知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024021553
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】梁の設計方法
(51)【国際特許分類】
E04B 1/24 20060101AFI20240208BHJP
E04B 1/58 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
E04B1/24 L
E04B1/58 508S
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022124450
(22)【出願日】2022-08-04
(71)【出願人】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】浅井 英克
(72)【発明者】
【氏名】藤根 和弘
【テーマコード（参考）】
2E125
【Ｆターム（参考）】
2E125AA03
2E125AA13
2E125AB01
2E125AB16
2E125AC15
2E125AC16
2E125AG45
2E125AG50
2E125CA90
(57)【要約】
【課題】意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図る。
【解決手段】柱に接合されるフランジを有する梁の設計方法であって、前記フランジは、前記柱との接合部から前記梁の長手方向に沿った所定範囲に、前記長手方向と交差する幅方向の一方側のフランジ幅を拡幅した第１拡幅部と、前記幅方向の他方側のフランジ幅を拡幅した第２拡幅部と、を有しており、せん断スパンと梁せいとの比であるせん断スパン比が或る値の場合に、前記第１拡幅部の幅と前記第２拡幅部の幅との加算値に対する前記第１拡幅部の幅の割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、前記梁の降伏耐力の解析値が、前記所定範囲の前記接合部とは反対側の端部を危険断面とした降伏耐力の設計値を上回る前記割合を求める。
【選択図】図６
【解決手段】柱に接合されるフランジを有する梁の設計方法であって、前記フランジは、前記柱との接合部から前記梁の長手方向に沿った所定範囲に、前記長手方向と交差する幅方向の一方側のフランジ幅を拡幅した第１拡幅部と、前記幅方向の他方側のフランジ幅を拡幅した第２拡幅部と、を有しており、せん断スパンと梁せいとの比であるせん断スパン比が或る値の場合に、前記第１拡幅部の幅と前記第２拡幅部の幅との加算値に対する前記第１拡幅部の幅の割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、前記梁の降伏耐力の解析値が、前記所定範囲の前記接合部とは反対側の端部を危険断面とした降伏耐力の設計値を上回る前記割合を求める。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱に接合されるフランジを有する梁の設計方法であって、
前記フランジは、前記柱との接合部から前記梁の長手方向に沿った所定範囲に、前記長手方向と交差する幅方向の一方側のフランジ幅を拡幅した第１拡幅部と、前記幅方向の他方側のフランジ幅を拡幅した第２拡幅部と、を有しており、
せん断スパンと梁せいとの比であるせん断スパン比が或る値の場合に、前記第１拡幅部の幅と前記第２拡幅部の幅との加算値に対する前記第１拡幅部の幅の割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、
前記梁の降伏耐力の解析値が、前記所定範囲の前記接合部とは反対側の端部を危険断面とした降伏耐力の設計値を上回る前記割合を求める、
ことを特徴とする梁の設計方法。
前記フランジは、前記柱との接合部から前記梁の長手方向に沿った所定範囲に、前記長手方向と交差する幅方向の一方側のフランジ幅を拡幅した第１拡幅部と、前記幅方向の他方側のフランジ幅を拡幅した第２拡幅部と、を有しており、
せん断スパンと梁せいとの比であるせん断スパン比が或る値の場合に、前記第１拡幅部の幅と前記第２拡幅部の幅との加算値に対する前記第１拡幅部の幅の割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、
前記梁の降伏耐力の解析値が、前記所定範囲の前記接合部とは反対側の端部を危険断面とした降伏耐力の設計値を上回る前記割合を求める、
ことを特徴とする梁の設計方法。
【請求項2】
請求項１に記載の梁の設計方法であって、
