JP2001295365A - 鉄骨ラーメン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震時の応力に対し塑性化領域となる梁スパ
ン端部における強度、変形能力に優れ、階高が制約され
ている建物においても、水平剛性を容易に向上させるこ
とができる鉄骨ラーメン構造を提供する。 【解決手段】 柱１をコンクリート３を充填したＣＦＴ
構造の鋼管２で形成するとともに、梁１１のスパン端部
をコンクリート３を充填したＣＦＴ構造の鋼管１２で形
成して、柱１に接合する。梁は、スパン中間域がＨ形鋼
１９で構成され、スパン中間域内に、施工現場において
接合されるＨ形鋼１９ａ，１９ｂ同士の、梁・梁の継手
部を設ける。柱１と、該柱１に接合された、梁のスパン
端部を形成する鋼管１２と、該鋼管１２のスパン中心側
の端面に設けた塞ぎプレート１５と、該塞ぎプレート１
５に連設された、スパン中心側の端部が継手部となるＨ
形鋼１９ａとが、工場において製造され、ブラケットを
構成する。梁１１は、スパン全域にわたり、鋼管１２で
形成することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、柱と、該柱に接合
された梁とからなる鉄骨ラーメン構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の内部にコンクリートを充填した構
造は、ＣＦＴ（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔ
ｅｅｌ Ｔｕｂｅ、コンクリート充填鋼管）構造と呼ば
れる。ＣＦＴ構造の鋼管により柱を構成し、このような
柱にＨ形鋼を梁として用い、接合した鉄骨ラーメン構造
は、知られている。

【０００３】図１４に、このような鉄骨ラーメン構造の
従来例を示す。図１４（ａ）は全体構造、（ｂ）は
（ａ）図のＧ部（柱・梁の仕口部）の拡大図である。柱
１，１はＣＦＴ構造の鋼管で構成され、柱１，１に接合
される梁４１はＨ形鋼で構成されている。柱・梁の仕口
部では、柱１，１には上下方向に間隔をおいて外ダイヤ
フラム５１，５１が水平に張り出して設けられ、上下の
ダイヤフラム５１，５１の間にウェブ接合プレート５３
が突設されており、梁４１のウェブは、ウェブ接合プレ
ート５３とＨＴＢ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｏｌ
ｔ：高力ボルト）５５による摩擦接合とされ、梁４１の
フランジは、外ダイヤフラム５１に施工現場で溶接され
る。梁４１のＨ形鋼のフランジを柱１，１に突き合せ溶
接するために、梁４１のウェブにスカラップ４３が形成
される。柱・梁の仕口部における溶接は下向き溶接とな
るため、梁４１の下端には裏当金６１を設けている。超
高層住宅の場合等は、耐火被覆も兼ねて、梁４１のＨ形
鋼の外周部をコンクリートで被覆することもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、建物の高層
化に伴い、建物の階高が制約される実情がある。階高が
制約されている建物では、梁のＨ形鋼の梁成（高さ）も
制限される。梁の曲げ剛性は、断面二次モーメントによ
って決定されるが、Ｈ形鋼は「Ｈ型の断面形」を形成す
るので、断面二次モーメントの大小は、梁成、フランジ
の断面積によって主に設定される。梁成の小さなＨ形鋼
を用いた梁では、フランジの幅（奥行方向）、フランジ
のプレートの厚さを大きくしても、曲げ剛性及びラーメ
ン構造全体の水平剛性をそれほど大きくすることはでき
ない。

【０００５】また、梁にＨ形鋼を使用した上記従来技術
によって超高層住宅を構築した場合、水平剛性が充分で
ないため、強風時や中小地震時に生じる横揺れによる居
住性の低下が問題となる。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を考慮し
てなされたもので、地震時の応力に対し塑性化領域とな
る梁スパン端部における強度、変形能力に優れ、階高が
制約されている建物においても、水平剛性を容易に向上
させることができる鉄骨ラーメン構造を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】〔請求項１に係る発明〕
柱と、該柱に接合された梁とからなるラーメン構造に
おいて、柱を鋼管で形成するとともに、梁の少なくとも
スパン端部を鋼管で形成して、柱に接合したことを特徴
とする鉄骨ラーメン構造である。

【０００８】〔請求項２に係る発明〕 前記梁の鋼管は
ＣＦＴ構造である、請求項１に記載の鉄骨ラーメン構造
である。

【０００９】〔請求項３に係る発明〕 前記梁は、スパ
ン中間域がＨ形鋼で構成され、スパン端部が鋼管で形成
された、請求項１又は２に記載の鉄骨ラーメン構造であ
る。

【００１０】〔請求項４に係る発明〕 スパン中間域内
に、施工現場において接合されるＨ形鋼同士の、梁・梁
の継手部を設けた、請求項３に記載の鉄骨ラーメン構造
である。

【００１１】〔請求項５に係る発明〕 柱と、該柱に接
合された、梁のスパン端部を形成する鋼管と、該鋼管の
スパン中心側の端面に設けた塞ぎプレートと、該塞ぎプ
レートに連設された、スパン中心側の端部が継手部とな
るＨ形鋼とが、工場において製造され、ブラケットを構
成する、請求項３又は４に記載の鉄骨ラーメン構造であ
る。

【００１２】〔請求項６に係る発明〕 前記梁は、スパ
ン全域にわたり、鋼管で形成された、請求項１又は２に
記載の鉄骨ラーメン構造である。

【００１３】〔請求項７に係る発明〕 柱・梁の仕口部
において、前記梁の鋼管は、施工現場において、前記柱
の鋼管と機械式接合方法によって接合される、請求項６
に記載の鉄骨ラーメン構造である。

