JP7605066B2

JP7605066B2 - 建物構造

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Publication number: JP7605066B2
Application number: JP2021135401A
Authority: JP
Inventors: 重和横山; 豊彦東田; 奈々美片岡; 誠西崎; 是友高橋
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2024-12-24
Anticipated expiration: 2041-08-23
Also published as: JP2023030334A

Description

本発明は、建物構造に関するものである。

建物に適用されるラーメン構造の建物構造は、柱などの荷重支持部材の軸方向の一端及び他端が被接合部材に剛接合されることにより、地震力などの荷重に抵抗するように設計されている。この種の建物構造に適用可能な荷重支持部材が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示される荷重支持部材は、２つのＨ形鋼の互いの内側フランジが接触した状態で溶接された構造を有している。このような構造の荷重支持部材は、単一のＨ形鋼から構成される支持部材と比較して、地震力などの荷重に対して高い剛性及び耐力を確保することができる。

特許第６３８２３６３号公報

ところで、建物構造においては、剛性の異なる複数種の荷重支持部材が用いられる場合がある。例えば、特許文献１に開示されるような互いに溶接された２つのＨ形鋼から構成される特定支持部材と、当該特定支持部材よりも低い所定の剛性を有する基準支持部材とを用いて、建物構造の荷重支持部材を構成する場合がある。このような構成の建物構造では、剛性の異なる基準支持部材と特定支持部材とが協働して、地震力などの荷重に抵抗することになる。この場合、各支持部材に分配される荷重は各支持部材の剛性の大きさに応じて異なり、剛性の高い特定支持部材に分配されて当該特定支持部材が負担する荷重は基準支持部材よりも大きくなる。

荷重が各支持部材に分配されたときに、特定支持部材が負担する荷重が基準支持部材に対して過剰に大きくなる場合がある。特定支持部材が負担する荷重が降伏耐力を超えた場合には、特定支持部材が基準支持部材よりも早くに塑性変形に至ることになる。このため、特定支持部材及び基準支持部材の各耐力を有効に利用して、建物構造に加わった荷重に抵抗することができなくなるので、効率よく建物構造の耐震性の向上を図ることができなくなる虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、剛性の異なる複数種の荷重支持部材を備えた建物構造において、耐震性の向上を図ることが可能な建物構造を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、荷重が建物構造に加わったときに荷重支持部材の軸方向両端部に大きな曲げモーメントが作用する点に着目し、特定支持部材を構成する２つのＨ形鋼の溶接位置を調整することにより、特定支持部材の必要部分の耐力を確保しながら特定支持部材の剛性を下げることが可能となることを見出して、本発明の完成に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。

本発明の一の局面に係る建物構造は、所定の剛性を有し、荷重を支持する基準支持部材と、前記基準支持部材よりも高い剛性を有し、荷重を支持する特定支持部材と、前記基準支持部材の軸方向の一端と前記特定支持部材の軸方向の一端とがそれぞれ剛接合される第１被接合部材と、前記基準支持部材の軸方向の他端と前記特定支持部材の軸方向の他端とがそれぞれ剛接合される第２被接合部材と、を備える。前記特定支持部材は、一対の第１フランジと両第１フランジ同士を連結する第１ウェブとを有する第１のＨ形鋼と、一対の第２フランジと両第２フランジ同士を連結する第２ウェブとを有する第２のＨ形鋼と、を含む。この際、前記一対の第１フランジの一方と前記一対の第２フランジの一方とは、外面同士が互いに接触した状態で溶接部により互いに溶接され、前記溶接部は、前記第１のＨ形鋼及び前記第２のＨ形鋼の軸方向の中心点を含む所定領域において前記一対の第１フランジの一方と前記一対の第２フランジの一方とが非接合となるように、前記所定領域の両側にのみ形成されてる。

この建物構造によれば、建物構造に地震力などの荷重が加わった場合、剛性の異なる基準支持部材と特定支持部材とが協働して、荷重に抵抗することになる。この際、建物構造に加わった荷重が基準支持部材及び特定支持部材の各々に分配されるときには、剛性の高い特定支持部材に分配されて当該特定支持部材が負担する荷重が基準支持部材よりも大きくなる。

ここで、建物構造に荷重が加わった場合、特定支持部材を構成する第１及び第２のＨ形鋼においては、第１被接合部材及び第２被接合部材にそれぞれ剛接合される軸方向の一端及び他端に最も大きな曲げモーメントが作用し、軸方向の中心点に近づくに従い曲げモーメントが小さくなる。この点に着目して特定支持部材では、第１のＨ形鋼における第１フランジと第２のＨ形鋼における第２フランジとは、軸方向の中心点を含む所定領域において非接合となるように、当該所定領域の両側にのみ溶接部が形成されて互いに溶接されている。大きな曲げモーメントが作用する、軸方向の中心点を含む所定領域の両側となる軸方向の一端側及び他端側の両領域に溶接部が形成されることにより、特定支持部材が荷重に抵抗するために必要な耐力を確保することができる。

