JP2023096238A - 鉄骨骨組み構造、鉄骨骨組み構造の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】規格化された上層部の設計ルールや部材を殆ど変更することなく、下層に大空間構築を実現できる鉄骨骨組み構造、鉄骨骨組み構造の設計方法を提供する。【解決手段】本発明に係る鉄骨骨組み構造１００は、１方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構１０１を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱１１とＨ形鋼梁１４で構成した２方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構１０２を配置するものであって、第二の鉄骨ラーメン架構１０２を構成するＨ形鋼梁１４は、フランジ幅が上層の第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅の２倍以上であって、第二の鉄骨ラーメン架構１０２のＨ形鋼梁１４のうち外壁８に面する梁は、鋼管柱１１の外壁８側の面の延長線上に梁フランジ１７の外壁８側の端面を略一致させて鋼管柱１１に固定されており、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構１０１のＨ形鋼梁４の梁フランジ幅の１／２の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁芯を一致させて配置した。【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄骨骨組み構造に関し、特に、Ｈ形鋼柱とＨ形鋼梁を梁通し型で構成する規格化された１方向鉄骨ラーメン架構の下層に、鋼管柱とＨ形鋼梁による２方向鉄骨ラーメン架構を配する鉄骨骨組み構造及びその設計方法に関する。

鉄骨プレファブ住宅に代表される型式を規格化した鉄骨骨組み構造では、その範囲で間取りの自由度が高くなっているが、大空間を構成するにはシステム上の制約があり、他のシステムを混在させるとモジュールや外壁の納まりが不整合となり、実現が困難となる場合がある。

特許文献１では、Ｈ形鋼柱の強軸方向とＨ形鋼梁の長手方向とが平行になるように配置して剛接合した梁通し型の鉄骨１方向ラーメン構造が示されており、ラーメン構造で設計上の制約となる柱梁の配置をフレキシブルにするものである。

この梁通し型の鉄骨１方向ラーメン構造の具体例が特許文献２の図１および図２に示されており、外壁は、特許文献２に示す、下階の鉄骨梁Ｈに固定された下部取付部材３およびその上階の鉄骨梁Ｈに固定された上部取付部材４にわたって固定する。前記取付部材により、鉄骨梁の外壁側端面と外壁とは一定のクリアランスが確保されている（特許文献２図４参照）。

建物の形式として、例えば、集合住宅の下層階を大スパン化して、店舗など商業施設とする形態がある。特許文献３では、特許文献２におけるモジュールの制約のなかでスパンを大きくするためにＨ形鋼を直列に組み合わせ、断面の軸力、曲げ耐力と剛性を確保した柱が示されている。

特開平3-233039号公報 特開2001-107488号公報 特開2018-123484号公報

本願発明の目的は、規格化された１方向ラーメン構造の下層部に２方向ラーメン構造によって大空間を確保する合理的な鉄骨骨組み構造を提供するものである。そこで、ここでは、上層部のＨ形鋼柱とＨ形鋼梁からなる１方向ラーメンと下層部の大スパン２方向ラーメンをどう整合させるかについて検討した。

下層部に大空間を確保するのに際しては、大スパン２方向ラーメンとする必要があるため、柱の断面性能を大きくする必要がある。特許文献３に示す、Ｈ形鋼を直列に組み合わせて断面の軸力、曲げ耐力と剛性を確保した柱は、柱の弱軸方向の耐力、剛性は大きく向上しないため、２方向ラーメンとするには、これらをＸＹ方向に配置して組み合わせる必要がある。構造を検討した配置例を図１０に示す。ここでは、特許文献３の図２に示すフランジ１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの外表面から、１１Ａ、１１Ｂの境界部までの距離を最小モジュールDと設定する。

図１０において、１は１方向ラーメンの柱に供するＨ形鋼を強軸方向に直列配置したＨ形鋼柱、２Ａはベースプレート、３はベースプレート２Ａに設けた柱側接合用ボルト孔を示している。
Ｈ形鋼柱１の幅は、モジュールの整数倍の寸法とならざるを得ず、柱の寸法が必要以上に大きくなる可能性がある。
また、Ｈ形鋼柱１に対して強軸方向の断面性能は大幅に向上するが、その直交方向（弱軸方向）は大空間を構築できるほど断面性能が向上しないため、２方向ラーメンとするためには、その直交方向にも同様にＨ形鋼柱１を配置した組み立て柱とする必要がある。
しかし、これらを直交して配置するのに際して、２つの柱のベースプレート同士が干渉してしまうため、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、直交方向にDだけ離隔して配置せざるを得ない。そのため、組み立て柱の寸法は、少なくとも２D×３D以上となってしまい、さらに柱の仕上げ寸法が増大するという問題がある。

