JP2003176570A - 免震を利用した柱・梁接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建物の基礎部分に免震構造を採用し、その建
物架構の柱と梁をピン接合により構築できるようにす
る。 【解決手段】 建物の基礎部分３は免震構造であって、
柱１と梁２とはピン接合６して架構し、各階の四隅部に
ブレース７をそれぞれ取り付ける。地震時には基礎部分
で免震し、ブレース７により水平剛性を受け持つ。架構
において、梁間方向の梁スパンは、剛接の場合より大き
くすることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、免震構造の建物を
構築する場合に、免震により地震力が低減することを利
用して、梁（大梁）と柱とをピン接合して架構できるよ
うにした柱・梁接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震による建物の揺れ、破壊を防ぐた
め、地震力が直接建物に伝わらないように工夫された免
震構造が知られている。この免震構造としては、例えば
基礎と上部構造との間に積層ゴムやダンパーを入れる構
法が開発され、既に実用化されている。

【０００３】建物の架構は、基本的には自重等重力に抵
抗しているが、部材断面は頻度が少ない地震力で決定さ
れることが殆どであり、地震力に抵抗するために従来は
桁行方向、梁間方向共にラーメン構造とする場合が多
い。ラーメン構造は、周知の如く柱・梁の各節点を剛接
合して一体となっている骨組みを言い、剛接架構とも称
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記剛接架構を構築す
る場合には、鉄骨構造の場合にはＨ形断面やＩ形断面の
梁のフランジとウェブを柱に溶接又はボルト接合する必
要がある。このため、鉄骨架構の構築時には、サービス
ボルトによる建て方を経て本締めボルト、又は溶接手段
により接合し、更にその接合部を検査するといった作業
が必要で、多くの時間と工程が掛かっていた。又、鉄筋
コンクリート造で梁がＰＣａ（プレキャスト）造の場合
には、図１１のように現場打ちコンクリート柱Ａから突
出している柱筋Ｂの間に、ＰＣａ梁Ｃのアンカー筋Ｄを
落とし込む必要があり、鉄筋同士の干渉を見ながらＰＣ
ａ梁Ｃを架設するため、やはり多くの時間と工程が掛か
っているのが現状である。

【０００５】ところで、鉄骨構造でスパンが大きい場合
には、柱・梁が剛接であっても撓みは梁端ピンの性状に
近くなるのであり、地震力が低減するなら自重等の鉛直
荷重を主な対象として架構すればよく、柱への梁の接合
はせん断力を伝達するようなピン接合にすることが可能
である。又、ピン接合したＰＣａ造梁を用いた架構の場
合には、接合プレートの位置合わせのみで支保工にＰＣ
ａ梁を載せていけばよく、タワークレーンを占有する時
間が大幅に短縮する。柱・梁の接合方式を合理化する
と、架構構築時の時間と工程を削減することができる。

【０００６】

【問題を解決するための手段】このような観点に基づい
て、本発明は、上記免震構造の建物を架構するに当た
り、柱・梁をピン接合により構築し、柱・梁の接合方式
を合理化する目的でなされたものである。免震構造は、
地震動によるエネルギーを絶縁する構造であり、建物に
作用する地震エネルギーの速度換算値をＶ_Ｅとした時
に、架構に生じるせん断力係数はα＝２πＶ_Ｅ／ｇＴと
なり、固有周期Ｔ＞１秒でエネルギー入力Ｖ _Ｅが一定と
なる領域では、固有周期Ｔが大きいほど架構に加わるα
は小さくなる。即ち、免震構造とすることにより架構に
作用する地震力は低減し、接合部の応力も低減すると言
える。地震力が低減すれば、架構の部材応力は低減する
訳であり、梁を剛接する必要はなくなる。この結果、架
構が鉄骨構造であると、梁のフランジとウェブを共に溶
接又はボルト接合する必要がなくなり、ウェブのみを接
合すればよいことになる。

