JP7426253B2 - トラス梁 - Google Patents

Description

本開示は、地震時の変形能力が高いトラス梁に関する。

トラス梁は、弦材及び斜材の個材で構成され、弾性域では個々の部材に生じる軸力で抵抗する部材であり、個材として束材を含むこともあり、一般的に弦材は直線や曲線状、斜材及び束材は直線状に延在することが多い。トラス梁は、建物において１対の柱間に掛け渡される大梁として使用され、上弦材の中間部に小梁を接合することもある。

鉄骨部材の変形能力は、主に個材の幅厚比によって構造特性係数（以下、「Ｄｓ値」と記す）が決まり、Ｄｓ値はＨ形鋼などの単材の充腹材部材に適用されている。変形性能が大きいほどＤｓ値は小さな値となり、設計用の地震力が小さくなる。しかし、Ｄｓ値はトラス梁の個材の幅厚比には適用できず、トラス梁自体の部材種別が存在しないため、現時点では特別な検討をしない限り、トラス梁の設計にはＤｓ値を大きく定めることが慣例である。従って、トラス梁を設ける場合には、変形性能に乏しい「建物」として、地震力を大きく（Ｄｓ値を大きく）して設計する必要があり、トラス梁だけでなく、その他の柱・梁も含めて、不経済な設計になっていた。

非特許文献１には、ラーメン骨組に組み込まれた平面トラス部材において、塑性化する部材を座屈拘束部材や、安定した履歴特性を有する部材に交換することにより、トラス架構全体に安定された履歴特性を与える設計が可能で、個材座屈の影響を考慮せず、充腹材（Ｈ形鋼等）と同様に架構を扱うことが可能になると記されている。

例えば特許文献１に、座屈拘束部材が記載されている。この座屈拘束部材は、建物の柱と梁の軸組構造に斜めに配置される制振ブレースとして使用されるものであり、鋼管と、両端部が突出するように鋼管に挿通された鋼製の芯材と、芯材に付着しないように鋼管内に充填された充填材とを有する。鋼管及び充填材によって塑性化する芯材の座屈が拘束されている。また、特許文献２には、下弦材において、柱と柱に最も近い斜材が接合する部分との間に制振手段を設けたトラス梁が記載されている。

特開２００５－１４６７７３号公報 特開２００６－１８３３２４号公報

日本建築学会著「鋼構造座屈設計指針」日本建築学会、２００９年１１月

柱と下弦材における柱に最も近い斜材が接合する部分との間は、その距離が短いため、特許文献１に記載の座屈拘束部材のような部材を配置することができなかった。下弦材において地震時に最も大きな力が作用する部分は端部であるため、このような部分に座屈拘束部材を配置したい場合がある。単に柱と柱に最も近い接合部との間に座屈拘束部材を設けると、座屈拘束部材の変形長さが短くなり、また、柱と柱に最も近い接合部との間を拡げて座屈拘束部材を組み込むとトラス梁の強度が不足する恐れがあった。

このような問題に鑑み、本発明は、地震時の変形能力が高く、地震時に弦材や斜材に応力が集中することが抑制され、十分な強度を有するトラス梁を提供することを目的とする。

本発明のある実施形態は、建物において１対の柱（６）間に掛け渡され、上弦材（２）と、下弦材（３）と、両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する複数の斜材（４）と、鉛直方向に延在して両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する少なくとも１本の束材（５）とを備えるトラス梁（１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１）であって、前記下弦材（３）は、長尺材を有する本体部（７）と、前記本体部（７）と同軸に配置され前記本体部（７）の少なくとも一方の端部に接合し、少なくとも所定の規模以上の地震時に前記下弦材（３）に沿った方向への単位長さ当たりの変形が前記本体部よりも大きい変形許容部材（８）とを含み、前記複数の斜材は、前記トラス梁の延在方向の中央に向かうにつれて下方に向かうように傾斜した複数の第１斜材（９）を含み、前記複数の第１斜材（９）は、前記複数の第１斜材（９）の中で前記延在方向における最も端部に配置された端部第１斜材（９ａ）と、前記端部第１斜材（９ａ）よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第１斜材（９ｂ）とを含み、前記トラス梁（１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１）の少なくとも一方の端部において、前記変形許容部材（８）は、前記端部第１斜材（９ａ）の下端部が前記下弦材（３）に接合する第２接合部（１２）と前記柱（６）との間に配置され、前記少なくとも１本の束材（５，５２）は、前記第２接合部に接合する端部束材（５）を含むことを特徴とする。前記トラス梁（１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１）の前記少なくとも一方の端部において、前記端部第１斜材（９ａ）の上端部が前記上弦材（２）に接合する第１接合部（１１，１１ａ，１１ｂ，３２）は少なくとも所定の規模以上の地震時にピン接合とみなせることが好ましい。

この構成によれば、端部束材が存在するため、端部第１斜材を中間部第１斜材よりも長くしても強度の低下を補うことができ、比較的長い変形許容部材をトラス梁の端部に配置することができる。また、地震時に変形許容部材が伸縮しても、第１接合部が地震時にピン接合とみなせる構造のため、第１接合部の周辺に応力が集中することが抑制される。これらのため、地震時の変形能力が高いトラス梁であって、地震時に弦材や斜材に応力が集中することが抑制され、十分な強度を有するトラス梁を提供することができる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１）は、上記構成において、前記変形許容部材（８）は、所定の軸力を受けたときに前記本体部よりも先に塑性化するとともに座屈が拘束された部材を含む座屈拘束部材（８）であることを特徴とする。

