JP2011074732A - 架構の補強構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼材からなる柱1と大梁2とを剛接合してなる柱梁接合部Bの近傍に、柱1と大梁2とに亘ってダンパー性能を有する方杖材5を架設して補強された架構の補強構造において、方杖材5は柱1及び大梁2よりも先行して降伏するものであって、且つ、柱梁接合部Bを柱1及び梁2の全塑性耐力を上回る耐力を有する保有耐力接合とした。
【選択図】図6
Description
例えば特許文献1には、天井裏空間内において、建物の柱と梁の接合部の近傍にて、柱の中途部と梁の中途部とを方杖材により連結し、柱と梁との接合部並びに方杖材によって接合された部分とからなる柱梁接合部周りの全体を剛接合とした構成が開示されている。
かかる構成によれば、柱と梁との接合部を比較的簡易なピン接合とすることができるので、施工性の向上を図ることができるものとなっている。
また、特許文献2には、鋼製の柱と梁と方杖ブレースとを有する柱梁仕口構造を有する架構において、梁が第1の接合部材を介して乾式接合で柱に接合されると共に、柱梁間に架設される方杖ブレースがその両端を第2の接合部材を介して乾式接合で柱および梁にそれぞれ接合されている構成が開示されている。
かかる構成によれば、梁端部の柱との接合部においては、当該架構に荷重が作用する場合でも、梁と柱との間で曲げモーメントと軸方向力とせん断力が伝達可能である。また、当該特許文献2の構成においては、接合部の曲げ強度が梁の曲げ強度よりも低く設定されている。
しかしながら、仮に想定する規模を大きく上回る地震が発生し、方杖材が塑性変形に留まらずに破断してしまった場合、柱および梁は地震力に対して全く抵抗できず、建物はたちどころに倒壊してしまう虞がある。
また、上記特許文献2の構成の如き接合部の曲げ強度を梁の曲げ強度より低いものとした架構においては、想定する地震に対して、方杖材が降伏して塑性変形することによって地震エネルギーが吸収され、これによって梁に作用する曲げモーメントをその梁の曲げ強度に到達させないことを前提としている。
しかしながら、特許文献2の構成においては、柱と梁の接合部の曲げ強度が梁の曲げ強度より低いため、梁の曲げ強度に達するよりも先に当該接合部の曲げ強度に達することとなり、これによって、梁よりも先に梁と柱の接合部が破壊に至ってしまう。
すなわち、方杖ダンパーだけでは吸収できなかったエネルギーを、梁が塑性化して吸収する前に柱と梁の接合部が破壊に至り、これによって建物が倒壊してしまう至る虞がある。
(1)鋼材からなる柱と梁とを接合してなる柱梁接合部の近傍に、前記柱と梁とに亘って方杖材を架設して補強された架構の補強構造であって、
前記方杖材は、前記柱及び梁よりも先に降伏に至るものであって、
前記柱梁接合部は、前記柱と梁とを剛接合又は半剛接合して形成される共に、前記柱及び梁の全塑性耐力を上回る耐力を有する保有耐力接合とされている
ことを特徴としている。
これによれば、剛接合又は半剛接合である柱梁接合部に方杖材を設置して補強された架構は、ピン接合である柱梁接合部に方杖材を設置して補強された構造より、地震力や風などの水平力に対する架構の剛性が高く、地震や暴風時の層間変形の応答を抑えることができる。この結果、内外装の損傷を抑えられ、災害時の復旧コストを抑制することができるものとなっている。
耐震設計上想定している規模を上回る巨大な地震が発生し、当該地震によるエネルギーが方杖材の吸収可能なエネルギーを超えて架構に作用した場合、当該方杖材の吸収可能なエネルギーを超えるエネルギーは架構に作用することとなるが、柱梁接合部は、接合される柱および梁の全塑性耐力を上回る耐力を有しているので、柱や梁よりも先んじて接合部が破壊されることはなく柱は梁を塑性化させることでエネルギーを吸収して架構の倒壊を免れることが可能となっているのである。
これによれば、方杖材がエネルギーを吸収するダンパーとして揺れの初期段階から効率よくエネルギーを吸収するので、建物の最大変形を抑え、損傷を小さくすることができる。
(3)また、前記方杖材を形成するダンパーは、低降伏点鋼を用いて形成されていることが好ましい。
