JP4990313B2

JP4990313B2 - ノンダイアフラム構法の設計方法

Info

Publication number: JP4990313B2
Application number: JP2009063687A
Authority: JP
Inventors: 伸中島; 教雄中島; 拓中島; 功雄中島
Original assignee: ナカジマ鋼管株式会社
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010216138A

Description

本発明は、柱部（シャフト部）に冷間成形鋼管を用いるとともにパネル部（仕口部）に熱間成形鋼管を用い、柱部の板厚に対してパネル部の板厚を厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法に関するものである。

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

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

特開２００３−２６８８７７号公報（第１−２頁、図１−図４）

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

そこで本発明の請求項１記載の発明は、パネル部に熱間成形鋼管を用いることによる種々な利点を維持できるものでありながら、パネル部を最適の板厚にし得るノンダイアフラム構法の設計方法を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載のノンダイアフラム構法の設計方法は、柱部に冷間成形鋼管を用いるとともにパネル部に熱間成形鋼管を用い、柱部の板厚に対してパネル部の板厚を厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法であって、柱部とパネル部と梁部との断面を選択して設定数値と比較することで寸法・材質が適用範囲内か否かを判断し、適用範囲外であるときは断面選択に戻って新たな断面を選択し、適用範囲内であるときはパネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かを判断し、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以下のときは断面選択に戻って新たな断面を選択し、梁部の終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要を判定し、付加バネの要・不要は、順番を任意として、1）〜3）のパラメータで仕口部剛性の評価を行うこととし、
1）横軸に［梁幅／柱部外径］をとり、縦軸に［梁せい／柱部外径］をとり、柱部外径の値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［パネル部板厚／柱部外径］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁幅／柱部外径］の値と、［梁せい／柱部外径］の値とから、付加バネの要・不要を判定、
2）横軸に［梁せい／柱部外径］をとり、縦軸に［パネル部板厚／柱部外径］をとり、柱部外径の値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［梁幅／柱部外径］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁せい／柱部外径］の値と、［パネル部板厚／柱部外径］の値とから、付加バネの要・不要を判定、
3）横軸に［梁幅／柱部外径］をとり、縦軸に［パネル部板厚／柱部外径］をとり、柱部外径の値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［梁せい／柱部外径］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁幅／柱部外径］の値と、［パネル部板厚／柱部外径］の値とから、付加バネの要・不要を判定、
この1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法と仕口部剛性を比較して、1）〜3）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が高く付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または新たな断面の選択に戻り、また、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には断面を変更するか否かの判断を行い、断面を変更するときには新たな断面の選択に戻り、また断面を変更しないときには付加バネの計算を行って、付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入ることを特徴としたものである。

したがって請求項１の発明によると、まず、柱部とパネル部と梁部との仮定断面を選択し、そして、選択した各断面数値を設定数値と比較することで、寸法・材質が適用範囲内か否かを判断し、３つの断面数値のうち、１つでも設定数値の適用範囲外であるときは断面選択に戻って新たな断面の選択を行う。また３つの断面数値の全てが適用範囲内であるとき、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断を行う。そしてパネル部フランジ面の耐力が、梁部の終局耐力以下と判断されたときは断面選択に戻って新たな断面の選択を行い、また、梁部の終局耐力以上と判断されたときは、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要を判定するに移る。
そして、1）〜3）のパラメータの全てで付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または断面選択に戻って新たな断面の選択を行う。また1）〜3）のパラメータのうち、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には、断面を変更するか否かの判断を行う。そして、断面を変更すると判断したときは、断面選択に戻って新たな断面の選択を行い、また、断面を変更しないと判断したときは、付加バネの計算を行い、そして付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入る。
以上のようにして、通常の構造規定の計算に入る前に、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断や、1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要の判定などを行って、新たな断面の選択に戻れる。これにより、パネル部に最適の板厚（現在よりも薄い板厚）の熱間成形鋼管を使用し得る。

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

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

さらに本発明の請求項３記載のノンダイアフラム構法の設計方法は、上記した請求項１または２記載の構成において、柱部とパネル部とに角形鋼管を用いていることを特徴としたものである。

