(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の柱間に横架される鉄骨梁であって、
前記鉄骨梁の両端部に位置すると共に前記柱に接合される一組の梁端部材と、
前記梁端部材に接合され、端部領域に地震時に曲げ降伏ヒンジを形成する曲げ降伏ヒンジ形成領域を有すると共にウェブ材の板厚が前記梁端部材におけるウェブ材の板厚より小さな寸法に設計された梁中央部材と、
前記梁中央部材の端部領域に形成された前記曲げ降伏ヒンジ形成領域におけるウェブ材に接合され、曲げ降伏ヒンジ形成領域におけるウェブ材の局部座屈を抑制する補剛部材と、
を備える
鉄骨梁。
【請求項２】
前記梁中央部材は、前記曲げ降伏ヒンジ形成領域が当該梁中央部材の端部領域に形成されるように梁成及び部材厚が設定されている、
請求項１に記載の鉄骨梁。
【請求項３】
前記補剛部材は、前記梁中央部材の前記曲げ降伏ヒンジ形成領域において、当該梁中央部材の長手方向に沿って延伸配置されている、
請求項１又は２に記載の鉄骨梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
事務所ビル、物流、商業施設等においては、鉄骨造、ＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube）造等、鉄骨梁を有する躯体が採用される場合が多い。通常、鉄骨梁の設計手法として、地震時に梁端部を先行して曲げ降伏させることで、エネルギー吸収能を確保する設計がなされている。ところで、鉄骨梁のコストダウンを図るにはウェブ板の薄肉化が有効と考えられるが、ウェブ板の幅厚比が大きくなるとウェブ板の局部座屈が起こり易くなるという問題がある。これに関連して、鉄骨梁の端部のウェブ板をスチフナで補剛する技術が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、鉄骨梁の局所座屈を抑制しつつ、従来よりもコストダウンを図ることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、一組の柱間に横架される鉄骨梁であって、前記鉄骨梁の両端部に位置すると共に前記柱に接合される一組の梁端部材と、前記梁端部材に接合されると共に、地震時に曲げ降伏ヒンジを形成する曲げ降伏ヒンジ形成領域を有する梁中央部材と、前記梁中央部材の前記曲げ降伏ヒンジ形成領域におけるウェブ材に設けられた補剛部材と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明において、鉄骨梁の梁中央部材が、地震時に曲げ降伏ヒンジ（塑性ヒンジ）を形成するように部材の選定がなされている。例えば、本発明における鉄骨梁において、前記梁中央部材は、前記曲げ降伏ヒンジ形成領域が当該梁中央部材の端部領域に形成されるように梁成及び部材厚が設定されていてもよい。鉄骨梁の梁中央部材は、梁端部材に比べて長期応力の影響が小さい。そのため、梁中央部材に曲げ降伏ヒンジを設定することで地震力に抵抗することができれば、効率の良い部材選定を行うことができる。
【０００７】
本発明において、曲げ降伏ヒンジ形成領域を有する梁中央部材は、梁端部材に比べて曲げ応力を小さくすることができるため、局部座屈を起こさない範囲で相対的に部材厚さを薄肉化することが許容される。そして、本発明によれば、梁中央部材のうち、地震時に曲げ降伏ヒンジを形成する曲げ降伏ヒンジ形成領域におけるウェブ材に補剛部材を設け、局部座屈を抑制するようにした。そのため、梁中央部材における曲げ降伏ヒンジ形成領域の局部座屈を抑制しつつウェブ材を薄肉化することができ、効率よくコストダウンを図ることが可能となる。そして、鉄骨梁の長さ（柱間スパン寸法）のうち、梁端部材が占める割合に比べて梁中央部材が占める割合の方が大きく、鉄骨梁における全長の８割程度を梁中央部材が占める場合も少なくない。本発明は、鉄骨梁の全長の大部分を占める梁中央部材の鋼材量を、局部座屈を抑制しつつ少なくすることができるため、コストダウンの効果が非常に優れている。
