JP2007056552A - 耐震建築物 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨建築物では、全ての大梁は通し柱で接続するので地震の際、接続部は被害に遭いやすい。高層建築物は、長周期地震で鞭打ち現象の揺れが起きる。木造建築物は構造が弱いので、強い地震がくると木造二階建て建築物は、柱のほぞ穴や梁のほぞが折れ、壁が崩れて建物が傾く、また一階部分が潰れた被害が多い。軽量鉄骨二階建てのも同様な被害がある。軟弱な地盤では液状化で基礎が沈下する被害が多い。
【解決手段】鉄骨建築物の大梁は接続金具で接続する。床面を免震装置で梁から浮かす。段つき通し柱の先端と中央部にボールジョイントのボール部を削り、梁と桁の先端を凹面に削る、梁同士を接続金具１で接続して後に段つき通し柱４と連結する。べた基礎の下に厚い発泡スチロールを敷いて建物に浮力付けて液状化で基礎沈下を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐震建築物のうちで、鉄骨建築物の床及び骨組みに関する。二階建て建築物の通し柱と梁の接続に関する。筋交いに関する。基礎に関する。

図解木造建築入門 尾上孝一 特願２００４−３６７４２４

従来、鉄骨建築物の骨組は直交する梁を通し柱で接続し、小梁を梁に取り付けて、その上側にデッキプレートを載せてその上にコンクリートを流し、各階の床を建築物と一体にする。

木造二階建て建築物の通し柱と梁の接続法は、梁及び桁の先端幅を１/３に削ってほぞをつくり、通し柱には、柱幅の１/３の穴を開け穴に該梁のほぞを差し込む、また小屋組みは、通し柱の先端にほぞを作り桁のほぞ穴に差込、該桁に梁を載せる。通し柱は上端から下端まで同じ太さの材木を用いる。近年免震木造建築物はすべり支持とオイルダンパーを組み合わせた免震装置が商品化された。

・・
木造建築では筋交いは角材を用い、鉄骨建築では鉄筋などを用いる。耐震のため油圧のショックアブソーバーを用いる工法がある。

木造建築物の基礎は地中にコンクリート製の布基礎またはべた基礎を造る、また軟弱な地盤の場合コンクリートパイルを岩盤まで打ち込んで、その上に基礎を造る。

各階の骨組みは通し柱で直交する二本以上の梁を通し柱で接続しているので、通し柱が大きく揺れると接合部に無理な力がかかり最悪な場合は破壊にいたる可能性がある。また従来から地震の際、高層建築物は、S字形にたわむので大きな被害は受けないとされてきた、しかしここ数年、地震被害の研究から、人体に感じない長周期の地震では鞭打ち現象がおきて、高層建築物の上部は数メーターに及ぶ揺れが発生し、倒壊する可能性があることが判ってきた。次に床面は建築物と一体なので、床面は建物と同じ揺れ方をする。また免震鉄骨建築物は設計が難しいうえにかなり高価であり、また建築物の高さにも限界があり、実際にはごくわずかしか建築されていない。各部屋のコンクリート製の重い床は、建築物と一体なので地震の横揺れには建築物が傾く力が大きくかかりある階だけ潰れ、または建築物全体が傾いて使用不能になった被害がある。また大きな足音などは、他の部屋に響く場合がある。

次に従来の木造二階建て建築物が強い地震に襲われると、地面が水平方向に揺るので同時に柱の下部が揺れる、しかし重い二階部分以上は静止しようとしているので、柱と梁の接合部に大きな力がかかるので該柱接合部は折れて建築物が傾く可能性がある。特に通し柱と二階床との接合部は、ほぞが集中するので通し柱にほぞ穴が多くなるから、通し柱の強度が落ち、大地震のとき折れて悪くすると建築物が倒壊する場合がある。

