(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦なフランジ部を有する筒状の閉断面部材と、
該フランジ部に接合される矩形断面部材との鉄骨部材用接合構造であって、
該矩形断面部材の幅方向を前記閉断面部材の軸心に平行とした状態で、前記矩形断面部材の一の端部を前記フランジ部に溶接接合することで前記閉断面部材と前記矩形断面部材との間で応力の伝達がなされ、
前記矩形断面部材は、前記閉断面部材と以下の式（１）の関係を満たした状態で、前記フランジ部に溶接接合され、
前記フランジ部は、補強する補強材が設けられていない無補強領域として形成される
ことを特徴とする鉄骨部材用接合構造。
ｔｃ×σｙｆ≧ｔｗ×σｕｒ      ・・・式（１）
ただし、ｔｃ：閉断面部材のフランジ部の板厚
σｙｆ：閉断面部材のフランジ部の降伏点
ｔｗ：矩形断面部材の板厚
σｕｒ：矩形断面部材の引張強さ
【請求項２】
前記閉断面部材は、前記フランジ部に対向して設けられるフランジ部をさらに有する角筒状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨部材用接合構造。
【請求項３】
さらに、長尺部材を有し、
前記閉断面部材には、前記フランジ部に平行な面上に形成された受け部が設けられ、
前記長尺部材は、該受け部に接合され、
前記矩形断面部材の他の端部が前記長尺部材に接合されることで、前記矩形断面部材は、方杖材として、前記閉断面部材と前記長尺部材とに架設され、
前記無補強領域は、少なくとも前記フランジ部から前記受け部まで延在して形成される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄骨部材用接合構造。
【請求項４】
前記閉断面部材は、冷間ロール成形による角形鋼管であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の鉄骨部材用接合構造。
【請求項５】
前記閉断面部材の断面形状は、三角形、五角形、六角形、または円筒状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の鉄骨部材用接合構造。
【請求項６】
前記矩形断面部材は、少なくとも弱軸まわりの面に座屈防止部材を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の鉄骨部材用接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は柱と梁を備える架構の補強構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄骨造の架構において柱と梁の接合部の耐力の向上を図るべく、当該接合部や接合部の近傍に補強部材を設け、これにより接合部に地震等の水平力に対し抵抗力を付与することが行われてきた。この種の接合部の構成として、例えば非特許文献１には、スプレットティーを介して柱に梁を連結すると共に、該柱の梁接合部に補強裏板を取り付けた構成が開示されており、これにより梁接合部の強度向上が図られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本建築学会構造系論文報告集  第４２４号  １９９１年６月  ９１ページ  「スプリットティー引張接合による角形鋼管柱・Ｈ形鋼はり接合部終局耐力に関する実験的研究
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉄骨造の架構における柱には、箱形、円形などの、中空で閉合した断面形状をした部材、いわゆる閉断面部材が多く採用されている。閉断面部材は、安定した断面形状のため、例えば横荷重、曲げ、ねじりなどに対し高い抵抗力を有する。しかしながら、非特許文献１の如き構成においては、図１に示すように、柱の梁接合部と対応する位置に補強裏板（スチフナ）を取り付ける構成であり、当該スチフナの存在によって部品数が増えることなって管理が煩雑となるのみならず、当該スチフナを梁に取り付ける工程を要することで工程数が増大し、作業効率を低下させてしまうという問題がある。また、柱の如き閉断面部材の中間部に補強裏板等を設置し、溶接する作業には、柱の端部から補強部材を差し入れて、その状態を保持しつつ溶接を施すという高い技術が要求され、作業自体も困難であるという問題がある。
【０００５】
