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5.2.3 S大梁 - 構造設計システムBRAIN

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5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
5.2.3 S大梁
INDEX: 曲げモーメントに対する計算・せん断力に対する計算・組合せ応力に対する計算
H形鋼およびみぞ形鋼の横使い設計について・有効断面性能・検定計算・横補剛検討
(1)曲げモーメントに対する計算
許容曲げモーメントは下式による。
Ma  Ze  fb
ここで
Ze
:有効断面係数
fb
:許容曲げ応力度
軸力を考慮する場合は柱として設計する(一方向に曲げを受ける柱)
。その際、幅厚比は大梁とする。
細長比は以下の部材長を採用し、座屈長さとする。
・水平荷重時は小梁取り付き位置間で一番長い部分の長さ
・鉛直荷重時はブレース取り付き位置間で一番長い部分の長さ
・小梁、ブレースが 1 つも取り付いていない梁は部材長(断面設計表の部材長さの値)
許容曲げ応力度 fb は設計位置毎に断面形状に応じて下記による。ただし、梁にスラブが取り付きその
スラブが圧縮側となる場合は fb=ft とする。
① H形
fb  min( ft , max( fb1 , fb2 ) )
fb1 
89000
H
Lb
Af
Lb

( )2

fb2   1.0  0.4 i

C  Λ2


i
(技術基準(2007)P.495)


 ft



tf  B 3  HH  tw 3
1
12
Af  HH  tw
HH 
H
 tf
6
Λ
π2E
0.6F
ただし、弱軸 H の場合、横座屈は生じないものとし fb = ft とする
② ハンチ付の H 形、テーパー付の H 形
B-5.2.3-1
5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
各断面における fb を H 形として計算する
③ チャンネル型




89000

fb  min  ft,
H 

 Lb

Af 

ただし、横置きチャンネルの場合、横座屈は生じないものとし fb = ft とする
④ 角形鋼管、および円形鋼管
横座屈は生じないものとし、fb = ft とする
ここで
Lb
:圧縮フランジの支点間距離((7)横補剛検討参照)
Af
:フランジ面積 Af=B・tf
H
:梁成
B
:フランジ幅
tf
:フランジ厚さ
tw
:ウェブ厚さ
ft
:鉄骨引張許容応力度
E
:ヤング係数
F
:鋼材の F 値(組立断面ではフランジの F 値。ウェブ Z 考慮・無視に関係なく、組
ft 
1
F
1 .5
立断面ではフランジの F 値を採用する)
圧縮フランジの支点は梁両端、横補剛位置および有効な小梁取付き位置である。横補剛位置は始端から
入力された横補剛間隔で割り付けられる。
係数 C は下式による。
2
 M2 
 M2 
C  1.75  1.05
ただし 2.3 以下

  0.3
 M1 
 M1 
ここで、M1、M2 は設計箇所が属する横補剛位置で区切られた区間の端部曲げモーメントのうち、絶
対値の大きなモーメントおよび小さなモーメントであり、M2/M1 は複曲率の場合は正と、単曲率の場合
は負とする。
上式は M2=M1 で C=1.0、M2=0 で C=1.75、M2=-M1 で C=2.3 である。区間中間の絶対値が最大のモ
ーメントを Mc として|Mc|≧|M1|のときは C=1.0 とする。
区間のモーメント分布と C の設定の関係を次表に示す。
B-5.2.3-2
5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
表-5.2.3.1 C の計算法
C の範囲
モーメント分布
M2/M1>0
1.0~1.75
M1
MC
M1
MC
M1
MC
M2
M2=0
|Mc|<|M1|
計算法
1.75
M2/M1<0
上式による
1.75~2.3
M2
C=1.0
|Mc|≧|M1|
-
(2)せん断力に対する計算
許容せん断力は下式による。
Qa  Awe  fs
ここで
Awe
:有効せん断断面積
fs:許容せん断応力度
許容せん断応力度は下式による。
fs 
ft
3
ここで
ft 
1
F
1.5
F
:鋼材の F 値(組立断面ではウェブの F 値)
有効せん断断面積は下図に示すせん断断面積より計算する(冷間成形角型、円形鋼管では全断面積の 1
/2 とする)
。
図-5.2.3.1 せん断断面積
(3)組合せ応力に対する計算
許容曲げモーメントをウェブを考慮して計算する場合、ウェブの組み合せ応力を考慮した曲げモーメン
トを許容曲げモーメントとする。
組み合せ応力に対する許容条件はフランジ内側において下式による。
B-5.2.3-3
5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
σb 2  3 τ 2
1
ft
σb 
τ
(S 構造設計基準(2005)P.14)
M H  2tf
H
Z
Q
As
ここで
ft 
F
1
F
1.5
:鋼材の F 値(組立断面ではウェブの F 値)
(4)H 形鋼およびみぞ形鋼の横使い設計について
H形鋼およびみぞ形鋼の横使い(H、 、
)は鉛直応力に対する弱軸廻りのみ設計する。非線形(NL)
解析、保有耐力算定では弾性扱いになる。
(5)有効断面性能
有効断面係数および有効せん断断面積は 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値とする。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。
設計ルートがルート 1-2 またはルート 2 の場合、幅厚比の制限値は 7.4.5 部材ランク のS造のFAによ
るものとする(2007 年版 建築物の構造関係技術基準解説書)
。制限値を超えた場合は、指定により、
①警告(W)を出力し、超えた部分を無視した断面性能(断面積、断面係数等。断面性能の考え方は、
学会 鋼構造設計規準(2005)8.1(3)に準拠)とするか(建物共通条件の「幅厚比設計(有効断面)
」指定が
「基準法」の場合。デフォルト)
、または②断面性能の低減は行わず、検定NGとする(建物共通条件の
「幅厚比設計(有効断面)
」指定が「無視」の場合)
。なお、ルート 1-1 およびルート 3 の場合は、個材
の幅厚比指定は断面検定に考慮しない。
(6)検定計算
σb/fb の最大値を検定比として表示する。
(7)横補剛検討
横補剛の検討は指定による。検討指定が「内部判定」の場合、許容応力度等設計の設計ルート 1-1 で
は検討せず、その他は検討する。また両端がピンの大梁についてはルートに関わらず検討しない。
検討方法は「梁全長にわたって均等間隔で横補剛を設ける方法:検討式 1」と「主として梁端部に近い
部分に横補剛を設ける方法:検討式 2」があり、どちらも検討する。両式で共に横補剛が不足する場合
は断面設計結果を NG とし、検討式 1 による必要横補剛間隔を出力する。検討式 1 を満たさないが検討
式 2 は満たす場合は、検討式 2 による必要横補剛間隔を出力する。
横補剛検定が NG の場合、当該部材方向の 45 度以内の検討方向(全体座標 X or Y 方向)がルート 2
B-5.2.3-4
5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
またはルート 3 であれば NG とし、適用範囲外メッセージが出力される。また、ルート 2、3 以外では警
告メッセージが出力される。
1)梁全長にわたって均等間隔で横補剛を設ける方法:検討式 1
スパン と断面二次半径 iy より下式(検討式 1)により必要な補剛数nを算出し、スパンをnで除し
て必要間隔 rLb を求める。部材の各区間長さと rLb を比較し、1 区間でも制限をこえる場合は、メッセー
ジおよび rLb を出力する。
  170  20 n
(SN400 級の梁の場合)
  130  20 n
(SN490 級の梁の場合)
(技術基準(2007)付 1.2-18)
⇒他の鋼種の場合は制限値を強度により線形補間する
ここで
λ
:大梁の弱軸まわりの細長比(=/iy、始・終端・中央断面の中で最小の iy を用いる)
iy
:大梁の弱軸まわりの断面二次半径(cm)
(
Iy
、始・終端・中央断面の中で最小の iy)
A
Iy
:大梁の弱軸まわりの断面二次モーメント(cm4)
A
:大梁の断面積(cm2)

