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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024104901
(43)【公開日】2024-08-06
(54)【発明の名称】建築用鋼材、鉄骨構造、及び鉄骨構造の設計方法
(51)【国際特許分類】
E04C 3/04 20060101AFI20240730BHJP
E04C 3/32 20060101ALI20240730BHJP
E04B 1/24 20060101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
E04C3/04 ESW
E04C3/32
E04B1/24 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023009330
(22)【出願日】2023-01-25
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】小野木 武司
(72)【発明者】
【氏名】木村 慧
(72)【発明者】
【氏名】川田 裕之
(72)【発明者】
【氏名】清水 信孝
【テーマコード（参考）】
2E163
【Ｆターム（参考）】
2E163FA02
2E163FA12
(57)【要約】
【課題】座屈を抑えて崩壊モードを安定させた建築用鋼材を提供する。
【解決手段】建築物２の梁に用いられる建築用鋼材１１であって、（１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、（１）式を満たす温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３）式を満たす、建築用鋼材。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（１）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３）
【選択図】図１
【解決手段】建築物２の梁に用いられる建築用鋼材１１であって、（１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、（１）式を満たす温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３）式を満たす、建築用鋼材。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（１）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３）
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建築物の梁に用いられる建築用鋼材であって、
（１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（１）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３）式を満たす、建築用鋼材。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（１）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３）
（１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（１）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３）式を満たす、建築用鋼材。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（１）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３）
【請求項2】
建築物の柱に用いられる建築用鋼材であって、
（４）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（５）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（４）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（６）式を満たす、建築用鋼材。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（４）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（５）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（６）
（４）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（５）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（４）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（６）式を満たす、建築用鋼材。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（４）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（５）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（６）
【請求項3】
請求項１又は２に記載の建築用鋼材を備える、鉄骨構造。
【請求項4】
建築用鋼材を備える鉄骨構造であって、（７）式を満たす温度Ｔ（℃）において、前記建築用鋼材の外力によって生じる歪が急激に増加した際に、前記建築用鋼材に座屈が発生しない、鉄骨構造。
５００≦Ｔ ・・（７）
５００≦Ｔ ・・（７）
【請求項5】
建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方において、
（１１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（１２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記温度Ｔ（℃）かつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（１３）式を満たす、鉄骨構造。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（１１）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（１２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（１３）
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方において、
（１１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（１２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記温度Ｔ（℃）かつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（１３）式を満たす、鉄骨構造。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（１１）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（１２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（１３）
【請求項6】
建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記温度Ｔにおける降伏応力σｙとが、（１４）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σｙ≦σｃｒ ・・（１４）
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記温度Ｔにおける降伏応力σｙとが、（１４）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σｙ≦σｃｒ ・・（１４）
【請求項7】
建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記建築用鋼材に作用する外力σとが、（１５）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σ≦σｃｒ ・・（１５）
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記建築用鋼材に作用する外力σとが、（１５）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σ≦σｃｒ ・・（１５）
【請求項8】
前記建築用鋼材から採取した試験片を、前記温度Ｔに加熱した状態で、一定の前記歪速度εｖで一度引張ることで、前記高温ヤング率を算出する、請求項６又は７に記載の鉄骨構造の設計方法。
【請求項9】
前記建築用鋼材から採取した試験片を、前記温度Ｔに加熱した状態で、一定の前記歪速度εｖで繰り返し引張ることで、前記高温ヤング率を算出する、請求項６又は７に記載の鉄骨構造の設計方法。
【請求項10】
建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、前記建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定したときに、
前記接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記温度Ｔ（℃）における降伏応力σｙとが、（１６）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σｙ≦σｃｒ ・・（１６）
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、前記建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定したときに、
前記接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記温度Ｔ（℃）における降伏応力σｙとが、（１６）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σｙ≦σｃｒ ・・（１６）
【請求項11】
建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、前記建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定したときに、
