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5.4.1 Sブレース - 構造設計システムBRAIN

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5.4 ブレースの設計
5.4.1 S ブレース
5.4 ブレースの設計
5.4.1
Sブレース
INDEX: 設計概要・軸力に対する計算・検定計算・引張ブレース指定された場合の取り扱い・
圧縮ブレースの幅厚比チェック・注意事項
(1)設計概要
鉛直ブレースにはピン接合ブレースと剛接合ブレースという分類がある。一端でも剛接指定されたブレ
ースは剛接合ブレースとなる。また、ピン接合ブレースは引張ブレース指定ができる。これらはブレー
スの形状パターンとは無関係に指定できるので、注意が必要である。
水平ブレースはピン接合引張ブレースのみである。
溝形鋼・アングル・平鋼・丸鋼には剛接合指定はできない。
Y 型、M 型、W 型ブレースは中央節点が必ず剛接合となるので(ユーザーは変更できない)自動的に
剛接合ブレースとして扱われる。
水平荷重に対するブレースの設計時の扱いを次表にまとめて示す。これらの扱いと別に、鉛直荷重に有
効か無効かの指定が可能である。なお、引張ブレースを「鉛直荷重」に有効指定すると、長期応力が圧
縮となった場合、長期応力に対する設計、検定がされないので注意すること。
表-5.4.1.1 ブレースの設計時の扱い
1 次設計応
材端接合条件指定
力解析
ピン接合ブレース
剛接合ブレース
引張ブレース指定
存在応力に対し柱設計
有り
無し
弾性
剛性 1/2 の存在軸力 存在軸力に対して
を 2 倍して引張の 引張・圧縮で設計
み設計
存在軸力に対して 存在応力に対し柱設計
存在軸力で引張の
非線形
引張・圧縮で設計
み設計
(NL)*
*:1 次設計の応力解析に非線形(NL)解析を指定した場合、弾性解析と非線形(NL)解析の両方が実
行される。そのときの弾性解析は上表の弾性解析欄の扱いになっている。
引張ブレースの 1 次設計(弾性)時の扱いの「軸力を 2 倍する」とは、組合せ応力が引張軸力の場合は
その値を 2 倍とし、圧縮軸力の場合は軸力を 0 と扱っている。なお引張ブレースのこの扱いは、引張側
と圧縮側のブレースが対称配置されている場合によい近似をあたえる。対象配置されていない場合等で
は、モデル化の妥当性に注意すること。
B-5.4.1-1
5.4 ブレースの設計
5.4.1 S ブレース
1)使用断面と設計時の扱い
ブレースは使用断面の種類により設計時の扱いの選択範囲が制限される。選択可能範囲を次表に示す。
断
面
H、□、○
[
L、-、
・
表-5.4.1.2 使用断面と設計時の扱い
ピン接合
剛接合
圧縮全強
座屈耐力
圧縮全強
座屈耐力
○
○
○
○
△
△
○
○
△
△
×
×
引張ブレース
○
○
○
△:チャンネル、アングル、平鋼、丸鋼は剛接ブレースは構成できないが、部材端条件は自動的に
ピン設定にはならないので注意すること。また、剛接ブレースとしての断面設計は計算できない
ため、注意メッセージが出力される。安全限界、保有耐力計算はH型鋼に近似して計算される。
剛接合ブレースは鉄骨柱に準じて設計する。ピン接合ブレースの設計は(2)~(4)による。
(2)軸力に対する計算
1)許容耐力
許容引張力は下式による。
Nt  Ae  ft
許容圧縮力は下式による。
Nc  Ae  fc
ここで
Ae
:有効軸断面積
ft
:許容引張応力度
fc
:許容圧縮応力度
2)許容応力度
許容引張応力度は下式による。
ft 
1
F
1 .5
許容圧縮応力度は下式による。ただし、非線形(NL)解析時特性指定で降伏考慮かつ圧縮全強を選択した
場合、弾性・非線形(NL)解析結果共通で、fc=ft とする。
(座屈補剛ブレースのモデル化が可能)
λ>Λ
18
fc  65 F
2

 

