JP2019196698A - Structural steelwork and design method of structural steelwork - Google Patents

Structural steelwork and design method of structural steelwork Download PDF

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悠介 鈴木
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Abstract

To provide a structural steelwork having an improved earthquake performance compared to a case in which a steel column is formed using steel material with a low yield ratio even if the steel column is formed using the steel material with a high yield ratio at least partially.SOLUTION: A structural steelwork 1 is provided that comprises a steel beam and a steel column 21 formed by steel material having a yield ratio greater than 80% and less than 90% and is configured in a steel frame structure having a plurality of layers 11 in a vertical direction and a column - beam yield strength ratio is greater than or equal to 1.5 or (1) formula is satisfied and a design strength of a column base part 22 used in the layer arranged in most downward in a plurality of layers among the steel material is less than or equal to 0.815 times of a yield strength the steel material. (number 1)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鉄骨構造物及び鉄骨構造物の設計方法に関する。   The present invention relates to a steel structure and a method for designing a steel structure.

近年、構造物の規模が大きくなり、構造物を構成する梁のスパンが長くなる傾向にある。このため、柱の断面が大きくなり、柱の厚さが厚くなる傾向にある。柱が厚くなると、柱の質量が増加し、柱の溶接に要するコストが増加する。このため、柱を高強度の鋼材で形成し、柱の厚さを薄くしたり、柱の軽量化したりすることは効果的である。
しかしながら、鋼材の引張強さを高くすると、鋼材の製造コストが上昇したり、柱の溶接に要する労力が増加したりする。
In recent years, the scale of structures tends to increase, and the span of beams constituting the structure tends to become longer. For this reason, the cross section of a pillar becomes large and the thickness of the pillar tends to increase. As the column becomes thicker, the mass of the column increases and the cost required to weld the column increases. For this reason, it is effective to form the column with high-strength steel and reduce the thickness of the column or reduce the weight of the column.
However, when the tensile strength of the steel material is increased, the manufacturing cost of the steel material increases and the labor required for column welding increases.

このような背景から、鋼材の降伏比を緩和して(高くして)降伏耐力が高い鋼材が開発されている。なお、降伏比は、降伏耐力を引張強さで除した値として規定される。
降伏耐力の高い鋼材を柱に用いる場合、柱が塑性化するのを避ける設計がなされている。超高層構造物や免震構造物等、特殊な構造形式においても、構造解析を行うことにより、地震時でも柱の変形が弾性範囲内に留まる設計を行うことは可能である。しかし、この種の設計が煩雑であり、適用できる構造物は限定される。
Against this background, steel materials with high yield strength have been developed by relaxing (increasing) the yield ratio of steel materials. The yield ratio is defined as a value obtained by dividing the yield strength by the tensile strength.
When steel material with high yield strength is used for the column, the column is designed to avoid plasticizing. Even in special structural forms such as super-high-rise structures and seismic isolation structures, it is possible to perform design in which column deformation remains within the elastic range even during earthquakes by conducting structural analysis. However, this type of design is complicated and applicable structures are limited.

例えば、特許文献1に示すような一般的に広く用いられている鉄骨ラーメン構造の鉄骨構造物でも、柱梁耐力比が所定の閾値を超えるように設定することにより、鉄骨梁が鉄骨柱に先行して降伏する骨組崩壊機構を形成することは可能である。鉄骨構造物に骨組崩壊機構が形成されていると、鉄骨柱の変形を弾性範囲内に留めることができる。   For example, even in a steel structure having a steel frame ramen structure which is generally widely used as shown in Patent Document 1, the steel beam precedes the steel column by setting the column beam strength ratio to exceed a predetermined threshold. It is possible to form a framework collapse mechanism that yields. If the framework collapse mechanism is formed in the steel structure, the deformation of the steel column can be kept within the elastic range.

特許第4424112号公報Japanese Patent No. 4424112

しかしながら、鉄骨柱のうち、鉄骨構造物を構成する複数の層の中で最も下方に配置された層に用いられる柱脚部では、柱脚部よりも先行して降伏する構造要素が存在しない。このため、柱脚部に降伏耐力を超える荷重が作用する場合には、柱脚部は塑性化を免れない。これに対応するために、従来の鉄骨構造物の柱脚部は、降伏比が比較的小さい低降伏比の鋼材で形成されている。
低降伏比の従来鋼に対し、降伏比が比較的大きい高降伏比の鋼材はひずみ硬化が小さいため、鉄骨柱の降伏耐力が同一の場合には塑性化後の耐力上昇が小さい。そのため、従来の鉄骨柱を用いたラーメン架構と比べて、鉄骨柱及び鉄骨梁等の構造性能が低下する懸念がある。
一方で、鉄骨柱の引張強さが同一で降伏比が大きくなると、鋼材が降伏するまでの耐荷重は増加する。しかし、地震時等のように一時的に大きな荷重が作用すると、降伏耐力を超えて耐えられる荷重に余裕がない。
However, in the steel column, in the column base part used for the layer arranged at the lowest position among the plurality of layers constituting the steel structure, there is no structural element yielding ahead of the column base part. For this reason, when a load exceeding the yield strength acts on the column base, the column base is subject to plasticization. In order to cope with this, the column base portion of the conventional steel structure is made of a steel material having a low yield ratio and a relatively small yield ratio.
Compared to the conventional steel with a low yield ratio, a steel material with a relatively high yield ratio and a high yield ratio has a small strain hardening. Therefore, when the yield strength of the steel column is the same, the increase in yield strength after plasticization is small. For this reason, there is a concern that the structural performance of the steel column, the steel beam, and the like is deteriorated as compared with the conventional frame structure using the steel column.
On the other hand, when the tensile strength of the steel column is the same and the yield ratio increases, the load resistance until the steel material yields increases. However, if a large load acts temporarily, such as during an earthquake, there is no room for a load that can withstand the yield strength.

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、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合に比べて耐震性能を向上させた鉄骨構造物を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成するように設定しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成するように設定した場合に比べて耐震性能を向上させた鉄骨構造物の設計方法を提供することである。   The present invention has been made in view of such problems, and even when a steel column is formed using at least a portion of a steel material having a high yield ratio, the steel column is formed using a steel material having a low yield ratio. An object of the present invention is to provide a steel structure having improved seismic performance as compared with the case where it is formed. Another object of the present invention is to set a steel column to be formed using a low yield ratio steel material, even if the steel column is formed using at least a portion of a steel material having a high yield ratio. It is to provide a method for designing a steel structure with improved seismic performance as compared with the case where it is made.

上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。
本発明の鉄骨構造物は、鉄骨梁、及び、降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(1)式を満たし、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下であることを特徴としている。
ただし、は前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記接合部の全塑性モーメントである。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
A steel structure according to the present invention includes a steel beam and a steel column formed of a steel material with a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and a steel structure having a steel frame ramen structure having a plurality of levels in the vertical direction. The column beam strength ratio is 1.5 or more, or satisfies the formula (1), and the column used for the layer disposed at the lowest position among the plurality of layers among the steel columns. The design strength of the leg portion is characterized by being 0.815 times or less the yield strength of the steel material.
Where c M p is the total plastic moment of the portion of the steel column that is joined to the joint with the steel beam, and b M p is the total plastic moment of the portion of the steel beam that is joined to the joint. Moment, and p M p is the total plastic moment of the joint.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(1)式を満たすため、鉄骨柱よりも先に鉄骨梁が塑性化し、鉄骨柱のうち柱脚部以外の部分の耐震性能は、降伏比が80%以下という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下という高降伏比の鋼材を用いて柱脚部が形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。従って、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
According to the present invention, the column beam strength ratio is 1.5 or more, or the steel beam is plasticized before the steel column in order to satisfy the formula (1), and the portion other than the column base portion of the steel column The seismic performance is equivalent to the case where a steel column is formed using a steel material with a yield ratio of 80% or less.
Further, the column base is formed using a steel material having a high yield ratio of more than 80% and 90% or less, and the design strength of the column base is 0.815 times or less of the yield strength of the steel. For this reason, in a steel material with a high yield ratio, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material with a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material with a low yield ratio. Therefore, more energy can be absorbed as compared with the case where the column base is formed of a steel material having a low yield ratio.
Accordingly, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is formed of a material having a low yield ratio.

また、本発明の鉄骨構造物の設計方法は、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定し、柱梁耐力比を1.5以上にする、又は、(2)式を満たすように設定し、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定することを特徴としている。
ただし、は前記鉄骨柱のうち鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記接合部の全塑性モーメントである。
In the steel structure design method of the present invention, the yield ratio of the steel material forming the steel column included in the steel structure having a steel frame structure having a plurality of levels in the vertical direction is more than 80% and not more than 90%. The column beam strength ratio is set to 1.5 or more, or set so as to satisfy the formula (2), and among the steel columns, the layer arranged at the lowest position among the plurality of layers The design strength of the column base used in the above is set to a value that is lower than the yield strength of the steel material.
Where c M p is the total plastic moment of the portion of the steel column that is joined to the joint with the steel beam, and b M p is the total plastic moment of the portion of the steel beam that is joined to the joint. And p M p is the total plastic moment of the joint.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、柱梁耐力比を1.5以上にする、又は、(2)式を満たすように設定するため、鉄骨柱よりも先に鉄骨梁が塑性化し、鉄骨柱のうち柱脚部以外の部分の耐震性能は、降伏比が80%以下の範囲という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下の範囲という高降伏比の鋼材を用いて柱脚部を形成し、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、柱脚部がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
According to this invention, in order to set the column beam bearing strength ratio to 1.5 or more, or to satisfy the formula (2), the steel beam is plasticized before the steel column, and the column base of the steel column The seismic performance of the part other than the part is equivalent to the case where the steel column is formed using a steel material having a yield ratio of 80% or less.
In addition, the column base is formed using a steel material with a high yield ratio in which the yield ratio exceeds 80% and is less than 90%, and the design strength of the column base is set to a value that is lower than the yield strength of the steel. ing. For this reason, compared to the case where the design strength of the column base is set to be equivalent to the yield strength of the steel material, the true stress for the same true strain and the bending moment for the same rotation angle are increased, and the column base is more. Can absorb the energy.
Therefore, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

また、本発明の他の鉄骨構造物は、鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、降伏比が80%を超え90%以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下であり、前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が80%以下の前記鋼材で形成されていることを特徴としている。   Further, another steel structure of the present invention is a steel structure having a steel frame structure including a steel column formed of steel and having a plurality of levels in the vertical direction. The column base part used for the said hierarchy arrange | positioned lowest in the hierarchy is formed with the said steel material of the high yield ratio whose yield ratio exceeds 80% and is 90% or less, and the design strength of the said column base part is The yield strength of the steel material having the high yield ratio is 0.815 times or less, and the steel columns other than the column base are formed of the steel material having a yield ratio of 80% or less. It is said.

この発明によれば、鉄骨柱のうちの柱脚部以外の部分と鉄骨梁との接合部は、降伏比が80%以下の低降伏比の鋼材で形成されるため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱の柱脚部が形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
According to the present invention, the joint portion between the steel column other than the column base and the steel beam is formed of a steel material having a low yield ratio with a yield ratio of 80% or less. It becomes equivalent to the part.
Moreover, the column base part of a steel column is formed using the steel material of high yield ratio, and the design strength of a column base part is 0.815 times or less of the yield strength of steel materials. For this reason, in a steel material with a high yield ratio, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material with a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material with a low yield ratio. Thereby, more energy can be absorbed compared with the case where a column base part is formed with the steel material of a low yield ratio.
Accordingly, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is formed of a material having a low yield ratio.

また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱において、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定し、前記柱脚部の設計強度を、降伏比が80%を超え90%以下の範囲の前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定し、前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外の降伏比を、80%以下の範囲に設定することを特徴としている。   Further, another steel structure design method of the present invention is a steel column provided in a steel structure having a steel frame ramen structure having a plurality of levels in the vertical direction, and is arranged at the lowest position in the plurality of levels. The yield ratio of the steel material that forms the column base used in the hierarchy is set in the range of more than 80% and 90% or less, and the design strength of the column base is in the range of the yield ratio exceeding 80% and 90% or less. The yield ratio of the steel column other than the column base is set to a value of 80% or less.

この発明によれば、鉄骨柱のうちの柱脚部以外の部分と鉄骨梁との接合部は、降伏比が80%以下の範囲という低降伏比の鋼材で形成するように設定したため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下の範囲という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱の柱脚部を形成するように設定し、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、高降伏比の鋼材を用いても、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、柱脚部がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
According to this invention, the joint portion between the steel column and the portion other than the column base portion and the steel beam is set to be formed of a steel material having a low yield ratio of a yield ratio of 80% or less. Is equivalent to the conventional joint.
In addition, the steel column base is set to form a steel column base using a high yield ratio steel material with a yield ratio exceeding 80% and 90% or less, and the design strength of the column base is higher than the yield strength of the steel material. A reduced value is set. For this reason, even if a steel material with a high yield ratio is used, the true stress for the same true strain and the bending moment for the same rotation angle are higher than when the design strength of the column base is set equal to the yield strength of the steel material. Each becomes larger, and the column base can absorb more energy.
Therefore, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

また、本発明の他の鉄骨構造物は、降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下であることを特徴としている。
この発明によれば、降伏比が80%を超え90%以下という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱全体が形成され、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、例えば降伏比が80%以下という低降伏比の鋼材で鉄骨柱が形成された場合に比べて、鉄骨柱の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
Another steel structure of the present invention is a steel structure having a steel frame structure including a steel column formed of a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and the design of the steel column The strength is not more than 0.815 times the yield strength of the steel material.
According to the present invention, the entire steel column is formed using a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and the design strength of the steel column is 0.815 times or less of the yield strength of the steel material. . For this reason, in a steel material with a high yield ratio, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material with a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material with a low yield ratio. Thereby, for example, more energy can be absorbed in each part of the steel column than when the steel column is formed of a steel material having a low yield ratio of 80% or less.
Accordingly, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is formed of a material having a low yield ratio.

また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定し、前記鉄骨柱の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定することを特徴としている。
この発明によれば、降伏比が80%以下の範囲よりも高い、降伏比が80%を超え90%以下の範囲という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱全体が形成され、鉄骨柱全体の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、高降伏比の鋼材を用いても、柱脚部の設計強度を鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、鉄骨柱の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
In another steel structure design method of the present invention, the yield ratio of the steel material forming the steel column provided in the steel structure with the steel frame ramen structure having a plurality of levels in the vertical direction exceeds 80% and is 90% or less. And the design strength of the steel column is set to a value that is lower than the yield strength of the steel material.
According to the present invention, the entire steel column is formed using the steel material having a high yield ratio of a yield ratio higher than the range of 80% or less and a yield ratio exceeding 80% and 90% or less. The design strength is set to a value that is lower than the yield strength of steel. For this reason, even if a steel material with a high yield ratio is used, the true stress for the same true strain and the bending moment for the same rotation angle are higher than when the design strength of the column base is set equal to the yield strength of the steel material. Each becomes larger, and more energy can be absorbed in each part of the steel column.
Therefore, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

また、本発明の他の鉄骨構造物は、鉄骨梁、及び、降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(3)式を満たし、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、前記柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の(4)式による低減係数α倍以下であることを特徴としている。
ただし、は前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記接合部の全塑性モーメントであり、Dは前記柱脚部の横断面におけるw外側の一辺の長さであり、tは前記柱脚部の厚さである。
Another steel structure of the present invention is a steel frame structure including a steel beam and a steel column formed of a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and having a plurality of levels in the vertical direction. The steel beam structure having a column beam strength ratio of 1.5 or more, or satisfying the formula (3), and among the steel columns, the layer arranged at the lowest position among the plurality of layers The column base used in the above is formed in a rectangular tube shape, and the design strength of the column base is a reduction factor α 1 or less according to the expression (4) of the yield strength of the steel material.
Where c M p is the total plastic moment of the portion of the steel column that is joined to the joint with the steel beam, and b M p is the total plastic moment of the portion of the steel beam that is joined to the joint. P M p is the total plastic moment of the joint, D 1 is the length of one side outside w in the cross section of the column base, and t 1 is the thickness of the column base is there.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(3)式を満たすため、鉄骨柱よりも先に鉄骨梁が塑性化し、鉄骨柱のうち柱脚部以外の部分の耐震性能は、降伏比が80%以下という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下という高降伏比の鋼材を用いて柱脚部が角筒状に形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の(4)式による低減係数α倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。従って、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。そして、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
According to the present invention, the column beam strength ratio is 1.5 or more, or the steel beam is plasticized before the steel column in order to satisfy the expression (3), and the portion other than the column base portion of the steel column The seismic performance is equivalent to the case where a steel column is formed using a steel material with a yield ratio of 80% or less.
In addition, the column base is formed in a square tube shape using steel with a high yield ratio of more than 80% and less than 90%, and the design strength of the column base is reduced by equation (4) of the yield strength of the steel. The coefficient α is 1 or less. For this reason, in a steel material with a high yield ratio, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material with a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material with a low yield ratio. Therefore, more energy can be absorbed as compared with the case where the column base is formed of a steel material having a low yield ratio.
Accordingly, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is formed of a material having a low yield ratio. And compared with the case where the design strength of a steel column is 0.815 times or less of the yield strength of steel materials, a column base part can be comprised with an equivalent or less material, and a column base part can be reduced in weight.

