特許 5946613 上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5946613

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20160623BHJP

【ＦＩ】

   E04B1/24 LESW

   E04B1/24 P

   E04B1/24 M

【請求項の数】3

【全頁数】47

(21)【出願番号】特願2011-167247(P2011-167247)

(22)【出願日】2011年7月29日

(65)【公開番号】特開2013-28997(P2013-28997A)

(43)【公開日】2013年2月7日

【審査請求日】2014年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】西 拓馬

(72)【発明者】

【氏名】吉田 文久

【審査官】 佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０８１３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４１８６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｂ １／２４

Ｅ０４Ｂ １／３８−１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ角形鋼管柱からなる下柱および上柱を有し、上柱が下柱よりも小径であり、前記上柱と下柱とは互いに柱心が一致する心合わせ形式の配置であり、下柱の上端開口を閉じて周囲に張り出し前記下柱に全周溶接された下部通しダイアフラムと、前記下柱と略同径の角形直筒状に形成され前記下部通しダイアフラムの上面に下端が全周溶接されて立ち上がる接合部パネルと、この接合部パネルの上端開口を閉じて周囲に張り出し前記接合部パネルに全周溶接されて上面に前記上柱の下端が全周溶接された上部通しダイアフラムと、前記下部通しダイアフラムおよび上部通しダイアフラムの端面に上下フランジが接合される鉄骨梁とを備えた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部において、前記上部通しダイアフラムの耐力を予測する方法であって、
前記上柱に軸力Ｎが作用する場合の、前記上部通しダイアフラムの面外曲げ降伏曲げ耐力_ｆＭ_yを、降伏線理論を用い、前記上柱の軸力Ｎを反映させて求め、
前記降伏線理論を用いて前記面外曲げ降伏曲げ耐力_ｆＭ_y を求める方法は、
平面視で前記下柱の内周面上の一つの辺の両端となる角部をそれぞれＡ点、Ｅ点とし、前記一つの辺上の任意の点をＣ点とし、平面視で前記上柱の外周面上の４つの辺のうち、前記下柱の前記一つの辺に対して垂直な方向に延びる２つの辺における前記Ａ点に近い方の辺上の任意の点をＢ点、遠い方の辺の上の任意の点をＤ点として、降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤ、降伏線ＤＥを定め、前記降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤ、降伏線ＤＥを用いて内部仕事Ｅを算出し、内部仕事Ｅが最小となるときの面外曲げ降伏曲げ耐力
_ｆＭ_yを求める方法であり、
前記上部通しダイアフラムの前記面外降伏曲げ耐力_ｆＭ_yを、次式（１）によって求め
ることを特徴とする上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法。

【数1】

ここで、Ｅ：内部仕事
Ｎ：柱軸力（柱軸力Ｎは任意に与える）
δ₃：軸方向の仮想変位
θ ：上部通しダイアフラムの上柱軸心での回転角
ただし、内部仕事Ｅは、降伏線における内部仕事Σ _LdＥ_iと軸降伏領域における内部仕事ΣＥviとの和、
Ｅ＝Σ _LdＥ_i ＋ΣＥviで与えられる。
降伏線における内部仕事 _LdＥ_i は、次式で与えられる。
_LdＥi ＝Ｌ_i ・ _LdＭy ・θ_i
ここで、Ｌ_i ：各降伏線の長さ
θ_i ：各降伏線の回転角
_LdＭ_y ：上部通しダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント
この降伏曲げモーメント _LdＭ_y は、次式で与える。

【数2】

ここで、ｔ_d ：上部通しダイアフラムの板厚
_dσ_y ：上部通しダイアフラムの降伏応力度
軸降伏領域における内部仕事Ｅviは、次式で与えられる。
Ｅvi＝ _Cσ_y ・ε_i ・Ｖ_i
ここで、 _Cσy ：上柱の降伏応力度
ε_i ：各軸降伏領域における歪み
Ｖ_i ：各軸降伏領域の体積
ただし、降伏線の位置は面外降伏曲げ耐力 _fＭ_y が最小となる位置とする。

【請求項2】

それぞれ角形鋼管柱からなる下柱および上柱を有し、上柱が下柱よりも小径であり、下柱の上端開口を閉じて周囲に張り出し前記下柱に全周溶接された下部通しダイアフラムと、前記下柱と略同径の角形直筒状に形成され前記下部通しダイアフラムの上面に下端が全周溶接されて立ち上がる接合部パネルと、この接合部パネルの上端開口を閉じて周囲に張り出し前記接合部パネルに全周溶接されて上面に前記上柱の下端が全周溶接された上部通しダイアフラムと、前記下部通しダイアフラムおよび上部通しダイアフラムの端面に上下フランジが接合される鉄骨梁とを備えた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部において、前記上部通しダイアフラムの耐力を予測する方法であって、
前記上柱に軸力Ｎが作用する場合の、前記上部通しダイアフラムの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を、降伏線理論を用い、前記上柱の軸力Ｎを反映させて求め、
前記降伏線理論を用いて前記面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法は、平面視で前記下柱の内周面の一つの角部をＡ点、同内周面における前記Ａ点から続く辺上の任意の点をＣ点、前記上柱の外周面における、前記下柱のＡ点から続く辺に対して垂直な方向に延びる２つの辺における前記Ａ点に近い方の辺上の任意の点をＢ点として、降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣを定め、前記降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣを用いて内部仕事Ｅを算出し、内部仕事Ｅが最小となるときの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法であり、
前記上部通しダイアフラムの前記面外降伏曲げ耐力 _fＭ_y を、次式（１）によって求めることを特徴とする上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法。

【数1A】

ここで、Ｅ：内部仕事
Ｎ：柱軸力（柱軸力Ｎは任意に与える）
δ₃：軸方向の仮想変位
θ ：上部通しダイアフラムの上柱軸心での回転角
ただし、内部仕事Ｅは、降伏線における内部仕事Σ _LdＥ_i と軸降伏領域における内部
仕事ΣＥviとの和、
Ｅ＝Σ _LdＥ_i ＋ΣＥviで与えられる。
降伏線における内部仕事 _LdＥ_i は、次式で与えられる。
_LdＥi ＝Ｌ_i ・ _LdＭy ・θ_i
ここで、Ｌ_i ：各降伏線の長さ
θ_i ：各降伏線の回転角
_LdＭ_y ：上部通しダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント
この降伏曲げモーメント _LdＭ_y は、次式で与える。

【数2A】

ここで、ｔ_d ：上部通しダイアフラムの板厚
_dσ_y ：上部通しダイアフラムの降伏応力度
軸降伏領域における内部仕事Ｅviは、次式で与えられる。
Ｅvi＝ _Cσ_y ・ε_i ・Ｖ_i
ここで、 _Cσy ：上柱の降伏応力度
ε_i ：各軸降伏領域における歪み
Ｖ_i ：各軸降伏領域の体積
ただし、降伏線の位置は面外降伏曲げ耐力 _fＭ_y が最小となる位置とする。