この構成によれば、地震時に大きな軸力を受ける弦材，斜材等の各個材の座屈が防止される。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（１，３１，４１，６１）は、上記構成の何れかにおいて、前記斜材（４）は、前記延在方向の中央に向かうにつれて上方に向かうように傾いた複数の第２斜材（１０）を更に含み、前記複数の第２斜材（１０）は、前記端部束材（５）よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第２斜材（１０ｂ）を含み、前記中間部第１斜材（９ａ）及び前記中間部第２斜材（１０ｂ）は、ワーレントラス形状に配置され、前記延在方向の長さおいて、前記トラス梁（１，３１，４１，６１）の前記少なくとも一方の端部における前記端部第１斜材は、前記中間部第１斜材よりも長いことを特徴とする。

一般的なワーレントラス形状であれば、柱から最も柱に近接する斜材が下弦材に接合する部分までの長さは、斜材と下弦材の接合部間の長さの半分であるところ、この構成によれば、束材によって強度の低下を補うことにより、柱から第１接合部までの長さを長くし、変形許容部材を下弦材の端部に設置できる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（１，４１，６１）は、上記構成において、前記トラス梁（１，４１，６１）の前記少なくとも一方の端部において、前記上弦材（２）は、前記第１接合部（１１，１１ａ，１１ｂ）において前記柱（６）に接合していることを特徴とする。

この構成によれば、一般的なワーレントラス形状と同等の個材数でトラス梁を構築することができる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（６１）は、上記構成において、正面視で、第１辺部（６２ａ）、第２辺部（６２ｂ）及び第３辺部（６２ｃ）を有する三角形状のパネル材（６２）を更に備え、前記第１辺部（６２ａ）は前記上弦材（２）の端部を構成し又は前記上弦材（２）の端部に当接し、前記第２辺部（６２ｂ）は前記端部第１斜材（９ａ）を構成し、前記第３辺部（６２ｃ）は前記端部束材（５）を構成することを特徴とする。

この構成によれば、パネル材によって代替された個材間の接合が不要となる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（３１）は、上記第３の構成において、前記トラス梁（３１）の前記少なくとも一方の端部において、前記複数の第２斜材（１０）は、上端部において前記第１接合部（３２）に接合し、下端部において前記下弦材（３）及び前記柱（６）に接合する端部第２斜材（１０ａ）を含むことを特徴とする。

この構成よれば、端部第２斜材と端部第１斜材の下方が変形許容部材を設置するべきスペースとなり、このスペースを長くすることが可能であり、比較的長い変形許容部材をこのスペースに設置することができる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（１１，６１）は、上記の中間部第１斜材（９ｂ）及び中間部第２斜材（１０ｂ）を含む構成において、前記延在方向において、前記柱（６）から前記端部束材（５）までの距離は、下端部において互いに接合するように隣接する前記中間部第１斜材（９ｂ）及び前記中間部第２斜材（１０ｂ）の前記上弦材（２）への接合部間（互いに隣り合う第３接合部１３及び第５接合部１５間、又は、互いに隣り合う第５接合部１５間）の距離に略等しいことを特徴とする。

この構成によれば、上弦材と斜材又は束材との接合部が等間隔となるため、これらの接合部に接合される小梁を等間隔に配置することができる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１）は、上記構成の何れかにおいて、前記第１接合部（１１，１１ａ，３２）は、剛接合又は半剛接合を含み、前記所定の規模以上の地震時に塑性ヒンジを構成することを特徴とする。

この構成によれば、第１接合部が塑性ヒンジを構成することにより、地震時に第１接合部周辺に曲げ応力が集中すること防止でき、終局時の設計が容易になる。

本発明のある実施形態に係るトラス梁（１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１）は、上記構成の何れかにおいて、前記第１接合部（１１ｂ）はピン接合を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１接合部がピン接合であるため、地震時に第１接合部周辺に曲げ応力が集中すること防止でき、地震時の損傷を抑制することができる。

本発明によれば、地震時の変形能力が高く、地震時に弦材や斜材に応力が集中することが抑制され、十分な強度を有するトラス梁を提供することができる。

第１実施形態に係るトラス梁を示す模式的な正面図 第１実施形態に係るトラス梁の一部を示す正面図 第１実施形態に係るトラス梁の端部を示す正面図 第１実施形態に係るトラス梁の端部の第１変形例を示す正面図 第１実施形態に係るトラス梁の端部の第２変形例を示す正面図 第１実施形態に係るトラス梁における座屈拘束部材と柱との接合部を示す正面図 第１実施形態に係るトラス梁の構築方法を示す説明図 第１実施形態に係るトラス梁の地震時における第１実施形態に係るトラス梁を示す説明図 第２実施形態に係るトラス梁の一部を示す正面図 第２実施形態に係るトラス梁の第１接合部を示す正面図 第３及び第４実施形態に係るトラス梁を示す模式的な正面図（Ａ：第３実施形態、Ｂ：第４実施形態） 第５～第８実施形態に係るトラス梁を示す模式的な正面図（Ａ：第５実施形態、Ｂ：第６実施形態、Ｃ：第７実施形態、Ｄ：第８実施形態）

