JP2011084904A5 - - Google Patents

Description

スキップフロア型建築物

本発明は、直交する通り芯の交点上に通し柱が配置され、各階層の床を支持する梁が隣接する通し柱に架け渡されて剛接合されることで架構が構成されるラーメン構造の建物において、特に、中間階層の一部領域において基準床の床とは異なる床の高さを有するスキップ床が形成された建物及びその設計方法に関するものである。

従来より、中間階層において一部の床（床を支持する梁）の高さが基準となる床の高さと異なる、いわゆるスキップフロア式建物がある。スキップフロア式建物は、例えば、ビルトインガレージや収納庫などの一般の居室よりも天井高が小さくても良い空間の天井高（上部の床高さ）を一般の居室よりも低く設定し、その上階に一般の居室よりも大きな天井高を有する明るく開放的なリビングルームを設ける、といったように、建物内の空間の天井高をその用途に応じて変化させることができ、建物の機能性や快適性の向上をはかることが可能である。

しかし、このようなスキップフロア式建物では、同一階層において床を支持する梁を異なる高さに設置する必要がある。また、高さの異なる床への移動手段となる階段には、踏み面とその上方の梁との間に充分な高さを確保する必要もある。従って、複雑で力学的簡潔性に欠けた架構となりがちであった。また、構造計算も複雑なものとなるので、計画段階において多大な手間や時間を要していた。

特許文献１には、中間階の床梁の高さの異なる軸組構造体間のスキップゾーン両側に通し柱を設け中間階の床梁端部を通し柱に接合した梁優先構造のスキップフロア式建築物の記載がある。このような構成によれば軸組構造体の夫々について構造計算を行うことができ、構造計算が簡単になる、とされている。

上記特許文献１のスキップフロア式建築物は、梁優先構造の軸組構造体からなるスキップフロア式建築物において構造計算を簡単に行い得るように構成したものであり、より一般的な構造形式である、直交する通り芯の交点上に通し柱を配置するとともに、各階層の床を支持する床梁を隣接する通し柱に架け渡して剛接合すことで架構が構成されたラーメン構造の建物に適用してそのような効果が期待できるものではない。

特開平４−７４３６号公報

本発明は、このような従来技術の課題を解決し、力学的観点から簡潔な架構を容易に構成することができ、また、簡便な構造計算をすることが可能なスキップ床を有するラーメン構造の建物及びその設計方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、所定の床高さを有する基準床と、当該基準床とは異なる床高さを有するスキップ床を有するラーメン構造の建物であって、
所定の階層の床が基準床で構成された第一基本グリッドと、
前記所定の階層の床がスキップ床で構成された第二基本グリッドと、
前記第一基本グリッドと第二基本グリッドとが連結され、前記基準床と前記スキップ床とが混在して床段差部が形成された連結グリッドを有する建物を提案する。

本明細書において、「基準床」と「スキップ床」という用語は同一階層で異なる高さの２つの床を区分するために用いたものであり、高さの異なる２つの床があるとき、一方を「基準床」他方を「スキップ床」と称するが、当該名称は相対的な関係を表すに過ぎないので、名称が逆であっても支障は無い。例えば、工業化住宅において各階層に対し居室として標準的な天井高（例えば２４００ｍｍ）を与える高さの床を基準床、これとは異なる高さの床をスキップ床、と定義付けてもよい。また、当該階層において面積の大きな床を基準床、面積の小さな床をスキップ床と定義付けてもよい。

「グリッド」とは、４本の通し柱とこれらを連結する各階層の大梁からなるラーメン構造の立体的な架構の基本単位を意味する用語として用いる。所定階層の床が基準床で構成された第一基本グリッドは、所定の階層については床が基準床からなるが、第一基本グリッド内の所定の階層の上あるいは下に位置する異なる階層の床が基準床からなるか否かは限定されない。所定の階層の床がスキップ床で構成された第二基本グリッドについても同様である。例えば、第一グリッドの所定の階層以外の階層の床が基準床であってもスキップ床であってもよいし、第二グリッドの所定の階層以外の階層の床が基準床であってもスキップ床であっても良い。

グリッドが連結される際は、２つのグリッドが接する面を構成する柱梁は、両方のグリッドに属する（両方のグリッドを構成する）ものであってもよい。連結グリッドは、前記所定の階層の床が、前記基準床と同一の高さで連続する連結基準床と、前記スキップ床と同一の高さで連続する連結スキップ床とを有するものである。