【００１４】〔請求項８に係る発明〕 前記梁を形成す
る鋼管の端面に、柱の側面に当接するエンドプレートを
有し、該エンドプレートを柱にボルトを用いて連結する
ようにした、請求項７に記載の鉄骨ラーメン構造であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１６】（実施例１）図１は実施例１のラーメン構
造を示す。図２は図１のＣ部（柱・梁の仕口部）の拡大
図である。図３は、図２のＤ−Ｄ線端面図、Ｅ−Ｅ線断
面図、Ｆ−Ｆ線端面図である。図１に示すとおり、基礎
（図示省略）上に、所定スパン長さ（図１のＳ）をおい
て立設された対向する直線状の２本の柱１，１に、所定
階高をおいて複数の直線状の梁１１，１１が水平方向に
架設されて鉄骨ラーメン構造を構成している。この鉄骨
ラーメン構造による骨組は、柱１，１、梁１１，１１の
部材軸線（部材の断面中心を通る長手方向の仮想軸線）
が正面視格子状の形状をなす。柱１，１は、鋼管２で形
成され、かつ鋼管２の内部にはコンクリート３が充填さ
れたＣＦＴ構造である。鋼管２の断面形状は本例では角
形に形成されている。

【００１７】梁１１は、スパン中間域（図１のＬ１の範
囲）がＨ形鋼１９で構成されている。スパン中間域のＨ
形鋼１９は、端部Ｈ形鋼１９ａと中央部Ｈ形鋼１９ｂと
で構成されている。梁１１の両側のスパン端部（図１の
Ｌ２の範囲）のみが鋼管１２で形成され、かつ鋼管１２
の内部にはコンクリート１３が充填されたＣＦＴ構造で
ある。鋼管１２の断面は柱１の鋼管２と同じく、角形に
形成されている。梁１１の、スパン中間域のＨ形鋼１９
と、両側のスパン端部の鋼管１２は、同一の梁成（梁高
さ、図１のＤｇ）を有し、材軸方向（横方向）は直線状
に形成されている。柱１、梁１１の角形（箱形）鋼管に
は、４枚の鋼板をコーナー部で溶接した溶接角形鋼管、
鋼板を冷間で折り曲げた後、溶接で成形した冷間成形角
形鋼管、円形鋼管を冷間でロール成形した角形鋼管など
が有る。

【００１８】なお、「スパン」とは対向配置される２本
の柱間の単位で、１スパンとはそれが１単位、つまり柱
が２本の場合のことである。また、スパン長さとは柱間
の直線状の距離を意味する。梁１１のスパン長さ（図１
のＳ）から柱１の断面横幅（図１のＤｃ）を控除したも
のを、内法スパン長さ（図１のＳ1 ）という。スパン中
間域（図１のＬ１の範囲）と両側のスパン端部（図１の
Ｌ２の範囲）の長さの合計が梁１１の内法スパン長さに
なる。スパン端部の長さ（Ｌ２）は、施工現場への運搬
の利便性を考慮した梁・梁の継手部の長さ（図１のＬ２
＋Ｌ３）、地震時の梁１１の塑性化領域の長さなどを考
慮して設定する。スパン長さが短い（短スパン）梁では
塑性化領域の長さが小さくなるので、鋼管１２が配設さ
れるスパン端部の長さ（図１のＬ２の範囲）は、短くて
済む。本実施例は、短スパンから大スパン（長いスパン
長さ）の梁にも幅広く適用しうるが、短スパンの梁に好
適といえる。

【００１９】梁１１のスパン端部を形成する鋼管１２
は、その一方側（柱・梁仕口部の側）において、柱１の
側面に、溶接によって接合されている。溶接による接合
は、工場において行われる。柱１の内部には、鋼管１２
の上辺及び下辺に対応する位置に、それぞれ内ダイヤフ
ラム５が設けられている。このため、柱１と梁１１の仕
口部は剛接合され、柱１と梁１１はラーメン構造を構成
する。また、剛接合とは、接合された梁１１と柱１との
相互の部材軸線の角度（変形後の各部材の節点における
接線相互のなす角度）が外力を受けても変化しないよう
にした接合をいい、ラーメン構造体の接合部は剛接合で
ある。剛接合部では、曲げモーメント、せん断力、軸力
を伝達することができる。しかし、この発明では、剛接
合部に、角度が同一な完全な剛接合部の他に、例えば柱
と梁の接合部の構成部材が降伏して角度が変化する不完
全な剛接合部をも含むものとする。

【００２０】梁１１の両スパン端部を形成する鋼管１２
の他方側（スパン中心側）の端面には、溶接等によって
塞ぎプレート１５が設けられている。塞ぎプレート１５
は、鋼管１２よりも縦横とも大きい矩形状をなし、鋼管
１２と一体化され、鋼管１２の外周に張り出す余長部１
５ａを形成する。さらに、この塞ぎプレート１５には、
端部Ｈ形鋼１９ａ（図１のＬ３の位置：請求項５の「ス
パン中心側の端部が継手部となるＨ形鋼」に相当）が接
合されている。この端部Ｈ形鋼１９ａは、中央部Ｈ形鋼
１９ｂと同断面形状である。図２に示すように、鋼管１
２のフランジ及びウェブ、端部Ｈ形鋼１９ａのフランジ
は、塞ぎプレート１５に突き合せ溶接され、端部Ｈ形鋼
１９ａのウェブは塞ぎプレート１５に隅肉溶接されて、
鋼管１２と端部Ｈ形鋼１９ａは塞ぎプレート１５を介在
して一体化される。