【請求項3】

それぞれ角形鋼管柱からなる下柱および上柱を有し、上柱が下柱よりも小径であり、前記下柱と上柱とは、断面の２辺が揃い一つの角部が一致するように偏心した二方向偏心形式の配置であり、下柱の上端開口を閉じて周囲に張り出し前記下柱に全周溶接された下部通しダイアフラムと、前記下柱と略同径の角形直筒状に形成され前記下部通しダイアフラムの上面に下端が全周溶接されて立ち上がる接合部パネルと、この接合部パネルの上端開口を閉じて周囲に張り出し前記接合部パネルに全周溶接されて上面に前記上柱の下端が全周溶接された上部通しダイアフラムと、前記下部通しダイアフラムおよび上部通しダイアフラムの端面に上下フランジが接合される鉄骨梁とを備えた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部において、前記上部通しダイアフラムの耐力を予測する方法であって、
前記上柱に軸力Ｎが作用する場合の、前記上部通しダイアフラムの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を、降伏線理論を用い、前記上柱の軸力Ｎを反映させて求め、
前記降伏線理論を用いて前記面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法は、平面視で前記下柱の内周面上で、前記一致する一つの角部と対角にある角部をＡ点とし、前記一つの角部の隣の角部をＢ点とし、前記上柱の外周面上で前記一致する一つの角部と対角にある角部をＣ点とし、前記上柱の内周面上で前記下柱と重なる２辺の内で前記Ｂ点に近い方の辺上の任意の点をＤ点として、降伏線ＡＢ、降伏線ＢＤ、降伏線ＡＣ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤを定め、前記降伏線ＡＢ、降伏線ＢＤ、降伏線ＡＣ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤを用いて内部仕事Ｅを算出し、内部仕事Ｅが最小となるときの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法であり、
前記上部通しダイアフラムの前記面外降伏曲げ耐力 _fＭ_y を、次式（１）によって求めることを特徴とする上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法。

【数1B】

ここで、Ｅ：内部仕事
Ｎ：柱軸力（柱軸力Ｎは任意に与える）
δ₃：軸方向の仮想変位
θ ：上部通しダイアフラムの上柱軸心での回転角
ただし、内部仕事Ｅは、降伏線における内部仕事Σ _LdＥ_iと軸降伏領域における内部仕事ΣＥviとの和、
Ｅ＝Σ _LdＥ_i ＋ΣＥviで与えられる。
降伏線における内部仕事 _LdＥ_i は、次式で与えられる。
_LdＥi ＝Ｌ_i ・ _LdＭy ・θ_i
ここで、Ｌ_i ：各降伏線の長さ
θ_i ：各降伏線の回転角
_LdＭ_y ：上部通しダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント
この降伏曲げモーメント _LdＭ_y は、次式で与える。

【数2B】

ここで、ｔ_d ：上部通しダイアフラムの板厚
_dσ_y ：上部通しダイアフラムの降伏応力度
軸降伏領域における内部仕事Ｅviは、次式で与えられる。
Ｅvi＝ _Cσ_y ・ε_i ・Ｖ_i
ここで、 _Cσy ：上柱の降伏応力度
ε_i ：各軸降伏領域における歪み
Ｖ_i ：各軸降伏領域の体積
ただし、降伏線の位置は面外降伏曲げ耐力 _fＭ_y が最小となる位置とする。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、それぞれ角形鋼管柱からなる上柱と下柱の径が異なる鉄骨造の梁接合部において、上部通しダイアフラムの耐力の予測および板厚設計を行う下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、上柱と下柱の径が異なる鉄骨造の梁接合部においては、図１７に示すように、下柱１と上柱２との間に、角筒形で台形の接合部パネル３Ａを構成している。各柱１，２と接合部パネル３Ａの間には、それぞれ、下，上の柱径に応じた大きさの下部通しダイアフラム４および上部通しダイアフラム５を溶接し、これらダイアフラム４，５に鉄骨梁６の端部を溶接で接合する。

【0003】

下柱１と上柱２の柱径の差が小さい場合は、図１８に示すように、下柱１と同径の角筒状の接合部パネル３を、下柱１と同径の直筒状とする場合もある。接合部パネル３を直筒状とした場合については、上部通しダイアフラム５の補強につき提案されている（特許文献１）。
なお、ノンダイアフラム形式の鉄骨柱梁接合部につき、上下柱の偏心接合部の面外曲げ拘束耐力を、降伏線理論を用いて予想する方法が提案されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２６５６７７号公報

【特許文献2】特開２００７−１４６５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１７の台形の接合部パネル３Ａを用いるものは、接合部の耐力や剛性が確保し易い。しかし、台形の接合部パネル３Ａは、台形の平板状の４枚の鋼板を、それぞれが互いに適正な角度をなす状態に溶接で接合して製作しなけばならない。そのため、製作に高度な技術と手間がかかり、コスト高となる。例えば、接合部の加工コストは、鉄骨全体の加工コストの６割程度を占めることになる。
図１８の平板上の上部通しダイアフラム５を用いるものは、構成が簡素であるが、平板上の上部通しダイアフラム５の中間部分で上柱２の下端を支持し、柱応力を上部通しダイアフラム５の面外曲げ抵抗で応力伝達することになる。そのため上部通しダイアフラム５による接合部の耐力と剛性の確保が難しく、旧鋼管構造設計指針解説の検討法では、下柱１と上柱２の径差が５０mmまでとされている。そのため、径差が１００mm以上の場合は、設計のよりどころがない。

【0006】

特許文献１における、図１８の平板上の上部通しダイアフラム５を用いたうえで、上部通しダイアフラム５の補強部材を設けるものは、補強のための工数増により、製作時間や加工コストが増加する。

【0007】

この発明の課題は、ダイアフラム形式でかつ直筒状の接合部パネルを用いた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部につき、上部通しダイアフラムの接合部の耐力を精度良く容易に予測することができる耐力予測方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の耐力予測方法における、予測対象となる鉄骨柱梁接合部は、それぞれ角形鋼管柱からなる下柱および上柱を有し、上柱が下柱よりも小径であり、下柱の上端開口を閉じて周囲に張り出し前記下柱に全周溶接された下部通しダイアフラムと、前記下柱と略同径の角形直筒状に形成され前記下部通しダイアフラムの上面に下端が全周溶接されて立ち上がる接合部パネルと、この接合部パネルの上端開口を閉じて周囲に張り出し前記接合部パネルに全周溶接されて上面に前記上柱の下端が全周溶接された上部通しダイアフラムと、前記下部通しダイアフラムおよび上部通しダイアフラムの端面に上下フランジが接合される鉄骨梁とを備えた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部である。この鉄骨柱梁接合部は、柱応力を上部通しダイアフラムの面外曲げ抵抗で応力伝達することになる。

