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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】P2025005195
(43)【公開日】2025-01-16
(54)【発明の名称】梁部材の部材種別の決定方法
(51)【国際特許分類】
E04B 1/24 20060101AFI20250108BHJP
E04B 1/58 20060101ALI20250108BHJP
【ＦＩ】
E04B1/24 L
E04B1/58 508S
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023105279
(22)【出願日】2023-06-27
(71)【出願人】
【識別番号】303056368
【氏名又は名称】東急建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】240000327
【弁護士】
【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中田 寛二
(72)【発明者】
【氏名】船積 宏彰
(72)【発明者】
【氏名】辻 一輝
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 重仁
【テーマコード（参考）】
2E125
【Ｆターム（参考）】
2E125AA04
2E125AA14
2E125AB01
2E125AB16
2E125AC15
2E125AC16
2E125AG03
2E125AG04
2E125AG12
2E125AG50
2E125BB01
2E125BB22
2E125BD01
2E125BE08
2E125BF06
2E125CA05
2E125CA06
2E125CA14
(57)【要約】
【課題】高力ボルトによる摩擦接合の継手及びブラケットに付与する耐力と中央材の塑性変形能力との関係を明確にすることで、梁部材の変形性能を評価するための部材種別を決定することができる梁部材の部材種別の決定方法を提供する。
【解決手段】材端部に中央材とブラケットとを接続する高力ボルトによる摩擦接合の継手が設けられる梁部材の部材種別の決定方法である。
そして、中央材の幅厚比種別を設定するステップと、継手及びブラケットの性能を接合部係数に基づいて決定するステップと、幅厚比種別と接合部係数に基づいて梁部材の部材種別を決定するステップとを備える。
【選択図】図１
【解決手段】材端部に中央材とブラケットとを接続する高力ボルトによる摩擦接合の継手が設けられる梁部材の部材種別の決定方法である。
そして、中央材の幅厚比種別を設定するステップと、継手及びブラケットの性能を接合部係数に基づいて決定するステップと、幅厚比種別と接合部係数に基づいて梁部材の部材種別を決定するステップとを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
材端部に中央材とブラケットとを接続する高力ボルトによる摩擦接合の継手が設けられる梁部材の部材種別の決定方法であって、
前記中央材の幅厚比種別を設定するステップと、
前記継手及び前記ブラケットの性能を接合部係数に基づいて決定するステップと、
前記幅厚比種別と前記接合部係数とに基づいて前記梁部材の部材種別を決定するステップとを備えたことを特徴とする梁部材の部材種別の決定方法。
前記中央材の幅厚比種別を設定するステップと、
前記継手及び前記ブラケットの性能を接合部係数に基づいて決定するステップと、
前記幅厚比種別と前記接合部係数とに基づいて前記梁部材の部材種別を決定するステップとを備えたことを特徴とする梁部材の部材種別の決定方法。
【請求項2】
前記接合部係数は、前記中央材が全塑性に到達した後のひずみ硬化による応力上昇率と、前記継手及び前記ブラケットに使用する鋼材の降伏強さ及びすべり耐力の統計値とによって決定し、
前記梁部材の部材種別ごとにも応力上昇率を設定することを特徴とする請求項１に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
前記梁部材の部材種別ごとにも応力上昇率を設定することを特徴とする請求項１に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
【請求項3】
鉄骨柱から張り出されたブラケットと、
鉄骨柱側が拡幅されて中央材側が中央材幅に形成される添板と、
前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
鉄骨柱側が拡幅されて中央材側が中央材幅に形成される添板と、
前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
【請求項4】
前記中央材側の前記高力ボルトの少なくとも２列目までを並列配置にしたことを特徴とする請求項３に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
【請求項5】
鉄骨柱に柱幅より幅の狭い梁部材を接続させる鉄骨柱梁接合構造であって、
前記鉄骨柱から張り出されたブラケットと、
鉄骨柱側が拡幅されて前記梁部材の中央材側が中央材幅に形成される添板と、
前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記梁部材の中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備え、
前記中央材側の前記高力ボルトの少なくとも２列目までを並列配置にしたことを特徴とする鉄骨柱梁接合構造。
前記鉄骨柱から張り出されたブラケットと、
鉄骨柱側が拡幅されて前記梁部材の中央材側が中央材幅に形成される添板と、