前記せん断スパン比が前記或る値とは異なる別の値の場合に、前記割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、
前記梁の降伏耐力の解析値が、前記設計値を上回る前記割合を求める、
ことを特徴とする梁の設計方法。
前記せん断スパン比が前記或る値とは異なる別の値の場合に、前記割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、
前記梁の降伏耐力の解析値が、前記設計値を上回る前記割合を求める、
ことを特徴とする梁の設計方法。
【請求項3】
請求項２に記載の梁の設計方法であって、
前記せん断スパン比が前記或る値と前記別の値との間の値における前記割合を、前記或る値のときの前記割合と、前記別の値のときの前記割合との補間により求める、
ことを特徴とする梁の設計方法。
前記せん断スパン比が前記或る値と前記別の値との間の値における前記割合を、前記或る値のときの前記割合と、前記別の値のときの前記割合との補間により求める、
ことを特徴とする梁の設計方法。
【請求項4】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の梁の設計方法であって、
前記梁の降伏耐力は、荷重－変形関係の接線剛性が、初期剛性の１／３に低下した時の荷重である、
ことを特徴とする梁の設計方法。
前記梁の降伏耐力は、荷重－変形関係の接線剛性が、初期剛性の１／３に低下した時の荷重である、
ことを特徴とする梁の設計方法。
【請求項5】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の梁の設計方法であって、
前記端部が降伏した後に、前記接合部が降伏するように設計する、
ことを特徴とする梁の設計方法。
前記端部が降伏した後に、前記接合部が降伏するように設計する、
ことを特徴とする梁の設計方法。
【請求項6】
請求項５に記載の梁の設計方法であって、
前記接合部の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重が、前記端部の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重の１．２倍以上となるように設計する、
ことを特徴とする梁の設計方法。
前記接合部の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重が、前記端部の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重の１．２倍以上となるように設計する、
ことを特徴とする梁の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、梁の設計方法に関する。
【背景技術】
【0002】
梁と柱との接合部（以下、梁端仕口部ともいう）は、地震などの外力により大きな応力が発生して破断するおそれがあるため、梁のフランジの梁端部の幅を拡幅して梁端仕口部の応力を低減させるようにしたものが知られている。通常は、左右同幅の拡幅部を設けた梁（以下、同幅ハンチ梁ともいう）を、柱との軸心を揃えて接合している。
【0003】
また、構造計画上の理由により、梁を柱に対して偏心させて接合する場合がある。この場合、同幅ハンチ梁を適用すると、梁の両側に拡幅部を設けているため、梁を偏心させても、例えば、梁と外壁との間に多くのスペースが必要になり、意匠上好ましくない。そこで、拡幅部を片側のみに設けた梁（以下、片側ハンチ梁ともいう）が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－６１８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
片側ハンチ梁は、捩じれやすいため、梁の寸法によっては、降伏耐力が顕著に低下する。同幅ハンチ梁と同じ降伏耐力を確保するためには、同幅ハンチ梁よりもフランジの断面を大きくする必要があり、多くの鉄骨を必要とする。
【0006】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するための主たる発明は、柱に接合されるフランジを有する梁の設計方法であって、前記フランジは、前記柱との接合部から前記梁の長手方向に沿った所定範囲に、前記長手方向と交差する幅方向の一方側のフランジ幅を拡幅した第１拡幅部と、前記幅方向の他方側のフランジ幅を拡幅した第２拡幅部と、を有しており、せん断スパンと梁せいとの比であるせん断スパン比が或る値の場合に、前記第１拡幅部の幅と前記第２拡幅部の幅との加算値に対する前記第１拡幅部の幅の割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、前記梁の降伏耐力の解析値が、前記所定範囲の前記接合部とは反対側の端部を危険断面とした降伏耐力の設計値を上回る前記割合を求める、ことを特徴とする梁の設計方である。
