JP4724591B2 - 箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造 - Google Patents

Description

本発明は、箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造に係り、例えば、スチールハウス、住宅、工場建屋等に使用される薄板軽量形鋼による縦枠材および横枠材等の棒状部材として適した箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造に関するものである。

従来の鋼製住宅における骨組構造としては、図２３に示されるものが一般的である。同図において、布基礎上に組まれる柱、梁、根太その他のたて枠とよこ枠は、いずれも主として、厚さ０．8〜１．６ｍｍの一枚の薄鋼板を、その強度を増強すべくロールフォーミングにより溝形に曲げ加工して形成されたもの（単に溝形鋼という）が使用される。

図２３において、布基礎（図示せず）上にアンカーボルトによって固定された下枠ランナー１から１階を構成する複数の柱２、隅柱３、たて枠４が立設され、この１階を構成する柱２、隅柱３、たて枠４の上端には、頭つなぎ、上枠ランナー５等が設けられている。また、１階用窓開口部６を形成するため、まぐさ７と、まぐさ受け８が設けられている。上枠ランナー５には、頭つなぎ１０、ころび止め１１、あおり止め金物、ガッセットプレート１２、腕木９を介して屋根トラス１３が取付けられる。屋根トラス１３の下弦材（つまり天井根太）１４からは妻小屋たて枠１５が立上がり、屋根トラス１３の上弦材には、補強たるき１３ａ、けらばたるき１６、頭部ころび止め１７などが設けられている。

従来、スチールハウスを始めとする薄板軽量形鋼造建築物では、図２４（Ａ）（Ｂ）に示すようなリップ付溝形鋼１８を基本とした断面構造の実用化が進められてきた。また、前記のようなリップ付溝形鋼１８が縦枠材として使用される場合は、図２４（B）示すようなＨ形の断面構造とした組立Ｈ形鋼１９として使用される場合が多い。

図２４（B）では、２つの溝形鋼１８のウェブ２１を背中合わせに当接し、両ウェブ２１を貫通してドリルねじ２２を打設することにより、両溝形鋼１８を結合することにより、図２３における柱２あるいは隅柱３あるいは縦枠部材等を含む縦部材、または梁あるいはトラス部材等の傾斜した部材あるいは横枠部材を含む横部材として、溝形鋼の座屈強度を向上するものである。

図２３に示すようなスチールハウス等の１階または２階以上の薄板軽量形鋼造建築物２３に使用する縦枠材（および縦部材）または横枠材（および横部材）の開発が進むにつれて、図２４（Ｂ）の断面では、リップ付溝形鋼１８相互を多数のドリルねじ２２による組立手間や、組立られた組立Ｈ形鋼部材１９の外側溝あるいはドリルねじ２２等が露出しているので、部材の外観上の問題が顕在化し、図２５（Ａ）に示すような方形の閉鎖断面部材２４へのニーズが高まり実用化が進められている。

図２５（Ａ）に示す閉鎖断面部材２４は、帯状薄鋼板をロールフォーミングにより４つの辺２５と、直角のコーナー部２６とからなる閉鎖環状断面の箱形断面形状に曲げ形成し、折り曲げられた帯状薄鋼板の両端を、かしめ部２７でシームして柱部材（角形鋼）１の縦枠材あるいは屋根トラス１３等の傾斜した梁を含む横枠材等の、棒状の箱形断面型薄板部材２８を構成している。

しかし、図２５（Ａ）の箱形断面形態の部材（角形鋼）２８では、各コーナー部２６は、薄板厚ｔの２倍以下と小さくされている隅部であるため、隅部による各辺の幅寸法の影響が少ない外形幅寸法ｂであるのに対して、図２４（Ｂ）に示すように、前記と同様な外形幅寸法ｂの組立Ｈ形鋼部材１９を、溝形鋼１８を２つ使用して製作した場合、図２４（Ｂ）に示すようになり、溝形鋼１８を２つ組合わせて構成される組立Ｈ形鋼部材１９では、個々の溝形鋼１８のフランジ部２９の幅ｂ／２全幅が有効な幅となり、溝形鋼１８のフランジ部２９の幅の２倍の寸法ｂと大きくなる図２５（Ａ）の箱形断面形態では、上下の各辺２５の箱形断面形態における各辺２５の面外への板曲げ剛性が低下しているため局部座屈を考慮して、幅寸法全体に渡って有効寸法として設計上組み入れることができない場合が多い。

前記のように、１つの薄板部材を折り曲げて形成された箱形断面型薄板部材２８では、箱形断面部材の曲げ剛性を計算する上で、その外形幅寸法ｂよりも有効寸法幅が小さくなるため、板厚ｔと外形幅寸法ｂとの比（幅厚比）が大きな要素として増えることになる。（図２４（Ｂ）の組立Ｈ形鋼部材１９のウエブ部２１と、これに対応する図２５（Ａ）の箱形断面型薄板部材２８の左右の上下方向の部分では、ほぼ同じ有効寸法幅になる。）

したがって、組立Ｈ形鋼部材１９では、各フランジ２９の幅ｂ／２の合計幅寸法ｂであるのに対して、辺寸法の大きくなる箱形断面型薄板部材２８では、前記寸法ｂよりも小さくなるため、幅厚比（ｔ／ｂ）の大きな要素が増えるため、箱形断面型薄板部材２８の全断面積（Ａ）に対する、有効断面積（Ａｅ）の比率（断面有効率ρ＝Ａｅ／Ａ）が小さくなり、部材の単位重量当たりの強度が低下するという新たな問題が生じるようになっていた。なお、一般の鋼材では、板厚寸法を適宜大きく設定できるため、前記のような問題は起きないようにされており、厚さｔが０．８ｍｍ〜１．６ｍｍの薄板部材による箱形断面型薄板部材２８の特有の問題である。

