(57)【要約】  本発明は、４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱と；４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する隅柱と；前記側柱と前記隅柱との間を連結する梁と；を備える鉄骨構造であって、前記側柱における第１の柱梁耐力比が１．５以上３．０以下であり、前記隅柱における第２の柱梁耐力比が１．７以上３．５以下であり、前記側柱の前記第１の柱梁耐力比が前記隅柱の前記第２の柱梁耐力比より低い鉄骨構造を提供する。
2010103801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱と；
４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する隅柱と；
前記側柱と前記隅柱との間を連結する梁と；
を備える鉄骨構造であって、
前記側柱における第１の柱梁耐力比が１．５以上３．０以下であり、
前記隅柱における第２の柱梁耐力比が１．７以上３．５以下であり、
前記側柱の前記第１の柱梁耐力比が前記隅柱の前記第２の柱梁耐力比より低い
ことを特徴とする鉄骨構造。
【請求項２】
前記側柱及び前記隅柱の降伏比が８０％超９５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨構造。
【請求項３】
４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱及び隅柱と、前記側柱と前記隅柱との間を連結する梁と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記側柱と前記梁との耐力比を１．５以上３．０以下の範囲に設定する工程と；
前記隅柱と前記梁との耐力比を１．７以上３．５以下の範囲で前記側柱と前記梁との耐力比よりも高く設定する工程と；
を備えることを特徴とする鉄骨構造の設計方法。
【請求項４】
前記側柱及び前記隅柱の降伏比が８０％超９５％以下に設計されることを特徴とする請求項３に記載の鉄骨構造の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層建築物等の耐震鉄骨構造およびその設計方法に関する。
本願は、２００９年３月１２日に、日本に出願された特願２００９−０５８９３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
日本では、建築構造用圧延鋼材（ＳＮ材）がＪＩＳ規格化されている。このＪＩＳ規格の中では、耐震建築物に使用される鋼材の性能に関し、溶接性（低炭素当量）と、耐震性（低降伏比，狭降伏点、高シャルピー吸収エネルギー）と、が規格化されている。【０００３】
従来、建築骨組、特に、柱と梁とが剛接合されているラーメン骨組の耐震設計は、
（１）中小地震時には骨組みの弾性変形による耐震機能を発揮させること、
（２）大地震時には骨組の塑性変形による耐震機能を発揮させること、
を基本思想としている。詳述すると、（２）においては、骨組みの塑性変形によるエネルギー吸収性能に期待して、塑性変形を許容して耐震機能を発揮させる。すなわち、塑性変形性能により設計耐力を低減させる。【０００４】
大地震に耐えるためには、より大きなエネルギーを吸収する必要がある。従って、一般的には、骨組を構成する部材として、降伏強度ＹＰと引張強度ＴＳとの比ＹＲ（＝ＹＰ／ＴＳ）が０．８０以下の低ＹＲ鋼材を用いて塑性変形性を向上させる。また、骨組の崩壊モードを、エネルギー吸収に有利な全体崩壊モードとすることが推奨されている。【０００５】
例えば、非特許文献１では、全体崩壊モードを実現するために、全ての節点で柱梁耐力比を１．５以上に設定することが推奨されている。柱梁耐力比とは、崩壊メカニズムを判別する際の指標として用いられる数値であり、柱の耐力を梁の耐力で除した値である。【０００６】
崩壊モードは、特定の層（又は複数層）における全ての柱が梁に対して先行降伏し、その特定の層（又は複数層）が崩壊する部分崩壊モードと、梁が柱に対して先行降伏し、塑性ヒンジが全層に分散する全体崩壊モードとに大別される。【０００７】
