JP2013053445A

JP2013053445A - 柱梁架構

Info

Publication number: JP2013053445A
Application number: JP2011191874A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ikegami; 豊池上
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: JP5851162B2

Abstract

【課題】施工性を損なわずに偏心率の調整ができる柱梁架構を提供する。
【解決手段】柱梁架構１０は、建物１２の剛性の中心である剛心位置Ｓと、慣性力の力点である重心位置Ｇが一致しない偏心により、ねじれ振動を生じて耐震性が低下する階の柱梁接合部のうち、建物１２の外壁と平行であり、かつ剛心位置Ｓを通る軸線を挟んで重心位置Ｇと反対方向にある柱梁接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍを、鉛直荷重のみを伝達し曲げ荷重は伝達しないピン接合とした構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱梁架構に関する。

例えば、壁量の偏り等で剛性の中心である剛心位置と、慣性力の力点である重心位置が一致しない偏心が生じた構造物は、耐震壁を適切な位置に配置する、若しくは柱・梁の部材断面に差異を設ける等の対策を講じなければ、耐震性の低下等の弊害が生じる。このため、建物の偏心の程度を示す偏心率が大きい（０．１５を超える）場合、耐震性能を確保するため、法的に耐力の割増を要求され躯体数量の増加を招くなど、建築計画上にも影響を及ぼしていた。

偏心率を調整するため、例えば、耐震壁を追加配置したり、一部の部材断面寸法を増大させることは、一部分にだけ耐震壁を構築したり、部材寸法を一部分だけ異ならせたりする等の施工上の対応が必要となるため、施工性を悪化させる。このため、施工性を悪化させることなく、偏心率を調整する方法が求められていた。
そこで、偏心率の調整が容易な施工方法が提案されている（特許文献１）。

特許文献１の偏心率の調整方法は、予め、剛性の大きい単位パネルを複数枚用意しておき、単位パネルの位置を調整することで、建物の剛性率及び偏心率を所望の値に決定する構成である。
ここに、単位パネルは、上下梁間に相当する高さを有し、柱間を複数に分割した幅で形成され、建物の壁の全部又は一部として配置可能とされている。単位パネルは、上下端を上下梁に接合することで固定される。

しかし、特許文献１は、建物の偏心率を調整するために、新たに耐震壁としての単位パネルを複数枚準備しなければならない。また、単位パネルの断面寸法と壁の断面寸法が一致しないため、施工性の改善は期待できない。

特開昭５６−１１１７３９号公報

本発明は、上記事実に鑑み、施工性を損なわずに偏心率を調整できる柱梁架構を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る柱梁架構は、建物の剛性の中心である剛心位置と、慣性力の力点である重心位置が一致しない偏心により、ねじれ振動を生じて耐震性が低下する階の柱梁接合部のうち、前記建物の外壁と平行であり、かつ前記剛心位置を通る軸線を挟んで前記重心位置と反対方向にある前記柱梁接合部を、鉛直荷重のみを伝達し曲げ荷重は伝達しないピン接合としたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、偏心に伴うねじれ振動を生じ耐震性が低下する階の柱梁接合部が、建物の外壁と平行であり、かつ剛心位置を通る軸線を挟んで重心位置と反対方向にある位置において、鉛直荷重のみを伝達し、曲げ荷重は伝達しないピン接合で接合されている。
これにより、ピン接合部で構面の剛性が調整され、建物全体の偏心が小さく抑えられる。この結果、耐震壁を追加して設けずに偏心率の調整をおこなうことが可能な柱梁架構を提供することができる。

また、耐震性能上のバランスが改善され、耐震性の向上を図ることができる。更に、新たな耐震壁を必要としないため、柱・梁の断面寸法の統一化を行うことができ、施工性を損なわずに偏心率を調整できる柱梁架構を提供することができる。
ここに、ピン接合とは、いわゆる「設計上のピン接合」を意味し、厳密には、接合部位において曲げ荷重（曲げモーメント）の一部は伝達される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の柱梁架構を用いて、セットバックにより偏心が生じる鉄筋コンクリート製の建物が構成されていることを特徴としている。
即ち、セットバック部が設けられ、セットバック部による偏心が生じている鉄筋コンクリート製の建物において、偏心の影響を小さく抑えることができる。
なお、鉄筋コンクリート製の建物は、現場打ちコンクリート製の建物のみでなく、プレキャストコンクリート製の建物であってもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の柱梁架構において、前記ピン接合とされる部位は、セットバックされた外壁が接合された柱と梁の柱梁接合部であることを特徴としている。
請求項３に記載の発明によれば、セットバックされた外壁のピン接合とされた柱と梁の柱梁接合部は、剛心を通る軸線を挟んで反対側にある建物の重心位置に対して、最も遠い位置に配置されていることにより、効率よく偏心を低減できる。また、耐震壁等の新たな設置が不要となり、施工性を損なわずに偏心率を調整できる柱梁架構を提供することができる。