前記の有効断面積（Ａｅ）の低下の問題を解決するために、図２５（Ｂ）に示すような各辺２５を構成する板要素３０の中間部に、補剛リブ３１を設けたり（例えば、特許文献１、２参照、特開２００１−１５２６０７号公報）、あるいは、図２５（ｃ）に示すような板要素３０に波板加工を施したりして、有効断面率ρを向上させる方法が提案さている。なお、前記の図２５（Ｂ）（Ｃ）の構造の場合には、（１）補剛リブや波板がドリルねじ打設時に邪魔になったり、あるいは（２）補剛リブ３１や波板２０を成形するための製造コストアップなどの欠点はあるものの、前記のような構造にすることにより、各辺２５の板要素３０の剛性を高めて、全体として箱形断面型薄板部材２８の剛性を高めて、座屈に対する補剛構造とすることが可能である。
特開２００１−１５２６０７号公報 特開２００１−３２９６５６号公報

前記のような箱形断面型薄板部材２８を使用する薄板軽量形鋼造の分野においては、図２５に示す方形断面の形態の箱形断面型薄板部材２８では、コーナー部２６の円弧状部３２の半径寸法Ｒは、薄板部材の板厚ｔの２倍（Ｒ＝２ｔ）と、規定されている。その理由の一つとして、箱形断面型薄板部材２８のコーナー部２６を、板厚ｔの２倍の２ｔを越える円弧状に大きく屈曲させた半円状屈曲部とするに従って、半円状屈曲部（円弧状部３２）は、部材中心からの距離が近くなり、部材全体の断面２次モーメントが低下することになるため、座屈に対する補剛構造として隅部は、積極的に考慮されていなかった。

前記のように部材全体の断面２次モーメントが低下するという基本的な設計思想があるために、薄板軽量形鋼造の分野においては、箱形断面型薄板部材２８におけるコーナー部２６について、箱形断面型薄板部材２８のコーナー部に、大きな円弧状の補剛部を形成すること、および隅部の円弧状の補剛部の寸法ついて、特段に、深く技術的に掘り下げて考えられていなかった。

本発明者は、コーナー部における円弧状または直線状の補剛部を大きくしていくと、部材全体の曲げ座屈強度、すなわち断面二次モーメントは小さくなる傾向にある点、および円弧状または直線状の補剛部の幅寸法を変化させた場合における有効断面積Ａｅの変化の特性に着目し、コーナー部の補剛部の寸法と、許容圧縮応力度Fcr(Ｎ／ｍｍ^２)と、有効断面積Ａｅ（ｍｍ^２）との関係から、最終的な部材の強度に着目して、最終的な部材の許容圧縮耐力(Ａe・Fcr)、すなわち（有効断面積Ａe）×（許容圧縮応力度Ｆcr）の値が、隅部の補剛部の寸法により、山形の線図を描くことに知見し、前記隅部の補剛部の寸法を所定の範囲に設定することにより、箱形断面型薄板部材の曲げ座屈剛性を効率よく高めることができることを見出し、本発明を完成させた。

本発明は、前記従来の課題を有利に解決することができる、箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造を提供することを目的とする。
また、前記従来の箱形断面型薄板部材にも適用することができる箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造を提供することも目的とする。また、ここで箱型断面薄板部材は、厚さ0.8mm〜1.6ｍｍの薄板部材であり、スチールハウス、住宅、工場建屋の柱部材等、さらに、ＯＡデスクの脚フレームをはじめ住宅以外の薄板で構成される同じ構造物にも適用できる。

