JP3048521B2 - 多スパン多角形ラーメン構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屋上駐車場付大型
小売店舗や重量物の倉庫等、大型空間を有する建築構造
体に用いられる多スパンのラーメン構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】屋上駐車場付大型小売店舗や重量物の倉
庫等、大型空間を有する建築構造体に用いられる多スパ
ンのラーメン構造は、従来、並設した柱の柱頭間に水平
梁(本発明においては略水平方向の梁を意味し、真正な
水平梁に限るものではない)を順次架設して構築してい
た。こうしたラーメン構造では、各水平梁について曲げ
モーメント計算し、最大の曲げモーメントに耐えうる強
度の水平梁を使用する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなラーメン
構造の水平梁では、長さ方向に曲げモーメントが大きく
異なり、中間の柱に接続する端部において特に大きな曲
げモーメントが発生するため、部分的に細い鋼材であっ
ても十分な強度が得られる場合でも、端部に発生する前
記曲げモーメントにあわせて太い鋼材を用いなければな
らず、これが全体の施工費を押し上げる要因となってい
た。そこで、水平梁に掛かる最大の曲げモーメントを下
げる、若しくは水平梁の端部から中央にかけて平均的で
より低い曲げモーメントが発生するように、ラーメン構
造を見直す検討をした。

【０００４】

【課題を解決するための手段】検討の結果開発したもの
が、複数の柱及び水平梁とからなる多スパンのラーメン
構造において、直線関係にある２本の水平梁と柱とを直
接接続しないで、１本の引張梁を底辺、２本の傾斜梁を
斜辺とする下向きに突な略三角枠を構成し、２本の傾斜
梁の交点を柱に接続し、水平梁を各傾斜梁に接続する多
スパン多角形ラーメン構造である。好ましくは、前記三
角枠のうち２本の傾斜梁の交点を柱頭に接続し、水平梁
を引張梁と傾斜梁との交点に接続する構造である。本発
明においては三角枠に特徴があり、傾斜梁が柱頭の固定
度を下げることで水平梁の端部に発生する曲げモーメン
トを、引張梁が水平梁を引っ張ることで水平梁の中央に
発生する曲げモーメントを、それぞれ抑制する。

【０００５】各梁又は柱の接続方法としては、溶接等に
より分離不能かつ一体にする接合又は結合や、ボルト締
め等により分離可能にする連結がある。本発明の形態と
して最も好ましいものは、柱頭からＹ字状に延設した２
本の傾斜梁の各先端に水平梁の端部をそれぞれ結合し、
この傾斜梁と水平梁との結合付近にわたってボルト締め
により引張梁を架設する構造のものがよい。

【０００６】本発明のラーメン構造は、傾斜梁を介して
水平梁を支持するため、水平梁の支点間距離が従来に比
して短くでき、しかも引張梁によって連結した水平梁が
互いに排斥しあう方向に回転しようと引っ張り合うの
で、各水平梁に発生する曲げモーメントは同スパンの従
来のラーメン構造のそれよりも小さくなり、各水平梁に
要求される強度を低下させることができる。また、例え
ば地震により柱へ横方向の負荷が掛かった場合でも、傾
斜梁の分だけ柱が低くなるので、柱に発生する地震時応
力が小さくなる。

【０００７】大型空間を有する建築構造体では、上記ラ
ーメン構造を多数交差させて構築する。この場合、上記
ラーメン構造においては、２本の傾斜梁と１本の引張梁
とからなる三角枠を各交差方向に対してそれぞれ設け
る。すなわち、２方向のラーメン構造が直交すれば、柱
頭からは90度間隔で四方に向けて傾斜梁が延設され、各
方向に対となる傾斜梁に対して架設する引張梁は、十字
を形成することになる。

