JP2010224702A - ノンダイアフラム構法の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パネル部として、厚肉の四角形鋼管を採用した形式の利点を維持でき、四角形鋼管を簡単に製造でき、パネル部を最適の板厚にできるノンダイアフラム構法の設計方法を提供する。
【解決手段】柱部とパネル部と梁部の断面を選択し設定数値と比較して寸法・材質が適用範囲内か否かを判断し、適用範囲外では断面選択に戻って新たな断面を選択する。適用範囲内ではパネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かを判断し、終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要を判定する。付加バネ不要は付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または新たな断面の選択に戻り、付加バネ要は断面を変更するか否かの判断を行い、断面を変更しないときには付加バネの計算を行って、付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入る。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱部（シャフト部）とパネル部（仕口部）とに四角形鋼管を用い、パネル部は、４枚のプレート状板を四角形状に配置して隣接間を溶接することで四面ボックス状に形成するとともに、柱部の板厚に対してパネル部の板厚を厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法に関するものである。

従来、支柱として使用される角形鋼管柱は、複数の鋼管を溶接結合することにより構成されており、その際に溶接結合として、たとえば通しダイヤフラム方式や内ダイヤフラム方式などが提供されている。しかし、これら通しダイヤフラム方式や内ダイヤフラム方式によると、組立て工数（溶接箇所）が多くかつ溶接長さは長くなり、以て全体作業が複雑化するとともに製作費が高くなるなどの問題点があった。そこで最近では、このような問題点を解決したものとして、パネル部（パネルゾーン用のコラム）に、熱間成形により得た厚肉の短尺角形鋼管を採用したノンダイアフラム構法の構成が提供されている。すなわち、所定の板厚の長尺角形鋼管と、この長尺角形鋼管よりも板厚が厚くかつパネルゾーンを形成する長さの半成形短尺角形鋼管とを、それぞれ冷間成形で製造する。そして半成形短尺角形鋼管は、加熱炉において加熱したのち熱間成形して短尺角形鋼管を製造する。このようにして得た長尺角形鋼管と短尺角形鋼管とをアーク溶接などで結合することで角形鋼管柱を得ていた。

このような熱間成形により得た厚肉の短尺角形鋼管を採用した角形鋼管柱によると、組立て工数を削減できるとともに溶接長さを短くでき、以て全体を簡略化して経済的となり、さらにパネルゾーンは、短尺角形鋼管の予め厚い板厚によって十分な強度を確保でき、梁材の溶接による結合は何ら支障なく行え、しかも角形鋼管柱はパイプジョイント形式で得られ、内蔵リブなどがない状態に仕上げることができて、中にコンクリートなどを充填させる構成も容易に採用できる、などの種々な利点を期待できる（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２００３−２６８８７７号公報（第１−２頁、図１−図４）

しかし、上記した熱間成形により得た厚肉の短尺角形鋼管を採用した角形鋼管柱によると、短尺角形鋼管を得るための熱間製造設備が必要となり、簡単に製造することはできないことなどから、短尺角形鋼管自体が高価なものとなる。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、パネル部として、厚肉の四角形鋼管を採用した形式の種々な利点を維持し得、しかも四角形鋼管を簡単に製造し得るものでありながら、パネル部を最適の板厚にし得るノンダイアフラム構法の設計方法を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載のノンダイアフラム構法の設計方法は、柱部とパネル部とに四角形鋼管を用い、パネル部は、４枚のプレート状板を四角形状に配置して隣接間を溶接することで四面ボックス状に形成するとともに、柱部の板厚に対してパネル部の板厚を厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法であって、柱部とパネル部と梁部との断面を選択して設定数値と比較することで寸法・材質が適用範囲内か否かを判断し、適用範囲外であるときは断面選択に戻って新たな断面を選択し、適用範囲内であるときはパネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かを判断し、梁部の終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要を判定し、ノンダイアフラム構法の剛性が高く付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または新たな断面の選択に戻り、またノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には断面を変更するか否かの判断を行い、断面を変更しないときには付加バネの計算を行って、付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入ることを特徴としたものである。

