(57)【要約】【課題】高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合に比べて耐震性能を向上させた鉄骨構造物を提供する。【解決手段】鉄骨梁、及び、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱２１を備え、上下方向に複数の階層１１を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物１であって、柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（１）式を満たし、鉄骨柱のうち、複数の層の中で最も下方に配置された階層に用いられる柱脚部２２の設計強度が、鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。［数１］2019196698.tif 000025【選択図】図１
2019196698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨梁、及び、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（１）式を満たし、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である鉄骨構造物。
ただし、ｃＭｐは前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｂＭｐは前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｐＭｐは前記接合部の全塑性モーメントである。
【数１】
2019196698.tif 000018
【請求項２】
鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、降伏比が８０％を超え９０％以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、
前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下であり、
前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が８０％以下の前記鋼材で形成されている鉄骨構造物。
【請求項３】
降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である鉄骨構造物。
【請求項４】
鉄骨梁、及び、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（２）式を満たし、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、
前記柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の（３）式による低減係数α１倍以下である鉄骨構造物。
ただし、ｃＭｐは前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｂＭｐは前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｐＭｐは前記接合部の全塑性モーメントであり、Ｄ１は前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、ｔ１は前記柱脚部の厚さである。
【数２】
2019196698.tif 000019
【請求項５】
鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、
前記柱脚部は、降伏比が８０％を超え９０％以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、
前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の（４）式による低減係数α１倍以下であり、
前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が８０％以下の前記鋼材で形成されている鉄骨構造物。
ただし、Ｄ１は前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、ｔ１は前記柱脚部の厚さである。
【数３】
2019196698.tif 000020
【請求項６】
降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で角筒状に形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の（５）式による低減係数α２倍以下である鉄骨構造物。
ただし、Ｄ２は前記鉄骨柱の横断面における外側の一辺の長さであり、ｔ２は前記鉄骨柱の厚さである。
【数４】
2019196698.tif 000021
【請求項７】
降伏比が８０％を超え９０％以下である前記鋼材は、降伏耐力が４００ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下であり、引張強さが４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄骨構造物。
【請求項８】
降伏比が８０％を超え９０％以下である前記鋼材は、降伏耐力が５００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下であり、引張強さが５９０ＭＰａ以上７４０ＭＰａ以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄骨構造物。
【請求項９】
上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定し、
柱梁耐力比を１．５以上にする、又は、（６）式を満たすように設定し、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定する鉄骨構造物の設計方法。
ただし、ｃＭｐは前記鉄骨柱のうち鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｂＭｐは前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｐＭｐは前記接合部の全塑性モーメントである。
【数５】
2019196698.tif 000022
【請求項１０】
上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱において、
前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定し、
前記柱脚部の設計強度を、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲の前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定し、
前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外の降伏比を、８０％以下の範囲に設定する鉄骨構造物の設計方法。
【請求項１１】
上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定し、
前記鉄骨柱の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定する鉄骨構造物の設計方法。
【請求項１２】
前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下の値である請求項９から１１のいずれか一項に記載の鉄骨構造物の設計方法。
【請求項１３】
前記柱脚部の形状を、角筒状に設定し、
前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の（７）式による低減係数α１倍以下である請求項９又は１０に記載の鉄骨構造物の設計方法。
ただし、Ｄ１は前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、ｔ１は前記柱脚部の厚さである。
【数６】
2019196698.tif 000023
【請求項１４】
前記鉄骨柱の形状を、角筒状に設定し、
前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の（８）式による低減係数α２倍以下である請求項１１に記載の鉄骨構造物の設計方法。
ただし、Ｄ２は前記鉄骨柱の横断面における外側の一辺の長さであり、ｔ２は前記鉄骨柱の厚さである。
【数７】
2019196698.tif 000024
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨構造物及び鉄骨構造物の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物の規模が大きくなり、構造物を構成する梁のスパンが長くなる傾向にある。このため、柱の断面が大きくなり、柱の厚さが厚くなる傾向にある。柱が厚くなると、柱の質量が増加し、柱の溶接に要するコストが増加する。このため、柱を高強度の鋼材で形成し、柱の厚さを薄くしたり、柱の軽量化したりすることは効果的である。
しかしながら、鋼材の引張強さを高くすると、鋼材の製造コストが上昇したり、柱の溶接に要する労力が増加したりする。
【０００３】
このような背景から、鋼材の降伏比を緩和して（高くして）降伏耐力が高い鋼材が開発されている。なお、降伏比は、降伏耐力を引張強さで除した値として規定される。
降伏耐力の高い鋼材を柱に用いる場合、柱が塑性化するのを避ける設計がなされている。超高層構造物や免震構造物等、特殊な構造形式においても、構造解析を行うことにより、地震時でも柱の変形が弾性範囲内に留まる設計を行うことは可能である。しかし、この種の設計が煩雑であり、適用できる構造物は限定される。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すような一般的に広く用いられている鉄骨ラーメン構造の鉄骨構造物でも、柱梁耐力比が所定の閾値を超えるように設定することにより、鉄骨梁が鉄骨柱に先行して降伏する骨組崩壊機構を形成することは可能である。鉄骨構造物に骨組崩壊機構が形成されていると、鉄骨柱の変形を弾性範囲内に留めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４２４１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、鉄骨柱のうち、鉄骨構造物を構成する複数の層の中で最も下方に配置された層に用いられる柱脚部では、柱脚部よりも先行して降伏する構造要素が存在しない。このため、柱脚部に降伏耐力を超える荷重が作用する場合には、柱脚部は塑性化を免れない。これに対応するために、従来の鉄骨構造物の柱脚部は、降伏比が比較的小さい低降伏比の鋼材で形成されている。
低降伏比の従来鋼に対し、降伏比が比較的大きい高降伏比の鋼材はひずみ硬化が小さいため、鉄骨柱の降伏耐力が同一の場合には塑性化後の耐力上昇が小さい。そのため、従来の鉄骨柱を用いたラーメン架構と比べて、鉄骨柱及び鉄骨梁等の構造性能が低下する懸念がある。
