JP2010150846A - Bearing panel, standardized building, and structural calculation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水平方向の力のみを伝達する柱を有する耐力パネルと、この耐力パネルを設けた規格化建物と、この規格化建物を設計する際の構造計算方法と、に関するものである。 The present invention relates to a load-bearing panel having columns that transmit only a force in the horizontal direction, a standardized building provided with the load-bearing panel, and a structural calculation method for designing the standardized building.
柱梁で構成した軸組に適宜耐力パネルを設置して構成した建物において、図5に示すように、水平耐力の高い耐力パネル51a〜51cを平面的に同じ位置に連層して配置すると、最上層の耐力パネル51aから最下層の耐力パネル51cを構成する柱52a〜52c、53a〜53cに軸力が作用する。
As shown in FIG. 5, in a building configured by appropriately installing a load-bearing panel on a shaft composed of column beams, as shown in FIG. 5, when the load-bearing
例えば、同図(a)に示すように建物に水平方向の力が作用していない場合、最下層の耐力パネル51cの柱52c、53cには建物重量に応じた軸力が同じように下向きに作用する。また、同図(b)に示すように建物に水平方向の力が作用した場合、建物重量に応じた軸力に加えて、耐力パネル51a〜51cに働く水平力が変換された軸力が、柱52a〜52cには上向きに、柱53a〜53cには下向きに作用する。従って、最下層の耐力パネル51cの柱53cには建物重量に応じて軸力に水平力が変換された軸力が累加され、直下の部位55に対応する基礎梁54やアンカーに大きな力が働く。
For example, as shown in FIG. 5A, when no horizontal force is applied to the building, the axial force corresponding to the building weight is similarly downwardly applied to the
これを避けるために、規格化された部材を使用する工業化住宅では、耐力パネルの水平耐力を弱く設定したり、耐力パネルの連層配置を避けていた。このことにより間取りの制限やコスト上昇を招いていた。特に、間口の狭い敷地に中層の建物を計画する場合には設計者は対応に苦慮していた。 In order to avoid this, in an industrialized house using standardized members, the horizontal strength of the load-bearing panel is set to be weak, or the multi-layer arrangement of the load-bearing panels is avoided. This has led to restrictions on floor plans and increased costs. In particular, when planning a medium-rise building on a site with a narrow frontage, the designer had a hard time dealing with it.
特許文献1に記載された耐力壁では、耐力壁を構成する矩形の枠の両端部から上方に突出した軸体を梁の下フランジに取り付けた連結金物の挿通穴に上下移動自在且つ水平方向には移動しないように挿通することにより鉛直荷重は支持せず水平荷重を支持するような構成となっている。
In the load-bearing wall described in
また特許文献2は特許文献1に記載された耐力壁パネルの保持構造に関するものであり、梁材に保持される耐力壁パネルの上端における水平荷重に対する強度を高めて耐久性を向上させたものである。更に、特許文献3に記載された耐力壁パネルの保持構造は、耐力壁パネル上端と梁材との保持構造を簡略化して施工の省力化をはかるものである。
上記した従来技術のように、耐力パネルの水平耐力が高い場合、連層して耐力パネルを配置すると、最上層の耐力パネルから最下層の耐力パネルを構成する柱へ軸力が順次累加されて、最下層耐力パネル直下の基礎梁やアンカーに過大な力が働き、その部位が先行して破壊するために耐力パネルの能力を充分に生かせないという問題がある。 When the horizontal strength of the load-bearing panel is high as in the prior art described above, if the load-bearing panels are arranged in layers, the axial force is sequentially accumulated from the uppermost load-bearing panel to the pillars that make up the lower-layer load-bearing panel. There is a problem that an excessive force acts on the foundation beams and anchors directly under the lowermost load-bearing panel, and the portion of the load-breaking panel is destroyed in advance, so that the ability of the load-bearing panel cannot be fully utilized.
上記問題を避けるため多層にわたる連層配置を避けることがある。このときには間取りの制約が生じるという問題が派生する。また別の対策としては耐力パネルの水平耐力を弱く設計する。この場合は耐力パネルの必要総数が多くなり間取りの制約が生じるとともにコスト上昇を招くという問題が派生する。 In order to avoid the above problem, a multi-layer arrangement may be avoided. At this time, there arises a problem that the floor plan is restricted. As another measure, the horizontal strength of the load-bearing panel is designed to be weak. In this case, a problem arises in that the required total number of load-bearing panels is increased, flooring restrictions are imposed, and costs are increased.
また、上記特許文献1の耐力壁の場合、耐力壁を構成する両縦枠が上部からの鉛直荷重を一切負担できない。従って、軸力を分散させたい場合には、耐力パネルとは別に柱を設けなければならないという問題が生じ、コスト上昇を招くという問題が生じる。
In the case of the load bearing wall of
本発明の目的は、上記の如き間取りの制約やコストの上昇を緩和することにある。また他の目的は、基礎梁やアンカーに作用する過大な力に対抗するために、基礎梁やアンカーを大断面・高強度にして解決することによるコストの上昇を避けることにある。 An object of the present invention is to alleviate the above-described floor plan restrictions and cost increases. Another object is to avoid an increase in cost caused by solving the foundation beam or anchor with a large cross section and high strength in order to counter an excessive force acting on the foundation beam or anchor.
上記課題を解決するための本発明に係る耐力パネルは、所定の間隔をおいて軸組の上下梁間に立設され上下端を該上下梁に接合した一対の柱と、該一対の柱を連結し水平方向の力が作用した場合に変形してエネルギーを吸収する連結材とからなる耐力パネルであって、前記一対の柱の少なくとも一方の柱と、前記上下梁のいずれか一方との接合部には、上端または下端が、接合部において水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない鉛直ローラー接合部が構成されたものである。 In order to solve the above problems, a load-bearing panel according to the present invention includes a pair of columns that are erected between upper and lower beams of a shaft set at a predetermined interval, and that connect the pair of columns with upper and lower ends joined to the upper and lower beams. A load-bearing panel comprising a connecting member that deforms and absorbs energy when a horizontal force is applied, and is a joint between at least one column of the pair of columns and one of the upper and lower beams The upper end or the lower end constitutes a vertical roller joint portion in which only a horizontal force is transmitted at the joint portion and no vertical force and moment are transmitted.
