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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】P2024004897
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】梁及び梁構造
(51)【国際特許分類】
E04B 1/94 20060101AFI20240110BHJP
【ＦＩ】
E04B1/94 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022104786
(22)【出願日】2022-06-29
(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】清水 信孝
(72)【発明者】
【氏名】寺沢 太沖
(72)【発明者】
【氏名】北岡 聡
【テーマコード（参考）】
2E001
【Ｆターム（参考）】
2E001DE05
2E001FA01
2E001GA52
2E001HF12
(57)【要約】
【課題】高温時に梁が熱膨張する際に支持部材が材軸方向に押し出されるのを抑制した梁を提供する。
【解決手段】一対の支持部材１０の間に架設される梁１５であって、高温時に梁１５が熱膨張することで、一対の支持部材１０から反力を受けることで局部座屈が発生する。
【選択図】図１
【解決手段】一対の支持部材１０の間に架設される梁１５であって、高温時に梁１５が熱膨張することで、一対の支持部材１０から反力を受けることで局部座屈が発生する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の支持部材の間に架設される梁であって、
高温時に前記梁が熱膨張することで、前記一対の支持部材から反力を受けることで局部座屈が発生する、梁。
高温時に前記梁が熱膨張することで、前記一対の支持部材から反力を受けることで局部座屈が発生する、梁。
【請求項2】
第１フランジ及び第２フランジと、
前記第１フランジと前記第２フランジとの間に配置され、前記第１フランジ及び前記第２フランジにそれぞれ接合されるウェブと、
を備える、請求項１に記載の梁。
前記第１フランジと前記第２フランジとの間に配置され、前記第１フランジ及び前記第２フランジにそれぞれ接合されるウェブと、
を備える、請求項１に記載の梁。
【請求項3】
前記第１フランジは、前記第２フランジよりも上方に配置され、
前記梁の上方から作用する積載荷重によって前記第１フランジが圧縮力を受ける、前記梁の材軸方向における前記梁の圧縮領域で、前記梁に局部座屈が発生する、請求項２に記載の梁。
前記梁の上方から作用する積載荷重によって前記第１フランジが圧縮力を受ける、前記梁の材軸方向における前記梁の圧縮領域で、前記梁に局部座屈が発生する、請求項２に記載の梁。
【請求項4】
前記梁の前記材軸方向における前記圧縮領域で、前記第１フランジ又は前記ウェブに局部座屈が発生する、請求項３に記載の梁。
【請求項5】
前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、
前記梁の材軸方向における前記圧縮領域に、前記支持部材の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆を削減した加熱領域を有し、
前記梁の前記材軸方向における前記加熱領域以外は、前記耐火被覆で覆われている、請求項３又は４に記載の梁。
前記梁の材軸方向における前記圧縮領域に、前記支持部材の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆を削減した加熱領域を有し、
前記梁の前記材軸方向における前記加熱領域以外は、前記耐火被覆で覆われている、請求項３又は４に記載の梁。
【請求項6】
前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、
前記梁は、全長にわたって耐火被覆で覆われ、
常温時の前記梁に対する高温時の前記梁の伸び出し量△Ｌが（１）式を満たす、請求項３又は４に記載の梁。
ただし、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）である。
前記梁は、全長にわたって耐火被覆で覆われ、
常温時の前記梁に対する高温時の前記梁の伸び出し量△Ｌが（１）式を満たす、請求項３又は４に記載の梁。
ただし、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）である。
【数1】
【請求項7】
前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、
前記梁は、全長にわたって耐火被覆で覆われ、
常温時の前記梁に対する高温時の前記梁の伸び出し量△Ｌが（２）式を満たす、請求項３又は４に記載の梁。
ただし、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｍｐ．ｙ．Ｔ２は、温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）である。
前記梁は、全長にわたって耐火被覆で覆われ、
常温時の前記梁に対する高温時の前記梁の伸び出し量△Ｌが（２）式を満たす、請求項３又は４に記載の梁。
ただし、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｍｐ．ｙ．Ｔ２は、温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）である。
【数2】
【請求項8】
一対の支持部材と、
前記一対の支持部材の間に架設される梁と、
を備え、
高温時に前記梁が熱膨張することにより前記支持部材が変形し、前記支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、前記梁に局部座屈が発生する、梁構造。
前記一対の支持部材の間に架設される梁と、
を備え、
高温時に前記梁が熱膨張することにより前記支持部材が変形し、前記支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、前記梁に局部座屈が発生する、梁構造。
【請求項9】
前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、
前記梁の材軸方向における中間部である加熱領域以外の非加熱領域は、耐火被覆で覆われ、
前記加熱領域では、前記非加熱領域の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆が削減され、
前記梁の前記材軸方向の長さに対する、前記加熱領域の前記材軸方向の長さの比率ＣＢが（３）式を満たす、請求項８に記載の梁構造。
ただし、比率ＣＢは１以下であり、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
前記梁の材軸方向における中間部である加熱領域以外の非加熱領域は、耐火被覆で覆われ、
前記加熱領域では、前記非加熱領域の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆が削減され、
前記梁の前記材軸方向の長さに対する、前記加熱領域の前記材軸方向の長さの比率ＣＢが（３）式を満たす、請求項８に記載の梁構造。
ただし、比率ＣＢは１以下であり、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
【数3】
【請求項10】
一対の支持部材と、
前記一対の支持部材の間に架設される梁と、
を備え、
高温時に前記梁が熱膨張することにより前記支持部材が変形し、前記支持部材に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、前記梁に局部座屈が発生する、梁構造。
前記一対の支持部材の間に架設される梁と、
を備え、
高温時に前記梁が熱膨張することにより前記支持部材が変形し、前記支持部材に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、前記梁に局部座屈が発生する、梁構造。
【請求項11】
それぞれの前記支持部材は、Ｈ形鋼造の第２梁であり、
前記支持部材に構造耐力上支障のある破壊は、前記第２梁に作用する曲げモーメントが、前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超えることである、請求項１０に記載の梁構造。
前記支持部材に構造耐力上支障のある破壊は、前記第２梁に作用する曲げモーメントが、前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超えることである、請求項１０に記載の梁構造。
【請求項12】
それぞれの前記支持部材は、Ｈ形鋼造の第２梁であり、
前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、
前記梁の材軸方向における中間部である加熱領域以外の非加熱領域は、耐火被覆で覆われ、