したがって請求項１の発明によると、柱部の四角形鋼管とパネル部の四角形鋼管とを、直線状に位置させて端面どうしを相対向させたのち溶接により結合することで、板厚の厚い四角形鋼管をパネルゾーンとして四角形鋼管柱を構成し得、しかも板厚の厚い四角形鋼管は、溶接機のみの製作作業で、どのような場所においても簡単に製造し得る。そして、このようなパネル部の板厚を厚くした鉄骨構造物を得るために、通常の構造規定の計算に入る前に、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断や、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要の判定などを行って、新たな断面の選択に戻れる。これにより、パネル部に最適の板厚（現在よりも薄い板厚）の四角形鋼管を使用し得る。

また本発明の請求項２記載のノンダイアフラム構法の設計方法は、上記した請求項１記載の構成において、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの耐力評価は、パネル部フランジ面の面外耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断と、パネル部フランジ面のパンチングシア耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断とを、いずれかを先行させて２段階で行うこととし、かかるパネル部フランジ面の両耐力評価で、いずれかが梁部の終局耐力以下のとき、柱部とパネル部と梁部との断面選択に戻って新たな断面を選択することを特徴としたものである。

したがって請求項２の発明によると、通常の構造規定の計算に入る前に、パネル部フランジ面の面外耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断と、パネル部フランジ面のパンチングシア耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断とを行って、新たな断面の選択に戻れる。

そして本発明の請求項３記載のノンダイアフラム構法の設計方法は、上記した請求項１または２記載の構成において、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要は、順番を任意として、1）〜3）のパラメータでフレーム剛性の評価を行うこととし、
1）［パネル部板厚／柱部外径］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定、
2）［梁幅］／柱部外径］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定、
3）［梁せい／柱部外径］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定、
この、1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法とフレーム剛性を比較して、1）〜3）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が高く付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計とし、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には、断面を変更するか否かの判断を行うことを特徴としたものである。

したがって請求項３の発明によると、通常の構造規定の計算に入る前に、1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法とフレーム剛性を比較して、付加バネの要・不要を判定して、新たな断面の選択に戻れる。

上記した本発明の請求項１によると、パネル部の板厚を厚くした鉄骨構造物を得るために、通常の構造規定の計算に入る前に、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断や、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要の判定などを行って、新たな断面の選択に戻ることができる。これによりパネル部に、柱部の板厚に対して板厚を厚くした四角形鋼管を用いることによる種々な利点を維持し得るものでありながら、パネル部に最適の板厚（現在よりも薄い板厚）の四角形鋼管を用いることができて、鉄骨重量を軽減できるとともに、パネル部のフレームがより柔らかくなることで、建物の一次固有周期を長くでき（一次固有周期を上げることができ）、さらに建物重量を軽くでき、そしてこれらは、いずれも耐震性の向上に寄与できる。

また上記した本発明の請求項２によると、通常の構造規定の計算に入る前に、パネル部フランジ面の面外耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断と、パネル部フランジ面のパンチングシア耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断とを行って、新たな断面の選択に戻ることができる。

そして上記した本発明の請求項３によると、通常の構造規定の計算に入る前に、1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法とフレーム剛性を比較して、付加バネの要・不要を判定して、新たな断面の選択に戻ることができる。

本発明の実施の形態１を示し、ノンダイアフラム構法の設計方法のフローチャートである。 同柱部の材質と寸法との図表である。 同パネル部の材質と寸法との図表である。 同増厚余長部長さの図表である。 同柱部とパネル部の組み合わせの適否図表である。 同［パネル部板厚／柱部外径］をパラメータとした付加バネの要・不要の判定グラフ図である。 同［梁幅／柱部外径］をパラメータとした付加バネの要・不要の判定グラフ図である。 同［梁せい／柱部外径］をパラメータとした付加バネの要・不要の判定グラフ図である。 同鉄骨構造物の要部の一部切り欠き斜視図である。 同鉄骨構造物の要部の縦断正面図である。 同鉄骨構造物の要部の平面図である。 同鉄骨構造物の縦断面図である。 本発明の実施の形態２を示し、柱部の材質と寸法との図表である。 同柱部とパネル部の組み合わせの適否図表である。