上記耐力パネルに於いて、前記鉛直ローラー接合部は、「前記上梁から垂下または前記下梁から起立しボルト穴を有する板材からなる梁側接合片と、前記柱の上端から起立または前記柱の下端から垂下しボルト穴を有する板材からなる柱側接合片と、を当接しボルト接合して構成されたものであり、前記梁側接合片のボルト穴と前記柱側接合片のボルト穴のうち、いずれか一方が鉛直方向に長い長穴で、他方が丸穴であり、前記丸穴は、前記長穴の中央に位置するように高さが設定されており、前記梁側接合片と前記柱側接合片とは、ボルトを軸として回動可能、且つボルトが前記長穴に沿って移動して上下方向に接近あるいは離隔可能となるように、ルーズな状態でボルト接合して構成されることが好ましい。 In the load-bearing panel, the vertical roller joint portion includes: “a beam-side joint piece made of a plate member that is suspended from the upper beam or is raised from the lower beam and has a bolt hole; A column-side joining piece made of a plate material that is suspended from the lower end and has a bolt hole, and is joined by bolting, and among the bolt hole of the beam-side joining piece and the bolt hole of the column-side joining piece, Any one of them is a long hole in the vertical direction and the other is a round hole, and the height of the round hole is set so as to be located in the center of the long hole. The column-side joining piece is configured to be bolted in a loose state so that it can be rotated about the bolt and the bolt moves along the elongated hole and can approach or be separated in the vertical direction. It is preferable.
また本発明に係る規格化建物は、規格化された柱・梁で軸組が構成され、該軸組の適所に規格化された耐力パネルを配置することで水平力に対抗する重層の鉄骨造の規格化建物であって、上下端とも梁に対してピン接合される第1の柱と、上下端のいずれか一方は梁に対してピン接合されて他方は梁に対して水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない鉛直ローラー接合される第2の柱と、を規格部材として有しており、前記耐力パネルは、前記第1の柱もしくは第2の柱のいずれか一方を2本、または夫々1本ずつを選択し、該選択された2本の柱を所定の間隔で立設するとともに、該2本の柱を水平方向の力が作用した場合に変形してエネルギーを吸収する連結材にて連結して構成されたものである。 In addition, the standardized building according to the present invention has a multi-layered steel structure that is configured with standardized columns and beams, and a standardized load-bearing panel placed at an appropriate position of the frame to counter horizontal force. The first building whose upper and lower ends are pin-bonded to the beam, and one of the upper and lower ends is pin-bonded to the beam and the other is the horizontal force to the beam And a second column joined by a vertical roller that transmits only the vertical force and moment, and the load-bearing panel has either the first column or the second column. Select one of these, or two each, and set the two selected columns upright at a predetermined interval, and deform the two columns when a horizontal force is applied. It is constructed by connecting with a connecting material that absorbs energy.
また本発明に係る規格化建物における構造計算方法は、下記の工程を含むことを特徴とするものである。 Moreover, the structure calculation method in the standardized building which concerns on this invention is characterized by including the following processes.
(1)構造検討の対象となる間取りにおいて耐力パネルを適宜配置する工程、
(2)すべての耐力パネルを構成する柱を第1の柱として構造計算を行う工程、
(3)地震荷重時の軸力以外の検討項目についてはすべて判定がOKとなるように、前記(1)、(2)の工程を繰り返す工程、
(4)地震荷重時の軸力が所定の値を超えている位置において第1層の柱を第2の柱に置き換えて構造計算を行い短期軸力がOKとなっていることを確認する工程。
(1) A step of appropriately arranging a load-bearing panel in a floor plan to be subjected to structural examination,
(2) A step of performing structural calculation using the columns constituting all the load-bearing panels as the first columns,
(3) A step of repeating the steps (1) and (2) so that all the examination items other than the axial force at the time of the seismic load are judged OK.
(4) The step of confirming that the short-term axial force is OK by performing structural calculation by replacing the first-layer column with the second column at the position where the axial force at the time of the earthquake load exceeds a predetermined value. .
本発明に係る耐力パネルでは、該耐力パネルを構成する一対の柱の少なくとも一方の柱と上下梁のいずれか一方との接合部には、水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない鉛直ローラー接合部が構成されているので、梁に鉛直方向の力が作用してもこの力を負担することがない。 In the load-bearing panel according to the present invention, only the horizontal force is transmitted to the joint portion between at least one of the pair of columns constituting the load-bearing panel and one of the upper and lower beams, and the vertical force and moment. Since a vertical roller joint that is not transmitted is configured, even if a vertical force acts on the beam, this force is not borne.
従って、耐力パネルに高い水平耐力を設定した場合の短期軸力(柱の下端に作用する力)が低減する。そのため、耐力パネルの設置された梁の剛性や、柱を梁に接合する為のボルトの強度を小さくすることができ、コストを抑制することができる。 Therefore, the short-term axial force (force acting on the lower end of the column) when a high horizontal proof stress is set on the proof stress panel is reduced. Therefore, the rigidity of the beam on which the load-bearing panel is installed and the strength of the bolt for joining the column to the beam can be reduced, and the cost can be suppressed.
また、鉛直ローラー接合部を、梁側接合片と、柱側接合片と、を当接しボルト接合して構成したので、接合片どうしのボルト接合という簡便な手段で、容易に鉛直ローラー接合部を構成することができる。 In addition, since the vertical roller joint portion is configured by abutting the beam-side joint piece and the column-side joint piece and bolt-joining, the vertical roller joint portion can be easily attached by a simple means of bolt joining between the joint pieces. Can be configured.
