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建築鋼構造の理論と設計
B5並製, 444 pages
ISBN: 9784876986200
正誤表(2007.2.2更新)PDF
pub. date: 08/03
- Price : JPY 1,900 (with tax: JPY 2,090)
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鋼は強度・剛性にすぐれることから、低層の建物から高層建築や大スパン構造物まで幅広く用いられる、最も重要な建築素材の一つである。本書は鋼材の製造法や物理化学的性質、構造物として組み上げたときの力学的強度などの基礎から骨組設計の実際までを、理論的説明と豊富な実例を交えて懇切に解説する。
京都大学大学院工学研究科教授
第1部 鋼構造骨組の概要
1 緒論
2 鋼の製造
2.1 鉄とその原料
2.2 製鉄技術の歴史
2.2.1 製鉄の原理
2.2.2 高炉の発明
2.2.3 近代製鉄技術の完成
2.3 現代の製鉄技術
2.3.1 製銑
2.3.2 製鋼
2.3.3 圧延
2.4 粗鋼生産量と普通鋼の利用状況
3 鋼材の性質
3.1 鋼材の分類と化学組成
3.2 鋼材の機械的性質と応力−歪関係
3.3 真応力−対数歪関係
3.4 鋼材の靭性と硬さ
3.4.1 切欠き靭性
3.4.2 硬さ
4 鋼構造骨組の軸組と接合部
4.1 軸組と部材の役割
4.2 部材断面の種類と用途
4.3 接合部
5 部材・接合部の耐力と骨組の挙動
5.1 トラス構造の剛性と耐力
5.2 ラーメン構造の荷重−変形関係
5.2.1 曲げを受ける梁と柱の荷重−変形関係
5.2.2 肘型ラーメンの荷重−変形関係
5.2.3 部材の荷重−変形関係の力学モデルと骨組の弾塑性挙動
6 設計用荷重
6.1 設計荷重と構造設計法の概要
6.2 常時荷重
6.2.1 固定荷重
6.2.2 積載荷重
6.3 設計用地震荷重
6.3.1 設計用加速度応答スペクトル
6.3.2 多層骨組の設計用地震荷重
6.4 風荷重*
6.5 地震荷重と風荷重の計算例
第2部 塑性解析と塑性設計
1 緒論
2 鋼材の降伏条件と断面の全塑性モーメント
2.1 鋼材の応力−歪関係と降伏条件
2.1.1 鋼材の応力−歪関係のモデル化
2.1.2 鋼材の応降伏条件
2.2 断面の全塑性モーメント
2.2.1 対称軸を持つ断面の全塑性モーメントと形状係数
2.2.2 2軸対称断面の全塑性モーメント
2.2.3 合成梁断面の全塑性モーメント
2.3 全塑性モーメントに及ぼす軸力の影響
2.3.1 長方形断面
2.3.2 H形断面
2.3.3 箱形断面
2.3.4 円形中空断面
2.3.5 近似式の精度
2.4 軸力と2軸曲げを受ける断面の全塑性モーメント
2.4.1 円形中空断面
2.4.2 箱形断面
2.4.3 H形断面*
2.5 全塑性モーメントに及ぼすせん断力の影響
2.6 柱梁接合部パネルの作用応力とせん断耐力
3 骨組の塑性崩壊
3.1 曲げ材の塑性崩壊
3.1.1 曲げモーメント−曲率関係
3.1.2 曲げ材の塑性崩壊
3.1.3 歪硬化の影響*
3.1.4 曲げ材の実験結果
3.2 塑性崩壊の定義と崩壊機構
3.3 仮想仕事の原理
3.4 門形ラーメンの塑性崩壊
3.4.1 弾塑性荷重−変形関係
3.4.2 仮想仕事法(機構法)による崩壊荷重の算定
3.4.3 骨組の変形
4 塑性崩壊の定理
4.1 塑性崩壊の基本定理
4.2 骨組の降伏曲面
4.3 部材断面の降伏曲面
4.4 降伏曲面の凸性と塑性流れの法線則
4.5 単純塑性ヒンジと一般化塑性ヒンジ*
4.6 複合部材断面の累加強度の幾何学的意味*
4.7 一般化累加強度と単純累加強度の関係*