【0009】

この発明の第１の耐力予測方法は、上記予測対象の鉄骨柱梁接合部において、前記上部通しダイアフラムの耐力を予測する方法であって、前記上柱に軸力Ｎが作用する場合の、前記上部通しダイアフラムの前記上柱が接合された部位である接合部の面外曲げによる降伏曲げ耐力 _fＭ_y を、降伏線理論を用い、上柱の軸力Ｎを反映させて求めることを特徴とする。
第１の耐力予測方法の内の第１−１の耐力予測方法は、前記上柱と下柱とが互いに柱心が一致する心合わせ形式の配置である場合である場合に適用する。
この場合に前記降伏線理論を用いて前記面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法は、
平面視で前記下柱の内周面上の一つの辺の両端となる角部をそれぞれＡ点、Ｅ点とし、前記一つの辺上の任意の点をＣ点とし、平面視で前記上柱の外周面上の４つの辺のうち、前記下柱の前記一つの辺に対して垂直な方向に延びる２つの辺における前記Ａ点に近い方の辺上の任意の点をＢ点、遠い方の辺の上の任意の点をＤ点として、降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤ、降伏線ＤＥを定め、前記降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤ、降伏線ＤＥを用いて内部仕事Ｅを算出し、内部仕事Ｅが最小となるときの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法とする。

【0010】

この方法によると、上部通しダイアフラムの面外曲げによる降伏曲げ耐力 fＭy を、降伏線理論を用い、上柱の軸力Ｎを反映させて求めるため、降伏曲げ耐力 fＭy を精度高く予測することができる。しかも、その他の解析方法を用いる場合に比べて手間をかけずに容易に予測することができる。

【0011】

上記の面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy は、次式（１）によって求める。

【0012】

【数1】

ここで、Ｅ：内部仕事
Ｎ：柱軸力（柱軸力Ｎは任意に与える）
δ3：軸方向の仮想変位
θ：上部通しダイアフラムの上柱軸心での回転角
ただし、内部仕事Ｅは、降伏線における内部仕事Σ LＥi と軸降伏領域における内部仕事ΣＥviとの和、
Ｅ＝Σ LＥi ＋ΣＥviで与えられる。
降伏線における内部仕事 LＥi は、次式で与えられる。
LＥi ＝Ｌi ・ LdＭy ・θi
ここで、Ｌi ：各降伏線の長さ
θi ：各降伏線の回転角
LdＭy ：上部通しダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント
この降伏曲げモーメント LdＭy は、次式で与える。

【数2】

ここで、ｔd ：上部通しダイアフラムの板厚
dσy ：上部通しダイアフラムの降伏応力度
軸降伏領域における内部仕事Ｅviは、次式で与えられる。
Ｅvi＝ Cσy ・εi ・Ｖi
ここで、 Cσy ：上柱の降伏応力度
εi ：各軸降伏領域における歪み
Ｖi ：各軸降伏領域の体積
ただし、降伏線の位置は面外降伏曲げ耐力 fＭy が最小となる位置とする。

【0013】

この場合は、式（１）に、各パラメータの数値を代入して計算を行うだけで面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求めることができ、上部通しダイアフラムの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を、より容易に精度高く予測することができる。
第１の耐力予測方法の内の第１−２の耐力予測方法は、前記降伏線理論を用いて前記面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法が、平面視で前記下柱の内周面の一つの角部をＡ点、同内周面における前記Ａ点から続く辺上の任意の点をＣ点、前記上柱の外周面における、前記下柱のＡ点から続く辺に対して垂直な方向に延びる２つの辺における前記Ａ点に近い方の辺上の任意の点をＢ点として、降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣを定め、前記降伏線ＡＢ、降伏線ＢＣを用いて内部仕事Ｅを算出し、内部仕事Ｅが最小となるときの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法である。
第１の耐力予測方法の内の第１−２の耐力予測方法は、前記下柱と上柱とは、断面の２辺が揃い一つの角部が一致するように偏心した二方向偏心形式の配置である場合に適用され、前記降伏線理論を用いて前記面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法が、平面視で前記下柱の内周面上で、前記一致する一つの角部と対角にある角部をＡ点とし、前記一つの角部の隣の角部をＢ点とし、前記上柱の外周面上で前記一致する一つの角部と対角にある角部をＣ点とし、前記上柱の内周面上で前記下柱と重なる２辺の内で前記Ｂ点に近い方の辺上の任意の点をＤ点として、降伏線ＡＢ、降伏線ＢＤ、降伏線ＡＣ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤを定め、前記降伏線ＡＢ、降伏線ＢＤ、降伏線ＡＣ、降伏線ＢＣ、降伏線ＣＤを用いて内部仕事Ｅを算出し、内部仕事Ｅが最小となるときの面外曲げ降伏曲げ耐力 _fＭ_y を求める方法である。

【0014】

参考提案例に係る第２の耐力予測方法は、上記予測対象の鉄骨柱梁接合部において、前記上部通しダイアフラムのパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy を予測する方法であって、前記上柱に軸力Ｎが作用する場合の、前記上部通しダイアフラムの前記上柱が接合された部位である接合部のパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy を、降伏線理論を用い、前記上柱の軸力Ｎを反映させて求めることを特徴とする。

【0015】

この方法では、上部通しダイアフラムのパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy を、降伏線理論を用い、上柱の軸力Ｎを反映させて求めるため、パンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy を精度高く予測することができる。しかも、その他の解析方法を用いる場合に比べて手間をかけずに容易に予測することができる。

【0016】

上記のパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy は、次式（２）によって求める。

【0017】

【数3】

【0018】

ここで、 dσy ：上部通しダイアフラムの降伏応力度
Ｎ ：柱軸力（柱軸力Ｎは任意に与える）
Ａo ：置換断面の断面積
Ｚo ：置換断面の断面係数
ただし、Ａo ＝４Ｂ1 ・ｔd ′
Ｚo は次式のとおり。

【0019】

【数4】

ここで、Io ：置換断面の断面二次モーメント
ｔd ：上部通しダイアフラムの板厚
ｔd ′＝ｔd ／√３
Ｂ1 ：上柱の幅（上柱は断面が正方形とする）

【0020】

この場合も、式（２）に、各パラメータの数値を代入して計算を行うだけでパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy を求めることができ、上部通しダイアフラムのパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy を、より容易に精度高く予測することができる。

【0021】

また、上記の課題は、第１の耐力予測方法で求めた面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy と、第２の耐力予測方法で求めたパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy とのうち、小さい方の耐力値を、上部通しダイアフラムの上柱が接合された接合部の降伏曲げ耐力 jＭy とすることによって解決される。

【0022】

この方法では、上部通しダイアフラムの耐力を予測する上で重要な要素となる面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy とパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy とを考慮に入れて、小さい方の耐力値を接合部の降伏曲げ耐力 jＭy の予測値とするため、信頼性の高い予測を行うことができる。

【0023】

参考提案例に係る第１の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の板厚設計方法は、上記予測対象の鉄骨柱梁接合部が板厚設計方法の対象となる鉄骨柱梁接合部であり、前記上部通しダイアフラムの板厚を設計する方法であって、
定められた耐力評価式と、定められた剛性評価式を満足する板厚とし、
前記の定められた耐力評価式に、前記第１の耐力予測方法で求めた面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy と、第２の耐力予測方法で求めたパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy とのうち、小さい方の耐力値を、上部通しダイアフラムの上柱が接合された接合部の降伏曲げ耐力
jＭy として用いることを特徴とする。