前記接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記外力σとが、（１７）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σ≦σｃｒ ・・（１７）
前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、
を備える鉄骨構造の設計方法であって、
前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、
３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、前記建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定したときに、
前記接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記外力σとが、（１７）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法。
σ≦σｃｒ ・・（１７）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建築用鋼材、鉄骨構造、及び鉄骨構造の設計方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、鋼材の高温ヤング率が、歪速度依存性を有することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、高温ヤング率を静的試験により測定する方法は、非特許文献２に記載されているように、非特許文献３に準拠して、歪速度が０．１～０．５％／ｍｉｎの範囲で行われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】桜井裕著、「熱分析ここがポイント－１、ヤング率七変化」、金属、Vol.66 (1996)、No.9、p.29-32
【非特許文献2】JIS Z 2280:1993 金属材料の高温ヤング率試験方法
【非特許文献3】JIS G 0567:2020 鉄鋼材料及び耐熱合金の高温引張試験方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、火災時に加熱を受けたときの、鉄骨構造の挙動について説明する。図１に示すように、例えば、鉄骨構造１００は、建築用鋼材である複数の柱１０２、及び複数の梁１０１が互いに接合されて構成されている。
それぞれの柱１０２は、上下方向に沿って延びている。複数の柱１０２は、互いに水平面に沿って間隔を空けて配置されている。複数の梁１０１の一部である床梁１０１Ａは、複数の柱１０２の下端部にそれぞれ接合されている。
複数の梁１０１の他の一部である天井梁１０１Ｂは、複数の柱１０２の上端部にそれぞれ接合されている。一対の天井梁１０１Ｂは、同一直線上に配置されている。ここで、一対の天井梁１０１Ｂの接合部を支持している柱１０２を、柱１０２Ａとも言う。
それぞれの柱１０２は、上下方向に沿って延びている。複数の柱１０２は、互いに水平面に沿って間隔を空けて配置されている。複数の梁１０１の一部である床梁１０１Ａは、複数の柱１０２の下端部にそれぞれ接合されている。
複数の梁１０１の他の一部である天井梁１０１Ｂは、複数の柱１０２の上端部にそれぞれ接合されている。一対の天井梁１０１Ｂは、同一直線上に配置されている。ここで、一対の天井梁１０１Ｂの接合部を支持している柱１０２を、柱１０２Ａとも言う。
【0005】
例えば、各天井梁１０１Ｂの長さを、Ｌと規定する。各天井梁１０１Ｂに作用する等分布荷重を、ｗと規定する。
このとき、例えば、各天井梁１０１Ｂの軸線方向の端に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／１２）である。各天井梁１０１Ｂの軸線方向の中心に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／２４）である。
このとき、例えば、各天井梁１０１Ｂの軸線方向の端に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／１２）である。各天井梁１０１Ｂの軸線方向の中心に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／２４）である。
【0006】
このように構成された鉄骨構造１００の火災時の挙動は、以下のようになる。
例えば、図２に示すように、柱１０２又は梁１０１である一部の鉄骨部材が先行して耐力喪失する場合、応力の再分配が生じて他部材の外力条件が変化する。
具体的には、例えば、火災時の熱により柱１０２Ａが座屈する場合、柱１０２Ａの軸耐力が急激に低下する。このため、柱１０２Ａが支持している一対の天井梁１０１Ｂには、瞬時に大きな曲げモーメントが作用する。例えば、柱１０２Ａにより支持されず一体となった一対の天井梁１０１Ｂ全体において、軸線方向の端に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／３）である。一対の天井梁１０１Ｂ全体の軸線方向の中心に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／６）である。
例えば、図２に示すように、柱１０２又は梁１０１である一部の鉄骨部材が先行して耐力喪失する場合、応力の再分配が生じて他部材の外力条件が変化する。
具体的には、例えば、火災時の熱により柱１０２Ａが座屈する場合、柱１０２Ａの軸耐力が急激に低下する。このため、柱１０２Ａが支持している一対の天井梁１０１Ｂには、瞬時に大きな曲げモーメントが作用する。例えば、柱１０２Ａにより支持されず一体となった一対の天井梁１０１Ｂ全体において、軸線方向の端に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／３）である。一対の天井梁１０１Ｂ全体の軸線方向の中心に作用する曲げモーメントは、（ｗＬ２／６）である。
【0007】
このとき、各天井梁１０１Ｂに作用する等分布荷重が再分配され、一対の天井梁１０１Ｂには常温設計時の想定を上回る曲げモーメントが作用する可能性がある。図３に示すように、柱１０２及び梁１０１の断面形状等によっては、降伏耐力あるいは全塑性耐力を確保せずに局部座屈等が発生して、例えば天井梁１０１Ｂに、局部座屈による局部座屈部１０３が形成される場合がある。この場合には、局部座屈部１０３が曲げ応力を伝達できないため、鉄骨構造１００が不安定な崩壊モードになる。
【0008】
一方で、図４に示すように、柱１０２及び梁１０１の断面形状等によっては、例えば天井梁１０１Ｂに、塑性変形による塑性ヒンジ１０４が形成される場合がある。この場合には、塑性ヒンジ１０４は一定の曲げ応力を伝達できるため、鉄骨構造１００が安定な崩壊モードになる。
【0009】
また、応力再分配後の局部座屈を抑制する観点で、柱１０２及び梁１０１の外面に設ける耐火被覆の厚さを設計すると、耐火被覆の厚さが過剰となる。この場合、鉄骨構造１００の設計が、不経済になる可能性がある。
【0010】
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、座屈を抑えて崩壊モードを安定させた建築用鋼材、この建築用鋼材を備える鉄骨構造、及び鉄骨構造の設計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】
【0011】
前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。
（１）本発明の態様１は、建築物の梁に用いられる建築用鋼材であって、（１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（１）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３）式を満たす、建築用鋼材である。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（１）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３）
（１）本発明の態様１は、建築物の梁に用いられる建築用鋼材であって、（１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（１）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３）式を満たす、建築用鋼材である。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（１）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３）
【0012】
この発明では、発明者等は、建築物の梁に用いられる建築用鋼材について鋭意検討を行った。その結果、（１）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（２）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（３）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
従って、建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0013】
（２）本発明の態様２は、建築物の柱に用いられる建築用鋼材であって、（４）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（５）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記（４）式を満たす前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（６）式を満たす、建築用鋼材である。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（４）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（５）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（６）
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（４）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（５）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（６）
【0014】
