JP2011017220A - ラーメン構造の骨組 - Google Patents

Abstract

【課題】地震力などの外力に対して柱および梁の弾性範囲で外力に抵抗することができ、またこれによりする架構内にブレース等の補強材がなく、広々とした開口を確保することができるラーメン構造の骨組を提供する。
【解決手段】下階梁２と、上階梁３と、下階梁２と上階梁３との間に配置された柱１とからなるラーメン構造の骨組において、下階梁２と柱１および上階梁３と柱１を、これらの接合部に配置された継手金物４を介してそれぞれ接合する。継手金物４は柱１の下階梁２および上階梁３の長手方向の両端側に配置する。継手金物４と柱１とは剛接合、継手金物４と下階梁２および上階梁３とはピン接合によって接合する。骨組に作用する外力に対して柱１と下階梁２および上階梁３の弾性を保持しつつ塑性変形して抵抗するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は柱と梁とからなるラーメン構造の骨組に関し、地震力などの外力に対して柱および梁を弾性範囲に保ったまま外力に抵抗しつつ骨組全体としては塑性変形し入力されたエネルギーを吸収することができ、また架構内にブレース等の補強材がなく、広々とした開口を確保することができる。

一般のラーメン構造の骨組は、柱と梁の各接合部が剛接合され、地震力や風力などの外力に対して主に柱と梁の曲げが抵抗するという考えのもとに各部の設計が行われている。

また、たとえ建物が破壊するに至っても安全に避難できるように等の理由により、柱より梁が先に降伏破壊し、梁は破壊しても柱はほぼ弾性範囲を維持するように設計されている（梁先行降伏型設計）。

さらに、柱と梁の両方が弾性範囲を保持するラーメン構造の骨組においては、柱と梁とからなる架構内にブレース（筋交い）を配置し、ブレースが柱や梁より先に降伏し、柱と梁は弾性範囲を保持するように設計されている。

なお、外力に対して梁の弾性を保持し、かつブレースなどの補強材がなく、広々とした開口の確保を可能にしたラーメン構造の骨組として、架構内にはしご型間柱や耐震間柱が配置されたものが特許文献１，２，３に開示されている。

特許第３６９０４６０号公報 特開平０９−１８４３２２号公報 特開平０９−１２５５６８号公報

しかし、はしご型間柱や耐震間柱は、いずれも柱と梁とからなる架構内に配置されるものであるため、たとえその位置を自由に変更できるとしても広々とした開口を確保することには自ずと限界があった。

また、柱と梁は直接剛接合されているため、地震時に被災して破損した場合には、その復旧に多大な労力とコストを必要とした。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地震力などの外力に対して梁の弾性を保持して抵抗することができ、かつラーメン構造の長所である、間仕切りのない広々とした開口の確保を可能にしたラーメン構造の骨組を提供することを目的とする。

請求項１記載のラーメン構造の骨組は、下階梁または基礎と、上階梁と、下階梁または基礎と上階梁との間に配置された柱とからなるラーメン構造の骨組において、下階梁または基礎と柱との接合部および／または上階梁と柱との接合部に柱と梁および／または基礎とを接合する継手金物が配置され、継手金物は柱の上階梁および下階梁の長手方向の一端側または両端側に配置され、柱とは剛接合、基礎、上階梁および下階梁とはピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合され、かつ骨組に作用する通常想定される外力に対して柱および梁の弾性を保持しつつ塑性変形して抵抗するように構成されてなることを特徴とするものである。

本発明は、梁または基礎と柱とを接合する継手金物が、柱および梁に先行して降伏するように構成することにより、柱および梁の弾性範囲を保持することができ、これにより架構内にブレース等の補強材がなく、広々とした開口を確保できるようにしたものである。

継手金物は、鋼材が弾性限界以上に変形する際のエネルギー吸収を利用した弾塑性ダンパーを兼ねており、たとえば、鋼板、圧延Ｈ形鋼、溶接Ｈ形鋼などの一般鋼材の他に低降伏点鋼材などから容易に形成することができ、また柱および梁より先に降伏するように材質、板厚、長さおよび形状などを調整して降伏強度を設定することができる。

さらに、継手金物は、柱と梁にエンドプレート形式のボルト接合によって脱着自在に取り付けられるように構成することにより、被災後の復旧を迅速に行うことができる。また、必要に応じて各部を適切に補強することにより崩壊部位の制御、柱フランジの局部座屈の制御、柱ウェブのせん断座屈の制御、および部材全体としての剛性の制御等を図ることができる。

