(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁の長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも小さくした低剛性部を形成し、
前記梁の両端部を建築基準法で規定される建築物を構成する構造物に固定するとともに前記梁に等分布荷重を作用させ、前記低剛性部が形成される前の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも、前記低剛性部が形成された後の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑え、
前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、
としたときに、
（１）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴とする梁の施工方法。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ）  ・・（１）
【請求項２】
前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで前記長手方向に対称となるように一対形成されていることを特徴とする請求項１に記載の梁の施工方法。
【請求項３】
一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しいことを特徴とする請求項２に記載の梁の施工方法。
【請求項４】
両端部が構造物に固定され等分布荷重が作用される梁であって、
前記梁には、長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも
小さくした低剛性部が形成され、
前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで対称となるように一対形成され、
一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しく、
前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、としたときに、
（２）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴とする梁。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ）  ・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、梁及び梁の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、梁の耐力を向上させるために、様々な検討が行われている。
例えば、特許文献１に記載された梁の施工方法は、長大スパンの梁を有する構造物に、外力で最も撓む部分である梁の中央部にプレストレスを与えている。
【０００３】
具体的には、梁の中央部の両側において、支持板を梁に固着した定着装置を一対設ける。一対の定着装置の間にプレストレスを導入する材料を架け渡す。この材料をナット等の緊張具でもって所定量で緊張させ、梁の一部分にプレストレスを与える。
このように構成することで、梁に作用する曲げ引張応力や軸方向引張応力を打消し、構造物の荷重や外力による断面の応力レベルを下げて、見かけ上の梁の耐力を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０６２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
梁は両端部を固定端にして構造物に固定された後で、等分布荷重と考えられる死荷重（Ｄｅａｄ  Ｌｏａｄ、固定荷重）や活荷重（Ｌｉｖｅ  Ｌｏａｄ、動荷重）が作用した状態で使用される。死荷重は主に梁の上に積載される床スラブによる荷重であり、活荷重は床スラブの上にある荷物や人等による荷重である。
この等分布荷重の大きさに基づいて、梁の長手方向に直交する断面形状が決定される。梁の多くはノンブラケットであり、その場合、梁は端部と中央部とが同一の断面となるように設計される。両端部が固定されている梁の等分布荷重下での曲げモーメントの大きさの比は、中央部が１に対して端部が２となる。
【０００６】
ここで、梁を下方に向かって凸となるように湾曲させる（上方に凹に曲げようとする）曲げモーメントを正の曲げモーメントと規定する。この梁の中央部には正の曲げモーメントが作用し、端部には負の曲げモーメントが作用する。
梁の中央部に作用する曲げモーメントの大きさは、端部に作用する曲げモーメントの大きさに比べて小さくなる。長手方向の位置によらず同一の断面となる梁では、中央部の曲げモーメントの耐力に余裕がある。
梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が小さくなれば、より断面積（断面二次モーメント）の小さい梁を選定することができる。