前記連結グリッドは、第一、第二基本グリッドと接する面における第一、第二基本グリッドを構成する通し柱及び第一、第二基本グリッドの各階層床を支持する大梁、並びに第一、第二基本グリッドと接しない面において一方の基本グリッドの大梁と高さが一致するように通し柱に接合された連結大梁をグリッド構成部材としており、
前記基準床とスキップ床との段差部は、一端が前記通し柱に接合され、他端が前記大梁または連結大梁から起立あるいは垂下した束柱に接合された部分梁を用いて構成されるものである。
また、第一基本グリッド、第二基本グリッド及び連結グリッドの床は、その一部に吹き抜けや階段室などの開口が形成されたものであってもよい。

本発明はまた、所定の床高さを有する基準床と、当該基準床とは異なる床高さを有するスキップ床を有するラーメン構造の建物の設計方法であって、
所定の階層の床が基準床で構成された第一基本グリッドと、
前記所定の階層の床がスキップ床で構成された第二基本グリッドと、
前記第一基本グリッドと第二基本グリッドとが連結され、前記基準床と前記スキップ床とが混在して床段差部が形成された連結グリッドを有する建物の設計方法を提案する。

本発明の請求項１の建物の構成によれば、基準床のみで構成された第一基本グリッドとスキップ床のみで構成された第二基本グリッドとが連結され、内部に基準床とスキップ床が混在し床段差部が形成された連結グリッドを有している。すなわち、スキップ床が形成された建物の架構を複雑且つ不安定にする主要因である基準床とスキップ床との段差部や階段が連結グリッド内に集約され、該連結ユニットが構造的に明快かつ安定した二つの基本グリッドで挟み込まれて保持されるように構成されている。従って、大地震の際にも連結グリッドの耐震性を十分確保することができ、安定した建物全体の架構を構成することができる。

また、精緻かつ多大な労力を要する構造計算が不要となり、連結グリッド部の複雑な架構を単純な構造モデルに置き換えることによって構造計算を簡略化することができる。更に、このような構成にすることによって、熟練度の低い設計者であっても構造的に問題のないスキップ床を有する建物を比較的簡便に設計することができる。

更に請求項２に記載された建物の構成によれば、連結グリッドが連結大梁を備えているのでラーメン架構の連続性が保持され、連結大梁で支持されない高さの異なる床はラーメン架構の地震時の安全性に大きな影響を及ぼさない部分梁によって支持される。

従って、常に安定した架構を構成することができ、また、ラーメンの主架構に手を加えることなく、部分梁の長さや配置を適宜変更するだけで夫々の高さの床の領域を容易に（大掛かりな構造計算のやり直しをすることなく）変更することができる。

また、請求項３の設計方法によれば、連結グリッド内に限定して立体的な意匠設計や複雑な架構の設計を行うことができるので、熟練度の低い設計者であっても構造的に問題のないスキップ床を有する建物を比較的簡便に設計することができる。

以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、実施例は発明の理解を容易にするために具体例に基づいて記載するものであって、本発明が記載された実施例に限定されるものでないことは自明である。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に基づいて定められるものであり、特許請求の範囲に記載された構成によって規定される発明に均等な発明を含む。

（各実施例共通事項）
本実施例の建物Ａは、鉄骨造３階建ての工業化住宅であり、構造形式は直交する通り芯の交点上に通し柱が配置され、各階層の床を支持する大梁が隣接する通し柱に架け渡されて剛接合されて構成されたラーメン構造である。

図１及び図２に示したように、基本架構は、直交する「通り芯」（柱や大梁の配置基準線）上に格子状に構築された鉄筋コンクリート造の布基礎１の交点上（通り芯の交点上）に、第１層から最上層まで連続する通し柱２を配置し、各階層において隣接する通し柱２の間に大梁３を掛け渡し、その端部を通し柱２に剛接合して構成されている。

この基本架構を構築したのち、相対する大梁３の間に小梁４（図３参照）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５（図３参照）を梁の上フランジに載置して床Ｂが構成され、外周部の大梁３にＡＬＣからなる壁パネル（図示しない）を取り付けることによって外壁が構成されて躯体が完成する。
通し柱２に接合される大梁３はＨ形鋼からなる。大梁３端部の通し柱２との接合部は、大梁３の両端部に溶接された接合プレート３ａで構成され、接合プレート３ａには、同一径の複数の孔３ｂが穿たれている。

通し柱２は、横断面内に溶接による継目が存在しない角形鋼管（いわゆるシームレスパイプ）からなり、長さ方向についても中間部に継目を有することなく構成されている。
通し柱２は、各階層の階高が、住宅としての一般的な天井高（例えば２４００ｍｍ）に対応した高さとなるように大梁３の基準接合レベルが設定されており、柱２の全ての面には各階大梁３の基準接合レベルに合わせて、大梁３との接合部（第１の梁接合部）２ｅ１、２ｆ１、２ｇ１が形成されている。大梁３との接合部には大梁３の接合プレート３ａの孔３ｂに対応して複数のネジ孔２ｈが穿たれている。

