JP2006291698A - 耐震性能に優れる柱梁接合部と鉄骨骨組、鉄骨構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】耐震性に優れた柱梁接合部を提供する。
【解決手段】柱と梁の節点に設けられた接合部パネルの曲げ耐力を、該接合部パネルの上下となる柱の曲げ耐力の和未満とする。または接合部パネルの降伏応力度を柱、梁の板厚、降伏応力度をパラメータとして規定したり、その構成する鋼材の耐力と板厚が、該接合部パネルの上下となる柱に用いる鋼材の耐力と板厚にそれぞれ等しい場合は、付加軸力、梁フランジ中心間距離、柱フランジ中心間距離、接合部パネルに用いた鋼材の降伏比をパラメータとして、接合部パネルの鋼材の耐力と板厚を規定する。降伏層間変位角が１／１００以上である鉄骨ラーメン骨組と、エネルギー吸収部材を設置した鉄骨骨組において上記柱梁接合部を少なくとも一つ有し、最下層の柱の柱脚に柱よりも耐力の低い柱脚を用いる。
【選択図】図４

Description

本発明は、耐震性能に優れる柱梁接合部と鉄骨ラーメン骨組およびその骨組を用いたその構造物に関する。

建築骨組、特に柱と梁が剛接合されているラーメン骨組の耐震設計は、（１）中小地震時には弾性範囲に留め、（２）大地震時には骨組の塑性化によるエネルギー吸収性能に期待して塑性化を許容し、塑性変形性能性能に応じて設計耐力を低減することを基本思想としている。

想定以上の地震力が作用する場合は、より大きなエネルギーを吸収する必要があるため、骨組を構成する部材を、降伏点ＹＰと引張り強さＴＳの比ＹＲ（＝ＹＰ／ＴＳ）が０．８０以下の低ＹＲ鋼材として塑性変形性を向上させたりすることが一般的である。また、骨組の崩壊モードをエネルギー吸収に適した、全体崩壊モードとすることが推奨されている。

例えば、非特許文献１では、全体崩壊モードを実現するために各節点で柱梁耐力比を１．５以上とすることが推奨されている。

尚、崩壊モードは、ある層の全ての柱が先行降伏し、一層もしくは複数の特定層が崩壊する部分崩壊モードと梁が先行降伏し、塑性ヒンジが全層にわたって分散する全体崩壊モードに大別される。

部分崩壊モードは、ある層の全ての柱が先行降伏するもので、発生する塑性ヒンジの数が少なくても崩壊が生じる。

一方、全体崩壊モードは、梁が先行降伏する場合で、塑性ヒンジが全層にわたって生成しなければ崩壊機構（メカニズムという）が形成されず、同じ塑性変形性能の部材を用いた場合、全体崩壊モードは部分崩壊モードと比較して骨組のエネルギー吸収能力が高い。

尚、ブレース、壁などのエネルギー吸収デバイスが設置されたラーメン骨組の場合は、柱梁のみよりなる骨組の損傷を小さくするため、エネルギー吸収デバイスとその支持部材からなるデバイス系の降伏変位角を小さくし、主骨組の降伏変位角をできるだけ大きくすることが有効とされている。

普通鋼材を用いた従来のラーメン骨組の降伏層間変位角は１／１４０〜１／１２０である。この値を大きくするためには、高張力鋼材の柱と梁への使用が有効である。
「冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル」（日本建築センター）

しかしながら、柱の曲げ耐力は軸力の作用によって低減するが、梁の曲げ耐力はいろいろな要因により上昇する場合があり、柱梁耐力比を１．５以上とすることは実設計において容易でなく、柱崩壊の部分崩壊モードを完全に防止し、全体崩壊モードとすることは困難である。