【0024】

この設計方法によると、耐力評価と接合部剛性の評価とを行い、耐力評価には、上部通しダイアフラムの耐力を予測する上で重要な要素となる面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy とパンチングシャー降伏曲げ耐力 pＭy とを考慮に入れて、小さい方の耐力値を接合部の降伏曲げ耐力 jＭy の値として板厚を設計するため、信頼性の高い耐力予測により、上部通しダイアフラムの板厚を適切な厚さに増して、接合部の耐力と剛性を確保し、上下柱間の筒形の接合部パネルを、台形とすることなく、直筒状として簡素化することができる。

【0025】

この設計方法は、具体的には、上部通しダイアフラムの板厚につき、以下の条件式を満足する板厚とするのが良い。
耐力評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚ｔd は、以下の条件式を満足するように設定する。
ｔd ≧ max（ strｔd ， rigｔd ，ｔcu，ｔcl）
ｔp ≧ｔd
ここで、ｔd ：上部通しダイアフラムの必要板厚
strｔd ：耐力評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚
rigｔd ：剛性評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚
ｔcu：上柱板厚
ｔcl：下柱板厚
ｔp：接合部パネルの板厚
耐力評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚 strｔd は、以下の条件式を満足するように設定する。
jＭy ≧（１−ｎ） cＭy （ｎ≦０．７）
jＭu ≧１．３・ν・ cＭp （ｎ≦０．７）

【0026】

【数5】

【0027】

ここで、 _jＭ_y ：上部通しダイアフラムの降伏曲げ耐力
_jＭ_u ：上部通しダイアフラムの最大曲げ耐力
_cＭ_y ：上柱の降伏曲げ耐力
_cＭ_p ：上柱の全塑性曲げ耐力
ｎ : 柱軸力比
Ｎ ：上柱に作用する軸力
Ｎ_y ：上階柱の降伏軸力
_cＡ_u ：上階柱の断面積
_cＦ_y ：上階柱の基準強度
ν ：上階柱の軸力による全塑性曲げモーメントの低下率
ｎ≦０．５の場合 ν＝１−４ｎ² ／３
０．５＜ｎ≦０．７の場合 ν＝４（１−ｎ）／３
上部通しダイアフラム板厚 _rigｔ_d は、以下の剛性評価式で示される条件式を満足するように設定する。

【0028】

【数6】

【0029】

この方法の場合、降伏耐力と最大耐力との２種類の耐力評価、および接合部剛性の評価を行って板厚を設計する。そのため、より信頼性の高い板厚設計が行える。

【0030】

上記各設計方法において、上部通しダイアフラムの板厚を選定する表として、行と列からなる表の各行に、下柱の各種の幅寸法または上柱の各種の幅寸法の一方を定め、前記表の各欄に、下柱の各種の幅寸法または上柱の各種の幅寸法の他方を定め、各行と列が交差する枡内に、対応する下柱と上柱の幅寸法に場合に適切となる上部通しダイアフラムの板厚を記載し、
この枡内に記載する板厚の値を、前記のいずれかの板厚設計方法の各条件式を満足する厚さとし、
上下柱異径の鉄骨柱梁接合部における上部通しダイアフラムの板厚を、下柱の幅寸法と上柱の幅寸法に応じて、前記表の該当する枡内に記載された板厚以上とする方法としても良い。

【0031】

この設計方法によると、下柱と上柱の幅寸法の組み合わせ毎に、適切となる上部通しダイアフラムの板厚を定めた表を用い、この表に定められた板厚以上として板厚を設計するため、個々の建物毎や個々の柱毎に、板厚設計のための複雑な耐力計算を行うことなく、適切な板厚を簡単に設計することができる。また、上記の表には、この発明の予測方法による信頼性の高い板厚の値が定められているため、信頼性の高い板厚設計が行える。

【発明の効果】

【0032】

この発明の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の耐力予測方法は、それぞれ角形鋼管柱からなる下柱および上柱を有し、上柱が下柱よりも小径であり、下柱の上端開口を閉じて周囲に張り出し前記下柱に全周溶接された下部通しダイアフラムと、前記下柱と略同径の角形直筒状に形成され前記下部通しダイアフラムの上面に下端が全周溶接されて立ち上がる接合部パネルと、この接合部パネルの上端開口を閉じて周囲に張り出し前記接合部パネルに全周溶接されて上面に前記上柱の下端が全周溶接された上部通しダイアフラムと、前記下部通しダイアフラムおよび上部通しダイアフラムの端面に上下フランジが接合される鉄骨梁とを備えた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部において、前記上部通しダイアフラムの耐力を予測する方法であって、前記上柱に軸力Ｎが作用する場合の、前記上部通しダイアフラムの前記上柱が接合された部位である接合部の面外曲げによる降伏曲げ耐力 fＭy を、降伏線理論を用い、前記上柱の軸力Ｎを反映させて求めるため、ダイアフラム形式でかつ直筒状の接合部パネルを用いた上下柱異径の鉄骨柱梁接合部につき、上部通しダイアフラムの接合部の耐力を精度良く容易に予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】この発明の実施形態に係る耐力予測方法および参考提案例に係る板厚設計方法の対象となる上下柱異径の鉄骨柱梁接合部のうち、心合わせ形式とした接合部の斜視図である。

【図2】同接合部の正面図および下面図である。

【図3】この発明の実施形態に係る耐力予測方法および参考提案例に係る板厚設計方法の対象となる上下柱異径の鉄骨柱梁接合部のうち、一方向偏心形式とした接合部の斜視図である。

【図4】同接合部の正面図および下面図である。

【図5】この発明の実施形態に係る耐力予測方法および参考提案例に係る板厚設計方法の対象となる上下柱異径の鉄骨柱梁接合部のうち、二方向偏心形式とした接合部の斜視図である。

【図6】同接合部の正面図および下面図である。

【図7】同心合わせ形式とした接合部のうち、柱軸力が小さい場合の面外曲げ降伏機構の説明図である。

【図8】同心合わせ形式とした接合部のうち、柱軸力が大きい場合の面外曲げ降伏機構の説明図である。

【図9】同心合わせ形式とした接合部におけるパンチングシャー降伏機構の説明図である。

【図10】前記一方向偏心形式とした心合わせ形式とした接合部の面外曲げ降伏機構の説明図である。

【図11】前記一方向偏心形式とした接合部におけるパンチングシャー降伏機構の説明図である。

【図12】前記二方向偏心形式とした心合わせ形式とした接合部の面外曲げ降伏機構の説明図である。

【図13】前記二方向偏心形式とした接合部におけるパンチングシャー降伏機構の説明図である。

【図14】前記二方向偏心形式とした心合わせ形式とした接合部の、４５度方向入力の場合の面外曲げ降伏機構の説明図である。

【図15】前記二方向偏心形式とした心合わせ形式とした接合部の、４５度方向入力の場合のパンチングシャー降伏機構の説明図である。

【図16】同設計方法で用いる上部通しダイアフラムの板厚を選定要の表の説明図である。

【図17】従来の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の斜視図および正面図である。

【図18】従来の他の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

この発明の実施形態を図面と共に説明する。この実施形態における耐力予測および参考提案例に係る板厚設計の対象となる上下柱異径の鉄骨柱梁接合部の形式としては、図１，図２に示す心合わせ形式と、図３，図４に示す一方向偏心形式と、図５，６に示す二方向偏心形式とがある。

