member configuration and module core arrangement rules of
ここで、鋼管柱11A’のH形鋼梁14A’の外壁8側になる面と対向する面と、H形鋼梁14A’の梁フランジ17の外壁8と反対側の端面を略一致させて配置させるため、H形鋼梁14A’と14Bは平面視で偏心しており、H形鋼梁14Bの延長線上にある出隅部の鋼管柱11Aも同様に通り芯から偏心して配置される。
Here, in order to position the surface of the
本実施の形態の鉄骨骨組み構造100によれば、雁行する場合でも、第一の鉄骨ラーメン架構101の外壁取付部材9をそのまま用いて外壁線を揃えることができるとともに、第一の鉄骨ラーメン架構101の室内空間も広く取ることができる。
According to the
本発明に係る鉄骨骨組み構造100の実施例を下記に示す。
最小モジュール寸法DをXY方向とも250mmとして計画した平面グリッドに、ベースプレート2Aとトッププレート2Bを有したH-259×100×6×9(H形鋼梁の梁せい[mm]×梁フランジ幅[mm]×ウェブ板厚[mm]×フランジ板厚[mm]、以下同じ)からなるH形鋼柱1の強軸方向とH-250×125×6×9からなるH形鋼梁4の長手方向と平行になるようにそれぞれのウェブ芯を合わせて配置し、剛接合してシステム化した梁通し型の鉄骨一方向ラーメン骨組みの下層に、2方向ラーメン化して大空間を構築するために、新規に鋼管柱1とH形鋼梁4を配置して図9の平面で鉄骨骨組を構築した。
An embodiment of a
On a planar grid planned with a minimum module dimension D of 250 mm in both the X and Y directions, H-shaped
第一の鉄骨ラーメン架構101のH形鋼柱1のベースプレート2Aとトッププレート2Bの幅は125mmで、板厚は19mmとし、柱側接合用ボルト孔3はハイテンションボルトM16に対応するように設けた。
下層に設ける第二の鉄骨ラーメン架構102の鋼管柱11は、冷間成形角形鋼管□-300×300×12である。上下ダイアフラム12A、Bは外形寸法325mm×325mm、板厚25mmで、XY軸の交点部には、上階のH形鋼柱1のボルト孔3に対応するボルト孔13が配置される。
The width of the
The
H形鋼梁14は、H-450×250×9×19であり、フランジ幅はH形鋼梁4の2倍で、鋼管柱11は□-300×300×12である。H形鋼梁14は、例えば、H-390×300×10×19として、鋼管柱11の外径寸法とフランジ幅を揃えるとよりよい。
外壁8に面するH形鋼梁14は、鋼管柱11の外壁8に面する面にそのフランジ端部を揃えて配置されており、第一の鉄骨ラーメン架構101の梁の材軸方向のモジュール芯は、H形鋼梁14のフランジ17の外壁側端面から、H形鋼柱1のベースプレート2Aの幅の1/2の62.5mmの位置である。上フランジ7Aには、各モジュール芯の交点を中心に、4箇所のボルト孔15が配置される。
The H-shaped
The H-shaped steel beams 14 facing the
入隅部の鋼管柱11A’は、□-375×300×12の溶接鋼管で、内ダイヤフラム12として、内部に板厚25mmの鋼材が嵌装されている。なお、鋼管柱11A’はここでは長方形断面としたが、□-400×400の正方形断面のロール成型角形鋼管としてもよい。
H形鋼梁14にH-390×300×10×19を用いた場合には、鋼管柱11A’は、□-300×450×12、あるいは□-450×450×12とすればよい。鋼管柱11A’は、2つの入隅部をつなぐ軸線上にあり、図9の形態では、平面視で、その左側にH形鋼梁14Bが、右側にH形鋼梁14A’が配される。ここで、H形鋼梁14Bは、平面視で鋼管柱11A’の上面側とフランジ端面を揃え、H形鋼梁14A’は、鋼管柱11A’下面側とフランジ端面を揃えるように、偏心して配置されるが、H形鋼梁14Bのモジュール芯X1とH形鋼梁14A’のモジュール芯X2は同一直線上にある。
The
When H-390×300×10×19 is used for the H-shaped
なお、図4にあるように、出隅及び入隅の延長線上にないH形鋼梁14および鋼管柱11は、モジュール芯とその図芯を一致させるように配置してもよい。
図示していないが、鋼管柱11とH形鋼梁14は、H形鋼梁14と同寸のH形鋼による梁ブラケットが鋼管柱11に取付けられ、H形鋼梁14とボルト接合される。
外周部の各梁フランジの外壁8側には、外壁取付金物9が突出長30mmで設けられ、外壁材が嵌装されており、図1に示すように、上下階の外壁線が揃えられている。
As shown in FIG. 4, the H-shaped steel beams 14 and
Although not shown, the
On the
100 鉄骨骨組み構造
101 第一の鉄骨ラーメン架構
102 第二の鉄骨ラーメン架構
1 H形鋼柱(第一の鉄骨ラーメン架構の柱)
2A ベースプレート
2B トッププレート
3 柱側接合用ボルト孔
4 H形鋼梁(第一の鉄骨ラーメン架構の梁)
5 梁側接合用ボルト孔
7 梁フランジ
7A 上フランジ
7B 下フランジ
8 外壁
9 第一の鉄骨ラーメン架構(上層)用の標準外壁取付部材
9a 第一の鉄骨ラーメン架構(上層)向けに新規製作する外壁取付部材
9b 第一の鉄骨ラーメン架構(上層)向けに新規製作する外壁取付部材
11 鋼管柱(第二の鉄骨ラーメン架構の柱)
11A 外周部を構成する鋼管柱
11A’ 入隅部Z2に配置する鋼管柱
11B 内部の鋼管柱
12 ダイアフラム
12A 上部ダイアフラム
12B 下部ダイアフラム
13 鋼管柱(ダイアフラム)の柱側接合用ボルト孔
14 H形鋼梁(第二のラーメン架構の梁)
14A 外周部を構成するH形鋼梁
14A’ 鋼管柱11A’に接続され、Z1との延長線上ある外周部を構成するH形鋼梁
14B 14Aの延長線上にある内部のH形鋼梁
15 梁側接合用ボルト孔
17 梁フランジ
17A 上フランジ
17B 下フランジ
19 (従来技術による場合の)第二の鉄骨ラーメン架構(下層)向け外壁取付部材
20 内装材
D モジュール寸法
S ボルト孔間隔を設定する正方形
o モジュール芯の交点
Wf 第一の鉄骨ラーメン架構のH形鋼梁のフランジ幅
X(1、2) X方向モジュール芯
Y Y方向モジュール芯
Z1、Z2 入隅部
100
2A Base plate
5 Beam side joint bolt hole 7
11A Steel pipe column constituting the
14A H-shaped steel beam constituting the
D Module dimension S Square for setting bolt hole spacing
o Module core intersection
Wf Flange width of H-shaped steel beam of the first steel frame rigid frame X (1, 2) X-direction module core Y Y-direction module core Z1, Z2 Inside corner
Claims (5)
下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するH形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の2倍以上であって、
前記第二の鉄骨ラーメン架構のH形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定されており、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記H形鋼梁の梁フランジ幅の1/2の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置したことを特徴とする鉄骨骨組み構造。 A steel frame structure in which a first steel frame rigid frame structure is an upper layer of a one-way rigid frame constructed by aligning the flange core or web core of an H-shaped steel column with the web core of an H-shaped steel beam, and a second steel frame rigid frame structure is arranged on the lower layer of the first steel frame rigid frame structure, which is a two-way rigid frame constructed of a steel pipe column with a rectangular cross section and an H-shaped steel beam,
The H-shaped steel beam constituting the second steel frame structure of the lower floor has a flange width that is at least twice the beam flange width of the first steel frame structure of the upper floor,
A steel frame structure characterized in that the H-shaped steel beams of the second steel frame rigid frame that face the exterior wall are fixed to the steel pipe column with the exterior wall side end face of the beam flange approximately aligned with the extension line of the exterior wall side face of the steel pipe column, and the beam core of the first steel frame rigid frame is aligned with a position 1/2 the beam flange width of the H-shaped steel beam of the first steel frame rigid frame from the outdoor side of the flange.