一方で、鉄骨柱の引張強さが同一で降伏比が大きくなると、鋼材が降伏するまでの耐荷重は増加する。しかし、地震時等のように一時的に大きな荷重が作用すると、降伏耐力を超えて耐えられる荷重に余裕がない。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合に比べて耐震性能を向上させた鉄骨構造物を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成するように設定しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成するように設定した場合に比べて耐震性能を向上させた鉄骨構造物の設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の鉄骨構造物は、鉄骨梁、及び、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（１）式を満たし、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下であることを特徴としている。
ただし、ｃＭｐは前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｂＭｐは前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｐＭｐは前記接合部の全塑性モーメントである。
【０００９】
【数１】
2019196698.tif 000003
【００１０】
この発明によれば、柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（１）式を満たすため、鉄骨柱よりも先に鉄骨梁が塑性化し、鉄骨柱のうち柱脚部以外の部分の耐震性能は、降伏比が８０％以下という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下という高降伏比の鋼材を用いて柱脚部が形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。従って、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の鉄骨構造物の設計方法は、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定し、柱梁耐力比を１．５以上にする、又は、（２）式を満たすように設定し、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定することを特徴としている。
ただし、ｃＭｐは前記鉄骨柱のうち鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｂＭｐは前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｐＭｐは前記接合部の全塑性モーメントである。
【００１２】
【数２】
2019196698.tif 000004
【００１３】
この発明によれば、柱梁耐力比を１．５以上にする、又は、（２）式を満たすように設定するため、鉄骨柱よりも先に鉄骨梁が塑性化し、鉄骨柱のうち柱脚部以外の部分の耐震性能は、降伏比が８０％以下の範囲という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲という高降伏比の鋼材を用いて柱脚部を形成し、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、柱脚部がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の他の鉄骨構造物は、鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、降伏比が８０％を超え９０％以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下であり、前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が８０％以下の前記鋼材で形成されていることを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、鉄骨柱のうちの柱脚部以外の部分と鉄骨梁との接合部は、降伏比が８０％以下の低降伏比の鋼材で形成されるため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱の柱脚部が形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱において、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定し、前記柱脚部の設計強度を、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲の前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定し、前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外の降伏比を、８０％以下の範囲に設定することを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、鉄骨柱のうちの柱脚部以外の部分と鉄骨梁との接合部は、降伏比が８０％以下の範囲という低降伏比の鋼材で形成するように設定したため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱の柱脚部を形成するように設定し、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、高降伏比の鋼材を用いても、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、柱脚部がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の他の鉄骨構造物は、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下であることを特徴としている。
この発明によれば、降伏比が８０％を超え９０％以下という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱全体が形成され、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、例えば降伏比が８０％以下という低降伏比の鋼材で鉄骨柱が形成された場合に比べて、鉄骨柱の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定し、前記鉄骨柱の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定することを特徴としている。
この発明によれば、降伏比が８０％以下の範囲よりも高い、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱全体が形成され、鉄骨柱全体の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、高降伏比の鋼材を用いても、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、鉄骨柱の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の他の鉄骨構造物は、鉄骨梁、及び、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（３）式を満たし、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、前記柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の（４）式による低減係数α１倍以下であることを特徴としている。
ただし、ｃＭｐは前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｂＭｐは前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、ｐＭｐは前記接合部の全塑性モーメントであり、Ｄ１は前記柱脚部の横断面におけるｗ外側の一辺の長さであり、ｔ１は前記柱脚部の厚さである。
【００２１】
【数３】
2019196698.tif 000005
【００２２】
この発明によれば、柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（３）式を満たすため、鉄骨柱よりも先に鉄骨梁が塑性化し、鉄骨柱のうち柱脚部以外の部分の耐震性能は、降伏比が８０％以下という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下という高降伏比の鋼材を用いて柱脚部が角筒状に形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の（４）式による低減係数α１倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。従って、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。そして、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
【００２３】
また、本発明の他の鉄骨構造物は、鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、前記柱脚部は、降伏比が８０％を超え９０％以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の（５）式による低減係数α１倍以下であり、前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が８０％以下の前記鋼材で形成されていることを特徴としている。
ただし、Ｄ１は前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、ｔ１は前記柱脚部の厚さである。
【００２４】
【数４】
2019196698.tif 000006
【００２５】
この発明によれば、鉄骨柱のうちの柱脚部以外の部分と鉄骨梁との接合部は、降伏比が８０％以下の低降伏比の鋼材で形成されるため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱の柱脚部が角筒状に形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の（５）式による低減係数α１倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。そして、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
【００２６】
また、本発明の他の鉄骨構造物は、降伏比が８０％を超え９０％以下である鋼材で角筒状に形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の（６）式による低減係数α２倍以下であることを特徴としている。
【００２７】
【数５】
2019196698.tif 000007
【００２８】
この発明によれば、降伏比が８０％を超え９０％以下という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱全体が角筒状に形成され、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の（６）式による低減係数α２倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、例えば降伏比が８０％以下という低降伏比の鋼材で鉄骨柱が形成された場合に比べて、鉄骨柱の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。そして、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
【００２９】