【0036】

図１，図２と共に、心合わせ形式の鉄骨柱梁接合部の構成を説明する。この上下柱異径の鉄骨柱梁接合部は、それぞれ断面正方形の角形鋼管柱からなる下柱１および上柱２を有し、上柱２が下柱１よりも小径である。下部通しダイアフラム４は、下柱１の上端開口を閉じるように上端面上に配置されて周囲に張り出し、下柱２に全周溶接されている。接合部パネル３は、下柱１と略同径の角形直筒状であり、下部通しダイアフラム４の上面に配置されて立ち上がり、下端が下部通しダイアフラム４に全周溶接されている。接合部パネル３には、例えば下柱１と同じ断面形状でかつ同じ断面寸法の角形鋼管の切断体が用いられる。上部通しダイアフラム５は、接合部パネル３の上端開口を閉じるように上端面上に配置されて周囲に張り出し、接合部パネル３に全周溶接されている。上柱２は、下端が下部通しダイアフラム４に載せられて下端の全周が上部通しダイアフラム４に溶接されている。下部通しダイアフラム４および上部通しダイアフラム５は、いずれも正方形である。各ダイアフラム４，５と柱１，２，接合部パネル３との溶接部７は、いずれも裏当て金８を用いた完全溶込み溶接である。下柱１および上柱２は、例えばそれぞれ下階柱および上階柱となる。

【0037】

鉄骨梁６はＨ形鋼からなり、その下側および上側のフランジ６ａ，６ｂが、下部通しダイアフラム４および上部通しダイアフラム５の端面に溶接されている。鉄骨梁６は、図示の例では柱の周囲の四方に延びて設けられているが、１〜３方向のいずれかのみに設けられていても良い。

【0038】

図３，４の一方向偏心形式の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部は、小径の上柱２を、下柱１に対して断面の１辺が揃うように偏心させ、その直交方向に対しては互いに柱心が一致するように配置したものである。鉄骨梁６は、上下の柱２，１が一致する柱面を除く３方に接合されている。鉄骨梁６は、１方または２方のみに接合しても、また４方に接合しても良い。その他の構成は、図１，２と共に前述した心合わせ形式の鉄骨柱梁接合部と同じである。

【0039】

図５，６の二方向偏心形式の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部は、小径の上柱２を、下柱１に対して隣合う２辺が揃うように、すなわち一つの角部が一致するように偏心させて配置したものである。鉄骨梁６は、前記一つの角部に対して対角線方向に対向する角部の両側に隣合う２辺に接合されている。鉄骨梁６は、１方のみに接合しても、また３方または４方に接合しても良い。その他の構成は、図１，２と共に前述した心合わせ形式の鉄骨柱梁接合部と同じである。

【0040】

上記の上下柱異径の鉄骨柱梁接合部を対象とする耐力予測方法および設計方法を説明する。
まず、上部通しダイアフラムの上柱２の面外曲げによる降伏曲げ耐力 fＭy の予測方法の概略を説明する。ここでの説明では、予測対象となる鉄骨柱梁接合部は、上記の心合わせ形式、一方向偏心形式、および二方向偏心形式のいずれであっても良い。

【0041】

この耐力予測方法は、上柱２に軸力Ｎが作用する場合の、上部通しダイアフラム５の面外曲げによる降伏曲げ耐力 fＭy を、降伏線理論を用い、上柱の軸力Ｎを反映させて求める。なお、以下の説明において、単に「ダイアフラム」とあるのは、「上部通しダイアフラム５」を意味する。
この面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy は、次式（１）によって求める。

【0042】

【数7】

【0043】

上記の式（１）によって面外曲げ降伏曲げ耐力 fＭy が求まる理由を説明する。
上部通しダイアフラム５に形成される降伏線の、単位長さ当たりの降伏曲げモーメント LｄＭy を次式で与える。

【0044】

【数8】

【0045】

ここで、ｔd ：上部通しダイアフラムの板厚
σy ：上部通しダイアフラムの降伏応力度
である。

【0046】

各降伏線の長さをＬi 、回転角をθi 、角単位長さ当たりの降伏曲げモーメントを LＭy とすると、降伏線における内部仕事 LＥi は、次式で与えられる。
LＥi ＝Ｌi ・ LＭy ・θi
上柱１の降伏応力度を Cσy 、軸降伏領域における歪みをεi 、体積をＶi とすると、軸降伏領域における内部仕事Ｅviは、次式で与えられる。
Ｅvi＝ Cσy ・εi ・Ｖi
内部仕事Ｅは、降伏線における内部仕事 LＥi と軸降伏領域における内部仕事Ｅviの和で与えられる。
Ｅ＝Σ LＥi ＋ΣＥvi
LＥi ＝Ｌi ・ LＭy ・θi

【0047】

面外曲げによる降伏曲げ耐力を fＭy 、柱軸力をＮ、接合部の回転角をθ、軸方向変位をδとすると、外力による仕事Ｗは次式で与えられる。
Ｗ＝ fＭy ・θ＋Ｎ・δ
内部仕事Ｅと外力による仕事Ｗを等しいと置くと、降伏曲げ耐力 fＭy と柱軸力Ｎの関係は、次式、つまり前述の式（１）で与えられる。

【0048】

【数9】

【0049】

接合部の最大耐力につき説明する。
上部通しダイアフラム５に形成される降伏線の単位長さ当たりの全塑性曲げモーメント LｄＭｐ を次式で与え、降伏耐力と同様の計算により、接合部の最大耐力を算出する。

【0050】

【数10】

【0051】

この耐力予測方法によると、上記のように、上部通しダイアフラム５の面外曲げによる降伏曲げ耐力 fＭy を、降伏線理論を用い、上柱２の軸力Ｎを反映させて求めるため、降伏曲げ耐力 fＭy を精度高く予測することができる。しかも、その他の解析方法を用いる場合に比べて手間をかけずに容易に予測することができる。

【0052】

次に、板厚の設計方法、およびこの設計方法で用いる耐力予測方法を説明する。なお、これらの方法の適用範囲は、鉄骨造の建築物、または鉄骨造と鉄筋コンクリート造，その他の構造とを併用する建築物の鉄骨造の接合部に適用する。建築物の規模に制限はない。

【0053】

上部通しダイアフラム５の接合部の設計方法を説明する。
上部通しダイアフラム５の必要板厚の算定においては、降伏耐力と最大耐力の２種類の耐力評価および接合部剛性の評価を行い、検討する。耐力に関しては、降伏線理論に基づいて、この実施形態で独自に導いた耐力式を用いてダイアフラム接合部の耐力を算定する。降伏耐力については上柱２の降伏曲げ耐力Ｍy 以上、最大耐力については上柱の全塑性曲げ耐力Ｍp の１．３倍以上となることを条件に、上部通しダイアフラム５の必要板厚を設定する。ただし、上柱の軸力比が０．７以下であることを条件とする。剛性に関しては、上部通しダイアフラム５の接合部の回転剛性が上柱２の剛度の２５倍以上となることを条件に上部通しダイアフラム５の必要板厚を設定する。
なお、上記の適用条件とする、最大耐力が上柱の全塑性曲げ耐力Ｍp の１．３倍以上、上柱の軸力比が０．７以下、上部通しダイアフラム５の接合部の回転剛性が上柱２の剛度の２５倍以上と言う各条件は、試験結果などに応じて任意に設定する。