【0008】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図2】拡幅部の形状（ハンチ分担率）の説明図である。
【図3】解析モデルの説明図である。
【図4】解析による応力分布の一例を示す図である。
【図7】降伏耐力の解析値が計算値を上回る範囲の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本明細書及び添付図面により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【0012】
柱に接合されるフランジを有する梁の設計方法であって、前記フランジは、前記柱との接合部から前記梁の長手方向に沿った所定範囲に、前記長手方向と交差する幅方向の一方側のフランジ幅を拡幅した第１拡幅部と、前記幅方向の他方側のフランジ幅を拡幅した第２拡幅部と、を有しており、せん断スパンと梁せいとの比であるせん断スパン比が或る値の場合に、前記第１拡幅部の幅と前記第２拡幅部の幅との加算値に対する前記第１拡幅部の幅の割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、前記梁の降伏耐力の解析値が、前記所定範囲の前記接合部とは反対側の端部を危険断面とした降伏耐力の設計値を上回る前記割合を求める、ことを特徴とする梁の設計方法。
【0013】
このような梁の設計方法によれば、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図ることができる。
【0014】
かかる梁の設計方法であって、前記せん断スパン比が前記或る値とは異なる別の値の場合に、前記割合と、前記梁の降伏耐力との関係を解析により求め、前記梁の降伏耐力の解析値が、前記設計値を上回る前記割合を求めることが望ましい。
【0015】
このような梁の設計方法によれば、せん断スパン比ごとに降伏耐力の設計値を上回る割合を求めることができる。
【0016】
かかる梁の設計方法であって、前記せん断スパン比が前記或る値と前記別の値との間の値における前記割合を、前記或る値のときの前記割合と、前記別の値のときの前記割合との補間により求めることが望ましい。
【0017】
このような梁の設計方法によれば、せん断スパン比が或る値と別の値との間にあるときの割合を求めることができる。
【0018】
かかる梁の設計方法であって、前記梁の降伏耐力は、荷重－変形関係の接線剛性が、初期剛性の１／３に低下した時の荷重であることが望ましい。
【0019】
このような梁の設計方法によれば、荷重－変形関係が得られれば降伏耐力を決定できるので、統一的な評価ができる。
【0020】
かかる梁の設計方法であって、前記端部が降伏した後に、前記接合部が降伏するように設計することが望ましい。
【0021】
このような梁の設計方法によれば、接合部を保護することができる。
【0022】
かかる梁の設計方法であって、前記接合部の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重が、前記端部の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重の１．２倍以上となるように設計することが望ましい。
【0023】
このような梁の設計方法によれば、端部が降伏後、そのときの荷重の１．２倍以上の大きな荷重で接合部が降伏するようにできる。
【0024】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【0025】
【0026】
本実施形態の柱梁接合構造は、柱１０と梁２０とを備えて構成されている。なお、鉛直方向と交差する方向（水平方向）のうち、梁２０の長手方向に沿った方向を梁長手方向（長手方向に相当）とし、梁２０の幅方向に沿った方向を梁幅方向（幅方向に相当）とする。
【0027】
柱１０は、構造建物において床や梁などを支える鉛直構造部材である。図に示すように、本実施形態の柱１０は角型鋼管である。また、柱１０は、ダイアフラム１２を有している。
【0028】
ダイアフラム１２は、柱１０の仕口の剛性を高める鋼板である。本実施形態のダイアフラム１２は、所謂、通しダイアフラムであり、柱１０を構成する角型鋼管を切断して、その間に挟まれて溶接により一体化されている。また、ダイアフラム１２は、柱１０の周囲において外側に突出している。換言すると、ダイアフラム１２は、柱１０の幅（柱幅）を拡幅している。ダイアフラム１２は、梁２０のフランジ２４に対応する位置に上下一対設けられている。