【００２１】柱１と、鋼管１２と、塞ぎプレート１５
と、端部Ｈ形鋼１９ａとまでが、工場において、溶接等
を用いて一体化されて製作され、ブラケットタイプとな
る（図４参照）。なお、塞ぎプレート１５は単体のプレ
ートとして製造されたもので構成してもよいし、鋼管１
２又は端部Ｈ形鋼１９ａと一体化して製造されたもの
（鋳造等）であってもよい。

【００２２】中央部Ｈ形鋼１９ｂは、施工現場におい
て、端部Ｈ形鋼１９ａに現場接合される（梁・梁の継手
部）。この現場接合は、いわゆる機械式接合方法により
行われる。図示の例では、端部Ｈ形鋼１９ａのウェブ
と、中央部Ｈ形鋼１９ｂのウェブとを、継手板２１を用
いて、ＨＴＢ等のボルト２２によって接合する。また、
フランジ部同士を、継手板２３を用いてＨＴＢ等のボル
ト２４によって接合する。

【００２３】図１，２に示すとおり、柱１を挟んで隣接
するスパンにも、上記と同じ構造によって梁１１を柱１
に接合することができる。また、柱１において交叉する
（直交する）方向にも、上記と同じ構造によって梁１１
を柱１に接合することができる。

【００２４】（構造的特徴） さらに、上記実施例１の
構造的特徴について説明する。 （１）梁１１のスパン端部にＣＦＴ構造である鋼管１２
が配設されている。鋼管は、鉄骨断面自体が、面内、面
外の２方向に曲げ剛性、断面耐力（曲げ耐力、せん断耐
力、軸耐力）が大きいという、閉鎖断面形に固有の利点
を発揮する。一方、Ｈ形鋼は、面内方向は断面の強軸方
向であるが、面外方向は、断面の弱軸方向である欠点を
有する。ここで、面内方向とは、図３の梁１１の断面縦
方向であって、図３の断面横方向を回動中心とする曲げ
モーメントＭｙが作用する方向であり、換言すればラー
メン構造を構成する骨組の面内である。一方、面外方向
とは、面内方向に直交する方向（図３の断面横方向）で
あって、図３の断面縦方向を回動中心とする曲げモーメ
ントＭｘの作用する方向を言う。さらに、ＣＦＴ構造
は、梁の鋼管内部にコンクリートが充填されるため、コ
ンクリートは鋼管により拘束され、また、同時に鋼管は
コンクリートによって拘束される相互作用（コンファイ
ンド効果）を有する。本発明は、大きな軸力を支持する
柱に多用されているＣＦＴ構造を、軸力が少ない梁に適
用することによって、ＣＦＴ構造特有の効果を梁にも発
揮し得るようにしたものである。 （２）１スパンの梁１１は、スパン両端部に配設された
ＣＦＴ構造である鋼管１２と、スパン中間域に配設され
たＨ形鋼が接合されて、部材軸方向に直線状の複合構造
を構成する。 （３）スパン中間域内に、施工現場において接合される
Ｈ形鋼同士の、梁・梁の継手部を設けた構造であり、梁
１１の端部Ｈ形鋼１９ａと、中央部Ｈ形鋼１９ｂとの現
場接合部（梁・梁の継手部）は、現場溶接を用いること
なく、ＨＴＢによる機械式接合方法により行われる。Ｈ
形鋼同士を施工性の良い機械式接合方法によって接合す
ることにより、施工性が劣る鋼管同士、又は、鋼管とＨ
形鋼との現場溶接による接合方法を避けることができ
る。柱１と梁１１の鋼管１２、端部Ｈ形鋼１９ａとを工
場にて一体化したブラケットタイプの１ピースとして製
作し、中央部Ｈ形鋼１９ｂを別個の１ピースとして製作
し、施工現場では端部Ｈ形鋼１９ａと中央部Ｈ形鋼１９
ｂとをＨＴＢによる機械式接合方法により接合する。 （４）柱１と梁１１の鋼管同士の接合部（柱・梁仕口
部）は、工場溶接によって接合する。梁１１の鋼管１２
は、角形の閉鎖断面形をなし、一対のフランジ（上下
辺）、ウェブ（左右辺）は溶接によって矩形状に接合さ
れた、強固な柱・梁の仕口部を形成する。柱・梁仕口部
は、面内、面外の２方向に強固な剛接合部を構成する。

【００２５】さらに、実施例１の構造的特徴がもたらす
効果について説明する。 （１）梁１１のスパン端部にＣＦＴ構造である鋼管を使
用することにより、梁１１の曲げ剛性、断面耐力（曲げ
耐力、せん断耐力、軸耐力）を大きくすることができ
る。鋼管は、所要の梁成（図３のＤｇ）、梁幅（図３の
Ｂｇ）を有する角形に成形された閉鎖断面形状を成し、
一対のフランジ（上下辺）、ウェブ（左右辺）を有す
る。したがって、鋼管は面内方向、面外方向のいずれ
も、同一梁成を有するＨ形鋼に比べて曲げ剛性、断面耐
力を大きくすることができる。曲げ剛性は断面二次モー
メントによって決定されるが、本実施例では、鋼管は鉄
骨自体の断面二次モーメントが大きいのみならず、鋼管
の内部の空隙に充填されたコンクリートを利用すること
ができる。したがって、梁成が制限される場合でも、梁
１１は、設計上必要とされる曲げ剛性、曲げ耐力を容易
に設定することができる。