前記の課題を有利に解決するために、第１発明の箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造においては、箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造で、前記板厚0.4mm〜1.6mmの箱形断面型薄板部材は、薄鋼板を箱形断面形状に曲げ形成して各辺および隣り合う辺相互を接続するコーナー部の隅部補剛部を形成してなり、当該箱形断面型薄板部材は、方形断面形態における少なくとも一つの対角方向の各隅部に隅部補剛部を形成して全体として６〜８角形のいずれかの閉鎖した断面形態とされ、前記各隅部補剛部は、直線状または部材外側に円弧状あるいは部材内側に円弧状の断面形状とされ、かつ下記（１）式を満たすように箱形断面型薄板部材の外形幅寸法ｂが設定される箱形断面型薄板部材であって、前記各隅部補剛部は、これに接続する辺と平行な方向の幅寸法Ｄが、薄板部材の板厚の２倍を超える寸法で、かつコーナー部において接続する２辺の外形幅寸法ｂの１／３以下の寸法、またはコーナー部において接続する２辺のうちのいずれか短い短辺の外形幅寸法の１／３以下の寸法とされた隅部補剛部とされ、前記隅部補剛部の幅寸法Dが下記関係式（２）かつ（３）の両方の条件を満たし上限値の小さい値を、前記幅寸法Dとして設定されていることを特徴とする。
ｂ＞７４０ｔ／（√F）・・・・・・・・（１）
２ｔ＜D≦２．０（［ｂ／２］−［３７０ｔ／（√F）］）・・・・（２）
２ｔ＜D≦ｂ／（（√２）＋２））・・・・・・・・・・・・・・・ (３）
ただし、F：設計基準強度（N／ｍｍ²）
ｔ：箱形断面型薄板部材の板厚寸法（ｍｍ）
また、第２発明の箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造においては、箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造で、前記板厚0.4mm〜1.6mmの箱形断面型薄板部材は、薄鋼板を箱形断面形状に曲げ形成して各辺および隣り合う辺相互を接続するコーナー部の隅部補剛部を形成してなり、当該箱形断面型薄板部材は、方形断面形態における対角方向の各隅部に隅部補剛部を形成して全体として８角形の閉鎖した断面形態とされ、前記各隅部補剛部は、直線状または部材外側に円弧状あるいは部材内側に円弧状の断面形状とされ、かつ下記（１）式を満たすように箱形断面型薄板部材の外形幅寸法ｂが設定される箱形断面型薄板部材であって、前記各隅部補剛部は、これに接続する辺と平行な方向の幅寸法Ｄが、薄板部材の板厚の２倍を超える寸法で、かつコーナー部において接続する２辺の外形幅寸法ｂの１／３以下の寸法、またはコーナー部において接続する２辺のうちのいずれか短い短辺の外形幅寸法の１／３以下の寸法とされた隅部補剛部とされ、前記隅部補剛部の幅寸法Dが下記関係式（２）かつ（３）の両方の条件を満たし上限値の小さい値を、前記幅寸法Dとして設定されていることを特徴とする。
ｂ＞７４０ｔ／（√F）・・・・・・・・（１）
２ｔ＜D≦２．０（［ｂ／２］−［３７０ｔ／（√F）］）・・・・（２）
２ｔ＜D≦ｂ／（（√２）＋２））・・・・・・・・・・・・・・・ (３）
ただし、F：設計基準強度（N／ｍｍ ² ）
ｔ：箱形断面型薄板部材の板厚寸法（ｍｍ）

第３発明では、第１発明又は第２発明の箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造において、箱形断面型薄板部材は、複数の薄鋼板部材を組み合わせて構成されていることを特徴とする。

なお、これらの箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造において、前記少なくとも一つの隅部補剛部は、これに接続する各辺と平行な方向の幅寸法が同じ幅寸法とされていてもよい。
また、箱形断面型薄板部材は閉鎖箱形断面部材あるいは、参考形態として辺の一部が開放された箱形断面部材としてもよい。
さらに、箱形断面型薄板部材からなる柱部材の形成には、かしめによる方法の他、溶接、ドリルねじ、リベット、接着などの手段によってもよい。

また、前記の各箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造において、箱形断面型薄板部材における間隔をおいて隣り合う隅部補剛部間の寸法ｂ_０が、隅部補剛部の前記幅寸法Ｄと、箱形断面型薄板部材の外形幅寸法ｂとの下記の関係式（4）および（5）を満たすように設定してもよい。
ｂ＝ｂ_０＋２Ｄ・・・・・・・・（4）
ｂ_０＜７４０ｔ／（√F）・・・（5）
ただし、F：設計基準強度（N／ｍｍ^２）

本発明によると、箱形断面型薄板部材における隅部補剛部の幅寸法Ｄを従来の場合よりも大きく設定しても、前記隅部補剛部の幅寸法Ｄを所定の範囲に設定することにより、有効断面積を高めて、箱形断面型薄板部材の部材強度を高めることができる。
また、隅部補剛部の幅寸法Ｄを所定の値にすることにより、箱形断面型薄板部材の部材強度を管理することが可能になる。また、本発明は、板厚０．４ｍｍ〜１．６ｍｍの範囲で適用可能であるが、好ましくは板厚０．８ｍｍ〜１．６ｍｍである。

次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の第１実施形態を示すものであって、スチールハウス、住宅、工場建屋等に用いられる薄板軽量形鋼による縦枠材および横枠材等の棒状部材として適した箱形断面型薄板部材３３に、本発明の座屈補剛構造を適用した第１実施形態を示したものである。

前記の箱形断面型薄板部材は、板厚０．8〜１．６ｍｍの薄鋼板をロールフォーミングで箱形断面形状に曲げ形成し、両端をかしめでシームして外形（４つの各辺）４０ｍｍ〜１２０ｍｍに形成されている。また、この箱形断面型薄板部材３３の４辺の各コーナー部２６に、隅部補剛部３４を設けることで、座屈補剛構造を形成している（図では、４辺の各コーナー部２６で座屈補剛構造を形成する例を示すが、最低１つのコーナー部２６に隅部補剛部３４を設けてもよい）。

本発明の各実施形態の箱形断面型薄板部材３３の断面形態は、以下の２つの視点の基づき定めている。
（ａ）箱形断面型薄板部材３３における各辺２５を構成する板要素３０に、設計上有効断面積として組み入れることができない無効な部分が生じないように、方形断面形態の四隅に、ロールフォーミング時に一体に傾斜面板または湾曲面板を折り曲げ形成して、方形断面形態の４隅部が、あたかも面取りされたように切り落とされた形態とし、略八角形断面形態を基本形態とし、その応用形態として、方形断面形態の４隅の内、少なくとも１つの隅部に隅部補剛部３４を設けた５角形〜７角形の変形形態と、方形断面形態の一辺２５を部材長手方向に連続して一部開放した、全体としてほぼ５〜８角形のさらなる変形形態としている。
（ｂ）箱形断面型薄板部材３３を、前記のように八角形断面を基本としつつ、隅部補剛部３４を設けた５角形〜８角形の断面形態にすることで、箱形断面型薄板部材３３の断面二次モーメント、すなわち全体曲げ座屈強度は小さくなる傾向にあるため、最終的な部材強度（すなわち、有効断面積Ａeと許容圧縮応力度Fcrの積である部材許容圧縮耐力：Ａe・Fcr）に注目して、それが最大になるような八角形等の断面形態を中心として、すなわち図１における隅部補剛部３４の辺２５と平行な方向における幅寸法Ｄを定めるようにしている。