また本発明に係る規格化建物では、上下梁とピン接合される第1の柱と、上下いずれかの梁とは鉛直ローラー接合される第2の柱とを備えているので、大きな軸力が作用する虞のある部位において適宜第2の柱を使用して耐力パネルを構成することができる。このため、水平耐力を弱く設計した耐力パネルを利用することで必要総枚数が多くなったり、軸力を分散させるために耐力パネルとは別に柱を設けるなど、従来の課題を解決してコストを増大させることなく安全性の高い建物を構成することができる。 Moreover, in the standardized building which concerns on this invention, since the 1st pillar pin-joined with an up-and-down beam and the 2nd pillar to which any one of an up-and-down beam is a vertical roller joining is provided, big axial force is provided. The load-bearing panel can be configured by appropriately using the second pillar in a portion where there is a possibility of acting. For this reason, by using a load-bearing panel designed to have a low horizontal load-bearing capacity, the total number of sheets required is increased, and a column is provided separately from the load-bearing panel to disperse the axial force. A highly safe building can be constructed without increasing.
また、本発明に係る規格化建物における構造計算方法は、(1)〜(4)の工程を経ることによって、水平方向の力が作用した場合に基礎梁やアンカーに過大な力を作用させることのない耐力パネルの選択を行うことができる。 Moreover, the structural calculation method in the standardized building which concerns on this invention makes an excessive force act on a foundation beam or an anchor when the force of a horizontal direction acts by passing through the process of (1)-(4). It is possible to select a load-bearing panel without any.
上記の如く、本発明では、上下両端が上下梁とピン接合される第1の柱と、上下梁のいずれかと鉛直ローラー接合される第2の柱と、を選択して耐力パネルを構成することによって、上層の荷重を負担させたい場合、或いは負担させたくない場合、に適宜対応することができる。 As described above, in the present invention, the load-bearing panel is configured by selecting the first column whose upper and lower ends are pin-bonded to the upper and lower beams and the second column bonded to either of the upper and lower beams and the vertical roller. Thus, when it is desired to bear the load of the upper layer or when it is not desired to bear, it is possible to appropriately cope with it.
上記耐力パネルを利用することによって、耐力パネル耐力を高く設定した上で耐力パネルを連層配置できる。このため、耐力パネル位置が各階階段室脇の壁、外壁の窓脇の壁などに集中させても、基礎梁やアンカーに過大な力が作用することがない。従って、間取りが作り易く、間口の狭い敷地に重層の建物を計画する際に有効である。 By using the load-bearing panel, the load-bearing panels can be arranged in multiple layers after setting the load-bearing panel strength high. For this reason, even if the position of the load-bearing panel is concentrated on the walls of the staircases on each floor, the walls on the windows of the outer walls, etc., excessive force does not act on the foundation beams and anchors. Therefore, it is easy to make a floor plan and is effective when planning a multistory building on a site with a narrow frontage.
特に、耐力パネルの片側の柱を第1の柱とすることによって鉛直荷重を受けるようにしているので、建物全体では耐力パネルを含めた柱の本数が減り、コストダウンと供に間取りが作り易くなる。このように、片側の柱を第1の柱として鉛直荷重を受けることができるため、特許文献1に記載された耐力壁のように鉛直荷重を伝えるための柱を別途設置する必要がない。
In particular, because the column on one side of the load-bearing panel is used as the first column to receive vertical loads, the number of columns including the load-bearing panel is reduced throughout the building, making it easy to make a layout for cost reduction. Become. As described above, since the vertical load can be received with the column on one side as the first column, there is no need to separately install a column for transmitting the vertical load as in the load bearing wall described in
以下、本発明に係る耐力パネル、規格化建物の最も好ましい実施の形態について説明する。本発明に係る耐力パネルは、予め設定された所定の間隔を持って配置され、且つ上下両端が上下の梁に所定の構造で接合された一対の柱と、該一対の柱を連結する連結材によって構成されたものである。 The most preferred embodiments of the load-bearing panel and standardized building according to the present invention will be described below. The load-bearing panel according to the present invention includes a pair of columns that are arranged with a predetermined interval set in advance and whose upper and lower ends are joined to upper and lower beams in a predetermined structure, and a connecting member that connects the pair of columns. It is comprised by.
耐力パネルを構成する一対の柱のうち少なくとも一方側の柱は、上下両端の何れか一方の端部が梁に対しピン接合され、他方の端部が梁に対し水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントが伝達されることのない鉛直ローラー接合された第2の柱として構成されている。また他方側の柱は、上下両端が梁に対しピン接合された第1の柱として構成されている。 At least one of the upper and lower ends of the pair of columns constituting the load-bearing panel is pin-bonded to the beam, and the other end transmits only the horizontal force to the beam. It is comprised as a 2nd pillar joined by the vertical roller without the force and moment of a perpendicular direction being transmitted. The other column is configured as a first column whose upper and lower ends are pin-joined to the beam.
上下何れかの端部が梁に対し鉛直ローラー接合される第2の柱を有する耐力パネルでは、鉛直方向に作用する力は第1の柱に伝達されるものの第2の柱に伝達されることはない。また梁に対して水平方向に作用する力は第1の柱及び第2の柱に伝達される。従って、前記の如く構成された耐力パネルを1階に設置した場合には、基礎梁やアンカーボルトに対し鉛直方向の大きな力が作用することがなく、基礎梁やアンカーボルトを特別に大きな断面、或いは強度で構成する必要がない。 In a load-bearing panel having a second column whose upper or lower end is vertically roller-bonded to the beam, the force acting in the vertical direction is transmitted to the first column, but transmitted to the second column. There is no. The force acting in the horizontal direction on the beam is transmitted to the first column and the second column. Therefore, when the load-bearing panel configured as described above is installed on the first floor, a large force in the vertical direction does not act on the foundation beam and anchor bolt, and the foundation beam and anchor bolt have a particularly large cross section, Alternatively, it is not necessary to configure with strength.