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２は、第１実施形態に係るトラス梁１を示す。トラス梁１は、上弦材２と、上弦材２の下方に配置された下弦材３と、両端部がそれぞれ上弦材２及び下弦材３に接合された複数の斜材４と、両端部がそれぞれ上弦材２及び下弦材３に接合された２つの端部束材５を備え、両端部において柱６に支持されている。トラス梁１は、正面視で概ね左右対称形をなすため、両端部の一方を例に説明するが、他方の端部も同様の構成を有する。

上弦材２及び下弦材３は、概ね水平方向に沿って互いに平行に配置されている。第１実施形態の上弦材２及び下弦材３は、直線状の部材であるが、曲線状の部材でもよい。上弦材２は、複数のＨ形鋼等の長尺材を連結することによって形成される。下弦材３は、複数のＨ形鋼等の長尺材を連結することによって形成された本体部７と、本体部７と同軸に本体部７の両端部に接合された座屈拘束部材８等の変形許容部材とを含む。上弦材２及び下弦材３は、両端部において柱６に接合されている。上弦材２の全体及び下弦材３の本体部７に用いられるＨ形鋼は、１対のフランジが上下方向に対向し、ウェブが鉛直面に沿うように配置される。上弦材２及び下弦材３の本体部７は、それぞれ、複数の長尺材に代えて１本のＨ形鋼等の長尺材によって構成されてもよい。

複数の斜材４は、２つの端部束材５間において、トラス梁１の延在方向の一端側から他端側に向かうにつれ、斜め下方に向かうものと斜め上方に向かうものとが交互に配置される。トラス梁１の一方の端部から延在方向の中央までの範囲に着目すると、複数の斜材４は、トラス梁１の延在方向の中央に向かうにつれて下方に向かうように傾斜した複数の第１斜材９と、延在方向の中央に向かうにつれて上方に向かうように傾いた複数の第２斜材１０とを含む。第１斜材９は、両端部のそれぞれにおいて複数の第１斜材９の中で最も端部に配置された端部第１斜材９ａと、端部第１斜材９ａ及び端部束材５よりも延在方向の中央側に配置された複数の中間部第１斜材９ｂとを含む。端部第１斜材９ａは、中間部第１斜材９ｂよりも長い。

端部第１斜材９ａは、上端部において上弦材２及び柱６に接合し（第１接合部１１）、下端部において下弦材３及び端部束材５に接合している（第２接合部１２）。端部束材５は、鉛直方向に延在し上端部において上弦材２及び１本の中間部第１斜材９ｂの上端部に接合している（第３接合部１３）。第１実施形態における全ての第２斜材１０は、端部束材５よりも中央側に配置された中間部第２斜材１０ｂに相当し、端部束材５からトラス梁１の延在方向の中央までは、中間部第１斜材９ｂと中間部第２斜材１０ｂが交互に配置され、中間部第１斜材９ｂの下端部及び中間部第２斜材１０ｂの下端部が下弦材３に接合する第４接合部１４と、中間部第２斜材１０ｂの上端部及び中間部第１斜材９ｂの上端部が上弦材２に接合する第５接合部１５とが交互に現れる。

各々の斜材４及び端部束材５は、互いに平行に配置された１対の溝形鋼等の鋼製の長尺材からなる。中間部第１斜材９ｂと中間部第２斜材１０ｂの長さは互いに等しく、これらの上弦材２及び下弦材３に対する角度は互いに略等しいことが好ましい。柱６から端部束材５までの距離は、第３接合部１３から第３接合部１３に隣接する第５接合部１５までの距離、並びに、互いに隣り合う第５接合部１５同士の距離に等しいことが好ましい。

柱６は、鉛直方向に延在する柱本体６ａと、柱本体６ａから下弦材３に向かって突出する下部突出部６ｂとを含む。柱本体６ａは、Ｈ形鋼等の鋼材によって構成されるが、他の素材、例えば、鉄筋コンクリートによって構成されてもよい。下部突出部６ｂは、下弦材３と同軸に配置されて柱本体６ａに剛接合されている。下部突出部６ｂは、Ｈ形鋼や断面視で十字型となる鋼材等によって構成される（詳細は後述）。下部突出部６ｂがＨ形鋼を含む場合、このＨ形鋼は、下弦材３の本体部７を構成するＨ形鋼と同様に、１対のフランジが上下方向に対向し、ウェブが鉛直面に沿うように配置される。