請求項２記載のラーメン構造の骨組は、請求項１記載のラーメン構造の骨組において、下階梁または基礎と柱および／または上階梁と柱は、ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合されていることを特徴とするものである。

本発明は、柱の上端側または下端側の一方を基礎または梁とピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合することにより、梁または基礎側に作用する曲げモーメントを低減し、これにより梁または基礎断面の低減等を可能にしたものである。

なお、ピン接またピン接合に近い回転剛性の低い接合構造としては、例えばボルト接合またはドリフトピン接合などがある。また、比較的小さい外力を受けて容易に変形するような剛性の低い鋼材（低降伏点鋼材）を用いた接合構造、さらには比較的小さい外力を受けて曲げ変形するような鋼材（一般鋼材）を用いた接合構造などもピン接合またピン接合に近い回転剛性の低い接合構造として適用することができる。

請求項３記載のラーメン構造の骨組は、請求項１または２に記載のラーメン構造の骨組において、柱の下階梁および上階梁の長手方向の一端側に継手金物は取り付けられ、その反対側は上階梁および下階梁にピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合されていることを特徴とするものである。

本発明は、骨組の規模や作用する外力の大きさに応じて、柱と梁または基礎とを一個または複数の継手金物で接合するようにしたものであり、軽微な骨組の場合、継手金物は一個でよい。

本発明によれば、梁または基礎と柱とを接合する継手金物が、地震力などの外力に対して柱および梁に先行して降伏するように構成されていることにより、外力に対して柱および梁の弾性範囲を保持することができ、また、これにより架構内にブレース等の補強材がなく、広々とした開口を確保することができる等の効果がある。

また、継手金物は、柱および梁より先に降伏するように材質、板厚、長さおよび形状などを調整して降伏強度を適切に設定することができる。

（ａ）は、本発明に係るラーメン構造の骨組の一実施形態を示す一部斜視図、（ｂ）は継手金物を具体的に図示した柱と上階梁との接合部の断面図である。 図１に図示するラーメン構造の骨組の水平力による挙動を示し、（ａ）は変形前の状態を、（ｂ）は変形後の状態を示す正面図である。 本発明に係るラーメン構造の骨組の一実施形態を示す一部斜視図である。 図３に図示するラーメン構造の骨組の水平力による挙動を示し、（ａ）は変形前の状態を、（ｂ）は変形後の状態を示す正面図である。 本発明に係るラーメン構造の骨組の一実施形態を示す一部斜視図である。 図５に図示するラーメン構造の骨組の水平力による挙動を示し、（ａ）は変形前の状態を、（ｂ）は変形後の状態を示す正面図である。

図１と図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るラーメン構造の骨組の一実施形態を示し、図において符号１は柱、２は下階の梁、そして符号３は上階の梁である。柱１の下端部は下階梁２の上面に、柱１の上端部は上階梁３の下面にそれぞれ複数の継手金物４を介して接合されている。

継手金物４は、柱１の下階梁２および上階梁３の長手方向の両端側部に柱１を挟んで対称に突設されている。また、継手金物４は下階梁２および上階梁３の長手方向に所定の長さを有し、柱１の側部に溶接などによって一体的に取り付けられている。

また、柱１の下端部に突設された継手金物４の先端は下階梁２の上面にピン接合またピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５によって接合され、柱１の上端部に突設された継手金物４の先端は上階梁３の下面にピン接合またピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５によって脱着可能に取り付けられている。また、いずれの場合、継手金物４は下階梁２と上階の梁３にエンドプレート形式のボルト接合によって脱着自在に取り付けられている。

さらに、柱１、下階梁２および上階梁３は、いずれも圧延Ｈ形鋼、溶接Ｈ形鋼などの形鋼、あるいは鋼管、角形鋼管などから形成され、継手金物４はこれらの一般鋼材の他に低降伏点鋼材などから形成されている。

また、継手金物４は、一定値以上の外力に対して柱１、下階梁２および上階梁３より先に降伏するように、材質、板厚、長さおよび形状などが適切に設定されている。

図１（ｂ）は、継手金物４の一例をより具体的に図示したものであり、一般鋼材や低降伏点鋼材などから形成され、弾性限界以上に変形する変形パネル４ａを備え、その一端側は柱１の上端部の内側に一体的に結合されている。また、継手金物４の他端側は上階梁３の下面部に連結金物７によって結合されている。

この場合の連結金物７は、一般鋼材からなるＨ形鋼の一端側のフランジを切除することにより形成されたＣＴ鋼であり、上階梁３にボルト止めされたフランジ７ａと継手金物４と一体をなすウェブ７ｂが面外方向に曲げ変形することにより、ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５を構成している。