また、上記の鉄骨構造物において、降伏比が８０％を超え９０％以下である前記鋼材は、降伏耐力が４００ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下であり、引張強さが４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下であってもよい。
この発明によれば、降伏耐力及び引張強さがより高い鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合でも、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００３０】
また、上記の鉄骨構造物において、降伏比が８０％を超え９０％以下である前記鋼材は、降伏耐力が５００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下であり、引張強さが５９０ＭＰａ以上７４０ＭＰａ以下であってもよい。
この発明によれば、降伏耐力及び引張強さがさらに高い鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合でも、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００３１】
また、上記の鉄骨構造物の設計方法において、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下の値であってもよい。
この発明によれば、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲の鋼材において、同一の真ひずみに対する真応力を降伏比が８０％以下の範囲の鋼材の真応力以上にし、同一の回転角に対する曲げモーメントを降伏比が８０％以下の範囲の鋼材の曲げモーメント以上にすることができる。
【００３２】
また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、前記柱脚部の形状を、角筒状に設定し、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の（７）式による低減係数α１倍以下であってもよい。
【００３３】
【数６】
2019196698.tif 000008
【００３４】
この発明によれば、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
【００３５】
また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、前記鉄骨柱の形状を、角筒状に設定し、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の（８）式による低減係数α２倍以下であってもよい。
【００３６】
【数７】
2019196698.tif 000009
【００３７】
この発明によれば、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で鉄骨柱を構成でき、鉄骨柱を軽量化することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の鉄骨構造物によれば、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合に比べて耐震性能を向上させることができる。また、本発明の鉄骨構造物の設計方法によれば、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成するように設定しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成するように設定した場合に比べて耐震性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の鉄骨構造物を模式的に示す正面図である。
【図２】鋼材の真応力−真ひずみ線図をモデル化した一例を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図であり、（Ｂ）は図１中の切断線Ａ２−Ａ２の断面図である。
【図４】同鉄骨構造物における、鉄骨梁が鉄骨柱に先行して降伏する骨組崩壊機構を模式的に示す正面図である。
【図５】図１中のＡ６部の拡大図である。
【図６】同鉄骨構造物の柱脚部のシミュレーションに用いた解析モデル及び解析条件を説明する斜視図である。
【図７】シミュレーションにより得られた柱脚部の曲げモーメントに対する柱脚部の回転角の関係を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態の鉄骨構造物の設計方法を示すフローチャートである。
【図９】鉄骨構造物の設計装置の構成の概要を示す図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の第２実施形態の鉄骨構造物の図１中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図であり、（Ｂ）は同鉄骨構造物の図１中の切断線Ａ２−Ａ２の断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の鉄骨構造物の設計方法を示すフローチャートである。
【図１２】（Ａ）は本発明の第３実施形態の鉄骨構造物の図１中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図であり、（Ｂ）は同鉄骨構造物の図１中の切断線Ａ２−Ａ２の断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の鉄骨構造物の設計方法を示すフローチャートである。
【図１４】各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。
【図１５】各階層における最大層間変形角を説明する図である。
【図１６】本発明の第４実施形態の鉄骨構造物の鉄骨柱の横断面図である。
【図１７】同鉄骨柱の柱脚部の幅厚比が１９の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。
【図１８】同柱脚部の幅厚比が２４の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。
【図１９】同柱脚部の幅厚比が２７の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。
【図２０】同柱脚部の幅厚比が３８の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。
【図２１】鋼材の真応力−真ひずみ線図をモデル化した一例に、真ひずみに対応する領域を追記した図である。
【図２２】シミュレーションにより得られた柱脚部の曲げモーメントに対する柱脚部の回転角の関係を示す図である。
【図２３】各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。
【図２４】シミュレーションにより得られた幅厚比に対する低減係数の関係を表す図である。
【図２５】幅厚比が２０の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。
【図２６】幅厚比が２６の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。
【図２７】幅厚比が３２の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る鉄骨構造物の第１実施形態を、図１から図９を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の鉄骨構造物１は、鉄骨ラーメン構造で構成され、例えば上下方向に複数の階層（階）１１を有している。鉄骨構造物１では、複数の階層１１が上下方向に重ねられている。鉄骨構造物１は、複数の鉄骨柱２１及び複数の鉄骨梁２６を備えている。
鉄骨柱２１は、上下方向に沿って延びている。複数の鉄骨柱２１は、水平面に沿って互いに間隔を空けて配置されている。鉄骨柱２１（後述する柱脚部２２及び柱本体２３）は、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲の鋼材で形成されている。なお、以下では、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲の鋼材を、高降伏比の鋼材とも言う。
【００４１】
図２に、鋼材の真応力−真ひずみ線図をモデル化した一例を示す。図２の横軸は真ひずみを表し、縦軸は真応力（ＭＰａ（メガパスカル））を表す。実線による線Ｌ１は、降伏比が８０％以下の範囲の鋼材（以下、低降伏比の鋼材とも言う）における真応力−真ひずみ線図である。従来の鉄骨ラーメン構造の鉄骨構造物では、低降伏比の鋼材で形成された鉄骨柱が用いられている。
線Ｌ１において、真応力が０の状態から降伏耐力σ１までの区間は、真ひずみに対して真応力が比例関係を保って増加する。線Ｌ１において、真応力が降伏耐力σ１を超えると、真ひずみの増加に対する真応力の増加量は、真ひずみが増加するのに従い漸次、小さくなる。なお、図２では降伏比が７４％の場合を、線Ｌ１で示している。低降伏比の鋼材では、ひずみ硬化が比較的大きい。
【００４２】
低降伏比の鋼材に対して、鋼材の縦弾性係数及び降伏耐力σ１は変えずに、高降伏比にした鋼材（以下、高降伏比−低降伏耐力の鋼材と言う。高降伏比−低降伏耐力の鋼材は、高降伏比の鋼材の一部である）の真応力−真ひずみ線図を、点線による線Ｌ２で示す。この場合、真応力が降伏耐力σ１を超えた後の真ひずみの増加に対する真応力の増加量は、低降伏比の鋼材の増加量よりも小さくなり、線Ｌ２が線Ｌ１よりも横軸に沿うようになる。なお、図２では降伏比が８７％の場合を、線Ｌ２で示している。後述する線Ｌ３についても同様である。
【００４３】
これに対して、鉄骨柱２１が形成されている鋼材の真応力−真ひずみ線図を、一点鎖線による線Ｌ３で示す。鉄骨柱２１が形成されている鋼材は、線Ｌ２で示される鋼材に対して、鋼材の縦弾性係数及び降伏比は変えずに、降伏耐力をσ２まで高くした鋼材である。すなわち、線Ｌ３で示される鋼材（以下、高降伏比−高降伏耐力の鋼材と言う。高降伏比−高降伏耐力の鋼材は、高降伏比の鋼材の一部である）は、高降伏比の鋼材である。高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、ひずみ硬化が比較的小さい。
高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が、線Ｌ１で示される低降伏比の鋼材の真応力以上になる。言い換えれば、線Ｌ３は線Ｌ１を包絡する。
【００４４】
なお、鋼材が実際に使用される際に生じる真ひずみの範囲だけ、線Ｌ３が線Ｌ１を包絡するように構成してもよい。
【００４５】
図１に示すように、鉄骨柱２１は、鉄骨柱２１の下端部に配置された柱脚部２２と、柱脚部２２よりも上方に配置された柱本体２３と、を備えている。
柱脚部２２は、鉄骨柱２１のうち、複数の階層１１の中で最も下方に配置された階層（例えば１階）である階層１１１の下端部に用いられている。この例では、柱脚部２２は階層１１１のうちの下端部に配置されている。なお、柱脚部２２は階層１１１の下端部に用いられているとしたが、柱脚部２２は、鉄骨柱２１のうち、階層１１１の全体に対応する部分に用いられていてもよい。
柱本体２３は、鉄骨柱２１のうち柱脚部２２以外の部分である。この例では、柱本体２３は、階層１１１のうちの上端部と、階層１１１よりも上方に配置された階層１１に用いられている。
以下では、まず柱本体２３について説明する。
【００４６】
柱本体２３は、図１及び図３（Ａ）に示すように、例えば横断面が矩形の角形鋼管で形成されている。図３（Ａ）に示す横断面において、柱本体２３の外形は、例えば縦、横ともに長さＬ６であり、柱本体２３の厚さはいずれの位置においても長さＬ７である。
