JP2020105807A - 建築物の架構 - Google Patents

Abstract

【課題】室内側に大きく張り出すことなく、柱間のスパンが長くなるにしたがい増加する梁の重量を支え得る強度を柱に与えること。【解決手段】鋼管１１２を用いた複数本の柱１１１を備え、二本の柱１１１の間に梁１３１を架け渡す架構１０１は、柱１１１に補剛柱１５１を備える。補剛柱１５１は、梁１３１が架け渡される面１１３ａとその反対側の面１１３ｂとを通る仮想面上に位置して柱１１１から延び、柱１１１の全長に沿って配置されている。補剛柱１５１は、例えば柱１１１の幅方向中央に固定され、柱１１１から延びて二方向に直角に向きを変える断面Ｔ字形状を有する構造材で、柱１１１から互いに直交する方向に延びる二つの梁１３１のうち、長い方の梁１３１ａが架け渡される面１１３ａとその反対側の面１１３ｂとを通る仮想面上に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨を用いた建築物の架構に関する。

鉄骨構造の架構は、鉄筋コンクリート構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造と同様に、木造の架構と比べて桁行き方向にも梁間方向にも大きなスパンを取ることができるのを特色としている。ところがスパンが大きくなればなるほど梁の剛性が下がり、梁が負担する床面積の増加によって重量も大きくなり、柱も梁も撓みやすくなる。例えば倉庫や事業用ビルなどの建築物では、桁行き方向よりも梁間方向の梁のスパンが長くなる傾向があるため、その分梁間方向に架け渡される梁の剛性が下がって重量も増し、柱がその方向に撓みやすくなってしまう。

このような問題に対処するためには、柱、例えば角形鋼管のサイズを大きくすることが一般的である。

その他にも特許文献１には、柱の強度を増す別の構造が開示されている。この文献に記載されている発明は、Ｈ型鋼の柱を前提としている。このため柱には、ウェブの面方向である強軸方向とこれと直交する弱軸方向とが発生する。特許文献１に記載された発明は、ウェブの真ん中に角形鋼管や丸型鋼管からなるコア柱を設けて弱軸方向の断面強度を増大させ、これによって座屈しにくい柱を得ている（文献１の段落［０００８］［００１０］［００１１］）。

特開２００５−３２０７４６号公報

柱の剛性を増すために、例えば角形鋼管のサイズを大きくすると、その分室内側に張り出す柱の領域が増えてしまう。例えば桁行き方向よりも梁間方向のスパンが長く、梁間方向に開口が設置されるような建築物は、倉庫や事業用ビルなどの建築物で広くみられる。このような建築物の場合、剛性を上げるために柱のサイズを大きくすると、室内側に張り出す柱の領域が増え、室内空間を狭めてしまう。何らかの対処が求められるところである。

この点特許文献１には、前述したとおり、Ｈ型鋼の弱軸方向の強度を増すようにした鉄骨柱が開示されている。ところがこの鉄骨柱は、「梁上に直接取付プレートを設置してボルト等で緊結する」構造であるため（文献１の段落［００２１］参照）、柱間のスパンが長くなるにしたがい柱及び梁に生ずる撓みを抑えるような架構を構成しない。

本発明の課題は、室内側に大きく張り出すことなく、柱間のスパンが長くなるにしたがい生ずる撓みを抑え得る剛性を柱に与えることである。

本発明の建築物の架構は、柱の一部をなす鋼管と、前記鋼管と鋼管との間に架け渡される梁と、前記梁が架け渡される面とその反対側の面とを通る仮想面上に位置して前記鋼管から延び、前記鋼管の長手方向に沿って配置されて前記柱の他の一部をなす補剛柱とを備える。

本発明によれば、補剛が必要な方向と直交する方向には補剛柱を設けないため、その方向には室内側に大きく張り出すことなく、柱間のスパンが長くなるにしたがい生じる撓みを抑え得る剛性を柱に与えることができる。

