JP2015036482A - 構造物 - Google Patents

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【課題】柱の座屈強度を抑制しつつ、梁の配置の自由度を向上させる。【解決手段】、柱100における接続された上下の第二梁120の間の長さLが、柱100のY方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱100の柱の太さや材質等から求められる座屈強度を抑制しつつ、必要な座屈長さが確保される。【選択図】図3

Description

本発明は、構造物に関する。
特許文献1には、第1柱梁架構と、第1柱梁架構に隣接配置され構面の延長面が第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、を備える構造物が開示さている。この先行技術では、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柱梁架構とが床版だけで連結されている。
特許文献2には、2階層以上の耐震架構構造が開示されている。この先行技術では、地震力を主に負担させる柱梁を外周柱と外周梁の剛接合部による接合構造として外周構面に集中配置し、外周構面以外の内柱に直交する内梁のうち1つは梁通し型接合部としている。更に、この梁通し型とした接合部の上側もしくは下側の内梁と内柱、もしくは、内梁と外周柱とは、主に梁に作用する自重のみを負担させるように、軸力とせん断力に対して抵抗するピン接合部により接合されている。
また、その他、架構構造に関連する技術が、特許文献3及び特許文献4に開示されている。
ここで、柱割によらずに、自由に梁を配置した場合、例えば、スラブを構成するデッキの最大スパンで梁を架けた場合、梁が接続されない柱が発生し、座屈長さ(細長比)が大きくなる。よって、座屈長さ(細長比)を確保するためには、座屈強度(柱の太さ等)を大きくする必要が生じる。
特開2012−144862号公報 特許4240482号 特開2012−246629号公報 特開平11−324111号公報
本発明は、上記事実を鑑み、柱の座屈強度を抑制しつつ、梁の配置の自由度を向上させることが課題である。
請求項1の発明は、各階層に設けられ、一の方向に沿った第一梁と、各階層に設けられ、前記一の方向と直交する他の方向に沿った第二梁と、各階層において前記第一梁が接続されると共に、前記第二梁が接続された階層と前記第二梁が接続されていない階層とがある柱と、を有する。
請求項1に記載の発明では、柱における上下の第二梁の間の長さが、柱の他方の方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱の座屈強度を抑制しつつ必要な座屈長さが確保されると共に、第二梁の配置の自由度が向上する。
請求項2の発明は、前記第二梁が柱割でピッチ割された領域と、前記第二梁がスラブの支持ピッチでピッチ割された領域と、が設けられた階層を有する。
請求項2に記載の発明では、第二梁がスラブの支持ピッチでピッチ割された領域では、第二梁が柱割でピッチ割された領域よりも第二梁の本数を少なくすることができる。
請求項3の発明は、前記構造物の外周部における他の方向の両外側に配置された柱を除き、全ての前記柱に前記第二梁が接続された階層と、全ての前記柱に前記第二梁が接続されていない階層と、を有する。
請求項3に記載の発明では、第二梁が柱に接続されてない階層における第二梁の配置の自由度が向上する。
請求項4の発明は、前記柱は弱軸方向と強軸方向とを有し、前記柱は強軸方向が他の方向に沿って配置されている。
請求項4に記載の発明では、柱の強軸方向に他の方向に沿って配置することで、柱における上下方向の第二梁間を長くすることできる。
請求項5の発明は、前記第二梁が接続されていない前記柱には、座屈補剛として機能するスラブが剛接合されている。
請求項5に記載の発明では、剛接合された座屈補剛として機能するスラブによって、座屈止めされる。
本発明によれば、柱の座屈強度を抑制しつつ、梁の配置の自由度を向上させることができる。
本発明の第一実施形態に係る構造物の構造をY方向から見た立面図である。 図1の構造物の内部の構造の要部をY方向から見た図である。 (A)は図5の3A線に沿ってX方向から見た図であり、(B)は図6の3B線に沿ってX方向から見た図である。 デッキ割領域と柱割領域とを説明する平面図である、 第一実施形態の構造物の一階層と三階層と五階層を示す平面図である。 第一実施形態の構造物の二階層と四階層を示す平面図である。 第二実施形態の構造物の一階層と三階層と五階層を示す平面図である。 第二実施形態の構造物の二階層と四階層を示す平面図である。 (A)に示す第一変形例のスラブの柱との接合部を示す平面図であり、(B)は第二変形例のスラブの柱との接合部を示す平面図である。
<第一実施形態>
本発明の第一実施形態に係る構造物10について説明する。なお、鉛直方向を矢印Zで
示し、水平方向の直交する二方向をX方向(一の方向)及びY方向(一の方向と直交する他の方向)とする。
