(57)【要約】【課題】鉄骨梁に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨梁から柱に作用する応力を低減することができる柱梁構造を提供する。【解決手段】柱間に架設された鉄骨部材を有する梁と、前記梁の端部に設けられ、前記梁が加熱されたときに前記鉄骨部材に局部座屈を生じさせる座屈誘導部と、前記梁の上に設けられたコンクリート製の床スラブと、を有する柱梁構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱間に架設された鉄骨部材を有する梁と、
前記梁の端部に設けられ、前記梁が加熱されたときに前記鉄骨部材に局部座屈を生じさせる座屈誘導部と、
前記梁の上に設けられたコンクリート製の床スラブと、
を有する柱梁構造。
【請求項２】
前記鉄骨部材の表面は耐火被覆で覆われており、
前記梁の端部に位置する前記耐火被覆を薄くし又は無くして前記座屈誘導部を構成している請求項１に記載の柱梁構造。
【請求項３】
前記鉄骨部材は、上フランジ、ウェブ及び下フランジを備える形鋼であり、
前記梁の端部に位置する前記上フランジ表面は前記耐火被覆で覆われている請求項２に記載の柱梁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱間に鉄骨梁が架設されている柱梁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造建物に設けられ柱間に架設されている鉄骨梁は、熱伝導率が高いために、火災時に熱膨張して伸長する。そして、これに起因して、鉄骨梁が架設されている柱に過大な変形が生じ、付加応力が発生することが考えられる。
【０００３】
一方、鉄骨造建物に設けられている鉄骨柱や鉄骨梁には、一般に、耐火性を持たせるための耐火被覆が表面に施されている。例えば、特許文献１には、水硬性セメント、水ガラス、水酸化化合物を混合した耐火被覆材が開示されている。
【０００４】
しかし、このような耐火被覆材を用いて鉄骨梁の熱膨張を低減しようとする場合、鉄骨梁の表面に耐火被覆材を肉厚に被覆する必要があり、施工手間が掛かってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３２６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は係る事実を考慮し、鉄骨梁に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨梁から柱に作用する応力を低減することができる柱梁構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、柱間に架設された鉄骨部材を有する梁と、前記梁の端部に設けられ、前記梁が加熱されたときに前記鉄骨部材に局部座屈を生じさせる座屈誘導部と、前記梁の上に設けられたコンクリート製の床スラブと、を有する柱梁構造である。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、火災時に梁が加熱されたときに、鉄骨部材が熱膨張して伸長するとともに座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位が高温状態になって、この部位に局部座屈が起きる。また、この局部座屈した部位がヒンジ状態となり、鉄骨部材の下方への撓みが許容される。
【０００９】
これらにより、鉄骨部材の熱膨張による伸び出しが吸収され、鉄骨部材から柱に作用する応力が低減される。また、鉄骨部材の熱膨張による伸び出しによって柱に生じる部材角を低減することができる。よって、鉄骨部材（鉄骨梁）に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨部材（鉄骨梁）から柱に作用する応力を低減することができる。
【００１０】
また、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きたときに、局部座屈した部分がヒンジ状態となって梁の端部に生じる曲げモーメントは小さくなり、梁の端部に生じるせん断力は床スラブのせん断耐力により負担される。座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きることで増大する梁中央部の曲げモーメントは、床スラブとの合成効果等により曲げ耐力に余裕がある梁中央部により負担される。これらによって、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きても、梁は崩壊せずに柱間に保持される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の柱梁構造において、前記鉄骨部材の表面は耐火被覆で覆われており、前記梁の端部に位置する前記耐火被覆を薄くし又は無くして前記座屈誘導部を構成している。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、耐火被覆を薄くしたり、無くしたりして、大きな手間を掛けずに座屈誘導部を構成することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の柱梁構造において、前記鉄骨部材は、上フランジ、ウェブ及び下フランジを備える形鋼であり、前記梁の端部に位置する前記上フランジ表面は前記耐火被覆で覆われている。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きても、梁に生じる引張力を上フランジが負担することができ、梁の構造耐力を維持することができる。