前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記梁部材の中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備え、
前記中央材側の前記高力ボルトの少なくとも２列目までを並列配置にしたことを特徴とする鉄骨柱梁接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、材端部に中央材とブラケットとを接続する高力ボルトによる摩擦接合の継手が設けられる梁部材の部材種別の決定方法及び鉄骨柱梁接合構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
鉄骨造架構では、特許文献１，２に開示されているように、柱梁接合部の通しダイアフラムを平面的に拡張してブラケットとする工法が知られている。これらの文献に記載された梁部材の材端部の継手部では、柱から最も遠い高力ボルト接合のボルト孔位置（以下、「第１ボルト位置」という。）が塑性化領域の起点となるように設計がされている。すなわち地震荷重時に、梁部材の中央材側のみを塑性化させるようにしている。
【0003】
ところで、特許文献１，２の鉄骨造架構の構造設計の二次設計をルート３（「2020年版 建築物の構造関係技術基準解説書」、建築物の構造関係技術基準解説書編集委員会、2020.10）の耐震設計とする場合、在来の鉄骨梁を使用した鉄骨造架構の構造設計と同様に、必要保有水平耐力を部材群の種別（以下、「部材種別」という。）に応じた構造特性係数Dsによって求めることになる。そして、構造特性係数Dsは、部材の塑性変形能力に応じた部材種別によって、その値が定められている。
【0004】
鉄骨梁部材の部材種別は、昭和55年建設省告示第1792号第3第二号に示されているように、梁部材の幅厚比に応じてＦＡ、ＦＢ、ＦＣ、ＦＤの種別が与えられていて、構造設計では、設計対象となる梁部材のフランジ及びウェブの幅厚比によって部材種別（以下、「幅厚比種別」という。）を定めることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第４７７００９６号公報
【特許文献2】特開２０２０－９４３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１，２の鉄骨造架構では、地震力等の水平力が作用した際の曲げモーメントが大きくなる材端部に高力ボルト摩擦接合の継手が位置しているため、比較的早期に継手にすべりが生じると、梁部材の中央材（鉄骨梁）の塑性変形能力を充分に発揮させることができないおそれがある。
【0007】
要するに、継手やブラケットに付与する耐力と中央材の塑性変形能力との関係が明らかでなければ、梁部材全体の変形性能を正確に評価することはできないが、特許文献１，２にはそのような開示がされていない。
【0008】
そこで本発明は、高力ボルトによる摩擦接合の継手及びブラケットに付与する耐力と中央材の塑性変形能力との関係を明確にすることで、梁部材の変形性能を評価するための部材種別を決定することができる梁部材の部材種別の決定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成するために、本発明の梁部材の部材種別の決定方法は、材端部に中央材とブラケットとを接続する高力ボルトによる摩擦接合の継手が設けられる梁部材の部材種別の決定方法であって、前記中央材の幅厚比種別を設定するステップと、前記継手及び前記ブラケットの性能を接合部係数に基づいて決定するステップと、前記幅厚比種別と前記接合部係数とに基づいて前記梁部材の部材種別を決定するステップとを備えたことを特徴とする。
【0010】
ここで、前記接合部係数は、前記中央材が全塑性に到達した後のひずみ硬化による応力上昇率と、前記継手及び前記ブラケットに使用する鋼材の降伏強さ及びすべり耐力の統計値とによって決定し、前記梁部材の部材種別ごとにも応力上昇率を設定することができる。
【0011】
そして、前記継手部は、鉄骨柱から張り出されたブラケットと、鉄骨柱側が拡幅されて中央材側が中央材幅に形成される添板と、前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備えている構成にすることができる。
【0012】
前記中央材側の前記高力ボルトの少なくとも２列目までを並列配置にすることが好ましい。例えば、継手の中央材側の高力ボルトの配置を千鳥配置とする場合に、第１ボルト位置と第２ボルト位置の高力ボルトの並びは、並列配置とすることが好ましい。
【0013】
また、鉄骨柱梁接合構造の発明は、鉄骨柱に柱幅より幅の狭い梁部材を接続させる鉄骨柱梁接合構造であって、前記鉄骨柱から張り出されたブラケットと、鉄骨柱側が拡幅されて前記梁部材の中央材側が中央材幅に形成される添板と、前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記梁部材の中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備え、前記中央材側の前記高力ボルトの少なくとも２列目までを並列配置にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
このように構成された本発明の梁部材の部材種別の決定方法では、中央材の塑性変形能力を表す幅厚比種別と継手及びブラケットの性能を表す接合部係数とに基づいて、梁部材の部材種別を決定する。
【0015】
このように、高力ボルトによる摩擦接合の継手及びブラケットに付与する耐力と中央材の塑性変形能力との関係を明確にするのであれば、中央材の塑性変形能力を充分に発揮させたいなどといった設計思想に応じて、梁部材の変形性能を評価するための部材種別を決定することができる。
