JP2018091055A - 建物 - Google Patents

Abstract

【課題】短スパン側に大きな引抜力が生じるのを防止する建物１を提供する。
【解決手段】建物１は塔状比の大きな高層建築物であり、補強層１３より上の高層部分１４に所定方向の長スパン部１８と短スパン部１９を有する。補強層１３では、上記所定方向の少なくとも１つの断面において、長スパン部１８と短スパン部１９に対応する全範囲の架構にブレース３ａ、３ｂが設けられる。ブレース３ｂとしては座屈拘束ブレースが用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は塔状比の大きい高層建築物等の建物に関する。

塔状比の大きな建物では、地震や風により水平方向の外力を受けると基礎に大きな引抜力が作用することから、建物の転倒を防ぐため地下躯体の断面を大きくしたり壁を増やしたりして引抜力を上回る重量を確保するようにしている。

それでも重量が不足する場合は、基礎に大きな軸径の場所打ちコンクリート杭を設けたり、地中連続壁を設けたりして引抜力に抵抗する構造形式としている。特許文献１には、塔状比が大きな建物について、基礎とその下方の地盤改良体を連結して引抜力に抵抗させることが記載されている。

特開2002-81081号公報

このような建物では、スペースの利用目的の違いから長スパンの架構と短スパンの架構が組み合わされた平面計画となることがある。この場合、短スパン側の剛性が高くなることから応力が集中しやすくなり、水平方向の外力が作用した際に短スパン側にさらに大きな引抜力が生じる。

そのため建物の重量をさらに大きくしたり、より長大な基礎を設けたりする必要があり、地下部分や基礎の設計が困難となり工期も長くなる。また躯体のコンクリート量が多くなることから工事費も高くなる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、短スパン側に大きな引抜力が生じるのを防止する建物を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、補強層より上方の層が、スパンがより長い長スパン部と、スパンがより短い短スパン部を所定方向に連続して有し、前記補強層では、前記所定方向の少なくとも１つの断面が、前記長スパン部と短スパン部に対応する全範囲に亘って補強材により補強されたことを特徴とする建物である。

本発明では、建物の補強層にブレース等の補強材を上記のように設けることで、短スパン側の架構に生じる引抜力を補強層から長スパン側の架構ヘと伝達して長スパン側に分散させることができるので、短スパン側に生じる引抜力が小さくなる。そのため建物内部の地下部分や基礎の躯体構造を軽減でき広い空間となるので、建築計画上も使いやすい計画ができ、塔状比の大きな建物においても引抜力を抑えたリーズナブルな設計が可能になる。

前記補強材がブレースであることが望ましい。また前記ブレースの少なくとも１つが座屈拘束ブレースであることが望ましい。
本発明ではトラス状のブレースによって架構を効果的に補強することができる。ただし、引抜力を分散するために一般的なブレースを取り入れると、ブレースに応力が集まってブレース周辺の部材応力が大きくなる可能性があり、それに見合う部材断面で設計を進めると更に応力集中が生じて設計上困難な状況に陥ることがある。このような場合は、上記の座屈拘束ブレースを組み合わせることでブレースによる応力集中の度合いを調整することができ、ブレース周辺の部材応力が過大にならずにすむ。

前記建物は、例えば非免震構造物である。
免震構造物の場合は免震装置によって建物に生じる水平力が低減されることから、応力集中が生じても設計が困難となることは比較的少ない。一方、非免震構造物では、短スパン部の断面性能を高くして水平力に抵抗させようとするとさらに応力集中が生じ、より断面性能を高める必要が生じてその繰り返しにより設計が困難となりやすい。そのため、本発明の方法で引抜力を分散させることは非免震構造物において特に有効であると言える。

本発明により、短スパン側に大きな引抜力が生じるのを防止する建物を提供することができる。

建物１を示す図。 補強層１３等の平面を示す図。 座屈拘束ブレース３ｂを示す図。 引抜力の伝達について説明する図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．建物１）
図１は本発明の実施形態に係る建物１を示す図である。この建物１は、例えば塔状比の大きなビル等の高層建築物であり、耐震構造物や制震構造物などの非免震構造物（免震構造物でない構造物）である。

図１に示すように、建物１は、下から順に地下部分１１、低層部分１２、補強層１３、高層部分１４から構成される。補強層１３は低層部分１２と高層部分１４の間の中間層である。

建物１は柱１５と梁１７によるラーメン構造を有し、地下部分１１では基礎や地中連続壁１６等も設けられる。地中連続壁１６に代えて杭が設けられる場合もある。

本実施形態では、補強層１３より上方の層である高層部分１４が、スパンがより長い長スパン部１８と、スパンがより短い短スパン部１９を有する。これらは平面において所定方向（図１の左右方向に対応する）に連続し、長スパン部１８と短スパン部１９に区画されることで構面の剛性の分布に偏りがある。長スパン部１８では隣り合う柱１５の間隔がより長く低剛性であり、短スパン部１９では隣り合う柱１５の間隔がより短く高剛性である。

補強層１３では、上記所定方向に沿った少なくとも１つの鉛直断面において、柱１５と梁１７で囲まれた架構が、長スパン部１８と短スパン部１９に対応する全範囲に亘ってブレース３ａ、３ｂ（補強材）により補強される。ブレース３ａ、３ｂはこれらの架構にトラス状に設けられる。

