(57)【要約】  本発明の、地上柱を有する建築物を支持する地下鉄骨構造は、地下壁と；前記地上柱の柱脚部の下方に設けられる地下柱と；前記柱脚部と前記地下壁とを連結する外梁であって、前記柱脚部よりも降伏点が低い外梁と；を有する。
2010103812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上柱を有する建築物を支持する地下鉄骨構造であって、
地下壁と；
前記地上柱の柱脚部の下方に設けられる地下柱と；
前記柱脚部と前記地下壁とを連結する外梁であって、前記柱脚部よりも降伏点が低い外梁と；
を備えることを特徴とする地下鉄骨構造。
【請求項２】
前記外梁が、前記外梁よりも降伏点が低いダンパー部を備えることを特徴とする請求項１に記載の地下鉄骨構造。
【請求項３】
前記ダンパー部が、前記外梁の軸方向に直列に接合される鋼材であることを特徴とする請求項２に記載の地下鉄骨構造。
【請求項４】
前記ダンパー部が、前記外梁と前記地上柱との間に介在する鋼板であることを特徴とする請求項２に記載の地下鉄骨構造。
【請求項５】
前記地上柱及び前記地下柱の降伏強度が少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２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６】
前記地上柱の前記柱脚部と、前記地下柱とが、ピン接合構造により接合されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄骨構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下鉄骨構造を有する多層建築物などの耐震鉄骨構造に関する。
本願は、２００９年３月１２日に、日本に出願された特願２００９−０５８９３６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】
従来、地下鉄骨構造を有する多層建築物が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１１は、地下鉄骨構造１１５を有するラーメン構造の多層建築物１０４を示す。例えば地震時において多層建築物１０４に水平力が作用した場合、２階以上の地上鉄骨構造は、水平方向に動くことが可能である。このため、図１４に示すように、２階以上に設けられる柱１０１および梁１０２には、地上柱脚部１０６に比べて格段に小さい曲げモーメントＭ１、Ｍ２が作用する。
図１３は、一般的な地下鉄骨構造１１５を説明するための模式図である。図１３に示されるように、地下鉄骨構造１１５は、地上の側柱１０１ａ又は隅柱１０１ｂの外側地中に設けられるＳＲＣ造又はＲＣ造の地下外周部壁１０５と、地下１階天井スラブ１１２を支持する外梁１０２ａと、一階梁１０２とを備える。外梁１０２ａの一端部は、地下外周部壁１０５に連結され、外梁１０２ａの他端部は、地上の側柱１０１ａ又は地上の隅柱１０１ｂの柱脚部に連結される。一階梁１０２は、地上の側柱１０１ａの脚部間、地上の側柱１０１ａの脚部と隅柱１０１ｂの脚部との間、又は、地上の側柱１０１ａの脚部と中柱１０１ｃの脚部との間を連結する。
図１４に示すように、地震時等において矢印で示すような水平力が建築物１０４に作用した場合、地盤Ｇに拘束されている地下外周部壁１０５は、地盤Ｇと共に水平方向に動く。このため、外梁１０２ａが連結されている地上柱１の柱脚部と、地下１階柱１０１ｄの上部との接合部には、大きな逆せん断の曲げモーメントＭ３が作用する。
なお、地下鉄骨構造１１５は、剛性が高くなるように構築され、例えば、ＳＲＣ造が採用される。【０００３】
前記のように、建築物１０４に水平力が作用すると、地上柱１の柱脚部と地下１階柱１０１ｄの上部との接合部には大きな逆せん断の曲げモーメントＭ３が発生する。この曲げモーメントＭ３に対抗するためには、地上柱１０１及び地下１階柱１０１ｄの塑性変形性能を大きく設計することが考えられる。具体的には、柱の素材として、降伏比が８０％以下の鋼材を利用すること、又は、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、角形鋼管柱１１３の板厚ｔ２を厚く設計することが考えられる。【０００４】
なお、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。【０００５】
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、降伏点ＹＰと引張り強さ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、エネルギー吸収に適した全体崩壊モードとすることが推奨されている。【０００６】