しかも、特定支持部材では、作用する曲げモーメントの小さい軸方向の中心点を含む所定領域は、溶接部が形成されていない非溶接領域となる。これにより、特定支持部材における所定領域の両側での溶接部の形成に応じた剛性及び耐力の上昇率について、耐力よりも剛性の上昇率が過剰に大きくなることを抑制することができる。すなわち、特定支持部材においては、非溶接領域に応じて耐力よりも剛性の減少率が大きくなる。このため、特定支持部材における非溶接領域の両側の耐力を確保しながら、特定支持部材の剛性を下げることが可能となる。この結果、基準支持部材及び特定支持部材の各々の剛性の大きさに応じて、建物構造に加わった荷重が各支持部材に分配されたときに、特定支持部材が負担する荷重が基準支持部材に対して過剰に大きくなることを抑制することができる。このため、各支持部材の耐力の大きさに応じて荷重が分配されることになり、特定支持部材が基準支持部材よりも早くに塑性変形に至ることを抑制できるとともに、特定支持部材及び基準支持部材の各耐力を有効に利用して荷重に抵抗することができるので、建物構造の耐震性の向上を図ることができる。

上記の建物構造において、前記溶接部は、前記第１のＨ形鋼及び前記第２のＨ形鋼の軸方向の一端部を含んで形成された第１溶接部と、前記第１のＨ形鋼及び前記第２のＨ形鋼の軸方向の他端部を含んで形成された第２溶接部と、を有している。

この態様では、特定支持部材を構成する第１及び第２のＨ形鋼において、最も大きな曲げモーメントが作用する軸方向の一端部を含んで第１溶接部が形成されるとともに、軸方向の他端部を含んで第２溶接部が形成されているので、特定支持部材が荷重に抵抗するために必要な耐力を、より確実に確保することができる。

上記の建物構造において、前記溶接部は、前記所定領域の両側の領域の全体に亘って連続して形成されている。

この態様では、特定支持部材を構成する第１及び第２のＨ形鋼において、大きな曲げモーメントが作用する、軸方向の中心点を含む所定領域の両側となる軸方向の一端側及び他端側の各領域の全体に亘って連続して溶接部が形成されているので、特定支持部材が荷重に抵抗するために必要な耐力を、より確実に確保することができる。

上記の建物構造では、前記溶接部は、前記所定領域の両側において、軸方向に対称となるように形成されている。

この態様では、特定支持部材は、軸方向の一端及び他端のそれぞれにおいて均等に荷重を支持することができる。

上記の建物構造において、前記溶接部の軸方向における長さは、前記基準支持部材の剛性に対する前記特定支持部材の剛性の割合を示す剛性割合と、前記基準支持部材の耐力に対する前記特定支持部材の耐力の割合を示す耐力割合とが略等しくなるように設定されている。

この態様では、基準支持部材及び特定支持部材の剛性割合と耐力割合とが略等しくなるように、溶接部の長さが設定される。これにより、特定支持部材における基準支持部材に対する剛性及び耐力の上昇率について、耐力よりも剛性の上昇率が過剰に大きくなることを、より確実に抑制することができる。このため、基準支持部材及び特定支持部材の各々の剛性の大きさに応じて、建物構造に加わった荷重が各支持部材に分配されたときに、特定支持部材が負担する荷重が基準支持部材に対して過剰に大きくなることを、より確実に抑制することができる。

上記の建物構造において、前記第１ウェブには、前記第１ウェブをその厚み方向に貫通する貫通孔が少なくとも前記所定領域の両側に形成され、前記溶接部は、軸方向と直交する方向から見たときに前記貫通孔の少なくとも半分以上を覆う範囲に形成されている。

この態様では、特定支持部材を構成する第１のＨ形鋼における第１ウェブに貫通孔が形成されている。作業者は、特定支持部材に対して壁パネルを配置する作業などを行う際に、貫通孔を利用することができる。また、建物構造に荷重が加わった場合には、貫通孔の周辺で塑性変形が生じやすくなる虞がある。そこで、溶接部は、軸方向と直交する方向から見たときに貫通孔の少なくとも半分以上を覆う範囲に形成されている。これにより、貫通孔の周辺で塑性変形が生じるのを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、剛性の異なる複数種の荷重支持部材を備えた建物構造において、耐震性の向上を図ることが可能な建物構造を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る建物構造を示す斜視図である。建物構造を水平方向から見た平面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。建物構造に水平荷重が加わったときの支持部材の荷重変位曲線を示すグラフである。建物構造に備えられる特定支持部材の構成を示す平面図である。特定支持部材における溶接部の第１変形例を示す平面図である。特定支持部材における溶接部の第２変形例を示す平面図である。特定支持部材における溶接部の第３変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る建物構造について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示されるように、建物構造１は、第１被接合部材２Ａと、第２被接合部材２Ｂと、基準支持部材３と、特定支持部材４とを備えている。建物構造１では、基準支持部材３及び特定支持部材４は、荷重を支持するための柱や梁などに適用される。以下では、基準支持部材３及び特定支持部材４が、建物構造１の柱に適用された場合について説明する。この場合、第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂは、建物構造１の梁に適用される。

第１被接合部材２Ａは、水平方向に延びる梁である。第２被接合部材２Ｂは、第１被接合部材２Ａの鉛直下方において水平方向に延びる梁である。なお、第２被接合部材２Ｂは、建物基礎であってもよい。第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂは、基準支持部材３及び特定支持部材４を支持する。第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂは、例えば、Ｈ形鋼から構成されている。この場合、第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂは、それぞれ、一対の接合フランジ２１１と、両接合フランジ２１１同士を連結する接合ウェブ２１２とを有している。第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂは、一対の接合フランジ２１１が鉛直方向に並んだ状態で水平方向に延びるように配設される。