【0029】
梁２０は、構造建物において柱同士を水平方向につなぐ構造部材である。また、本実施形態において梁２０は、柱１０の中心に対して梁幅方向の一方側（具体的には、後述する拡幅部２４ａが形成された側）に偏心して接合されている。
【0030】
【0031】
なお、せん断スパンＬとは、せん断力が一定とみなすことができる部材の長さであり、梁端仕口部から梁２０の反曲点（不図示）までの距離とする。
【0032】
図に示すように梁２０は、梁長手方向に垂直な断面がＨ形の鉄製の鋼材（いわゆるＨ形鋼）であり、ウェブ２２とフランジ２４を有している。
【0033】
ウェブ２２は、上下のフランジ２４を結ぶ板状部材であり、上下のフランジ２４と直交している。また、ウェブ２２は柱１０に接合されている。なお、柱１０にガセットプレート（不図示）を設けて、ボルトとナットによってガセットプレートとウェブ２２を接合してもよい。ウェブ２２により、せん断力を負担することができる。また、ウェブ２２は、フランジ２４のフランジ幅（後述するフランジ幅Ｂ）の中央に設けられている。これにより、後述する拡幅部２４ａと拡幅部２４ｂによる影響を評価しやすくなる。また、ウェブ２２の厚さをｔｗとする。
【0034】
フランジ２４は、梁２０の上縁と下縁にそれぞれ配置された板状部材である。フランジ２４の梁長手方向の端は、柱１０のダイアフラム１２の小口面に溶接により接合されている。この接合部（ここではダイアフラム１２との接合部）のことを梁端仕口部（またはハンチ元端）ともいう。前述したように、ダイアフラム１２は、柱１０の柱幅を拡幅している。よって、フランジ２４をダイアフラム１２に接合することにより、柱１０本体に接合する場合と比べて、より偏心させることができる。
【0035】
また、フランジ２４は、梁端仕口部から梁長手方向に沿った所定範囲（図１ＡにおいてＬｈで示す範囲）に、拡幅部２４ａと拡幅部２４ｂを有している。なお、フランジ２４に拡幅部２４ａ，２４ｂが設けられる範囲（長さＬｈの範囲：所定範囲に相当）のうち、ハンチ元端とは反対側の端部に相当する位置（拡幅開始位置）のことをハンチ先端ともいう。
【0036】
図１Ａに示すように、上記所定範囲以外（Ｌ－Ｌｈ）の部位ではフランジ２４の幅は一定であり、そのフランジ２４の幅（フランジ幅に相当）をＢとする。また、フランジ２４の厚さをｔｆとする。
【0037】
拡幅部２４ａ（第１拡幅部に相当）は、上記所定範囲において、フランジ２４の梁幅方向の一方側に設けられており、フランジ２４の上記一方側のフランジ幅を拡幅している。図１Ａに示すように、拡幅部２４ａの幅（最大幅）はＢｈ１である。具体的には、ハンチ先端から、柱１０に向かうにつれて、拡幅部２４ａの幅が広くなり、幅Ｂｈ１となっている。
【0038】
拡幅部２４ｂ（第２拡幅部に相当）は、上記所定範囲において、フランジ２４の梁幅方向の他方側に設けられており、フランジ２４の上記他方側のフランジ幅を拡幅している。図１Ａに示すように、拡幅部２４ｂの幅（最大幅）はＢｈ２である。具体的には、ハンチ先端から、柱１０に向かうにつれて、拡幅部２４ｂの幅が広くなり、幅Ｂｈ２となっている。
【0039】
図１Ａに示すように、本実施形態の梁２０（フランジ２４）では、拡幅部２４ｂの幅Ｂｈ２と、拡幅部２４ａの幅Ｂｈ１とが異なっており、拡幅部２４ａの幅Ｂｈ１は、拡幅部２４ｂの幅Ｂｈ２よりも小さい（Ｂｈ１＜Ｂｈ２）。また、拡幅部の全幅（以下、拡幅部幅ともいう）をＢｈ（＝Ｂｈ１＋Ｂｈ２）とすると、フランジ２４のハンチ元端の幅ＢＨは、フランジ幅Ｂと拡幅部幅Ｂｈを用いて、ＢＨ＝Ｂ＋Ｂｈとなる。
【0040】
なお、拡幅部幅Ｂｈ（加算値に相当）に対する、拡幅部２４ａの幅の幅Ｂｈ１の割合のことを、ハンチ分担率ｘ（％）ともいい、本実施形態では、次のように条件を定めている。
【0041】
せん断スパン比Ｌ／Ｄが３以上４．５未満の場合、
{－１０×（Ｌ／Ｄ）＋４５}≦ｘ＜５０
せん断スパン比Ｌ／Ｄが４．５以上の場合、
０＜ｘ＜５０
これにより、後述するように、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図ることができる。
{－１０×（Ｌ／Ｄ）＋４５}≦ｘ＜５０
せん断スパン比Ｌ／Ｄが４．５以上の場合、
０＜ｘ＜５０
これにより、後述するように、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図ることができる。
【0042】