柱本体２３は、柱本体２３の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等であるとして、外形及び厚さが設定されている。
【００４７】
柱脚部２２は、図１及び図３（Ｂ）に示すように、例えば横断面が矩形の角形鋼管で形成されている。図３（Ｂ）に示す横断面において、柱脚部２２の外形は、例えば縦、横ともに長さＬ６であり、柱脚部２２の厚さはいずれの位置においても長さＬ８である。柱脚部２２の長さＬ８は、柱本体２３の長さＬ７よりも長い。
すなわち、柱脚部２２及び柱本体２３において、外形は互いに同一であるが、厚さは柱脚部２２の方が厚い。このため、柱脚部２２の横断面による断面積は、柱本体２３の横断面による断面積よりも広い。
【００４８】
柱脚部２２の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力σ２の所定の係数倍（０．８１５倍）以下である。この所定の係数は、１よりも小さい値である。言い換えれば、柱脚部２２の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させている。ここで言う設計強度とは、鉄骨構造物の構造計算に用いる許容応力を決定するための強度のことを意味する。
なお、所定の係数を小さくするに従い、柱脚部２２に用いられる材料の量が多くなる。このため、経済的合理性から、所定の係数倍以下であってもその下限値は０．７以上であることが好ましく、０．７５であることがより好ましい。
【００４９】
所定の係数を０．８１５に定めた理由は、以下のようである。すなわち、図２において、線Ｌ３が線Ｌ１を包絡する条件を満たす条件の中で、降伏耐力σ２をできるだけ小さくする条件を、後述するシミュレーションにより求めた。このときに、（σ１／σ２）の値が０．８１５になる。
柱脚部２２の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力σ２の０．８１５倍以下であると、柱脚部２２の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等である場合に比べて、柱脚部２２の横断面による断面積が広くなる。
【００５０】
より具体的には、例えば、柱脚部２２に作用する応力を一定にする場合には、柱脚部２２の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等である場合に比べて、柱脚部２２の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力σ２の０．８１５倍以下である場合には、柱脚部２２の横断面による断面積は、（１／０．８１５）倍以上になる。
柱脚部に作用するモーメントを一定にする場合等も、断面積が広くなる比率が異なる場合があるが、同様である。
【００５１】
柱脚部２２の上端部は、柱本体２３の下端部に溶接等により接合されている。図１に示すように、柱脚部２２の下端部は、基礎Ｂに接合されている。
【００５２】
鉄骨梁２６は、例えばＨ形断面状に形成された鋼材で形成され、水平面に沿って延びている。複数の鉄骨梁２６は、上下方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている。鉄骨梁２６を形成する材料は特に限定されず、低降伏比の鋼材でもよいし、高降伏比−高降伏耐力の鋼材でもよい。
鉄骨柱２１の柱本体２３と鉄骨梁２６とは、接合部（パネル）３１により接合されている。例えば、接合部３１は、柱本体２３の一部、この柱本体２３の一部に鉄骨梁２６を固定する溶接部等により構成されている。
【００５３】
なお、このように構成された鉄骨構造物１では、図４に示すように、鉄骨梁２６が鉄骨柱２１に先行して降伏する公知の骨組崩壊機構が用いられている。なお、図４では後述する接合部分２７を強調して示している。
すなわち、鉄骨梁２６における接合部３１に接合する接合部分２７又は接合部３１を、鉄骨梁２６における接合部分２７以外の部分、及び鉄骨柱２１よりも強度を弱めている。このため、地震が発生して地震の揺れが基礎Ｂを介して鉄骨構造物１に伝達されたときに、鉄骨梁２６における接合部分２７以外の部分、及び鉄骨柱２１に先行して、鉄骨梁２６の接合部分２７又は接合部３１が降伏する。
【００５４】
骨組崩壊機構を実現するために、鉄骨構造物１では柱梁耐力比が１．５以上であるか、（１１）式を満たすように構成されている。
ここで言う柱梁耐力比は、鉄骨柱（柱）の降伏耐力を鉄骨梁（梁）の降伏耐力で除した値として規定される。
【００５５】
【数８】
2019196698.tif 000010
【００５６】
ただし、（１１）式において、ｃＭｐは、鉄骨柱２１のうち接合部３１に接合される部分の全塑性モーメントを意味する。ｂＭｐは、鉄骨梁２６のうち接合部３１に接合される部分の全塑性モーメントを意味する。ｐＭｐは、接合部３１の全塑性モーメントを意味する。全塑性モーメントｃＭｐ、ｂＭｐ、ｐＭｐは、公知の式から求めることができる。
ΣｃＭｐの式は、着目した接合部３１に接合される全ての鉄骨柱２１のうち、接合部３１に接合される部分の全塑性モーメントの和を意味する。例えば、図１に示す複数の接合部３１のうち、接合部３１Ａに着目したとして説明する。
図５に示すように、接合部３１Ａには、鉄骨柱２１の柱本体２３Ａ、柱本体２３Ｂ、及び鉄骨梁２６Ａ、鉄骨梁２６Ｂが接合されているとする。この場合、ΣｃＭｐの値は、柱本体２３Ａのうち接合部３１Ａに接合される部分の全塑性モーメントと、柱本体２３Ｂのうち接合部３１Ａに接合される部分の全塑性モーメントとの和になる。
【００５７】
Σｍｉｎ{１．５ｂＭｐ，１．３ｐＭｐ}の式は、着目した接合部３１に接合される全ての鉄骨梁２６のうち、接合部３１に接合される部分の全塑性モーメントの和の１．５倍の値、及び、着目した接合部３１の全塑性モーメントの１．３倍の値のうち、最も小さい値のことを意味する。
例えば図５に示す例では、Σｍｉｎ{１．５ｂＭｐ，１．３ｐＭｐ}の式は、鉄骨梁２６Ａのうち接合部３１Ａに接合される部分の全塑性モーメントと、鉄骨梁２６Ｂのうち接合部３１Ａに接合される部分の全塑性モーメントとの和の１．５倍の値、及び、接合部３１Ａの全塑性モーメントの１．３倍の値のうち、最も小さい値になる。
【００５８】
柱梁耐力比が１．５以上であること、及び（１１）式を満たすことは、「２００８年版  冷間形成角形鋼管設計・施工マニュアル」、同マニュアル編集委員会編集に記載された、骨組崩壊機構を実現するため条件である。ただし、鉄骨梁２６が鉄骨柱２１に先行して降伏する骨組崩壊機構は、これに限定されない。
【００５９】
ここで、柱脚部を形成するに鋼材の材質を変えて、有限要素法によるシミュレーションを行った結果について説明する。図６にシミュレーションに用いた解析モデルと、解析条件を示す。
柱脚部２２’が、冷間プレス成形された角形鋼管により形成されているとした。柱脚部２２’は、シェル要素でモデル化し、鋼管径が６００ｍｍ、板厚２２ｍｍ（□６００×２２）とした。角形鋼管の幅厚比は２７であり、プレスコラムＢＣＰ３２５の幅厚比ランクではＦＡランクの制限値付近に相当する。柱脚部２２’の長さＬ１１は２７００ｍｍ、せん断スパン比は４．５とした。柱脚部２２’に、図２に示す真応力−真ひずみの関係を与えた。
本解析モデルは、水平力を受ける鉄骨ラーメン構造の柱脚部２２’からモーメント反曲点までを取出し、境界条件を理想化したものである。
【００６０】
図６に示すように、柱脚部２２’の下端部が支持部材Ｂ’に固定されていることにより、柱脚部２２’が片持ち柱形式に支持されているとした。すなわち、柱脚部２２’の下端部が固定端、柱脚部２２の上端部が自由端である。柱脚部２２’の上端部が、載荷点である。柱脚部２２の上端部に、軸力比（作用軸力／（設計強度×断面積））０．３の一定圧縮軸力Ｆ１を与えた上で水平方向に単調載荷Ｆ２を与えた。
【００６１】
図７に、シミュレーションにより得られた、柱脚部２２’の曲げモーメントに対する柱脚部２２’の回転角の関係を示す。図７の横軸は柱脚部２２’の回転角（ｒａｄ（ラジアン））を表し、縦軸は柱脚部２２’に作用する曲げモーメント（ｋＮｍ（キロニュートンメートル））を表す。
実線による線Ｌ１６は、低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果である。点線による線Ｌ１７は、高降伏比−低降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果であり、一点鎖線による線Ｌ１８は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果である。
【００６２】
いずれのシミュレーション結果においても、柱脚部２２’に生じる局部座屈により降伏耐力が劣化し、柱脚部２２’が終局に至っている。線Ｌ１７で示す高降伏比−低降伏耐力の鋼材の場合には、降伏耐力までは、線Ｌ１６で示す低降伏比の鋼材の場合と同一の挙動を示す。しかし、降伏後は耐力上昇が小さく、局部座屈による最大耐力及び耐力劣化後に保持する耐力は、低降伏比の鋼材の場合と比べて小さい。すなわち、このような条件のもとで高降伏比−低降伏耐力の鋼材を用いた場合には、塑性化を生じる柱脚部２２’で吸収できるエネルギーが低下し、骨組としての耐震性も低下する恐れがある。
【００６３】
例えば、降伏耐力σ１を３２５ＭＰａ、降伏耐力σ２を４００ＭＰａとして、鋼材の真応力−真ひずみの関係を求めるシミュレーションを行った。なおこの場合、所定の係数は、０．８１５（＝３２５／４００）となる。このとき、図２に示すように線Ｌ３が線Ｌ１を包絡する条件を満たす条件の中で、降伏耐力σ２が最も小さくなる。
図７に示すように、線Ｌ１８で示す高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の回転角に対する曲げモーメントが線Ｌ１６で示す低降伏比の鋼材以上になる。なお、点Ｐ１で示す低降伏比の鋼材の曲げモーメントが最も大きいときに、低降伏比の鋼材が局部座屈する。点Ｐ２で示す高降伏比−高降伏耐力の鋼材の曲げモーメントが最も大きいときに、高降伏比−高降伏耐力の鋼材が局部座屈する。
【００６４】
例えば、線Ｌ１６で示す低降伏比の鋼材が、回転角０ｒａｄからθ０まで増加したときの線Ｌ１６と横軸とがなす面積Ｔ１が、回転角０ｒａｄからθ０まで柱脚部２２’が回転するときに吸収するエネルギーに相当する。高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた場合には、低降伏比の鋼材を用いた場合に比べて、同一の回転角に対する曲げモーメントが大きくなり、柱脚部２２’がより多くのエネルギーを吸収できるようになることが分かった。
【００６５】
一般的に、鋼材の降伏比を低くするためには、鋼材に合金を添加する必要があり、鋼材を製造するのに要するコストが高くなる。また、鋼材の降伏比を低くすると、予め鋼材を温めてから鋼材を溶接する必要が生じる等、鋼材の溶接性が悪くなる。
高降伏比の鋼材を用いることにより、鋼材の製造コストを低減し、鋼材の溶接性を向上させることができる。
【００６６】
次に、このように構成された鉄骨構造物１を設計する本実施形態の鉄骨構造物１の設計方法について説明する。図８は本発明の第１実施形態における鉄骨構造物の設計方法Ｓ１０を示すフローチャートである。予め、鉄骨構造物１の柱脚部２２に作用する荷重が見積もられている。
まず、降伏比選定工程（図８に示すステップＳ１１）において、鉄骨構造物１が備える鉄骨柱２１を形成する鋼材の降伏比を、通常用いられる８０％以下の範囲よりも高い、８０％を超え９０％以下の範囲に設定する。具体的には、鉄骨柱２１を高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成するように設定する。降伏比選定工程Ｓ１１において、鉄骨柱２１に使用する鋼材の種類（鋼種）が設定される。