この発明では、発明者等は、建築物の柱に用いられる建築用鋼材について鋭意検討を行った。その結果、（４）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（５）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（６）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
従って、建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0015】
（３）本発明の態様３は、（１）又は（２）に記載の建築用鋼材を備える、鉄骨構造である。
この発明では、座屈を抑えて崩壊モードを安定させた建築用鋼材を用いて、鉄骨構造を構成することができる。
この発明では、座屈を抑えて崩壊モードを安定させた建築用鋼材を用いて、鉄骨構造を構成することができる。
【0016】
（４）本発明の態様４は、建築用鋼材を備える鉄骨構造であって、（７）式を満たす温度Ｔ（℃）において、前記建築用鋼材の外力によって生じる歪が急激に増加した際に、前記建築用鋼材に座屈が発生しない、鉄骨構造である。
５００≦Ｔ ・・（７）
この発明では、発明者等は、（７）を満たす温度Ｔにおいて、歪速度による高温ヤング率の上昇効果が顕著になることを見出した。このため、高温ヤング率が比較的大きくなり、建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
５００≦Ｔ ・・（７）
この発明では、発明者等は、（７）を満たす温度Ｔにおいて、歪速度による高温ヤング率の上昇効果が顕著になることを見出した。このため、高温ヤング率が比較的大きくなり、建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0017】
（５）本発明の態様５は、建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、を備える鉄骨構造であって、前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方において、（１１）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（１２）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、前記温度Ｔ（℃）かつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（１３）式を満たす、鉄骨構造である。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（１１）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（１２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（１３）
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（１１）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（１２）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（１３）
【0018】
この発明では、第１建築用鋼材及び第２建築用鋼材の少なくとも一方が、（１１）式から（１３）式を満たす。例えば、第１建築用鋼材及び第２建築用鋼材の少なくとも一方が柱に用いられる第２建築用鋼材である場合について、発明者等は鋭意検討を行った。その結果、（１１）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（１２）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（１３）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、第２建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
従って、第２建築用鋼材の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0019】
（６）本発明の態様６は、建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記温度Ｔにおける降伏応力σｙとが、（１４）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法である。
σｙ≦σｃｒ ・・（１４）
σｙ≦σｃｒ ・・（１４）
【0020】
この発明では、建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、座屈耐力σｃｒに達して座屈するよりも先に、降伏応力σｙに達して、建築用鋼材に塑性化領域が形成される。塑性化領域は応力を伝達できるため、建築用鋼材が、座屈せずに崩壊モードを安定させることができる。
また、建築用鋼材を用いた梁もしくは柱の曲げモーメントを検討する際は、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが好ましい。ここで、Ｍｐは全塑性モーメントであり、塑性断面係数Ｚｐと降伏応力σｙの積である。また、Ｍｃｒは座屈モーメントであり、断面係数Ｚと座屈耐力σｃｒの積である。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、鉄骨構造のより安定的な崩壊モードを想定できる。
また、建築用鋼材を用いた梁もしくは柱の曲げモーメントを検討する際は、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが好ましい。ここで、Ｍｐは全塑性モーメントであり、塑性断面係数Ｚｐと降伏応力σｙの積である。また、Ｍｃｒは座屈モーメントであり、断面係数Ｚと座屈耐力σｃｒの積である。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、鉄骨構造のより安定的な崩壊モードを想定できる。
【0021】
（７）本発明の態様７は、建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記建築用鋼材に作用する外力σとが、（１５）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法である。
σ≦σｃｒ ・・（１５）
σ≦σｃｒ ・・（１５）
【0022】
この発明では、３００℃以上である温度Ｔにおいて、建築用鋼材に作用する外力σは座屈耐力σｃｒ以下であるため、建築用鋼材が座屈し始めるか建築用鋼材が座屈しない状態である。従って、建築用鋼材が座屈し難くなり、建築用鋼材が、座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0023】
（８）本発明の態様８は、前記建築用鋼材から採取した試験片を、前記温度Ｔに加熱した状態で、一定の前記歪速度εｖで一度引張ることで、前記高温ヤング率を算出する、（６）又は（７）に記載の鉄骨構造の設計方法であってもよい。
この発明では、建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで一度引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
この発明では、建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで一度引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
【0024】
（９）本発明の態様９は、前記建築用鋼材から採取した試験片を、前記温度Ｔに加熱した状態で、一定の前記歪速度εｖで繰り返し引張ることで、前記高温ヤング率を算出する、（６）又は（７）に記載の鉄骨構造の設計方法であってもよい。
ここで言う繰り返し引張るとは、例えば非特許文献２に準じて繰り返し引張ることを意味する。
この発明では、建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで繰り返し引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
ここで言う繰り返し引張るとは、例えば非特許文献２に準じて繰り返し引張ることを意味する。
この発明では、建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで繰り返し引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
【0025】
（１０）本発明の態様１０は、建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、前記建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定したときに、前記接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記温度Ｔ（℃）における降伏応力σｙとが、（１６）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法である。
σｙ≦σｃｒ ・・（１６）
σｙ≦σｃｒ ・・（１６）
【0026】
この発明では、建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、座屈耐力σｃｒに達して座屈するよりも先に、降伏応力σｙに達して、建築用鋼材に塑性化領域が形成される。塑性化領域は応力を伝達できるため、建築用鋼材が、座屈せずに崩壊モードを安定させることができる。また、座屈耐力σｃｒの算出に接線係数を用いることで、座屈耐力σｃｒを、より正確に算定することができる。
また、建築用鋼材を用いた梁もしくは柱の曲げモーメントを検討する際は、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが好ましい。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、鉄骨構造のより安定的な崩壊モードを想定できる。
また、建築用鋼材を用いた梁もしくは柱の曲げモーメントを検討する際は、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが好ましい。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、鉄骨構造のより安定的な崩壊モードを想定できる。
【0027】
