JP4041004B2

JP4041004B2 - 架構構造物

Info

Publication number: JP4041004B2
Application number: JP2003092068A
Authority: JP
Inventors: 泰嗣黒川; 一雄児島; 朋彦畑田; 尚志家崎
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004300681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、最下層部に大きな吹抜け空間を有する超高層ビル等の架構構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超高層ビル等の架構構造物において、最下層部に大きな吹抜け空間を形成するための手法としては、図４に示すように、１対の柱１，１と、その柱１，１間に横架されたトラス架構２とから構成した、いわゆるメガストラクチャー３によるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来のメガストラクチャー３では、想定する地震力を大きく設定し、柱１の柱頭部と柱脚部との両方に曲げヒンジ（曲げ降伏）が同時発生しないよう柱１の強度を高めている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２７００８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超高層ビルにおけるメガストラクチャー３では、トラス架構２が柱１よりも強固であるため、想定以上の地震が起きた場合、図４において符号４，５で示すように、柱１の柱頭部と柱脚部の両方に曲げヒンジが発生する可能性が大きい。この場合、ビルの最下層部でしか塑性エネルギーを吸収することができないため、層崩壊に繋がる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、より耐震性に優れた、メガストラクチャーを有する架構構造物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、１対の柱と、これらの間に横架されたトラス架構（下弦材、上弦材、並びに、下弦材と上弦材との間に配設された複数の束材及び斜材からなる架構）であり、その上部に上層階部が構築される前記トラス架構とを備える架構構造物において、柱と、その柱に最も近い束材との間における下弦材の部分に、該下弦材の他の部分よりも断面積の小さな軸降伏部を形成し、この軸降伏部を、所定の地震力が発生した際に柱の曲げヒンジに先行して軸降伏を生じるよう構成したことを特徴としている。
【０００８】
かかる構成はいわゆる梁降伏先行形に近い形態を採り、その崩壊メカニズムは全体崩壊形となって、耐震性が向上する。
【０００９】
また、軸降伏部は、下弦材に所定の軸力（下弦材の長手方向に沿う応力）が発生した場合に軸降伏するが、座屈を生じさせない長さとされていることを特徴としている。これによりトラス架構自体の崩壊を防止することができる。
【００１０】
更に、軸降伏部に摺動部材を摺動可能に取り付け、床スラブを、この摺動部材に固着して下弦材に対して可動とすることが有効である。これにより、床スラブからの力が下弦材に伝わらず、スラブ架構や柱に発生する応力を小さくすることができる。
【００１１】
同様な観点から、床スラブと柱との間にクッション材を配置させることも好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１の（ａ）及び（ｂ）は本発明による架構構造物たる超高層ビルの構成及び崩壊メカニズムを示す概念図であり、図２は、図１の（ａ）のII部詳細図である。また、図３は図２のIII−III線に沿った断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る超高層ビル１０は、最下層部に大きな吹抜け空間１２が形成されており、この部分がいわゆるメガストラクチャー１４により構成されている。すなわち、超高層ビル１０の少なくとも一壁面部分を、１対の柱１６，１６と、これらの柱１６，１６間に地上から所定高さ位置にて横架されたトラス架構１８とにより構成し、柱１６，１６及びトラス架構１８により囲まれた空間を吹抜け空間１２としているのである。本実施形態においては、互いに対向する１対の壁面部分のそれぞれがメガストラクチャー１４を有するものとする。また、メガストラクチャー１４よりも上層階部２０については、一般的なラーメン構造等で構築されている。