降伏比選定工程Ｓ１１が終了すると、ステップＳ１３に移行する。
【００６７】
次に、崩壊機構選定工程（ステップＳ１３）において、柱梁耐力比を１．５以上にするか、（１１）式を満たすように設定する。この例では、例えば柱梁耐力比を１．５以上にするように設定したとする。崩壊機構選定工程Ｓ１３が終了すると、ステップＳ１５に移行する。
次に、柱脚部設計強度設定工程（ステップＳ１５）において、柱脚部２２の設計強度を、柱脚部２２が形成された鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下の値に設定する。柱本体２３の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等であると設定されている。このため、柱脚部２２及び柱本体２３は同一の高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成されていても、柱本体２３よりも柱脚部２２の方が厚くなる。柱脚部設計強度設定工程Ｓ１５において、柱脚部２２及び柱本体２３の断面形状が決まる。
柱脚部設計強度設定工程Ｓ１５が終了すると、鉄骨構造物の設計方法Ｓ１０の全ての工程が終了し、鉄骨構造物１が設計される。
【００６８】
なお、降伏比選定工程Ｓ１１、崩壊機構選定工程Ｓ１３、及び柱脚部設計強度設定工程Ｓ１５を行う順番は、特に限定されない。
【００６９】
なお、鉄骨構造物の設計方法Ｓ１０の各工程を行い鉄骨構造物の設計装置をコンピュータで構成してもよい。図９に示すように、鉄骨構造物の設計装置４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４２と、記憶装置４３と、記録・再生装置４４と、入力装置４５と、表示装置４６と、入出力インターフェイス４７と、を備えている。
【００７０】
ＣＰＵ４２は、前述の降伏比選定工程Ｓ１１を行う降伏比選定部４２ａと、崩壊機構選定工程Ｓ１３を行う崩壊機構選定部４２ｂと、柱脚部設計強度設定工程Ｓ１５を行う柱脚部設計強度設定部４２ｃと、を備えている。
記憶装置４３は、ハードディスク等であり、各種データやプログラム等が記憶されている。プログラムには、コンピュータを鉄骨構造物の設計装置４１として機能させるための鉄骨構造物の設計プログラム等が含まれる。
【００７１】
記録・再生装置４４は、ＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体４４ａに対するデータの記録及び再生を行う。記憶媒体４４ａには、鉄骨構造物の設計プログラム等が記録されている。記録・再生装置４４に記憶媒体４４ａが挿入されると、記録・再生装置４４は記憶媒体４４ａに記録されている鉄骨構造物の設計プログラム等を再生し、再生した鉄骨構造物の設計プログラム等をＣＰＵ４２に送る。ＣＰＵ４２は、送られた鉄骨構造物の設計プログラム等を実行する。
入力装置４５は、キーボードやマウス等により構成されている。表示装置４６は、例えば液晶ディスプレイである。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物１によれば、柱梁耐力比が１．５以上である、又は、（１１）式を満たすため、鉄骨柱２１よりも先に鉄骨梁２６が塑性化し、鉄骨柱２１の柱本体２３の耐震性能は、降伏比が８０％以下という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱２１を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて柱脚部２２が形成され、柱脚部２２の設計強度が鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。このため、高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱２１全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱２１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００７３】
さらに、鉄骨柱２１については、高降伏比の鋼材を上方の階層まで使用し、強度低減をしない。従って、柱梁耐力比が担保されている建物であれば、高い降伏強度を利用して断面を最小化することができ、非常に経済的である。
この効果は、後述する鉄骨構造物の設計方法Ｓ１０についても同様である。
【００７４】
また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法Ｓ１０によれば、柱梁耐力比を１．５以上にする、又は、（１１）式を満たすように設定するため、鉄骨柱２１よりも先に鉄骨梁２６が塑性化し、鉄骨柱２１の柱本体２３の耐震性能は、例えば通常用いられる降伏比が８０％以下の範囲という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱２１を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて柱脚部２２を形成し、柱脚部２２の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下に設定するように設定している。このため、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材の真応力以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材の曲げモーメント以上になり、柱脚部２２がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱２１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００７５】
なお、高降伏比の鋼材は、降伏耐力が４００ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下であり、引張強さが４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下であってもよい。鋼材の降伏耐力や引張強さは、添加物等により調節することができる。鋼材をこのように構成することにより、降伏耐力及び引張強さがより高い鋼材を用いて鉄骨柱２１を形成した場合でも、鉄骨柱２１全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱２１全体としての耐震性能を向上させることができる。
また、高降伏比の鋼材は、降伏耐力が５００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下であり、引張強さが５９０ＭＰａ以上７４０ＭＰａ以下であってもよい。鋼材をこのように構成することにより、降伏耐力及び引張強さがさらに高い鋼材を用いて鉄骨柱２１を形成した場合でも、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱２１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００７６】
なお、柱脚部設計強度設定工程Ｓ１５では、柱脚部２２の設計強度を、柱脚部２２が形成された高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定してもよい。柱脚部２２の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等に設定して、高降伏比−低降伏耐力の鋼材を用いる場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなる。この結果、柱脚部２２がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱２１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００７７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１、図１０及び図１１を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１及び図１０に示すように、本実施形態の鉄骨構造物２は、第１実施形態の鉄骨構造物１の鉄骨柱２１に代えて鉄骨柱５１を備えている。鉄骨柱５１は、鉄骨柱２１の柱本体２３に代えて柱本体５３を備えている。
柱本体５３は、低降伏比の鋼材で形成されている。柱本体５３は、例えば横断面が矩形の角形鋼管で形成されている。図１０（Ａ）に示す横断面において、柱本体５３の外形は、例えば縦、横ともに長さＬ６であり、柱本体５３の厚さはいずれの位置においても長さＬ８である。
【００７８】
図１０（Ｂ）に示すように、柱脚部２２には第１実施形態と同一の部材が用いられている。柱脚部２２は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成されている。柱脚部２２は、柱脚部２２の設計強度が、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下（０．８１５倍でもよい）である。
なお、本実施形態及び後述する第３実施形態において、０．８１５の値を所定の係数として、第１実施形態と同様の検討を行ってもよい。
【００７９】
次に、このように構成された鉄骨構造物２を設計する本実施形態の鉄骨構造物２の設計方法について説明する。図１１は本発明の第２実施形態における鉄骨構造物の設計方法Ｓ２０を示すフローチャートである。
まず、柱脚部降伏比選定工程（図１１に示すステップＳ２１）において、鉄骨柱５１の柱脚部２２を形成する鋼材の降伏比を、８０％を超え９０％以下の範囲に設定する。具体的には、鉄骨柱５１を高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成するように設定する。
柱脚部降伏比選定工程Ｓ２１が終了すると、ステップＳ２３に移行する。
【００８０】
次に、柱脚部設計強度設定工程（ステップＳ２３）において、柱脚部２２の設計強度を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下の値に設定する。柱脚部設計強度設定工程Ｓ２３が終了すると、ステップＳ２５に移行する。
次に、柱本体降伏比選定工程（ステップＳ２５）において、鉄骨柱５１の柱本体５３の降伏比を、８０％以下の範囲に設定する。具体的には、柱本体５３を低降伏比の鋼材で形成するように設定する。
柱本体降伏比選定工程Ｓ２５が終了すると、鉄骨構造物の設計方法Ｓ２０の全ての工程が終了し、鉄骨構造物２が設計される。
【００８１】
なお、柱脚部降伏比選定工程Ｓ２１、柱脚部設計強度設定工程Ｓ２３、及び柱本体降伏比選定工程Ｓ２５を行う順番は、特に限定されない。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物２によれば、鉄骨柱５１の柱本体５３と鉄骨梁２６との接合部は、柱本体５３の一部等で構成される。このため、通常用いられる降伏比が８０％以下の低降伏比の鋼材で形成され、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱５１の柱脚部２２が形成され、柱脚部２２の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。このため、高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部２２が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱５１全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱５１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００８３】