本実施例に係る耐力パネルの構成、並びに建物の構成について図を用いて説明する。図1は本実施例に係る第2の柱の構成と、この第2の柱を用いた耐力パネルの構成を説明する図である。図2は鉛直ローラー接合部の構成を説明する図である。図3は本実施例に係る第2の柱を用いた耐力パネルを1階に配置すると共に上階に第1の柱のみを用いた耐力パネルを連層した躯体構造を説明する図である。図4は水平方向の力が作用したときの軸力を模式的に説明する図である。 The structure of the load-bearing panel according to the present embodiment and the structure of the building will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a second column and a configuration of a load bearing panel using the second column according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the vertical roller joint. FIG. 3 is a diagram for explaining a frame structure in which a load-bearing panel using the second pillar according to the present embodiment is arranged on the first floor and a load-bearing panel using only the first pillar is stacked on the upper floor. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the axial force when a horizontal force is applied.
先ず、図1、2により第2の柱Aの構成と、この第2の柱Aを用いた耐力パネルBの構成について説明する。 First, the configuration of the second column A and the configuration of the load bearing panel B using the second column A will be described with reference to FIGS.
第2の柱Aは、所定の間隔(耐力パネルBの幅寸法に対応した寸法)を持って第1の柱1に対峙して配置され、該第1の柱1に対し連結材2を介して接続されるものである。特に、第2の柱Aの上下何れかの端部は、H形鋼からなる上梁3或いは下梁4に対し鉛直ローラー接合部Cを介して接合されることで、水平方向の力のみが伝達され、鉛直方向の力及びモーメントは伝達されることがないように構成されている。本実施例では、第2の柱Aは上端側が上梁3に対し鉛直ローラー接合されている。
The second pillar A is disposed to face the
第1の柱1は角形鋼管からなる柱体10を有しており、該柱体10の下端部に柱脚部材11が設けられ、この柱脚部材11を介して下梁4にピン接合されている。また第1の柱1の上端部には柱頭部材12が設けられ、この柱頭部材12を介して上梁3にピン接合されている。このように構成された第1の柱1では、上梁3に作用する鉛直方向の力を下梁4に伝達することが可能である。
The
第2の柱Aは、第1の柱1と同様に角形鋼管からなる柱体10を有しており、該柱体10の下端部に柱脚部材11が設けられ、この柱脚部材11を介して下梁4にピン接合されている。また、柱体10の上端部には柱頭部14が構成され、この柱頭部14と上梁3に設けた拘束部材15とによって、鉛直ローラー接合部Cが構成されている。
The second column A has a
第2の柱Aの上端に構成された柱頭部14、及び上梁3に設けた拘束部材15によって構成された鉛直ローラー接合部Cの構成について具体的に説明する。
A configuration of the vertical roller joint portion C configured by the
柱頭部14は、第2の柱Aを構成する柱体10の上端部に溶接等の手段で固定された取付片14aと、該取付片14aに溶接等の手段で固定された柱側接合片となる2枚のプレート14bと、によって構成されている。前記2枚のプレート14bは平行に配置されており、且つ所定位置にはこれら2枚のプレート14bを厚さ方向に貫通する丸穴からなるボルト穴14cが形成されている。
The
拘束部材15は、上梁3の下フランジ3aに固定するための複数の穴15dを有する板状の取付片15aと、該取付片15aに溶接等の手段で固定された板状の梁側接合片となるプレート15bと、によって構成されている。前記プレート15bの所定位置には縦方向に長く、横方向には挿通するボルトとの間に若干のクリアランスを見込んだ寸法を持った長穴からなるボルト穴15cが形成されている。特に、プレート15bは柱頭部14を構成する2枚のプレート14bの間に挿入されるものであり、該プレート15bの厚さは2枚のプレート14bの間の寸法よりも若干小さい寸法を有している。
The restraining
拘束部材15は予め上梁3の下フランジ3aに図示しないボルトによって固定され、この拘束部材15に対して第2の柱Aに設けた柱頭部14が接合されることで鉛直ローラー接合部Cが構成されている。従って、梁側接合片となる拘束部材15のプレート15bは上梁3から垂下して配置され、また柱側接合片となる柱頭部14のプレート14bは第2の柱Aの上端から起立して配置される。
The restraining
上梁3の下フランジ3aに固定した拘束部材15のプレート15bを、第2の柱Aを構成する柱体10の上端部に形成した柱頭部14の2つのプレート14bで挟み込むようにして該第2の柱Aを配置し柱脚部材11を下梁4に固定する。そして、ボルト16aを柱頭部14のボルト穴14c、拘束部材15のボルト穴15cに挿通してナット16bを螺合する。これにより、第2の柱Aは、その上端において上梁3に対し水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない状態で接合される。
The
なお、第2の柱Aがその上端において上梁3に対し水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない鉛直ローラー支持とするには、(1)ボルト16aを半ボルト(プレート15bの厚みに対応した寸法だけネジを切らない部分を有するボルト)としてナット16bを螺合してもルーズな状態が保たれるように構成する。(2)柱頭部14のプレート14b及び拘束部材15のプレート15bの表面にフッ素樹脂や二硫化モリブデン等の潤滑性を有する皮膜を形成して両者の接触面に作用する摩擦力を低減しわずかな力でスライドするように構成する。(3)両者の接触面にベアリングを介在させる、等の方法がある。