かかる問題を解決すべく、補強裏板を設けない構成を採用することが考えられるが、そうすると、柱の梁接合部が梁に先んじて塑性変形してしまうことが考えられ、当該梁接合部の変形が建物全体の倒壊につながる虞がある。この様に、単に施工性の向上の観点から補強裏板を取り外してしまうと、梁接合部として必要とされる強度を確保することが困難となるという問題が生じる。また、単に閉断面部材の板厚を大きくすることは、柱の塑性変形の防止につながるが、原材料および製造費用が高くなり、また重量の増加により運搬費用が高くなるという問題があり、さらに許容される板厚の薄さを決定することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、鉄骨部材同士を接合する接合構造において、接合部に取り付ける部材数の削減を図りつつ、最低限の閉断面部材の板厚で当該接合部の強度の維持することを図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題解決のための具体的手段として、本願発明は、
平坦なフランジ部を有する筒状の閉断面部材と、
該フランジ部に接合される矩形断面部材との鉄骨部材用接合構造であって、
該矩形断面部材の幅方向を前記閉断面部材の軸心に平行とした状態で、前記矩形断面部材の一の端部を前記フランジ部に溶接接合することで前記閉断面部材と前記矩形断面部材との間で応力の伝達がなされ、
前記矩形断面部材は、前記閉断面部材と以下の式（１）の関係を満たした状態で前記フランジ部に溶接接合され、
前記フランジ部は、補強する補強材が設けられていない無補強領域として形成される
ことを特徴とする鉄骨部材用接合構造。
を提供する。
【０００８】
ｔｃ×σｙｆ  ≧ｔｗ×σｕｒ      ・・・式（１）
ただし、ｔｃ：閉断面部材のフランジ部の板厚（ｍｍ）
σｙｆ：閉断面部材のフランジ部の降伏点（ＭＰａ）
ｔｗ：矩形断面部材の板厚（ｍｍ）
σｕｒ：矩形断面部材の引張強さ（ＭＰａ）
【０００９】
本発明に係る式（１）は、形状パラメータとして、閉断面部材のフランジの板厚と矩形断面部材の板厚のみを考慮し、他の形状パラメータ、例えば矩形断面部材の幅は考慮されない。そして、閉断面部材のフランジ部の板厚と降伏点の積と、該フランジ部に接合される矩形断面部材の板厚と引張強さの積とが上記式（１）を満たすことにより、少なくとも矩形断面部材の引張強さの限界を超えて破断に至るまで、閉断面部材のフランジ部は降伏耐力に到達しないこととなる。これによって、矩形断面部材の断面が、全て引張強さに達する最大引張耐力、又は全て圧縮強さに達する最大圧縮耐力に達する状態において、仮に応力の不均一により閉断面部材のフランジ部の接合部に局所的に降伏している部分があったとしても、該フランジ部の接合部全体が降伏に至ることはなく、矩形断面部材から閉断面部材のフランジ部への荷重伝達を可能にする。
【００１０】
なお、本明細書で「フランジ部」とは、いわゆる配管に用いる管継手のフランジのような構成要素をさすものではなく、主に建築業界で用いる梁、柱などの部材における板状の部材のことをさし、例えばウェブに対して用いられる構成要素を意味する。
【００１１】
また、当該式（１）を満たす関係にあって、且つ、少なくとも矩形断面部材の接合部位及びその近傍が、補強材を設けない領域（以下、本明細書において、「無補強領域」と呼ぶ。）として形成されているため、当該矩形断面部材と閉断面部材の接合部廻りの納まり、すなわちフランジ部からの凹凸をなくすことで、接合部の形状をスムーズにすることができる。したがって、接合構造を形成した後の建築工程が容易になる。さらには、当該補強材の取付けを不要とするため、施工の手間を省くことができる。
【００１２】
式（１）において、閉断面部材および矩形断面部材の形状パラメータとして、板厚のみが考慮されるだけで、他の形状パラメータ、例えば矩形断面部材の幅は考慮されない。したがって、所定の強度を有する接合構造を製造するにあたり、所定の閉断面部材に対する矩形断面部材の材質や形状の選択、または所定の矩形断面部材に対する閉断面部材の材質や形状の選択を簡便に行うことができる。
【００１３】
本発明において、前記閉断面部材を角筒状に形成し、前記フランジ部に対向してさらなるフランジ部を設けることが好ましい。そうすることで、少なくとも対向しあう一対のフランジ部にそれぞれ矩形断面部材を接合させることができる。
【００１４】
また本発明によれば、鉄骨部材用接合構造は、
さらに、長尺部材を有し、
前記閉断面部材には、前記フランジ部に平行な面上に形成された受け部が設けられ、
前記長尺部材は、該受け部に接合され、
前記矩形断面部材の他の端部が前記長尺部材に接合されることで、前記矩形断面部材は、方杖材として、前記閉断面部材と前記長尺部材とに架設され、
前記無補強領域は、少なくとも前記フランジ部から前記受け部まで延在して形成される
ことが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、閉断面部材に長尺部材が接合される接合部の近傍に、矩形断面部材からなる方杖材が架設される。ここで、無補強領域が接合面まで延在して設けられているので、方杖材及び長尺部材は閉断面部材の無補強領域に接合され、かつ、これら３部材の周囲の形状をスムーズなもの、すなわち納まりを良好なものとすることができる。また、閉断面部材と方杖材とが上記式（１）を満たすため、閉断面部材は、方杖材からの荷重によって閉断面部材が降伏する以前の状態を維持することができる。これによって、閉断面部材と長尺部材の接合部について、方杖材による補強効果を充分に発揮させることができる。
