JP2012144864A

JP2012144864A - 構造物

Info

Publication number: JP2012144864A
Application number: JP2011002278A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Seki; 光雄関; Katsuto Ohata; 勝人大畑; Emi Muta; 恵美牟田
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】構造設計の自由度を高めることが可能な、柱梁架構を有する構造物を提供する。
【解決手段】第２柱梁架構１８の面外方向の力が第１柱梁架構１６の面内方向へ伝達されるように第１柱梁架構１６と第２柱梁架構１８とを床版３４で連結しているので、第１柱梁架構１６の面内方向に対する第１柱梁架構１６の柱位置と第２柱梁架構１８の柱位置とを全て合わせる必要がなくなり、構造設計の自由度を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、柱梁架構を有する構造物に関する。

特許文献１には、平面視にて桁行方向に立設され対向し合う柱梁架構と、住戸同士の戸境に沿ってこの柱梁架構の間に立設された複数の間柱とを有する集合住宅が開示されている。間柱と柱梁架構の柱、及び間柱同士は、小梁によって連結されている。

特許文献１の集合住宅のような、外周に柱梁架構が立設されている構造物においては、間柱と柱梁架構の柱とを梁によって連結しているので、桁行方向に対する間柱と柱梁架構の柱との位置を合わせなければならない。すなわち、間柱の位置は柱梁架構の柱の位置に拘束されてしまい、または、柱梁架構の柱の位置は間柱の位置に拘束されてしまうので、自由な構造設計を妨げる１つの要因となる。

特開２００６−３７６４９号公報

本発明は係る事実を考慮し、構造設計の自由度を高めることが可能な、柱梁架構を有する構造物を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、第１柱梁架構と、前記第１柱梁架構に隣接配置され、構面の延長面が前記第１柱梁架構の構面と交差するように配置された第２柱梁架構と、を備え、前記第２柱梁架構の面外方向の力が前記第１柱梁架構の面内方向へ伝達されるように前記第１柱梁架構と前記第２柱梁架構とを床版で連結し、前記床版は、前記第２柱梁架構の面外方向の力によりせん断変形してエネルギーを吸収する構造物である。

請求項１に記載の発明では、第２柱梁架構の面外方向の力が第１柱梁架構の面内方向へ伝達されるように第１柱梁架構と第２柱梁架構とを床版で連結しているので、第１柱梁架構の面内方向に対する第１柱梁架構の柱位置と第２柱梁架構の柱位置とを全て合わせる必要がなくなる。よって、構造設計の自由度を高めることができる。

また、第２柱梁架構の面外方向の力により床版がせん断変形してエネルギーを吸収する。これにより、構造物の耐震性を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、前記床版は、鋼板または波形鋼板である。

請求項２に記載の発明では、床版を、鋼板または波形鋼板とすることにより、変形による高いエネルギー吸収能力を発揮させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記第２柱梁架構の構面の延長面が前記第１柱梁架構の構面と直交するように、前記第１柱梁架構と前記第２柱梁架構とが配置されている。

請求項３に記載の発明では、直交する平面２方向（第１柱梁架構の面内方向と、第２柱梁架構の面内方向）の地震力に対して、第１柱梁架構と第２柱梁架構とを効果的に抵抗させることができる。

本発明は上記構成としたので、構造設計の自由度を高めることが可能な、柱梁架構を有する構造物を提供することができる。

本発明の実施形態に係る構造物を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る構造物を示す平面図及び正面図である。本発明の実施形態に係る床版を示す側断面図である。本発明の実施形態に係る床版を示す平面図である。本発明の実施形態に係る構造物を示す側面図である。本発明の実施形態に係る構造物の変形例を示す平面図である。本発明の実施形態に係る床版の変形例を示す側断面図である。本発明の実施形態に係る複合柱を示す正面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本実施形態では、集合住宅の建物を構成する躯体構造に本発明の構造物を適用した例を示すが、本発明の構造物は、病院や老人保健施設等のさまざまな用途の建物を構成する躯体構造に適用できる。

まず、本発明の実施形態である構造物について説明する。

図１の斜視図、図２（ａ）の平面図、及び図２（ｂ）の正面図に示すように、集合住宅の建物を構成する躯体構造としての構造物１０が、地盤１２上に設けられた鉄筋コンクリート製の基礎１４上に建てられている。