図1に示すように、構造物10は、杭基礎12で支持された構造スラブ14の上に構築され、一階層20A、二階層20B、三階層20C、四階層20D、及び五階層20Eからなる五層構造となっている。なお、各階層を区別しない場合は、各階層20と記載する場合がある。また、本実施形態の構造物10の構造スラブ14は、杭基礎12で支持されているが、杭基礎12以外の基礎で支持されていてもよい。
また、図5及び図6に示すように、構造物10は、平面視において、略矩形状とされ、長辺方向がX方向であり、短辺方向がY方向となっている。
図1に示すように、構造物10は、柱100と、第一梁110及び後述する第二梁120(図3〜図6を参照)と、で構成された鉄骨造のラーメン構造である。また、図1に示されている外周部分のX方向に沿った架構(X方向架構軸組)における一階層20Aと二階層20Bとには耐震要素の一例としての圧縮ブレース30が設けられ、三階層20C、四階層20D及び五階層20Eには耐震要素の一例としての引張ブレース32が設けられている。
前述したように、一階層20Aの床は構造スラブ14で構成されている。しかし、図3に示されている一階層20A〜四階層20Dの天井(上階の床)を構成するスラブ50は、合成スラブ構造デッキプレートで構成さている。また、五階層20Eの天井(屋根)を構成するスラブ52は、ダブル折板で構成されている。
なお、合成スラブ構造デッキプレートは、デッキプレートの表面にエンボス(特殊ずれ止め)が施されたコンクリートとデッキプレートそれぞれの特長を効果的に発揮する合成スラブとされている。
ここで、以降「各階層20に設けられた梁」と記す場合は、これら各階層20の天井を構成するスラブ50、52を支持する梁のこととする。つまり、「二階層20Bに設けられた第一梁110及び第二梁120」とは、二階層20Bの天井(三階層20Cの床)を構成するスラブ50を支持する梁のことを指す。
図1、図5、及び図6に示すように、各柱100は、X方向及びY方向に沿って、それぞれ所定の間隔をあけて、杭基礎12の直上に設けられている。また、図4に示すように、本実施形態の柱100は、H形鋼で構成されている。柱100を構成するH形鋼は、X方向に沿って配置されたウェブ104とウェブ104の両端部にY方向に沿って配置されたフランジ102とで構成されている。つまり、柱100(H形鋼)は、Y方向が強軸方向となるよう配置されている。
図1〜図6に示すように、各階層20には、X方向に沿った第一梁110とY方向に沿った第二梁120とが設けられ、各階層20の天井を構成するスラブ50、52を支持している。
図1、図3、図5、及び図6に示すように、第一梁110は、各階層20において、柱100毎に設けられ、各柱100のX方向(弱軸方向)の端部に接合されている。
図4〜図5に示すように、第二梁120には、各階層20において、柱割ピッチPAでピッチ割りされた柱割領域(グリッド割領域)MAと、スラブ50、52の支持ピッチPBでピッチ割されたデッキ割領域MBと、が設定されている。
柱割領域MAでは、第二梁120は、各柱100のY方向(強軸方向)の端部に接合されると共に、各柱100間においては等間隔で配置され第一梁110に接合されている。なお、柱割領域MAにおける第二梁120の間隔(柱割ピッチPA)は、スラブ50、52を支持することが可能な間隔以下、すなわちスラブ50、52の支持ピッチPB以下で、且つ柱100に接合されるように等間隔でピッチ割されて配置されている。
具体的に説明すると、仮に柱間が10で、スラブを支持することが可能な間隔、すなわちスラブの支持ピッチが4である場合、柱間に配置する梁が2本では10/2=5となり支持ピッチよりも大きいのでスラブを支持することができない。しかし、柱梁間に3本の梁を配置すると10/3で3.3となり支持ピッチ以下となりスラブを支持することができる。よって、この場合は、柱間に3本の梁を等間隔で配置する。
一方、デッキ割領域MBでは、第二梁120はスラブ50、52を支持することが可能な間隔、すなわちスラブ50、52の支持ピッチPBで配置されている。なお、本実施形態におけるスラブ50、52の支持ピッチPBとは、スラブ50、52を構成する各デッキプレートのX方向の幅となっている。
そして、デッキ割領域MBでは、柱割ピッチPAでない支持ピッチPBで配置されているので、第二梁120は(後述するように外周部に配置された第二梁120を除いて)、柱100に接合されることなく、全て第一梁110に接合されている。また、柱割領域MAの第二梁120の柱割ピッチPAよりもデッキ割領域MBの第二梁120の支持ピッチPBの方が広い。
図3(A)及び図5に示すように、一階層20Aと三階層20Cと五階層20Eにおいては、X方向の両外側のそれぞれ三つの柱100分が柱割領域MAであり、これらの間の中央部分がデッキ割領域MBとなっている。
また、図3(B)及び図6に示すように、二階層20Bと四階層20Dにおいては、X方向の中央部分の二つの柱100分が柱割領域MAであり、これらの両外側部分がデッキ割領域MBとなっている。なお、外周部におけるX方向の両外側に配置された柱100には、第二梁120がY方向の端部に接合されている。