そこで、下層部の大スパン２方向ラーメンとして、鋼管柱とＨ形鋼梁による架構を検討した。以下、上層の１方向ラーメンを第一の鉄骨ラーメン架構、下層の大スパン２方向ラーメンを第二の鉄骨ラーメン架構と呼ぶ。
外壁８は、図１１に示すように、すべて特許文献２に示される、規格化された第一の鉄骨ラーメン架構１０１に用いる外壁システムを採用する。
すなわち、外壁８は、図１１に示すように、第一の鉄骨ラーメン架構１０１のＨ形鋼梁４の上下フランジ７Ａ、７Ｂに配置される外壁取付部材９によって、梁フランジ７の外壁側の端面から所定の寸法だけ離隔して配置される構造になっている。梁フランジ７との接合は、梁に設けられた外壁取付部材取付用ボルト孔（図示せず）を介して、ボルトナットで接合され、前記外壁取付部材取付用ボルト孔の梁フランジ端からの距離は、後述する梁側接合用ボルト孔５と同一になっている。

下層部の第二の鉄骨ラーメン架構１０２は、大スパン化するため、図１２に示すように、Ｈ形鋼梁１４の断面寸法は上層部の第一の鉄骨ラーメン架構１０１のＨ形鋼梁４よりも大きい。
そのため、第二の鉄骨ラーメン架構１０２の柱芯と梁芯を上層部の第一の鉄骨ラーメン架構１０１のモジュール芯に合わせた場合、図１２に示すように、上下階の外壁線が揃わなくなる。
また、下層部の梁フランジ端から柱面までの距離が上層部と異なるため、外壁取付部材９をそのまま使用することができず、鋼管柱１１の屋外面とＨ形鋼梁１４の梁フランジ屋外側端面の段差分屋外側に延長した、新たな外壁取付部材１９を追加製作しなければならない。

この条件で図１３のように外壁線を揃える場合、上層の外壁取付部材９ａを製作する必要がある。なお、外壁取付部材９ａは、下層の外壁取付部材１９と共通に計画することは可能である。
そこで、第二の鉄骨ラーメン架構１０２のＨ形鋼梁１４の梁フランジ１７の外壁側端面を、鋼管柱１１の外壁８側の面に揃えるように偏心させ、上下層の外壁線を揃える検討を行ったが、上層のＨ形鋼梁４と下層のＨ形鋼梁１４のフランジ幅が同じでない限り、前記外壁取付部材取付用ボルト孔の梁フランジ端からの距離が異なってしまうため、外壁取付部材９を上層部と共用して上下層の外壁線を揃えることができず、図１４のように、上層部の外壁８を下層部の外壁線まで持ち出すことになり、結局、出寸法が大きい新たな外壁取付部材９ｂが別途必要となる。

さらに、図１３、図１４の方法では、上層部の外壁８が屋外側に移動されるため、図１５（ａ）あるいは図１５（ｂ）に示す通常の配置よりもＨ形鋼柱１と外壁８が離れてしまい、図１６（ａ）に示すように、内装材２０が従来通りＨ形鋼柱１の室内側面を基準として配置される場合には、壁厚が厚くなり、建具の造作に支障を生じる。壁厚を図１５（ａ）乃至図１５（ｂ）と同じにする場合には、図１６（ｂ）に示すように内装材２０の取付位置を下地材と共に屋外側に寄せて変更する必要があるとともに、室内側に柱型が大きく張り出してしまう問題が発生する。

さらに、外壁取付部材９を上下層で共用して外壁線を揃えるために、上下層のＨ形鋼梁４、１４の梁フランジ７、１７の外壁側端面の位置を単純に揃える検討をした。この場合、図示しないが、上下層の梁芯がずれてしまうため、多くの場合、柱側固定用ボルト孔３の位置がＨ形鋼梁１４のウェブと干渉するなどして、梁側接合用ボルト孔１５をあけることができない。それにより、Ｈ形鋼梁１４にＨ形鋼柱１を取り付け不能となる。

