JP7453937B2 - 鉄骨梁 - Google Patents

Description

本発明は、鉄骨梁に関する。

一般に梁材は、梁端部や梁中央部等の各部位において、断面が一様となるように設計される。このため、梁材の最も端の端面に最大曲げモーメントが発生するので、地震が生じた際には、梁材の端部が先行して曲げ降伏する。このように、梁中央部においては、地震時に生じる曲げモーメントが、梁端部よりも小さくなるため、梁中央部の部材の板厚が、梁端部の部材の板厚よりも小さくなるように設計し、施工コストを低減することが行われている。
特に、鉄骨造においては、梁材を、梁端部としてのブラケットと、ブラケットよりも板厚が小さくなるように製造した梁中央部により実現し、柱に接合されたブラケットに梁中央部をボルト接手で接合すること等により、上記のような構造が実現され得る。

上記のような柱とブラケットは、工場において接合され、ブラケットが接合された柱が、工場から施工現場まで搬送されることがある。特にこのような場合において、搬送時における車両積載幅の制限を満足する必要があることから、ブラケットの長さに上限が設けられることがある。
図１１は、梁材に作用する曲げモーメントの説明図である。上記のような状況においては、図１１に示されるように、梁端部に作用する曲げモーメント３００が、梁材が柱に接合される接合面における最大曲げ耐力Ｍｍａｘに到達する前に、梁中央部と梁端部の断面切り替え位置３０１に作用する曲げモーメント３０２が、梁中央部を形成する鋼材の降伏曲げモーメント３０３を超え、これにより、梁中央部の、断面切り替え位置３０１近傍において、曲げ降伏ヒンジが形成されるという状況が生じ得る。
特に、梁スパンが長い構造物を施工する場合には、図１１に示すようにモーメント勾配が緩やかになるために、板厚が僅かに薄い梁中央部において曲げ降伏ヒンジが形成されるという、上記のような状況が生じる可能性が高まることになる。
このような状況においては、板厚が小さい梁中央部に降伏領域が形成され、これを中心として局部座屈や横座屈が生じるため、変形性能が著しく低くなる。また、曲げ耐力も降伏ヒンジが形成される位置で決定づけられるので、梁端部で負担できる最大曲げモーメントも低くなる。

ここで、特許文献１には、鉄骨梁の両端部に位置して柱に接合される一組の梁端部材と、梁端部材に接合されると共に、地震時に曲げ降伏ヒンジを形成する曲げ降伏ヒンジ形成領域を有する梁中央部材と、梁中央部材の曲げ降伏ヒンジ形成領域におけるウェブ材に設けられた補剛部材と、を備える構成が開示されている。
特許文献１に開示された構成においては、曲げ降伏ヒンジ形成領域における梁中央部材のウェブやフランジの板厚は、梁端部材のウェブやフランジの板厚よりも小さくなっているため、曲げ耐力が十分に確保されているわけではない。
また、特許文献２には、Ｈ形断面の梁の梁端部のウェブに、梁の軸方向と直交し、かつ軸方向に所定間隔で配置された複数の縦補剛部材を備える構成が開示されている。
特許文献３には、Ｈ形断面の梁端部の一方のフランジに、他方のフランジ側に向けて延び、かつ梁の軸方向に所定の長さを有する一方の補剛部材が設けられ、他方のフランジに、一方のフランジ側に向けて延び、かつ梁の軸方向に所定の長さを有する他方の補剛部材が設けられた構成が開示されている。
特許文献２、３に開示されたような構成においても、特許文献１と同様であり、曲げ耐力が十分に確保されているわけではない。
梁中央部に位置する鋼材の板厚を薄くして鋼材に要するコストを抑えつつも、座屈を抑制して曲げ耐力を効率的に確保することが、望まれている。