【０００８】
また、本発明において、前記補剛部材は、前記梁中央部材の前記曲げ降伏ヒンジ形成領域において、当該梁中央部材の長手方向に沿って延伸配置されていても良い。言い換えると、前記補剛部材は、前記梁中央部材の前記曲げ降伏ヒンジ形成領域におけるウェブ材に対して水平方向に接合された水平補剛プレートであっても良い。これにより、補剛部材を、梁中央部材の長手方向に沿って延伸配置することで、ウェブ材の局部座屈を効率的に抑制し、梁部材の変形性能を高めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鉄骨梁の局所座屈を抑制しつつ、従来よりもコストダウンを図ることのできる技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る柱梁架構１の要部の側面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る鉄骨梁において、ウェブ材に接合される水平補剛プレートの位置について説明する図である。
【図３】図３は、変形例１に係る鉄骨梁を説明する図である。
【図４】図４は、変形例２に係る鉄骨梁を説明する図である。
【図５】図５は、変形例３に係る鉄骨梁を説明する図である。
【図６】図６は、変形例４に係る鉄骨梁を説明する図である。
【図７】図７は、変形例５に係る鉄骨梁を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
＜実施形態＞
図１は、実施形態に係る柱梁架構１の要部の側面図である。実施形態に係る柱梁架構１は鉄骨造であり、主として鉄骨柱２及び鉄骨梁３を備えている。
【００１３】
鉄骨柱２は、建造物の上下方向に伸びる角形鋼管柱である。一方、鉄骨梁３は、一組の対向する鉄骨柱２間に水平に横架されている。本実施形態において、鉄骨梁３はＨ形鋼梁として構成されている。
【００１４】
鉄骨梁３は、鉄骨梁３の長手方向（柱間スパン方向）Ｘの両端部に位置する一対の梁端部材３１，３１と、一対の梁端部材３１，３１の内側に位置する梁中央部材３２を有する。梁端部材３１は、鉄骨梁３の幅方向Ｚに延びる上フランジ板３１ａ及び下フランジ板３１ｂと、鉄骨梁３の上下方向Ｙに延びるウェブ板３１ｃを有する。ウェブ板３１ｃの上端部には上フランジ板３１ａが溶接等によって接合されており、ウェブ板３１ｃの下端部には下フランジ板３１ｂが溶接等によって接合されている。上フランジ板３１ａ及び下フランジ板３１ｂは互いに平行となるようにウェブ板３１ｃに接合されており、鉄骨梁３の幅方向Ｚにおいて上フランジ板３１ａ及び下フランジ板３１ｂの略中央に、所定の板厚ｔｗ１を有するウェブ板３１ｃが架設されている。
【００１５】
梁中央部材３２についても、梁端部材３１と同様、鉄骨梁３の幅方向Ｚに延びる上フランジ板３２ａ及び下フランジ板３２ｂと、鉄骨梁３の上下方向Ｙに延びるウェブ板３２ｃを有する。ウェブ板３２ｃの上端部には上フランジ板３２ａが溶接等によって接合されており、ウェブ板３２ｃの下端部には下フランジ板３２ｂが溶接等によって接合されている。上フランジ板３２ａ及び下フランジ板３２ｂは互いに平行となるようにウェブ板３２ｃに接合されており、鉄骨梁３の幅方向Ｚにおいて上フランジ板３２ａ及び下フランジ板３２ｂの略中央に、所定の板厚ｔｗ２を有するウェブ板３２ｃが架設されている。
【００１６】
鉄骨梁３の梁端部材３１は、鉄骨柱２と高力ボルトによる摩擦接合や溶接等によって接合されている。また、鉄骨梁３の梁端部材３１及び梁中央部材３２は、スプライスプレート３３、高力ボルト３４、及びナット３５等を用いて接合されている。但し、鉄骨柱２と鉄骨梁３の梁端部材３１との接合、鉄骨梁３の梁端部材３１及び梁中央部材３２の接合方法は上記の例に限定されず、種々の方法を採用することができる。
【００１７】
