JP2004092080A - 鉄骨架構、その構築方法、および制震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨架構、その構築方法および制震構造において、鋼管柱同士を溶接接合することなく、きわめて容易に構築できるとともに、地震などの外力を受けても鋼管柱の損傷を抑えることができるようにする。
【解決手段】鋼管柱２の下端に補強板６を設けて、その下面に鋼管柱２より先に変形する差込部３を設ける。そして水平方向には梁７を剛接して、剛接フレーム４を構成する。各差込部３を他の鋼管柱２の上端の開口２ａから差し込んで組み立て、それぞれの剛接フレーム４を梁７ａで剛接する。差込部３と差し込まれる鋼管柱２の中空部には隙間が空くようにしておく。そして、隣接する階の梁７、７ａをそれぞれ粘性ダンパーにより結合する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨架構、その構築方法、および制震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄骨構造では、例えばＨ型鋼や鋼管を柱梁部材に用いて剛接合していた。
このような柱梁部材を剛接合して構築された鉄骨架構では、主体構造部材である柱梁部材が降伏後に延性を発揮することが期待できるため、主体構造部材の塑性変形により地震エネルギーを消費させることにより、建築物の安全性を確保するというのが耐震構造の基本であった。
特開平９−４１４８１号公報（特許文献１）には、剛接合された柱梁架構に低降伏点鋼材による制震ブレースが設けられた鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造建物が記載されている。
特開２０００−５４６８１公報（特許文献２）には、梁の曲げ剛性よりも柱の曲げ剛性が小さい変形性能が大きい架構とし、さらに大きな粘弾性減衰を有する制震装置ユニットを備え、柱ユニット、梁ユニット、仕口ユニット、制震装置ユニットをボルト締結することにより剛接合した制震建物が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の鉄骨架構には、以下のような問題があった。
Ｈ型鋼は開断面を有してボルト締結に適するのに対して、柱に使われることが多い鋼管は閉断面を有するため、架構組立に当たっては現場溶接による接合が必要である。このため、組立作業が風雨などの天候の影響を受けやすい。また溶接欠陥の探査検証などの管理作業も多く発生している。その結果、効率的な施工が難しく、施工工期が長くなりがちであるという問題があった。
また、従来の耐震構造は、主体構造部材の損傷と引き換えに建物全体の安全性を確保するというものだが、主体構造部材の損傷によって建て替えが必要となれば、経済的な打撃は大きい。また、建物が倒壊しないとしても、地震直後に立ち入りや仮使用が困難になれば、その社会的経済的な影響は深刻なものとなる。したがって、大地震を受けても主体構造部材がほとんど損傷を受けない構造、さらには地震直後であっても建物を継続的に使えるようにすることが強く求められている。
特許文献１に記載されている技術は、制震ブレースが先行して降伏し、地震エネルギーを吸収することができるが、柱梁架構が剛接合されているため、地震発生とともに変形量に対応した応力が柱梁架構の全体に発生する。したがって、倒壊はしないとしても、継続使用が困難となる柱梁架構の変形や損傷は起こる可能性も生じるという問題があった。