（１１）本発明の態様１１は、建築物の梁に用いられる第１建築用鋼材と、前記建築物の柱に用いられ、前記第１建築用鋼材に接合された第２建築用鋼材と、を備える鉄骨構造の設計方法であって、前記第１建築用鋼材及び前記第２建築用鋼材の少なくとも一方である建築用鋼材において、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、前記建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定したときに、前記接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、前記外力σとが、（１７）式を満たすように設定する、鉄骨構造の設計方法である。
σ≦σｃｒ ・・（１７）
σ≦σｃｒ ・・（１７）
【0028】
この発明では、建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、建築用鋼材に作用する外力σは座屈耐力σｃｒ以下であるため、建築用鋼材が座屈し始めるか建築用鋼材が座屈しない状態である。従って、建築用鋼材が座屈し難くなり、建築用鋼材が、座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。また、座屈耐力σｃｒの算出に接線係数を用いることで、座屈耐力σｃｒを、より正確に算定することができる。
【発明の効果】
【0029】
本発明の建築用鋼材、鉄骨構造、及び鉄骨構造の設計方法では、座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】従来の鉄骨構造の通常時の挙動を示す概念図である。
【図2】同鉄骨構造の火災時の挙動を示す概念図である。
【図3】火災時に、同鉄骨構造に局部座屈が生じた状態を示す概念図である。
【図4】火災時に、同鉄骨構造に塑性ヒンジが生じた状態を示す概念図である。
【図5】温度に対する、Ｅ（Ｔ）／Ｅ（２０）の値の変化を示す図である。
【図6】ＢＴ－ＨＴ３８５Ｂのヤング率と温度との関係を示す図である。
【図7】歪速度鋭敏性係数と温度との関係を示す図である。
【図8】幅厚比に応じた種別を表す図である。
【図9】梁の室温の場合における、基準化応力と歪速度の関係を示す図である。
【図10】梁の６００℃の場合における、基準化応力と歪速度の関係を示す図である。
【図11】梁の７００℃の場合における、基準化応力と歪速度の関係を示す図である。
【図12】梁における降伏応力と座屈耐力との比較を示す図である。
【図13】梁における（Ｅ１／Ｅ０）と温度との関係を示す図である。
【図14】柱の室温の場合における、基準化応力と歪速度の関係を示す図である。
【図15】柱の６００℃の場合における、基準化応力と歪速度の関係を示す図である。
【図16】柱の７００℃の場合における、基準化応力と歪速度の関係を示す図である。
【図17】柱における降伏応力と座屈耐力との比較を示す図である。
【図18】柱における（Ｅ１／Ｅ０）と温度との関係を示す図である。
【図19】梁及び柱における（Ｅ１／Ｅ０）と歪速度との関係を示す図である。
【図20】真応力－真歪関係の例を示す図である。
【図21】６００℃、歪速度０．３％／ｍｉｎの場合における、局所ヤング率－真応力関係を示す図である。
【図22】６００℃、歪速度７．５％／ｍｉｎの場合における、局所ヤング率－真応力関係を示す図である。
【図23】高温応力－歪曲線の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
【0032】
〔１．鉄骨構造の構成〕
図１に示すように、本実施形態の鉄骨構造１は、複数の第１建築用鋼材（建築用鋼材）１１と、第２建築用鋼材（建築用鋼材）１２と、を備えている。鉄骨構造１は、建築物２に用いられる。本実施形態では、建築物２は１つの層を有する。なお、建築物は２つ以上の層を有してもよい。
すなわち、鉄骨構造１は、鉄骨構造１００の梁１０１、柱１０２に代えて、第１建築用鋼材１１、第２建築用鋼材１２、をそれぞれ備えている。
第１建築用鋼材１１は、建築物２の梁に用いられる。第２建築用鋼材１２は、建築物２の柱に用いられる。第１建築用鋼材１１及び第２建築用鋼材１２は、互いにボルト、溶接部等により接合されている。
建築物２は、鉄骨構造１以外に、図示しない床スラブ、壁等を備えている。
床スラブは、第１建築用鋼材１１により、床スラブの下方から支持されている。壁は、隣り合う第２建築用鋼材１２により支持されている。
図１に示すように、本実施形態の鉄骨構造１は、複数の第１建築用鋼材（建築用鋼材）１１と、第２建築用鋼材（建築用鋼材）１２と、を備えている。鉄骨構造１は、建築物２に用いられる。本実施形態では、建築物２は１つの層を有する。なお、建築物は２つ以上の層を有してもよい。
すなわち、鉄骨構造１は、鉄骨構造１００の梁１０１、柱１０２に代えて、第１建築用鋼材１１、第２建築用鋼材１２、をそれぞれ備えている。
第１建築用鋼材１１は、建築物２の梁に用いられる。第２建築用鋼材１２は、建築物２の柱に用いられる。第１建築用鋼材１１及び第２建築用鋼材１２は、互いにボルト、溶接部等により接合されている。
建築物２は、鉄骨構造１以外に、図示しない床スラブ、壁等を備えている。
床スラブは、第１建築用鋼材１１により、床スラブの下方から支持されている。壁は、隣り合う第２建築用鋼材１２により支持されている。
【0033】
〔２．建築用鋼材の高温ヤング率についての検討〕
図５に、温度に対する、Ｅ（Ｔ）／Ｅ（２０）の値の変化を示す。ここで、Ｅ（Ｔ）は温度Ｔ（℃）におけるヤング率であり、Ｅ（２０）は常温（２０℃）におけるヤング率である。試験に用いた鋼材は、建築構造用高性能鋼材であるＢＴ－ＨＴ６３０Ｃである。
０．３％／ｍｉｎ（分）という一定の歪速度で引張った試験結果を実線で示し、７．５％／ｍｉｎという一定の歪速度で引張った試験結果を点線で示す。一般的に、火災加熱を受ける鉄骨部材（鋼材）の歪速度は、鋼材等が降伏する前よりも降伏した後で、上昇する。
鋼材の高温ヤング率は、歪速度依存性を有している。ここで言う高温ヤング率とは、例えば、３００℃以上である温度Ｔ（℃）におけるヤング率を意味する。
図５に、温度に対する、Ｅ（Ｔ）／Ｅ（２０）の値の変化を示す。ここで、Ｅ（Ｔ）は温度Ｔ（℃）におけるヤング率であり、Ｅ（２０）は常温（２０℃）におけるヤング率である。試験に用いた鋼材は、建築構造用高性能鋼材であるＢＴ－ＨＴ６３０Ｃである。
０．３％／ｍｉｎ（分）という一定の歪速度で引張った試験結果を実線で示し、７．５％／ｍｉｎという一定の歪速度で引張った試験結果を点線で示す。一般的に、火災加熱を受ける鉄骨部材（鋼材）の歪速度は、鋼材等が降伏する前よりも降伏した後で、上昇する。
鋼材の高温ヤング率は、歪速度依存性を有している。ここで言う高温ヤング率とは、例えば、３００℃以上である温度Ｔ（℃）におけるヤング率を意味する。
【0034】
一般に、耐火設計において、高温ヤング率には、低歪速度域（０．１～０．５％／ｍｉｎ）の値が用いられる。しかし、火災加熱を受ける架構の一部材が耐力喪失する場合、応力再分配が生じて他部材の外力は増加する。このときの他部材の歪速度は高歪速度となると考えられる。
そこで、高歪速度域（＞０．５％／ｍｉｎ）の高温ヤング率を考慮することで、より高い座屈耐力を期待し、少なくとも部材の降伏耐力を発揮した安定的な崩壊モードを想定できると考えた。
そこで、高歪速度域（＞０．５％／ｍｉｎ）の高温ヤング率を考慮することで、より高い座屈耐力を期待し、少なくとも部材の降伏耐力を発揮した安定的な崩壊モードを想定できると考えた。
【0035】
図６に、建築構造用厚鋼板であるＢＴ－ＨＴ３８５Ｂのヤング率Ｅと温度Ｔとの関係を示す。図中の実線が歪速度０．３％／ｍｉｎ、破線が歪速度７．５％／ｍｉｎにおけるヤング率の実験値である。また、図中の太い実線は、Eurocode 3（Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings）に示されるヤング率の設計値である。なお、ヤング率の実験値は、高温引張試験より得た応力－歪関係から抽出した。
図６より、温度Ｔが４００℃以上の範囲において、高歪速度（７．５％／ｍｉｎ）の方が低歪速度（０．３％／ｍｉｎ）に比べてヤング率が大きいことがわかる。
本実施形態では、（２１）式を用いて高温ヤング率の歪速度依存性をモデル化した。温度Ｔ、歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１（Ｎ／ｍｍ２）は、（２１）式で表される。
図６より、温度Ｔが４００℃以上の範囲において、高歪速度（７．５％／ｍｉｎ）の方が低歪速度（０．３％／ｍｉｎ）に比べてヤング率が大きいことがわかる。
本実施形態では、（２１）式を用いて高温ヤング率の歪速度依存性をモデル化した。温度Ｔ、歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１（Ｎ／ｍｍ２）は、（２１）式で表される。
【0036】
【数1】
【0037】
ここで、Ｅ０は、温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率（高温基準ヤング率。Ｎ／ｍｍ２）である。εｖは、任意の歪速度（％／ｍｉｎ）である。εｖ０は、０．３％／ｍｉｎという一定の歪速度（基準歪速度）である。
ｍ（Ｔ）は、歪速度鋭敏性係数であり、（２２）式に示す温度Ｔの関数で表される。
ｍ（Ｔ）は、歪速度鋭敏性係数であり、（２２）式に示す温度Ｔの関数で表される。
【0038】
【数2】
【0039】
ここで、ｍ０～ｍ３は、高温ヤング率の実験値より求まる定数である。「ｅｘｐｘ」は、ネイピア数ｅを用いた指数関数「ｅｘ」を意味する。
本実施形態ではＢＴ－ＨＴ３８５Ｂに加え、ＢＴ－ＨＴ４４０Ｂ、ＢＴ－ＨＴ６３０Ｃのヤング率の実験値より、定数ｍ０～ｍ３を差分進化法（ＤＥ）によって同定した。例えば、ｍ０＝０．００２７、ｍ１＝８．２、ｍ２＝６６７、ｍ３＝０．２５である。定数ｍ０～ｍ３は、最小二乗法等により求めても良い。
図７に、歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）と温度Ｔとの関係を示す。図中のプロットはＢＴ－ＨＴ３８５Ｂ、４４０Ｂ、６３０Ｃの高温ヤング率より求めた歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）の実験値であり、破線は（２２）式を示す。
図７より、（２２）式は歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）の実験値を概ね精度良く近似できている。
以上のように、高温ヤング率Ｅ１は、歪速度依存性を有していることがわかった。高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性を活用し、梁１１等を比較的速い歪速度で変形させれば、梁１１等の剛性の低下が緩慢になる。梁１１等が準静的に変形するため、梁１１以外の部材及び接合部への衝撃荷重を緩和できる。
本実施形態ではＢＴ－ＨＴ３８５Ｂに加え、ＢＴ－ＨＴ４４０Ｂ、ＢＴ－ＨＴ６３０Ｃのヤング率の実験値より、定数ｍ０～ｍ３を差分進化法（ＤＥ）によって同定した。例えば、ｍ０＝０．００２７、ｍ１＝８．２、ｍ２＝６６７、ｍ３＝０．２５である。定数ｍ０～ｍ３は、最小二乗法等により求めても良い。