特開２０１７－１４５５９３号公報 特開２０１７－１６６１２２号公報 特開２０１７－１６６１２３号公報

本発明の目的は、鋼材に要するコストを抑えつつ、座屈を抑制して曲げ耐力を確保することが可能な、鉄骨梁を提供することである。

本発明者らは、鉄骨梁を、部材の板厚または鋼材強度が小さい梁中央部と、梁中央部に比べて、板厚が大きい梁端部とで形成したうえで、梁中央部と梁端部との断面切り替え位置に、曲げ降伏ヒンジを形成させないことで、局部座屈を抑制しながら、梁端部の断面性能によって曲げ耐力の上昇が可能な点に着眼して、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の鉄骨梁は、鋼製柱に接合され、フランジ及びウェブを有するＨ形断面またはＩ形断面の鉄骨梁であって、前記鋼製柱に接合される梁端部と、当該梁端部に接合される梁中央部と、を備え、前記フランジ及び前記ウェブのいずれか一方においては、前記梁端部の板厚が前記梁中央部の板厚よりも大きく、他方においては、前記梁端部の板厚が前記梁中央部の板厚以上であり、前記梁端部は、前記鋼製柱に接合される第１梁端部と、一方端が前記第１梁端部に接合され、他方端が前記梁中央部に接合される第２梁端部とを備え、前記第１梁端部と前記第２梁端部とは高力ボルトで接合されていることを特徴とする。
このような構成によれば、地震時に作用する曲げモーメントが小さい梁中央部において、梁端部に比べて、フランジやウェブの板厚が小さくなるように設計することができる。
また、地震発生時には、鉄骨梁において、フランジまたはウェブの各板厚が小さくなり、断面積が最小化される梁端部と梁中央部の断面切り替え位置で曲げ降伏ヒンジは形成されず、曲げ耐力を決定づける梁端部では断面切り替え位置より鉄骨梁の断面積が大きいために、急激な耐力低下を防止しつつ、変形性能を維持することが可能となる。このため、板厚が小さい梁中央部に曲げ降伏ヒンジが形成される場合に比べると、鉄骨梁の最大曲げ耐力は大きい。
また、第１梁端部を鋼製柱に接合することで、いわゆる鋼製ブラケット付の鋼製柱を構成することができる。このような鋼製ブラケット付の鋼製柱を鉄骨製作工場から施工現場に搬入する際、鋼製柱の表面から突出する鋼製ブラケット（第１梁端部）の長さが短くて済むので、車両による運搬性が高まる。また、施工現場では、第１梁端部と第２梁端部とを高力ボルトで接合することで、梁端部を形成することができる。さらに、梁端部の第２梁端部と梁中央部とを、ボルト継手または溶接継手等の既往の手法で接合することで、梁端部と梁中央部とを確実に接合し、曲げモーメントやせん断力を確実に伝達可能な鉄骨梁を実現できる。
このようにして、鋼材に要するコストを抑えつつ、座屈を抑制して曲げ耐力を確保することが可能な、鉄骨梁を実現することができる。

本発明の一態様においては、本発明の鉄骨梁の前記梁端部は、地震時に前記梁中央部に作用する曲げモーメントが、前記梁中央部の梁断面形状と鋼材強度から算定される前記梁中央部における降伏耐力に比べて同等以下となるように、前記鋼製柱の表面からの材軸区間にわたって延在して設けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、地震が発生して、鉄骨梁に曲げモーメントが作用した際に、梁端部に作用する曲げモーメントが、鉄骨梁が鋼製柱と接合される接合面において最大曲げモーメントに到達する場合であっても、梁中央部と梁端部との断面が切り替わる位置及び当該位置よりも梁中央部側に作用する曲げモーメントは、梁中央部を形成する鋼材の降伏耐力より小さくなる。これにより、梁中央部で曲げ降伏ヒンジが形成されることが抑制され、梁中央部における弾性が保たれて、局部座屈や横座屈の急激な進展が抑制され、変形性能が確保される。
このため、座屈を抑制して曲げ耐力を確保することが可能な、鉄骨梁を実現することができる。

本発明によれば、鋼材に要するコストを抑えつつ、座屈を抑制して曲げ耐力を確保することが可能となる。

本発明の実施形態に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。 地震発生時に鉄骨梁に作用する曲げモーメントの分布を示す図である。 鉄骨梁の端部における曲げモーメントと、梁端部、及び梁中央部の降伏耐力との関係を示す図である。 本実施形態における材軸区間の設定方法の流れを示すフローチャートである。 鉄骨梁の各部の寸法を示す図である。 有限要素解析による検討を行った鉄骨梁を示す図である。 比較例として有限要素解析による検討を行った鉄骨梁を示す図である。 比較例として有限要素解析による検討を行った鉄骨梁を示す図である。 鉄骨梁についての有限要素解析による検討結果を示す図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態の第３変形例に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。 従来の鉄骨梁に作用する曲げモーメントの分布を示す図である。