本発明は、上記構成としてあるので、施工性を損なわずに偏心率の調整ができる柱梁架構を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る柱梁架構が適用される建物の基本構成を示す伏図及び軸組図である。本発明の実施の形態に係る柱梁架構が適用される建物の基本構成を示す軸組図である。本発明の実施の形態に係る柱梁架構のピン接合部の基本構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る柱梁架構の偏心率の改善効果を示す図である。

図１、２に示すように、本実施の形態に係る柱梁架構１０は、建物１２の柱梁接合部の一部をピン接合とした構成である。
ここに、建物１２は、本実施の形態を説明するための一例であり、鉄筋コンクリート製の柱２２、２３、梁２０、２１を備えた９階建ての建物である。図１（Ａ）は、建物１２の５階伏図であり、図１（Ｂ）は、建物１２のＡＧ通軸組図である。図２は、建物１２のＡ２通軸組図である。

図１（Ｂ）に示すように、建物１２のＡ１通り側は、上階の一部がセットバックされている。即ち、Ａ１通りとＡ２通りの間は６階以上の部分が、Ａ２通りとＡ３通りの間は８階以上の部分が、Ａ３通りとＡ４通りの間は９階部分が、セットバックにより構築されていない。
このため、Ａ１通りの外壁２６は、６階以上がセットバックされている。即ち、Ａ２通りの６階以上の外壁は外壁２６Ａであり、Ａ３通りの８階以上の外壁は外壁２６Ｂであり、Ａ４通りの９階部分の外壁は外壁２６Ｃとなっている。

図１、２に示すように、建物１２の柱梁架構１０のうち、Ａ２通りの上部（５Ｆ〜８Ｆの破線で囲まれた部分）は、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍとされている。即ち、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍは、大梁２０と柱２２の接合部が、それぞれピンで接合されている。
ここに、Ａ２通りの上部（５Ｆ〜８Ｆ）は、後述するように、セットバックに伴う偏心により、回転振動を生じて耐震性が低下する階である。また、図１（Ａ）の黒丸Ｓは剛心位置であり、黒丸Ｇは重心位置である。ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍは、柱梁架構１０のうち、剛心位置を挟んで重心位置と反対方向にそれぞれ位置している。

図３（Ｃ）の断面図に示すように、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍにおいては、大梁２０の両端部と柱２２が、それぞれピン接合で接合されている。
即ち、大梁２０の端部は、下側が梁成の半分程度まで切り欠かれ、上側半分の長さより寸法Ｌ１だけ短くされている。また、柱２２の側壁には、大梁２０の方向へ寸法Ｌ２の突出し部２４が、大梁２０とほぼ同一の幅で付き出されている。ここに、長さＬ１＞長さＬ２とされている。

大梁２０の切り欠き部に柱２２の突出し部２４が挿入され、突出し部２４の上には大梁２０の上側が載せられている。この状態で、鋼製の回転軸（ピン）３２が、大梁２０の上側と柱２２を貫通して挿入されている。これにより、大梁２０は、地震時に、回転軸３２回りの回転が可能となり、接合部において回転振動を吸収することができる。

図３（Ａ）、（Ｂ）には、大梁２０の断面図が記載されている。大梁２０は、下側から梁成のほぼ半分程度までをプレキャストコンクリートで製造され、残りの上半分を、現地で構築する構成である。大梁２０の上部には、コンクリート製の床面３０が構築される。
ここに、大梁２０及び柱２２には、それぞれ鉄筋（主筋２８、帯筋２６）が配筋され、コンクリートを補強している。ここに、大梁２０は、プレキャストコンクリートを採用せず、全体を現場施工のコンクリートで構築してもよい。
なお、図示は省略するが、建物１２のピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍ以外の柱梁架構１０は、通常の剛接合柱２３と梁２１が接合されている。

次に、作用について説明する。
上述したように、建物１２にはセットバックが設けられている。本実施の形態に係る柱梁架構１０は、建物１２のＡ２通りの上部がピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍとされている。
ここに、Ａ２通りの上部は、後述するように、回転振動を生じて耐震性が低下する階の柱梁接合部である。また、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍは、剛心位置Ｓを挟んで重心位置Ｇと反対方向にある柱梁接合部である。

本実施の形態においては、セットバックにより、建物１２の剛性の中心である剛心位置Ｓと、慣性力の力点である重心位置Ｇは一致せず、偏心が生じている。この偏心により、地震時には、各階の床スラブが剛心位置Ｓを中心に、重心位置Ｇが振り回さされるように振動する。このとき、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍにより、地震による回転振動が吸収される。この結果、偏心に伴う回転振動による弊害が低減される。