構造物１０は、基礎１４上に立設され対向して配置された一対の第１柱梁架構としての外架構１６と、基礎１４上に立設され外架構１６に隣接して一対の外架構１６の間に複数配置された第２柱梁架構としての内架構１８とを備えている。隣り合う内架構１８同士は、対向して配置されている。また、内架構１８は、平面視にて構面の延長面が外架構１６の構面と略直交するように配置されている。

外架構１６は、略鉛直に配置されたＨ形鋼からなる柱２０と、略水平に配置されたＨ形鋼からなる梁２２とが格子状に組まれた柱梁架構であり、柱２０と梁２２とは、突き合わせ溶接によって接合されている。内架構１８は、略鉛直に配置されたＨ形鋼からなる柱２４と、略水平に配置されたＨ形鋼からなる梁２６とが格子状に組まれた柱梁架構であり、柱２４と梁２６とは、突き合わせ溶接によって接合されている。

隣り合い対向する内架構１８の柱２４同士は、Ｈ形鋼からなる繋ぎ梁２８によってつながれている。柱２４と繋ぎ梁２８とは、突き合わせ溶接によって接合されている。また、隣り合い対向する内架構１８の梁２６には、居住部３０を上方に形成する床スラブ３２が架設されている。床スラブ３２は、隣り合い対向する内架構１８の梁２６に架設され敷き並べられた複数のハーフプレキャスト床板上にコンクリート打設することによって形成され、梁２６及び繋ぎ梁２８に支持されている。図３（ａ）の側断面図に示すように、床スラブ３２を構成するコンクリートＶは、繋ぎ梁２８のウェブ５２の右側を覆うコンクリートＶと一体に形成されている。なお、床スラブ３２は、他の方法によって形成してもよい。

図３（ａ）、及び図４の平面図に示すように、建物のバルコニーを構成する波形鋼板からなる床版３４が、外架構１６の梁２２と、内架構１８の柱２４同士をつなぐ繋ぎ梁２８とに架設されている。床版３４は、一方の端部が溶接等により梁２２のウェブ５０に固定され、他方の端部が溶接等により繋ぎ梁２８のウェブ５２に固定されている。これにより、内架構１８の外柱２４（内架構１８を構成する複数の柱２４の内、外側に配置されている柱２４）、床スラブ３２、及び繋ぎ梁２８を、床版３４だけで、外架構１６の柱２０及び梁２２と連結している。すなわち、内架構１８に生じる内架構１８の面外方向の力が、外架構１６に対して外架構１６の面内方向へ伝達されるように、外架構１６と内架構１８とを床版３４だけで連結している。

床版３４は、地震等により内架構１８に生じる内架構１８の面外方向の力が伝達された際に、せん断変形してエネルギーを吸収する。また、床版３４は、波形鋼板の折り筋が外架構１６の面内方向（以下、「Ｘ方向」とする）と略一致するように配置されている。なお、床版３４は、波形鋼板の折り筋が内架構１８の面内方向（以下、「Ｙ方向」とする）と略一致するように配置してもよい。波形鋼板の折り筋がＸ方向と略一致するように床版３４を配置すれば、内架構１８に生じるＸ方向の力を外架構１６へ効果的に伝達できるので好ましい。

図５の側面図に示すように、内架構１８の構面には、耐震部材としての波形鋼板耐震壁４２と鋼製ブレース４４とが上下方向に対して交互に配置され取り付けられている。なお、耐震部材としては、波形鋼板耐震壁４２や鋼製ブレース４４の他に、鋼板耐震壁、鋼製制振ブレース、鉄骨枠付きコンクリート耐震壁、ダンパー、コンクリート耐震壁等が挙げられる。鋼製ブレース、鋼板耐震壁、波形鋼板耐震壁、鋼製制振ブレースを用いれば、内架構１８を軽量にすることができるので好ましい。

次に、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

例えば、外架構１６と内架構１８とを梁部材によってつなぐ構造物の場合、Ｘ方向に対する外架構１６の柱２０の位置と、内架構１８の柱２４の位置とを合わさなければならない。これに対して、本実施形態の構造物１０では、図２（ａ）に示すように、内架構１８に生じる内架構１８の面外方向（Ｘ方向）の力が、外架構１６に対して外架構１６の面内方向（Ｘ方向）へ伝達されるように、外架構１６と内架構１８とを床版３４だけで連結しているので、Ｘ方向に対する外架構１６の柱２０の位置と、内架構１８の柱２４の位置とを全て合わせる必要がなくなる。