【0016】
また、鉄骨柱梁接合構造の発明においては、例えば中央材と添板の摩擦接合の高力ボルトの配置を千鳥配置とする場合であっても、第１ボルト位置（中央材側の１列目）と第２ボルト位置（中央材側の２列目）の高力ボルトの並びを並列配置とすることで、中央材のフランジの塑性化による第２ボルト位置以降の高力ボルトの張力の過度な低下を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法の概要を示した説明図である。
【図2】本実施の形態の鉄骨柱梁接合構造の構成を示した斜視図である。
【図3】鉄骨柱に接続される梁の材端部の構成と塑性化領域とを示した説明図である。
【図4】鉄骨柱に接続される梁の材端部の構成を示した側面図である。
【図5】梁に設定される部材種別を説明する図であって、（ａ）はＦＡ相当の説明図、（ｂ）はＦＢ相当の説明図である。
【図6】梁に設定される部材種別を説明する図であって、（ａ）はＦＣ相当の説明図、（ｂ）はＦＤ相当の説明図である。
【図7】中央材が最大耐力に達したときの梁の各部に作用する曲げモーメントと継手の降伏曲げ耐力及びすべり耐力との関係を模式的に表した説明図である。
【図8】各部材種別の梁に要求される塑性率の中央値に対して応力上昇率を設定することの説明図である。
【図9】各部材種別ごとの塑性率と応力上昇率との関係を示した説明図である。
【図10】各部材種別ごとの接合部係数を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法の概要を示した説明図である。また、図２は、本実施の形態の鉄骨柱梁接合構造１の構成を示した斜視図である。さらに、図３及び図４は、鉄骨柱梁接合構造１の鉄骨柱２に接続される梁の材端部の構成と塑性化領域とを示した説明図と側面図である。
図１は、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法の概要を示した説明図である。また、図２は、本実施の形態の鉄骨柱梁接合構造１の構成を示した斜視図である。さらに、図３及び図４は、鉄骨柱梁接合構造１の鉄骨柱２に接続される梁の材端部の構成と塑性化領域とを示した説明図と側面図である。
【0019】
本実施の形態の説明で使用する鉄骨柱梁接合構造１は、図２に示すように、柱部材である鉄骨柱２に、柱幅より幅の狭い中央材３を接続させる交差部に設けられる。ここで、梁部材となる梁１１は、鉄骨柱２から張り出されたブラケット１３と中央材３とを接続する継手１２と、継手１２から他方の柱などに向けて延伸される中央材３とによって主に構成される。図３，４では、説明を簡単にするために、図２の一方向の梁１１と鉄骨柱２のみを抜き出して示している。
【0020】
鉄骨柱２には、平面視略正方形を含む略長方形の角形鋼管、円形鋼管、溶接組立箱形断面などの鉄骨を使用することができる。また、鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱（CFT :Concrete Filled Tube）を、鉄骨柱２とすることもできる。
【0021】
梁１１との交差部においては、鉄骨柱２の内部は、鋼板によって形成される通しダイアフラム４によって塞がれる。通しダイアフラム４は、交差部の上部と下部に間隔を置いて配置される。通しダイアフラム４が設けられた鉄骨柱２の交差部は、既製品を用いてもよいし、溶接によって組み立てることもできる。
【0022】
通しダイアフラム４は、鉄骨柱２の内部を貫通する貫通部４１と、外部に張り出されるブラケットフランジ４２とが、一枚の一体の鋼板によって形成されている。例えば、平面視略八角形の鋼板によって形成された通しダイアフラム４では、内縁が略正方形で外縁が略八角形の鉄骨柱２の側方に張り出された環状部分が、ブラケットフランジ４２となる。
【0023】
鉄骨柱２の交差部の上下から張り出された通しダイアフラム４のブラケットフランジ４２間は、側面視略長方形の鋼板によって形成されるブラケットウェブ４３によって繋がれる（図２，４参照）。
【0024】
ブラケットウェブ４３は、鉄骨柱２の側面からの張り出し量がブラケットフランジ４２と同じで、鉄骨柱２の各側面に配置される。そして、ブラケットウェブ４３は、鉄骨柱２の側面と上部のブラケットフランジ４２の下面と下部のブラケットフランジ４２の上面とに、隅肉溶接によって接合される。ブラケットフランジ４２及びブラケットウェブ４３には、高力ボルトや超高力ボルトを通すためのボルト孔が、複数、穿孔される。ボルト孔の数や位置などは、任意に設定することができる。
【0025】
ブラケットフランジ４２及びブラケットウェブ４３は、接続する梁１１の中央材３の各部の位置に合わせて設けられる。中央材３は、例えばＨ形鋼などの鉄骨によって形成される梁本体（鉄骨梁）で、上フランジ３１と、下フランジ３２と、それらを繋ぐウェブ３３とを備えている。ここで、ブラケットフランジ４２の厚さは、中央材３のフランジ（３１，３２）の厚さと同等以上にし、ブラケットウェブ４３の厚さは、中央材３のウェブ３３の厚さと同等以上にする。
【0026】
上部の通しダイアフラム４のブラケットフランジ４２は、中央材３の上フランジ３１と突き合わせる位置に設けられ、下部の通しダイアフラム４のブラケットフランジ４２は、中央材３の下フランジ３２と突き合わせる位置に設けられる。そして、ブラケットウェブ４３は、中央材３のウェブ３３と突き合わせる位置に設けられる。
【0027】
すなわち、本実施の形態の通しダイアフラム４は、在来技術における一般的な「通しダイアフラムとしての機能」と、中央材３を接続するための「梁ブラケットとしての機能」とを備えている。そこで、ブラケットフランジ４２とブラケットウェブ４３とをまとめて、ブラケット１３と呼ぶこととする。
【0028】
