(57)【要約】  【課題】十分な水平剛性が得られ、柱や梁の主材を弾性に保ち、門型フレームが安定的に降伏し、アンカーボルト等へ過度の負担を与えないようフレームの水平耐力を制御できる門型フレーム構造を提供する。  【解決手段】柱および梁の主材としてＨ形鋼を使用した門型フレーム構造１において、梁端部の外側に水平ブラケット部３と、水平ブラケット部３と柱頭部をつなぐ鉛直支持部４とからなるブラケット部２を設け、水平ブラケット部３の形状および材質を柱および梁の降伏に先行してせん断降伏するように設定する。門型フレームに水平力が働いた時に、柱や梁に先行して、梁端部と柱頭部の間に設けた水平ブラケット部３をせん断降伏させることで、柱および梁の弾性を保ち、門型フレーム全体の変形能力を確保する。ブラケット部２を取外し可能な構成にすれば、水平ブラケット部３がせん断降伏した場合、ブラケット部２のみの交換が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱および梁の主材としてＨ形鋼を使用した門型フレーム構造において、柱の柱頭部に支承部材を介して梁を架設し、さらに前記梁端部の外側に水平ブラケット部と該水平ブラケット部と柱頭部をつなぐ鉛直支持部とからなるブラケット部を設け、前記水平ブラケット部の形状および材質を前記柱および梁の降伏に先行してせん断降伏するように設定したことを特徴とする門型フレーム構造。
【請求項２】
前記鉛直支持部と柱頭部はボルト接合してあることを特徴とする請求項１記載の門型フレーム構造。
【請求項３】
前記梁端部と前記ブラケット部はボルト接合により取外し可能に接合してあることを特徴とする請求項１または２記載の門型フレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物における柱や梁の主材にＨ形鋼を使用した門型フレームの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、柱や梁の主材にＨ形鋼を使用した門型フレームのラーメン構造においては、柱と梁を剛接合することにより構成されている。このフレームが地震の水平力を受けた場合の崩壊形は、柱梁接合部のパネル降伏である。
【０００３】
一般的には、柱や梁の接合部パネルが降伏しないように補強を行い、梁端または柱端を降伏させるように設計されたフレームが使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４００４９４７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２７４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような門型フレームの水平剛性（地震力等に対し弾性変形時の水平変位を抑える能力）を大きくとろうとすると、柱および梁の部材の断面寸法が大きいものとなる。このとき、水平方向に対して上記のパネル降伏・梁端降伏等の崩壊形にて設計した場合、フレームの保有する水平耐力（降伏耐力・最大耐力）は非常に大きなものとなる。
【０００６】
一見、大きな耐力となるのは良いようであるが、フレームの短期許容水平耐力を水平剛性を反映させて規定すると、この許容耐力は思いのほか小さいものとなる。結果、保有最大耐力／短期許容耐力の比が、３を超えるような値となる。
【０００７】
これは、短期許容耐力に対してフレームの各接合ボルト（アンカーボルト等）を設計した場合に、フレームの持つ大きな最大耐力に比例して、アンカーボルト等の接合部品に過大な力の負担を強いることになる。結果、本来のフレームに期待される安定的崩壊に先立ち、アンカーボルトが破断する等、接合部品の破壊によりフレームの実最大耐力が決定される。アンカーボルトの破断は、即フレームの倒壊となる危険な崩壊である。
【０００８】
また、実際の門型フレームは、建築物に使用する場合、建築される場所まで門型であ運搬することは現実的ではない。これより、実際は門型フレームを幾つかの構成部材に分割し、建築現場にてボルト等で接合することとなる。門型フレームの梁にてＡＬＣ床板等を支持する場合、この接合部を床板設置の障害とならない位置に配置しなければならない。また、この接合部の保有すべき性能は、フレームが水平力等に対して十分に降伏し、エネルギー吸収できるまで破壊してはならないというものである。
【０００９】