［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、柱部（シャフト部）に冷間成形した四角形鋼管を採用し、パネル部（仕口部）に四面ボックス状の四角形鋼管を採用した状態として、図に基づいて説明する。

図９〜図１２は、ノンダイアフラム構法によって構築した鉄骨構造物２５の一例を示すもので、所定の板厚ｔ_ｃの長尺四角形鋼管（柱部の四角形鋼管の一例）１１と、この長尺四角形鋼管１１の板厚ｔ_ｃよりも厚い板厚ｔ_ｐでかつパネルゾーン（仕口部）を形成する長さ（高さ）Ｌの短尺四角形鋼管（パネル部の四角形鋼管の一例）１２とを有する。ここで所定の板厚ｔ_ｃとは、鉄骨構造物２５の規模に応じて採用される長尺四角形鋼管１１の外寸（外径）Ｂなどにより決定されるもので、たとえば外寸Ｂが５００ｍｍのときに板厚ｔ_ｃは２５ｍｍである。また長尺四角形鋼管１１の板厚ｔ_ｃと短尺四角形鋼管１２の板厚ｔ_ｐとは、たとえば［２ｔ_ｃ≒ｔ_ｐ］とされている。さらに短尺四角形鋼管１２の外寸（外径）Ｂ_ｐは長尺四角形鋼管１１の外寸Ｂに対して、［Ｂ_ｐ≒Ｂ＋１０ｍｍ］とされている。そして長尺四角形鋼管１１は、冷間プレスなどによる冷間成形によって外形状、すなわち、その外寸Ｂと、各コーナ部１１Ａにおける外周曲面の曲率半径Ｒ、たとえば［Ｂ／５］の曲率半径Ｒが形成されている。

前記短尺四角形鋼管１２は、４枚のプレート状板を四角形状に配置して隣接間を溶接することで形成されている。ここで４枚のプレート状板は、それぞれ２枚の２種類、すなわち、外寸Ｂ_ｐと同等状の幅の２枚の長幅プレート状板１２Ａと、外寸Ｂ_ｐから２枚分の板厚ｔ_ｐを引いた値よりも少し狭い幅の２枚の短幅プレート状板１２Ｂとからなる。そして短幅プレート状板１２Ｂの両端部には、その傾斜角度θが３５°〜４５°の開先部（傾斜端面）１２ｂが形成されている。この２種類、４枚のプレート状板１２Ａ，１２Ｂは、同じ種類のプレート状板１２Ａと１２Ａ、１２Ｂと１２Ｂが相対向された状態で四角形状に配置され、そして隣接間を溶接することで正四角形状の短尺四角形鋼管１２が形成される。

すなわち、長幅プレート状板１２Ａの一面（内面側）で、その端面１２ａから板厚ｔ_ｐに相当して内側に入り込んだ位置には四角棒状の裏当て金１３が配置されて溶接１４Ａにより固定されている。そして、相対向された長幅プレート状板１２Ａ間に短幅プレート状板１２Ｂが嵌め込み状に位置され、短幅プレート状板１２Ｂの内面側が裏当て金１３に当接されて溶接１４Ｂにより固定されている。さらに、長幅プレート状板１２Ａの内面側と短幅プレート状板１２Ｂの開先部１２ｂと裏当て金１３の外向き露出面とが溶接１５により固定されている。これにより、４枚のプレート状板１２Ａ，１２Ｂを使用した正四角形状（四面ボックス状）の短尺四角形鋼管１２が形成される。

図１、図４〜図８に示されるように、冷間成形により製造された前記長尺四角形鋼管１１は、加工手段（切削加工装置など）において端部の外側部分が切削加工され、以て端部には、所定角度の開先部（端面）１１ｂが形成される。そして、長尺四角形鋼管１の端部には、四角リング状の裏当て金１６が内嵌されたのち、溶接１７により固定されている。なお、短尺四角形鋼管１２の端部は、溶接のための開先部を加工しておらず、扁平端面（端面）とされている。以上のように短尺四角形鋼管１２は、溶接機のみの製作作業で、どのよう場所においても簡単に製造できるとともに、製作時間を短縮して安価に製造できる。また長尺四角形鋼管１１は、その開先部１１ｂが外側からの加工であることから、製作時間を短縮して安価に形成できる。

