JP2766954B2 - How to design building structures - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、地震等の外力に対して良好な耐震効果を
示す建築構造物に関する。
「従来の技術およびその問題点」
従来行われている建築構造物の耐震設計法は、比較的
生起頻度の高い地震のような規模の外力に対して、前記
建築構造物を構成する部材に発生する応力が許容応力度
以内であるように、各部材の強度及びその構造を決定す
るような設計法であった。即ち、一般に使用されている
建築構造物の部材は、第８図に示すように、荷重Ｑと変
位量δとがフックの法則に伴う弾性域（図中ａ〜ｂ間）
と、このフックの法則に従わない塑性域（図中ｂ〜ｂ′
〜ｃ）とからなる復元力特性を持つと考えられるので、
前記規模の外力に対して前記各部材が常時弾性域内で挙
動するように、建築構造物を設計するのである。ここ
で、第８図において、δｙは降伏変位量、Qyは許容剪断
力と呼ばれる量である。
又、前記建築構造物の耐用年限内に、発生が予想され
る最大級の地震のような規模の外力に対しては、前記建
築構造物全体の部材に若干の塑性変形を許容するが、こ
の建築構造物が倒壊しなければよい、という考えが認め
られており、この、いわゆる塑性化を指向した終局設計
法と呼ばれる設計法が実際に適用されつつある。しか
し、前記終局設計法においては、塑性化させる部材の位
置、塑性化の程度等が必ずしも明確でない。
この発明は、前記終局設計法の思想を更に発展させた
ものであり、前記外力によるエネルギー吸収量を的確に
把握することを可能にし、また設計上の自由度を増加さ
せると共に、使用される鉄骨等の部材の重量を削減する
ことのできる建築構造物を如何にして実現するかを問題
にしている。
「問題点を解決するための手段」
本発明者等は、前記問題点に鑑みて鋭意研究した結
果、以下の知見を得るに至った。すなわち、エネルギー
理論に基づく耐震極限設計法によれば、建築物各層の強
度（降伏剪断力）の最適分布、言い替えれば第ｉ層にお
ける降伏剪断力係数分布ｉは一義的に求めることがで
き、これは次式で与えられる（秋山宏著、「建築物の耐
震極限設計」（東京大学出版会））。
ｆ（ｘ）＝１＋1.5927x−11.8519x2＋42.5833x3
−59.4827x4＋30.1586x5
そして、ある層の強度αｉが、この最適分布ｉより
も小さい場合、この層に地震等による外力のエネルギー
が集中することとなる。逆に、この原理を利用すれば、
各層の強度αｉを適宜調整することで、外力のエネルギ
ーを所望の割合で各層に配分することができ、例えば、
建築物の第１層の強度のみを低減させることで、この第
１層に外力エネルギーを集中させることができる。さら
に、前述の終局設計法に従って、第１層に集中した外力
エネルギーを、この第１層の部材の塑性変形によって吸
収すれば、第２層以上に伝達する外力エネルギーを小さ
くすることができ、よって、建築物全体への免震効果を
もたらすことができる。
前記第１層の強度のみを低減させるには、次のような
手法に従えば良い。すなわち、第１層が吸収する累積塑
性歪エネルギーが、全累積塑性歪エネルギーの95％以上
となることを条件として、第２層以上の強度を、前記最
適分布に対して次式により与えられるａ倍以上とすれ
ば、この第１層に外力からのエネルギーを集中させるこ
とができる（秋山宏、日本建築学会論文報告集、341、
昭和59年７月）。
ここに、
a:強度倍率
α1 :第１層の降伏剪断力係数
αe1:構造物が弾性に留まる限界の第１層の降伏剪断
力係数
以上示した知見に基づいて、この発明は、鉛直方向に
複数層を積み重ねてなる高層状態の建築構造物であっ
て、前記複数層のうち少なくとも一つの層は、鉛直方向
荷重を鉄骨で支持する鉄骨構造とされているとともに、
地震外力に対する許容応力の設計値を超えた時に塑性変
形を生じて地震外力のエネルギーを吸収する塑性化鉄骨
柱と、前記塑性化部材の塑性変形時においても弾性変形
性を維持する弾性変形鉄骨柱と、を具備していることを
特徴とするものである。
ここで、塑性化鉄骨柱は普通鋼等からなり、弾性変形
鉄骨柱は高張力鋼等からなる構成とすることが好まし
い。
「作用」
この発明では、建築構造物の少なくとも一つの層が、
地震外力に対する許容応力の設計値を超えた時に塑性変
形を生じて地震外力のエネルギーを吸収する塑性化鉄骨
柱を有している。そのため地震外力のエネルギーの大部
分が塑性歪エネルギーとして吸収され、かつこれ以外の
層への外力のエネルギー伝達が減少される。
すなわち、地震外力等、外力の入力エネルギーＥは、
Ｅ＝We＋Wp＋Wh
