JP2001173092A - 柱の構造 - Google Patents

柱の構造

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JP2001173092A
JP2001173092A JP36345099A JP36345099A JP2001173092A JP 2001173092 A JP2001173092 A JP 2001173092A JP 36345099 A JP36345099 A JP 36345099A JP 36345099 A JP36345099 A JP 36345099A JP 2001173092 A JP2001173092 A JP 2001173092A
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JP36345099A
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Takehito Tezuka
武仁 手塚
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
Original Assignee
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 巨大地震による柱の損壊を防止し、以て建物
の長寿命化を実現する。 【解決手段】 複数の柱部材2を鉛直荷重を伝達可能か
つそれぞれの柱部材が起倒する方向に回転可能な状態で
軸方向に連結し、それら柱部材どうしの連結部に梁6も
しくはスラブを弾性部材5を介して連結して各柱部材の
回転を許容せしめる。連結するべき柱部材にPC鋼材4
を通して緊張して定着することにより、そのPC鋼材に
より柱部材どうしを連結しかつPC鋼材に引張荷重を負
担せしめる。連結するべき柱部材どうしの間に鉛直荷重
を伝達可能なブロック体3を介装し、そのブロック体の
上部および下部にそれぞれ弾性部材を装着し、それら弾
性部材を介して上下の柱部材の間に梁もしくはスラブを
挟持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地震による建物の
柱の損壊を有効に防止し得る構造に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、現代の建物特にコンクリ
ート系の建物の寿命は数十年程度であるが、近年、建物
の長寿命化が要望され、数世代(2〜300年)にわた
る長寿命を実現するための検討がなされている。
【0003】建物の長寿命化を考える場合、巨大地震に
対する耐震性能や被災後の復旧に対する検討が不可欠で
ある。すなわち、建物の寿命を数百年程度と想定する
と、寿命が尽きるまでに遭遇すると想定される地震規模
も大きなものとなるから、巨大地震に遭遇しても壊滅的
な損壊を受けることのない耐震性能が要求されることは
もとより、主要構造体がある程度被災した場合にはその
復旧が可能であることが必要とされる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来一般の
建物では地震により被害を受けたとしても少なくとも建
物全体が倒壊することを回避するべく、柱を主要な耐震
要素としていることが通常である。しかし、柱を主要な
耐震要素としていることはすなわち柱に大きな地震力が
加わることを意味するから、数百年に一度発生する程度
の巨大地震時には柱が損壊することも想定される。その
ため、長寿命化を実現した場合に遭遇すると想定される
巨大地震による柱の損壊を如何にして防止するかが、建
物の長寿命化を実現するための課題の一つとなってい
る。
【0005】上記事情に鑑み、本発明は巨大地震による
柱の損壊を有効に防止でき、以て建物の長寿命化を実現
し得る構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、複数
の柱部材を鉛直荷重を伝達可能かつそれぞれの柱部材が
起倒する方向に回転可能な状態で軸方向に連結するとと
もに、それら柱部材どうしの連結部に、梁もしくはスラ
ブを弾性部材を介して連結して該弾性部材により各柱部
材の回転を許容せしめるものである。
【0007】上述したように従来一般の建物は柱に主要
耐震要素としての機能を持たせて、長期鉛直荷重のみな
らず地震荷重すなわち地震時の水平荷重も負担させるも
のであり、したがって想定規模を越えるような巨大地震
時には柱に対して過大な地震力が加わってその損壊も想
定されるのであるが、本発明では柱に長期鉛直荷重を負
担させるにとどめ、地震時の水平荷重は他の耐震要素に
負担させることとする。つまり、本発明の柱の構造で
は、通常時においては一連の柱部材により構成される柱