【0054】

上部通しダイアフラム５の板厚は、以下の条件式を満足するように設定する。ただし、上柱２に作用する軸力は上柱の軸力比が０．７以下であることを条件とする。
ｔd ≧ max（ strｔd ， rigｔd ，ｔcu，ｔcl） …（1.1）
ｔp ≧ｔd …（1.2）
ここで、ｔd ：上部通しダイアフラムの必要板厚
strｔd ：耐力評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚
rigｔd ：剛性評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚
ｔcu：上柱板厚
ｔcl：下柱板厚
ｔp：接合部パネルの板厚

【0055】

耐力評価式を満足する上部通しダイアフラム板厚 strｔd は、以下の条件式を満足するように設定する。
jＭy ≧（１−ｎ） cＭy （ｎ≦０．７） …（1.3）
jＭu ≧１．３・ν・ cＭp （ｎ≦０．７） …（1.4）

【0056】

【数11】

【0057】

ここで、 jＭy ：上部通しダイアフラムの降伏曲げ耐力
jＭu ：上部通しダイアフラムの最大曲げ耐力
cＭy ：上柱の降伏曲げ耐力
cＭp ：上柱の全塑性曲げ耐力
ｎ : 柱軸力比
Ｎ ：上柱に作用する軸力
Ｎy ：上柱の降伏軸力
cＡu ：上柱の断面積
cＦy ：上柱の基準強度
ν ：上柱の軸力による全塑性曲げモーメントの低下率
ｎ≦０．５の場合 ν＝１−４ｎ² ／３ …（1.6）
０．５＜ｎ≦０．７の場合 ν＝４（１−ｎ）／３ …（1.7）

【0058】

上部通しダイアフラムの降伏曲げ耐力_jM_yは次式による。

…（1.8）
ここで、_fM_y : 上部通しダイアフラム接合部の面外曲げ降伏耐力
_pM_y : 上部通しダイアフラム接合部のパンチングシャー降伏耐力

【0059】

上部通しダイアフラム接合部の最大曲げ耐力_jM_uは次式による。

…（1.9）
ここで、 _fM_u : 上部通しダイアフラム接合部の面外曲げ最大耐力
_pM_u : 上部通しダイアフラム接合部のパンチングシャー最大耐力

【0060】

上部通しダイアフラム板厚 _rigｔ_d は、以下の剛性評価式で示される条件式を満足するように設定する。

【0061】

【数12】

【0062】

上部通しダイアフラム５の降伏曲げ耐力_jM_yおよび最大曲げ耐力_jM_uは、降伏線理論に基づいて算定されている。算定方法の詳細については以降の節に示す。

【0063】

（心合わせ接合部の耐力）
（心合わせ接合部の面外曲げ降伏耐力）
図７および図８に、心合わせ接合部の面外曲げ降伏機構を示す。図の太線は降伏線で、d はB, B’点における仮想変位である。上柱に、軸力と基端での曲げ力が作用した場合の圧縮軸降伏領域(1)と引張軸降伏領域(2)を設定し、それぞれ黒塗りとハッチングで示している。x とy は降伏線の位置を定義する寸法で、内部仕事を最小とする条件で値が決まる。図７の降伏機構Ｉは、柱軸力が小さく中立軸y（上柱の軸心からyの位置）が上柱の内側に位置する場合のものである。柱軸力が大きくなるに従って中立軸yが移動し、図８の降伏機構IIに示すように、中立軸yが上柱の外側に位置する降伏機構に移行する。
なお、図において、点Ａ，Ａ′，Ｃ，Ｃ′，Ｅ，Ｅ′は、平面視で下柱１の内周面上の位置であり、図７では、点Ａ，Ａ′，Ｅ，Ｅ′は角部に位置している。点Ｂ，Ｂ′，Ｄ，Ｄ′は、上柱２の外周面上の位置である。

【0064】

降伏機構Ｉを図８に示す。各降伏線の回転角を以下の式で与える。

【0065】

【数13】

【0066】

【数14】

【0067】

【数15】

【0068】

各降伏線における内部仕事は以下の式で与えられる。ここで、ダイアフラムと接合部パネルの交線に位置する降伏線（AC, A’C’, CE, C’E’, AA’, EE’）については、_LdM_yと_LpM_yのいずれか小さい方を用いる。

…(2.14)

…(2.15)

…(2.16)

…(2.17)

…(2.18)

…(2.19)

…(2.20)

…(2.21)

…(2.22)

…(2.23)

【0069】

【数16】

【0070】

【数17】

【0071】

【数18】

【0072】

面外曲げによる降伏曲げ耐力を_fM_y、柱軸力をNとすると、外力による仕事Wは次式で与えられる。

…(2.34)
全ての降伏線と軸降伏領域における内部仕事の和をEとする。内部仕事Eと外力による仕事Wを等しいと置くと、面外曲げ降伏耐力_fM_yと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0073】

【数19】

【0074】

降伏線の位置を定義する寸法xとyは_fM_yを最小にする条件より求める。

【0075】

降伏機構II（柱軸力が大きく、中立軸が上柱の外側にある場合）
降伏機構IIを図８に示す。各降伏線の回転角を以下の式で与える。

【0076】

【数20】

【0077】

各降伏線における内部仕事は以下の式で与えられる。

…(2.42)

…(2.43)

…(2.44)

…(2.45)

…(2.46)

…(2.47)

【0078】

【数21】

【0079】

【数22】

【0080】

面外曲げによる降伏曲げ耐力を_fM_y、柱軸力をNとすると、外力による仕事Wは次式で与えられる。

…(2.54)
全ての降伏線と軸降伏領域における内部仕事の和をEとする。内部仕事Eと外力による仕事Wを等しいと置くと、面外曲げ降伏耐力_fM_yと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0081】

【数23】

【0082】

（心合わせ接合部の面外曲げ最大耐力）
面外曲げ最大耐力は前節と同様の計算で求める。ただし、以下の点が異なる。
ダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント_LdM_yの代わりに、全塑性モーメント_LdM_pを用いる。

【0083】

【数24】

【0084】

【数25】

【0085】

軸降伏領域(1)および(2)における内部仕事を求めるに当たっては、上柱の降伏応力度_ｃσ_ｙの代わりに引張強さ_cσ_uを用いる。

…(2.58)

…(2.59)
ここで _cσ_u : 上柱の引張強さ

【0086】

（心合わせ接合部のパンチングシャー降伏耐力）
図９に心合わせ接合部のパンチングシャー降伏機構を示す。図の太線がパンチングシャー降伏線である。
パンチングシャー降伏線を、板厚t_d’の矩形鋼管に置換する。t_d’は次式で与える。

…(2.60)
t_d : ダイアフラムの厚さ

【0087】

【数26】

…(2.64)
_ds_y : ダイアフラムの降伏応力度

【0088】

（心合わせ接合部のパンチングシャー最大耐力）
パンチングシャー最大耐力は前節と同様の計算で求める。縁応力が引張強さとなる条件より、パンチングシャー最大耐力_pM_uと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0089】