本発明は、梁中央部に比べて、梁端部において、部材の板厚を大きくした鉄骨梁である。地震発生時には、梁中央部と梁端部との断面切り替え位置に曲げ降伏ヒンジを形成させないことで、局部座屈を抑制しながら、梁端部の断面性能を発揮させて、曲げ耐力を確保する鉄骨梁である。
以下、添付図面を参照して、本発明による鉄骨梁を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図を図１に示す。
図１に示されるように、本実施形態に係る鉄骨梁３は、建物の躯体を構成する柱梁架構１において、互いに隣り合う鋼製柱２同士の間に架設される。この鉄骨梁３は、梁端部４と、梁中央部５と、を備える。
梁端部４は、鉄骨梁３の延伸方向の両端部に設けられている。梁端部４は、鋼製柱２に接合されている。梁端部４は、Ｈ形断面またはＩ形断面を有した鋼材からなり、上下方向に間隔をあけて設けられたフランジ４１、４２と、フランジ４１、４２の間に設けられたウェブ４３と、を一体に有している。フランジ４１、４２は、それぞれ水平面に沿って形成され、鉄骨梁３の延伸方向に帯状に延びている。ウェブ４３は、鉄骨梁３の延伸方向を含む鉛直面に沿って形成され、フランジ４１とフランジ４２とを接続する。
本実施形態において、梁端部４は、第１梁端部４Ａと、第２梁端部４Ｂと、を備えている。第１梁端部４Ａは、フランジ４１、４２、及びウェブ４３の一部を形成するフランジ４１Ａ、４２Ａ、及びウェブ４３Ａを有している。第２梁端部４Ｂは、フランジ４１、４２、及びウェブ４３の一部（残部）を形成するフランジ４１Ｂ、４２Ｂ、及びウェブ４３Ｂを有している。第１梁端部４Ａと第２梁端部４Ｂとは、同一断面形状、同一断面積で形成されている。第１梁端部４Ａのフランジ４１Ａ、４２Ａ、及びウェブ４３Ａと、第２梁端部４Ｂのフランジ４１Ｂ、４２Ｂ、及びウェブ４３Ｂとは、それぞれ同一の板厚を有している。
第１梁端部４Ａは、鋼製柱２の表面２ｓに、溶接により一体に接合されている。第２梁端部４Ｂは、一方端が第１梁端部４Ａに接合され、他方端が梁中央部５に接合されている。第１梁端部４Ａと第２梁端部４Ｂとは、ジョイントプレート７１、高力ボルト７２を用いたボルト継手によって、フランジ４１Ａとフランジ４１Ｂ、フランジ４２Ａとフランジ４２Ｂ、ウェブ４３Ａとウェブ４３Ｂとが、それぞれ接合されている。高力ボルト７２は通常のボルトよりも高い強度を有するため、第１梁端部４Ａと第２梁端部４Ｂを強固に接合して応力を十分に伝達することができる。

梁中央部５は、鉄骨梁３の延伸方向の中央部に配置されている。梁中央部５は、その延伸方向の両端部が梁端部４に接合されている。梁中央部５は、Ｈ形断面またはＩ形断面を有した鋼材からなり、上下方向に間隔をあけて設けられたフランジ５１、５２と、フランジ５１、５２の間に設けられたウェブ５３と、を一体に有している。フランジ５１、５２は、それぞれ水平面に沿って形成され、鉄骨梁３の延伸方向に帯状に延びている。ウェブ５３は、鉄骨梁３の延伸方向を含む鉛直面に沿って形成され、フランジ５１とフランジ５２とを接続している。梁中央部５の断面積は、梁端部４の断面積よりも小さい。より詳細には、フランジ４１、４２、５１、５２とウェブ４３、５３とのいずれか一方においては、梁端部４の板厚は梁中央部５の板厚よりも大きい。また、フランジ４１、４２、５１、５２とウェブ４３、５３とのいずれか他方においては、梁端部４の板厚は梁中央部５の板厚以上である。本実施形態では、梁端部４のフランジ４１、４２、及びウェブ４３の各々の板厚が、梁中央部５のフランジ５１、５２、及びウェブ５３の板厚よりもそれぞれ大きい。これに限らず、梁端部４のフランジ４１、４２の板厚が梁中央部５のフランジ５１、５２の板厚よりも大きく、梁端部４のウェブ４３の板厚が梁中央部５のウェブ５３の板厚と同じであってもよい。また、後に第３変形例として図１０を用いて説明するように、梁端部４のウェブ４３の板厚が梁中央部５のウェブ５３の板厚よりも大きく、梁端部４のフランジ４１、４２の板厚が梁中央部５のフランジ５１、５２の板厚と同じであってもよい。
梁中央部５と、第２梁端部４Ｂの、第１梁端部４Ａとは反対側の端部（他方端）とは、溶接継手によって、フランジ５１とフランジ４１Ｂ、フランジ５２とフランジ４２Ｂ、ウェブ５３とウェブ４３Ｂとが、それぞれ接合されている。