さらに、鉄骨柱５１は、柱脚部２２以外の部分（すなわち柱本体５３）は低降伏比の鋼材で構成されているため、上層架構の設計において高降伏比の鋼材を用いる場合の制約を考慮する必要がなく、設計が比較的簡便となる。また、この第２実施形態の構成の場合、第１実施形態のように柱梁耐力比を必ずしも担保しなくてもよいため、設計の自由度を高めることができる。
この効果は、後述する鉄骨構造物の設計方法Ｓ２０についても同様である。
【００８４】
また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法Ｓ２０によれば、鉄骨柱５１のうちの柱本体５３と鉄骨梁２６との接合部３１は、通常用いられる降伏比が８０％以下の範囲という低降伏比の鋼材で形成するように設定したため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱５１の柱脚部２２を形成するように設定し、柱脚部２２の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下に設定している。このため、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材の真応力以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材の曲げモーメント以上になり、柱脚部２２がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱５１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００８５】
なお、柱脚部設計強度設定工程Ｓ２３では、柱脚部２２の設計強度を、柱脚部２２が形成された高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定してもよい。
鉄骨構造物の設計方法をこのように行うと、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いても、柱脚部２２の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、柱脚部２２がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱５１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００８６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１、図１２及び図１３を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１及び図１２に示すように、本実施形態の鉄骨構造物３は、第１実施形態の鉄骨構造物１の鉄骨柱２１に代えて鉄骨柱６１を備えている。
【００８７】
図１２（Ａ）に示すように、鉄骨柱６１は、鉄骨柱２１の柱本体２３に代えて柱本体６３を備えている。柱本体６３の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。
図１２（Ｂ）に示すように、柱脚部２２には第１実施形態と同一の部材が用いられている。柱脚部２２は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成されている。
すなわち、本実施形態では、鉄骨柱６１の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。
【００８８】
次に、このように構成された鉄骨構造物３を設計する本実施形態の鉄骨構造物３の設計方法について説明する。図１３は本発明の第３実施形態における鉄骨構造物の設計方法Ｓ３０を示すフローチャートである。
まず、前述の降伏比選定工程Ｓ１１を行う。
次に、鉄骨柱設計強度設定工程（図１３に示すステップＳ３１）において、鉄骨柱６１の各部位における設計強度を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下の値に設定する。
鉄骨柱設計強度設定工程Ｓ３１が終了すると、鉄骨構造物の設計方法Ｓ３０の全ての工程が終了し、鉄骨構造物３が設計される。
【００８９】
なお、降伏比選定工程Ｓ１１及び鉄骨柱設計強度設定工程Ｓ３１を行う順番は、特に限定されない。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物３によれば、降伏比が８０％を超え９０％以下という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱６１全体が形成され、鉄骨柱６１の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の０．８１５倍以下である。このため、高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部２２が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱６１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００９１】
さらに、鉄骨柱６１については、柱本体６３及び柱脚部２２、すなわち鉄骨柱６１全体を高降伏比の鋼材で構成し、強度低減も行うため、前述の第１実施形態の構成のように柱梁耐力比の制約を考慮する必要がなく、設計の自由度がより高まる。また、鉄骨柱６１は、全体をすべて同一の鋼材（高降伏比の鋼材）で構成するため、第２実施形態の場合のように低降伏比・高降伏比の鋼材の切り替えを必要とせず、製作を簡素化しやすい。
この効果は、後述する鉄骨構造物の設計方法Ｓ３０についても同様である。
【００９２】
また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法Ｓ３０によれば、降伏比が８０％を超え９０％以下の範囲という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱６１全体が形成され、鉄骨柱６１全体の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材の真応力以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材の曲げモーメント以上になり、柱脚部２２がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱６１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００９３】
なお、鉄骨柱設計強度設定工程Ｓ３１では、鉄骨柱６１の各部位における設計強度を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定してもよい。
鉄骨構造物の設計方法をこのように行うと、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いても、柱脚部２２の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、鉄骨柱６１の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱６１全体としての耐震性能を向上させることができる。
【００９４】
（解析結果１）
図１に示す鉄骨構造物１において、鉄骨ラーメン構造が、第１階層１１１から第８階層１１８までの８階層４スパンの場合の骨組解析（時刻歴応答解析）を実施した。階層１１１の高さを４ｍとし、階層１１１以外の階層１１の高さを３．７５ｍとした。鉄骨柱２１のピッチを６ｍとした。
表１及び表２に、鉄骨構造物の鉄骨柱及び鉄骨梁の断面の諸元等を示す。
【００９５】
【表１】
2019196698.tif 000011
【００９６】
【表２】
2019196698.tif 000012
【００９７】
表１に示すように、鉄骨梁の断面寸法は、例えば第２階層の下部の鉄骨梁で、Ｈ７００ｍｍ（高さ）×２５０ｍｍ（幅）×１２ｍｍ（高さ方向の厚さ）×２２ｍｍ（幅方向の厚さ）である。鉄骨梁の断面寸法は、上方の階層に向かうに従い漸次、高さ、幅、高さ及び幅方向の厚さが小さくなる。ＲＦ（天井）の鉄骨梁で、Ｈ４５０ｍｍ×２００ｍｍ×９ｍｍ×１４ｍｍである。鉄骨梁の降伏耐力は、全て３２５ＭＰａとした。
表２に示すように、鉄骨柱の断面寸法は、第１階層から第６階層において、５００ｍｍ角で厚さが１９ｍｍとした。第７階層及び第８階層において、５００ｍｍ角で厚さが１６ｍｍとした。
【００９８】
表２に示すケース１からケース５の条件に鉄骨柱を設定した。
表２中に、各ケースにおける、第１階層から第８階層までの鉄骨柱の降伏耐力、設計強度、及び降伏比を示している。なお、第１階層では、柱脚部と、柱脚部以外の部分とを分けて示している場合がある。
ケース１は、全ての階層において、降伏耐力が３２５ＭＰａ、降伏比が８０％の低降伏比の鋼材で鉄骨柱が形成された場合をモデル化したものである。降伏耐力と設計強度とは、互いに等しい。
ケース２は、ケース１において、全ての階層の降伏比を９０％にした場合である。ケース１及びケース２は、従来の鉄骨構造物である。
【００９９】
ケース３は、ケース２において、柱脚部の降伏耐力を４００ＭＰａとし、柱脚部の設計強度を降伏耐力の０．８１５倍の３２５ＭＰａとした。ケース３は、前述の（１１）式を満し、第１実施形態に相当する。
ケース４は、ケース１において、柱脚部の降伏耐力を４００ＭＰａ、降伏比を９０％にし、柱脚部の設計強度を降伏耐力の０．８１５倍の３２５ＭＰａとした。ケース４は、第２実施形態に相当する。
ケース５は、ケース２において、全ての階層の鉄骨柱の降伏耐力を４００ＭＰａとし、全ての階層の鉄骨柱の設計強度を降伏耐力の０．８１５倍の３２５ＭＰａとした。ケース５は、第３実施形態に相当する。
【０１００】
図７に示す低降伏比の鋼材及び高降伏比−高降伏耐力の鋼材における曲げモーメントに対する回転角の関係を用いて、上記５つのケースを解析した。
地震動は、１９９５年阪神大震災におけるＪＲ西日本鷹取駅構内地盤上ＮＳ成分を用いた。解析モデルの固有周期１．０７秒おける加速度応答スペクトルＳａ（Ｔ１）が１．５ｇとなるように地震波を増幅させたものを、解析モデルに入力した。
【０１０１】
図１４に、時刻歴応答の解析結果として、鉄骨構造物１の各階層における最大層間変形角を示す。図１４の横軸は最大層間変形角（ｒａｄ）を表し、縦軸は階層番号を表す。
なお、図１５に示すように、最大層間変形角φは、各階層１１の鉄骨柱２１が鉛直方向となす角度として規定される。第１階層１１１に対する最大層間変形角はφ１、第２階層１１２に対する最大層間変形角はφ２、‥等の様である。
【０１０２】
図１４に示す実線による線Ｌ２１は、ケース１のシミュレーション結果である。点線による線Ｌ２２は、ケース２のシミュレーション結果である。一点鎖線による線Ｌ２３は、ケース３のシミュレーション結果である。二点鎖線による線Ｌ２４は、ケース４のシミュレーション結果である。太い実線による線Ｌ２５は、ケース５のシミュレーション結果である。
ケース１及びケース２では、第１階層の最大層間変形角が他の階層の最大層間変形角に比べて大きく、第１階層に損傷が集中している。ケース２では、ケース１に対して降伏比の高い鋼材が用いられているため、図７に示す高降伏比−低降伏耐力の鋼材のように柱脚部のエネルギー吸収性能が低下し、より下方の階層に損傷が集中している。
【０１０３】
これに対し、ケース３からケース５は、いずれも第１階層の最大層間変形角が抑制され、上方の階層に損傷が分散している。これは、これは、図２に線Ｌ３で示すように柱脚部の降伏耐力及び引張強さが向上したために、塑性化部位である柱脚部の変形が抑制され、骨組全体に変形が分散されたことを意味している。