上記のように形成された長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させたのち、長尺四角形鋼管１１の内部に位置させた裏当て金１６の外端面を、短尺四角形鋼管１２の扁平端面に相当接させる。そして外側から仮り付け溶接したのち、外側からの全周に亘っての溶接（アーク溶接など。）１８により結合することで、長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを外側からの溶接１８により結合して、短尺四角形鋼管１２をパネルゾーンとした四角形鋼管柱（柱材用鋼管）１９を構成し得る。その際に溶接１８による結合は、裏当て金１６を利用した状態で好適に行える。

上記のようにして構成した四角形鋼管柱１９は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管１２の外面に、梁部（梁材）２０が溶接２１によって結合される。すなわち梁部２０は、横方向の梁幅２ｂと縦方向のフランジ板厚ｔ_ｆを有する上下一対のフランジ板（横板）２０Ａと、中央部分の縦板２０Ｂとにより断面Ｈ字状に形成されており、その梁せいＤが短尺四角形鋼管１２の長さＬよりも短いことで、結合状態において上下に均等状の増厚余長部ｘが形成される。なお四角形鋼管柱１９は、図１２の仮想線に示すように、積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接１８により結合されることで、所定長さ（高さ）に構成される。

そしてパネルゾーンは、短尺四角形鋼管１２の予め厚い板厚ｔ_ｐによって十分な強度を確保し得、梁部２０の溶接２１による結合は何ら支障なく行える。また四角形鋼管柱１９はパイプジョイント形式で得られ、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得る。その際に短尺四角形鋼管１２の扁平端面から梁部２０の上下面との間に所定長さ、たとえば２００〜２５０ｍｍの増厚余長部ｘを取ることにより、パネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管１２における上下端の近傍部分にヒンジ作用が発生する効果がある。

すなわち新耐震設計法により、柱部と梁部が接合するパネル部（パネルゾーン部分）が地震力によって降伏しないように規制するか、または降伏を認める場合は、建築物全体のバランスを考えて安全サイドに設計する必要がある。この場合、応力の集中するパネル部と、比較的応力の影響が少ない柱部との継手方法において、加工が簡単なこの継手構造を用いることにより、地震力によってパネルゾーン近傍でプラスティックヒンジが形成されるとともに、パネル部から柱部への地震力の伝達がスムーズに行われることに特色がある。

以下に、上記した実施の形態１におけるノンダイアフラム構法によって構築した鉄骨構造物２５の設計方法、すなわち、長尺四角形鋼管（柱部）１１に冷間成形四角形鋼管を用いるとともに短尺四角形鋼管（パネル部）１２に、４枚のプレート状板１２Ａ，１２Ｂを四角形状に配置して隣接間を溶接１５することで四面ボックス状に形成した四角形鋼管を用い、長尺四角形鋼管１１の板厚ｔ_ｃに対して短尺四角形鋼管１２の板厚ｔ_ｐを厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法を、図１〜図８に基づいて説明する。

まず、長尺四角形鋼管（柱部）１１と短尺四角形鋼管（パネル部）１２と梁部２０との断面を選択する（ステップ１）。すなわち設計者の判断により、スパン、階高及び長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２と梁部２０との仮定断面を選択する。

そして、選択した各断面数値と設定数値と比較することで、寸法・材質が適用範囲内か否かを判断する（ステップ２）。すなわち、柱部に適用する冷間成形四角形鋼管の材質と断面寸法は図２の表であり、またパネル部に適用可能な四面ボックス状に形成した四角形鋼管の材質と断面寸法は図３の表であり、そしてパネル部の増厚余長部ｘの長さはパネル外径による２種類の図４の表である。さらにパネル部と柱部の組合わせは図５の表であり、ここで○印は適用範囲内を示している。

このような図２〜図５の設定数値は、コンピュータに入力、または紙面データとされており、したがって、前述の選択した各断面数値との比較は、設計者が目視しながら判断し、またはコンピュータ画面に自動的に判断表示される。そして３つの断面数値のうち、１つでも設定数値の適用範囲外（ＮＯ）であるときは断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。