【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、構造物に端部を固定して梁を使用しているときに梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えた梁及び梁の施工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】
【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。
本発明の梁の施工方法は、梁の長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも小さくした低剛性部を形成し、前記梁の両端部を建築基準法で規定される建築物を構成する構造物に固定するとともに前記梁に等分布荷重を作用させ、前記低剛性部が形成される前の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも、前記低剛性部が形成された後の前記梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑え、前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、としたときに、
（１）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴としている。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ）  ・・（１）
【０００９】
この発明によれば、低剛性部は梁における低剛性部以外の部分に比べて曲げモーメントを伝達させにくい。梁に低剛性部が形成される前には、梁の端部に曲げモーメントの大きさの最大値が作用していたが、梁に低剛性部が形成された後では、梁の端部に作用する曲げモーメントの大きさが抑えられる。
【００１０】
また、上記の梁の施工方法において、前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで前記長手方向に対称となるように一対形成されていてもよい。
また、上記の梁の施工方法において、一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しくてもよい。
この発明によれば、建築物に用いられる梁は、例えばプラント等に用いられる梁に比べて曲げモーメントの耐力に余裕が少ない場合が多い。
【００１１】
また、本発明の梁は、両端部が構造物に固定され等分布荷重が作用される梁であって、前記梁には、長手方向の所定の位置に、断面二次モーメントを前記梁の他の部分よりも小さくした低剛性部が形成され、前記低剛性部は、前記梁の前記長手方向の中心を挟んで対称となるように一対形成され、一対の前記低剛性部の前記断面二次モーメントの値は互いに等しく、前記梁の長さをｌ、前記梁の端から前記低剛性部までの長さをｌ１、前記梁の弾性率をＥ、前記低剛性部の断面二次モーメントをＩＳ、前記低剛性部の回転バネの定数をＫＳ、としたときに、（２）式で規定される回転バネ剛性比κが１以上４以下であり、
（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことを特徴としている。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ）  ・・（２）
【発明の効果】
【００１２】
本発明において、請求項１に記載の梁の施工方法によれば、構造物に端部を固定して梁を使用しているときに梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができる。
請求項２に記載の梁の施工方法によれば、梁の中心を挟んで長手方向に対称となるように、梁に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。
請求項３に記載の梁の施工方法によれば、梁の中心を挟んで長手方向により対称となるように、梁に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。
【００１３】
請求項４に記載の梁の施工方法によれば、曲げモーメントの耐力に余裕が少ない場合でも、梁に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることで、断面積の小さな梁を効率的に使用することができる。
請求項５に記載の梁の施工方法、及び請求項６に記載の梁によれば、現実的に用いられる梁に、より広範囲に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の梁の側面図である。
【図２】図１中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図である。
【図３】同梁を建築物に固定して使用するときの（Ａ）作用する境界条件を表す模式図と、（Ｂ）曲げモーメントを表す模式図である。
【図４】比較例の梁を建築物に固定して使用するときの（Ａ）作用する境界条件を表す模式図と、（Ｂ）曲げモーメントを表す模式図である。
【図５】回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が０として計算した結果を示す図である。
【図６】回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が１として計算した結果を示す図である。