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、各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断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。【０００７】
崩壊モードは、ある層の全ての柱が先行降伏し、一層もしくは複数の特定層が崩壊する部分崩壊モードと、梁が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。【０００８】
ある層の全ての柱が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。【０００９】
一方、梁が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の部材を用いた場合、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２参照）。
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３，４参照）。【００１０】
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斜材を設ける技術も知られている。この斜材は、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、斜材が柱及び梁に先行して降伏するため、柱と梁とを、弾性変形の範囲に留めることができる。また、斜材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、柱よりも先に梁部材を塑性変形させることで吸収するように骨組みを設計することも知られている。【００１１】
上述の骨組み設計の一例としては、斜材に引張強度が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。そして、梁部材又は柱部材に、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２級（４００〜５９０Ｎ／ｍｍ２級（それぞれ設計強度で、３２５Ｎ／ｍｍ２級〜４４０Ｎ／ｍｍ２級））の鋼板を用いる。更に、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点の鋼材を介在させて接合する。こ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位を与えた梁を柱に先行して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。【００１２】
柱部材には、梁部材用鋼板と同程度の引張強度の鋼材が使用される。また、下階の柱には、鉛直方向の圧縮荷重が大きくかかる。従って、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。【００１３】
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、炭素をはじめとする硬化強化元素の量を増加させて、引張強度を増すようにする場合、鋼材の溶接性は劣化する。これにより、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の予熱を行うようにして溶接する場合、施工コストがかさみ、経済的でなくなる。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。結果として、建築物の重量も重くなり、コストが増加する。【００１４】
鉄骨構造の建築物では、柱を弾性範囲で使用し、梁を柱よりも先行して降伏するように設計することで、大地震時等に柱の損傷を防止し、建物の崩壊を防止するようにすることも知られている（例えば、特許文献２〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−３３６１０１号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１６９８号公報
【特許文献３】特開２００６−４５８２１号公報
【特許文献４】特開２００６−４５８２０号公報
【特許文献５】日本国特許第３８８８２４４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】
建設コスト削減のために柱に高降伏点鋼を使用する場合、降伏比の上昇と伸びの減少とに起因して、柱が早期に破断しやすい。従って、柱の早期破断を防ぐ耐震鉄骨構造が望まれる。