本実施の形態の建築物の架構の一部の一例を示す正面図。 本実施の形態の建築物の架構の一部の一例を示す側面図。 補剛柱を有する柱の一態様を示す平面図。 一列目の柱が有するダイアフラムの周辺構造を示す斜視図。 二列目の柱が有するダイアフラムの周辺構造を示す斜視図。 参考例の柱と比較して示す補剛柱を有する柱の平面図。 補剛柱を有する柱の別の一態様を示す平面図。 補剛柱を有する柱のさらに別の一態様を示す平面図。 補剛柱を有する柱のさらに別の一態様を示す平面図。 補剛柱を有する柱のさらに別の一態様を示す平面図。 補剛柱を有する柱のさらに別の一態様を示す平面図。 柱が有するダイアフラムの周辺構造の別の一例を示す斜視図。 柱が有するダイアフラムの周辺構造のさらに別の一例を示す斜視図。

実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態の建築物の架構１０１は、複数本の柱１１１を備え、これらの柱１１１のうちの二本の間に梁１３１を架け渡し、柱１１１に補剛柱１５１を設けている。架構１０１は、図１及び図２中の左側のスパンを、建築物に設けられる開口Ｏのスパンとしている。

図１及び図２中、左側は、架構１０１を有する建築物の正面側となる。架構１０１は、正面側から二列目までの柱１１１よりも、三列目の柱１１１の方を大きなサイズとしている。説明の便宜上、一列目の柱１１１を１１１Ａ、二列目の柱１１１を１１１Ｂ、三列目の柱１１１を柱１１１Ｃと表記する。

一列目及び二列目の柱１１１Ａ，１１１Ｂは、鋼管１１２と補剛柱１５１とによって構成されている。鋼管１１２は柱１１１Ａ，１１１Ｂの一部をなし、補剛柱１５１は柱１１１Ａ，１１１Ｂの他の一部をなす。三列目の柱１１１Ｃには、補剛柱１５１は設けられていない。

架構１０１は、図１中に示すＸ方向よりもＹ方向の方が長い構造を有している。したがってＸ方向は梁間方向、Ｙ方向は桁行き方向となる。梁間方向Ｘ、桁行き方向Ｙとも、架構１０１のスパンは柱１１１によって決められている。架構１０１は、桁行き方向Ｙよりも梁間方向Ｘの梁１３１のスパンの方を長くしている。別の実施の形態としては、梁１３１のスパンは、桁行き方向Ｙよりも梁間方向Ｘを短くするようにしてもよい。

このような構造上、梁間方向Ｘに延びる梁１３１ａは、桁行き方向Ｙに延びる梁１３１ｂよりも剛性が下がり、負担する床面積が大きくなることから重量も増し、この梁１３１ａを架け渡す柱１１１に加えるモーメントを増大させる。その結果梁１３１ａを架け渡す柱１１１は撓みやすくなるため、撓みなく梁１３１ａを支え得るだけの剛性が要求される。

本実施の形態では、柱１１１に補剛柱１５１を設けることで、断面二次モーメントを大きくし、柱１１１の剛性を補剛している。

図３に示すように、柱１１１の一部をなす鋼管１１２は、例えば冷間成形角形鋼管によって構成されている。このような鋼管１１２の二面には、それぞれ補剛柱１５１が固定されている。補剛柱１５１は、柱１１１から延びて二方向に直角に向きを変える断面Ｔ字形状を有する鋼鉄製の部材であり、前述したとおり、柱１１１の他の一部をなす。鋼管１１２から延びる部分は、補剛柱１５１の基部１５２である。この基部１５２は、鋼管１１２が有する四面のうち、スパンが長い方の梁１３１ａが架け渡される面１１３ａとその反対側の面１１３ｂとを通る仮想面ｖｓ（図３中、一点鎖線で示す）上に位置している。補剛柱１５１は一組設けられ、それぞれ鋼管１１２の二つの面１１３ａ，１１３ｂに溶接によって接合されている。このような構造の補剛柱１５１は、一例として鋼管１１２の全長に沿って設けられている。鋼管１１２と補剛柱１５１とは、両者の協働によって、構造物の荷重を支えるという柱１１１本来の機能を果たす（図２参照）。