図７に、歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）と温度Ｔとの関係を示す。図中のプロットはＢＴ－ＨＴ３８５Ｂ、４４０Ｂ、６３０Ｃの高温ヤング率より求めた歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）の実験値であり、破線は（２２）式を示す。
図７より、（２２）式は歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）の実験値を概ね精度良く近似できている。
以上のように、高温ヤング率Ｅ１は、歪速度依存性を有していることがわかった。高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性を活用し、梁１１等を比較的速い歪速度で変形させれば、梁１１等の剛性の低下が緩慢になる。梁１１等が準静的に変形するため、梁１１以外の部材及び接合部への衝撃荷重を緩和できる。
【0040】
〔３．高温ヤング率の歪速度依存性を考慮した梁の座屈耐力の検討〕
以下では、高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性を考慮した高温座屈耐力について検討した。
建築基準法告示（昭５５件告第１７９２号第３）では、図８に示すように幅厚比に応じて種別（構造種別）を設定している。以下ではまず、梁に用いられる第１建築用鋼材１１（以下では、梁１１とも言う）の検討を行った。梁１１は、Ｈ形断面であるとした。すなわち、梁１１は、一対のフランジと、ウェブとを有する。梁１１の検討を行った結果、フランジの方がウェブよりも条件が厳しいため、以下では梁１１のフランジの検討結果について説明する。すなわち、図８において、梁１１のフランジに対応する範囲Ｒ１に着目した。例えば、種別ＦＡに対応する幅厚比は、９√（２３５／Ｆ）である。ここで、Ｆは、フランジ等の部位の基準強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
鋼構造座屈設計指針（日本建築学会）では、板要素の弾性座屈耐力σｃｒ（Ｎ／ｍｍ２）を（２５）式で定義している。
以下では、高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性を考慮した高温座屈耐力について検討した。
建築基準法告示（昭５５件告第１７９２号第３）では、図８に示すように幅厚比に応じて種別（構造種別）を設定している。以下ではまず、梁に用いられる第１建築用鋼材１１（以下では、梁１１とも言う）の検討を行った。梁１１は、Ｈ形断面であるとした。すなわち、梁１１は、一対のフランジと、ウェブとを有する。梁１１の検討を行った結果、フランジの方がウェブよりも条件が厳しいため、以下では梁１１のフランジの検討結果について説明する。すなわち、図８において、梁１１のフランジに対応する範囲Ｒ１に着目した。例えば、種別ＦＡに対応する幅厚比は、９√（２３５／Ｆ）である。ここで、Ｆは、フランジ等の部位の基準強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
鋼構造座屈設計指針（日本建築学会）では、板要素の弾性座屈耐力σｃｒ（Ｎ／ｍｍ２）を（２５）式で定義している。
【0041】
【数3】
【0042】
ここで、ｋは、弾性板座屈係数（－）である。Ｅは、ヤング率（Ｎ／ｍｍ２）である。νは、ポアソン比（＝０．３）である。ｂは、板要素の幅（ｍｍ）である。ｔは、板要素の厚さ（ｍｍ）である。
（２５）式において、例えば曲げを受けるＨ形断面梁のフランジであれば、鋼構造座屈設計指針によると、弾性板座屈係数ｋは０．４２５となる。以下では、弾性座屈耐力を座屈耐力と言う。
梁１１のフランジの幅厚比が種別ＦＡからＦＣにおける座屈耐力σｃｒは、（２５）式の両辺を基準強度Ｆで除して表すと、種別ＦＡからＦＣに応じて、以下の（２６Ａ）式から（２６Ｃ）式で表現できる。
（２５）式において、例えば曲げを受けるＨ形断面梁のフランジであれば、鋼構造座屈設計指針によると、弾性板座屈係数ｋは０．４２５となる。以下では、弾性座屈耐力を座屈耐力と言う。
梁１１のフランジの幅厚比が種別ＦＡからＦＣにおける座屈耐力σｃｒは、（２５）式の両辺を基準強度Ｆで除して表すと、種別ＦＡからＦＣに応じて、以下の（２６Ａ）式から（２６Ｃ）式で表現できる。
【0043】
【数4】
【0044】
（２６Ａ）式から（２６Ｃ）式中のヤング率Ｅに（２１）式を代入することで、任意の温度Ｔ、歪速度εｖにおける基準化座屈耐力（σｃｒ／Ｆ）を算定できる。ここで言う基準化座屈耐力（σｃｒ／Ｆ）は、座屈耐力σｃｒを基準強度Ｆで除した値を意味する。
【0045】
図９から図１１に、基準化応力（σ／Ｆ）と歪速度εｖとの関係を示す。ここで言う基準化応力（σ／Ｆ）は、応力σを基準強度Ｆで除した値を意味する。
図８は室温、図９は６００℃、図１０は７００℃における関係を示す。図９から図１１中の太線の実線は、基準化降伏応力を示す。基準化降伏応力は、温度Ｔにおける降伏応力σｙを基準強度Ｆで除した値を意味する。図９から図１１中の実線、破線、一点鎖線は、（２６Ａ）式から（２６Ｃ）式の種別に応じた基準化座屈耐力をそれぞれ示す。
なお、温度Ｔ、歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０は、Eurocode 3に準拠した。
図８は室温、図９は６００℃、図１０は７００℃における関係を示す。図９から図１１中の太線の実線は、基準化降伏応力を示す。基準化降伏応力は、温度Ｔにおける降伏応力σｙを基準強度Ｆで除した値を意味する。図９から図１１中の実線、破線、一点鎖線は、（２６Ａ）式から（２６Ｃ）式の種別に応じた基準化座屈耐力をそれぞれ示す。
なお、温度Ｔ、歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０は、Eurocode 3に準拠した。
【0046】
図９に示す室温では、ヤング率に歪速度依存性が見られないため、基準化座屈耐力は歪速度εｖに依存しない。また、いずれの種別においても、基準化座屈耐力は規準化降伏応力を上回っている。
しかし、図１０及び図１１に示す６００℃、７００℃では、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおいて種別ＦＣの基準化座屈耐力は基準化降伏応力を下回る。つまり、６００～７００℃程度の温度域において、従来の設計（歪速度０．３％／ｍｉｎ）ではσｃｒ＜σｙとなり、崩壊モードの判定は「不安定」となる。一方で、歪速度εｖが１．０％／ｍｉｎ程度以上であれば、高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性により、座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る。
しかし、図１０及び図１１に示す６００℃、７００℃では、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおいて種別ＦＣの基準化座屈耐力は基準化降伏応力を下回る。つまり、６００～７００℃程度の温度域において、従来の設計（歪速度０．３％／ｍｉｎ）ではσｃｒ＜σｙとなり、崩壊モードの判定は「不安定」となる。一方で、歪速度εｖが１．０％／ｍｉｎ程度以上であれば、高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性により、座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る。
【0047】
図１２に、降伏応力σｙと座屈耐力σｃｒとの比較を示す。図中の実線及び破線は、座屈耐力σｃｒを降伏応力σｙで除した商を表す。実線は、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおける座屈耐力σｃｒを降伏応力σｙで除した商を表す。破線は、歪速度１．０４％／ｍｉｎにおける座屈耐力σｃｒを降伏応力σｙで除した商を表す。
なお、降伏応力σｙ及び座屈耐力σｃｒの算定に用いる高温ヤング率Ｅ０（εｖ＝０．３％／ｍｉｎ）の温度による低下率は、Eurocode 3に準拠した。座屈耐力σｃｒは、種別ＦＣのフランジを有するＨ形断面の梁１１が曲げを受けてフランジで局部座屈する条件に基づいて算定した。
なお、降伏応力σｙ及び座屈耐力σｃｒの算定に用いる高温ヤング率Ｅ０（εｖ＝０．３％／ｍｉｎ）の温度による低下率は、Eurocode 3に準拠した。座屈耐力σｃｒは、種別ＦＣのフランジを有するＨ形断面の梁１１が曲げを受けてフランジで局部座屈する条件に基づいて算定した。
【0048】
図１２より、５６０℃以上７７５℃以下の範囲では、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおける基準化座屈耐力が基準化降伏応力を下回っている。したがって、従来の設計では５６５℃以上７７５℃以下の範囲でσｃｒ＜σｙとなり、崩壊モードの判定は「不安定」となる。また、座屈耐力σｃｒと降伏応力σｙとの差分は、７００℃で最も大きくなる。
一方で、図中の破線で示すように、歪速度εｖが１．０４％／ｍｉｎ以上であれば、７００℃においてもσｙ≦σｃｒとなる。
以上より、少なくとも歪速度εｖが１．０４％／ｍｉｎ以上であれば、５６０℃以上７７５℃以下の範囲でσｙ≦σｃｒが担保され、崩壊モードを「安定」と判定できる。
一方で、図中の破線で示すように、歪速度εｖが１．０４％／ｍｉｎ以上であれば、７００℃においてもσｙ≦σｃｒとなる。
以上より、少なくとも歪速度εｖが１．０４％／ｍｉｎ以上であれば、５６０℃以上７７５℃以下の範囲でσｙ≦σｃｒが担保され、崩壊モードを「安定」と判定できる。
【0049】
図１３に、歪速度１．０４％／ｍｉｎでの高温ヤング率Ｅ１と、歪速度０．３％／ｍｉｎの高温ヤング率Ｅ０との比を示す。５５０℃において、Ｅ１／Ｅ０＝１．０７となり、温度が高くなるにつれてＥ１／Ｅ０が大きくなる。
以上より、５６０℃以上７７５℃以下の範囲では、歪速度１．０４％／ｍｉｎ以上で少なくとも１．０７≦Ｅ１／Ｅ０となる。
以上より、５６０℃以上７７５℃以下の範囲では、歪速度１．０４％／ｍｉｎ以上で少なくとも１．０７≦Ｅ１／Ｅ０となる。
【0050】
すなわち、梁１１（第１建築用鋼材１１）であって、（２９）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（３０）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、（２９）式を満たす温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３１）式を満たす場合に、梁１１の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（２９）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（３０）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３１）