さらに、平面プランが雁行の場合、一対の入隅部のどちらか一方の外壁線を揃えるように梁を偏心させるだけでは、もう一方の入隅部の外壁線が揃わなくなる問題がある。図１７には、一対の入隅部を設けた雁行プランの例を示している。Ｘ１は、一方の入隅Ｚ１側の外壁線を揃えるために必要な、第一の鉄骨ラーメン架構１０１のＸ方向の梁芯位置を示しており、Ｘ２は、もう一方の入隅Ｚ２側の外壁線を揃えるために必要な、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁芯位置を示している。ここで、Ｘ１とＸ２は一直線上に配置することができなくなっている。Ｘ１とＸ２が一致しないと上層の第一の鉄骨ラーメンの梁芯が通らなくなるためシステムが成立しない。Ｘ１を優先した場合、Ｚ２側のＨ形鋼梁１４の位置が不適となる。

本発明は、かかる課題を解決し、Ｈ形鋼柱とＨ形鋼梁による規格化された上層部の梁通し型一方向ラーメン骨組みのモジュールを活かした下層部の部材設定と配置ルールを決定し、規格化された上層部の設計ルールや部材を殆ど変更することなく、下層に大空間構築を実現できる鉄骨骨組み構造、鉄骨骨組み構造の設計方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る鉄骨骨組み構造は、Ｈ形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯とＨ形鋼梁のウェブ芯を一致させて構成した１方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱とＨ形鋼梁で構成した２方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構を配置するものであって、
下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の２倍以上であって、
前記第二の鉄骨ラーメン架構のＨ形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定されており、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記Ｈ形鋼梁の梁フランジ幅の１／２の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置したことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁の梁フランジ幅と前記鋼管柱の外径寸法が同一呼び寸法であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、平面視プランは、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配した雁行であって、
一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の１．５倍以上とし、
前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するＨ形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線と、
前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するＨ形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線が一致していることを特徴とするものである。

（４）また、本発明に係る鉄骨骨組み構造の設計方法は、Ｈ形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯とＨ形鋼梁のウェブ芯を一致させて構成した１方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱とＨ形鋼梁で構成した２方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構を配置する設計方法であって、
下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の２倍以上に設定し、
前記第二の鉄骨ラーメン架構のＨ形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定し、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記Ｈ形鋼梁の梁フランジ幅の１／２の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置することを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、平面視プランを、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配した雁行とし、
一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の１．５倍以上とし、
前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するＨ形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線と、
前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するＨ形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線を一致させることを特徴とするものである。

本発明においては、Ｈ形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯にＨ形鋼梁のウェブ芯を一致させて配置して構成する第一の鉄骨ラーメン骨組み架構に対し、下層の鋼管柱とＨ形鋼梁で構成した第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁を、フランジ幅が上層の第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の２倍以上とし、特に、第二の鉄骨ラーメン架構の梁のうち外壁に面する梁は、柱の屋外側の面の延長線上に梁フランジの屋外側の端面を略一致させて鋼管柱に配置し、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置したので、役物部材を使用することなく上下階の外壁線を容易に揃えることができるとともに、上層の第一の鉄骨ラーメン架構の室内空間も広く取ることができる。

また、平面プランを雁行とし、かつ、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配する場合でも、一方の入隅部の柱に対して、もう一方の入隅部の鋼管柱のうち、少なくとも、一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその対辺の寸法を、第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とすることで、一方の入隅部の鋼管柱から、もう一方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するＨ形鋼梁フランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線と、もう一方の入隅部の鋼管柱から、一方の入隅部の鋼管柱の反対側に延伸するＨ形鋼梁のフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線を一致させることができ、雁行する場合でも、上下階の外壁線を容易にそろえることができるとともに、第一の鉄骨ラーメン架構の室内空間も広く取ることができる。