以上のように、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を適切に設計強度を低減して用いることで、低降伏比の鋼材を用いる場合よりもより耐震性を高められることが確認された。
【０１０４】
なお、高降伏比の鋼材は、降伏耐力が４００ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下の場合でも、降伏耐力が５００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下の場合でも、同様の挙動を示す。
【０１０５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１６から図２７を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１６に示すように、本実施形態では、鉄骨柱７１が角筒状に形成されている角形鋼管である場合において、前記所定の係数についての詳細な検討を行った。本実施形態では、鉄骨柱７１の横断面は、外形が正方形の角筒状である。鉄骨柱７１の横断面における外側の一辺の長さ（鋼管径）と、この一辺に隣り合う外側の他の一辺の長さとは、互い長さＤ２である。この横断面における鉄骨柱７１の厚さは、鉄骨柱７１回りのいずれの位置においても一定の厚さｔ２である。この場合、鉄骨柱７１の横断面形状は、鉄骨柱７１の上下方向の位置によらず一定である。
鉄骨柱７１において、柱脚部７２と柱本体とで一辺の長さや厚さ等が変わる場合も検討する。この場合でも、柱脚部７２は角筒状に形成されている。柱脚部７２の横断面は、外形が正方形の角筒状である。柱脚部７２の横断面における外側の一辺の長さと、この一辺に隣り合う外側の他の一辺の長さとは、互い長さＤ１である。この横断面における柱脚部７２の厚さは、柱脚部７２回りのいずれの位置においても一定の厚さｔ１である。
なお、以下で鉄骨柱７１についてする説明は、柱脚部７２についても同様に適用される。柱脚部７２についてする説明も、鉄骨柱７１についても同様に適用される。
【０１０６】
ここで、鉄骨柱７１において、厚さｔ２に対する長さＤ２の比を、幅厚比Ｒ２とする。柱脚部７２において、厚さｔ１に対する長さＤ１の比を、幅厚比Ｒ１とする。
図６に示す解析モデルとして、鋼管径（長さＤ２，Ｄ１）が６００ｍｍで、厚さｔ２，ｔ１を３２ｍｍ，２５ｍｍ，２２ｍｍ，１６ｍｍと変化させた鉄骨柱７１（柱脚部７２）を用いた。この場合の幅厚比Ｒ２，Ｒ１は、それぞれ１９，２４，２７，３８となる。
鋼材として、前記低降伏比の鋼材、及び前記高降伏比−高降伏耐力の鋼材を想定してシミュレーションを行った。低降伏比の鋼材の降伏耐力は３２５ＭＰａとし、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力は４００ＭＰａとした。高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力である４００ＭＰａに０．８１５を乗じると、低降伏比の鋼材の降伏耐力である３２５ＭＰａと同等になる。その他の解析条件は、第１実施形態と同様である。
【０１０７】
幅厚比Ｒ２が１９，２４，２７，３８の場合の柱脚部の曲げモーメントに対する柱脚部の回転角の関係を図１７から図２０にそれぞれ示す。低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果を実線による線Ｌ３１で示し、高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果を一点鎖線による線Ｌ３２で示す。
幅厚比Ｒ２が１９，２４，２７，３８の全ての場合に対して、一定の回転角に対して、低降伏比の鋼材の曲げモーメントよりも高降伏比−高降伏耐力の鋼材の曲げモーメントが小さくなることはない。
【０１０８】
図１７から図２０において、幅厚比Ｒ２による柱脚部の最大耐力の変化について検討する。幅厚比Ｒ２には、以下の傾向があると考えられる。すなわち、幅厚比Ｒ２が大きくなるに従い、低降伏比の鋼材の最大耐力Ｍ１に対し、高降伏点鋼材の高降伏比−高降伏耐力の最大耐力Ｍ２は大きくなる。このような傾向が生じる理由を、図２１を用いて説明する。図２１は、前記図２において、線Ｌ１で示される低降伏比の鋼材、及び線Ｌ３で示される高降伏比−高降伏耐力の鋼材の真応力−真ひずみ線図に追記したものである。
【０１０９】
例えば、鉄骨柱７１の一辺の長さＤ２が一定の場合について説明する。鉄骨柱７１の厚さｔ２が大きくなり幅厚比Ｒ２が小さくなると、鉄骨柱７１が降伏耐力を超えた後でも座屈し難くなり、図２１中の真ひずみε１が比較的大きい領域Ｒ６で鉄骨柱７１が座屈する。このとき、低降伏比の鋼材の真応力と、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の真応力との差が小さい。
一方で、鉄骨柱７１の厚さｔ２が小さくなり幅厚比Ｒ２が大きくなると、鉄骨柱７１が降伏耐力を超えた後で座屈し易くなり、図２１中の真ひずみε２が比較的小さい領域Ｒ７で鉄骨柱７１が座屈する。このとき、低降伏比の鋼材の真応力と、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の真応力との差が大きい。
このため、幅厚比Ｒ２が小さい場合には低降伏比の鋼材と高降伏比−高降伏耐力の鋼材とで最大耐力があまり変わらないが、幅厚比Ｒ２が大きい場合には低降伏比の鋼材と高降伏比−高降伏耐力の鋼材とで最大耐力の差が大きくなる。
【０１１０】
前記図１４に示したケース３からケース５では、低降伏比の鋼材で形成された鉄骨柱を用いたケース１よりも第１階層１１１に対する最大層間変形角φ１が大きく低減している。このため、ケース１と同等の骨組性能（最大層間変形角φ１）を得るための高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた場合の低減係数（所定の係数）をより合理的に（大きく）設定できる余地があると考えられる。
【０１１１】
図２２は、前記図７において、線Ｌ１６で示される低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果、線Ｌ１７で示される高降伏比−低降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果、及び線Ｌ１８で示される高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果に加えて、二点鎖線による線Ｌ３４で示されるシミュレーション結果を追記したものである。なお、図２２は、幅厚比が２７の場合の結果であり、図１９の線Ｌ３１，Ｌ３２を、線Ｌ１６，Ｌ１８として含む。
線Ｌ３４で示されるシミュレーション結果では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材において、鉄骨柱の降伏耐力を３５１ＭＰａ、低減係数を０．９２６に調節した。鉄骨柱の設計強度は、降伏耐力３５１ＭＰａの０．９２６倍の３２５ＭＰａとなる。この場合、低減係数を調節したケースの最大耐力、及び線Ｌ１６で示される低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力は、互いに同等である。一方で、線Ｌ１８で示される高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力は、低減係数を調節したケースの最大耐力よりも大きくなる。
【０１１２】
これに対して、線Ｌ１７で示される高降伏比−低降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力は、線Ｌ１６で示される低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力よりも小さくなる。
これらの最大耐力は、水平荷重（地震力）に対する鉄骨柱等の柱部材の抵抗力である。局部座屈による耐力劣化が柱部材に生じると、骨組の中で耐力劣化箇所に損傷が集中し、倒壊へと至る。従って、柱部材の最大耐力が、高降伏比の鋼材と低降伏比の鋼材とで同等であれば、骨組としての応答性状も同等となると考えられる。
さらに、この低減係数を調節した鉄骨柱を用いて、解析結果１と同様に、８階層の鉄骨ラーメン構造の時刻歴応答解析を実施した。解析を行ったケース６からケース８における鉄骨柱の断面の諸元等を、表３に示す。ケース６からケース８では、幅厚比は２７であり、柱脚部又は鉄骨柱の低減係数を０．９２６に調節した。なお、表３以外の解析条件は、解析結果１での解析条件と同一である。
【０１１３】
【表３】
2019196698.tif 000013
【０１１４】
ケース６の鉄骨柱の断面の諸元等において、表２に示した第１実施形態に相当するケース３の鉄骨柱の断面の諸元等と異なる点は、柱脚部に降伏耐力が３５１ＭＰａの高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用い、低減係数を０．９２６に調節して、設計強度を３２５ＭＰａにした点である。
ケース７の鉄骨柱の断面の諸元等において、表２に示した第２実施形態に相当するケース４の鉄骨柱の断面の諸元等と異なる点は、柱脚部に降伏耐力が３５１ＭＰａの高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用い、低減係数を０．９２６に調節して、設計強度を３２５ＭＰａにした点である。
ケース８の鉄骨柱の断面の諸元等において、表２に示した第３実施形態に相当するケース５の鉄骨柱の断面の諸元等と異なる点は、鉄骨柱に降伏耐力が３５１ＭＰａの高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用い、低減係数を０．９２６に調節して、設計強度を３２５ＭＰａにした点である。
【０１１５】
ケース６からケース８の解析結果を、解析結果１の図１４に対応させて図２３に示す。
図２３中には、線Ｌ２１でケース１のシミュレーション結果を示す。点線による線Ｌ３６は、ケース６のシミュレーション結果である。一点鎖線による線Ｌ３７は、ケース７のシミュレーション結果である。二点鎖線による線Ｌ３８は、ケース８のシミュレーション結果である。
ケース６から８の第１階層１１１に対する最大層間変形角は、低降伏比の鋼材を用いたケース１の第１階層１１１に対する最大層間変形角と同等以下に制御されている。この結果より、少なくとも一部に高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた鉄骨柱において、最大耐力が低降伏比の鋼材と同等となる復元力特性を与えることで、従来構造（低降伏比の鋼材を鉄骨柱に用い鉄骨ラーメン骨組）と同程度に地震時の応答を制御できることが分かった。
【０１１６】
本知見を様々な幅厚比を持つ鉄骨柱に一般化するため、鉄骨柱の柱断面等を様々に変化させた場合の有限要素解析を実施し、低降伏比の鋼材の最大耐力と高降伏比−高降伏耐力の鋼材の最大耐力が同等となるための鉄骨柱の設計強度の低減係数を算出した。鉄骨柱の一辺の長さＤ２を、６００ｍｍとした。鉄骨柱の厚さｔ２を、３６ｍｍ，３２ｍｍ，２５ｍｍ，２２ｍｍ，１９ｍｍ，１６ｍｍとした。軸力比を、０，０．１５，０．３，０．５とした。
これらの解析結果を、図２４に示す。図２４の横軸は幅厚比を表し、縦軸は低減係数を表す。図２４における各解析結果のプロットに対応する低減係数以下の範囲が、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いても、低降伏比の鋼材を用いた従来の鉄骨構造物と同等以上の耐震性能となる低減係数の範囲である。
【０１１７】
図２４において、幅厚比が小さい領域Ｒ１１では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等となるためには、０．８１５程度の低減係数が必要である。すなわち、この領域Ｒ１１において、軸力比等が様々に変化しても低減係数が０．８１５程度以下であれば、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等以上になる。
