JP2009293351A

JP2009293351A - 建物の架構

Info

Publication number: JP2009293351A
Application number: JP2008150612A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Sugimoto; 訓祥杉本; Kazuaki Tsuda; 和明津田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】コンクリートが脆性的な破壊を起こし難いコンクリート造の架構を提供する。
【解決手段】コンクリート造の建物の架構１０は、一対の棒状のコンクリート製の斜材３０と、コンクリート製の床部材２０とが、三角形状に組まれてなる三角形構造ユニット６０を、水平方向及び上下方向に複数連結されてなる。かかる構成により、従来の柱における圧縮ストラットが負担していた斜め方向の圧縮応力を斜材が負担することとなり、斜材には略軸方向に圧縮応力が作用し、局所的に圧縮荷重が大きくなることがなく、脆性的な破壊が生じることを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート造の建物の架構に関する。

従来より、鉄筋コンクリート造の建物の構造体として、柱と梁とが格子状に組まれたラーメン架構が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。このようなラーメン架構に長期荷重（鉛直荷重）や水平荷重が作用すると、柱や梁には軸力、せん断力、曲げモーメントが作用する。このため、建物の構造体としてラーメン架構を用いる場合には、各柱、梁が作用する軸力、せん断力、曲げモーメントに耐えうるように設計を行っている。
特開２００４―２５１０５６号公報

ここで柱にせん断力が作用すると、柱には斜め方向に圧縮ストラットが形成され、柱主筋に引張力が作用するとともに、柱の基部には曲げ荷重が作用する。このため、柱の基部の一方の側には曲げ荷重による圧縮力及び圧縮ストラットによる圧縮力が作用し、コンクリートが脆性的に破壊し易いという問題がある。そして、このような脆性的な破壊は、コンクリートの強度が高いほど、起こりやすい傾向がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的はコンクリートが脆性的な破壊を起こし難いコンクリート造の架構を提供することである。

本発明の建物の架構は、コンクリート造の建物の架構であって、棒状に形成され、引張抵抗部材が埋設されたコンクリート製の一対の斜材と、引張抵抗部材が埋設されたコンクリート製の水平部材とが、三角形状に組まれてなる三角形構造ユニットを、複数連結してなることを特徴とする。
ここで、前記水平部材は、床を構成する床部材であってもよく、梁を構成する梁部材であってもよい。

また、本発明の建物の架構は、免震装置により支持され、又は、水平力を負担する架構を別途備えることにより鉛直荷重のみが作用する建物の架構であって、棒状に形成され、引張力抵抗部材が埋設されたコンクリート製の一対の斜材と、水平方向に延びるように配置された引張力を負担する引張抵抗部材とが、三角形状に組まれてなる三角形構造ユニットを複数連結してなることを特徴とする。
上記の建物の架構において、前記斜材はその両端部の曲げ剛性が中間部に比べて小さくなるように構成されていてもよい。

また、本発明の建物の架構は、コンクリート造の建物の架構であって、棒状に形成され、引張抵抗部材が埋設された三つのコンクリート部材が、三角形状に組まれてなる三角形状ユニットを複数連結してなることを特徴とする。

本発明によれば、建物架構に水平力が作用しても、従来の柱における圧縮ストラットが負担していた斜め方向の圧縮応力を斜材が負担することとなる。このため、斜材には略軸方向に圧縮応力が作用することとなり、従来の柱梁架構のように局所的に圧縮荷重が大きくなることがなく、脆性的な破壊が生じることを防止できる。

以下、本発明の建物の架構の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の建物の架構１０を示す斜視図である。同図に示すように、本実施形態の建物の架構１０は、各階の床を構成する鉄筋コンクリート製の床部材２０と、各階の床部材２０との間に、床部材２０の外周の縁にそって設けられた複数の鉄筋コンクリート製の斜材３０とにより構成される。各階の斜材３０は、隣接する斜材３０同士が床部材２０の縁に沿って交互に異なる向きに傾斜するように配置されており、これら隣接する斜材３０同士の上端又は下端（互いに近接する側の端部）が接する位置で床部材２０に接続されている。これにより、一対の水平方向に隣接する斜材３０と、床部材２０とが三角形状に組まれてなる三角形状ユニット６０が複数構成されることとなる。水平方向に隣接する三角形状ユニット６０では、その間に位置する斜材３０が共有されており、また、上下方向に隣接する三角形状ユニット６０では、その間に位置する床部材２０が共有されている。