したがって請求項３の発明によると、パネル部に最適の板厚の熱間成形角形鋼管を使用した角形鋼管柱を構成し得る。

上記した本発明の請求項１によると、まず、柱部とパネル部と梁部との仮定断面を選択し、そして、選択した各断面数値を設定数値と比較することで、寸法・材質が適用範囲内か否かを判断でき、３つの断面数値のうち、１つでも設定数値の適用範囲外であるときは断面選択に戻って新たな断面の選択を行うことができる。また３つの断面数値の全てが適用範囲内であるとき、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断を行う。そしてパネル部フランジ面の耐力が、梁部の終局耐力以下と判断されたときは断面選択に戻って新たな断面の選択を行うことができ、また、梁部の終局耐力以上と判断されたときは、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要を判定するに移ることができる。
そして、1）〜3）のパラメータの全てで付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または断面選択に戻って新たな断面の選択を行うことができる。また1）〜3）のパラメータのうち、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には、断面を変更するか否かの判断を行う。そして、断面を変更すると判断したときは、断面選択に戻って新たな断面の選択を行うことができ、また、断面を変更しないと判断したときは、付加バネの計算を行い、そして付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入ることができる。
以上のようにして、通常の構造規定の計算に入る前に、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断や、1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要の判定などを行って、新たな断面の選択に戻ることができる。これにより、パネル部に熱間成形鋼管を用いることによる種々な利点を維持し得るものでありながら、パネル部に最適の板厚（現在よりも薄い板厚）の熱間成形鋼管を用いることができて、鉄骨重量を軽減できるとともに、パネル部のフレームがより柔らかくなることで、建物の一次固有周期を長くでき（一次固有周期を上げることができ）、さらに建物重量を軽くでき、そしてこれらは、いずれも耐震性の向上に寄与できる。

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

さらに上記した本発明の請求項３によると、パネル部に最適の板厚の熱間成形角形鋼管を使用した角形鋼管柱を構成できる。

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

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

図９〜図１２は、ノンダイアフラム構法によって構築した鉄骨構造物２０の一例を示すもので、所定の板厚ｔ_ｃの長尺四角形鋼管（柱部の一例）１１と、この長尺四角形鋼管１１の板厚ｔ_ｃよりも厚い板厚ｔ_ｐでかつパネルゾーン（仕口部）を形成する長さ（高さ）Ｌの短尺四角形鋼管（パネル部の一例）１２とを有する。ここで所定の板厚ｔ_ｃとは、鉄骨構造物２０の規模に応じて採用される長尺四角形鋼管１１の外径（外寸）Ｂなどにより決定されるもので、たとえば外径Ｂが５００ｍｍのときに板厚ｔ_ｃは２５ｍｍである。また長尺四角形鋼管１１の板厚ｔ_ｃと短尺四角形鋼管１２の板厚ｔ_ｐとは、たとえば［２ｔ_ｃ≒ｔ_ｐ］とされている。さらに短尺四角形鋼管１２の外径（外寸）Ｂ_ｐは長尺四角形鋼管１１の外径Ｂに対して、［Ｂ_ｐ≒Ｂ＋１０ｍｍ］とされている。

そして長尺四角形鋼管１１は、冷間プレスなどによる冷間成形によって外径形状、すなわち、その外径Ｂと、各コーナ部１１Ａにおける外周曲面の曲率半径Ｒ、たとえば［Ｂ／５］の曲率半径Ｒが形成されている。また短尺四角形鋼管１２は、熱間成形によって外径形状、すなわち、その外径Ｂ_ｐと、各コーナ部１２Ａにおける外周曲面の曲率半径Ｒ_ｐ、たとえば［（Ｂ_ｐ−１０ｍｍ）／５］の曲率半径Ｒ_ｐが形成されている。

冷間成形により製造された長尺四角形鋼管１１と熱間成形により製造された短尺四角形鋼管１２とのうち、長尺四角形鋼管１１は、加工手段（切削加工装置など）において端部の外側部分が切削加工され、以て端部には、所定角度（３５°〜４５°）の開先部（端面）１１Ｂが形成される。そして、長尺四角形鋼管１１の端部には、四角リング状の裏当て金１３が内嵌されたのち、溶接１４により固定されている。

上記のように形成された長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを、その外周形状を同一状として直線状に位置させたのち、長尺四角形鋼管１１の内部に位置させた裏当て金１３の外端面を、短尺四角形鋼管１２の扁平端面に相当接させる。そして外側から仮り付け溶接したのち、外側からの全周に亘っての溶接（アーク溶接など。）１５により結合することで、長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを外側からの溶接１５により結合して、短尺四角形鋼管１２をパネルゾーンとした四角形鋼管柱（柱材用鋼管）１６を構成し得る。