基準支持部材３及び特定支持部材４は、軸方向が鉛直方向と平行になるように、第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂに剛接合される柱に適用され、荷重を支持する柱材である。基準支持部材３及び特定支持部材４は、水平方向に所定の間隔をあけて第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂに支持される。建物構造１においては、基準支持部材３及び特定支持部材４に対して壁パネル等が配置される。基準支持部材３における軸方向に直交する横断面の面積は、予め定められた基準断面積に設定されている。一方、特定支持部材４における軸方向に直交する横断面の面積は、前記基準断面積よりも大きい特定断面積に設定されている。

基準支持部材３は、単一のＨ形鋼である基準Ｈ形鋼３１から構成されている。基準Ｈ形鋼３１は、軸方向に沿って延びる鋼材であり、一対のフランジ３１１と、両フランジ３１１同士を連結するウェブ３１２とを有している。基準Ｈ形鋼３１のウェブ３１２には、当該ウェブ３１２をその厚み方向に貫通する貫通孔３１２Ａが複数形成されている。複数の貫通孔３１２Ａは、人（作業者）の手の挿通を許容する形状を有しており、ウェブ３１２において軸方向に所定の間隔をあけて形成されている。作業者は、基準支持部材３に対して壁パネルを配置する作業などを行う際に、貫通孔３１２Ａを利用することができる。

基準支持部材３を構成する基準Ｈ形鋼３１は、軸方向の一端３Ａ（上端）が第１被接合部材２Ａに剛接合されるとともに、軸方向の他端３Ｂ（下端）が第２被接合部材２Ｂに剛接合される。本実施形態では、基準Ｈ形鋼３１は、一端３Ａが一端側ベースプレート３２を介して第１被接合部材２Ａの接合フランジ２１１に剛接合され、他端３Ｂが他端側ベースプレート３３を介して第２被接合部材２Ｂの接合フランジ２１１に剛接合される。

具体的には、基準Ｈ形鋼３１の一端３Ａは、一端側ベースプレート３２に接触した状態で溶接（隅肉溶接）される。これにより、基準Ｈ形鋼３１の一端３Ａと一端側ベースプレート３２との境界部分には、溶接部３２Ａが形成される。そして、一端側ベースプレート３２は、ボルト３４によって第１被接合部材２Ａの接合フランジ２１１に固定される。これにより、基準Ｈ形鋼３１の一端３Ａが第１被接合部材２Ａに剛接合される。一方、基準Ｈ形鋼３１の他端３Ｂは、他端側ベースプレート３３に接触した状態で溶接（隅肉溶接）される。これにより、基準Ｈ形鋼３１の他端３Ｂと他端側ベースプレート３３との境界部分には、溶接部３３Ａが形成される。そして、他端側ベースプレート３３は、ボルト３４によって第２被接合部材２Ｂの接合フランジ２１１に固定される。これにより、基準Ｈ形鋼３１の他端３Ｂが第２被接合部材２Ｂに剛接合される。

特定支持部材４は、基準Ｈ形鋼３１と同様の形状を有する第１のＨ形鋼４１と第２のＨ形鋼４２とを備えている。第１のＨ形鋼４１は、軸方向に沿って延びる鋼材であり、一対の第１フランジ４１１Ａ，４１１Ｂと、両第１フランジ４１１Ａ，４１１Ｂ同士を連結する第１ウェブ４１２とを有している。第２のＨ形鋼４２は、軸方向に沿って延びる鋼材であり、一対の第２フランジ４２１Ａ，４２１Ｂと、両第２フランジ４２１Ａ，４２１Ｂ同士を連結する第２ウェブ４２２とを有している。

第１のＨ形鋼４１と第２のＨ形鋼４２とは、第１ウェブ４１２と第２ウェブ４２２とが同一鉛直面上に並び、且つ、一対の第１フランジ４１１Ａ，４１１Ｂの一方の第１内フランジ４１１Ａと一対の第２フランジ４２１Ａ，４２１Ｂの一方の第２内フランジ４２１Ａとが互いに隣接した状態で配置される。この状態では、一対の第１フランジ４１１Ａ，４１１Ｂの他方の第１外フランジ４１１Ｂと、一対の第２フランジ４２１Ａ，４２１Ｂの他方の第２外フランジ４２１Ｂとが、特定支持部材４における外側面を構成する。そして、第１のＨ形鋼４１と第２のＨ形鋼４２とにおいては、互いに隣接した第１内フランジ４１１Ａと第２内フランジ４２１Ａとが、外面同士が互いに接触した状態で第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂにより互いに溶接（隅肉溶接）される。第１内フランジ４１１Ａと第２内フランジ４２１Ａとの間の溶接個所の詳細については後述する。

第１のＨ形鋼４１の第１ウェブ４１２には、当該第１ウェブ４１２をその厚み方向に貫通する第１貫通孔４１２Ａが複数形成されている。複数の第１貫通孔４１２Ａは、人（作業者）の手の挿通を許容する形状を有しており、第１ウェブ４１２において軸方向に所定の間隔をあけて形成されている。同様に、第２のＨ形鋼４２の第２ウェブ４２２には、当該第２ウェブ４２２をその厚み方向に貫通する第２貫通孔４２２Ａが複数形成されている。複数の第２貫通孔４２２Ａは、人（作業者）の手の挿通を許容する形状を有しており、第２ウェブ４２２において軸方向に所定の間隔をあけて形成されている。作業者は、特定支持部材４に対して壁パネルを配置する作業などを行う際に、第１貫通孔４１２Ａ及び第２貫通孔４２２Ａを利用することができる。

なお、第１貫通孔４１２Ａ及び第２貫通孔４２２Ａは、建物構造１に地震力などの水平荷重Ｐが加わった場合に、特定支持部材４に伝達される震動エネルギーを吸収し、建物構造１の揺れを減衰させる機能も有している。

