(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼構造物の骨組みを構成する構造用鋼材であって、
前記鋼構造物に作用する荷重によって塑性化しない部位に用いられ、前記骨組み中の塑性化する可能性のある部位に用いる鋼材に対して２倍程度以上の降伏強度を有した高張力鋼であり、前記塑性化する可能性のある部位に対して溶接以外の接合方法（ボルト−ナット接合、リベット接合）によって接合可能に構成されていることを特徴とする構造用鋼材。
【請求項２】
請求項１に記載の構造用鋼材において、
当該構造用鋼材の降伏比が９０％以上であることを特徴とする構造用鋼材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の構造用鋼材において、
前記骨組み中のボルト接合部において母材同士を接合する添え板に用いられることを特徴とする構造用鋼材。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の構造用鋼材において、
前記骨組み中の梁中央材、小梁、ガセットプレート、およびボルト接合による柱梁接合材のうちの少なくともいずれかに用いられることを特徴とする構造用鋼材。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の構造用鋼材を骨組みの中の塑性化しない部位に用い、前記骨組み中の塑性化する可能性のある部位に対して溶接以外の接合方法（ボルト−ナット接合、リベット接合）によって接合したことを特徴とする鋼構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造用鋼材および鋼構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築や土木の分野において、鋼構造物（建物や橋梁）の骨組みを構成する構造用鋼材として、地震時変形性能（靱性）を高めるために各種の化学成分を添加したものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このような鋼材、あるいは高張力鋼では、変形性能を高めるために、降伏比（降伏強度／引張強度）が８５％以下になるように成分調整や熱処理が行われている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８００８８号公報
【特許文献２】特開２０００−３２８１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１、２に記載された鋼材や高張力鋼では、添加する化学成分が非常に多種類となってしまうとともに、希少金属（レアメタルであり、例えば、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、マンガンＭｎ、モリブデンＭｏ等）を用いることから、原料コストが増加し、製鉄工程が高度化、複雑化してしまうという問題がある。
さらに、降伏比を８５％以下に下げるために熱処理の工程が複雑となり、かつ熱処理条件を厳しく管理しなければならず、高度かつ複雑な製造装置や制御装置等が必要になるため、製造設備が大規模化して製造効率が低下してしまうという問題もある。
ところで、降伏比を低く抑えずに８５％よりも高くした高張力鋼の場合には、低コストで製造できるものの、変形性能が劣るために、塑性化する部位に使用することがが望ましくない。一方、高張力鋼でありかつ降伏比を低くすることは、上述のように、製造上難しくかつコストがかかってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、製造コストを低減しかつ製造効率を高めることができる構造用鋼材、およびこの構造用鋼材を特定の部位に限定して用いた鋼構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の構造用鋼材は、鋼構造物の骨組みを構成する構造用鋼材であって、前記鋼構造物に作用する荷重によって塑性化しない部位に用いられ、前記骨組み中の塑性化する可能性のある部位に用いる鋼材に対して２倍程度以上の降伏強度を有した高張力鋼であり、前記塑性化する可能性のある部位に対して溶接以外の接合方法（ボルト−ナット接合、リベット接合）によって接合可能に構成されていることを特徴とする。
ここで、鋼構造物に作用する荷重によって塑性化しない部位とは、荷重によって骨組みがメカニズム状態となって、骨組みの所定の部位が塑性化（降伏）し、骨組み全体として所定の耐力を保有した状態で変形が増大する状態、例えば、地震による水平荷重が作用した場合の保有水平耐力時における骨組みの応力−変形状態においても降伏しない部位（あるいは部材）を意味する。すなわち、メカニズム状態においては、骨組みの所定部位、例えば、大梁の端部や柱の柱脚部、筋交い（ブレース）、制震部材などの部位が降伏するものの、降伏することなく弾性状態を維持する（塑性化しない）部位が存在し、この部位に本発明の高張力鋼からなる構造用鋼材を用いる。この高張力鋼としては、骨組みの所定部位の母材に用いられる鋼材と比較して、２倍程度以上の降伏強度を有したものが望ましい。
【０００７】
以上の本発明によれば、塑性化しない（降伏しない）部位に用いることで、降伏後の変形性能（靱性、延性等）に関して高い性能が必要なくなり、従来のような多種類で希少かつ高価な金属を含む化学成分を添加しなくてもよくなる、あるいは添加量を減らせるため、原料コストが削減できるとともに製鉄工程が簡単化でき、製造コストを低減することができる。さらに、高い変形性能が必要なくなることで、必ずしも降伏比を８０％以下に下げなくてもよくなるため、熱処理の工程を簡単化することができ、小規模な製造設備によっても高効率で製造することができる。