箱形断面型薄板部材３３における板要素３０の有効断面積（Ａｅ）は、薄板軽量形鋼造告示（国交省Ｈ１３第１６４１号）に示される、有効幅Bｅを規定する次式に基づき定めら
れるが、海外指針に示される式で計算することもできる。
有効幅Ｂｅは、Ｂｅ=７４０ｔ／（√Ｆ）、ここでｔは、箱形断面型薄板部材３３の板厚（ｍｍ）、Ｆは素材降伏点あるいは設計規準強度である。

次に、図１を参照して、本願発明で対象としている箱形断面型薄板部材３３の外形幅寸法ｂおよび隅部補剛部３４および板厚ｔとの関係について検討すると、本発明で対象としている箱形断面型薄板部材３３の外形幅寸法ｂは、下記（１）式を満たすことが条件になる。
ｂ＞７４０ｔ／（√F）・・・・・・・・（１）
ただし、F：設計基準強度（N／ｍｍ²）
ｔ：箱形断面型薄板部材の板厚寸法（ｍｍ）
一方、両側の隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを除いた辺２５の長さ寸法ｂ₀は、下記の条件となるように設定される。
ｂ₀＝ｂ−２Ｄ≦（７４０ｔ）／（√F）・・・・（６）
前記有効幅に関する式Ｂｅ＝７４０ｔ／（√Ｆ）、および、（６）式中のｂ ₀ ＝ｂ−２Ｄに基づいて、箱形断面型薄板部材３３の許容圧縮耐力（Ａｅ・Ｆcr）を最大になる条件としての隅部幅寸法D（Ｄ１）は、下記の式で表すことができる。
D１＝ｂ／２−[（３７０ｔ）／（√Ｆ）]
図６に示す通り、D（Ｄ１）の２．０倍の範囲であれば、箱形断面型薄板部材３３の許容圧縮耐力（Ａｅ・Ｆcr）を効果的に上昇させることができるため、下記の範囲に設定される。
D≦２．０［（b／２）−[（３７０ｔ）／（√Ｆ）]］
また、薄板部材の板厚ｔ（mm）の２倍を越える幅寸法Dでないと、従来の場合より、箱形断面型薄板部材２４の剛性が効率よく高まらないので、隅部補剛部３３の幅寸法Dは下記（２）式の範囲に設定するとよい。
２ｔ＜D≦２．０［（ｂ／２）−｛（３７０ｔ）／（√Ｆ）]］・・・・・（２）

また、隅部保護部３３の平板部の幅Ｄｏが、隅部補剛部間の寸法ｂｏの幅よりも広くなると、平板部の幅Ｄｏ部分の板の面外曲げ剛性が、隅部補剛部間の寸法ｂｏ部分の板の面外曲げ剛性よりも小さくなることによる部材強度低下が生じることが懸念されるため、箱形断面型薄板部材の外形幅寸法ｂとの関係では，
D≦ｂ／（（√２）＋２））・・・・・・・・・・（３）
である必要がある。
前記（３）式は、コーナー部２６が直角であり、D≦ｂ₀／（√２）において、ｂ₀＝ｂ−２Ｄ の値を代入して得られる。
前記のように、隅部補剛部３３の幅寸法Ｄは、前記（２）および（３）式の両方の条件を満たすように設定するとよい。すなわち、隅部幅寸法Ｄの最大値は、前記（２）および（３）式両方の上限値の小さい方の値以下であることが望ましい。

次に、図１に示すような八角形断面の箱形断面型薄板部材３３の性能について説明すると、４隅部に隅部補剛部３４を有する断面形態の箱形断面型薄板部材３３は、例えば、住宅構造の縦枠（柱）への適用を想定した場合（部材長さＬ=２４００ｍｍ、□９０ｍｍ×９０ｍｍ、ｔ=１．６ｍｍ）での、図１に示す箱形断面型薄板部材３３における四隅の隅部補剛部３４の幅寸法Ｄ（ｍｍ）と、安全率を除いた（安全率を考慮しない）許容圧縮応力度Ｆcr（Ｎ／ｍｍ²）と、有効断面積Ａe（ｍｍ²）および部材許容圧縮耐力Ａe・Ｆcr（ｋＮ）それぞれとの関係を示したものを、図４〜図６に示す。なお、許容圧縮応力度Ｆcr、有効断面積Ａeは、前述の告示に従い計算した。また、図４〜図６では、前記Ｆは、平成１３年国交省告示１６３９号を参照し、設計規準強度として２８０Ｎ／ｍｍ²として計算しているが、鋼素材の降伏点に基づき適宜定めて計算してもよい。

図４は、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄと、安全率を除いた（安全率を考慮しない）許容圧縮応力度Ｆcr（Ｎ／ｍｍ²）の関係を示したものである。前記の隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを大きくすると、許容圧縮応力度Ｆcrは低下することが判るが、これは、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄが大きくなることにより、箱形断面型薄板部材３３の断面二次モーメントＩ（ｍｍ⁴）が小さくなっていることによるものである。前記のように、従来の発想では、このように計算された前記の許容圧縮応力度Ｆcrが小さくなるため、本願発明のように隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを大きくする断面形態は使用されてこなかった。