In order to support the vertical roller in which only the horizontal force is transmitted to the
上記の如く構成された鉛直ローラー接合部Cに於いて、通常時、ボルト16aの長穴からなるボルト穴15cに対する上下方向の位置は略中央になるように、拘束部材15のボルト穴15cの位置、及び柱頭部14のボルト穴14cの位置が設定されている。また、拘束部材15に形成されたボルト穴15cの上下方向の長さは、想定される最大の水平力が作用した場合であってもボルト16aがボルト穴15cの上下端部分においてプレート15bと接触しないように設定されている。
In the vertical roller joint C configured as described above, the position of the
従って、上梁3を介して拘束部材15に長期荷重が作用しても、該拘束部材15のプレート15cは下方に移動し得るので、荷重は拘束金物15から第2の柱Aに伝達されることはない。また、地震時には水平力の大きさに応じてボルト16aが上下方向に移動するが、該ボルト16aがボルト穴15cの上下端部分においてプレート15bと接触することはない。即ち、ボルト16aのボルト穴15cに於ける上下方向の移動は常に許容されている。
Therefore, even if a long-term load is applied to the restraining
また、地震時の上梁3の変位による水平方向の力の伝達が、拘束部材15を介して第2の柱Aに対して円滑に行えるようにするため、拘束部材15に設けたボルト穴15cの左右方向の寸法は、該拘束部材15の水平方向のわずかな変位の発生によってプレート15bがボルト穴15cの左右端部分においてボルト16aと接触し得るような値に設定されている。
Further, in order to smoothly transmit the horizontal force due to the displacement of the
なお、本実施例では、柱頭部14は平行に配置された2枚のプレート14aを備えているが、このプレート14aは1枚でも構わない。また、柱頭部14のプレート14aを1枚とし、拘束部材15のプレート15bを平行に配置した2枚のプレートによって構成してもよい。また、柱頭部14のプレート14aのボルト穴14cを縦方向に長い長穴とし、拘束部材15のプレート15bのボルト穴15cを丸穴としてもよい。
In the present embodiment, the
更に、本実施例では、第2の柱Aの上端部分と上梁3との間に鉛直ローラー接合部Cを構成したが、第2の柱Aの下端部分と下梁4との間に鉛直ローラー接合部Cを構成しても良い。この場合、第2の柱Aを構成する柱体10の上端に、第1の柱1の上端部分と同様の柱頭部材12を設けることで、第2の柱Aを上梁3に対しピン接合することが必要である。
Further, in the present embodiment, the vertical roller joint C is configured between the upper end portion of the second column A and the
耐力パネルBは、上記の如く構成された第1の柱1及び第2の柱Aと、その間に上下方向に配置された2つの連結材2と、によって構成されている。
The load-bearing panel B includes the
第1の柱1と第2の柱Aは、目的の耐力パネルBの寸法に対応した間隔を持って配置されており、第1の柱1は上下両端部分で上下の梁3、4に夫々柱頭部材12、柱脚部材11を介してピン接合することで、鉛直方向の力、水平方向の力を伝達し得るように構成されている。
The
第1の柱1と第2の柱Aとからなる一対の柱を連結して耐力パネルBを構成する連結材2は、水平方向の力が作用したとき、この力の大きさに応じて変形してエネルギーを吸収する機能を有するものである。
The connecting
このため、連結材2は、鋼材ダンパー20と、2つの枠体21で構成されている。鋼材ダンパー20は、極低降伏点鋼からなリ、略蝶形に形成されており、作用するせん断力に応じて中央のくびれた部分が変形して地震エネルギーを吸収し得るように構成されている。
For this reason, the connecting
また、枠体21は、底辺となる長辺材21aと、斜辺となる斜辺材21b、21cと、を連結片21dで連結して略二等辺三角形状に構成され、更に水平材21eが長辺材21aの中間位置から連結片21dにかけて配置されることで高い剛性を有している。また鋼材ダンパー20は、枠体21の連結片21dに対してボルト接合されており、劣化した際には交換可能なように構成されている。
Further, the
そして、第1の柱1、第2の柱Aを構成する夫々の柱体10の内側面であって上下方向に夫々2つの枠体21を配置すると共に、夫々の枠体21の長辺材21aを添わせてボルト接合する。これにより、第1の柱1、第2の柱Aには、上下方向に配置された2つの枠体21が、連結片21dどうしが対向するような状態で固定される。更に、枠体21を構成する斜辺材21b、21cの頂点に設けた連結片21dの間に鋼材ダンパー20をボルト接合して固定することで、耐力パネルBが構成される。
Then, two
上記の如く構成された耐力パネルBでは、地震時に作用する水平力に応じて上梁3と下梁4との間で水平方向に相対的な変位が生じたとき、この変位に伴って、向かい合う枠体21に上下方向の相対的な変位が生じる。このときの変位は鋼材ダンパー20に対しせん断力として作用し、斜辺材21b、21cに引張力、圧縮力として作用する。そして、作用するせん断力を鋼材ダンパー20が吸収する。
In the load-bearing panel B configured as described above, when a relative displacement occurs in the horizontal direction between the
また、通常時は、上梁3に作用する鉛直荷重のすべてあるいは大部分が第1の柱1で負担され、第2の柱Aの上端において、拘束部材15を介して伝達されることがほとんどあるいは全くない。従って、下梁4の第2の柱Aの柱脚部材11が取り付けられた部位に対し、上梁3からの鉛直荷重が作用することはほとんどあるいは全くない。
In normal times, all or most of the vertical load acting on the
地震時に作用する水平力によって、上梁3と下梁4の間に水平方向の相対的な変位(水平方向変位)が生じたとき、第1の柱1と第2の柱Aは、上端が柱頭部材12、拘束部材15に拘束され、下端が下梁4に固定された柱脚部材11に拘束され、全体として水平力の作用する方向に倒れた平行四辺形をなすように変形する。従って、第1の柱1と第2の柱Aは上梁3と下梁4の水平方向変位に伴って傾斜することとなる。
When a horizontal relative displacement (horizontal displacement) occurs between the