よって、Ｘ方向に対する外架構１６の柱２０の位置に拘束されることなく、内架構１８の柱２４の位置を設定することができ、隣り合い対向する内架構１８の間に構築される居住部３０の住戸間取りを自由に設定することができる。また、Ｘ方向に対する内架構１８の柱２４の位置に拘束されることなく、外架構１６の柱２０の位置を設定することができ、外架構１６の柱２０を構造上や景観上において適した配置に設定できる。すなわち、構造設計の自由度を高めることができる。

また、内架構１８の間柱２４（内架構１８を構成する複数の柱２４の内、内側に配置されている柱２４）は、一方向（Ｙ方向）の地震力に対して抵抗できるように配置すればよいので、間柱２４の配置自由度が高くなる。例えば、多くの間柱２４で内架構１８の梁２６をロングスパンにならないように支持すれば、梁２６の剛性が大きくなるので、この梁２６に支持された床スラブ３２の振動を低減することができる。

また、外架構１６と内架構１８とは、それぞれ一方向（外架構１６はＸ方向、内架構１８はＹ方向）の地震力に対して抵抗させればよいので、外架構１６や内架構１８の柱２０、２４に作用する曲げ荷重に対して効果的な構造断面配置（対象とする地震力の方向を長辺とする長方形状の構造断面配置）にできる。

また、内架構１８は、平面視にて構面の延長面が外架構１６の構面と略直交するように配置されているので、直交する平面２方向（Ｘ方向とＹ方向）の地震力に対して、外架構１６と内架構１８とを効果的に抵抗させることができる。

また、内架構１８に生じるＸ方向の力は、外架構１６が主に負担するので、隣り合い対向する内架構１８同士をつなぐ繋ぎ梁２８の梁成を小さくすることができる、又は無くすことができる。これにより、隣り合い対向する内架構１８の間に構築される居住部３０の住戸における、外架構１６側へ向く面のハイサッシ化を図ることができる。

また、隣り合い対向する内架構１８の柱２４同士は、繋ぎ梁２８によってつながれているので、内架構１８の柱２４と繋ぎ梁２８とにより架構が構成されて、この架構をＸ方向の地震力に対して抵抗させることができる。例えば、内架構１８の柱２４と繋ぎ梁２８とにより構成される架構に、構造物１０に作用するＸ方向の全地震力の１０％程度を負担させることができる。また、繋ぎ梁２８を設けることにより、内架構１８が建て易くなる。さらに、Ｘ方向の水平荷重に対する柱２４の座屈長さを短くでき、座屈耐力を大きくすることができる。

また、構造物１０に作用するＹ方向の地震力に対しては、内架構１８により抵抗するとともに、耐震部材（波形鋼板耐震壁４２及び鋼製ブレース４４）の有するせん断剛性やエネルギー吸収性によって地震力を低減し、構造物１０に作用するＸ方向の地震力に対しては、外架構１６により抵抗するとともに、床版３４のせん断変形によりエネルギーを吸収して地震力を低減する。これにより、構造物１０の耐震性を高めることができる。

床版３４は、波形鋼板により構成されているので、変形による高いエネルギー吸収能力を発揮させることができる。また、板厚や波形形状を調整することによって剛性やせん断降伏耐力等の性能を制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本発明の実施形態で説明したように、外架構１６と内架構１８とは、内架構１８に生じる内架構１８の面外方向（Ｘ方向）の力が、外架構１６に対して外架構１６の面内方向（Ｘ方向）へ伝達されるように床版３４だけで連結されていればよい。すなわち、内架構１８の外柱２４（内架構１８を構成する複数の柱２４の内、外側に配置されている柱２４）、繋ぎ梁２８、及び床スラブ３２の少なくとも１つと、外架構１６の柱２０及び梁２２の少なくとも１つとをつなぐ全てが床版３４だけで連結されていればよい。例えば、内架構１８と床版３４とが直接接合されておらず、繋ぎ梁２８や床スラブ３２を介して内架構１８と床版３４とがつながっている構成も、「外架構１６と内架構１８とを床版３４だけで連結している」ことに含まれる。

また、複数の内架構１８の内の一部又は全部の内架構１８は、外架構１６と梁部材でつながれていてもよい。すなわち、外架構１６と内架構１８とは、必ずしも、内架構１８に生じる内架構１８の面外方向（Ｘ方向）の力が、外架構１６に対して外架構１６の面内方向（Ｘ方向）へ伝達されるように床版３４だけで連結されていなくてもよい。必要に応じて梁部材を設けて外架構１６と内架構１８とを連結し、居住部３０のレイアウトや外架構１６の構造の都合等で、Ｘ方向に対する外架構１６と内架構１８との柱位置を合わせられない箇所においては梁部材を設けないようにしてもよい。このようにすれば、梁部材を設けた付近の床版３４の剛性を小さくすることができる。