We:弾性振動エネルギー（弾性歪エネルギーと運動エ
ネルギーの和）
Wp:塑性歪エネルギー
Wh:減衰機構によって消費されるエネルギー
で表され、この発明においては、大地震時の入力エネル
ギーＥの大部分は、塑性化鉄骨柱の塑性変形による塑性
歪エネルギーWpとして吸収される。
しかも、この場合、弾性変形鉄骨柱は、地震時におい
ても弾性変形性を維持するという機能を有しているとと
もに、加えて、地震終了後に建築構造物を原位置に復元
させるよう働くことにより塑性化鉄骨柱の残留変形も含
めた建築構造物の残留変形を抑止するという機能を果た
す。
「実施例」
以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。
第１図ないし第３図は、この発明の第１実施例である
建築構造物を示す図である。第１図ないし第３図におい
て、地盤Ｇ上に建築された建築物（建築構造物）Ａは、
いわゆる鉄骨構造の建築物であり、角形鋼管からなる柱
１、１、…と、Ｉ形鋼からなる梁２、２、…と、各柱・
梁の仕口間を対角線状に結ぶＬ形鋼又は溝形鋼からなる
筋かい３、３、…とからその躯体が構成され、鉛直方向
に複数層を積み重ねてなる高層状態の建築構造物であ
る。前記筋かい３、３、…は、建築物Ａの第１層には設
けられておらず、第１層は、角形鋼管からなる柱１、
１、…（塑性化鉄骨柱）と、高張力鋼からなる弾性部材
４、４（弾性変形鉄骨柱）とから構成されている。この
場合、鉛直方向の荷重の支持は、主に柱１、１、…によ
り行われている。高張力鋼からなる弾性部材４、４は、
建築物Ａの高さ方向に延在されて取り付けられている。
この弾性部材４は横断面形状がＩ字形に形成され、また
下端に移行するに従ってそのフランジ部分が幅広に形成
されている。弾性部材４の下端は前記地盤Ｇ内に埋設さ
れている。また、弾性部材４の上端には梁２への取付用
プレート５が設けられ、この取付プレート５と前記建築
物Ａの第１層の天井部分に相当する梁２の下部に設けら
れた取付プレート６とが互いにピン接合されることで、
弾性部材４がこの梁２に接合されている。また、図中符
号７は梁２に設けられた補強用リブ、符号８は柱・梁接
合用ブラケット、符号９は柱・筋かい接合用ガゼットプ
レートである。
そして、この建築物Ａを構成する部材（角形鋼管、Ｉ
形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼）は、建築物Ａの耐用年限中に数
度発生が予想される地震規模の外力に対して発生する応
力が許容応力度以内であるように、その材質及び断面形
状が選択されている。そして、前記建築物Ａの第１層を
構成する弾性部材４（弾性変形鉄骨柱）と、柱１、１、
…（塑性化鉄骨柱）とにおいて、この建築物Ａの耐用年
限中に発生が予想される最大級の地震規模の外力に対し
て弾性部材４（弾性変形鉄骨柱）は弾性変形を、第１層
の柱１、１、…（塑性化鉄骨柱）は塑性変形を生じるよ
うに、その材質及び断面形状が選択されている。即ち、
前記筋かい３、３、…の有無により、第１層の強度とそ
れ以外の層の部分の強度に格差を持たせ、これにより地
震等の外力が前記建築物Ａに加えられた時、その第１層
に外力からのエネルギーを集中させるのである。
よって、この建築物Ａに、建築物Ａの耐用年限中に数
度発生が予想される地震規模の外力が加えられた場合、
前記従来の弾性設計法と同様に、各部材が復元力特性に
おける弾性域内で挙動することとなる。なお、建築物Ａ
の耐用年限中に発生が予想される最大級の地震規模の外
力が加えられた場合、この建築物Ａの第１層の塑性化鉄
骨柱（柱１、１、…）が塑性変形を生じ、これにより外
力のエネルギーの大部分がこの第１層で塑性歪エネルギ
ーとして吸収され、これ以上の層に伝達されるエネルギ
ーが減少される。従って、建築物Ａへの外力のエネルギ
ーが所定箇所に集中されるため、そのエネルギー吸収量
を的確に把握することが容易となり、また、前記従来の
終局設計法の如く全層に亙っての塑性変形を考慮する必
要が無いため、第１層以外の層を設計する上での自由度
が増加される。そして、前記の如く第１層以外の層で
は、外力のエネルギー伝達が減少されるので、構成部材
の剛性を大きく確保する必要がなく、このため鉄骨等の
部材重量を削減することが可能となる。よって、前記外
力によるエネルギー吸収量を的確に把握することを可能
にし、また設計上の自由度を増加させると共に、使用さ
れる鉄骨等の部材の重量を削減することのできる建築構
造物を実現することが可能となる。
また、前記弾性部材４は、自身の大きな弾性変形能力
により、前記最大級の地震規模の外力に対しても弾性状
態を保つことにより、エネルギー集中層（第１層）全体