図１及び図２に示すように、一列目の柱１１１Ａには、仮想面ｖｓ（図３参照）が通る面１１３ａの側に、スパンが長い方の梁１３１ａが連結している。スパンが短い方の梁１３１ｂは、仮想面ｖｓと直交する柱１１１Ａの面の側に連結している。

図１及び図２に示すように、二列目の柱１１１Ｂには、仮想面ｖｓが通る面１１３ａとその反対側の面１１３ｂとに、スパンが長い方の梁１３１ａが連結している。スパンが短い方の梁１３１ｂは、仮想面ｖｓと直交する柱１１１Ａの面の側に連結している。

図１及び図２にも示されているように、柱１１１は、梁１３１との接合部に、鋼管１１２を上下面に接合させるダイアフラム１１４を備えている。ダイアフラム１１４の周辺構造は、一列目の柱１１１と二列目の柱１１１とでは異なる。

図４に示すように、一列目の柱１１１Ａは、上下の梁１３１の配置間隔の長さに鋼管１１２を分割し、分割した鋼管１１２をダイアフラム１１４の上下面に接合させている。

柱１１１に設けられた一組の補剛柱１５１のうち、建物の背面側を向いた一方の補剛柱１５１も同様に分割され、ダイアフラム１１４の上下面に接合している。これに対して建物の正面側を向いた補剛柱１５１は分割されず、スパンが長い方の梁１３１ａを連結させる柱１１１Ａの面１１３ａと反対側の面１１３ｂに直接接合している。これらの一組の補剛柱１５１は、一列目の柱１１１Ａの幅方向中央に位置合わせされている。

前述したように、ダイアフラム１１４は、梁１３１との接合部分に設けられている。そこでダイアフラム１１４には、スパンが長い方の梁１３１ａと短い方の梁１３１ｂも接合している。

図５に示すように、二列目の柱１１１Ｂは、上下の梁１３１の配置間隔の長さに鋼管１１２を分割し、分割した鋼管１１２をダイアフラム１１４の上下面に接合させている。柱１１１に設けられた一組の補剛柱１５１も同様に分割され、ダイアフラム１１４の上下面に接合している。これらの一組の補剛柱１５１は、一列目の柱１１１Ａの幅方向中央に位置合わせされている。

前述したように、ダイアフラム１１４は、梁１３１との接合部分に設けられている。そこでダイアフラム１１４には、スパンが長い方の梁１３１ａと短い方の梁１３１ｂも接合している。

図４に示す一列目の柱１１１Ａ、及び図５に示す二列目の柱１１１Ｂがそれぞれ備えているダイアフラム１１４の周辺構造では、ダイアフラム１１４及び柱１１１の各面１１３ａ，１１３ｂに対する各部の接合は、例えば溶接による。

このような構成において、架構１０１は、梁間方向Ｘでスパンが長くなっているため、桁行き方向Ｙに延びる梁１３１ｂとの比較で、梁間方向Ｘに延びる梁１３１ａは重量が増大し、これを支える柱１１１に加わるモーメントを大きくする。このとき柱１１１に加わるモーメントの増大は、梁間方向Ｘに延びる梁１３１ａの連結方向において発生する。これに対して架構１０１は、この方向に補剛柱１５１を備えており、剛性の増強が図られている。これによって柱１１１の撓みが防止され、これに伴い梁１３１の撓みも防止される。

図６は、本実施の形態の補剛柱１５１を有する柱１１１を比較例と比較するための平面図である。図６中、上側に示しているのが本実施の形態の柱１１１であり、下側は参考例として、大柱１１１Ｄを示している。大柱１１１Ｄの採用は、柱１１１の剛性を増すために従来からよく用いられる手法である。