また、最初に複数の内架構１８を立設した後に外架構１６を立設する場合に、外架構１６の建て方精度を確保するためにアングル材等の仮設の部材によって内架構１８の外柱２４を外架構１６につないでいる状態は、「外架構１６と内架構１８とを床版３４だけで連結している」ことに含まれる。

また、本発明の実施形態では、隣り合い対向する内架構１８の柱２４同士が、繋ぎ梁２８によってつながれている例を示したが、内架構１８に生じるＸ方向の力を、外架構１６だけで十分に負担できる場合には、繋ぎ梁２８はなくてもよい。

また、本発明の実施形態で示した外架構１６と内架構１８とは、内架構１８が外架構１６に隣接配置され、内架構１８の構面の延長面が外架構１６の構面と交差するように配置されていればよい。例えば、図６（ａ）〜（ｄ）の平面図に示すような外架構１６と内架構１８との平面配置であってもよいし、図６（ａ）〜（ｄ）に示すような外架構１６と内架構１８との平面配置を自由に組み合わせてもよい。

また、本発明の実施形態では、外架構１６及び内架構１８の構造形式を鉄骨造とした例を示したが、外架構１６及び内架構１８は、さまざまな構造形式とすることができる。例えば、外架構１６及び内架構１８を、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、木造としてもよい。また、外架構１６及び内架構１８の柱２０、２４や、梁２２、２６を、形鋼と、形鋼のウェブと一体の鉄筋コンクリートとを有する部材（以下、「コンクリート・形鋼一体型柱部材」、「コンクリート・形鋼一体型梁部材」とする。）としてもよい。

内架構１８を鉄骨造として、外架構１６の柱２０、梁２２を、コンクリート・形鋼一体型柱部材、コンクリート・形鋼一体型梁部材とするのがより好ましい。このようにすれば、鉄骨柱や鉄骨梁に比べて、柱や梁の剛性及び耐火性能を向上させることができる。また、柱座屈や梁横座屈に対する座屈耐力を大きくすることができる。

また、外架構１６及び内架構１８を鉄骨造とするのが好ましい。このようにすれば、外架構１６及び内架構１８を軽量にすることができ、外架構１６及び内架構１８に作用する地震力を小さくすることができるので、外架構１６及び内架構１８の柱２０、２４や梁２２、２６の構造断面を小さくすることができる。これにより、居住部３０のスペースを広くすることができる。

また、本発明の実施形態では、外架構１６及び内架構１８の柱２０、２４と、梁２２、２６や繋ぎ梁２８とが、突き合わせ溶接によって接合されている例を示したが、必要とする接合強度が得られれば他の方法（例えば、ＰＣ鋼棒を用いた圧着接合、ボルト接合）を用いて柱２０、２４と、梁２２、２６や繋ぎ梁２８とを接合してもよい。ＰＣ鋼棒を用いた圧着接合やボルト接合を用いた場合には、溶接やコンクリート打設等の煩雑な作業を行なわずに、効率よく柱２０、２４と、梁２２、２６や繋ぎ梁２８との接合を行なうことができる。また、溶接工等のような熟練工によらずに柱梁接合作業を行うことができる。

また、本発明の実施形態では、床版３４によりバルコニーを構成する例を示したが、床版３４により建物の廊下を構成するようにしてもよい。床版３４によりバルコニーや廊下を構成することによって、外架構１６と内架構１８との接続構造体としてバルコニーや廊下を兼用することができる。

また、図７の側断面図に示すように、床スラブ３２を繋ぎ梁２８よりも外側（外架構１６側）に張り出させた跳ね出しスラブ５６によりバルコニーを構成し、この下方に床版としての波形鋼板５４を設置するようにしてもよい。この場合、波形鋼板５４は、バルコニーや廊下の役割りを果たさなくてよいので、例えば、波形鋼板５４に替えてオイルダンパーや粘性ダンパー等のダンパーを設置してもよい。