このように、図1及び図5、図6に示すように、各柱100は、各階層20において第一梁110が接続されている。
しかし、図3(A)及び図5に示すように、X方向の両外側のそれぞれ3つの柱100は、一階層20Aと三階層20Cと五階層20Eにおいては第二梁120が接続され、二階層20Bと四階層20Dにおいては、第二梁120が接続されていない。
また、図3(B)及び図6に示すように、X方向の中央部分の2つの柱100は、一階層20Aと三階層20Cと五階層20Eにおいては第二梁120が接続されていないが、二階層20Bと四階層20Dにおいては、第二梁120が接続されている。
なお、前述したように、外周部におけるX方向の両外側に配置された柱100には、各階層20において第二梁120がY方向の端部に接合されている。
(作用効果)
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
外周部におけるX方向の両外側を除く柱100は、第二梁120が接続された階層と接続されていない階層とがある。そして、図3に示すように、柱100における接続された上下の第二梁120の間の長さLが、柱100のY方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱100の、例えば柱の太さ等から求められる座屈強度を抑制しつつ(或いは、座屈強度を大きくすることなく)、必要な座屈長さ(細長比)が確保される。
よって、各階層20のデッキ割領域MBにおいては、柱割にとらわれることなく、第二梁120をスラブ50、52の支持ピッチで配置することができる。
また、第二梁120がスラブ50、52の支持ピッチPBで配置されたデッキ割領域MBでは、第二梁120が柱割ピッチPAで配置された柱割領域MAよりも、第二梁120の本数を少なくすることができる。よって、構造物10全体として、第二梁120の本数を少なくすることができる。
また、図4に示すように、柱100は強軸方向がY方向に沿って配置されている。よって、柱100における上下方向の第二梁120の間を長くしても、Y方向の座屈強度が向上し、座屈長さが確保される。
なお、本実施形態では、図1に示すように、構造物10に作用する水平力を耐震要素である圧縮ブレース30及び引張ブレース32が主として負担し、構造物10の鉛直荷重を柱梁からなるラーメン架構が主として負担している。つまり、柱100が水平力を負担しない、或いは殆ど負担しない構造となっており、柱100の耐力が、長期軸力で決定されるような応力状態となっている。
よって、柱100と第二梁120との接合を合理化することができるので、柱梁接合部のディテールを簡略化することができる。
<第二実施形態>
つぎに、本発明の第二実施形態に係る構造物11について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
一階層20Aと三階層20Cと五階層20Eにおいては、図7に示すように、全て柱割領域MAであり、全ての柱100に第二梁120が接続されている。
また、二階層20Bと四階層20Dにおいては、全てがデッキ割領域MBであり、外周部におけるX方向の両外側を除く各柱100には、第二梁120が接続されていない。
よって、各柱100は各階層20において第一梁110は接続されているが、外周部を除く柱100は、一階層20Aと三階層20Cと五階層20Eにおいては、第二梁120が接続されているが、二階層20Bと四階層20Dにおいては、第二梁120が接続されていない。
(作用及び効果)
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
第一実施形態と同様に、外周部におけるX方向の両外側を除く柱100は、第二梁120が接続された階層と接続されていない階層とがある。そして、柱100における接続された上下の第二梁120の間の長さL(図3参照)が、柱100のY方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱100の、例えば柱の太さ等から求められる座屈強度を抑制しつつ(或いは、座屈強度を大きくすることなく)、必要な座屈長さが確保される。
また、第二梁120が柱100に接続されてない二階層20Bと四階層20Dにおける第二梁120の配置の自由度が向上する。
<変形例>
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。
第一実施形態及び第二実施形態のスラブ50、52は、合成スラブ構造デッキプレートで構成されており、柱100のY方向の座屈補剛としては機能する充分な剛性を有していない。
しかし、座屈補剛として機能する充分な剛性を有する鉄筋コンクリート製等のスラブ150を、柱100に剛接合することで、柱100が座屈止めされ、柱100における上下方向の第二梁間120を長くしても、座屈長さを確保することができる。
具体的には、図9(A)に示す第一変形例のように、第二梁120が接合されていない柱100の周囲を取り囲むようにスラブ150を配置することで、スラブ150が座屈補剛として機能する。