＝＝＝梁２０の設計及び評価について＝＝＝
次に、本実施形態の梁２０の設計及び評価について説明する。
次に、本実施形態の梁２０の設計及び評価について説明する。
【0043】
＜＜拡幅部の形状（ハンチ分担率）について＞＞
図２は拡幅部の形状（ハンチ分担率）の説明図である。
図２は拡幅部の形状（ハンチ分担率）の説明図である。
【0044】
図２の左側に示す梁は、フランジ両側の拡幅部の幅が等しい（片側５０％）。以下、このような梁（フランジ両側の拡幅部の幅が等しい梁）を同幅ハンチ梁と称し、単に同幅ハンチともいう。また、図２の右側に示す梁は、拡幅部がフランジの片側のみに設けられている（片側０％）。以下、このような梁を片側ハンチ梁と称し、単に片側ハンチともいう。
【0045】
本実施形態では、図２の中央に示すようにフランジ２４の両側の拡幅部（拡幅部２４ａ，２４ｂ）の幅を異ならせている。以下の説明において、このような梁を異幅ハンチ梁と称し、単に異幅ハンチともいう。
【0046】
なお、図２に示す同幅ハンチ、異幅ハンチ、片側ハンチにおいて、柱１０とウェブ２２との接合位置は全て同じである（柱１０の中心に対して偏心している）。ただし、フランジ２４（具体的には拡幅部２４ａ，２４ｂ）とダイアフラム１２との接合部は、それぞれ異なっている。具体的には、同幅ハンチ、異幅ハンチ、片側ハンチでは拡幅部２４ａ，２４ｂの幅が異なるため、ダイアフラム１２の幅（梁幅方向の長さ）を変えることにより、フランジ全体と接合できるようにしている。例えば、同幅ハンチでは、ダイアフラム１２の梁幅方向の幅（柱１０からの突出量）が最も大きく、片側ハンチでは、ダイアフラム１２の幅（柱１０からの突出量）が最も小さくなっている。
【0047】
図２のように梁を柱に対して偏心させて、例えば、外壁近くに配置するようにした場合、同幅ハンチでは、両側に拡幅部が設けられているため、例えば、梁と外壁との間に多くのスペースを要することになり意匠上好ましくない。一方、片側ハンチでは、コンパクトな納まりを実現できるが、捩じれやすいため、降伏耐力が低下するおそれがある。
【0048】
そこで、本実施形態では、異幅ハンチとすることにより、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図っている。
【0049】
図２に示すように拡幅部２４ａの幅Ｂｈ１をｘ％とすると、拡幅部２４ｂの幅Ｂｈ２は（１００－ｘ）％となる。例えば、幅Ｂｈ１が２０％の場合、拡幅部２４ｂの幅Ｂｈ２は８０％となり、幅Ｂｈ１と幅Ｂｈ２との加算値（拡幅部幅Ｂｈ）に対する幅Ｂｈ１の割合は、２０／（２０＋８０）＝１／５となる。
【0050】
以下、拡幅部幅Ｂｈに対する幅Ｂｈ１の割合（ハンチ分担率ｘ％）をパラメータとした解析（ＦＥＭ解析）を行い、ハンチ分担率が耐力に及ぼす影響を確認した。
【0051】
＜＜解析条件について＞＞
解析における条件を以下に示す。なお、長さ（幅、厚さ等を含む）の単位はｍｍである。
・梁形状 ：水平ハンチ梁（図２参照）
・柱断面 ：□-６００×６００×３２
・梁断面（梁せいＤ、フランジ幅Ｂ、ウェブ厚さｔｗ、フランジ厚さｔｆ）
断面ａ：Ｈ-６００×２００×１９×２５（ＳＮ４９０Ｂ）
断面ｂ：Ｈ-６００×２００×１２×２５（ＳＮ４９０Ｂ）
断面ｃ：Ｈ-６００×２００×７．５×２５（ＳＮ４９０Ｂ）
・梁偏心 ：あり（偏心量０．３３Ｄｃ（Ｄｃ：柱径））
・ハンチ分担率（ｘ％）：０（片側）、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０（同幅）
・拡幅部長さＬｈ：３００（＝０．５Ｄ）
・拡幅部幅Ｂｈ：ハンチ先端を危険断面（最初に降伏する部位）として、ハンチ先端の全塑性曲げ耐力に対し、モーメント勾配を考慮したハンチ元端の全塑性耐力が１．２倍となるように拡幅部幅Ｂｈを設計した。ハンチ元端の全塑性曲げ耐力をハンチ先端の１．２倍とするのは、一般的に４９０Ｎ／ｍｍ２級鋼材（ＳＮ４９０Ｂ等）を使用した鉄骨梁は１．２倍の耐力上昇を見込むため（「国土交通省国土技術政策総合研究所、他：２０２０年版建築物の構造関係技術基準解説書」参照）である。なお、ハンチ元端の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重が、ハンチ先端の全塑性曲げ耐力に到達するとき荷重の１．２倍以上となるように設計することが望ましい。これにより、ハンチ先端が降伏後、そのときの荷重の１．２倍以上の大きな荷重でハンチ元端の降伏を防ぐことができる。よって、ハンチ元端の破壊を防ぐ（ハンチ元端を保護する）ことができる。
解析における条件を以下に示す。なお、長さ（幅、厚さ等を含む）の単位はｍｍである。