即ち、上梁3に取り付けた拘束部材15が相対的に水平方向に変位し、この変位に伴ってプレート15bに形成されたボルト穴15cの左右方向の端部が、第2の柱Aを構成する縦材10の柱頭部14のボルト穴14cに挿通されたボルト16aと当接して反力が作用し、この反力が抵抗として作用することになる。
That is, the restraining
第1の柱1と第2の柱Aの傾斜は上梁3と下梁4の変位量に応じて変化し、且つ変位量に応じて反力の大きさも変化する。
The inclinations of the
例えば、中小の地震時には、作用する水平力に応じた上梁3と下梁4の相対的な変位に伴って第1の柱1、第2の柱Aが傾斜し、ボルト穴15cのボルト16aに対する当接によって反力が生じ、耐力パネルBそのものが抵抗となって水平力を負担することが可能となる。このため、鋼材ダンパー20の塑性変形を伴うことなく、建物の変形を抑えることが可能となる。
For example, during a small and medium earthquake, the
このとき、第2の柱Aの上端に形成された鉛直ローラー接合部Cを構成する柱頭部14と拘束部材15との間では鉛直方向の力やモーメントを伝達し合わない為、これらの力によって下梁4を引き上げたり押し込んだりする力は作用しない。
At this time, since a vertical force or moment is not transmitted between the
尚、第2の柱Aの上端に形成された柱頭部14と拘束部材15との間では水平方向の力は伝達し合い、耐力パネルBに作用する水平方向の力(P)が第2の柱Aを傾斜させようとする力となる。この場合、第2の柱Aを構成する柱体10の柱脚部材11の持ち上げられる側を固定するボルトには下梁4に対する引き抜き力が作用し、その値は、ボルト16aに作用する水平力(P)と、上梁3の下フランジ3aの下面からボルト16aの中心までの寸法(h)との積を、支点となる柱脚部材11の端縁部からボルトまでの寸法(w)で除した値(P・h/w)で表される。
The horizontal force is transmitted between the
また、柱脚部材11の端縁部には、引き抜き力とは向きが正反対で同じ大きさの押し込み力が作用する。しかし、上梁3の下フランジ3aの下面からボルト16aの中心までの寸法(h)は上梁3と下梁4との間隔(建物の階高)に比べて極めて小さいのでこの引き抜き力や押し込み力は極めて小さな値となり、しかもこの2つの力は、接近した位置で互いに打ち消しあう方向に作用するので、下梁4の柱脚部材11の取り付け位置には大きな力は作用しない。
Further, a pushing force having the same magnitude as the pulling force acts on the end edge portion of the
また大地震時には、第1の柱1と第2の柱Aの傾斜が大きくなり、一方の柱1又はAにボルト穴15cのボルト16aに対する当接によって圧縮力が生じたとき、更なる傾斜は連結材2に伝えられ、鋼材ダンパー20に対してせん断力が作用する。そして、鋼材ダンパー20は作用したせん断力に応じて塑性変形を繰り返し、エネルギーを吸収して速やかに揺れを減衰させ、建物の損傷を防ぐことが可能となる。
In addition, when a large earthquake occurs, the inclination of the
上記の如くして鋼材ダンパー20が塑性変形を繰り返してエネルギーを吸収する場合であっても、第2の柱Aから下梁4に作用する力は無視できる。
As described above, even when the
特に、このような耐力パネルBは、第1の柱1、第2の柱Aを上梁3と下梁4の間に配置し、夫々の下端を柱脚部材11を介して下梁4にピン接合し、第1の柱1の上端を柱頭部材12を介して上梁3にピン接合すると共に、第2の柱Aの上端を鉛直ローラー接合部Cを介して接合することで構成することが可能である。
In particular, in such a load-bearing panel B, the
上記の如き構成は、工業化住宅のように、上梁3、下梁4のフランジに予め夫々平面モジュールに基づく所定のピッチで複数のボルト穴が形成されている躯体の場合、大きな工事を必要とせずに設置することが可能である。このため、既存の建物の耐震性を高める際に本耐力パネルを採用すると有利である。
The above construction requires a large amount of work in the case of a housing in which a plurality of bolt holes are formed in advance on the flanges of the
次に、上記の如く構成した耐力パネルBと、一対の第1の柱1を利用して構成した耐力パネルDと、を同一平面内に連層配置して構成した規格化建物について図3、4により説明する。
Next, FIG. 3 shows a standardized building in which a load-bearing panel B configured as described above and a load-bearing panel D configured using a pair of
図に示すように、本規格化建物は3階建ての鉄骨造の工業化住宅であり、図に示す構面方向については1スパンで構成されており、1階部分には耐力パネルBが配置され、2階、3階部分には耐力パネルDが配置されている。1階部分の耐力パネルBと2階、3階部分の耐力パネルDは、スパンの一方の端部に寄せて、これらの耐力パネルB、Dを構成する一対の柱の位置が一致するように配置、即ち連層配置されている。 As shown in the figure, this standardized building is a three-story steel frame industrialized house, and is composed of one span in the construction direction shown in the figure, and a load-bearing panel B is arranged on the first floor part. On the second and third floors, load bearing panels D are arranged. The load-bearing panel B on the first floor and the load-bearing panel D on the second and third floors are brought close to one end of the span so that the positions of the pair of columns constituting these load-bearing panels B and D coincide. Arrangement, that is, multi-layer arrangement.