これによれば、方杖材が低降伏点鋼からなるダンパーであるため、ゴムや樹脂等の粘弾性体と異なり、温度や湿度等の周辺環境により性状を変化させる虞は著しく低減され、さらには、時間的安定性および耐久性も極めて高いものとすることができる。
この架構を構築したのち、相対する大梁2の間に小梁を適宜架け渡した上でALC(軽量気泡コンクリート)からなる床パネルを梁の上フランジに載置して床が構成され、外周部の大梁2にALCからなる壁パネルを取り付けることによって外壁が構成されて住宅Aの躯体が完成する。
梁受け部1eは、大梁2の孔2eと同様に、上部2段と最下段の計6個の孔1fが、大梁2と接合するボルト4を螺入する孔であり、下から2段目の孔2個は位置合わせ用の孔である。柱・柱接合部1bは、特開平6−180026号公報、特開平8−60740号公報等に記載された公知の接合部構造によって3階の大梁2との梁受け部1eの上方に形成されている。
大梁2の各端部には、柱1に接合されるエンドプレート2dが溶接により取り付けられている。該エンドプレート2dは、所定の厚さを有する平板状に形成されており、該エンドプレートには、横方向に中心から左右対称に2列、縦方向に等間隔に4段、同一径の孔2eが計8箇所穿たれている。孔2eのうち上部2段と最下段の計6個の孔が柱1との接合に使用するボルト4を挿通する為の孔である。
なお、下から2段目の孔2個は柱1に大梁2を取り付ける接合作業の際、「シノ」と称する挿嵌部材を挿し込んで位置合わせを行う為の孔であり、これら柱1と大梁2との接合には使用しない。このように柱1の梁受け部1eに大梁2のエンドプレート2dが重ね合わされ、これらを上述の如くボルト締結することにより、柱梁接合部Bが形成される。
詳述すると、柱と梁との接合部を剛接合とする場合、梁は地震発生時に躯体に作用する地震エネルギーを塑性変形により吸収する構造要素となることが期待されている。大きな地震動を受けている間に亘って梁の塑性化によるエネルギー吸収機構を保持するためには、当該梁を保持する柱との接合部である梁両端の柱梁接合部が破断してはならない。このように、梁の塑性変形能を充分に発揮させるべく、梁の塑性変形よりも先に柱梁接合部を破断させない接合状態を保有耐力接合という。
そこで、梁の終局耐力をその全塑性モーメントで評価すると、柱梁接合部の必要曲げ耐力は以下の式で規定される。
図5に示すダンパー5は、低降伏点鋼からなる芯部材5aと、該芯部材5aに圧縮力を作用させた際の座屈を防止する為の座屈防止部材5bとからなる。
芯部材5aは、矩形断面を有する扁平で長尺な棒板状の本体5a1と、該本体5a1の一端に溶接され大梁2のフランジ2bに接合される平板状の第1座部5a2と、該本体5a1の他端に溶接されて柱1のダンパー受け部1gに接合される平板状の第2座部5a3とを備えている。
これにより、座屈防止部材5bによって芯部材5aは弱軸まわりの面外曲げが規制され、芯部材5aの座屈が規制されることとなっている。この結果、ダンパー5は引張力とともに圧縮力をも負担することができ、正負いずれの水平力に対しても抵抗することができるものとなっている。
このように、柱梁接合部Bの近傍にダンパー5を設けることにより、本実施形態の架構Cが構成される。
そして、ごくまれに発生する巨大地震により想定を超える水平力が作用した場合、柱梁接合部Bに先行して、先ず、上記と同様にダンパー5が塑性変形域に達し、その後、更に大きな水平力が作用することでダンパー5が破断等して耐力要素として機能しなくなったとしても、柱梁接合部Bは、被接合材である柱1及び大梁2の全塑性耐力を上回る保有耐力接合により形成されているので、柱1や大梁2の塑性化に伴うエネルギー吸収過程においてこれら柱1や大梁2に先行して壊れてしまうことはなく、当該柱1や大梁2の塑性化によるエネルギー吸収能を発揮させることができる。のみならず、柱梁接合部Bの破壊を防止することで架構全体の倒壊が回避されることとなるのである。
当該図において、縦軸は地震により架構に作用する水平力を示し、横軸は層間変形量を示しており、かかる座標軸に示されるグラフGは、架構の変形性状を示しており、原点から地点hまでが上記特許文献1に示される比較例1の架構の変形性状を示し、原点から地点iまでが上記特許文献2に示される比較例2の架構の変形性状を示し、原点から地点jまでが本実施形態の架構の変形性状を示している。