また、本発明の他の鉄骨構造物は、鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、前記柱脚部は、降伏比が80%を超え90%以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の(5)式による低減係数α倍以下であり、前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が80%以下の前記鋼材で形成されていることを特徴としている。
ただし、Dは前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、tは前記柱脚部の厚さである。
Further, another steel structure of the present invention is a steel structure having a steel frame structure including a steel column formed of steel and having a plurality of levels in the vertical direction. The column base used for the level arranged at the lowest level in the level is formed in a rectangular tube shape, and the column base has a high yield ratio of more than 80% and not more than 90%. The column base is made of steel, and the design strength of the column base is not more than a reduction factor α 1 times of the yield strength of the steel with the high yield ratio according to the formula (5), and other than the column base of the steel columns Is characterized by being formed of the steel material with a yield ratio of 80% or less.
However, D 1 is the length of the outer side in the cross section of the column base, t 1 is the thickness of the columnar leg portion.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、鉄骨柱のうちの柱脚部以外の部分と鉄骨梁との接合部は、降伏比が80%以下の低降伏比の鋼材で形成されるため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱の柱脚部が角筒状に形成され、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の(5)式による低減係数α倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。そして、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
According to the present invention, the joint portion between the steel column other than the column base and the steel beam is formed of a steel material having a low yield ratio with a yield ratio of 80% or less. It becomes equivalent to the part.
Moreover, the column base part of the steel column is formed in a rectangular tube shape using a steel material with a high yield ratio, and the design strength of the column base part is less than a reduction factor α 1 times according to the formula (5) of the yield strength of the steel material. For this reason, in a steel material with a high yield ratio, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material with a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material with a low yield ratio. Thereby, more energy can be absorbed compared with the case where a column base part is formed with the steel material of a low yield ratio.
Accordingly, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is formed of a material having a low yield ratio. And compared with the case where the design strength of a steel column is 0.815 times or less of the yield strength of steel materials, a column base part can be comprised with an equivalent or less material, and a column base part can be reduced in weight.

また、本発明の他の鉄骨構造物は、降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で角筒状に形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の(6)式による低減係数α倍以下であることを特徴としている。 Another steel structure of the present invention is a steel structure having a steel frame structure having a steel column formed in a square tube shape with a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less, The design strength of the steel column is characterized in that the yield coefficient of the steel material is a reduction factor α of 2 times or less according to the equation (6).

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、降伏比が80%を超え90%以下という高降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱全体が角筒状に形成され、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の(6)式による低減係数α倍以下である。このため、高降伏比の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、例えば降伏比が80%以下という低降伏比の鋼材で鉄骨柱が形成された場合に比べて、鉄骨柱の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。そして、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。
According to the present invention, the steel column is entirely formed into a rectangular tube shape using a steel material with a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and the design strength of the steel column is (6) the yield strength of the steel material. The reduction coefficient α according to the equation is 2 times or less. For this reason, in a steel material with a high yield ratio, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material with a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material with a low yield ratio. Thereby, for example, more energy can be absorbed in each part of the steel column than when the steel column is formed of a steel material having a low yield ratio of 80% or less.
Accordingly, the seismic performance of the entire steel column can be improved as compared with the case where the entire steel column is formed of a material having a low yield ratio. And compared with the case where the design strength of a steel column is 0.815 times or less of the yield strength of steel materials, a column base part can be comprised with an equivalent or less material, and a column base part can be reduced in weight.

また、上記の鉄骨構造物において、降伏比が80%を超え90%以下である前記鋼材は、降伏耐力が400MPa以上550MPa以下であり、引張強さが490MPa以上640MPa以下であってもよい。
この発明によれば、降伏耐力及び引張強さがより高い鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合でも、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
In the steel structure, the steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less may have a yield strength of 400 MPa to 550 MPa and a tensile strength of 490 MPa to 640 MPa.
According to this invention, even when a steel column is formed using a steel material with higher yield strength and tensile strength, the seismic resistance of the entire steel column is greater than when the entire steel column is formed of a material with a low yield ratio. Performance can be improved.

また、上記の鉄骨構造物において、降伏比が80%を超え90%以下である前記鋼材は、降伏耐力が500MPa以上650MPa以下であり、引張強さが590MPa以上740MPa以下であってもよい。
この発明によれば、降伏耐力及び引張強さがさらに高い鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合でも、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱全体としての耐震性能を向上させることができる。
In the steel structure, the steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less may have a yield strength of 500 MPa to 650 MPa and a tensile strength of 590 MPa to 740 MPa.
According to this invention, even when a steel column is formed using a steel material with higher yield strength and tensile strength, the seismic resistance of the entire steel column is greater than when the entire steel column is formed of a material with a low yield ratio. Performance can be improved.

また、上記の鉄骨構造物の設計方法において、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下の値であってもよい。
この発明によれば、降伏比が80%を超え90%以下の範囲の鋼材において、同一の真ひずみに対する真応力を降伏比が80%以下の範囲の鋼材の真応力以上にし、同一の回転角に対する曲げモーメントを降伏比が80%以下の範囲の鋼材の曲げモーメント以上にすることができる。
In the steel structure design method described above, the value reduced from the yield strength of the steel material may be 0.815 times or less the yield strength of the steel material.
According to the present invention, in a steel material having a yield ratio in the range of more than 80% and 90% or less, the true stress for the same true strain is set to be equal to or greater than the true stress of the steel material having a yield ratio of 80% or less, and the same rotation angle The bending moment with respect to can be made equal to or higher than the bending moment of steel having a yield ratio of 80% or less.

また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、前記柱脚部の形状を、角筒状に設定し、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の(7)式による低減係数α倍以下であってもよい。 Further, in another method for designing a steel structure of the present invention, the shape of the column base is set to a rectangular tube shape, and the value obtained by reducing the yield strength of the steel material is the yield strength of the steel material ( 7) The reduction coefficient α according to the equation may be 1 or less.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、柱脚部の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で柱脚部を構成でき、柱脚部を軽量化することができる。   According to this invention, compared with the case where the design strength of the column base is 0.815 times or less the yield strength of the steel material, the column base can be configured with the same or less material, and the column base is reduced in weight. be able to.

また、本発明の他の鉄骨構造物の設計方法は、前記鉄骨柱の形状を、角筒状に設定し、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の(8)式による低減係数α倍以下であってもよい。 Further, in another method for designing a steel structure according to the present invention, the shape of the steel column is set to a rectangular tube shape, and a value obtained by reducing the yield strength of the steel material is (8 of the yield strength of the steel material). ) The reduction coefficient α may be 2 times or less.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

この発明によれば、鉄骨柱の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である場合に比べて、同等又はより少ない材料で鉄骨柱を構成でき、鉄骨柱を軽量化することができる。   According to this invention, compared with the case where the design strength of the steel column is 0.815 times or less the yield strength of the steel material, the steel column can be configured with the same or less material, and the steel column can be reduced in weight. .

本発明の鉄骨構造物によれば、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成した場合に比べて耐震性能を向上させることができる。また、本発明の鉄骨構造物の設計方法によれば、高降伏比の鋼材を少なくとも一部に用いて鉄骨柱を形成するように設定しても、低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱を形成するように設定した場合に比べて耐震性能を向上させることができる。   According to the steel structure of the present invention, even if the steel column is formed using at least a portion of the steel material having a high yield ratio, the seismic performance is improved as compared with the case where the steel column is formed using a steel material having a low yield ratio. Can be improved. Further, according to the method for designing a steel structure of the present invention, even if it is set to form a steel column using at least a part of a steel material having a high yield ratio, the steel column is formed using a steel material having a low yield ratio. The seismic performance can be improved as compared to the case where it is set to form.

本発明の第1実施形態の鉄骨構造物を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the steel structure of 1st Embodiment of this invention. 鋼材の真応力−真ひずみ線図をモデル化した一例を示す図である。It is a figure which shows an example which modeled the true stress-true strain diagram of steel materials. (A)は図1中の切断線A1−A1の断面図であり、(B)は図1中の切断線A2−A2の断面図である。(A) is sectional drawing of cutting line A1-A1 in FIG. 1, (B) is sectional drawing of cutting line A2-A2 in FIG. 同鉄骨構造物における、鉄骨梁が鉄骨柱に先行して降伏する骨組崩壊機構を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the frame collapse mechanism in which the steel beam yields ahead of a steel column in the steel structure. 図1中のA6部の拡大図である。It is an enlarged view of the A6 part in FIG. 同鉄骨構造物の柱脚部のシミュレーションに用いた解析モデル及び解析条件を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the analysis model and analysis conditions used for the simulation of the column base part of the steel structure. シミュレーションにより得られた柱脚部の曲げモーメントに対する柱脚部の回転角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the rotation angle of a column base part with respect to the bending moment of the column base part obtained by simulation. 本発明の第1実施形態の鉄骨構造物の設計方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the design method of the steel structure of 1st Embodiment of this invention. 鉄骨構造物の設計装置の構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a structure of the design apparatus of a steel structure. (A)は本発明の第2実施形態の鉄骨構造物の図1中の切断線A1−A1の断面図であり、(B)は同鉄骨構造物の図1中の切断線A2−A2の断面図である。(A) is sectional drawing of the cutting line A1-A1 in FIG. 1 of the steel structure of 2nd Embodiment of this invention, (B) is the cutting line A2-A2 of FIG. 1 of the steel structure. It is sectional drawing. 本発明の第2実施形態の鉄骨構造物の設計方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the design method of the steel structure of 2nd Embodiment of this invention. (A)は本発明の第3実施形態の鉄骨構造物の図1中の切断線A1−A1の断面図であり、(B)は同鉄骨構造物の図1中の切断線A2−A2の断面図である。(A) is sectional drawing of the cutting line A1-A1 in FIG. 1 of the steel structure of 3rd Embodiment of this invention, (B) is the cutting line A2-A2 of FIG. 1 of the steel structure. It is sectional drawing. 本発明の第3実施形態の鉄骨構造物の設計方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the design method of the steel structure of 3rd Embodiment of this invention. 各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the largest interlayer deformation angle in each hierarchy. 各階層における最大層間変形角を説明する図である。It is a figure explaining the maximum interlayer deformation angle in each hierarchy. 本発明の第4実施形態の鉄骨構造物の鉄骨柱の横断面図である。It is a cross-sectional view of the steel column of the steel structure of the fourth embodiment of the present invention. 同鉄骨柱の柱脚部の幅厚比が19の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the rotation angle with respect to the bending moment of a column base, when the width-thickness ratio of the column base of the same steel column is 19. 同柱脚部の幅厚比が24の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the rotation angle with respect to the bending moment of a column base, when the width-thickness ratio of the same column base is 24. 同柱脚部の幅厚比が27の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the rotation angle with respect to the bending moment of a column base, when the width-thickness ratio of the same column base is 27. 同柱脚部の幅厚比が38の場合の、柱脚部の曲げモーメントに対する回転角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the rotation angle with respect to the bending moment of a column base, when the width-thickness ratio of the same column base is 38. 鋼材の真応力−真ひずみ線図をモデル化した一例に、真ひずみに対応する領域を追記した図である。It is the figure which added the area | region corresponding to a true strain to the example which modeled the true stress-true strain diagram of steel materials. シミュレーションにより得られた柱脚部の曲げモーメントに対する柱脚部の回転角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the rotation angle of a column base part with respect to the bending moment of the column base part obtained by simulation. 各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the largest interlayer deformation angle in each hierarchy. シミュレーションにより得られた幅厚比に対する低減係数の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship of the reduction coefficient with respect to the width-thickness ratio obtained by simulation. 幅厚比が20の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the largest interlayer deformation angle in each hierarchy in case width-thickness ratio is 20. FIG. 幅厚比が26の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the largest interlayer deformation angle in each hierarchy in case width-thickness ratio is 26. 幅厚比が32の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the largest interlayer deformation angle in each hierarchy in case width-thickness ratio is 32.

(第1実施形態)
以下、本発明に係る鉄骨構造物の第1実施形態を、図1から図9を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態の鉄骨構造物1は、鉄骨ラーメン構造で構成され、例えば上下方向に複数の階層(階)11を有している。鉄骨構造物1では、複数の階層11が上下方向に重ねられている。鉄骨構造物1は、複数の鉄骨柱21及び複数の鉄骨梁26を備えている。
鉄骨柱21は、上下方向に沿って延びている。複数の鉄骨柱21は、水平面に沿って互いに間隔を空けて配置されている。鉄骨柱21(後述する柱脚部22及び柱本体23)は、降伏比が80%を超え90%以下の範囲の鋼材で形成されている。なお、以下では、降伏比が80%を超え90%以下の範囲の鋼材を、高降伏比の鋼材とも言う。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a steel structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
As shown in FIG. 1, the steel structure 1 of this embodiment is comprised by the steel frame ramen structure, and has the some hierarchy (floor) 11 in the up-down direction, for example. In the steel structure 1, a plurality of layers 11 are stacked in the vertical direction. The steel structure 1 includes a plurality of steel columns 21 and a plurality of steel beams 26.
The steel column 21 extends along the vertical direction. The plurality of steel columns 21 are arranged at intervals from each other along a horizontal plane. The steel column 21 (a column base 22 and a column main body 23 described later) is formed of a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less. Hereinafter, a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less is also referred to as a steel material having a high yield ratio.

図2に、鋼材の真応力−真ひずみ線図をモデル化した一例を示す。図2の横軸は真ひずみを表し、縦軸は真応力(MPa(メガパスカル))を表す。実線による線L1は、降伏比が80%以下の範囲の鋼材(以下、低降伏比の鋼材とも言う)における真応力−真ひずみ線図である。従来の鉄骨ラーメン構造の鉄骨構造物では、低降伏比の鋼材で形成された鉄骨柱が用いられている。
線L1において、真応力が0の状態から降伏耐力σ1までの区間は、真ひずみに対して真応力が比例関係を保って増加する。線L1において、真応力が降伏耐力σ1を超えると、真ひずみの増加に対する真応力の増加量は、真ひずみが増加するのに従い漸次、小さくなる。なお、図2では降伏比が74%の場合を、線L1で示している。低降伏比の鋼材では、ひずみ硬化が比較的大きい。
FIG. 2 shows an example of modeling a true stress-true strain diagram of a steel material. The horizontal axis in FIG. 2 represents true strain, and the vertical axis represents true stress (MPa (megapascal)). A solid line L1 is a true stress-true strain diagram in a steel material having a yield ratio of 80% or less (hereinafter also referred to as a steel material having a low yield ratio). In a conventional steel frame structure having a steel frame ramen structure, a steel column formed of a steel material having a low yield ratio is used.
In the line L1, in the section from the state where the true stress is 0 to the yield strength σ1, the true stress increases while maintaining a proportional relation to the true strain. In the line L1, when the true stress exceeds the yield strength σ1, the amount of increase of the true stress with respect to the increase of the true strain gradually decreases as the true strain increases. In FIG. 2, the case where the yield ratio is 74% is indicated by a line L1. In steel materials with a low yield ratio, strain hardening is relatively large.

低降伏比の鋼材に対して、鋼材の縦弾性係数及び降伏耐力σ1は変えずに、高降伏比にした鋼材(以下、高降伏比−低降伏耐力の鋼材と言う。高降伏比−低降伏耐力の鋼材は、高降伏比の鋼材の一部である)の真応力−真ひずみ線図を、点線による線L2で示す。この場合、真応力が降伏耐力σ1を超えた後の真ひずみの増加に対する真応力の増加量は、低降伏比の鋼材の増加量よりも小さくなり、線L2が線L1よりも横軸に沿うようになる。なお、図2では降伏比が87%の場合を、線L2で示している。後述する線L3についても同様である。   A steel material with a high yield ratio (hereinafter referred to as a high yield ratio-low yield strength steel material, which is not changed in the longitudinal elastic modulus and yield strength σ1 of the steel material). The true stress-true strain diagram of the proof steel is a part of the high yield ratio steel material is indicated by a dotted line L2. In this case, the increase amount of the true stress with respect to the increase of the true strain after the true stress exceeds the yield strength σ1 is smaller than the increase amount of the steel material having a low yield ratio, and the line L2 is along the horizontal axis rather than the line L1. It becomes like this. In FIG. 2, the case where the yield ratio is 87% is indicated by a line L2. The same applies to the line L3 described later.

これに対して、鉄骨柱21が形成されている鋼材の真応力−真ひずみ線図を、一点鎖線による線L3で示す。鉄骨柱21が形成されている鋼材は、線L2で示される鋼材に対して、鋼材の縦弾性係数及び降伏比は変えずに、降伏耐力をσ2まで高くした鋼材である。すなわち、線L3で示される鋼材(以下、高降伏比−高降伏耐力の鋼材と言う。高降伏比−高降伏耐力の鋼材は、高降伏比の鋼材の一部である)は、高降伏比の鋼材である。高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、ひずみ硬化が比較的小さい。
高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が、線L1で示される低降伏比の鋼材の真応力以上になる。言い換えれば、線L3は線L1を包絡する。
On the other hand, the true stress-true strain diagram of the steel material on which the steel column 21 is formed is indicated by a line L3 by a one-dot chain line. The steel material on which the steel column 21 is formed is a steel material in which the yield strength is increased to σ2 without changing the longitudinal elastic modulus and yield ratio of the steel material indicated by the line L2. That is, the steel material indicated by the line L3 (hereinafter referred to as a steel material having a high yield ratio-high yield strength. The steel material having a high yield ratio-high yield strength is a part of a steel material having a high yield ratio) has a high yield ratio. It is a steel material. In steel materials with a high yield ratio-high yield strength, strain hardening is relatively small.
In a steel material with a high yield ratio-high yield strength, the true stress for the same true strain is equal to or greater than the true stress of the steel material with a low yield ratio indicated by line L1. In other words, line L3 envelops line L1.