の最大変形、残留変形の増大を抑止する効果がある。
又、生じた水平変形によるＰ−δ効果で建築物Ａが劣化
するのを防止し、復元力を確保する効果も持っている。
次に、第４図ないし第５図は、この発明の参考例であ
る建築構造物を示す図である。以下、第１の実施例と同
様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を
省略する。この参考例による建築物Ａと第１の実施例に
よる建築物との相異点は、第１層の構造である。即ち、
第１層部分において、角形鋼管からなる柱１、１、…
は、その径が縮小された小径部1aに形成されていると共
に、第１層の天井部分に相当する梁２の下部には、鋼板
耐震壁10、10が取り付けられている。この鋼板耐震壁1
0、10は、横断面形状が略Ｉ字形に形成され、その幅広
のウェブ10a上には、補強用リブ11が格子状に形成され
ている。前記梁２は、前記鋼板耐震壁10の取付部におい
て、そのウェブが幅広に形成されている。
そして、この建築物Ａを構成する部材（角形鋼管、鋼
板耐震壁）は、前記第１の実施例と同様に、建築物Ａの
耐用年限中に数度発生が予想される地震規模の外力に対
して発生する応力が許容応力度以内であるように、その
材質及び断面形状が選択されている。そして、前記建築
物Ａの第１層を構成する柱１、１、…の小径部1a、1a、
…と、鋼板耐震壁10、10とのうち、鉛直方向の荷重の支
持は、主に柱１、１、…の小径部1a、1a、…により行わ
れている。この場合、この建築物Ａの耐用年限中に発生
が予想される最大級の地震規模の外力に対して柱１、
１、…の小径部1a、1a、…は弾性変形を、鋼板耐震壁1
0、10は塑性変形を生じるように、その材質及び断面形
状が選択されている。即ち、角形鋼管（柱１の小径部1
a）及び鋼板耐震壁10の断面形状の相異により、第１層
の強度とそれ以外の層の強度に格差を持たせ、よって前
記第１の実施例と同様に、建築物Ａの第１層に外力から
のエネルギーを集中させるのである。
ここで、角形鋼管からなる柱１、１、…の小径部1a、
1a、…及び鋼板耐震壁10、10を比較した場合、柱１の小
径部1aはその軸方向の曲げモーメントに比較的強く、ま
た鋼板耐震壁10は角形鋼管よりも剛であるので、前記第
１実施例と異なり、柱１の小径部1aは弾性変形部材、ま
た鋼板耐震壁10は塑性化部材として挙動する。
以上の構成を有する建築物Ａに外力が加えられた場合
の作用は、前記第１の実施例の場合と同様である。即
ち、建築物Ａの耐用年限中に数度発生が予想される地震
規模の外力に対しては、各部材に発生される応力が許容
応力度以内であり、かつ、建築物Ａの耐用年限中に発生
が予想される最大級の地震規模の外力に対しては、第１
層の鋼板耐震壁10が塑性変形によりそのエネルギーの大
部分を吸収し、第２層以上への外力のエネルギー伝達を
減少させるのである。
さらに、第６図ないし第７図は、この発明の第２実施
例である建築構造物を示す図である。第２の実施例によ
る建築物Ａと前記参考例による建築物との相異点は、第
１層の構造であり、鋼板耐震壁10のかわりに鉄骨からな
る中間柱12（塑性化鉄骨柱）を使用している点である。
即ち、第１層の天井に相当する梁２は、その下部が下方
に膨出されていると共に、この梁２には、前記第１の実
施例と同様に、鉄骨からなる中間柱12が、その上端部が
前記梁２に剛に接合されることで、取り付けられてい
る。この中間柱12は略Ｉ形鋼状に形成され、また側方に
フランジ14、14が突設された形状とされている。
そして、この建築物Ａを構成する部材（角形鋼管、鉄
骨）は、前記第１の実施例と同様に、建築物Ａの耐用年
限中に数度発生が予想される地震規模の外力に対して発
生する応力が許容応力度以内であるように、その材質及
び断面形状が選択されている。そして、前記建築物Ａの
第１層を構成する柱１、１、…の小径部1a、1a、…（弾
性変形鉄骨柱）と、中間柱12、12（塑性化鉄骨柱）との
うち、鉛直方向の荷重の支持は、主に柱１、１、…の小
径部1a、1a、…（弾性変形鉄骨柱）により行われてい
る。この場合、この建築物Ａの耐用年限中に発生が予想
される最大級の地震規模の外力に対して柱１、１、…の
小径部1a、1a、…（弾性変形鉄骨柱）は弾性変形を、中
間柱12、12（塑性化鉄骨柱）は塑性変形を生じるよう
に、その材質及び断面形状が選択されている。即ち、角
形鋼管（柱１の小径部1a）及び鉄骨（中間柱12）の断面
形状の相異により、第１層の強度とそれ以外の層の強度
に格差を持たせ、よって前記第１の実施例と同様に、建
築物Ａの第１層に外力からのエネルギーを集中させるの
である。
ここで、角形鋼管からなる柱１、１、…の小径部1a、