座屈拘束部材８は、一端側において本体部７に接合されて他端側において下部突出部６ｂに接合される芯材１６と、両端部のそれぞれから芯材１６の端部が突出するように芯材１６を挿通させる筒状体１７と、芯材１６に付着しないように筒状体１７に充填されたグラウト等の充填材（図示せず）とを含む。芯材１６は、所定の荷重を受けたときに本体部７よりも先に塑性化する部材であり、延在方向に直交する断面形状が十字になるように、鋼板の両表面に直角に他の鋼板を溶接した鋼材からなる。筒状体１７は、角形や円形の鋼管からなり、充填材と協働して芯材１６の座屈を拘束する。地震時に芯材１６が座屈せずに伸縮することにより、芯材１６にエネルギーが吸収され、トラス梁１の他の部材への負荷が軽減される。なお、変形許容部材は、少なくとも所定の規模以上の地震時に下弦材３の延在方向への単位長さ当たりの変形が本体部７よりも大きい部材である。座屈拘束部材８以外の変形許容部材の例として制振ダンパーが挙げられる。

上弦材２を構成するＨ形鋼同士の接合及び下弦材３の本体部７を構成するＨ形鋼同士の接合である弦材接合部１８は、剛接合である。ある弦材接合部１８は、互いに接合されるＨ形鋼の端部のウェブ及びフランジのそれぞれの表面を跨ぐようにスプライスプレート１９を添え、ウェブ及びフランジのそれぞれと、これに添えられたスプライスプレート１９とを高力ボルト等の締結具２０で締結することによって構成される。

図３に示すように、第１接合部１１では、端部第１斜材９ａの上端部がガセットプレート２１を介して上弦材２及び柱６に接合している。ガセットプレート２１は、上弦材２及び柱６に溶接されており、端部第１斜材９ａの上端部が高力ボルト等の締結具２０によってガセットプレート２１に締結されている。第１接合部１１は、剛接合であるが、所定の規模以上の地震時には塑性変形して塑性ヒンジを形成してピン接合とみなせる。

図４は、第１変形例に係る第１接合部１１ａを示す。柱６は、上弦材２と同軸に上弦材２に向かって突出する上部突出部６ｃを含む。上部突出部６ｃは、Ｈ形鋼等の鋼材によって構成され、柱本体６ａに剛接合している。上部突出部６ｃを構成するＨ形鋼は、上弦材２を構成するＨ形鋼と同様に、１対のフランジが上下方向に対向し、ウェブが鉛直面に沿うように配置される。上弦材２の端部と上部突出部６ｃとは、これらのウェブの表面を跨ぐようにシアプレート２２を添え、ウェブとシアプレート２２とを高力ボルト等の締結具２０で締結することによって接合される。上弦材２の端部のフランジの下面にはガセットプレート２１が溶接されている。端部第１斜材９ａの上端部が、高力ボルト等の締結具２０により、このガセットプレート２１に締結されている。第１接合部１１ａは、半剛接合であるが、所定の規模以上の地震時には塑性変形して塑性ヒンジを形成してピン接合とみなせる。

図５は、第２変形例に係る第１接合部１１ｂを示す。上弦材２の端部のフランジの下面にはガセットプレート２１が溶接されている。端部第１斜材９ａの上端部が、高力ボルト等の締結具２０により、このガセットプレート２１に締結されている。互いに接合された上弦材２の端部及び端部第１斜材９ａの上端部は、クレビス２３を介して柱６に接合している。クレビス２３は、ピン接合部を挟んで一方の部材が柱６に固定され、他方の部材が上弦材２の端部及びこの端部に固定されたガセットプレート２１に固定されている。

図２及び図３に示す第２～第５接合部１２～１５では、それぞれ、端部第１斜材９ａの下端部及び端部束材５の下端部、端部束材５の上端部及び中間部第１斜材９ｂの上端部、中間部第１斜材９ｂの下端部及び中間部第２斜材１０ｂの下端部、並びに、中間部第２斜材１０ｂの上端部及び中間部第１斜材９ｂの上端部が、上弦材２又は下弦材３に溶接されたガセットプレート２１に高力ボルト等の締結具２０によって締結されている。第２～第５接合部１２～１５は、剛接合であるが、設計上はピン結合とみなせるように構成されてもよい。

第１～第５接合部１１～１５において、ガセットプレート２１は、トラス梁１の構面と並行に配置される。１本の斜材４及び１本の端部束材５、又は、２本の斜材４が接合する第２～第５接合部１２～１５において、ガセットプレート２１には、２本の接合する部材の間に、トラス梁１の延在方向に直交するようにリブ２８が溶接等により固定されていることが好ましい。上弦材２及び下弦材３にも、上下方向においてガセットプレート２１のリブ２８に整合する位置にリブ２８が溶接等により固定されていることが好ましい。