が長期鉛直荷重を支障なく負担するが、その柱に地震時
の水平荷重が作用した場合、各柱部材は剛体としてその
まま起倒する方向に自由に回転し、したがって各柱部材
に対しては過大な水平荷重が加わることがなく、それ故
に地震による柱の損壊を自ずとかつ確実に回避し得る。
【0008】請求項2の発明は、請求項1の発明の柱の
構造において、連結するべき柱部材にPC鋼材を通して
緊張して定着することにより、該PC鋼材によって柱部
材どうしを連結するとともに、該PC鋼材に引張荷重を
負担せしめるものである。これによれば、PC鋼材によ
り柱部材どうしを強固に連結して柱としての安定性と安
全性を確保できるとともに、建物全体の曲げ変形により
柱に引張荷重が作用した場合にはPC鋼材がそれを負担
して引張耐力を発揮する。
【0009】請求項3の発明は、請求項1または2の発
明の柱の構造において、連結するべき柱部材どうしの間
に鉛直荷重を伝達可能なブロック体を介装するととも
に、該ブロック体の上部および下部にそれぞれ前記弾性
部材を装着し、それら弾性部材を介して上下の柱部材の
間に前記梁もしくはスラブを挟持するものである。これ
によれば、ブロック体を介して各柱部材どうしの長期鉛
直荷重の伝達を確実に行うことができ、かつ弾性部材に
より梁あるいはスラブに対する各柱部材の相対回転を支
障なく許容せしめることができ、しかも、簡便な仕口構
造で各柱部材と梁あるいはスラブとを確実かつ容易に連
結することが可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図1は本実施形態の柱1の構造を示
す仕口部の立面図、図2は平面図、図3は組立図であ
る。本実施形態の柱1は、仕口部の上下の柱部材2をブ
ロック体3を介してPC鋼材4により圧着状態で軸方向
に連結し、かつその仕口部に対して弾性部材5を介して
梁6を連結し、以て各柱部材2が起倒する方向に回転す
ることを許容せしめるようにしたものである。なお、図
1〜図3は1つの仕口部とその上下の柱部材2、その仕
口部に連結される梁6を示すのみであるが、本実施形態
では各階の柱部材2が同様の構造で順次連結されて建物
の全高にわたる柱1が構成され、その柱1の各階の仕口
部に対してそれぞれ同様の構造で各階の梁6が連結され
ることで、建物全体の架構を構成している。
【0011】柱部材2は各階の階高に相当する長さのも
ので、本実施形態では円形鋼管内に予めコンクリートを
充填した充填鋼管コンクリート構造(CFT構造)のプ
レキャスト製品が採用されている。
【0012】ブロック体3は柱部材2と同等の強度を有
するプレキャストコンクリート製のもので、図3に示す
ように下側の柱部材2の上端面2aと上側の柱部材2の
下端面2bとの間に介装され、上側の柱部材2から下側
の柱部材2に対して鉛直荷重を直接的に伝達可能なもの
である。
【0013】ブロック体3にはPC鋼棒やカーボンファ
イバ撚線等のPC鋼材4が上下に貫通しており、そのP
C鋼材4は上下の柱部材2に通されて緊張されたうえで
その両端部が柱1の最上部において柱部材2に対して定
着されるとともに最下部において基礎に対して定着され
ており、これによりそのPC鋼材4の緊張力により一連
の柱部材2およびブロック体3は軸方向に圧着された状
態で連結されてプレストレスが与えられた柱1を構成し
ている。
【0014】そして、上記のように構成された柱1の仕
口部に対して4本の梁6が連結されている。本実施形態
の梁6はプレキャストコンクリート製の扁平な断面のも
ので、それらの端部が上下の柱部材2の間に上下の弾性
部材5を介して挟持されている。また、仕口部を挟んで
対向している梁6どうしは、ブロック体3を水平に貫通
しているPC鋼材7によりプレストレスを与えられた状
態で連結されている。
【0015】弾性部材5は円盤状のゴム材5aの上下に
鋼板5bを積層したもので、その中心部にはブロック体
3の水平断面形状に合致する装着孔5cが形成されてい
て、これら弾性部材5はブロック体3の上部および下部
にそれぞれ装着されて梁6の端部を上下から挟み込むよ
うになっており、この弾性部材5の弾性変形により梁6
に対する柱部材2の相対回転(起倒する方向の回転)が
拘束されることなく許容されるようになっている。な
お、ゴム材5aは次第に劣化して弾性が失われていくこ
とが不可避であるので、劣化も考慮して所望の弾性が長
期にわたって確保できるようにその断面寸法を決定して
おく必要がある。
【0016】上記のように、一連の柱部材2がブロック
体3を介して起倒する方向に回転可能に連結されて構成
される柱1は、通常時においては通常の柱と同様に建物
全体の長期鉛直荷重を支障なく負担可能なものである
が、上記構造の柱1は全体としては実質的に曲げ剛性を
持たないので、地震により建物に層間変形が生じたとき
には各柱部材2は図4に示すようにPC鋼材4の緊張力