耐力パネルDは、所定の間隔で一対の第1の柱1が配置され、この第1の柱1を連結材2によって連結して構成されている。即ち、耐力パネルDは、従来より一般的に利用されている耐力パネルをそのまま利用したものである。従って、耐力パネルDは、上下に配置された鋼製の梁3に対し、夫々の第1の柱1の下端部分が柱脚部材11を介して固定されると共に上端部分が柱頭部材12を介して固定される。
The load bearing panel D includes a pair of
耐力パネルBは1階部分に配置されているため、下梁4としては鋼製の梁であっても良く、鉄筋コンクリート造の基礎梁であっても良い。そして、耐力パネルBを構成する第1の柱1は上下両端部分が柱脚部材11、柱頭部材12を介して下梁4、上梁3に固定されている。また第2の柱Aは、下端部分が柱脚部材11を介して下梁4に固定され、上端部分が鉛直ローラー接合部Cを介して上梁3に固定されている。
Since the load-bearing panel B is disposed on the first floor portion, the
上記の如く構成された建物では、図4に示すように、水平方向の力が作用していない状態(常時)では、鉛直荷重の一部は黒矢印に示すように、2階、3階に配置された耐力パネルDを構成する一対の第1の柱1を介して下側の梁3に伝達される。
In a building constructed as described above, as shown in FIG. 4, in the state where no horizontal force is acting (always), part of the vertical load is on the second and third floors as indicated by the black arrows. It is transmitted to the
ここで、2階の第1の柱1に作用する鉛直荷重(2階の第1の柱1の軸力)は、その上側の梁3から伝達された鉛直荷重に、3階の第1の柱1に伝達された鉛直荷重(3階の第1の柱1の軸力)を加えたものになる。つまり、第1の柱1を用いて耐力パネルDを構成してこれを連層した場合、下階に配置された第1の柱1には、上階の同一位置に配置された第1の柱1の軸力が累加されてゆく。しかし、1階に配置された耐力パネルBにおいては、第2の柱Aが鉛直ローラー接合部Cを介して上梁3に接合されているため、該第2の柱Aには建物の鉛直荷重が伝達されることはなく、その近傍の第1の柱1に分配して伝達される。
Here, the vertical load acting on the
また建物に対し白矢印で示す水平方向の力が作用したとき、2階、3階に配置された耐力パネルDを構成する一対の第1の柱1には、白矢印で示す互いに向きが反対で同じ大きさの鉛直荷重(付加軸力)が作用する。このとき各階の各柱の軸力は、常時の軸力から付加軸力を加算した(上向きの付加軸力の場合は差し引いた)値となる。
When the horizontal force indicated by the white arrow acts on the building, the pair of
この付加軸力においても前述の常時の軸力と同様に、下階に配置された第1の柱1には、上階の同一位置に配置された第1の柱1の付加軸力が累加されてゆく。しかし、1階に配置された耐力パネルBを構成する第2の柱Aは、鉛直ローラー接合部Cを介して上梁3に接合されているため、第2の柱Aにはその直上の第1の柱1の付加軸力が累加されず、該付加軸力は第2の柱Aの近傍の第1の柱1に分配して伝達される。従って、第2の柱Aが固定された位置において、下梁(基礎梁)4に作用する軸力は極めて小さな値となる。
In this additional axial force as well, the additional axial force of the
また、図とは反対の水平方向の力が作用した場合、第2の柱Aと同一位置にある上階の第1の柱1には上向きの付加軸力(引抜力)が作用するが、第2の柱Aにはその直上の第1の柱1の引抜力が作用せず、耐力パネルBによる引抜力のみが作用するので、第2の柱Aが固定された位置において、基礎梁4や第2の柱Aを固定するアンカーボルトに作用する引抜力は極めて小さな値となる。
In addition, when a horizontal force opposite to the figure is applied, an upward additional axial force (pulling force) is applied to the
従って、耐力パネルの水平耐力を低下させることなく、基礎梁4が負担すべき荷重を低減させることができ、基礎梁4の断面性能を高める必要がない。また、第1の柱Aの固定に必要なアンカーボルトの付着力も小さくすることができる。
Therefore, the load that the
なお、上記実施例では、耐力パネルBを構成する柱の一方のみを第2の柱Aとしたが、耐力パネルBを構成する柱が建物出隅部に配置される場合等を除き、構造安全性が確保されれば、両方の柱を第2の柱Aとしてもよい。 In the above-described embodiment, only one of the pillars constituting the load-bearing panel B is the second pillar A, but the structural safety is excluding the case where the pillar constituting the load-bearing panel B is arranged at the corner of the building. If the property is secured, both pillars may be the second pillar A.
次に、上記の如く構成された規格化建物に於ける耐力パネルB、Dを選択する際の方法について説明する。 Next, a method for selecting the load bearing panels B and D in the standardized building configured as described above will be described.
先ず、目的の建物の構造検討の対象となる間取りに対し、耐力パネルを適宜配置する。このとき、配置されたすべての耐力パネルを、一対の第1の柱1と連結材2とからなる耐力パネルDとし、この条件で構造計算を行う。
First, a load-bearing panel is appropriately arranged with respect to the floor plan that is a target of the structural examination of the target building. At this time, all the load-bearing panels arranged are the load-bearing panels D including the pair of
上記構造計算では、通常時に作用する鉛直荷重、鉛直方向の力に対して所定の項目に従って検討し、この検討結果がすべて満足するまで、配置位置、耐力パネルDの形状等の条件を変更して繰り返す。 In the above structural calculation, the normal load acting in normal time and the force in the vertical direction are examined according to predetermined items, and the conditions such as the arrangement position and the shape of the load-bearing panel D are changed until all of the examination results are satisfied. repeat.
次いで、配置された耐力パネルDに対し地震荷重が作用する条件で計算し、このときの軸力が所定の値を超えているか否かを検討する。そして、軸力が所定の値を超えていない場合にはそのままとし、前記値を超えている場合には、1階の耐力パネルDを構成する一方側の柱(軸力が所定の値を超えている側の柱)を第2の柱Aに置き換えた耐力パネルBとして構造計算を行い、置き換えた第2の柱Aに対する短期軸力が満足することを確認する。 Next, the calculation is performed under the condition that the seismic load is applied to the placed load-bearing panel D, and it is examined whether or not the axial force at this time exceeds a predetermined value. When the axial force does not exceed the predetermined value, the state is left as it is. When the axial force exceeds the predetermined value, one side of the first floor load-bearing panel D (the axial force exceeds the predetermined value). Structural calculation is performed as a load-bearing panel B in which the second column A is replaced with the second column A, and it is confirmed that the short-term axial force for the replaced second column A is satisfied.