【０００８】また、上記のような２方向以上のラーメン
構造が交差する場合、交差関係にある２本の水平梁と柱
とを直接接続しないで、１本の引張梁を底辺、２本の傾
斜梁を斜辺とする下向きに突な略三角枠を構成して、２
本の傾斜梁の交点を柱に接続し、水平梁を各傾斜梁に接
続するようにしてもよい。つまり、上記直交する２方向
のラーメン構造を例にすれば、傾斜梁は90度間隔で四方
に向けて柱頭から延設されることには代わりはないが、
引張梁は隣り合う水平梁を結ぶように架設し、四角形を
描くことになる。棒材からなる引張梁に代えて、各辺を
引張梁とみなす四角形板の各頂点を水平梁に接続しても
よい。なお、この場合も、構成する三角枠において２本
の傾斜梁の交点を柱頭に接続し、水平梁を引張梁と傾斜
梁との交点に接続することが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のラーメン構造の実
施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発
明のラーメン構造により、縦４スパン、横８スパンで構
成した建築構造体１の斜視図であり、図２は同構造体１
における水平梁２と柱３との接続部を拡大した斜視図で
ある。

【００１０】図１に見られるように、本発明を適用した
ラーメン構造は、構造体１全体を概観した場合に、従来
のラーメン構造と比較しても構造的な差異はほとんど見
られないが、各水平梁２に掛かる曲げモーメントが小さ
くなるため、水平梁２として従来よりも低い規格の製
品、例えばより細いＨ綱を用いることができる点が異な
る。しかし、水平梁２と引張梁４とが直線的に連続して
配されるため、従来と変わらず安定して天板５を付設す
ることができる。

【００１１】図２に見られるように、水平梁２は、それ
ぞれ柱頭７から延設した傾斜梁６に結合するために、各
水平梁２は直接柱頭７に結合する場合に比べて長さを短
くでき、鉛直荷重が掛かった場合に水平梁２に発生する
曲げモーメントは同スパンの従来のラーメン構造に比べ
て小さくなる。加えて直線関係にある水平梁２,２に引
張梁４がボルト締めにより架設され、各水平梁２に掛か
る応力Ａと応力Ａ'、応力Ｂと応力Ｂ'とが互いに引っ張
り合う関係で打ち消しあうので、実際に各水平梁２に掛
かる曲げモーメントはより低減されるのである。この引
張梁４によるラーメン構造は、１本の柱３に対して直線
関係の組を構成する偶数本の水平梁２を接続する場合に
適用がある。

【００１２】図３は、上記直交関係にある引張梁４,４
に代えて、各水平梁２に四方をボルト締めにより結合し
た引張板８を用いた本発明のラーメン構造における図２
相当斜視図である。この例では、引張板８を介して応力
Ａと応力Ａ'、応力Ｂと応力Ｂ'とが互いに引っ張り合う
関係で打ち消しあうほか、例えば応力Ａに対しては応力
Ｂ,応力Ｂ'が働いて水平梁２に発生する曲げモーメント
を低減することができる。つまり、引張板に結合した水
平梁２は、引張板８自体又は各辺を引張梁とみなして、
同引張板８に結合した他の水平梁２の応力を借りて曲げ
モーメントの低減を図るのである。この引張板によるラ
ーメン構造は、１本の柱に対して２本以上の水平梁を接
続する場合に適用がある。

【００１３】図４は図１の構造体における縦方向のラー
メン構造に発生する曲げモーメントの分布図、図５は同
横方向のラーメン構造に発生する曲げモーメントの分布
図であり、図６は従来のラーメン構造による図４相当
図、図７は従来のラーメン構造による図５相当図であ
る。各分布図は、本発明と従来とを比較するために、各
スパンは９ｍ、水平梁の高さ位置は4.9ｍ、柱の高さは
4.4ｍ、傾斜梁は前記柱頭から上向き２：１の角度で延
設し、鉛直荷重は、縦方向においては各スパンごとに2
0.52ｔの集中荷重を２個所に掛け、横方向においては全
スパンを通して等分布荷重2.28ｔ/ｍを掛けたとして計
算したもの(ただし、各図における縦方向と横方向では
モーメントのスケールは異なる)で、数値については、
表１及び表２にまとめた。表１又は表２中、符号なしの
数値は上向きの曲げモーメント、−(マイナス)符号を付
けた数値は下向きの曲げモーメントが水平梁に発生する
ことを示す。なお、発生する曲げモーメントは左右対照
なので、縦方向については左から第１水平梁〜第２水平
梁まで、横方向については第１水平梁〜第４水平梁まで
を計算した(図４〜図７参照)。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】表１及び表２から、縦方向(本例では４ス
パン)においては最大で約54％、平均で30〜40％の曲げ
モーメントの低減が、横方向(本例では８スパン)におい
ては最大で約76％、平均で45〜55％の曲げモーメントの
低減が見られる。しかし、より重要なことは、各水平梁
に発生する曲げモーメントが低い値に合わせて平坦化す
ること、すなわち各表に見られるように各水平梁に現れ
ていた曲げモーメントの極大値が大きく低減する点にあ
る。これは、傾斜梁の存在によって各柱頭の固定度が下
げられて水平梁の端部に発生する曲げモーメントが、引
張梁が引っ張ることで水平梁の中央に発生する曲げモー
メントが、それぞれ抑制される結果、特に水平梁の両端
に発生する曲げモーメントが低減することを意味してい
る。

