(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の躯体を構成する梁が、その上下にフランジを有したＨ型鋼材からなる鉄骨梁とされ、前記躯体を構成する柱と接合される該鉄骨梁の端部には、その上下のフランジ間に該鉄骨梁の変形を拘束する変形拘束部材が配設された構成とされ、
該変形拘束部材は、プレストレスが付与された鋼棒によって柱に対して緊結されているとともに、その上下面が、前記鉄骨梁の端部においては前記フランジに当接しかつ前記鉄骨梁の中央部に向けて漸次離間する湾曲面で形成されていることを特徴とする鉄骨梁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビル等、各種構造物の躯体を構成する梁として用いて好適な鉄骨梁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、超高層ビル等の各種構造物の躯体において、梁を鉄骨梁とする場合、地震や強風等に起因する過大な外力が鉄骨梁に作用すると、外力によるエネルギーは柱との接合部である梁端部に集中し、この梁端部から降伏点に達して塑性化する。そして、この塑性化領域は、梁端部から梁中央部に順次拡がっていく。
このとき、梁の塑性化による変形が進行すると、その途中で鉄骨梁がその端部の柱との接合部において破断してしまうことがある。
このような現象の発生を回避するためには、鉄骨梁の強度を高めるという手法が基本的にとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の技術においては、以下のような問題が存在する。
すなわち、鉄骨梁の強度を高めるためには、鉄骨梁の断面積が大きくなり、これによって室内空間が狭められるだけでなく、材料コストの上昇、部材の重量増による躯体全体のコスト上昇等、種々の問題が伴う。しかも、地震や強風等に起因する外力によるエネルギーは梁の端部に集中するので、この部分を基準として鉄骨梁全体の強度を高めると、梁の中央部においては必要以上の強度を有していることとなる。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、地震や強風等に起因する外力によるエネルギーを効率吸収することによって、梁の破断等を防止するとともに構造物の耐震性向上に寄与することのできる鉄骨梁を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、構造物の躯体を構成する梁が、その上下にフランジを有したＨ型鋼材からなる鉄骨梁とされ、前記躯体を構成する柱と接合される該鉄骨梁の端部には、その上下のフランジ間に該鉄骨梁の変形を拘束する変形拘束部材が配設された構成とされ、該変形拘束部材は、プレストレスが付与された鋼棒によって柱に対して緊結されているとともに、その上下面が、前記鉄骨梁の端部においては前記フランジに当接しかつ前記鉄骨梁の中央部に向けて漸次離間する湾曲面で形成されていることを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鉄骨梁の実施の形態の一例を、図１を参照して説明する。図１において、符号１はビル等の構造物の躯体、２は例えば鋼管造からなる柱、３はＨ型鋼からなる梁（鉄骨梁）、をそれぞれ示している。
【０００６】
この図において、躯体１を構成する柱２と梁３とが接合される部分には、梁３の変形を拘束する変形拘束部材５が配設されている。
【０００７】
変形拘束部材５は、梁３の上下のフランジ３ａ，３ａとウェブ３ｂとで囲まれる空間に位置するよう設けられている。この変形拘束部材５は、例えばコンクリート製で、その一面が柱２の側面に当接する固定面５ａとされ、その両側の二面が梁３のフランジ３ａ，３ａに対向する拘束面５ｂ，５ｂとなっている。
各拘束面５ｂは、固定面５ａ側すなわち梁３の端部側においてはフランジ３ａに当接し、梁３の中央部側に向けてフランジ３ａから漸次離間する湾曲面Ａによって形成されている。
【０００８】
各拘束面５ｂを形成する湾曲面Ａは、その曲率が、例えば、梁３に降伏歪が生じるときの梁３のフランジ３ａの曲率に基づいて設定されている。
これについて詳述すると、この躯体１において梁３に降伏歪が発生した時のフランジ３ａの曲率φは、梁３の「せい（梁せい）」をＨとすると、一般に、
φ＝（｜εc｜＋｜εt｜）／Ｈ
（ただし、εcは梁３の曲げ圧縮歪、εtは曲げ引張歪）
で表される。
梁３での降伏発生箇所は柱２側の端部であり、したがって、この部分に最大モーメントが生じたときの降伏点における梁３のフランジ３ａの曲率φｆは、
φｆ＝（｜cεy｜＋｜tεy｜）／Ｈ
（ただし、cεyは降伏点での曲げ圧縮歪、tεyは降伏点での曲げ引張歪）で表される。
すなわち、拘束面５ｂを形成する湾曲面Ａの曲率φｆ’は、梁３に最大モーメントが生じるときの降伏点における前記曲率φｆに例えば一致するよう設定されている（φｆ’＝φｆ）。
【０００９】
このような変形拘束部材５は、柱２を挟んでその両側に位置する梁３，３にそれぞれ配設されており、柱２を挟んで設けられたこれら変形拘束部材５，５は、プレストレスが付与された鋼棒７と、これに螺着されたナット８とによって柱２に緊結されている。