1a、…及び鉄骨からなる中間柱12、12を比較した場合、
柱１の小径部1aは弾性変形鉄骨柱、また中間柱12は塑性
化鉄骨柱として挙動する。
以上の構成を有する建築物Ａに外力が加えられた場合
の作用は、前記第１の実施例の場合と同様である。即
ち、建築物Ａの耐用年限中に数度発生が予想される地震
規模の外力に対しては、各部材に発生する応力が許容応
力度以内であり、かつ、建築物Ａの耐用年限中に発生が
予想される最大級の地震規模の外力に対しては、第１層
の中間柱12（塑性化鉄骨柱）の塑性変形によりそのエネ
ルギーの大部分を吸収し、第２層以上への外力のエネル
ギー伝達を減少させるのである。
なお、この発明である建築構造物は、前記実施例に限
定されない。例えば、第１層のみならず地階や第２層を
構成し、かつ、鉛直方向の荷重を支持する荷重支持部材
が弾性変形鉄骨柱と塑性化鉄骨柱とを有する構成とされ
ていても良い。また、前記実施例では鉄骨構造の建築物
に適用されていたが、前記設計方法は鉄筋コンクリート
構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造にも適用可能である。
「発明の効果」
以上詳細に説明したように、この発明によれば、鉛直
方向に複数層を積み重ねてなる高層状態の建築構造物で
あって、前記複数層のうち少なくとも一つの層は、鉛直
方向荷重を鉄骨で支持する鉄骨構造とされているととも
に、地震外力に対する許容応力の設計値を超えた時に塑
性変形を生じて地震外力のエネルギーを吸収する塑性化
鉄骨柱と、前記塑性化部材の塑性変形時においても弾性
変形性を維持する弾性変形鉄骨柱と、を具備しているの
で、地震外力のエネルギーが前記層で吸収され、これ以
外の層に伝達されるエネルギーが減少する。従って、建
築構造物への外力のエネルギーが所定箇所に集中される
ため、そのエネルギー吸収量を的確に把握することが容
易となり、また、従来の終局設計法の如く全層に亙って
の塑性変形を考慮する必要が無いため、前記エネルギー
が集中する層以外の層を設計する上での自由度が増加さ
れる。そして、前記層以外の層では、外力のエネルギー
伝達が減少されるので、構成部材の剛性を大きく確保す
る必要がなく、このため鉄骨等の部材重量を削減するこ
とが可能となる。よって、前記外力によるエネルギー吸
収量を的確に把握することを可能にし、また設計上の自
由度を増加させると共に、使用する鉄骨等の部材の重量
を削減することのできる建築構造物を実現することが可
能となる。
また、本発明によれば、上記の如く塑性化鉄骨柱が地
震エネルギーの大部分を吸収することにより、他の部材
の損傷を軽微にとどめ得るとともに、弾性変形鉄骨柱が
塑性化鉄骨柱の残留変形も含めた建築構造物の残留変形
を抑止することにより、地震終了後における塑性化鉄骨
柱の取替を不要とし得るという特有効果を奏する。さら
には、本発明は、耐力壁がないので、塑性化鉄骨柱が壊
れても、壁と異なり、撤去作業や修復作業が容易であ
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a building structure that exhibits a good seismic effect against external force such as an earthquake. “Conventional technology and its problems” Conventionally, seismic design methods for building structures are applied to members constituting the building structure in response to external force of a scale such as an earthquake that occurs relatively frequently. The design method is to determine the strength of each member and its structure so that the applied stress is within the allowable stress level. That is, as shown in FIG. 8, a member of a building structure generally used has a load Q and an amount of displacement δ in an elastic range (between a and b in the figure) according to Hook's law.