このような鉄骨梁３を互いに隣り合う鋼製柱２の間に架設するには、予め、鉄骨製作工場で、第１梁端部４Ａを鋼製柱２に接合することで、いわゆる鋼製ブラケット付の鋼製柱２を製作する。製作した鋼製ブラケット付の鋼製柱２は、トラック、トレーラ等の車両に積載し、鉄骨製作工場から施工現場に運搬する。鋼製ブラケット付の鋼製柱２は、トラック、トレーラ等の車両に積載するため、例えば車幅方向で最大２．５ｍといった寸法制限がある。このため、梁端部４の全体（第１梁端部４Ａ及び第２梁端部４Ｂ）を鋼製柱２に鋼製ブラケットとして接合するのではなく、第１梁端部４Ａのみを鋼製ブラケットとして予め接合することで、鋼製柱２の表面２ｓから突出する鋼製ブラケット（第１梁端部４Ａ）の長さが短くて済む。
施工現場では、第１梁端部４Ａと第２梁端部４Ｂとを高力ボルト７２で接合することで、梁端部４を形成する。さらに、梁端部４の第２梁端部４Ｂと梁中央部５とを、溶接継手で接合することで、鉄骨梁３が架設される。このとき、第２梁端部４Ｂと梁中央部５とを、工場や施工現場の低所で予め接合しておき、梁中央部５に第２梁端部４Ｂが一体に接合された梁ユニット９を形成するようにしてもよい。この場合には、この梁ユニット９を吊り上げ、その端部（第２梁端部４Ｂ）を第１梁端部４Ａに高力ボルト７２で接合すればよい。これにより、第２梁端部４Ｂに梁中央部５を接合する作業を高所で行わなくて済む。

図２は、地震発生時に鉄骨梁に作用する曲げモーメントの分布を示す図である。図３は、鉄骨梁の端部における曲げモーメントと、梁端部、及び梁中央部の降伏耐力との関係を示す図である。
本実施形態の鉄骨梁３においては、梁端部４のフランジ４１、４２、及びウェブ４３の板厚が、梁中央部５のフランジ５１、５２、及びウェブ５３の板厚よりもそれぞれ大きい。また、図３に示すように、梁端部４が延在して設けられる、鋼製柱２の表面２ｓからの材軸区間Ａは、鉄骨梁３に作用する曲げモーメントＫが、梁中央部５における降伏耐力Ｅ５に比べて同等以上となるような区間として、設定されている。換言すれば、地震時に梁中央部５に作用する曲げモーメントが、梁中央部５の梁断面形状と鋼材強度から算定される梁中央部５における降伏耐力に比べて同等以下となるように、梁端部４が延在する鋼製柱２の表面２ｓからの材軸区間Ａが設定されている。
鉄骨梁３においては、地震時に作用する最大曲げ耐力Ｍｍａｘは、梁端部４において鋼製柱２の表面２ｓに接合される柱接合部４ｊ（図３参照）に生じる。このため、梁端部４のフランジ４１、４２、及びウェブ４３の板厚を梁中央部５のフランジ５１、５２、及びウェブ５３の板厚よりも大きくすることで、梁端部４に作用する曲げモーメントＫに対する曲げ耐力が確保される。梁中央部５においては、地震時に作用する曲げモーメントＫが、梁端部４に作用する曲げモーメントＫよりも小さい。このため、梁中央部５のフランジ５１、５２、及びウェブ５３の板厚を梁端部４のフランジ４１、４２、及びウェブ４３の板厚よりも小さくしても、梁中央部５に作用する曲げモーメントＫによって降伏・座屈しないように梁端部４の曲げ耐力Ｅ４と梁中央部５の降伏耐力Ｅ５を設定することで、梁中央部５に作用する曲げモーメントＫに対する曲げ耐力が確保される。