本発明における実施の形態１、２の外壁の配置状況を示す略断面図である。 モジュール化したＨ形鋼柱の水平断面図であって、図１（ａ）はフランジ板厚中心距離をモジュールとしたもの、図１（ｂ）はフランジ最外面距離をモジュールとしたものである。 Ｈ形鋼梁の水平方向断面図である。 本発明における実施の形態１における、第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯位置と第二の鉄骨ラーメン架構の梁との関係を示す略平面図である。 図４における出隅部（Ａ部）の詳細図である。 図４における入隅部（Ｂ部）の詳細図である。 図４において、外壁に対向する面と直交する側のモジュール芯を柱断面の中央に配置した状況を示すＣ部の詳細図である。 本発明における雁行プランについて実施の形態１の部材構成とモジュール芯の配置ルールを適用した場合の、第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯位置と第二の鉄骨ラーメン架構の梁との関係を示す略平面図である。 本発明における実施の形態２による雁行プランの、第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯位置と第二の鉄骨ラーメン架構の梁との関係を示す略平面図である。 特許文献３によるＨ形鋼柱を２方向ラーメンに適用した場合の配置例図である。 第一の鉄骨ラーメン架構の外壁の取付状況を示す垂直断面図である。 下層階を鋼管柱と大断面のＨ形鋼梁とし、第二の鉄骨ラーメン架構の柱芯と梁芯を上層部の第一の鉄骨ラーメン架構のモジュール芯に合わせた場合の外壁の配置状況を示す略断面図である。 下層階を鋼管柱と大断面のＨ形鋼梁とし、第二の鉄骨ラーメン架構の柱芯と梁芯を上層部の第一の鉄骨ラーメン架構のモジュール芯に合わせ、かつ、上下層の外壁線を揃えた場合の外壁の配置状況を示す略断面図である。 図１３の形態から、第二の鉄骨ラーメン架構の梁を、鋼管柱側面まで偏心させた場合の略断面図である。 図１１乃至図１２における第一の鉄骨ラーメン架構の部分において、内装材を全て柱屋内面として壁厚を一定とした場合を示す平面図（ａ）、内装材を柱型に形成して配置した場合を示す平面図（ｂ）である。 図１３乃至図１４における第一の鉄骨ラーメン架構の部分において、内装材を全て柱屋内面として壁厚を一定とした場合を示す平面図（ａ）、内装材を柱型に形成して配置した場合を示す平面図（ｂ）である。 従来技術における雁行プランで、第二の鉄骨ラーメン架構の梁を外壁側に単純に偏心させた場合の第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯位置と、第二の鉄骨ラーメン架構の梁との関係を示す略平面図である。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る鉄骨骨組み構造１００は、図１に示すように、Ｈ形鋼柱１のフランジ芯またはウェブ芯とＨ形鋼梁４のウェブ芯を一致させて構成した１方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構１０１を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱１１とＨ形鋼梁１４で構成した２方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構１０２を配置する鉄骨骨組み構造１００である。
以下、詳細に説明する。

＜第一の鉄骨ラーメン架構＞
上層を構成する第一の鉄骨ラーメン架構１０１は、Ｈ形鋼柱１のフランジ芯またはウェブ芯とＨ形鋼梁４のウェブ芯を一致させて構成した１方向ラーメンである。すなわち、第一の鉄骨ラーメン架構１０１は、XY方向とも同じ基準寸法（モジュール）Dによる基準線でグリッドを形成した平面において、ベースプレート２Ａとトッププレート２Ｂを有するＨ形鋼柱１の強軸方向とＨ形鋼梁４の長手方向と平行になるように配置して剛接合してシステム化した梁通し型の鉄骨一方向ラーメン骨組みである。
まず、第一の鉄骨ラーメン架構１０１を構成するＨ形鋼柱１とＨ形鋼梁４について説明し、その後、第一の鉄骨ラーメン架構１０１を詳細に説明する。

《Ｈ形鋼柱》
第一の鉄骨ラーメン架構１０１を構成するＨ形鋼柱１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼の下端にベースプレート２Ａが、上端に同形状のトッププレート２Ｂ（図示なし）が、それぞれ設けられている。
そして、Ｈ形鋼柱１は、そのフランジ板厚中心距離（図２（ａ））または最外面距離（図２（ｂ））をDとし、ベースプレート２Ａ、トッププレート２Ｂ（図示なし）には、フランジ板厚中心線または最外面をX方向モジュール芯X、ウェブ板厚中心線をY方向モジュール芯Yに配置したとき、当該XY方向モジュール芯の交点oを図心とし、各辺を両モジュール芯XYに対して平行に配置した正方形Ｓの隅角部の少なくとも２箇所（図では４箇所）に柱側接合用ボルト孔３を配している。すなわち、Ｈ形鋼柱１のせいは、モジュールDにおさまるようになっており、XYモジュールの交点oにおいて、当該接合用ボルト孔３は、X方向、Y方向とも等距離にあるので、X方向に配置しても、Y方向に配置しても、柱側接合用ボルト孔３の位置関係は変わらなくなっている。
なお、図２に示す例は、ベースプレート２Ａおよびトッププレート２Ｂの形状として、Ｈ形鋼柱1の外形をかたどるようにダンベル状に形成したものを示しているが、略長方形としてもよい。