【００１７】こうして、各水平梁にはより細く、軽い鋼
材が使用でき、結果基礎の軽量化も図れるので、総じて
材料費の節約が可能となるのである。概算上、従来のラ
ーメン構造による使用鉄骨量は約25％の節約を果たす。
このように、本発明のラーメン構造は、構造的な強度の
向上を図ることで、各部材に要求される強度を下げて使
用鉄骨量を節約し、施工コストの削減を実現するのであ
る。

【００１８】また、本発明のラーメン構造では、耐震性
も向上する。図８〜図11はそれぞれ本発明及び従来のラ
ーメン構造の地震時における柱頭応力を表した分布図
で、図８は図１の構造体における縦方向に並ぶ柱の柱頭
応力の分布図、図９は同横方向に並ぶ柱の柱頭応力の分
布図であり、図10は従来のラーメン構造による図８相当
図、図11は従来のラーメン構造による図９相当図であ
る。各分布図は、本発明と従来とを比較するため、各ス
パンは９ｍ、水平梁の高さ位置は4.9ｍ、柱の高さは4.4
ｍ、傾斜梁は前記柱頭から上向き２：１の角度で延設
し、縦方向に水平応力32ｔが、横方向に58ｔが掛かった
場合(震度６相当)について計算したもので、数値につい
ては表３及び表４にまとめた。なお、発生する曲げモー
メントは左右対照なので、縦方向については左から第１
柱〜第３柱まで、横方向については第１柱〜第５柱まで
を計算した。

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】この地震時応力については、縦、横各方向
において約10％程度と余り大きな低減は見られないもの
の、明らかに本発明のラーメン構造は従来のものに比べ
て、同一震度において発生する応力が小さくなり、それ
だけ耐震性が向上することがわかる。これは、傾斜梁を
設けたことで柱が短くなることによる効果であり、２本
の傾斜梁と引張梁とが構成する三角枠が横揺れに対して
互いの位置関係を維持しようとすると考えられるので、
実際には数値以上の耐震性が期待できる。

【００２２】また、本発明のラーメン構造は、２階建て
以上の複層建築構造体９に対しても応用できる。図12は
直交関係にある引張梁４,４を用いたラーメン構造から
なる複層建築構造体９の図２相当斜視図で、図13は引張
板８を用いたラーメン構造からなる複層建築構造体９の
図２相当斜視図である。直交関係にある引張梁４,４を
用いた場合、各引張梁４,４と柱とが干渉しないように
する必要がある。本例では、図12に見られるように、水
平梁２に連続して２枚の長尺な鋼板10,10を平行に架け
渡して引張梁４を構成し、各引張梁４,４の交差部分に
空間を形成することで、柱３を直上に延設できるように
している。これに対し、引張板８を用いたラーメン構造
では、図13に見られるように、引張板８の中心付近に開
口11を設けるだけで、柱３と引張板８との干渉が回避で
きる利点がある。このように、本発明のラーメン構造は
建築構造体の階数に関係なく利用できるのである。