:大梁の部材心間距離(cm)
n
:大梁の横座屈に対する有効支持点数
※iy には、断面欠損やウェブ考慮/無視指定は考慮しない全断面の値を用いる
横補剛間隔に評価される部材は小梁(上下共)および追加入力した補剛ピッチとする(間隔が 100mm 以
下の場合は、その間を区間と評価しない)
。小梁はそれぞれ横補剛に有効か無効かを指定できる。
:有効横補剛位置
p
p
p
p:追加横補剛間隔
p
図-5.2.3.2 横補剛位置
鋼種は端部フランジ強度とし、複数の鋼種が使われている場合は鋼材強度の最も高い鋼種とする。
2)主として梁端部に近い部分に横補剛を設ける方法:検討式 2
本来、この検討は終局時における曲げモーメントから判定する方法であり、1 次設計においては、設定
された仮定の妥当性に対するチェックが必要である。
下式により端部の鋼材強度と断面形状を用いて必要補剛間隔 s  b 、e  b を計算する。
b h

 250 かつ b  65
Af
iy
(SN400 級の場合)
(技術基準(2007)付 1.2-19)
B-5.2.3-5
5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
b h

 200 かつ b  50
Af
iy
(SN490 級の場合)
⇒他の鋼種の場合は制限値を強度により線形補間する
ここで
b
:横補剛間隔(cm)
h
:梁成(cm)
Af
:圧縮フランジの断面積(cm2)
iy
:梁の弱軸回りの断面 2 次半径(cm)
※iy には、断面欠損やウェブ考慮/無視指定は考慮しない全断面の値を用いる
塑性領域は下式による。
塑性領域に含まれる全ての補剛区間長さが必要補剛間隔より短い場合にはOKとする。
a)短期設計用応力により両端に曲げモーメントが生じ、異符号である場合
両端がヒンジとなる状態を想定する。
eMp
eMy
sMy
sMp
s
e

図-5.2.3.3 横補剛検討用モーメント分布(逆対称分布)
sMp  s  sZp  sft
sMy  sZ  sft
s   
sMp  sMy
sMp  eMp
ここで
sZp
:始端側塑性断面係数
sZ
:始端側断面係数
sft
:始端側許容引張り応力度(ウエブとフランジの平均強度)
s
:始端側塑性領域
sα
:安全率
フランジ強度により SN400 級:1.2、SN490 級:1.1、
その他の鋼種は線形補間による、ただし α≧1.1 とする
※接頭文字が e は終端側
B-5.2.3-6
5.2 大梁の断面設計
5.2.3 S大梁
※sZp、sZ には、断面欠損やウェブ考慮/無視指定は考慮しない全断面の値を用いる。
b)短期設計用応力により一端に曲げモーメントが生じ、他端の曲げモーメントが0である場合
一端がヒンジとなり、他端が曲げモーメント 0 の場合を想定する。
部材の一端の端部条件をピン接合とした場合はこちらの検討を行う。
記号は、a)の場合と同じとする。塑性領域は

sMy 
s     1 

sMp 

となる。
sMy
sMp
s

図-5.2.3.4 横補剛検討用モーメント分布(一端ピン分布)
c)短期設計用応力による応力がa)
、b)以外の場合
a)
、b)以外の場合は検討しない。
B-5.2.3-7
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