なお、鋼材が実際に使用される際に生じる真ひずみの範囲だけ、線L3が線L1を包絡するように構成してもよい。   In addition, you may comprise so that the line L3 may envelope the line L1 only in the range of the true strain produced when steel materials are actually used.

図1に示すように、鉄骨柱21は、鉄骨柱21の下端部に配置された柱脚部22と、柱脚部22よりも上方に配置された柱本体23と、を備えている。
柱脚部22は、鉄骨柱21のうち、複数の階層11の中で最も下方に配置された階層(例えば1階)である階層11の下端部に用いられている。この例では、柱脚部22は階層11のうちの下端部に配置されている。なお、柱脚部22は階層11の下端部に用いられているとしたが、柱脚部22は、鉄骨柱21のうち、階層11の全体に対応する部分に用いられていてもよい。
柱本体23は、鉄骨柱21のうち柱脚部22以外の部分である。この例では、柱本体23は、階層11のうちの上端部と、階層11よりも上方に配置された階層11に用いられている。
以下では、まず柱本体23について説明する。
As shown in FIG. 1, the steel column 21 includes a column base 22 disposed at the lower end of the steel column 21 and a column main body 23 disposed above the column base 22.
Columnar leg portion 22 of the steel columns 21, are used in the lower end of the hierarchy 11 1 is most disposed below hierarchy among the plurality of layers 11 (e.g., the first floor). In this example, columnar leg portion 22 is disposed on the lower end of the hierarchy 11 1. Although the columnar leg portion 22 is used for the lower end of the hierarchy 11 1, columnar leg portion 22 of the steel columns 21, or may be used in a portion corresponding to the entire hierarchy 11 1 .
The column main body 23 is a portion other than the column base portion 22 of the steel column 21. In this example, the pillar body 23, an upper end of the hierarchy 11 1, are used in a hierarchy 11 disposed above the hierarchy 11 1.
Below, the column main body 23 is demonstrated first.

柱本体23は、図1及び図3(A)に示すように、例えば横断面が矩形の角形鋼管で形成されている。図3(A)に示す横断面において、柱本体23の外形は、例えば縦、横ともに長さL6であり、柱本体23の厚さはいずれの位置においても長さL7である。
柱本体23は、柱本体23の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等であるとして、外形及び厚さが設定されている。
As shown in FIGS. 1 and 3A, the column main body 23 is formed of, for example, a square steel pipe having a rectangular cross section. In the cross section shown in FIG. 3A, the outer shape of the column main body 23 is, for example, a length L6 in both the vertical and horizontal directions, and the thickness of the column main body 23 is the length L7 at any position.
The column main body 23 is set to have an outer shape and a thickness assuming that the design strength of the column main body 23 is equivalent to the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength.

柱脚部22は、図1及び図3(B)に示すように、例えば横断面が矩形の角形鋼管で形成されている。図3(B)に示す横断面において、柱脚部22の外形は、例えば縦、横ともに長さL6であり、柱脚部22の厚さはいずれの位置においても長さL8である。柱脚部22の長さL8は、柱本体23の長さL7よりも長い。
すなわち、柱脚部22及び柱本体23において、外形は互いに同一であるが、厚さは柱脚部22の方が厚い。このため、柱脚部22の横断面による断面積は、柱本体23の横断面による断面積よりも広い。
As shown in FIGS. 1 and 3B, the column base portion 22 is formed of, for example, a square steel pipe having a rectangular cross section. In the cross section shown in FIG. 3B, the outer shape of the column base 22 is, for example, a length L6 in both the vertical and horizontal directions, and the thickness of the column base 22 is a length L8 at any position. The length L8 of the column base 22 is longer than the length L7 of the column main body 23.
That is, the column base 22 and the column main body 23 have the same outer shape, but the column base 22 is thicker. For this reason, the cross-sectional area by the cross section of the column base part 22 is wider than the cross-sectional area by the cross section of the column main body 23.

柱脚部22の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力σ2の所定の係数倍(0.815倍)以下である。この所定の係数は、1よりも小さい値である。言い換えれば、柱脚部22の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させている。ここで言う設計強度とは、鉄骨構造物の構造計算に用いる許容応力を決定するための強度のことを意味する。
なお、所定の係数を小さくするに従い、柱脚部22に用いられる材料の量が多くなる。このため、経済的合理性から、所定の係数倍以下であってもその下限値は0.7以上であることが好ましく、0.75であることがより好ましい。
The design strength of the column base 22 is not more than a predetermined coefficient multiple (0.815 times) of the yield strength σ2 of the steel material having a high yield ratio-high yield strength. This predetermined coefficient is a value smaller than 1. In other words, the design strength of the column base 22 is reduced more than the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength. The design strength mentioned here means strength for determining an allowable stress used for structural calculation of a steel structure.
Note that as the predetermined coefficient is reduced, the amount of material used for the column base portion 22 increases. For this reason, it is preferable that the lower limit value is 0.7 or more, and more preferably 0.75 even if it is less than or equal to a predetermined coefficient multiple from the economical rationality.

所定の係数を0.815に定めた理由は、以下のようである。すなわち、図2において、線L3が線L1を包絡する条件を満たす条件の中で、降伏耐力σ2をできるだけ小さくする条件を、後述するシミュレーションにより求めた。このときに、(σ1/σ2)の値が0.815になる。
柱脚部22の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力σ2の0.815倍以下であると、柱脚部22の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等である場合に比べて、柱脚部22の横断面による断面積が広くなる。
The reason why the predetermined coefficient is set to 0.815 is as follows. That is, in FIG. 2, among the conditions satisfying the condition that the line L3 envelops the line L1, the condition for making the yield strength σ2 as small as possible was obtained by simulation described later. At this time, the value of (σ1 / σ2) is 0.815.
If the design strength of the column base 22 is 0.815 times or less of the yield strength σ2 of the steel with a high yield ratio-high yield strength, the design strength of the column base 22 is the yield of the steel with a high yield ratio-high yield strength. Compared with the case where it is equivalent to the proof stress, the cross-sectional area by the cross section of the column base part 22 becomes large.

より具体的には、例えば、柱脚部22に作用する応力を一定にする場合には、柱脚部22の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等である場合に比べて、柱脚部22の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力σ2の0.815倍以下である場合には、柱脚部22の横断面による断面積は、(1/0.815)倍以上になる。
柱脚部に作用するモーメントを一定にする場合等も、断面積が広くなる比率が異なる場合があるが、同様である。
More specifically, for example, when the stress acting on the column base 22 is made constant, the design strength of the column base 22 is equivalent to the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength. In comparison, when the design strength of the column base portion 22 is 0.815 times or less of the yield strength σ2 of the steel material having a high yield ratio-high yield strength, the cross-sectional area of the column base portion 22 is (1 /0.815) times or more.
The same applies to the case where the moment acting on the column base is made constant, although the ratio of the cross-sectional area may be different.

柱脚部22の上端部は、柱本体23の下端部に溶接等により接合されている。図1に示すように、柱脚部22の下端部は、基礎Bに接合されている。   The upper end portion of the column base portion 22 is joined to the lower end portion of the column main body 23 by welding or the like. As shown in FIG. 1, the lower end portion of the column base portion 22 is joined to the foundation B.

鉄骨梁26は、例えばH形断面状に形成された鋼材で形成され、水平面に沿って延びている。複数の鉄骨梁26は、上下方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている。鉄骨梁26を形成する材料は特に限定されず、低降伏比の鋼材でもよいし、高降伏比−高降伏耐力の鋼材でもよい。
鉄骨柱21の柱本体23と鉄骨梁26とは、接合部(パネル)31により接合されている。例えば、接合部31は、柱本体23の一部、この柱本体23の一部に鉄骨梁26を固定する溶接部等により構成されている。
The steel beam 26 is formed of, for example, a steel material having an H-shaped cross section and extends along a horizontal plane. The plurality of steel beams 26 are arranged at intervals from each other along the vertical direction. The material forming the steel beam 26 is not particularly limited, and may be a steel material having a low yield ratio or a steel material having a high yield ratio-high yield strength.
The column main body 23 and the steel beam 26 of the steel column 21 are joined by a joint portion (panel) 31. For example, the joint portion 31 is configured by a part of the column main body 23, a welded portion that fixes the steel beam 26 to a part of the column main body 23, and the like.

なお、このように構成された鉄骨構造物1では、図4に示すように、鉄骨梁26が鉄骨柱21に先行して降伏する公知の骨組崩壊機構が用いられている。なお、図4では後述する接合部分27を強調して示している。
すなわち、鉄骨梁26における接合部31に接合する接合部分27又は接合部31を、鉄骨梁26における接合部分27以外の部分、及び鉄骨柱21よりも強度を弱めている。このため、地震が発生して地震の揺れが基礎Bを介して鉄骨構造物1に伝達されたときに、鉄骨梁26における接合部分27以外の部分、及び鉄骨柱21に先行して、鉄骨梁26の接合部分27又は接合部31が降伏する。
In the steel structure 1 configured as described above, as shown in FIG. 4, a known framework collapse mechanism in which the steel beam 26 yields ahead of the steel column 21 is used. In FIG. 4, a joint portion 27 described later is highlighted.
That is, the strength of the joint portion 27 or the joint portion 31 joined to the joint portion 31 in the steel beam 26 is weaker than that of the steel beam 26 other than the joint portion 27 and the steel column 21. Therefore, when an earthquake occurs and the shaking of the earthquake is transmitted to the steel structure 1 via the foundation B, the steel beam is preceded by the part other than the joint part 27 in the steel beam 26 and the steel column 21. 26 junctions 27 or junctions 31 yield.

骨組崩壊機構を実現するために、鉄骨構造物1では柱梁耐力比が1.5以上であるか、(11)式を満たすように構成されている。
ここで言う柱梁耐力比は、鉄骨柱(柱)の降伏耐力を鉄骨梁(梁)の降伏耐力で除した値として規定される。
In order to realize the framework collapse mechanism, the steel structure 1 is configured such that the column beam bearing strength ratio is 1.5 or more, or the expression (11) is satisfied.
The column beam strength ratio here is defined as a value obtained by dividing the yield strength of the steel column (column) by the yield strength of the steel beam (beam).

Figure 2019196698
Figure 2019196698

ただし、(11)式において、は、鉄骨柱21のうち接合部31に接合される部分の全塑性モーメントを意味する。は、鉄骨梁26のうち接合部31に接合される部分の全塑性モーメントを意味する。は、接合部31の全塑性モーメントを意味する。全塑性モーメントは、公知の式から求めることができる。
Σの式は、着目した接合部31に接合される全ての鉄骨柱21のうち、接合部31に接合される部分の全塑性モーメントの和を意味する。例えば、図1に示す複数の接合部31のうち、接合部31Aに着目したとして説明する。
図5に示すように、接合部31Aには、鉄骨柱21の柱本体23A、柱本体23B、及び鉄骨梁26A、鉄骨梁26Bが接合されているとする。この場合、Σの値は、柱本体23Aのうち接合部31Aに接合される部分の全塑性モーメントと、柱本体23Bのうち接合部31Aに接合される部分の全塑性モーメントとの和になる。
However, in (11), c M p refers to the full plastic moment of the portion to be joined to the joint portion 31 of the steel columns 21. b M p means the total plastic moment of the portion of the steel beam 26 joined to the joint 31. p M p means the total plastic moment of the joint 31. The total plastic moments c M p , b M p , and p M p can be obtained from known equations.
The expression of Σ c M p means the sum of the total plastic moments of the portions joined to the joint 31 among all the steel columns 21 joined to the joint 31 of interest. For example, the description will be made assuming that the joint 31A among the plurality of joints 31 shown in FIG.
As shown in FIG. 5, it is assumed that the column main body 23A, the column main body 23B, the steel beam 26A, and the steel beam 26B of the steel column 21 are bonded to the joint 31A. In this case, the value of Σ c M p is the sum of the total plastic moment of the portion of the column body 23A joined to the joint 31A and the total plastic moment of the portion of the column body 23B joined to the joint 31A. become.

Σmin{1.5,1.3}の式は、着目した接合部31に接合される全ての鉄骨梁26のうち、接合部31に接合される部分の全塑性モーメントの和の1.5倍の値、及び、着目した接合部31の全塑性モーメントの1.3倍の値のうち、最も小さい値のことを意味する。
例えば図5に示す例では、Σmin{1.5,1.3}の式は、鉄骨梁26Aのうち接合部31Aに接合される部分の全塑性モーメントと、鉄骨梁26Bのうち接合部31Aに接合される部分の全塑性モーメントとの和の1.5倍の値、及び、接合部31Aの全塑性モーメントの1.3倍の値のうち、最も小さい値になる。
The expression of Σmin {1.5 b M p , 1.3 p M p } represents the total plastic moment of the portion joined to the joint 31 among all the steel beams 26 joined to the joint 31 of interest. It means the smallest value among the value of 1.5 times the sum and the value of 1.3 times the total plastic moment of the joint 31 of interest.
For example, in the example shown in FIG. 5, Σmin {1.5 b M p , 1.3 p M p } is expressed by the total plastic moment of the portion of the steel beam 26A joined to the joint 31A and the steel beam 26B. Of these, the smallest value is 1.5 times the sum of the total plastic moments of the portions joined to the joint portion 31A and 1.3 times the total plastic moments of the joint portion 31A.

柱梁耐力比が1.5以上であること、及び(11)式を満たすことは、「2008年版 冷間形成角形鋼管設計・施工マニュアル」、同マニュアル編集委員会編集に記載された、骨組崩壊機構を実現するため条件である。ただし、鉄骨梁26が鉄骨柱21に先行して降伏する骨組崩壊機構は、これに限定されない。   The fact that the beam-to-column strength ratio is 1.5 or more and that the equation (11) is satisfied is the result of the collapse of the framework described in the “2008 Cold Forming Square Steel Pipe Design and Construction Manual”, edited by the same editorial board. This is a condition for realizing the mechanism. However, the frame collapse mechanism in which the steel beam 26 yields before the steel column 21 is not limited to this.

ここで、柱脚部を形成するに鋼材の材質を変えて、有限要素法によるシミュレーションを行った結果について説明する。図6にシミュレーションに用いた解析モデルと、解析条件を示す。
柱脚部22’が、冷間プレス成形された角形鋼管により形成されているとした。柱脚部22’は、シェル要素でモデル化し、鋼管径が600mm、板厚22mm(□600×22)とした。角形鋼管の幅厚比は27であり、プレスコラムBCP325の幅厚比ランクではFAランクの制限値付近に相当する。柱脚部22’の長さL11は2700mm、せん断スパン比は4.5とした。柱脚部22’に、図2に示す真応力−真ひずみの関係を与えた。
本解析モデルは、水平力を受ける鉄骨ラーメン構造の柱脚部22’からモーメント反曲点までを取出し、境界条件を理想化したものである。
Here, the result of having performed the simulation by a finite element method, changing the material of steel materials in order to form a column base part is explained. FIG. 6 shows the analysis model used in the simulation and the analysis conditions.
It is assumed that the column base portion 22 ′ is formed of a square steel pipe that is cold-press formed. The column base portion 22 ′ is modeled by a shell element, and has a steel pipe diameter of 600 mm and a plate thickness of 22 mm (□ 600 × 22). The width-thickness ratio of the rectangular steel pipe is 27, which corresponds to the vicinity of the FA rank limit value in the width-thickness ratio rank of the press column BCP325. The length L11 of the column base portion 22 ′ was 2700 mm, and the shear span ratio was 4.5. The column base portion 22 ′ was given the true stress-true strain relationship shown in FIG.
This analysis model is an idealized boundary condition by taking out from the column base 22 'of the steel frame frame structure subjected to horizontal force to the moment inflection point.

図6に示すように、柱脚部22’の下端部が支持部材B’に固定されていることにより、柱脚部22’が片持ち柱形式に支持されているとした。すなわち、柱脚部22’の下端部が固定端、柱脚部22の上端部が自由端である。柱脚部22’の上端部が、載荷点である。柱脚部22の上端部に、軸力比(作用軸力/(設計強度×断面積))0.3の一定圧縮軸力F1を与えた上で水平方向に単調載荷F2を与えた。   As shown in FIG. 6, the column base portion 22 ′ is supported in a cantilever column shape by fixing the lower end portion of the column base portion 22 ′ to the support member B ′. That is, the lower end of the column base 22 'is a fixed end, and the upper end of the column base 22 is a free end. The upper end of the column base 22 'is the loading point. A monotonous load F2 was applied to the upper end of the column base portion 22 in the horizontal direction after applying a constant compression axial force F1 having an axial force ratio (acting axial force / (design strength × cross-sectional area)) of 0.3.

図7に、シミュレーションにより得られた、柱脚部22’の曲げモーメントに対する柱脚部22’の回転角の関係を示す。図7の横軸は柱脚部22’の回転角(rad(ラジアン))を表し、縦軸は柱脚部22’に作用する曲げモーメント(kNm(キロニュートンメートル))を表す。
実線による線L16は、低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果である。点線による線L17は、高降伏比−低降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果であり、一点鎖線による線L18は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果である。
FIG. 7 shows the relationship of the rotation angle of the column base 22 ′ to the bending moment of the column base 22 ′ obtained by simulation. The horizontal axis in FIG. 7 represents the rotation angle (rad (radian)) of the column base 22 ′, and the vertical axis represents the bending moment (kNm (kilonewton meter)) acting on the column base 22 ′.
A solid line L16 is a simulation result of a steel material having a low yield ratio. A dotted line L17 is a simulation result with a steel material having a high yield ratio-low yield strength, and a dashed line L18 is a simulation result with a steel material having a high yield ratio-high yield strength.