また３つの断面数値の全てが適用範囲内（ＹＥＳ）であるとき、短尺四角形鋼管（パネル部）１２のパネル部フランジ面１２Ｃの耐力が梁部２０の終局耐力以上か否かを判断する。すなわち、パネル部フランジ面１２Ｃの耐力が梁部２０の終局耐力以上か否かの耐力評価は、パネル部フランジ面１２Ｂの面外耐力（パネル部面外曲げ全塑性耐力）Ｔが梁部２０の終局耐力（梁フランジ終局耐力）Ｔ_ｂ以上か否かの判断（ステップ３）と、パネル部フランジ面１２Ｃのパンチングシア耐力Ｑ_Ｐが梁部２０の終局耐力Ｑ_Ｇ以上か否かの判断（ステップ４）とを、２段階で行うこととしている。

そして、先行（ステップ３）のパネル部フランジ面１２Ｃの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｃの面外耐力Ｔが梁部２０の終局耐力Ｔ_ｂ以下（ＮＯ）と判断されたときは、すなわち［Ｔ＜Ｔ_ｂ］と判断されたときは、断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。また、先行（ステップ３）のパネル部フランジ面１２Ｃの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｃの面外耐力Ｔが梁部２０の終局耐力Ｔ_ｂ以上（ＹＥＳ）と判断されたとき、すなわち［Ｔ≧Ｔ_ｂ］と判断されたとき（パネル部フランジ面１２Ｃの面外耐力Ｔが梁部２０の終局耐力Ｔ_ｂを上回ることを確認したとき）は、後続（ステップ４）のパネル部フランジ面１２Ｃの耐力評価に移る。なお、理論値と実験結果の補正として面外耐力Ｔに０．９を掛けて安全率を高め、以て［０．９×Ｔ≧Ｔ_ｂ］を満足するか否かにより確認する。

その際に、パネル部フランジ面１２Ｃのパンチングシア耐力が梁部２０の終局耐力以上とすることで、パンチングによる破壊を防止できる。ここでパンチングシア耐力は、実用的には下式によって確認する。すなわち、［パネル部板厚：ｔ_Ｐ］とし、［梁部のフランジ板厚：ｔ_ｆ］としたとき、
ｔ_ｆ／ｔ_Ｐ＜1.232‥‥（ＳＮ490の梁材が接続される場合）
ｔ_ｆ／ｔ_Ｐ＜1.493‥‥（ＳＮ400の梁材が接続される場合）
を満足するか否かにより確認する。

そして、後続（ステップ４）のパネル部フランジ面１２Ｃの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｃのパンチングシア耐力が梁部２０の終局耐力以下（ＮＯ）と判断されたとき、すなわち、［Ｑ_Ｐ＜Ｑ_Ｇ］と判断されたときは、断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。また後続（ステップ４）のパネル部フランジ面１２Ｃの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｃのパンチングシア耐力が梁部２０の終局耐力以上（ＹＥＳ）と判断されたとき、すなわち、［Ｑ_Ｐ≧Ｑ_Ｇ］と判断されたときは、次のステップである通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要を判定するに移る。

ここでノンダイアフラム構法の剛性は、柱部、梁部、パネル部で構成されるフレームにおいて評価するもので、通しダイアフラム構法と比較してノンダイアフラム構法のフレーム剛性（十字型部分架構の剛性）が高い場合は現行設計に従い、またノンダイアフラム構法の剛性が低い場合には付加バネを考慮することにより、剛性の補正を行う。この場合、付加バネの要否は３つのパラメータ、すなわち、以下の、1）〜3）のパラメータでフレーム剛性の評価を行うことで判定する。

1）［パネル部板厚ｔ_Ｐ／柱部外径Ｂ］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定（ステップ５）。
2）［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定（ステップ６）。