木造二階建ての通し柱は一階部に多くの力がかかるのに対し、二階の通し柱と同じ太さなので一階部に被害が集中する。

地震の際、木造建築物では角材の筋交いが折れたり外れたりする可能性がある。鉄骨建築物では鉄筋の筋交いが切れる場合がある。油圧のショックアブソーバーを用いている建築物があるが、揺れに対し反発力がない、また長期間作動かないとロットが錆びて、ゴムパッキンを傷めて油漏れをおこす、ゴムパッキンは古くなると劣化してひびがはいり油漏れをおこす。これらの理由で点検や交換が必要であり、おまけに油圧シリンダーは高価である。地震では火災が発生しやすいが火災の場合には油圧シリンダーは爆発炎上する可能性がある。などの使用上不便な点がある。

軟弱な埋め立て地の建築物は強い地震に見舞われると、地盤が液状化して建築物の基礎ごと地中に埋まる被害がかなりある。それを防止するために岩盤までコンクリートパイルを打ち込む工法がある、しかし工費が非常にかさむ。

図１のように大きな鉄骨建築物の各階の通し柱４で直交する梁６は、接続金具１で接続し、スパンごとに独立させて組み立て一ブロックとして、図３のように接続金具１を防震ゴム８を介して通し柱４に開けた穴に接続捧９で接続する。

図２のように、各部屋床７を同一半球面上に床７と梁６の接合面が来るように設計して床７と梁６の間に免震支持２を設置する。その際免震支持２は床の重心より上方に設置する。又免震支持２に免震ゴムを用いると防振できて足音などが他部屋に響かなくなる。

木造二階立て建築物の通し柱４は、一階部が太くて強度がある二段通し柱を用いて、該通し柱４で接続する梁６同士は接続金具１３を用いて耐震ゴム８と接続捧９で接続し、ボールジョイントにするため通し柱４の中央部は球状に削り、梁６の先端を凹面に削って接続金具１３で通し柱４と接続する。 または図８のようにつづみ状ジョイントにする。また小屋組みの梁は接続金具１３を用いて接続し、柱とはボールジョイントを用いて接続金具１３の接続捧９で接続する。通し柱４の中央部をつづみ状に削り、ボールジョイントと同様の接続工法もある。但し間口の関係で筋交いを入れられない場合は、接続金具内に耐震ゴムを用いない。

鉄骨二階建て建築物も木造二階建て建築物と同じように、通し柱４で直交する梁６どうしは接続金具１の接続捧９で接続する。通し柱４とはボールジョイントもしくは紡錘状ジョイントの接続捧で接続し、小屋組みの梁６はボールジョイントの建てこみボルト１４で通し柱４に接続する。

ばねと摩擦ブレーキを併用したショックアブソーバー２２とターンバックル２３を、筋交いの間に入れて地震の揺れを吸収する。

軟弱な地盤での工事では、べた基礎の下に建物に浮力を付ける発泡スチロール２４などを敷き、家財と基礎３を含めた建物の重量（トン）割る地下の土砂を排除した体積（リュウベ）が土砂の比重より小さくする。この工法の場合、台風などで建築物が倒れるのを防止するために鎖などを繋いで地中にアンカーを打ち込む。または基礎の内部を空洞にして浮力を付けて土砂より建築物を軽くする。

地震の揺れで接続部が破壊されないように、通し柱４で直交する梁６を接続金具１で接続して通し柱４とは通し柱の一面で接続金具１の接続捧と接続する。次に地震の長周期の揺れに大きな高層建築物が同調しないためには、各部屋の床７を梁６から建築物から独立させて造り、床７を同一半球面上のある免震支持２で梁６もしくは接続金具上に浮かせると、長周期の揺れに対して床７は水平になろうとするから建築物と逆の方向に揺れるので振り子と同じ役目をする、従って建築物全体は鞭打ち現象で大きくしなる揺れ方は少なる。その際免震支持は床の重心より上方に設置する。現在建っている高層建築物も改築して床７を免震支持２で浮かすことは可能であるので地震の被害が少なくなる。免震支持に免震ゴムを用いると震動が他の床に伝わらなくなる。

