通しダイアフラムの厚みを決定する方法
この記事の要点
通しダイアフラムの厚みは、梁フランジの全強度（tf×bf×σy）とダイアフラムの全強（dc×td×τy）が等しくなる条件から算定する。
慣用的には梁フランジ厚の2サイズアップとするが、計算による確認が必要な場合は上式を用いる。
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ダイアフラムは梁から伝わる応力（具体的にはフランジから伝わる軸方向力）を上下の柱に伝達させる部材です。力が集中する接合部で重要な役割を果たしており、厚みの決定には注意します。
ダイアフラムの種類は下記の３つです。
通しダイアフラム
内ダイアフラム
外ダイアフラム
この３つで最も一般的な方法が通しダイアフラムです。
通しダイアフラムの厚みは、慣用的に梁フランジの２サイズアップとしています。
しかし、それで本当に良いのでしょうか？今回は、通しダイアフラムの厚みを決定する方法を紹介します。
※ダイアフラムの種類に関する詳細な内容は下記が参考になります。
ダイアフラム（ダイヤフラム）とは？鉄骨柱に必要な理由と種類【図解】
ダイアフラムに孔が空くときの検討方法｜有効断面積と応力集中の考え方
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梁フランジの全強度をダイアフラムに伝達できるか？
実は簡単にダイアフラムの厚みは確認できます。梁フランジの全強をダイアフラムに伝達できれば、それ以上の応力は入ってこないからです。梁フランジの全強度は、
ｔｆ×ｂｆ×σｙ
です。ｔｆは梁のフランジ厚、ｂｆはフランジ幅、σｙは梁のＦ値（ＳＮ400の場合235）。
梁フランジから伝わる軸方向力は、ダイアフラムに対しては「せん断力」となるので、ダイアフラムの全強は、
ｄｃ×ｔｄ×τｙ
です。ｄｃはダイアフラムの幅（建築学会接合部指針では、角パイプの板厚芯間距離）、ｔｄはダイアフラム厚、τｙはダイアフラムの降伏せん断強度（Ｆ／1.73）。
両者は等式関係にあるので、ダイアフラムの厚み以外の数値が決まればダイアフラムの厚みを決定することができます。
では実際にダイアフラムの厚みを算定しましょう。
例題１ 通しダイアフラム厚の決定
Ｈ－600ｘ200ｘ11ｘ17（ＳＮ400）と角型鋼管□―400ｘ400ｘ16に見合うダイアフラムを算定してください。
下式のｔｄを算定すれば良いのです。
ｔｆ×ｂｆ×σｙ＝ｄｃ×ｔｄ×τｙ
ｔｆ＝17、ｂｆ＝200、ＳＮ400材なのでσｙ＝235、ｄｃ＝400－16＝384、τｙ＝325／1.73＝188（ダイアフラムは490鋼を使用します）。
以上を代入すると、
17×200×235＝384×ｔｄ×188
ｔｄ＝11
となりました。梁フランジ厚の17ｍｍより小さいですが、施工性も考慮してやはり２サイズアップの厚みとします。よって、
ｔｄ＝22ｍｍ
例題２ ダイアフラムに孔が開いた場合
ダイアフラムに孔が空いた場合、どう評価すべきでしょうか。要は、ダイアフラム幅ｄｃから孔径を引けば良いのです。孔径＝200の場合ｄｃは、
ｄｃ＝384－200＝184
なので、
17×200×235＝184×ｔｄ×188
ｔｄ＝23となります。23という厚みの鋼板はないので、ｔｄ＝25とすべきでしょう。
混同しやすい用語
内ダイアフラム
内ダイアフラムとは、角形鋼管柱などの内部に設けるダイアフラムのことで、柱を切断せずに内側で梁フランジを接合する形式をとる。
通しダイアフラムが柱を上下に分割して柱の外に板を挟み込む形式であるのに対して、内ダイアフラムは柱を切断せず内部補強する形式であり、施工方法と板の位置が大きく異なる。
通しダイアフラムの厚み決定に関する要点を整理した表を示します。
| 項目 | 慣用的方法 | 理論計算による方法 |
|---|---|---|
| 厚み決定方法 | 梁フランジ厚の2サイズアップ | tf×bf×σy＝dc×td×τy |
| 材質 | SN400C・SN490C | SN400C・SN490C |
| 孔あきの場合 | 計算による確認が必要 | dc から孔径を差し引いて計算 |
まとめ
今回は、ダイアフラムの厚みを決定する方法を説明しました。ダイアフラムは、柱と梁を接合する重要な部材です。見落としの無いように注意しましょう。また、ダイアフラムに関しては、下記の記事が参考になります。
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理解度チェック
通しダイアフラムの厚みはどう決めますか？
答えを見る
梁フランジの全強度（tf×bf×σy）とダイアフラムの全強（dc×td×τy）が等しくなる条件から算定します。慣用的には梁フランジ厚の2サイズアップとしますが、計算による確認が必要な場合は tf×bf×σy＝dc×td×τy の式を用いてダイアフラム厚tdを求めます。
ダイアフラムに孔が開いた場合はどう評価しますか？
答えを見る
ダイアフラムの幅dcから孔径を差し引いて計算します。例えばdc＝384で孔径が200の場合、dc＝184として計算します。孔があると有効幅が減るため、必要なダイアフラム厚tdは大きくなります。
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- 名前 ハナダユキヒロ/ミツメラボ代表.
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
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- 2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
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