前記加熱領域では、前記非加熱領域の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆が削減され、
前記梁の前記材軸方向の長さに対する、前記加熱領域の前記材軸方向の長さの比率Ｃｂが（４）式を満たす、請求項１０又は１１に記載の梁構造。
ただし、比率Ｃｂは１以下であり、Ｌ２はそれぞれの前記第２梁の長さ（ｍｍ）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｍｐ．ｙ２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ２）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記第２梁のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、
前記梁の材軸方向における中間部である加熱領域以外の非加熱領域は、耐火被覆で覆われ、
前記加熱領域では、前記非加熱領域の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆が削減され、
前記梁の前記材軸方向の長さに対する、前記加熱領域の前記材軸方向の長さの比率Ｃｂが（４）式を満たす、請求項１０又は１１に記載の梁構造。
ただし、比率Ｃｂは１以下であり、Ｌ２はそれぞれの前記第２梁の長さ（ｍｍ）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｍｐ．ｙ２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ２）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記第２梁のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
【数4】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、梁及び梁構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、火災時等、梁が高温になり熱膨張した時に、梁が架設される大梁等（支持部材）を保護する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の梁構造では、梁の両端部に座屈誘導部が設けられている。梁は、上フランジ、ウェブ、及び下フランジを有する鉄骨部材を備える。鉄骨部材の両端には、鉄骨製の柱がそれぞれ固定されている。
座屈誘導部では、上フランジの全表面が耐火被覆で覆われ、ウェブ及び下フランジの全表面を耐火被覆で覆わずに露出させている。
特許文献１の梁構造では、梁の両端部に座屈誘導部が設けられている。梁は、上フランジ、ウェブ、及び下フランジを有する鉄骨部材を備える。鉄骨部材の両端には、鉄骨製の柱がそれぞれ固定されている。
座屈誘導部では、上フランジの全表面が耐火被覆で覆われ、ウェブ及び下フランジの全表面を耐火被覆で覆わずに露出させている。
【0003】
火災時には、座屈誘導部が設けられている鉄骨部材に局部座屈が発生し、この部分がヒンジ状態になる。高温になった鉄骨部材は伸長するが、ヒンジの形成により鉄骨部材のたわみ変形が許容され、鉄骨部材の伸び出しが吸収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４－２３１７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の梁構造では、上フランジが耐火被覆で覆われているため、梁が高温になっても、上フランジが梁の材軸方向に突っ張る。このため、大梁を、材軸方向に押し出す虞がある。
【0006】
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、高温時に梁が熱膨張する際に支持部材が材軸方向に押し出されるのを抑制した梁及び梁構造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】
【0007】
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、一対の支持部材の間に架設される梁であって、高温時に前記梁が熱膨張することで、前記一対の支持部材から反力を受けることで局部座屈が発生する、梁である。
この発明では、高温時に梁が熱膨張することで、梁が材軸方向に伸びる。そして、梁を架設する一対の支持部材から反力を受けることで、梁に圧縮力が作用して局部座屈が発生し、局部座屈部の軸縮みによって梁の材軸方向の伸長が抑えられる。従って、高温時に梁が熱膨張する際に、支持部材が材軸方向に押し出されるのを抑制することができる。
（１）本発明の態様１は、一対の支持部材の間に架設される梁であって、高温時に前記梁が熱膨張することで、前記一対の支持部材から反力を受けることで局部座屈が発生する、梁である。
この発明では、高温時に梁が熱膨張することで、梁が材軸方向に伸びる。そして、梁を架設する一対の支持部材から反力を受けることで、梁に圧縮力が作用して局部座屈が発生し、局部座屈部の軸縮みによって梁の材軸方向の伸長が抑えられる。従って、高温時に梁が熱膨張する際に、支持部材が材軸方向に押し出されるのを抑制することができる。
【0008】
（２）本発明の態様２は、第１フランジ及び第２フランジと、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に配置され、前記第１フランジ及び前記第２フランジにそれぞれ接合されるウェブと、を備える、（１）に記載の梁であってもよい。
この発明では、例えば、梁を、第１フランジ、第２フランジ、及びウェブを備えるＨ形鋼により、比較的安価に構成することができる。
この発明では、例えば、梁を、第１フランジ、第２フランジ、及びウェブを備えるＨ形鋼により、比較的安価に構成することができる。
【0009】
（３）本発明の態様３は、前記第１フランジは、前記第２フランジよりも上方に配置され、前記梁の上方から作用する積載荷重によって前記第１フランジが圧縮力を受ける、前記梁の材軸方向における前記梁の圧縮領域で、前記梁に局部座屈が発生する、（２）に記載の梁であってもよい。
この発明では、梁が使用される際には、梁に、梁の上方から積載荷重が作用する。このとき、梁が下方に向かって凸となるように正曲げされ、第１フランジに作用する圧縮力は、第２フランジに作用する圧縮力よりも大きくなる。一般的に、部材に圧縮力が作用する場合に、部材が局部座屈する。局部座屈しやすい梁の圧縮領域で、梁に局部座屈を確実に発生させることができる。
この発明では、梁が使用される際には、梁に、梁の上方から積載荷重が作用する。このとき、梁が下方に向かって凸となるように正曲げされ、第１フランジに作用する圧縮力は、第２フランジに作用する圧縮力よりも大きくなる。一般的に、部材に圧縮力が作用する場合に、部材が局部座屈する。局部座屈しやすい梁の圧縮領域で、梁に局部座屈を確実に発生させることができる。
【0010】
（４）本発明の態様４は、前記梁の前記材軸方向における前記圧縮領域で、前記第１フランジ又は前記ウェブに局部座屈が発生する、（３）に記載の梁であってもよい。
この発明では、圧縮領域における第１フランジのみに局部座屈が発生する場合に比べて、梁に局部座屈が発生する範囲を広く確保することができる。
この発明では、圧縮領域における第１フランジのみに局部座屈が発生する場合に比べて、梁に局部座屈が発生する範囲を広く確保することができる。
【0011】
（５）本発明の態様５は、前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、前記梁の材軸方向における前記圧縮領域に前記支持部材の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆を削減した加熱領域を有しており、前記梁の前記材軸方向における前記加熱領域以外は、前記耐火被覆で覆われている、（３）又は（４）に記載の梁であってもよい。
この発明では、加熱領域では、支持部材の耐火被覆よりも、耐火被覆を削減することができる。さらに、一般的に、梁における加熱領域以外の領域は、梁の材軸方向の両端部に形成される。梁における加熱領域以外の領域は耐火被覆で覆われて加熱され難く、梁の材軸方向の両端部が一対の支持部材に接続されるため、梁から一対の支持部材への伝熱を抑制することができる。
この発明では、加熱領域では、支持部材の耐火被覆よりも、耐火被覆を削減することができる。さらに、一般的に、梁における加熱領域以外の領域は、梁の材軸方向の両端部に形成される。梁における加熱領域以外の領域は耐火被覆で覆われて加熱され難く、梁の材軸方向の両端部が一対の支持部材に接続されるため、梁から一対の支持部材への伝熱を抑制することができる。
【0012】
（６）本発明の態様６は、前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、前記梁は、全長にわたって耐火被覆で覆われ、常温時の前記梁に対する高温時の前記梁の伸び出し量△Ｌが（１）式を満たす、（３）又は（４）に記載の梁であってもよい。
ただし、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）である。