【数27】

【0090】

（一方向偏心接合部の耐力）
（一方向偏心接合部の面外曲げ降伏耐力）
図１０に一方向偏心接合部の面外曲げ降伏機構を示す。dはB, B’点における仮想変位である。上柱に圧縮軸降伏領域(1)と引張軸降伏領域(2)を設定し、それぞれ黒塗りとハッチングで示している。xとyは降伏線の位置を定義する寸法で、内部仕事を最小とする条件で値が決まる。一方向偏心接合部は作用する曲げモーメントの向きによって耐力が異なるが、ここでは接合部にとって最も不利となる荷重条件について示す。

【0091】

【数28】

【0092】

【数29】

【0093】

【数30】

【0094】

各降伏線における内部仕事は以下の式で与えられる。ここで、ダイアフラムと接合部パネルの交線に位置する降伏線（AC, A’C’, AA’）については、_LdM_yと_LpM_yのいずれか小さい方を用いる。

…(3.11)

…(3.12)

…(3.13)

…(3.14)

…(3.15)

…(3.16)

【0095】

【数31】

【0096】

【数32】

【0097】

軸降伏領域(1)における内部仕事E_V1は次式で与えられる。

…(3.20)
_cs_y : 上柱の降伏応力度
軸降伏領域(2)の歪e₂は次式で与えられる。

【0098】

【数33】

【0099】

軸降伏領域(1)の体積V₂は次式で与えられる。

…(3.22)
軸降伏領域(2)における内部仕事E_V2は次式で与えられる。

…(3.23)
接合部の回転角qは次式で与えられる。

…(3.24)
接合部の軸方向の仮想変位d₃は次式で与えられる。

【0100】

【数34】

【0101】

面外曲げによる降伏曲げ耐力を_fM_y、柱軸力をNとすると、外力による仕事Wは次式で与えられる。

…(3.26)
全ての降伏線と軸降伏領域における内部仕事の和をEとする。内部仕事Eと外力による仕事Wを等しいと置くと、面外曲げ降伏耐力_fM_yと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0102】

【数35】

【0103】

（一方向偏心接合部の面外曲げ最大耐力）
面外曲げ最大耐力は前節と同様の計算で求める。ただし、以下の点が異なる。
ダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント_LdM_yの代わりに、全塑性モーメント_LdM_pを用いる。

【0104】

【数36】

【0105】

接合部パネルの上部に形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント_LpM_yの代わりに、全塑性モーメント_LpM_pを用いる。

【0106】

【数37】

【0107】

軸降伏領域(1)および(2)における内部仕事を求めるに当たっては、上柱の降伏応力度_cs_yの代わりに引張強さ_cs_uを用いる。

…(3.30)

…(3.31)
_cs_u : 上柱の引張強さ

【0108】

（一方向偏心接合部のパンチングシャー降伏耐力）
図１１に一方向偏心接合部のパンチングシャー降伏機構を示す。ダイアフラムにパンチングシャー降伏線を仮定する（B-A-C-D間）。B-D間は上柱が降伏すると仮定する。

パンチングシャー降伏線を板厚t_d’の鋼板に置換する。t_d’は次式で与える。

…(3.32)
t_d : ダイアフラムの厚さ
上柱の中心から置換断面の中立軸までの距離をy₀と置くと、置換断面の断面二次モーメントI₀は次式で与えられる。

【0109】

【数38】

【0110】

中立軸から圧縮側縁までの距離y_cは、

…(3.34)
中立軸から引張側縁までの距離y_tは、

…(3.35)
圧縮側断面係数Z_cは、

…(3.36)
引張側断面係数Z_tは、

…(3.37)
置換断面の断面積A₀は、

…(3.38)
圧縮側縁応力が降伏応力度となる条件より、二方向偏心接合部のパンチングシャーによる降伏曲げモーメント_pM_ycと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0111】

【数39】

引張側縁応力が降伏応力度となる条件より、一方向偏心接合部のパンチングシャーによる降伏曲げモーメント_pM_ytと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0112】

【数40】

【0113】

一方向偏心接合部のパンチングシャー降伏曲げ耐力_pM_yは次式で与える。

…(3.41)

【0114】

（一方向偏心接合部のパンチングシャー最大耐力）
一方向偏心接合部のパンチングシャー最大曲げ耐力_pM_uは次式で与える。

…(3.42)

【0115】

【数41】

【0116】

（二方向偏心接合部の耐力）
（二方向偏心接合部の面外曲げ降伏耐力）
図１２に二方向偏心接合部の面外曲げ降伏機構を示す。図の太線は降伏線で、dはB, B’点における仮想変位である。上柱に圧縮軸降伏領域(1)と(2)、引張軸降伏領域(3)を設定し、それぞれ黒塗りとハッチングで示している。x, y, zは降伏線の位置を定義する寸法で、内部仕事を最小とする条件で決まる。二方向偏心接合部は作用する曲げモーメントの向きによって耐力が異なるが、ここでは接合部にとって最も不利となる荷重条件について示す。

【0117】

【数42】

【0118】

【数43】

【0119】

【数44】

【0120】

【数45】

【0121】

各降伏線における内部仕事は以下の式で与えられる。ここで、ダイアフラムと接合部パネルの交線に位置する降伏線（AC, A’C’, AA’）については、_LdM_yと_LpM_yのいずれか小さい方を用いる。

…(4.14)

…(4.15)

…(4.16)

…(4.17)

…(4.18)

…(4.19)

…(4.20)

…(4.21)

…(4.22)

【0122】

【数46】

【0123】

軸降伏領域(2)の歪e₂は次式で与えられる。

…(4.27)
軸降伏領域(2)の体積V₂は次式で与えられる。

【0124】

【数47】

【0125】

軸降伏領域(2)における内部仕事E_V2は次式で与えられる。

…(4.29)
軸降伏領域(3)の歪e₃は次式で与えられる。

【0126】

【数48】

【0127】

軸降伏領域(3)の体積V₃は次式で与えられる。

…(4.31)
軸降伏領域(3)における内部仕事E_V3は次式で与えられる。

…(4.32)
接合部の回転角qは次式で与えられる。

…(4.33)
面外曲げによる降伏曲げ耐力を_fM_y、作用軸力をNとすると、外力による仕事Wは次式で与えられる。

…(4.34)
全ての降伏線と軸降伏領域における内部仕事の和をEとする。内部仕事Eと外力による仕事Wを等しいと置くと、接合部の面外曲げ降伏耐力_fM_yと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0128】

【数49】

【0129】

（二方向偏心接合部の面外曲げ最大耐力）
面外曲げ最大耐力は前節と同様の計算で求める。ただし、以下の点が異なる。

【0130】

【数50】

【0131】

軸降伏領域における内部仕事を求めるに当たっては、上柱の降伏応力度_cs_yの代わりに引張強さ_cs_uを用いる。

…(4.38)

…(4.39)

…(4.40)
ここで _cs_u : 上柱の引張強さ

【0132】

（二方向偏心接合部のパンチングシャー降伏耐力）
図１３に二方向偏心接合部のパンチングシャー降伏機構を示す。ダイアフラムにパンチングシャー降伏線を仮定する（B-A-C間）。B-D-C間は上柱が降伏すると仮定する。
パンチングシャー降伏線を板厚t_d’の鋼板に置換する。t_d’は次式で与える。