《Ｈ形鋼梁》
第一の鉄骨ラーメン架構１０１を構成するＨ形鋼梁４は、図３に示すように、そのフランジ幅WfをＨ形鋼柱１のベースプレート２Ａおよびトッププレート２Ｂの幅以上とし、上フランジ７Ａ及び下フランジ７Ｂ（図示なし）にＨ形鋼柱1のベースプレート２Ａおよびトッププレート２Ｂの接合用ボルト孔３に対向する梁側接合用ボルト孔５群が間隔Dで配されており、その中間に外壁取付部材９を取り付けるためのボルト孔（図示せず）が梁側接合用ボルト孔５と同一の梁フランジ端距離で設けられている。

＜第一の鉄骨ラーメン架構の詳細＞
第一の鉄骨ラーメン架構１０１は、Ｈ形鋼柱１およびＨ形鋼梁４による規格化された鉄骨ラーメン構造であり、柱がＨ形鋼のため、柱強軸断面方向の１方向ラーメンとなる。これをXY方向に適切に配置して建物に作用する水平力に対応するもので、例えば、特許文献２と同形態である。

本発明において第一の鉄骨ラーメン架構１０１は一層でも多層でもよく、多層とする場合には、上階のＨ形鋼柱１の直下に必ずしも柱は必要なく、またコーナー部にも必ずしも必要ない。Ｈ形鋼梁４は、システムの性質上、スパンの上限が定められているため、下層部を大スパン化するためには、当該第一の鉄骨ラーメン架構１０１の最下層のＨ形鋼柱1は、後述する第二の鉄骨ラーメン架構１０２と接続される。
外壁８は、例えば図１示すように、梁フランジ７に配置される外壁取付部材９によって、屋外側に所定の寸法を保持して配置する構造とするが、胴縁により支持する構造としてもよい。

＜第二の鉄骨ラーメン架構＞
下層を構成する第二の鉄骨ラーメン架構１０２は、矩形断面の鋼管柱１１とＨ形鋼梁１４で構成した２方向ラーメンである。まず、第二の鉄骨ラーメン架構１０２を構成する鋼管柱１１とＨ形鋼梁４について説明し、その後、第二の鉄骨ラーメン架構１０２を詳細に説明する。

《鋼管柱》
第二の鉄骨ラーメン架構１０２を構成する鋼管柱１１は、その外径寸法をD以上とした角形鋼管あるいは溶接箱型断面である。柱上部には梁の応力を伝達するための上下のダイアフラム１２Ａ、１２Ｂが配置され、２方向、３方向、あるいは４方向に後述のＨ形鋼梁１４を配置する。
上部ダイアフラム１２Ａ上には、XY軸の交点oを図心とし、Ｈ形鋼柱１に規定する正方形Ｓの隅角部の少なくとも２箇所または４箇所に上階柱接合用のボルト孔１３を配している（図５～図７参照）。ボルト孔１３には、めねじを設けるか、上部ダイアフラム１２Ａの裏面に予めナットを溶接するなどしている。

《Ｈ形鋼梁》
第二の鉄骨ラーメン架構１０２を構成するＨ形鋼梁１４は、上階の第一の鉄骨ラーメン架構１０１よりもスパンを拡大するために、Ｈ形鋼梁４よりも梁の断面を大きくしている。
Ｈ形鋼梁１４のフランジ幅は、上層の第一の鉄骨ラーメン架構１０１のＨ形鋼梁４のフランジ幅Wfの２倍以上であり、上述の鋼管柱１１の外径寸法とフランジ幅を揃えるとよりよい。
少なくとも梁フランジ１７Ａには、上層の（第一の鉄骨ラーメン架構１０１）のＨ形鋼柱1のベースプレート２Ａの接合用ボルト孔３に対抗する梁側接合用ボルト孔１５群が間隔Dで配されている。

＜第二の鉄骨ラーメン架構の詳細＞
鋼管柱１１およびＨ形鋼梁１４による鉄骨２方向ラーメン構造であり、第一の鉄骨ラーメン架構１０１のモジュールとの整合性確保と、上下層の外壁線を揃えるために、鋼管柱１１、Ｈ形鋼梁１４の形態と、配置方法を第一の鉄骨ラーメン架構１０１のシステムのモジュールDに基づいて定めている。

