JP2020159028A - 柱と梁の架構構造及びこれを有する建物 - Google Patents

Abstract

【課題】柱と梁の接合部の近傍で柱や梁の剛性及び強度を確保することが容易な柱と梁の架構構造を提供する。【解決手段】柱３と梁４の架構構造２は、柱３と、梁４と、柱３と梁４の接合部５と、を有し、柱３と梁４の少なくともいずれかは、接合部５の近傍に、接合部５に向かって断面積の減少する欠損部６を有する。また、柱３と梁４の架構構造２は、柱３と、梁４と、柱３と梁４の接合部５と、を有し、柱３と梁４の少なくともいずれかは、接合部５から離れた欠損部６を有する。【選択図】図３

Description

本発明は柱と梁の架構構造と、これを有する建物に関する。

従来から中空構造の柱や梁が知られている。特許文献１，２には中空構造の柱が、特許文献３には中空構造の柱と梁が開示されている。中空構造の柱や梁を用いることにより建物の軽量化や物量低減が可能となる。柱や梁がプレキャスト構造の場合、揚重機の小型化や施工性の向上が可能となる。

特開２００４−３３２２３６号公報 特開２０１８−１５０７７０号公報 特開平６−１０１２６８号公報

通常、柱や梁の端部、すなわち柱と梁の接合部では自重や地震力による大きな応力が掛かるため、中空構造の柱や梁では断面が不足し、必要な剛性や強度が確保できない可能性がある。

本発明は、柱と梁の接合部の近傍で柱や梁の剛性及び強度を確保することが容易な柱と梁の架構構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、柱と梁の架構構造は、柱と、梁と、柱と梁の接合部と、を有し、柱と梁の少なくともいずれかは、接合部の近傍に、接合部に向かって断面積の減少する欠損部を有する。本発明の他の態様によれば、柱と梁の架構構造は、柱と、梁と、柱と梁の接合部と、を有し、柱と梁の少なくともいずれかは、接合部から離れた欠損部を有する。

本発明の一態様によれば、柱と梁の少なくともいずれかの、柱と梁の接合部の近傍に、接合部に向かって断面積の減少する欠損部が設けられる。本発明の他の態様によれば、柱と梁の少なくともいずれかに、接合部から離れた欠損部が設けられる。従って、本発明によれば、柱と梁の接合部の近傍で柱や梁の剛性及び強度を確保することが容易な柱と梁の架構構造を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る架構構造の側面図である。 図１に示す架構構造の分割パターンを説明する模式図である。 図１のＡ部詳細図である。 中空部の形状を示す斜視図である。 中空部の様々な形状を示す、梁の中心線と直交する断面図である。 中空部の様々な形状を示す、梁の中心線と平行な断面図である。 中空部の様々な形状を示す、梁の中心線と直交する断面図である。 建物内での配管、ダクト等の引き回しを説明する模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面及び以下の説明において、Ｘ方向は梁の長手方向、Ｙ方向は梁の幅方向であり、Ｘ方向とＹ方向は水平面内で互いに直交している。Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向と直交し、柱の延びる鉛直方向である。以下に述べる実施形態はＰＣａ（プレキャスト）構造の建物ないし柱と梁の架構構造を対象とするが、本発明は、コンクリート及び鉄筋を現場施工する鉄筋コンクリート構造の建物ないし柱と梁の架構構造にも適用することができる。

図１には、建物１は柱３と梁４の架構構造２を有している。梁４の上には図示しない床スラブが設けられている。柱３と梁４はいずれも延在する方向に一定の断面形状を有している。柱３と梁４は概ね直方体形状の接合部５で接合されている。接合部５は鉄筋が密集する領域であるため、後述の欠損部６は設けられておらず、無垢のコンクリートで形成されている。ＰＣａ構造では、接合部５は柱３または梁４の一部として設けることができる。図２（ａ）は梁４と接合部５を一体化したＰＣａ部材にＰＣａ構造の柱３を接合する構成を、図２（ｂ）は柱３と接合部５を一体化したＰＣａ部材にＰＣａ構造の梁４を接合する構成を示している。図示は省略するが、梁４と柱３を別々のＰＣａ部材として製作し、接合部５を現場打ちコンクリートで施工してもよい。以下、梁４を対象に説明するが、本発明は柱３についても同様に適用することができる。