特定の層における全ての柱が梁に対して先行降伏する部分崩壊モードでは、発生する塑性ヒンジの数が少なくても崩壊が生じる。【０００８】
一方、梁が柱に対して先行降伏する全体崩壊モードでは、塑性ヒンジが全層に生成した場合において崩壊が起こる。従って、柱と梁とに同じ塑性変形性能を有する部材を用いた場合、全体崩壊モードでは、部分崩壊モードと比較して骨組のエネルギー吸収能力が高い（例えば、特許文献１参照）。
また、柱梁耐力比が１．０を超えるような設計も知られている（例えば、特許文献２，３参照）。【０００９】
多層建築物の構造において、上階の梁と下階の梁とこれらに連結される柱とで囲まれる部分に、低降伏点鋼を用いたブレースを設ける技術も知られている。このブレースは、上階の梁（又は上階の柱梁が交差するコーナー部）と、下階の柱梁が交差するコーナー部とを連結する。この技術によれば、ブレースが柱及び梁に対して先行降伏するため、地震等により水平力が建物に作用しても、柱と梁とを弾性変形の範囲に抑えることができる。また、ブレースで吸収しきれなかった建物に入力される地震エネルギーを、柱よりも先に梁を塑性変形させることにより吸収するように骨組みを設計することも知られている。【００１０】
上述の骨組み設計の一例を以下に示す。
（Ａ）ブレースに引張強度が２００Ｎ／ｍｍ２級〜３００Ｎ／ｍｍ２級（それぞれ設計強度で、８０Ｎ／ｍｍ２級〜２０５Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用いる。
（Ｂ）梁部材及び柱部材に引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２級（ＳＮ４００）〜５９０Ｎ／ｍｍ２級（それぞれ設計強度で、２３５Ｎ／ｍｍ２級〜４４０Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用いる。
（Ｃ）梁の軸方向の上下フランジの一部を他の部分よりも、断面積を小さくする、又は、柱側のフランジと梁との接合部に低降伏強度の鋼材を介在させて接合する。
上述のように骨組みを設計することで、塑性変形しやすくした部分を含む梁を柱に対して先行降伏させることができる。その結果、柱を弾性変形の範囲内で使用できる。【００１１】
通常、柱部材には、梁部材用鋼板と同程度の引張強度を有する鋼材が使用される。また、下階の柱には、鉛直方向の圧縮荷重が大きくかかるため、建物が高い程、下階の柱はボックス断面等の断面積を大きくする必要があり、その鋼材重量が大きくなる。この場合、溶接に関しても高度の熟練と品質管理とが要求される。【００１２】
ところで、鉄骨造の建物の多くには、角形鋼管柱とＨ形断面梁とからなるラーメン構造が採用されている。前記の角形鋼管柱は、厚板を溶接により組み立てて製作される場合も多い。
前記のように、柱を弾性変形の範囲内で使用する場合の柱素材としては、塑性変形性能よりも、むしろ設計強度（降伏強度）と靭性（耐脆性破壊）の高い鋼材が求められている。しかし、設計強度が高い鋼材として、炭素等の硬化強化元素の量を増加させて引張強度を増加させる場合、鋼材の溶接性は劣化する。従って、溶接熱影響部の硬化や溶接割れの発生頻度が高まる。
また、硬化や割れを防止するために柱を予熱して溶接する場合、施工コストが増加する。予熱を必要としない一般的な鋼材（設計強度２３５〜３２５Ｎ／ｍｍ２級）を用いると、角形鋼管柱を構成する各側面板の板厚が厚くなり、溶接金属が多く必要になると共に、角形鋼管柱の鋼重が重くなる。このため、建築物の重量も重くなり、コストが増加する。【００１３】
従来、前記のように、柱を弾性変形の範囲内で使用することを前提に骨組みが設計される場合に、図４Ａ、図４Ｂに示すように、柱１０１と梁１０２とが連結された多層建築物１０４（ブレース等は省略した）が構築される。しかし、このような建築物１０４の一層に設けられる側柱１０１ａと隅柱１０１ｂと中柱１０１ｃとには、それぞれの柱が負担する鉛直荷重がほぼ同じである場合、配置される位置によらず同じ性能の柱素材が通常は用いられる。【００１４】