・梁形状 ：水平ハンチ梁（図２参照）
・柱断面 ：□-６００×６００×３２
・梁断面（梁せいＤ、フランジ幅Ｂ、ウェブ厚さｔｗ、フランジ厚さｔｆ）
断面ａ：Ｈ-６００×２００×１９×２５（ＳＮ４９０Ｂ）
断面ｂ：Ｈ-６００×２００×１２×２５（ＳＮ４９０Ｂ）
断面ｃ：Ｈ-６００×２００×７．５×２５（ＳＮ４９０Ｂ）
・梁偏心 ：あり（偏心量０．３３Ｄｃ（Ｄｃ：柱径））
・ハンチ分担率（ｘ％）：０（片側）、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０（同幅）
・拡幅部長さＬｈ：３００（＝０．５Ｄ）
・拡幅部幅Ｂｈ：ハンチ先端を危険断面（最初に降伏する部位）として、ハンチ先端の全塑性曲げ耐力に対し、モーメント勾配を考慮したハンチ元端の全塑性耐力が１．２倍となるように拡幅部幅Ｂｈを設計した。ハンチ元端の全塑性曲げ耐力をハンチ先端の１．２倍とするのは、一般的に４９０Ｎ／ｍｍ２級鋼材（ＳＮ４９０Ｂ等）を使用した鉄骨梁は１．２倍の耐力上昇を見込むため（「国土交通省国土技術政策総合研究所、他：２０２０年版建築物の構造関係技術基準解説書」参照）である。なお、ハンチ元端の全塑性曲げ耐力に到達するときの荷重が、ハンチ先端の全塑性曲げ耐力に到達するとき荷重の１．２倍以上となるように設計することが望ましい。これにより、ハンチ先端が降伏後、そのときの荷重の１．２倍以上の大きな荷重でハンチ元端の降伏を防ぐことができる。よって、ハンチ元端の破壊を防ぐ（ハンチ元端を保護する）ことができる。
【0052】
以下、拡幅部幅Ｂｈの具体的な設計手順を示す。
【0053】
ハンチ元端のフランジのみの全塑性曲げ耐力Ｍｆは、次式（１）で表される。
Ｍｆ＝ＢＨ×ｔｆ×（Ｄ－ｔｆ）×σｙ ・・・・・（１）
ここで、ＢＨ：ハンチ元端幅
ｔｆ：フランジ厚さ
σｙ：降伏点または耐力
Ｍｆ＝ＢＨ×ｔｆ×（Ｄ－ｔｆ）×σｙ ・・・・・（１）
ここで、ＢＨ：ハンチ元端幅
ｔｆ：フランジ厚さ
σｙ：降伏点または耐力
【0054】
また、ハンチ元端の必要曲げ耐力Ｍｆｄは、次式（２）で表される。
Ｍｆｄ＝α×Ｍｐ×Ｌ／（Ｌ－Ｌｈ）×σｙ ・・・・・（２）
ここで、α：耐力上昇率（＝１．２）
Ｍｐ：ハンチ先端の全塑性曲げ耐力Ｚｐ×σｙ
Ｚｐ：ハンチ先端の塑性係数
Ｍｆｄ＝α×Ｍｐ×Ｌ／（Ｌ－Ｌｈ）×σｙ ・・・・・（２）
ここで、α：耐力上昇率（＝１．２）
Ｍｐ：ハンチ先端の全塑性曲げ耐力Ｚｐ×σｙ
Ｚｐ：ハンチ先端の塑性係数
【0055】
式（１）、（２）より、ハンチ元端のフランジのみの全塑性曲げ耐力Ｍｆと、ハンチ元端の必要曲げ耐力Ｍｆｄとの比Ｍｆ／Ｍｆｄが１．０前後となるように、拡幅部幅Ｂｈを決定した。
【0056】
＜＜解析モデルについて＞＞
図３は解析モデルの概略図である。図では異幅ハンチ梁（本実施形態）が示されているが、同幅ハンチ梁、片側ハンチ梁についても同様のモデルを用いた。
図３は解析モデルの概略図である。図では異幅ハンチ梁（本実施形態）が示されているが、同幅ハンチ梁、片側ハンチ梁についても同様のモデルを用いた。
【0057】
＜解析モデル＞
・ト字型骨組（柱材長：３０００ｍｍ、梁材長：スパンＬ）
・ト字型骨組（柱材長：３０００ｍｍ、梁材長：スパンＬ）
【0058】
＜断面諸量＞
・梁せいＤ（ｍｍ）：６００
・せん断スパンＬ（ｍｍ）：１８００、２４００、２７００、３０００、３６００
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ：３、４、４．５、５、６
・ダイアフラム：板厚３２ｍｍ（出寸法２５ｍｍ）
・梁せいＤ（ｍｍ）：６００
・せん断スパンＬ（ｍｍ）：１８００、２４００、２７００、３０００、３６００
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ：３、４、４．５、５、６
・ダイアフラム：板厚３２ｍｍ（出寸法２５ｍｍ）
【0059】
＜解析要素＞
・１次の四辺形シェル要素とし、梁端仕口部から１２００ｍｍの範囲の梁フランジは１０ｍｍピッチでメッシュ分割、その他は５０ｍｍピッチで分割。
・１次の四辺形シェル要素とし、梁端仕口部から１２００ｍｍの範囲の梁フランジは１０ｍｍピッチでメッシュ分割、その他は５０ｍｍピッチで分割。
【0060】
＜境界条件＞
・柱：上下端は、変位とｚ軸廻りの回転を拘束する。
・梁：ｙ方向端（梁端）は、ｙ軸とｚ軸廻りの回転を拘束し、ｚ方向に強制変位を与える。なお、梁が横座屈しないように、梁端仕口部から１２００ｍｍの位置で、梁のｘ方向の変位を拘束した。
・柱：上下端は、変位とｚ軸廻りの回転を拘束する。