特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２は、軸方向の一端４Ａ（上端）が第１被接合部材２Ａに剛接合されるとともに、軸方向の他端４Ｂ（下端）が第２被接合部材２Ｂに剛接合される。本実施形態では、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２は、一端４Ａが第１ベースプレート６１を介して第１被接合部材２Ａの接合フランジ２１１に剛接合され、他端４Ｂが第２ベースプレート６２を介して第２被接合部材２Ｂの接合フランジ２１１に剛接合される。

具体的には、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａは、第１ベースプレート６１に接触した状態で溶接（隅肉溶接）される。これにより、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａと第１ベースプレート６１との境界部分には、一端側溶接部６１Ｅが形成される。そして、第１ベースプレート６１は、ボルト６３によって第１被接合部材２Ａの接合フランジ２１１に固定される。これにより、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａが第１被接合部材２Ａに剛接合される。一方、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂは、第２ベースプレート６２に接触した状態で溶接（隅肉溶接）される。これにより、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂと第２ベースプレート６２との境界部分には、他端側溶接部６２Ｅが形成される。そして、第２ベースプレート６２は、ボルト６３によって第２被接合部材２Ｂの接合フランジ２１１に固定される。これにより、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂが第２被接合部材２Ｂに剛接合される。

図３に示されるように、第１ベースプレート６１は、第１中央受け部６１Ａと、一対の第１外受け部６１Ｂと、第１中央受け部６１Ａと一対の第１外受け部６１Ｂとを連結する第１連結部６１Ｃとを有する。第１中央受け部６１Ａは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａのうち、第１内フランジ４１１Ａ及び第２内フランジ４２１Ａの一端を受ける。一対の第１外受け部６１Ｂは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａのうち、第１外フランジ４１１Ｂ及び第２外フランジ４２１Ｂの各一端をそれぞれ受ける。第１連結部６１Ｃは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａのうち、第１ウェブ４１２及び第２ウェブ４２２の一端を受ける。第１中央受け部６１Ａ及び一対の第１外受け部６１Ｂには、第１ベースプレート６１を第１被接合部材２Ａの接合フランジ２１１に固定するボルト６３を通すためのボルト孔６１Ｄが形成されている。

図４に示されるように、第２ベースプレート６２は、第２中央受け部６２Ａと、一対の第２外受け部６２Ｂと、第２中央受け部６２Ａと一対の第２外受け部６２Ｂとを連結する第２連結部６２Ｃとを有する。第２中央受け部６２Ａは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂのうち、第１内フランジ４１１Ａ及び第２内フランジ４２１Ａの他端を受ける。一対の第２外受け部６２Ｂは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂのうち、第１外フランジ４１１Ｂ及び第２外フランジ４２１Ｂの各他端をそれぞれ受ける。第２連結部６２Ｃは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂのうち、第１ウェブ４１２及び第２ウェブ４２２の他端を受ける。第２中央受け部６２Ａ及び一対の第２外受け部６２Ｂには、第２ベースプレート６２を第２被接合部材２Ｂの接合フランジ２１１に固定するボルト６３を通すためのボルト孔６２Ｄが形成されている。

なお、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１と第２のＨ形鋼４２とにおいては、第１内フランジ４１１Ａ、第１外フランジ４１１Ｂ、第２内フランジ４２１Ａ、及び第２外フランジ４２１Ｂの各々における幅方向（第１ウェブ４１２及び第２ウェブ４２２と直交する方向）の寸法（幅寸法）の設定は、特に限定されない。第１の例では、第１内フランジ４１１Ａ、第１外フランジ４１１Ｂ、第２内フランジ４２１Ａ、及び第２外フランジ４２１Ｂの各々の幅寸法は、全て同じに設定される。第２の例では、第１内フランジ４１１Ａ、第１外フランジ４１１Ｂ、及び第２外フランジ４２１Ｂの各々の幅寸法が同一の第１幅寸法に設定され、且つ、第２内フランジ４２１Ａの幅寸法が前記第１幅寸法よりも小さい第２幅寸法に設定される。第３の例では、第１外フランジ４１１Ｂ及び第２外フランジ４２１Ｂの幅寸法が互いに同一の第３幅寸法に設定され、且つ、第１内フランジ４１１Ａ及び第２内フランジ４２１Ａの幅寸法が互いに同一であって前記第３幅寸法よりも小さい第４幅寸法に設定される。

既述の通り、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１と第２のＨ形鋼４２とにおいては、互いに隣接した第１内フランジ４１１Ａと第２内フランジ４２１Ａとが、外面同士が互いに接触した状態で溶接部５Ａ，５Ｂにより互いに溶接される。具体的には、図２に示されるように、第１内フランジ４１１Ａと第２内フランジ４２１Ａとは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の中心点４Ｃを含む所定領域である非溶接領域４Ｃ１において非接合となるように、非溶接領域４Ｃ１の両側にのみ溶接部５Ａ，５Ｂが形成されている。つまり、第１内フランジ４１１Ａと第２内フランジ４２１Ａとにおける、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の中心点４Ｃを含む非溶接領域４Ｃ１の一端４Ａ側の第１溶接領域４Ａ１に第１溶接部５Ａが形成されるとともに、非溶接領域４Ｃ１の他端４Ｂ側の第２溶接領域４Ｂ１に第２溶接部５Ｂが形成される。