And a plastic region that does not obey the Hooke's law (b to b ′ in the figure)
~ C) is considered to have a restoring force characteristic
The architectural structure is designed so that each member always behaves within the elastic range with respect to the external force of the scale. Here, in FIG. 8, δy is a yield displacement amount, and Qy is an amount called an allowable shear force. Also, within the useful life of the building structure, with respect to an external force of a magnitude such as the largest earthquake that is expected to occur, a slight plastic deformation is allowed to members of the entire building structure, It has been acknowledged that the architectural structure should not collapse, and this so-called ultimate design method for plasticization is being applied in practice. However, in the final design method, the position of the member to be plasticized, the degree of plasticization, and the like are not always clear. The present invention is a further development of the concept of the final design method, which enables accurate grasp of the amount of energy absorbed by the external force, increases the degree of freedom in design, and increases the steel frame used. The problem is how to realize an architectural structure capable of reducing the weight of members such as. "Means for Solving the Problems" The present inventors have earnestly studied in view of the above problems, and as a result, have obtained the following knowledge. That is, according to the seismic limit design method based on the energy theory, the optimum distribution of the strength (yield shear force) of each layer of the building, in other words, the yield shear force coefficient distribution i in the i-th layer can be uniquely obtained. Is given by the following equation (Hiroaki Akiyama, "Seismic Extreme Design of Buildings", University of Tokyo Press). f (x) = 1 + 1.5927x−11.8519x 2 + 42.5833x 3 −59.4827x 4 + 30.1586x 5 If the strength αi of a certain layer is smaller than the optimum distribution i, the layer is subjected to external force due to an earthquake or the like. Energy will be concentrated. Conversely, using this principle,
By appropriately adjusting the strength αi of each layer, the energy of the external force can be distributed to each layer at a desired ratio.
By reducing only the strength of the first layer of the building, external energy can be concentrated on the first layer. Furthermore, according to the above-described final design method, if external force energy concentrated on the first layer is absorbed by plastic deformation of the members of the first layer, external force energy transmitted to the second layer or more can be reduced. Therefore, it is possible to provide a seismic isolation effect for the entire building. In order to reduce only the strength of the first layer, the following method may be used. That is, provided that the cumulative plastic strain energy absorbed by the first layer is 95% or more of the total cumulative plastic strain energy, the strength of the second layer or more is given by the following equation with respect to the optimal distribution. If it is more than twice, energy from external force can be concentrated on this first layer (Hiroaki Akiyama, Architectural Institute of Japan Transactions, 341 ,
July 1984). Here, a: Strength magnification α 1 : Yield shear force coefficient of the first layer αe 1 : Yield shear force coefficient of the first layer at the limit where the structure remains elastic Based on the findings described above, this invention A high-rise building structure in which a plurality of layers are stacked in the direction, and at least one of the plurality of layers has a steel structure supporting a vertical load with a steel frame,
A plasticized steel column that generates plastic deformation when the allowable stress against the seismic external force exceeds the design value and absorbs the energy of the seismic external force, and an elastically deformed steel column that maintains elastic deformability even during plastic deformation of the plasticized member And characterized in that: Here, it is preferable that the plasticized steel column is made of ordinary steel or the like, and the elastically deformed steel column is made of high-strength steel or the like. "Action" In the present invention, at least one layer of the building structure is
It has plasticized steel columns that generate plastic deformation when the allowable stress against the external force exceeds the design value and absorb the energy of the external force. Therefore, most of the energy of the external force is absorbed as plastic strain energy, and the energy transfer of the external force to other layers is reduced. That is, the input energy E of an external force, such as an earthquake external force, is represented by E = We + Wp + Wh We: elastic vibration energy (sum of elastic strain energy and kinetic energy) Wp: plastic strain energy Wh: energy consumed by the damping mechanism. In the present invention, most of the input energy E during a large earthquake is absorbed as plastic strain energy Wp due to plastic deformation of the plasticized steel column. In addition, in this case, the elastically deformed steel columns have the function of maintaining elastic deformability even during an earthquake, and also work to restore the building structure to its original position after the earthquake. It functions to suppress residual deformation of building structures, including residual deformation of fossil steel columns. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 are views showing a building structure according to a first embodiment of the present invention. 1 to 3, a building (building structure) A constructed on the ground G is:
It is a building having a so-called steel frame structure, and columns 1, 1,... Made of rectangular steel pipes, and beams 2, 2,.
A high-rise building structure composed of braces 3, 3, ... consisting of L-shaped steel or channel steel diagonally connecting the beam connections, and having a plurality of layers stacked vertically. is there. The braces 3, 3, ... are not provided on the first layer of the building A, and the first layer is a column 1 made of a square steel pipe.
(Plasticized steel columns) and elastic members 4 and 4 (elastically deformed steel columns) made of high-strength steel. In this case, the support of the load in the vertical direction is mainly performed by the columns 1, 1,. The elastic members 4 and 4 made of high-tensile steel
The building A is attached so as to extend in the height direction of the building A.