しかし、中柱よりも、前記の側柱と隅柱には、地震時に建物に水平力等の地震エネルギーが入力された場合、建物の転倒を防ぐための引張力あるいは圧縮力が作用する。このため、側柱と隅柱の部材には、負担が大きくかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−２９１６９８号公報
【特許文献２】特開２００６−４５８２１号公報
【特許文献３】特開２００６−４５８２０号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル（日本建築センター発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
柱を弾性変形の範囲内において使用するために、引張強度の大小関係がブレース用鋼材＜梁用鋼材＜柱用鋼材となるように鋼材を選定した上で、以下のように設計を行うことを想定する。
（Ａ’）ブレースに引張強度が２００Ｎ／ｍｍ２級〜３００Ｎ／ｍｍ２級（設計強度８０Ｎ／ｍｍ２級〜２０５Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用いる。
（Ｂ’）梁部材又は柱部材に引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２級〜５９０Ｎ／ｍｍ２級（それぞれ設計強度で、２３５Ｎ／ｍｍ２級〜４４０Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用いる。
（Ｃ’）梁の軸方向の（上下フランジの）一部を他の部分よりも、断面積を小さくすることにより、又は、柱側のフランジと梁との接合部に低降伏強度の鋼材を介在させて接合することにより、梁軸方向に塑性変形しやすい部分を設ける。
（Ｄ’）柱部材に引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ２級〜５９０Ｎ／ｍｍ２級あるいはこれを超える７８０Ｎ／ｍｍ２級の引張強度（それぞれ設計強度で、３２５Ｎ／ｍｍ２級〜４４０Ｎ／ｍｍ２級、あるいはこれを越える７００Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用いる。
このような設計においては、柱部材、特に、側柱と隅柱とには、地震時に建物に水平力等の地震エネルギーが入力された場合、引き抜きの引張力あるいは押し込みの圧縮力が作用する。側柱と隅柱とにはこれらの引張力又は圧縮力が同様にかかるが、隅柱にはさらに、その引張力又は圧縮力が大きくかかる。従って、側柱よりも隅柱の耐力（もしくは強度）を高めるようにすることが望まれる。
しかし、前記のように、側柱又は隅柱の引張強度を向上させるために、炭素当量等に関わる硬化強化元素を増加させると、鋼材の溶接性が低下する。また、柱素材の組成が異なる異質の鋼材が用いられる場合、鋼材の製造初期の段階から異なる処理が必要になるため、コストが増加する。
このような課題があるため、柱を塑性変形させずに弾性変形の範囲において使用する弾性設計を前提にした技術の場合、柱素材の組成を変えずに冷却速度を高める等の熱処理により、降伏強度を高めるようにした方（降伏比を高めること）が、安価な柱素材とすることができる。また、中柱と側柱および隅柱とは、前記のように地震時に水平力が作用した場合の負担が異なる。このため、中柱と側柱および隅柱とを、鋼材組成が同じで性能の異なる鋼材にするほうが、建設コスト削減ができて、より合理的である。
このように、建設コスト削減のために柱に高降伏強度鋼を使用する場合、高降伏強度での降伏比の上昇と伸びの減少により、柱の早期破断の恐れが生じる。従って、早期破断の恐れを排除した耐震鉄骨構造およびそのような耐震鉄骨構造とする耐震設計方法が必要になる。
この場合、柱断面を格段に大きくすることなく、また柱素材の溶接性を低下させることなく、鋼重を低減することができる安価な柱で合理的な構造の耐震鉄骨構造およびその耐震設計方法が求められる。