ところで、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊにおいては、梁端部４と梁中央部５とで、フランジ４１、４２、５１、５２及びウェブ４３、５３の板厚が切り替わる。梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊにおける降伏耐力は、板厚が梁端部４よりも小さい梁中央部５の断面に応じた降伏耐力Ｅ５となる。このため、図１１を用いて説明したように、梁端部４の鋼製柱２との柱接合部４ｊに作用する曲げモーメントＫが梁端部４の最大曲げ耐力Ｍｍａｘに達する前に、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊに作用する曲げモーメントＫが、この部分における降伏耐力（梁中央部５の降伏耐力）Ｅ５を超えてしまうと、梁端部４に接合される梁中央部５の端部に曲げ降伏ヒンジが形成されてしまう。
そこで、地震時に梁中央部５（端部に限らず梁中央部５の全体）で曲げ降伏ヒンジが形成されず、弾性域に保つことで、梁中央部５の局部座屈や横座屈の急激な伸展を抑制する必要がある。これには、梁端部４の鋼製柱２との柱接合部４ｊに作用する曲げモーメントＫが梁端部４の最大曲げ耐力Ｍｍａｘに達した状態であっても、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊに作用する曲げモーメントＫが梁中央部５の降伏耐力Ｅ５より小さくなるように、鋼製柱２の表面２ｓから、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊまでの長さ、すなわち梁端部４の鋼製柱２の表面２ｓからの材軸区間Ａを設定するのが好ましい。
すなわち、曲げモーメントＫを、梁端部４の梁断面形状と鋼材強度から算定して、図３に示されるように柱接合部４ｊから梁中央部５に向かうにつれ漸次小さくなるような直線による分布として表したときに、曲げモーメントＫが、梁中央部５の梁断面形状と鋼材強度から算定される梁中央部５における降伏耐力Ｅ５よりも同等以上となる部分を少なくとも含むように、材軸区間Ａは設定されている。
これにより、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊで曲げ降伏ヒンジを形成させず、鋼製柱２に接合される鉄骨梁３の梁端に作用する曲げモーメントＫが、鋼製柱２との柱接合部４ｊの梁端面で最大曲げ耐力Ｍｍａｘに達するまで耐力上昇を可能とする。
上記のように、曲げ降伏ヒンジでは、部材断面が降伏し、ヒンジのように回転剛性を失うと定義して、地震発生時には、鉄骨梁において断面切り替え位置より梁中央部側では降伏耐力を超える曲げが作用しないように定める。

次に、図３に示すように、梁端部４の鋼製柱２との柱接合部４ｊに作用する曲げモーメントＫが梁端部４の最大曲げ耐力Ｍｍａｘに達した状態で、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊに作用する曲げモーメントＫが梁中央部５の降伏耐力Ｅ５より小さくなるように、梁端部４の鋼製柱２の表面２ｓからの材軸区間Ａを設定する方法について説明する。
図４は、本実施形態における材軸区間の設定方法の流れを示すフローチャートである。図５は、鉄骨梁の各部の寸法を示す図である。
図４に示すように、本実施形態における材軸区間Ａの設定方法は、梁端部４と梁中央部５の鋼材諸元を決定する工程Ｓ１１と、梁端部４における最大曲げ耐力Ｍｍａｘを算出する工程Ｓ１２と、梁中央部５における降伏耐力Ｍｙを算出する工程Ｓ１３と、材軸区間Ａの長さを決定する工程Ｓ１４と、を備える。

梁端部４と梁中央部５の鋼材諸元を決定する工程Ｓ１１では、梁端部４、梁中央部５を形成する鋼材の材質、梁端部４のフランジ４１、４２の幅及び板厚、及びウェブ４３の高さ及び板厚、梁中央部５のフランジ５１、５２の幅及び板厚、及びウェブ５３の高さ及び板厚を決定する。
梁端部４における最大曲げ耐力Ｍｍａｘを算出する工程Ｓ１２では、工程Ｓ１１で決定した梁端部４の鋼材諸元を基に、次式（１）、（２）を用いて、梁端部４における最大曲げ耐力Ｍｍａｘを算出する。
Ｍｍａｘ＝α・Ｍ_ｐ …（１）
Ｍ_ｐ＝Ｚ_ｐｘ・σ_ｙ …（２）
ここで、Ｍ_ｐは全塑性モーメントであり、σ_ｙは使用する鋼材の降伏応力度であり、係数αは鋼材のひずみ硬化による耐力上昇を見込んだ値として設定され、例えば１．１とする。
Ｚ_ｐｘは、次式（３）で表される。

上式（３）において、図５に示すように、Ｂはフランジの幅、ｔ_ｆはフランジの板厚、Ｈは鉄骨梁の高さ（梁成）、ｔ_ｗはウェブの板厚、Ａ_ｆは上下のフランジの合計断面積（Ａ_ｆ＝Ｂ・ｔ_ｆ）、Ａ_ｗはウェブの断面積（Ａ_ｗ＝（Ｈ－２ｔ_ｆ）ｔ_ｗ）である。