3）［梁せいＤ／柱部外径Ｂ］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定（ステップ７）。
ここで、たとえば柱部外径Ｂが４５０ｍｍと７００ｍｍの場合で、［パネル部板厚ｔ_Ｐ／柱部外径Ｂ＝１／１２］をパラメータとして付加バネの要・不要の判定が図６に示され、［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ＝５／９］をパラメータとして付加バネの要・不要の判定が図７に示され、［梁せいＤ／柱部外径Ｂ＝１４／９］をパラメータとして付加バネの要・不要の判定が図８に示されている。

そして、1）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法のフレーム剛性が高く付加バネが不要（ＮＯ）の判定の場合には、2）のパラメータでフレーム剛性の評価を行うに移る。この、2）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法のフレーム剛性が高く付加バネが不要（ＮＯ）の判定の場合には、3）のパラメータでフレーム剛性の評価を行うに移る。そして、3）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法のフレーム剛性が高く付加バネが不要（ＮＯ）の判定の場合には、すなわち、1）〜3）のパラメータの全てで付加バネが不要（ＮＯ）の判定の場合には、付加バネを考慮しない設計として（ステップ８）、通常の構造規定の計算（ステップ１２）に入るか、または断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。

また、1）〜3）のパラメータのうち、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要（ＹＥＳ）の判定の場合には、断面を変更するか否かの判断を行う（ステップ９）。そして、断面を変更する（ＹＥＳ）と判断したときは、断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。また、断面を変更しない（ＮＯ）と判断したときは、付加バネの計算を行う（ステップ１０）。

そして付加バネを考慮した設計（ステップ１１）を行ったのち、通常の構造規定の計算（ステップ１２）に入る。すなわち、一次設計（許容応力度計算による設計）から二次設計（保有水平力計算による設計）への計算に入る。

以上のようにして、通常の構造規定の計算（ステップ１２）に入る前に、ノンダイアフラム構法の設計方法（ステップ１〜ステップ１１）を組み込むことによって、パネル部フランジ面１２Ｃの耐力が梁部２０の終局耐力以上か否かの判断や、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要の判定などを行って、新たな断面の選択に戻ることができる。これによりパネル部に、柱部の板厚に対して板厚を厚くした四角形鋼管を用いることによる種々な利点を維持し得るものでありながら、パネル部に最適の板厚（現在よりも薄い板厚）の四角形鋼管を用いることができて、鉄骨重量を軽減（５〜１０％減）できるとともに、短尺四角形鋼管（パネル部）１２のフレームがより柔らかくなることで、建物の一次固有周期を長くでき（一次固有周期を上げることができ）、さらに建物重量を軽くできる。そしてこれらは、いずれも耐震性の向上に寄与できる。
［実施の形態２］
以下に、本発明の実施の形態２を、図１３、図１４に基づいて説明する。

上記した実施の形態１では、柱部の四角形鋼管として冷間成形した長尺四角形鋼管１１を使用しているが、本発明の実施の形態２では熱間成形した長尺四角形鋼管１１を使用している。この場合にコーナ部１１Ａの外周曲面の曲率半径Ｒは、たとえば２．０ｔ_ｃとなる。そして、柱部に適用する熱間成形角形鋼管の材質と断面寸法は図１３の表である。またパネル部と柱部の組合わせは図１４の表であり、ここで○印は適用範囲内を示している。

上記した実施の形態１では、短尺四角形鋼管１２として、それぞれ２枚で２種類のプレート状板１２Ａ，１２Ｂを四角形状に配置して隣接間を溶接１５した形式が示されているが、これは１種類で４枚のプレート状板を四角形状に配置して隣接間を溶接した形式などであってもよい。

上記した実施の形態１では、長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを溶接１８により結合することで、短尺四角形鋼管１２をパネルゾーンとして四角形鋼管柱１９を構成し、この四角形鋼管柱１９を建築現場などに運搬し、そして短尺四角形鋼管１２の外面に梁部２０を溶接２１によって結合しているが、これは長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを建築現場などに運搬し、そして建築現場などにおいて長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを溶接１８により結合することで、短尺四角形鋼管１２をパネルゾーンとして四角形鋼管柱１９を構成してもよい。また、短尺四角形鋼管１２の外面に梁部２０を溶接２１によって結合したのち、建築現場などに運搬してもよい。