梁中央部材３２における長手方向Ｘの端部領域には、ウェブ材３２ｃに補剛部材としての水平補剛プレート５が設けられている。水平補剛プレート５は、所謂水平スチフナとも呼ばれる平鋼部材であり、梁中央部材３２（鉄骨梁３）の長手方向Ｘに沿って延伸配置されている。水平補剛プレート５は、ウェブ材３２ｃに対して、例えば溶接等によって接合されている。図２は、実施形態に係る鉄骨梁３において、ウェブ材３２ｃに接合される水平補剛プレート５の位置について説明する図である。図２は、鉄骨梁３における梁中央部材３２の一端側の横断面を示している。水平補剛プレート５は、ウェブ材３２ｃの両面にそれぞれ２枚ずつの水平補剛プレート５が設けられているが、ウェブ材３２ｃに取り付ける水平補剛プレート５の数は特に限定されない。また、鉄骨梁３における梁中央部材３２の他端側についても、図２に示した一端側の態様と同様である。
【００１８】
本実施形態の鉄骨梁３において、梁中央部材３２の端部側には、地震時に曲げ降伏ヒンジを形成する曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈが形成されている。言い換えると、鉄骨梁３の梁中央部材３２は、その端部領域に地震時に曲げ降伏ヒンジ（塑性ヒンジ）Ｈｇが形成されるように、その梁成及び部材厚が設定されている。
【００１９】
例えば、鉄骨梁３において、梁中央部材３２におけるウェブ板３２ｃの板厚ｔｗ２は、梁端部材３１におけるウェブ板３１ｃの板厚ｔｗ１に比べて小さく設計されており、これによって地震時において梁端部材３１が曲げ降伏せずに、梁中央部材３２の端部側に曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈが形成されるように部材の選定がなされている。なお、本実施形態の鉄骨梁３は、梁中央部材３２と梁端部材３１とにおいて、ウェブ板の厚さだけでなく、フランジ板の幅（巾）や厚さも異なる寸法に設計しており、これによって梁中央部材３２の曲げ耐力を梁端部材３１の曲げ耐力よりも低くし、地震時に梁中央部材３２が曲げ降伏するように調整することができる。例えば、地震時に梁端部材３１が曲げ降伏することを抑制しつつ梁中央部材３２が曲げ降伏するように、梁中央部材３２におけるフランジ板３２ａ，３２ｂの幅寸法を梁端部材３１におけるフランジ板３１ａ，３１ｂの幅寸法に比べて小さな寸法に設計してもよい。また、梁中央部材３２におけるフランジ板３２ａ，３２ｂの厚さ寸法を梁端部材３１におけるフランジ板３１ａ，３１ｂの厚さ寸法に比べて小さな寸法に設計してもよい。また、本実施形態の鉄骨梁３において、梁端部材３１及び梁中央部材３２における梁成は同一であるが、梁中央部材３２の端部側に曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈが形成されるように、梁端部材３１及び梁中央部材３２における梁成が異なる寸法に設定されていても良い。
【００２０】
本実施形態の鉄骨梁３において、梁中央部材３２の端部からスパン内側に向かって水平補剛プレート５を配置する区間は、適宜の算出式により求めることができ、例えば、曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈが形成される範囲によって定めることができる。
【００２１】
以上のように構成される鉄骨梁３は、梁中央部材３２の端部領域に曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈを有するため、梁中央部材３２におけるウェブ板３２ｃの板厚ｔｗ２を梁端部材３１におけるウェブ板３１ｃの板厚ｔｗ１に比べて小さな寸法にすることができる。その結果、梁中央部材３２に用いる鋼材量を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。また、本実施形態においては、梁中央部材３２の曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈに水平補剛プレート５が配置されているため、ウェブ板３２ｃを薄肉化しても、ウェブ板
３２ｃに局部座屈が起こることを抑制できる。