５６０≦Ｔ≦７７５ ・・（２９）
０．３＜εｖ≦１．０４ ・・（３０）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３５ ・・（３１）
【0051】
〔４．高温ヤング率の歪速度依存性を考慮した柱の座屈耐力の検討〕
Ｈ形断面の梁１１の場合と同様に、第２建築用鋼材１２（以下では、柱１２とも言う）の検討を行った。図８に示すように、柱１２は、国内で最も使用されている角形断面とした。すなわち、図８において、柱１２の角形断面に対応する範囲Ｒ２に着目した。例えば、種別ＦＡに対応する幅厚比は、３３√（２３５／Ｆ）である。
なお、柱は角形断面に限定されず、Ｈ形断面、円形断面でもよい。
（２５）式において、角形断面の柱１２が圧縮を受けて板要素が局部座屈する場合、鋼構造座屈設計指針によると、弾性板座屈係数ｋは４となる。
Ｈ形断面の梁１１の場合と同様に、第２建築用鋼材１２（以下では、柱１２とも言う）の検討を行った。図８に示すように、柱１２は、国内で最も使用されている角形断面とした。すなわち、図８において、柱１２の角形断面に対応する範囲Ｒ２に着目した。例えば、種別ＦＡに対応する幅厚比は、３３√（２３５／Ｆ）である。
なお、柱は角形断面に限定されず、Ｈ形断面、円形断面でもよい。
（２５）式において、角形断面の柱１２が圧縮を受けて板要素が局部座屈する場合、鋼構造座屈設計指針によると、弾性板座屈係数ｋは４となる。
【0052】
角形断面柱の種別に基づいて、種別ＦＡからＦＣの座屈耐力σｃｒは、（２５）式を用いて、以下の（３４Ａ）式から（３４Ｃ）式で表現できる。
【0053】
【数5】
【0054】
（３４Ａ）式から（３４Ｃ）式中のヤング率Ｅに（２１）式を代入することで、任意の温度Ｔ、歪速度εｖにおける基準化座屈耐力（σｃｒ／Ｆ）を算定できる。
【0055】
図１４から図１６に、基準化応力（σ／Ｆ）と歪速度εｖとの関係を示す。
図１４は室温、図１５は６００℃、図１６は７００℃における関係を示す。図１４から図１６中の太線の実線は基準化降伏応力を示す。図１４から図１６中の実線、破線、一点鎖線は、（３４Ａ）式から（３４Ｃ）式の種別に応じた基準化座屈耐力をそれぞれ示す。
なお、温度Ｔ、歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０は、Eurocode 3に準拠した。
図１４は室温、図１５は６００℃、図１６は７００℃における関係を示す。図１４から図１６中の太線の実線は基準化降伏応力を示す。図１４から図１６中の実線、破線、一点鎖線は、（３４Ａ）式から（３４Ｃ）式の種別に応じた基準化座屈耐力をそれぞれ示す。
なお、温度Ｔ、歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０は、Eurocode 3に準拠した。
【0056】
図１４で示す室温では、ヤング率に歪速度依存性が見られないため、基準化座屈耐力は歪速度εｖに依存しない。また、いずれの種別においても、基準化座屈耐力は規準化降伏応力を上回っている。
しかし、図１５及び図１６に示す６００℃、７００℃では、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおいて種別ＦＣの基準化座屈耐力は基準化降伏応力を下回る。つまり、６００～７００℃程度の温度域において、従来の設計（歪速度０．３％／ｍｉｎ）ではσｃｒ＜σｙとなり、崩壊モードの判定は「不安定」となる。一方で、歪速度εｖが１．０％／ｍｉｎ程度以上であれば、高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性により、座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る。
しかし、図１５及び図１６に示す６００℃、７００℃では、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおいて種別ＦＣの基準化座屈耐力は基準化降伏応力を下回る。つまり、６００～７００℃程度の温度域において、従来の設計（歪速度０．３％／ｍｉｎ）ではσｃｒ＜σｙとなり、崩壊モードの判定は「不安定」となる。一方で、歪速度εｖが１．０％／ｍｉｎ程度以上であれば、高温ヤング率Ｅ１の歪速度依存性により、座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る。
【0057】
図１７に、降伏応力σｙと座屈耐力σｃｒとの比較を示す。図中の実線及び破線は、座屈耐力σｃｒを降伏応力σｙで除した商を表す。実線は、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおける座屈耐力σｃｒを降伏応力σｙで除した商を表す。破線は、歪速度１．１５％／ｍｉｎにおける座屈耐力σｃｒを降伏応力σｙで除した商を表す。
なお、降伏応力σｙ及び座屈耐力σｃｒの算定に用いる高温ヤング率Ｅ０（εｖ＝０．３％／ｍｉｎ）の温度による低下率は、Eurocode 3に準拠した。座屈耐力σｃｒは、種別ＦＣのフランジを有する角形断面の柱１２が曲げを受けてフランジで局部座屈する条件に基づいて算定した。
なお、降伏応力σｙ及び座屈耐力σｃｒの算定に用いる高温ヤング率Ｅ０（εｖ＝０．３％／ｍｉｎ）の温度による低下率は、Eurocode 3に準拠した。座屈耐力σｃｒは、種別ＦＣのフランジを有する角形断面の柱１２が曲げを受けてフランジで局部座屈する条件に基づいて算定した。
【0058】
図１７より、５５０℃以上７８０℃以下の範囲では、基準歪速度０．３％／ｍｉｎにおける基準化座屈耐力が基準化降伏応力を下回っている。したがって、従来の設計では５５０℃以上７８０℃以下の範囲でσｃｒ＜σｙとなり、崩壊モードの判定は「不安定」となる。また、座屈耐力σｃｒと降伏応力σｙとの差分は７００℃で最も大きくなる。
一方で、図中の破線で示すように、歪速度εｖが１．１５％／ｍｉｎ以上であれば、７００℃においてもσｙ≦σｃｒとなる。
以上より、少なくとも歪速度εｖが１．１５％／ｍｉｎ以上であれば、５５０℃以上７８０℃以下の範囲でσｙ≦σｃｒが担保され、崩壊モードを「安定」と判定できる。
一方で、図中の破線で示すように、歪速度εｖが１．１５％／ｍｉｎ以上であれば、７００℃においてもσｙ≦σｃｒとなる。
以上より、少なくとも歪速度εｖが１．１５％／ｍｉｎ以上であれば、５５０℃以上７８０℃以下の範囲でσｙ≦σｃｒが担保され、崩壊モードを「安定」と判定できる。
【0059】
図１８に、歪速度１．１５％／ｍｉｎでの高温ヤング率Ｅ１と、歪速度０．３％／ｍｉｎの高温ヤング率Ｅ０との比を示す。５５０℃において、Ｅ１／Ｅ０＝１．０６となり、温度が高くなるにつれてＥ１／Ｅ０が大きくなる。
以上より、５５０℃以上７８０℃以下の範囲では、歪速度１．１５％／ｍｉｎ以上で少なくとも１．０６≦Ｅ１／Ｅ０となる。
以上より、５５０℃以上７８０℃以下の範囲では、歪速度１．１５％／ｍｉｎ以上で少なくとも１．０６≦Ｅ１／Ｅ０となる。
【0060】
すなわち、柱１２（第２建築用鋼材１２）であって、（３７）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（３８）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、（３７）式を満たす温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３９）式を満たす場合に、柱１２の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（３７）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（３８）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（３９）
５５０≦Ｔ≦７８０ ・・（３７）
０．３＜εｖ≦１．１５ ・・（３８）
１．０＜Ｅ１／Ｅ０≦１．３８ ・・（３９）
【0061】
〔５．梁及び柱における、好ましい歪速度とＥ１／Ｅ０との関係〕
ここで、梁１１及び柱１２の好ましい歪み速度及びＥ１／Ｅ０の範囲について説明する。
図１９に示すように、一般的に梁及び柱として用いられる部材を表す範囲Ｒ６の中で、梁１１として好ましい部材の、Ｅ１／Ｅ０の範囲は、１．０よりも大きく１．３５以下である。同部材の歪速度εｖの範囲は、０．３％／ｍｉｎよりも大きく１．０４％／ｍｉｎ以下である。
一般的に梁及び柱として用いられる部材の中で、柱１２として好ましい部材の、Ｅ１／Ｅ０の範囲は、１．０よりも大きく１．３８以下である。同部材の歪速度εｖの範囲は、０．３％／ｍｉｎよりも大きく１．１５％／ｍｉｎ以下である。
すなわち、梁１１として好ましいＥ１／Ｅ０及び歪速度εｖの範囲Ｒ７は、柱１２として好ましいＥ１／Ｅ０及び歪速度εｖの範囲Ｒ８に含まれる、と考えられる。
ここで、梁１１及び柱１２の好ましい歪み速度及びＥ１／Ｅ０の範囲について説明する。
図１９に示すように、一般的に梁及び柱として用いられる部材を表す範囲Ｒ６の中で、梁１１として好ましい部材の、Ｅ１／Ｅ０の範囲は、１．０よりも大きく１．３５以下である。同部材の歪速度εｖの範囲は、０．３％／ｍｉｎよりも大きく１．０４％／ｍｉｎ以下である。
一般的に梁及び柱として用いられる部材の中で、柱１２として好ましい部材の、Ｅ１／Ｅ０の範囲は、１．０よりも大きく１．３８以下である。同部材の歪速度εｖの範囲は、０．３％／ｍｉｎよりも大きく１．１５％／ｍｉｎ以下である。
すなわち、梁１１として好ましいＥ１／Ｅ０及び歪速度εｖの範囲Ｒ７は、柱１２として好ましいＥ１／Ｅ０及び歪速度εｖの範囲Ｒ８に含まれる、と考えられる。
【0062】
〔６．σｙ≦σｃｒとなる歪速度の条件〕
座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る（σｙ≦σｃｒ）条件を満足する、歪速度εｖの算定方法について示す。
（２５）式より、任意の温度、歪速度εｖ、形状における座屈耐力σｃｒは、（４５）式及び（４６）式で表せる。ただし、歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）は、（２２）式により求められる値を用いる。
座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る（σｙ≦σｃｒ）条件を満足する、歪速度εｖの算定方法について示す。
（２５）式より、任意の温度、歪速度εｖ、形状における座屈耐力σｃｒは、（４５）式及び（４６）式で表せる。ただし、歪速度鋭敏性係数ｍ（Ｔ）は、（２２）式により求められる値を用いる。
【0063】
【数6】
【0064】
ここで、ｋＥ．Ｔは温度Ｔにおけるヤング率の残存率であり、Ｅ０。ＲＴは室温かつ歪速度が０．３％／ｍｉｎにおけるヤング率である。