5 骨組の塑性崩壊荷重の計算法
5.1 機構法(仮想仕事法)の幾何学的意味
5.2 分布荷重を受ける骨組
5.3 一定鉛直荷重と比例水平荷重を受ける骨組
5.4 柱梁接合部パネルを考慮した塑性解析
5.4.1 柱梁接合部パネルが弱い骨組
5.4.2 節点塑性モーメント
5.5 フロアモーメント分配法
5.5.1 設計用地震荷重とその外力仕事
5.5.2 フロアモーメント分配法
5.6 不整形骨組
5.6.1 吹き抜けがある骨組
5.6.2 山形ラーメン
5.6.3 異形ラーメン*
5.7 耐震・制震部材を有する骨組*
5.7.1 耐震部材を有する骨組*
5.7.2 ブレースを有する骨組*
5.7.3 耐震部材を有する骨組の実験結果と塑性解析*
5.7.4 基礎の引抜きが生じる骨組*
5.8 立体骨組の塑性崩壊荷重*
5.8.1 並列平面構面群の塑性崩壊荷重*
5.8.2 柱崩壊型偏心立体骨組*
5.8.3 梁崩壊型偏心型立体骨組(強柱1層1スパン骨組)*
5.8.4 多層多スパン強柱偏心立体骨組*
5.9 繰返し荷重に対する崩壊と変形硬化*
5.10 PΔ効果*
6 骨組の塑性設計*
6.1 許容領域*
6.2 整形骨組の塑性設計*
6.2.1 1層多スパンラーメン*
6.2.2 多層多スパンラーメン構造*
6.2.3 耐震部材を有する多層多スパン骨組*
6.2.4 塑性設計骨組の崩壊荷重*
7 連続体の塑性解析・降伏線理論
7.1 MisesとTrescaの降伏条件
7.2 平面応力と平面歪問題の塑性解析
7.2.1 平面応力場の降伏条件
7.2.2 平面歪場の降伏条件
7.3 面外荷重を受ける平面板の降伏条件*
7.4 円板の釣合条件・適合条件と応力仕事*
7.5 環状等分布荷重を受ける円板の塑性崩壊荷重*
7.5.1 周辺単純支持円板*
7.5.2 環状等分布荷重を受ける孔あき円板*
7.6 正方形降伏条件と降伏線理論*
7.6.1 正方形降伏条件*
7.6.2 環状等分布荷重を受ける円板の塑性崩壊荷重*
7.7 降伏線理論による任意形平板の塑性解析*
7.7.1 中央集中荷重を受ける正方形板*
7.7.2 任意形平板の塑性崩壊荷重*
第3部 座屈と座屈補剛
1 緒論
2 単一圧縮材の曲げ座屈
2.1 両端ピン支持の中心圧縮材の弾性曲げ座屈
2.2 任意の材端支持条件の中心圧縮材
2.3 エラスティカ
2.4 仮想仕事の原理の応用
2.4.1 剛棒−バネ系の座屈荷重
2.4.2 オイラー荷重の近似計算
2.4.3 等分布軸力に対する座屈荷重
2.4.4 両端に回転バネがある中心圧縮材
2.5 元たわみの影響
2.6 偏心圧縮
2.7 非弾性座屈
2.8 座屈強度に及ぼす残留応力の影響
2.9 座屈後の挙動
3 座屈たわみ角法
3.1 座屈たわみ角法の基本公式
3.2 座屈たわみ角法公式を用いた骨組の座屈荷重の計算
3.2.1 1端自由,他端固定の一様断面材
3.2.2 連続梁の座屈荷重
3.2.3 単純なラーメン構造の座屈荷重
4 圧縮材の曲げ座屈補剛
4.1 中央を弾性支持された圧縮材
4.2 座屈拘束ブレース*
4.2.1 座屈拘束形式とアンボンド処理*
4.2.2 鋼ブレースの座屈拘束条件*
4.2.3 接合部を含む座屈拘束ブレースの設計条件*
5 横座屈
5.1 純捩れ
5.1.1 円形断面材の捩れ
5.1.2 薄膜類似法
5.2 H形断面材の曲げ捩れ
5.3 等曲げを受ける単純梁の横座屈
6 板の座屈*
6.1 横方向の分布荷重を受ける板の釣合微分方程式*
6.2 弾性座屈した板の釣合微分方程式*
6.3 単純支持板の弾性座屈荷重の計算*
第4部 部材・接合部の挙動と設計
1 部材・接合部の設計条件
1.1 設計荷重と部材の設計条件
1.1.1 設計荷重と耐震設計の手続き