次に、効果について説明する。
図４は、本実施の形態における、偏心率Ｒの試算結果の一例を示している。図４は、３階の床面における試算結果を示している。ここに、偏心率Ｒの試算においては、一般的に用いられている計算式を用いており、計算式の詳細な説明は省略する。

図４に示す剛心位置Ｓ１、Ｓ２及び重心位置Ｇは、床面上に直交座標（Ｘ軸、Ｙ軸）を設け、座標軸の中心からの距離に基づいて算出した。なお、建物１２のＹ軸方向は、建物１２のＸ軸と平行な中心線３６に対称形であるので、中心線３６上に、建物１２の剛心Ｓ１、Ｓ２及び重心Ｇが配置される。また、偏心率Ｒは、剛心位置Ｓ１、Ｓ２と重心Ｇとの間の偏心距離、偏心に伴うねじり剛性、弾力半径を算出し、それらの結果を用いて算出した。

Ｘ軸方向は建物１２がセットバックされているため、剛心Ｓ１、Ｓ２及び重心Ｇが中心線３６上の異なる位置に配置されている。ここに、例えば、剛心Ｓ１を通り、かつＡ１通りの外壁と平行な軸線３４を考えた場合、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍは、軸線３４を挟んで、重心Ｇと反対側に設けられている。

計算結果において、剛心位置Ｓ１は、建物１２のＡ２通りをピン接合としない場合の剛心位置であり、剛心位置Ｓ２は、建物１２のＡ２通りをピン接合とした場合（ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍ）の剛心位置である。
なお、重心Ｇの位置は、建物１２のＡ２通りの上部にピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍを設けても、設けなくても変化はない。

計算結果に示すように、建物１２のＡ２通りをピン接合とすることで、剛心位置Ｓ２を重心位置Ｇに近づけることができる。即ち、剛心位置Ｓ２を剛心位置Ｓ１より重心位置Ｇに近づけることができる。

剛心位置Ｓ１における偏心率Ｒ１と、剛心位置Ｓ２における偏心率Ｒ２をそれぞれ算出した。ピン接合としないときの偏心率Ｒ１は、Ｒ１＞１．６であったが、ピン接合としたときの偏心率Ｒ２は、Ｒ２＝０．１４２となり、偏心率Ｒ１より偏心率Ｒ２の方が大きく低減されている。偏心率Ｒは０．１５０以下が望ましいとされており、ピン接合とすることで目標とする偏心率Ｒを満足させることができた。
なお、図４は、建物１２の重量バランスが最も悪く、偏心率Ｒが最も大きくなる３階での結果を示した。他の階においても、効果は少ないが改善が見られた。

以上説明したように、建物１２のＡ２通りの上部にピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍを設けることにより、構面の剛性が調整され、建物１２全体の偏心が小さく抑えられる。即ち、耐震壁を新たに設けずに偏心率Ｒの調整をおこなうことが可能となる。
なお、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍは、本実施の形態では４箇所としたが、これに限定されることはなく、目標とする偏心率Ｒの値により、最適値を選択すればよい。

また、本実施の形態によれば、耐震性能上のバランスが改善され、耐震性の向上を図ることができる。更に、新たな耐震壁を必要としないため、柱梁の断面寸法の統一化を行うことができ、施工性が良く偏心率Ｒを調整できる柱梁架構を提供することができる。

なお、鉄筋コンクリート製の建物１２は、現場打ちコンクリート製の建物で説明したが、現場打ちコンクリート製の建物のみでなく、プレキャストコンクリート製の建物であってもよい。
また、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍには、図示は省略するが、回転振動を低減させる油圧ダンパー等の制振手段を設けてもよい。これにより、ピン接合部１８Ｊ、１８Ｋ、１８Ｌ、１８Ｍに設けられた油圧ダンパーが、柱梁接合部に生じるねじれ振動を低減させる。この結果、耐震性能をより向上させることができる。

１０柱梁架構
１２建物
１４剛心位置
１６重心位置
１８ピン接合部
２０大梁
２２柱
２４突出し部
２６外壁

Claims

建物の剛性の中心である剛心位置と、慣性力の力点である重心位置が一致しない偏心により、ねじれ振動を生じて耐震性が低下する階の柱梁接合部のうち、前記建物の外壁と平行であり、かつ前記剛心位置を通る軸線を挟んで前記重心位置と反対方向にある前記柱梁接合部を、鉛直荷重のみを伝達し曲げ荷重は伝達しないピン接合とした柱梁架構。
セットバックにより前記偏心が生じる鉄筋コンクリート製の建物を構成する請求項１に記載の柱梁架構。
前記ピン接合とされる部位は、前記セットバックされた外壁が接合された柱と梁の柱梁接合部である請求項２に記載の柱梁架構。