地上柱脚部および地下柱上部を除けば、柱梁耐力比を一定値以上確保することで、柱よりも梁を先行降伏させて、柱を弾性範囲内に留めて柱の破断を防ぐことができる。しかしながら、一般に、地上柱脚部は、地下構造部分に剛接合されるため、建築物に水平力がかかると逆せん断のモーメントＭ３が生じる。このため、地上柱脚部に接続する外梁（１階梁）を先行降伏させることができず、地上柱脚部を弾性変形の範囲内に留めることが困難である。【００１８】
前記のように、地上柱１０１と地下柱１０１ｄとには、大きな逆せん断の曲げモーメントＭ３がかかる。このため、その逆せん断の曲げモーメントＭ３を解消させることができれば、降伏比の高い鋼材（高張力鋼）を柱素材として用いても、柱を弾性範囲内で使用することが可能になる。結果として、柱断面積の低減が可能となる。すなわち、柱の鋼重を低減することが可能になり、建築物をより安価に構築することができる。
本発明は、前記の課題を解消することができる耐震鉄骨構造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】
【００１９】
本発明は、上述の課題を解決するために以下の手段を採用した。
（１）本発明の第１態様は、地上柱を有する建築物を支持する地下鉄骨構造であって、地下壁と；前記地上柱の柱脚部の下方に設けられる地下柱と；前記柱脚部と前記地下壁とを連結する外梁であって、前記柱脚部よりも降伏点が低い外梁と；を備える。
（２）上記（１）に記載の地下鉄骨構造では、前記外梁が、前記外梁よりも降伏点が低いダンパー部を備えてもよい。
（３）上記（２）に記載の地下鉄骨構造では、前記ダンパー部が、前記外梁の軸方向に直列に接合される鋼材であってもよい。
（４）上記（２）に記載の地下鉄骨構造では、前記ダンパー部が、前記外梁と前記地上柱との間に介在する鋼板であってもよい。
（５）上記（１）に記載の地下鉄骨構造では、前記地上柱及び前記地下柱の降伏強度が少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか1項に記載の地下鉄骨構造では、前記地上柱の前記柱脚部と、前記地下柱とが、ピン接合構造により接合されていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
上記（１）に記載の構成によれば、外梁が地上柱の柱脚部よりも先に降伏するため、地上柱の柱脚部の塑性変形を防止することができる。このため、例えば地震等で地上鉄骨構造に水平力が付与される際に、地上柱の柱脚部に発生する曲げモーメントＭ３を、外梁の塑性変形により吸収することができる。従って、地上柱と地下柱との素材として、降伏比の高い鋼材（高張力鋼）を用いても、柱を弾性範囲内で使用することが可能になる。その結果、柱断面積の低減が可能となるため、柱の鋼重を低減することが可能になる。従って、建築物をより安価に構築することができる。
上記（２）〜（４）に記載の構成によれば、例えば地震等で地上鉄骨構造に水平力が付与されたときにダンパー部が伸縮するため、外梁が水平方向に移動可能となる。また、ダンパー部の塑性変形により、地上柱の柱脚部に発生する曲げモーメントＭ３を吸収することができる。更に、ダンパー部が塑性変形し、外梁が塑性変形しない程度の外力を地震等で受けた場合には、ダンパー部のみを交換することで補修できる。
上記（５）に記載の構成によれば、柱の素材の降伏強度が少なくとも４００Ｎ／ｍｍ2であるため、４００Ｎ／ｍｍ2以上の高降伏点鋼を用いて、柱素材の板厚寸法を小さくして、柱の軽量化を図ることができる。
上記（６）に記載の構成によれば、例えば地震等で地上鉄骨構造に水平力が付与される際に、地上柱の脚部をその下端部を中心として回転させることが可能となる。従って、地震時等に地上柱の柱脚部に作用する曲げモーメントを外梁に伝達することができる。また、柱脚部よりも外梁を先行降伏させることで、地上柱脚部の変形を弾性変形の範囲に留めることができる。従って、地上柱の柱脚部の塑性変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る、地下構造を有する多層建築物の耐震鉄骨構造を示す正面図である。
【図２Ａ】同建築物の１階部分の断面図である。
【図２Ｂ】同建築物の柱部分の拡大断面図である。
【図３】同建築物に設けられるダンパーの配置の一例を示す断面図である。
【図４】地震等により、同建築物に水平な力が作用した時に、鉄骨構造の各部に作用する曲げモーメントを示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る、地下構造を有する多層建築物の耐震鉄骨構造を示す正面図である。
【図６】同建築物の地下１階部分の断面図である。
【図７】同建築物に設けられるピン接合構造の一例を示す拡大正面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】地震等により、同建築物に水平な力が作用した時に、鉄骨構造の各部に作用する曲げモーメントを示す図である。