梁中央部５における降伏耐力Ｍｙを算出する工程Ｓ１３では、工程Ｓ１１で決定した梁中央部５の鋼材諸元を基に、次式（４）を用いて、梁中央部５における降伏耐力Ｍｙを算出する。
Ｍｙ＝Ｚ_ｘ・σ_ｙ …（４）
Ｚ_ｘは、次式（５）により表される。
Ｚ_ｘ＝（Ａ_ｆ＋Ａ_ｗ／６）（Ｈ―ｔ_ｆ） …（５）
材軸区間Ａの長さを決定する工程Ｓ１４では、次式（６）を用い、図３に示す梁端部４の材軸区間Ａの最低限の長さを算出する。
ｙ＝－（Ｍｍａｘ／０．５Ｌ）ｘ ＋ Ｍｍａｘ …（６）
ここで、上式（６）は、図２に示した鉄骨梁３における曲げモーメントＫの分布を示す線を一次関数式として表したものである。上式（６）において、Ｌは鉄骨梁３の全長であり、ｘは、鉄骨梁３における鋼製柱２の表面２ｓからの距離、ｙは距離ｘの位置における曲げモーメントである。これにより、梁端部４の鋼製柱２との柱接合部４ｊに作用する曲げモーメントが梁端部４の最大曲げ耐力（Ｍｍａｘ）に達した状態で、梁端部４と梁中央部５との接合部Ｊに作用する曲げモーメントが梁中央部５の降伏耐力（Ｍｙ）となる、材軸区間Ａの長さがｘとして算出される。
この工程Ｓ１４では、材軸区間Ａの長さを、ｘ以上となるように決定する。

（計算例）
上記のような材軸区間Ａの設定方法の計算例を以下に示す。
例えば、鉄骨梁３を構成する梁端部４、梁中央部５を、４９０Ｎ級鋼の鋼材を用いて形成し、鉄骨梁３の全長Ｌを１５０００ｍｍとする。
このような鉄骨梁３の梁端部４を、高さＨ＝７００ｍｍ、フランジ４１、４２の幅Ｂ＝３００ｍｍ、ウェブ４３の板厚ｔ_ｗ＝１６ｍｍ、フランジ４１、４２の板厚ｔ_ｆ＝２２ｍｍとすると、上式（１）で求められる梁端部４における最大曲げ耐力Ｍｍａｘは、２４３７ｋＮｍとなる。
また、梁中央部５の高さＨ＝７００ｍｍ、フランジ５１、５２の幅Ｂ＝３００ｍｍ、ウェブ５３の板厚ｔ_ｗ＝１２ｍｍ、フランジ５１、５２の板厚ｔ_ｆ＝１９ｍｍとすると、上式（４）で求められる梁中央部５における降伏耐力Ｍｙは、１６４７ｋＮｍとなる。
得られた降伏耐力Ｍｙ＝１６４７ｋＮｍを、上式（６）のｙに代入すると、材軸区間Ａの最低限の長さ（ｘ）は、２４３１ｍｍと算出される。したがって、この場合、材軸区間Ａの長さを、２４３１ｍｍ以上と設定する。

同様に、鉄骨梁３の高さＨ＝７００ｍｍ、幅Ｂ＝３００ｍｍ、全長Ｌを１００００ｍｍとした場合、梁端部４の材軸区間Ａの長さは、例えば１６００ｍｍ以上とするのが好ましい。
鉄骨梁３の高さＨ＝７００ｍｍ、幅Ｂ＝３００ｍｍ、全長Ｌを１８０００ｍｍとした場合、梁端部４の材軸区間Ａの長さは、例えば３０００ｍｍ以上とするのが好ましい。
ここで、上記のような各例において、全長Ｌが１００００ｍｍの場合、細長比λは１５０程度、全長Ｌが１５０００ｍｍの場合、細長比λは２３０程度、全長Ｌが１８０００ｍｍの場合、細長比λは２８０程度、である。細長比λは、鉄骨梁３の断面と全長Ｌとの相関に基づいて、横座屈の起こりやすさ等を考慮するために用いられる。