図６に示すように、本実施の形態の柱１１１は、隣接する柱１１１との間に生ずる建築物の開口Ｏのスパン方向に向けて、Ｌ１だけ室内側に突出する。この突出量は、ダイアフラム１１４を含んだ柱１１１の本来的な突出量と変わりがない。柱１１１に付加される補剛柱１５１は、開口Ｏのスパン方向と直交する方向に設けられるからである。

これに対して柱１１１の剛性を増すために大柱１１１Ｄを設けた場合、室内側への突出寸法はＬ２となる。寸法Ｌ２は、本実施の形態の柱１１１によってもたらされる室内への突出寸法Ｌ１よりも大きい。大柱１１１Ｄは、柱１１１を全方位的に大型化してしまうからである。

以上より明らかなように、本実施の形態によれば、室内側に大きく張り出すことなく、柱１１１間のスパンが長くなるにしたがい生じる撓みを抑え得る剛性を柱１１１に与えることができる。

その他本実施の形態の架構１０１は、つぎに示すような作用効果を有する。

補剛柱１５１は、柱１１１の幅方向中央に連結されているので、幅方向の両側で均等に力を受けることができ、柱１１１の捩れなどを防止することができる。

補剛柱１５１は、柱１１１から延びて二方向に直角に向きを変える断面Ｔ字形状を有しているので、鋼管１１２及び補剛柱１５１によって構成されている柱１１１全体の断面二次モーメントが大きくなることから、柱１１１の剛性を高めることができる。このとき柱１１１の剛性を増強するためには、断面二次モーメントを大きくするように、局部座屈が生じない範囲で基部１５２を長くすることが好ましい。

補剛柱１５１は一組設けられ、それぞれ鋼管１１２の一面１１３ａとその反対側の面１１３ｂとから延びているので、柱１１１の剛性をより増大させることが可能である。スパンが長い梁１３１ａの荷重によってもたらされる柱１１１の撓みは、梁１３１ａが連結する側の面１１３ａに設けた補剛柱１５１のみならず、その反対側の面１１３ｂに設けた補剛柱１５１によっても抑制することができるからである。

柱１１１は、梁１３１との接合部に、鋼管１１２を上下面に接合させるダイアフラム１１４を備えているので、柱１１１と梁１３１との接合部分の強度及び剛性を増すことができる。このとき一列目の柱１１１Ａでは、一方の補剛柱１５１がダイアフラム１１４の上下面に接合する分割構造を備えているので、その一方の補剛柱１５１の強度を増すことができる。また二列目の柱１１１Ｂでは、一組の補剛柱１５１がダイアフラム１１４の上下面に接合する分割構造を備えているので、両方の補剛柱１５１の強度を増すことができる。

上記実施の形態では、補剛柱１５１を含む柱１１１の一例を示したが、他の実施形態を採用してもよい。

図７は、補剛柱１５１を有する柱１１１の別の実施の形態を示している。本例は、柱１１１の鋼管１１２として、組立角形鋼管を用いた一例である。この組立角形鋼管は、四枚の平板部材１１５を溶接等の手法で接合し、角形鋼管としている。

図８は、補剛柱１５１を有する柱１１１の別の実施の形態を示している。本例は、柱１１１の鋼管１１２として、円形鋼管１１６を用いた一例である。

図９は、補剛柱１５１を有する柱１１１のさらに別の実施の形態を示している。上記した各実施の形態では、断面Ｔ字形状を有する補剛柱１５１を用いた例を紹介したが、本例の補剛柱１５１は、上記仮想面ｖｓ（図３参照）に沿って柱１１１から延びる基部１５２の端部から一方向に直角に向きを変える断面Ｌ字形状を有している。本実施の形態では、このような断面Ｌ字形状の部材１５３を一対用意し、直角に向きを変える部分１５３が互いに反対方向を向く向きで、基部１５２を互いに背中合わせにして柱１１１に固定している。