更に、第２層の基準接合レベル（第１の梁接合部２ｅ１）から下方向及び上方向の所定(例えば１０００ｍｍ)の位置には、第１の梁接合部２ｅ１と同様の構成で第２の梁接合部２ｅ２と第３の梁接合部２ｅ３が形成されている。また、第３層においても同様に基準接合レベル（第１の梁接合部２ｆ１）から下方向及び上方向の所定の位置には、第１の梁接合部２ｆ１と同様の構成で第2の梁接合部２ｆ2と第３の梁接合部２ｆ３が形成されている。大梁３端部の接合プレートの孔と通し柱２の梁接合部２ｅ１、２ｆ１、２ｇ１等とのネジ孔とを一致させて、高力ボルト１０で締結することによって通し柱２と大梁３とが剛接合される。

（第１実施例）…直線型
図３に示す第１の実施例に基づく建物Ａは、第一基本グリッドＡ１、第二基本グリッドＡ２、及びこの二つの基本グリッドＡ１、Ａ２を連結する連結グリッドＡ３の３つのグリッドからなり、これらが平面視で一直線状となるように構成されている。

なおここで、「グリッド」とは、４本の通し柱とこれらを連結する各階層の大梁からなるラーメン構造の架構の基本単位と定義する。また、２つのグリッドが接する場合、２つのグリッドが接する辺上の通し柱や大梁は、一方のグリッドのみの構成部材ではなく、２つのグリッド共通の構成部材と考える。
第一基本グリッドＡ１では、第２層については第２の梁接合部２e２を利用して大梁３が接合され、また第３層についても第２の梁接合部２ｅ２を利用して大梁３が剛接合されている。

第二基本グリッドＡ２では、第２層については第１の梁接合部２e１を利用して大梁３が接合され、第３層については第３の梁接合部２ｆ３を利用して大梁３が剛接合されている。

第一基本グリッドＡ１と第二基本グリッドＡ２を連結する連結グリッドＡ３は、２つの基本グリッドＡ１、Ａ２と接する面の夫々の基本グリッドＡ１、Ａ２を構成する通し柱２、及び夫々の基本グリッドＡ１、Ａ２の各階層床を支持する大梁３、並びに夫々の基本グリッドＡ１、Ａ２と接しない２つの面において一方の基本グリッドの大梁３と高さが一致するように第一基本グリッドＡ１を構成する通し柱２と第二基本グリッドＡ２を構成する通し柱２とに剛接合された２本の連結大梁６をグリッド構成部材としている。本実施例では、夫々の基本グリッドＡ１、Ａ２と接しない２つの面がともに、第２層については第二基本グリッドＡ２の大梁３と等しい高さとなるように通し柱２の第１の梁接合部２e１を利用して連結大梁４が剛接合され、第３層については第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように通し柱２の第２の梁接合部２f２を利用して連結大梁４が剛接合されている。

（第１実施例の第２層の構成）
連結大梁６の中間部（床Ｂ２の段差部ラインとの交点上）の下フランジから垂下した吊束７と、通し柱２で支持された部分梁８が第一基本グリッドの大梁３と等しい高さとなるように設置されている。
第一基本グリッドＡ１を構成する（第一基本グリッドＡ１と共通の構成部材である）大梁３、２本の部分梁８、２本の部分梁８間に架け渡された小梁４等で支持された床パネル５によって、第一基本グリッドＡ１の床Ｂ２ａ（基準床）と同じ高さで連続する床Ｂ２ａ´（連結基準床）が連結グリッドＡ３内部に形成されている。

また、連結大梁４、第二基本グリッドＡ２を構成する（第二基本グリッドＡ２と共通の構成部材である）大梁２、２本の連結大梁４間に架け渡された小梁４等で支持された床パネル５によって、第二基本グリッドＡ２の床Ｂ２ｂ（スキップ床）と同じ高さで連続する床Ｂ２ｂ´（連結スキップ床）が連結グリッドＡ３内部に形成されている。

以上の構成により、連結グリッドＡ３内部に異なる高さの床Ｂ２ａ（Ｂ２ａ´）、Ｂ２ｂ（Ｂ２ｂ´）間の段差部が形成されている。

また、連結グリッドＡ３内部には、異なる高さの床Ｂ２ａ（Ｂ２ａ´）、Ｂ２ｂ（Ｂ２ｂ´）間の上下移動のための階段ユニット１１が、下端面がの床Ｂ２ａ´上に載置され、上端部が床Ｂ２の段差部に沿って配置された小梁４に係止された状態で設置されている。