また、本実施形態では、外架構１６の梁２２と繋ぎ梁２８とに、床版３４を架設した例を示したが（図３（ａ）を参照のこと）、外架構１６の柱２０に床版３４の端部を接合し、外架構１６の梁２２に床版３４の端部を直接接合しなくてもよい。このようにすれば、外架構１６の梁２２の高さに拘束されることなく床版３４の高さを自由に設定することができ、外架構１６及び内架構１８の構造設計の自由度をさらに高めることができる。内架構１８に生じるＸ方向の力を外架構１６の柱２０に十分に伝達させることが期待できない場合には、図３（ｂ）の側断面図に示すように、外架構２０の梁２２と、床版３４の端部とを、コンクリート、ブレース、鋼板等の力伝達部材３６によって連結すればよい。

また、本発明の実施形態では、床スラブ３２を構成するコンクリートＶを、繋ぎ梁２８のウェブ５２の右側を覆うコンクリートＶと一体に形成した例（図３（ａ）を参照のこと）を示したが、図３（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼からなる繋ぎ梁２８の上面に床スラブ３２を支持するようにしてもよい。

また、本発明の実施形態で示した複数の内架構１８の内、平面視にて構造物１０の外周に沿って配置された内架構１８（例えば、図２（ａ）においては、一番右に配置された内架構１８と、一番左に配置された内架構１８）の外柱２４（内架構１８を構成する柱２４の内、外側に配置されている柱２４）と、外架構１６とを梁部材によってつなげてもよい。これにより、構造物１０全体としての一体化を高めることができ、この梁部材を外壁の下地として利用することができる。

また、本発明の実施形態で示した外架構１６の柱２０を、複合柱にしてもよい。これにより、Ｘ方向の曲げ耐力及び曲げ剛性を大きくすることができる。また、小さい部品の組合せにより、Ｘ方向の曲げ耐力及び曲げ剛性の大きい柱２０を構成することができる。

複合柱としては、例えば、図８の正面図に示すような、立設された複数のＨ形鋼５８同士を形鋼６０でつないだラダー状の複合柱２０の他に、立設された複数のＨ形鋼同士をブレースやパネルによってつないだ複合柱が挙げられる。また、例えば、立設された複数のＨ形鋼同士を形鋼、ブレース、パネル等の部材によってつながずに、間隔をおいて配置するだけでもよい。

また、本発明の実施形態では、耐震部材としての波形鋼板耐震壁４２及び鋼製ブレース４４を、内架構１８の構面に取り付けた例を示したが、内架構１８の左右に位置する全ての層の構面にコンクリート耐震壁を設置して連層耐震壁を構成し、これらの連層耐震壁間を境界梁でつなげた建物構造にしてもよい。

また、例えば、構造物１０の改修時に居住部３０のレイアウト変更ができるように、内架構１８の構面に乾式壁を設置してもよい。例えば、内架構１８の左右に位置する構面に耐震壁を設置し、中央に乾式壁を設置すれば、改修時に乾式壁を取り壊して通路（中廊下）を造ることができる。本実施形態は、先に述べたように、間柱２４の配置自由度が高いものなので、間柱２４を多く配置して内架構１８の構面を多く形成し、居住部３０の住戸のレイアウトの変更自由度をさらに高めることも可能である。

また、本発明の実施形態では、床版３４を波形鋼板とした例を示したが、床版３４は、地震等により内架構１８に生じるＸ方向の力が伝達された際に、せん断変形してエネルギーを吸収するものであればよい。例えば、床版３４を、鋼板や、高強度コンクリート、繊維補強コンクリート等のコンクリートによって形成された床部材としてもよい。床版３４を鋼板とした場合には、容易に床版３４を形成することができる。また、床版３４をコンクリートによって形成された床部材とする場合には、意図的に厚さの薄い部分を設け、この部分が先行して積極的に壊れるようにしてエネルギーを吸収させるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０構造物
１６外架構（第１柱梁架構）
１８内架構（第２柱梁架構）
３４床版

Claims

第１柱梁架構と、
前記第１柱梁架構に隣接配置され、構面の延長面が前記第１柱梁架構の構面と交差するように配置された第２柱梁架構と、
を備え、
前記第２柱梁架構の面外方向の力が前記第１柱梁架構の面内方向へ伝達されるように前記第１柱梁架構と前記第２柱梁架構とを床版で連結し、
前記床版は、前記第２柱梁架構の面外方向の力によりせん断変形してエネルギーを吸収する構造物。
前記床版は、鋼板または波形鋼板である請求項１に記載の構造物。
前記第２柱梁架構の構面の延長面が前記第１柱梁架構の構面と直交するように、前記第１柱梁架構と前記第２柱梁架構とが配置されている請求項１又は２に記載の構造物。