幅厚比が大きい領域Ｒ１２では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等となるためには、低減係数は０．９１５程度まで緩和（大きく）できる。これは、図１７から図２１に示したように、幅厚比が大きい場合には、鋼材が降伏耐力を超えた後で比較的早期に局部座屈が生じて最大耐力を迎える結果と整合している。
領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との間の領域Ｒ１３では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等となるための低減係数は、幅厚比が大きくなるのに従い漸次大きくなる。
この結果から、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度の低減係数を、鉄骨柱については（１２）式による低減係数α２、柱脚部については（１３）式による低減係数α１とする。（１２）式及び（１３）式は、様々な幅厚比を持つ鉄骨柱及び柱脚部を安全側に評価して求めた式である。
【０１１８】
【数９】
2019196698.tif 000014
【０１１９】
（１２）式に基づく高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた鉄骨柱の設計強度の低減係数は、幅厚比Ｒ２の領域Ｒ１２及び領域Ｒ１３において、第１実施形態から第３実施形態における０．８１５という低減係数を緩和することができる。すなわち、従来構造である低降伏比の鋼材を鉄骨柱に用いた骨組と同等以下の構造性能を与えながら、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力に対してより高い設計強度を与えることができ、より小さい断面で所定の構造強度を得ることができる。
なお、本実施形態における鉄骨構造物の設計方法は、第１実施形態から第３実施形態における鉄骨構造物の設計方法において、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の（１２）式による低減係数α２以下又は（１３）式による低減係数α１以下にすることに相当する。
【０１２０】
以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物によれば、第１実施形態から第３実施形態の鉄骨構造物１から鉄骨構造物３の奏する効果に加えて、鉄骨構造物１から鉄骨構造物３と同等又はより少ない材料で柱脚部又は鉄骨柱を構成でき、柱脚部又は鉄骨柱を軽量化することができる。
また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法によれば、第１実施形態から第３実施形態の鉄骨構造物の設計方法の奏する効果に加えて、鉄骨構造物１から鉄骨構造物３と同等又はより少ない材料で柱脚部又は鉄骨柱を構成でき、柱脚部又は鉄骨柱を軽量化することができる。
また、本実施形態の鉄骨構造物、及び鉄骨構造物の設計方法によれば、鉄骨柱の製造コストを抑えて鉄骨構造物を施工することができる。
【０１２１】
（解析結果２）
（１２）式及び（１３）式の設計強度の低減係数の妥当性を検証するため、解析結果１に用いた８階層の鉄骨ラーメン骨組をベースに、表４から表６のケースＡ１からケースＣ５のように鉄骨柱の断面の諸元等を変化させた解析を実施した。
【０１２２】
【表４】
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【０１２３】
【表５】
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【０１２４】
【表６】
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【０１２５】
なお、表４に示すケースＡ１からケースＡ５は、幅厚比が２０の場合であり、解析結果１で表２に示した鉄骨柱の断面寸法に対して、第１階層から第５階層における鉄骨柱の断面寸法を５００ｍｍ角で厚さが２５ｍｍとした。
表５に示すケースＢ１からケースＢ５は、幅厚比が２６の場合であり、解析結果１で表２に示した鉄骨柱の断面寸法と同一とした。
表６に示すケースＣ１からケースＣ５は、幅厚比が３２の場合であり、解析結果１で表２に示した鉄骨柱の断面寸法に対して、第１階層から第５階層における鉄骨柱の断面寸法を６００ｍｍ角で厚さが１９ｍｍとした。
【０１２６】
ケースＡ１，Ｂ１，Ｃ１は、全ての鉄骨柱に低降伏比の鋼材を用いた場合で、従来の鉄骨構造物の構造を想定したものである。ケースＡ１，Ｂ１，Ｃ１における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース１における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。
ケースＡ２，Ｂ２，Ｃ２は、全ての鉄骨柱に高降伏比−高降伏耐力の鋼材を設計強度の低減係数を適用せずに用いた場合で、従来の鉄骨構造物の構造を想定したものである。ケースＡ２，Ｂ２，Ｃ２における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース２における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。
【０１２７】
ケースＡ３，Ｂ３，Ｃ３は、第１実施形態の鉄骨構造物において所定の係数を柱脚部についての（１３）式による低減係数α１とした場合、及び第１実施形態の鉄骨構造物の設計方法において鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を低減係数α１以下とした場合である。
ケースＡ３，Ｂ３，Ｃ３における柱脚部以外の各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース３における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。ケースＡ３，Ｂ３，Ｃ３における柱脚部での設計強度及び降伏比は、ケース３における柱脚部での設計強度及び降伏比とそれぞれ同一である。ただし、ケースＡ３，Ｂ３，Ｃ３における柱脚部での鋼材の降伏耐力は、幅厚比に応じた低減係数α１を乗じた値が３２５ＭＰａになるように調節した。例えば、幅厚比が２０の場合の（１３）式による低減係数α１は０．８３４であるため、柱脚部での鋼材の降伏耐力を、（３２５／０．８３４）の式から３８９ＭＰａとした。
【０１２８】
ケースＡ４，Ｂ４，Ｃ４は、第２実施形態の鉄骨構造物において所定の係数を柱脚部についての（１３）式による低減係数α１とした場合、及び第２実施形態の鉄骨構造物の設計方法において鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を低減係数α１以下とした場合である。
ケースＡ４，Ｂ４，Ｃ４における柱脚部以外の各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース４における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。ケースＡ４，Ｂ４，Ｃ４における柱脚部での設計強度及び降伏比は、ケース４における柱脚部での設計強度及び降伏比とそれぞれ同一である。ただし、ケースＡ４，Ｂ４，Ｃ４における柱脚部での鋼材の降伏耐力は、幅厚比に応じた低減係数α１を乗じた値が３２５ＭＰａになるように調節した。例えば、幅厚比が２０の場合の（１３）式による低減係数α１は０．８３４であるため、柱脚部での鋼材の降伏耐力を、（３２５／０．８３４）の式から３８９ＭＰａとした。
【０１２９】
ケースＡ５，Ｂ５，Ｃ５は、第３実施形態の鉄骨構造物において所定の係数を鉄骨柱についての（１２）式による低減係数α２とした場合、及び第３実施形態の鉄骨構造物の設計方法において鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を低減係数α２以下とした場合である。
ケースＡ５，Ｂ５，Ｃ５における各階層での設計強度及び降伏比は、ケース５における各階層での設計強度及び降伏比とそれぞれ同一である。ケースＡ５，Ｂ５，Ｃ５における各階層での鋼材の降伏耐力は、幅厚比に応じた低減係数α２を乗じた値が３２５ＭＰａになるように調節した。例えば、幅厚比が２０の場合の（１２）式による低減係数α２は０．８３４であるため、各階層での鋼材の降伏耐力を、（３２５／０．８３４）の式から３８９ＭＰａとした。
その他の解析条件は、解析結果１と同一である。
【０１３０】
図２５に、幅厚比が２０であるケースＡ１からケースＡ５の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す。図２５において、実線による線Ｌ４１は、ケースＡ１のシミュレーション結果である。点線による線Ｌ４２は、ケースＡ２のシミュレーション結果である。一点鎖線による線Ｌ４３は、ケースＡ３のシミュレーション結果である。二点鎖線による線Ｌ４４は、ケースＡ４のシミュレーション結果である。太い実線による線Ｌ４５は、ケースＡ５のシミュレーション結果である。
図２６に幅厚比が２６であるケースＢ１からケースＢ５の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す。実線による線Ｌ４６は、ケースＢ１のシミュレーション結果である。点線による線Ｌ４７は、ケースＢ２のシミュレーション結果である。一点鎖線による線Ｌ４８は、ケースＢ３のシミュレーション結果である。二点鎖線による線Ｌ４９は、ケースＢ４のシミュレーション結果である。太い実線による線Ｌ５０は、ケースＢ５のシミュレーション結果である。
【０１３１】
図２７に幅厚比が３２であるケースＣ１からケースＣ５の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す。実線による線Ｌ５１は、ケースＣ１のシミュレーション結果である。点線による線Ｌ５２は、ケースＣ２のシミュレーション結果である。一点鎖線による線Ｌ５３は、ケースＣ３のシミュレーション結果である。二点鎖線による線Ｌ５４は、ケースＣ４のシミュレーション結果である。太い実線による線Ｌ５５は、ケースＣ５のシミュレーション結果である。
【０１３２】
いずれの幅厚比においても、従来の鉄骨構造物の構造であるケースＡ１，Ｂ１，Ｃ１に対し、設計強度の低減係数を適用せずに高降伏比−高降伏耐力の鋼材を使用したケースＡ２，Ｂ２，Ｃ２では、第１階層１１１に対する最大層間変形角φ１が増大し、最下層である第１階層１１１への損傷集中が進行している。
これに対し、（１２）式及び（１３）式による低減係数α２，α１を用いたケースＡ３〜Ａ５，Ｂ３〜Ｂ５，Ｃ３〜Ｃ５では、低降伏比の鋼材を用いた従来の鉄骨構造物の構造と同等以下の最大層間変形角φ１に応答が制御されている。本結果より、（１２）式及び（１３）式による低減係数α２，α１は妥当なものと考えられる。
【０１３３】
以上、本発明の第１実施形態から第４実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１３４】
１，２，３  鉄骨構造物
１１  階層
２１，５１，６１，７１  鉄骨柱
２２，７２  柱脚部
２６  鉄骨梁
３１  接合部
Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０  鉄骨構造物の設計方法
【図１】
2019196698.tif 000026
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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