ただし、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）である。
【0013】
【数1】
【0014】
この発明では、（１）式の右側の不等式は、支持部材の部材角が１／５０に達しないための、伸び出し量△Ｌの条件を表す。（１）式の左側の不等式は、梁に局部座屈が発生するための、伸び出し量△Ｌの条件を表す。従って、伸び出し量△Ｌが（１）式を満たすことにより、支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、梁に局部座屈を発生させることができる。
【0015】
（７）本発明の態様７は、前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、前記梁は、全長にわたって耐火被覆で覆われ、常温時の前記梁に対する高温時の前記梁の伸び出し量△Ｌが（２）式を満たす、（３）又は（４）に記載の梁であってもよい。
ただし、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｍｐ．ｙ．Ｔ２は、温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）である。
ただし、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）であり、Ｅ２．Ｔは温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｍｐ．ｙ．Ｔ２は、温度Ｔ℃におけるそれぞれの前記支持部材の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ）であり、Ｌ２はそれぞれの前記支持部材の長さ（ｍｍ）である。
【0016】
【数2】
【0017】
（８）本発明の態様８は、一対の支持部材と、前記一対の支持部材の間に架設される梁と、を備え、高温時に前記梁が熱膨張することにより前記支持部材が変形し、前記支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、前記梁に局部座屈が発生する、梁構造である。
この発明では、高温時に梁が熱膨張することで、梁が材軸方向に伸び、支持部材が変形する。しかし、支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、梁に局部座屈が発生する。従って、高温時に梁が熱膨張する際に支持部材が材軸方向に押し出されるのを抑制し、梁構造の健全性を保つことができる。
この発明では、高温時に梁が熱膨張することで、梁が材軸方向に伸び、支持部材が変形する。しかし、支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、梁に局部座屈が発生する。従って、高温時に梁が熱膨張する際に支持部材が材軸方向に押し出されるのを抑制し、梁構造の健全性を保つことができる。
【0018】
（９）本発明の態様９は、前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、前記梁の材軸方向における中間部である加熱領域以外の非加熱領域は、耐火被覆で覆われ、前記加熱領域では、前記非加熱領域の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆が削減され、前記梁の前記材軸方向の長さに対する、前記加熱領域の前記材軸方向の長さの比率ＣＢが（３）式を満たす、（８）に記載の梁構造であってもよい。
ただし、比率ＣＢは１以下であり、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
ただし、比率ＣＢは１以下であり、Ｈは階高（ｍｍ）であり、Ｉ２はそれぞれの前記支持部材の断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記支持部材のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
【0019】
【数3】
【0020】
この発明では、（３）式の右側の不等式は、支持部材の部材角が１／５０に達しないための、比率ＣＢの条件を表す。（２）式の左側の不等式は、梁に局部座屈が発生するための、比率ＣＢの条件を表す。従って、比率ＣＢが（３）式を満たすことにより、支持部材の部材角が１／５０に到達する前に、梁に局部座屈を発生させることができる。
【0021】
（１０）本発明の態様１０は、一対の支持部材と、前記一対の支持部材の間に架設される梁と、を備え、高温時に前記梁が熱膨張することにより前記支持部材が変形し、前記支持部材に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、前記梁に局部座屈が発生する、梁構造である。
この発明では、高温時に梁が熱膨張することで、梁が材軸方向に伸びる。しかし、梁を架設する支持部材が変形し、支持部材に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、梁に局部座屈が発生する。従って、高温時に梁が熱膨張する際に、支持部材が梁の材軸方向に押し出されるのを抑制することができる。
この発明では、高温時に梁が熱膨張することで、梁が材軸方向に伸びる。しかし、梁を架設する支持部材が変形し、支持部材に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、梁に局部座屈が発生する。従って、高温時に梁が熱膨張する際に、支持部材が梁の材軸方向に押し出されるのを抑制することができる。
【0022】
（１１）本発明の態様１１は、それぞれの前記支持部材は、Ｈ形鋼造の第２梁であり、前記支持部材に構造耐力上支障のある破壊は、前記第２梁に作用する曲げモーメントが、前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超えることである、（１０）に記載の梁構造であってもよい。
この発明では、第２梁に作用する曲げモーメントが第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超える前に、梁に局部座屈を発生させることができる。
この発明では、第２梁に作用する曲げモーメントが第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超える前に、梁に局部座屈を発生させることができる。
【0023】
（１２）本発明の態様１２は、それぞれの前記支持部材は、Ｈ形鋼造の第２梁であり、前記一対の支持部材は、それぞれ耐火被覆で覆われ、前記梁の材軸方向における中間部である加熱領域以外の非加熱領域は、耐火被覆で覆われ、前記加熱領域では、前記非加熱領域の前記耐火被覆よりも、前記耐火被覆が削減され、前記梁の前記材軸方向の長さに対する、前記加熱領域の前記材軸方向の長さの比率Ｃｂが（４）式を満たす、（１０）又は（１１）に記載の梁構造であってもよい。
ただし、比率Ｃｂは１以下であり、Ｌ２はそれぞれの前記第２梁の長さ（ｍｍ）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｍｐ．ｙ２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ２）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記第２梁のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
ただし、比率Ｃｂは１以下であり、Ｌ２はそれぞれの前記第２梁の長さ（ｍｍ）であり、Ｉｙ．２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）であり、Ｍｐ．ｙ２はそれぞれの前記第２梁の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ２）であり、Ｅ２．ＲＴは常温におけるそれぞれの前記第２梁のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）であり、Ａ１は前記梁の材軸方向に直交する面による断面積（ｍｍ２）であり、Ｌ１は前記梁の長さ（ｍｍ）であり、σｃｒ１．Ｔは前記梁の温度Ｔ℃における局部座屈耐力（Ｎ／ｍｍ２）であり、αＴ１は前記梁の温度Ｔ℃における線膨張係数（－）である。
【0024】
【数4】
【0025】
この発明では、（４）式の右側の不等式は、弱軸回りに曲げられた第２梁が全塑性曲げ耐力に達しないための、比率Ｃｂの条件を表す。（４）式の左側の不等式は、梁に局部座屈が発生するための、比率Ｃｂの条件を表す。従って、比率Ｃｂが（４）式を満たすことにより、第２梁が全塑性曲げ耐力に達する前に、梁に局部座屈を発生させることができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の梁及び梁構造では、高温時に梁が熱膨張する際に支持部材が梁の材軸方向に押し出されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第１実施形態の梁構造に局部座屈が発生している状態を模式的に示す側面図である。