よって、火災時において、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材の部位に局部座屈が起きても、梁は崩壊せずに柱間に保持される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記構成としたので、鉄骨梁に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に鉄骨梁から柱に作用する応力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る柱梁構造を示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】火災時における従来の鉄骨梁の伸長により柱に生じる変形を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る柱梁構造の作用を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る梁に作用する曲げモーメントを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る柱梁構造を示す側面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図と図６のＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る柱梁構造について説明する。
【００１８】
図１の側面図には、本発明の実施形態に係る柱梁構造１０が示されている。柱梁構造１０は、鉄骨部材１８を有する梁２０と、梁２０の端部に設けられた座屈誘導部２２と、梁２０に支持されて梁２０の上に設けられた鉄筋コンクリート製の床スラブ２４とを有して構成されている。鉄骨部材１８は、上フランジ１２、ウェブ１４及び下フランジ１６を備えたＨ形鋼である。
【００１９】
鉄骨部材１８は、鉄骨製の柱２６、２８に両端が固定され、柱２６と柱２８との間に架設されている。図１、及び図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、座屈誘導部２２は、梁２０の端部に位置する上フランジ１２の全表面を耐火被覆Ｓで覆い、梁２０の端部に位置するウェブ１４と下フランジ１６の全表面を耐火被覆Ｓで覆わずに露出させて構成している。梁２０の端部以外に位置する鉄骨部材１８は、全表面（上フランジ１２、ウェブ１４及び下フランジ１６の全表面）が耐火被覆Ｓで覆われている。
【００２０】
なお、本実施形態では、上フランジ１２の上面は床スラブ２４で覆われているので、「鉄骨部材１８の全表面が耐火被覆Ｓで覆われている」や「上フランジ１２の全表面が耐火被覆Ｓで覆われている」といった表現を本実施形態の説明で用いた場合には、上フランジ１２の上面を除いた鉄骨部材１８の全表面や、上フランジ１２の上面を除いた上フランジ１２の全表面が耐火被覆Ｓで覆われていることを意味する。上フランジ１２の上面においては、床スラブ２４が耐火被覆となって耐火性が確保されている。
【００２１】
すなわち、鉄骨部材１８の全表面を耐火被覆Ｓで覆う構成に対して、梁２０の端部に位置する耐火被覆Ｓを一部無くすことにより座屈誘導部２２を構成している。座屈誘導部２２は、火災時に梁２０が加熱されたときに、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位（鉄骨部材１８の端部）に局面座屈を起こさせて、この部分をヒンジ状態にする。
【００２２】
本実施形態において、梁２０の端部とは、梁２０端面から梁２０の梁長の１／３倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置から、この梁２０端面までの梁２０の部分を意味する。この部分の鉄骨部材１８に局部座屈が起きた（この部分がヒンジ状態になった）場合、柱２６、２８と梁２０との接合部の曲げモーメントは、一般的な柱梁接合部の有する曲げ耐力以下になる。
【００２３】
なお、梁２０端面から梁２０の梁長の１／４倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置と、梁２０端面から梁２０の梁長の１／３倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置との間の何れかの梁２０の部位をヒンジ状態にするのが好ましい。よって、梁２０端面から梁２０の梁長の１／４倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置と、梁２０端面から梁２０の梁長の１／３倍の長さだけ梁長方向へ離れた位置との間の何れかの梁２０の部位をヒンジ状態にできれば、梁２０の端部の全てを座屈誘導部２２としてもよいし、梁２０の端部の一部を座屈誘導部２２としてもよい。例えば、梁２０の端部にボルト接合部が設けられている場合には、この部分をかわして（この部分には耐火被覆を施して）この部分よりも梁２０の中央部寄りや、この部分よりも柱２６、２８寄りに座屈誘導部２２を設けるようにしてもよい。
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係る柱梁構造の作用と効果について説明する。
【００２５】
図３の側面図に示すように、鉄骨造建物に設けられ柱３０と柱３２との間に架設されている鉄骨梁３４は、一般に、熱伝導率が高いために火災時に熱膨張して伸長する。そして、これに起因して、鉄骨梁３４が架設されている柱３０、３２に過大な変形が生じ、付加応力が発生することが考えられる。
【００２６】
これに対して、本実施形態の柱梁構造１０では、図４の側面図に示すように、火災時に梁２０が加熱されたときに、鉄骨部材１８が熱膨張して伸長するとともに座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位が高温状態になる。これにより、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に熱応力（圧縮力）が発生するとともに、この部分の剛性が低下するので、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈が起きる（本実施形態の場合には、下フランジ１６やウェブ１４が面外方向へ変形する）。また、この局部座屈した部分がヒンジ状態となり、鉄骨部材１８の下方への撓みが許容される。
【００２７】
これらにより、鉄骨部材１８の熱膨張による伸び出しが吸収され、鉄骨部材１８から柱２６、２８に作用する応力が低減される。また、鉄骨部材１８の熱膨張による伸び出しによって柱２６、２８に生じる部材角を低減することができる。よって、鉄骨部材１８に厚い耐火被覆を施さなくても、火災時に梁２０（鉄骨部材１８）から柱２６、２８に作用する応力を低減することができる。