The elastic member 4 has an I-shaped cross-sectional shape, and its flange portion is formed wider at the lower end. The lower end of the elastic member 4 is buried in the ground G. At the upper end of the elastic member 4, a plate 5 for mounting to the beam 2 is provided, and the mounting plate 5 and a mounting plate provided below the beam 2 corresponding to the ceiling portion of the first layer of the building A are provided. 6 are pin-joined to each other,
An elastic member 4 is joined to the beam 2. In the figure, reference numeral 7 denotes a reinforcing rib provided on the beam 2, reference numeral 8 denotes a column / beam joining bracket, and reference numeral 9 denotes a column / brace joining gusset plate. And the members (square steel pipe, I
Shaped steel, L-shaped steel, channel steel) are made of materials such that the stress generated by an external force of an earthquake scale expected to occur several times during the useful life of the building A is within the allowable stress level. And the cross-sectional shape are selected. Then, the elastic member 4 (elastically deformed steel column) constituting the first layer of the building A and the columns 1, 1,.
... (plasticized steel column), the elastic member 4 (elastically deformed steel column) undergoes elastic deformation against the external force of the largest earthquake scale expected to occur during the service life of the building A, The columns 1, 1,... (Plasticized steel columns) of the layers are selected for their material and cross-sectional shape so as to cause plastic deformation. That is,
Depending on the presence or absence of the braces 3, 3,..., The strength of the first layer and the strength of the other layers are different, and when an external force such as an earthquake is applied to the building A, It concentrates energy from external force on the first layer. Therefore, when an external force of an earthquake scale that is expected to occur several times during the useful life of the building A is applied to the building A,
As in the conventional elastic design method, each member behaves within the elastic range in the restoring force characteristic. In addition, building A
When an external force of the largest earthquake magnitude expected to occur during the service life of the building A is applied, the plasticized steel columns (columns 1, 1,...) Of the first layer of the building A undergo plastic deformation, As a result, most of the energy of the external force is absorbed as plastic strain energy in the first layer, and the energy transmitted to further layers is reduced. Therefore, since the energy of the external force to the building A is concentrated at a predetermined location, it is easy to accurately grasp the energy absorption amount, and also, as in the above-mentioned conventional final design method, over the whole layer. Since there is no need to consider plastic deformation, the degree of freedom in designing layers other than the first layer is increased. In the layers other than the first layer as described above, energy transmission of external force is reduced, so that it is not necessary to secure large rigidity of the constituent members, and therefore, it is possible to reduce the weight of members such as steel frames. . Therefore, it is possible to accurately grasp the amount of energy absorbed by the external force, to increase the degree of freedom in design, and to realize a building structure capable of reducing the weight of members such as steel frames used. It becomes possible. In addition, the elastic member 4 maintains its elastic state against external force of the largest earthquake scale due to its own large elastic deformation capacity, thereby maximizing deformation and residual deformation of the entire energy concentration layer (first layer). Has the effect of suppressing the increase in
Further, it also has the effect of preventing the building A from deteriorating due to the P-δ effect due to the generated horizontal deformation and securing the restoring force. Next, FIGS. 4 and 5 are views showing a building structure as a reference example of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. The difference between the building A according to this reference example and the building according to the first embodiment is the structure of the first layer. That is,
In the first layer portion, columns 1, 1,...
Is formed in a small-diameter portion 1a whose diameter is reduced, and steel plate earthquake-resistant walls 10, 10 are attached to the lower part of the beam 2 corresponding to the ceiling portion of the first layer. This steel plate shear wall 1
The cross-sections 0 and 10 have a substantially I-shaped cross section, and the reinforcing ribs 11 are formed in a grid on the wide web 10a. The web of the beam 2 is formed wide at the mounting portion of the steel plate earthquake-resistant wall 10. The members (square steel pipe, steel plate earthquake-resistant wall) constituting this building A are subjected to an earthquake-scale external force that is expected to occur several times during the useful life of the building A, as in the first embodiment. The material and the cross-sectional shape are selected so that the stress generated on the other hand is within the allowable stress level. The small diameter portions 1a, 1a of the columns 1, 1,... Constituting the first layer of the building A,
, And the steel plate earthquake-resistant walls 10, 10 are mainly supported by the small-diameter portions 1 a, 1 a,... Of the columns 1, 1,. In this case, the column 1 will be subjected to the largest earthquake-scale external force expected to occur during the useful life of the building A,
The small-diameter portions 1a, 1a,...
Materials 0 and 10 are selected for their material and cross-sectional shape so as to cause plastic deformation. That is, a square steel pipe (small diameter part 1 of pillar 1)
a) and the difference in the cross-sectional shape of the steel plate earthquake-resistant wall 10 causes a difference between the strength of the first layer and the strength of the other layers, and therefore, as in the first embodiment, the first layer of the building A It concentrates energy from external forces on the layers. Here, the small-diameter portions 1a of the columns 1, 1,.