上記した実施の形態１では、柱部の四角形鋼管である長尺四角形鋼管１１としてシームレス形式が示されているが、これはたとえば、ロール成形によるワンシーム四角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ型材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム四角形鋼管、一対の圧延みぞ型材を溶接してなるツーシーム四角形鋼管、圧延山型材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム四角形鋼管、４枚のプレート状板を四角形状に配置して隣接間を溶接した四面ボックスなどであってもよい。

上記した実施の形態１では、横断面で正四角形状の長尺四角形鋼管１１や短尺四角形鋼管１２を採用しているが、これは横断面で長方四角形状も同様に採用し得るものである。
上記した実施の形態１では、パネル部フランジ面１２Ｃの面外耐力Ｔが梁部２０の終局耐力Ｔ_ｂ以上か否かの判断を先行させ、パネル部フランジ面１２Ｃのパンチングシア耐力Ｑ_Ｐが梁部２０の終局耐力Ｑ_Ｇ以上か否かの判断を後続させた形式が示されているが、これは先行と後続を逆として２段階で行う形式などであってもよい。

上記した実施の形態１では、付加バネの要・不要を、1）2）3）の順番としたパラメータでフレーム剛性を評価する形式が示されているが、これは順番を任意として、すなわち1）3）2）の順番、2）1）3）の順番、2）3）1）の順番、3）1）2）の順番、3）2）1）の順番とした形式などであってもよい。

１１ 長尺四角形鋼管（柱部の四角形鋼管）
１２ 短尺四角形鋼管（パネル部の四角形鋼管）
１２Ａ 長幅プレート状板（プレート状板）
１２Ｂ 短幅プレート状板（プレート状板）
１２Ｃ パネル部フランジ面
１３ 裏当て金
１５ 溶接
１６ 裏当て金
１９ 四角形鋼管柱
２０ 梁部
２１ 溶接
２５ 鉄骨構造物
ｔ_ｃ 長尺四角形鋼管１１の板厚
ｔ_ｐ 短尺四角形鋼管１２の板厚
Ｌ 短尺四角形鋼管１２の長さ
Ｂ 長尺四角形鋼管１１の外寸
Ｂ_ｐ 短尺四角形鋼管１２の外寸
２ｂ 梁幅
ｔ_ｆ フランジ板厚
Ｄ 梁せい
ｘ 増厚余長部

Claims (3)

1. 柱部とパネル部とに四角形鋼管を用い、パネル部は、４枚のプレート状板を四角形状に配置して隣接間を溶接することで四面ボックス状に形成するとともに、柱部の板厚に対してパネル部の板厚を厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法であって、
   柱部とパネル部と梁部との断面を選択して設定数値と比較することで寸法・材質が適用範囲内か否かを判断し、適用範囲外であるときは断面選択に戻って新たな断面を選択し、適用範囲内であるときはパネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かを判断し、梁部の終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要を判定し、ノンダイアフラム構法の剛性が高く付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または新たな断面の選択に戻り、またノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には断面を変更するか否かの判断を行い、断面を変更しないときには付加バネの計算を行って、付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入ることを特徴とするノンダイアフラム構法の設計方法。
2. パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの耐力評価は、パネル部フランジ面の面外耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断と、パネル部フランジ面のパンチングシア耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断とを、いずれかを先行させて２段階で行うこととし、かかるパネル部フランジ面の両耐力評価で、いずれかが梁部の終局耐力以下のとき、柱部とパネル部と梁部との断面選択に戻って新たな断面を選択することを特徴とする請求項１記載のノンダイアフラム構法の設計方法。
3. パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法とのフレーム剛性を比較して付加バネの要・不要は、順番を任意として、1）〜3）のパラメータでフレーム剛性の評価を行うこととし、
   1）［パネル部板厚／柱部外径］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定、
   2）［梁幅］／柱部外径］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定、
   3）［梁せい／柱部外径］をパラメータとして、付加バネの要・不要を判定、
   この、1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法とフレーム剛性を比較して、1）〜3）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が高く付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計とし、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には、断面を変更するか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１または２記載のノンダイアフラム構法の設計方法。

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