【図１０Ａ】本発明の第２の実施形態におけるピン接合構造の変形例を示す拡大正面図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】従来の地下構造を有する多層建築物を示す正面図である。
【図１２Ａ】同建築物の１階部分の断面図である。
【図１２Ｂ】同建築物の柱部分の拡大断面図である。
【図１３】同建築物の１階柱脚部と外周壁との連結構造を示す平面図である。
【図１４】地震等により、同建築物に水平な力が作用した時に、鉄骨構造の各部に作用する曲げモーメントを示す図である。
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。【００２３】
（第１実施形態）
以下、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る耐震鉄骨構造について詳細に説明する。【００２４】
図１は、地下鉄骨構造１５を有する多層建築物４の耐震鉄骨構造を示す正面図である。図２Ａは、多層建築物４における１階柱付近で水平に切断した断面図である。図２Ｂは図１Ａの柱部分を拡大して示す断面図である。図３は図１におけるダンパー３の配置状態を示す平面図である。図４は多層建築物４の耐震鉄骨構造に地震時に水平な地震力が作用した時に、鉄骨構造の各部に作用する曲げモーメントを示す正面図である。【００２５】
本実施形態に係る耐震鉄骨構造は、地上鉄骨構造および地下鉄骨構造１５を有する多層階建築物４において利用される。【００２６】
図１に示されるように、地下鉄骨構造１５は地上鉄骨構造よりも広く設計されている。多層建築物４における地上鉄骨構造では、複数の柱１（側柱１ａと、隅柱１ｂと、中柱１ｃ）と、複数の梁２とにより、耐震鉄骨構造が形成されている。地上柱１の下部には、地下柱１ｄが設けられている。【００２７】
側柱１ａと、隅柱１ｂと、中柱１ｃとは、互いに所定の間隔をおいて設けられる。側柱１ａと隅柱１ｂ、側柱１ａと中柱１ｃ、および２本の側柱１ａ間は、梁２によりそれぞれ連結されている。【００２８】
柱１は、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）により構成されてもよい。前記柱の梁接合部には、ダイアフラム（内ダイアフラム、通し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、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。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。尚、柱１は、例えば、靭性の高い冷間成形による角形鋼管が好ましい。【００２９】
本実施形態における地下鉄骨構造１５は、地上の側柱１ａ及び隅柱１ｂの外側地中において、ＳＲＣ造又はＲＣ造で閉鎖環状に形成された地下外周部壁５を備える。この地下外周部壁５に、地下１階天井スラブ１２を一体に支持する外梁２ａの一端部が連結される。この外梁２ａの他端部には、地上の側柱１ａ又は地上の隅柱１ｂの柱脚６が連結される。地上の側柱１ａの柱脚６間、地上の側柱１ａの柱脚６と隅柱１ｂの柱脚６との間、又は地上の側柱１ａの柱脚６と中柱１ｃの柱脚６との間は、１階梁２により連結される。
本実施形態において、外梁２ａにはダンパー３が設けられる。具体的な一例としては、地下外周部壁５に剛接合される外側の外梁構成体２ｂと、側柱１ａ又は隅柱１ｂに剛接合される内側の外梁構成体２ｃとの間に、ダンパー３を接合することで外梁２ａを構成する。他の一例としては、外梁２ａの端部にダンパー３を接合する。ダンパー３を、外梁２ａの降伏点よりも低い降伏点を有する鋼材で構成してもよい。これにより、ダンパー３の断面形状と外梁２ａの断面形状とを略同一にして両者を直列に接合しても、ダンパー３としての役割を果たすことができる。ダンパー３の接合に関しては、ダンパー３側に取り付け部を設けて、柱１又は地下外周壁部５側の取り付け部に、溶接又はボルトにより接合するようにすればよい。
前記のダンパー３は、梁軸方向への圧縮力又は引張力により塑性変形される部分であるから、梁軸方向のダンパー３の位置は、原理的には任意の位置でよいが、図１や図３に示されるように、地下外周部壁に設けたほうが単純で経済的である。【００３０】
このように、外梁２ａにダンパー３を組み込むことにより、外梁本体部分よりも、塑性変形しやすい部分を外梁２ａに導入することができる。このダンパー３は、常時、小地震時、又は強風時等には、外梁２ａの一部として機能し、大地震時において、外梁２ａ軸方向に圧縮力を受けた場合に、座屈が起こらないよう縮むことで塑性変形され、あるいは外梁２ａ軸方向に引張力を受けた場合に、伸びることで塑性変形される。従って、１階におけるすべての柱（側柱１ａと隅柱１ｂと中柱１ｃ）の柱脚６と、地下柱１ｄの上部との接合部および１階梁（外梁２ａおよびその他の梁）２との接合部は、地震時等に水平方向に移動することができる。