【図2】同梁構造を模式的に示す側面図である。
【図3】両端部が固定されている梁において、梁に作用する曲げモーメントを説明する図である。
【図4】両端部が固定されている梁において、梁に作用する軸力を説明する図である。
【図5】両端部が固定されている梁において、梁の第１フランジに作用する応力度を説明する図である。
【図6】両端部がピン接合されている梁において、梁に作用する曲げモーメントを説明する図である。
【図7】梁の位置による局部座屈応力を説明する図である。
【図8】梁の位置による応力度比を説明する図である。
【図9】両端部が固定されている梁において、局部座屈部の効果を説明する図である。
【図10】両端部がピン接合されている梁において、局部座屈部の効果を説明する図である。
【図11】高温時に梁が伸びて柱が変形した梁構造を模式的に示す側面図である。
【図12】梁の伸び出しによって強制水平変位を受ける柱のモデルを説明する図である。
【図13】温度による（１４）式を満たす比率ＣＢの変化を表す図である。
【図14】本発明の第２実施形態の梁構造が用いられる建築物の平面図である。
【図15】小梁の伸び出しによって水平変位を受ける大梁のモデルを示す図である。
【図16】温度による（３１）式を満たす比率Ｃｂの変化を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
【0029】
〔１．１．梁構造が用いられる建築物の構成〕
図１及び図２に示すように、本実施形態の梁構造２は、建築物１に用いられる。なお、図１では、耐火被覆１７及び床スラブ２５を示していない。
梁構造２は、一対の柱（支持部材）１０と、一対の柱１０の間に架設される本実施形態の梁（大梁）１５と、を備える。なお、図１には、常温時に比べて、高温時に熱膨張するとともに局部座屈した梁１５を示す。常温時の梁１５を、図１中に二点鎖線で示す。
ここで言う高温とは、例えば、ＩＳＯ ８３４－１１：２０１４で規定される加熱曲線による温度や、１００℃以上のことを意味する。常温とは、０℃以上４０℃以下のことを意味する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の梁構造２は、建築物１に用いられる。なお、図１では、耐火被覆１７及び床スラブ２５を示していない。
梁構造２は、一対の柱（支持部材）１０と、一対の柱１０の間に架設される本実施形態の梁（大梁）１５と、を備える。なお、図１には、常温時に比べて、高温時に熱膨張するとともに局部座屈した梁１５を示す。常温時の梁１５を、図１中に二点鎖線で示す。
ここで言う高温とは、例えば、ＩＳＯ ８３４－１１：２０１４で規定される加熱曲線による温度や、１００℃以上のことを意味する。常温とは、０℃以上４０℃以下のことを意味する。
【0030】
柱１０は、上下方向に沿って延びている。一対の柱１０は、互いに間隔を開けて配置されている。例えば、各柱１０は、角形鋼管（不図示）が耐火被覆１１で覆われて構成されている。柱１０には、図示しないガセットプレートが溶接等により接合されている。
例えば、柱１０におけるロックウール等の耐火被覆の厚さを、「吹付けロックウール被覆耐火構造 施工品質管理指針（ロックウール工業会 吹付け部会）」に準拠して、１時間耐火が要求される場合には２５ｍｍ、２時間耐火が要求される場合には４５ｍｍ、３時間耐火が要求される場合には６５ｍｍとする。
例えば、柱１０におけるロックウール等の耐火被覆の厚さを、「吹付けロックウール被覆耐火構造 施工品質管理指針（ロックウール工業会 吹付け部会）」に準拠して、１時間耐火が要求される場合には２５ｍｍ、２時間耐火が要求される場合には４５ｍｍ、３時間耐火が要求される場合には６５ｍｍとする。
【0031】
なお、柱は、Ｈ形鋼、ＲＣ（Reinforced Concrete）製、ＳＲＣ（Steel Reinforced Concrete）製等でもよい。
【0032】
梁１５は、一対の柱１０の間に架設されている。梁１５は、水平面に沿って延びている。図１及び図２に示すように、梁１５は、Ｈ形鋼１６と、耐火被覆１７と、を有する。
Ｈ形鋼１６は、第１フランジ２０と、第２フランジ２１と、ウェブ２２と、を有する。
第１フランジ２０、第２フランジ２１、及びウェブ２２は、それぞれ鋼板により形成されている。第１フランジ２０及び第２フランジ２１は、それぞれ水平面に沿うように配置され、互いに上下方向に対向している。第１フランジ２０は、第２フランジ２１よりも上方に配置されている。なお、第１フランジ２０及び第２フランジ２１は、水平面に沿う方向に対向するように配置されてもよい。
Ｈ形鋼１６は、第１フランジ２０と、第２フランジ２１と、ウェブ２２と、を有する。
第１フランジ２０、第２フランジ２１、及びウェブ２２は、それぞれ鋼板により形成されている。第１フランジ２０及び第２フランジ２１は、それぞれ水平面に沿うように配置され、互いに上下方向に対向している。第１フランジ２０は、第２フランジ２１よりも上方に配置されている。なお、第１フランジ２０及び第２フランジ２１は、水平面に沿う方向に対向するように配置されてもよい。
【0033】
ウェブ２２は、第１フランジ２０と第２フランジ２１との間に配置されている。ウェブ２２は、第１フランジ２０の幅方向の中間部、及び第２フランジ２１の幅方向の中間部にそれぞれ接合されている。
なお、梁は、第１フランジ、第２フランジ、及びウェブを有していれば、Ｈ形鋼でない形鋼であってもよい。
なお、梁は、第１フランジ、第２フランジ、及びウェブを有していれば、Ｈ形鋼でない形鋼であってもよい。
【0034】
梁１５の両端部は、一対の柱１０のガセットプレートに図示しない高力ボルト等により接続されている。梁１５の第１フランジ２０には、図示しない頭付きスタッドが固定されている。
ここで、一対の柱１０のうち、左側の柱１０を第１柱１０Ａとも言い、右側の柱１０を第２柱１０Ｂとも言う。
図２に示すように、建築物１は、床スラブ２５を備えている。床スラブ２５は、梁１５により、床スラブ２５の下方から支持されている。床スラブ２５内には、頭付きスタッドが埋め込まれている。
ここで、一対の柱１０のうち、左側の柱１０を第１柱１０Ａとも言い、右側の柱１０を第２柱１０Ｂとも言う。
図２に示すように、建築物１は、床スラブ２５を備えている。床スラブ２５は、梁１５により、床スラブ２５の下方から支持されている。床スラブ２５内には、頭付きスタッドが埋め込まれている。
【0035】
以上のように構成された建築物１は、例えば、床スラブ２５上に、設備等を置いて使用される。これら設備及び床スラブ２５に作用する重力による積載荷重は、梁１５に、梁１５の上方から作用する。例えば、積載荷重は、梁１５の材軸方向（長手方向）Ｚ１の全長にわたる、大きさｗの等分布荷重である。
このとき、梁１５は、下方に向かって凸となるように正曲げされる。
このとき、梁１５は、下方に向かって凸となるように正曲げされる。
【0036】
図３に、梁１５の両端部が剛接合もしくは半剛接合されている場合に、梁１５に作用する曲げモーメントを示し、図４に梁１５が熱膨張して梁１５に作用する軸力を示し、図５に梁１５の第１フランジ２０に作用する応力度を示す。図３、図４、図５において、横軸は、梁１５の第１柱１０Ａを原点として第２柱１０Ｂに向かう向きの、梁１５の位置を表す。ここで、梁１５の長さを、Ｌ１（ｍｍ）と規定する。図３において、縦軸は、梁１５に作用する曲げモーメントを示す。曲げモーメントは、第１フランジ２０が圧縮されている時を正とし、実線による線Ｍで示す。図４において、縦軸は、梁１５に作用する軸力を示す。軸力は、圧縮を正とし、実線による線Ｎで示す。図５において、縦軸は、第１フランジ２０に作用する応力度を示す。応力度は、圧縮を正とする。曲げモーメントに基づく応力度を点線による線σＭで示し、軸力に基づく応力度を一点鎖線による線σＮで示し、曲げモーメントに基づく応力度と軸力に基づく応力度を足し合わせた応力度を実線による線σで示す。軸力及び応力度については、後で詳しく説明する。
【0037】
積載荷重によって、材軸方向Ｚ１における梁１５の圧縮領域Ｒ１で、第１フランジ２０が、正の曲げモーメントにより圧縮力を受ける。圧縮領域Ｒ１は、梁１５の材軸方向Ｚ１の中間部に形成される。例えば、梁１５の材軸方向Ｚ１の中間部は、梁１５の材軸方向Ｚ１の各端を除いた、梁１５の全長の０．１倍から０．９９倍の範囲である。
積載荷重によって、材軸方向Ｚ１における梁１５の非圧縮領域Ｒ２で、第１フランジ２０が負の曲げモーメントにより引張力を受ける。非圧縮領域Ｒ２は、梁１５の材軸方向Ｚ１の各端部に形成される。非圧縮領域Ｒ２は、梁１５の材軸方向Ｚ１における圧縮領域Ｒ１以外の領域である。
積載荷重によって、材軸方向Ｚ１における梁１５の非圧縮領域Ｒ２で、第１フランジ２０が負の曲げモーメントにより引張力を受ける。非圧縮領域Ｒ２は、梁１５の材軸方向Ｚ１の各端部に形成される。非圧縮領域Ｒ２は、梁１５の材軸方向Ｚ１における圧縮領域Ｒ１以外の領域である。
【0038】
なお、梁１５の両端部がピン接合されている場合には、梁１５に作用する曲げモーメントは、図６に示すようになる。この場合、梁１５の両端における曲げモーメントは０になり、梁１５のほぼ全長にわたって圧縮領域Ｒ１となる。
【0039】