B-5.4.1-2
5.4 ブレースの設計
5.4.1 S ブレース
λ≦Λ
2

1  0. 4  
 F
fc 
2
3 2
  
2 3

π2E
0. 6 F
ここで
F
:鋼材の F 値(組立断面ではフランジとウェブの最小 F 値)
E
:鋼材のヤング係数
細長比は断面形状に応じ下記による。
① H 形、角形管、円形鋼管、チャンネル
  max(
kx ky
、 )
ix
iy
② ダブルチャンネル、ダブルアングル形
  max( λx、 λy )
x 
kx
ixa
y 
ky
iya
1 
d
i
ただし、1>20 のときは
y  y 2  1 2
③ アングル形
  max(
kx ky
、 )
iv
iv
ここで
kx
:強軸方向最大座屈長
ky
:弱軸方向最大座屈長
ix 、 iy
:座屈軸についての設計位置断面の断面 2 次半径
d
:組立圧縮材の区画長さ
i
: min( ix , iy , iu , iv )
ixa 、 iya :組立後の断面の主軸に関する断面 2 次半径
iv
:最小の断面 2 次半径
細長比は 250(指定値があれば指定値)以下とする。
座屈長さは指定によるが、指定がない場合は部材の支点間距離(2.3.3 部材の形式と断面形状を参照)
とする。
B-5.4.1-3
5.4 ブレースの設計
5.4.1 S ブレース
3)有効断面積
アングル材、チャンネル材以外の部材では全断面を有効とし、アングル材、チャンネル材は、引張時に
おいては下図の突出部を除いた有効断面とする(圧縮時は全断面)
。さらに 5.6.1 鉄骨の有効断面 に示
すように、ボルト孔欠損、スカラップなどを考慮した有効率を乗じる。ウェブの軸力に対しての有効率
はせん断に対する値とする。
h/2
h/2
h
図-5.4.1.1 有効断面
(3)検定計算
σ/f の最大値を検定比として保存する。
(4)引張ブレース指定された場合の取り扱い
引張ブレースは圧縮力に対しては設計しない。
引張ブレース指定されたブレースは弾性応力解析モデル上は軸剛性(断面積)を 1/2 に低減してモデ
ル化している。設計では、弾性解析の組合せ応力が引張軸力の場合はその値を 2 倍とし、圧縮軸力の場
合は軸力を 0 と扱っている。引張ブレースを弾性解析ケースにて設計する場合は、モデル化の妥当性に
対して充分注意する必要がある。
B-5.4.1-4
5.4 ブレースの設計
5.4.1 S ブレース
(5)圧縮ブレースの幅厚比チェック
引張のみ指定でない鉛直ブレース(ピン・剛)
、水平ブレース(ピン)について、設計ルートによらず、
「鋼構造限界状態設計指針・同解説(1998)」の 2.1(2)による幅厚比のチェックを行う。なお本チェックは
中間情報を出力せず、メッセージ出力のみ行う。
検討位置、検討対象断面は以下とする。
・端部、中央それぞれ検討する。
・適用鋼材は、
H 形鋼は SS400, SM400, SM490, SN400, SN490, SA440、
角形鋼管は、
SS400, SM400, SM490,
SN400, SN490, BCP235, BCP325, BCR295, BCP325T、円形鋼管は、STK400, STK490 とする。適用鋼
材から外れる場合は検討を行わず、補助メッセージを出力する。
・フランジとウェブの強度が異なる場合(ハイブリッド断面材の場合)は検討を行わず、補助メッセ
ージを出力する。
・角形鋼管が正方形でない場合、また、角形鋼管でフランジ、ウェブの板厚が異なる場合は検討を行
わず、補助メッセージを出力する。
検討条件は以下とする。検討条件を満たさない場合、補助メッセージを出力する。
(鋼構造限界状態設計指針・同解説(2002)より)
【p.121, 表 2.2 より】
(ii)H 形断面(SN400, SN490, SA440)形鋼およびビルド材
b / tf 2
kf /
de 
Fy

de / tw 2
 kw /
2
Fy

2
1
d / tw  700 / Fy
かつ、
1
2  ny  Af    1  ny   Aw 
2  tw
ただし、
Aw
 ny  1
2  Af    Aw
のとき、de =d
ここで
Fy:鋼材のF値(N/mm2)
b, tf:片側フランジ幅(=B/2)、フランジ厚
d, tw:ウェブせい(=H-2tf)、ウェブ厚。
Af, Aw: Af = 2×b×tf, Aw = d×tw
ny:Ncmax/Ny
γ:Fyf/Fyw = 1(フランジ強度=ウェブ強度)
Ncmax:作用軸力(最大圧縮力)
Ny:Ny = A×Fy
A:圧縮断面積(フル断面)
B-5.4.1-5
5.4 ブレースの設計
5.4.1 S ブレース
kf, kw は鋼材種別に応じた係数で、以下による。
kf
kw
鋼材
SN400
220
700
SN490
260
620
SA440
270
440
(iv)正方形中空断面(SN400, SN490, BCP235, BCP325, BCR295, BCP325T)
B
 24 (冷間成形)、
t
B 500
(ビルド材)

t
Fy
ここで
Fy:鋼材のF値(N/mm2)
B, t:正方形中空断面の 1 辺の長さ、板厚
(vi)冷間成形円形中空断面(BCP235, BCP325, BCR295, BCP325T)
D
 36 (冷間成形)
t
ここで
Fy:鋼材のF値(N/mm2)
D, t:円形中空断面の直径、板厚
(6)注意事項
➀継手位置
継手位置は柱・梁中心からの位置を取るが、継手位置が柱または梁フェイス位置より端部に設定された
場合、継手なし扱いとなり、全長にわたり端部の断面が採用されるので、注意を要する。
②端部接合部
本システムではガセットプレートやボルト本数、位置を設定できない。よってブレース端部接合部の設
計は内部計算しない。ブレースとフレームの取り付き位置を考慮したい場合は、偏心による付加応力を
追加荷重として与えて評価する必要がある。端部接合部は設計者によってその安全性を確認する必要が
ある。
B-5.4.1-6
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