いずれのシミュレーション結果においても、柱脚部22’に生じる局部座屈により降伏耐力が劣化し、柱脚部22’が終局に至っている。線L17で示す高降伏比−低降伏耐力の鋼材の場合には、降伏耐力までは、線L16で示す低降伏比の鋼材の場合と同一の挙動を示す。しかし、降伏後は耐力上昇が小さく、局部座屈による最大耐力及び耐力劣化後に保持する耐力は、低降伏比の鋼材の場合と比べて小さい。すなわち、このような条件のもとで高降伏比−低降伏耐力の鋼材を用いた場合には、塑性化を生じる柱脚部22’で吸収できるエネルギーが低下し、骨組としての耐震性も低下する恐れがある。   In any of the simulation results, the yield strength deteriorates due to local buckling occurring in the column base portion 22 ', and the column base portion 22' reaches the end. In the case of a steel material having a high yield ratio-low yield strength shown by line L17, the same behavior as that of the steel material having a low yield ratio shown by line L16 is shown up to the yield strength. However, the yield strength increase is small after yielding, and the maximum yield strength due to local buckling and the yield strength retained after yield strength degradation are smaller than in the case of steel materials with a low yield ratio. That is, when a steel material having a high yield ratio-low yield strength is used under such conditions, the energy that can be absorbed by the column base 22 'that causes plasticization is reduced, and the earthquake resistance as a framework is also reduced. There is a fear.

例えば、降伏耐力σ1を325MPa、降伏耐力σ2を400MPaとして、鋼材の真応力−真ひずみの関係を求めるシミュレーションを行った。なおこの場合、所定の係数は、0.815(=325/400)となる。このとき、図2に示すように線L3が線L1を包絡する条件を満たす条件の中で、降伏耐力σ2が最も小さくなる。
図7に示すように、線L18で示す高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の回転角に対する曲げモーメントが線L16で示す低降伏比の鋼材以上になる。なお、点P1で示す低降伏比の鋼材の曲げモーメントが最も大きいときに、低降伏比の鋼材が局部座屈する。点P2で示す高降伏比−高降伏耐力の鋼材の曲げモーメントが最も大きいときに、高降伏比−高降伏耐力の鋼材が局部座屈する。
For example, assuming that the yield strength σ1 is 325 MPa and the yield strength σ2 is 400 MPa, a simulation was performed to obtain the true stress-true strain relationship of the steel material. In this case, the predetermined coefficient is 0.815 (= 325/400). At this time, as shown in FIG. 2, the yield strength σ2 is the smallest among the conditions that satisfy the condition that the line L3 envelops the line L1.
As shown in FIG. 7, in the steel material having the high yield ratio-high yield strength shown by the line L18, the bending moment with respect to the same rotation angle is higher than that of the steel material having the low yield ratio shown by the line L16. In addition, when the bending moment of the steel material with the low yield ratio shown by the point P1 is the largest, the steel material with the low yield ratio is locally buckled. When the bending moment of the steel with high yield ratio-high yield strength shown by point P2 is the largest, the steel with high yield ratio-high yield strength is locally buckled.

例えば、線L16で示す低降伏比の鋼材が、回転角0radからθまで増加したときの線L16と横軸とがなす面積T1が、回転角0radからθまで柱脚部22’が回転するときに吸収するエネルギーに相当する。高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた場合には、低降伏比の鋼材を用いた場合に比べて、同一の回転角に対する曲げモーメントが大きくなり、柱脚部22’がより多くのエネルギーを吸収できるようになることが分かった。 For example, when the steel material having a low yield ratio indicated by the line L16 increases from the rotation angle 0 rad to θ 0, the area T1 formed by the line L16 and the horizontal axis is rotated, and the column base portion 22 ′ rotates from the rotation angle 0 rad to θ 0. This is equivalent to the energy absorbed. When a steel material with a high yield ratio-high yield strength is used, the bending moment for the same rotation angle is larger than when a steel material with a low yield ratio is used, and the column base 22 'has more energy. It can be absorbed.

一般的に、鋼材の降伏比を低くするためには、鋼材に合金を添加する必要があり、鋼材を製造するのに要するコストが高くなる。また、鋼材の降伏比を低くすると、予め鋼材を温めてから鋼材を溶接する必要が生じる等、鋼材の溶接性が悪くなる。
高降伏比の鋼材を用いることにより、鋼材の製造コストを低減し、鋼材の溶接性を向上させることができる。
Generally, in order to lower the yield ratio of steel materials, it is necessary to add an alloy to the steel materials, and the cost required to manufacture the steel materials increases. Further, when the yield ratio of the steel material is lowered, the weldability of the steel material is deteriorated, for example, it is necessary to weld the steel material after the steel material is preheated.
By using a steel material with a high yield ratio, the manufacturing cost of the steel material can be reduced and the weldability of the steel material can be improved.

次に、このように構成された鉄骨構造物1を設計する本実施形態の鉄骨構造物1の設計方法について説明する。図8は本発明の第1実施形態における鉄骨構造物の設計方法S10を示すフローチャートである。予め、鉄骨構造物1の柱脚部22に作用する荷重が見積もられている。
まず、降伏比選定工程(図8に示すステップS11)において、鉄骨構造物1が備える鉄骨柱21を形成する鋼材の降伏比を、通常用いられる80%以下の範囲よりも高い、80%を超え90%以下の範囲に設定する。具体的には、鉄骨柱21を高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成するように設定する。降伏比選定工程S11において、鉄骨柱21に使用する鋼材の種類(鋼種)が設定される。
降伏比選定工程S11が終了すると、ステップS13に移行する。
Next, the design method of the steel structure 1 of this embodiment for designing the steel structure 1 configured as described above will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a steel structure design method S10 in the first embodiment of the present invention. The load acting on the column base portion 22 of the steel structure 1 is estimated in advance.
First, in the yield ratio selection step (step S11 shown in FIG. 8), the yield ratio of the steel material forming the steel column 21 included in the steel structure 1 exceeds 80%, which is higher than the normally used range of 80% or less. Set to a range of 90% or less. Specifically, the steel column 21 is set to be formed of a steel material having a high yield ratio-high yield strength. In the yield ratio selection step S11, the type (steel type) of the steel material used for the steel column 21 is set.
When the yield ratio selection step S11 ends, the process proceeds to step S13.

次に、崩壊機構選定工程(ステップS13)において、柱梁耐力比を1.5以上にするか、(11)式を満たすように設定する。この例では、例えば柱梁耐力比を1.5以上にするように設定したとする。崩壊機構選定工程S13が終了すると、ステップS15に移行する。
次に、柱脚部設計強度設定工程(ステップS15)において、柱脚部22の設計強度を、柱脚部22が形成された鋼材の降伏耐力の0.815倍以下の値に設定する。柱本体23の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等であると設定されている。このため、柱脚部22及び柱本体23は同一の高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成されていても、柱本体23よりも柱脚部22の方が厚くなる。柱脚部設計強度設定工程S15において、柱脚部22及び柱本体23の断面形状が決まる。
柱脚部設計強度設定工程S15が終了すると、鉄骨構造物の設計方法S10の全ての工程が終了し、鉄骨構造物1が設計される。
Next, in the collapse mechanism selection step (step S13), the column beam yield strength ratio is set to 1.5 or more, or is set so as to satisfy the expression (11). In this example, it is assumed that the column beam yield strength ratio is set to 1.5 or more, for example. When the collapse mechanism selection step S13 ends, the process proceeds to step S15.
Next, in the column base design strength setting step (step S15), the design strength of the column base 22 is set to a value not more than 0.815 times the yield strength of the steel material on which the column base 22 is formed. The design strength of the column main body 23 is set to be equivalent to the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength. For this reason, even if the column base 22 and the column main body 23 are formed of the same high yield ratio-high yield strength steel material, the column base 22 is thicker than the column main body 23. In the column base design strength setting step S15, the cross-sectional shapes of the column base 22 and the column main body 23 are determined.
When the column base design strength setting step S15 is finished, all the steps of the steel structure design method S10 are finished, and the steel structure 1 is designed.

なお、降伏比選定工程S11、崩壊機構選定工程S13、及び柱脚部設計強度設定工程S15を行う順番は、特に限定されない。   The order of performing the yield ratio selection step S11, the collapse mechanism selection step S13, and the column base design strength setting step S15 is not particularly limited.

なお、鉄骨構造物の設計方法S10の各工程を行い鉄骨構造物の設計装置をコンピュータで構成してもよい。図9に示すように、鉄骨構造物の設計装置41は、CPU(Central Processing Unit)42と、記憶装置43と、記録・再生装置44と、入力装置45と、表示装置46と、入出力インターフェイス47と、を備えている。   The steel structure design apparatus may be configured by a computer by performing each step of the steel structure design method S10. As shown in FIG. 9, a steel structure design device 41 includes a CPU (Central Processing Unit) 42, a storage device 43, a recording / reproducing device 44, an input device 45, a display device 46, and an input / output interface. 47.

CPU42は、前述の降伏比選定工程S11を行う降伏比選定部42aと、崩壊機構選定工程S13を行う崩壊機構選定部42bと、柱脚部設計強度設定工程S15を行う柱脚部設計強度設定部42cと、を備えている。
記憶装置43は、ハードディスク等であり、各種データやプログラム等が記憶されている。プログラムには、コンピュータを鉄骨構造物の設計装置41として機能させるための鉄骨構造物の設計プログラム等が含まれる。
The CPU 42 includes a yield ratio selecting unit 42a that performs the above-described yield ratio selecting step S11, a collapse mechanism selecting unit 42b that performs the collapse mechanism selecting step S13, and a column base design strength setting unit that performs the column base design strength setting step S15. 42c.
The storage device 43 is a hard disk or the like, and stores various data, programs, and the like. The program includes a steel structure design program for causing the computer to function as the steel structure design device 41.

記録・再生装置44は、CDやDVD等の記憶媒体44aに対するデータの記録及び再生を行う。記憶媒体44aには、鉄骨構造物の設計プログラム等が記録されている。記録・再生装置44に記憶媒体44aが挿入されると、記録・再生装置44は記憶媒体44aに記録されている鉄骨構造物の設計プログラム等を再生し、再生した鉄骨構造物の設計プログラム等をCPU42に送る。CPU42は、送られた鉄骨構造物の設計プログラム等を実行する。
入力装置45は、キーボードやマウス等により構成されている。表示装置46は、例えば液晶ディスプレイである。
The recording / reproducing device 44 records and reproduces data with respect to a storage medium 44a such as a CD or a DVD. The storage medium 44a stores a steel structure design program and the like. When the storage medium 44a is inserted into the recording / reproducing device 44, the recording / reproducing device 44 reproduces the steel structure design program recorded on the storage medium 44a, and the reproduced steel structure design program, etc. Send to CPU42. The CPU 42 executes a design program or the like of the sent steel structure.
The input device 45 includes a keyboard, a mouse, and the like. The display device 46 is, for example, a liquid crystal display.

以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物1によれば、柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(11)式を満たすため、鉄骨柱21よりも先に鉄骨梁26が塑性化し、鉄骨柱21の柱本体23の耐震性能は、降伏比が80%以下という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱21を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて柱脚部22が形成され、柱脚部22の設計強度が鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。このため、高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱21全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱21全体としての耐震性能を向上させることができる。
As described above, according to the steel structure 1 of the present embodiment, the beam strength ratio is 1.5 or more, or in order to satisfy the expression (11), the steel beam 26 is ahead of the steel column 21. Thus, the seismic performance of the column main body 23 of the steel column 21 is equivalent to the case where the steel column 21 is formed using a steel material having a low yield ratio of a yield ratio of 80% or less.
Further, the column base 22 is formed using a steel material having a high yield ratio of more than 80% and 90% or less, and the yield strength of the column base 22 is 0.815 times the yield strength of the steel. It is as follows. For this reason, in a steel material having a high yield ratio-high yield strength, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material having a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material having a low yield ratio. Thereby, more energy can be absorbed compared with the case where a column base part is formed with the steel material of a low yield ratio.
Therefore, the seismic performance of the steel column 21 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column 21 is formed of a material having a low yield ratio.

さらに、鉄骨柱21については、高降伏比の鋼材を上方の階層まで使用し、強度低減をしない。従って、柱梁耐力比が担保されている建物であれば、高い降伏強度を利用して断面を最小化することができ、非常に経済的である。
この効果は、後述する鉄骨構造物の設計方法S10についても同様である。
Furthermore, about the steel column 21, the steel material of a high yield ratio is used to an upper hierarchy, and intensity | strength reduction is not carried out. Therefore, in a building where the column beam strength ratio is secured, the cross section can be minimized by using high yield strength, which is very economical.
This effect is the same also about steel structure design method S10 mentioned later.

また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法S10によれば、柱梁耐力比を1.5以上にする、又は、(11)式を満たすように設定するため、鉄骨柱21よりも先に鉄骨梁26が塑性化し、鉄骨柱21の柱本体23の耐震性能は、例えば通常用いられる降伏比が80%以下の範囲という低降伏比の鋼材を用いて鉄骨柱21を形成した場合と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下の範囲という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて柱脚部22を形成し、柱脚部22の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下に設定するように設定している。このため、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材の真応力以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材の曲げモーメント以上になり、柱脚部22がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱21全体としての耐震性能を向上させることができる。
In addition, according to the steel structure design method S10 of the present embodiment, the column beam strength ratio is set to 1.5 or more, or set so as to satisfy the expression (11). The steel beam 26 is plasticized, and the seismic performance of the column main body 23 of the steel column 21 is equivalent to the case where the steel column 21 is formed by using a steel material having a low yield ratio, for example, a normally used yield ratio is 80% or less. Become.
Moreover, the column base 22 is formed using a steel material having a high yield ratio-high yield strength in which the yield ratio exceeds 80% and is 90% or less, and the design strength of the column base 22 is increased to a high yield ratio-high yield strength. Is set to be 0.815 times or less of the yield strength of steel. For this reason, the true stress for the same true strain is equal to or greater than the true stress of the steel material having a low yield ratio, the bending moment for the same rotation angle is equal to or greater than the bending moment of the steel material having a low yield ratio, and the column base portion 22 is more. Can absorb the energy.
Therefore, the seismic performance of the steel column 21 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

なお、高降伏比の鋼材は、降伏耐力が400MPa以上550MPa以下であり、引張強さが490MPa以上640MPa以下であってもよい。鋼材の降伏耐力や引張強さは、添加物等により調節することができる。鋼材をこのように構成することにより、降伏耐力及び引張強さがより高い鋼材を用いて鉄骨柱21を形成した場合でも、鉄骨柱21全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱21全体としての耐震性能を向上させることができる。
また、高降伏比の鋼材は、降伏耐力が500MPa以上650MPa以下であり、引張強さが590MPa以上740MPa以下であってもよい。鋼材をこのように構成することにより、降伏耐力及び引張強さがさらに高い鋼材を用いて鉄骨柱21を形成した場合でも、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱21全体としての耐震性能を向上させることができる。
The steel material with a high yield ratio may have a yield strength of 400 MPa to 550 MPa and a tensile strength of 490 MPa to 640 MPa. The yield strength and tensile strength of the steel material can be adjusted by additives and the like. By constituting the steel material in this way, even when the steel column 21 is formed using a steel material with higher yield strength and tensile strength, compared to the case where the entire steel column 21 is formed of a material with a low yield ratio, The seismic performance of the steel column 21 as a whole can be improved.
The steel material with a high yield ratio may have a yield strength of 500 MPa to 650 MPa and a tensile strength of 590 MPa to 740 MPa. By constituting the steel material in this way, even when the steel column 21 is formed using a steel material with higher yield strength and tensile strength, the steel frame is compared with a case where the entire steel column is formed of a material with a low yield ratio. The seismic performance of the column 21 as a whole can be improved.

なお、柱脚部設計強度設定工程S15では、柱脚部22の設計強度を、柱脚部22が形成された高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定してもよい。柱脚部22の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等に設定して、高降伏比−低降伏耐力の鋼材を用いる場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなる。この結果、柱脚部22がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱21全体としての耐震性能を向上させることができる。
In the column base design strength setting step S15, the design strength of the column base 22 is set to a value lower than the yield strength of the high yield ratio-high yield strength steel material on which the column base 22 is formed. May be. The design strength of the column base 22 is set to be equal to the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength, and the true stress for the same true strain is compared with the case of using the steel material having a high yield ratio-low yield strength. The bending moment for the same rotation angle increases. As a result, the column base 22 can absorb more energy.
Therefore, the seismic performance of the steel column 21 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図1、図10及び図11を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図1及び図10に示すように、本実施形態の鉄骨構造物2は、第1実施形態の鉄骨構造物1の鉄骨柱21に代えて鉄骨柱51を備えている。鉄骨柱51は、鉄骨柱21の柱本体23に代えて柱本体53を備えている。
柱本体53は、低降伏比の鋼材で形成されている。柱本体53は、例えば横断面が矩形の角形鋼管で形成されている。図10(A)に示す横断面において、柱本体53の外形は、例えば縦、横ともに長さL6であり、柱本体53の厚さはいずれの位置においても長さL8である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 10 and FIG. Only the point will be described.
As shown in FIG.1 and FIG.10, the steel structure 2 of this embodiment is provided with the steel column 51 instead of the steel column 21 of the steel structure 1 of 1st Embodiment. The steel column 51 includes a column main body 53 instead of the column main body 23 of the steel column 21.
The column main body 53 is formed of a steel material having a low yield ratio. The column body 53 is formed of, for example, a rectangular steel pipe having a rectangular cross section. In the cross section shown in FIG. 10A, the outer shape of the column main body 53 is, for example, a length L6 both vertically and horizontally, and the thickness of the column main body 53 is a length L8 at any position.