特許文献２に記載されている技術は、鋼管柱を用いるにもかかわらず、ボルト締結することができ、溶接接合する必要がない。また、柱ユニットを低剛性とすることで大きな弾性変形を実現して、制震効果を高めている。しかしながら、柱ユニットを階毎に分割し、仕口ユニットで結合するので、ボルト締結箇所は非常に多くなっていた。したがって、溶接接合に比べれば、欠陥検証などの施工性が改善されるものの、施工工期の面では、さらなる改善が強く要望されていた。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、鋼管柱同士を溶接接合することなく、きわめて容易に構築できるとともに、地震などの外力を受けても鋼管柱の損傷を抑えることができる鉄骨架構、その構築方法および制震構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、鋼管柱を用いた多階建築物の鉄骨架構であって、上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱とが、鉛直方向には、それぞれの互いに対向する先端部に水平方向に設けられた板状の係止部を互いにつき合わせて係止され、水平方向には、前記上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱との一方の鋼管柱の前記係止部のほぼ中央に設けられた差込部が、前記上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱との他方の鋼管柱の先端の開口から中空部に向けてその外周に所定の隙間を空けて差し込まれることにより、位置規制されるように構成する。
この発明によれば、鋼管柱は互いに差し込まれて係止されているので、溶接接合しなくても構築でき、また、差込部が水平方向に隙間を空けて差し込まれるので、外力により隙間分を移動する間に鋼管柱に応力を発生させることなく、外力によるエネルギー消費を先行させることができる。
【０００６】
なお、本発明に係る鋼管柱は、開口を有していて、差込部を差し込むことができればよく、鋼管のみからなる必要はない。例えば、開口部を残して鋼管内にコンクリートが充填されていてもかまわない。また、梁は、後述するように鋼管柱と剛接合できればよく、鉄骨のみからなる必要はない。したがって、本明細書では、鉄骨架構を広い意味で用いることとし、部分的にコンクリートを使用するもの、また鉄骨鉄筋コンクリート架構と称すべきものも、本発明の技術的思想が実現できる限りにおいては、鉄骨架構に含めるものとする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の鉄骨架構において、前記鋼管柱に、梁が剛接合された複数の剛接架構構成体を備える。
この発明によれば、剛接架構構成体が一体的に隙間内を剛体移動する間は、応力が発生せず剛接構成体内の変形損傷も起こらないから、地震初期動における被害を低減することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の鉄骨架構において、前記多階建築物が、前記剛接架構構成体を積み重ねて構築された構成とする。
この発明によれば、鉄骨架構を階毎に一体性を持たせることができるので、外力を受けても階毎の構造の安全性が確保されるとともに、階毎に容易に構築することができるから施工性が向上できる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の鉄骨架構において、前記鉄骨架構が所定の外力を受けたとき、前記差込部が、該差込部が設けられた鋼管柱および前記差込部が差し込まれた前記鋼管柱が塑性変形するよりも先に変形するように構成する。
この発明によれば、所定の外力を受けたときに、鋼管柱が損傷する以前に差込部が変形するので、外力によるエネルギーを消費して、制震性を向上することができる。差込部の変形は、例えば、差込部が隙間内を移動し摩擦を受けながら変形したり、隙間内で傾斜してテコ作用により曲げを受けて変形したりすることなどが含まれる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、鉄骨架構を用いた多階建築物の制震構造であって、前記鉄骨架構が請求項１〜４のいずれかに記載の鉄骨架構であり、互いに隣接する階間に、それぞれの相対振動を減衰させる制震デバイスが設けられた構成とする。
この発明によれば、制震デバイスにより階の間の相対振動を減衰して制震でき、特に、鋼管柱が隙間の間を移動して応力が発生しない初期に、先行して振動減衰を行うことができるので、鋼管柱に損傷を与えることなく制震することが可能である。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の制震構造において、前記鉄骨架構が請求項２に記載の鉄骨架構であり、前記制震デバイスが、上下方向に隣接する前記剛接架構構成体のそれぞれに固定される。