図５は、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄと有効断面積Ａeの関係を示したものである。隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを大きくすると、有効断面積Ａeは一端大きくなり、極大値を与えた後、減少傾向に転じることがわかる。ここでは、Ｄ=１０ｍｍのときに最大となる。本発明は有効断面積Ａeのこのような増減傾向に注目し、部材の許容耐力（許容圧縮耐力）の最大化を狙いながら、部材性能のよい箱形断面型薄板部材３３を得ようとするものである。

図６は、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄと、箱形断面型薄板部材３３の許容圧縮耐力Ａe・Ｆcrの関係を示したものである。箱形断面型薄板部材３３の許容圧縮耐力（Ａe・Fcr）は、許容圧縮応力度Ｆcrの影響よりも有効断面積Ａeの影響を大きく受け、Ｄ=１０ｍｍの時に最大値となり、図２５（Ａ）に示すプレーンの角形鋼よりも、約１６％程度、箱形断面型薄板部材の強度を高めることができる。またこのときの許容圧縮耐力（Ａe・Ｆcr）は、図２４（ｂ）に示す従来の組立Ｈ形鋼１９と、ほぼ同等の性能となるため、組立Ｈ形鋼の代替部材として活用することができる。

前記と同様の方法で、板厚ｔ=１．２ｍｍの同形状の箱形断面型薄板部材３３を評価した結果は、図７〜図９に示す通りとなるが、この場合には、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄ＝２０ｍｍにすることで、箱形断面型薄板部材３３の許容圧縮耐力（Ａe・Fcr）を最大化させることができ、この場合には、図２５（Ａ）に示す同じ板厚ｔ=１．２ｍｍの角形鋼よりも、約４０％程度、箱形断面型薄板部材３３の部材強度を高めることができる。また、このときの許容圧縮耐力Ａe・Ｆcrも、図２４（Ｂ）に示す従来の組立Ｈ形鋼１９と、ほぼ同等の性能となるため、組立Ｈ形鋼１９の代替部材として活用することができる。

前記と同様の方法で、板厚ｔ=０．８ｍｍの同形状の箱形断面型薄板部材３３を評価した結果は、図１０に示す通りとなるが、この場合には、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄ＝２5ｍｍにすることで、箱形断面型薄板部材３３の許容圧縮耐力（Ａe・Fcr）を最大化させることができ、この場合には、図２５（Ａ）に示す同じ板厚ｔ=０．８ｍｍの角形鋼よりも、約90％程度、箱形断面型薄板部材３３の部材強度を高めることができる。また、このときの許容圧縮耐力Ａe・Ｆcrも、図２４（Ｂ）に示す従来の組立Ｈ形鋼１９と、ほぼ同等の性能となるため、組立Ｈ形鋼１９の代替部材として活用することができる。

さらに、いずれの場合でも、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを大きくすることで、それぞれの断面積Ａは小さくなるため、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを設けることで、単位重量当たりの性能も大きく向上することがわかる。なお、図４〜図９で幅寸法Ｄが０の場合が、図２５（Ａ）に示す形態である。本発明では、図６および９に示す図からもわかるように、前記の幅寸法Ｄがゼロの場合（左側の縦軸の位置）、すなわち、図２５（Ａ）に示す形態よりも、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを大きくすると共に所定の範囲に規制することにより、より許容圧縮耐力を向上させることができる。

なお、箱形断面型薄板部材３３の外形幅寸法ｂを例えば、８５ｍｍ〜９０ｍｍとした場合、前記の隅部補剛部３４の寸法Ｄは、３ｍｍ〜３０ｍｍの寸法でよく、実用的な隅部補剛部３４の幅寸法Ｄとしては、例えば、３ｍｍ〜１０ｍｍでよい。
前記の隅部補剛部３４の断面形状が平坦な板状である場合、その隅部補剛部３４の寸法Ｄが、外形幅寸法ｂのｂ／３を越えると、隅部補剛部３４を除いた中間部の辺２５の幅寸法が小さくなり、相対的に中間部の辺２５の部分の剛性が隅部補剛部３４の剛性よりも小さくなる恐れがあるので、前記の隅部補剛部３４の寸法Ｄを、外形幅寸法ｂのｂ／３以下にするのが望ましい。ただし、隅部補剛部３４の剛性は、薄板部材の板厚および隅部補剛部３４の断面形状（円弧状断面あるいは波型断面形状）にすることにより、より剛性が高まり、前記の隅部補剛部３４の寸法Ｄを、外形幅寸法ｂのｂ／３を若干越えても可能であるが、本発明では、図２５（Ａ）に示す形態よりも、より高い許容圧縮耐力が期待できる範囲の上限として設定した。

本発明では、鋼製の箱形断面型薄板部材３３でありながら、隅部補剛部３４があるため、木造部材における面取りと同様に角部をなくすことができ、人が箱形断面型薄板部材３３に衝突した場合でも、怪我をする恐れもなく、さらに箱形断面型薄板部材３３の意匠性を高め、鋼製部材でありながら高級感を高められているので、室内空間に露出するように箱形断面型薄板部材３３を使用することも可能になる。また、必要に応じ化粧用表面材が貼り付けられる。