上述したような鉄骨梁３は、鋼製柱２に接合され、フランジ４１、４２、５１、５２及びウェブ４３、５３を有するＨ形断面またはＩ形断面の鉄骨梁３であって、鋼製柱２に接合される梁端部４と、梁端部４に接合される梁中央部５と、を備え、フランジ４１、４２、５１、５２及びウェブ４３、５３のいずれか一方においては、梁端部４の板厚が梁中央部５の板厚よりも大きく、他方においては、梁端部４の板厚が梁中央部５の板厚以上であり、梁端部４は、鋼製柱２に接合される第１梁端部４Ａと、一方端が第１梁端部４Ａに接合され、他方端が梁中央部５に接合される第２梁端部４Ｂとを備え、第１梁端部４Ａと第２梁端部４Ｂとは高力ボルト７２で接合されている。
このような構成によれば、地震時に作用する曲げモーメントＫが小さい梁中央部５において、梁端部４に比べて、フランジ５１、５２やウェブ５３の板厚が小さくなるように設計することができる。このため、鋼材に要するコストを低減可能である。
また、地震発生時には、鉄骨梁３において、フランジまたはウェブの各板厚が小さくなり、断面積が最小化される梁端部４と梁中央部５の断面切り替え位置で曲げ降伏ヒンジは形成されず、曲げ耐力を決定づける梁端部４では断面切り替え位置より鉄骨梁３の断面積が大きいために、急激な耐力低下を防止しつつ、変形性能を維持することが可能となる。また、板厚が小さい梁中央部５に曲げ降伏ヒンジが形成される場合に比べると、鉄骨梁３の最大曲げ耐力は大きい。
また、第１梁端部４Ａを鋼製柱２に接合することで、いわゆる鋼製ブラケット付の鋼製柱２を構成することができる。このような鋼製ブラケット付の鋼製柱２を鉄骨製作工場から施工現場に搬入する際、鋼製柱２の表面から突出する鋼製ブラケット（第１梁端部４Ａ）の長さが短くて済むので、車両による運搬性が高まる。また、施工現場では、第１梁端部４Ａと第２梁端部４Ｂとを高力ボルト７２で接合することで、梁端部４を形成することができる。さらに、梁端部４の第２梁端部４Ｂと梁中央部５とを、溶接継手で接合することで、梁端部４と梁中央部５とを確実に接合し、曲げモーメントやせん断力を確実に伝達可能な鉄骨梁を実現できる。
このようにして、鋼材に要するコストを抑えつつ、座屈を抑制して曲げ耐力を確保することが可能な、鉄骨梁３を実現することができる。

上述したような梁端部４は、地震時に梁中央部５に作用する曲げモーメントが、梁中央部５の梁断面形状と鋼材強度から算定される梁中央部５における降伏耐力に比べて同等以下となるように、鋼製柱２の表面２ｓからの材軸区間Ａにわたって延在して設けられている。
このような構成によれば、地震発生時には、鉄骨梁３に曲げモーメントが作用した際に、梁端部４に作用する曲げモーメントＫが、鉄骨梁３が鋼製柱２に接合される接合面２ｓにおける最大曲げ耐力Ｍｍａｘに到達した場合であっても、梁中央部５と梁端部４の、板厚が切り替わる位置Ｊ及び当該位置Ｊよりも梁中央部５側に作用する曲げモーメントＫは、梁中央部５を形成する鋼材の降伏耐力より小さくなる。これにより、梁中央部５で曲げ降伏ヒンジが形成されることが抑制され、梁中央部５における弾性が保たれて、局部座屈や横座屈の急激な進展が抑制され、変形性能が確保される。
このため、座屈を抑制して曲げ耐力を確保することが可能な、鉄骨梁３を実現することができる。

（検討例）
上記したような鋼製の鉄骨梁３について有限要素解析による検討を行ったので、その結果を以下に示す。
ここでは、図６Ａに示すように、検討対象の鉄骨梁３の梁端部４を、材軸区間Ａの長さ２５００ｍｍ、高さＨ＝９００ｍｍ、フランジ４１、４２の幅Ｂ＝３００ｍｍ、ウェブ４３の板厚ｔ_ｗ＝２２ｍｍ、フランジ４１、４２の板厚ｔ_ｆ＝２８ｍｍとした。梁中央部５を、高さＨ＝９００ｍｍ、フランジ５１、５２の幅Ｂ＝３００ｍｍ、ウェブ５３の板厚ｔ_ｗ＝１９ｍｍ、フランジ５１、５２の板厚ｔ_ｆ＝２５ｍｍとした。
比較のため、図６Ｂに示すような鉄骨梁１００と、図６Ｃに示すような鉄骨梁２００と、を用いた。鉄骨梁１００は、図６Ｂに示すように、ウェブ１０３の両側面に、上下に延びてフランジ１０１、１０２同士を連結する補剛プレート１０５を設けた。鉄骨梁２００は、図６Ｃに示すように、ウェブ２０３の両側面に、フランジ２０１、２０２の中間部において、鉄骨梁２００の延伸方向に延びる補剛プレート２０６を設けた。
これらの鉄骨梁３、１００、２００について、梁端部に曲げモーメントを作用させる有限要素解析を行った。その結果を図７に示す。
この図７に示すように、本実施形態の構成を適用した鉄骨梁３においては、比較例としての鉄骨梁１００、２００と同等以上の曲げ耐力と変形性能が得られることが確認された。