中央材３の軸方向端部の上フランジ３１、下フランジ３２及びウェブ３３には、高力ボルトや超高力ボルトを通すためのボルト孔が、複数、穿孔される。ボルト孔の数や位置などは、任意に設定することができる。
【0029】
このようにして突き合せられるブラケットフランジ４２と中央材３とは、添板５を介して、超高力ボルトを含む高力ボルト６によって摩擦接合される。要するに、添板５の鉄骨柱側の端部は、通しダイアフラム４のブラケットフランジ４２に接合され、添板５の中央材側の端部は、中央材３の端部に接合される。
【0030】
また、添板５は、鉄骨柱側が拡幅されて中央材側が中央材幅となるように鋼板によって形成される。すなわち、上部の通しダイアフラム４のブラケットフランジ４２と中央材３の上フランジ３１との上面間に架け渡される添板５は、鉄骨柱２に隣接する縁部の幅が中央材幅よりも拡幅され、中央材側の縁部が中央材幅にされた平面視略台形状に形成される。下部の通しダイアフラム４のブラケットフランジ４２と中央材３の下フランジ３２との下面間に架け渡される添板５も、同様の平面視略台形状に形成される。
【0031】
これに対して、添板５と上フランジ３１又は下フランジ３２を挟んで対向させる対向側添板５１（図４参照）は、中央材３のウェブ３３の両側にそれぞれ配置できるように、添板５の幅の半分以下の幅に形成される。対向側添板５１は、添板５と同じ厚さでなくてもよく、任意の厚さに設定することができる。
【0032】
また、ブラケットウェブ４３と中央材３のウェブ３３との両方の側面間にそれぞれ架け渡されるウェブ側添板５２は、中央材３のウェブ３３よりも低い高さの側面視略長方形に、鋼板によって形成される。
【0033】
添板５、対向側添板５１及びウェブ側添板５２には、高力ボルトや超高力ボルトを通すためのボルト孔が、複数、穿孔される。ボルト孔の数や位置などは、中央材３の上フランジ３１、下フランジ３２、ウェブ３３、ブラケットフランジ４２及びブラケットウェブ４３のボルト孔の数や位置と一致させる。
【0034】
続いて、鉄骨柱梁接合構造１の梁１１の着目断面について、図３，４を参照しながら説明する。
鉄骨柱梁接合構造１の梁１１は、中央材３の第１ボルト位置（Ａ断面位置（鉄骨柱２から最も離れた高力ボルト６による高力ボルト接合のボルト孔位置））で降伏するように設計される。そして、第１ボルト位置（中央材側の１列目）に隣接する中央材３の部分に、スパン中央側に向かって塑性化領域が形成される。
鉄骨柱梁接合構造１の梁１１は、中央材３の第１ボルト位置（Ａ断面位置（鉄骨柱２から最も離れた高力ボルト６による高力ボルト接合のボルト孔位置））で降伏するように設計される。そして、第１ボルト位置（中央材側の１列目）に隣接する中央材３の部分に、スパン中央側に向かって塑性化領域が形成される。
【0035】
ここで、上フランジ３１及び下フランジ３２に配置される高力ボルト６を千鳥配置とする場合は、中央材３のフランジ（３１，３２）の塑性化による第２ボルト位置（中央材側の２列目）以降の高力ボルト６の張力の過度な低下を抑制することを意図して、第１ボルト位置と第２ボルト位置の高力ボルト６の並びを、図２及び図３に示すように、並列配置とすることが好ましい。また、ブラケットフランジ４２と添板５の摩擦接合の高力ボルト６の配置についても、並列配置としてよい。
【0036】
また、中央材３の第１ボルト位置のＡ断面に対して、中央材３のフランジ（３１，３２）と添板５とを接合する高力ボルト６のうち、中央材３の端部に最も近いボルト位置の断面を、Ｂ断面とする。さらに、ブラケットフランジ４２と添板５とを接合する高力ボルト６のうち、中央材３の端部に最も近い継手１２のボルト位置の断面をＤ断面とし、Ｂ断面とＤ断面の中間点の断面をＣ断面とする。そして、鉄骨柱２に最も近い高力ボルト６のボルト位置の断面を、Ｅ断面とする。
【0037】
次に、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法について説明する。
本実施の形態では、上述した鉄骨柱梁接合構造１の継手１２を有する梁１１を例にして、梁１１の変形性能を評価するための部材種別の決定方法について説明する。
本実施の形態では、上述した鉄骨柱梁接合構造１の継手１２を有する梁１１を例にして、梁１１の変形性能を評価するための部材種別の決定方法について説明する。
【0038】
背景技術で述べたように、鉄骨造のルート３の耐震設計における構造特性係数Dsは、「昭和55年建設省告示第1792号第3第二号」に定められているＦＡ－ＦＤの部材種別ごとに与えられている。このため、上述した本実施の形態の継手１２を有する梁１１が設けられる鉄骨柱梁接合構造１をルート３で耐震設計する場合にも、在来の鉄骨梁部材と同様に梁１１の部材種別を定めておく必要がある。
【0039】
そこで、本実施の形態では、梁１１の部材種別の区分を、ＦＡ相当、ＦＢ相当、ＦＣ相当、ＦＤ相当と定義する。ＦＡ相当－ＦＤ相当の部材種別に区分される梁１１は、「昭和55年建設省告示第1792号第3第二号」におけるＦＡ－ＦＤに区分される在来の鉄骨梁部材と同等の塑性変形能力を発揮できると定義する。
【0040】
図５及び図６は、梁１１の部材種別の決定方法を模式的に表現したものである。梁１１では、中央材３がＡ断面位置で全塑性に至った後は、在来工法と同様に中央材３のひずみ硬化による応力上昇によって曲げモーメントが上昇する。そして、その後の挙動は、本願発明者が行った実験結果に基づくと、次の２種類が考えられる。
【0041】
まず中央材３の幅厚比種別がＦＡの場合を考えると、継手１２及びブラケット１３の降伏曲げ耐力、並びに継手１２のすべり耐力が「ＦＡの中央材３で想定する最大変形時の耐力」を上回る場合は、図５（ａ）に示すように、梁１１はＦＡ相当の塑性変形能力を発揮できる。
【0042】