（箱形断面型薄板部材の変形形態のバリエーション）
前記実施形態では、矩形断面形状の４隅部に、各辺２５に交差するように配置された直線状の隅部補剛部３４を設けた形態を示したが、本発明を実施する場合、少なくとも閉鎖断面形状の箱形断面型薄板部材３３、あるいは一部を開放された開断面形状の箱形断面型薄板部材３３に使用して、剛性を高めるようにしてもよく、以下の実施形態で、具体的に説明する。なお、隅部補剛部３４およびその幅寸法Ｄ等は、前記実施形態と同様であるので、同様な符号を付して説明を省略する。

図２では、箱形断面型薄板部材３３の各辺２５の延長線上において交差する付近に中心を有し、部材中心に向って接近するような円弧状部３５が前記各辺２５に交差するように接続した隅部補剛部３４とされている形態である。このように隅部補剛部３４は直線状ばかりでなく、円弧状の隅部補剛部３４としてもよい。このような内向き円弧状の隅部補剛部３４とすると、外形形状が特殊な形状であるので、鋼製部材でありながらデザイン性を含む意匠性を高めることができ、鋼製部材でありながら室内側に配置する部材としても使用が可能になる。また、必要に応じ化粧用表面材が貼り付けられる。

図３（Ａ）に示す参考形態では、コーナー部２６において、各辺２５に接続する円弧状部３５の半径寸法ｒを２ｔを下回らない半径寸法とした隅部補剛部３４を形成した形態であり、コーナー部２６に接続する各辺２５に、滑らかに接続するようにされている。前記の円弧状部２６の半径寸法ｒとしては、２ｔを越える例えば、前記実施形態と同様な寸法Ｄとすればよい。

図３（Ｂ）に示す形態では、コーナー部２６において、各辺２５に接続する円弧状部３５の半径寸法Ｒを、図３（Ａ）の場合よりも大きくし、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄの範囲内において、コーナー部２６に接続する各辺２５に、交差するように接続するようにされている。前記の円弧状部２６の半径寸法Ｒとしては、２ｔを越え、例えば、前記幅寸法Ｄよりも大きい半径寸法とすればよい。前記の半径寸法Ｒを大きくすると、図１に示す形態に近づく形態になる。

図１〜図３に示す形態以外にも、本発明の隅部補剛部３４を有する箱形断面型薄板部材３３の形態は、各種の形態が可能であるので、図１１以降を参照して説明する。また、同様な要素には、同様な符号を付して説明を省略する。

図１１に示す参考形態では、右側の一辺２５の中間部を開放した開断面形態の箱形断面型薄板部材３３としたもので、その他の構成は、前記実施形態と同様である。このように、箱形断面型薄板部材３３における一辺２５の中間部を開放部３６とした形態でもよい。このような形態では、かしめ部を設ける必要がないので製作も容易である。また、箱形断面型薄板部材３３を柱材として使用し、前記開放部３６から他の梁部材等を差込で接合する場合に好適である。

図１２では、箱形断面型薄板部材３３の横方向の外形幅寸法をｂ／２とし、縦方向の外形幅寸法をｂとした形態である。このような長方形の形態では、横方向の外形幅寸法が、ｂ／２と小さいため、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄは、この部分の短辺２５の寸法ｂ_０に近い寸法でもよいが、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄは、Ｄ≦（ｂ／２）／３＝ｂ／６としておくとよい。

また、図１３に示すように、前記のような閉鎖断面形態の箱形断面型薄板部材３３とする場合に、断面を閉合するために、かしめ部２７を設ける場合の位置としては、外形幅寸法ｂの適宜の中間部の位置に設けるようにすればよい。かしめ固定構造としては、例えば、図１３（Ｂ）に示すように、一方の端部を内向きに倒Ｕ字状に折り曲げると共に、他方の端部を外向きに対称な倒Ｕ字状に折り曲げて、Ｕ字状先端部同士を巻き込むように重合してかしめ固定する従来周知の構造でよい。
なお、かしめ部の位置は、施工上の理由等に基づき適宜変更することができる。すなわち、外形幅寸法ｂの中間部に限定されるものではなく、また複数の位置でかしめ接合してもよい。

また、本発明を実施する場合、図１４に示すように、辺２５の中間部に部材長手方向に延長する断面Ｕ字状の中間補剛リブ３１を一体に連設するようにしてもよく、このようにすると、本発明の隅部補剛部３４を備えていると共に、各辺２５の中央部に補剛リブ３１を備えているので、より箱形断面型薄板部材３３の座屈に対する剛性を高めることができる。
なお、この場合において、図１８に示すように、断面U字状の中間補剛リブ３１と、かしめ２７が混在する構成にしても勿論よい。
また、本発明は、薄鋼鈑から形成された箱形断面型薄板部材３３の断面形状を、一貫した技術思想に基づき定めるものであり、箱形断面型薄板部材３３の断面形状を形成する上での接合方法や接合位置、あるいは接合個所の数が限定されるものではない。そのため、図１９に示す薄鋼鈑の一部（図示の場合は薄鋼板の両端部）を重ねて、溶接、ドリルねじ、リベット，接着などの接合手段により接合した接合部３７とする場合や、図２０あるいは図２１に示すように、薄鋼鈑から形成された隅部補剛部３４を有する隅部補剛部付溝形鋼３８等を複数の薄鋼板部材を使用して箱形断面型薄板部材３３としたり、接合部３７が複数ある場合も本発明の範囲に含まれる。このように複数の薄鋼板部材により箱形断面型薄板部材３３を製作すると、一枚の薄鋼板により製作する場合に比べて、部品点数が多くなるが、製作が容易になる利点がある。
図２０に示す形態では、隅部補剛部付溝形鋼３８のフランジ４２先端を重ねて（ただし内側に位置するフランジ４２先端部は内側に変位するように屈曲させている。）、前記の接合手段による接合部３７とした箱形断面型薄板部材３３とした場合で、図２１に示す形態は、隅部補剛部を備えたリップ付き溝形鋼３９のリップ４０を重ねて前記の接合手段による接合部３７とした形態の箱形断面型薄板部材３３である。隅部補剛部付溝形鋼３８あるいは隅部補剛部を備えたリップ付き溝形鋼３９における隅部補剛部３４については、前記した隅部補剛部３４を有する箱形断面型薄板部材３３を製作する場合と同様である。
なお、図示を省略するが、薄鋼板により形成された部材の両端部を付き合わせ溶接や隅肉溶接を利用して箱形断面型薄板部材３３を形成しても勿論よい。
さらに、図２２に示すように、箱形断面型薄板部材３３の内部に、ウレタンフォーム等の発砲樹脂、あるいはその他の樹脂を充填材４１として充填し、箱形断面型薄板部材３３の剛性あるいは断熱性を高めるようにしてもよい。