図10(B)に示すように、柱脚部22には第1実施形態と同一の部材が用いられている。柱脚部22は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成されている。柱脚部22は、柱脚部22の設計強度が、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下(0.815倍でもよい)である。
なお、本実施形態及び後述する第3実施形態において、0.815の値を所定の係数として、第1実施形態と同様の検討を行ってもよい。
As shown in FIG. 10B, the same member as that of the first embodiment is used for the column base portion 22. The column base portion 22 is formed of a steel material having a high yield ratio-high yield strength. The column base part 22 has a design strength of the column base part 22 that is 0.815 times or less (or may be 0.815 times) the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength.
In the present embodiment and the third embodiment to be described later, the same examination as in the first embodiment may be performed with a value of 0.815 as a predetermined coefficient.

次に、このように構成された鉄骨構造物2を設計する本実施形態の鉄骨構造物2の設計方法について説明する。図11は本発明の第2実施形態における鉄骨構造物の設計方法S20を示すフローチャートである。
まず、柱脚部降伏比選定工程(図11に示すステップS21)において、鉄骨柱51の柱脚部22を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定する。具体的には、鉄骨柱51を高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成するように設定する。
柱脚部降伏比選定工程S21が終了すると、ステップS23に移行する。
Next, the design method of the steel structure 2 of this embodiment for designing the steel structure 2 configured as described above will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a steel structure design method S20 in the second embodiment of the present invention.
First, in the column base part yield ratio selection step (step S21 shown in FIG. 11), the yield ratio of the steel material forming the column base part 22 of the steel column 51 is set in a range of more than 80% and 90% or less. Specifically, the steel column 51 is set to be formed of a steel material having a high yield ratio-high yield strength.
When the column base yield ratio selection step S21 is completed, the process proceeds to step S23.

次に、柱脚部設計強度設定工程(ステップS23)において、柱脚部22の設計強度を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下の値に設定する。柱脚部設計強度設定工程S23が終了すると、ステップS25に移行する。
次に、柱本体降伏比選定工程(ステップS25)において、鉄骨柱51の柱本体53の降伏比を、80%以下の範囲に設定する。具体的には、柱本体53を低降伏比の鋼材で形成するように設定する。
柱本体降伏比選定工程S25が終了すると、鉄骨構造物の設計方法S20の全ての工程が終了し、鉄骨構造物2が設計される。
Next, in the column base design strength setting step (step S23), the design strength of the column base 22 is set to a value not more than 0.815 times the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength. When the column base design strength setting step S23 ends, the process proceeds to step S25.
Next, in the column body yield ratio selection step (step S25), the yield ratio of the column body 53 of the steel column 51 is set to a range of 80% or less. Specifically, the column main body 53 is set to be formed of a steel material with a low yield ratio.
When the column main body yield ratio selection step S25 is completed, all the steps of the steel structure design method S20 are completed, and the steel structure 2 is designed.

なお、柱脚部降伏比選定工程S21、柱脚部設計強度設定工程S23、及び柱本体降伏比選定工程S25を行う順番は、特に限定されない。   In addition, the order which performs column base part yield ratio selection process S21, column base part design strength setting process S23, and column main body yield ratio selection process S25 is not specifically limited.

以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物2によれば、鉄骨柱51の柱本体53と鉄骨梁26との接合部は、柱本体53の一部等で構成される。このため、通常用いられる降伏比が80%以下の低降伏比の鋼材で形成され、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱51の柱脚部22が形成され、柱脚部22の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。このため、高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部22が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱51全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱51全体としての耐震性能を向上させることができる。
As described above, according to the steel structure 2 of the present embodiment, the joint portion between the column main body 53 of the steel column 51 and the steel beam 26 is constituted by a part of the column main body 53 and the like. For this reason, it is formed with a steel material having a low yield ratio of 80% or less that is usually used, and the seismic performance is equivalent to that of a conventional joint.
Further, the column base portion 22 of the steel column 51 is formed using a steel material having a high yield ratio-high yield strength, and the design strength of the column base portion 22 is 0.815 of the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength. Is less than double. For this reason, in a steel material having a high yield ratio-high yield strength, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material having a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material having a low yield ratio. Thereby, more energy can be absorbed compared with the case where the column base part 22 is formed with the steel material of a low yield ratio.
Therefore, the seismic performance of the steel column 51 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column 51 is formed of a material having a low yield ratio.

さらに、鉄骨柱51は、柱脚部22以外の部分(すなわち柱本体53)は低降伏比の鋼材で構成されているため、上層架構の設計において高降伏比の鋼材を用いる場合の制約を考慮する必要がなく、設計が比較的簡便となる。また、この第2実施形態の構成の場合、第1実施形態のように柱梁耐力比を必ずしも担保しなくてもよいため、設計の自由度を高めることができる。
この効果は、後述する鉄骨構造物の設計方法S20についても同様である。
Furthermore, since the steel column 51 is composed of a steel material with a low yield ratio other than the column base 22 (that is, the column main body 53), consideration is given to the restrictions when using a steel material with a high yield ratio in the design of the upper frame. The design is relatively simple. Further, in the case of the configuration of the second embodiment, the degree of freedom in design can be increased because the column beam strength ratio is not necessarily ensured as in the first embodiment.
This effect is the same for the steel structure design method S20 described later.

また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法S20によれば、鉄骨柱51のうちの柱本体53と鉄骨梁26との接合部31は、通常用いられる降伏比が80%以下の範囲という低降伏比の鋼材で形成するように設定したため、耐震性能は従来の接合部と同等になる。
また、降伏比が80%を超え90%以下の範囲という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱51の柱脚部22を形成するように設定し、柱脚部22の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下に設定している。このため、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材の真応力以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材の曲げモーメント以上になり、柱脚部22がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱51全体としての耐震性能を向上させることができる。
Further, according to the steel structure design method S20 of the present embodiment, the joint portion 31 between the column main body 53 and the steel beam 26 in the steel column 51 has a low yield ratio of 80% or less. Since it is set to be formed of a steel material with a yield ratio, the seismic performance is equivalent to that of a conventional joint.
In addition, the column base 22 of the steel column 51 is set to be formed using a steel material having a high yield ratio-high yield strength in which the yield ratio is in the range of more than 80% and 90% or less. Is set to 0.815 times or less the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength. For this reason, the true stress for the same true strain is equal to or greater than the true stress of the steel material having a low yield ratio, the bending moment for the same rotation angle is equal to or greater than the bending moment of the steel material having a low yield ratio, and the column base portion 22 is more. Can absorb the energy.
Therefore, the seismic performance of the steel column 51 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

なお、柱脚部設計強度設定工程S23では、柱脚部22の設計強度を、柱脚部22が形成された高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定してもよい。
鉄骨構造物の設計方法をこのように行うと、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いても、柱脚部22の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、柱脚部22がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱51全体としての耐震性能を向上させることができる。
In the column base design strength setting step S23, the design strength of the column base 22 is set to a value lower than the yield strength of the high yield ratio-high yield strength steel material on which the column base 22 is formed. May be.
If the design method of the steel structure is performed in this way, the design strength of the column base portion 22 is equal to the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength even if a steel material having a high yield ratio-high yield strength is used. Compared with the case of setting, the true stress with respect to the same true strain and the bending moment with respect to the same rotation angle are increased, so that the column base 22 can absorb more energy.
Therefore, the seismic performance of the steel column 51 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図1、図12及び図13を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図1及び図12に示すように、本実施形態の鉄骨構造物3は、第1実施形態の鉄骨構造物1の鉄骨柱21に代えて鉄骨柱61を備えている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 12, and 13. Only the point will be described.
As shown in FIG.1 and FIG.12, the steel structure 3 of this embodiment is provided with the steel column 61 instead of the steel column 21 of the steel structure 1 of 1st Embodiment.

図12(A)に示すように、鉄骨柱61は、鉄骨柱21の柱本体23に代えて柱本体63を備えている。柱本体63の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。
図12(B)に示すように、柱脚部22には第1実施形態と同一の部材が用いられている。柱脚部22は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材で形成されている。
すなわち、本実施形態では、鉄骨柱61の設計強度は、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。
As illustrated in FIG. 12A, the steel column 61 includes a column main body 63 instead of the column main body 23 of the steel column 21. The design strength of the column main body 63 is 0.815 times or less the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength.
As shown in FIG. 12B, the same member as that of the first embodiment is used for the column base portion 22. The column base portion 22 is formed of a steel material having a high yield ratio-high yield strength.
That is, in this embodiment, the design strength of the steel column 61 is 0.815 times or less the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength.

次に、このように構成された鉄骨構造物3を設計する本実施形態の鉄骨構造物3の設計方法について説明する。図13は本発明の第3実施形態における鉄骨構造物の設計方法S30を示すフローチャートである。
まず、前述の降伏比選定工程S11を行う。
次に、鉄骨柱設計強度設定工程(図13に示すステップS31)において、鉄骨柱61の各部位における設計強度を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下の値に設定する。
鉄骨柱設計強度設定工程S31が終了すると、鉄骨構造物の設計方法S30の全ての工程が終了し、鉄骨構造物3が設計される。
Next, the design method of the steel structure 3 of this embodiment for designing the steel structure 3 configured as described above will be described. FIG. 13 is a flowchart showing a steel structure design method S30 in the third embodiment of the present invention.
First, the above-described yield ratio selection step S11 is performed.
Next, in the steel column design strength setting step (step S31 shown in FIG. 13), the design strength in each part of the steel column 61 is a value not more than 0.815 times the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength. Set to.
When the steel column design strength setting step S31 is completed, all the steps of the steel structure design method S30 are completed, and the steel structure 3 is designed.

なお、降伏比選定工程S11及び鉄骨柱設計強度設定工程S31を行う順番は、特に限定されない。   In addition, the order which performs yield ratio selection process S11 and steel frame design strength setting process S31 is not specifically limited.

以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物3によれば、降伏比が80%を超え90%以下という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱61全体が形成され、鉄骨柱61の設計強度が高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である。このため、高降伏比−高降伏耐力の鋼材では、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材以上になる。これにより、柱脚部22が低降伏比の鋼材で形成された場合に比べてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成した場合に比べて、鉄骨柱61全体としての耐震性能を向上させることができる。
As described above, according to the steel structure 3 of the present embodiment, the entire steel column 61 is formed using a steel material having a high yield ratio-high yield strength of which yield ratio exceeds 80% and is equal to or less than 90%. The design strength of the column 61 is 0.815 times or less the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength. For this reason, in a steel material having a high yield ratio-high yield strength, the true stress for the same true strain is higher than that of a steel material having a low yield ratio, and the bending moment for the same rotation angle is higher than that of a steel material having a low yield ratio. Thereby, more energy can be absorbed compared with the case where the column base part 22 is formed with the steel material of a low yield ratio.
Therefore, the seismic performance of the steel column 61 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is made of a material having a low yield ratio.

さらに、鉄骨柱61については、柱本体63及び柱脚部22、すなわち鉄骨柱61全体を高降伏比の鋼材で構成し、強度低減も行うため、前述の第1実施形態の構成のように柱梁耐力比の制約を考慮する必要がなく、設計の自由度がより高まる。また、鉄骨柱61は、全体をすべて同一の鋼材(高降伏比の鋼材)で構成するため、第2実施形態の場合のように低降伏比・高降伏比の鋼材の切り替えを必要とせず、製作を簡素化しやすい。
この効果は、後述する鉄骨構造物の設計方法S30についても同様である。
Further, with respect to the steel column 61, the column main body 63 and the column base portion 22, that is, the entire steel column 61 is made of a steel material with a high yield ratio, and the strength is also reduced. Therefore, the column as in the configuration of the first embodiment is used. There is no need to consider the constraints on the beam strength ratio, and the degree of freedom in design increases. In addition, since the steel column 61 is entirely composed of the same steel material (steel material with a high yield ratio), it is not necessary to switch the steel material with a low yield ratio / high yield ratio as in the second embodiment, Easy to simplify production.
This effect is the same also about steel structure design method S30 mentioned below.

また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法S30によれば、降伏比が80%を超え90%以下の範囲という高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いて鉄骨柱61全体が形成され、鉄骨柱61全体の設計強度を鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定している。このため、同一の真ひずみに対する真応力が低降伏比の鋼材の真応力以上になり、同一の回転角に対する曲げモーメントが低降伏比の鋼材の曲げモーメント以上になり、柱脚部22がより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱61全体としての耐震性能を向上させることができる。
In addition, according to the steel structure design method S30 of the present embodiment, the entire steel column 61 is formed using a steel material having a high yield ratio-high yield strength in which the yield ratio exceeds 80% and is 90% or less. The design strength of the entire steel column 61 is set to a value obtained by reducing the yield strength of the steel material. For this reason, the true stress for the same true strain is equal to or greater than the true stress of the steel material having a low yield ratio, the bending moment for the same rotation angle is equal to or greater than the bending moment of the steel material having a low yield ratio, and the column base portion 22 is more. Can absorb the energy.
Therefore, the seismic performance of the steel column 61 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

なお、鉄骨柱設計強度設定工程S31では、鉄骨柱61の各部位における設計強度を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定してもよい。
鉄骨構造物の設計方法をこのように行うと、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いても、柱脚部22の設計強度を高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力と同等に設定する場合に比べて、同一の真ひずみに対する真応力、同一の回転角に対する曲げモーメントがそれぞれ大きくなり、鉄骨柱61の各部位においてより多くのエネルギーを吸収できるようになる。
従って、鉄骨柱全体を低降伏比の材料で形成するように設定した場合に比べて、鉄骨柱61全体としての耐震性能を向上させることができる。
In the steel column design strength setting step S31, the design strength in each part of the steel column 61 may be set to a value that is lower than the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength.
If the design method of the steel structure is performed in this way, the design strength of the column base portion 22 is equal to the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength even if a steel material having a high yield ratio-high yield strength is used. Compared with the case of setting, the true stress with respect to the same true strain and the bending moment with respect to the same rotation angle are increased, and more energy can be absorbed in each part of the steel column 61.
Therefore, the seismic performance of the steel column 61 as a whole can be improved as compared with the case where the entire steel column is set to be formed of a material having a low yield ratio.

(解析結果1)
図1に示す鉄骨構造物1において、鉄骨ラーメン構造が、第1階層11から第8階層11までの8階層4スパンの場合の骨組解析(時刻歴応答解析)を実施した。階層11の高さを4mとし、階層11以外の階層11の高さを3.75mとした。鉄骨柱21のピッチを6mとした。
表1及び表2に、鉄骨構造物の鉄骨柱及び鉄骨梁の断面の諸元等を示す。
(Analysis result 1)
In the steel structure 1 shown in FIG. 1, Steel Frame Structure has framework analysis of the case of the 8 levels 4 spans from the first layer 11 1 to the eighth hierarchy 11 8 (time history analysis) was performed. The height of the layer 11 1 is 4 m, and the height of the layers 11 other than the layer 11 1 is 3.75 m. The pitch of the steel column 21 was 6 m.
Tables 1 and 2 show the specifications of the cross section of the steel column and the steel beam of the steel structure.

Figure 2019196698
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Figure 2019196698
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表1に示すように、鉄骨梁の断面寸法は、例えば第2階層の下部の鉄骨梁で、H700mm(高さ)×250mm(幅)×12mm(高さ方向の厚さ)×22mm(幅方向の厚さ)である。鉄骨梁の断面寸法は、上方の階層に向かうに従い漸次、高さ、幅、高さ及び幅方向の厚さが小さくなる。RF(天井)の鉄骨梁で、H450mm×200mm×9mm×14mmである。鉄骨梁の降伏耐力は、全て325MPaとした。
表2に示すように、鉄骨柱の断面寸法は、第1階層から第6階層において、500mm角で厚さが19mmとした。第7階層及び第8階層において、500mm角で厚さが16mmとした。
As shown in Table 1, the cross-sectional dimension of the steel beam is H700 mm (height) × 250 mm (width) × 12 mm (thickness in the height direction) × 22 mm (width direction), for example, in the lower steel beam of the second layer. Thickness). As for the cross-sectional dimension of the steel beam, the height, the width, the height, and the thickness in the width direction gradually become smaller toward the upper level. It is a steel beam of RF (ceiling) and is H450 mm × 200 mm × 9 mm × 14 mm. The yield strength of all steel beams was 325 MPa.
As shown in Table 2, the cross-sectional dimensions of the steel column were 500 mm square and 19 mm thick in the first to sixth layers. In the seventh and eighth layers, the thickness was 500 mm square and the thickness was 16 mm.

表2に示すケース1からケース5の条件に鉄骨柱を設定した。
表2中に、各ケースにおける、第1階層から第8階層までの鉄骨柱の降伏耐力、設計強度、及び降伏比を示している。なお、第1階層では、柱脚部と、柱脚部以外の部分とを分けて示している場合がある。
ケース1は、全ての階層において、降伏耐力が325MPa、降伏比が80%の低降伏比の鋼材で鉄骨柱が形成された場合をモデル化したものである。降伏耐力と設計強度とは、互いに等しい。
ケース2は、ケース1において、全ての階層の降伏比を90%にした場合である。ケース1及びケース2は、従来の鉄骨構造物である。
Steel columns were set to the conditions of Case 1 to Case 5 shown in Table 2.
Table 2 shows the yield strength, design strength, and yield ratio of the steel column from the first layer to the eighth layer in each case. In the first hierarchy, the column base and the portion other than the column base may be shown separately.
Case 1 models a case where a steel column is formed of a steel material having a low yield ratio with a yield strength of 325 MPa and a yield ratio of 80% at all levels. Yield strength and design strength are equal to each other.
Case 2 is a case where the yield ratio of all layers is 90% in Case 1. Case 1 and case 2 are conventional steel structures.