次に、基準支持部材３及び特定支持部材４の剛性及び耐力について、図５に示す荷重変位曲線のグラフを参照して説明する。図５のグラフでは、特定支持部材４の荷重変位曲線Ｅ１と、基準支持部材３の荷重変位曲線Ｅ２と、従来型支持部材の荷重変位曲線Ｅ３とが示されている。なお、従来型支持部材とは、２つのＨ形鋼において互いに隣接する一対の内フランジ同士が軸方向の全長に亘って溶接された従来型の支持部材である。従来型支持部材は、溶接個所が特定支持部材４と異なること以外は特定支持部材４と同様に構成されており、横断面の面積が基準支持部材３よりも大きい。

本実施形態では、基準支持部材３及び特定支持部材４の軸方向一端及び他端が第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂに対する剛接合によって固定された状態において、各支持部材の剛性として初期剛性を用いるとともに、各支持部材の耐力として降伏耐力又は最大耐力を用いる。初期剛性は、単位水平変位を生じさせるのに必要な水平荷重で表される水平剛性である。降伏耐力は、支持部材の変形が弾性変形から塑性変形に変わる降伏点を示す水平荷重で表される。最大耐力は、荷重変位曲線における水平荷重の最大値で表される。

以下では、荷重変位曲線Ｅ１で示される特定支持部材４の初期剛性Ａ１、降伏耐力Ｂ１及び最大耐力Ｃ１について、初期剛性Ａ１を「剛性Ａ１」と称し、降伏耐力Ｂ１及び最大耐力Ｃ１については「耐力Ｂ１，Ｃ１」と称する。同様に、荷重変位曲線Ｅ２で示される基準支持部材３の初期剛性Ａ２、降伏耐力Ｂ２及び最大耐力Ｃ２について、初期剛性Ａ２を「剛性Ａ２」と称し、降伏耐力Ｂ２及び最大耐力Ｃ２については「耐力Ｂ２，Ｃ２」と称する。また、荷重変位曲線Ｅ３で示される従来型支持部材の初期剛性Ａ３、降伏耐力Ｂ３及び最大耐力Ｃ３について、初期剛性Ａ３を「剛性Ａ３」と称し、降伏耐力Ｂ３及び最大耐力Ｃ３については「耐力Ｂ３，Ｃ３」と称する。

基準支持部材３に対する特定支持部材４の断面積の増大に応じて、特定支持部材４の剛性Ａ１及び耐力Ｂ１，Ｃ１が、基準支持部材３の剛性Ａ２及び耐力Ｂ２，Ｃ２よりも上昇して大きくなる。また、基準支持部材３に対する従来型支持部材の断面積の増大に応じて、従来型支持部材の剛性Ａ３及び耐力Ｂ３，Ｃ３が、基準支持部材３の剛性Ａ２及び耐力Ｂ２，Ｃ２よりも上昇して大きくなる。

特定支持部材４と従来型支持部材とを比較すると、特定支持部材４の剛性Ａ１は従来型支持部材の剛性Ａ３よりも小さく、特定支持部材４の耐力Ｂ１，Ｃ１は従来型支持部材の耐力Ｂ３，Ｃ３と略同じである。つまり、基準支持部材３に対する断面積の増大に応じた剛性及び耐力の上昇率に着目した場合、基準支持部材３の耐力Ｂ２，Ｃ２に対する特定支持部材４の耐力Ｂ１，Ｃ１の上昇率は、従来型支持部材の耐力Ｂ３，Ｃ３の上昇率と同程度である。一方、基準支持部材３の剛性Ａ２に対する特定支持部材４の剛性Ａ１の上昇率は、従来型支持部材の剛性Ａ３の上昇率よりも小さい。

図２に示されるように、建物構造１に地震力などの水平荷重Ｐが加わった場合、横断面の面積の違いに応じて剛性の異なる基準支持部材３と特定支持部材４とが協働して、水平荷重Ｐに抵抗することになる。建物構造１に加わった水平荷重Ｐは、基準支持部材３及び特定支持部材４の各々の剛性の大きさに応じて各支持部材３，４に分配される。建物構造１に加わった水平荷重Ｐが基準支持部材３及び特定支持部材４の各々に分配されるときには、剛性の高い特定支持部材４に分配されて当該特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１は、基準支持部材３が負担する水平荷重Ｐ２よりも大きくなる。

ここで、建物構造１に水平荷重Ｐが加わった場合、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２においては、第１及び第２被接合部材２Ａ，２Ｂに剛接合される軸方向の一端４Ａ及び他端４Ｂに最も大きな曲げモーメントＭが作用し、軸方向の中心点４Ｃに近づくに従い曲げモーメントＭが小さくなる。この点に着目して特定支持部材４では、第１のＨ形鋼４１の第１内フランジ４１１Ａと第２のＨ形鋼４２の第２内フランジ４２１Ａとは、軸方向の中心点４Ｃを含む非溶接領域４Ｃ１において非接合となるように、当該非溶接領域４Ｃ１に対して軸方向一端４Ａ側の第１溶接領域４Ａ１に第１溶接部５Ａが形成されるとともに、軸方向他端４Ｂ側の第２溶接領域４Ｂ１に第２溶接部５Ｂが形成されている。大きな曲げモーメントＭが作用する第１溶接領域４Ａ１及び第２溶接領域４Ｂ１内に第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂが形成されることにより、特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１に抵抗するために必要な耐力Ｂ１，Ｃ１を確保することができる。