上記のようにして構成した四角形鋼管柱１６は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管１２の外面に、梁部（梁材）１７が溶接１８によって結合される。すなわち梁部１７は、横方向の梁幅２ｂと縦方向のフランジ板厚ｔ_ｆを有する上下一対のフランジ板（横板）１７Ａと、中央部分の縦板１７Ｂとにより断面Ｈ字状に形成されており、その梁せいＤが短尺四角形鋼管１２の長さＬよりも短いことで、結合状態において上下に均等状の増厚余長部ｘが形成される。なお四角形鋼管柱１６は、図１２の仮想線に示すように、積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接１５により結合されることで、所定長さ（高さ）に構成される。

そしてパネルゾーンは、短尺四角形鋼管１２の予め厚い板厚ｔ_ｐによって十分な強度を確保し得、梁部１７の溶接１８による結合は何ら支障なく行える。また四角形鋼管柱１６はパイプジョイント形式で得られ、内蔵リブや裏当て金などがない状態に仕上げ得る。その際に短尺四角形鋼管１２の扁平端面から梁部１７の上下面との間に所定長さ、たとえば２００〜２５０ｍｍの増厚余長部ｘを取ることにより、パネルゾーンを形成する長さＬの短尺四角形鋼管１２における上下端の近傍部分にヒンジ作用が発生する効果がある。

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

以下に、上記した実施の形態１におけるノンダイアフラム構法によって構築した鉄骨構造物２０の設計方法、すなわち、長尺四角形鋼管（柱部）１１に冷間成形四角形鋼管を用いるとともに短尺四角形鋼管（パネル部）１２に熱間成形四角形鋼管を用い、長尺四角形鋼管１１の板厚ｔ_ｃに対して短尺四角形鋼管１２の板厚ｔ_ｐを厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法を、図１〜図８に基づいて説明する。

まず、長尺四角形鋼管（柱部）１１と短尺四角形鋼管（パネル部）１２と梁部１７との断面を選択する（ステップ１）。すなわち設計者の判断により、スパン、階高及び長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２と梁部１７との仮定断面を選択する。

そして、選択した各断面数値と設定数値と比較することで、寸法・材質が適用範囲内か否かを判断する（ステップ２）。すなわち、柱部に適用する冷間成形角形鋼管の材質と断面寸法は図２の表であり、またパネル部に適用可能な熱間成形角形鋼管の材質と断面寸法は図３の表であり、そしてパネル部の増厚余長部ｘの長さはパネル外径による２種類の図４の表である。さらにパネル部と柱部の組合わせは図５の表であり、ここで○印は適用範囲内を示し、また×は角部曲率の違いによりパネル部と柱部との接合部に断面の食い違いが生じる組み合わせを示している。

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

また３つの断面数値の全てが適用範囲内（ＹＥＳ）であるとき、短尺四角形鋼管（パネル部）１２のパネル部フランジ面１２Ｂの耐力が梁部１７の終局耐力以上か否かを判断する。すなわち、パネル部フランジ面１２Ｂの耐力が梁部１７の終局耐力以上か否かの耐力評価は、パネル部フランジ面１２Ｂの面外耐力（パネル部面外曲げ全塑性耐力）Ｔが梁部１７の終局耐力（梁フランジ終局耐力）Ｔ_ｂ以上か否かの判断（ステップ３）と、パネル部フランジ面１２Ｂのパンチングシア耐力Ｑ_Ｐが梁部１７の終局耐力Ｑ_Ｇ以上か否かの判断（ステップ４）とを、２段階で行うこととしている。

そして、先行（ステップ３）のパネル部フランジ面１２Ｂの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｂの面外耐力Ｔが梁部１７の終局耐力Ｔ_ｂ以下（ＮＯ）と判断されたときは、すなわち［Ｔ＜Ｔ_ｂ］と判断されたときは、断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。なお、理論値と実験結果の補正として面外耐力Ｔに０．９を掛けて安全率を高め、以て［０．９×Ｔ≧Ｔ_ｂ］を満足するか否かにより確認する。また、先行（ステップ３）のパネル部フランジ面１２Ｂの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｂの面外耐力Ｔが梁部１７の終局耐力Ｔ_ｂ以上（ＹＥＳ）と判断されたとき、すなわち［Ｔ≧Ｔ_ｂ］と判断されたとき（パネル部フランジ面１２Ｂの面外耐力Ｔが梁部１７の終局耐力Ｔ_ｂを上回ることを確認したとき）は、後続（ステップ４）のパネル部フランジ面１２Ｂの耐力評価に移る。