この発明によれば、各剛接架構構成体内では変形を抑えて堅牢を保ち、各剛接架構構成体間では制震デバイスにより減衰を付与して、効果的に振動減衰を図ることができる。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、鋼管柱を用いた多階建築物の鉄骨架構の構築方法であって、上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱とを、鉛直方向には、それぞれの互いに対向する先端部に板状の係止部を水平方向に設けて該係止部を互いにつき合わせて係止し、水平方向には、一方の鋼管柱の先端に設けられた差込部を他方の鋼管柱の先端の開口から中空部に向けてその外周に所定の隙間を空けて差し込んで、位置規制するように構築することを特徴とする鉄骨架構の構築方法を用いる。
この発明によれば、請求項１に記載の鉄骨架構を構築することができる。
【００１３】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の鉄骨架構の構築方法において、前記鋼管柱の梁を、該鋼管柱に剛接合した複数の剛接架構構成体を形成し、該剛接架構構成体を積み重ねて、前記多階建築物を構築する。
この発明によれば、請求項３に記載の鉄骨架構を構築することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面を通して、同一または相当する部材には、同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
本発明の実施の形態に係る鉄骨架構１について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る鉄骨架構１を説明するための斜視説明図である。図２（ａ）は、同じく鉄骨架構１の任意階における柱列配置を示すための概略平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ視方向の鉄骨架構１の概略側面図である。図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ部の詳細を説明するための平面視の部分断面説明図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ視の部分断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る鉄骨架構１は、不図示の基礎の上に設けられ、完成後に、屋上付き８階建の建築物（図２（ｂ）参照）となるものである。その各階の構造はほぼ同一で、階数に応じて材質や形状を変えることで部材剛性が調整されている。そこで、以下、階は特定せず、任意の階とその直上階について説明することにする。
【００１６】
図１に示したのは、鉄骨架構１の一つの階の上に、直上階を構築している様子である。
鉄骨架構１の一つの階は、複数の鋼管柱２と、複数の梁７、７ａと、粘性ダンパー１１（制震デバイス、図２（ｂ）参照）と、床部８とを備える。以下、一つの階から、粘性ダンパー１１と床部８とを除いたものを、階フレームと称する。階を明示する場合には、階フレームＦ１、Ｆ２、…、Ｆ８と称する（図２（ｂ）参照）。
【００１７】
全体の概略構成を簡単に説明すると、鋼管柱２は、図２（ａ）に示したように、平面視で３×６の格子状に配列され、それぞれの間はその上端側で梁７または梁７ａが剛接合されている。それぞれの鋼管柱２の上端には、最上階を除き、それぞれの上階の対応する鋼管柱２が係止され、地盤１０から８階まで通して鉛直方向に荷重を伝達する柱を構成している。図２（ｂ）に示したように、粘性ダンパー１１は、梁７、７の階間に各階毎に設けられている。
【００１８】