1.1.2 1次設計における部材の設計応力
1.1.3 大地震に対する骨組の設計
1.2 接合部の設計条件
2 部材の設計
2.1 圧縮材
2.1.1 圧縮材の曲げ座屈耐力
2.1.2 圧縮材の座屈後安定耐力
2.2 局部座屈耐力
2.3 曲げ材
2.3.1 H形断面梁の曲げ耐力
2.3.2 H形断面梁の横座屈耐力
2.3.3 H形断面梁の横補剛間隔
2.3.4 H形断面梁の幅厚比と塑性変形能力
2.3.5 合成梁の繰返し荷重−変形挙動
2.4 曲げと軸力を受ける部材(柱の設計)
2.4.1 柱の曲げモーメント分布
2.4.2 柱の曲げ座屈長さ
2.4.3 柱の降伏曲げ耐力
2.4.4 柱の終局曲げ耐力
2.5 柱梁接合部パネル
2.5.1 柱梁接合部パネルの降伏耐力
2.5.2 柱梁接合部パネルの終局耐力(全塑性耐力)
2.5.3 ダイアフラム(水平スチフナ)の設計
3 接合部の設計
3.1 接合部の設計耐力
3.2 接合部の概要
3.3 溶接接合
3.3.1 アーク溶接
3.3.2 接合形式と溶接記号
3.3.3 熱影響部と溶接入熱
3.3.4 溶接欠陥
3.3.5 完全溶込み溶接接合部の耐力
3.3.6 隅肉溶接接合部の耐力
3.3.7 柱梁仕口の溶接接合部
3.4 高力ボルト接合
3.4.1 高力ボルトの種類と初期導入張力
3.4.2 高力ボルト摩擦接合部の耐力
3.4.3 高力ボルト引張接合部の耐力
3.4.4 せん断と引張の組合せを受ける高力ボルト接合部
3.4.5 高力ボルト接合部の例題
3.5 柱脚の接合構造
3.5.1 露出柱脚
3.5.2 根巻き柱脚
3.5.1 埋込み柱脚
第5部 骨組の弾塑性解析*
1 緒論
2 マトリックス変位法の概要*
2.1 座標系および節点荷重と節点変位の記号と定義
2.2 部材の弾性剛性行列
2.3 座標変換行列
2.4 骨組全体の剛性行列
3 弾塑性増分解析*
3.1 弾塑性増分解析の概要
3.2 部材の弾塑性増分剛性行列
3.2.1 トラス材の弾塑性剛性行列
3.2.2 軸力と曲げを受ける部材の弾塑性剛性行列
3.3 増分解析の手順と方法
3.3.1 増分解析の手順
3.3.2 荷重増分法
3.3.3 変位増分法
3.4 数値計算例
4 地震応答解析*
4.1 運動方程式
4.2 運動方程式の数値積分
4.3 エネルギーの釣合
4.4 数値計算例
索引
1 緒論
2 鋼の製造
2.1 鉄とその原料
2.2 製鉄技術の歴史
2.2.1 製鉄の原理
2.2.2 高炉の発明
2.2.3 近代製鉄技術の完成
2.3 現代の製鉄技術
2.3.1 製銑
2.3.2 製鋼
2.3.3 圧延
2.4 粗鋼生産量と普通鋼の利用状況
3 鋼材の性質
3.1 鋼材の分類と化学組成
3.2 鋼材の機械的性質と応力−歪関係
3.3 真応力−対数歪関係
3.4 鋼材の靭性と硬さ
3.4.1 切欠き靭性
3.4.2 硬さ
4 鋼構造骨組の軸組と接合部
4.1 軸組と部材の役割
4.2 部材断面の種類と用途
4.3 接合部
5 部材・接合部の耐力と骨組の挙動
5.1 トラス構造の剛性と耐力
5.2 ラーメン構造の荷重−変形関係
5.2.1 曲げを受ける梁と柱の荷重−変形関係
5.2.2 肘型ラーメンの荷重−変形関係
5.2.3 部材の荷重−変形関係の力学モデルと骨組の弾塑性挙動
6 設計用荷重
6.1 設計荷重と構造設計法の概要
6.2 常時荷重
6.2.1 固定荷重
6.2.2 積載荷重
6.3 設計用地震荷重
6.3.1 設計用加速度応答スペクトル
6.3.2 多層骨組の設計用地震荷重
6.4 風荷重*
6.5 地震荷重と風荷重の計算例
第2部 塑性解析と塑性設計
1 緒論
2 鋼材の降伏条件と断面の全塑性モーメント
2.1 鋼材の応力−歪関係と降伏条件
2.1.1 鋼材の応力−歪関係のモデル化