或いは、図9(B)に示す第二変形例のように、第二梁120が接合されていない柱100にスタッド152等でスラブ150と接合することで、スラブ150が座屈補剛として機能する。
<その他>
本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、第一実施形態の図5及び図6の柱割領域MAとデッキ割領域MBとの両方がある階層と、第二実施形態の図7の柱割領域MAの階層と、第二実施形態の図8のデッキ割領域MBの階層と、が一つの構造物に設けられた構成であってもよい。
例えば一例として、一階層20Aは第二実施形態の図7の柱割領域MAの階層とし、二階層20Bは第一実施形態の図5の柱割領域MAとデッキ割領域MBとの両方がある階層とし、三階層20Cは第二実施形態の図8のデッキ割領域MBの階層とし、四階層20Dは第一実施形態の図5の柱割領域MAとデッキ割領域MBとの両方がある階層とし、五階層20Eは第二実施形態の図7の柱割領域MAの階層としてもよい。
また、上記実施形態では、構造物10、11は、外周部のX方向に沿った架構に耐震要素の一例としての圧縮ブレース30及び引張ブレース32が設けられていたが、これに限定されない。波形鋼鈑等で構成された耐力壁を耐震要素としてもよい。また、外周部以外の場所に耐震要素が設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、柱割にとらわれず第二梁120を配置する領域は、スラブ50、52の支持ピッチPBでピッチ割されたデッキ割領域MBであったがこれに限定されない。スラブの捨て型枠、ハーフプレキャスト部材、合成床、プレキャスト床とする場合、その剛性と耐力が発揮できるピッチ割を採用することができる。更に、これらに制限されることなく、自由に第二梁120を配置することができる。
また、上記実施形態では、第二梁120は、一階層おきに柱100に接合されていたが、これに限定されない。例えば、第二梁120が二階層おきに柱100に接合されていてもよい。要は少なくとも柱に第二梁が接合されてない階層が一階層以上あればよい。
また、上記実施形態では、外周部におけるX方向外側を除く柱100は、すべて第二梁120が接合されていない階層があったが、これに限定されない。外周部以外に配置された柱であっても、全ての階層で第二梁が接合されている柱があってもよい。要は第二梁が接合されてない階層が一階層以上ある柱(第二梁が接続された階層と第二梁が接続されていない階層とがある柱)が少なくとも一本以上あればよい。
また、例えば、上記実施形態では、構造物10、11は、平面視において、略矩形状とされ、長辺方向がX方向であり、短辺方向がY方向となっているが、これに限定されない。短辺方向がX方向で、長辺方向がY方向であってもよい。或いは、平面視において、略正方形状や円形、その他任意の形状であってもよい。
また、例えば、上記実施形態では、柱100は、Y方向が強軸方向となるよう配置されたH形鋼で構成されていたが、これに限定されない。H形鋼以外の断面形状、例えば、丸形や角形等の柱であってもよい。なお、断面形状が強軸と弱軸とを有する場合は、Y方向が強軸となるように配置することが望ましい。
更に、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言うまでもない
10 構造物
11 構造物
20 階層
110 第一梁
120 第二梁
100 柱
150 スラブ(座屈補剛として機能するスラブの一例)
MA 柱割領域
MB デッキ割領域

Claims (5)

  1. 各階層に設けられ、一の方向に沿った第一梁と、
    各階層に設けられ、前記一の方向と直交する他の方向に沿った第二梁と、
    各階層において前記第一梁が接続されると共に、前記第二梁が接続された階層と前記第二梁が接続されていない階層とがある柱と、
    を有する構造物。
  2. 前記第二梁が柱割でピッチ割された領域と、
    前記第二梁がスラブの支持ピッチでピッチ割された領域と、
    が設けられた階層を有する、
    請求項1に記載の構造物。
  3. 前記構造物の外周部における他の方向の両外側に配置された柱を除き、
    全ての前記柱に前記第二梁が接続された階層と、
    全ての前記柱に前記第二梁が接続されていない階層と、
    を有する、
    請求項1又は請求項2に記載の構造物。
  4. 前記柱は弱軸方向と強軸方向とを有し、前記柱は強軸方向が他の方向に沿って配置されている、
    請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の構造物。
  5. 前記第二梁が接続されていない前記柱には、座屈補剛として機能するスラブが剛接合されている、
    請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の構造物。
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