上記の如くして規格化建物における耐力パネルB、Dを選択して配置することが可能である。 As described above, it is possible to select and arrange the load-bearing panels B and D in the standardized building.
本発明に係る耐力パネルB、および、規格化建物は鋼構造ブレース構造建物一般に利用することが可能であり、このような建物としては、住宅、事務所、店舗、倉庫等がある。特に、間口が狭い重層建物のように、同一平面内に耐力壁を連層する必要が生じるような建物で高い効果を発揮することが可能である。 The load-bearing panel B and the standardized building according to the present invention can be used in general for steel structure brace structure buildings, and examples of such buildings include houses, offices, stores, warehouses, and the like. In particular, it is possible to exert a high effect in a building in which a bearing wall needs to be layered in the same plane, such as a multistory building with a narrow frontage.
A 第2の柱
B 耐力パネル
C 鉛直ローラー接合部
D 耐力パネル
1 第1の柱
2 連結材
3 上梁
4 下梁
10 柱体
11 柱脚部材
12 柱頭部材
14 柱頭部
14a 取付片
14b プレート
14c ボルト穴
15 拘束部材
15a 取付片
15b プレート
15c ボルト穴
16a ボルト
16b ナット
20 鋼材ダンパー
21 枠体
21a 長辺材
21b、21c 斜辺材
21d 連結片
21e 水平材
A second column B bearing panel C vertical roller joint
Claims (4)
前記一対の柱の少なくとも一方の柱と、前記上下梁のいずれか一方との接合部には、上端または下端が、接合部において水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない鉛直ローラー接合部が構成されたことを特徴とする耐力パネル。 A pair of columns that are erected between the upper and lower beams of the shaft set at a predetermined interval and the upper and lower ends are joined to the upper and lower beams, and the pair of columns are connected and deformed when a horizontal force is applied to generate energy. A load-bearing panel consisting of a connecting material that absorbs,
At the joint between at least one of the pair of pillars and one of the upper and lower beams, only the horizontal force is transmitted at the joint, and no vertical force and moment are transmitted at the joint. A load-bearing panel comprising a vertical roller joint.
前記上梁から垂下または前記下梁から起立しボルト穴を有する板材からなる梁側接合片と、
前記柱の上端から起立または前記柱の下端から垂下しボルト穴を有する板材からなる柱側接合片と、を当接しボルト接合して構成されたものであり、
前記梁側接合片のボルト穴と前記柱側接合片のボルト穴のうち、いずれか一方が鉛直方向に長い長穴で、他方が丸穴であり、
前記丸穴は、前記長穴の中央に位置するように高さが設定されており、
前記梁側接合片と前記柱側接合片とは、ボルトを軸として回動可能、且つボルトが前記長穴に沿って移動して上下方向に接近あるいは離隔可能となるように、ルーズな状態でボルト接合して構成されたことを特徴とする請求項1に記載した耐力パネル。 The vertical roller joint is
A beam-side joining piece made of a plate material hanging from the upper beam or standing from the lower beam and having a bolt hole;
Standing from the upper end of the column or hanging from the lower end of the column, the column side joining piece made of a plate material having a bolt hole, and abutted and bolted,
Of the bolt holes of the beam side joining pieces and the bolt holes of the column side joining pieces, either one is a long hole in the vertical direction, the other is a round hole,
The height of the round hole is set so as to be located in the center of the slot,
The beam-side joining piece and the column-side joining piece can be rotated around a bolt, and in a loose state so that the bolt can move along the elongated hole and approach or separate in the vertical direction. The load-bearing panel according to claim 1, wherein the load-bearing panel is formed by bolting.
上下端とも梁に対してピン接合される第1の柱と、上下端のいずれか一方は梁に対してピン接合されて他方は梁に対して水平方向の力のみが伝達され鉛直方向の力とモーメントは伝達されない鉛直ローラー接合される第2の柱と、を規格部材として有しており、
前記耐力パネルは、前記第1の柱もしくは第2の柱のいずれか一方を2本、または夫々1本ずつを選択し、該選択された2本の柱を所定の間隔で立設するとともに、該2本の柱を水平方向の力が作用した場合に変形してエネルギーを吸収する連結材にて連結して構成されたことを特徴とする規格化建物。 It is a standardized building with a multi-layered steel structure that is composed of standardized columns and beams, and that is equipped with standardized load-bearing panels at appropriate positions in the frame to counter horizontal force.
The first column that is pin-bonded to the beam at both the upper and lower ends, and one of the upper and lower ends is pin-bonded to the beam, and the other is a vertical force that transmits only the horizontal force to the beam. And a second column that is joined by a vertical roller to which no moment is transmitted, as a standard member,
The load-bearing panel selects either one of the first pillar or the second pillar, or two each, and stands the selected two pillars at a predetermined interval. A standardized building comprising the two columns connected by a connecting material that deforms and absorbs energy when a horizontal force is applied.
(1)構造検討の対象となる間取りにおいて耐力パネルを適宜配置する工程、
(2)すべての耐力パネルを構成する柱を第1の柱として構造計算を行う工程、
(3)地震荷重時の軸力以外の検討項目についてはすべて判定がOKとなるように、前記(1)、(2)の工程を繰り返す工程、
(4)地震荷重時の軸力が所定の値を超えている位置において第1層の柱を第2の柱に置き換えて構造計算を行い短期軸力がOKとなっていることを確認する工程。 The structural calculation method in the standardized building according to claim 3, comprising the following steps.
(1) A step of appropriately arranging a load-bearing panel in a floor plan to be subjected to structural examination,
(2) A step of performing structural calculation using the columns constituting all the load-bearing panels as the first columns,
(3) A step of repeating the steps (1) and (2) so that all the examination items other than the axial force at the time of the seismic load are judged OK.
(4) The step of confirming that the short-term axial force is OK by performing structural calculation by replacing the first-layer column with the second column at the position where the axial force at the time of the earthquake load exceeds a predetermined value. .
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