【０００７】上記の目的を達成するための手段として、
本発明は、請求項１のように免震構造の建物であって、
梁を柱にピン接合して架構したことを特徴とする免震を
利用した柱・梁接合構造を要旨とする。又、剛接架構と
は異なり梁を柱にピン接合した架構では、水平剛性が殆
ど期待できないことから、請求項２のように前記架構に
ブレースを取り付け、このブレースにより水平剛性を受
け持つ免震を利用した架構、請求項３のように基礎免震
とすることで地震力が低減し、その結果桁行方向につい
ては、３フレームが２フレームで済む等の特性を利用し
て、前記架構において梁間方向の梁スパンを大きくした
こと、を特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明を８階建て鉄骨造建
物の架構に適用した実施形態に付いて、添付図面を参照
しながら説明する。図１は、建物架構の平面図であり、
１は柱、２は梁であり、桁行方向のスパンＳ１は６４０
０ｍｍの等間隔になっており、梁間方向のスパンはＳ２
が１２８００ｍｍで、Ｓ３が６４００ｍｍである。この
場合、柱１は冷間成型角形鋼管で、５００ｍｍ角、厚さ
１６〜２２ｍｍのものであり、梁２は圧延Ｈ形断面で、
桁行方向のものは４５０×２００×９×１６から７００
×２５０×１２×２２ｍｍで、梁間方向のものは９００
×２５０×１６×２８ｍｍである。但し、１階の梁は鉄
筋コンクリート造６００×２０００ｍｍである。

【０００９】図２は、剛接建物架構の主要縦断面図であ
り、各階高Ｈは３７５０ｍｍにしてあり、固有周期Ｔ＝
１．４４秒である。

【００１０】上記の剛接建物架構に対して、本発明では
図３又は図４のように梁（Ｈ−３５０×３５０×１２×
１９ｍｍ）を柱にピン接合し、図５のように基礎部分３
は免震構造とする。この架構の固有周期はＴ＝４．０５
秒である。

【００１１】梁２は位置決め後に、図３又は図４のよう
に柱１又は柱１の接合部１ａに梁２の端部を当接させ、
梁のウェブ２ａを鋼板５を介してピン接合６する。

【００１２】柱１と梁２とをピン接合６して架構し、基
礎免震とすると建物架構に作用する地震力は低減するこ
とから、図１０のように桁行方向は２フレームで済み、
水平剛性を確保するために各階にブレース７をそれぞれ
取り付ける。この場合、ブレース７は図５のように桁行
方向の梁２と同じく断面Ｈ形で３５０×３５０×１２×
１９ｍｍのものを用いてある。免震建物であるため、四
隅部にブレース７を左右で対称位置になるように設ける
のみで充分な水平剛性が得られる。

【００１３】図６〜図９は、従来の剛接架構であるラー
メン構造と、本発明による梁を柱にピン接合したブレー
ス構造との地震応答の結果を示すものである。図中のブ
レース構造とは、建物の基礎部分３を周期Ｔ＝４秒の免
震構造とし、梁２を柱１にピン接合６して水平剛性はブ
レース７で確保する架構である。図１、図２に示すよう
に剛接架構はＹ２通りのフレームを取り出し、ブレース
構造は図１０のＹ２通りのフレームを取り出し、地震波
を告示波ＷＧ６４（最大加速度５２４．９ｇａｌ）とし
た時のデータである。

【００１４】図６は地震応答（変形）に関するもので、
ブレース構造の場合は各階での応答変形の差が極小であ
るのに対し、ラーメン構造では各階で応答変形の差が非
常に大きい。これにより、ブレース構造では、基礎部分
の免震構造の揺れに付随して下層階の応答変形はラーメ
ン構造より大きくなるが、上層階の応答変形はラーメン
構造より遥かに小さく、柱・梁ピン接合でも充分耐えら
れることが判明した。

【００１５】図７は地震応答（層間変形角）に関するも
ので、ブレース構造では、ラーメン構造に比して全階に
亘って層間変形角が極めて小さくゼロに近いことが判明
した。ラーメン構造では、各階での層間変形角のばらつ
きが非常に大きい。

【００１６】図８は地震応答（層せん断力係数）に関す
るもので、ブレース構造では、ラーメン構造の各階に比
して層せん断力係数が小さいが、フレームのみの構造に
比べると層せん断係数は遥かに大きい。これにより、ブ
レースが存在すれば水平剛性を確保できることが判明し
た。

【００１７】図９はピン接合の梁とブレースの短期許容
軸力に対する比に関するもので、梁の軸力比は０．４５
以下、ブレースの軸力比は０．６以下であり、部材は短
期許容軸力に対し充分安全である。