前述の理由で、一般の崩壊形の門型フレームでは、一定以上の水平剛性を確保しようとした場合、非常に大きな荷重を接合部が伝達する必要がある。結果、接合部が非常に大きなものとなり、場合によっては非実用的な大きさの接合部となってしまう。
【００１０】
本発明は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、十分な水平剛性が得られ、柱・梁の主材を弾性に保ち、門型フレームの荷重−変形関係が安定的な紡錘履歴を示し、十分にエネルギー吸収しながらもアンカーボルト等へ過度の負担を与えないようフレームの水平耐力を制御でき、運搬の障害とならないよう柱や梁をできるだけ直線材に分割して建築現場等へ運搬でき、梁上に障害なく床板を設置できる門型フレームの構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、柱および梁の主材としてＨ形鋼を使用した門型フレーム構造において、柱の柱頭部に支承部材を介して梁を架設し、さらに前記梁端部の外側に水平ブラケット部と、該水平ブラケット部と柱頭部をつなぐ鉛直支持部とからなるブラケット部を設け、前記水平ブラケット部の形状および材質を前記柱および梁の降伏に先行してせん断降伏するように設定したことを特徴とするものである。
【００１２】
梁端部と柱頭部の間に水平ブラケット部を設けることによって、門型フレームに水平力が働いた時に、柱や梁に先行して、水平ブラケット部をせん断降伏させる。水平ブラケット部をせん断降伏させることで、柱および梁の弾性を保ち、門型フレーム全体の変形能力を確保することができる。
【００１３】
ブラケット部は水平ブラケット部と鉛直支持部とからなっており、水平ブラケット部が、柱および梁よりも先行してせん断降伏するように、水平ブラケット部の形状および材質を選定する。
【００１４】
水平ブラケット部の材質として、一般鋼以外にも低降伏点鋼などを使用することが可能である。水平ブラケット部を構成する板要素の強度や材質、断面形状等を変えることによって、門型フレームを最適化することが可能となる。門型フレームが、耐力フレームとしての要素以外にも、制振フレームとして適用することが可能となる。
【００１５】
ブラケット部またはブラケット部近傍に、粘弾性体等の速度依存型の制振材料を併設することも可能である。
【００１６】
また、水平ブラケット部の耐力を一定以下に抑えることにより、門型フレームが十分に塑性変形するまで各接合部品（ボルト等）が破壊しないように制御することができる。
【００１７】
本発明に係る門型フレームの構成として、例えば、圧延Ｈ形鋼・溶接軽量Ｈ形鋼・溶接組立Ｈ形鋼などが適用可能であるが、門型フレームとしての構造上に問題がなければ種類は問わない。
【００１８】
各部材の接合部は、水平ブラケット部が柱や梁に先行してせん断降伏するのであれば、接合方法はボルト接合でも溶接でも構わない。
【００１９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の門型フレーム構造において、前記鉛直支持部と柱頭部はボルト接合してあることを特徴とするものである。
【００２０】
ブラケット部の鉛直支持部と柱頭部をボルト接合にすることにより、建築現場でブラケット部を介して、梁と柱を接合し、組み立てることができる。
【００２１】
運搬の障害とならないよう柱および梁をできるだけ直線材に分割することができ、建築現場等へ運搬しやすく、現場でブラケット部の鉛直支持部と柱頭部をボルト接合すればよい。
【００２２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の門型フレーム構造において、前記梁端部と前記ブラケット部はボルト接合により取外し可能に接合してあることを特徴とするものである。
【００２３】
梁端部とブラケット部にそれぞれエンドプレートを設けて、両部材間をボルト接合することにより、梁とブラケット部を建築現場で接合することができる。
【００２４】
鉛直支持部と柱頭部の接合部、および梁端部と水平ブラケット部の接合部をボルト接合にすることで、ブラケット部の取付け・取り外しが可能となる。
【００２５】
門型フレーム構造に水平力が働いて、水平ブラケット部がせん断降伏した場合に、ブラケット部のみを容易に取替えることが可能となるため、門型フレームのメンテナンスがしやすい。
【発明の効果】
【００２６】
門型フレーム構造において、柱および梁に先行して、水平ブラケット部をせん断降伏させることができるため、柱や梁の主材を弾性に保ち、門型フレームとしての十分な水平剛性が得られる。
【００２７】