図２は、斜材３０の構成を示す断面図であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ矢視図である。同図に示すように、斜材３０は、斜め方向に延びるように形成された斜材本体３１と、斜材本体３１の両端に接続された直方体状の固定部４０とが一体となったＰＣ部材である。各固定部４０の斜材本体３１の延長上には切欠き部４１が形成されており、斜材本体３１を通り、これら切欠き部４１を結ぶにようにシース管３２が埋設されている。このシース管３２にはＰＣ鋼棒３５が挿入され、このＰＣ鋼棒３５の両端の切欠き部４１内にあたる部分には引張力が加えられた状態で定着部材３６が取り付けられている。また、シース管３２に沿うように主筋３３が埋設されており、これら主筋３３を外周から取り囲むように環状の帯筋３４が埋設されている。これら主筋３３の端部は斜材本体３１と固定部４０の境界近傍に位置しており、主筋３３が固定部４０まで連続していないため、斜材本体３１と固定部４０の境界における曲げ剛性が他の部分の曲げ剛性に比べて低くなっている。
かかる構成により、斜材３０は圧縮力に対してはコンクリート部材が抵抗し、引張力に対してはＰＣ鋼棒３５及び主筋３３により抵抗することができる。

また、固定部４０にはその上下方向及び水平方向に貫通するようにシース管が埋設され、貫通孔４３、４５が形成されており、この貫通孔４２、４４を取り囲むようにスパイラル筋４３、４５が埋設されている。

図３は、斜材の接合部の構成を示す図であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ矢視図である。同図に示すように、斜材２０の各接合部では、水平方向に隣接する斜材３０の固定部４０の対向する面が夫々当接しており、これら水平方向に隣接する斜材３０は、固定部４０に形成された水平方向に延びる貫通孔４４にＰＣ鋼棒５０が挿入され、このＰＣ鋼棒５０の両端にこれら固定部４０を水平方向両側から挟みこむように、ＰＣ鋼棒５０に引張力を与えて定着部材５１により定着することで一体に接合されている。

また、上下方向に隣接する斜材３０の固定部４０の間には床部材２０が挟み込まれおり、この床部材２０の挟みこまれている部分には上下方向に貫通する貫通孔２１が形成されている。そして、上下方向に隣接する斜材３０の固定部４０に形成された垂直方向に延びる貫通孔４２及び床部材２９の貫通孔２１にＰＣ鋼棒５２が挿入され、このＰＣ鋼棒５２の両端にこれら固定部４０を上下方向両側から挟みこむように、ＰＣ鋼棒５２に引張力を与えて定着部材５３により定着することで、上下方向に隣接する斜材３０の固定部４０及び床部材２０が一体に接合されている。

図４は、建物架構に鉛直荷重が作用した状態の三角形状ユニット６０に作用する応力を示す図である。同図に示すように、三角形状ユニット６０に鉛直荷重が作用すると、斜材３０には軸方向に圧縮力が作用し、床部材２０には水平方向に引張力が作用する。このように、三角形状ユニット６０においても、通常の柱梁架構と同様に部材の軸力により鉛直荷重を支持することとなる。