図２は、補強層１３であるn階、補強層１３の上層（高層部分１４）であるn+1階、および補強層１３の下層（低層部分１２）であるn-1階の平面の一部を示す図である。

この例では、補強層１３の上記所定方向の複数（図の例では２つ）の断面a1、a3において、高層部分１４の長スパン部１８と短スパン部１９に対応する全範囲の架構にブレース３ａ、３ｂが設けられる。別の断面a2、a4では、短スパン部１９に対応する範囲にブレース３ａが設けられる。なお、補強層１３の下階（n-1階）では、断面a1、a3の両端部でブレース３ｂが設けられ、断面a2では短スパン部１９に対応する範囲にブレース３ｂが設けられる。

本実施形態では、ブレースとして少なくとも１つの座屈拘束ブレースが用いられる。この例では、ブレース３ａが通常の鉄骨ブレースであり、ブレース３ｂが耐振型あるいは制震型の座屈拘束ブレースである。

図３は座屈拘束ブレースであるブレース３ｂの例を示す図である。この座屈拘束ブレース３ｂは鋼管３１内に鉄骨部材３２を挿入し、鋼管３１と鉄骨部材３２の間にモルタル等の充填材３３を充填したものである。座屈拘束ブレース３ｂは、充填材３３により鉄骨部材３２を拘束して座屈による急激な剛性低下を防ぎ、より小さな断面（剛性）の鉄骨部材３２で耐力を確保できるようにしたものである。この例では、鉄骨部材３２を引張力あるいは圧縮力に対しブレース３ａの鉄骨部材よりも先に降伏させて塑性化させることができ、これによりブレース３ｂに集中する応力の上限を設定できる。

本実施形態では、建物１の補強層１３にブレース３ａ、３ｂを上記のように設けることで、図４（ａ）に示すように水平力Hが建物に加わる場合に剛性の高い短スパン部１９側に生じる引抜力Ｐ（T1は反力を示す）を、図４（ｂ）に示すように補強層１３から長スパン部１８側の架構ヘと伝達し、長スパン部１８側の引抜力Ｐ（T2は反力を示す）として分散させることができる。

このように短スパン部１９から離れた位置に引抜力Ｐを分散させることから、てこの原理により長スパン部１８の引抜力Ｐは小さなものとなる。さらに、補強層１３において長スパン部１８や短スパン部１９に対応する架構を補強して一体化することで、建物１のより内側で生じていた引抜力Ｐをより外側の引抜力Ｐに置き換える効果も期待できる。結果、建物１内部の地下部分１１や基礎の躯体構造を軽減でき広い空間となるので、建築計画上も使いやすい計画ができ、塔状比の大きな建物１においてもリーズナブルな設計が可能になる。

また、本実施形態ではトラス状のブレース３ａ、３ｂによって補強層１３の補強を効果的に行うことができ、少なくとも１箇所で座屈拘束ブレースを用いることで設計も容易になる。すなわち、引抜力を分散するために一般的な高剛性の鉄骨ブレースを取り入れると、ブレースに応力が集まってブレース周辺の部材応力が大きくなる可能性があり、それに見合う部材断面で設計を進めると更に応力集中が生じて設計上困難な状況に陥る場合がある。そのような場合では、上記したように低剛性で耐力を確保できる座屈拘束ブレースを組み合わせることにより、ブレースによる応力集中の度合いを調整して過度な応力集中を防ぎブレース周辺の部材応力が過大にならずにすむ。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば本実施形態では補強層１３の補強材にブレース３ａ、３ｂを用いたが、その代わりに耐震壁を設けてもよい。建物１も塔状比の大きな高層建築物に限ることはない。また本実施形態ではスパンの長さを柱同士の距離としているが、壁式構造の場合など、壁同士の距離をスパンの長さとすることもある。さらに、補強層１３は複数の階に亘って設定されてもよい。

さらに、本実施形態の建物１は非免震構造物としたが、これに限ることはない。ただし、免震構造物の場合は免震装置によって建物に生じる水平力が低減されることから、応力集中が生じても設計が困難となることは比較的少ない。一方、本実施形態の建物１のような非免震構造物では、応力が集中しやすい短スパン部１９の断面性能を高くして水平力に抵抗させようとするとさらに応力集中が生じ、より断面性能を高める必要が生じてその繰り返しにより設計が困難となりやすい。そのため、本実施形態の方法で引抜力を分散させることは非免震構造物において特に有効であると言える。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：建物
３ａ、３ｂ：ブレース
１１：地下部分
１２：低層部分
１３：補強層
１４：高層部分
１５：柱
１６：地中連続壁
１７：梁
１８：長スパン部
１９：短スパン部
３１：鋼管
３２：鉄骨部材
３３：充填材

Claims (4)

1. 補強層より上方の層が、スパンがより長い長スパン部と、スパンがより短い短スパン部を所定方向に連続して有し、
   前記補強層では、前記所定方向の少なくとも１つの断面が、前記長スパン部と短スパン部に対応する全範囲に亘って補強材により補強されたことを特徴とする建物。
2. 前記補強材がブレースであることを特徴とする請求項１記載の建物。
3. 前記ブレースの少なくとも１つが座屈拘束ブレースであることを特徴とする請求項２記載の建物。
4. 前記建物は非免震構造物であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の建物。

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