粘性ダンパー１１は、地震などの外力により、それぞれが接合されている梁７、７が相対振動したときに、振動を減衰させる制震デバイスである。制震デバイスには、種々のものが知られているが、本実施形態では、粘性減衰を利用した粘性壁を採用している。粘性壁は、粘性減衰を有する粘性または粘弾性材料と複数の鋼板とを交互に積層した板状部材で、それぞれの鋼板の端部が設置階の梁７またはその下階の梁７と接続されている。このため、梁７、７が相対振動すると、粘性または粘弾性材料がせん断変形することにより振動エネルギーが消費されて減衰作用を備えるように構成されたものである。
【００１９】
次に、図３を参照して、梁７、７ａ、鋼管柱２の詳細について説明する。
梁７、７ａは、同規格のＨ型鋼により形成される。本実施形態では、梁７は、図１に示したように、あらかじめ複数の鋼管柱２と剛接合して一体化されたＥ字状の剛接フレーム４（剛接架構構成体）を形成するために用いるもので、鋼管柱２と梁７の剛接合は、溶接接合などが採用できる。これに対して、梁７ａは、剛接フレーム４を下階側に建て込んだあとに、剛接フレーム４同士をそれぞれ剛接合するために用いるもので、梁７ａには、あらかじめボルト孔を設けてボルト締結ができるように構成しておく。
【００２０】
鋼管柱２（２Ａ、２Ｂ）は、角型断面を有する鋼管を階間スパンに応じて切断し、下端の補強板６（板状の係止部）を設けた柱部材である。鋼管柱２の上端には、鋼管断面からなる開口２ａが残され、その外周に梁７、７ａの上下面と接合するため、それぞれ外ダイヤフラム５ａ、５ｂが設けられている。外ダイヤフラム５ａは、開口２ａと同一面に配置され、鋼管柱２の板状の係止部ともなっている。すなわち、鋼管柱２Ａの補強板６と、鋼管柱２Ｂの外ダイヤフラム５ａとは、互いに対向する２平面をなし、鉛直方向に当接しあうことにより係止される。
また、補強板６の下面には、差込部３が形成されている。
【００２１】
補強板６は、外形が鋼管柱２の鋼管外形より大きい鋼板からなり、鋼管柱２Ａの下端に、鋼管柱２Ａの外周から水平方向に延出するフランジ部６ａをなすように、例えば溶接などによって接合されている。補強板６は、適宜の板厚とすることにより、所定外力を受けて差込部３が変形したときにもフランジ部６ａの平面が保たれるように構成される。
【００２２】
差込部３は、鋼管柱２より外形が小さい角型断面を有する鋼管で構成され、下階側の鋼管柱２Ｂの開口２ａから内部の中空部に差し込めるようになっている。すなわち、差し込まれた状態では、差込部３と鋼管柱２Ｂの先端の中空部内面との間に隙間１３が形成されている。
【００２３】
図４に示したのは、鋼管柱２Ａを上方から鋼管柱２Ｂに差し込んで組み立ている様子である。このような組立工程では、隙間１３が、差込部３の周りにほぼ等間隔に形成されるようにする。隙間１３の大きさは必要に応じて設定すればよいが、例えば、後述する部材諸元の例では、１ｃｍ程度が適切であった。
【００２４】
また、差込部３は、鉄骨架構１に地震などの外力が作用したとき、所定外力を受けても、軸力が発生することはないので、鋼管柱２Ａまたは２Ｂより小さい断面であっても同等の耐力を確保でき、先に降伏することはない。
差込部３の上下方向の長さは、当該階の梁丈より大きくし、梁鉄骨の下フランジ（外ダイヤフラム５ｂ）以上の長さとする（テコ作用が生じるように）。
【００２５】
床部８は、鋼管柱２を拘束することなく通す通し孔を設けたデッキプレートにコンクリートを打設して形成され、梁７、７ａに架設されている。
【００２６】
次に、鉄骨架構１の構築方法について説明する。
まず、鋼管柱２と差込部３とは、あらかじめ溶接などにより接合しておく。そして、複数の鋼管柱２と梁７を溶接などにより剛接合して、剛接フレーム４を製作する。以上の工程は、工場製作で行うことができるから、施工現場の作業環境や自然環境に左右されずに効率よく行うことができる。
【００２７】
１階の施工では、剛接フレーム４を基礎（不図示）の上に設置し、各剛接フレーム４の間に梁７ａを配置して、梁７に直交する方向に順次ボルト締結して、剛接合し、階フレームＦ１を形成する。その際、鋼管柱２の柱頭に昇ってボルト締結する高所作業が発生するが、鋼管柱２は、剛接フレーム４として一体化されて安定した構造物となっているので、孤立した鋼管柱２に順次梁７を締結していく不安定な作業と比べて、作業性、安全性に優れた作業となる。