図５（Ａ）は、せん断力が作用した状態における通常の柱梁架構の柱１００に作用する応力を示す図であり、（Ｂ）は三角形状ユニット６０に作用する応力を示す図である。同図（Ａ）に示すように、通常の柱梁架構の上下の梁１２０にせん断力が作用すると、柱１００を構成するコンクリート１３０には斜め方向に圧縮ストラット（図中斜線を付して示す）が形成され、この圧縮ストラットに沿って圧縮荷重が作用し、柱１００の上下端部に曲げ荷重が作用し、鉄筋１４０に引張力が作用することとなる。
この際、柱１００を構成するコンクリート１３０の端部の一方の側（図中上端の左側及び下端の右側）には圧縮ストラットによる圧縮力及び曲げ応力による圧縮力が作用し、同図の応力度分布のグラフに示すように、コンクリート１３０の上下端の断面の一部に局所的に大きな圧縮応力が作用することとなり、この部分においてコンクリート１３０が脆性破壊を起こし易くなってしまう。特に、従来技術の欄に記載したように、このような脆性破壊はコンクリート１３０の強度が高いほど起こし易い傾向があり、この部分が脆性破壊を起こすことにより柱梁架構の強度が制限されていた。

これに対して、三角形ユニット６０では、斜材３０Ｂは圧縮ストラットと同様に傾斜して設けられているため、建物の架構にせん断力が作用すると、通常の柱梁架構において圧縮ストラットに作用していた圧縮力が、斜材３０Ｂを構成するコンクリートに軸方向に圧縮力として作用し、また、鉄筋に作用していた引張力が、斜材３０Ａの軸方向に延びるＰＣ鋼棒３５及び主筋３３に作用することとなる。このため、柱梁架構に作用するせん断力に対して、一方の斜材３０Ａが軸方向に作用する引張力を負担し、他方の斜材３０Ｂが軸方向に作用する圧縮力を負担することにより抵抗することができる。さらに、上記のように、斜材３０の端部の曲げ剛性が低いため、斜材３０に大きな曲げ応力が作用することはない。このため、斜材３０Ｂを構成するコンクリートには全断面に略均等に圧縮応力が作用することとなり、従来の柱梁架構における柱１００のように断面の一部に局所的に大きな圧縮荷重が作用し、コンクリートが脆性破壊を起こすことを防止できる。

以上説明したように、従来の柱梁架構では、せん断力が作用した際に、柱を構成するコンクリートに圧縮ストラットが形成され、さらに、柱端部に曲げ荷重が作用するため、柱の上下端部においてコンクリートに局所的に圧縮応力が作用することとなるが、本実施形態の建物架構では、圧縮応力が軸力として斜材３０に作用するため、斜材３０を構成するコンクリートの全断面で抵抗することができる。このため、コンクリートが局所的な脆性破壊を起こすことなく、より効率のよい設計が可能となる。特に、高強度コンクリートを用いて建物を構築する場合には、高強度コンクリートは脆性破壊を起こし易い傾向があるという問題があったが、本実施形態によれば、上記のように脆性破壊の発生を抑えることができるため、この問題を解決できる。

さらに、上記のように斜材３０を端部における剛性が他の部位に比べて小さくなるように構成したことにより、斜材３０に作用する曲げ荷重を抑えることができるため、斜材３０に作用する応力において軸応力を卓越させることができ、斜材３０に局所的に大きな圧縮荷重が作用するのを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、一対の斜材３０と床部材２０とを三角形状に接合して、三角形状ユニットを構成するものとしたが、これに限らず、一対の斜材３０と、水平方向に延びる梁を構成するコンクリート部材とを三角形状に接合して、三角形状ユニットを構成するものとしてもよい。

また、本実施形態では、斜材３０及び床部材２０が鉄筋コンクリート部材により構成される場合について説明したが、これに限らず、鉄骨コンクリート造とすることも可能である。このような場合には、例えば、図６に示すように、床又は梁を構成する水平部材２２０を構成するＨ型鋼２２１の上下に立設するようにガセットプレート２２２を取り付けておく。そして、このガセットプレート２２２を、斜材２３０を構成するＨ型鋼２３１のウエブ２３１Ａにボルト２３２により固定すればよい。かかる構成によっても、斜材２３０の端部における曲げ剛性が低下するように斜材２３０と水平部材２２０とを接合することができる。また、これと同様に斜材３０及び床部材２０を構成する部材を鉄骨鉄筋コンクリート製としてもよい。