2.1.2 鋼材の応降伏条件
2.2 断面の全塑性モーメント
2.2.1 対称軸を持つ断面の全塑性モーメントと形状係数
2.2.2 2軸対称断面の全塑性モーメント
2.2.3 合成梁断面の全塑性モーメント
2.3 全塑性モーメントに及ぼす軸力の影響
2.3.1 長方形断面
2.3.2 H形断面
2.3.3 箱形断面
2.3.4 円形中空断面
2.3.5 近似式の精度
2.4 軸力と2軸曲げを受ける断面の全塑性モーメント
2.4.1 円形中空断面
2.4.2 箱形断面
2.4.3 H形断面*
2.5 全塑性モーメントに及ぼすせん断力の影響
2.6 柱梁接合部パネルの作用応力とせん断耐力
3 骨組の塑性崩壊
3.1 曲げ材の塑性崩壊
3.1.1 曲げモーメント−曲率関係
3.1.2 曲げ材の塑性崩壊
3.1.3 歪硬化の影響*
3.1.4 曲げ材の実験結果
3.2 塑性崩壊の定義と崩壊機構
3.3 仮想仕事の原理
3.4 門形ラーメンの塑性崩壊
3.4.1 弾塑性荷重−変形関係
3.4.2 仮想仕事法(機構法)による崩壊荷重の算定
3.4.3 骨組の変形
4 塑性崩壊の定理
4.1 塑性崩壊の基本定理
4.2 骨組の降伏曲面
4.3 部材断面の降伏曲面
4.4 降伏曲面の凸性と塑性流れの法線則
4.5 単純塑性ヒンジと一般化塑性ヒンジ*
4.6 複合部材断面の累加強度の幾何学的意味*
4.7 一般化累加強度と単純累加強度の関係*
5 骨組の塑性崩壊荷重の計算法
5.1 機構法(仮想仕事法)の幾何学的意味
5.2 分布荷重を受ける骨組
5.3 一定鉛直荷重と比例水平荷重を受ける骨組
5.4 柱梁接合部パネルを考慮した塑性解析
5.4.1 柱梁接合部パネルが弱い骨組
5.4.2 節点塑性モーメント
5.5 フロアモーメント分配法
5.5.1 設計用地震荷重とその外力仕事
5.5.2 フロアモーメント分配法
5.6 不整形骨組
5.6.1 吹き抜けがある骨組
5.6.2 山形ラーメン
5.6.3 異形ラーメン*
5.7 耐震・制震部材を有する骨組*
5.7.1 耐震部材を有する骨組*
5.7.2 ブレースを有する骨組*
5.7.3 耐震部材を有する骨組の実験結果と塑性解析*
5.7.4 基礎の引抜きが生じる骨組*
5.8 立体骨組の塑性崩壊荷重*
5.8.1 並列平面構面群の塑性崩壊荷重*
5.8.2 柱崩壊型偏心立体骨組*
5.8.3 梁崩壊型偏心型立体骨組(強柱1層1スパン骨組)*
5.8.4 多層多スパン強柱偏心立体骨組*
5.9 繰返し荷重に対する崩壊と変形硬化*
5.10 PΔ効果*
6 骨組の塑性設計*
6.1 許容領域*
6.2 整形骨組の塑性設計*
6.2.1 1層多スパンラーメン*
6.2.2 多層多スパンラーメン構造*
6.2.3 耐震部材を有する多層多スパン骨組*
6.2.4 塑性設計骨組の崩壊荷重*
7 連続体の塑性解析・降伏線理論
7.1 MisesとTrescaの降伏条件
7.2 平面応力と平面歪問題の塑性解析
7.2.1 平面応力場の降伏条件
7.2.2 平面歪場の降伏条件
7.3 面外荷重を受ける平面板の降伏条件*
7.4 円板の釣合条件・適合条件と応力仕事*
7.5 環状等分布荷重を受ける円板の塑性崩壊荷重*
7.5.1 周辺単純支持円板*
7.5.2 環状等分布荷重を受ける孔あき円板*
7.6 正方形降伏条件と降伏線理論*
7.6.1 正方形降伏条件*
7.6.2 環状等分布荷重を受ける円板の塑性崩壊荷重*
7.7 降伏線理論による任意形平板の塑性解析*
7.7.1 中央集中荷重を受ける正方形板*
7.7.2 任意形平板の塑性崩壊荷重*
第3部 座屈と座屈補剛
1 緒論
2 単一圧縮材の曲げ座屈
2.1 両端ピン支持の中心圧縮材の弾性曲げ座屈
2.2 任意の材端支持条件の中心圧縮材