一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とし、
前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するH形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線と、
前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するH形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線が一致していることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄骨骨組み構造。 The plan view is a staggered view with a pair of corners on the same axis in the X or Y direction,
With respect to a steel pipe column of one of the inside corner parts, the width dimension of at least a surface facing the steel pipe column of the other inside corner part and a surface opposite thereto is set to 1.5 times or more the beam flange width constituting the second steel frame rigid frame,
A member axis line is located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame moment frame from the outer wall side of the H-shaped steel beam flange extending from the steel pipe column of the one inside corner portion to the steel pipe column of the other inside corner portion;
3. The steel frame structure according to claim 1, wherein the material axis of the H-shaped steel beam extending from the steel pipe column of the other inside corner portion to the opposite side to the steel pipe column of the one inside corner portion is aligned from the outer wall side of the flange of the H-shaped steel beam to 1/2 of the beam flange width of the first steel frame rigid frame.
下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するH形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の2倍以上に設定し、
前記第二の鉄骨ラーメン架構のH形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定し、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記H形鋼梁の梁フランジ幅の1/2の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置することを特徴とする鉄骨骨組み構造の設計方法。 A method for designing a steel frame structure, comprising: a first steel frame rigid frame having a one-way rigid frame formed by aligning the flange core or web core of an H-shaped steel column with the web core of an H-shaped steel beam as an upper layer; and a second steel frame rigid frame having a two-way rigid frame formed of a steel pipe column with a rectangular cross section and an H-shaped steel beam as a lower layer,
The flange width of the H-shaped steel beam constituting the second steel frame structure of the lower floor is set to be at least twice the beam flange width of the first steel frame structure of the upper floor,
A design method for a steel frame structure, characterized in that the H-shaped steel beams of the second steel frame rigid frame facing the exterior wall are fixed to the steel pipe column by approximately aligning the exterior wall end face of the beam flange on the extension line of the exterior wall face of the steel pipe column, and the beam core of the first steel frame rigid frame is aligned at a position 1/2 the beam flange width of the H-shaped steel beam of the first steel frame rigid frame from the outdoor side of the flange.
一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とし、
前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するH形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線と、
前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するH形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の1/2に位置する材軸線を一致させることを特徴とする請求項4に記載の鉄骨骨組み構造の設計方法。 The plan view plan is a staggered layout with a pair of corners on the same axis in the X or Y direction,
With respect to a steel pipe column of one of the inside corner parts, the width dimension of at least a surface facing the steel pipe column of the other inside corner part and a surface opposite thereto is set to 1.5 times or more the beam flange width constituting the second steel frame rigid frame,
A member axis line is located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame moment frame from the outer wall side of the H-shaped steel beam flange extending from the steel pipe column of the one inside corner portion to the steel pipe column of the other inside corner portion;
The design method for a steel frame structure according to claim 4, characterized in that the material axis line located at 1/2 of the beam flange width of the first steel frame rigid frame is aligned from the outer wall side of the flange of the H-shaped steel beam extending from the steel pipe column of the other inside corner portion to the opposite side to the steel pipe column of the one inside corner portion.
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