本発明は、このような課題に有利な耐震鉄骨構造およびその耐震設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）本発明の第１の態様は、４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱と；４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する隅柱と；前記側柱と前記隅柱との間を連結する梁と；を備える鉄骨構造であって、前記側柱における第１の柱梁耐力比が１．５以上３．０以下であり、前記隅柱における第２の柱梁耐力比が１．７以上３．５以下であり、前記側柱の前記第１の柱梁耐力比が前記隅柱の前記第２の柱梁耐力比より低い鉄骨構造である。
である。
（２）上記（１）に記載の鉄骨構造では、前記側柱及び前記隅柱の降伏比が８０％超９５％以下であってもよい。
（３）本発明の第２の様態は、４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱及び隅柱と、前記側柱と前記隅柱との間を連結する梁と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、前記側柱と前記梁との耐力比を１．５以上３．０以下の範囲に設定する工程と；前記隅柱と前記梁との耐力比を１．７以上３．５以下の範囲で前記側柱と前記梁との耐力比よりも高く設定する工程と；を備える鉄骨構造の設計方法である。
（４）上記（３）に記載の鉄骨構造の設計方法では、前記側柱及び前記隅柱の降伏比が８０％超９５％以下に設計されてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
上記（１）又は（３）に記載の態様によれば、側柱の柱梁耐力比及び隅柱の柱梁耐力比が１．０を大きく上回るため、梁を側柱と隅柱とに対して確実に先行降伏させることができる。更に、側柱の柱梁耐力比が１．５以上に設定され、且つ、隅柱の柱梁耐力比が１．７以上に設定されるため、柱部材の早期破断を防止することができ、鉄骨構造の部分崩壊の確率を大きく低下させることができる。そのため、降伏比が高く伸びが小さな高降伏強度鋼を側柱および隅柱に効果的に適用することができる。また、地震時において建物に水平力等の力が作用した場合には、隅柱に引き抜き力および圧縮力が大きく作用するため、隅柱の柱梁耐力比を側柱の柱梁耐力比よりも大きく設定している。従って、信頼性の高い耐震鉄骨構造を得ることができる。更に、側柱の柱梁耐力比の上限が３．０に設定され、隅柱の柱梁耐力比の上限が３．５に設定されるため、側柱及び隅柱に関する必要以上の重量設計や強度設計を避けることができる。また、更なる効果として、側柱および隅柱の板厚を、従来の場合の板厚よりも薄くして、側柱および隅柱の柱断面積を少なくすることができるため、側柱および隅柱の柱断面の鋼重減少が図れる。従って、低い建設コストで耐震構造を得ることができる。また、柱の運搬の施工性もよくなる。
上記（２）又は（４）に記載の態様によれば、側柱と隅柱の降伏比が８０％以上９５％以下であるため、建設コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の建築物を示す正面図である。
【図２】図１に示す建築物の地震時における挙動を示す正面図である。
【図３】図１に示す建築物の柱の配置を示す概略平面図である。
【図４Ａ】従来の建築物を示す概略正面図である。
【図４Ｂ】同建築物の柱の配置を示す概略平面図である。
【図５Ａ】節点における耐力比較説明図である。
【図５Ｂ】節点における耐力比較説明図である。
【図６】側柱の柱梁耐力比と部分崩壊の発生確率との関係を示す図である。
【図７】隅柱の柱梁耐力比と部分崩壊の発生確率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１〜図３には、本発明の一実施形態に係る耐震鉄骨構造とその耐震設計方法とを採用したラーメン構造の多層建築物４が示されている。
【００２３】
多層建築物４は、柱１と梁２とブレース３とを備える耐震鉄骨構造を有する。
【００２４】
側柱１ａと、隅柱１ｂと、中柱１ｃとは、間隔をおいて立設される。また、側柱１ａと隅柱１ｂとの間、側柱１ａと中柱１ｃとの間、および側柱１ａ間は、梁２により連結されている。
【００２５】