【００１０】
上記したように、変形拘束部材５の拘束面５ｂの曲率を、梁３に降伏歪が生じたときのフランジ３ａの曲率φｆに一致させると、梁３は地震や風力等の外力によって以下のような挙動を示す。
地震や風力等に起因する外力が過大に作用した場合、まず初めに最大モーメントが生じる梁３のフランジ３ａの柱２側の端部において、この端部の微少断面での歪が上記曲率φｆに達した場合に、このフランジ３ａの微少断面は変形拘束部材５の拘束面５ｂに接触してその変形が強制的に拘束される。すると、梁３のフランジ３ａと変形拘束部材５の拘束面５ｂとの接触点は、梁３の長さ方向中央部寄りに移行する。これに伴って、最大モーメントが生じる位置が前記微少断面に隣接する他の微少断面に移行し、その部分の梁３のフランジ３ａについても、変形拘束部材５の拘束面５ｂに接触することになって、その変形が強制的に拘束されることとなる。
【００１１】
このようにして、梁３が端部から降伏点に達して塑性化した段階で、変形拘束部材５によってそれ以上の変形が拘束され、降伏点に達する位置が梁３の中央部寄りに順次移行して塑性化領域が拡がっていくようになっている。
【００１２】
上述した梁３では、Ｈ型鋼材からなる梁３の端部の上下のフランジ３ａ，３ａ間に梁３の変形を拘束する変形拘束部材５が配設され、その上下の拘束面５ｂ，５ｂが、梁３の端部においてはフランジ３ａに当接し、その中央部に向けて漸次離間する湾曲面Ａで形成された構成となっている。
これにより、地震や風により強大な外力が作用した場合に、梁３が降伏点に達し塑性化したところでそれ以上の変形を変形拘束部材５で拘束することができ、塑性化する位置を梁３の中央部寄りに順次移行させることができる。このようにして、梁３の塑性化領域を梁３の中央部寄りに拡げつつ、変形拘束部材５で梁３の端部におけるそれ以上の変形を拘束することにより、梁３の端部に一定以上のエネルギーを集中させず、梁３が端部から破断するのを防止すると共に、エネルギーを梁３の中央部側に分散させることができ、梁３全体で無駄なく効率よくエネルギーを吸収することができる。したがって、このような梁３では、変形拘束部材５を備えない単なる梁に比較して、遥かに高いエネルギーを吸収することが可能となり、躯体１の耐震性を大幅に向上させることができる。
しかも、変形拘束部材５は、梁３の上下のフランジ３ａ，３ａ間に収められる構成となっているので、梁３の断面積を拡大する必要がなく、室内空間を狭めたり、大幅な部材の重量増によるコスト上昇等といった問題を招くこともなく、高い経済メリットを得ることもできる。
【００１３】
なお、上記実施の形態において、本発明に係る鉄骨梁を、躯体１の全体に適用してもよいし、例えば強大な地震等の発生時に変形が予測される特定の層等、躯体１の一部のみに適用してもよい。
また、変形拘束部材５については、コンクリート製に限定するものではなく、所定の耐力と剛性を有しているのであれば、例えば全体を金属のみで形成したり、表面のみを金属で被覆したりしてもよい。
さらに変形拘束部材５の拘束面５ｂを形成する湾曲面Ａの曲率は、上記した梁３の降伏歪発生時における曲率φｆに限定するものではなく、例えば前記曲率φｆより小さな値として、梁３が降伏点に達する以前（弾性域範囲内）でその変形を拘束するよう設定してもよいし、また、梁３の端部からの破断を生じない範囲内であれば、降伏点を越えた後の塑性域内で梁３の塑性変形をある一定以上とならないように拘束するようにしてもよい。
加えて、これ以外にも上記実施の形態における各構成については、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であればいかなるものとしてもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鉄骨梁によれば、Ｈ型鋼材からなる鉄骨梁の端部の上下フランジ間に変形拘束部材を配設して、その変形拘束部材をプレストレスを付与した鋼棒によって柱に対して緊結するとともに、この変形拘束部材は、その上下面を、梁の端部においてフランジに当接し、その中央部に向けて漸次離間する湾曲面で形成した構成となっている。これにより、地震や風により強大な外力が作用した場合に、鉄骨梁が端部から降伏点に達するような変形を変形拘束部材で拘束することができ、鉄骨梁の端部にエネルギーを集中させずに鉄骨梁の中央部側に分散させ、鉄骨梁が端部から破断するのを防止することができる。したがって、変形拘束部材を備えない単なる梁に比較して、遥かに高いエネルギーを吸収することが可能となり、このような鉄骨梁を具備した構造物の耐震性を大幅に向上させることができる。
しかも、変形拘束部材は、梁の上下のフランジ間に収められる構成となっているので、梁の断面積を拡大する必要がなく、室内空間を狭めたり、大幅な部材の重量増によるコスト上昇等といった問題を招くこともなく、高い経済メリットを得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る鉄骨梁を適用した構造物の躯体の一部を示す立断面図である。
【符号の説明】
１  躯体
２  柱
３  梁（鉄骨梁）
５  変形拘束部材
７  鋼棒
Ａ  湾曲面
【図１】
0003663561.tif 000002