また、任意の温度における降伏応力σｙは、強度残存率ｋｙ．Ｔを用いて（４７）式で表せる。ここで、強度残存率ｋｙ．Ｔは、温度Ｔにおける降伏応力σｙの残存率である。
また、任意の温度における降伏応力σｙは、強度残存率ｋｙ．Ｔを用いて（４７）式で表せる。ここで、強度残存率ｋｙ．Ｔは、温度Ｔにおける降伏応力σｙの残存率である。
【0065】
【数7】
【0066】
ここで、降伏応力σｙは、歪速度０．３％／ｍｉｎにおける数値とする。σｙ。ＲＴは、室温における降伏応力である。座屈耐力σｃｒが降伏応力σｙを上回る条件式は、（５０）式で表せる。
なお、（５１）式から（５３）式は、（５４）式の導出過程を表す式である。
なお、（５１）式から（５３）式は、（５４）式の導出過程を表す式である。
【0067】
【数8】
【0068】
（５０）式に（４５）式から（４７）式を代入して式変形すると、（５０）式を満足する歪速度εｖの条件式は（５４）式となる。
【0069】
【数9】
【0070】
なお、座屈耐力σｃｒが外力σを上回る条件の場合は、（５４）式の左辺における（ｋｙ．Ｔ・σｙ．ＲＴ）をσに置換すればよい。
【0071】
〔７．高温ヤング率の算出方法例〕
図２０に真応力σｔ－真歪εｔ関係の例を示し、図２１及び図２２に局所ヤング率ΔＥ－真応力σｔ関係を示す。図２０から図２３には、建築構造用高性能鋼材であるＢＴ－ＨＴ６３０Ｃを用いた。
本実施形態における高温ヤング率の算出方法は、以下の（１）から（５）の手順で行う。
（１）非特許文献２で準じる非特許文献３に基づいて、梁、柱等の建築用鋼材１１，１２から試験片を採取する。
（２）試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで一度引張り、応力σ－歪ε関係を測定する。
（３）応力σ－歪ε関係から、真応力σｔ－真歪εｔ関係に整理する
（４）真応力σｔ－真歪εｔ関係から局所ヤング率ΔＥを抽出する
（５）局所ヤング率ΔＥ－真応力σｔ関係に整理し、局所ヤング率ΔＥが概ね一定になる値を、高温ヤング率Ｅ１と定義する（高温ヤング率Ｅ１を算出する）。
なお、（２）において、無負荷の状態で温度Ｔに加熱した試験片を、一定の歪速度εｖで一度引張ることが好ましい。
（５）において、局所ヤング率ΔＥ－真歪εｔ関係より、Ｅを抽出してもよい。
局所ヤング率ΔＥは、任意の真応力の増加量ｄσｔと、それに対応する真歪の増加量ｄεｔとを用いて、（５７）式より算定できる。
なお、本実施形態では、ｄσｔ＝２０Ｎ／ｍｍ２程度とした。
図２０に真応力σｔ－真歪εｔ関係の例を示し、図２１及び図２２に局所ヤング率ΔＥ－真応力σｔ関係を示す。図２０から図２３には、建築構造用高性能鋼材であるＢＴ－ＨＴ６３０Ｃを用いた。
本実施形態における高温ヤング率の算出方法は、以下の（１）から（５）の手順で行う。
（１）非特許文献２で準じる非特許文献３に基づいて、梁、柱等の建築用鋼材１１，１２から試験片を採取する。
（２）試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで一度引張り、応力σ－歪ε関係を測定する。
（３）応力σ－歪ε関係から、真応力σｔ－真歪εｔ関係に整理する
（４）真応力σｔ－真歪εｔ関係から局所ヤング率ΔＥを抽出する
（５）局所ヤング率ΔＥ－真応力σｔ関係に整理し、局所ヤング率ΔＥが概ね一定になる値を、高温ヤング率Ｅ１と定義する（高温ヤング率Ｅ１を算出する）。
なお、（２）において、無負荷の状態で温度Ｔに加熱した試験片を、一定の歪速度εｖで一度引張ることが好ましい。
（５）において、局所ヤング率ΔＥ－真歪εｔ関係より、Ｅを抽出してもよい。
局所ヤング率ΔＥは、任意の真応力の増加量ｄσｔと、それに対応する真歪の増加量ｄεｔとを用いて、（５７）式より算定できる。
なお、本実施形態では、ｄσｔ＝２０Ｎ／ｍｍ２程度とした。
【0072】
【数10】
【0073】
なお、（２）おいて、試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで非特許文献２に準じて繰り返し引張り、複数の応力σ－歪ε関係を得てもよい。繰り返し引張るときの歪速度は、例えば、０．１～２０％／ｍｉｎ程度の歪速度を意味する。
そして、（５）において複数の平均値から、高温ヤング率Ｅ１を定義してもよい。
そして、（５）において複数の平均値から、高温ヤング率Ｅ１を定義してもよい。
【0074】
〔８．接線係数の算出方法〕
図２３に、高温応力－歪曲線（歪関係）の一例を示す。接線係数は、任意の外力σと、高温応力－歪曲線と、が交差する点の勾配として表現できる。言い換えれば、接線係数は、外力σに等しい高温応力における、微小歪に対する微小高温応力の変化率である。
図２３に、高温応力－歪曲線（歪関係）の一例を示す。接線係数は、任意の外力σと、高温応力－歪曲線と、が交差する点の勾配として表現できる。言い換えれば、接線係数は、外力σに等しい高温応力における、微小歪に対する微小高温応力の変化率である。
【0075】
〔９．実施形態の変形例の鉄骨構造、及び鉄骨構造の設計方法〕
第１変形例の鉄骨構造は、梁１１又は柱１２である建築用鋼材を備える鉄骨構造であって、（６０）式を満たす温度Ｔ（℃）において、建築用鋼材の外力によって生じる歪が急激に増加した際に、建築用鋼材に座屈が発生しない鉄骨構造である。
５００≦Ｔ ・・（６０）
ここで言う急激とは、例えば、歪速度εｖが０．３％／ｍｉｎを超えることを意味する。外力とは、建築用鋼材に作用する静荷重、動荷重、風及び地震等による荷重を意味する。一般的に、５００℃以上の温度Ｔでは、高温ヤング率の歪速度依存性が顕著に発現する。
第１変形例の鉄骨構造は、梁１１又は柱１２である建築用鋼材を備える鉄骨構造であって、（６０）式を満たす温度Ｔ（℃）において、建築用鋼材の外力によって生じる歪が急激に増加した際に、建築用鋼材に座屈が発生しない鉄骨構造である。
５００≦Ｔ ・・（６０）
ここで言う急激とは、例えば、歪速度εｖが０．３％／ｍｉｎを超えることを意味する。外力とは、建築用鋼材に作用する静荷重、動荷重、風及び地震等による荷重を意味する。一般的に、５００℃以上の温度Ｔでは、高温ヤング率の歪速度依存性が顕著に発現する。
【0076】
第２変形例の鉄骨構造は、鉄骨構造１であって、梁１１及び柱１２の少なくとも一方において、（３７）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（３８）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、温度Ｔ（℃）かつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３９）式を満たす鉄骨構造である。
なお、第２変形例の鉄骨構造は、鉄骨構造１であって、梁１１及び柱１２の少なくとも一方において、（２９）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（３０）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、温度Ｔ（℃）かつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３１）式を満たす鉄骨構造（第３変形例の鉄骨構造）であってもよい。
なお、第２変形例の鉄骨構造は、鉄骨構造１であって、梁１１及び柱１２の少なくとも一方において、（２９）式を満たす温度Ｔ（℃）かつ（３０）式を満たす歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率Ｅ１と、温度Ｔ（℃）かつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０とが、（３１）式を満たす鉄骨構造（第３変形例の鉄骨構造）であってもよい。
【0077】
また、本実施形態の鉄骨構造１を設計する鉄骨構造の設計方法は、梁１１及び柱１２の少なくとも一方において、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、温度Ｔにおける降伏応力σｙとが、（６１）式を満たすように設定する鉄骨構造の設計方法である。
σｙ≦σｃｒ ・・（６１）
ここで言う鉄骨構造の設計方法とは、予め試験等により高温ヤング率Ｅ１を求め、高温ヤング率Ｅ１等に基づいて座屈耐力σｃｒを導出する。そして、導出された座屈耐力σｃｒ等から、梁１１及び柱１２の長さ、断面寸法、梁１１及び柱１２を覆う耐火被覆の厚さ等を設定することを意味する。
第１変形例の鉄骨構造の設計方法は、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、建築用鋼材に作用する外力σとが、（６２）式を満たすように設定する鉄骨構造の設計方法である。
σ≦σｃｒ ・・（６２）
σｙ≦σｃｒ ・・（６１）
ここで言う鉄骨構造の設計方法とは、予め試験等により高温ヤング率Ｅ１を求め、高温ヤング率Ｅ１等に基づいて座屈耐力σｃｒを導出する。そして、導出された座屈耐力σｃｒ等から、梁１１及び柱１２の長さ、断面寸法、梁１１及び柱１２を覆う耐火被覆の厚さ等を設定することを意味する。
第１変形例の鉄骨構造の設計方法は、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温ヤング率を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、建築用鋼材に作用する外力σとが、（６２）式を満たすように設定する鉄骨構造の設計方法である。
σ≦σｃｒ ・・（６２）
【0078】
ここで、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材において、３００℃以上である温度Ｔ（℃）かつ歪速度εｖ（％／ｍｉｎ）における高温応力－歪関係に基づいた、建築用鋼材に作用する外力σに対応する接線係数を規定する。第２変形例の鉄骨構造の設計方法は、鉄骨構造１を設計する鉄骨構造の設計方法であって、接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、温度Ｔ（℃）における降伏応力σｙとが、（６１）式を満たすように設定する鉄骨構造の設計方法である。
なお、第２変形例の鉄骨構造の設計方法は、接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、外力σとが、（６２）式を満たすように設定してもよい（第３変形例の鉄骨構造の設計方法）。
なお、第２変形例の鉄骨構造の設計方法は、接線係数を用いて算定される座屈耐力σｃｒと、外力σとが、（６２）式を満たすように設定してもよい（第３変形例の鉄骨構造の設計方法）。
【0079】
〔１０．本実施形態の効果〕
以上説明したように、本実施形態の梁１１（第１建築用鋼材１１）では、発明者等は、建築物２の梁に用いられる梁１１について鋭意検討を行った。その結果、（２９）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（３０）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（３１）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、梁１１の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