…(4.41)
t_d : ダイアフラムの厚さ
上柱の中心から置換断面の中立軸までの距離をy₀と置くと、置換断面の断面二次モーメントI₀は次式で与えられる。

【0133】

【数51】

【0134】

中立軸から圧縮側縁までの距離y_cは、

…(4.43)
中立軸から引張側縁までの距離y_tは、

…(4.44)
圧縮側断面係数Z_cは、

…(4.45)
引張側断面係数Z_tは、

…(4.46)
置換断面の断面積A₀は、

…(4.47)

【0135】

【数52】

【0136】

二方向偏心接合部のパンチングシャーによる降伏曲げ耐力_pM_yは次式で与える。

…(4.50)

【0137】

（二方向偏心接合部のパンチングシャー最大耐力）
二方向偏心接合部のパンチングシャー最大曲げ耐力_pM_uは次式で与える。

…(4.51)

【0138】

【数53】

【0139】

（二方向偏心接合部（45度方向入力）の耐力）
（二方向偏心接合部（45度方向入力）の面外曲げ降伏耐力）
図１４に二方向偏心45度方向入力のダイアフラム接合部面外曲げ降伏機構（右方向載荷）を示す。図の太線は降伏線で、d は仮想変位である。上階柱に圧縮軸降伏領域(1)と引張軸降伏領域(2)を設定し、それぞれ黒塗りとハッチングで示している。y は降伏線の位置を定義する寸法で、内部仕事を最小とする条件で値が決まる。二方向偏心接合部（45度方向入力）は作用する曲げモーメントの向きによって耐力が異なるが、ここでは図１４に示す荷重条件についての計算過程を示す。

【0140】

【数54】

【0141】

【数55】

【0142】

【数56】

【0143】

各降伏線における内部仕事は以下の式で与えられる。

…(5.13)

…(5.14)

…(5.15)

…(5.16)

…(5.17)

…(5.18)
軸降伏領域(1)の歪e₁は次式で与えられる。

…(5.19)

【0144】

【数57】

【0145】

軸降伏領域(1)における内部仕事E_V1は次式で与えられる。

…(5.21)
_cs_y : 上柱の降伏応力度
軸降伏領域(2)の歪e₂は次式で与えられる。

…(5.22)

【0146】

【数58】

【0147】

軸降伏領域(2)における内部仕事E_V2は次式で与えられる。

…(5.24)
面外曲げによる降伏曲げ耐力を_fM_y、作用軸力をNとすると、外力による仕事Wは次式で与えられる。

…(5.25)

【0148】

【数59】

【0149】

（二方向偏心接合部（45度方向入力）の面外曲げ最大耐力）
面外曲げ最大耐力は前節と同様の計算で求める。ただし、以下の点が異なる。
ダイアフラムに形成される降伏線の単位長さ当たりの降伏曲げモーメント_LdM_yの代わりに、全塑性モーメント_LdM_pを用いる。

【0150】

【数60】

【0151】

軸降伏領域における内部仕事を求めるに当たっては、上柱の降伏応力度_cs_yの代わりに引張強さ_cs_uを用いる。

…(5.29)

…(5.30)
_cs_u : 上柱の引張強さ

【0152】

（二方向偏心接合部（45度方向入力）のパンチングシャー降伏耐力）
図１５に二方向偏心接合部のパンチングシャー降伏機構を示す。ダイアフラムにパンチングシャー降伏線を仮定する。
パンチングシャー降伏線を板厚t_d’の鋼板に置換する。t_d’は次式で与える。

…(5.31)
t_d : ダイアフラムの厚さ

【0153】

【数61】

【0154】

置換断面の断面積A’は次式で与えられる。

…(5.34)
縁応力が降伏応力度となる条件より、二方向偏心接合部のパンチングシャーによる降伏曲げモーメント_pM_yと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【数62】

【0155】

（二方向偏心接合部（45度方向入力）のパンチングシャー最大耐力）
パンチングシャー最大耐力は前節と同様の計算で求める。縁応力が引張強さとなる条件より、パンチングシャー最大耐力_pM_uと柱軸力Nの関係は次式で与えられる。

【0156】

【数63】

【0157】

以上の実施形態の方法で、上部通しダイアフラム５の耐力予測を行った結果を、実際の接合部を製作して試験した結果と比較したところ、実施形態の耐力式の計算結果は、試験結果とほぼ一致しており、降伏耐力、最大耐力ともに、実用上十分な精度で、かつ安全側の評価となっている。

【0158】

図１６は、他の実施形態に係る設計方法で用いる上部通しダイアフラムの板厚の選定用の表の説明図である。この表２０は、行と列からなる表であって、各行に、下柱の各種の幅寸法を定め、各欄に上柱の各種の幅寸法の他方を定めている。また、各行は、下柱の鋼管の板厚毎に細分し、さらに各板厚毎に、下柱の寸法毎に心合わせ形式，一方向偏心形式，二方向偏心形式の３種類の接合形式に細分している。各欄は、上柱の鋼管の板厚毎に細分している。これらの細分された各行と列が交差する枡内に、対応する下柱と上柱の幅寸法に場合に適切となる上部通しダイアフラムの板厚を記載している。
この枡内に記載する板厚の値は、この明細書の発明を実施するための形態の欄で述べた各条件式を満足する厚さとしている。なお、行と列は、互いに逆にしても良い。

【0159】

この実施形態では、上下柱異径の鉄骨柱梁接合部における上部通しダイアフラム５の板厚を、下柱１の幅寸法と上柱２の幅寸法、下柱１と上柱の板厚、および上記３種類の接合形式に応じて、表２０の該当する枡内に記載された板厚以上とする。板厚の上限は、無駄に厚くならないように、任意に定めれば良い。

【0160】

この設計方法によると、下柱１と上柱２の幅寸法、板厚の組み合わせ、および接合形式毎に、適切となる上部通しダイアフラム５の板厚を定めた表２０を用い、この表２０に定められた板厚以上として板厚を設計するため、個々の建物毎や個々の柱毎に、板厚設計のための複雑な耐力計算を行うことなく、適切な板厚を簡単に設計することができる。また上記の表２０には、この発明の前記実施形態の予測方法による信頼性の高い板厚の値が定められているため、信頼性の高い板厚設計が行える。

【0161】

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、梁がＨ形鋼からなる場合を示したが、溶接組立Ｈ形断面材などであってもよい。
また、本発明では、面外曲げ降伏耐力ｆＭｙ、パンチングシャー降伏耐力ｐＭｙ、面外曲げ終局耐力ｆＭｕ、及び、パンチングシャー終局耐力ｐｓＭｕを、上記の式で求める場合を示したが、これに限らず、要は、降伏線理論を用い、この降伏線理論に上柱の軸力を反映させて求めるようになされたものであればよい。

【符号の説明】

【0162】

１：下柱
２：上柱
３：接合部パネル
４：下部通しダイアフラム
５：上部通しダイアフラム
６：鉄骨梁
２０：表

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】