ケース3は、ケース2において、柱脚部の降伏耐力を400MPaとし、柱脚部の設計強度を降伏耐力の0.815倍の325MPaとした。ケース3は、前述の(11)式を満し、第1実施形態に相当する。
ケース4は、ケース1において、柱脚部の降伏耐力を400MPa、降伏比を90%にし、柱脚部の設計強度を降伏耐力の0.815倍の325MPaとした。ケース4は、第2実施形態に相当する。
ケース5は、ケース2において、全ての階層の鉄骨柱の降伏耐力を400MPaとし、全ての階層の鉄骨柱の設計強度を降伏耐力の0.815倍の325MPaとした。ケース5は、第3実施形態に相当する。
In case 2, the yield strength of the column base is 400 MPa in case 2, and the design strength of the column base is 325 MPa, which is 0.815 times the yield strength. Case 3 satisfies the above-described expression (11) and corresponds to the first embodiment.
Case 4 was the same as Case 1, except that the yield strength of the column base was 400 MPa, the yield ratio was 90%, and the design strength of the column base was 325 MPa, 0.815 times the yield strength. Case 4 corresponds to the second embodiment.
In case 2, the yield strength of steel columns at all levels was 400 MPa in case 2, and the design strength of steel columns at all levels was 325 MPa, 0.815 times the yield strength. Case 5 corresponds to the third embodiment.

図7に示す低降伏比の鋼材及び高降伏比−高降伏耐力の鋼材における曲げモーメントに対する回転角の関係を用いて、上記5つのケースを解析した。
地震動は、1995年阪神大震災におけるJR西日本鷹取駅構内地盤上NS成分を用いた。解析モデルの固有周期1.07秒おける加速度応答スペクトルSa(T1)が1.5gとなるように地震波を増幅させたものを、解析モデルに入力した。
The above five cases were analyzed using the relationship of the rotation angle with respect to the bending moment in the low yield ratio steel material and the high yield ratio-high yield strength steel material shown in FIG.
For the ground motion, the NS component on the ground in JR West Takatori Station in the 1995 Hanshin Earthquake was used. A product obtained by amplifying the seismic wave so that the acceleration response spectrum Sa (T1) at the natural period 1.07 seconds of the analysis model is 1.5 g is input to the analysis model.

図14に、時刻歴応答の解析結果として、鉄骨構造物1の各階層における最大層間変形角を示す。図14の横軸は最大層間変形角(rad)を表し、縦軸は階層番号を表す。
なお、図15に示すように、最大層間変形角φは、各階層11の鉄骨柱21が鉛直方向となす角度として規定される。第1階層11に対する最大層間変形角はφ、第2階層11に対する最大層間変形角はφ、‥等の様である。
FIG. 14 shows the maximum interlayer deformation angle in each layer of the steel structure 1 as the analysis result of the time history response. The horizontal axis in FIG. 14 represents the maximum interlayer deformation angle (rad), and the vertical axis represents the layer number.
As shown in FIG. 15, the maximum interlayer deformation angle φ is defined as an angle formed by the steel column 21 of each layer 11 with the vertical direction. The maximum story drift with respect to the first hierarchy 11 1 phi 1, the maximum story drift with respect to the second hierarchy 11 2 phi 2, is as ‥ like.

図14に示す実線による線L21は、ケース1のシミュレーション結果である。点線による線L22は、ケース2のシミュレーション結果である。一点鎖線による線L23は、ケース3のシミュレーション結果である。二点鎖線による線L24は、ケース4のシミュレーション結果である。太い実線による線L25は、ケース5のシミュレーション結果である。
ケース1及びケース2では、第1階層の最大層間変形角が他の階層の最大層間変形角に比べて大きく、第1階層に損傷が集中している。ケース2では、ケース1に対して降伏比の高い鋼材が用いられているため、図7に示す高降伏比−低降伏耐力の鋼材のように柱脚部のエネルギー吸収性能が低下し、より下方の階層に損傷が集中している。
A solid line L21 shown in FIG. A dotted line L22 is a simulation result of Case 2. A line L23 by a one-dot chain line is a simulation result of Case 3. A line L24 by a two-dot chain line is a simulation result of Case 4. A thick line L25 is a simulation result of Case 5.
In Case 1 and Case 2, the maximum interlayer deformation angle of the first layer is larger than the maximum interlayer deformation angle of the other layers, and damage is concentrated on the first layer. In case 2, steel material having a higher yield ratio than case 1 is used, so that the energy absorption performance of the column base portion is lowered as in the case of steel material having a high yield ratio-low yield strength shown in FIG. Damage is concentrated in the hierarchy.

これに対し、ケース3からケース5は、いずれも第1階層の最大層間変形角が抑制され、上方の階層に損傷が分散している。これは、これは、図2に線L3で示すように柱脚部の降伏耐力及び引張強さが向上したために、塑性化部位である柱脚部の変形が抑制され、骨組全体に変形が分散されたことを意味している。
以上のように、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を適切に設計強度を低減して用いることで、低降伏比の鋼材を用いる場合よりもより耐震性を高められることが確認された。
On the other hand, in all of cases 3 to 5, the maximum interlayer deformation angle in the first layer is suppressed, and damage is dispersed in the upper layer. This is because, as shown by the line L3 in FIG. 2, the yield strength and tensile strength of the column base are improved, so that the deformation of the column base which is a plasticized part is suppressed, and the deformation is dispersed throughout the entire frame. It means that it was done.
As described above, it was confirmed that by using a steel material having a high yield ratio-high yield strength appropriately with a reduced design strength, the earthquake resistance can be improved more than when a steel material having a low yield ratio is used.

なお、高降伏比の鋼材は、降伏耐力が400MPa以上550MPa以下の場合でも、降伏耐力が500MPa以上650MPa以下の場合でも、同様の挙動を示す。   Note that the steel material with a high yield ratio shows the same behavior even when the yield strength is 400 MPa or more and 550 MPa or less, or when the yield strength is 500 MPa or more and 650 MPa or less.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図16から図27を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図16に示すように、本実施形態では、鉄骨柱71が角筒状に形成されている角形鋼管である場合において、前記所定の係数についての詳細な検討を行った。本実施形態では、鉄骨柱71の横断面は、外形が正方形の角筒状である。鉄骨柱71の横断面における外側の一辺の長さ(鋼管径)と、この一辺に隣り合う外側の他の一辺の長さとは、互い長さDである。この横断面における鉄骨柱71の厚さは、鉄骨柱71回りのいずれの位置においても一定の厚さtである。この場合、鉄骨柱71の横断面形状は、鉄骨柱71の上下方向の位置によらず一定である。
鉄骨柱71において、柱脚部72と柱本体とで一辺の長さや厚さ等が変わる場合も検討する。この場合でも、柱脚部72は角筒状に形成されている。柱脚部72の横断面は、外形が正方形の角筒状である。柱脚部72の横断面における外側の一辺の長さと、この一辺に隣り合う外側の他の一辺の長さとは、互い長さDである。この横断面における柱脚部72の厚さは、柱脚部72回りのいずれの位置においても一定の厚さtである。
なお、以下で鉄骨柱71についてする説明は、柱脚部72についても同様に適用される。柱脚部72についてする説明も、鉄骨柱71についても同様に適用される。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 27. However, the same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. explain.
As shown in FIG. 16, in the present embodiment, when the steel column 71 is a square steel pipe formed in a square tube shape, a detailed study on the predetermined coefficient was performed. In the present embodiment, the cross section of the steel column 71 is a square tube having a square outer shape. The length of the outer side in the cross section of the steel columns 71 and (steel pipe diameter), and the length of the other side of the outer adjacent to the one side, to one another in length D 2. The thickness of the steel column 71 in this cross section is a constant thickness t 2 at any position around the steel column 71. In this case, the cross-sectional shape of the steel column 71 is constant regardless of the vertical position of the steel column 71.
In the steel column 71, the case where the length of one side, thickness, etc. change with the column base part 72 and the column main body is also considered. Even in this case, the column base 72 is formed in a rectangular tube shape. The lateral cross section of the column base 72 is a square tube having a square outer shape. The length of the outer side in the cross section of the column base 72, the length of the other side of the outer adjacent to the one side, to one another in length D 1. The thickness of the column base 72 in this cross section is a constant thickness t 1 at any position around the column base 72.
Note that the description given below for the steel column 71 is similarly applied to the column base 72. The description of the column base 72 is similarly applied to the steel column 71.

ここで、鉄骨柱71において、厚さtに対する長さDの比を、幅厚比Rとする。柱脚部72において、厚さtに対する長さDの比を、幅厚比Rとする。
図6に示す解析モデルとして、鋼管径(長さD,D)が600mmで、厚さt,tを32mm,25mm,22mm,16mmと変化させた鉄骨柱71(柱脚部72)を用いた。この場合の幅厚比R,Rは、それぞれ19,24,27,38となる。
鋼材として、前記低降伏比の鋼材、及び前記高降伏比−高降伏耐力の鋼材を想定してシミュレーションを行った。低降伏比の鋼材の降伏耐力は325MPaとし、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力は400MPaとした。高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力である400MPaに0.815を乗じると、低降伏比の鋼材の降伏耐力である325MPaと同等になる。その他の解析条件は、第1実施形態と同様である。
Here, the steel columns 71, the ratio of the length D 2 relative to the thickness t 2, the width-thickness ratio R 2. In column base 72, the ratio of the length D 1 to the thickness t 1, and the width-thickness ratio R 1.
As an analysis model shown in FIG. 6, a steel column 71 (column base 72) having a steel pipe diameter (length D 2 , D 1 ) of 600 mm and thicknesses t 2 , t 1 changed to 32 mm, 25 mm, 22 mm, and 16 mm. ) Was used. In this case, the width-to-thickness ratios R 2 and R 1 are 19, 24, 27, and 38, respectively.
The simulation was performed assuming the steel material having the low yield ratio and the steel material having the high yield ratio-high yield strength as the steel materials. The yield strength of the low yield ratio steel was 325 MPa, and the yield strength of the high yield ratio-high yield strength steel was 400 MPa. When 400 MPa, which is the yield strength of a steel material having a high yield ratio-high yield strength, is multiplied by 0.815, it is equivalent to 325 MPa, which is the yield strength of a steel material having a low yield ratio. Other analysis conditions are the same as in the first embodiment.

幅厚比Rが19,24,27,38の場合の柱脚部の曲げモーメントに対する柱脚部の回転角の関係を図17から図20にそれぞれ示す。低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果を実線による線L31で示し、高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果を一点鎖線による線L32で示す。
幅厚比Rが19,24,27,38の全ての場合に対して、一定の回転角に対して、低降伏比の鋼材の曲げモーメントよりも高降伏比−高降伏耐力の鋼材の曲げモーメントが小さくなることはない。
Respectively the relationship between the rotation angle of the columnar leg portion width-thickness ratio R 2 is for the bending moment of the column base in a case of 19,24,27,38 in FIG. 17 to FIG. A simulation result with a steel material having a low yield ratio is indicated by a solid line L31, and a simulation result with a steel material having a high yield ratio-high yield strength is indicated by a dashed line L32.
For the case width-thickness ratio R 2 of all 19,24,27,38, for a given rotation angle, low yield ratio steel bending high yield ratio than the moment of - the bending of the steel material of the high yield strength The moment is never reduced.

図17から図20において、幅厚比Rによる柱脚部の最大耐力の変化について検討する。幅厚比Rには、以下の傾向があると考えられる。すなわち、幅厚比Rが大きくなるに従い、低降伏比の鋼材の最大耐力M1に対し、高降伏点鋼材の高降伏比−高降伏耐力の最大耐力M2は大きくなる。このような傾向が生じる理由を、図21を用いて説明する。図21は、前記図2において、線L1で示される低降伏比の鋼材、及び線L3で示される高降伏比−高降伏耐力の鋼材の真応力−真ひずみ線図に追記したものである。 In FIGS. 17 to 20, consider the change of the maximum strength of the columnar leg portion by width-thickness ratio R 2. The width thickness ratio R 2, considered tend follows. That is, in accordance with increase width-thickness ratio R 2, with respect to ultimate strength M1 steel low yield ratio, high yield ratio high yield point steel - Maximum Strength M2 high yield strength increases. The reason why such a tendency occurs will be described with reference to FIG. FIG. 21 is added to the true stress-true strain diagram of the low yield ratio steel material indicated by line L1 and the high yield ratio-high yield strength steel material indicated by line L3 in FIG.

例えば、鉄骨柱71の一辺の長さDが一定の場合について説明する。鉄骨柱71の厚さtが大きくなり幅厚比Rが小さくなると、鉄骨柱71が降伏耐力を超えた後でも座屈し難くなり、図21中の真ひずみεが比較的大きい領域Rで鉄骨柱71が座屈する。このとき、低降伏比の鋼材の真応力と、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の真応力との差が小さい。
一方で、鉄骨柱71の厚さtが小さくなり幅厚比Rが大きくなると、鉄骨柱71が降伏耐力を超えた後で座屈し易くなり、図21中の真ひずみεが比較的小さい領域Rで鉄骨柱71が座屈する。このとき、低降伏比の鋼材の真応力と、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の真応力との差が大きい。
このため、幅厚比Rが小さい場合には低降伏比の鋼材と高降伏比−高降伏耐力の鋼材とで最大耐力があまり変わらないが、幅厚比Rが大きい場合には低降伏比の鋼材と高降伏比−高降伏耐力の鋼材とで最大耐力の差が大きくなる。
For example, the length D 2 of one side of the steel columns 71 will be described for the case of constant. When the thickness t 2 of the steel column 71 increases and the width-thickness ratio R 2 decreases, the steel column 71 becomes difficult to buckle even after exceeding the yield strength, and the region R in which the true strain ε 1 in FIG. 6 , the steel column 71 buckles. At this time, the difference between the true stress of the steel material having a low yield ratio and the true stress of the steel material having a high yield ratio-high yield strength is small.
On the other hand, when the thickness t 2 of the steel column 71 is decreased and the width-thickness ratio R 2 is increased, the steel column 71 is likely to buckle after exceeding the yield strength, and the true strain ε 2 in FIG. steel column 71 buckles in a small region R 7. At this time, the difference between the true stress of the steel material having a low yield ratio and the true stress of the steel material having a high yield ratio-high yield strength is large.
Therefore, steel and high yield ratio of low yield ratio in the width-thickness ratio R 2 is small - the maximum strength in the steel of high yield strength is not much, low yield when large width-thickness ratio R 2 The difference in maximum proof stress between the steel with a high ratio and the steel with a high yield ratio-high yield strength becomes large.

前記図14に示したケース3からケース5では、低降伏比の鋼材で形成された鉄骨柱を用いたケース1よりも第1階層11に対する最大層間変形角φが大きく低減している。このため、ケース1と同等の骨組性能(最大層間変形角φ)を得るための高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた場合の低減係数(所定の係数)をより合理的に(大きく)設定できる余地があると考えられる。 In Case 5 Case 3 shown in FIG. 14, the maximum story drift phi 1 to the first hierarchy 11 1 than Case 1 using the steel columns formed from steel of a low yield ratio are greatly reduced. For this reason, the reduction factor (predetermined factor) in the case of using a steel material having a high yield ratio-high yield strength in order to obtain a framework performance (maximum interlayer deformation angle φ 1 ) equivalent to that of case 1 is more rational (larger ) There is room for setting.

図22は、前記図7において、線L16で示される低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果、線L17で示される高降伏比−低降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果、及び線L18で示される高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果に加えて、二点鎖線による線L34で示されるシミュレーション結果を追記したものである。なお、図22は、幅厚比が27の場合の結果であり、図19の線L31,L32を、線L16,L18として含む。
線L34で示されるシミュレーション結果では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材において、鉄骨柱の降伏耐力を351MPa、低減係数を0.926に調節した。鉄骨柱の設計強度は、降伏耐力351MPaの0.926倍の325MPaとなる。この場合、低減係数を調節したケースの最大耐力、及び線L16で示される低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力は、互いに同等である。一方で、線L18で示される高降伏比−高降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力は、低減係数を調節したケースの最大耐力よりも大きくなる。
FIG. 22 shows a simulation result of the steel material having a low yield ratio indicated by the line L16 in FIG. 7, a simulation result of the steel material having a high yield ratio-low yield strength indicated by the line L17, and a high yield ratio indicated by the line L18. -In addition to the simulation result by the steel material of high yield strength, the simulation result shown by the line L34 by a dashed-two dotted line is added. FIG. 22 shows the result when the width-thickness ratio is 27, and includes the lines L31 and L32 of FIG. 19 as lines L16 and L18.
In the simulation result indicated by the line L34, the yield strength of the steel column was adjusted to 351 MPa and the reduction factor was adjusted to 0.926 in the steel material having a high yield ratio-high yield strength. The design strength of the steel column is 325 MPa, 0.926 times the yield strength 351 MPa. In this case, the maximum yield strength of the case in which the reduction factor is adjusted and the maximum yield strength of the simulation result by the steel material having a low yield ratio indicated by the line L16 are equal to each other. On the other hand, the maximum yield strength of the simulation result by the steel material having the high yield ratio-high yield strength shown by the line L18 is larger than the maximum yield strength of the case in which the reduction factor is adjusted.