【００１６】
また、前記閉断面部材は、冷間ロール成形による角形鋼管であることが好ましい。かかる角形鋼管を閉断面部材として採用することにより、同程度の引張強さを有する、熱間成形鋼管、箱形断面鋼管、冷間プレス角形鋼管などより、降伏点が高くなるので、部材としての強度向上を図ることができる。
【００１７】
前記矩形断面部材は、座屈防止部材を備えていることが好ましい。そうすることにより、矩形断面部材が圧縮力を受ける場合、弱軸まわりの面外変形が、座屈防止部材により規制される。その結果、矩形断面部材は引張力とともに圧縮力をも負担することができ、正負方向いずれの水平力に対しても抵抗することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る架構の補強構造によれば、接合部に取り付ける部材数の削減を図りつつ、最低限の閉断面部材の板厚さで当該接合部の強度の維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】非特許文献１に開示されている柱の梁接合部の補強裏板を示す正面図（左図）および平面断面図（右図）である。
【図２】本発明の実施形態に係る架構の平面的グリッド構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る架構の全体構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る架構を構成する柱と大梁の接合状態を示す正面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る架構を構成する柱と大梁の接合状態を示す平面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態に係る架構を構成する柱と大梁の接合状態を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る架構を構成する柱と複数の大梁の接合状態を示す正面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る方杖材の構成を示す正面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係る方杖材の座部を示す平面図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態に係る方杖材の小口面を示す左側面図である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態に係る方杖材の座屈防止部材を示す、方杖材の長手方向に垂直な方向に、図６Ａの左上から見た側面図である。
【図６Ｅ】本発明の実施形態に係る方杖材の座屈防止部材を示す、方杖材の長手方向に垂直な方向に、図６Ａの右下から見た側面図である。
【図６Ｆ】本発明の実施形態に係る方杖材の、図６ＡのＰ−Ｐ線断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る方杖材を架設した状態の柱と大梁の接合部を示す正面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る方杖材を架設した状態の柱と大梁の接合部を示す側面図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態に係る柱と方杖材の接合部における塑性ヒンジ変形領域を示す側面図である。
【図９Ｂ】柱方杖材接合部の、図９ＡのＱ−Ｑ線断面図である。
【図９Ｃ】柱方杖材接合部の、図９ＡのＲ−Ｒ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の最も好ましい実施形態について図を参照して具体的に説明する。本実施形態は、鉄骨造３階建ての架構を有する工業化住宅における補強構造の例である。図２は、架構の平面的グリッド構成を示す平面図である。図３は、架構の全体構成を示す斜視図である。図４は、架構を構成する柱と大梁の１つの接合部の状態を示す正面図（図４Ａ）、平面図（図４Ｂ）および側面図（図４Ｃ）である。図５は架構を構成する１つの柱に複数の大梁が接合された状態を示す正面図である。図６は、本発明の実施形態に係る方杖材の構成を示す正面図（図６Ａ）、方杖材の座部を示す平面図（図６Ｂ）、方杖材の小口面を示す、図６Ａの左から見た側面図（図６Ｃ）、方杖材の座屈防止部材を示す、方杖材の長手方向に垂直な方向に、図６Ａの左上から見た側面図（図６Ｄ）および図６Ａの右下から見た側面図（図６Ｅ）、方杖材の、図６ＡのＰ−Ｐ線断面図（図６Ｆ）である。図７は、方杖材を取り付けた状態の柱と大梁の接合部を示す正面図である。図８は、方杖材を付加した状態の柱と大梁の接合部を示す側面図である。図９は、柱方杖材接合部における降伏メカニズムを示すための側面図（図９Ａ）、図９ＡのＱ−Ｑ線断面図（図９Ｂ）および図９ＡのＲ−Ｒ線断面図（図９Ｃ）である。