すなわち、下記の理由により柱が梁よりも早期に塑性化することが指摘されている。
（１）地震力は骨組の面内だけでなく任意の方向に作用し、斜め方向に作用した場合でも、梁の降伏を先行させるためには直交２方向の梁が塑性化するまで柱は、ほぼ弾性状態を保つ必要がある。直交２方向の梁が塑性化する耐力は１方向の場合の約１．４倍である。
（２）床スラブと梁はスタッドなどのシヤコネクターで一体化されている場合が多い。床スラブが圧縮側になる場合約１．４倍、引張側に場合には約１．１倍、平均的には約１．２５倍に梁耐力は大きくなる。
（３）地震時の骨組の応答は１次モードだけでなく、高次モードの振動成分がある。この影響により柱の応力が大きくなって、梁より早期に降伏する可能性がある。高次モードの影響を避けるためには柱の耐力を約１．３倍にする必要がある。
（４）鋼材の降伏点のばらつきにより、設計上は梁が先行降伏するものでも実際には梁の強度が高く、そうならない場合がある。これを避けるためには鋼材の降伏点のばらつきを統計的に評価する必要がある。この影響を避けるためには、柱耐力を１．１５〜１．２倍にする必要がある。
（５）角形鋼管柱の場合、斜め方向の断面性能（耐力）が低くなる。４５度方向の場合、０（９０）度方向に比較して約６％断面性能が低下する。従って柱耐力を１．０６倍にする必要がある。
（６）上記の全てを考慮すれば、柱の塑性化を完全に防止するためには柱の耐力を１．４×１．２５×１．３×１．２×１．０６＝２．８９倍もしくは√（１．４^２＋１．２５^２＋１．３^２＋１．２^２＋１．０６^２）＝２．７９倍とする必要がある。その結果、柱として通常の設計に従う場合の約３倍の耐力の断面を使うこととなり、建築コストの上昇を招く。

一方、建築構造用鋼材として耐震性を向上させるためには、母材の低ＹＲ化と、母材および溶接部の靱性を両立させる必要があるが、鋼材の降伏比と靱性は組織的に相反する特性を要求し、両立させるためには合金成分の添加、圧延時の熱加工制御など原材料費の拡大、生産効率の低下などコストアップすることになる。

すなわち、靱性を確保するために組織を細粒化すると降伏点（ＹＰ）は高くなり、低ＹＲ化を意図して製造すれば粗粒化させることが必要で、靱性の確保が困難となる。

また、高張力鋼材は、普通鋼材と比較して一般的に溶接性に劣りＹＲも高く、低ＹＲ鋼材は、伸び性能も小さく、成分調整や圧延時の熱加工制御を行って製造するので原材料費、製造コストが高い。

上述したように、実建築物において崩壊モードを全体崩壊モードとすることは困難で、柱部材に低ＹＲ特性に優れる高張力鋼材を適用することも経済的に不利で実施にあたっての制約が大きい。

そこで、本発明は、柱部材として用いる鋼材の降伏比ＹＲに拠らず、優れた耐震性が得られる鉄骨骨組と構造物を提供することを目的とする。

本発明者等は、従来、鉄骨骨組の崩壊モードの検討において対象とされていなかった節点における塑性変形挙動に着目し、柱梁の節点を接合部パネルとし、該接合部パネルに適切な変形性能を与えることにより、耐震性を必要とする場合に、接合部パネルの上下の柱に要求されるＹＲ特性を緩和させることを検討した。

図１は鉄骨骨組の柱梁接合部を説明する図で（ａ）はモデル図、（ｂ）は（ａ）に示したモデルの実施例、（ｃ）は（ｂ）に示した実施例の具体的構造を説明する斜視図を示す。本発明において接合部パネル４は柱の一部分で、梁材３が取り付けられる個所を指し、従来では節点とされていた部分である。

２ａは上の柱、２ｂは下の柱で、接合部パネル４を有する鋼管４１とダイヤフラム４２を介して接続されている。ダイヤフラム４２は、梁フランジ３ａ、３ｃ、５ａ、５ｃが溶接されると共に柱２ａ、２ｂと鋼管４１も溶接にて接合されている。