柱１は、同じ鋼材組成の厚鋼板を適宜溶接により組み立てて形成される角形鋼管柱、箱形断面柱、円形鋼管柱、Ｈ形断面柱、又はクロスＨ断面柱（Ｈ形断面柱のウェブ両面それぞれに断面Ｔ形の鋼材の脚部を溶接により固定したフランジ付十字形断面柱）により構成される。前記柱の梁接合部には、ダイアフラム（内ダイアフラム又は外ダイアフラム）が設けられる（図示せず）。このダイアフラムには、梁２のフランジおよびウェブが溶接される。ダイアフラムと梁２とは、スプライスプレート（図示せず）を介して接合されてもよい。なお、梁２または梁接合部は、塑性変形部を適宜備えている（図示を省略した）。前記のダイアフラムと柱とを溶接する場合は、レ形開先の完全溶け込み溶接により接合することが好ましい。
【００２６】
本実施形態に係る鉄骨構造では、上階側の梁２と、下階側の梁２と柱１のコーナー部とが、ブレース３により連結される。このような鉄骨構造により、建物に入力される地震エネルギーを、最初にブレース３により吸収し、ブレース３により吸収しきれなかった地震エネルギーを梁２の塑性変形により吸収することができる。
【００２７】
また、前記形態では、側柱１ａおよび隅柱１ｂの柱素材として厚鋼板からなる鋼材が用いられ、その柱素材の降伏強度を少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２とし、例えば、表１における鋼材Ｃ，Ｅが用いられる。前記以外にも、特に上限を定めるものではないが、例えば、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ２（設計強度７００Ｎ／ｍｍ２）級の鋼材を使用することも可能である。柱素材を溶接により組み立てて柱１が得られる。
【００２８】
図６は、柱梁耐力比をパラメータにとり、５層で２〜４スパンの３種類の骨組を対象に、側柱と梁とに降伏強度のバラツキを与えて大地震時に部分崩壊が生じる確率を求めた結果を示す。図６中、横軸は柱梁耐力比を示し、縦軸は部分崩壊発生確率を示す。この図６に示すように、側柱における柱梁耐力比が１．５以上である場合、部分崩壊の確率を下げることができることがわかる。従って、本実施形態においては、側柱１ａと、これに接合される梁２との柱梁耐力比は、１．５以上に設定される。尚、図６において、側柱の柱梁耐力比が１．５未満の場合に部分崩壊が生じる確率が高い理由としては、以下の要因が考えられる。
（１）所定の方向に延びる特定の梁に対して４５度方向から水平力（地震力）が作用した場合に、その特定の梁に直交して配設される梁もその水平力に抵抗する。
（２）鋼材のばらつきが大きい。
（３）梁に取り付けられるコンクリート床スラブにより、梁の耐力が上昇する。
即ち、上記（１）〜（３）の要因により、梁が塑性変形しにくい状態になるため柱に負荷がかかり、部分崩壊が生じやすくなると考えられる。
本発明では、上述の要因の影響を受けないようにするために、側柱１ａの柱梁耐力比を１．５以上に設定している。これにより、地震時に側柱が引き抜き力を受けて破断する前に、梁を確実に降伏させることができる。
また、側柱１ａでの柱梁耐力比は、３．０弱で十分であることから、これを３．０以下として、柱が格段に大きな断面とならず、経済的な柱としている。
このような場合、梁素材の降伏強度よりも降伏強度の高い柱素材を用い、梁素材を柱素材に対して先行降伏させるようにすることで、梁に対して柱の耐力を高める場合に、少ない鋼重で、柱の耐力を向上させることができる。従って、柱のコストを低減できる。
【００２９】
隅柱１ｂは、側柱１ａに比べて、地震時に水平力が建築物４に入力された場合、引き抜きの引張力あるいは押し込みの圧縮力がさらに大きくなる。従って、同じ階層で同じ梁材を側柱１ａあるいは隅柱１ｂに接合した場合等において、隅柱１ｂでの柱梁耐力比を、側柱１ａでの柱梁耐力比よりも大きく設定することにより、安全性の高い耐震鉄骨構造あるいは耐震設計となるように設定している。
【００３０】