【００２１】
図２、図３に示すように、本発明の実施形態の一つである住宅用の架構Ａは、妻方向が２スパン、桁方向が３スパンで合計６つの平面グリッドからなる３層の架構層からなる。図３に示すように、住宅用の架構Ａは、１層から３層まで連続した、通し柱形式の複数の柱（閉断面部材）１と、各階層において隣接する柱１同士を連結する複数の大梁（長尺部材）２と、大梁２の直下に格子状に形成された鉄筋コンクリート造の基礎３とで構成されている。なお、柱脚部１ａは特開平０１−２０３５２２号公報に開示された露出型固定柱脚工法にて基礎３に接合されている。この架構を構築したのち、相対する大梁２の間に小梁を適宜架け渡した上で、ＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）からなる床パネルを梁の上フランジに載置して床が構成され、外周部の大梁２にＡＬＣからなる壁パネルを取り付けることによって、外壁が構成されて住宅の躯体が完成する。
【００２２】
図５に示すように、本実施形態における柱１は、外形寸法が１５０ｍｍ角の角形鋼管からなる通し柱となっており、該通し柱は、各階に相当する高さを有する３本の柱１を軸方向に接続して形成されている。図４Ａに示すように、１階の柱１は、１２ｍｍの肉厚を有する、横断面内に溶接による継目が存在しない角形鋼管からなる柱本体の一部に、大梁を受ける梁受け部１ｅを備えている。
【００２３】
図４Ｂに示すように、柱１は、互いに対向して設けられる一対の平板状のフランジ部１ｈの２組を互いに直交させた状態に配し、隣り合うフランジ部間を凸円弧状の隅部１ｉにより連結してなる断面四角筒状を呈している。また、柱１は、冷間ロール成形の角形鋼管であるのが好ましい。これにより、熱間成形鋼管、箱形断面鋼管または冷間プレス角形鋼管で、同程度の引張強さを有するものよりも降伏点が高いので、部材としての性能向上が図られている。また、当該柱本体としては、継ぎ目のないシームレスパイプを採用することも可能である。これにより、いずれのフランジ部も平坦な面として形成されることとなり、当該フランジ部を平坦に均す作業を要することなく、矩形断面部材を取り付けることができる。
【００２４】
梁が接合される箇所（梁接合部）は、柱本体よりも肉厚（例えば２２ｍｍ）に形成される四角筒状を呈し、互いに対向する一対の平板部の２組を互いに直交させた状態で設けると共に、隣り合う平板部間を凸円弧状の角部により連結して形成されており、各平板部を柱本体のフランジ部に平行とした状態で該柱本体の端部に接合されている。
【００２５】
また図４Ａに示すように、梁接合部の各平板部には、大梁２のエンドプレート２ｄの孔２ｅに対応する孔１ｆが複数個連続して穿たれており、これによって各階の大梁２を受ける梁受け部（受け部）１ｅが形成されている。なお、各孔１ｆの内壁には、ネジが切られている。大梁２の孔２ｅと同様に、各梁受け部１ｅの上部２段と最下段の計６個の孔１ｆは、大梁２と接合するボルト４を螺入する孔であり、下から２段目の孔２個は、位置合わせ用の孔である。
【００２６】
図４ＡないしＣに示すように、本実施形態の大梁２は、一対のフランジ２ａ、２ｂをウェブ２ｃによって連結して形成されるＨ形鋼（形鋼）からなる。また、本実施形態の大梁は、梁せい（幅）が２５０ｍｍ、上下のフランジ２ａ、２ｂの幅が１２５ｍｍ、厚みが９ｍｍ、ウェブ２ｃの厚みが６ｍｍに統一されている。
【００２７】
大梁２の各端部には、柱１に接合されるエンドプレート２ｄが溶接により取り付けられている。該エンドプレート２ｄは、所定の厚さを有する厚板状に形成されており、該エンドプレートには、横方向に中心から左右対称に２列、縦方向に等間隔に４段、同一径の孔２ｅが計８箇所穿たれている。孔２ｅのうち上部２段と最下段の計６個の孔が、柱１との接合に使用するボルト４を挿通する為の孔である。なお、下から２段目の孔２個は、柱１に大梁２を取り付ける接合作業の際、「シノ」と称する棒状の挿嵌冶具を挿し込んで位置合わせを行うための孔である。当該シノを用いて柱部材１の梁受け部１ｅに大梁２のエンドプレート２ｄが重ね合わされ、これらの各孔をボルト締結することにより、柱梁接合部Ｂが形成される。
【００２８】
当該柱梁接合部Ｂは、大梁２の端部のエンドプレート２ｄを、柱１の梁接合部１ｅの梁受け部に高力ボルト４を用いて締結し、剛接合として見做すことができる固定度を有して形成されている。また、当該柱梁接合部Ｂは、荷重作用時に被接合材である大梁２及び柱１が塑性域に達するまで破断しない、保有耐力接合として構成されている。
【００２９】