さらに、梁７の適宜箇所に粘性ダンパー１１を設置する。
そして、開口２ａおよび外ダイヤフラム５ａの部分が通し孔に入るように、デッキプレートを梁７、７ａ上に架設し、コンクリートを打設して、２階の床部８を形成する。
【００２８】
上階部分は、図１に示したように、剛接フレーム４を、クレーン９ですでに完成した階の上方に吊り上げて、下階の対応する開口２ａのほぼ中心位置に差込部３を差し込み、隙間１３を設けた状態のまま下ろして、剛接フレーム４を順次配置する。
そして、１階と同様に、各剛接フレーム４の間に梁７ａを配置して、梁７に直交する方向に順次ボルト締結して剛接合し、階フレームＦ２を形成し、粘性ダンパー１１を設置して、床部８を設ける。
これらを繰り返すことにより、鉄骨架構１を構築することができる。
【００２９】
このような鉄骨架構１の構築方法によれば、施工現場では、溶接を用いずに施工できるので、雨天でも施工可能となり、天候による施工遅延を防止することができる。
また、溶接検査などの施工時の管理作業を減らして、施工の合理化を図ることができる。
また、鋼管柱２の上下方向は差込式とするため、ボルト締結箇所が大幅に減り、施工作業そのものが簡素化されるので、工期短縮を図ることができる。しかも、人手による高所作業が減ることで、施工の安全性も向上することができる。
さらに、鋼管柱２をプレアセンブルして剛接フレーム４として組み立てることにより、施工作業の簡素化および施工信頼性のさらなる向上を図ることができる。このようなプレアセンブルの単位は、個別の施工形態、建築物の規模に応じて適宜実用的な組合せとすることができる。例えば、梁間に設けられる粘性ダンパー１１を剛接フレーム４に加えておいてもよいし、剛接フレーム４を、フロア区画単位あるいは階フレーム単位で接合しておいてもよい。
【００３０】
次に、鉄骨架構１の制震作用について説明する。
鉄骨架構１によれば、鉄骨架構１の自重を始めとする鉛直方向の荷重は、上階側の鋼管柱２Ａの補強板６から、下階側の鋼管柱２Ｂの外ダイヤフラム５ａを介して鋼管柱２Ｂに順次伝達され、最下端では基礎を通じて地盤１０に伝達される。しかし、補強板６と外ダイヤフラム５ａとは接合されていないので、両者が上下に離れる方向には拘束力が働かない。
【００３１】
また、水平方向には、補強板６と外ダイヤフラム５ａとの摩擦力が働くものの、機械的な拘束はされないので、隙間１３内では、外力によるエネルギーを摩擦によって消費しながら移動することができる。（本実施形態では１階はこれに該当しないので、以下の説明からは除外する。）
したがって、鉄骨架構１に地震が作用すると、差込部３が鋼管柱２の中空部の内面と当接するまでの地震初期段階では、鉛直方向に鋼管柱２が圧縮される軸力による応力は発生するものの、縦揺れによる引抜方向成分および横揺れ成分の荷重に対しては、拘束が働かないため応力が発生しない。その結果、階フレームは剛体移動（平行移動、回転移動）する。
【００３２】
その場合、引抜方向（上下に離間する方向）への移動は、上階の自重を越える荷重が作用しないと起こらない。本実施形態の規模の建築物であれば、そのような荷重が働くとしても特定の短スパン部位に瞬時的に作用するものである。この場合、過渡的には、特定の短スパン部位の近傍で鋼管柱２間の離間が起こるが、水平方向には拘束がないから、変形による応力がただちに同一階内に再配分されて、離間が解消される。したがって、差込部３が引き抜かれて鉄骨架構１が分離する事態は起こらないものである。
【００３３】
階フレームが剛体移動すると、ある時間差をもって、差込部３が鋼管柱２の中空部の内面に当接し、さらに移動しようとすると水平方向の拘束が発生する。例えば、図５（ａ）に示したように、鋼管柱２Ａが一方向に傾斜して、差込部３の下端が点Ｌに、上部が開口２ａ上の点Ｍに押圧されて拘束されるものである。このように、差込部３はいわゆる閂抵抗を受けて拘束される状態になる。このときの荷重状態は、図５（ｂ）に示したように、差込部３が点Ｌ、Ｍに拘束されて、鋼管柱２Ａの上端が自由端となる梁としてモデル化される。