木造二階建て建築物は、従来から通し柱のほぞ穴に梁のほぞを差し込んで接続、固定していた、しかしこの発明では、通し柱４を介さず梁６同士を接続金具１３の接続捧で接続し、ボールジョイントやつづみ状ジョイントを用いて通し柱４に接続金具１３の接続捧で接続することで、強い地震に襲われても通し柱のほぞ穴が折れる被害がなくなる。二階床のボールジョイントが通し柱４のほぼ中央となり重い二階床は靜止しているので、通し柱の下端が揺れると小屋組みが揺れる、二階部の揺れが従来の建築物に比べると小さくなる。また一階部が太い二段通し柱を用いると荷重が多くかかる一階部の柱が折れる被害が少なくなる。

鉄骨二階建て建築物も、通し柱４と梁６の接続をボールジョイントやつづみ状ジョイントを用いると木造二階建て建築物と同様に地震に対応できる。

木造建築や鉄骨建築の筋交いに、バネ１８と摩擦ブレーキを併用するショクアブソーバーを用いることで地震の揺れを吸収する。バネだけでは、小さな揺れは吸収しにくい、摩擦ブレーキだけでは、強い揺れを吸収できないので、それらの欠点をなくすためにばねと摩擦ブレーキを併用した。

軟弱な地盤では、基礎３の下に軽い発泡スチロール２４等を敷く事で、土砂から浮力を受け、地震で地盤が揺れて液状化しても基礎３が地中に沈下しなくなる。または基礎３内側に空間を造り、土砂から浮力を受け、地震で地盤が揺れて液状化しても基礎３が地中に沈下しなくなる。また基礎３が沈下しないようにコンクリートパイルを地中に打ち込むと工費かさみ、水分が多い埋立地などは建築物より高価になる場合があるのでその費用を大幅に下げることができる。

通常重い水周りはフロアー角の一箇所に寄せて造るので、建築物の重心が基礎３の中央上にないから軟弱な地盤が液状化したときには建築物は傾いて沈む。それを防止するために重い水周りの下により多くの発泡スチロール２４等を敷いて浮力を多く付けて、建築物のバランスをよくする。または重い場所の下は、基礎内側の空間をより多く造って浮力を多くつけ、バランスを良くする工法もある。

鉄骨建築物の骨組みと、床を免震支持で浮かす、二階建て木造建築は梁同士の接続に接続金具を用い、また通し柱と梁の接続にボールジョイントを用いた建築工法と、基礎の下に発泡スチロールを敷く工法を図１から図１０に基づいて説明する。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は鉄骨建築物の骨組み図であり、通し柱４の面を外壁と４５度の角度を付けて回転して立てる、スパンごとに縦の大梁６と横の大梁６を接続金具１で接続して通し柱４に接続金具１の接続捧９で接続する。床重心８より免震支持２が高くがくるように設計し、図２のように半球面上に床７と梁６の接合面がくるようにする。免震支持には免震ゴムを用いると音が響かない。
図３は、各階の梁６と通し柱４の関係を示した上面図であり、床７は各々梁上の免震装置２で支えられており、建築物からは独立している。
図４は６ｍの丸太中央を２０ｃｍ残し末口から中央まで1２ｃｍ×１２ｃｍ、中央から元口まで1５ｃｍ×１５ｃｍに製材し、中央にボールジョイント１１、末口にボール１２を削り出して、段付き通し柱に製材した図である。

図７のように通し柱４に接続する梁６の先端を凹面に削る、図８のように通し柱４の先端にあたる梁６は丸い穴をうがっておく。

図６の木造用接続金具１３は梁６を差し込んでボルトナットで固定できるよう通し穴を開けておく、木造用接続金具１３と通し柱４は防振ゴムを介して接続捧で固定する。なお梁６の大小や本数によって形が違うので数種類必要である。
また、ボールジョイントの代わりに図９にあるつづみ状ジョイントを用いる工法もある。

図１０のブレーキ付きショックアブソーバーは、ばねのケース１９に小さいばね２１で押さえたブレーキシュー２０が取り付けてあり、ブレーキ板を両側から押さえている。ブレーキ板はほとんど動かないからさび付く恐れがあるのでステンレスで作っておく。