これに対して、線L17で示される高降伏比−低降伏耐力の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力は、線L16で示される低降伏比の鋼材によるシミュレーション結果の最大耐力よりも小さくなる。
これらの最大耐力は、水平荷重(地震力)に対する鉄骨柱等の柱部材の抵抗力である。局部座屈による耐力劣化が柱部材に生じると、骨組の中で耐力劣化箇所に損傷が集中し、倒壊へと至る。従って、柱部材の最大耐力が、高降伏比の鋼材と低降伏比の鋼材とで同等であれば、骨組としての応答性状も同等となると考えられる。
さらに、この低減係数を調節した鉄骨柱を用いて、解析結果1と同様に、8階層の鉄骨ラーメン構造の時刻歴応答解析を実施した。解析を行ったケース6からケース8における鉄骨柱の断面の諸元等を、表3に示す。ケース6からケース8では、幅厚比は27であり、柱脚部又は鉄骨柱の低減係数を0.926に調節した。なお、表3以外の解析条件は、解析結果1での解析条件と同一である。
On the other hand, the maximum yield strength of the simulation result by the steel material having the high yield ratio-low yield strength indicated by the line L17 is smaller than the maximum yield strength of the simulation result by the steel material having the low yield ratio indicated by the line L16.
These maximum proof stresses are the resistance force of column members, such as a steel column, with respect to a horizontal load (seismic force). When the yield strength deterioration due to local buckling occurs in the column member, damage concentrates on the strength degradation portion in the frame, leading to collapse. Therefore, if the maximum yield strength of the column member is the same between the steel material having a high yield ratio and the steel material having a low yield ratio, it is considered that the responsiveness as a framework is also equivalent.
Furthermore, using the steel column with the reduced coefficient adjusted, the time history response analysis of the eight-layer steel frame structure was performed in the same manner as the analysis result 1. Table 3 shows the specifications of the cross section of the steel column in Case 6 to Case 8 where the analysis was performed. In case 6 to case 8, the width-thickness ratio was 27, and the reduction factor of the column base or steel column was adjusted to 0.926. The analysis conditions other than those in Table 3 are the same as the analysis conditions in analysis result 1.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

ケース6の鉄骨柱の断面の諸元等において、表2に示した第1実施形態に相当するケース3の鉄骨柱の断面の諸元等と異なる点は、柱脚部に降伏耐力が351MPaの高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用い、低減係数を0.926に調節して、設計強度を325MPaにした点である。
ケース7の鉄骨柱の断面の諸元等において、表2に示した第2実施形態に相当するケース4の鉄骨柱の断面の諸元等と異なる点は、柱脚部に降伏耐力が351MPaの高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用い、低減係数を0.926に調節して、設計強度を325MPaにした点である。
ケース8の鉄骨柱の断面の諸元等において、表2に示した第3実施形態に相当するケース5の鉄骨柱の断面の諸元等と異なる点は、鉄骨柱に降伏耐力が351MPaの高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用い、低減係数を0.926に調節して、設計強度を325MPaにした点である。
A difference between the specifications of the cross section of the steel column of the case 6 and the specifications of the cross section of the steel column of the case 3 corresponding to the first embodiment shown in Table 2 is that the yield strength of the column base is 351 MPa. This is a point in which a steel material having a high yield ratio-high yield strength is used, the reduction factor is adjusted to 0.926, and the design strength is set to 325 MPa.
A difference between the specifications of the cross section of the steel column of the case 7 and the specifications of the cross section of the steel column of the case 4 corresponding to the second embodiment shown in Table 2 is that the yield strength of the column base is 351 MPa. This is a point in which a steel material having a high yield ratio-high yield strength is used, the reduction factor is adjusted to 0.926, and the design strength is set to 325 MPa.
The cross section specifications of the steel column of the case 8 differ from the cross section specifications of the steel column of the case 5 corresponding to the third embodiment shown in Table 2 in that the steel column has a high yield strength of 351 MPa. This is a point in which a steel material having a yield ratio-high yield strength is used, the reduction factor is adjusted to 0.926, and the design strength is set to 325 MPa.

ケース6からケース8の解析結果を、解析結果1の図14に対応させて図23に示す。
図23中には、線L21でケース1のシミュレーション結果を示す。点線による線L36は、ケース6のシミュレーション結果である。一点鎖線による線L37は、ケース7のシミュレーション結果である。二点鎖線による線L38は、ケース8のシミュレーション結果である。
ケース6から8の第1階層11に対する最大層間変形角は、低降伏比の鋼材を用いたケース1の第1階層11に対する最大層間変形角と同等以下に制御されている。この結果より、少なくとも一部に高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた鉄骨柱において、最大耐力が低降伏比の鋼材と同等となる復元力特性を与えることで、従来構造(低降伏比の鋼材を鉄骨柱に用い鉄骨ラーメン骨組)と同程度に地震時の応答を制御できることが分かった。
The analysis results of case 6 to case 8 are shown in FIG. 23 corresponding to FIG.
In FIG. 23, the simulation result of case 1 is shown by line L21. A dotted line L36 is a simulation result of Case 6. A line L37 by a one-dot chain line is a simulation result of case 7. A line L38 by a two-dot chain line is a simulation result of Case 8.
Maximum story drift with respect to the first hierarchy 11 1 from the case 6 8 is controlled to equal to or less than the maximum story drift with respect to the first hierarchy 11 1 of the case 1 using the steel low yield ratio. From this result, in steel columns using steel materials with high yield ratio-high yield strength at least in part, the conventional structure (low yield ratio) is given by giving the restoring force characteristics that the maximum yield strength is equivalent to steel materials with low yield ratio. It was found that the response at the time of earthquake can be controlled to the same extent as that of steel frames.

本知見を様々な幅厚比を持つ鉄骨柱に一般化するため、鉄骨柱の柱断面等を様々に変化させた場合の有限要素解析を実施し、低降伏比の鋼材の最大耐力と高降伏比−高降伏耐力の鋼材の最大耐力が同等となるための鉄骨柱の設計強度の低減係数を算出した。鉄骨柱の一辺の長さDを、600mmとした。鉄骨柱の厚さtを、36mm,32mm,25mm,22mm,19mm,16mmとした。軸力比を、0,0.15,0.3,0.5とした。
これらの解析結果を、図24に示す。図24の横軸は幅厚比を表し、縦軸は低減係数を表す。図24における各解析結果のプロットに対応する低減係数以下の範囲が、高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いても、低降伏比の鋼材を用いた従来の鉄骨構造物と同等以上の耐震性能となる低減係数の範囲である。
In order to generalize this knowledge to steel columns with various width-thickness ratios, finite element analysis was performed when the column cross-section of the steel column was changed variously, and the maximum yield strength and high yield of steel materials with low yield ratio were implemented. Ratio-The reduction factor of the design strength of the steel column was calculated so that the maximum yield strength of the steel with high yield strength would be equivalent. Of one side of the steel column the length D 2, it was 600mm. The thickness t 2 of the steel columns, and 36mm, 32mm, 25mm, 22mm, 19mm, and 16mm. The axial force ratio was set to 0, 0.15, 0.3, 0.5.
These analysis results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 24 represents the width-thickness ratio, and the vertical axis represents the reduction factor. The range below the reduction factor corresponding to the plot of each analysis result in FIG. 24 is an earthquake resistance equal to or higher than that of a conventional steel structure using a steel material having a low yield ratio even if a steel material having a high yield ratio-high yield strength is used. It is the range of the reduction factor that becomes the performance.

図24において、幅厚比が小さい領域R11では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等となるためには、0.815程度の低減係数が必要である。すなわち、この領域R11において、軸力比等が様々に変化しても低減係数が0.815程度以下であれば、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等以上になる。
幅厚比が大きい領域R12では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等となるためには、低減係数は0.915程度まで緩和(大きく)できる。これは、図17から図21に示したように、幅厚比が大きい場合には、鋼材が降伏耐力を超えた後で比較的早期に局部座屈が生じて最大耐力を迎える結果と整合している。
領域R11と領域R12との間の領域R13では、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度が低降伏比の鋼材の設計強度と同等となるための低減係数は、幅厚比が大きくなるのに従い漸次大きくなる。
この結果から、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の設計強度の低減係数を、鉄骨柱については(12)式による低減係数α、柱脚部については(13)式による低減係数αとする。(12)式及び(13)式は、様々な幅厚比を持つ鉄骨柱及び柱脚部を安全側に評価して求めた式である。
In Figure 24, the width-thickness ratio is less area R 11, high yield ratio - to design strength of the steel material of the high yield strength becomes equal to the design strength of steel low yield ratio reduction factor of about 0.815 is required. That is, in this region R 11, if the reduction coefficient axial force ratio and the like is also variously changed is not more than about 0.815, a high yield ratio - High Yield Strength design strength of steel is low yield ratio steel It will be equal to or better than the design strength.
In the width-thickness ratio greater area R 12, high yield ratio - to design strength of the steel material of the high yield strength becomes equal to the design strength of steel low yield ratio reduction factor to about 0.915 relaxation (larger )it can. This is consistent with the result that when the width-to-thickness ratio is large, as shown in FIGS. 17 to 21, local buckling occurs relatively early after the steel material exceeds the yield strength and the maximum strength is reached. ing.
In the region R 13 between the region R 11 and the region R 12, high yield ratio - reduction factor for the design strength of the steel material becomes equal to the design strength of steel with low yield ratio of high yield strength, the width-thickness ratio As the value increases, it gradually increases.
From this result, the reduction factor of the design strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength, the reduction factor α 2 by the equation (12) for the steel column, and the reduction factor α 1 by the equation (13) for the column base To do. Expressions (12) and (13) are expressions obtained by evaluating steel columns and column bases having various width-thickness ratios on the safe side.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

(12)式に基づく高降伏比−高降伏耐力の鋼材を用いた鉄骨柱の設計強度の低減係数は、幅厚比Rの領域R12及び領域R13において、第1実施形態から第3実施形態における0.815という低減係数を緩和することができる。すなわち、従来構造である低降伏比の鋼材を鉄骨柱に用いた骨組と同等以下の構造性能を与えながら、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力に対してより高い設計強度を与えることができ、より小さい断面で所定の構造強度を得ることができる。
なお、本実施形態における鉄骨構造物の設計方法は、第1実施形態から第3実施形態における鉄骨構造物の設計方法において、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を、高降伏比−高降伏耐力の鋼材の降伏耐力の(12)式による低減係数α以下又は(13)式による低減係数α以下にすることに相当する。
(12) High yield ratio based on formula - reduction factor of design strength of steel to steel columns using high yield strength is in the region R 12 and region R 13 of the width-thickness ratio R 2, third from the first embodiment The reduction factor of 0.815 in the embodiment can be relaxed. In other words, giving a higher design strength to the yield strength of steel with a high yield ratio-high yield strength while giving structural performance equivalent to or less than that of a conventional steel frame with a low yield ratio steel. And a predetermined structural strength can be obtained with a smaller cross section.
In addition, the design method of the steel structure in the present embodiment is a value that is lower than the yield strength of the steel material having a high yield ratio-high yield strength in the design method of the steel structure in the first to third embodiments. the high yield ratio - equivalent to the reduction factor alpha 1 below by a high yield strength of the yield strength of the steel (12) reduction coefficient alpha 2 below or by formula (13).

以上説明したように、本実施形態の鉄骨構造物によれば、第1実施形態から第3実施形態の鉄骨構造物1から鉄骨構造物3の奏する効果に加えて、鉄骨構造物1から鉄骨構造物3と同等又はより少ない材料で柱脚部又は鉄骨柱を構成でき、柱脚部又は鉄骨柱を軽量化することができる。
また、本実施形態の鉄骨構造物の設計方法によれば、第1実施形態から第3実施形態の鉄骨構造物の設計方法の奏する効果に加えて、鉄骨構造物1から鉄骨構造物3と同等又はより少ない材料で柱脚部又は鉄骨柱を構成でき、柱脚部又は鉄骨柱を軽量化することができる。
また、本実施形態の鉄骨構造物、及び鉄骨構造物の設計方法によれば、鉄骨柱の製造コストを抑えて鉄骨構造物を施工することができる。
As explained above, according to the steel structure of the present embodiment, in addition to the effects produced by the steel structures 1 to 3 of the first to third embodiments, the steel structure 1 to the steel structure The column base or the steel column can be configured with a material equivalent to or less than that of the object 3, and the column base or the steel column can be reduced in weight.
Moreover, according to the design method of the steel structure of this embodiment, in addition to the effect which the design method of the steel structure of 1st Embodiment to 3rd Embodiment show | plays, it is equivalent to the steel structure 1 to the steel structure 3 Alternatively, the column base or the steel column can be configured with less material, and the column base or the steel column can be reduced in weight.
Moreover, according to the steel structure of this embodiment and the design method of a steel structure, a steel structure can be constructed while suppressing the manufacturing cost of the steel column.

(解析結果2)
(12)式及び(13)式の設計強度の低減係数の妥当性を検証するため、解析結果1に用いた8階層の鉄骨ラーメン骨組をベースに、表4から表6のケースA1からケースC5のように鉄骨柱の断面の諸元等を変化させた解析を実施した。
(Analysis result 2)
In order to verify the validity of the reduction factor of the design strength of the equations (12) and (13), the case A1 to the case C5 in Tables 4 to 6 are based on the eight-layer steel frame framework used in the analysis result 1. In this way, analysis was performed by changing the specifications of the cross section of the steel column.

Figure 2019196698
Figure 2019196698

Figure 2019196698
Figure 2019196698

Figure 2019196698
Figure 2019196698

なお、表4に示すケースA1からケースA5は、幅厚比が20の場合であり、解析結果1で表2に示した鉄骨柱の断面寸法に対して、第1階層から第5階層における鉄骨柱の断面寸法を500mm角で厚さが25mmとした。
表5に示すケースB1からケースB5は、幅厚比が26の場合であり、解析結果1で表2に示した鉄骨柱の断面寸法と同一とした。
表6に示すケースC1からケースC5は、幅厚比が32の場合であり、解析結果1で表2に示した鉄骨柱の断面寸法に対して、第1階層から第5階層における鉄骨柱の断面寸法を600mm角で厚さが19mmとした。
Note that Case A1 to Case A5 shown in Table 4 are cases where the width-thickness ratio is 20, and the steel frames in the first to fifth layers with respect to the cross-sectional dimensions of the steel column shown in Table 2 in the analysis result 1 The cross-sectional dimension of the column was 500 mm square and the thickness was 25 mm.
Case B1 to Case B5 shown in Table 5 have a width-thickness ratio of 26, and are the same as the cross-sectional dimensions of the steel column shown in Table 2 in Analysis result 1.
Case C1 to Case C5 shown in Table 6 are cases in which the width-thickness ratio is 32, and the steel column in the first to fifth layers is compared with the cross-sectional dimension of the steel column shown in Table 2 in Analysis Result 1. The cross-sectional dimensions were 600 mm square and the thickness was 19 mm.

ケースA1,B1,C1は、全ての鉄骨柱に低降伏比の鋼材を用いた場合で、従来の鉄骨構造物の構造を想定したものである。ケースA1,B1,C1における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース1における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。
ケースA2,B2,C2は、全ての鉄骨柱に高降伏比−高降伏耐力の鋼材を設計強度の低減係数を適用せずに用いた場合で、従来の鉄骨構造物の構造を想定したものである。ケースA2,B2,C2における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース2における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。
Cases A1, B1, and C1 are cases in which steel materials with a low yield ratio are used for all steel columns, and assume the structure of a conventional steel structure. The yield strength, design strength, and yield ratio at each level in cases A1, B1, and C1 are the same as the yield strength, design strength, and yield ratio at each level in case 1.
Cases A2, B2, and C2 are the cases where steel materials with high yield ratio-high yield strength are used without applying the design strength reduction factor to all steel columns, assuming the structure of a conventional steel structure. is there. The yield strength, design strength, and yield ratio at each level in cases A2, B2, and C2 are the same as the yield strength, design strength, and yield ratio at each level in case 2.

ケースA3,B3,C3は、第1実施形態の鉄骨構造物において所定の係数を柱脚部についての(13)式による低減係数αとした場合、及び第1実施形態の鉄骨構造物の設計方法において鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を低減係数α以下とした場合である。
ケースA3,B3,C3における柱脚部以外の各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース3における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。ケースA3,B3,C3における柱脚部での設計強度及び降伏比は、ケース3における柱脚部での設計強度及び降伏比とそれぞれ同一である。ただし、ケースA3,B3,C3における柱脚部での鋼材の降伏耐力は、幅厚比に応じた低減係数αを乗じた値が325MPaになるように調節した。例えば、幅厚比が20の場合の(13)式による低減係数αは0.834であるため、柱脚部での鋼材の降伏耐力を、(325/0.834)の式から389MPaとした。
Case A3, B3, C3, when a predetermined coefficient in the steel structure of the first embodiment reduces the coefficient alpha 1 and by equation (13) for column base, and the design of the steel structure of the first embodiment it is a case of a value with reduced reduction factor alpha 1 or less than the yield strength of the steel in the process.
The yield strength, design strength, and yield ratio at each level other than the column base in cases A3, B3, and C3 are the same as the yield strength, design strength, and yield ratio at each level in case 3. The design strength and yield ratio at the column base in cases A3, B3, and C3 are the same as the design strength and yield ratio at the column base in case 3, respectively. However, the yield strength of the steel at the column base of the case A3, B3, C3 is a value obtained by multiplying the reduction factor alpha 1 in accordance with the width-thickness ratio was adjusted to 325 MPa. For example, the width-thickness ratio is the reduction factor alpha 1 according to (13) in the case of 20 is 0.834, the yield strength of the steel at the column base, and 389MPa from the equation (325 / 0.834) did.