【００３４】
鋼管柱２、差込部３のいずれにも曲げ応力が働くが、差込部３は軸力を受けないため、柱一般部より曲げ耐力は高い。
また、鋼管柱２が振動して、差込部３が隙間１３内で、がたつく場合もある。この場合も、がたつきの衝撃により繰り返し局部的な塑性変形が起こること、または差込部３と鋼管柱２Ｂとの間に摩擦が繰り返されることにより、振動エネルギーが消費され、振動が減衰される。
【００３５】
いずれの場合も、鋼管柱２は、弾性限度内に置かれるから、損傷は発生しない。
さらに、鉄骨架構１は、粘性ダンパー１１を備えるから、このように階フレーム間の相対振動は、粘性ダンパー１１によって熱エネルギーに変換されることにより消費され、減衰される。
【００３６】
このように、鉄骨架構１によれば、主体構造部材である鋼管柱２に損傷を与えることなく、階フレームをほぼ剛体に保ったままで、振動減衰を図ることができるから、地震を受けても、階内部の被害をきわめて少なくすることができる。その結果、地震直後でも継続的に使用し得る多階建築物を提供することができる。
【００３７】
また、鉄骨架構１では、地震初期段階において、階フレームが隙間１３内で剛体移動されるようにして、階フレームに応力が発生するまでの時間差を稼ぐから、地震初期に発生することが多い大きな地震動を避けやすいという利点がある。しかもその時間差の間にも、補強板６と外ダイヤフラム５ａの摩擦と、粘性ダンパー１１の制震作用とにより、地震エネルギーを確実に消費するから、主体構造の塑性変形が始まる以前に多くの地震エネルギーを減衰できるという利点がある。
【００３８】
次に、本実施形態に係る鉄骨架構１の耐震性能について、下記の条件・部材諸元を用いて数値計算を行った結果により説明する。
基礎および地中梁（不図示）は、鉄筋コンクリート構造とし、Ｆ_Ｃ＝２７Ｎ／ｍｍ^２とした。
【００３９】
鋼管柱２は、以下の通りである。
階フレーム　　　断面形状（単位：ｍｍ）　　　　　　材質
Ｆ１〜Ｆ５　　　□５００×５００×１６　　　　　　ＳＭ４９０Ｂ
Ｆ６〜Ｆ８　　　□５００×５００×１６　　　　　　ＳＮ４００Ｂ
【００４０】
差込部３は、以下の通りである。
階フレーム　　　断面形状（単位：ｍｍ）　　　　　　材質
Ｆ１〜Ｆ８　　　□４５０×４５０×１９　　　　　　ＳＮ４００Ｂ
【００４１】
梁７、７ａは、以下の通りである。
階フレーム　　　断面形状（単位：ｍｍ）　　　　　　材質
Ｆ１〜Ｆ２　　　Ｈ−７００×２５０×１２×２２　　ＳＭ４９０Ｂ
Ｆ３〜Ｆ４　　　Ｈ−６５０×２５０×１２×１９　　ＳＭ４９０Ｂ
Ｆ５　　　　　　Ｈ−６００×２５０×１２×１９　　ＳＭ４９０Ｂ
Ｆ６　　　　　　Ｈ−６００×２００×１２×１６　　ＳＭ４９０Ｂ
Ｆ７　　　　　　Ｈ−５００×２００×９×１６　　　ＳＭ４９０Ｂ
Ｆ８　　　　　　Ｈ−４５０×２００×９×１６　　　ＳＮ４００Ｂ
【００４２】
床部８は、コンクリート厚１５ｃｍのデッキプレート構造とした。
外壁（不図示）は、ＡＬＣとした。
【００４３】
粘性ダンパー１１は、以下の通りである。
階フレーム　　　最大減衰力（ＭＮ）
Ｆ１〜Ｆ４　　　１．５７
Ｆ５〜Ｆ８　　　０．９８
【００４４】
数値計算における部材復元力特性は、鋼管柱２は、軸力を考慮したバイリニアモデルとし、梁７、７ａは、部材の降伏応力度に基づくバイリニアモデルとした。
地震波は、建築基準法告示波（ＷＧ６４；５２４．９ｇａｌ）とした。
【００４５】
図６に示したのは、以上の諸条件により数値計算を行った結果である。
図６（ａ）は、各階ごとの応答変位ｘ（鋼管柱２の下端の水平方向変位）をプロットしたものである。折れ線３０ａは、本実施形態による結果を示す。折れ線３１ａは、本実施形態から粘性ダンパー１１を取り去った差込のみによる架構の場合（以下、差込架構と称する）の結果を示す。折れ線３２ａは、比較のために、制震デバイスのない剛接架構の場合（以下、剛接架構と称する。）の結果を示す。横軸は、応答変位ｘを示し、単位は、ｃｍである。縦軸は、階数を示す。ただし、屋上Ｒは、８階の鋼管柱２の上端の変位の意味である。
図６（ａ）によれば、いずれの場合も、階数が増すにしたがって変位が大きくなるが、本実施形態は、剛接架構に比べて約３分の１程度の変位に収まっている。