しかも、特定支持部材４では、作用する曲げモーメントＭの小さい軸方向の中心点４Ｃを含む非溶接領域４Ｃ１は、溶接部が形成されていない領域となる。これにより、特定支持部材４における非溶接領域４Ｃ１の両側での溶接部５Ａ，５Ｂの形成に応じた剛性Ａ１及び耐力Ｂ１，Ｃ１の上昇率について、耐力Ｂ１，Ｃ１よりも剛性Ａ１の上昇率が過剰に大きくなることを抑制することができる。すなわち、特定支持部材４においては、非溶接領域４Ｃ１に応じて耐力Ｂ１，Ｃ１よりも剛性Ａ１の減少率が大きくなる。このため、特定支持部材４における非溶接領域４Ｃ１の両側の耐力Ｂ１，Ｃ１を確保しながら、特定支持部材４の剛性Ａ１を下げることが可能となる。この結果、基準支持部材３及び特定支持部材４の各々の剛性の大きさに応じて、建物構造１に加わった水平荷重Ｐが各支持部材３，４に分配されたときに、特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１が、基準支持部材３が負担する水平荷重Ｐ２に対して過剰に大きくなることを抑制することができる。このため、特定支持部材４の耐力Ｂ１，Ｃ１と基準支持部材３の耐力Ｂ２，Ｃ２との大きさに応じて水平荷重Ｐが分配されることになり、特定支持部材４が基準支持部材３よりも早くに塑性変形に至ることを抑制できるとともに、特定支持部材４の耐力Ｂ１，Ｃ１と基準支持部材３の耐力Ｂ２，Ｃ２とを有効に利用して水平荷重Ｐに抵抗することができるので、建物構造１の耐震性の向上を図ることができる。

また、特定支持部材４の負担する水平荷重Ｐ１が基準支持部材３の負担する水平荷重Ｐ２に対して過剰に大きくなることを抑制できるので、第１被接合部材２Ａ及び第２被接合部材２Ｂにおいては、特定支持部材４を支持する領域部分の負担が基準支持部材３を支持する領域部分に対して過剰に大きくなることを抑制できる。

既述の通り、建物構造１に水平荷重Ｐが加わった場合、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａ及び他端４Ｂに最も大きな曲げモーメントＭが作用する。このため、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２においては、特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１が特定支持部材４の降伏耐力Ｂ１を超える場合に、一端４Ａ及び他端４Ｂから中心点４Ｃ側に向かって徐々に塑性化が進行する。このような塑性化の進行を抑制するために、塑性化が想定される範囲には、第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂが形成されていることが望ましい。

そこで、図６に示されるように、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、非溶接領域４Ｃ１に対して一端４Ａ側の第１溶接領域４Ａ１の軸方向における領域長さＬ２１は、第１溶接領域４Ａ１内に第１塑性化想定領域４Ｄ１が含まれるように設定される。第１塑性化想定領域４Ｄ１は、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の一端４Ａの周辺において塑性化が想定される領域である。同様に、非溶接領域４Ｃ１に対して他端４Ｂ側の第２溶接領域４Ｂ１の軸方向における領域長さＬ２２は、第２溶接領域４Ｂ１内に第２塑性化想定領域４Ｄ２が含まれるように設定される。第２塑性化想定領域４Ｄ２は、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の他端４Ｂの周辺において塑性化が想定される領域である。

第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、第１塑性化想定領域４Ｄ１の軸方向における領域長さＬ３１と、第２塑性化想定領域４Ｄ２の軸方向における領域長さＬ３２とは、一端４Ａから他端４Ｂまでの軸方向における特定支持部材４の全長Ｌ１、又は、特定支持部材４の軸方向と直交する幅方向の幅寸法Ｗ１に基づいて算出することができる。第１塑性化想定領域４Ｄ１の領域長さＬ３１及び第２塑性化想定領域４Ｄ２の領域長さＬ３２は、例えば、特定支持部材４の全長Ｌ１の１０分の１の長さ以上、又は、特定支持部材４の幅寸法Ｗ１の２倍の長さ以上に設定される。

第１溶接領域４Ａ１の領域長さＬ２１は、第１溶接領域４Ａ１内に第１塑性化想定領域４Ｄ１が含まれるように設定されていれば、特に限定されない。第１溶接領域４Ａ１の領域長さＬ２１は、例えば、特定支持部材４の全長Ｌ１の４分の１の長さに設定される。同様に、第２溶接領域４Ｂ１の領域長さＬ２２は、第２溶接領域４Ｂ１内に第２塑性化想定領域４Ｄ２が含まれるように設定されていれば、特に限定されない。第２溶接領域４Ｂ１の領域長さＬ２２は、例えば、特定支持部材４の全長Ｌ１の４分の１の長さに設定される。この場合、第１溶接領域４Ａ１と第２溶接領域４Ｂ１との間の非溶接領域４Ｃ１の軸方向における領域長さＬ２３は、特定支持部材４の全長Ｌ１の２分の１の長さに設定される。

本実施形態では、図６に示されるように、第１溶接領域４Ａ１内において第１溶接部５Ａは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の一端４Ａを含んで形成されている。つまり、第１溶接領域４Ａ１内において第１溶接部５Ａは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の一端４Ａから中心点４Ｃに向かって連続した直線状に延びている。同様に、第２溶接領域４Ｂ１内において第２溶接部５Ｂは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の他端４Ｂを含んで形成されている。つまり、第２溶接領域４Ｂ１内において第２溶接部５Ｂは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の他端４Ｂから中心点４Ｃに向かって連続した直線状に延びている。このように、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、最も大きな曲げモーメントＭが作用する軸方向の一端４Ａ及び他端４Ｂを含んで第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂが形成されることにより、特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１に抵抗するために必要な耐力Ｂ１，Ｃ１を、より確実に確保することができる。