図１０は、補剛柱１５１を有する柱１１１のさらに別の実施の形態を示している。本例は、全体的に比較的厚みが薄い三枚の板状部材によって補剛柱１５１を構成している。板状部材の一つは、柱１１１に接合され、上記仮想面ｖｓ（図３参照）に沿って柱１１１から延びる一枚のベース板１５４である。残りの二枚の板状部材は、断面Ｔ字形状を有し、ベース板１５４の端部を挟んで固定することで補剛柱１５１に断面Ｔ字形状の形態を与える一対の屈曲板１５５である。ベース板１５４を挟んだ一対の屈曲板１５５の固定は、ボルトＢとナットＮとの締結構造による。

図１１は、補剛柱１５１を有する柱１１１のさらに別の実施の形態を示している。本例は、鋼管１１２の二面それぞれに補剛柱１５１が固定されている点で、図３に示す柱１１１と共通性を有している。図３に示す柱１１１と相違するのは、鋼管１１２には、補剛柱１５１が固定されている二つの面１１３ａ，１１３ｂと直交する第三の面１１３ｃにも、補剛柱１５１が固定されている点である。この第三の面１１３ｃに固定された補剛柱１５１は、二つの面１１３ａ，１１３ｂにそれぞれ固定されている二つの補剛柱１５１と同じ部材であり、これらの二つの補剛柱１５１と共に柱１１１の他の一部をなす。

上記各種実施の形態の柱１１１において、鋼管１１２の材料としては鉄鋼のみならず、例えばステンレス鋼なども用いることができる。

上記実施の形態では、ダイアフラム１１４の周辺構造について二つの例（図４、図５参照）を示したが、他の実施形態を採用してもよい。

図１２に示すように、柱１１１、例えば一列目の柱１１１Ａは、上下の梁１３１の配置間隔の長さに鋼管１１２を分割し、分割した鋼管１１２をダイアフラム１１４の上下面に接合させている。

これに対して柱１１１Ａに設けられた一組の補剛柱１５１はいずれも分割されず、スパンが長い方の梁１３１ａを連結させる柱１１１Ａの面１１３ａと反対側の面１１３ｂとの両面にそれぞれ直接接合している。これらの一組の補剛柱１５１は、一列目の柱１１１Ａの幅方向中央に位置合わせされている。

一組の補剛柱１５１は、スティフナ１５６によって補強されている。本実施の形態の場合、補剛柱１５１の基部１５２はあたかもＨ型鋼のウェブのような様相を呈し、梁１３１の荷重によって撓みが生ずる可能性があるため、スティフナ１５６はこのような基部１５２の撓みを防止する。スティフナ１５６によって、梁１３１ａからの応力伝達が円滑になる。スティフナ１５６は、ダイアフラム１１４と基部１５２と基部１５２からＴ字形状に拡開する部分とに溶接によって固定されている。一つのダイアフラム１１４と一つの補剛柱１５１とに対して、四つのスティフナ１５６が設けられている。

図１３は、補剛柱１５１を有する柱１１１のさらに別の実施の形態を示している。本例では、スパンが長い方の梁１３１ａを連結させる柱１１１Ａの面１１３ａと反対側の面１１３ｂにのみ、補剛柱１５１が設けられている。この面１１３ｂに単一の補剛柱１５１を設けるだけでも、柱１１１間のスパンが長くなるにしたがい生じる撓みを抑え得る剛性を柱１１１に与えることが可能である。

上記各実施の形態では、スパンが長い方の梁１３１ａが架け渡される方向にのみ補剛柱１５１を設けている。実施に際してはこれに限定されず、補剛柱１５１は、スパンが短い方の梁１３１ｂが架け渡される方向に設けてもよい。

実施に際しては、各種の変形や変更が可能である。

例えば本実施の形態ではダイアフラム１１４を設けるが、ダイアフラム１１４は必ずしも必須というわけではない。ダイアフラム１１４を設けない場合、梁１３１も補剛柱１５１も柱１１１の鋼管１１２に直接接合される。

柱１１１については、図３に示した柱１１１の他、図７、図８、図９、及び図１０のそれぞれに各種の別の実施の形態を示した。これらの各種実施の形態の柱１１１は、一列目の柱１１１Ａに限ることなく、二列目の柱１１１Ｂ、三列目の柱１１１Ｃなど、いずれの柱１１１にも適宜用いることができる。