【００４６】
図６（ｂ）は、各階ごとに、その変形量を鋼管柱２の鉛直方向の傾斜角で表した層間変形角γで表してプロットしたものである。折れ線３０ｂ、３１ｂ、３２ｂは、それぞれ、本実施形態、差込架構、剛接架構の場合の結果を示す。横軸は、層間変形角γを示し、単位は、ｒａｄである。縦軸は、階フレームに対応した層の数を示す。
図６（ｂ）によれば、本実施形態が最も変形量が少なくなっていることが分かる。また、差込架構の場合、２階（層）以上は変形が大きいが、１階（層）の変形量は、本実施形態と同程度に小さくなっている。
【００４７】
図６（ｃ）は、各階ごとの鋼管柱２の材端塑性率μの最大値をプロットしたものである。地震力を受けた時に、各部材は材端での応力が最大値を示し、材案から降伏が始まる。このため、各材端での応力と変形（例えば、曲げモーメントと回転角）の関係を求めておき、材端が降伏（降伏曲げモーメント）に至った時の変形に対する変形の比を「材端塑性率μ」と呼ぶ。折れ線３０ｃ、３１ｃ、３２ｃは、それぞれ、本実施形態、差込架構、剛接架構の場合の結果を示す。横軸は、鋼管柱２の材端塑性率μを示し、無単位である。縦軸は、階フレームに対応した層の数を示す。
図６（ｃ）によれば、本実施形態が最も塑性率が少なくなっており、上階ほど小さくなっていくことが分かる。材端塑性率が１以下であることは主体構造が降伏しないことを意味し、したがって、鋼管柱２の損傷防止効果が高いことが分かる。
【００４８】
図６（ｄ）は、各階の梁７、７ａの材端塑性率μをプロットしたものである。折れ線３０ｄ、３１ｄ、３２ｄは、それぞれ、本実施形態、差込架構、剛接架構の場合の結果を示す。横軸は、梁７、７ａの材端塑性率μを示し、無単位である。縦軸は、階数を示す。ここで、梁７、７ａは、階を支える梁を示している。屋上Ｒの梁は階フレームＦ８の梁である。また、１階の梁は、鉄骨架構１を構成しない不図示の地中梁である。
図６（ｄ）によれば、本実施形態が最も塑性率が少なくなっており、梁７に対しても損傷防止効果が高いことが分かる。
また、図６（ｃ）、（ｄ）によれば、差込架構は、鋼管柱２、梁７、７ａとも低階部分では、剛接架構よりも損傷されにくくなっていることが分かる。
【００４９】
このように、本実施形態に係る鉄骨架構１では、地震エネルギーの消費を差込部３の変形や、粘性ダンパー１１により吸収するため、地震を受けても、鋼管柱２、梁７、７ａは塑性変形を起こしにくくなっている。加えて、各階フレームの変形量も少なくなっている。
【００５０】
したがって、鉄骨架構１によれば、告示波程度大地震の地震を受けた場合でも、材端塑性率が小さく、柱、梁などの主要構造部材にほとんど損傷のない状態に保つことができ、地震直後でも継続使用に耐え得る多階建築物とすることができる。また、階毎に鋼管柱２が分断されている構造をとっているから、損傷を受けた部材も比較的に容易に交換することができて、長寿命化を図ることができるという利点もある。
さらに、柱や梁の主体構造部材は、建築物自重を対象として設計すればよく、耐震強度を増すために過剰な強度を付与する必要がなく、簡素で経済的な構造として設計することができる。
【００５１】
なお、上記の説明では、粘性ダンパー１１が、図２のように配置されるとして説明したが、これは、粘性ダンパー１１の振動減衰量や、想定地震規模などに応じて、適宜の配置をすればよく、配置の数やパタンは、これに限るものではない。
【００５２】
また、上記の説明では、粘性ダンパー１１は、粘性壁として説明したが、振動減衰を可能とする制震デバイスであれば、どのようなものでもよい。例えば、粘性または粘弾性材料を用いた制震ブレースを用いてもよいし、動吸振器を用いたものでもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の鉄骨架構、その構築方法および制震構造によれば、鋼管柱同士を溶接接合することなく、きわめて容易に構築できるとともに、地震などの外力を受けても鋼管柱の損傷を抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る鉄骨架構を説明するための斜視説明図である。