【図７】回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が２として計算した結果を示す図である。
【図８】回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が４として計算した結果を示す図である。
【図９】回転バネ剛性比が曲げモーメントの大きさに与える影響を、回転バネ剛性比が６として計算した結果を示す図である。
【図１０】（ｌ１／ｌ）に対する回転バネ剛性比及び回転バネ部の曲げモーメントの変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態における梁の施工方法を示すフローチャートである。
【図１２】シミュレーションに用いた実施形態の梁と比較例の梁との解析モデルの斜視図である。
【図１３】シミュレーションに用いた実施形態の梁と比較例の梁とに作用させる等分布荷重を表す斜視図である。
【図１４】シミュレーションにより実施形態の梁及び比較例の梁の曲げモーメントを求めた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る梁の一実施形態を、図１から図１４を参照しながら説明する。以下では、梁がＨ形鋼である場合を例にとって説明する。
図１及び２に示すように、梁１は一対のフランジ１１、１２及びウエブ１３を有していいて、フランジ１１が上方に、フランジ１２が下方になるように配置されている。梁１は、鉄鋼等で形成されている。
梁１の長手方向Ｘの所定の位置には、断面二次モーメントを梁１の他の部分よりも小さくした回転バネ部（低剛性部）１５、１６が形成されている。
この例では、回転バネ部１５は、フランジ１１、１２全体を切り欠くとともに、ウエブ１３の一部を切り欠いて形成されている。なお、回転バネ部１５の構成はこれに限られず、断面二次モーメントを小さくする程度に応じて適宜設定することができる。例えば、フランジ１１、１２の厚さを薄くするだけでもよいし、フランジ１１の幅を狭くするだけでもよい。回転バネ部１６についても同様である。
【００１６】
回転バネ部１６の形状は、回転バネ部１５と同一である。すなわち、一対の回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに等しい。回転バネ部１５、１６は、梁１の長手方向Ｘの中心１ａを挟んで長手方向Ｘに対称となるように形成されている。梁１の長手方向Ｘの長さをｌ、梁１の端から回転バネ部１５、１６の中心までの長手方向Ｘの長さをｌ１とする。回転バネ部１５の中心から回転バネ部１６の中心までの長手方向Ｘの長さを２ｌ２とする。すなわち、長さｌ、ｌ１、ｌ２は、（３）式を満たす。
ｌ＝２ｌ１＋２ｌ２  ・・（３）
回転バネ部１５、１６は、ドリルマシン等の公知の加工機で形成することができる。なお、回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの設定については後述する。
【００１７】
梁１の両端部１ｂは、建築物（構造物）５０の柱５１の間に固定されている。ここで言う建築物とは、例えば、建築基準法の第二条第１項第一号で規定される建築物である。すなわち、建築物とは、土地に定着する工作物のうち、屋根及び柱若しくは壁を有するもの（これに類する構造のものを含む。）、これに附属する門若しくは塀、観覧のための工作物又は地下若しくは高架の工作物内に設ける事務所、店舗、興行場、倉庫その他これらに類する施設（鉄道及び軌道の線路敷地内の運転保安に関する施設並びに跨線橋、プラットホームの上家、貯蔵槽その他これらに類する施設を除く。）をいい、建築設備を含むものを意味する。
一般的に、建築物に用いられる梁は、曲げモーメントの耐力に余裕が少ない。
【００１８】
梁１の端を、梁１の端部１ｂが固定される柱５１の中心軸線Ｃとしてもよい（図１参照）。この場合、前述の長さｌ、ｌ１は、梁１の端から柱５１の中心軸線Ｃまでの長さｌ０それぞれ長くなる。
【００１９】
柱５１には、ガセットプレート５２が固定されている。
梁１の両端部１ｂは、柱５１に対して平行移動及び回転移動が規制されることで固定端として固定されている。具体的には、梁１の両端部１ｂとスプライスプレート５４、スプライスプレート５４とガセットプレート５２とは、ボルト５５及び図示しないナットで固定されている。ボルト５５とナットとをきつく締め付ける（本締めする）ことにより、スプライスプレート５４を介して柱５１に梁１の両端部１ｂが固定されている。
なお、柱５１と梁１の両端部１ｂとを溶接により固定してもよい。
【００２０】
このように構成され建築物５０に固定された梁１が使用されるときには、図３に示すように、梁１に下向きの等分布荷重が作用すると考えられる。等分布荷重の単位長さ当たりの大きさをω０とする。梁１に作用する等分布荷重としては、梁１上に配置される床スラブ等による死荷重や、床スラブ上に配置される荷物等による活荷重を挙げることができる。
ここで、梁１を下方に向かって凸となるように湾曲させる（上方に凹に曲げる）曲げモーメントを正（＋）の曲げモーメントと規定する。一方で、梁１を上方に向かって凸となるように湾曲させる（下方に凹に曲げる）曲げモーメントを負（−）の曲げモーメントと規定する。