ケースA4,B4,C4は、第2実施形態の鉄骨構造物において所定の係数を柱脚部についての(13)式による低減係数αとした場合、及び第2実施形態の鉄骨構造物の設計方法において鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を低減係数α以下とした場合である。
ケースA4,B4,C4における柱脚部以外の各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比は、ケース4における各階層での降伏耐力、設計強度、及び降伏比とそれぞれ同一である。ケースA4,B4,C4における柱脚部での設計強度及び降伏比は、ケース4における柱脚部での設計強度及び降伏比とそれぞれ同一である。ただし、ケースA4,B4,C4における柱脚部での鋼材の降伏耐力は、幅厚比に応じた低減係数αを乗じた値が325MPaになるように調節した。例えば、幅厚比が20の場合の(13)式による低減係数αは0.834であるため、柱脚部での鋼材の降伏耐力を、(325/0.834)の式から389MPaとした。
Case A4, B4, C4, when a predetermined coefficient in the steel structure of the second embodiment and reduce the coefficient alpha 1 according to (13) for column base, and the design of the steel structure of the second embodiment it is a case of a value with reduced reduction factor alpha 1 or less than the yield strength of the steel in the process.
The yield strength, design strength, and yield ratio at each level other than the column base in cases A4, B4, and C4 are the same as the yield strength, design strength, and yield ratio at each level in case 4. The design strength and yield ratio at the column base in cases A4, B4, and C4 are the same as the design strength and yield ratio at the column base in case 4, respectively. However, the yield strength of the steel at the column base of the case A4, B4, C4 is a value obtained by multiplying the reduction factor alpha 1 in accordance with the width-thickness ratio was adjusted to 325 MPa. For example, the width-thickness ratio is the reduction factor alpha 1 according to (13) in the case of 20 is 0.834, the yield strength of the steel at the column base, and 389MPa from the equation (325 / 0.834) did.

ケースA5,B5,C5は、第3実施形態の鉄骨構造物において所定の係数を鉄骨柱についての(12)式による低減係数αとした場合、及び第3実施形態の鉄骨構造物の設計方法において鋼材の降伏耐力よりも低減させた値を低減係数α以下とした場合である。
ケースA5,B5,C5における各階層での設計強度及び降伏比は、ケース5における各階層での設計強度及び降伏比とそれぞれ同一である。ケースA5,B5,C5における各階層での鋼材の降伏耐力は、幅厚比に応じた低減係数αを乗じた値が325MPaになるように調節した。例えば、幅厚比が20の場合の(12)式による低減係数αは0.834であるため、各階層での鋼材の降伏耐力を、(325/0.834)の式から389MPaとした。
その他の解析条件は、解析結果1と同一である。
Case A5, B5, C5, when a predetermined coefficient in the steel structure of the third embodiment has a reduction factor alpha 2 by the equation (12) for steel columns, and a method of designing a steel structure of the third embodiment it is a case of a value with reduced reduction coefficient alpha 2 or less than the yield strength of the steel at.
The design strength and yield ratio at each level in cases A5, B5, and C5 are the same as the design strength and yield ratio at each level in case 5. Case A5, yield strength of the steel in each hierarchy in B5, C5 is a value obtained by multiplying the reduction factor alpha 2 in accordance with the width-thickness ratio was adjusted to 325 MPa. For example, the width-thickness ratio is the reduction factor alpha 2 by (12) in the case of 20 is 0.834, the yield strength of the steel in each layer, was 389MPa from the equation (325 / 0.834) .
Other analysis conditions are the same as those of analysis result 1.

図25に、幅厚比が20であるケースA1からケースA5の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す。図25において、実線による線L41は、ケースA1のシミュレーション結果である。点線による線L42は、ケースA2のシミュレーション結果である。一点鎖線による線L43は、ケースA3のシミュレーション結果である。二点鎖線による線L44は、ケースA4のシミュレーション結果である。太い実線による線L45は、ケースA5のシミュレーション結果である。
図26に幅厚比が26であるケースB1からケースB5の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す。実線による線L46は、ケースB1のシミュレーション結果である。点線による線L47は、ケースB2のシミュレーション結果である。一点鎖線による線L48は、ケースB3のシミュレーション結果である。二点鎖線による線L49は、ケースB4のシミュレーション結果である。太い実線による線L50は、ケースB5のシミュレーション結果である。
FIG. 25 shows the analysis result of the maximum interlayer deformation angle in each layer in case A1 to case A5 where the width-thickness ratio is 20. In FIG. 25, a solid line L41 is a simulation result of case A1. A dotted line L42 is a simulation result of case A2. A line L43 by a one-dot chain line is a simulation result of case A3. A line L44 by a two-dot chain line is a simulation result of case A4. A thick line L45 is a simulation result of case A5.
FIG. 26 shows the analysis result of the maximum interlayer deformation angle in each layer in case B1 to case B5 where the width-thickness ratio is 26. A solid line L46 is a simulation result of case B1. A dotted line L47 is a simulation result of case B2. A line L48 by a one-dot chain line is a simulation result of case B3. A line L49 by a two-dot chain line is a simulation result of case B4. A thick line L50 is a simulation result of case B5.

図27に幅厚比が32であるケースC1からケースC5の場合の各階層における最大層間変形角の解析結果を示す。実線による線L51は、ケースC1のシミュレーション結果である。点線による線L52は、ケースC2のシミュレーション結果である。一点鎖線による線L53は、ケースC3のシミュレーション結果である。二点鎖線による線L54は、ケースC4のシミュレーション結果である。太い実線による線L55は、ケースC5のシミュレーション結果である。   FIG. 27 shows the analysis result of the maximum interlayer deformation angle in each layer in case C1 to case C5 where the width-thickness ratio is 32. A solid line L51 is a simulation result of case C1. A dotted line L52 is a simulation result of case C2. A line L53 by a one-dot chain line is a simulation result of case C3. A line L54 by a two-dot chain line is a simulation result of case C4. A thick solid line L55 is a simulation result of case C5.

いずれの幅厚比においても、従来の鉄骨構造物の構造であるケースA1,B1,C1に対し、設計強度の低減係数を適用せずに高降伏比−高降伏耐力の鋼材を使用したケースA2,B2,C2では、第1階層11に対する最大層間変形角φが増大し、最下層である第1階層11への損傷集中が進行している。
これに対し、(12)式及び(13)式による低減係数α,αを用いたケースA3〜A5,B3〜B5,C3〜C5では、低降伏比の鋼材を用いた従来の鉄骨構造物の構造と同等以下の最大層間変形角φに応答が制御されている。本結果より、(12)式及び(13)式による低減係数α,αは妥当なものと考えられる。
In any width-thickness ratio, the case A2, which uses a steel material having a high yield ratio-high yield strength without applying a design strength reduction factor to the cases A1, B1, C1 which are the structures of conventional steel structures. in B2, C2, maximum story drift phi 1 to the first hierarchy 11 1 is increased, damage concentration on the first layer 11 1 is the lowest layer is in progress.
On the other hand, in the cases A3 to A5, B3 to B5, and C3 to C5 using the reduction factors α 2 and α 1 according to the equations (12) and (13), the conventional steel structure using a steel material with a low yield ratio. The response is controlled to a maximum interlayer deformation angle φ 1 equal to or less than the structure of the object. From these results, it is considered that the reduction coefficients α 2 and α 1 according to the equations (12) and (13) are appropriate.

以上、本発明の第1実施形態から第4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。   The first to fourth embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the configuration does not depart from the gist of the present invention. Changes, combinations, deletions, etc. are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the embodiments can be used in appropriate combinations.

1,2,3 鉄骨構造物
11 階層
21,51,61,71 鉄骨柱
22,72 柱脚部
26 鉄骨梁
31 接合部
S10,S20,S30 鉄骨構造物の設計方法
1, 2, 3 Steel structure 11 level 21, 51, 61, 71 Steel column 22, 72 Column base 26 Steel beam 31 Joint S10, S20, S30 Design method of steel structure

Claims (14)

鉄骨梁、及び、降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(1)式を満たし、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である鉄骨構造物。
ただし、は前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記接合部の全塑性モーメントである。
Figure 2019196698
A steel structure comprising a steel beam and a steel column formed of a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and having a plurality of layers in the vertical direction,
The beam-to-column strength ratio is 1.5 or more, or the formula (1) is satisfied,
The steel structure in which the design strength of the column base part used for the said hierarchy arrange | positioned most lower among the said steel columns among the said steel columns is 0.815 times or less of the yield strength of the said steel materials.
Where c M p is the total plastic moment of the portion of the steel column that is joined to the joint with the steel beam, and b M p is the total plastic moment of the portion of the steel beam that is joined to the joint. Moment, and p M p is the total plastic moment of the joint.
Figure 2019196698
鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、降伏比が80%を超え90%以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、
前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下であり、
前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が80%以下の前記鋼材で形成されている鉄骨構造物。
A steel structure having a steel frame made of steel and having a plurality of layers in the vertical direction and having a plurality of layers,
Of the steel columns, the column base used in the lowermost layer among the plurality of layers is formed of the steel material having a high yield ratio with a yield ratio of more than 80% and 90% or less. ,
The design strength of the column base is 0.815 times or less the yield strength of the steel material with the high yield ratio,
A steel structure formed of the steel material having a yield ratio of 80% or less except for the column base portion of the steel column.
降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下である鉄骨構造物。
A steel structure having a steel frame structure comprising a steel column formed of a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less,
A steel structure in which the design strength of the steel column is 0.815 times or less the yield strength of the steel material.
鉄骨梁、及び、降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
柱梁耐力比が1.5以上である、又は、(2)式を満たし、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、
前記柱脚部の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の(3)式による低減係数α倍以下である鉄骨構造物。
ただし、は前記鉄骨柱のうち前記鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記接合部の全塑性モーメントであり、Dは前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、tは前記柱脚部の厚さである。
Figure 2019196698
A steel structure comprising a steel beam and a steel column formed of a steel material having a yield ratio of more than 80% and 90% or less, and having a plurality of layers in the vertical direction,
The column beam strength ratio is 1.5 or more, or the formula (2) is satisfied,
Of the steel pillars, the column base used for the layer disposed at the lowest position in the plurality of layers is formed in a rectangular tube shape,
A steel structure in which the design strength of the column base is less than or equal to a reduction factor α of 1 by the expression (3) of the yield strength of the steel material.
Where c M p is the total plastic moment of the portion of the steel column that is joined to the joint with the steel beam, and b M p is the total plastic moment of the portion of the steel beam that is joined to the joint. P M p is the total plastic moment of the joint, D 1 is the length of the outer side in the cross section of the column base, and t 1 is the thickness of the column base .
Figure 2019196698
鋼材で形成された鉄骨柱を備え、上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部は、角筒状に形成され、
前記柱脚部は、降伏比が80%を超え90%以下である高降伏比の前記鋼材で形成され、
前記柱脚部の設計強度が、前記高降伏比の前記鋼材の降伏耐力の(4)式による低減係数α倍以下であり、
前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外は、降伏比が80%以下の前記鋼材で形成されている鉄骨構造物。
ただし、Dは前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、tは前記柱脚部の厚さである。
Figure 2019196698
A steel structure having a steel frame made of steel and having a plurality of layers in the vertical direction and having a plurality of layers,
Of the steel pillars, the column base used for the layer disposed at the lowest position in the plurality of layers is formed in a rectangular tube shape,
The column base portion is formed of the steel material having a high yield ratio in which the yield ratio exceeds 80% and is 90% or less.
The design strength of the column base is a reduction factor α of 1 or less according to the formula (4) of the yield strength of the steel material with the high yield ratio,
A steel structure formed of the steel material having a yield ratio of 80% or less except for the column base portion of the steel column.
However, D 1 is the length of the outer side in the cross section of the column base, t 1 is the thickness of the columnar leg portion.
Figure 2019196698
降伏比が80%を超え90%以下である鋼材で角筒状に形成された鉄骨柱を備える、鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物であって、
前記鉄骨柱の設計強度が、前記鋼材の降伏耐力の(5)式による低減係数α倍以下である鉄骨構造物。
ただし、Dは前記鉄骨柱の横断面における外側の一辺の長さであり、tは前記鉄骨柱の厚さである。
Figure 2019196698
A steel structure with a steel frame structure comprising a steel column formed in a rectangular tube shape with a steel material having a yield ratio of more than 80% and not more than 90%,
A steel structure in which the design strength of the steel column is less than or equal to 2 times the reduction coefficient α according to the expression (5) of the yield strength of the steel material.
However, D 2 is the length of the outer side in the cross section of the steel column, t 2 is the thickness of the steel columns.
Figure 2019196698
降伏比が80%を超え90%以下である前記鋼材は、降伏耐力が400MPa以上550MPa以下であり、引張強さが490MPa以上640MPa以下である請求項1から6のいずれか一項に記載の鉄骨構造物。   The steel material according to any one of claims 1 to 6, wherein the steel material having a yield ratio exceeding 80% and not more than 90% has a yield strength of 400 MPa to 550 MPa and a tensile strength of 490 MPa to 640 MPa. Structure. 降伏比が80%を超え90%以下である前記鋼材は、降伏耐力が500MPa以上650MPa以下であり、引張強さが590MPa以上740MPa以下である請求項1から6のいずれか一項に記載の鉄骨構造物。   The steel material according to any one of claims 1 to 6, wherein the steel material having a yield ratio exceeding 80% and not more than 90% has a yield strength of 500 MPa to 650 MPa and a tensile strength of 590 MPa to 740 MPa. Structure. 上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定し、
柱梁耐力比を1.5以上にする、又は、(6)式を満たすように設定し、
前記鉄骨柱のうち、前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定する鉄骨構造物の設計方法。
ただし、は前記鉄骨柱のうち鉄骨梁との接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記鉄骨梁のうち前記接合部に接合される部分の全塑性モーメントであり、は前記接合部の全塑性モーメントである。
Figure 2019196698
The yield ratio of the steel material forming the steel column provided in the steel structure by the steel frame structure having a plurality of layers in the vertical direction is set in a range of more than 80% and 90% or less,
The column beam strength ratio is set to 1.5 or more, or set to satisfy the formula (6),
Of the steel column, the design strength of the column base used in the lowermost layer among the plurality of levels is set to a value that is set to a value that is lower than the yield strength of the steel material. Design method.
Where c M p is the total plastic moment of the portion of the steel column that is joined to the joint with the steel beam, and b M p is the total plastic moment of the portion of the steel beam that is joined to the joint. And p M p is the total plastic moment of the joint.
Figure 2019196698
上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱において、
前記複数の階層の中で最も下方に配置された前記階層に用いられる柱脚部を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定し、
前記柱脚部の設計強度を、降伏比が80%を超え90%以下の範囲の前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定し、
前記鉄骨柱のうちの前記柱脚部以外の降伏比を、80%以下の範囲に設定する鉄骨構造物の設計方法。
In the steel column provided in the steel structure by the steel frame ramen structure having a plurality of layers in the vertical direction,
The yield ratio of the steel material forming the column base used in the lowermost layer among the plurality of layers is set in a range of more than 80% and 90% or less,
The design strength of the column base is set to a value obtained by reducing the yield strength of the steel material in a range where the yield ratio exceeds 80% and is 90% or less,
A method for designing a steel structure, wherein a yield ratio of the steel columns other than the column base is set to a range of 80% or less.
上下方向に複数の階層を有する鉄骨ラーメン構造による鉄骨構造物が備える鉄骨柱を形成する鋼材の降伏比を、80%を超え90%以下の範囲に設定し、
前記鉄骨柱の設計強度を、前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値に設定する鉄骨構造物の設計方法。
The yield ratio of the steel material forming the steel column provided in the steel structure by the steel frame structure having a plurality of layers in the vertical direction is set in a range of more than 80% and 90% or less,
The design method of the steel structure which sets the design strength of the said steel column to the value reduced rather than the yield strength of the said steel materials.
前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の0.815倍以下の値である請求項9から11のいずれか一項に記載の鉄骨構造物の設計方法。   The method for designing a steel structure according to any one of claims 9 to 11, wherein the value reduced from the yield strength of the steel material is a value not more than 0.815 times the yield strength of the steel material. 前記柱脚部の形状を、角筒状に設定し、
前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の(7)式による低減係数α倍以下である請求項9又は10に記載の鉄骨構造物の設計方法。
ただし、Dは前記柱脚部の横断面における外側の一辺の長さであり、tは前記柱脚部の厚さである。
Figure 2019196698
The shape of the column base is set to a rectangular tube shape,
The method for designing a steel structure according to claim 9 or 10, wherein a value reduced from the yield strength of the steel material is not more than a reduction factor α 1 times according to the expression (7) of the yield strength of the steel material.
However, D 1 is the length of the outer side in the cross section of the column base, t 1 is the thickness of the columnar leg portion.
Figure 2019196698
前記鉄骨柱の形状を、角筒状に設定し、
前記鋼材の降伏耐力よりも低減させた値は、前記鋼材の降伏耐力の(8)式による低減係数α倍以下である請求項11に記載の鉄骨構造物の設計方法。
ただし、Dは前記鉄骨柱の横断面における外側の一辺の長さであり、tは前記鉄骨柱の厚さである。
Figure 2019196698
The shape of the steel column is set to a rectangular tube shape,
The method for designing a steel structure according to claim 11, wherein a value reduced from the yield strength of the steel material is a reduction factor α 2 times or less according to the equation (8) of the yield strength of the steel material.
However, D 2 is the length of the outer side in the cross section of the steel column, t 2 is the thickness of the steel columns.
Figure 2019196698
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