また、高張力鋼とすることで、さらに降伏しにくくできるとともに、部材断面を小さくすることができる、すなわち骨組み重量を軽くすることができ、低コスト化を促進させることができるとともに、鋼構造物の施工作業（運搬や建て方）の効率化も図ることができる。
【０００８】
さらに、本発明によれば、溶接以外の接合方法（ボルト−ナット接合、リベット接合）によって接合されていることから、構造用鋼材における溶接性に関しても高い性能が必要なくなるので、さらに添加する化学成分をなくす、あるいは減らして製造コストを低減させることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の構造用鋼材は、請求項１に記載の構造用鋼材において、当該構造用鋼材の降伏比が９０％以上であることを特徴とする。
ここで、降伏比が９０％以上の鋼材としては、高張力鋼の製造工程において「As ROLL
材（HOT材）」といわれ、熱処理をしない空冷（自然に冷えるのを待つ）により製造され
、生産効率が非常に高い鋼材であることが好ましい。
このような構成によれば、熱処理の工程をより一層簡単化することができ、製造効率をさらに高めることができる。
【００１０】
さらに、本発明の請求項３に記載の構造用鋼材は、請求項１または請求項２に記載の構造用鋼材において、前記骨組み中のボルト接合部において母材同士を接合する添え板に用いられることを特徴とする。
このような構成によれば、高張力鋼からなる構造用鋼材を添え板（スプライスプレート）に用いることで、添え板の厚さ寸法を小さくすることができ、軽量化が図れるとともに、接合する母材間に多少の段差（はだすき）があったとしても、この段差に沿って添え板が曲がりやすくなることで追従可能になり、接合性能を向上させることができる。すなわち、従来の添え板は、母材と同等の強度を有した鋼材から形成されており、厚さ寸法が大きくて曲がりにくかったため、母材間の段差に追従しにくく、母材と添え板との間に隙間が生じてしまうようなことがあり、接合性能を確保するためには、フィラープレート等を隙間に挟む必要があった。これに対して、本発明では、添え板が母材間の段差に追従しやすくなるため、フィラープレートを用いなくても接合性能を確保することができる。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載の構造用鋼材は、請求項１または請求項２に記載の構造用鋼材において、前記骨組み中の梁中央材、小梁、ガセットプレート、およびボルト接合による柱梁接合材のうちの少なくともいずれかに用いられることを特徴とする。
このような構成によれば、梁中央材や小梁、ガセットプレート等、メカニズム状態において通常塑性化しない部位や、塑性化しないように設計されることが一般的なボルト接合による柱梁接合材に、本発明の構造用鋼材を用いることで、鋼構造物全体におけるコスト低減を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載の鋼構造物は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の構造用鋼材を骨組みの中の塑性化しない部位に用い、前記骨組み中の塑性化する可能性のある部位に対して溶接以外の接合方法（ボルト−ナット接合、リベット接合）によって接合したことを特徴とする。
このような構成によれば、前記した構造用鋼材によって得られる効果と同様の効果、すなわち建設コストの低減や施工作業の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような本発明の構造用鋼材および鋼構造物によれば、製造コストを低減しかつ製造効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、第２実施形態以降において、次の第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【００１５】
〔第１実施形態〕
図１(Ａ)，(Ｂ)は、本発明の第１実施形態に係る構造用鋼材としての添え板１を示す側面図および断面図である。図２は、本実施形態の構造用鋼材を用いた骨組みＳを示す側面図である。図３は、本実施形態の構造用鋼材を用いた場合の作用を説明する側面図である。
図１〜図３において、添え板１は、鋼構造物である建物の柱Ｃおよび大梁Ｇからなる骨組みＳにおいて、大梁Ｇの梁端部部材Ｇ１と梁中央部材Ｇ２とをボルト−ナット接合によって接合する場合に、梁端部部材Ｇ１と梁中央部材Ｇ２とに跨って設けられて、各々の部材Ｇ１，Ｇ２にボルトＢとナットＮとで固定されるものである。この添え板１は、大梁Ｇの上下フランジの各々を接合する第１および第２の添え板１Ａ，１Ｂと、大梁Ｇのウェブを接合する第３の添え板１Ｃとから構成されている。
【００１６】
添え板１は、母材である大梁Ｇの鋼材よりも降伏強度および降伏比がともに高い鋼材から形成されている。すなわち、大梁Ｇは、一般構造用圧延鋼材（JISG3101）や溶接構造用圧延鋼材（JISG3106）等から形成され、降伏強度が２３５N/mm2 （あるいは３２５N/mm2 ）で降伏比が８０％程度以下に設定されているのに対して、添え板１は、降伏強度が６５０N/mm2 以上で降伏比が９０％以上に設定された高張力鋼から形成されている。