同時に、鋼管４１には梁ウェブ３ｂ、５ｂが溶接されている。柱２は上の柱２ａ、下の柱２ｂ、ダイヤフラム４２および鋼管４１からなり、本実施例の場合は角型鋼管を使用している。即ち、柱２と梁３、５は鋼管４１とダイヤフラム４２を介して剛接合されている。

鋼管４１において、梁ウェブ３ｂ、５ｂに平行な２つの面が接合部パネル４として働く。
図２に接合部パネルの変形挙動の調査に用いた試験装置を示す。地上に固定された試験台８にパネル部試験体４を固定し、地震力として水平力７を負荷する。

水平力７は、パネル部試験体４の上部に載置梁６を固定し、載置梁６からパネル部試験体の上部に伝達される。パネル部試験体は、ＹＲがそれぞれ異なる５０キロ鋼、６０キロ鋼、８０キロ鋼を用い、径厚比を同じとして製造した。

表１に、パネル部試験体の諸元と調査結果を示す。ＹＲが９４％の８０キロ鋼を用いても耐力上昇率は１．１４で累積塑性せん断変形角として０．４８が得られ、接合部パネルをＹＲの高い鋼材を用いて製造しても大地震時に要望される塑性変形性能を十分な安全率をもって得ることが可能である。

本発明は得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、１．柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルの曲げ耐力を、該接合部パネルの上下となる柱の曲げ耐力の和未満にすることを特徴とする柱梁接合部。
２．柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルは、柱が角形鋼管の場合、式（３−２）、または、柱が円形鋼管の場合、式（６−１）の条件を満たすことを特徴とする柱梁接合部。

ここで、ｎ：付加軸力、α：歪硬化による耐力上昇率、_ｐσ_ｙ：接合部パネルの降伏応力度、ｔ_ｐ：接合部パネルの板厚、ｄ_ｂ：梁フランジ中心間距離、_ｃσ_ｙ：柱の降伏応力度、ｔ_ｃ：柱の板厚、ｄ_ｃ：柱フランジ中心間距離
３．柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルは、その構成する鋼材の耐力と板厚がが、該接合部パネルの上下となる柱に用いる鋼材の耐力と板厚にそれぞれ等しく、且つ、柱が角形鋼管の場合、式（３−３）、または、柱が円形鋼管の場合、式（６−２）の条件を満たすことを特徴とする柱梁接合部。

ここで、ｎ：付加軸力、ｄ_ｂ：梁フランジ中心間距離、ｄ_ｃ：柱フランジ中心間距離、ＹＲ：接合部パネルに用いた鋼材の降伏比
４．柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルの曲げ耐力を、該接合部パネルの上下となる柱の曲げ耐力の和未満とし、かつ接合部パネルの上下となる柱の鋼材としてＹＲが８０％を超える高張力鋼材を用いたことを特徴とする柱梁接合部。
５．柱および梁から構成され、柱と梁の節点を複数有する鉄骨ラーメン骨組を含む鉄骨骨組であって、
１乃至４の何れか１つ記載の柱梁接合部を少なくとも一つ有することを特徴とする鉄骨骨組。
６．柱および梁から構成され、柱と梁の節点を複数有し、降伏層間変位角が１／１００以上である鉄骨ラーメン骨組と、エネルギー吸収部材を設置した鉄骨骨組であって、
１乃至４の何れか１つ記載の柱梁接合部を少なくとも一つ有することを特徴とする鉄骨骨組。
７．５または６に記載の鉄骨骨組を有し、最下層の柱の柱脚に柱よりも耐力の低い柱脚を設けたことを特徴とする鉄骨構造物。