図１に示す形態では、図面の左右方向の一方のダンパー３が圧縮力を受けて塑性変形すると、他方のダンパー３は引張力を受けて塑性変形し、外梁２ａの長さが変化する。外梁２ａに組み込まれるダンパー３の位置としては、外梁２ａの地下外周部側の端部側に配置するのがよい。ダンパー３用の素材としては、外梁２ａのダンパー部以外の部分よりも先に、塑性変形させて降伏させるために、例えば、前記の制振用ダンパーとして使用される低降伏点鋼を使用することが好ましい。また、梁軸方向に直角な断面を梁本体側よりも小さく適宜設計により設定して、塑性変形しやすいようにしてもよい。【００３１】
前記のように、地上柱１の下部（柱脚）が水平方向に移動可能にされていることにより、図４に示すように、地上柱１および地下柱１ｄには、従来のような、逆せん断モーメントが作用することなく、２階以上の階層の柱梁接合部と同様な曲げモーメント分布とすることができる。そして、地上柱１の柱脚部と地下柱１ｄ上部との接続部、および、１階外梁２ａあるいは地上柱脚部間を接続する梁２に関して、適切な柱梁耐力比を確保することで、１階梁２あるいは１階外梁２ａを、地上柱脚６よりも先行して降伏させて、地上柱脚６の塑性変形を防止することができる。【００３２】
引張強度の大小関係は、ダンパー用鋼材＜梁用鋼材＜柱用鋼材に設定することが望ましい。例えば、ダンパー３には引張強度が２００Ｎ／ｍｍ２級〜３００Ｎ／ｍｍ２級（設計強度８０Ｎ／ｍｍ２級〜２０５Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用い、梁部材又は柱部材には引張強度が４００Ｎ／ｍｍ２級〜５９０Ｎ／ｍｍ２級（それぞれ設計強度で、３２５Ｎ／ｍｍ２級〜４４０Ｎ／ｍｍ２級）の鋼板を用いる。更に、梁の軸方向の（上下フランジの）一部を他の部分よりも、断面積を小さくしたり、柱側のフランジと梁との接合部に低降伏点の鋼材を介在させて接合させることで、塑性変形しやすい部分を付与する。これにより、大地震時において、外梁２ａの一部であるダンパー３（低降伏点鋼の部分）を梁軸方向に塑性変形させることができる。この塑性変形により、梁の軸方向の長さを伸縮可能にさせて、地上柱１の柱脚部および地下柱１ｄ上部の接合部と共に、外梁２ａの一端側および１階梁２の接合部を水平方向に移動可能にさせることができる。【００３３】
また、１階外梁２ａ以外の１階梁２（側柱間又は側柱と隅柱間の外周側に配置される外周側梁と、それ以外の内梁）の端部にも、図示を省略するが、塑性変形させる部分を付与してもよい。【００３４】
このようにすると、地上柱１および地下地上柱１ｄに作用する逆せん断曲げモーメントを抑えることができ、図４に示すように、２階以上の階層の柱１と同様な曲げモーメント分布に、変化させることができる。
そのため、降伏比の高い鋼材（高張力鋼）を柱素材として用いても、地上柱１の塑性変形を防止して柱を弾性範囲内で使用することが可能になるため、柱断面積の低減を図り、柱の鋼重を低減することが可能になり、建築物をより安価に構築することができる。【００３５】
柱部材用鋼板として引張強度が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（降伏強度）で、３２５Ｎ／ｍｍ２級〜４４０Ｎ／ｍｍ２級〜７００Ｎ／ｍｍ２級）のものを用い、柱を弾性変形させる範囲内において使用することも可能になるが、本発明においては、降伏強度が、少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２である鋼材を使用するのがよい。
柱を弾性変形させる範囲内において使用するような技術思想を採用する場合、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同等に作用する。しかし、隅柱には、前記の引抜き力および押込み力の負担がさらに大きくなる。このため、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。尚、適切な柱梁耐力比の設計としては、側柱での柱梁耐力比を１．５以上とし、隅柱での柱梁耐力比を１．７以上とすることが好ましい。【００３６】
しかし、側柱あるいは隅柱の引張り強さ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、経済的でなくなる。