図１１は本発明による木造建物角の骨組みである．土台３に段付き通し柱１０に立て、次に梁６を木造用接続金具１３に差込んでボルトナットで固定する、ボールジョイントで通し柱４に固定して二階床とする、筋交いにはブレーキつきショックアブソーバー２２とターンバックル２３を間にいれて取り付ける。

図１０の下方はべた基礎３の下に５０ｃｍの厚みがある発泡スチロール２４を敷きつめて、二階建て木造建築物を建築する。建築物が台風で浮き上がるのを防止するため鎖をつけた杭を地中に打ち込む。

鉄骨建築物の斜視図である。 鉄骨建築物の床と梁及び免震支持の配置を示した断面図である。 鉄骨建築物の通し柱、梁、接続金具、床の配置を示した上面図である。 防振ゴム内臓の接続金具の斜視図である。 木造建築用の段つき通し柱の先端と中央にボールジョイントのボール部を削りだした柱の正面図である。 木造建築用段つき通し柱のボールジョイントに木造用接続金具を用いて梁を接続した状態の上面図である。 木造建築用段つき通し柱のボールジョイントに木造用接続金具を用いて梁を接続した状態の断面図である。 木造建築用段つき通し柱上端のボールジョイントに木造用接続金具を用いて梁を接続した状態の断面図である。 木造建築用段つき通し柱につづみ状ジョイントを削って木造用接続金具で桁を接続した状態の断面図である。 ブレーキつきショックアブソーバーの断面図である。 この発明の木造建築物の骨組み斜視図である。

符号の説明

１ 接続金具 ２ 免震支持 ３ 基礎 ４ 通し柱 ５ 床の梁 ６ 大梁 ７ 床 ８ 耐震ゴム ９ 接続捧 １０ 通し柱の一階部 １１ ボール部 １２ 屋根のボール部 １３ 木造用接続金具 １４ 建てこみボルト、ナット １５ スプリング １６ 紡錘状接続部 １７ ブレーキ板 １８ 衝撃受けバネ １９ バネケース ２０ ブレーキライニング ２１ ライニング押さえ ２２ ショックアブソーバー ２３ ターンバックル ２４ 発泡スチロール ２５ アンカー ２６ 防振ゴム

Claims (12)

1. 建築物において、通し柱で直交する梁同士や土台同士は接続金具を用いて接続することを特徴とする建築物。
2. 通し柱の接続面と、請求項１の接続金具の接続面が一つの面で接続する建築物。
3. 各階の床面は、梁上もしくは請求項１の接続金具上の免震支持で支えられていることを特徴とする建築物。
4. 請求項３の床面を支えている免震支持は、同一半球面上にあることを特徴とする建築物。
5. 木造建築物及び鉄骨建築物において、梁同士を接続金具で接続し、該接続金具はボールジョイントを用いて通し柱と接続することを特徴とする建築物。
6. 木造建築物及び鉄骨建築物において、梁同士を接続金具で接続し、該接続金具は紡錘状ジョイントを用いて通し柱と接続することを特徴とする建築物。
7. 請求項５及び請求項６で用いる接続金具の内部に、接続捧を通した耐震ゴムを取り付けたことを特徴とする接続金具。
8. ばねと摩擦ブレーキを併用することを特徴とするショックアブソーバー。
9. 基礎を含めた建築物の総トン数を建築物の地下部体積（リュウベ）で割った値が、土砂の比重以下であることを特徴とする建築物。
10. 建築物の重い部分は請求項９の地下部空間の体積を増し、建築物の重心位置が基礎の中央部上方にくるようにした建築物。
11. べた基礎の下に比重が土砂より小さい浮力材を敷き、建築物に浮力を与えて液状化した土砂に建築物が沈まないようにする建築物。
12. 建築物の重い部分は請求項１１の浮力材を多く敷き、建築物の重心位
    置が基礎の中央部上方にくるようにした建築物。
    

Images