詳述すると、柱と梁との接合部を剛接合により構成する場合、地震発生時に躯体に作用する地震エネルギーを、梁が塑性変形により吸収することが期待されている。大きな地震動を受けている間に亘って、梁の塑性化によるエネルギーを吸収するためには、当該梁を保持する柱との接合部である、梁両端の柱梁接合部が破断してはならない。このように、梁の塑性変形能を充分に発揮させるべく、梁の塑性変形を充分に生じさせるまで、柱梁接合部を破断させない接合状態を保有耐力接合という。
【００３０】
また、大梁２の上下フランジ２ａ、２ｂには、各種部材をボルト固定する為の孔群２ａ１、２ｂ１が、柱１に接合した状態で、柱心を中心にして上下対称に穿たれている。
【００３１】
また、図７に示す如く、大梁２の下フランジ２ｂに設けられた複数の孔群２ｂ１のうち、柱１の配置の基準となる基準線（通り芯）Ｚ１から３０５ｍｍの位置であって、当該柱１から見てもっとも手前に位置する孔群２ｂ１に、方杖材（ダンパー）５がボルトにより接合される。そして、方杖材５のボルト接合に用いられた孔群２ｂ１及びその周囲は、方杖材５と大梁２との連結部２ｋを形成する。本実施形態において、方杖材５は、柱１と大梁２とが接合した状態で、方杖材５の中心線Ｙ１と大梁の長手方向の中心線Ｘ１とのなす角度θが７０度となるように構成されている。
【００３２】
また、当該大梁２には、両端部間の長さ方向の全体にわたり、無補強領域（すなわち補強材が設けられていない領域）が形成することができ、当該連結部２ｋを、図７に斜線で示す領域に、当該無補強領域２ｐに設けてもよい。図７に示す実施形態の場合、無補強領域２ｐは、柱梁接合部Ｂを形成する大梁２の一方の梁端部から、上下フランジ２ａ、２ｂの当該梁端部に最も近い孔群２ａ１、２ｂ１まで形成されており、当該下フランジ２ｂの孔群２ｂ１及びその周囲を連結部２ｋとすることで、無補強領域２ｐに連結部２ｋが設けられている。
【００３３】
なお、本実施形態において、図７に示すように、下フランジ２ｂの連結部２ｋと当該連結部２ｋに対向する上フランジ２ａとの間の領域を含む領域を無補強領域２ｐとしているが、大梁２の一方の端部から他方の端部に亘って、スパン方向に長大な無補強領域２ｐとしても構わない。
【００３４】
図６Ａに示す方杖材５は、降伏点の低い鋼からなる芯部材５ａと、該芯部材５ａに圧縮力を作用させた際の座屈を防止するための座屈防止部材５ｂとからなる。
【００３５】
芯部材５ａは、矩形断面を有する扁平で長尺な棒板状の矩形断面部材５ａ１と、該矩形断面部材５ａ１の一端に溶接された平板状の座部５ａ２とを備えている。
【００３６】
図６Ｆに示すように、座屈防止部材５ｂは、一般構造用圧延鋼材からなる一対の平板５ｂ１の間に一対の側板５ｂ２を挟みこんだ断面ロ字形状をしている。座屈防止部材５ｂの内部に芯部材５ａに配置するために、これら一対の平板５ｂ１を、芯部材５ａの弱軸まわりの面である、幅方向に平行な面に配置し、ボルト５ｂ３により締結する。したがって、方杖材５の長手方向断面をみると、当該座屈防止部材５ｂの中央の断面ロ字形状の空隙部分に芯部材５ａの矩形断面部材５ａ１が配されている。座屈防止部材５ｂの一対の平板５ｂ１の間隔は、芯部材５ａの厚さよりも僅かに大きいものとされると共に、一対の側板５ｂ２の間隔は芯部材５ａの幅より僅かに大きく形成されている。以上の構成により、座屈防止部材５ｂによって、芯部材５ａの弱軸まわりの面の外曲げが規制され、よって、芯部材５ａの座屈が規制される。この結果、方杖材５は引張力とともに圧縮力をも負担することができ、正負いずれの水平力に対しても抵抗することができる。
【００３７】
図７に示すように、方杖材（ダンパー）５は、方杖型であり、一方の端部Ｍに設けられた座部５ａ２を、大梁２の下フランジ２ｂにボルト接合し、他端部Ｎに形成した平坦な小口面５ａ３を、柱部材の柱本体のフランジ部に溶接接合することによって、大梁２と柱１に亘って架設されている。また、このように方杖材５の他端部Ｎが、柱のフランジ部１ｈに溶接接合されることで、柱のフランジ部１ｈと方杖材５の他端部Ｎにより柱方杖材接合部Ｄが形成される。
【００３８】
また図８に示すように、方杖材５の他端部Ｎは、柱本体のフランジ部の幅方向中央の位置で、当該フランジ部に接合されている。これによって、該柱方杖材接合部Ｄは、柱部材のフランジ部の幅方向中央に設けられている。
【００３９】
ここで、柱１のフランジ部１ｈの板厚と降伏点の積と、矩形断面部材５ａ１の板厚と引張強さの積とは、式（１）の関係を満たした状態で、柱１のフランジ部１ｈと矩形断面部材５ａ１とが接合されている。
【００４０】
図９は、柱方杖材接合部における降伏領域を示すための側面図（図９Ａ）、図９ＡのＱ−Ｑ線断面図（図９Ｂ）および図９ＡのＲ−Ｒ線断面図（図９Ｃ）である。また、矩形断面部材である方杖材５が溶接接合されるフランジ部１ｈには、方杖材５から伝達される荷重に伴って形成される降伏領域が存在する（図９）。図９Ａは、方杖材５が溶接されているフランジ部の正面図であり、図９Ｂは、該フランジ部の、図９ＡのＱ−Ｑ線断面図であり、図９Ｃは、該フランジ部の、図９ＡのＲ−Ｒ線断面図であり、方杖材５からフランジ部の平坦面に垂直に引張力Ｐが加わり、当該垂直方向にたわみδの塑性変形が生じた状態を示している。以下では、引張力が作用する場合について説明するが、圧縮力が作用した場合も同様に考えることができる。