また、本発明を実施する場合、箱形断面型薄板部材３３に求められる性能および使用される場所に応じて、図１５に示すように、箱形断面型薄板部材３３のコーナー部３箇所に、本発明の隅部補剛部３４を適用した構造の部材としてもよく、この場合には、折り曲げ箇所が少なくなる分、ロールフォーミングの設備コストを低減することができる。また、隅部補剛部３４がある側を室内側あるいは露出される側に配置すればよい。このような観点で、図１６に示す形態では、箱形断面型薄板部材３３における対角方向の２箇所に隅部補剛部３４を設けた形態である。図１７（ａ）に示す参考形態では、箱形断面型薄板部材３３の１箇所のコーナー部２６に本発明の隅部補剛部３４を形成した形態である。図１７（ｂ）では、隅部補剛部３４の幅寸法Ｄを大きくして、箱形断面型薄板部材３３が八角形とされた形態である。

前記のように、隅部補剛部３４の断面形態としては、例えば、図２に示すように、部材の中心部に向って接近するような断面円弧状で、部材外側に円弧の中心を有する隅部補強部３４として、各辺２５に屈折するように接続してもよく、あるいは逆に、図３に示すように、部材の中心部に向って離反するような断面円弧状で、部材内側に円弧の中心を有する隅部補強部３４として、各辺２５に屈折または滑らかに接続する円弧状の隅部補剛部３４としてもよく、また、図示を省略するが、これらの形態を組合わせてもよく、さらには、隅部補強部３４を波状としてもよい。

前記実施形態では、正方形または長方形からなる方形状の箱形をベースにし、その４隅部を隅部補剛部とした形態を形成したが、各種の方形状の箱形断面部材にも適用することができる。

前記各実施形態では、隅部補剛部３４の寸法が、コーナー部２６に接続する各辺２５方向の隅部補剛部Ｄの幅寸法が同じ場合の形態について説明したが、本発明を実施する場合、図示を省略するが、コーナー部２６に接続する各辺２５方向の隅部補剛部Ｄの幅寸法が異なる形態としてもよい。したがって、図示以外の多様な変形形態が可能である。

前記のように、箱形断面型薄板部材における隅部補剛部の幅寸法Ｄを従来の場合よりも大きく設定しても、前記隅部補剛部の幅寸法Ｄを所定の範囲に設定することにより、有効断面積を高めて、箱形断面型薄板部材の曲げ座屈剛性を高めることができる。
また、隅部補剛部の幅寸法Ｄを所定の値の範囲にすることにより、箱形断面型薄板部材の曲げ座屈剛性を管理することが可能になる。

本発明の第１実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第２実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 （Ａ）は本願の第３形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図、（Ｂ）はその変形形態を示す短面図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を１．６ｍｍとした場合の、隅部補剛部の幅寸法Dと許容圧縮応力度Ｆｃｒとの関係を示す線図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を１．６ｍｍとした場合の、隅部補剛部の寸法Dと箱形断面型薄板部材の端面における有孔断面積Aeとの関係を示す線図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を１．６ｍｍとした場合の、隅部補剛部の幅寸法Dと許容圧縮耐力との関係を示し、請求項２において(2)かつ（３）式を満たし（２）式のほうが最大値が小さい時の線図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を１．２ｍｍとした場合の、隅部補剛部の幅寸法Dと許容圧縮応力度Ｆｃｒとの関係を示す線図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を１．２ｍｍとした場合の、隅部補剛部の寸法Dと箱形断面型薄板部材の端面における有孔断面積Aeとの関係を示す線図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を１．２ｍｍとした場合の、隅部補剛部の幅寸法Dと許容圧縮耐力との関係を示し、第１発明において（２）式かつ（３）式を満たし、（3）式のほうが最大値が小さい時の線図である。 図１に示す形態における板状部材の板厚を０．８ｍｍとした場合の、隅部補剛部の幅寸法Dと許容圧縮耐力との関係を示し、第１発明において（２）式かつ（３）式を満たし（3）式のほうが最大値が小さい時の線図である。 本願の第４形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第５実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 かしめ固定する場合の位置を説明するための本発明の第６実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図、（ｂ）はかしめ固定部を拡大して示す縦断正面図である。 本発明の第７実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第８実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第９実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 （ａ）本願の第１０形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図、（ｂ）は本発明の第１１実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第１２実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第１３実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第１４実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第１５実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 本発明の第１６実施形態の隅部補剛部を備えた箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造の端面図である。 従来のスチールハウスの骨組みの斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は、従来の柱部材の２例の端面図である。 （Ａ），（Ｂ）（C）は、従来の柱部材の３例の端面図、（Ｄ）は、かしめ部を拡大して示す縦断正面図である。