図３は図１のＡ部詳細図を示している。梁４は接合部５の近傍に欠損部６を有している。欠損部６は梁４の内部の中空部６、すなわち、梁４の内部のコンクリートの打設されていない閉じた内部空間である。図４は中空部６の形状を示す斜視図、図５は図３のＡ−Ａ線に沿った、すなわち梁４の中心線Ｃ４と直交する断面図を示している。中空部６はコンクリートが打設されていない限り様々な構成が可能である。図５（ａ）に示す例では中空部６には何も存在しておらず、中空部６とその周囲のコンクリート部７との間は薄板８で仕切られている。薄板８は特に限定されないが、コンクリートを保持する機能が必要とされることから、金属、木材、樹脂などの板で形成することが好ましい。金属を用いた場合、薄板８を補強部材としても利用することができる。図５（ｂ）に示す例では中空部６にコンクリートよりも軽量な充填部材９が充填されている。充填部材９としては例えば発泡スチロールが挙げられる。充填部材９は中実構造とするのが好ましい。中実構造の充填部材９は、発泡スチロールのような軽量部材であっても圧縮力に対して大きく変形することがないため、コンクリートを保持する部材として用いることができる。充填部材９はコンクリートの打設後は埋め殺しにされる。図５（ｃ）に示す例では中空部６に配管１２やダクト１３が収容されている。本例を用いた建物１の構造については後述する。梁４の内部には主筋１０とせん断補強筋１１が設けられているが、中空部６は元々鉄筋のないエリアであるため、鉄筋の配置への影響はほとんど生じない。なお、鉄筋が不足する場合は高強度鉄筋を用いることもできる。

図３，４を参照すると、中空部６は接合部５に向かって断面積が減少している。より詳細には、中空部６は、梁４の長手方向Ｘに沿って延びる断面積一定部６１と、断面積一定部６１に接続された断面積漸減部６２と、を有している。断面積一定部６１は、梁４の長手方向Ｘに沿って断面積（梁４の長手方向Ｘと直交する断面の面積）が一定の部分である。断面積漸減部６２は、断面積（梁４の長手方向Ｘと直交する断面の面積）が接合部５に向かって漸減する部分である。漸減とは単調に減少することだけでなく、ステップ状に減少することを含む。断面積漸減部６２は断面積一定部６１と接合部５との間に位置している。断面積一定部６１と断面積漸減部６２は梁４の中心線Ｃ４に対して点対称の形状を有している。断面積一定部６１は概ね直方形形状である。断面積漸減部６２は概ね四角錐形状であり、四角錐形状の頂部が接合部５に対向している。このため、本実施形態では接合部５の近傍でコンクリート部７の断面積を確保することが容易である。図示は省略するが、断面積一定部６１を円筒形状として、断面積漸減部６２を円錐形状としてもよい。接合部５の近傍では一般に大きな応力が掛かるため、主に圧縮応力を負担するコンクリート部７の断面積が不足することがある。その場合、従来は柱３や梁４の断面積を長手方向Ｘに一律に増加させるか、接合部５の近傍にハンチを設けていた。しかし、接合部５から少しは離れたところでコンクリート部７の断面積が不足する場合、ハンチで対処するのは困難であり、結局梁４や柱３の断面積を長手方向Ｘに一律に増加させることとなり、建物設計への影響が大きい。本実施形態では、大きな圧縮応力の発生しない部位でコンクリート部７を中空部６に置換しているため、柱３や梁４の断面への影響が抑えられる。なお、不足する断面積を補うため、コンクリートとして高強度コンクリートを用いることも可能である。

中空部６は接合部５の近傍に設けられている。本実施形態では中空部６は接合部５から離れている。中空部６と接合部５との間のコンクリート部７は無垢のコンクリートからなる。中空部６と接合部５との間のギャップＧの大きさ、すなわち「接合部５の近傍」の範囲は、コンクリート部７の必要断面積に応じて適宜設定することができる。梁せいＤと同程度以上のギャップＧを確保すれば、コンクリート部７の必要断面積を確保することは容易である。一方、場合によっては中空部６の端部（本実施形態では断面積漸減部６２の四角錐形状の頂部）が接合部５に接していてもよい（Ｇ＝０でもよい）。これより、ギャップＧは概ね０〜１．５Ｄ程度の範囲で設定することが好ましい。なお、柱３に設けられる中空部６については、柱３が正方形断面の場合、Ｄは柱３の延在方向Ｚと直交する断面における一辺の長さと考えればよく、柱３が長方形断面の場合、Ｄは柱３の延在方向Ｚと直交する断面における梁４と平行なＸ方向の長さと考えればよい。

中空部６の形状は上述の四角錐形状に限定されない。例えば、図６（ａ）に示すように断面積漸減部６２は概ね四角錐台形状を有していてもよい。この場合、四角錐台形状の２つの平行な面６２Ａ，６２Ｂのうち面積の小さい面６２Ａが接合部５に対向している。本実施形態では中空部６を形成する薄板８または充填部材９の製作性が向上する。図示は省略するが、断面積一定部６１を円筒形状または楕円筒形状として、断面積漸減部６２を円錐台形状または楕円錐台形状としてもよい。あるいは、図６（ｂ）に示すように、断面積漸減部６２は概ね半球形状を有していてもよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、断面積漸減部６２は概ね半長球形状を有していてもよい。図６（ｂ）、６（ｃ）の場合、断面積一定部６１は円形断面とすることが好ましい。半球形状や半長球形状の先端部を、四角錐台形状や円錐台形状のように平面状にカットしてもよい。