【００４１】
本実施形態において、該降伏領域は、図９Ａに示す如く、当該方杖材５の接合箇所ＢＢＢ’Ｂ’を包囲してフランジ部１ｈに展開する四角形状の領域ＡＡＡ’Ａ’に該当する。具体的には、方杖材５は、フランジ部１ｈの幅方向中心となる位置に設けられて、方杖材５の他端部Ｎの小口面５ａ３と同一の形状を有する四角形状の領域ＢＢＢ’Ｂ’で接合されている。そして、当該領域ＢＢＢ’Ｂ’の各辺ＢＢ’からａだけフランジ部の幅方向外側に設けられる一対の直線ＡＡ’、ＡＡ’と、各辺ＢＢからフランジ部の軸方向外側にｘだけ離間した位置に設けられる一対の直線ＡＡ、Ａ’Ａ’によって形成される領域ＡＡＡ’Ａ’が、降伏領域となる。
【００４２】
図９Ｂに示す、柱１の一点鎖線で示されたフランジ部１ｈの外側の隅部１ｉは、冷間の折り曲げ加工によって湾曲形成されているために、平板部に比べて著しく降伏点が高い。このため、降伏領域を規定するとき、図９Ａに示す辺ＡＡ’は、図９Ｂにおいて一点鎖線で示された、当該フランジ部の最外縁に一致し、当該辺ＡＡ’よりも外側が隅部１ｉとなる。また、辺ＢＢから辺ＡＡまでの距離である変数ｘは（図９Ｃ）、後述の降伏機構の検討により一の解に定まる。
【００４３】
また、柱における矩形断面部材との接合部位は、当該フランジ部を補強する補強材を設けない、無補強領域として形成されている。さらに、矩形断面部材との接合部位の高さにおける柱の内周面及び外周面が、補強材の設置を許容しない無補強領域として設定されている。
【００４４】
またさらに、本実施形態においては、図７に示すように、無補強領域１ｐは、矩形断面部材である方杖材５との接合部位から、さらに梁接合部まで設けられている。従来、梁と方杖材とが近くに接合される柱の箇所は、ボルト、溶接フランジ、補強材などが設けられて、凹凸が形成されると、柱の軸方向中央部に比べて、著しく柱表面のスムーズさが低下し、いわゆる、納まりが悪くなりえる。しかし、本発明の実施形態において、当該箇所を無補強領域に設定することで、柱表面のスムーズな形状を維持し、すなわち納まりよく、容易に他の部材を配することができる。また、内周面も無補強領域とすることで、当該内周面にスチフナ等、板厚を増やすための板材等を取り付ける必要なく、施工性も向上する。
【００４５】
本実施形態の構成によれば、大梁２に設定された無補強領域２ｐに、方杖材５との連結部２ｋが形成されているので、方杖材５と大梁２とのボルト接続を、補強部材等に邪魔されることなく、きわめて容易に行うことが可能となる。また、大梁２の連結部２ｋが無補強領域２ｐに形成されているため、当該大梁２と方杖材５との連結部２ｋ周りに、大梁２の他の領域と同様に断熱材を敷設することが可能となる。図示はしないが、ウェブ２ｃの当該接続部２ｋと対応する位置に、梁貫通孔を形成することが可能となり、配管等の設備設計の自由度が向上する。
【００４６】
一方、仮に上記式（１）を満たさない状態で、柱フランジの潜在降伏領域周りにスチフナ等の補強材も設けない構成とすると、柱のフランジ部が矩形断面部材よりも先に降伏に至り、フランジ部が塑性化してしまう。そうすると、柱１のフランジ部１ｈと方杖材５との接合部で塑性変形が増大し、方杖材５が負担できる力が制限され、外力の増大に伴って方杖材が有効に機能しなくなる。本実施形態において、方杖材５は、架構Ａに対し対角線状に、軸力に対して抵抗する、いわゆるブレースとして組み入れられている。しかし、上記のフランジ部１ｈと方杖材５との接合部が塑性化することにより、水平方向の力により架構が変形することを防ぐ機能、すなわちブレースとしての方杖材５の機能が効かなくなる。その結果、柱梁接合部Ｂの層間変形角（＝水平変位／階高）が大きくなり、架構全体に加え外壁や内装などの損傷が拡大してしまう場合がある。
【００４７】
これに対し、上記実施形態では、上記式（１）を満たすことにより、地震時であっても柱のフランジ部１ｃが方杖材５よりも先に降伏しない。その結果、方杖材５が最大引張耐力または最大圧縮耐力に至るまで、当該方杖材５のブレースとして有効に機能する。また、上記柱部材の降伏領域には、方杖材５が最大引張耐力または最大圧縮耐力に至る前に塑性化が生じないので、柱部材には残留変形が生じない。したがって、例えば地震等が発生して当該架構Ａに過大な水平力が加わり、方杖材５の破壊が生じた場合であっても、柱部材自体の損傷は免れることができる。その結果、上記地震後に方杖材５のみを交換し、柱部材をそのまま使用することで、柱梁接合部Ｂの状態を地震前の初期状態に復帰させることが可能となる。
【００４８】
ここで、本実施形態において、閉断面部材のフランジ部の板厚と降伏点の積と、該フランジ部に接合される矩形断面部材の板厚と引張強さの積とが、上記式（１）の関係を満足することにより、矩形断面部材が引張強さに至る前に、フランジ部が降伏することがないことを、降伏線理論に基づいて、以下検証する。