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点鋼を使用する場合、高降伏点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ため、これを排除した耐震鉄骨構造が必要になるが、前記第１実施形態又は後記の第２実施形態の構造とすることで、合理的な耐震鉄骨構造とすることが可能になる。
多層建築物４の地上柱は、必然的に荷重負担が大きくなるため、その断面積が大きくなるが、前記のような高降伏点の鋼材とすると、柱断面積（板厚）を小さく（薄く）することができ、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とすることができる。【００３７】
前記の第１実施形態では、外梁２ａに、低降伏点鋼を備えたダンパー３を設けることで、地上柱脚６を水平移動可能にしているが、ダンパー３としては、前記以外の形態でもよく、大地震時において、水平力が作用した場合に、外梁２ａを伸縮可能にする形態のダンパーを組み込んでも同様な作用効果を得ることができる。
なお、外梁２ａ以外の梁２に、図示を省略するが、低降伏点鋼などの塑性変形可能な部材を組み込んで、柱１側のフランジに接合するようにしてもよい。【００３８】
（第２実施形態）
以下、図５〜図９を参照して本発明の第２実施形態について詳細に説明する。尚、第１実施形態で説明した部材と実質的に同様な部材には、同一の参照番号を付して重複説明を省く。
以下に説明する第２実施形態では、地上柱１の柱脚６の下部にピン接合構造（pin connected structure）を導入する。すなわち、本実施形態では、ピン接合構造により、柱脚に作用する曲げモーメントを１階梁に伝達させる。これにより、地上柱脚６あるいはこれに接合される地下柱１ｄに作用する逆せん断の曲げモーメントＭ３の発生を抑えることができる。【００３９】
図５〜図９には、本発明の第２実施形態に係る耐震鉄骨構造が示されている。【００４０】
図５は、地下鉄骨構造１５を有する多層建築物４の耐震鉄骨構造を示す正面図である。図６は図５における地下柱上部付近で水平に切断した断面図である。図７は、水平力が多層建築物４に与えられた際に、地上柱の弾性変形の範囲で地上柱の下端部を中心として水平方向の全方向に回転可能にする場合の一形態を示す拡大正面図である。図８は図７のＡ−Ａ断面図である。図９は図５に示す多層建築物４の耐震鉄骨構造に地震時等に水平力が作用した時に、鉄骨構造の各部に作用する曲げモーメントを示す図である。【００４１】
本実施形態においては、実施形態１のように外梁２ａにダンパー３を設けない。この形態の外梁２ａは、例えば、内梁２と同様な梁である。【００４２】
また、前記の地上柱１の柱脚部と地下のＳＲＣ造の柱１ｄ上部の接続部に関しては、例えば、図７に示すように、地上柱１の下方に向かって、横断面の外形寸法がテーパー状に漸次小さくなる傾斜縮小筒状部１４を柱１に設けてもよい。これにより、柱１は下方に向かって漸次曲げ剛性が小さくなる。この柱１に縮小筒状部１６を設けることで、地上柱脚６の下部が、地震時に水平力が柱に作用した場合、水平方向の全方向に回転可能にされる。すなわち、設計上、ピン接合構造１７が実現される。【００４３】
図示の形態では、前記地上柱１の下部内側に受け板１８が固定される。また、地上柱１の下端部が、地下柱１ｄの上部に挿入されて、地下柱１ｄの支持板７に載置される。地上柱１の下端部と、地下柱１ｄの上端部とは、ワンサイドボルト等のボルト８により接合されてもよい。
また、図７の例では、地上柱１と地下柱１ｄの接合部よりも上部の位置において、１階梁２又は外梁２ａの一端部が、地上柱１に設けられたブラケットに溶接又はボルト（図示の場合）接合されている。地上柱１と前記の１階梁２の接合部には、低降伏点鋼などの鋼板（ダンパー）がスプライスプレート等の添え板９として介在される。この添え板９の外側で梁軸方向に所定の間隔をおいて座屈拘束材１０が配置される。この座屈拘束材１０は、高力ボルト１１により固定される。また、梁２の素材としての鋼材に、柱１の素材よりも、降伏点が低い鋼材を用いることで、梁の先行降伏を実現しやすくなる。【００４４】
前記のように、地上柱１の柱脚の下部を設計上、ピン接合構造とすることで、地上柱１の柱脚に作用する曲げモーメントを、地上梁（外周梁２、内梁２又は外梁２ａ）２に伝達することができる。従って、前記の第１実施形態の場合と同様に、適切な柱梁耐力比を確保することにより、地上梁２を柱脚６よりも先行して先行降伏させることで、柱脚６を弾性範囲内に留めることが可能となり、地上柱脚６の塑性変形を防止することができる。また、１階梁２に作用する曲げモーメント分布は正負対称な曲げモーメント分布に、一方の外梁２ａの曲げモーメント分布は地上柱側の節点で最大正曲げとなる曲げモーメント分布に、他方の外梁２ａの曲げモーメント分布は地上柱側の節点で最大負曲げとなる曲げモーメント分布になる。【００４５】