符号の説明

１ 下枠ランナー
２ 柱
３ 隅柱
４ たて枠
５ 上枠ランナー
６ 窓開口部
７ まぐさ
８ まぐさ受け
９ 腕木
１０ 頭つなぎ
１１ ころび止め
１２ ガッセットプレート
１３ 屋根トラス
１３ａ 補強たるき
１４ 下弦材
１５ 妻小屋たて枠
１６ けばらたるき
１７ 頭部ころび止め
１８ リップ付溝形鋼
１９ 組立Ｈ形鋼
２０ 波板
２１ ウェブ
２２ ドリルねじ
２３ 薄板軽量形鋼造建築物
２４ 閉鎖断面部材
２５ 辺
２６ コーナー部
２７ かしめ部
２８ 箱形断面型薄板部材
２９ フランジ部
３０ 板要素
３１ 補剛リブ
３２ 円弧状部
３３ 箱形断面型薄板部材
３４ 隅部補剛部
３５ 円弧状部
３６ 開放部
３７ 接合部
３８ 隅部補剛部付溝形鋼
３９ 隅部補剛部を備えたリップ付溝形鋼
４０ リップ
４１ 充填材
４２ フランジ

Claims (3)

1. 箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造で、前記板厚0.4mm〜1.6mmの箱形断面型薄板部材は、薄鋼板を箱形断面形状に曲げ形成して各辺および隣り合う辺相互を接続するコーナー部の隅部補剛部を形成してなり、当該箱形断面型薄板部材は、方形断面形態における少なくとも一つの対角方向の各隅部に隅部補剛部を形成して全体として６〜８角形のいずれかの閉鎖した断面形態とされ、前記各隅部補剛部は、直線状または部材外側に円弧状あるいは部材内側に円弧状の断面形状とされ、かつ下記（１）式を満たすように箱形断面型薄板部材の外形幅寸法ｂが設定される箱形断面型薄板部材であって、前記各隅部補剛部は、これに接続する辺と平行な方向の幅寸法Ｄが、薄板部材の板厚の２倍を超える寸法で、かつコーナー部において接続する２辺の外形幅寸法ｂの１／３以下の寸法、またはコーナー部において接続する２辺のうちのいずれか短い短辺の外形幅寸法の１／３以下の寸法とされた隅部補剛部とされ、前記隅部補剛部の幅寸法Dが下記関係式（２）かつ（３）の両方の条件を満たし上限値の小さい値を、前記幅寸法Dとして設定されていることを特徴とする箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造。
   ｂ＞７４０ｔ／（√F）・・・・・・・・（１）
   ２ｔ＜D≦２．０（［ｂ／２］−［３７０ｔ／（√F）］）・・・・（２）
   ２ｔ＜D≦ｂ／（（√２）＋２））・・・・・・・・・・・・・・・ (３）
   ただし、F：設計基準強度（N／ｍｍ²）（建築基準法で定められる値あるいは鋼素材の降伏点）
   ｔ：箱形断面型薄板部材の板厚寸法（ｍｍ）
2. 箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造で、前記板厚0.4mm〜1.6mmの箱形断面型薄板部材は、薄鋼板を箱形断面形状に曲げ形成して各辺および隣り合う辺相互を接続するコーナー部の隅部補剛部を形成してなり、当該箱形断面型薄板部材は、方形断面形態における対角方向の各隅部に隅部補剛部を形成して全体として８角形の閉鎖した断面形態とされ、前記各隅部補剛部は、直線状または部材外側に円弧状あるいは部材内側に円弧状の断面形状とされ、かつ下記（１）式を満たすように箱形断面型薄板部材の外形幅寸法ｂが設定される箱形断面型薄板部材であって、前記各隅部補剛部は、これに接続する辺と平行な方向の幅寸法Ｄが、薄板部材の板厚の２倍を超える寸法で、かつコーナー部において接続する２辺の外形幅寸法ｂの１／３以下の寸法、またはコーナー部において接続する２辺のうちのいずれか短い短辺の外形幅寸法の１／３以下の寸法とされた隅部補剛部とされ、前記隅部補剛部の幅寸法Dが下記関係式（２）かつ（３）の両方の条件を満たし上限値の小さい値を、前記幅寸法Dとして設定されていることを特徴とする箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造。
   ｂ＞７４０ｔ／（√F）・・・・・・・・（１）
   ２ｔ＜D≦２．０（［ｂ／２］−［３７０ｔ／（√F）］）・・・・（２）
   ２ｔ＜D≦ｂ／（（√２）＋２））・・・・・・・・・・・・・・・ (３）
   ただし、F：設計基準強度（N／ｍｍ²）（建築基準法で定められる値あるいは鋼素材の降伏点）
   ｔ：箱形断面型薄板部材の板厚寸法（ｍｍ）
3. 箱形断面型薄板部材は、複数の薄鋼板部材を組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の箱形断面型薄板部材の座屈補剛構造。

Images