図７は、隅柱における柱梁耐力比をパラメータにとり、５層で２〜４スパンの３種類の骨組を対象に、隅柱と梁とに降伏強度のバラツキを与えて大地震時に部分崩壊が生じる確率を求めた結果を示す。図７中、横軸は隅柱における柱梁耐力比を示し、縦軸は部分崩壊発生確率を示す。この図７に示すように、隅柱における柱梁耐力比が１．７以上である場合、部分崩壊の確率を下げることができることがわかる。従って、本実施形態においては、隅柱１ｂと、これに接合される梁２との柱梁耐力比は、１．７以上に設定される。特に隅柱１ｂでは、側柱１ａよりも、地震時に作用する引き抜きの引張力の負担が大きくなる。従って、上述の（１）〜（３）の要因は、隅柱に関してはその柱梁耐力比を１．７以上にすることで解消できる。また、柱の隅柱１ｂでの柱梁耐力比は、側柱１ａの上限として設定した３．０よりも大きい３．５を上限とする。これにより、隅柱１ｂが格段に大きな断面とならず、コストを抑えることができる。尚、側柱と隅柱の余裕度（破断に対する安全率）が同程度となるように、その比率を１．１３（＝１．７／１．５）程度にすることが好ましい。
また、各側柱１ａおよび隅柱１ｂの引張強度（または降伏強度）を、梁２の引張強度（または降伏強度）よりも高い鋼材を使用するようにすることで、鋼重増および溶接性並びに搬送設置の施工性を低下させることなく、より信頼性の高い耐震鉄骨構造の建築物とすることができる。
【００３１】
前記の柱梁耐力比（α）について、図５Ａ、図５Ｂに示す節点における耐力比較説明図を参照して説明する。図５Ａは中柱の場合の柱梁耐力比、図５Ｂは側柱又は隅柱の場合の柱梁耐力比を説明する図である。柱１が角形鋼管柱の柱梁耐力比は、各接合部まわりで、梁２は左右両端の全塑性曲げモーメントの和（側柱１ａ並びに隅柱１ｂの場合には取り付く１つの梁の全塑性曲げモーメント）Ｍｐｂｉ、柱は上階の柱下部と下階の柱上部の全塑性曲げモーメントの和で比較したものである。例えば、多層建築物におけるｋ層目でｉ接合部の柱梁耐力比をαｋｉとした場合、下記式（１）により定められる。
αｋｉ＝Ｍｐｃｉ／Ｍｐｂｉ            （１）
ここで、Ｍｐｃｉ＝Ｍｐｃｉｕ＋Ｍｐｃｉｌ
Ｍｐｃｉｕ：接合部上部柱の全塑性曲げモーメント＝νｉｕ・σｙｃｉｕ・Ｚｐｃｉｕ
Ｍｐｃｉｌ：接合部下部柱の全塑性曲げモーメント＝νｉｌ・σｙｃｉｌ・Ｚｐｃｉｌ
σｙｃｉｕ：ｉ接合部上部柱の降伏応力度
σｙｃｉｌ：ｉ接合部下部柱の降伏応力度
Ｚｐｃｉｕ：ｉ接合部上部柱の塑性断面係数
Ｚｐｃｉｌ：ｉ接合部下部柱の塑性断面係数
νｉｕ：ｉ接合部上部の柱の軸力による全塑性曲げモーメントの低下率
軸力比  ｎ≦０．５の場合  νｉｕ＝（１−４ｎ２／３）
ｎ＞０．５の場合  νｉｕ＝４（１−ｎ）／３
νｉｌ：ｉ接合部下部の柱の軸力による全塑性曲げモーメントの低下率
軸力比  ｎ≦０．５の場合  νｉｌ＝（１−４ｎ２／３）
ｎ＞０．５の場合  νｉｌ＝４（１−ｎ）／３
【００３２】
また、本発明の実施形態では、側柱１ａまたは隅柱１ｂとして、好ましくはこれらに加えて中柱１ｃとして使用される柱素材は、前記の鋼材Ａ、Ｂと同様な成分の鋼材であるが、これらの鋼材Ａ、Ｂよりも、オーステナイト固溶体からの冷却速度がより速くされた製造方法により製造された鋼材が用いられる。柱素材としての鋼材は、熱処理（オーステナイト固溶体からの冷却速度が速くなるように調整）されて、組織（パーライト組織等）が微細化されて、降伏強度が高められている。そのため、柱間のスパンが１５ｍ〜２５ｍの大規模空間を実現することが可能になり、荷重負担が増大しても、これに容易に対応することが可能な高強度の柱とすることができる。しかも鋼材の成分が変わらないから、ダイアフラムあるいは梁フランジ等を溶接により柱に取り付ける場合等の溶接性を低下させることがない。
【００３３】
素材として、鋼材Ｃのように、柱にダイアフラム等の部材を全溶け込み溶接した場合の溶接熱影響部（ＨＡＺ）の化学成分ｆＨＡＺを０．５８以下に規制することで、溶接性を低下しないようにし、また、シャルピー衝撃エネルギー吸収性能ＶＥｏを７０Ｊ以下の鋼材Ｃとすると望ましい。
また、降伏比が９５％を超えるようになると、柱の弾性が低くなりその分、脆性が増すため、降伏比を９５％以下とした。
【００３４】
【表１】
2010103801.tif 000003
【００３５】
なお、中柱１ｃ（側柱１ａおよび隅柱１ｂ以外の柱）については、たとえ、柱梁耐力比が１．０未満でも、柱に先行して柱梁接合部パネル（柱と梁が接合される部位の柱側の梁せいの寸法に相当する側面板部分または各側面板により構成される箱型もしくは円形のパネルの部分）が塑性変形して中柱１ｃの破断を防止するため、柱梁耐力比の制限を設ける必要はない。