図６は、座屈拘束部材８の端部と柱６の下部突出部６ｂとの接合である第６接合部２４を示す。なお、下弦材３の本体部７（図３参照）の端部の構造は、下部突出部６ｂにおける座屈拘束部材８に接合する部分の構造と同一であり、座屈拘束部材８の他の端部と下弦材３の本体部７（図３参照）の端部との接合も、図６に示す接合構造と同様の第６接合部２４をなす。第６接合部２４は、通常時は剛接合又は半剛接合とみなせるが、所定以上の規模の地震時にはピン接合とみなせる接合構造である。Ｈ形鋼によって構成されている下部突出部６ｂの突出端部（座屈拘束部材８の他の端部の接合においては、「下部突出部６ｂ」を「本体部７」と読み替え、「突出端部」を「端部」と読み替える。以下、第６接合部２４に関する説明において同じ）には、座屈拘束部材８の芯材１６の十字の断面形状に対応するように、ウェブの両表面に鋼板２５が溶接され、Ｈ形鋼に鋼板２５を合わせた形状が断面視で「王」字形状となっている。十字状の断面を有する芯材１６の表面と、下部突出部６ｂの突出端部のウェブ及び鋼板２５の表面とには、両者を跨ぐように鋼製の接合プレート２６が添えられ、締結具２０によって締結されている。下部突出部６ｂの突出端部のウェブと、これに連結される芯材１６の鋼材の厚さが相違する場合はフィラープレート（図示せず）が用いられる。芯材１６及び下部突出部６ｂの突出端部、並びに接合プレート２６の通し穴（図示せず）の直径は、締結具２０を構成するボルトの軸部の直径よりも大きい。このため、通し穴と軸部との間には遊びが生じている。通常時は、締結具２０、接合プレート２６、並びに、下部突出部６ｂの突出端部及び芯材１６の間の摩擦力によって剛接合又は半剛接合状態が維持される。所定以上の規模の地震時には、締結具２０を構成するボルトの頭部及びナットと接合プレート２６との間、又は接合プレート２６と下部突出部６ｂの突出端部との間にすべりが生じる。この時、通し穴とボルトの軸部との間に遊びがあるため、下部突出部６ｂと座屈拘束部材８とは、トラス梁１（図１参照）の構面に直交する方向を軸に相対的に所定の範囲で回転可能となる。所望の回転範囲に応じて、遊びの大きさは決定される。通し穴を長孔としてもよい。このように、第６接合部２４は、通常時は剛接合又は半剛接合とみなせ、所定以上の規模の地震時にはピン接合とみなせる。

また、芯材１６から鋼板２５に伝わった軸力を受けるように、鋼板２５における接合プレート２６が接合していない部分に他の鋼板２７が溶接されている。他の鋼板２７は、トラス梁１の延在方向に直交するように配置され、端縁が下部突出部６ｂのフランジ及びウェブに溶接されている。他の鋼板２７によって、芯材１６から下部突出部６ｂに伝わる軸力が、下部突出部６ｂのウェブだけでなくフランジに伝わりやすくなり、また、下部突出部６ｂのフランジで伝達されていた軸力が芯材１６に伝わりやすくなる。なお、他の鋼板２７は、芯材１６から離間するにつれて上下のフランジに近づくように、正面視でＶ字形状に変更してもよい。

なお、下部突出部６ｂは、下弦材３の延在方向に直交する断面において、座屈拘束部材８の芯材１６の十字形状に対応する形状を含んでいればよい。例えば、下部突出部６ｂは、上記の構造においてＨ形鋼の上下のフランジがなく、断面視で実質的に十字形状のみとなる構造であってもよい。この場合、上記の構造におけるウェブに相当する鋼材の上下方向幅は、柱本体６ａに近づくほど拡がっていることが好ましい。

図３に示すように、下弦材３の本体部７における座屈拘束部材８に接合する部分は、Ｈ形鋼のウェブの上下方向高さが中央側の部分７ａよりも拡幅された拡幅部７ｂとなっていること、もしくは座屈拘束部材８の芯材１６の十字形状に対応する形状を含んでいることが好ましい。拡幅部７ｂと中央側の部分７ａとの境界は、端部束材５の下端部と端部第１斜材９ａの下端部との間に配置され、この境界にリブ２８が設けられている。中央側の部分７ａにおける拡幅部７ｂに隣接する部分のウェブには、断面形状の変化による強度の低下を補うため、補強板２９が溶接等により固定されている。

図７は、トラス梁１の構築手順を示す。座屈拘束部材８以外の部材を構築した後に、座屈拘束部材８を柱６の下突出と下弦材３の本体部７とに接合する。このように座屈拘束部材８を後から接合することにより、通常時に座屈拘束部材８に軸力が作用することを防止して、地震時の耐力が低下することを防止できる。地震後の損傷が大きい場合は交換もできる。

トラス梁１の作用効果について説明する。端部第１斜材９ａを中間部第１斜材９ｂ及び中間部第２斜材１０ｂよりも長くしたため、柱６と第２接合部１２との間が、一般的なワーレントラス形状よりも広くなる。このため、全長が長く十分な変形量を有する座屈拘束部材８を、地震時に最も大きな軸力が作用する下弦材３の端部に設置することができる。

端部第１斜材９ａに接合する端部束材５を設けることにより、端部第１斜材９ａを中間部第１斜材９ｂよりも長くしたことによる強度の低下を補うことができる。

第１接合部１１，１１ａ，１１ｂは、少なくとも地震時にピン接合とみなせる構造であるのため、地震時に座屈拘束部材８が伸縮すると第１接合部１１，１１ａ，１１ｂが回転する（図８参照）。このため、終局時の設計が容易であり、地震時に第１接合部１１，１１ａ，１１ｂの周囲に曲げ応力が集中することが防止できる。また、座屈拘束部材８の柱６及び下弦材３の本体部７への接合も、地震時にピン接合とみなせる構造であるため、同様に、地震時にその周囲に曲げ応力が集中することを防止できる。第１接合部１１，１１ａは、比較的安価な部材によって構築でき、第１接合部１１ｂは、クレビス２３によるピン接合構造であるため、地震時の第１接合部１１ｂの損傷が抑制される。