梁１に作用する曲げモーメントは、公知の構造力学の理論に基づいて図３（Ｂ）の線Ｌ１のように求められる。
【００２１】
詳しく説明すると、回転バネ部１５、１６の回転角をθ、回転バネ部１５、１６の回転バネの定数をＫＳとすると、回転バネ部１５、１６における曲げモーメントＭＳは、（４）式のように表される。
ＭＳ＝ＫＳθ  ・・（４）
梁１の弾性率をＥ、回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントをＩＳとすると、回転バネ剛性比κは（５）式で規定される。
κ＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ）  ・・（５）
なお、回転バネ剛性比κは、梁１全体の曲げ剛性にて無次元化されている。
【００２２】
仮想仕事の理論により、回転バネ部１５、１６における曲げモーメントＭＳ、梁１の端部（端）１ｂにおける曲げモーメントＭＡ、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯは、（６）式から（８）式のようにそれぞれ求められる。
ＭＳ＝ω０（２ｌ２３−３ｌ１２ｌ２−ｌ１３）／｛６（１／κ＋０．５ｌ）｝  ・・（６）
ＭＡ＝−ω０ｌ１ｌ２−０．５ω０ｌ１２＋ＭＳ  ・・（７）
ＭＯ＝０．５ω０ｌ２２＋ＭＳ  ・・（８）
なお、梁１の端部１ｂには負の曲げモーメントが作用していて、梁１の中心１ａには正の曲げモーメントが作用している。
【００２３】
ここで、比較例として回転バネ部１５、１６が形成されていない従来の梁７１に同様の等分布荷重が作用する場合について、図４を用いて説明する。梁７１は、本実施形態の梁１に回転バネ部１５、１６が形成される前の梁とも言える。言い替えると、比較例の梁７１に回転バネ部１５、１６が形成された後では、その梁７１は本実施形態の梁１になる。
梁７１の両端部７１ｂは、柱５１に固定されている。梁７１には、下向きで単位長さ当たりの大きさをω０の等分布荷重が作用する。
この場合、梁７１の端部（端）７１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１２）になる。梁７１の中心７１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／２４）になる。比較例の梁７１では、曲げモーメントの大きさの比は、中心７１ａが１に対して端部７１ｂが２となる。
従来の梁７１では、作用する曲げモーメントの大きさの最大値は（ω０ｌ２／１２）であり、端部７１ｂで生じる。
【００２４】
再び、本実施形態の梁１について説明を続ける。
曲げモーメントＭＳを０とすると、（４）、（５）式から回転バネ剛性比κが０となる。なお、回転バネ部１５、１６の曲げモーメントＭＳを０にするには、例えば、回転バネ部１５、１６に摩擦による抵抗の無いボールジョイントを設ける方法等が挙げられる。
前述の比較例の梁７１の端部７１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさと中心７１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさとの平均値は（ω０ｌ２／１６）である。
【００２５】
ここで、回転バネ剛性比κが曲げモーメントの大きさに与える影響を計算した結果を示す。
図５は、回転バネ剛性比κが０の場合の計算結果である。図５の横軸は、（ｌ１／ｌ）、すなわち梁１の端から回転バネ部１５、１６までの長さｌ１を梁１の長さｌで無次元化した値を示す。図５の縦軸は、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさを前述の平均値である（ω０ｌ２／１６）で割って正規化した値を示す。なお、梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ６で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ７でそれぞれ示す。
【００２６】
前述の比較例の梁７１では、端部７１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１２）である。
（９）式より（ω０ｌ２／１６）で割られた後の線Ｌ６、Ｌ７の値がともに１．３３よりも小さい（ｌ１／ｌ）の範囲Ｒ１に設定されているときに、本実施形態の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が比較例の梁７１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも抑えられる。
（ω０ｌ２／１２）／（ω０ｌ２／１６）＝１６／１２≒１．３３  ・・（９）
【００２７】
ここで、（７）式及び（８）式における曲げモーメントＭＡ、曲げモーメントＭＯが、曲げモーメントの向きを考慮して（−ω０ｌ２／１６）、（ω０ｌ２／１６）にそれぞれ等しいとすると、（１０）式及び（１１）式が得られる。なお、回転バネ剛性比κが０なので、（５）式から回転バネの定数をＫＳは０、（４）式から回転バネ部１５、１６における曲げモーメントＭＳは０である。
ＭＡ＝−ω０ｌ１ｌ２−０．５ω０ｌ１２＝−ω０ｌ２／１６  ・・（１０）
ＭＯ＝０．５ω０ｌ２２＝ω０ｌ２／１６  ・・（１１）