また、第１溶接領域４Ａ１内において第１溶接部５Ａは、第１溶接領域４Ａ１の軸方向の全体に亘って連続して形成されている。この場合、第１溶接部５Ａの軸方向における溶接長さＬ２１Ａは、第１溶接領域４Ａ１の領域長さＬ２１と同じ値となる。同様に、第２溶接領域４Ｂ１内において第２溶接部５Ｂは、第２溶接領域４Ｂ１の軸方向の全体に亘って連続して形成されている。この場合、第２溶接部５Ｂの軸方向における溶接長さＬ２２Ａは、第２溶接領域４Ｂ１の領域長さＬ２２と同じ値となる。このように、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、大きな曲げモーメントＭが作用する軸方向の一端４Ａ側及び他端４Ｂ側の各溶接領域４Ａ１，４Ｂ１の全体に亘って連続して第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂが形成されることにより、特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１に抵抗するために必要な耐力Ｂ１，Ｃ１を、より確実に確保することができる。

また、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、第１溶接領域４Ａ１に形成される第１溶接部５Ａと、第２溶接領域４Ｂ１に形成される第２溶接部５Ｂとは、軸方向に対称となるように形成されている。これにより、特定支持部材４は、軸方向の一端４Ａ及び他端４Ｂのそれぞれにおいて均等に水平荷重Ｐを支持することができる。

また、既述の通り、第１のＨ形鋼４１の第１ウェブ４１２には第１貫通孔４１２Ａが形成され、第２のＨ形鋼４２の第２ウェブ４２２には第２貫通孔４２２Ａが形成されている。第１貫通孔４１２Ａは、第１ウェブ４１２における、少なくとも、非溶接領域４Ｃ１の両側の第１溶接領域４Ａ１及び第２溶接領域４Ｂ１に形成される。つまり、第１貫通孔４１２Ａは、第１ウェブ４１２における、非溶接領域４Ｃ１、第１溶接領域４Ａ１及び第２溶接領域４Ｂ１にそれぞれ形成されてもよいし、第１溶接領域４Ａ１及び第２溶接領域４Ｂ１にのみ形成されてもよい。同様に、第２貫通孔４２２Ａは、第２ウェブ４２２における、少なくとも、非溶接領域４Ｃ１の両側の第１溶接領域４Ａ１及び第２溶接領域４Ｂ１に形成される。

建物構造１に水平荷重Ｐが加わった場合、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２においては、第１貫通孔４１２Ａ及び第２貫通孔４２２Ａの周辺で塑性変形が生じやすくなる虞がある。そこで、第１溶接領域４Ａ１内において第１溶接部５Ａは、軸方向と直交する方向から見たときに、第１溶接領域４Ａ１内に配置される第１貫通孔４１２Ａ及び第２貫通孔４２２Ａの少なくとも半分以上（望ましくは全体）を覆う範囲に形成されている。同様に、第２溶接領域４Ｂ１内において第２溶接部５Ｂは、軸方向と直交する方向から見たときに、第２溶接領域４Ｂ１内に配置される第１貫通孔４１２Ａ及び第２貫通孔４２２Ａの少なくとも半分以上（望ましくは全体）を覆う範囲に形成されている。これにより、第１貫通孔４１２Ａ及び第２貫通孔４２２Ａの周辺で塑性変形が生じるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、第１溶接部５Ａの溶接長さＬ２１Ａ及び第２溶接部５Ｂの溶接長さＬ２２Ａは、剛性割合ＡＲと耐力割合ＢＲとが略等しくなるように設定されている。具体的には、第１溶接部５Ａの溶接長さＬ２１Ａ及び第２溶接部５Ｂの溶接長さＬ２２Ａは、剛性割合ＡＲと耐力割合ＢＲとが例えば下記式（１）を満たすように設定されている。
１≦（剛性割合ＡＲ／耐力割合ＢＲ）≦１．５・・・（１）

剛性割合ＡＲは、基準支持部材３の剛性Ａ２に対する特定支持部材４の剛性Ａ１の割合（Ａ１／Ａ２）を示す。耐力割合ＢＲは、基準支持部材３の耐力Ｂ２，Ｃ２に対する特定支持部材４の耐力Ｂ１，Ｃ１の割合（Ｂ１，Ｃ１／Ｂ２，Ｃ２）を示す。

なお、基準支持部材３の剛性Ａ２に対する従来型支持部材の剛性Ａ３の割合を従来剛性割合とし、基準支持部材３の耐力Ｂ２，Ｃ２に対する従来型支持部材の耐力Ｂ３，Ｃ３の割合を従来耐力割合とした場合、（従来剛性割合／従来耐力割合）は、「１．５」を超えて上記式（１）を満たさない。

上記のように、剛性割合ＡＲと耐力割合ＢＲとが略等しく、上記式（１）を満たすように、第１溶接部５Ａの溶接長さＬ２１Ａ及び第２溶接部５Ｂの溶接長さＬ２２Ａが設定される。これにより、特定支持部材４における基準支持部材３に対する剛性Ａ１及び耐力Ｂ１，Ｃ１の上昇率について、耐力Ｂ１，Ｃ１よりも剛性Ａ１の上昇率が過剰に大きくなることを、より確実に抑制することができる。このため、基準支持部材３及び特定支持部材４の各々の剛性の大きさに応じて、建物構造１に加わった水平荷重Ｐが各支持部材３，４に分配されたときに、特定支持部材４が負担する水平荷重Ｐ１が、基準支持部材３が負担する水平荷重Ｐ２に対して過剰に大きくなることを、より確実に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態に係る建物構造１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。