第１実施形態に係るトラス梁１と一般的なワーレントラス形状とを比較すると、第１実施形態に係るトラス梁１の端部第１斜材９ａ及び端部束材５が、それぞれ、ワーレントラス形状の最も端部に配置された斜材及び２番目に配置された斜材に対応する。すなわち、両者の個材数は同じであり、トラス梁１のコストの増加が抑制される。

トラス梁１は大梁として使用され、上弦材２における斜材４及び／又は端部束材５の接合部（第３接合部１３及び第５接合部１５）には小梁が接合されてもよい。この場合、柱６から端部束材５までの距離が、第３接合部１３から第３接合部１３に隣接する第５接合部１５までの距離、並びに、互いに隣り合う第５接合部１５同士の距離に等しいため、１対の柱６間において小梁を等間隔に設置できる。

図９は、第２実施形態に係るトラス梁３１を示す。第２～８実施形態の説明に当たって、説明済みの実施形態と共通又は類似する構成は、同一の符号を付し、相違点のみ説明する。

第２実施形態に係るトラス梁３１において、第２斜材１０は、柱６と端部第１斜材９ａとの間に配置された端部第２斜材１０ａと、端部第１斜材９ａ及び端部束材５よりもトラス梁１の延在方向における中央側に配置された中間部第２斜材１０ｂとを含む。上弦材２は、両端部において柱６に剛接合している。

端部第２斜材１０ａは、下端部においてガセットプレート２１を介して柱６に接合している。ガセットプレート２１は、柱本体６ａ及び下部突出部６ｂに溶接等により固定されている。図１０は、端部第２斜材１０ａの上端部と、端部第１斜材９ａの上端部と、上弦材２との互いの接合である第１接合部３２を示す。端部第２斜材１０ａ及び端部第１斜材９ａの下方に座屈拘束部材８が配置されている。

上弦材２は、複数のＨ形鋼等の長尺材が接合された構造をなすが、第１接合部３２で２つの長尺材が接合されている。これらの２つの長尺材の接合は、通常時は剛接合又は半剛接合とみなせるが、所定以上の規模の地震時にはピン接合とみなせる構造をなす。

図１０に示すように、第１接合部３２において接合されたＨ形鋼からなる長尺材同士は、ウェブの両表面に添えられたシアプレート２２を介して、高力ボルト等の締結具２０によって締結されるが、フランジ同士は接合されていない。また、第１接合部３２において、端部第２斜材１０ａの上端部及び端部第１斜材９ａの上端部は、それぞれ対応する長尺材の端部にガセットプレート２１を介して接合している。ガセットプレート２１は、長尺材の端部の下面に溶接等により固定されている。２つのガセットプレート２１の互いに近接する側の縁部のそれぞれには、トラス梁１の延在方向に直交するリブ２８が溶接等により固定されていることが好ましい。

第１接合部３２では、上弦材２を構成する２つのＨ形鋼からなる長尺材のフランジ同士が接合されておらず、ウェブ同士でのみ接合されているため、両長尺材間で伝達される軸力がウェブに集約される。そこで、両長尺材の接合された端部のウェブの両表面に補強板３３が溶接されている。補強板３３は上下のフランジと等価であり、例えば、補強板３３とフランジとの材質が互いに同じならば、左右方向に直交する断面において、２枚の補強板３３の合計断面積は、上下のフランジの合計断面積に略等しい。このため、両長尺材において、中間部ではフランジによって伝達されていた軸力が第１接合部３２でウェブに向かい、軸力がウェブに集中しても、補強板３３で補強されたウェブはその力に耐えることができる。

両長尺材のウェブと補強板３３とには、締結具２０を構成するボルトの軸部を挿通させる通し穴（図示せず）が設けられている。通し穴の直径は軸部の直径よりも大きい。第６接合部２４（図９参照）と同様の理由により、所定規模以上の地震時に第１接合部３２は回転可能となり、ピン接合とみなせる。

なお、第１接合部３２の構造を、第５接合部１５（図９参照）と同様の剛接合に変更してもよく、また、クレビス２３（図５参照）を備えるピン接合としてもよい。第１接合部３２を剛接合にすると、半剛接合やピン接合に比べて、経済性や施工性が高く、設計難易度が低い。第１接合部３２を半剛接合にすると、ピン接合に比べて経済性及び施工性が高く、剛接合に比べて回転性が高く、修復が容易である。第１接合部３２をピン接合にすると、剛接合や半剛接合に比べて回転性が高く、地震による損傷が生じず、設計難易度が半剛接合に比べて低い。

端部第２斜材１０ａ及び端部第１斜材９ａの下方に座屈拘束部材８を配置するため、トラス梁１に必要な強度を維持しつつ、第１実施形態よりも長い座屈拘束部材８を下弦材３の端部に配置することができる。