（実施形態の第１変形例）
なお、本発明の鉄骨梁は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、第２梁端部４Ｂと梁中央部５とを溶接継手で接合するにようにしたが、これに限られない。
図８は、本発明の実施形態の第１変形例に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。
例えば、図８に示すように、鉄骨梁３Ｂを構成する第２梁端部４Ｂと梁中央部５とを、ボルト継手により接合するようにしてもよい。
より詳細には本変形例の鉄骨梁３Ｂにおいては、梁中央部５と、第２梁端部４Ｂの、第１梁端部４Ａとは反対側の端部（他方端）とは、ジョイントプレート８１、ボルト８２を用いたボルト継手によって、フランジ５１とフランジ４１Ｂ、フランジ５２とフランジ４２Ｂ、ウェブ５３とウェブ４３Ｂとが、それぞれ接合されている。

（実施形態の第２変形例）
また、上記実施形態、及び第１変形例では、梁端部４を構築するに際し、フランジ４１、４２及びウェブ４３の板厚が、梁中央部５のフランジ５１、５２及びウェブ５３の板厚より大きい鋼材を用いたが、これに限らない。
図９は、本発明の実施形態の第２変形例に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。
例えば、図９に示すように、鉄骨梁３Ｃの梁端部４を構成する第２梁端部４Ｂを、梁中央部５と同一の鋼材により梁中央部５と一体に形成したうえで、これに当て板９０を溶接して板厚が厚くなるようにフランジ４１Ｂ、４２Ｂ及びウェブ４３Ｂを形成することで、構築してもよい。このようにすることで、梁端部４と梁中央部５の間で、曲げモーメントやせん断力を確実に伝達することができる。

（実施形態の第３変形例）
また、上記実施形態では、梁端部４のフランジ４１、４２、及びウェブ４３の各々の板厚が、梁中央部５のフランジ５１、５２、及びウェブ５３の板厚よりもそれぞれ大きくしたが、これに限らない。
図１０は、本発明の実施形態の第３変形例に係る鉄骨梁の構成を示す斜視図である。
例えば、図１０に示すように、鉄骨梁３Ｄの梁端部４のウェブ４３の板厚が梁中央部５のウェブ５３の板厚よりも大きく、梁端部４のフランジ４１、４２の板厚が梁中央部５のフランジ５１、５２の板厚と同じであってもよい。この場合には、例えば第２梁端部４Ｂのフランジ４１Ｂ、４２Ｂを梁中央部５のフランジ５１、５２と同一の鋼材によりそれぞれ一体に形成し、第２梁端部４Ｂのウェブ４３Ｂと梁中央部５のウェブ５３を溶接接合したウェブ６３と溶接組立することで、第２梁端部４Ｂと梁中央部５を構築してもよい。
あるいは、上記実施形態において説明したように、梁端部４のフランジ４１、４２の板厚が梁中央部５のフランジ５１、５２の板厚よりも大きく、梁端部４のウェブ４３の板厚が梁中央部５のウェブ５３の板厚と同じであってもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

２ 鋼製柱 ４３ 梁端部のウェブ
２ｓ 表面 ５１、５２ 梁中央部のフランジ
３、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 鉄骨梁 ５３ 梁中央部のウェブ
４ 梁端部 ７２ 高力ボルト
４Ａ 第１梁端部 Ａ 材軸区間
４Ｂ 第２梁端部 Ｅ４ 梁端部の曲げ耐力
５ 梁中央部 Ｅ５ 梁中央部の降伏耐力
４１、４２ 梁端部のフランジ Ｋ 曲げモーメント

Claims (2)

1. 鋼製柱に接合され、フランジ及びウェブを有するＨ形断面またはＩ形断面の鉄骨梁であって、
   前記鋼製柱に接合される梁端部と、当該梁端部に接合される梁中央部と、を備え、
   前記フランジ及び前記ウェブのいずれか一方においては、前記梁端部の板厚が前記梁中央部の板厚よりも大きく、他方においては、前記梁端部の板厚が前記梁中央部の板厚以上であり、
   前記梁端部は、前記鋼製柱に接合される第１梁端部と、一方端が前記第１梁端部に接合され、他方端が前記梁中央部に接合される第２梁端部とを備え、
   前記第１梁端部と前記第２梁端部とは高力ボルトで接合されていることを特徴とする鉄骨梁。
2. 前記梁端部は、地震時に前記梁中央部に作用する曲げモーメントが、前記梁中央部の梁断面形状と鋼材強度から算定される前記梁中央部における降伏耐力に比べて同等以下となるように、前記鋼製柱の表面からの材軸区間にわたって延在して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨梁。
   

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