本発明によれば、接合部パネルの上下にある柱用鋼材のＹＲに関わらず、接合部パネルを塑性変形させることが可能となるので、鉄骨ラーメン骨組や鉄骨構造物の耐震性を損なうことなく柱の鋼材を溶接性やコストを考慮して選択する事ができる。例えば、接合部パネルの上下の柱にＹＲが８０％を超える高張力鋼材（例えば８０キロ級鋼）を用いて溶接性を確保しながら柱を細くすれば、建築物の美観を向上させることが可能である。

本発明は、接合部パネル高さ／接合部パネル幅を柱軸力比と接合部パネルに用いる鋼材のＹＲに応じて規定し、接合部パネルを塑性変形させることにより、柱の塑性化を防止する。

接合部パネルを塑性変形させるためには、接合部パネルの曲げ耐力を、該接合部パネルの上下となる柱の曲げ耐力未満にすればよく、または、（１）接合部パネルの形状を規定したり、（２）接合部パネルを構成する鋼材の耐力と板厚を、該接合部パネルの上下となる柱に用いる鋼材の耐力と板厚とをそれぞれ同一とし、且つ接合部パネルの形状を規定して行う。

以下、接合部パネルの設計方法について、柱が角形鋼管、円形鋼管のそれぞれの場合について具体的に説明する。
［角形鋼管］
図３は、地震時における、接合部パネルでの応力状態を模式的に示す図で、接合部パネルには、上の柱と接合部パネルの境界面に作用する柱のモ−メントＴＭｃと下の柱と接合部パネルの境界面に作用する柱のモーメントＢＭｃがそのまま作用するので、接合部パネルの曲げ耐力Ｍｐが、両者の和よりも小さければ、接合部パネルは塑性変形を生じる。ただし、梁が極端に弱い場合は、接合部パネルが塑性化しないこともあるが、全体崩壊となるので問題ない。

尚、左右の梁と接合部パネルの境界面に作用する梁のモーメントＬＭｂ，ＲＭｂも同様にそのまま作用するが、本発明では省略する。

柱の全塑性曲げ耐力_ｃＭ_ｐは柱の軸力比ｎによって変化し、下式で求められる。

ここに、_ｃσ_ｙおよび_ｃＺ_ｐは柱の降伏応力度と塑性断面係数である。柱にブレースなど
が取り付く場合にはブレースからの付加軸力もｎに考慮する。_ｃＺ_ｐは柱フランジ中心間距
離（例えば、柱の外径から柱の板厚を減じた値）ｄ_ｃと柱の板厚ｔ_ｃを用いて下式で求められる。

一方、接合部パネルの、塑性化による歪硬化を考慮した最大曲げ耐力_ｐＭ_ｐは下式で求め
られる。

ここに、_ｐσ_ｙおよびＶ_ｐは接合部パネルの降伏応力度と体積（せん断断面積と接合部パネル高さの積）でありＶ_ｐはほぼ２ｔ_ｐｄ_ｃｄ_ｂ（ｔ_ｐは接合部パネル板厚、ｄ_ｂは梁フランジ中心間距離（例えば、梁せい−フランジ板厚を減じた値））に近似できる。αは歪硬化による耐力上昇率であり近似的に１／ＹＲで求められる。ＹＲは接合部パネルに用いた鋼材の降伏比である。

柱の塑性化が大きく進行しないための条件は、接合部パネルに接続する上下それぞれの柱の曲げモーメント耐力_ＴｃＭ_ｐ、_ＢｃＭ_Ｐと接合部パネルの最大曲げ耐力_ｐＭ_ｐを用いて下式で求められる。

柱軸力比ｎは、接合部パネルに接続する上下柱の平均値で接合部パネルの軸力比に等しいとし、柱の_ｃＺ_ｐ、_ｃσ_ｙなどの断面性能は上下柱の平均値を用いると、上式は以下の様に書く事ができる。