その際に、パネル部フランジ面１２Ｂのパンチングシア耐力が梁部１７の終局耐力以上とすることで、パンチングによる破壊を防止できる。ここでパンチングシア耐力は、実用的には下式によって確認する。すなわち、［パネル部板厚：ｔ_Ｐ］とし、［梁のフランジ板厚：ｔ_ｆ］としたとき、
ｔ_ｆ／ｔ_Ｐ＜1.232‥‥（ＳＮ490の梁材が接続される場合）
ｔ_ｆ／ｔ_Ｐ＜1.493‥‥（ＳＮ400の梁材が接続される場合）
を満足するか否かにより確認する。

そして、後続（ステップ４）のパネル部フランジ面１２Ｂの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｂのパンチングシア耐力が梁部１７の終局耐力以下（ＮＯ）と判断されたとき、すなわち、［パネル部フランジ面のパンチングシア耐力＜梁部の終局耐力］と判断されたときは、断面選択に戻って新たな断面を選択する（ステップ１）。また後続（ステップ４）のパネル部フランジ面１２Ｂの耐力評価で、パネル部フランジ面１２Ｂのパンチングシア耐力が梁部１７の終局耐力以上（ＹＥＳ）と判断されたとき、すなわち、［パネル部フランジ面のパンチングシア耐力≧梁部の終局耐力］と判断されたときは、次のステップである通しダイアフラム構法との仕口部剛性（フレーム剛性）を比較して付加バネの要・不要を判定するに移る。

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

1）横軸に［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ］をとり、縦軸に［梁せいＤ／柱部外径Ｂ］をとり、柱部外径Ｂの値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［パネル部板厚ｔｐ／柱部外径Ｂ］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ］の値と、［梁せいＤ／柱部外径Ｂ］の値とから、付加バネの要・不要を判定（ステップ５）。
2）横軸に［梁せいＤ／柱部外径Ｂ］をとり、縦軸に［パネル部板厚ｔｐ／柱部外径Ｂ］をとり、柱部外径Ｂの値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁せいＤ／柱部外径Ｂ］の値と、［パネル部板厚ｔｐ／柱部外径Ｂ］の値とから、付加バネの要・不要を判定（ステップ６）。

3）横軸に［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ］をとり、縦軸に［パネル部板厚ｔｐ／柱部外径Ｂ］をとり、柱部外径Ｂの値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［梁せいＤ／柱部外径Ｂ］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ］の値と、［パネル部板厚ｔｐ／柱部外径Ｂ］の値とから、付加バネの要・不要を判定（ステップ７）。
ここで、たとえば柱部外径Ｂが４５０ｍｍと７００ｍｍの場合で、［パネル部板厚ｔ_Ｐ／柱部外径Ｂ＝１／１１］をパラメータとして付加バネの要・不要の判定が図６に示され、［梁幅２ｂ／柱部外径Ｂ＝５／９］をパラメータとして付加バネの要・不要の判定が図７に示され、［梁せいＤ／柱部外径Ｂ＝１４／９］をパラメータとして付加バネの要・不要の判定が図８に示されている。

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

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

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

以上のようにして、通常の構造規定の計算（ステップ１２）に入る前に、ノンダイアフラム構法の設計方法（ステップ１〜ステップ１１）を組み込むことによって、パネル部フランジ面１２Ａの耐力が梁部１７の終局耐力以上か否かの判断や、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要の判定などを行って、新たな断面の選択に戻ることができる。これにより、柱部とパネル部とに熱間成形鋼管を用いることによる種々な利点を維持し得るものでありながら、短尺四角形鋼管（パネル部）１２に最適の板厚（現在よりも薄い板厚）の熱間成形鋼管を用いることができて、鉄骨重量を軽減（５〜１０％減）できるとともに、短尺四角形鋼管（パネル部）１２のフレームがより柔らかくなることで、建物の一次固有周期を長くでき（一次固有周期を上げることができ）、さらに建物重量を軽くできる。そしてこれらは、いずれも耐震性の向上に寄与できる。

上記した実施の形態１では、柱部とパネル部とに成形角形鋼管、すなわち長尺四角形鋼管１１と短尺四角形鋼管１２とを用いた形式が示されているが、これは柱部とパネル部とに成形丸形鋼管を用いた形式などであってもよい。

上記した実施の形態１では、長尺四角形鋼管１１や短尺四角形鋼管１２としてシームレス形式が示されているが、これはたとえば、ロール成形によるワンシーム四角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ型材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム四角形鋼管、一対の圧延みぞ型材を溶接してなるツーシーム四角形鋼管、圧延山型材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム四角形鋼管などであってもよい。