そして、添え板１は、大梁Ｇの塑性化領域よりもスパン中央寄りに設けられるようになっており、骨組みＳのメカニズム時において、添え板１が設けられた位置の大梁Ｇは、降伏せずに、この位置よりも柱Ｃ寄りの大梁Ｇが降伏するようになっている。これにより、添え板１は、骨組みＳのメカニズム時に降伏せず、弾性状態を維持することができるようになっている。
【００１７】
以上のような添え板１は、高張力鋼から形成されるとともに、降伏しない部位に設けられていることから、板厚（曲げ剛性）を小さく設定することができるため、図３に示すように、接合対象の母材である梁端部部材Ｇ１と梁中央部材Ｇ２との寸法が若干異なりって段差（はだすき）があったとしても、この段差に沿って添え板１Ａ，１Ｂが曲がりやすくできる。これにより、添え板１Ａ，１Ｂを曲げるための力としてボルトＢやナットＮの締め付け力が使われなくなり、締め付け力を添え板１Ａ，１Ｂと大梁Ｇとの摩擦接合の接合力として有効に作用させることができるようになって、接合性能を向上させることができる。ここで、母材に段差（はだすき）ができる原因としては、一方の母材がロール材で他方がビルト（組立）材のような場合や、両方の母材ともにビルト材である場合に、ビルト材の組立誤差によって部材寸法に差が生じてしまうことなどがある。
【００１８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、骨組みＳのメカニズム時において降伏しない部位に添え板１が用いられているので、添え板１を形成する鋼材に関して降伏後の変形性能が不要になり、添加する化学成分を省略するか減らすことができる。これにより、原料コストが削減できるとともに製鉄工程が簡単化でき、製造コストを低減することができる。さらに、添え板１の降伏比が９０％以上に設定されているので、熱処理の工程を簡単化する（空冷、つまり自然に冷えるのを待つ）ことができて高効率で製造することができる。
【００１９】
（２）また、添え板１が高張力鋼から形成されているので、より確実に降伏しないようにできるとともに、板厚を小さくすることができることから、総鋼材量を減らして低コスト化を促進させることができるとともに、運搬や建て方の作業効率も向上させることができる。
【００２０】
（３）また、添え板１がボルトＢおよびナットＮによって接合されているので、添え板１の鋼材における溶接性に関しても高い性能が必要なくなり、さらに添加する化学成分を省略するか減らすことができ、製造コストを一層低減させることができる。
【００２１】
（４）さらに、添え板１の板厚が小さくできて母材のはだすきに対する追従性が向上されているので、フィラープレート等を用いなくても接合性能を確保することができる。
【００２２】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図４に基づいて説明する。
図４(Ａ)，(Ｂ)は、本発明の第２実施形態に係る構造用鋼材としての柱梁接合材２を示す平面図および側面図である。
図４において、柱梁接合材２は、柱Ｃおよび大梁Ｇからなる骨組みＳにおいて、大梁Ｇの端部を柱Ｃにボルト−ナット接合によって接合する部材であって、大梁Ｇおよび柱Ｃの各々にボルトＢとナットＮとで固定されるものである。この柱梁接合材２は、大梁Ｇの上下フランジの各々を柱Ｃのフランジに接合する断面略Ｔ字形の第１の柱梁接合材２Ａと、大梁Ｇのウェブを柱Ｃのフランジに接合する断面略Ｌ字形の第２の柱梁接合材２Ｂとから構成されている。
【００２３】
柱梁接合材２は、前記第１実施形態の添え板１と同様に、母材である柱Ｃおよび大梁Ｇの鋼材よりも降伏強度および降伏比がともに高い鋼材、すなわち降伏強度が６５０N/mm2 以上で降伏比が９０％以上に設定された高張力鋼から形成されている。
そして、骨組みＳのメカニズム時において、大梁Ｇは、柱梁接合材２よりもスパン中央寄りの位置（図４中、右側）で降伏するようになっており、柱梁接合材２は、骨組みＳのメカニズム時に降伏せず、弾性状態を維持することができるようになっている。
このような本実施形態によれば、前記（１）〜（３）と略同様の効果を奏することができる。
【００２４】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態においては、構造用鋼材の適用部位として、大梁Ｇの接合に用いる添え板１、および柱Ｃと大梁Ｇとの接合に用いる柱梁接合材２について説明したが、本発明の構造用鋼材は、骨組みＳのメカニズム時に塑性化しない部位であればどのような部位にでも用いることができる。メカニズム時に塑性化しない部位としては、例えば、骨組み中の梁中央材（図２の梁中央部材Ｇ２）や、小梁、ガセットプレート等が例示できる。
また、鋼構造物としては、建築分野の建物に限らず、土木分野の橋梁であってもよく、鋼材を用いて構築される構造物であれば任意の構造物が適用可能である。
【００２５】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】(Ａ)，(Ｂ)は、本発明の第１実施形態に係る構造用鋼材を示す側面図および断面図である。
【図２】前記構造用鋼材を用いた骨組みを示す側面図である。
【図３】前記構造用鋼材を用いた場合の作用を説明する側面図である。
【図４】(Ａ)，(Ｂ)は、本発明の第２実施形態に係る構造用鋼材を示す平面図および側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…添え板、２…柱梁接合材、Ｇ１…母材である梁端部部材、Ｇ２…母材である梁中央部材、Ｓ…骨組み。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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