【図２】同じくその鉄骨架構の柱列配置と側面視の概略構成を説明するための平面視断面図および側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る鋼管柱の係止の様子を説明するための正面視および平面視の説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る鋼管柱を差し込んで組み立てる様子を説明するための正面視説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る鋼管柱が外力により移動された様子を説明するための正面視説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る鉄骨架構の一例において、地震外力を加えた場合の数値計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　鉄骨架構
２　鋼管柱
２ａ　開口
３　差込部
４　剛接フレーム（剛接架構構成体）
５ａ　外ダイヤフラム（板状の係止部）
６　補強板（板状の係止部）
７、７ａ　梁
８　床部
１１　粘性ダンパー（制震デバイス）
１３　隙間

Claims (8)

1. 鋼管柱を用いた多階建築物の鉄骨架構であって、
   上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱とが、
   鉛直方向には、それぞれの互いに対向する先端部に水平方向に設けられた板状の係止部を互いにつき合わせて係止され、
   水平方向には、前記上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱との一方の鋼管柱の前記係止部のほぼ中央に設けられた差込部が、前記上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱との他方の鋼管柱の先端の開口から中空部に向けてその外周に所定の隙間を空けて差し込まれることにより、位置規制されるように構成されたことを特徴とする鉄骨架構。
2. 前記鋼管柱に、梁が剛接合された複数の剛接架構構成体を備えることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨架構。
3. 前記多階建築物が、前記剛接架構構成体を積み重ねて構築されたことを特徴とする請求項２に記載の鉄骨架構。
4. 前記鉄骨架構が所定の外力を受けたとき、前記差込部が、該差込部が設けられた鋼管柱および前記差込部が差し込まれた前記鋼管柱が塑性変形するよりも先に変形するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鉄骨架構。
5. 鉄骨架構を用いた多階建築物の制震構造であって、
   前記鉄骨架構が請求項１〜４のいずれかに記載の鉄骨架構であり、
   互いに隣接する階間に、それぞれの相対振動を減衰させる制震デバイスが設けられたことを特徴とする制震構造。
6. 前記鉄骨架構が請求項２に記載の鉄骨架構であり、
   前記制震デバイスが、上下方向に隣接する前記剛接架構構成体のそれぞれに固定されることを特徴とする請求項５に記載の制震構造。
7. 鋼管柱を用いた多階建築物の鉄骨架構の構築方法であって、
   上階側の鋼管柱と下階側の鋼管柱とを、
   鉛直方向には、それぞれの互いに対向する先端部に板状の係止部を水平方向に設けて該係止部を互いにつき合わせて係止し、
   水平方向には、一方の鋼管柱の先端に設けられた差込部を他方の鋼管柱の先端の開口から中空部に向けてその外周に所定の隙間を空けて差し込んで、位置規制するように構築することを特徴とする鉄骨架構の構築方法。
8. 前記鋼管柱の梁を、該鋼管柱に剛接合した複数の剛接架構構成体を形成し、
   該剛接架構構成体を積み重ねて、前記多階建築物を構築することを特徴とする請求項７に記載の鉄骨架構の構築方法。

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