この点はダイアフラム１１４の周辺構造についても同様である。つまりダイアフラム１１４の周辺構造については、一列目の柱１１１Ａに用いられる一つの例（図４参照）と、二列目の柱１１１Ｂについて用いられるもう一つの例（図５参照）とを示し、さらに他の実施形態を図１２と図１３とにそれぞれ示した。これらの四つの各構造は、一列目の柱１１１Ａ、二列目の柱１１１Ｂ、及び三列目の柱１１１Ｃなど、いずれの柱１１１にも適宜用いることができる。

上記各実施の形態及び変形例は、架構の特定の例を示しているにすぎない。実施に際しては、建築物の大きさや形状などの様々な要因によって、各部は適宜変更可能である。

その他、実施に際してはあらゆる変形や変更が許容される。

１０１ 架構
１１１ 柱
１１１Ａ 柱
１１１Ｂ 柱
１１１Ｃ 柱
１１１Ｄ 大柱
１１２ 鋼管
１１３ａ 面
１１３ｂ 反対側の面
１１３ｃ 第三の面
１１４ ダイアフラム
１３１ 梁
１３１ａ 梁（スパンが長い方）
１３１ｂ 梁（スパンが短い方）
１５１ 補剛柱
１５２ 基部
１５３ 直角に向きを変える部分
１５４ ベース板
１５５ 屈曲板
１５６ スティフナ
Ｂ ボルト
Ｎ ナット
Ｏ 開口
ｖｓ 仮想面

Claims (11)

1. 柱の一部をなす鋼管と、
   前記鋼管と鋼管との間に架け渡される梁と、
   前記梁が架け渡される面とその反対側の面とを通る仮想面上に位置して前記鋼管から延び、前記鋼管の長手方向に沿って配置されて前記柱の他の一部をなす補剛柱と、
   を備える建築物の架構。
2. 前記補剛柱は、前記柱から互いに直交する方向に延びる二つの前記梁のうち、長い方の前記梁が架け渡される面とその反対側の面とを通る仮想面上に配置されている、
   請求項１に記載の建築物の架構。
3. 前記補剛柱は、前記鋼管の幅方向中央に連結されている、
   請求項１又は２に記載の建築物の架構。
4. 前記補剛柱は、前記鋼管から延びて二方向に直角に向きを変える断面Ｔ字形状を有している、
   請求項１ないし３のいずれか一に記載の建築物の架構。
5. 前記補剛柱は、
   前記鋼管から延びる一枚のベース板と、
   断面Ｔ字形状を有し、前記ベース板の端部を挟んで固定することで前記補剛柱に断面Ｔ字形状の形態を与える一対の屈曲板と、
   を備える請求項４に記載の建築物の架構。
6. 前記補剛柱は、前記鋼管から延びて一方向に直角に向きを変える断面Ｌ字形状を有する一対の部材であり、前記直角に向きを変える部分が互いに反対方向を向く向きで前記鋼管から延びる部分を互いに背中合わせにして前記鋼管に固定されている、
   請求項１ないし３のいずれか一に記載の建築物の架構。
7. 前記補剛柱は一組設けられ、それぞれ前記鋼管の一面とその反対側の面とから延びている、
   請求項１ないし６のいずれか一に記載の建築物の架構。
8. 前記柱は、前記梁との接合部に、前記鋼管を上下面に接合させるダイアフラムを備えている、
   請求項７に記載の建築物の架構。
9. 前記一組の補剛柱は、前記ダイアフラムの上下面に接合する分割構造を備えている、
   請求項８に記載の建築物の架構。
10. 一方の前記補剛柱は、前記ダイアフラムの上下面に接合する分割構造を備えている、
    請求項８に記載の建築物の架構。
11. 前記補剛柱は、前記鋼管の片面にのみ接合している、
    請求項１ないし６のいずれか一に記載の建築物の架構。
    

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