設計上、ピン接合構造となる地上柱脚部６の構造としては、前記形態に限られない。例えば変形例として、地下柱１ｄの上端部のトッププレートに、地上柱１の柱脚６のベースプレートを載置し、地下柱１ｄの中心部よりの位置に配置したアンカーボルト等により、地上柱脚側を固定してもよい。このような変形例によっても、地震時に水平力が建物に入力した場合、地上柱脚６の下部は水平方向の全方向に回転可能になる。すなわち、設計上、ピン接合構造１７が実現される。そして、前記のように柱梁耐力比を設定することで、１階梁２を柱１よりも先行して、先行降伏させることで、柱脚を弾性範囲内に留めることが可能となり、地上柱脚６の塑性変形を防止することができる。【００４６】
設計上、ピン接合構造となる地上柱脚部６下端の構造としては、前記以外にも、図１０Ａ、図１０Ｂに示す変形例のように、角形鋼管柱からなる地上柱１の下端部に、クロスＨ断面柱からなる地下柱１ｄの上端部の断面十字状部分を挿入して適宜溶接により接合し、地下１階の天井梁２との接合部から下方に離れた位置において、地下柱１ｄの上端部より下側を、コンクリートを充填した円柱状鋼管１９内に埋め込み配置した形態としてもよい。地上柱脚部６の下端部と地下柱１ｄの上端部の剛性を弱めることで、この部分で、水平方向の全方向に回転可能にすることでピン接合構造１７となる。これにより、地上柱脚よりも１階梁２を先行降伏させて、地上柱脚６の塑性変形を防止することができ、前記図７および図８に示す形態と同様な作用効果を得ることができる。【００４７】
本実施形態で説明したピン接合構造と、第１実施形態で説明したダンパーとを組み合わせて鉄骨構造を実現してもよい。これにより、建築物に水平力が作用した際に地上柱の脚部に発生する曲げモーメントはピン接合構造により梁に伝達され、梁に伝達された力を梁のダンパー部で吸収させることができる。【００４８】
本発明を実施する場合、１階以上の階層の柱としては、角形鋼管柱又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。また、地下外周部壁５としては、鋼矢板連続壁を芯材とする地下外周壁部に取り付け部を設けて、外梁２ａに接続するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、柱の鋼重を低減することが可能になり、建築物をより安価に構築することができる。従って、産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００５０】
１  地上柱（又は２階以上の階層の柱）
１ａ  側柱
１ｂ  隅柱
１ｃ  中柱
１ｄ  地下柱
２  梁
２ａ  外梁
２ｂ  外側の外梁構成体
２ｃ  内側の外梁構成体
３  ダンパー
４  多層建築物
５  地下外周部壁
６  柱脚
７  支持板
８  ボルト
９  添え板
１０  座屈拘束材
１１  高力ボルト
１２  地下１階天井スラブ（もしくは１階床スラブ）
１３  角形鋼管柱
１４  傾斜縮小筒状部
１５  地下鉄骨構造
１６  縮小筒状部
１７  ピン接合構造
１８  受け板
１９  円柱状鋼管
Ｇ    地盤
【図１】
2010103812.tif 000003
【図２Ａ】
2010103812.tif 000004
【図２Ｂ】
2010103812.tif 000005
【図３】
2010103812.tif 000006
【図４】
2010103812.tif 000007
【図５】
2010103812.tif 000008
【図６】
2010103812.tif 000009
【図７】
2010103812.tif 000010
【図８】
2010103812.tif 000011
【図９】
2010103812.tif 000012
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2010103812.tif 000014
【図１１】
2010103812.tif 000015
【図１２Ａ】
2010103812.tif 000016
【図１２Ｂ】
2010103812.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
2010103812.tif 000019
【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】
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有する建築物を支持する地下鉄骨構造であって、
地下壁と；
前記側柱及び隅柱のそれぞれの柱脚部の下方に設けられる地下柱と；
前記柱脚部と前記地下壁とを連結する外梁であって、前記柱脚部よりも降伏点が低い外梁と；
を備え、