図６（ｄ）に示すように、中空部６は断面積一定部６１だけで構成されていてもよい。この場合、中空部６を形成する薄板８または充填部材９の製作性がさらに向上する。接合部５の近傍でコンクリート量が不足する可能性があるため、中空部６は接合部５から離れた位置に設けられている。ギャップＧは概ね０．５〜１．５Ｄ程度の範囲で設定することが好ましい。本実施形態では、断面積一定部６１の断面形状として、矩形、円形、楕円形などの様々な形状を容易に採用することができる。

欠損部６は梁４の外面に露出していてもよい。図７はこのような梁４の断面形状を有している。図７（ａ）を参照すると、欠損部６は梁４の側面に開口している。図７（ｂ）を参照すると、欠損部６は梁４の両側側面に開口している。梁４の上面と下面に欠損部６がなく、梁４としての一体性が確保できる限り、欠損部６の位置は制約されない。欠損部６へのアクセスが容易であるため、例えば化粧版１４を設置して欠損部６を建物１の内部空間から仕切り、欠損部６に配管１２などを設置してもよい。この場合、配管１２などのメンテナンスを容易に行うことができる。逆に、欠損部６の内部が視認できるようにすることで、デザイン上の利用も可能である。

梁４の欠損部６に配管１２やダクト１３を収容することで、居室の開放感の向上が可能となる。図８（ａ）は従来の建物（例えば集合住宅）におけるダクト１３の引き回しルートの一例を示している。ダクト１３は特に限定されないが、例えば換気扇に接続された排気ダクトが考えられる。ダクト１３は建物内部の換気扇などに接続された端部１９から、居室２１の天井１５下を梁４の側方に沿って延び、建物の外壁２０に設けられた排気口１６に接続されている。図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。このようなダクト１３を建物内部に通す場合、美観上の理由から、ダクト１３をボード等の乾式パネル１７などで囲っている。このため、ダクト１３の引き回しルートに沿った広い範囲が下がり天井１８となる。図８（ｃ）は本実施形態の建物１におけるダクト１３などの引き回しルートの一例を示している。図８（ｄ）は図８（ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。ダクト１３を収容する欠損部６が梁４に設けられているため、少なくともダクト１３の端部１９から建物１の外壁２０の近傍までのエリアでは下がり天井１８とする必要がなく、居室２１の開放感の向上が可能となる。

以上説明した実施形態によれば、柱３や梁４を軽量化することが可能となる。柱３と梁４の重量は建物全体の６割程度を占め、本実施形態では柱３と梁４の重量は４割程度削減できる。従って、建物の重量は２５％程度低減することになる。これによって、主にコンクリートの物量が低減する。コンクリートの物量が低減することはコンクリートの温度管理上も好ましく、マスコン対策が容易となる。建物の重量が軽減することで、杭などの基礎構造の簡素化も可能となる。また、建物がＰＣａ構造の場合、現場で用いる揚重機の小型化（小容量化）が可能となる。

１ 建物
２ 柱と梁の架構構造
３ 柱
４ 梁
５ 接合部
６ 中空部（欠損部）
６１ 断面積一定部
６２ 断面積漸減部
１２ 配管
１３ ダクト
Ｇ ギャップ

Claims (9)

1. 柱と、梁と、前記柱と前記梁の接合部と、を有し、前記柱と前記梁の少なくともいずれかは、前記接合部の近傍に、前記接合部に向かって断面積の減少する欠損部を有する、柱と梁の架構構造。
2. 前記欠損部は前記接合部から離れている、請求項１に記載の架構構造。
3. 柱と、梁と、前記柱と前記梁の接合部と、を有し、前記柱と前記梁の少なくともいずれかは、前記接合部から離れた欠損部を有する、柱と梁の架構構造。
4. 前記欠損部は、前記柱または前記梁に沿って延びる断面積一定部と、前記断面積一定部と前記接合部との間にあって断面積が前記接合部に向かって漸減する断面積漸減部と、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の架構構造。
5. 前記断面積漸減部は概ね四角錐形状を有し、前記四角錐形状の頂部が前記接合部に対向する、請求項４に記載の架構構造。
6. 前記断面積漸減部は概ね四角錐台形状を有し、前記四角錐台形状の２つの平行な面のうち面積の小さい面が前記接合部に対向する、請求項４に記載の架構構造。
7. 前記欠損部は前記柱または前記梁の内部の中空部である、請求項１から６のいずれか１項に記載の架構構造。
8. 前記欠損部は前記柱または前記梁の外面に露出している、請求項１から６のいずれか１項に記載の架構構造。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の架構構造を有する建物であって、
   前記欠損部は前記梁に設けられ、前記欠損部は配管またはダクトを収容し、前記配管またはダクトは、前記欠損部の内部を、前記建物の外壁側の端部の近傍まで延びている、建物。

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