一方、継手１２及びブラケット１３の降伏曲げ耐力、並びに継手１２のすべり耐力が「ＦＡの中央材３で想定する最大変形時の耐力」を下回る場合は、図５（ｂ）、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、梁１１全体としての塑性変形能力は、ＦＡの中央材３に対して期待されている値には満たない。すなわち、中央材３の幅厚比種別がＦＡであっても、継手１２の降伏曲げ耐力と、ブラケット１３の降伏曲げ耐力と、継手１２のすべり耐力とによって、梁１１全体としての部材種別が、ＦＢ相当、ＦＣ相当又はＦＤ相当になる場合もある。
【0043】
詳細には、図５（ｂ）に示すように、ＦＢで想定する塑性変形能力発揮後に継手１２が降伏するか、ブラケット１３が降伏するか、あるいは継手１２がすべる場合は、梁１１の部材種別はＦＢ相当になる。一方、図６（ａ）に示すように、ＦＣで想定する塑性変形能力発揮後に継手１２が降伏するか、ブラケット１３が降伏するか、あるいは継手１２がすべる場合は、梁１１の部材種別はＦＣ相当になる。そして、図６（ｂ）に示すように、中央材３が全塑性に至った後に、継手１２が降伏するか、ブラケット１３が降伏するか、あるいは継手１２がすべる場合は、梁１１の部材種別はＦＤ相当になる。
【0044】
要するに、梁１１の部材種別がＦＡ相当－ＦＤ相当であるとは、中央材３がＦＡ－ＦＤに相当する塑性変形能力を発揮するまで、継手１２の降伏、高力ボルト６の摩擦接合部のすべり及びブラケット１３の降伏が生じないことを意味する。
【0045】
そして、梁１１の各部材種別（ＦＡ相当－ＦＤ相当）における「想定する最大変形時の耐力」は、図５，６に示したように、全塑性モーメントMpに接合部係数αを乗じることで決定する。すなわち、梁１１の部材種別は、接合部係数αによって決定されることになる。
【0046】
図１は、上記をまとめた本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法の概要を示した説明図である。この図に示すように、「中央材３の幅厚比種別がＦＡであっても、継手１２の降伏曲げ耐力と、ブラケット１３の降伏曲げ耐力と、継手１２のすべり耐力とによって、梁１１の部材種別がＦＢ相当、ＦＣ相当あるいはＦＤ相当となる」場合があることを、模式的に表したものである。
【0047】
要するに、設計者が継手１２とブラケット１３の設計時に選択する接合部係数αによって、梁１１の部材種別が決まると言える。この考え方は、従来にはないもので、特許文献１，２だけでなく、梁継手の設計方法についてまとめられている学会指針類においても見受けられない。
【0048】
続いて、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法における接合部係数αの設定方法について説明する。
接合部係数αは、「中央材３のひずみ硬化による応力上昇」と、「中央材３、添板（５，５１，５２）及びブラケット１３の降伏強さ、並びに高力ボルト６の摩擦接合部のすべり耐力の公称値と実勢値との差」によって決定づけられる。
接合部係数αは、「中央材３のひずみ硬化による応力上昇」と、「中央材３、添板（５，５１，５２）及びブラケット１３の降伏強さ、並びに高力ボルト６の摩擦接合部のすべり耐力の公称値と実勢値との差」によって決定づけられる。
【0049】
図７は、中央材３が想定する最大耐力に達したときの梁１１の各部に作用する曲げモーメントと、継手１２の降伏曲げ耐力及びすべり耐力並びにブラケット１３の降伏曲げ耐力との関係を、模式的に表した説明図である。図中のAMpは、中央材３の全塑性モーメントである。中央材３が全塑性モーメントに到達した後のひずみ硬化による応力上昇率をξで表すと、想定する最大変形時に第１ボルト位置（Ａ断面位置）に作用する曲げモーメントは、AMmax＝ξ×AMpのように表すことができる。
【0050】
中央材３が第１ボルト位置（Ａ断面位置）で全塑性モーメントAMpに達するときに、継手１２及びブラケット１３の各断面（Ｂ断面、Ｄ断面、Ｅ断面）に作用している曲げモーメントをBMdu，DMdu，EMduとすると、想定する最大変形時に各断面に作用する曲げモーメントは、A断面と同様に、BMmax＝ξ×BMdu，DMmax＝ξ×DMdu，EMmax＝ξ×EMduのように表すことができる。
【0051】
継手１２及びブラケット１３は、中央材３が所定の塑性変形能力を発揮するまでは弾性範囲に留まるため、図７の模式図における「継手１２の各断面の降伏曲げ耐力（JBMy，JDMy）、ブラケット１３の降伏曲げ耐力（JEMy）及び高力ボルト６の摩擦接合継手のすべり耐力（brMslip，bcMslip）」と、各断面に作用する曲げモーメント（JBMy，JDMy，JEMy）との関係を式に書き表すと、次のようになる。
【0052】
＜添板（５，５１，５２）の降伏曲げ耐力JBMfy＞
JBMfy ≧ ξ×BMdu
JDMfy ≧ ξ×DMdu
＜ブラケット１３の降伏曲げ耐力JEMfy＞
JEMfy ≧ ξ×EMdu
JBMfy ≧ ξ×BMdu
JDMfy ≧ ξ×DMdu
＜ブラケット１３の降伏曲げ耐力JEMfy＞
JEMfy ≧ ξ×EMdu
【0053】
＜継手１２のすべり耐力＞
bcMslip ≧ ξ×BMdu （中央材側）
brMslip ≧ ξ×EMdu （ブラケット側）
bcMslip ≧ ξ×BMdu （中央材側）
brMslip ≧ ξ×EMdu （ブラケット側）
【0054】
上式は、鋼材の降伏強さの実勢値が公称値と等しい場合に、「継手１２の降伏曲げ耐力、ブラケット１３の降伏曲げ耐力、継手１２のすべり耐力」のそれぞれに、「中央材３がＡ断面位置で全塑性モーメントに到達したときの各断面の曲げモーメントに応力上昇率ξを乗じて求められる曲げモーメント」以上の耐力を確保しようとするものである。しかしながら、継手１２の降伏曲げ耐力及びすべり耐力並びにブラケット１３の降伏曲げ耐力の設計値と実勢値とには、差が生じるのが一般的である。
【0055】