図１１（Ａ）は、第３実施形態に係るトラス梁４１を示す。第３実施形態に係るトラス梁４１は、第１実施形態に係るトラス梁１（図１参照）において、最も端部に配置された中間部第１斜材９ｂを省略し、その分だけ端部第１斜材９ａを長くし、最も端部に配置された中間部第２斜材１０ｂの下端部を第２接合部１２に接合し、第３接合部１３を上弦材２と端部束材５のみが接合するように変更したものに相当する。よって、第３実施形態に係るトラス梁４１は、第１実施形態に係るトラス梁１に比べて、約１．５倍の長さの座屈拘束部材８を設置できる。このように、わずかに変更するだけで座屈拘束部材８を設置するスペースの長さが互いに相違するトラス梁１，４１を設計できるため、座屈拘束部材８の必要長さの調整が容易である。

図１１（Ｂ）は、第４実施形態に係るトラス梁５１を示す。第４実施形態に係るトラス梁５１は、第１実施形態に係るトラス梁１（図１参照）において、中間部第２斜材１０ｂを中間部束材５２に変更したものに相当し、プラットトラス形状をなす。このように、トラス梁１，５１を設計する上で、異なる種類のトラスへの変更が容易である。

図１２（Ａ）は、第５実施形態に係るトラス梁６１を示す。第５実施形態に係るトラス梁６１は、パネル材６２を含む点で第１実施形態と相違する。パネル材６２は、正面視で第１辺部６２ａ、第２辺部６２ｂ及び第３辺部６２ｃを有する三角形状をなし、トラス梁１の構面に直交する方向に所定の厚さを有する。第１辺部６２ａは上弦材２の端部を構成し又は上弦材２の端部の下面に当接し、第２辺部６２ｂは端部第１斜材９ａを構成し、第３辺部６２ｃは端部束材５を構成する。パネル材６２を使用することにより、パネル材６２で代替される個材間の接合を簡素化できる。

図１２（Ｂ）は、第６実施形態に係るトラス梁７１を示す。第６実施形態に係るトラス梁７１は、下弦材３がトラス梁７１の延在方向の中央に向かうにつれて上方に向かうように傾斜している点で第１実施形態と相違する。このような形状とすることで、トラス梁７１の下方の空間を拡げることができる。

図１２（Ｃ）は、第７実施形態に係るトラス梁８１を示す。第７実施形態に係るトラス梁８１は、上弦材２及び下弦材３がトラス梁８１の延在方向の中央に向かうにつれて上方に向かうように傾斜している点、並びに、第１実施形態における中間部第２斜材１０ｂ（図１参照）に相当する部分が中間部束材５２になっている点で第１実施形態と相違する。第７実施形態に係るトラス梁８１は、勾配屋根を有する建物の梁に適する。

図１２（Ｄ）は、第８実施形態に係るトラス梁９１を示す。第８実施形態に係るトラス梁９１は、上弦材２及び下弦材３が上に凸な曲線状に配置される点、並びに、第１実施形態における中間部第２斜材１０ｂ（図１参照）に相当する部分が中間部束材５２になっている点で第１実施形態と相違する。第８実施形態に係るトラス梁９１は、ドーム屋根を有する建物の梁に適する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。トラス梁は、正面視で左右対称形でなくてもよく、例えば、一端側を上記実施形態の構成とし、他端側において、一般的なワーレントラス形状において、端部から２番目と３番目の斜材の下方に座屈拘束部材を配置し、端部から２番目と３番目の斜材の上弦材への接合を地震時にピン接合とみなせる構造としてもよい。第１実施形態の第１変形例及び第２変形例を他の実施形態に適用してもよい。

１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１：トラス梁
２：上弦材
３：下弦材
４：斜材
５：端部束材
６：柱
７：本体部
８：座屈拘束部材（変形許容部材）
９：第１斜材
９ａ：端部第１斜材
９ｂ：中間部第１斜材
１０：第２斜材
１０ｂ：中間部第２斜材
１１，１１ａ，１１ｂ，３２：第１接合部
１２：第２接合部
１６：芯材
１７：筒状体
６２：パネル材
６２ａ：第１辺部
６２ｂ：第２辺部
６３ｂ：第３辺部

Claims (9)