【００２２】
更に、鉄骨梁３は、長手方向Ｘにおける全長（柱間スパン寸法）に占める梁端部材３１の長さの割合よりも、梁中央部材３２の長さの占める割合の方が顕著に大きい。例えば、本実施形態の鉄骨梁３においては、全長に対して梁中央部材３２の長さが８割程度と、大部分を占めている。従って、このように鉄骨梁３の長さの大部分を占める梁中央部材３２におけるウェブ板３２ｃの薄肉化を（局部座屈を抑制しつつ）実現することにより、コストダウンの効果をより一層顕著なものとすることが可能となる。
【００２３】
また、本実施形態における鉄骨梁３の変形角と保有耐力の関係は、地震時に梁中央部材３２に曲げ降伏ヒンジを形成するようにしたので、地震時に梁端部に曲げ降伏ヒンジを形成する場合に比べて、ヒンジの形成時期が遅くなり、その結果として同一変形角（例えば、１／１００等）における保有耐力を大きく確保することができる。
【００２４】
＜変形例＞
次に、他の実施形態について説明する。図３〜図６は、変形例に係る鉄骨梁３を説明する図である。各図は、鉄骨梁３の梁中央部材３２の一端側の曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈの側面図を示している。図３に示す変形例１では、ウェブ板３２ｃの片面側に水平補剛プレート５が一枚、水平方向に延伸配置されている。
【００２５】
また、図４に示す変形例２では、水平補剛プレート５に隣接して、縦補剛プレート６が設けられている。縦補剛プレート６は、梁中央部材３２における上下方向Ｙに沿って延伸配置された平板鋼材である。本変形例では、水平補剛プレート５及び縦補剛プレート６が本発明における補剛部材に相当し、水平補剛プレート５及び縦補剛プレート６によってウェブ板３２ｃの局部座屈が抑制される。図５に示す変形例４は、縦補剛プレート６の配置パターンが変形例１と相違する例である。図４、５示すように、水平補剛プレート５及び縦補剛プレート６を併用することで、ウェブ板３２ｃの拘束効果がより一層大きくなり、ウェブ板３２ｃの局部座屈をより好適に抑制することができる。なお、図４、５において、縦補剛プレート６を設置する数は特に限定されない。
【００２６】
図６に示す変形例４では、鉄骨梁３の梁中央部材３２の曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈに縦補剛プレート６のみが設けられており、水平補剛プレート５が設けられていない点で図４に示す変形例２等と相違する。変形例３では、縦補剛プレート６が本発明における補剛部材に相当し、縦補剛プレート６によってウェブ板３２ｃの局部座屈が抑制される。また、図７に示す変形例５に係る鉄骨梁３は、梁中央部材３２の曲げ降伏ヒンジ形成領域Ｒｙｈに加えて、梁端部材３１におけるウェブ板３１ｃにも水平補剛プレート５が設けられている点が、図１に示す態様と異なっている。変形例５において、水平補剛プレート５の代わりに、或いは水平補剛プレート５と併用して縦補剛プレート６をウェブ板３１ｃに接合しても良い。
【００２７】
以上、本発明の実施形態及び変形例を説明したが、本発明に係る鉄骨梁はこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。また、柱梁架構１における鉄骨柱２は、角形鋼管柱を例に説明したが、これには限定されない。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・柱梁架構
２・・・鉄骨柱
３・・・鉄骨梁
５・・・水平補剛プレート
６・・・縦補剛プレート
３１・・・梁端部材
３２・・・梁中央部材
３１ａ，３２ａ・・・上フランジ板
３１ｂ，３２ｂ・・・下フランジ板
３１ｃ，３２ｃ・・・ウェブ材
Ｒｙｈ・・・曲げ降伏ヒンジ形成領域
【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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