まず、平面計画が矩形または入隅が１か所のＬ形状について図４～図７に基づいて説明する。図５、図６、図７はそれぞれ図４のＡ部、Ｂ部、Ｃ部の詳細図である。
なお、図４における梁１４の符号に関し、外周部に配置されるものは１４Ａとし、１４Ａの延長線上にある内部のものは１４Ｂとし、それ以外のものは単に１４としている。図９においても同様である。
第二の鉄骨ラーメン架構１０２の外壁８に面する外周部の梁１４Ａは、図４～図７に示すように、外周部の鋼管柱１１Ａの外壁側の面の延長線上に当該梁フランジ１７の外壁８側の端面を略一致させて配置させ、かつ、その梁フランジ１７の外壁側端面から第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ７の幅Wfの１／２の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁芯（モジュール芯Ｘ、Ｙ）を一致させて配置している。

出隅部分では、図４、図５に示すように、XY方向それぞれ梁フランジ外壁側端面から第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅Wfの１／２の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁芯ＸまたはＹを一致させて配置する。
すなわち、第二の鉄骨ラーメン架構１０２の外周部を構成する鋼管柱１１Ａおよび梁１４Ａのモジュール芯ＸＹは、外壁８側の面から、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅Wfの１／２の位置となる。

入隅がある場合、図４、図６に示すように、その入隅を構成するＨ形鋼梁１４Ｂの延長線上に配置されるＨ形鋼梁１４Ｂ、および鋼管柱１１Ｂについても同様の配置ルールとする。
なお、上記以外の外壁８に対向する面と直交する側のモジュール芯については、図４、図７に示すように（ここでは、Ｙ軸）、柱断面の中央に通り芯を配置してもよい。

以上のように、本実施の形態の鉄骨骨組み構造１００によれば、Ｈ形鋼柱１のフランジ芯またはウェブ芯にＨ形鋼梁４のウェブ芯を一致させて配置して構成する第一の鉄骨ラーメン架構１０１に対し、下層の鋼管柱１１とＨ形鋼梁１４で構成した第二の鉄骨ラーメン架構１０２を構成するＨ形鋼梁１４を、フランジ幅が上層の第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅の２倍以上とし、特に、第二の鉄骨ラーメン架構１０２の梁のうち外壁８に面する梁は、柱の屋外側の面の延長線上に梁フランジ１７の屋外側の端面を略一致させて鋼管柱１１に配置し、かつ、その梁フランジ１７の屋外側から第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅の１／２の位置に、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁芯を一致させて配置したので、役物部材を使用することなく上下階の外壁線を容易に揃えることができるとともに、上層の第一の鉄骨ラーメン架構１０１の室内空間も広く取ることができる。

［実施の形態２］
同一モジュール芯上に２つの入隅Ｚ１、Ｚ２を有する雁行形状の場合、実施の形態１の部材構成、モジュール芯の配置ルールによると、図８に示すように、入隅部Ｚ１を基準としたとき、入隅部Ｚ２側で第一の鉄骨ラーメン架構１０１のモジュール芯Ｘ１とＸ２が揃わなくなる。そこで、図９に示すように、一方の入隅部Ｚ１の鋼管柱１１Ａに対して、もう一方の入隅部Ｚ２の鋼管柱１１Ａ’の、少なくとも入隅部Ｚ１、Ｚ２に面する面（図では左右の面）の寸法を、第二の鉄骨ラーメン架構１０２を構成する梁フランジ幅の1.5倍以上とした。そして、一方の入隅部Ｚ１の鋼管柱１１Ａから、鋼管柱１１Ａ’へ向かって配置する全てのＨ形鋼梁１４Ｂの梁フランジ１７の外壁側から第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅の１／２に位置するモジュール芯と、他方の入隅部Ｚ２から前記Ｈ形鋼梁１４Ｂの延長線上にある出隅部の鋼管柱１１Ａに向かって配置する全てのＨ形鋼梁１４Ａ’の梁フランジ１７の外壁８側から第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁フランジ幅の１／２に位置するモジュール芯を一致させるようにする。

ここで、鋼管柱１１Ａ’のＨ形鋼梁１４Ａ’の外壁８側になる面と対向する面と、Ｈ形鋼梁１４Ａ’の梁フランジ１７の外壁８と反対側の端面を略一致させて配置させるため、Ｈ形鋼梁１４Ａ’と１４Ｂは平面視で偏心しており、Ｈ形鋼梁１４Ｂの延長線上にある出隅部の鋼管柱１１Ａも同様に通り芯から偏心して配置される。

本実施の形態の鉄骨骨組み構造１００によれば、雁行する場合でも、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の外壁取付部材９をそのまま用いて外壁線を揃えることができるとともに、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の室内空間も広く取ることができる。

