JP3728650B2 - 柱脚部の支持構造および耐震建物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物における柱脚部の支持構造およびその構造を採用した耐震建物に関する。
【0002】
【従来の技術】
中高層ないし超高層の建物に地震力が作用した場合、図10に示すような転倒モーメントにより柱に大きな軸力が生じる。その軸力は内周部に位置する柱よりも外周部に位置する柱において大きく、特に、二方向の地震力を受ける形態の建物では建物の隅部に位置する隅柱1に過大な軸力が作用し、したがって杭の反力も過大になり、それら隅柱1や杭の設計が困難になる場合がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑み、本発明は地震時に柱に作用する軸力や杭の反力を低減せしめることの可能な柱脚部の支持構造と、その構造の採用により優れた耐震性能を有する耐震建物を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の柱脚部の支持構造は、建物の柱を支持面上にギャップを確保して浮かせた状態で設け、該柱の柱脚部に隣接せしめて支持構造体を設けるとともに該支持構造体と前記柱脚部とを支持部材により連結し、該支持部材は柱に作用する長期荷重を支持可能であるとともにそれを越える荷重を受けた際には降伏して前記柱の下方変位を許容せしめて該荷重を前記支持面に伝達可能としたものである。
【0005】
請求項2の発明の柱脚部の支持構造は、前記支持部材として極軟鋼からなる鋼材ダンパーを採用したものである。
【0006】
請求項3の発明の柱脚部の支持構造は、前記柱脚部および前記支持構造体には、前記柱に引き抜き荷重が作用して柱脚部が上方に変位した際に係合して引き抜きを防止するストッパ機構を設けてなるものである。
【0007】
請求項4の発明の耐震建物は、前記支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を建物の隅部に配置してなるものである。
【0008】
請求項5の発明の耐震建物は、前記支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を千鳥配置してなるものである。
【0009】
請求項6の発明の耐震建物は、前記支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を連層耐震壁の下層に配置して該柱により前記連層耐震壁を支持せしめるとともに、該柱と対をなして前記連層耐震壁を支持する他の柱として相対的に高靭性の柱を採用し、かつ、前記連層耐震壁を2組設けてそれら連層耐震壁どうしを鋼材ダンパーとして機能するつなぎ梁により各層で連結してなるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態を図1〜図3を参照して説明する。本第1実施形態は、図1に示すように、建物の隅部に位置する隅柱1を支持面上に若干のギャップ(間隙)2を確保して浮かせた状態で設け、その隅柱1の柱脚部に隣接せしめて設けた支持構造体3と柱脚部とを支持部材4により連結したものである。符号5は中間部に位置する通常の柱、6は梁、7は基礎であり、その基礎7はフーチング8、杭9、地中梁10から構成されている。
【0011】
上記の支持構造体3は基礎7上に設置された高剛性のフレームである。また、上記の支持部材4は隅柱1に作用する長期荷重を支持構造体3とともに支持可能なものであり、かつ、地震時に隅柱1が短期荷重を受けた際には降伏して隅柱1の下方変位を許容し、以て隅柱1の下端面を支持面に当接せしめて短期荷重を直接的に基礎7に対して伝達するものである。支持部材4としては極軟鋼が用いられ、降伏した際には塑性変形により振動エネルギーを吸収する鋼材ダンパーとしても機能するものとされている。また、柱脚部に設けた鍔部11と支持構造体3の上部とは若干のギャップ(間隙)12を介して係合可能とされてそれらはストッパ機構13を構成しており、引き抜き荷重による隅柱1の過大な上方変位がそのストッパ機構13によって拘束されるようになっている。図1における14は衝撃緩衝用のゴム部材である。
【0012】
上記の構造により支持されている隅柱1は図2に示すような挙動を呈する。すなわち、この隅柱1は通常時は支持部材4および支持構造体3を介して長期荷重を支障なく支持しているが、地震時に想定値以上の短期圧縮軸力が作用した場合には支持部材4が降伏して隅柱1の下方変位が許容され、隅柱1の下端面が支持面に当接して初めて短期荷重が基礎7に伝達され、それ以降は十分な軸圧縮耐力を発揮する。また、想定値以上の引き抜き荷重が作用した際には支持部材4が降伏して隅柱1の上方変位が許容され、ストッパ機構13が係合して初めて引き抜き荷重が基礎7に伝達され、それ以降は優れた軸引張耐力を発揮する。したがって、上記構造によれば従来のように隅柱1やそれを支持する杭9に対して直ちに過大な軸力が作用することがなく、図3に示すように隅柱1やそれを支持する杭9の軸力を他の柱5と同等程度にまで低減することができ、その結果、従来に比較して隅柱1やその杭9の設計が容易となり、コストダウンを図ることができる。また、支持部材4が鋼材ダンパーとしても機能するので、そのエネルギー吸収による応答低減も可能である。