When comparing the steel wall 1a,... And the steel wall 10, 10, the small-diameter portion 1a of the column 1 is relatively strong in the bending moment in the axial direction, and the steel wall 10 is more rigid than the square steel pipe. Unlike the first embodiment, the small diameter portion 1a of the column 1 behaves as an elastically deformable member, and the steel plate shear wall 10 behaves as a plasticizing member. The operation when an external force is applied to the building A having the above configuration is the same as that of the first embodiment. That is, with respect to an external force of an earthquake scale that is expected to occur several times during the useful life of the building A, the stress generated in each member is within the allowable stress level, and during the useful life of the building A. For the largest earthquake-scale external force expected to occur in
The steel plate shear walls 10 of the layers absorb most of their energy by plastic deformation, reducing the energy transfer of external forces to the second and higher layers. 6 and 7 are views showing a building structure according to a second embodiment of the present invention. The difference between the building A according to the second embodiment and the building according to the reference example is the structure of the first layer, in which an intermediate column 12 made of steel instead of the steel plate earthquake-resistant wall 10 (plasticized steel column). This is the point that is used.
That is, the beam 2 corresponding to the ceiling of the first layer has a lower part swelling downward, and the beam 2 has an intermediate column 12 made of a steel frame, as in the first embodiment. The upper end is attached to the beam 2 by being rigidly joined thereto. The intermediate column 12 is formed in a substantially I-shaped steel shape, and has a shape in which flanges 14 and 14 are provided on the side. The members (square steel pipes, steel frames) constituting the building A are subjected to an earthquake-scale external force that is expected to occur several times during the useful life of the building A, as in the first embodiment. The material and cross-sectional shape are selected so that the generated stress is within the allowable stress level. And among the small-diameter portions 1a, 1a, ... (elastically deformed steel columns) of the columns 1, 1, ..., which constitute the first layer of the building A, and the intermediate columns 12, 12 (plasticized steel columns), Supporting the load in the vertical direction is mainly performed by the small diameter portions 1a, 1a,... (Elastically deformed steel columns) of the columns 1, 1,. In this case, the small-diameter portions 1a, 1a, ... (elastically deformed steel columns) of the columns 1, 1, ... are elastically deformed against the external force of the largest earthquake scale expected to occur during the useful life of the building A. The material and the cross-sectional shape of the intermediate columns 12, 12 (plasticized steel columns) are selected so as to cause plastic deformation. That is, the difference between the cross-sectional shapes of the rectangular steel pipe (the small-diameter portion 1a of the column 1) and the steel frame (the intermediate column 12) causes a difference between the strength of the first layer and the strength of the other layers. As in the embodiment, the energy from the external force is concentrated on the first layer of the building A. Here, the small-diameter portions 1a of the columns 1, 1,.
When comparing the intermediate pillars 12 and 12 made of 1a, ... and steel frames,
The small diameter portion 1a of the column 1 behaves as an elastically deformed steel column, and the intermediate column 12 behaves as a plasticized steel column. The operation when an external force is applied to the building A having the above configuration is the same as that of the first embodiment. That is, for an external force of an earthquake scale that is expected to occur several times during the useful life of the building A, the stress generated in each member is within the allowable stress level, and during the useful life of the building A. With respect to the largest possible external force on the scale of earthquakes, most of the energy is absorbed by the plastic deformation of the intermediate column 12 (plasticized steel column) in the first layer, and the external force to the second layer and higher It reduces the energy transfer. In addition, the building structure which is this invention is not limited to the said Example. For example, the load supporting member that constitutes not only the first layer but also the basement or the second layer and that supports the load in the vertical direction may have an elastically deformed steel column and a plasticized steel column. In the above embodiment, the present invention is applied to a building having a steel structure. However, the design method is also applicable to a reinforced concrete structure and a steel reinforced concrete structure. [Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, a high-rise building structure in which a plurality of layers are vertically stacked, at least one of the plurality of layers is a vertical A steel frame structure that supports the directional load with a steel frame, and a plasticized steel column that generates plastic deformation and absorbs the energy of the seismic external force when exceeding the design value of the allowable stress against the seismic external force, and the plasticized member Since it is provided with an elastically deformed steel column that maintains elastic deformation even during plastic deformation, the energy of the seismic external force is absorbed by the layer, and the energy transmitted to the other layers is reduced. Therefore, since the energy of the external force to the building structure is concentrated at a predetermined location, it is easy to accurately grasp the energy absorption amount, and the plasticity over the whole layer is different from the conventional final design method. Since there is no need to consider deformation, the degree of freedom in designing layers other than the layer where the energy is concentrated is increased. In layers other than the above-mentioned layers, energy transmission of external force is reduced, so that it is not necessary to secure large rigidity of the constituent members, and therefore, it is possible to reduce the weight of members such as steel frames. Therefore, it is possible to accurately grasp the amount of energy absorbed by the external force, to increase the degree of freedom in design, and to realize a building structure capable of reducing the weight of a member such as a steel frame to be used. Becomes possible. Further, according to the present invention, the plasticized steel column absorbs most of the seismic energy as described above, so that damage to other members can be reduced to a small extent, and the elastically deformed steel column maintains the plasticized steel column remaining. By suppressing the residual deformation of the building structure including the deformation, it is possible to eliminate the need to replace the plasticized steel columns after the end of the earthquake. Furthermore, since the present invention does not have a bearing wall, even if the plasticized steel column is broken, removal work and repair work are easy, unlike the wall.