（３−１）式は以下のように書きなおせる。

通常、接合部パネルと柱の板厚は同厚であり、強度も同じ場合が多いので、上式は下式のように簡略化される。

実物件においては、接合部パネルの高さはｄ_ｂとほぼ等しく、接合部パネルの幅はｄ_ｃとほぼ等しいので、そのように近似した上で、上式に従い、接合部パネル高さ（≒ｄ_ｂ）／接合部パネル幅（≒ｄ_ｃ）を柱軸力比と鋼材のＹＲによって規定される数値未満とすれば、柱の塑性化を防止することが可能となる。

［円形鋼管］
柱の全塑性曲げ耐力ｃＭｐは柱の軸力比ｎによって変化し、（４）式で求められる。

ここに、ｃσｙは柱の降伏応力度である。柱にブレースなどが取りつく場合にはブレースからの付加軸力もｎに考慮する。

一方、接合部パネルの、塑性化による歪硬化を考慮した最大曲げ耐力ｐＭｐは（５）式で求められる。

ここに、ｐσｙは接合部パネルの降伏応力度である。αは歪硬化による耐力上昇率であり近似的に１／ＹＲで求められる。ＹＲは接合部パネルに用いた鋼材の降伏比である。

柱の塑性化が大きく進行しないための条件は、接合部パネルに接続する上下それぞれの柱の曲げモーメント耐力ＴｃＭｐ，ＢｃＭｐと接合部パネルの最大曲げ耐力ｐＭｐを用いて（６）式で求められる。

柱軸力比ｎは、接合部パネルに接続する上下柱の平均値で接合部パネルの軸力比に等しいとし、柱のｃσｙなどの断面性能は上下柱の平均値を用いると、（６）式は（６−１）式となる。

通常、接合部パネルと柱の板厚は同厚であり、強度も同じ場合が多いので、（６−１）式は（６−２）式のように簡略化される。

角形鋼管の場合と同様に、（６−２）式によれば、パネル高さ（≒ｄｂ）／パネル幅（≒ｄｃ）を柱軸力比と鋼材のＹＲによって規定される数値未満とすれば、柱の塑性化を防止することが可能となる。

図４、５は接合部パネルと柱に同一の鋼材を用いた場合の、接合部パネルの高さ幅比に及ぼす柱軸力比の影響を鋼材のＹＲ毎に示し、図４は角形鋼管の場合で（３−３）式によるもの、図５は円形鋼管の場合で、（６−２）式によるものを示す。

各図において、接合部パネルの高さ幅比を、ＹＲ毎に得られた曲線の下方の領域内となるように、柱軸力比に応じて選定すると、接合部パネルを塑性変形させることが可能で、柱の塑性化が拡大することを防止できる。

尚、柱の軸力には建物の自重や積載荷重による常時荷重と地震時の水平力よる転倒モーメントによる外力が作用する。外柱にはこの転倒モーメントによる外力が柱軸力の主体であるが、中柱には柱の左右の梁の地震時せん断力の差のみが作用するので、地震時の水平力よる転倒モーメントによる外力は通常、小さいとされている。

常時荷重による柱軸力は通常０．１５〜０．３程度、地震時軸力は最大０．７〜０．８程度である。

一方、接合部パネルの高さ幅比は、通常、建築鉄骨骨組では柱径よりも梁せいの方が大きく、１．０〜２．０もしくは２．５の範囲である。

尚、建築構造物の最下層の柱は、通常剛性と耐力の高いＲＣ基礎梁に接合されているので、変形能力の高い柱部材を用いるか、柱脚部に柱より耐力の低い部位を用いて柱の柱脚側の塑性化の進展を防止する。ここで柱脚とは、例えば露出型柱脚や半剛接柱脚等を指す。

例えばＹＲが８０％を超える高ＹＲ鋼材や、降伏強度が５９０Ｎ／ｍｍ^２以上の高張力鋼材などの塑性変形性能の比較的低い柱を用いる場合、柱脚部の耐力を、軸力を考慮した柱の曲げ耐力よりも小さくする。露出型柱脚や半剛接柱脚を用いてアンカーボルトやベースプレートの耐力の調整により可能である。