（第１実施例の第３層の構成）
連結大梁６の中間部（床Ｂ３の段差部ラインとの交点上）の上フランジから起立した束９と、通し柱２で支持された部分梁８が第一基本グリッドの大梁３と等しい高さとなるように設置されている。
連結大梁４、第一基本グリッドＡ１を構成する（第一基本グリッドＡ１と共通の構成部材である）大梁２、２本の連結大梁４間に架け渡された小梁４等で支持された床パネル５によって、第一基本グリッドＡ１の床Ｂ３ａ（基準床）と同じ高さで連続する床Ｂ３ａ´（連結基準床）が連結グリッドＡ３内部に形成されている。

また、第二基本グリッドＡ２を構成する（第二基本グリッドＡ２と共通の構成部材である）大梁３、２本の部分梁８、２本の部分梁８間に架け渡された小梁４等で支持された床パネル５によって、第二基本グリッドＡ２の床Ｂ３ｂ（スキップ床）と同じ高さで連続する床Ｂ３ｂ´（連結スキップ床）が連結グリッドＡ３内部に形成されている。

以上の構成により、第３層においても、連結グリッドＡ３内部において、異なる高さの床Ｂ３ａ（Ｂ３ａ´）、Ｂ３ｂ（Ｂ３ｂ´）間の段差部が形成され、また、異なる高さの床Ｂ３ａ（Ｂ３ａ´）、Ｂ３ｂ（Ｂ３ｂ´）間の上下移動のための階段ユニット１１が、下端面が床Ｂ３ａ´上に載置され、上端部が床Ｂ３の段差部に沿って配置された小梁４に係止された状態で設置されている。

（第１実施例の第４層の構成）
第４層においては、２つの基本グリッドＡ１、Ａ２の大梁３及び連結グリッドＡ３の連結大梁６は、全て通し柱２の接合部２ｇ１を利用して同一高さとなるように接合されており、全てのグリッドの床（屋根）Ｂ４の高さが同一となるように構成されている。

図５は、前記第１実施例の、図３において図面を右側から見た立面図を示すものである。前記のように、第一基本グリッドＡ１と第二基本グリッドＡ２を連結する連結グリッドＡ３の、第一基本グリッドＡ１を構成する通し柱２と第二基本グリッドＡ２を構成する通し柱２とに剛接合された２本の連結大梁６、第２層において連結大梁６の中間部垂下した吊束７、吊束７と通し柱２で支持された部分梁８が図示されている。第３層においては、連結大梁６の中間部から起立した束９と、当該束９と通し柱２で支持された部分梁８が図示されている。

（第１実施例の変形例）
上記第１実施例では、連結グリッドＡ３を構成する２本の連結大梁６は、第２層については第二基本グリッドＡ２の大梁３と等しい高さとなるように設置し、第３層については第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように設置し、更に部分梁８および小梁４を適宜配置して連結グリッドＡ２内部の所定の領域に異なる高さの床Ｂ２ａ´、Ｂ２ｂ´及びＢ３ａ´、Ｂ３ｂ´を構成したが、連結グリッドＡ３内の架構はこの構成に限定されるものではない。
例えば、連結グリッドＡ３を構成する２本の連結大梁６を、第２層については第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように設置してもよく、第３層については第二基本グリッドＡ２の大梁３と等しい高さとなるように設置してもよい。
また、ある階層の２本の連結大梁６のうちの一方を第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように設置し、他方を第二基本グリッドＡ２の大梁３と等しい高さとなるように設置してもよい。

図６は、上記変形例の１つに対応するものである。前出の図５に示した構造と比較すると、連結グリッドＡ３の第２層の構造と第３層の構造が逆になっている。すなわち、第２層の連結大梁６の中間部から起立した束９’によって部分梁８’の一端が支持されており、第３層の連結大梁６の中間部から垂下した吊束７’によって部分梁８’の一端が支持されている。

（作用・効果）
上記構成によれば、内部に床Ｂ２、Ｂ３の段差部が形成されるとともに該床の段差部での上下移動のための階段ユニット１１が設置された連結グリッドＡ３で、第一基本グリッドＡ１と第二基本グリッドＡ２とが連結されるように構成されている。すなわち、スキップフロア式の建物Ａの架構を複雑且つ不安定にする主要因である床Ｂ２、Ｂ３の段差部や階段ユニット１１が連結グリッドＡ３内に集約され、連結ユニットＡ３が構造的に明快かつ安定した架構を有する二つの基本グリッドＡ１、Ａ２で挟み込まれて保持されるように構成されている。従って、大地震の際にも連結グリッドＡ３が崩壊に至ることがなく安定した全体架構を構成することができる。また、精緻な構造計算が不要となり、複雑な架構を単純な構造モデルに置き換えて構造計算を簡略化することができる。更に、このような構成にすることによって、熟練度の低い設計者であっても構造的に問題のないスキップフロア式の建物Ａを比較的簡便に設計することができる。