上記した実施の形態１では、横断面で正四角形状の長尺四角形鋼管１１や短尺四角形鋼管１２を採用しているが、これは横断面で長方形や四角以外の多角形も同様に採用し得るものである。

上記した実施の形態１では、パネル部フランジ面１２Ｂの面外耐力Ｔが梁部１７の終局耐力Ｔ_ｂ以上か否かの判断を先行させ、パネル部フランジ面１２Ｂのパンチングシア耐力Ｑ_Ｐが梁部１７の終局耐力Ｑ_Ｇ以上か否かの判断を後続させた形式が示されているが、これは先行と後続を逆として２段階で行う形式などであってもよい。

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

１１長尺四角形鋼管（柱部）
１２短尺四角形鋼管（パネル部）
１２Ｂパネル部フランジ面
１３裏当て金
１６四角形鋼管柱（柱材用鋼管）
１７梁部（梁材）
２０鉄骨構造物
ｔ_ｃ長尺四角形鋼管１１の板厚
ｔ_ｐ短尺四角形鋼管１２の板厚
Ｌ短尺四角形鋼管１２の長さ
Ｂ長尺四角形鋼管１１の外径
Ｂ_ｐ短尺四角形鋼管１２の外径
Ｒコーナ部１１Ａにおける外周曲面の曲率半径
Ｒ_ｐコーナ部１２Ａにおける外周曲面の曲率半径
２ｂ梁幅
ｔ_ｆフランジ板厚
Ｄ梁せい
ｘ増厚余長部

Claims

柱部に冷間成形鋼管を用いるとともにパネル部に熱間成形鋼管を用い、柱部の板厚に対してパネル部の板厚を厚くしたノンダイアフラム構法の設計方法であって、
柱部とパネル部と梁部との断面を選択して設定数値と比較することで寸法・材質が適用範囲内か否かを判断し、適用範囲外であるときは断面選択に戻って新たな断面を選択し、適用範囲内であるときはパネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かを判断し、パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以下のときは断面選択に戻って新たな断面を選択し、梁部の終局耐力以上のとき、通しダイアフラム構法との仕口部剛性を比較して付加バネの要・不要を判定し、付加バネの要・不要は、順番を任意として、1）〜3）のパラメータで仕口部剛性の評価を行うこととし、
1）横軸に［梁幅／柱部外径］をとり、縦軸に［梁せい／柱部外径］をとり、柱部外径の値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［パネル部板厚／柱部外径］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁幅／柱部外径］の値と、［梁せい／柱部外径］の値とから、付加バネの要・不要を判定、
2）横軸に［梁せい／柱部外径］をとり、縦軸に［パネル部板厚／柱部外径］をとり、柱部外径の値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［梁幅／柱部外径］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁せい／柱部外径］の値と、［パネル部板厚／柱部外径］の値とから、付加バネの要・不要を判定、
3）横軸に［梁幅／柱部外径］をとり、縦軸に［パネル部板厚／柱部外径］をとり、柱部外径の値に応じた付加バネの要・不要の境界線を引き、［梁せい／柱部外径］をパラメータとした判定グラフのうち、前記パラメータの値に対応した判定グラフを用いて、［梁幅／柱部外径］の値と、［パネル部板厚／柱部外径］の値とから、付加バネの要・不要を判定、
この1）〜3）のパラメータにより、通しダイアフラム構法と仕口部剛性を比較して、1）〜3）のパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が高く付加バネが不要の判定の場合には付加バネを考慮しない設計として、通常の構造規定の計算に入るか、または新たな断面の選択に戻り、また、いずれかのパラメータに対して、ノンダイアフラム構法の剛性が低く付加バネが要の判定の場合には断面を変更するか否かの判断を行い、断面を変更するときには新たな断面の選択に戻り、また断面を変更しないときには付加バネの計算を行って、付加バネを考慮した設計を行ったのち、通常の構造規定の計算に入ることを特徴とするノンダイアフラム構法の設計方法。
パネル部フランジ面の耐力が梁部の終局耐力以上か否かの耐力評価は、パネル部フランジ面の面外耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断と、パネル部フランジ面のパンチングシア耐力が梁部の終局耐力以上か否かの判断とを、いずれかを先行させて２段階で行うこととし、かかるパネル部フランジ面の両耐力評価で、いずれかが梁部の終局耐力以下のとき、柱部とパネル部と梁部との断面選択に戻って新たな断面を選択することを特徴とする請求項１記載のノンダイアフラム構法の設計方法。
柱部とパネル部とに角形鋼管を用いていることを特徴とする請求項１または２記載のノンダイアフラム構法の設計方法。