そして、梁１１が図示しない耐火被覆を有する場合には、火災時の梁１１の崩壊モードが安定するため、梁１１の耐火被覆を削減することができる。例えば、梁１１の種別がＦＣであっても、高温下でσｙ≦σｃｒ（曲げモーメントでも同様にＭｙ≦Ｍｃｒ）を確保することができる。
以上説明したように、本実施形態の梁１１（第１建築用鋼材１１）では、発明者等は、建築物２の梁に用いられる梁１１について鋭意検討を行った。その結果、（２９）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（３０）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（３１）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、梁１１の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
そして、梁１１が図示しない耐火被覆を有する場合には、火災時の梁１１の崩壊モードが安定するため、梁１１の耐火被覆を削減することができる。例えば、梁１１の種別がＦＣであっても、高温下でσｙ≦σｃｒ（曲げモーメントでも同様にＭｙ≦Ｍｃｒ）を確保することができる。
【0080】
また、本実施形態の柱１２（第２建築用鋼材１２）では、建築物２の柱に用いられる柱１２について鋭意検討を行った。その結果、（３７）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（３８）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（３９）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、柱１２の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
従って、柱１２の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0081】
また、本実施形態の梁１１を備える鉄骨構造１では、座屈を抑えて崩壊モードを安定させた梁１１を用いて、鉄骨構造１を構成することができる。
また、第１変形例の鉄骨構造では、発明者等は、（６０）を満たす温度Ｔにおいて、歪速度による高温ヤング率の上昇効果が顕著になることを見出した。このため、高温ヤング率が比較的大きくなり、梁１１又は柱１２の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。梁１１又は柱１２が図示しない耐火被覆を有する場合には、耐火被覆を最小限に抑えることができる。
また、第１変形例の鉄骨構造では、発明者等は、（６０）を満たす温度Ｔにおいて、歪速度による高温ヤング率の上昇効果が顕著になることを見出した。このため、高温ヤング率が比較的大きくなり、梁１１又は柱１２の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。梁１１又は柱１２が図示しない耐火被覆を有する場合には、耐火被覆を最小限に抑えることができる。
【0082】
また、第２変形例の鉄骨構造では、梁１１及び柱１２の少なくとも一方が（３７）式から（３９）式を満たす。例えば、梁１１である場合について、発明者等は鋭意検討を行った。その結果、（３７）式を満たす比較的高い温度Ｔにおいて、（３８）式を満たす歪速度εｖが比較的速い領域での高温ヤング率Ｅ１より求まる座屈耐力が、（３９）式のように前記温度Ｔかつ歪速度０．３％／ｍｉｎにおける高温ヤング率Ｅ０から求まる座屈耐力よりも大きくなることで、座屈耐力が降伏応力を上回ることを見出した。
従って、梁１１の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
梁１１及び柱１２の少なくとも一方が、柱１２である場合、梁１１及び柱１２である場合についても、同様である。
従って、梁１１の座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
梁１１及び柱１２の少なくとも一方が、柱１２である場合、梁１１及び柱１２である場合についても、同様である。
【0083】
また、本実施形態の鉄骨構造の設計方法では、梁１１及び柱１２の少なくとも一方に用いられる建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、座屈耐力σｃｒに達して座屈するよりも先に、降伏応力σｙに達してこの一方に塑性化領域が形成される。塑性化領域は応力を伝達できるため、この一方が、座屈せずに崩壊モードを安定させることができる。そして、高温下でσｙ≦σｃｒ（Ｍｙ≦Ｍｃｒ）を確保することができ、崩壊モードを安定させることができる。
また、好ましくは、梁１１もしくは柱１２が、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが望ましい。ここで、Ｍｐは全塑性モーメントであり、塑性断面係数Ｚｐと降伏応力σｙの積である。また、Ｍｃｒは座屈モーメントであり、断面係数Ｚと座屈耐力σｃｒの積である。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、鉄骨構造１００のより安定的な崩壊モードを想定できる。
また、好ましくは、梁１１もしくは柱１２が、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが望ましい。ここで、Ｍｐは全塑性モーメントであり、塑性断面係数Ｚｐと降伏応力σｙの積である。また、Ｍｃｒは座屈モーメントであり、断面係数Ｚと座屈耐力σｃｒの積である。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、鉄骨構造１００のより安定的な崩壊モードを想定できる。
【0084】
また、第１変形例の鉄骨構造の設計方法では、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、建築用鋼材に作用する外力σは座屈耐力σｃｒ以下であるため、建築用鋼材が座屈し始めるか建築用鋼材が座屈しない状態である。従って、建築用鋼材が座屈し難くなり、建築用鋼材が、座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。
【0085】
また、試験片を一定の歪速度εｖで一度引張ることで、高温ヤング率を算出する場合がある。この場合には、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで一度引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
また、試験片を一定の歪速度εｖで、例えば非特許文献２に準じて繰り返し引張ることで、高温ヤング率を算出する場合がある。この場合には、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで繰り返し引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
また、試験片を一定の歪速度εｖで、例えば非特許文献２に準じて繰り返し引張ることで、高温ヤング率を算出する場合がある。この場合には、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材から採取した試験片を、温度Ｔに加熱した状態で、一定の歪速度εｖで繰り返し引張ることにより、高温ヤング率を算出することができる。
【0086】
また、第２変形例の鉄骨構造の設計方法は、梁１１及び柱１２の少なくとも一方に用いられる建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、座屈耐力σｃｒに達して座屈するよりも先に、降伏応力σｙに達してこの一方に塑性化領域が形成される。塑性化領域は応力を伝達できるため、この一方が、座屈せずに崩壊モードを安定させることができる。また、座屈耐力σｃｒの算出に接線係数を用いることで、座屈耐力σｃｒを、より正確に算定することができる。
また、梁１１もしくは柱１２の曲げモーメントを検討する際は、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが好ましい。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、建築用鋼材のより安定的な崩壊モードを想定できる。
また、第３変形例の鉄骨構造の設計方法は、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、建築用鋼材に作用する外力σは座屈耐力σｃｒ以下であるため、建築用鋼材が座屈し始めるか建築用鋼材が座屈しない状態である。従って、建築用鋼材が座屈し難くなり、建築用鋼材が、座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。また、座屈耐力σｃｒの算出に接線係数を用いることで、座屈耐力σｃｒを、より正確に算定することができる。
また、梁１１もしくは柱１２の曲げモーメントを検討する際は、Ｍｐ≦Ｍｃｒとなることが好ましい。この場合、座屈が発生する以前に塑性ヒンジが形成される。塑性ヒンジは一定の曲げ応力を伝達しながら変形を吸収できるため、建築用鋼材のより安定的な崩壊モードを想定できる。
また、第３変形例の鉄骨構造の設計方法は、梁１１及び柱１２の少なくとも一方である建築用鋼材が、３００℃以上である温度Ｔにおいて、建築用鋼材に作用する外力σは座屈耐力σｃｒ以下であるため、建築用鋼材が座屈し始めるか建築用鋼材が座屈しない状態である。従って、建築用鋼材が座屈し難くなり、建築用鋼材が、座屈を抑えて崩壊モードを安定させることができる。また、座屈耐力σｃｒの算出に接線係数を用いることで、座屈耐力σｃｒを、より正確に算定することができる。
【0087】
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、前記実施形態及び変形例では、座屈耐力における座屈は、局部座屈、オイラー座屈、横座屈等でもよい。
例えば、前記実施形態及び変形例では、座屈耐力における座屈は、局部座屈、オイラー座屈、横座屈等でもよい。
【符号の説明】
【0088】
１ 鉄骨構造
１１ 第１建築用鋼材（梁、建築用鋼材）
１２ 第２建築用鋼材（柱、建築用鋼材）
１１ 第１建築用鋼材（梁、建築用鋼材）
１２ 第２建築用鋼材（柱、建築用鋼材）
【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】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】