・梁：ｙ方向端（梁端）は、ｙ軸とｚ軸廻りの回転を拘束し、ｚ方向に強制変位を与える。なお、梁が横座屈しないように、梁端仕口部から１２００ｍｍの位置で、梁のｘ方向の変位を拘束した。
【0061】
【0062】
＜＜解析結果について＞＞
図４Ａ～図４Ｃは、解析による応力分布の一例を示す図である。各図は、断面ｂ（Ｈ-６００×２００×１２×２５）の降伏耐力の解析値ａＱｙにおけるミーゼス応力分布である。図４Ａは、ｘ＝５０％、図４Ｂは、ｘ＝２０％、図４Ｃは、ｘ＝０％の結果をそれぞれ示している。
図４Ａ～図４Ｃは、解析による応力分布の一例を示す図である。各図は、断面ｂ（Ｈ-６００×２００×１２×２５）の降伏耐力の解析値ａＱｙにおけるミーゼス応力分布である。図４Ａは、ｘ＝５０％、図４Ｂは、ｘ＝２０％、図４Ｃは、ｘ＝０％の結果をそれぞれ示している。
【0063】
図４Ａ～図４Ｃより以下のことが確認できる。
・ｘ＝５０％（同幅ハンチ梁）では、梁の左右に均等に応力が生じる。
・ｘ＝０％（片側ハンチ梁）では、梁の左右いずれかに応力が集中する。
・０＜ｘ＜５０（異幅ハンチ梁）では、同幅ハンチ梁と片幅ハンチ梁の中間的傾向を示す。
・ｘ＝５０％（同幅ハンチ梁）では、梁の左右に均等に応力が生じる。
・ｘ＝０％（片側ハンチ梁）では、梁の左右いずれかに応力が集中する。
・０＜ｘ＜５０（異幅ハンチ梁）では、同幅ハンチ梁と片幅ハンチ梁の中間的傾向を示す。
【0064】
図５Ａ～図５Ｅは、荷重Ｑと変形δとの関係を示す図である。図５Ａ～図５Ｅは、それぞれ、せん断スパン比Ｌ／Ｄが３、４、４．５、５、６の場合を示している。ここでも、断面ｂ（Ｈ-６００×２００×１２×２５）についての解析結果を示し、断面ａおよび断面ｃの結果の図示は省略する。
【0065】
なお、降伏耐力の解析値ａＱｙは、荷重Ｑ－変形δ関係における接線剛性が初期剛性の１／３に低下した時の荷重とした（「建築研究所、日本鉄鋼連盟：鋼構造建築物の構造性能評価試験法に関する研究委員会報告書，２００２．４」参照）。この方法では、荷重－変形関係が得られれば降伏耐力を決定できるので、統一的な評価を行うことができる。ただし、降伏耐力の求め方は、上記のものには限られない。
【0066】
また、図中の破線は、ハンチ先端を危険断面とした場合の降伏耐力計算値ｃＱｙ（設計値に相当）を表しており、次式（３）で算出した。
ｃＱｙ＝ｃＭｙ／（Ｌ－Ｌｈ） ・・・・・（３）
ここで、
ｃＭｙ：梁の一様断面部の降伏曲げモーメント計算値
Ｌ：梁のせん断スパン
Ｌｈ：拡幅部長さ
なお、梁の一様断面部とは、梁長手方向に垂直な断面形状が同じ部位（本実施形態ではフランジに拡幅部が形成されていない部位）である。
ｃＱｙ＝ｃＭｙ／（Ｌ－Ｌｈ） ・・・・・（３）
ここで、
ｃＭｙ：梁の一様断面部の降伏曲げモーメント計算値
Ｌ：梁のせん断スパン
Ｌｈ：拡幅部長さ
なお、梁の一様断面部とは、梁長手方向に垂直な断面形状が同じ部位（本実施形態ではフランジに拡幅部が形成されていない部位）である。
【0067】
図５Ａ～図５Ｅより以下のことを確認できる。
・ハンチ分担率ｘが小さいほど、荷重Ｑ－変形δ関係の降伏耐力が小さくなる。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄの小さい方が、ハンチ分担率ｘの違いによる荷重Ｑ－変形δ関係の差が大きくなる。
・ハンチ分担率ｘが小さいほど、荷重Ｑ－変形δ関係の降伏耐力が小さくなる。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄの小さい方が、ハンチ分担率ｘの違いによる荷重Ｑ－変形δ関係の差が大きくなる。
【0068】
各せん断スパン比Ｌ／Ｄについて、荷重Ｑ－変形δ関係から、ハンチ分担率の割合ｘと、梁の降伏耐力（解析値ａＱｙ：接線剛性が初期剛性の１／３に低下した時の荷重）との関係を求めた。
【0069】
図６Ａ～図６Ｅは、降伏耐力の解析値ａＱｙと計算値ｃＱｙとの比（ａＱｙ／ｃＱｙ）と、ハンチ分担率ｘとの関係を示す図である。なお、各図の横軸は、ハンチ分担率ｘ％であり、縦軸は、解析値ａＱｙと計算値ｃＱｙとの比（ａＱｙ／ｃＱｙ）である。
【0070】
図６Ａ～図６Ｅは、それぞれ、せん断スパン比Ｌ／Ｄが３、４、４．５、５、６の場合の結果を示している。また、各図には、それぞれ、断面ａ，ｂ，ｃについての結果を示している。縦軸（ａＱｙ／ｃＱｙ）が１より大きければ（すなわち降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回れば）、計算上の耐力の低減は必要ないといえる。
【0071】
図６Ａ～図６Ｅより以下のことを確認できる。