【００２３】

【発明の効果】本発明のラーメン構造は、水平梁に発生
する曲げモーメントを低減し、もってより細く、軽量な
鋼材の使用を可能としながら、耐震性を向上させる効果
を有している。このため、必要十分な要求を満たしなが
ら、施工コストを大幅に削減できる効果を生み、しかも
実施形態に見られたように、スパン数が多ければ多いほ
ど曲げモーメントの低減という効果が相乗的に現れるの
で、特に大型空間を有する建築構造体に最適な鉄骨構造
を提供できるようになる。

【００２４】また、外観的には従来のラーメン構造とは
ほとんど変わらず、複層建築構造体に応用したり、従来
のラーメン構造と混在した形態での適用が可能であり、
これらの場合でも本発明の適用割合に応じて全体の施工
コストを低減することができる。むしろ、従来のラーメ
ン構造と混在して適用できることから、本発明のラーメ
ン構造の適用範囲が拡がり、それだけ有効な用い方がで
きるようになる。このように、本発明は強度的、コスト
的に高い効果を示しながら、その適用範囲が広いという
特徴を有するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のラーメン構造により、縦４スパン、横
８スパンで構成した建築構造体の斜視図である。

【図２】図１のラーメン構造における水平梁と柱との接
続部を拡大した斜視図である。

【図３】引張梁に代えて引張板を用いた図２相当斜視図
である。

【図４】図１の構造体における縦方向のラーメン構造に
発生する曲げモーメントの分布図である。

【図５】図１の構造体における横方向のラーメン構造に
発生する曲げモーメントの分布図である。

【図６】従来のラーメン構造による図４相当図である。

【図７】従来のラーメン構造による図５相当図である。

【図８】図１の構造体における縦方向に並ぶ柱の柱頭応
力の分布図である。

【図９】図１の構造体における横方向に並ぶ柱の柱頭応
力の分布図である。

【図10】従来のラーメン構造による図８相当図である。

【図11】従来のラーメン構造による図９相当図である。

【図12】直交する引張梁を用いた本発明のラーメン構造
による複層建築構造体の図２相当斜視図である。

【図13】引張板を用いた本発明のラーメン構造による複
層建築構造体の図２相当斜視図である。

【符号の説明】

１ 建築構造体 ２ 水平梁 ３ 柱 ４ 引張梁 ５ 天板 ６ 傾斜梁 ７ 柱頭 ８ 引張板 ９ 複層建築構造体 10 鋼板 11 開口

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の柱及び水平梁とからなる多スパン
   のラーメン構造において、直線関係にある２本の水平梁
   と柱とを直接接続しないで、１本の引張梁を底辺、２本
   の傾斜梁を斜辺とする下向きに突な略三角枠を構成し、
   ２本の傾斜梁の交点を柱に接続し、水平梁を各傾斜梁に
   接続することを特徴とする多スパン多角形ラーメン構
   造。
2. 【請求項２】 複数の柱及び水平梁とからなる多スパン
   のラーメン構造において、直線関係にある２本の水平梁
   と柱とを直接接続しないで、１本の引張梁を底辺、２本
   の傾斜梁を斜辺とする下向きに突な三角枠を構成し、２
   本の傾斜梁の交点を柱頭に接続し、水平梁を引張梁と傾
   斜梁との交点に接続することを特徴とする多スパン多角
   形ラーメン構造。
3. 【請求項３】 複数の柱及び水平梁とからなる多スパン
   のラーメン構造において、交差関係にある２本の水平梁
   と柱とを直接接続しないで、１本の引張梁を底辺、２本
   の傾斜梁を斜辺とする下向きに突な略三角枠を構成し、
   ２本の傾斜梁の交点を柱に接続し、水平梁を各傾斜梁に
   接続することを特徴とする多スパン多角形ラーメン構
   造。
4. 【請求項４】 複数の柱及び水平梁とからなる多スパン
   のラーメン構造において、交差関係にある２本の水平梁
   と柱とを直接接続しないで、１本の引張梁を底辺、２本
   の傾斜梁を斜辺とする下向きに突な三角枠を構成し、２
   本の傾斜梁の交点を柱頭に接続し、水平梁を引張梁と傾
   斜梁との交点に接続することを特徴とする多スパン多角
   形ラーメン構造。