本発明に係る接合部パネルを、ラーメン主骨組の降伏層間変位角を大きくするため高張力鋼材を用いた鉄骨骨組に適用すると、より耐震性の高い構造物を提供することが可能となる。

普通鋼材を用いた通常の（日本の建築基準法の許容応力度等計算などを満足させた）ラーメン骨組の降伏層間変位角は１／１４０〜１／１２０程度なので、完全には主体骨組の塑性化を防止することはできない。

そこで、普通鋼材の１．２倍から１．４倍の高張力鋼材たとえば降伏点が３８５Ｎ／ｍｍ^２〜４４０Ｎ／ｍｍ^２程度もしくはＹＲが９０％程度の６０キロ級鋼材（降伏点は５４０Ｎ／ｍｍ^２程度）や８０キロ級鋼材（降伏点は７２０Ｎ／ｍｍ^２程度）を用いて降伏層間変位角を１／１００以下特に望ましくは１／８０以下とした鉄骨構造物の接合部パネルに本発明を適用すると、更に主体骨組の塑性化が防止され、耐震性が向上する。

尚、低ＹＲ鋼は溶接部の靱性（ひいては鋼部材の変形性能）が低下する傾向にあるが、本発明によれば、ＹＲが８０％以上の良好な溶接性が得られる鋼材も使用できるので、溶接欠陥の発生を防止し、安定した耐振性能を確保することが可能である。

ダンパーが設置されたラーメン骨組の場合、主体ラーメン骨組とダンパー系の剛性比は通常０．５〜２の間で、適切に設計されたダンパーが設置されたラーメン骨組では地動速度が５０ｋｉｎｅ〜７５ｋｉｎｅ程度の兵庫県南部地震クラスの大地震に対し、骨組みの最大層間変位角を１／１００程度に抑えることが可能である。地震応答は建物種類、階数地震動の種類などでばらつくが１／８０を超えることはなくすことができる。

ダンパーが設置されたラーメン骨組を主体骨組とする鉄骨構造物に本発明に係る接合部パネルを適用し、更に耐震性を向上させても良く、本発明におけるラーメン骨組構造には、ブレース付き、壁付きラーメン構造も含むものとする。尚、ここでエネルギー吸収部材とは、例えばブレースや壁やせん断型シヤパネル型などの履歴ダンパー、摩擦型ダンパー、オイルダンパー、あるいは粘弾性ダンパー等を指す。

以下、角形鋼管、円形鋼管の場合について本発明に係る実施例と比較例を示す。

［角形鋼管］
（実施例１）
図６に示す２層２スパンの鉄骨ラーメン骨組を製作する。梁には１５ｃｍのスラブが付き、合成梁となっている。柱には８０キロ級の高張力鋼を用いた□−３００ｘ１２（ｍｍ）の角形鋼管、梁にはＳＮ４９０を用いたＨ−６５０ｘ２００ｘ１２ｘ１９（ｍｍ）のＨ形鋼を用いる。

図には示していないが、柱脚部には柱ヒンジが発生しないように、柱耐力よりも１５％低い露出型柱脚を使用した。鉛直荷重は柱の軸力比で０．１５となるように設定している。柱の降伏点は８２７Ｎ／ｍｍ^２でＹＲは９４％である。

（実施例２）
実施例１の梁の変わりにＨ−７５０ｘ２００ｘ１２ｘ２２（ｍｍ）のＨ形鋼を用いる。接合部パネルの高さ／幅比は２．５である。接合部パネルには柱の板厚を９ｍｍとして耐力を低下させた。

（比較例１）
実施例１の骨組みの柱の鋼種を５０キロ鋼とし、梁はＳＮ４００を用いたＨ−６５０ｘ２００ｘ９ｘ１６（ｍｍ）のＨ形鋼を用いる。接合部パネルの高さ／幅比は実施例１と同じ１．６７である。接合部パネル／柱耐力比は０．８８と実施例１と同じである。