【００２６】次に、ＣＦＴ構造の充填コンクリート部分
が梁１１の断面二次モーメントに与える影響を説明す
る。図５では、ＣＦＴ構造の鋼管は、□−600＊450＊12
＊12、Ｈ形鋼は、Ｈ-600＊250＊12＊25について説明し
ているが、これは、便宜上、略同一の断面二次モーメン
トを有する部材を選定することにより鉄骨自体の影響を
捨象し、コンクリートによる影響を把握するものであ
る。なお、この面内方向の断面二次モーメントは、梁１
１の面内方向に作用する曲げモーメント（図３のＭｙ）
に有効なものをいう。ＣＦＴ構造の断面二次モーメント
（ΣＩ）は、鋼管自体の断面二次モーメント（Ｉｓ）と
鋼管の内部に充填されたコンクリートの等価な断面二次
モーメント（Ｉｃ）によって算定する。ｎはヤング係数
比である。ΣＩ＝Ｉｓ＋Ｉｃ/ ｎ＝128,000＋42.6×57.
6×57.6×57.6/12/10＝128,000＋67,841＝195,841cm4で
ある。Ｈ形鋼の断面二次モーメントは、123,000cm4であ
る。したがって、充填コンクリートによって、ＣＦＴ構
造の断面二次モーメントは、Ｈ形鋼の断面二次モーメン
トの、195,841/123,000＝1.59倍である。

【００２７】なお、図５では、鋼管とＨ形鋼は、便宜
上、略同一の断面二次モーメントを有する部材を選定し
た。鋼管は、箱型状の閉鎖断面形を成し、フランジに相
当する上辺、下辺の幅（図３のＢｇ）の大きな部材を自
由に選択することができる。したがって、鉄骨断面自体
の断面二次モーメントの大きな鋼管を選択すれば、ＣＦ
Ｔ構造の鋼管１２は、更に大きな断面二次モーメントと
することができる。

【００２８】（２）梁１１のスパン端部にＣＦＴ構造で
ある鋼管を使用することにより、梁１１の面外方向の断
面性能が大きくなり、横座屈性能が大きくなる。横座屈
（横倒れ座屈）とは、曲げモーメントを受ける構造部材
（柱、梁など)が、曲げ応力の生じる面外方向に捩れを
伴って座屈を起こす現象をいう。梁をスパン全域にわた
ってＨ形鋼で構成した従来技術においては、地震時に梁
に曲げモーメントが生じたとき、Ｈ形鋼のフランジの横
方向面外座屈を防止するため、図６（ａ）に示すよう
に、スパン方向の適宜の複数箇所に、Ｈ形鋼のフランジ
と床構造体（スラブ）とを連結するように梁４１，４１
間に架設された小梁４３と、さらに梁４１と小梁４３と
の間に架設された座屈止め部材（補強剛材）４５とを配
設している。また、床構造体を設けない場合でも、Ｈ形
鋼のフランジの横方向面外座屈に対する抵抗力が弱いた
め、座屈止め部材する必要があった。したがって、吹き
抜け空間を構築しにくいという制約があった。

【００２９】しかし、本実施例では、梁１１はスパン両
端部で面内、面外の二方向に断面性能の大きな鋼管１２
とし、スパン中間域はＨ形鋼とした複合構造である。地
震時に最大曲げモーメントが生じるスパン両端部では、
横座屈に有効な面外方向の断面性能（断面２次半径）が
大きな鋼管を使用している。梁１１の鋼管１２は、面外
方向の断面性能が大きいのみならず、鋼管１２の一対の
フランジ（上下辺）、ウエブ（左右辺）は溶接によって
柱１に矩形状に接合された、極めて強固な柱・梁の仕口
部を形成している。したがって、梁１１はスパン全域に
わたって横座屈性能が従来技術に比較して格段に大きく
なる。本発明においては、支持する床の有無にかかわら
ず、座屈止め部材の配置個所数を少なくし、又は、不要
とすることができる（図６（ｂ）参照）。したがって、
吹き抜け空間を構築するのに適している。

【００３０】（３）梁１１は、スパン両端部のＣＦＴ構
造である鋼管１２と、スパン中間域のＨ形鋼１９が接合
された複合構造であるので、スパン両端部、スパン中間
域にわたって合理的な断面性能（断面二次モーメント、
断面耐力）を有する。図７の、地震時の曲げモーメント
図（柱の曲げモーメントは図示しない）に示すように、
梁１１に曲げモーメントが発生する。梁１１の曲げモー
メントは、スパン両端部で正負の最大曲げモーメントに
なり、スパン中間域は直線状に分布する。したがって、
スパン中間域では曲げモーメントが小さくなるので、ス
パン中間域のＨ形鋼１９の必要とされる断面性能は小さ
い。スパン両端部では、正負の最大曲げモーメントに対
して必要な断面性能を有する鋼管１２を自由に選定する
ことができる。梁１１はスパン両端部で断面性能の大き
な鋼管１２とし、スパン中間域の断面性能の小さなＨ形
鋼とした、複合構造である。１スパン長さの梁１１は、
直線状の部材軸線を形成し、スパン両端部で断面性能が
大きく（太い横実線で表示）、スパン中間域でスパン両
端部より断面性能が小さな変断面部材である。したがっ
て、スパン方向の曲げモーメント分布と断面性能（断面
二次モーメント、断面耐力）変化状況が略一致する合理
的な構造部材を形成する。