2.3 エラスティカ
2.4 仮想仕事の原理の応用
2.4.1 剛棒−バネ系の座屈荷重
2.4.2 オイラー荷重の近似計算
2.4.3 等分布軸力に対する座屈荷重
2.4.4 両端に回転バネがある中心圧縮材
2.5 元たわみの影響
2.6 偏心圧縮
2.7 非弾性座屈
2.8 座屈強度に及ぼす残留応力の影響
2.9 座屈後の挙動
3 座屈たわみ角法
3.1 座屈たわみ角法の基本公式
3.2 座屈たわみ角法公式を用いた骨組の座屈荷重の計算
3.2.1 1端自由,他端固定の一様断面材
3.2.2 連続梁の座屈荷重
3.2.3 単純なラーメン構造の座屈荷重
4 圧縮材の曲げ座屈補剛
4.1 中央を弾性支持された圧縮材
4.2 座屈拘束ブレース*
4.2.1 座屈拘束形式とアンボンド処理*
4.2.2 鋼ブレースの座屈拘束条件*
4.2.3 接合部を含む座屈拘束ブレースの設計条件*
5 横座屈
5.1 純捩れ
5.1.1 円形断面材の捩れ
5.1.2 薄膜類似法
5.2 H形断面材の曲げ捩れ
5.3 等曲げを受ける単純梁の横座屈
6 板の座屈*
6.1 横方向の分布荷重を受ける板の釣合微分方程式*
6.2 弾性座屈した板の釣合微分方程式*
6.3 単純支持板の弾性座屈荷重の計算*
第4部 部材・接合部の挙動と設計
1 部材・接合部の設計条件
1.1 設計荷重と部材の設計条件
1.1.1 設計荷重と耐震設計の手続き
1.1.2 1次設計における部材の設計応力
1.1.3 大地震に対する骨組の設計
1.2 接合部の設計条件
2 部材の設計
2.1 圧縮材
2.1.1 圧縮材の曲げ座屈耐力
2.1.2 圧縮材の座屈後安定耐力
2.2 局部座屈耐力
2.3 曲げ材
2.3.1 H形断面梁の曲げ耐力
2.3.2 H形断面梁の横座屈耐力
2.3.3 H形断面梁の横補剛間隔
2.3.4 H形断面梁の幅厚比と塑性変形能力
2.3.5 合成梁の繰返し荷重−変形挙動
2.4 曲げと軸力を受ける部材(柱の設計)
2.4.1 柱の曲げモーメント分布
2.4.2 柱の曲げ座屈長さ
2.4.3 柱の降伏曲げ耐力
2.4.4 柱の終局曲げ耐力
2.5 柱梁接合部パネル
2.5.1 柱梁接合部パネルの降伏耐力
2.5.2 柱梁接合部パネルの終局耐力(全塑性耐力)
2.5.3 ダイアフラム(水平スチフナ)の設計
3 接合部の設計
3.1 接合部の設計耐力
3.2 接合部の概要
3.3 溶接接合
3.3.1 アーク溶接
3.3.2 接合形式と溶接記号
3.3.3 熱影響部と溶接入熱
3.3.4 溶接欠陥
3.3.5 完全溶込み溶接接合部の耐力
3.3.6 隅肉溶接接合部の耐力
3.3.7 柱梁仕口の溶接接合部
3.4 高力ボルト接合
3.4.1 高力ボルトの種類と初期導入張力
3.4.2 高力ボルト摩擦接合部の耐力
3.4.3 高力ボルト引張接合部の耐力
3.4.4 せん断と引張の組合せを受ける高力ボルト接合部
3.4.5 高力ボルト接合部の例題
3.5 柱脚の接合構造
3.5.1 露出柱脚
3.5.2 根巻き柱脚
3.5.1 埋込み柱脚
第5部 骨組の弾塑性解析*
1 緒論
2 マトリックス変位法の概要*
2.1 座標系および節点荷重と節点変位の記号と定義
2.2 部材の弾性剛性行列
2.3 座標変換行列
2.4 骨組全体の剛性行列
3 弾塑性増分解析*
3.1 弾塑性増分解析の概要
3.2 部材の弾塑性増分剛性行列
3.2.1 トラス材の弾塑性剛性行列
3.2.2 軸力と曲げを受ける部材の弾塑性剛性行列
3.3 増分解析の手順と方法
3.3.1 増分解析の手順
3.3.2 荷重増分法
3.3.3 変位増分法
3.4 数値計算例
4 地震応答解析*
4.1 運動方程式
4.2 運動方程式の数値積分
4.3 エネルギーの釣合
4.4 数値計算例
索引