（比較例２）
実施例１の梁サイズをＨ−７５０ｘ２００ｘ１２ｘ２２（ｍｍ）に変更する。その結果、接合部パネル高さ比は２．５となり、接合部パネル／柱耐力比は１．１０となっている。

［円形鋼管］
（実施例３）
図６に示す２層２スパンの鉄骨ラーメン骨組を製作する。梁には１５ｃｍのスラブが付き、合成梁となっている。柱には８０キロ級の高張力鋼を用いた○−３００ｘ１２（ｍｍ）の円形鋼管、梁にはＳＮ４９０を用いたＨ−６５０ｘ２００ｘ１２ｘ１９（ｍｍ）のＨ形鋼を用いる。図には示していないが柱脚部には柱ヒンジが発生しないように、柱耐力よりも１５％低い露出型柱脚を使用した。鉛直荷重は柱の軸力比で０．１５となるように設定している。柱の降伏点は８２７Ｎ／ｍｍ^２でＹＲは９４％である。

（実施例４）
実施例３の梁の替わりにＨ−７００ｘ２００ｘ１２ｘ２２（ｍｍ）のＨ形鋼を用いる。接合部パネルの高さ／幅比は２．０である。接合部パネルには柱の板厚を９ｍｍとしてパネル耐力を低下させた。

（比較例３）
実施例３の骨組みの柱の鋼種を５０キロ鋼とし、梁はＳＮ４００を用いたＨ−５００ｘ２５０ｘ１２ｘ２２（ｍｍ）のＨ形鋼を用いる。接合部パネルの高さ／幅比は実施例３と同じ１．４３である。

（比較例４）
実施例３の梁サイズをＨ−７００ｘ２００ｘ１２ｘ２２（ｍｍ）に変更する。その結果、接合部パネル高さ比は２．０となり、接合部パネル／柱耐力比は１．２９となっている。

表２に、上述した角形鋼管と円形鋼管の場合の実施例と比較例に用いた柱と梁の断面性能を示す。床スラブの影響は主に梁耐力の上昇であるので、耐力算定には床スラブを無視している。両側の外柱では梁の曲げ耐力和が柱のそれよりも大きく、耐力および耐力比は中柱の数値を示している。

外柱では取り付く梁の数のみ１本で、梁崩壊となっている。中柱では梁の曲げモーメ
ントの和が柱のそれより大きくなっている。したがって、中柱では梁は降伏しない。接合部パネルの高さ／幅比は、角形鋼管の場合、２．１７で、円形鋼管の場合、１．４３である。

これらの骨組に図６のように建築基準法の耐震規定に準拠した水平荷重Ｐ１，Ｐ２の比率で載荷する。載荷は第１層の層間変位角で制御し、１／２００、１／１５０、１／１００、１／７５、１／５０をそれぞれ２回ずつ繰り返し、２階床の中柱の塑性変形倍率を算定した。

表３に結果を示す。角形鋼管の場合、実施例１，２では柱は弾性もしくはほぼ弾性状態を保持し、柱に破断は生じていない。比較例１では、層間変位角１／１００を超えたあたりで、中柱２層の接合部パネル部に最初に塑性化が見られたが、１／７５で柱にも塑性ヒンジが発生した。

その後、床スラブの影響で梁耐力が上昇し、外柱にも塑性ヒンジが発生し層間変形角１／７５で層崩壊を生じ、さらに１／５０に中柱柱頭で柱が破断した。比較例２では１／７５で接合部パネルと柱にほぼ同時に塑性ヒンジが発生し、その後、１／７５で中柱柱頭で柱が破断した。

円形鋼管の場合、実施例３，４では柱は弾性もしくはほぼ弾性状態を保持し、柱に破断は生じていない。比較例３では、層間変位角１／１００を超えたあたりで、中柱２層の接合部パネル部に最初に塑性化が見られたが、１／７５で柱にも塑性ヒンジが発生した。