【００３１】（４）本実施例による梁１１はスパン両端
部のみ鋼管１２としているだけなので、１スパン分の部
材重量は、スパン全域にわたってＨ形鋼とした梁と比較
してもあまり重くならない。

【００３２】（５）柱１、梁１１に鋼管を使用しても、
柱・梁の仕口部、梁・梁の継手部において、現場溶接を
使用しないことができる。柱・梁の仕口部は、工場溶接
によって接合される。施工現場での梁・梁の継手部は、
端部Ｈ形鋼１９ａと中央部Ｈ形鋼１９ｂとがＨＴＢによ
る機械式接合方法により行われる。現場溶接を使用しな
いので、仕口部、継手部の品質、性能を確保することが
でき、雨風等の天候に左右されず施工性が向上し、工期
が短縮する。

【００３３】なお、上記実施例においては、両側のスパ
ン端部に鋼管１２を配設したが、一方のスパン端部に鋼
管１２を配設し、他方のスパン端部をＨ形鋼としても良
い。梁１１は、スパン中間域のＨ形鋼１９と、両側のス
パン端部の鋼管１２は、同一の梁成としたが、Ｈ形鋼１
９と鋼管１２の梁成を変えても良い。スパン中間域のＨ
形鋼同士がＨＴＢによる機械式接合方法によって接合さ
れる場合について説明したが、Ｈ形鋼同士を継手部を形
成する、他の接合方法でも良い。例えば、Ｈ形鋼のフラ
ンジを現場溶接し、ウエブをＨＴＢによる機械式に接合
しても良い。また、スパン中間域内に、施工現場におい
て接合されるＨ形鋼同士の、梁・梁の継手部を２箇所設
けた構造を例示したが、この継手部の数を任意に（１又
は３箇所以上に）設定してスパン中間域を構成し得る。
梁・梁の継手部ではなく、柱・梁の仕口部において、機
械式接合方法、現場溶接を使用しても良い。柱１，１
は、ＣＦＴ構造による鋼管２で形成されているが、鋼管
２の内部にはコンクリート３を充填しない、純鉄骨造と
しても良い。また、柱１の鋼管２及び梁１１の鋼管１２
の各横断面形状は、矩形に限られるものではなく、円形
等に形成してもよいのは勿論である。さらに、梁１１の
スパン中間域を、Ｈ形鋼ではない構造の梁部材で構成す
ることも可能である。例えば、スパン端部の鋼管１２は
ＣＦＴ構造とし、スパン中間域は鋼管を使用して、コン
クリートを充填しない純鉄骨造とする、複合構造の梁と
することができる。

【００３４】（実施例２）図８は実施例２のラーメン構
造を示す。図９は図８のＡ部（柱・梁の仕口部）の拡大
図である。図１０は、図８のＢ−Ｂ線断面図である。図
８に示すとおり、基礎（図示省略）上に、所定スパン長
さをおいて立設された対向する２本の柱１，１に、所定
階高をおいて複数の梁１１，１１が水平方向に架設され
て鉄骨ラーメン構造を構成している。柱１，１は、鋼管
２で形成され、かつ鋼管２の内部にはコンクリート３が
充填されたＣＦＴ構造である。鋼管２の断面形状は本施
例では角形に形成されている。

【００３５】梁１１は、スパン全域にわたり、鋼管１２
で形成され、かつ鋼管１２の内部にはコンクリート１３
が充填されたＣＦＴ構造である。梁１１の鋼管１２の断
面は柱１の鋼管２と同じく、角形に形成されている。

【００３６】柱・梁の仕口部において、梁１１の鋼管１
２は、施工現場において、柱１の鋼管２と機械式接合方
法によって接合される構成を有している。梁１１を形成
する鋼管１２の両スパン端部の各端面に、柱１の側面に
当接するエンドプレート１４が溶接その他の適宜手段に
より接合されている。図９に示すとおり、エンドプレー
ト１４は、梁１１の鋼管１２の端面（断面）形状よりも
縦横とも大きい矩形状をなし、鋼管１２と一体化して、
鋼管１２の外方に張り出した突設部１４ａを形成してい
る。この突設部１４ａの、上部及び下部（鋼管１２の上
辺の上側及び鋼管１２の下辺の下側）に、エンドプレー
ト１４を柱１に連結するためのボルト３１を挿通する孔
が複数形成され、該孔にボルト３１が挿通されて、エン
ドプレート１４（梁１１）と柱１とが連結、固定され
る。

【００３７】柱１を挟んで隣接するスパンにも、同構
造、同断面形状の梁１１が設けられ、一本の柱１を挟ん
で両側の梁１１，１１が直線状に配設され、各側のエン
ドプレート１４，１４も一本の柱１を挟んで対向してお
り、柱１の内部を貫通する複数のボルト３１（及びナッ
ト）によって、各側のエンドプレート１４，１４が連結
される態様となっている。このため、柱１と梁１１の仕
口部は剛接合され、柱１と梁１１はラーメン構造を構成
する。複数スパンに跨る梁１１の施工が確実かつ容易に
行われる。

【００３８】エンドプレート１４の板厚を厚くすること
により、柱のダイヤフラムを無くすることも可能とな
る。また、ボルト３１に高強度のＰＣ鋼棒を使用するこ
とで、本数を減らしたり、径を細くすることが可能とな
る。ボルト部分は、柱にシース管３３を挿入しておき、
鉄骨の本締め完了後、その隙間に高強度のモルタルを充
填するとよい。