1. 建物において１対の柱間に掛け渡され、上弦材と、下弦材と、両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する複数の斜材と、鉛直方向に延在して両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する少なくとも１本の束材とを備えるトラス梁であって、
   前記下弦材は、長尺材を有する本体部と、前記本体部と同軸に配置され前記本体部の少なくとも一方の端部に接合し、少なくとも所定の規模以上の地震時に前記下弦材に沿った方向への単位長さ当たりの変形が前記本体部よりも大きい変形許容部材とを含み、
   前記複数の斜材は、前記トラス梁の延在方向の中央に向かうにつれて下方に向かうように傾斜した複数の第１斜材を含み、前記複数の第１斜材は、前記複数の第１斜材の中で前記延在方向における最も端部に配置された端部第１斜材と、前記端部第１斜材よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第１斜材とを含み、
   前記トラス梁の少なくとも一方の端部において、前記変形許容部材は、前記端部第１斜材の下端部が前記下弦材に接合する第２接合部と前記柱との間に配置され、前記少なくとも１本の束材は、前記第２接合部に接合する端部束材を含み、
   前記斜材は、前記延在方向の中央に向かうにつれて上方に向かうように傾いた複数の第２斜材を更に含み、前記複数の第２斜材は、前記端部束材よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第２斜材を含み、
   前記上弦材及び前記下弦材は互いに平行に配置され、前記端部束材から前記延在方向の中央までの範囲において前記中間部第１斜材及び前記中間部第２斜材は交互に配置され、前記中間部第１斜材の長さと前記中間部第２斜材の長さとは互いに等しく、
   前記延在方向の長さおいて、前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部における前記端部第１斜材は、前記中間部第１斜材よりも長いことを特徴とするトラス梁。
2. 前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部において、前記端部第１斜材の上端部が前記上弦材に接合する第１接合部は少なくとも前記所定の規模以上の地震時にピン接合とみなせることを特徴とする請求項１に記載のトラス梁。
3. 前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部において、前記上弦材は、前記第１接合部において前記柱に接合していることを特徴とする請求項２に記載のトラス梁。
4. 建物において１対の柱間に掛け渡され、上弦材と、下弦材と、両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する複数の斜材と、鉛直方向に延在して両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する少なくとも１本の束材とを備えるトラス梁であって、
   前記下弦材は、長尺材を有する本体部と、前記本体部と同軸に配置され前記本体部の少なくとも一方の端部に接合し、少なくとも所定の規模以上の地震時に前記下弦材に沿った方向への単位長さ当たりの変形が前記本体部よりも大きい変形許容部材とを含み、
   前記複数の斜材は、前記トラス梁の延在方向の中央に向かうにつれて下方に向かうように傾斜した複数の第１斜材を含み、前記複数の第１斜材は、前記複数の第１斜材の中で前記延在方向における最も端部に配置された端部第１斜材と、前記端部第１斜材よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第１斜材とを含み、
   前記トラス梁の少なくとも一方の端部において、前記変形許容部材は、前記端部第１斜材の下端部が前記下弦材に接合する第２接合部と前記柱との間に配置され、前記少なくとも１本の束材は、前記第２接合部に接合する端部束材を含み、
   前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部において、前記端部第１斜材の上端部が前記上弦材に接合する第１接合部は少なくとも前記所定の規模以上の地震時にピン接合とみなせ、
   前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部において、前記上弦材は、前記第１接合部において前記柱に接合しており、
   正面視で、第１辺部、第２辺部及び第３辺部を有する三角形状のパネル材を更に備え、
   前記第１辺部は前記上弦材の端部を構成し又は前記上弦材の端部に当接し、前記第２辺部は前記端部第１斜材を構成し、前記第３辺部は前記端部束材を構成することを特徴とするトラス梁。
5. 建物において１対の柱間に掛け渡され、上弦材と、下弦材と、両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する複数の斜材と、鉛直方向に延在して両端部において前記上弦材及び前記下弦材に接合する少なくとも１本の束材とを備えるトラス梁であって、
   前記下弦材は、長尺材を有する本体部と、前記本体部と同軸に配置され前記本体部の少なくとも一方の端部に接合し、少なくとも所定の規模以上の地震時に前記下弦材に沿った方向への単位長さ当たりの変形が前記本体部よりも大きい変形許容部材とを含み、
   前記複数の斜材は、前記トラス梁の延在方向の中央に向かうにつれて下方に向かうように傾斜した複数の第１斜材を含み、前記複数の第１斜材は、前記複数の第１斜材の中で前記延在方向における最も端部に配置された端部第１斜材と、前記端部第１斜材よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第１斜材とを含み、
   前記トラス梁の少なくとも一方の端部において、前記変形許容部材は、前記端部第１斜材の下端部が前記下弦材に接合する第２接合部と前記柱との間に配置され、前記少なくとも１本の束材は、前記第２接合部に接合する端部束材を含み、
   前記斜材は、前記延在方向の中央に向かうにつれて上方に向かうように傾いた複数の第２斜材を更に含み、前記複数の第２斜材は、前記端部束材よりも前記延在方向の中央側に配置された中間部第２斜材を含み、
   前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部において、前記端部第１斜材の上端部が前記上弦材に接合する第１接合部は少なくとも前記所定の規模以上の地震時にピン接合とみなせ、
   前記トラス梁の前記少なくとも一方の端部において、前記複数の第２斜材は、上端部において前記第１接合部に接合し、下端部において前記下弦材及び前記柱に接合する端部第２斜材を含むことを特徴とするトラス梁。
6. 前記延在方向において、前記柱から前記端部束材までの距離は、下端部において互いに接合するように隣接する前記中間部第１斜材及び前記中間部第２斜材の前記上弦材への接合部間の距離に略等しいことを特徴とする請求項２、３又は５に記載のトラス梁。
7. 前記第１接合部は、剛接合又は半剛接合を含み、前記所定の規模以上の地震時に塑性ヒンジを構成することを特徴とする請求項２～６の何れか一項に記載のトラス梁。
8. 前記第１接合部はピン接合を含み、前記第１接合部以外の、前記第１斜材又は前記第２斜材と、前記上弦材又は前記下弦材との接合部は、ガセットプレートを介した締結具による接合であることを特徴とする請求項３に記載のトラス梁。
9. 前記変形許容部材は、所定の荷重を受けたときに前記本体部よりも先に塑性化するとともに座屈が拘束された部材を含む座屈拘束部材であることを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載のトラス梁。

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