更には、連結グリッドＡ３が連結大梁６を備えているので建物Ａのラーメン架構の連続性が保持され、連結大梁６で支持されない高さの異なる床はラーメン架構の地震時の安全性に大きな影響を及ぼさない部分梁８によって支持される。従って、常に安定した架構を構成することができ、また、ラーメンの主架構に手を加えることなく、部分梁８や小梁４の長さや配置を適宜変更するだけで連結グリッドＡ３の内部において夫々の高さの床の領域を容易に変更することができる。

（第２実施例）
第１実施例と同一の構成については説明を省略する。第２実施例の建物は、第１実施例と同じ高さに大梁３が接合された（同じ高さに床Ｂ２、Ｂ３が設定された）第一基本グリッドＡ１と第二基本グリッドＡ２が、連結グリッドＡ３を介して平面視でＬ字状となるように構成されている。ここで、３つのグリッドの接点となる入隅部の通し柱２´は３つのグリッド全てに共通する構成部材となっている。

本実施例での連結グリッドＡ３の構成は、上記入隅部の対角線上に位置し第一基本グリッドＡ１や第二基本グリッドＡ２とは接しない隅部に通し柱２´´が配置され、二つの基本グリッドＡ１やＡ２とは接しない面の各階層には、連結グリッドＡ３の二つの基本グリッドＡ１、Ａ２のいずれかの大梁３と等しい高さとなるように連結大梁６が通し柱２間に架け渡され、剛接合されている。

第２実施例の第２層では、２本の連結大梁６の一方（第一基本グリッドＡ１側の）６´は第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように、他方（第二基本グリッドＡ２側）６´´は第二基本グリッドＡ２の大梁３と等しい高さとなるように設置されている。そして、部分梁８´は、第一基本グリッドＡ１と共通の構成部材である大梁３の中間部から起立した束９と通し柱２´によって第二基本グリッドＡ２側の連結大梁６´´と等しい高さとなるように支持され、部分梁８´´は第二基本グリッドＡ２側の連結大梁６´´から垂下した吊束７と第二基本グリッドＡ２側の通し柱２によって第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように支持されている。

また第３層では、２本の連結大梁６の双方が第一基本グリッドＡ１の大梁３と等しい高さとなるように設置されている。そして、２つの部分梁８は、第一基本グリッドＡ１と共通の構成部材である大梁３、及びこれに対向する連結大梁６の上フランジ中間部から起立した束９と第二基本グリッドＡ２側の通し柱２によって第二基本グリッドの大梁３と等しい高さとなるように支持されている。

（第２実施例の変形例）
第１実施例と同様に、連結グリッドＡ３の構成は上記に限定されるものではなく、第２層、第３層夫々の２本の連結大梁６は、二つの基本グリッドＡ１、Ａ２のどちらの大梁３と高さが等しくなるように設置してもよく、部分梁８及び小梁４を異なる高さの床を支持しうるように適宜付加することによって容易に床の段差部の架構を構築することができる。

（その他の実施例）
上記２つの実施例では、通し柱２の長さが統一されており、第４層（最上階層）の床Ｂ４の高さが同一となるように構成されているが、第４層においてもスキップ床を構成することができる。例えば、第二基本グリッドＡ２を構成する通し柱２´を第一基本グリッドＡ１を構成する通し柱２より長いものとし、通し柱２´の接合部２´ｇ１は通し柱２の接合部２ｇ１よりも高くなるように構成し、連結グリッドＡ３内において連結大梁６を第一基本グリッドＡ１の第４層の大梁３と同一高さとなるように架け渡し、部分梁８を第二基本グリッドＡ２の第４層の大梁３と同一高さとなるように束９を用いて支持するように構成することができる。

また、連結基準床と連結スキップ床とは連結グリッド内において平面的に重なるように構成してもよい。例えば、第１実施例の第３層において、Ｂ３ａ´をＢ３ｂ´の下方まで延長してもよい。

また、上記２つの実施例では、通し柱２としていわゆるシームレスパイプを使用しているが、通し柱２の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、角形鋼管、Ｈ型鋼、Ｉ型鋼、円形鋼管等が考えられる。