【００３９】柱１を挟んで隣接するスパンが無い場合、
柱１を挟んで対向する反対側は、梁の接合されていない
エンドプレート１４のみにより構成し、上記と同様に、
柱１の内部を貫通する複数のボルト３１（及びナット）
によって、各側のエンドプレート１４，１４を連結し、
柱１に固定することができる。

【００４０】また、図１０に示すとおり、上記の梁１
１，１１と柱１において交叉する（直交する）梁１１
０，１１０が設けられており、柱１の四側面に梁１１，
１１，１１０，１１０が接合された態様となっている。
梁１１０，１１０も、梁１１，１１と同構造、同断面形
状に形成され、柱１を挟んで直線状に配設されている
が、梁１１０，１１０のエンドプレート１４０，１４０
は、梁１１，１１のエンドプレート１４，１４よりも縦
方向に大きく形成されており、エンドプレート１４，１
４の突設部１４ａ，１４ａの端部よりも縦方向外側に延
びた突設部１４０ａ，１４０ａを有し、ボルト３１０の
取付位置は、ボルト３１の位置と上下方向においてずら
してある。したがって、柱１の内部を貫通するボルト３
１０（及びナット）によって、エンドプレート１４０，
１４０同士を連結する際、梁１１，１１を連結するボル
ト３１とぶつかることがなく、障害はない。

【００４１】（構造的特徴） 上記実施例２は下記の構
造的特徴を有する。 （１）梁１１には、スパン全域にわたりＣＦＴ構造であ
る鋼管が配設されている。スパン全域で、鋼管、ＣＦＴ
構造であることの特徴を発揮する。梁１１は、スパン全
域にわたって面内方向の曲げ剛性、部材自重（鉄骨、充
填コンクリートの自重）が大きくなる。長いスパン長さ
（大スパン）を有する梁１１でも、常時鉛直荷重（固定
荷重、積載荷重）によって、梁１１に生じるスパン中央
部の鉛直変形が減少する。さらに、人間が床面を歩行す
る際に生じる微小の鉛直変形によって不快感が生じる、
鉄骨造の梁に良く起こる床振動障害が緩和される。した
がって、本実施例は、大スパンの梁に好適である。

【００４２】（２）柱１と梁１１の鋼管同士の接合部
（柱・梁仕口部）は、施工現場にて現場溶接を用いるこ
となく機械式接合法によって一体化される。鉄骨製作工
場にて、複数階の柱１を１ピースとして、１スパン分の
梁１１を１ピースとしてそれぞれ別個に製作し、施工現
場では柱１の鋼管２と、梁１１の鋼管１２を、ボルトを
用いた機械式接合法にて接合する。梁１１は１スパン分
を１ピースとして製作するので、梁同士の現場接合（梁
・梁の継手部）は無い。鋼管同士の現場接合部（柱・梁
仕口部）は機械式接合法によって接合することにより、
施工性が劣る現場溶接による接合方法を避けることがで
きる。

【００４３】（３）ＣＦＴ構造の柱に、ＣＦＴ構造の鋼
管で形成された梁のエンドプレートを通しボルトを用い
て連結した場合、梁に曲げモーメント（図１１の時計方
向のＭｙ）が作用すると、ＣＦＴ構造の柱に生じる引張
力及び圧縮応力度の分布は図１１のようになり、圧縮部
分（図１１の梁の下フランジ側）は、ＣＦＴ構造の柱
（鋼管）に充填したコンクリートが負担する。したがっ
て、ダイヤフラムの設置を不要とすることができる。梁
の引張り側（図１１の梁の上フランジ側）では、梁の鋼
管１１の上フランジからの引張力は、エンドプレート１
４を介して、ボルト３１に引張力（図１１のＴ）として
伝達する。柱・梁仕口部は、面内、面外の２方向に強固
な剛接合部を構成する。

【００４４】また、実施例２は、前述した実施例１と同
様の効果を有する。 （１）梁１１のスパン全域にわたりＣＦＴ構造である鋼
管を使用することにより、梁１１の曲げ剛性、断面耐力
（曲げ耐力、せん断耐力、軸耐力）を大きくすることが
できる。 （２）梁１１は、スパン全域にわたり面外方向の断面性
能が大きくなり、横座屈性能が飛躍的に大きくなる。 実施例２においては、梁１１の面外方向の断面２次半径
がスパン全域にわたりに大きくなり、梁でありながら柱
に相当する横座屈性能を有する。梁１１の座屈止め部材
の配置個所数を少なくし、又は、不要とすることができ
る。したがって、吹き抜け空間を構築するのに最適であ
る。

【００４５】なお、上記実施例２において、梁１１にス
パン全域にわたってＣＦＴ構造による鋼管を使用した
が、スパン端部とスパン中間域の間に鋼管の内部空隙を
塞ぐ仕切り板（図示省略）を挿入して、スパン端部の鋼
管１２はＣＦＴ構造とし、スパン中間域はコンクリート
を充填しない純鉄骨造の鋼管とする、複合構造の梁とす
ることができる。また、柱１の鋼管２及び梁１１の鋼管
１２の各横断面形状は、矩形に限られるものではなく、
円形等に形成してもよいのは勿論である。柱１，１は、
ＣＦＴ構造による鋼管２で形成された例を示したが、鋼
管２の内部にコンクリート３を充填しない、純鉄骨造と
しても良い。

【００４６】（実施例３）図１２は実施例３のラーメン
構造を示す。柱１，１は鋼管２で形成されているが、鋼
管２の内部にはコンクリートが充填されていない点、及
び、梁１１のスパン中間域がＨ形鋼１９で構成され、梁
１１の両側のスパン端部のみが鋼管１２で形成されてい
るが、鋼管１２の内部にはコンクリートが充填されてい
ない点、において、実施例１と異なっている。