そして、柱１と上階梁３との接合部が一定値以上の外力を受けて変形すると、柱１および上階梁３より先に変形パネル４ａが降伏することで、柱１および上階梁３の脆性破壊を未然に防止することができる。

このような構成により、柱１と下階梁２との接合部および柱１と上階梁３との接合部は共に剛接合を構成している。このため、上階梁３に水平力Ｐが作用すると柱１と下階梁２および上階梁３との各接合部には曲げモーメントＭが作用する。しかし、継手金物４は、外力に対して柱１と下階梁２および上階梁３に先行して降伏するように形成されているため、一定値以上の曲げモーメントＭに対して継手金物４が塑性変形することにより水平力に抵抗する。したがって、柱１、下階梁２および上階梁３は弾性変形するのみで、塑性変形のち破壊に至ることもない。また、塑性変形した継手金物４は交換することにより容易に復旧させることができる。

また特に、継手金物４と上下階の梁２および３はピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５によって接合されていることで、上下階の梁２と３が集中的な曲げを受けることもない。

図３と図４（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示し、特に柱１の下端部は下階梁２の上面部にピンまたはピンに近い回転剛性の低い接合構造５によって接合されている。また、柱１の上端部は、図１の実施形態で説明しように梁２の下面部に複数の継手金物４を介して接合されている。

このような構成において、柱１と上階梁３との接合部は剛接合を構成し、水平力Ｐに対して曲げモーメントＭを伝達するが、柱１と下階梁２との接合部は、ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５によって接合されていることにより曲げモーメントは伝達しない。

また、継手金物４は、外力に対して柱１と下階梁２および上階梁３に先行して降伏するように形成されていることにより、一定値以上の曲げモーメントＭに対して継手金物４が塑性変形することにより水平力Ｐに抵抗する。

したがって、柱１、下階梁２および上階梁３は弾性変形するのみで、塑性変形して破壊に至ることもない。また、塑性変形した継手金物４は交換することにより容易に復旧させることができる。

また、図５と図６（ａ），（ｂ）は、同じく本発明の他の実施形態を示し、柱１の下端部は下階梁２の上面部にピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５によって接合されている。

また、柱１の上端部は上階梁３の下面部に継手金物４を介して接合され、さらに上階梁３の下面部にピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造６によって直接接合されている。

この場合の接合金物４は、柱１の一端側の側部に突設され、その先端部は上階梁３の下面部にピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造５によって接合されている。

また、柱１の上端部と上階梁３とを直接接合するピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造６は、柱１の継手金物４が突設された反対側の端部に設けられている。

このような構成において、柱１と上階梁３との接合部は剛接合を構成し、水平力Ｐに対して曲げモーメントＭを伝達するが、柱１と下階梁２との接合部は、ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合されていることにより曲げモーメントを伝達しない。

また、継手金物４は、外力に対して柱１と下階梁２および上階梁３に先行して降伏するように形成されていることにより、一定値以上の曲げモーメントＭに対して継手金物４が塑性変形することにより水平力Ｐに抵抗する。

したがって、柱１、下階梁２および上階梁３は弾性変形するのみで、塑性変形して破壊に至ることもない。また、塑性変形した継手金物４は交換することにより容易に復旧させることができる。

本発明は、地震力などの外力に対して柱および梁の弾性範囲で外力に抵抗することができ、またこれにより架構内にブレース等の補強材がなく、広々とした開口を確保することができる。

１ 柱
２ 下階梁
３ 上階梁
４ 継手金物
５ ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造
６ ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造

Claims (3)

1. 下階梁または基礎と、上階梁と、下階梁または基礎と上階梁との間に配置された柱とからなるラーメン構造の骨組において、下階梁または基礎と柱との接合部および／または上階梁と柱との接合部に柱と梁および／または基礎とを接合する継手金物が配置され、継手金物は柱の上階梁および下階梁の長手方向の一端側または両端側に配置され、柱とは剛接合、基礎、上階梁および下階梁とはピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合され、かつ骨組に作用する外力に対して柱および梁の弾性を保持しつつ塑性変形して抵抗するように構成されてなることを特徴とするラーメン構造の骨組。
2. 下階梁または基礎と柱および／または上階梁と柱は、ピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合されてなることを特徴とする請求項１記載のラーメン構造の骨組。
3. 柱の下階梁および上階梁の長手方向の一端側に継手金物は取り付けられ、その反対側は上階梁および下階梁にピン接合またはピン接合に近い回転剛性の低い接合構造によって接合されていることを特徴とする請求項１または２記載のラーメン構造の骨組。

Images