そこで、「鋼構造接合部設計指針」（日本建築学会、2021.2）（以下、「接合部指針」という。）を参考にする。継手１２の添板（５，５１，５２）とブラケット１３に用いる鋼材の降伏強さ、並びに継手１２のすべり耐力について、公称値に対する実勢値の変動を考慮した補正係数を、それぞれβ1，β2，β3とおくと、上式を材料強度の公称値に対する実勢値の変動を考慮した形に書き表すことができる。
【0056】
＜添板（５，５１，５２）の降伏曲げ耐力JBMfy＞
JBMfy ≧ ξ・β1・BMdu
JDMfy ≧ ξ・β1・DMdu
＜ブラケット１３の降伏曲げ耐力JEMfy＞
JEMfy ≧ ξ・β2・EMdu
JBMfy ≧ ξ・β1・BMdu
JDMfy ≧ ξ・β1・DMdu
＜ブラケット１３の降伏曲げ耐力JEMfy＞
JEMfy ≧ ξ・β2・EMdu
【0057】
＜継手１２のすべり耐力＞
bcMslip ≧ ξ・β3・BMdu （中央材側）
brMslip ≧ ξ・β3・EMdu （ブラケット側）
bcMslip ≧ ξ・β3・BMdu （中央材側）
brMslip ≧ ξ・β3・EMdu （ブラケット側）
【0058】
さらに、接合部係数αs，αbr，αslipを使って整理すると、以下の式のようになる。
＜添板（５，５１，５２）の降伏曲げ耐力JBMfy＞
JBMfy ≧ αs・BMdu （式１）
JDMfy ≧ αs・DMdu （式２）
＜ブラケット１３の降伏曲げ耐力JEMfy＞
JEMfy ≧ αbr・EMdu （式３）
＜添板（５，５１，５２）の降伏曲げ耐力JBMfy＞
JBMfy ≧ αs・BMdu （式１）
JDMfy ≧ αs・DMdu （式２）
＜ブラケット１３の降伏曲げ耐力JEMfy＞
JEMfy ≧ αbr・EMdu （式３）
【0059】
＜継手１２のすべり耐力＞
bcMslip ≧ αslip・BMdu （中央材側） （式４）
brMslip ≧ αslip・EMdu （ブラケット側） （式５）
bcMslip ≧ αslip・BMdu （中央材側） （式４）
brMslip ≧ αslip・EMdu （ブラケット側） （式５）
【0060】
要するに、「中央材３が所定の塑性変形能力を発揮するまで継手１２及びブラケット１３を弾性範囲に留める」とは、上式のように「各部位の降伏曲げ耐力あるいはすべり耐力が、Ａ断面位置での全塑性時に各断面に作用する曲げモーメントに接合部係数を乗じた値を上回る」ことを確認する行為に相当する。
【0061】
上述したように、接合部係数（αs，αbr，αslip）は、「中央材３のひずみ硬化による応力上昇率ξ」と、「継手１２及びブラケット１３に用いる鋼材の降伏強さ及びすべり耐力の公称値に対する実勢値の変動を考慮した補正係数（β1，β2，β3）」との積で求められる。
【0062】
ここで、β1は「中央材３と添板（５，５１，５２）の降伏強さの平均値・標準偏差から決まる補正係数」であり、β2は「中央材３とブラケット１３の降伏強さの平均値・標準偏差から決まる補正係数」であり、β3は「中央材３の降伏強さと高力ボルト６の摩擦接合部のすべり耐力の平均値・標準偏差から決まる補正係数」である。
【0063】
そして、継手１２に付与する耐力に応じて梁１１の部材種別を決定するためには、各部材種別で求められる塑性変形能力が発揮されたときの「中央材３のひずみ硬化による応力上昇率ξ」を知る必要がある。
【0064】
そこで、ひずみ硬化による応力上昇率ξの設定方法について説明する。
ここでも「接合部指針」を参考にすると、梁の塑性変形能力θmax/θpと応力上昇率ξとの関係が、次式のように示されている。
ここで、τはひずみ硬化係数（「接合部指針」では0.007）、YRは降伏比（「接合部指針」では0.7）、θmaxは想定する最大変形時の部材角である。
ここでも「接合部指針」を参考にすると、梁の塑性変形能力θmax/θpと応力上昇率ξとの関係が、次式のように示されている。
【数1】
【0065】
そこで、上式に各部材種別の鉄骨梁部材に求められる塑性変形能力θmax/θpを代入すれば、梁１１の各部材種別における中央材３のひずみ硬化による応力上昇率ξを求めることができる。
【0066】
ＦＡ相当に関しては、「接合部指針」で個別の検討に拠らない場合の値を準用して、応力上昇率ξは1.20となる。ＦＤ相当に関しては、中央材３の塑性変形能力はほとんど期待できないため、「接合部指針」の値を準用して、応力上昇率ξは1.05となる。
【0067】
そして、ＦＢ相当とＦＣ相当に関しては、次のような考えで応力上昇率ξを定める。
「2020年版 建築物の構造関係技術基準解説書」（建築物の構造関係技術基準解説書編集委員会、2020.10）によれば、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの部材種別の梁に要求される塑性変形能力は、塑性変形倍率の下限値にして、4.0，2.0，0.0になる。塑性変形倍率は、塑性率（θmax/θp）から1を減じて求められるため、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの梁に要求される塑性率の下限値は5.0，3.0，1.0となる。したがって、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの梁に要求される塑性率の範囲は、ＦＡは5.0以上、ＦＢは3.0－5.0、ＦＣは1.0－3.0となる。
