(57)【要約】【課題】  地震力により多層鉄骨構造物における第１層が崩壊することを防止する。【解決手段】柱梁耐力比を１．０超えとし、且つ柱脚が破損しないように第１層の柱の曲げモーメント分布の中立点を階高方向の所定の位置、望ましくは階高中心とする。第１層の柱部材に高降伏点鋼を用い、柱梁剛性比を低下させることにより、第１層の柱の曲げモーメント分布の中立点を階高方向の所定の位置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱梁耐力比を１．０超えとした骨組構造からなる多層鉄骨構造物において、柱脚が破損しないように第１層の柱の曲げモーメント分布の中立点を階高方向の所定の位置としたことを特徴とする多層鉄骨構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震性に優れる多層鉄骨構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層の鋼構造骨組に設計上想定した大きさ以上の地震力が入力した場合の崩壊モードは、柱梁接合部４０において柱が先行降伏し特定層が崩壊する部分崩壊モード（図７）と各層の梁端に塑性ヒンジ（塑性化部）３０が分散する全体崩壊モード（図６）に大別される。
特定の層の柱が先行降伏し損傷が集中する部分崩壊モードは、骨組構造において柱梁耐力比が低い場合に生じ、骨組全体としてのエネルギー吸収能力が低下し好ましくない。
【０００３】
全体崩壊モードは、一定の柱梁耐力比とした骨組構造を用いた場合に生じ、各層の梁端に損傷が分散し、骨組としてのエネルギー吸収能力が高く、鋼構造骨組みとして優れた耐震性が得られる。
【０００４】
そのため、建築構造の設計において耐震性能を向上させるために、全体崩壊モードを担保することを目標とすることが多い。例えば、非特許文献１では柱梁耐力比を１．５以上とすることが推奨されている。
【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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、全体崩壊モードが形成されるように柱梁耐力比を設定した骨組構造からなる多層建築物であっても、大地震により柱に大きな曲げモーメントが作用するようになると図８に模式的に示すように柱脚が損傷し、第１層が層崩壊を生じたりする場合がある。
【０００６】
図９は、地震波などの外力が作用した場合の多層鉄骨構造物の第１層における柱の曲げモーメント分布を模式的に示す図で、図において５０は基礎（地平面）、２０は梁、１０は柱、１０ａは柱脚、１０ｂは柱頭、ｃは中立点を示す。
【０００７】
第１層において柱１０に発生する曲げモーメント分布の中立点ｃは、梁２０と柱頭１０ｂの接合部と、基礎（地平面）５０と柱脚１０ａの接合部での固定度の差に応じて、階高の１／２より上方または下方に位置するようになる。
【０００８】
図のように基礎（地平面）５０と柱脚１０ａが剛接合されると、中立点ｃは階高の１／２位置より柱頭側に位置するようになり、柱脚１０ａには柱頭１０ｂより大きな曲げモーメントが作用し、地震力が大きい場合は柱脚１０ａが損傷して第１層が崩壊する危険性が高い。
【０００９】
本発明は、各層の梁端に損傷を生じさせる崩壊モードを担保した多層鉄骨構造物であって、地震力が大きな場合でも第１層の崩壊を防止し耐震性に優れたもの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】
【００１０】
本発明は、以下の手段により発明の課題を達成する。
１  柱梁耐力比を１．０超えとした骨組構造からなる多層鉄骨構造物において、柱脚が破損しないように第１層の柱の曲げモーメント分布の中立点を階高方向の所定の位置としたことを特徴とする多層鉄骨構造物。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、柱脚における応力集中が軽減され，第１層が崩壊しにくくなるため、多層鉄骨構造物としてのエネルギー吸収能力が向上する。  
【００１２】
柱脚の損傷が低減されるため、第１層において現行の許容応力度設計で要求される柱部材用鋼材についての低ＹＲ特性を緩和することが可能で、柱部材用鋼材の選択度が飛躍的に拡大する。
【００１３】
例えば、従来の許容応力度設計では、柱部材用鋼材にＹＲ＜８０％の低ＹＲ特性が要求されるが柱部材用鋼材には優れた大入熱溶接部靭性も要求されるため、５７０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼材で柱部材に適用可能なものは限定されていた。本発明によれば、低ＹＲ特性の要求が緩和されるため５７０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼材で柱部材に適用可能な鋼種が拡大される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る多層鉄骨構造物は、柱梁耐力比と柱の曲げモーメントの分布状態を規定する。柱梁耐力比は１．０超え、好ましくは１．２以上とする。柱梁耐力比が１．０超えとなると柱が梁よりも塑性化しにくくなり、各層の梁端部に損傷が分散され、柱梁耐力比が１．０以下の場合と比較して地震エネルギーの吸収が良好となる。１．２以上が好ましいとするのは，材料降伏点のばらつき，高次モードの影響などで，柱梁耐力比が１．０を少し超えた程度では，柱が先行降伏する可能性が比較的高くなるためである。