図２に示すように、梁１５の材軸方向Ｚ１における圧縮領域Ｒ１に、加熱領域Ｒ３を有する。すなわち、加熱領域Ｒ３は、圧縮領域Ｒ１に等しい領域か、圧縮領域Ｒ１に含まれ、材軸方向Ｚ１において圧縮領域Ｒ１よりも範囲の小さい領域である。梁１５における加熱領域Ｒ３以外の領域が、非加熱領域Ｒ４である。非加熱領域Ｒ４は、非圧縮領域Ｒ２を含む。
非加熱領域Ｒ４のＨ形鋼１６は、耐火被覆１７で覆われている。加熱領域Ｒ３では、非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７（柱１０の耐火被覆１１）よりも、耐火被覆１７が削減されている。
例えば、非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７は、柱１０の耐火被覆１１と同様としてもよい。
この例では、加熱領域Ｒ３には、耐火被覆１７が無い。なお、加熱領域Ｒ３を、柱１０の耐火被覆１１もしくは非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７の厚さの１／１０～１／２程度の厚さの耐火被覆１７で覆ってもよい。
非加熱領域Ｒ４のＨ形鋼１６は、耐火被覆１７で覆われている。加熱領域Ｒ３では、非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７（柱１０の耐火被覆１１）よりも、耐火被覆１７が削減されている。
例えば、非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７は、柱１０の耐火被覆１１と同様としてもよい。
この例では、加熱領域Ｒ３には、耐火被覆１７が無い。なお、加熱領域Ｒ３を、柱１０の耐火被覆１１もしくは非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７の厚さの１／１０～１／２程度の厚さの耐火被覆１７で覆ってもよい。
【0040】
高温時には、加熱領域Ｒ３が熱膨張し、柱１０からの反力によって梁１５が圧縮力を受け、かつ加熱領域Ｒ３のヤング率が低下するため、加熱領域Ｒ３で、梁１５に局部座屈が発生する。
図１に示す例では、高温時に加熱領域Ｒ３で、フランジ２０，２１及びウェブ２２にそれぞれ局部座屈が発生している。図１では、ウェブ２２に、凸部２２ａ及び凹部２２ｂが形成され、ウェブ２２がウェブ２２の厚さ方向に波打っている。凸部２２ａでは、ウェブ２２が前記厚さ方向の第１側に変位している。凹部２２ｂでは、ウェブ２２が前記厚さ方向における第１側とは反対側の第２側に変位している。
なお、局部座屈は、圧縮力が作用しやすい第１フランジ２０又はウェブ２２に発生してもよいし、第１フランジ２０のみに発生してもよい。
図１に示す例では、高温時に加熱領域Ｒ３で、フランジ２０，２１及びウェブ２２にそれぞれ局部座屈が発生している。図１では、ウェブ２２に、凸部２２ａ及び凹部２２ｂが形成され、ウェブ２２がウェブ２２の厚さ方向に波打っている。凸部２２ａでは、ウェブ２２が前記厚さ方向の第１側に変位している。凹部２２ｂでは、ウェブ２２が前記厚さ方向における第１側とは反対側の第２側に変位している。
なお、局部座屈は、圧縮力が作用しやすい第１フランジ２０又はウェブ２２に発生してもよいし、第１フランジ２０のみに発生してもよい。
【0041】
例えば、火災時等のように、梁１５が高温になった時に、梁１５が熱膨張する。梁１５が架設される一対の柱１０から反力を受けることで、梁１５に圧縮力が作用して局部座屈が発生する。以下では、梁１５における局部座屈が発生した部分を、局部座屈部とも言う。
【0042】
〔１．２．局部座屈発生メカニズム〕
図４中に示す軸力（軸力分布。線Ｎ）は、柱１０からの反力によって梁１５に生じる軸力（圧縮を正とする）である。図５中に示す応力度（応力度分布。線σ）は、積載荷重及び反力によって梁１５の第１フランジ２０に作用する応力度（圧縮を正とする）の一例である。梁１５の第１フランジ２０には、積載荷重による圧縮応力（圧縮領域Ｒ１）及び引張応力（非圧縮領域Ｒ２）と、反力による圧縮応力が作用する。第１フランジ２０の応力度は、梁１５に作用する曲げモーメントによる応力度と、梁１５の軸力による応力度との和で表される。なお、積載荷重及び反力の大きさによっては、梁１５の端部における第１フランジ２０の圧縮応力が負（引張）となる場合がある。
図５に示す例では、梁１５の第１フランジ２０に作用する応力度が、全長に渡って圧縮となる場合を示す（線σ参照）。
例えば、加熱領域Ｒ３は、図３において二点鎖線による四角で囲んだ領域となる。
図４中に示す軸力（軸力分布。線Ｎ）は、柱１０からの反力によって梁１５に生じる軸力（圧縮を正とする）である。図５中に示す応力度（応力度分布。線σ）は、積載荷重及び反力によって梁１５の第１フランジ２０に作用する応力度（圧縮を正とする）の一例である。梁１５の第１フランジ２０には、積載荷重による圧縮応力（圧縮領域Ｒ１）及び引張応力（非圧縮領域Ｒ２）と、反力による圧縮応力が作用する。第１フランジ２０の応力度は、梁１５に作用する曲げモーメントによる応力度と、梁１５の軸力による応力度との和で表される。なお、積載荷重及び反力の大きさによっては、梁１５の端部における第１フランジ２０の圧縮応力が負（引張）となる場合がある。
図５に示す例では、梁１５の第１フランジ２０に作用する応力度が、全長に渡って圧縮となる場合を示す（線σ参照）。
例えば、加熱領域Ｒ３は、図３において二点鎖線による四角で囲んだ領域となる。
【0043】
図７に、梁１５の位置による、梁１５の第１フランジ２０の許容局部座屈応力度（許容局部座屈応力度分布）を示す。加熱領域Ｒ３は非加熱領域Ｒ４に比べて高温になるため、ヤング率が著しく低下し許容局部座屈応力度が小さくなる。
図８に、梁１５の位置による、梁１５の第１フランジ２０の応力度比（応力度比分布）を示す。ここで言う応力度比とは、第１フランジ２０に作用する圧縮応力度を、許容局部座屈応力度で除した値である。加熱領域Ｒ３では許容局部座屈応力度（分母）が小さくなるため、応力度比が大きくなる。
図８に、梁１５の位置による、梁１５の第１フランジ２０の応力度比（応力度比分布）を示す。ここで言う応力度比とは、第１フランジ２０に作用する圧縮応力度を、許容局部座屈応力度で除した値である。加熱領域Ｒ３では許容局部座屈応力度（分母）が小さくなるため、応力度比が大きくなる。
【0044】
図９には、梁１５の両端部が固定された場合における、局部座屈した梁１５のモデルを示す。局部座屈は、図８で示した応力度比が最も大きくなる位置で発生する。
梁１５に発生した局部座屈部１５ａは、バネのように作用し、局部座屈部１５ａの軸縮みによって梁１５の材軸方向Ｚ１の伸びを吸収すると考えられる。
図１０に示すように、この効果は、梁１５のピン接合された場合も、同様に発揮される。
次に、支持部材が柱１０である場合の、加熱領域Ｒ３の範囲の検討結果について説明する。
梁１５に発生した局部座屈部１５ａは、バネのように作用し、局部座屈部１５ａの軸縮みによって梁１５の材軸方向Ｚ１の伸びを吸収すると考えられる。
図１０に示すように、この効果は、梁１５のピン接合された場合も、同様に発揮される。
次に、支持部材が柱１０である場合の、加熱領域Ｒ３の範囲の検討結果について説明する。
【0045】
〔１．３．加熱領域の範囲の導出〕
図１１に、高温時に梁１５が延びて、柱１０が変形した建築物１を示す。建築物１は、多層建築物である。例えば、上下方向に隣り合う梁１５の間が、建築物１における１つの階（層）である。
ここで、Ｈを、階高（ｍｍ）と規定する。階高Ｈは、建築物１の１階（層）分の高さを意味する。δ２を、梁１５の伸び出しによる柱１０の水平面に沿う変位（水平変位）と規定する。柱１０の部材角を、Ｒ（＝δ２／Ｈ）と規定する。なお、常温時の柱１０の部材角は、０である。
図１１に、高温時に梁１５が延びて、柱１０が変形した建築物１を示す。建築物１は、多層建築物である。例えば、上下方向に隣り合う梁１５の間が、建築物１における１つの階（層）である。
ここで、Ｈを、階高（ｍｍ）と規定する。階高Ｈは、建築物１の１階（層）分の高さを意味する。δ２を、梁１５の伸び出しによる柱１０の水平面に沿う変位（水平変位）と規定する。柱１０の部材角を、Ｒ（＝δ２／Ｈ）と規定する。なお、常温時の柱１０の部材角は、０である。
【0046】
ここで、図１２に示すように、梁１５の伸び出しによって強制水平変位を受ける柱１０をモデル化した。このモデルでは、柱１０の両端における回転を固定とし、柱１０の上端に水平力Ｐを受けるとした。
このとき、梁１５に作用する水平力Ｐと水平変位δ２との関係は、（５）式で表せる。
このとき、梁１５に作用する水平力Ｐと水平変位δ２との関係は、（５）式で表せる。
【0047】
【数5】
【0048】
ここで、常温におけるそれぞれの柱１０のヤング率を、Ｅ２．ＲＴ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。それぞれの柱１０の断面二次モーメントを、Ｉ２（ｍｍ４）と規定する。
水平力Ｐは、梁１５に与えられる圧縮力に等しい。梁１５の伸び出しによる柱１０の水平変位は、梁１５の温度Ｔ（℃）における線膨張係数αＴ１（－）を用いて、（６）式で表せる。ただし、梁１５の材軸方向Ｚ１の長さに対する、加熱領域Ｒ３の材軸方向Ｚ１の長さの比率を、ＣＢと規定する。加熱領域Ｒ３の材軸方向Ｚ１の長さは梁１５の材軸方向Ｚ１の長さを超えないため、比率ＣＢは１．０以下である。