「2020年版 建築物の構造関係技術基準解説書」（建築物の構造関係技術基準解説書編集委員会、2020.10）によれば、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの部材種別の梁に要求される塑性変形能力は、塑性変形倍率の下限値にして、4.0，2.0，0.0になる。塑性変形倍率は、塑性率（θmax/θp）から1を減じて求められるため、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの梁に要求される塑性率の下限値は5.0，3.0，1.0となる。したがって、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの梁に要求される塑性率の範囲は、ＦＡは5.0以上、ＦＢは3.0－5.0、ＦＣは1.0－3.0となる。
【0068】
こうした各部材種別の梁に要求される梁の塑性率の範囲に対して、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法では、ＦＢ相当とＦＣ相当の応力上昇率ξを求めるための塑性率（θmax/θp）の値を、それぞれの塑性率の範囲の「中央値」に設定する。図８は、各部材種別の梁に要求される塑性率の中央値に対して応力上昇率を設定することの説明図である。そして、図９は、上述した「接合部指針」の応力上昇率ξの式（数１）に、各部材種別ごとの塑性率（θmax/θp）を代入して算定される応力上昇率（ξ）を示している。
【0069】
すなわち、応力上昇率ξを求めるための塑性率は、ＦＢ相当はθmax/θp = 4.0とし、ＦＣ相当はθmax/θp= 2.0とする。図８に示すように、各部材種別の梁に要求される塑性率の中央値に対して応力上昇率ξを設定すれば、梁１１は、各部材種別の梁に要求される塑性率の下限値の発揮が必ず保証されることになるため、安全側の評価となる。
【0070】
このように本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法であれば、接合部係数（αs、αbr、αslip）を用いて継手１２のある梁１１全体の部材種別（変形性能）を決定することができる。
【0071】
そして、接合部係数（αs、αbr、αslip）を求める際に使用する補正係数（β1，β2，β3）は、鋼材の降伏強さ及びすべり耐力の統計値から決まる係数であり、上記「接合部指針」及び各統計値から求めることができる。具体的には、β1は、「中央材３の降伏強さにおける公称値に対する実勢値の比率βbc」と「添板（５，５１，５２）の降伏強さにおける公称値に対する実勢値の比率βs」から決まる材料強度による補正係数である。またβ2は、「中央材３の降伏強さにおける公称値に対する実勢値の比率βbc」と「ブラケット１３の降伏強さにおける公称値に対する実勢値の比率βbr」から決まる材料強度による補正係数である。そしてβ3は、「中央材３の降伏強さにおける公称値に対する実勢値の比率βbc」と「すべり耐力における公称値に対する実勢値の比率βslip」から決まる材料強度による補正係数である。
【0072】
図１０に、各部材種別ごとの接合部係数（αs、αbr、αslip）を例示した。このように、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法では、接合部係数（αs、αbr、αslip）を用いて継手１２及びブラケット１３を設計することで、梁１１全体の部材種別を容易に決定することができる。
【0073】
さらに、本願発明者が行った実験結果によれば、梁１１の履歴性状もコントロールすることができるようになる。具体的には、梁１１においては、中央材３の全塑性耐力が同じであっても、継手１２とブラケット１３に付与する耐力によって異なる履歴性状が得られる。
【0074】
例えば、中央材３の最大耐力に至るまで継手１２及びブラケット１３が降伏することなく、かつ継手１２のすべりも生じないように設計されていれば、主すべりが生じるまで梁１１の荷重変形関係は紡錘形の履歴性状を保つことができる。要するに、中央材３が所定の塑性変形能力を発揮するまで継手１２及びブラケット１３が弾性範囲に留まっていれば、鉄骨部材に特徴的な紡錘形の履歴性状にすることができる。
【0075】
一方、継手１２にすべりが生じると、主すべりの影響で急激な耐力低下が生じて、繰り返しのすべりによって荷重変形関係は鋸歯状の履歴性状となってしまう。このように、継手１２及びブラケット１３に付与する耐力と中央材３の塑性変形能力との関係を明らかにすることで、継手１２及びブラケット１３を有する梁１１の性能を容易に決定することができるようになる。
【0076】
次に、本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法及び鉄骨柱梁接合構造の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法では、中央材３の塑性変形能力を表す幅厚比種別と継手１２及びブラケット１３の性能との関係を設定したうえで、継手１２及びブラケット１３の性能を接合部係数（αs、αbr、αslip）に基づいて決定する。そして、図１及び図１０に示すように、中央材３の幅厚比種別と接合部係数（αs、αbr、αslip）とに基づいて梁１１の部材種別を決定する。
このように構成された本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法では、中央材３の塑性変形能力を表す幅厚比種別と継手１２及びブラケット１３の性能との関係を設定したうえで、継手１２及びブラケット１３の性能を接合部係数（αs、αbr、αslip）に基づいて決定する。そして、図１及び図１０に示すように、中央材３の幅厚比種別と接合部係数（αs、αbr、αslip）とに基づいて梁１１の部材種別を決定する。
【0077】
このように、高力ボルト６による摩擦接合の継手１２及びブラケット１３に付与する耐力と中央材３の塑性変形能力との関係を明確にするのであれば、中央材３の塑性変形能力を充分に発揮させたいなどといった設計思想に応じて、梁１１の変形性能を評価するための部材種別を容易に決定することができる。
【0078】