・ハンチ分担率ｘが小さいほど、解析値ａＱｙと計算値ｃＱｙとの比（ａＱｙ／ｃＱｙ）は小さくなり、降伏耐力は低下する。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ＝３の場合、ｘ＝１０％では降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを下回る。一方、ｘ＝１５％以上では、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ＝４の場合、ｘ＝０％では降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを下回る。一方、ｘ＝５％以上では、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ＝４．５、５、６の場合、ｘ＝０％でも、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る。
・ハンチ分担率ｘが小さいほど、解析値ａＱｙと計算値ｃＱｙとの比（ａＱｙ／ｃＱｙ）は小さくなり、降伏耐力は低下する。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ＝３の場合、ｘ＝１０％では降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを下回る。一方、ｘ＝１５％以上では、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ＝４の場合、ｘ＝０％では降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを下回る。一方、ｘ＝５％以上では、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄ＝４．５、５、６の場合、ｘ＝０％でも、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る。
【0072】
なお、せん断スパン比Ｌ／Ｄが、本実施形態の条件の間にある場合のハンチ分担率ｘ％（下限値）は、その近くのせん断スパン比Ｌ/Ｄについての結果の補間（例えば線形補間）により求めることができる。例えば、せん断スパン比Ｌ／Ｄが３．５の場合、せん断スパン比Ｌ／Ｄが３の場合のハンチ分担率ｘの下限値と、せん断スパン比Ｌ／Ｄが４の場合のハンチ分担率ｘの下限値との線形補間により求めることができる。
【0073】
図７は、降伏耐力の解析値ａＱｙが計算値ｃＱｙを上回る範囲の説明図である。図の横軸は、せん断スパン比Ｌ／Ｄであり、縦軸は、ハンチ分担率ｘ（％）である。計算上の耐力の低減が必要ないと確認された領域を斜線でハッチングしている。ハッチングしていない領域は、計算上の耐力の低減が必要と確認された領域（Ｌ／Ｄ≧３）、もしくは未検討の領域（Ｌ／Ｄ＜３）である。
【0074】
図７より、計算上の耐力の低減が不要な条件は、
・せん断スパン比Ｌ／Ｄが３以上４．５未満（３≦Ｌ／Ｄ＜４．５）の場合、
{－１０×（Ｌ／Ｄ）＋４５}≦ｘ＜５０
・せん断スパン比Ｌ／Ｄが４．５以上（Ｌ／Ｄ≧４．５）の場合、
０＜ｘ＜５０
となった。
・せん断スパン比Ｌ／Ｄが３以上４．５未満（３≦Ｌ／Ｄ＜４．５）の場合、
{－１０×（Ｌ／Ｄ）＋４５}≦ｘ＜５０
・せん断スパン比Ｌ／Ｄが４．５以上（Ｌ／Ｄ≧４．５）の場合、
０＜ｘ＜５０
となった。
【0075】
すなわち、上記の関係を満たすように、せん断スパン比Ｌ／Ｄとハンチ分担率ｘを定めることにより、意匠性の向上及び耐力の低下の抑制を図ることができる。
【0076】
＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【0077】
前述の実施形態では、柱１０は角形鋼管であったが、これには限られない、例えば、丸型鋼管やＨ型鋼であってもよい。
【0078】
また、前述の実施形態では、ダイアフラム１２は、通しダイアフラムであったがこれには限られない。例えば、柱内側（内部）に設けられる内ダイアフラム、あるいは、柱外側に設けられる外ダイアフラムであってもよい。なお、内ダイアフラムの場合、梁２０のフランジ２４は、ダイアフラムではなく柱本体に接合されることになる。
【符号の説明】
【0079】
１０ 柱
１２ ダイアフラム
２０ 梁
２２ ウェブ
２４ フランジ
２４ａ 拡幅部（第１拡幅部）
２４ｂ 拡幅部（第２拡幅部）
１２ ダイアフラム
２０ 梁
２２ ウェブ
２４ フランジ
２４ａ 拡幅部（第１拡幅部）
２４ｂ 拡幅部（第２拡幅部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】