（１１）式より（１２）式が得られ、（１２）式を（１０）式に代入することで、（１３）式が得られる。
ｌ２＝ｌ／（２√２）  ・・（１２）
ｌ１／ｌ＝０．５｛１−√（０．５）｝≒０．１４６  ・・（１３）
【００２８】
本実施形態の梁１の端部１ｂでの曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１６）であり、比較例の梁７１の端部７１ｂでの曲げモーメントＭＡの大きさは（ω０ｌ２／１２）である。本実施形態の梁１の中心１ａでの曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／１６）であり、比較例の梁７１の中心７１ａでの曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／２４）である。
本実施形態の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値は、（ω０ｌ２／１６）である。
【００２９】
本実施形態の梁１は、比較例の梁７１に比べて、端部１ｂでの曲げモーメントの大きさの最大値が（１４）式より７５％と小さくなり、曲げモーメントの大きさの最大値を２５％低減できることが分かった。回転バネ部１５、１６は、梁７１における回転バネ部１５、１６以外の部分に比べて曲げモーメントを伝達させにくいため、曲げモーメントの大きさの最大値が低減される。
（ω０ｌ２／１６）／（ω０ｌ２／１２）＝１２／１６＝０．７５  ・・（１４）
回転バネ部１５、１６が梁１の中心１ａを挟んで対称となるように形成されているとともに回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに等しいため、梁１の中心１ａを挟んで長手方向Ｘに対称となるように、梁１に作用する曲げモーメントの大きさが抑制される。
一方で、本実施形態の梁１は、比較例の梁７１に比べて、中心１ａでの曲げモーメントの大きさが（１５）式より１５０％と大きくなり、曲げモーメントの大きさが５０％増加することが分かった。
（ω０ｌ２／１６）／（ω０ｌ２／２４）＝２４／１６＝１．５０  ・・（１５）
【００３０】
なお、比較例の梁７１の両端部７１ｂがピンの場合（建築物５０に回転可能に接続されている場合）には、比較例の梁７１の端部７１ｂでの曲げモーメントＭＡの大きさは０になり、中心７１ａでの曲げモーメントＭＯの大きさは（ω０ｌ２／８）になる。この比較例の場合に比べて本実施形態の梁１では、曲げモーメントの大きさの最大値が（１６）式より５０％小さくなる。
（ω０ｌ２／１６）／（ω０ｌ２／８）＝８／１６＝０．５０  ・・（１６）
【００３１】
範囲Ｒ１は、０．０９よりも大きく０．２１よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．１４６のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。
【００３２】
図６は、回転バネ剛性比κが１の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ８で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ９でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ２は、０．０４よりも大きく０．２１よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．１１８のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。
【００３３】
図７は、回転バネ剛性比κが２の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ１０で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ１１でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ３は、０以上０．２よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．０９２のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。
【００３４】
図８は、回転バネ剛性比κが４の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ１２で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ１３でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ４は、０以上０．２よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０．０４６のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。
【００３５】
図９は、回転バネ剛性比κが６の場合の計算結果であり、横軸及び縦軸は図５と同一である。梁１の端部１ｂにおける曲げモーメントＭＡの大きさを線Ｌ１４で、梁１の中心１ａにおける曲げモーメントＭＯの大きさを線Ｌ１５でそれぞれ示す。