【００３６】
また、ブレース３としては、前記の従来の場合と同様に、梁２よりも低降伏強度の鋼材が用いられ、塑性変形させる部分３ａを部分的に備えた形態でもよい。
【００３７】
以上のことから、本発明の耐震鉄骨構造あるいは耐震鉄骨構造の耐震設計をする場合に、柱素材の降伏強度を少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２とし、前記柱素材の破断を防止するために、側柱での柱梁耐力比を１．５以上３．０以下とし、隅柱での柱梁耐力比を１．７以上３．５以下とするとよい。尚好ましくは、側柱での柱梁耐力比を１．５以上１．７以下とし、隅柱での柱梁耐力比を１．７以上１．９以下とするとよい。また、梁素材の降伏強度よりも降伏強度の高い柱素材を用い、梁素材を柱素材よりも先行して降伏させるようにした耐震鉄骨構造またはそのような耐震設計方法とするのがよい。降伏強度の高い柱素材を用いた柱とすると柱素材の鋼重を１割〜３割程度低減することも可能になるため、建設コストを低減できる。
【００３８】
本発明を実施する場合、１階以上の階層の柱としては、角形鋼管柱または箱形断面柱以外にも、円形鋼管柱、Ｈ形断面柱あるいはＨ形断面柱のウェブに断面Ｔ形の鋼材の脚部を溶接により固定したフランジ付十字形断面柱としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、柱断面を格段に大きくすることなく、また柱素材の溶接性を低下させることなく、鋼重を低減することができる安価な柱で合理的な構造の耐震鉄骨構造を得られる。従って、産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００４０】
１  柱
１ａ  側柱
１ｂ  隅柱
１ｃ  中柱
２  梁
３  ブレース
３ａ  塑性変形させる部分
４  建築物
【図１】
2010103801.tif 000004
【図２】
2010103801.tif 000005
【図３】
2010103801.tif 000006
【図４Ａ】
2010103801.tif 000007
【図４Ｂ】
2010103801.tif 000008
【図５Ａ】
2010103801.tif 000009
【図５Ｂ】
2010103801.tif 000010
【図６】
2010103801.tif 000011
【図７】
2010103801.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月8日(2010.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱と；
４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する隅柱と；
中柱と、
前記側柱及び前記隅柱並びに前記中柱の間を相互に連結する梁と；
を備える鉄骨構造であって、
前記側柱における第１の柱梁耐力比が１．５以上３．０以下であり、
前記隅柱における第２の柱梁耐力比が１．７以上３．５以下であり、
前記中柱における第３の柱梁耐力比が１．０未満であり、
前記側柱の前記第１の柱梁耐力比が前記隅柱の前記第２の柱梁耐力比より低く、
前記側柱及び前記隅柱の降伏比が８０％超９５％以下であり、
前記側柱及び前記隅柱の鋼成分が同一である、
ことを特徴とする鉄骨構造。
【請求項２】
４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱及び隅柱と、中柱と、前記側柱及び前記隅柱並びに前記中柱の間を相互に連結する梁と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、
同一の鋼成分を有する鋼材によって前記側柱及び前記隅柱を設計する工程と、
前記側柱及び前記隅柱の降伏比を８０％超９５％以下に設計する工程と、
前記側柱と前記梁との耐力比を１．５以上３．０以下の範囲に設定する工程と；