水平力Ｐは、梁１５に与えられる圧縮力に等しい。梁１５の伸び出しによる柱１０の水平変位は、梁１５の温度Ｔ（℃）における線膨張係数αＴ１（－）を用いて、（６）式で表せる。ただし、梁１５の材軸方向Ｚ１の長さに対する、加熱領域Ｒ３の材軸方向Ｚ１の長さの比率を、ＣＢと規定する。加熱領域Ｒ３の材軸方向Ｚ１の長さは梁１５の材軸方向Ｚ１の長さを超えないため、比率ＣＢは１．０以下である。
【0049】
【数6】
【0050】
（５）式及び（６）式より、梁１５に与えられる圧縮応力σ１は、梁１５の材軸方向Ｚ１に直交する面による断面積Ａ１（ｍｍ２）を用いて、（７）式で表せる。
【0051】
【数7】
【0052】
ここで、梁１５の温度Ｔ（℃）における局部座屈耐力を、σｃｒ１．Ｔ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。すると、任意の温度Ｔにおいて、局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔが（８）式を満たすときに、梁１５に局部座屈が発生する。
【0053】
【数8】
【0054】
従って、（８）式を満たすときの圧縮応力σ1は、（７）式より（９）式で表せる。
【0055】
【数9】
【0056】
一方で、梁１５が伸び出すことによって、柱１０に大きな部材角Ｒが生じ、建築物１が層崩壊に至る可能性がある。このため、平成１２年建設省告示第１４３３号として告示された「耐火性能検証法」において、柱１０の部材角Ｒの上限値として１／５０が用いられている。
以上を踏まえ、層崩壊を防ぐための大梁の伸び出し量の条件は、（６）式より（１２）式で表せる。
以上を踏まえ、層崩壊を防ぐための大梁の伸び出し量の条件は、（６）式より（１２）式で表せる。
【0057】
【数10】
【0058】
従って、（１２）式を満たす比率ＣＢは、（１３）式で表せる。
【0059】
【数11】
【0060】
以上より、高温時に梁１５が熱膨張することにより柱１０が変形し、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈が発生するための比率ＣＢの範囲は、（９）式及び（１３）式から、（１４）式で表せる。
【0061】
【数12】
【0062】
なお、梁１５が、全長にわたって耐火被覆１７で覆われている場合について説明する。
この場合には、常温時の梁１５に対する高温時の梁１５の伸び出し量△Ｌ（＝αＴ１Ｌ１）が（１５）式を満たしていれば、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈が発生する。この例では、各柱１０が、梁１５と同じ温度に温度上昇すると仮定している。
ただし、温度Ｔ（℃）におけるそれぞれの柱１０のヤング率を、Ｅ２．Ｔ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。
この場合には、常温時の梁１５に対する高温時の梁１５の伸び出し量△Ｌ（＝αＴ１Ｌ１）が（１５）式を満たしていれば、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈が発生する。この例では、各柱１０が、梁１５と同じ温度に温度上昇すると仮定している。
ただし、温度Ｔ（℃）におけるそれぞれの柱１０のヤング率を、Ｅ２．Ｔ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。
【0063】
【数13】
【0064】
〔１．４．加熱領域の範囲の具体例〕
表１に示す仕様の梁構造２に対して、比率ＣＢの適用範囲を検討した。
表１に示す仕様の梁構造２に対して、比率ＣＢの適用範囲を検討した。
【0065】
【表1】
【0066】
例えば、階高Ｈは、４，０００ｍｍである。柱１０は、外径が４５０ｍｍ×４５０ｍｍで厚さが１２ｍｍの角形鋼管である。
（１４）式中の線膨張係数αＴ１及び局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔは、それぞれ温度Ｔの関数である。表１に示す仕様の梁構造２に対して、比率ＣＢと温度Ｔとの関係を、図１３に示す。図１１において、横軸は温度Ｔ（℃）を表し、縦軸は比率ＣＢ（－）を表す。なお、局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔには、梁１５のウェブ２２が一様に圧縮される場合の局部座屈耐力を用いた。一様に圧縮されるウェブ２２の局部座屈耐力は、「鋼構造座屈設計指針」、日本建築学会、ｐ１８２－１８３から求めた。ただし、温度Ｔにおけるヤング率は、文献１から求めた。
文献１："Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design" en. 1993-1-2, 2005, p.22, Table 3.1
実線Ｌ１は、（柱１０の部材角Ｒ＝１／５０）を満たす境界を表す。点線Ｌ２は、（梁１５の局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔ＝圧縮応力σ１）を満たす境界を表す。従って、（１４）式を満たす比率ＣＢの範囲は、図１３中にハッチングで示した領域Ｒ５となる。
（１４）式中の線膨張係数αＴ１及び局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔは、それぞれ温度Ｔの関数である。表１に示す仕様の梁構造２に対して、比率ＣＢと温度Ｔとの関係を、図１３に示す。図１１において、横軸は温度Ｔ（℃）を表し、縦軸は比率ＣＢ（－）を表す。なお、局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔには、梁１５のウェブ２２が一様に圧縮される場合の局部座屈耐力を用いた。一様に圧縮されるウェブ２２の局部座屈耐力は、「鋼構造座屈設計指針」、日本建築学会、ｐ１８２－１８３から求めた。ただし、温度Ｔにおけるヤング率は、文献１から求めた。
文献１："Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design" en. 1993-1-2, 2005, p.22, Table 3.1
実線Ｌ１は、（柱１０の部材角Ｒ＝１／５０）を満たす境界を表す。点線Ｌ２は、（梁１５の局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔ＝圧縮応力σ１）を満たす境界を表す。従って、（１４）式を満たす比率ＣＢの範囲は、図１３中にハッチングで示した領域Ｒ５となる。
【0067】
〔１．５．本実施形態の効果〕
以上説明したように、本実施形態の梁１５では、高温時に梁１５が熱膨張することで、梁１５が材軸方向Ｚ１に伸びる。そして、梁１５を架設する一対の柱１０から反力を受けることで、梁１５に圧縮力が作用して局部座屈が発生し、局部座屈部１５ａの軸縮みによって梁１５の材軸方向Ｚ１の伸長が抑えられる。従って、高温時に梁１５が熱膨張する際に、柱１０が材軸方向Ｚ１に押し出されるのを抑制することができる。
以上説明したように、本実施形態の梁１５では、高温時に梁１５が熱膨張することで、梁１５が材軸方向Ｚ１に伸びる。そして、梁１５を架設する一対の柱１０から反力を受けることで、梁１５に圧縮力が作用して局部座屈が発生し、局部座屈部１５ａの軸縮みによって梁１５の材軸方向Ｚ１の伸長が抑えられる。従って、高温時に梁１５が熱膨張する際に、柱１０が材軸方向Ｚ１に押し出されるのを抑制することができる。
【0068】
梁１５のＨ形鋼１６は、第１フランジ２０と、第２フランジ２１と、ウェブ２２と、を有する。このため、梁１５を、第１フランジ２０、第２フランジ２１、及びウェブ２２を備えるＨ形鋼１６により、比較的安価に構成することができる。
積載荷重によって第１フランジ２０が圧縮力を受ける梁１５の圧縮領域Ｒ１で、梁１５に局部座屈が発生する。梁１５が使用される際には、梁１５に、梁１５の上方から積載荷重が作用する。このとき、梁１５が下方に向かって凸となるように正曲げされ、第１フランジ２０には第２フランジ２１よりも大きな圧縮力が作用する。一般的に、部材に圧縮力が作用する場合に、部材が局部座屈する。局部座屈しやすい梁１５の圧縮領域Ｒ１で、梁１５に局部座屈を確実に発生させることができる。
梁１５の材軸方向Ｚ１の中間部に形成される圧縮領域Ｒ１内の一点で局部座屈が発生するため、局部座屈発生後の梁１５のたわみ変形を最小限に抑えることができる。
積載荷重によって第１フランジ２０が圧縮力を受ける梁１５の圧縮領域Ｒ１で、梁１５に局部座屈が発生する。梁１５が使用される際には、梁１５に、梁１５の上方から積載荷重が作用する。このとき、梁１５が下方に向かって凸となるように正曲げされ、第１フランジ２０には第２フランジ２１よりも大きな圧縮力が作用する。一般的に、部材に圧縮力が作用する場合に、部材が局部座屈する。局部座屈しやすい梁１５の圧縮領域Ｒ１で、梁１５に局部座屈を確実に発生させることができる。
梁１５の材軸方向Ｚ１の中間部に形成される圧縮領域Ｒ１内の一点で局部座屈が発生するため、局部座屈発生後の梁１５のたわみ変形を最小限に抑えることができる。
【0069】