【００４７】（実施例４）図１３は実施例４のラーメン
構造を示す。柱１，１は鋼管２で形成されているが、鋼
管２の内部にはコンクリートが充填されていない点、及
び、梁１１はスパン全域にわたり鋼管１２で形成されて
いるが、鋼管１２の内部にはコンクリートが充填されて
いない点、において、実施例３と異なっている。

【００４８】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲で種々の変形、付加等が可能であ
る。また、本発明に係る鉄骨ラーメン構造は、集合住
宅、事務所ビル、ホテル等の建物の構造物に幅広く適用
できる。建物の階数も、低層から高層、超高層に至るま
で適用できる。

【００４９】

【発明の効果】〔請求項１に係る発明〕 （１）柱を鋼管で形成するとともに、梁の少なくともス
パン端部を鋼管で形成して柱に接合したため、地震時の
応力に対し塑性化領域となる梁スパン端部における強
度、変形能力に優れる。換言すれば、変形能力に富み、
靭性に優れた骨組となすことができる。そして、階高が
制約されている建物においても、水平剛性を容易に向上
させることができる。 （２）水平剛性を向上させることにより、超高層住宅を
構築した場合、梁をＨ形鋼で構成した従来技術において
生じやすかった強風時や中小地震時に生じる横揺れによ
る居住性の低下を防止することができる。 （３）梁をＨ形鋼で構成した従来技術においては、柱・
梁の仕口部に、梁のウェブにスカラップが形成され、梁
端部に断面欠損が生じるが、本発明によれば、梁の鉄骨
端部は全断面有効となり、断面欠損による強度低下が少
ない。 （４）梁をＨ形鋼で構成した従来技術においては、柱・
梁の仕口部における溶接は下向き溶接となるため、梁の
下端には裏当金を設けている。大地震によっては、負担
の大きい裏当金部分に亀裂を生じることもあり、強度と
変形能力に問題があったが、このような問題を回避する
ことができる。

【００５０】〔請求項２に係る発明〕 （１）梁の鋼管内部にコンクリートが充填されるため、
コンクリートは鋼管により拘束され、また、同時に鋼管
はコンクリートによって拘束される。この相互作用をコ
ンファインド効果という。この効果により、梁を靭性に
富み強度の大きい部材とすることが可能となる。さら
に、充填するコンクリートに高純度コンクリートを使用
することで、より高強度の部材とすることができる。 （２）梁をＨ形鋼で構成した従来技術においては、梁の
フランジ及びウェブに局部座屈が生じないよう幅厚比の
制限を設け、大地震時の強度と変形能力の確保を行って
きた。これに対し、本発明では、鋼管内部に充填したコ
ンクリートの拘束効果により、鉄骨の局部座屈が生じに
くくなり、板厚を薄くすることが可能である。板厚を薄
くすることにより、コストを抑えることができる。 （３）ＣＦＴ構造の鋼管部分の耐火被覆を無くしたり、
薄肉耐火被覆を使用することにより、コストを抑えられ
る可能性がある。

【００５１】〔請求項３に係る発明〕 （１）梁は、スパン端部のみが鋼管で形成され、応力が
スパン端部に比べて小さく変形能力がさほど要求されな
いスパン中間域はＨ形鋼で構成されているため、バラン
スのよい複合構造（ハイブリッド構造）となる。スパン
中間域の剛性を小さくすることにより、建物全体の剛性
を変えることが可能であり、スパン中間域のＨ形鋼の断
面を変更することにより建物全体の剛性を調整すること
ができる。 （２）梁のスパン端部を形成する鋼管は、工場において
柱に接合されているので、施工現場で柱・梁の仕口部の
溶接作業を無くすることができるため、該部の品質、性
能を確保することができる。現場での溶接作業を無くす
ることにより、施工の工期が雨風等の天候に左右され
ず、安定化する。施工も楽である。

【００５２】〔請求項４に係る発明〕スパン中間域内
に、施工現場において接合されるＨ形鋼同士の、梁・梁
の継手部を設けたものであるから、Ｈ形鋼同士をＨＴＢ
による機械式接合方法によって接合し、梁を構成するこ
とができる。さらに、Ｈ形鋼同士の継手部を形成する他
の接合方法も幅広く使用することができる。例えば、Ｈ
形鋼のフランジを現場溶接し、ウエブをＨＴＢによる機
械式に接合しても良い。

【００５３】〔請求項５に係る発明〕 （１）柱と、該柱に接合された、梁のスパン端部を形成
する鋼管と、該鋼管のスパン中心側の端面に設けた塞ぎ
プレートと、該塞ぎプレートに連設された、スパン中心
側の端部が継手部となるＨ形鋼とが、工場において製造
され、ブラケットを構成するものであるから、柱・梁の
仕口部、梁・梁の継手部において、現場溶接を使用しな
いことができ、施工が極めて楽である。現場溶接を使用
しないことにより、仕口部、継手部の品質、性能を確保
することができ、雨風等の天候に左右されず施工性が向
上し、工期が短縮する。