その後、床スラブの影響で梁耐力が上昇し、外柱にも塑性ヒンジが発生し層間変形角１／７５で層崩壊を生じ、さらに１／５０に中柱柱頭で柱が破断した。比較例４では１／７５で接合部パネルと柱にほぼ同時に塑性ヒンジが発生し、その後、１／７５で中柱柱頭で柱が破断した。

接合部パネルを説明する図。 試験装置を説明する図。 接合部パネルのモーメント分布を示す図。 接合部パネルと柱に同一の鋼材を用いた場合の、接合部パネルの高さ幅比に及ぼす柱軸力比の影響を鋼材のＹＲ毎に示す図（角形鋼管の場合）。 接合部パネルと柱に同一の鋼材を用いた場合の、接合部パネルの高さ幅比に及ぼす柱軸力比の影響を鋼材のＹＲ毎に示す図（円形鋼管の場合）。 実施例。

符号の説明

１ 柱梁接合部
２ 柱
２ａ 柱（上）
２ｂ 柱（下）
３、５ 梁
３ａ、５ａ 梁フランジ（上）
３ｂ，５ｂ 梁ウェブ
３ｃ、５ｃ 梁フランジ（下）
４ 接合部パネル
４１ 鋼管
４２ ダイヤフラム
６ 載置梁
７ 水平力
８ 試験台

Claims (7)

1. 柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
   前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルの曲げ耐力を、該接合部パネルの上下となる柱の曲げ耐力の和未満にすることを特徴とする柱梁接合部。
2. 柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
   前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルは、柱が角形鋼管の場合、式（３−２）、または、柱が円形鋼管の場合、式（６−１）の条件を満たすことを特徴とする柱梁接合部。
   

   

   

   ここで、ｎ：付加軸力、α：歪硬化による耐力上昇率、_ｐσ_ｙ：接合部パネルの降伏応力度、ｔ_ｐ：接合部パネルの板厚、ｄ_ｂ：梁フランジ中心間距離、_ｃσ_ｙ：柱の降伏応力度、ｔ_ｃ：柱の板厚、ｄ_ｃ：柱フランジ中心間距離
3. 柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
   前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルは、その構成する鋼材の耐力と板厚が、該接合部パネルの上下となる柱に用いる鋼材の耐力と板厚にそれぞれ等しく、且つ、柱が角形鋼管の場合、式（３−３）、または、柱が円形鋼管の場合、式（６−２）の条件を満たすことを特徴とする柱梁接合部。
   

   

   

   ここで、ｎ：付加軸力、ｄ_ｂ：梁フランジ中心間距離、ｄ_ｃ：柱フランジ中心間距離、ＹＲ：接合部パネルに用いた鋼材の降伏比
4. 柱および梁から構成され、該柱と該梁が剛接合されている柱梁接合部において、
   前記柱と前記梁の節点に設けられた接合部パネルの曲げ耐力を、該接合部パネルの上下となる柱の曲げ耐力の和未満とし、かつ接合部パネルの上下となる柱の鋼材としてＹＲが８０％を超える高張力鋼材を用いたことを特徴とする柱梁接合部。
5. 柱および梁から構成され、柱と梁の節点を複数有する鉄骨ラーメン骨組を含む鉄骨骨組であって、
   請求項１乃至４の何れか１つ記載の柱梁接合部を少なくとも一つ有することを特徴とする鉄骨骨組。
6. 柱および梁から構成され、柱と梁の節点を複数有し、降伏層間変位角が１／１００以上である鉄骨ラーメン骨組と、エネルギー吸収部材を設置した鉄骨骨組であって、
   請求項１乃至４の何れか１つ記載の柱梁接合部を少なくとも一つ有することを特徴とする鉄骨骨組。
7. 請求項５または６に記載の鉄骨骨組を有し、最下層の柱の柱脚に柱よりも耐力の低い柱脚を設けたことを特徴とする鉄骨構造物。

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