本発明に係る鉄骨骨組み構造１００の実施例を下記に示す。
最小モジュール寸法DをXY方向とも250mmとして計画した平面グリッドに、ベースプレート２Ａとトッププレート２Ｂを有したH-259×100×6×9（Ｈ形鋼梁の梁せい［ｍｍ］×梁フランジ幅［ｍｍ］×ウェブ板厚［ｍｍ］×フランジ板厚［ｍｍ］、以下同じ）からなるＨ形鋼柱１の強軸方向とH-250×125×6×9からなるＨ形鋼梁４の長手方向と平行になるようにそれぞれのウェブ芯を合わせて配置し、剛接合してシステム化した梁通し型の鉄骨一方向ラーメン骨組みの下層に、２方向ラーメン化して大空間を構築するために、新規に鋼管柱１とＨ形鋼梁４を配置して図９の平面で鉄骨骨組を構築した。

第一の鉄骨ラーメン架構１０１のＨ形鋼柱１のベースプレート２Ａとトッププレート２Ｂの幅は125mmで、板厚は19mmとし、柱側接合用ボルト孔３はハイテンションボルトM16に対応するように設けた。
下層に設ける第二の鉄骨ラーメン架構１０２の鋼管柱１１は、冷間成形角形鋼管□-300×300×12である。上下ダイアフラム１２Ａ、Ｂは外形寸法325mm×325mm、板厚25mmで、ＸＹ軸の交点部には、上階のＨ形鋼柱１のボルト孔３に対応するボルト孔１３が配置される。

Ｈ形鋼梁１４は、H-450×250×9×19であり、フランジ幅はＨ形鋼梁４の２倍で、鋼管柱１１は□-300×300×12である。Ｈ形鋼梁１４は、例えば、H-390×300×10×19として、鋼管柱１１の外径寸法とフランジ幅を揃えるとよりよい。
外壁８に面するＨ形鋼梁１４は、鋼管柱１１の外壁８に面する面にそのフランジ端部を揃えて配置されており、第一の鉄骨ラーメン架構１０１の梁の材軸方向のモジュール芯は、Ｈ形鋼梁１４のフランジ１７の外壁側端面から、Ｈ形鋼柱１のベースプレート２Ａの幅の１／２の６２．５mmの位置である。上フランジ７Ａには、各モジュール芯の交点を中心に、４箇所のボルト孔１５が配置される。

入隅部の鋼管柱１１Ａ’は、□-375×300×12の溶接鋼管で、内ダイヤフラム１２として、内部に板厚25mmの鋼材が嵌装されている。なお、鋼管柱１１Ａ’はここでは長方形断面としたが、□-400×400の正方形断面のロール成型角形鋼管としてもよい。
Ｈ形鋼梁１４にH-390×300×10×19を用いた場合には、鋼管柱１１Ａ’は、□-300×450×12、あるいは□-450×450×12とすればよい。鋼管柱１１Ａ’は、２つの入隅部をつなぐ軸線上にあり、図９の形態では、平面視で、その左側にＨ形鋼梁１４Ｂが、右側にＨ形鋼梁１４Ａ’が配される。ここで、Ｈ形鋼梁１４Ｂは、平面視で鋼管柱１１Ａ’の上面側とフランジ端面を揃え、Ｈ形鋼梁１４Ａ’は、鋼管柱１１Ａ’下面側とフランジ端面を揃えるように、偏心して配置されるが、Ｈ形鋼梁１４Ｂのモジュール芯Ｘ１とＨ形鋼梁１４Ａ’のモジュール芯Ｘ２は同一直線上にある。

なお、図４にあるように、出隅及び入隅の延長線上にないＨ形鋼梁１４および鋼管柱１１は、モジュール芯とその図芯を一致させるように配置してもよい。
図示していないが、鋼管柱１１とＨ形鋼梁１４は、Ｈ形鋼梁１４と同寸のＨ形鋼による梁ブラケットが鋼管柱１１に取付けられ、Ｈ形鋼梁１４とボルト接合される。
外周部の各梁フランジの外壁８側には、外壁取付金物９が突出長３０mmで設けられ、外壁材が嵌装されており、図１に示すように、上下階の外壁線が揃えられている。