【００１４】
メガストラクチャー１４における柱１６は、例えば鉄筋コンクリート造を主体としたものであり、図示しないが地盤中の基礎又は地下階構造体上に構築され、鉛直方向上方に延設されている。
【００１５】
トラス架構１８は、図２に明示するように、互いに所定の間隔を置いて平行に配置された下弦材２２及び上弦材２４と、下弦材２２と上弦材２４との間に配置された束材（垂直材）２６及び斜材２８とから構成されている。これらの下弦材２２、上弦材２４、束材２６及び斜材２８にはＨ形鋼が用いられることが好ましい。下弦材２２及び上弦材２４の各端部は、隣接する柱１６に接合されている。各柱１６と、当該柱１６に最も近い束材２６（図２においては添字Ａを付したもの）との間に設置される斜材２８については、その上端が柱１６と上弦材２４との間の角部に、下端が束材２６と下弦材２２との間の角部に接合されている。また、隣り合う束材２６，２６間には、１対の斜材２８，２８が逆Ｖ字形に配置されている。
【００１６】
トラス架構１８における下弦材２２には、各柱１６と当該柱１６に最も近い束材２６Ａとの間に部分に、軸降伏部３０が形成されている。この軸降伏部３０は、地震の発生により想定した以上の軸力が下弦材２２に発生した場合に、下弦材２２の他の部分よりも先行して軸降伏を生じるよう構成されている。また、軸降伏部３０に軸降伏を生じさせる前記軸力に相当する力が、柱１６に対して下弦材２２との接合部３２に水平方向に作用した場合、柱１６には曲げヒンジが生じないよう設定されている。
【００１７】
軸降伏部３０の寸法ないし形状は次のように定める。まず、想定する地震力により下弦材２２に生じる軸力によって軸降伏が生じるよう、軸降伏部３０の断面積を定める。なお、前記軸力の大きさは、その軸力と同等の力を柱１６の、下弦材２２との接合部３２に水平方向に作用させても柱１６に曲げヒンジを生じさせない値とする。軸降伏部３０の断面積が決定されたならば、次いで、前記軸力が下弦材２２に生じても軸降伏部３０で座屈が生じない細長比を、先に定めた断面積に基づいて定める。そして、その細長比に対応する長さを軸降伏部３０の長さＬ（図３参照）とするのである。勿論、下弦材２２における軸降伏部３０以外の部分は、前記軸力によっては軸降伏や座屈が生じることがないよう、軸降伏部３０の断面積よりも大きな断面積とされる。
【００１８】
更に、本実施形態では、トラス架構１８の下弦材２２に対して床スラブ３４を設置するよう構成されている。この目的で、図３から理解される通り、互いに対向する１対のトラス架構（図３ではその一方のみ示す）１８の下弦材２２間には、床スラブ３４を支持するための小梁３６が複数本横架されている。軸降伏部３０以外の部分においては、小梁３６の端部は下弦材２２に直接、溶接等により接合されている。一方、軸降伏部３０においては、鋼管（摺動部材）３８で軸降伏部３０を囲み、その鋼管３８に小梁３６の端部が接合されている。鋼管３８は、断面形状が矩形の角形鋼管であり、軸降伏部３０に対して摺動可能に装着されている。床スラブ３４は、このようにして設けられた小梁３６上、及び下弦材２２上に載置されるが、軸降伏部３０における鋼管３８に対してはスタッド（図示しない）等を用いて固着される。また、床スラブ３４と柱１６との間にはクッション材４０、例えば厚さ３０ｍｍ程度のスタイロフォーム等が介設されている。
【００１９】
以上のような構成において、前記の想定以上の地震力が発生した場合、トラス架構１８における下弦材２２の軸降伏部３０が他に先行して軸降伏を起こし、トラス架構１８を支えている柱１６には想定以上の曲げモーメントが生ぜず、柱１６の柱頭部と柱脚部の同時曲げヒンジの発生が防止される。別言するならば、図１の（ｂ）に示すように、柱１６に曲げヒンジが発生するに先行して、下弦材２２の軸降伏部３０にて軸降伏が生じるという梁降伏先行形に近い形態を採るのである。また、曲げヒンジが柱に生じたとしても、その位置は、図１の（ｂ）において符号４２で示すように柱脚部となる。その結果、超高層ビル１０の最下層部での部分崩壊は回避され、いわゆる全体崩壊形となる。全体崩壊形では、超高層ビル１０の全層において塑性エネルギーの吸収が行われるため、部分崩壊のように局所的にしか塑性エネルギーを吸収し得ない場合に比して、耐震性が格段に向上されることになる。