前記隅柱と前記梁との耐力比を１．７以上３．５以下の範囲で前記側柱と前記梁との耐力比よりも高く設定する工程と；
前記中柱と前記梁との耐力比を１．０未満に設定する工程と；
を備えることを特徴とする鉄骨構造の設計方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）本発明の第１の態様は、４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱と；４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する隅柱と；中柱と、前記側柱及び前記隅柱並びに前記中柱の間を相互に連結する梁と；を備える鉄骨構造であって、前記側柱における第１の柱梁耐力比が１．５以上３．０以下であり、前記隅柱における第２の柱梁耐力比が１．７以上３．５以下であり、前記中柱における第３の柱梁耐力比が１．０未満であり、前記側柱の前記第１の柱梁耐力比が前記隅柱の前記第２の柱梁耐力比より低く、前記側柱及び前記隅柱の降伏比が８０％超９５％以下であり、前記側柱及び前記隅柱の鋼成分が同一である鉄骨構造である。
（２）本発明の第２の様態は、４００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏強度を有する側柱及び隅柱と、中柱と、前記側柱及び前記隅柱並びに前記中柱の間を相互に連結する梁と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、同一の鋼成分を有する鋼材によって前記側柱及び前記隅柱を設計する工程と、前記側柱及び前記隅柱の降伏比を８０％超９５％以下に設計する工程と、前記側柱と前記梁との耐力比を１．５以上３．０以下の範囲に設定する工程と；前記隅柱と前記梁との耐力比を１．７以上３．５以下の範囲で前記側柱と前記梁との耐力比よりも高く設定する工程と；前記中柱と前記梁との耐力比を１．０未満に設定する工程と；を備える鉄骨構造の設計方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記（１）又は（２）に記載の態様によれば、側柱の柱梁耐力比及び隅柱の柱梁耐力比が１．０を大きく上回るため、梁を側柱と隅柱とに対して確実に先行降伏させることができる。更に、側柱の柱梁耐力比が１．５以上に設定され、且つ、隅柱の柱梁耐力比が１．７以上に設定されるため、柱部材の早期破断を防止することができ、鉄骨構造の部分崩壊の確率を大きく低下させることができる。そのため、降伏比が高く伸びが小さな高降伏強度鋼を側柱および隅柱に効果的に適用することができる。また、地震時において建物に水平力等の力が作用した場合には、隅柱に引き抜き力および圧縮力が大きく作用するため、隅柱の柱梁耐力比を側柱の柱梁耐力比よりも大きく設定している。従って、信頼性の高い耐震鉄骨構造を得ることができる。更に、側柱の柱梁耐力比の上限が３．０に設定され、隅柱の柱梁耐力比の上限が３．５に設定されるため、側柱及び隅柱に関する必要以上の重量設計や強度設計を避けることができる。また、更なる効果として、側柱および隅柱の板厚を、従来の場合の板厚よりも薄くして、側柱および隅柱の柱断面積を少なくすることができるため、側柱および隅柱の柱断面の鋼重減少が図れる。従って、低い建設コストで耐震構造を得ることができる。また、柱の運搬の施工性もよくなる。
また、上記（１）又は（２）に記載の態様によれば、側柱と隅柱の降伏比が８０％以上９５％以下であるため、建設コストを抑えることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
なお、中柱１ｃ（側柱１ａおよび隅柱１ｂ以外の柱）については、たとえ、柱梁耐力比（第３の柱梁耐力比）が１．０未満でも、柱に先行して柱梁接合部パネル（柱と梁が接合される部位の柱側の梁せいの寸法に相当する側面板部分または各側面板により構成される箱型もしくは円形のパネルの部分）が塑性変形して中柱１ｃの破断を防止するため、柱梁耐力比の制限を設ける必要はない。
【国際調査報告】
2010103801.tif 000013
2010103801.tif 000014
2010103801.tif 000015