圧縮領域Ｒ１で、梁１５の第１フランジ２０又はウェブ２２に局部座屈が発生する場合がある。この場合には、圧縮領域Ｒ１における第１フランジ２０のみに局部座屈が発生する場合に比べて、梁１５に局部座屈が発生する範囲を広く確保することができる。
非加熱領域Ｒ４は耐火被覆１７で覆われ、加熱領域Ｒ３では、非圧縮領域Ｒ２の耐火被覆１７よりも、耐火被覆１７が削減されている。従って、加熱領域Ｒ３では、非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７よりも、耐火被覆１７を削減することができる。さらに、一般的に、非加熱領域は、梁の材軸方向の両端部に形成される。非加熱領域Ｒ４は耐火被覆１７で覆われて加熱され難く、梁１５の材軸方向Ｚ１の両端部が一対の柱１０に接続されるため、梁１５から一対の柱１０への伝熱を抑制することができる。
非加熱領域Ｒ４は耐火被覆１７で覆われ、加熱領域Ｒ３では、非圧縮領域Ｒ２の耐火被覆１７よりも、耐火被覆１７が削減されている。従って、加熱領域Ｒ３では、非加熱領域Ｒ４の耐火被覆１７よりも、耐火被覆１７を削減することができる。さらに、一般的に、非加熱領域は、梁の材軸方向の両端部に形成される。非加熱領域Ｒ４は耐火被覆１７で覆われて加熱され難く、梁１５の材軸方向Ｚ１の両端部が一対の柱１０に接続されるため、梁１５から一対の柱１０への伝熱を抑制することができる。
【0070】
梁１５の伸び出し量△Ｌが、（１５）式を満たす場合がある。（１５）式の右側の不等式は、柱１０の部材角Ｒが１／５０に達しないための、伸び出し量△Ｌの条件を表す。（１５）式の左側の不等式は、梁１５に局部座屈が発生するための、伸び出し量△Ｌの条件を表す。従って、伸び出し量△Ｌが（１５）式を満たすことにより、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈を発生させることができる。
【0071】
また、本実施形態の梁構造２では、高温時に梁１５が熱膨張することで、梁１５が材軸方向Ｚ１に伸び、柱１０が変形する。しかし、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈が発生する。従って、高温時に梁１５が熱膨張する際に柱１０が材軸方向Ｚ１に押し出されるのを抑制し、柱１０及び梁構造２の健全性を保つことができる。
比率ＣＢが（１４）式を満たすがある。この場合、（１４）式の右側の不等式は、柱１０の部材角Ｒが１／５０に達しないための、比率ＣＢの条件を表す。（１４）式の左側の不等式は、梁１５に局部座屈が発生するための、比率ＣＢの条件を表す。従って、比率ＣＢが（１４）式を満たすことにより、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈を発生させることができる。
比率ＣＢが（１４）式を満たすがある。この場合、（１４）式の右側の不等式は、柱１０の部材角Ｒが１／５０に達しないための、比率ＣＢの条件を表す。（１４）式の左側の不等式は、梁１５に局部座屈が発生するための、比率ＣＢの条件を表す。従って、比率ＣＢが（１４）式を満たすことにより、柱１０の部材角Ｒが１／５０に到達する前に、梁１５に局部座屈を発生させることができる。
【0072】
【0073】
〔２．１．梁構造が用いられる建築物の構成〕
図１４に示すように、本実施形態の梁構造４は、建築物３に用いられる。なお、図１４では、後述する小梁４０が高温時に伸び出している状態を示している。
梁構造４は、複数の柱３０と、複数の大梁（第２梁、支持部材）３５と、複数の小梁（梁）４０と、を備える。なお、一対の大梁３５及び小梁４０で、梁構造４を構成する。
柱３０は、柱１０と同様に構成されている。各柱３０は、上下方向に沿って延びている。複数の柱３０は、平面視で碁盤目状に配置されている。
例えば、大梁３５は、Ｈ形鋼（不図示）と、耐火被覆３６と、を有する。すなわち、大梁３５は、Ｈ形鋼造である。このＨ形鋼（大梁３５）は、全長にわたって耐火被覆３６で覆われている。各大梁３５は、一対の柱３０の間に架設されている。各大梁３５は、水平面に沿って延びている。
図１４に示すように、本実施形態の梁構造４は、建築物３に用いられる。なお、図１４では、後述する小梁４０が高温時に伸び出している状態を示している。
梁構造４は、複数の柱３０と、複数の大梁（第２梁、支持部材）３５と、複数の小梁（梁）４０と、を備える。なお、一対の大梁３５及び小梁４０で、梁構造４を構成する。
柱３０は、柱１０と同様に構成されている。各柱３０は、上下方向に沿って延びている。複数の柱３０は、平面視で碁盤目状に配置されている。
例えば、大梁３５は、Ｈ形鋼（不図示）と、耐火被覆３６と、を有する。すなわち、大梁３５は、Ｈ形鋼造である。このＨ形鋼（大梁３５）は、全長にわたって耐火被覆３６で覆われている。各大梁３５は、一対の柱３０の間に架設されている。各大梁３５は、水平面に沿って延びている。
【0074】
例えば、小梁４０は、Ｈ形鋼（不図示）と、耐火被覆４１と、を有する。なお、図１５では、耐火被覆４１をハッチングで示す。このＨ形鋼は、第２実施形態の梁１５と同様に構成されている。小梁４０の材軸方向Ｚ２における中間部である加熱領域Ｒ８以外の非加熱領域Ｒ９は、耐火被覆４１で覆われている。加熱領域Ｒ８では、非加熱領域Ｒ９の耐火被覆４１よりも、耐火被覆４１が削減されている。加熱領域Ｒ８、非加熱領域Ｒ９における耐火被覆４１の仕様は、第１実施形態の加熱領域Ｒ３、非加熱領域Ｒ４における耐火被覆１７の仕様とそれぞれ同様である。
各小梁４０は、一対の大梁３５の間に架設されている。各小梁４０は、水平面に沿って延びている。
大梁３５及び小梁４０におけるＨ形鋼は、Ｈ形鋼の一対のフランジが上下方向に対向するように配置されている。
各小梁４０は、一対の大梁３５の間に架設されている。各小梁４０は、水平面に沿って延びている。
大梁３５及び小梁４０におけるＨ形鋼は、Ｈ形鋼の一対のフランジが上下方向に対向するように配置されている。
【0075】
以上のように構成された梁構造４では、高温時に小梁４０が熱膨張することにより大梁３５が変形する。そして、この小梁４０を架設する大梁３５に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、小梁４０に局部座屈が発生する。より具体的には、大梁３５に構造耐力上支障のある破壊は、大梁３５に作用する曲げモーメントが、大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超えることである。大梁３５の弱軸とは、一対のフランジが対向する方向に沿い、ウェブの厚さ方向の中心を通る軸である。
【0076】
なお、大梁３５に構造耐力上支障のある破壊は、大梁３５に作用する曲げモーメントが、大梁３５の弱軸回りの降伏曲げ耐力を超えることであってもよい。
次に、支持部材が大梁３５である場合の、加熱領域Ｒ８の範囲の検討結果について説明する。
次に、支持部材が大梁３５である場合の、加熱領域Ｒ８の範囲の検討結果について説明する。
【0077】
〔２．２．加熱領域の範囲の導出〕
図１５に、小梁４０の伸び出しによって水平変位を受ける大梁３５のモデルを示す。以下では、大梁３５の両端部が柱３０に固定され、大梁３５の材軸方向の中央に、小梁４０の伸び出しによる水平力Ｐを受けると仮定する。
以下では、大梁３５の長さを、Ｌ２（ｍｍ）と規定する。小梁４０の長さを、Ｌ１（ｍｍ）と規定する。小梁４０の伸び出しによる大梁３５の水平面に沿う変位を、δ２（ｍｍ）と規定する。
このとき、水平力Ｐと変位δ２との関係は、（２０）式で表せる。
図１５に、小梁４０の伸び出しによって水平変位を受ける大梁３５のモデルを示す。以下では、大梁３５の両端部が柱３０に固定され、大梁３５の材軸方向の中央に、小梁４０の伸び出しによる水平力Ｐを受けると仮定する。
以下では、大梁３５の長さを、Ｌ２（ｍｍ）と規定する。小梁４０の長さを、Ｌ１（ｍｍ）と規定する。小梁４０の伸び出しによる大梁３５の水平面に沿う変位を、δ２（ｍｍ）と規定する。
このとき、水平力Ｐと変位δ２との関係は、（２０）式で表せる。
【0078】
【数14】
【0079】
ただし、Ｅ２．ＲＴは、常温におけるそれぞれの大梁３５のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）である。Ｉｙ．２は、それぞれの大梁３５の弱軸回りの断面二次モーメント（ｍｍ４）である。水平力Ｐは、大梁３５に与えられる圧縮力に等しい。
ここで、小梁４０の温度Ｔ（℃）における線膨張係数を、αＴ１（－）と規定する。図１４に示すように、小梁４０の材軸方向Ｚ３の長さに対する、加熱領域Ｒ８の材軸方向Ｚ３の長さの比率を、Ｃｂと規定する。加熱領域Ｒ８の材軸方向Ｚ３の長さは小梁４０の材軸方向Ｚ３の長さを超えないため、比率Ｃｂは１．０以下である。
このとき、変位δ２は、（２１）式で表せる。
ここで、小梁４０の温度Ｔ（℃）における線膨張係数を、αＴ１（－）と規定する。図１４に示すように、小梁４０の材軸方向Ｚ３の長さに対する、加熱領域Ｒ８の材軸方向Ｚ３の長さの比率を、Ｃｂと規定する。加熱領域Ｒ８の材軸方向Ｚ３の長さは小梁４０の材軸方向Ｚ３の長さを超えないため、比率Ｃｂは１．０以下である。
このとき、変位δ２は、（２１）式で表せる。
【0080】
【数15】
【0081】