この場合の梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる範囲Ｒ５は、０以上０．２１よりも小さい範囲である。特に（ｌ１／ｌ）が０のときに、梁１の端部１ｂ及び中心１ａにおける曲げモーメントの大きさがともに（ω０ｌ２／１６）になり、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。
【００３６】
組みとなる回転バネ剛性比κ及び（ｌ１／ｌ）を、（κ，（ｌ１／ｌ））のように記載する。（κ，（ｌ１／ｌ））が、（０，０．１４６）、（１，０．１１８）、（２，０．０９２）、（４，０．０４６）、（６，０）のときに、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる。
【００３７】
図１０は、（ｌ１／ｌ）に対して、曲げモーメントの大きさの最大値を最も抑えることができる回転バネ剛性比κを左側の縦軸に示し、その時の回転バネ部１５、１６の曲げモーメントＭＳを右側の縦軸に示したものである。回転バネ剛性比κを線Ｌ２１で示し、回転バネ部１５、１６の曲げモーメントＭＳを線Ｌ２２で示す。
（ｌ１／ｌ）が大きくなる（回転バネ部１５、１６が形成される位置が梁１の中心１ａに近づく）にしたがって、回転バネ剛性比κが小さくなる（回転バネの定数がＫＳが小さくなる）方が梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができることが分かった。
【００３８】
なお、現実的な回転バネ剛性比κの範囲としては、１以上４以下であることが好ましい。回転バネ剛性比κが１以上の方が回転バネ部１５、１６の製造が容易になる。回転バネ剛性比κが４以下の方が曲げモーメントの大きさを変化させやすい。
１以上４以下である回転バネ剛性比κに対して、（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことで、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が比較例の梁７１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも抑えられる。
【００３９】
ここで、図１０において回転バネ剛性比κが１、（ｌ１／ｌ）が０．１１８の場合の梁１の形状を検討した結果について説明する。
梁１の長さｌが５０００ｍｍ、梁サイズＨ−５００×２００×９×１２（ウエブ１３の厚さが９ｍｍで幅が５００ｍｍ、フランジ１１、１２の厚さが１２ｍｍで幅が２００ｍｍ）の場合で説明する。強軸の断面二次モーメントＩ（回転バネ部１５、１６が形成されていない部分）は、３７５００ｃｍ４になる。κ（＝ＫＳ／（ＥＩＳ／ｌ））＝１となるために、回転バネ部１５、１６においてフランジ１１、１２全体を長手方向Ｘに１００ｍｍ（＝ｌＳ、図１参照）切り欠くとする。すると、（１７）式が得られ、（１７）式を変形させた（１８）式から回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントをＩＳが得られる。
ＥＩ／ｌ＝ＥＩＳ／ｌＳ  ・・（１７）
ＩＳ＝ｌＳ／ｌ×Ｉ＝１００／５０００×Ｉ＝Ｉ／５０＝３７５００／５０＝７５０ｃｍ４  ・・（１８）
【００４０】
ウエブ１３の厚さが９ｍｍなので、回転バネ部１５、１６におけるウエブ１３の幅をＷＳｍｍ（図１参照）とすると、（１９）式から得られる。（１９）式を解いて（２０）式が得られる。
ｌＳ＝７５０×１０００＝９×ＷＳ３／１２  ・・（１９）
ＷＳ＝２１５．４ｍｍ  ・・（２０）
長さｌ１は、（２１）式から得られる。
ｌ１＝０．１１８×ｌ＝０．１１８×５０００＝５９０ｍｍ  ・・（２１）
【００４１】
次に、以上のように構成された梁１の施工方法（以下、単に施工方法とも称する）について説明する。図１１は、本実施形態における梁の施工方法を示すフローチャートである。
まず、回転バネ部形成工程Ｓ１（図１１参照）において、梁１の長手方向Ｘの所定の位置に、断面二次モーメントを梁１の他の部分よりも小さくした回転バネ部１５、１６を形成する。このとき、回転バネ部１５、１６を、梁１の中心１ａを挟んで対称となるように一対形成してもよい。回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値を、互いに等しくしてもよい。回転バネ部１５、１６は、バネ剛性比κが１以上４以下であり、（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さくなるように形成してもよい。
【００４２】
次に、端部固定工程Ｓ３において、梁１の両端部１ｂを建築物５０の柱５１に固定するとともに梁１に大きさをω０の等分布荷重を作用させる。
これにより、比較例の梁７１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値よりも、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値が抑えられる。
以上で、本施工方法の全ての処理を終了する。
【００４３】
次に、梁１の曲げモーメントＭＡの大きさの最大値の低減量についてシミュレーションした結果について説明する。