に抗して剛体としてそのまま起倒する方向に回転するこ
とが許容される。そして、その際には弾性部材5が弾性
変形することで梁6による柱部材2の回転が拘束される
ことなく許容されるから、仕口部において柱部材2の端
部や梁6の端部が損壊することもない。
【0017】すなわち、上記構造の柱1は従来一般の柱
のように地震時の水平力を負担する耐震要素として機能
するものではなく、したがってこの柱1には地震時に過
大な水平力が加わることがなく、それ故にこの構造の柱
1は巨大地震によっても損壊することはないし、当然に
補修や交換を考慮する必要もなく、以上のことからこの
構造は巨大地震に遭遇することを想定する必要のある長
寿命建物に適用して最適である。
【0018】勿論、柱部材2の回転が許容されるとはい
え、柱部材2どうしはPC鋼材4により圧着状態で連結
されてプレストレスが与えられているので、回転後の復
元力がPC鋼材4により自ずと与えられるし、柱1に作
用する引張荷重はそのPC鋼材4が負担するので、長期
荷重を負担する構造部材としての柱1の安定性と安全性
は支障なく確保される。また、梁6の端部は仕口部に係
合した状態で弾性部材5を介して柱部材2により上下か
ら挟持された状態で連結され、かつ対向する梁6どうし
がPC鋼材7により連結されてプレストレスが与えられ
ているので、仕口部の構造的な安定性と安全性も問題は
ない。
【0019】また、柱部材2の間にブロック体3を介装
し、そのブロック体3の上下にそれぞれ弾性部材5を装
着してそれら弾性部材5により梁6を挟持するようにし
ているので、ブロック体3を介して柱部材2どうしの長
期鉛直荷重の伝達を確実に行うことができることはもと
より、弾性部材5により梁6に対する各柱部材2の相対
回転を支障なく許容せしめることができ、しかも簡便な
仕口構造で各柱部材2と梁6とを確実かつ容易に連結す
ることが可能である。
【0020】なお、上記のように柱1に耐震要素として
の機能を持たせない以上、換言すれば柱1が地震力を負
担できない以上、当然に他に耐震要素を設けることが不
可欠であるが、その耐震要素としてはたとえば耐力壁や
各種の制震ダンパーを採用し、それを適正位置に適正配
置することで建物全体の耐震性能を支障なく確保するこ
とができる。特に、複数枚の鋼板を粘弾性材を挟んで積
層した構成の粘弾性壁は、高剛性で大容量のダンパーと
して機能するので、それを主要耐震要素として要所に配
置すれば建物全体としての耐震性能を十分に確保するこ
とができる。
【0021】上記構造の具体例を図5に示す地震応答解
析結果に基づき説明する。これは、スパンが10m、2
0階建ての建物に上記構造を適用したもので、1本の柱
が負担する長期鉛直荷重が1270kN、柱の直径が1m
の場合の例である。この場合、弾性部材5に生じる圧縮
応力は約3N/mm2であり、そのゴム材5aの縦弾性係数
は2.0〜2.5N/mm2であるから、柱部材2は少なく
とも1/100程度の回転変形角が許容されることにな
る。一方、図5に示す応答解析結果によれば、上記の構
造を採用しかつ制震要素を適正位置に適正配置すれば、
寿命が300年とした場合に遭遇すると想定される巨大
地震時においても層間変形角を最大で6/1000程度
に抑えることが可能であるから、弾性部材5の弾性変形
限度内で柱部材2を支障なく回転させることができるこ
とになる。しかも、図5に示されるように、上記構造で
は建物頂部における層間変形角を従来の耐震構造や従来
の免震構造に比較して十分に低減させることができる。
【0022】なお、上記実施形態では仕口部に梁6を連
結するものとしたが、床の構造によっては(たとえば床
がフラットスラブ構造である場合)、梁6に代えてスラ
ブを仕口部に連結することでも良い。要は、各柱部材2
の回転を許容する状態で柱部材2どうしを連結し、かつ
柱部材2の回転を拘束することのないように仕口部に対
して梁6ないしスラブを弾性部材5を介して連結すれば
良いのであり、その限りにおいて仕口部の形態は適宜の
変更が考えられ、場合によってはブロック体3を省略し
て上下に突起のある柱部材2どうしを直接的に突き合わ
せることも可能である。
【0023】また、上記実施形態のように柱部材2どう
しをPC鋼材4により連結してプレストレスを導入する
ことが好ましいが、柱1に対する引張荷重を想定する必
要がない場合や、柱部材2どうしを圧縮荷重のみならず
引張荷重も伝達可能な形態で連結するような場合には、
PC鋼材4による連結は省略することも可能である。ま
た、梁6の端部が仕口部から脱落することのないような
係合の形態を採用する場合には、PC鋼材7による梁6
どうしの連結も省略可能である。
【0024】
【発明の効果】請求項1の発明は、複数の柱部材を鉛直
荷重を伝達可能かつそれぞれの柱部材が起倒する方向に