また、上記の各実施形態では、床又は梁を構成する水平部材と一対の斜材とにより三角形状ユニットを構成したがこれに限らず、例えば、図７に示すように、鉛直方向に延びる鉛直部材３２０と斜材３３０とにより三角形状ユニット３６０を構成することも可能である。この場合、図中破線で示すように、斜材３３０の接合部３４０が水平に並ぶ高さ位置に床３５０を構築し、床３５０を斜材３３０の接合部３４０に接続するとよい。さらに、必ずしも、いずれかの部材を鉛直方向又は水平方向に延びるように配置する必要はなく、いずれも鉛直方向及び水平方向から傾斜する３本のコンクリート製の斜材により三角形状ユニットを構成することも可能である。かかる構成であっても、柱梁架構に作用する鉛直荷重及び水平荷重は斜材に圧縮力又は引張力として作用するため、上記の実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記の各実施形態では、水平方向部材として床又は梁を構成する部材をコンクリート部材としたが、必ずしもこれに限られない。例えば、免震装置を設けることにより建物の架構に水平力が作用しないようにした場合や、建物架構とは別に水平力を負担する架構を設けるような場合には、建物架構は鉛直力のみを負担すればよい。この場合、図４を参照して説明したように、三角形状ユニットにおいて水平方向に延びる部材（図４に示す実施形態では床部材）２０には引張力のみが作用することとなる。このため、必ずしも、この水平部材をコンクリート部材とする必要はなく、例えば、ＰＣ鋼線などの引張力を負担することが可能な部材を用いることとしてもよい。

本実施形態の建物の架構を示す斜視図である。斜材の構成を示す断面図であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ矢視図である。斜材の接合部の構成を示す図であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ矢視図である。建物架構に鉛直荷重が作用した状態の三角形状ユニットに作用する応力を示す図である。（Ａ）は、せん断力が作用した状態における通常の柱梁架構の柱に作用する応力を示す図であり、（Ｂ）は三角形状ユニットに作用する応力を示す図である。斜材及び床部材を鉄骨コンクリート造とした場合の斜材と水平部材との接合部を示す図である。鉛直方向に延びる鉛直部材と斜材とにより三角形状ユニットを構成した場合の建物の架構を示す図である。

符号の説明

１０建物の架構
２０床部材３０斜材
３１斜材本体３２シース管
３３主筋３４帯筋
４０固定部４１切り欠き部
４２貫通孔４３スパイラル筋
４４貫通孔４５スパイラル筋
５０ＰＣ鋼棒５１定着部材
５２ＰＣ鋼棒５３定着部材
６０三角形状ユニット２２０水平部材
２２１Ｈ型鋼２２２ガセットプレート
２３０斜材２３１Ｈ型鋼
３２０鉛直部材３３０斜材
３４０接合部３５０床部材

Claims

コンクリート造の建物の架構であって、
棒状に形成され、引張抵抗部材が埋設されたコンクリート製の一対の斜材と、引張抵抗部材が埋設されたコンクリート製の水平部材とが、三角形状に組まれてなる三角形構造ユニットを、複数連結してなることを特徴とする建物の架構。
前記水平部材は、床を構成する床部材であることを特徴とする請求項１記載の建物の架構。
前記水平部材は、梁を構成する梁部材であることを特徴とする請求項１記載の建物の架構。
免震装置により支持され、又は、水平力を負担する架構を別途備えることにより鉛直荷重のみが作用する建物の架構であって、
棒状に形成され、引張力抵抗部材が埋設されたコンクリート製の一対の斜材と、水平方向に延びるように配置された引張力を負担する引張抵抗部材とが、三角形状に組まれてなる三角形構造ユニットを複数連結してなることを特徴とする建物の架構。
請求項１から４のうち何れか１項に記載された建物の架構であって、
前記斜材はその両端部の曲げ剛性が中間部に比べて小さくなるように構成されていることを特徴とする建物の架構。
コンクリート造の建物の架構であって、
棒状に形成され、引張抵抗部材が埋設された三つのコンクリート部材が、三角形状に組まれてなる三角形状ユニットを複数連結してなることを特徴とする建物の架構。