【００１５】
また、本発明に係る多層鉄骨構造物では、第１層が崩壊層とならないように柱の曲げモーメントの分布状態を調整して柱脚にかかる曲げモーメントを小さくする。梁部材を普通鋼とし、第１層の柱部材を高降伏点鋼とすると、両者を普通鋼とした場合に比較して、柱の断面二次モーメントを小さくできるので柱梁剛性比が低下し、柱脚にかかる曲げモーメントを小さくすることが可能となる。
【００１６】
柱部材の降伏応力は曲げモーメント分布の中心点が柱脚と柱頭の損傷がほぼ等しくなる略階高中心となるように適宜選定することが好ましい。本発明では梁部材の降伏応力や柱部材の降伏応力は特に規定しないが、一般的な多層鉄骨構造物では普通鋼を３２５Ｎ／ｍｍ２，高降伏点鋼を６５０N/ｍｍ２とすると第１層の柱の曲げモーメント分布の中心点は略階高中心近傍となる。
【００１７】
図４，５に梁部材用鋼材を普通鋼とし、柱部材用鋼材を高降伏点鋼とした多層鉄骨構造物が地震により受ける損傷をシミュレーション試験で求めた結果を示す。図において縦軸は多層鉄骨構造物全体の損傷に対する柱脚の損傷比率を示し、横軸は、多層鉄骨構造物において柱に高降伏点鋼を用いた層数を示す。横軸で０の目盛は柱梁共に普通鋼を用いた場合を示し、柱に高降伏点鋼を用いた層数は第１層から逐次増加させ、横軸での目盛４は第１層から第４層までの柱に高降伏点鋼を用いた場合を示す。
【００１８】
図４，５に示すように、柱に高降伏点鋼を用いる層数が増加するにつれ多層鉄骨構造物全体の損傷に対する柱脚の損傷比率は減少し、特に第１層の柱を普通鋼から高降伏点鋼に変えた場合、柱脚の損傷は大きく減少する。
【００１９】
尚、シミュレーション試験は１０層３スパン骨組モデル（階高４ｍ，スパン長８ｍ，構造特性係数Ds＝０．２５にて設計し、柱梁耐力比１．５）に、ＹｏｋｏｈａｍａSURFACE、ＥＬＣｅｎｔｒｏNS、ＨａｃｈｉｎｏｈｅEW、ＫｏｂｅNS，ＴａｆｔEW波をそれぞれ最大速度２００ｋｉｎｅに調節した地震波形として入力し、５波平均の損傷状態を求めた。
【００２０】
試験においては、１０層３スパン骨組モデルにおける柱材の降伏耐力を３２５Ｎ／ｍｍ２（普通鋼），６５０N/ｍｍ２（高降伏点鋼）とした。地震波形の速度：最大速度２００ｋｉｎｅは現行法（建築基準法）の二次設計で想定するレベルの４倍とした。
【００２１】
図１は本発明の第一の実施例を示し、梁部材２を普通鋼、第１層の柱を高降伏点鋼１２とし、第１層の柱の断面二次モーメントを小さくした場合を模式的に示す。第２層以上の柱は普通鋼１１を用いる。
【００２２】
図２は本発明の第二の実施例を示し、第１層に制震部材としてブレース５を配置した場合を示す。第１層は柱部材の降伏点が高く、剛性も低下するので、弾性限界変位が大きく制震部材によるエネルギー吸収効果が有効に作用する。制震部材として履歴ダンパー、粘弾性ダンパー、粘性ダンパーが利用でき、特に限定しない。
【００２３】
図３は本発明の第三の実施例を示し、高降伏点鋼１２からなる柱を第１層以上に適用した例を示す。
【００２４】
第一〜第三の実施例は、柱上端において断面を減少させた場合を示すが柱梁接合部３で減少させることも可能である。
【００２５】
本発明に係る多層鉄骨構造物を設計する際、柱の曲げモーメント分布は設計用水平地震力を入力して求める。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す図。
【図２】本発明の第二の実施形態を示す図。
【図３】本発明の第三の実施形態を示す図。
【図４】柱端の損傷に及ぼす高降伏点鋼を用いた柱の層数の影響を示す図（柱梁耐力比１．２）。
【図５】柱端の損傷に及ぼす高降伏点鋼を用いた柱の層数の影響を示す図（柱梁耐力比１．５）。
【図６】全体崩壊モードを説明する図。
【図７】部分崩壊モードを説明する図。
【図８】各層の梁端に損傷が分散する崩壊モードにおいて第１層が崩壊層となる場合を模式的に示す図。
【図９】柱の曲げモーメント分布図。
【符号の説明】
【００２７】
１    柱
２    梁
３    柱梁接合部
１０  柱（従来例）
１０ａ柱脚
１０ｂ柱頭
２０  梁（従来例）
３０  塑性ヒンジ（従来例）
４０  柱梁接合部（従来例）
５０  基礎（地平面）（従来例）
【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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【図８】
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【図９】
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