水平力抵抗時には、十分なエネルギー吸収ができるまで、アンカーボルト等への過度の負担にならないようフレームの水平耐力を制御でき、門型フレームを安定的に降伏させることができる。
【００２８】
柱や梁よりも水平ブラケット部が先行してせん断降伏した場合、ブラケット部を取付け・取外し可能にしておけば、ブラケット部のみの交換も可能となり、効率のよいメンテナンスを行える。
【００２９】
本発明で示した門型フレーム構造であれば、梁上に障害がなく、床板を設置することができる。また、運搬の障害とならないよう柱や梁をできるだけ直線材に分割して、建築現場等へ運搬することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る門型フレーム構造の一実施形態を示しており、梁の中間を省略した斜視図である。
【図２】本発明に係る門型フレーム構造の一実施形態を示した正面図である。
【図３】本発明に係る門型フレーム構造が水平力抵抗時に降伏したときの変形状態を示しており、（ａ）は門型フレーム全体の正面図、（ｂ）はブラケット部の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る門型フレーム構造の一実施形態の柱梁接合部を示した拡大断面図で、支承部材に（ａ）はＴ形鋼を用いた場合、（ｂ）は十字形鋼を用いた場合である。
【図５】本発明に係る門型フレーム構造の一実施形態を示しており、柱と梁を分割できるようにした場合の正面図である。
【図６】本発明に係る門型フレーム構造の一実施形態を示しており、ブラケット部を上梁の外側と下側の２箇所に設けた場合の拡大断面図である。
【図７】本発明に係る門型フレーム構造の一実施形態を示しており、ブラケット部を取外し可能とした場合の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を添付した図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示される実施形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明に係る門型フレーム構造１の一実施形態を示し、上梁２３と下梁２４の中間を省略した斜視図であり、図２には正面図を示した。
【００３３】
まず、下梁２４から鉛直方向にＨ形鋼の柱２２を設け、下梁２４と柱２２との接合は、ピンまたはピン相当の接合構造としている。下梁２４は、Ｈ形鋼の下階梁もしくは図２に示したようにＲＣ造の基礎を表している。
【００３４】
柱２２の柱頭部の上に支承部材５を設けて、上梁２３を架設している。ここで、柱２２の柱頭部と支承部材５の接合は、できるだけピンまたはピン相当の接合構造が望ましく、図２ではボルト接合としている。
【００３５】
上梁２３の梁端部外側に、水平ブラケット部３と鉛直支持部４とからなるブラケット部２を設け、ブラケット部２の下部と柱頭部と接合する。
【００３６】
Ｈ形鋼の水平ブラケット部３にＴ型の鉛直支持部４を組み合わせたブラケット部２の実施例を示しているが、梁と柱を介すことができる形状であればよい。また、水平ブラケット部３が、柱や梁よりも先行して、せん断降伏するように、水平ブラケット部３の形状および材質を決定する。
【００３７】
ブラケット部２の上方で、上梁２３の梁端部の外側に連結部材６を設け、連結部材６を介して、上梁２３が隣接梁２５と接合できるようにしている。
【００３８】
図２に示したように、本発明の門型フレーム構造１の上梁２３上に障害なく、床板２６を設置することができる。
【００３９】
図３は、本発明に係る門型フレーム構造１に水平力が働いた時に、水平ブラケット部３が降伏した時の変形状態を示した正面図であり、図３（ａ）に示されるように、門型フレーム構造１は、水平力が働いたときに、柱や梁に先行して梁端部に設けた水平ブラケット部３が柱や梁に先行してせん断降伏するので、柱および梁の弾性が保たれ、門型フレーム全体の変形能力が確保される。
【００４０】
図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるブラケット部２を拡大した断面図で、水平ブラケット部３のウエブの応力分布を示している。
【００４１】
図２で示したブラケット部２周辺を拡大した断面図が図４（ａ）である。柱２２の柱頭部にエンドプレート２２ａを設ける。柱頭部と上梁２３の間に設けた支承部材５は、上梁２３から延びているエンドプレート２３ａ、上梁２３の下フランジから鉛直方向に溶接されたＴ形鋼、支承部材５の下面となるエンドプレート５ａによって構成されており、柱頭部と支承部材５の間に鋼板２９を噛ませて、ボルト接合している。