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１実施例である建築構造物を示す
正面図、第２図は第１図の第１層部分のみを拡大して示
した正面図、第３図は第２図のIII−III線視断面図、第
４図はこの発明の参考例である建築構造物を示す正面
図、第５図は第４図の第１層部分のみを拡大して示した
正面図、第６図はこの発明の第２実施例である建築構造
物を示す正面図、第７図は第６図の第１層部分のみを拡
大して示した正面図、第８図は荷重と変位量との間に成
立する復元力特性の一例を示す図である。
Ａ……建築物（建築構造物）
１……柱、1a……小径部（弾性変形鉄骨柱）、４……弾
性部材（弾性変形部材）、12……中間柱（塑性化鉄骨
柱）BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view showing a building structure according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged front view showing only a first layer portion of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2, FIG. 4 is a front view showing a building structure according to a reference example of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of only the first layer of FIG. 6, a front view showing a building structure according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is an enlarged front view showing only a first layer portion of FIG. 6, FIG. 8 is a diagram showing an example of a restoring force characteristic established between a load and a displacement. A: Building (Building structure) 1 ... Column, 1a ... Small diameter part (elastic deformed steel column), 4 ... Elastic member (elastic deformable member), 12 ... Intermediate column (plasticized steel column)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢部 喜堂 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 伊倉 清 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 真瀬 伸治 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 平間 敏彦 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (56)参考文献 建築技術、416〔４〕 （昭61−４− １） 株式会社建築技術 Ｐ．57 建築技術、251〔７〕 （昭47−７− １） 株式会社建築技術 Ｐ．111 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kibe Yabe Shimizu, 2-6-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Construction Co., Ltd. (72) Inventor Kiyoshi Ikura Shimizu, 2-6-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Construction Co., Ltd. (72) Inventor Shinji Mase Shimizu, 2-6-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Construction Co., Ltd. (72) Inventor Toshihiko Hirama Shimizu, 2-6-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Construction Co., Ltd. (56) References Building Technology, 416 [4] (Showa 61-4-) 1) Building Technology Co., Ltd. 57 Building technology, 251 [7] (Showa 47-7- 1) Building Technology Co., Ltd. 111
Claims (1)
構造物であって、 前記複数層のうち少なくとも一つの層は、鉛直方向荷重
を鉄骨で支持する鉄骨構造とされているとともに、 地震外力に対する許容応力の設計値を超えた時に塑性変
形を生じて地震外力のエネルギーを吸収する塑性化鉄骨
柱と、 前記塑性化部材の塑性変形時においても弾性変形性を維
持する弾性変形鉄骨柱と、を具備していることを特徴と
する建築構造物。 ２．塑性化鉄骨柱は普通鋼等からなり、弾性変形鉄骨柱
は高張力鋼等からなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の建築構造物。(57) [Claims] A high-rise building structure in which a plurality of layers are stacked in a vertical direction, wherein at least one of the plurality of layers has a steel structure supporting a vertical load with a steel frame, and has a tolerance to an external force against earthquake. A plasticized steel column that generates plastic deformation when the stress exceeds a design value and absorbs the energy of the external force of earthquake, and an elastically deformed steel column that maintains elastic deformation even during plastic deformation of the plasticized member. An architectural structure characterized by: 2. 2. The building structure according to claim 1, wherein the plasticized steel column is made of ordinary steel or the like, and the elastically deformed steel column is made of high-tensile steel or the like.
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| JP22778186A JP2766954B2 (en) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | How to design building structures |
| NZ22194487A NZ221944A (en) | 1986-09-26 | 1987-09-25 | Multi-storey steel frame building with at least one plastic deformation storey with independent elastic deformation and plastic deformation devices |
| US07/928,080 US5271197A (en) | 1986-09-26 | 1992-08-13 | Earthquake resistant multi-story building |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP22778186A JP2766954B2 (en) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | How to design building structures |
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| JPS6383379A JPS6383379A (en) | 1988-04-14 |
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ID=16866280
Family Applications (1)
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1986
- 1986-09-26 JP JP22778186A patent/JP2766954B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 建築技術、２５１〔７〕 （昭４７−７−１） 株式会社建築技術 Ｐ．１１１ |
| 建築技術、４１６〔４〕 （昭６１−４−１） 株式会社建築技術 Ｐ．５７ |
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