【００５４】〔請求項６に係る発明〕 （１）梁は、スパン全域にわたり、鋼管で形成されてい
るため、梁の曲げ、せん断変形共にスパン全域にわたっ
て、一様な値となる。このため、建築設計の効率化、低
コスト化を図ることができる。 （２）梁の面外方向の断面２次半径がＨ形鋼に比べ格段
に大きくなり、支持する床の有無にかかわらず、座屈止
め部材を不要とすることができる。したがって、吹き抜
け空間を構築するのに適している。 （３）従来、耐火被覆が要求される鉄骨梁には耐火被覆
を施してきたが、梁をスパン全域にわたりＣＦＴ構造の
鋼管で形成することにより、純鉄骨に比べて格段に耐火
性能を向上させることができる。耐火被覆の厚さを薄く
したり、条件次第では耐火被覆を省くことが可能とな
る。したがって、大幅にコストを低減することができ
る。 （４）鋼管内部にコンクリートが充填されるとき、鋼管
が型枠を兼用し、コンクリート充填の際の型枠が不要と
なる。したがって、施工を簡単に行うことができる。

【００５５】〔請求項７に係る発明〕柱・梁の仕口部に
おいて、梁の鋼管は、施工現場において、柱の鋼管と機
械式接合方法によって接合されるので、柱・梁の仕口部
に現場溶接を用いることなく機械式接合方法によって強
固な仕口部が構成される。梁は１スパン分を１ピースと
して工場で製作され得るので、梁同士の現場接合（梁・
梁の継手部）を無くすることができる。

【００５６】〔請求項８に係る発明〕 （１）梁を形成する鋼管の端面に、柱の側面に当接する
エンドプレートを有し、該エンドプレートを柱にボルト
を用いて連結するようにし、柱・梁の仕口部の形成を、
いわゆる機械式接合方法により行うものであるから、施
工現場での該部の溶接作業を無くすることができるた
め、該部の品質、性能を確保することができる。現場で
の溶接作業を無くすることにより、施工の工期が雨風等
の天候に左右されず、安定化する。施工も楽である。 （２）ＣＦＴ構造の柱に、スパン全域にわたりＣＦＴ構
造の鋼管で形成された梁のエンドプレートを通しボルト
を用いて連結した場合、梁に曲げモーメントが作用する
と、ＣＦＴ構造の柱に生じる圧縮力は、ＣＦＴ構造の柱
（鋼管）に充填したコンクリートが負担する。したがっ
て、ダイヤフラムの設置を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のラーメン構造を示す正面図である。

【図２】図１のＣ部（柱・梁の仕口部）の拡大図であ
る。

【図３】（Ｄ）は図２のＤ−Ｄ線端面図、（Ｅ）は図２
のＥ−Ｅ線断面図、（Ｆ）は図２のＦ−Ｆ線端面図であ
る。

【図４】図２のブラケットタイプ部分を示す正面図であ
る。

【図５】本発明のものと、従来例のものとの比較に用い
た梁の断面図である。

【図６】（ａ）は、従来例における構造体の平面図、
（ｂ）は本発明を適用した構造体の平面図である。

【図７】実施例１のラーメン構造において曲げモーメン
トが作用した場合の説明図である。

【図８】実施例２のラーメン構造を示す正面図である。

【図９】図８のＡ部（柱・梁の仕口部）の拡大図であ
る。

【図１０】図８のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１１】梁に曲げモーメントが作用した場合の、ＣＦ
Ｔ構造の柱に生じる引張力及び圧縮応力度の分布を示す
説明図である。

【図１２】実施例３のラーメン構造を示す正面図であ
る。

【図１３】実施例４のラーメン構造を示す正面図であ
る。

【図１４】従来例におけるラーメン構造を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

１ 柱 ２ 鋼管 ３ コンクリート １１ 梁 １２ 鋼管 １３ コンクリート １４ エンドプレート １５ 塞ぎプレート １９ Ｈ形鋼 １９ａ 端部Ｈ形鋼 １９ｂ 中央部Ｈ形鋼 ３１ ボルト

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱と、該柱に接合された梁とからなるラ
   ーメン構造において、柱を鋼管で形成するとともに、梁
   の少なくともスパン端部を鋼管で形成して、柱に接合し
   たことを特徴とする鉄骨ラーメン構造。
2. 【請求項２】 前記梁の鋼管はＣＦＴ構造である、請求
   項１に記載の鉄骨ラーメン構造。
3. 【請求項３】 前記梁は、スパン中間域がＨ形鋼で構成
   され、スパン端部が鋼管で形成された、請求項１又は２
   に記載の鉄骨ラーメン構造。
4. 【請求項４】 スパン中間域内に、施工現場において接
   合されるＨ形鋼同士の、梁・梁の継手部を設けた、請求
   項３に記載の鉄骨ラーメン構造。
5. 【請求項５】 柱と、該柱に接合された、梁のスパン端
   部を形成する鋼管と、該鋼管のスパン中心側の端面に設
   けた塞ぎプレートと、該塞ぎプレートに連設された、ス
   パン中心側の端部が継手部となるＨ形鋼とが、工場にお
   いて製造され、ブラケットを構成する、請求項３又は４
   に記載の鉄骨ラーメン構造。
6. 【請求項６】 前記梁は、スパン全域にわたり、鋼管で
   形成された、請求項１又は２に記載の鉄骨ラーメン構
   造。
7. 【請求項７】 柱・梁の仕口部において、前記梁の鋼管
   は、施工現場において、前記柱の鋼管と機械式接合方法
   によって接合される、請求項６に記載の鉄骨ラーメン構
   造。
8. 【請求項８】 前記梁を形成する鋼管の端面に、柱の側
   面に当接するエンドプレートを有し、該エンドプレート
   を柱にボルトを用いて連結するようにした、請求項７に
   記載の鉄骨ラーメン構造。