上記の実施形態では、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、軸方向の一端４Ａ側及び他端４Ｂ側の各溶接領域４Ａ１，４Ｂ１の全体に亘って連続して第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂが形成される態様について説明したが、本発明はこれに限定されない。図７に示されるように、第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂは、軸方向において第１溶接領域４Ａ１及び第２溶接領域４Ｂ１の全体に亘って形成されていなくてもよい。この場合、第１溶接部５Ａの溶接長さＬ２１Ａは、第１溶接領域４Ａ１の領域長さＬ２１よりも短く、且つ、第２溶接部５Ｂの溶接長さＬ２２Ａは、第２溶接領域４Ｂ１の領域長さＬ２２よりも短い。

また、上記の実施形態では、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、軸方向の一端４Ａ及び他端４Ｂを含んで第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂが形成される態様について説明したが、本発明はこれに限定されない。図８に示されるように、第１溶接部５Ａ及び第２溶接部５Ｂは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の一端４Ａ及び他端４Ｂを含んで形成されていなくてもよい。この場合、第１溶接領域４Ａ１内において第１溶接部５Ａは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の一端４Ａに対して離れた位置から中心点４Ｃに向かって延びる。同様に、第２溶接領域４Ｂ１内において第２溶接部５Ｂは、第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２の軸方向の他端４Ｂに対して離れた位置から中心点４Ｃに向かって延びる。

また、上記の実施形態では、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、第１溶接部５Ａが第１溶接領域４Ａ１内で連続した直線状に延びるとともに、第２溶接部５Ｂが第２溶接領域４Ｂ１内で連続した直線状に延びる態様について説明したが、本発明はこれに限定されない。図９に示されるように、第１溶接部５Ａは、第１溶接領域４Ａ１内において軸方向に間隔をあけて形成される複数の溶接部分５Ａ１を有していてもよい。同様に、第２溶接部５Ｂは、第２溶接領域４Ｂ１内において軸方向に間隔をあけて形成される複数の溶接部分５Ｂ１を有していてもよい。

また、上記の実施形態では、特定支持部材４を構成する第１のＨ形鋼４１及び第２のＨ形鋼４２において、第１ウェブ４１２に第１貫通孔４１２Ａが形成されるとともに、第２ウェブ４２２に第２貫通孔４２２Ａが形成される態様について説明したが、本発明はこれに限定されない。第２ウェブ４２２に貫通孔が形成されていなくてもよい。また、第１ウェブ４１２及び第２ウェブ４２２の各々に貫通孔が形成されていなくてもよい。

１建物構造
２Ａ第１被接合部材
２Ｂ第２被接合部材
３基準支持部材
４特定支持部材
４１第１のＨ形鋼
４１１Ａ，４１１Ｂ第１フランジ
４１２第１ウェブ
４１２Ａ第１貫通孔
４２第２のＨ形鋼
４２１Ａ，４２１Ｂ第２フランジ
４２２第２ウェブ
４２２Ａ第２貫通孔
４Ａ１第１溶接領域
４Ｂ１第２溶接領域
４Ｃ中心点
４Ｃ１非溶接領域（所定領域）
５Ａ第１溶接部
５Ｂ第２溶接部

Claims

所定の剛性を有し、荷重を支持する基準支持部材と、
前記基準支持部材よりも高い剛性を有し、荷重を支持する特定支持部材と、
前記基準支持部材の軸方向の一端と前記特定支持部材の軸方向の一端とがそれぞれ剛接合される第１被接合部材と、
前記基準支持部材の軸方向の他端と前記特定支持部材の軸方向の他端とがそれぞれ剛接合される第２被接合部材と、を備え、
前記特定支持部材は、
一対の第１フランジと両第１フランジ同士を連結する第１ウェブとを有する第１のＨ形鋼と、
一対の第２フランジと両第２フランジ同士を連結する第２ウェブとを有する第２のＨ形鋼と、を含み、
前記一対の第１フランジの一方と前記一対の第２フランジの一方とは、外面同士が互いに接触した状態で溶接部により互いに溶接され、
前記溶接部は、前記第１のＨ形鋼及び前記第２のＨ形鋼の軸方向の中心点を含む所定領域において前記一対の第１フランジの一方と前記一対の第２フランジの一方とが非接合となるように、前記所定領域の両側にのみ形成されている、建物構造。
前記溶接部は、
前記第１のＨ形鋼及び前記第２のＨ形鋼の軸方向の一端部を含んで形成された第１溶接部と、
前記第１のＨ形鋼及び前記第２のＨ形鋼の軸方向の他端部を含んで形成された第２溶接部と、を有する、請求項１に記載の建物構造。
前記溶接部は、前記所定領域の両側の領域の全体に亘って連続して形成されている、請求項１又は２に記載の建物構造。
前記溶接部は、前記所定領域の両側において、軸方向に対称となるように形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の建物構造。
前記溶接部の軸方向における長さは、前記基準支持部材の剛性に対する前記特定支持部材の剛性の割合を示す剛性割合と、前記基準支持部材の耐力に対する前記特定支持部材の耐力の割合を示す耐力割合とが略等しくなるように設定されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の建物構造。
前記第１ウェブには、前記第１ウェブをその厚み方向に貫通する貫通孔が少なくとも前記所定領域の両側に形成され、
前記溶接部は、軸方向と直交する方向から見たときに前記貫通孔の少なくとも半分以上を覆う範囲に形成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の建物構造。