回転可能な状態で軸方向に連結するとともに、それら柱
部材どうしの連結部に、梁もしくはスラブを弾性部材を
介して連結して該弾性部材により各柱部材の回転を許容
せしめる構成としたので、柱は長期鉛直荷重を負担する
のみで地震時に過大な水平荷重が加わることがなく、し
たがって地震による柱の損壊を自ずとかつ確実に回避す
ることができるし、補修や交換を考慮する必要もなく、
それ故にこの構造の採用により巨大地震に遭遇すること
を想定する必要のある長寿命建物の実現が可能となる。
【0025】請求項2の発明は、請求項1の発明の柱の
構造において、連結するべき柱部材にPC鋼材を通して
緊張して定着することにより、そのPC鋼材によって柱
部材どうしを連結するとともにPC鋼材に引張荷重を負
担せしめる構成としたので、PC鋼材により柱部材どう
しを強固に連結して柱としての安定性と安全性を確保で
きるとともに、柱に引張荷重が作用した場合にはPC鋼
材に引張耐力を持たせることができる。
【0026】請求項3の発明は、請求項1または2の発
明の柱の構造において、連結するべき柱部材どうしの間
に鉛直荷重を伝達可能なブロック体を介装するととも
に、ブロック体の上部および下部にそれぞれ弾性部材を
装着し、それら弾性部材を介して上下の柱部材の間に梁
もしくはスラブを挟持する構成であるから、ブロック体
を介して各柱部材どうしの長期鉛直荷重の伝達を確実に
行うことができ、かつ弾性部材により梁あるいはスラブ
に対する各柱部材の相対回転を支障なく許容せしめるこ
とができ、しかも、簡便な仕口構造で各柱部材と梁ある
いはスラブとを確実かつ容易に連結することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態である柱の構造を示す仕口
部の立面図である。
【図2】 同、平面図である。
【図3】 同、組立図である。
【図4】 同、地震時に柱部材が回転した状態を示す図
である。
【図5】 同、地震応答解析結果を示す図である。
【符号の説明】
1 柱 2 柱部材 3 ブロック体 4 PC鋼材 5 弾性部材 6 梁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の柱部材を鉛直荷重を伝達可能かつ
    それぞれの柱部材が起倒する方向に回転可能な状態で軸
    方向に連結するとともに、それら柱部材どうしの連結部
    に、梁もしくはスラブを弾性部材を介して連結して該弾
    性部材により各柱部材の回転を許容せしめることを特徴
    とする柱の構造。
  2. 【請求項2】 連結するべき柱部材にPC鋼材を通して
    緊張して定着することにより、該PC鋼材によって柱部
    材どうしを連結するとともに、該PC鋼材に引張荷重を
    負担せしめることを特徴とする請求項1記載の柱の構
    造。
  3. 【請求項3】 連結するべき柱部材どうしの間に鉛直荷
    重を伝達可能なブロック体を介装するとともに、該ブロ
    ック体の上部および下部にそれぞれ前記弾性部材を装着
    し、それら弾性部材を介して上下の柱部材の間に前記梁
    もしくはスラブを挟持せしめることを特徴とする請求項
    1または2記載の柱の構造。
JP36345099A 1999-12-21 1999-12-21 柱の構造 Withdrawn JP2001173092A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327239A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Sekisui Chem Co Ltd ピロティ階における免震構造
JP2008111249A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Takenaka Komuten Co Ltd プレキャストコンクリート製の柱・梁接合部の圧着接合方法および圧着接合構造
JP2008223374A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Toyota Motor Corp ユニット建物
JP2008297720A (ja) * 2007-05-29 2008-12-11 Nagoya Institute Of Technology 鋼橋梁を対象とした無損傷自己復元型免震・制震機構
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CN111997193A (zh) * 2020-07-27 2020-11-27 河北工业大学 装配式预制梁柱连接节点及施工方法

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