【００１８】柱・梁がピン接合のブレース構造では、フ
レームは地震力を殆ど負担しないので、つまり水平剛性
が殆どないので地震力をブレースに伝えるトラス架構と
しての性能を持てば良いことになる。梁のＨ形断面部材
は曲げを負担するフランジを剛接する必要はなく、ウェ
ブのみを接合したディテールで済む。

【００１９】又、建物の基礎部分を免震とすることで、
図６から図９に示すように免震層で地震入力エネルギー
の殆どが消費され、建物架構はブレースで層せん断力を
負担する構造となる。ピン接合の梁は、桁行・梁間両方
向をラーメン構造とした時と鉄骨量を比較すると、鋼材
量はほぼ近似するが柱・梁の接合に関して溶接やボルト
締め等の労務が合理化できる。

【００２０】各層に生じる層間変形は図７に示すように
小さくなり、基礎部分を免震とすることで建物に作用す
る地震力が低減することから、図１０に示すように桁行
方向については３フレームが２フレームで済み、梁間方
向の梁を大スパン化した架構にすることも可能である。

【００２１】上記の実施形態では鉄骨造建物の例であっ
たが、鉄筋コンクリート等コンクリート系の建物であっ
てもＰＣａ造の梁を柱にピン接合することができ、柱を
ＲＣ系、梁を鉄骨系とする架構（ＲＣＳＳ構造等）で
は、柱・梁仕口部の簡略化が図れる。

【００２２】図１１は、ＰＣａ梁Ｃをクレーン等を使い
吊り下げ、徐々に下降させて柱Ａに架設するものである
が、ＰＣａ梁Ｃの両端にはアンカー筋Ｄが突出してお
り、それを柱筋Ｂの間に落とし込む必要がある。本発明
によると、図１２のようにＰＣａ梁２の両端にアンカー
筋が突出しておらず、ＰＣａ梁２の架設は容易である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基礎部分の免震構造により架構に作用する地震力が低減
することから、梁を柱にピン接合する架構とすることが
でき、柱・梁の接合に要する作業と時間に関する建て方
を合理化できる。梁の架設時に、剛接であると柱筋の干
渉を見ながら梁筋を落とし込む作業となるが、ピン接合
ではＰＣａ梁を単純に置いていく状態の作業で済み、建
て方の作業と時間は大幅に短縮される。又、図３のよう
な接合方式であると、鉄骨ディテールが簡略化し、加工
費用が低減できる。

【００２４】又、水平剛性はブレースで受け持つことが
でき、柱・梁を剛接したフレームと同等の架構剛性を確
保できる。

【００２５】更に、免震構造とすることで地震力が低減
することから、桁行方向のフレームを減少させることが
でき、これにより梁間方向の梁の大スパン化が可能であ
り、建築計画に対する余裕度が増すことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る免震を利用した柱・梁接合構造の
実施形態を示す建物架構の平面図

【図２】剛接建物架構の主要縦断面図

【図３】柱・梁ピン接合状態を示す概略図

【図４】柱・梁ピン接合状態を示す概略図

【図５】ブレースを取り付けた状態を示す建物架構図

【図６】地震応答（変形）を示すグラフ図

【図７】地震応答（層間変形角）を示すグラフ図

【図８】地震応答（層せん断力係数）を示すグラフ図

【図９】ピン接合の梁とブレースの軸力比を示すグラフ
図

【図１０】大スパンとした時の建物架構の平面図

【図１１】従来の剛接によるＰＣａ梁の架設状況を示す
説明図

【図１２】ピン接合によるＰＣａ梁の架設状態を示す説
明図

【符号の説明】

１…柱 １ａ…接合部 ２…梁 ３…基礎部分 ４…柱筋 ５…鋼板 ６…ピン接合 ７…ブレース

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】免震構造の建物であって、梁を柱にピン接
   合して架構したことを特徴とする免震を利用した柱・梁
   接合構造。
2. 【請求項２】前記架構にブレースを取り付け、このブレ
   ースにより水平剛性を受け持つ請求項１記載の免震を利
   用した柱・梁接合構造。
3. 【請求項３】前記架構における梁間方向の梁スパンを大
   きくした請求項１又は２記載の免震を利用した柱・梁接
   合構造。