例えば、従来の梁継手の設計のように、梁の材端部が「最大曲げ耐力」に到達したときの継手位置の曲げモーメントに対して継手が破断しないことを確認できればよいとすると、梁が所定の塑性変形能力を発揮するまでに継手の降伏あるいはすべりが生じることがある。しかしながら、中央材が全塑性に至った後にまもなく継手に主すべりが生じると、耐力が急激に低下するという性状を示すことになる。
【0079】
そこで、本実施の形態では、継手１２及びブラケット１３に付与する耐力と中央材３の塑性変形能力との関係を明確にすることで、以下のような変形性能を梁１１に与えることをできるようにする。
【0080】
すなわち、中央材３に期待する塑性変形能力に応じた接合部係数によって継手１２及びブラケット１３を設計することで、「中央材３が全塑性に至った後、まもなく主すべりによる耐力低下が生じる変形性能」、「中央材３が全塑性に至った後、ある程度塑性変形能力を発揮した後に主すべりによる耐力低下が生じる変形性能」、「載荷終了まで主すべりが生じない変形性能」といったように、梁１１の変形性能を決定できるようにする。
【0081】
そのために本実施の形態の梁部材の部材種別の決定方法では、梁１１に作用する曲げモーメントに対して、継手１２及びブラケット１３を、上記した（式１）－（式５）に基づいて設計する。ここで、接合部係数を求めるための応力上昇率ξについては、ＦＢ相当とＦＣ相当の場合には、図８に示したように、各部材種別の鉄骨梁部材に求められる塑性率の中央値に対して算定する。梁１１の部材種別（ＦＡ相当－ＦＤ相当）と中央材３の幅厚比種別との関係で示される接合部係数（αs、αbr、αslip）は、図１０に示したようになる。
【0082】
このように設計者が要求する梁１１の性能に応じて継手１２及びブラケット１３のディテールを決めることができるのであれば、中央材３の断面を変えずに、接合部係数による設計結果に応じて架構コストの最適化を図ることが可能になる。
【0083】
また、本実施の形態の鉄骨柱梁接合構造１では、中央材３と添板５の摩擦接合の高力ボルト６の配置を千鳥配置とする場合であっても、第１ボルト位置（Ａ断面位置）と第２ボルト位置（第１ボルト位置の隣）の高力ボルト６の並びを並列配置とすることで、中央材３のフランジ（３１，３２）の塑性化による第２ボルト位置以降の高力ボルト６の張力の過度な低下を抑制することができるようになる。
【0084】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0085】
例えば、前記実施の形態では、鉄骨柱２の四方に張り出されたブラケット１３に、継手１２を介して中央材３が接続された鉄骨柱梁接合構造１における梁１１の部材種別の決定方法について説明したが、これに限定されるものではない。上述した継手１２とは別の形態の高力ボルトによる摩擦接合の継手を有する梁部材の変形性能についても、本発明によって容易に評価することができるようになる。
【符号の説明】
【0086】
１１ ：梁（梁部材）
１２ ：継手
１３ ：ブラケット
２ ：鉄骨柱（柱）
３ ：中央材
５ ：添板
６ ：高力ボルト
１２ ：継手
１３ ：ブラケット
２ ：鉄骨柱（柱）
３ ：中央材
５ ：添板
６ ：高力ボルト
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【手続補正書】
【提出日】2024-10-22
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
材端部に中央材とブラケットとを接続する高力ボルトによる摩擦接合の継手が設けられる梁部材の部材種別の決定方法であって、
前記中央材の幅厚比種別を設定するステップと、
前記継手及び前記ブラケットの性能を、設定された前記幅厚比種別に該当する接合部係数に基づいて決定するステップと、
前記幅厚比種別及び前記接合部係数に該当する前記梁部材の部材種別を決定するステップとを備え、
前記接合部係数は、前記中央材が全塑性に到達した後のひずみ硬化による応力上昇率と、前記継手及び前記ブラケットに使用する鋼材の降伏強さ及びすべり耐力の公称値に対する実勢値の比率から決まる補正係数との積によって決定し、
前記応力上昇率は、前記梁部材の部材種別ごとに設定されていることを特徴とする梁部材の部材種別の決定方法。
前記中央材の幅厚比種別を設定するステップと、
前記継手及び前記ブラケットの性能を、設定された前記幅厚比種別に該当する接合部係数に基づいて決定するステップと、
前記幅厚比種別及び前記接合部係数に該当する前記梁部材の部材種別を決定するステップとを備え、
前記接合部係数は、前記中央材が全塑性に到達した後のひずみ硬化による応力上昇率と、前記継手及び前記ブラケットに使用する鋼材の降伏強さ及びすべり耐力の公称値に対する実勢値の比率から決まる補正係数との積によって決定し、
前記応力上昇率は、前記梁部材の部材種別ごとに設定されていることを特徴とする梁部材の部材種別の決定方法。
【請求項2】
鉄骨柱から張り出されたブラケットと、
鉄骨柱側が拡幅されて中央材側が中央材幅に形成される添板と、
前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
鉄骨柱側が拡幅されて中央材側が中央材幅に形成される添板と、
前記添板の前記鉄骨柱側の端部を前記ブラケットに接合させるとともに、前記添板の前記中央材側の端部を前記中央材に接合させる複数の高力ボルトとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
【請求項3】
前記中央材側の前記高力ボルトの少なくとも２列目までを並列配置にしたことを特徴とする請求項２に記載の梁部材の部材種別の決定方法。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