解析プログラムには、ＦＥＭ解析ソフトウエアであるｍｉｄａｓを用いた。梁１の長さｌ、梁サイズは、前述のように５０００ｍｍ、Ｈ−５００×２００×９×１２とした。解析モデルを図１２に示す。比較のため、梁１に対して回転バネ部１５、１６が形成されていない梁７１の解析モデルも作成した。
梁１の材質は、一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００とした。
図１３に示すように、梁１、７１ともに、等分布荷重の単位長さ当たりの大きさω０を、２５ｋＮ／ｍとした。梁１、７１の両端部は、固定されている（固定端）とした。
【００４４】
シミュレーションにより曲げモーメントを求めた結果を、図１４に示す。曲げモーメントの単位は、ｋＮｍである。
比較例の梁７１では、曲げモーメントの大きさの比は、（２２）式より中心が１に対して端部が２となることが分かった。
｜−５２｜／２６＝２  ・・（２２）
実施形態の梁１では、曲げモーメントの大きさが中心と端部とで等しいことが分かった。
本実施形態の梁１は、比較例の梁７１に比べて、端部での曲げモーメントの大きさの最大値が（２３）式より７５％と小さくなり、曲げモーメントＭＡの大きさの最大値を２５％低減できることがシミュレーションにより示された。
３９／５２＝０．７５  ・・（２３）
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の施工方法及び梁１によれば、回転バネ部１５、１６は曲げモーメントを伝達させにくい。梁１に回転バネ部１５、１６が形成される前には、梁１の端部に曲げモーメントの大きさの最大値が作用していたが、梁１に回転バネ部１５、１６が形成された後では、梁１の端部１ｂに作用する曲げモーメントの大きさが抑えられる。したがって、建築物５０に端部１ｂを固定して梁１を使用しているときに梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができる。
【００４６】
回転バネ部１５、１６は、梁１の中心１ａを挟んで対称となるように形成されているため、梁１の中心１ａを挟んで長手方向Ｘに対称となるように、梁１に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。
回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに等しいため、梁１の中心１ａを挟んで長手方向Ｘにより対称となるように、梁１に作用する曲げモーメントの大きさを抑制することができる。
【００４７】
構造物は、建築基準法で規定される建築物５０である。建築物５０に用いられる梁１のように曲げモーメントの耐力に余裕が少ない場合でも、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることで、断面積の小さな梁１を効率的に使用することができる。
回転バネ剛性比κが１以上４以下であり（ｌ１／ｌ）の値が０．０４よりも大きく０．２よりも小さいことで、現実的に用いられる梁に、より広範囲に本実施形態の施工方法及び梁１の構成を適用することができる。
【００４８】
以上、本発明の一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。
例えば、前記実施形態では、梁１に回転バネ部１５、１６が中心１ａに対して対称に形成されていたが、回転バネ部１５、１６は中心１ａに対して対称に形成されなくてもよい。梁１に形成される回転バネ部１５、１６の数はこれに限定されず、１つでもよいし３つ以上でもよい。
【００４９】
回転バネ部１５、１６の断面二次モーメントの値は互いに異なっていてもよい。このように構成しても、梁１に作用する曲げモーメントの大きさの最大値を抑えることができるからである。
回転バネ部１５、１６の回転バネ剛性比は０以上６以下であってもよいし、（ｌ１／ｌ）の値は０以上０．５以下の値であってもよい。
梁１はＨ形鋼とした。しかし、梁１はこれに限られず、Ｉ形鋼やＴ形鋼等、様々な断面形状の梁を適宜選択して用いることができる。
構造物は、建築基準法で規定される建築物である建築物５０であるとした。しかし、構造物はこれに限られず、建築基準法で規定される範囲外の建築物であってもよいし、橋梁等でもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    梁
１ａ  中心
１ｂ  端部
１５、１６  回転バネ部（低剛性部）
５０  建築物（構造物）
Ｘ    長手方向
【図１】
0006564677.tif 000002
【図２】
0006564677.tif 000003
【図３】
0006564677.tif 000004
【図４】
0006564677.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006564677.tif 000007
【図７】
0006564677.tif 000008
【図８】
0006564677.tif 000009
【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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