ここで、小梁４０の材軸方向Ｚ３に直交する面による断面積を、Ａ１（ｍｍ２）と規定する。（２０）式及び（２１）式により、小梁４０に与えられる圧縮応力σ１（Ｎ／ｍｍ２）は、（２２）式で表せる。
【0082】
【数16】
【0083】
ここで、小梁４０の温度Ｔ（℃）における局部座屈耐力を、σｃｒ１．Ｔ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔが（２３）式の条件を満たすときに、小梁４０に局部座屈が発生する。
【0084】
【数17】
【0085】
従って、（２３）式を満たす時の比率Ｃｂは、（２２）式を用いて（２４）式で表せる。
【0086】
【数18】
【0087】
一方で、小梁４０が伸び出すことによって、大梁３５に水平変位が生じ、大梁３５に構造耐力上支障のある破壊が生じる可能がある。このため、大梁３５の構造性能を担保するための条件として、大梁３５に生じる弱軸回りの曲げモーメントの上限値を、大梁３５の全塑性曲げ耐力とした。
大梁３５に生じる弱軸回りの曲げモーメントが全塑性曲げ耐力に到達する時の、大梁３５の水平面に沿う変位δｐ．２は、（２７）式で表せる。
大梁３５に生じる弱軸回りの曲げモーメントが全塑性曲げ耐力に到達する時の、大梁３５の水平面に沿う変位δｐ．２は、（２７）式で表せる。
【0088】
【数19】
【0089】
ただし、Ｍｐ．ｙ２は、常温における、それぞれの大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力（Ｎ・ｍｍ２）である。
以上から、大梁３５の破壊を防ぐための小梁４０の伸び出し量の条件は、（２１）式及び（２７）式より、（２８）式及び（２９）式で表せる。
以上から、大梁３５の破壊を防ぐための小梁４０の伸び出し量の条件は、（２１）式及び（２７）式より、（２８）式及び（２９）式で表せる。
【0090】
【数20】
【0091】
従って、（２８）式及び（２９）式を満たす比率Ｃｂは、（３０）式で表せる。
【0092】
【数21】
【0093】
以上より、大梁３５に作用する弱軸回りの曲げモーメントが全塑性曲げ耐力以下の状態で、小梁４０に局部座屈が発生する比率Ｃｂの範囲は、（２４）式及び（３０）式より（３１）式で表せる。
【0094】
【数22】
【0095】
なお、小梁４０が、全長にわたって耐火被覆１７で覆われている場合について説明する。
この場合には、高温時に、小梁４０全体が伸びる。常温時の小梁４０に対する高温時の小梁４０の伸び出し量△Ｌ（＝αＴ１Ｌ１）が（３２）式の右側の不等式を満たすと、大梁３５が壊れる（大梁３５が弱軸回りの全塑性曲げ耐力に到達する）。伸び出し量△Ｌが（３２）式の左側の不等式を満たすと、小梁４０に局部座屈が発生する。伸び出し量△Ｌが（３２）式を満たしていれば、大梁３５が壊れる前に、小梁４０に局部座屈を発生させることができる。なお、この例では、各大梁３５が、梁１５と同じ温度に温度上昇すると仮定している。
ただし、温度Ｔ℃におけるそれぞれの大梁３５のヤング率を、Ｅ２．Ｔ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。温度Ｔ℃におけるそれぞれの大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を、Ｍｐ．ｙ．Ｔ２（Ｎ・ｍｍ）と規定する。
この場合には、高温時に、小梁４０全体が伸びる。常温時の小梁４０に対する高温時の小梁４０の伸び出し量△Ｌ（＝αＴ１Ｌ１）が（３２）式の右側の不等式を満たすと、大梁３５が壊れる（大梁３５が弱軸回りの全塑性曲げ耐力に到達する）。伸び出し量△Ｌが（３２）式の左側の不等式を満たすと、小梁４０に局部座屈が発生する。伸び出し量△Ｌが（３２）式を満たしていれば、大梁３５が壊れる前に、小梁４０に局部座屈を発生させることができる。なお、この例では、各大梁３５が、梁１５と同じ温度に温度上昇すると仮定している。
ただし、温度Ｔ℃におけるそれぞれの大梁３５のヤング率を、Ｅ２．Ｔ（Ｎ／ｍｍ２）と規定する。温度Ｔ℃におけるそれぞれの大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を、Ｍｐ．ｙ．Ｔ２（Ｎ・ｍｍ）と規定する。
【0096】
【数23】
【0097】
〔２．３．加熱領域の範囲の具体例〕
表２に示す仕様の梁構造４に対して、比率Ｃｂの適用範囲を検討した。
表２に示す仕様の梁構造４に対して、比率Ｃｂの適用範囲を検討した。
【0098】
【表2】
【0099】
例えば、大梁３５の長さＬ２は、１１，０００ｍｍである。大梁３５は、６００×２００×１１×１７のＨ形鋼造である。
表２に示す仕様の梁構造４に対して、比率Ｃｂと温度Ｔとの関係を、図１６に示す。図１６において、横軸は温度Ｔ（℃）を表し、縦軸は比率Ｃｂ（－）を表す。なお、局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔには、小梁４０のウェブが一様に圧縮される場合の局部座屈耐力を用いた。
実線Ｌ５は、（大梁３５の変位δ２＝全塑性曲げ耐力時の大梁３５の変位δｐ．２）を満たす境界を表す。点線Ｌ６は、（小梁４０の局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔ＝小梁４０の圧縮応力σ１）を満たす境界を表す。従って、（３１）式を満たす比率Ｃｂの範囲は、図１６中にハッチングで示した領域Ｒ１２となる。
表２に示す仕様の梁構造４に対して、比率Ｃｂと温度Ｔとの関係を、図１６に示す。図１６において、横軸は温度Ｔ（℃）を表し、縦軸は比率Ｃｂ（－）を表す。なお、局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔには、小梁４０のウェブが一様に圧縮される場合の局部座屈耐力を用いた。
実線Ｌ５は、（大梁３５の変位δ２＝全塑性曲げ耐力時の大梁３５の変位δｐ．２）を満たす境界を表す。点線Ｌ６は、（小梁４０の局部座屈耐力σｃｒ１．Ｔ＝小梁４０の圧縮応力σ１）を満たす境界を表す。従って、（３１）式を満たす比率Ｃｂの範囲は、図１６中にハッチングで示した領域Ｒ１２となる。
【0100】
以上説明したように、本実施形態の梁構造４では、高温時に小梁４０が熱膨張することで、小梁４０が材軸方向Ｚ３に伸びる。しかし、小梁４０を架設する大梁３５が変形し、大梁３５に構造耐力上支障のある破壊が生じる前に、小梁４０に局部座屈が発生する。従って、高温時に小梁４０が熱膨張する際に、小梁４０の局部座屈部の軸縮みによって大梁３５が材軸方向Ｚ３に押し出されるのを抑制することができる。
また、大梁３５に構造耐力上支障のある破壊は、大梁３５に作用する曲げモーメントが、大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超えることである。このため、大梁３５に作用する曲げモーメントが大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超える前に、小梁４０に局部座屈を発生させることができる。
また、大梁３５に構造耐力上支障のある破壊は、大梁３５に作用する曲げモーメントが、大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超えることである。このため、大梁３５に作用する曲げモーメントが大梁３５の弱軸回りの全塑性曲げ耐力を超える前に、小梁４０に局部座屈を発生させることができる。
【0101】
比率Ｃｂが、（３１）を満たす場合がある。この場合、（３１）式の右側の不等式は、弱軸回りに曲げられた大梁３５が全塑性曲げ耐力に達しないための、比率Ｃｂの条件を表す。（３１）式の左側の不等式は、小梁４０に局部座屈が発生するための、比率Ｃｂの条件を表す。従って、比率Ｃｂが（３１）式を満たすことにより、大梁３５が全塑性曲げ耐力に達する前に、小梁４０に局部座屈を発生させることができる。
【0102】
以上、本発明の第１実施形態及び第２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。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、梁１５及び小梁４０は、第１フランジ、第２フランジ、及びウェブを有さなくてもよい。
例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、梁１５及び小梁４０は、第１フランジ、第２フランジ、及びウェブを有さなくてもよい。
【符号の説明】
【0103】
２，４ 梁構造
１０ 柱（支持部材）
１１，１７ 耐火被覆
１５ 梁
２０ 第１フランジ
２１ 第２フランジ
２２ ウェブ
３５ 大梁（第２梁、支持部材）
４０ 小梁（梁）
Ｒ１ 圧縮領域
Ｒ２ 非圧縮領域
Ｒ３，Ｒ８ 加熱領域
Ｒ４，Ｒ９ 非加熱領域
Ｚ１，Ｚ３ 材軸方向
１０ 柱（支持部材）
１１，１７ 耐火被覆
１５ 梁
２０ 第１フランジ
２１ 第２フランジ
２２ ウェブ
３５ 大梁（第２梁、支持部材）
４０ 小梁（梁）
Ｒ１ 圧縮領域
Ｒ２ 非圧縮領域
Ｒ３，Ｒ８ 加熱領域
Ｒ４，Ｒ９ 非加熱領域
Ｚ１，Ｚ３ 材軸方向
【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】