前記外梁が、前記外梁よりも降伏点が低いダンパー部を備え、
各部材を構成する鋼材の引張強度の関係が、ダンパー用鋼材＜梁用鋼材＜柱用鋼材、に設定され、
前記側柱と前記梁との柱梁耐力比が１．５以上であり、
前記隅柱と前記梁との柱梁耐力比が１．７以上であることを特徴とする地下鉄骨構造。
【請求項２】
前記ダンパー部が、前記外梁の軸方向に直列に接合される鋼材であることを特徴とする請求項１に記載の地下鉄骨構造。
【請求項３】
前記ダンパー部が、前記外梁と前記地上柱との間に介在する鋼板であることを特徴とする請求項１に記載の地下鉄骨構造。
【請求項４】
前記地上柱及び前記地下柱の降伏強度が少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２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５】
前記地上柱の前記柱脚部と、前記地下柱とが、ピン接合構造により接合されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄骨構造。
【手続補正２】
【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】
本発明は、上述の課題を解決するために以下の手段を採用した。
（１）本発明の第１態様は、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有する建築物を支持する地下鉄骨構造であって、地下壁と；前記側柱及び隅柱のそれぞれの柱脚部の下方に設けられる地下柱と；前記柱脚部と前記地下壁とを連結する外梁であって、前記柱脚部よりも降伏点が低い外梁と；を備え、前記外梁が、前記外梁よりも降伏点が低いダンパー部を備え、各部材を構成する鋼材の引張強度の関係が、ダンパー用鋼材＜梁用鋼材＜柱用鋼材、に設定され、前記側柱と前記梁との柱梁耐力比が１．５以上であり、前記隅柱と前記梁との柱梁耐力比が１．７以上である。
（２）上記（１）に記載の地下鉄骨構造では、前記ダンパー部が、前記外梁の軸方向に直列に接合される鋼材であってもよい。
（３）上記（１）に記載の地下鉄骨構造では、前記ダンパー部が、前記外梁と前記地上柱との間に介在する鋼板であってもよい。
（４）上記（１）に記載の地下鉄骨構造では、前記地上柱及び前記地下柱の降伏強度が少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか1項に記載の地下鉄骨構造では、前記地上柱の前記柱脚部と、前記地下柱とが、ピン接合構造により接合されていてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
上記（１）に記載の構成によれば、外梁が地上柱の柱脚部よりも先に降伏するため、地上柱の柱脚部の塑性変形を防止することができる。このため、例えば地震等で地上鉄骨構造に水平力が付与される際に、地上柱の柱脚部に発生する曲げモーメントＭ３を、外梁の塑性変形により吸収することができる。従って、地上柱と地下柱との素材として、降伏比の高い鋼材（高張力鋼）を用いても、柱を弾性範囲内で使用することが可能になる。その結果、柱断面積の低減が可能となるため、柱の鋼重を低減することが可能になる。従って、建築物をより安価に構築することができる。
上記（２）〜（３）に記載の構成によれば、例えば地震等で地上鉄骨構造に水平力が付与されたときにダンパー部が伸縮するため、外梁が水平方向に移動可能となる。また、ダンパー部の塑性変形により、地上柱の柱脚部に発生する曲げモーメントＭ３を吸収することができる。更に、ダンパー部が塑性変形し、外梁が塑性変形しない程度の外力を地震等で受けた場合には、ダンパー部のみを交換することで補修できる。
上記（４）に記載の構成によれば、柱の素材の降伏強度が少なくとも４００Ｎ／ｍｍ２であるため、４００Ｎ／ｍｍ２以上の高降伏点鋼を用いて、柱素材の板厚寸法を小さくして、柱の軽量化を図ることができる。
上記（５）に記載の構成によれば、例えば地震等で地上鉄骨構造に水平力が付与される際に、地上柱の脚部をその下端部を中心として回転させることが可能となる。従って、地震時等に地上柱の柱脚部に作用する曲げモーメントを外梁に伝達することができる。また、柱脚部よりも外梁を先行降伏させることで、地上柱脚部の変形を弾性変形の範囲に留めることができる。従って、地上柱の柱脚部の塑性変形を防止することができる。
【国際調査報告】
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2010103812.tif 000021
2010103812.tif 000022
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