【００４９】
（実施例）
図９Ｃにおいて、柱１は、１５０ｍｍ角で厚さ（ｔｃ）を１２ｍｍとする角形鋼管である。また、図９Ａにおいて、矩形断面部材は、厚さ（ｔｗ）６ｍｍ、幅８０ｍｍの鋼板であって、当該鋼板の端部Ｎを柱部材のフランジ部の幅方向中央部に溶接接合する。また、柱部材の鋼種はＳＴＫＲ４００であると共に矩形断面部材の鋼種はＳＳ４００であり、ゆえに、降伏点（σｙｆ）は２３５ＭＰａ、引張強さ（σｕｒ）は４００ＭＰａである。
したがって、
ｔｃ×σｙｆ＝１２ｍｍ×２３５ＭＰａ＝２８２０Ｎ／ｍｍ
ｔｗ×σｕｒ＝６ｍｍ×４００ＭＰａ＝２４００Ｎ／ｍｍ            式（２）
であるから、上記式（１）ｔｃ×σｙｆ≧ｔｗ×σｕｒの関係を満たす。したがって、矩形断面部材が引張強さに至ってもフランジ部が降伏しないことなり、これによって、当該方杖材の引張力および圧縮力に対する性能を充分に発揮させることができる。
【００５０】
ここで、当該降伏線理論による塑性解析により、上記式（１）を満たす部材を採用することにより、フランジ部が矩形断面部材の破壊よりも先に降伏することを免れることを検証する。
【００５１】
矩形断面部材に導入される引張力ｊＰｐにより、柱部材のフランジ部には、図９Ｃに示す降伏線が形成され、当該降伏線に基づいてδだけたわみが生じるものと仮定する。なお、柱の板厚をｔｃとし、矩形断面部材の厚さをｔｗ、長さをｔｆとし、さらに、柱の方杖材受け部（フランジ部）の幅を２ａ＋ｔｗとする。また、フランジ部の降伏ラインは図９ＡのＡＡＡ’Ａ’の如く形成されると仮定する。
【００５２】
上記前提にもとづき、該フランジ部の内力仕事Ｅ１を導出すると、以下の通りとなる。
【数１】
0005769458.tif 000002
式（３）
なお、当該フランジ部の単位長さあたりの全塑性モーメントｃＭ０は以下の通りとなる。
【数２】
0005769458.tif 000003
式（４）
【００５３】
ここで、当該フランジ部の内力仕事Ｅ１と該方杖材による外力仕事ｊＰｐδを等値とすると、次式が得られる。
【数３】
0005769458.tif 000004
式（５）
これにより、当該フランジ部の降伏耐力は次式となる。
【数４】
0005769458.tif 000005
式（６）
ところで、未知数ｘは、上界定理、すなわち、すべての可能な降伏機構のうち、外力による仕事に対して最小の降伏荷重を与える機構が真の降伏機構であるとする定理に基づいて、以下の解として得られる。
【数５】
0005769458.tif 000006
式（７）
したがって、変数ｘはａにより一義的に以下のように表される。
【数６】
0005769458.tif 000007
式（８）
または、
【数７】
0005769458.tif 000008
式（９）
【００５４】
次に、当該フランジ部の降伏荷重を計算する。本実施例における以下の各数値
ｔｃ＝１２ｍｍ
ｔｗ＝６ｍｍ
ａ＝３６ｍｍ
ｃσｙ＝２３５Ｎ／ｍ２
を、式（６）および式（９）に代入することにより、当該フランジ部の降伏荷重は、以下の通り計算される。
ｊＰｐ＝２１６ｋＮ      式（１０）
一方、矩形断面部材の最大引張耐力は、以下の式より定まる。
ｔｆ×ｔｗ×部材の引張強さ＝１９２ｋＮ      式（１１）
【００５５】
以上、降伏線理論による解析の結果、フランジ部の降伏荷重は２１６ｋＮであるのに対し、矩形断面部材の最大引張耐力は１９２ｋＮである。これは、フランジ部が矩形断面部材の破壊よりも先に降伏しないことを示している。
【００５６】
すなわち、上記式（１）を満足すれば、フランジ部の降伏荷重は矩形断面部材の最大引張耐力を上回ることとなり、これにより、矩形断面部材の耐力が余すところ無くすべて発揮される。
【００５７】
（比較例）
上記実施例に対する比較例を以下に示す。
柱は、１５０ｍｍ角で厚さ（ｔｃ）を９ｍｍとする角形鋼管である。また、矩形断面部材は、厚さ（ｔｗ）６ｍｍ、長さ８０ｍｍの鋼板であって、当該鋼板の端部を柱部材のフランジ部の幅方向中央部に溶接接合する。また、柱部材の鋼種はＳＴＫＲ４００であると共に矩形断面部材の鋼種はＳＳ４００であり、ゆえに、降伏点は２３５ＭＰａ、引張強さは４００ＭＰａである。
したがって、
ｔｃ×σｙｆ  ＝  ９ｍｍ×２３５ＭＰａ＝２１１５Ｎ／ｍｍ
ｔｗ×σｕｒ  ＝  ６ｍｍ×４００ＭＰａ＝２４００Ｎ／ｍｍ      式（１２）
であるので、
ｔｃ×σｙｆ  ＜ｔｗ×σｕｒ      式（１３）
となり、上記式（１）の関係を満たしていない。
【００５８】
次に、本比較例において、閉断面部材のフランジ部の板厚と降伏点の積と、該フランジ部に接合される矩形断面部材の板厚と引張強さの積とが、上記式（１）の関係を満たさない場合、矩形断面部材が引張強さに至る前に、フランジ部が降伏することがないか否かを、降伏線理論に基づいて検証する。
【００５９】
まず、降伏線理論を採用して当該方杖材受け部の降伏耐力を算出する。本比較例における以下の各数値