【００４２】
上梁２３の梁端部の外側には、Ｈ形鋼の水平ブラケット部３とＴ型の鉛直支持部４を設け、上梁２３と水平ブラケット部３の間は溶接で接合し、鉛直支持部４と柱頭部はボルト接合とした。
【００４３】
梁端部の外側のブラケット部２の上方には、Ｈ形鋼の連結部材６を設け、連結部材６のエンドプレート６ａと隣接梁２５のエンドプレート２５ａとをボルト接合している。
【００４４】
ここで、各部材間の接合を溶接またはボルト接合で示したが、強度面等で問題がなければ、接合方法は特に限定されない。
【００４５】
また、図４（ｂ）には、図４（ａ）と異なる支承部材５の実施例を示している。図４（ａ）とほぼ同じ構成であるが、支承部材５として、十字型鋼を用い、これを上梁２３に鉛直に溶接し、エンドプレート５ａを介して、柱頭部とボルト接合している。
【００４６】
図４では、支承部材５の２つの実施例（形状）を示したが、柱頭部と上梁２３の接合部がピンまたはピン相当の接合構造になるような支承部材５の構造で、強度面等に問題がなければ、形状や材質等は問わない。
【００４７】
また、各部材の接合部に関しても、溶接やボルト接合を施した例を示しているが、強度面等で問題がなければ、各部材間の接合方法も問わない。
【００４８】
図４のように、柱頭部と支承部材５、柱頭部と鉛直支持部４、連結部材６と隣接梁２５をボルト接合にすることで、取り外しが可能となり、現場等で組み立てることができ、便利である。
【００４９】
図５に門型フレーム構造１を柱部と梁部で分割した一例を示した。図５に示したように、柱部と梁部との直線材に分けることができ、運搬する際も運びやすくなる。
【実施例２】
【００５０】
図６には、門型フレーム構造１において、上梁と柱との接合部である、上梁２３の外側と、上梁２３の下側の２箇所にブラケット部２を設けた一例を示した。
【００５１】
上梁２３の外側に設けたブラケット部２は、水平ブラケット部３と上梁２３のエンドプレート２３ａを溶接し、鉛直支持部４を柱２２の杭頭部にボルト接合している。
【００５２】
同様に、上梁２３の下側に設けたブラケット部２は、水平ブラケット部３と柱２２を溶接し、鉛直支持部４と上梁２３の下フランジとをボルト接合している。
【００５３】
水平ブラケット部３を２箇所設けることによって、十分に水平ブラケット部３にエネルギー吸収をさせながらせん断降伏をし、門型フレーム構造１の降伏耐力を制御し、納まりの調整をすることもできる。
【００５４】
実施例２では上梁２３の外側と下側で同じ構造のブラケット部２を設けている例を示しているが、実施例１と同様、ブラケット部２の接合方法や構造は特に限定されない。
【実施例３】
【００５５】
図７は、本発明の他の実施例を示したもので、ブラケット部２の取外しを可能とした場合の拡大断面図である。
【００５６】
水平ブラケット部３にエンドプレート３ａを設け、上梁２３の梁端部のエンドプレート２３ａとボルト接合しておく。同時に、鉛直支持部４の下部と柱頭部のエンドプレート２２ａをボルト接合する。
【００５７】
水平ブラケット部３と上梁２３間、および鉛直支持部４と柱頭部をボルト接合にすることによって、水平ブラケット部３と鉛直支持部４とからなるブラケット部２を取り外すことが可能になる。
【００５８】
よって、水平ブラケット部３が、柱２２や上梁２３に先行してせん断降伏した場合に、ブラケット部２のみを交換することができ、メンテナンスが容易に行える。
【符号の説明】
【００５９】
１…門型フレーム構造、
２…ブラケット部、
３…水平ブラケット部、３ａ…エンドプレート、
４…鉛直支持部、
５…支承部材、５ａ…エンドプレート、
６…連結部材、６ａ…エンドプレート、
２１…基礎、
２２…柱、２２ａ…エンドプレート、
２３…上梁、２３ａ…エンドプレート、
２４…下梁、
２５…隣接梁、２５ａ…エンドプレート、
２６…床板、
２７…ボルト、２７ａ…アンカーボルト、
２８…補剛リブ、２８ａ…水平補剛リブ、２８ｂ…鉛直補剛リブ、
２９…鋼板
【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】
2012122192.tif 000007
【図６】
2012122192.tif 000008
【図７】
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