【0013】
なお、上記のような隅柱1の施工は、仮設のサポート部材により隅柱1を浮かせた状態で仮支持しつつ支持構造体3および支持部材4を施工し、最終的にサポート部材を撤去することで何等支障なく行うことができる。その際、長期荷重による沈下も考慮する。また、地震後に残留変形が生じた場合には、ジャッキで隅柱1の高さを調整して支持部材4を交換すれば良い。
【0014】
図4〜図5は本発明の第2実施形態を示す(図5は図4におけるV部の立面図である)。本第2実施形態は、図5に示すように、柱脚部を支持部材20を介して支持構造体21によりギャップ(間隙)22を確保して浮かせた状態で支持してなる柱23を、図4に示すような平面形状の建物において千鳥配置したものである。符号24は通常の形態で支持されている通常の柱であり、これは結果的に上記の柱23と交互に千鳥配置されることになる。符号25はそれら柱23,24間に架設されている梁である。本第2実施形態における支持構造体21も第1実施形態における支持構造体3と同様の高剛性のフレームであるが、本第2実施形態では引き抜き拘束用のストッパ機構13は省略している。本第2実施形態における支持部材20も第1実施形態の場合と同様に極軟鋼からなるもので、長期荷重を支持可能であるとともに地震時には降伏して柱23の下方変位を許容し短期荷重を基礎7へ伝達するものであり、かつその際に鋼材ダンパーとしても機能するものである。
【0015】
この建物では、地震時には支持部材20によるエネルギー吸収効果が得られるのみならず、上記の柱23と通常の柱24とが千鳥配置されていることから地震時にはそれら柱23,24が異なる変形挙動を呈することになり、したがってそれら柱23,24間に架設されている梁25にも変形が生じ、その非線形化によるエネルギー吸収効果も期待できる。その結果、建物全体に大きな減衰が付加されて応答が低減するので、柱23,24および杭9の設計が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【0016】
図6〜図9は本発明の第3実施形態を示す(図7は図6におけるVII部の拡大図である)。これは、第2層から上の各層に設けた耐震壁30による一連の連層耐震壁31を第1層において対の柱32,33により支持し、かつ、それら連層耐震壁31を2組設けてそれらを各層においてつなぎ梁34により連結してなる構造の建物に適用したものであり、各連層耐震壁31を支持する対の柱32,33のうち、柱32を第2実施形態と同様にギャップ35を確保して浮かせた状態で支持部材36を介して支持構造体37により支持し、かつ、他方の柱33をより高靭性の柱としたものである。
【0017】
本第3実施形態における支持構造体37および支持部材36は第2実施形態と同様のものである。また、上記の高靭性の柱33としてはたとえば鋼管内にコンクリートを充填してなる充填鋼管コンクリート柱が好適に採用可能である。また、各層のつなぎ梁34は極軟鋼からなるもので、地震時の変形により振動エネルギーを吸収する鋼材ダンパーとして機能するものである。
【0018】
上記構造の建物によれば、地震時には、支持部材36が降伏することにより柱32の下方変位が許容され、かつ高靭性の柱33の弾性的な変形が許容されることにより、図8に示すように2組の連層耐震壁31が傾斜するように変形し、それによって各層のつなぎ梁34が大きく変形し、それらつなぎ梁34により各層において優れたエネルギー吸収効果が得られ、その結果、建物全体の応答が低減するものとなる。また、2組の連層耐震壁31とつなぎ梁34とで門形のフレームを構成しているので、つなぎ梁34が破断するか、柱33が破壊されない限りは建物が崩壊することはなく、極めて安全な架構となっている。
【0019】
なお、この種の連層耐震壁31を設ける場合、従来一般には図9に示すように第1層を含めて全ての層に耐震壁30を設けることが一般的であった。しかし、そのようにした場合は第1層の耐震壁30に応力が集中してしまってそれが圧壊してしまうことがあるし、また、上層部のつなぎ梁34は大きく変形するが下層部のつなぎ梁34はさほど変形しないので全体として有効なエネルギー吸収がなされるものではない。それに対し、本第3実施形態では、第1層においては耐震壁30を省略して連層耐震壁31を第1層において上記のような対の柱32,33により全体としての傾斜を許容する状態で支持することから、従来のような不具合を有効に解消させ得ている。
【0020】
【発明の効果】