ｔｃ＝９ｍｍ
ｔｗ＝６ｍｍ
ａ＝４５ｍｍ
ｃσｙ＝２３５Ｎ／ｍ２
を、式（６）および式（９）に代入することにより、当該フランジ部の降伏耐力は、以下の通り計算される。
ｊＰｐ＝１１３ｋＮ      式（１４）
【００６０】
また、矩形断面部材の最大引張耐力は、上記実施例の式（１１）より定まる。
ｔｆ×ｔｗ×部材の引張強さ＝１９２ｋＮ      式（１１）
【００６１】
当該比較例においては、降伏線理論に基づいて得られた式（１４）と式（１１）より、矩形断面部材が引張強さに至る前によりも先に、フランジ部が降伏することになる。
【００６２】
以上の検証は、閉断面部材のフランジ部の板厚と降伏点の積と、該フランジ部に接合される矩形断面部材の板厚と引張強さの積とが、上記式（１）の関係を満たさない場合、フランジ部の降伏耐力は矩形断面部材の最大引張耐力を下回り、矩形断面部材の耐力がすべて発揮される前にフランジ部が降伏することを示している。
【００６３】
本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、方杖（ダンパー）が大梁となす角度θを７０度としたが、この角度は７０度に限定されるものではなく、例えば２０度、３０度や４５度としてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、閉断面部材として柱を例示し、矩形断面部材として方杖材（ダンパー）を採用した構成を示しているが、これに限らない。例えば、本発明に係る矩形断面材を方杖材とせず、梁とし、当該閉断面部材を柱とした場合でも、上記実施形態と同様の効果を奏する。また、これは柱を矩形断面部材とし、梁を閉断面部材とした場合でも、上記実施形態と同様の効果を発揮する。さらに、閉断面部材と長尺材を梁として、矩形断面部材を火打ち材としても良い。
【００６６】
また、閉断面部材として、正方形断面、長方形断面部材はもちろん、三角形、五角形、六角形等の多角形断面部材であっても、本発明と同様の効果を奏する。また、円筒状の柱の一部に、平板状のフランジ部を設ける構成であっても、本実施形態と同様の効果を奏する。
【００６７】
また、本発明においては、鉄骨構造という用語を一般的な意味で用いている。閉断面部材や矩形断面部材の材質としては、鋼材のみでなく、アルミニウム等の建築構造材料でも良い。
【００６８】
さらに、本発明は、梁と柱を共に形鋼とする構成や、柱のみを形鋼とする構成にも採用することができる。また、純鉄骨造以外に鋼管柱にセメントミルクを充填したＣＦＴ造や鉄骨鉄筋コンクリート造にも採用可能である。
【００６９】
さらにまた、上記実施形態においては、住宅用建物の架構における構成で本発明を説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、例えば高層建築物、橋、電波塔、ダムその他の土木、建築に係る種々の構造物の接合構造にも採用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
Ａ      架構
Ｂ      柱梁接合部
１      柱
１ａ    柱脚部
１ｅ    梁受け部
１ｆ    孔
１ｈ    フランジ部
１ｉ    隅部
２      大梁（梁）
２ａ    上フランジ
２ａ１  孔群
２ｂ    下フランジ
２ｂ１  孔群
２ｃ    ウェブ
２ｄ    エンドプレート
２ｅ    孔
２ｋ    連結部
２ｐ    無補強領域
３      基礎
４      ボルト
５      方杖材
５ａ    矩形断面部材
５ａ１  矩形断面部材
５ａ２  座部
５ａ３  小口面
５ｂ    座屈防止部材
５ｂ１  平板
５ｂ２  側板
５ｂ３  ボルト
Ｍ      方杖材の一方の端部
Ｎ      方杖材の他端部
【図１】
0005769458.tif 000009
【図２】
0005769458.tif 000010
【図３】
0005769458.tif 000011
【図４Ａ】
0005769458.tif 000012
【図４Ｂ】
0005769458.tif 000013
【図４Ｃ】
0005769458.tif 000014
【図５】
0005769458.tif 000015
【図６Ａ】
0005769458.tif 000016
【図６Ｂ】
0005769458.tif 000017
【図６Ｃ】
0005769458.tif 000018
【図６Ｄ】
0005769458.tif 000019
【図６Ｅ】
0005769458.tif 000020
【図６Ｆ】
0005769458.tif 000021
【図７】
0005769458.tif 000022
【図８】
0005769458.tif 000023
【図９Ａ】
0005769458.tif 000024
【図９Ｂ】
0005769458.tif 000025
【図９Ｃ】
0005769458.tif 000026