【００２８】
また、図５（ａ）に示すように、梁２０の端部がヒンジ状態になっていない通常時において、梁２０に生じる曲げモーメントの値３６は、柱２６、２８と梁２０との接合部付近と、梁２０の中央部とで大きくなる。これに対して、図５（ｂ）に示すように、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈が起きると、この局部座屈した部位３８がヒンジ状態となり、梁２０に生じる曲げモーメントの値４０は、柱２６、２８と梁２０との接合部付近で小さくなり、梁２０の中央部で大きくなる。
【００２９】
よって、火災時において梁２０の中央部が構造部材として機能するようにしておけば（例えば、鉄骨部材１８の中央部に十分な耐火被覆を施しておけば）、梁２０に生じる曲げモーメントを鉄骨部材１８の中央部の有する曲げ耐力によって負担することができる。また、梁２０の端部に生じるせん断力は、床スラブ２４のせん断耐力により負担することができる。これらによって、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈が起きても、梁２０は崩壊せずに柱２６と柱２８との間に保持される。
【００３０】
なお、柱２６と柱２８の間に架設されている鉄骨部材１８の中央部は、一般的に床スラブ２４との合成効果等から曲げ耐力に余裕がある。また、柱２６と柱２８の間の距離が長大となり梁２０の全長が長くなる場合には、火災時でない常温の状態において鉄骨部材１８端部の曲げモーメントに比べて鉄骨部材１８中央部の曲げモーメントが大きいため、火災時における鉄骨部材１８中央部の曲げモーメントの増大は小さくなる。
【００３１】
さらに、本実施形態の柱梁構造１０では、梁２０の端部に位置する耐火被覆Ｓを一部無くして座屈誘導部２２を構成することにより、大きな手間を掛けずに座屈誘導部２２を構成することができる。
【００３２】
また、本実施形態の柱梁構造１０では、梁２０の端部に位置する上フランジ１２の全表面を耐火被覆で覆うことにより、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈が起きても、梁２０に生じる引張力を上フランジ１２が負担することができ、梁２０の構造耐力を維持することができる。よって、火災時において座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈が起きても、梁２０は崩壊せずに柱２６と柱８との間に保持される。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明した。
【００３４】
なお、本実施形態では、上フランジ１２の全表面を耐火被覆Ｓで覆い、ウェブ１４と下フランジ１６の全表面を耐火被覆Ｓで覆わずに露出させて座屈誘導部２２を構成した例を示したが、座屈誘導部２２は、火災時に梁２０が加熱されたときに、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈を起こさせることができればよく、鉄骨部材１８の全表面を耐火被覆Ｓで覆う構成に対して、梁２０の端部に位置する耐火被覆Ｓを一部又は全部無くすことにより座屈誘導部２２を構成すればよい。例えば、上フランジ１２とウェブ１４の全表面を耐火被覆Ｓで覆い、下フランジ１６の全表面を耐火被覆Ｓで覆わずに露出させて座屈誘導部２２を構成してもよいし、上フランジ１２とウェブ１４上部（ウェブ１４の一部）との全表面を耐火被覆Ｓで覆い、鉄骨部材１８の残りの部分の全表面を耐火被覆Ｓで覆わずに露出させて座屈誘導部２２を構成してもよいし、鉄骨部材１８の全表面を耐火被覆Ｓで覆わずに露出させて座屈誘導部２２を構成してもよいし、上フランジ１２とウェブ１４の全表面を覆う耐火被覆Ｓと比べて下フランジ１６の全表面を覆う耐火被覆Ｓの厚さを薄くしてもよい。
【００３５】
また、座屈誘導部２２は、火災時に梁２０が加熱されたときに、座屈誘導部２２が設けられている鉄骨部材１８の部位に局部座屈を起こさせることができればよいので、鉄骨部材１８の全表面を耐火被覆Ｓで覆う構成に対して、梁２０の端部に位置する一部又は全部の耐火被覆Ｓを、梁２０の端部以外の表面を覆う耐火被覆Ｓよりも薄くすることにより座屈誘導部２２を構成してもよい。また、構造耐力に影響の無い範囲で、梁２０の端部に位置する鉄骨部材１８の断面（鋼材の板厚）を梁２０の端部以外に位置する鉄骨部材１８の断面(鋼材の板厚）よりも小さくしたり、梁２０の端部に位置する鉄骨部材１８のウェブ１４のみに貫通孔を形成したりして、応力的に局部座屈させる座屈誘導部を構成してもよい。
【００３６】
さらに、本実施形態の柱梁構造１０では、表面を耐火被覆Ｓで覆った鉄骨部材１８を有する梁２０を用いた例を示したが、図６の側面図、図６のＢ−Ｂ断面図である図７（ａ）、及び図６のＣ−Ｃ断面図である図７（ｂ）に示すような梁４２を用いた柱梁構造４４としてもよい。
【００３７】
梁４２は、鉄骨部材１８の側面にコンクリートＥが充填された側面コンクリート充填鉄骨梁であり、鉄骨部材１８の端部にコンクリートＥを充填しないようにして座屈誘導部４６を構成している。
【００３８】
また、本実施形態では、柱２６、２８を鉄骨製とした例を示したが、柱２６、２８は、鉄骨製、鉄筋コンクリート製、鉄骨鉄筋コンクリート製、木製等の柱としてもよいし、ＣＦＴ（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）の柱としてもよい。
【００３９】
さらに、本実施形態の柱梁構造１０は、新築工事及び改修工事により構築することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１０、４４  柱梁構造
１２  上フランジ
１４  ウェブ
１６  下フランジ
１８  鉄骨部材
２０、４２  梁
２２、４６  座屈誘導部
２４  床スラブ
２６、２８  柱
Ｓ  耐火被覆
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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