請求項1の発明の柱脚部の支持構造は、建物の柱を支持面上にギャップを確保して浮かせた状態で設け、該柱の柱脚部に隣接せしめて支持構造体を設けるとともに該支持構造体と前記柱脚部とを支持部材により連結し、該支持部材は柱に作用する長期荷重を支持可能であるとともにそれを越える荷重を受けた際には降伏して前記柱の下方変位を許容せしめて該荷重を前記支持面に伝達可能としたものであるから、柱に過大な軸力が作用することを有効に回避することができて合理的な設計が可能である。
【0021】
請求項2の発明の柱脚部の支持構造は、前記支持部材として極軟鋼からなる鋼材ダンパーを採用したので、その鋼材ダンパーにより地震時に振動エネルギーを有効に吸収して応答を低減させることができる。
【0022】
請求項3の発明の柱脚部の支持構造は、前記柱脚部および前記支持構造体に柱脚部の過大な上方変位を拘束するストッパ機構を設けたから、柱の引き抜きも有効に拘束することができる。
【0023】
請求項4の発明の耐震建物は、前記支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を建物の隅部に配置したから、隅柱に過大な軸力が作用することを防止し得てその設計が容易となりコストダウンを図ることができる。
【0024】
請求項5の発明の耐震建物は、前記支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を千鳥配置したから、隣り合う柱が異なる挙動を呈するものとなって建物全体の振動減衰効果が得られる。
【0025】
請求項6の発明の耐震建物は、前記支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を連層耐震壁の下層に配置して該柱により前記連層耐震壁を支持せしめるとともに、該柱と対をなして前記連層耐震壁を支持する他の柱として相対的に高靭性の柱を採用し、かつ、前記連層耐震壁を2組設けてそれら連層耐震壁どうしを鋼材ダンパーとして機能するつなぎ梁により各層で連結したものであるから、2組の連層耐震壁が平行を維持したままで傾斜するような変形を生じ、したがって各層のつなぎ梁全体による優れた振動減衰効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態である柱脚部の支持構造とそれによる耐震建物を示す概要図である。
【図2】 同、地震時の挙動を示す図である。
【図3】 同、作用を説明するための図である。
【図4】 本発明の第2実施形態である耐震建物の概略平面図である。
【図5】 同、要部立面図である。
【図6】 本発明の第3実施形態である耐震建物の概略立面図である。
【図7】 同、要部立面図である。
【図8】 同、地震時の挙動を示す図である。
【図9】 従来一般の連層耐震壁を備えた建物の地震時の挙動を示す図である。
【図10】 建物に地震力が入力した場合の挙動を示す概要図である。
【符号の説明】
1 隅柱(柱)
2 ギャップ
3 支持構造体
4 支持部材
7 基礎
9 杭
13 ストッパ機構
20 支持部材
21 支持構造体
22 ギャップ
23 柱
30 耐震壁
31 連層耐震壁
32 柱(高靭性柱)
33 高靭性柱
34 つなぎ梁
35 ギャップ
36 支持部材
37 支持構造体
Claims (6)
- 建物の柱を支持面上にギャップを確保して浮かせた状態で設け、該柱の柱脚部に隣接せしめて支持構造体を設けるとともに該支持構造体と前記柱脚部とを支持部材により連結し、該支持部材は柱に作用する長期荷重を支持可能であるとともにそれを越える荷重を受けた際には降伏して前記柱の下方変位を許容せしめて該荷重を前記支持面に伝達可能であることを特徴とする柱脚部の支持構造。
- 前記支持部材は極軟鋼からなる鋼材ダンパーであることを特徴とする請求項1記載の柱脚部の支持構造。
- 前記柱脚部および前記支持構造体には、前記柱に引き抜き荷重が作用して柱脚部が上方に変位した際に係合して引き抜きを拘束するストッパ機構を設けてなることを特徴とする請求項1または2記載の柱脚部の支持構造。
- 請求項1,2または3記載の支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を建物の隅部に配置してなることを特徴とする耐震建物。
- 請求項1,2または3記載の支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を千鳥配置してなることを特徴とする耐震建物。
- 請求項1,2または3記載の支持構造によって柱脚部を支持してなる柱を連層耐震壁の下層に配置して該柱により前記連層耐震壁を支持せしめるとともに、該柱と対をなして前記連層耐震壁を支持する他の柱として相対的に高靭性の柱を採用し、かつ、前記連層耐震壁を2組設けてそれら連層耐震壁どうしを鋼材ダンパーとして機能するつなぎ梁により各層で連結してなることを特徴とする耐震建物。
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