１００ 鉄骨骨組み構造
１０１ 第一の鉄骨ラーメン架構
１０２ 第二の鉄骨ラーメン架構
１ Ｈ形鋼柱（第一の鉄骨ラーメン架構の柱）
２Ａ ベースプレート
２Ｂ トッププレート
３ 柱側接合用ボルト孔
４ Ｈ形鋼梁（第一の鉄骨ラーメン架構の梁）
５ 梁側接合用ボルト孔
７ 梁フランジ
７Ａ 上フランジ
７Ｂ 下フランジ
８ 外壁
９ 第一の鉄骨ラーメン架構（上層）用の標準外壁取付部材
９ａ 第一の鉄骨ラーメン架構（上層）向けに新規製作する外壁取付部材
９ｂ 第一の鉄骨ラーメン架構（上層）向けに新規製作する外壁取付部材
１１ 鋼管柱（第二の鉄骨ラーメン架構の柱）
１１Ａ 外周部を構成する鋼管柱
１１Ａ’ 入隅部Ｚ２に配置する鋼管柱
１１Ｂ 内部の鋼管柱
１２ ダイアフラム
１２Ａ 上部ダイアフラム
１２Ｂ 下部ダイアフラム
１３ 鋼管柱（ダイアフラム）の柱側接合用ボルト孔
１４ Ｈ形鋼梁（第二のラーメン架構の梁）
１４Ａ 外周部を構成するＨ形鋼梁
１４Ａ’ 鋼管柱１１Ａ’に接続され、Ｚ１との延長線上ある外周部を構成するＨ形鋼梁
１４Ｂ １４Ａの延長線上にある内部のＨ形鋼梁
１５ 梁側接合用ボルト孔
１７ 梁フランジ
１７Ａ 上フランジ
１７Ｂ 下フランジ
１９ （従来技術による場合の）第二の鉄骨ラーメン架構（下層）向け外壁取付部材
２０ 内装材
D モジュール寸法
Ｓ ボルト孔間隔を設定する正方形
o モジュール芯の交点
Wf 第一の鉄骨ラーメン架構のＨ形鋼梁のフランジ幅
Ｘ（１、２） X方向モジュール芯
Ｙ Y方向モジュール芯
Ｚ１、Ｚ２ 入隅部

Claims (5)

1. Ｈ形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯とＨ形鋼梁のウェブ芯を一致させて構成した１方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱とＨ形鋼梁で構成した２方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構を配置する鉄骨骨組み構造であって、
   下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の２倍以上であって、
   前記第二の鉄骨ラーメン架構のＨ形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定されており、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記Ｈ形鋼梁の梁フランジ幅の１／２の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置したことを特徴とする鉄骨骨組み構造。
2. 前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁の梁フランジ幅と前記鋼管柱の外径寸法が同一呼び寸法であることを特徴とする請求項１記載の鉄骨骨組み構造。
3. 平面視プランは、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配した雁行であって、
   一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の１．５倍以上とし、
   前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するＨ形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線と、
   前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するＨ形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線が一致していることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄骨骨組み構造。
4. Ｈ形鋼柱のフランジ芯またはウェブ芯とＨ形鋼梁のウェブ芯を一致させて構成した１方向ラーメンによる第一の鉄骨ラーメン架構を上層とし、その下層に、矩形断面の鋼管柱とＨ形鋼梁で構成した２方向ラーメンによる第二の鉄骨ラーメン架構を配置する鉄骨骨組み構造の設計方法であって、
   下層の前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成するＨ形鋼梁は、フランジ幅が上層の前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の２倍以上に設定し、
   前記第二の鉄骨ラーメン架構のＨ形鋼梁のうち外壁に面する梁は、前記鋼管柱の外壁側の面の延長線上に梁フランジの外壁側の端面を略一致させて前記鋼管柱に固定し、かつ、そのフランジの屋外側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の前記Ｈ形鋼梁の梁フランジ幅の１／２の位置に、前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁芯を一致させて配置することを特徴とする鉄骨骨組み構造の設計方法。
5. 平面視プランを、X方向またはY方向の同一軸線上に一対の入隅部を配した雁行とし、
   一方の入隅部の鋼管柱に対して、他方の入隅部の鋼管柱における少なくとも前記一方の入隅部の鋼管柱と対向する面及びその反対側の面の幅寸法を、前記第二の鉄骨ラーメン架構を構成する梁フランジ幅の１．５倍以上とし、
   前記一方の入隅部の鋼管柱から、前記他方の入隅部の鋼管柱へ向かって延伸するＨ形鋼梁フランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線と、
   前記他方の入隅部の鋼管柱から、前記一方の入隅部の鋼管柱と反対側に延伸するＨ形鋼梁のフランジの外壁側から前記第一の鉄骨ラーメン架構の梁フランジ幅の１／２に位置する材軸線を一致させることを特徴とする請求項４に記載の鉄骨骨組み構造の設計方法。

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