当該図に示すとおり、特許文献1の構成は方杖材のみが水平力に抵抗するので、方杖材が降伏に達した時点で、それ以上架構の水平耐力は上昇しない。特許文献2の構成は、方杖材が降伏に達した後も、柱梁に作用する力が増大することで架構の水平耐力は上昇するが、梁が曲げ耐力に達する前に柱梁接合部が破壊するので、その後は、それ以上の水平耐力の上昇はない。
このように、本実施形態においては、地震の規模や特性の不確実性に対して、冗長性の高い架構を形成することができるものとなる。
また、ダンパー5は、低降伏点鋼を用いて形成されているため、ゴムや樹脂等の粘弾性体によりかかるダンパーを形成する場合と異なり、日射による紫外線照射、温度や湿度等の周辺環境や経年により性能が変化することなく、時間的安定性および耐久性も極めて高い。したがって、温度変化や時間経過によらず、建物全体の構造躯体としての耐震性を安定的に発揮させるものとなる。
また、純鉄骨造以外に鋼管柱にセメントミルクを充填したCFT造や鉄骨鉄筋コンクリート造にも適用可能である。また、本発明の構成は、柱と梁の接合部を半剛接合する構成においても、採用可能である。
B…柱梁接合部
C…架構
1…柱
1a…柱脚プレート
1b…柱・柱接合部
1c…下部柱
1d…上部柱
1e…大梁との接合部
1f…孔
1g…ダンパー受け部
2…大梁(梁)
2a…上フランジ
2a1…孔群
2b…下フランジ
2b1…孔群
2c…ウェブ
2d…エンドプレート
2e…孔
3…基礎
4…ボルト
5…ダンパー(方杖材)
5a…芯部材
5a1…本体
5a2…第1座部
5a3…第2座部
5b…座屈防止部材
5b1…平板
5b2…側板
5b3…ボルト
Claims (3)
- 鋼材からなる柱と梁とを接合してなる柱梁接合部の近傍に、前記柱と梁とに亘って方杖材を架設して補強された架構の補強構造であって、
前記方杖材は、前記柱及び梁よりも先に降伏に至るものであって、
前記柱梁接合部は、前記柱と梁とを剛接合又は半剛接合して形成される共に、前記柱及び梁の全塑性耐力を上回る耐力を有する保有耐力接合とされている
ことを特徴とする架構の補強構造。 - 前記方杖材は、少なくとも前記柱、梁及び柱梁接合部のいずれかに作用する荷重によって生じるエネルギーを吸収するダンパー性能を有していることを特徴とする請求項1に記載の架構の補強構造。
- 前記方杖材は、低降伏点鋼を用いて形成されていることを特徴とする請求項2に記載の架構の補強構造。
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CN107447861A (zh) * | 2017-09-09 | 2017-12-08 | 北京工业大学 | 一种带斜撑的装配式钢结构方管柱梁柱节点连接装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0941481A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-10 | Takenaka Komuten Co Ltd | 柱梁架構の制振部材 |
JP2006052612A (ja) * | 2004-08-16 | 2006-02-23 | Kanagawa High-Technology Foundation | 構造物の柱と梁の接合構造 |
JP2008266964A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Asahi Kasei Homes Kk | 柱及び柱と梁との接合部構造 |
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2009
- 2009-10-02 JP JP2009230122A patent/JP2011074732A/ja active Pending
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