【００２０】
また、軸降伏部３０の寸法形状が、軸降伏は生ずるが、座屈は生じないように設定されている。これにより、トラス架構１８自体の崩壊も防止される。特に、本実施形態においては、軸降伏部３０の周囲が角形鋼管３８により囲まれているため、座屈の発生がより一層抑制されるという効果が得られる。
【００２１】
更に、床スラブ３４がトラス架構１８の下弦材２２に対して取り付けられるが、床スラブ３４は、下弦材２２には直接固着されず、摺動可能な角形鋼管３８に固着されることから、床スラブ３４を介して地震力が下弦材２２に伝わる量は大幅に低減される。加えて、床スラブ３４と柱１６との間にクッション材４０が配置されていることから、床スラブ３４から柱１６への力も低減されている。このように床スラブ３４が柱１６及びトラス架構１８に対して浮動状態（フローティング状態）とされているため、柱１６での曲げヒンジの発生が更に抑制されることとなる。
【００２２】
なお、本発明は、トラス架構１８における下弦材２２の一部の剛性を積極的に低下させるものであるが、その部分が柱１６と柱１６に隣接する束材２６Ａとの間に限っているため、常時作用する鉛直力に対しては十分に支持することが可能となっている。これは、トラス架構１８においては、当該部分の剛性を他の部分よりも低くしたとしても、鉛直力に対しては、下弦材２２全体を同じ剛性としたものに比して、殆ど変わらないという本発明者の知見に基づくものである。
【００２３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００２４】
例えば、上記実施形態では軸降伏部３０を角形鋼管３８により囲んでいるが、床スラブ３４を浮動にするという観点からは、他の形態の摺動部材、例えば逆Ｕ字状の形鋼を摺動可能に軸降伏部３０に取り付け、そこに床スラブ３４を固着させてもよい。また、本発明は超高層ビル以外の他の架構構造物にも適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明による構成を採ることで、メガストラクチャーを有する架構構造物の耐震性が向上される。特に、トラス架構の強度を高める必要がある超高層ビルにおいては、層崩壊を回避することのできる本発明の構成は極めて有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明による架構構造物である超高層ビルの構成及び崩壊メカニズムを概略的に示す説明図である。
【図２】図１のII部の詳細図である。
【図３】図２のIII―III線に沿っての断面図である。
【図４】従来の架構構造物の崩壊メカニズムを概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…超高層ビル（架構構造物）、１２…吹抜け空間、１４…メガストラクチャー、１６…柱、１８…トラス架構、２２…下弦材、２４…上弦材、２６…束材、２８…斜材、３０…軸降伏部、３４…床スラブ、３６…小梁、３８…鋼管（摺動部材）、４０…クッション材。

Claims

１対の柱と、
下弦材、上弦材、並びに、前記下弦材と前記上弦材との間に配設された複数の束材及び斜材を備え、前記１対の柱間に横架されたトラス架構であり、その上部に上層階部が構築される前記トラス架構と
を具備する架構構造物において、
前記柱と該柱に最も近い前記束材との間における前記下弦材の部分には、該下弦材の他の部分よりも断面積の小さな軸降伏部が形成されており、
前記軸降伏部が、所定の地震力が発生した際に前記柱の曲げヒンジに先行して軸降伏を生じるよう構成されていることを特徴とする架構構造物。
前記軸降伏部が、所定の軸力が前記下弦材に発生した場合に軸降伏するが、座屈を生じない長さとされていることを特徴とする請求項１に記載の架構構造物。
前記軸降伏部に摺動可能に取り付けられた摺動部材と、
前記摺動部材に固着され前記下弦材に対して可動となっている床スラブと
を備える請求項１又は２に記載の架構構造物。
前記床スラブと前記柱との間に配置されたクッション材を備えることを特徴とする請求項３に記載の架構構造物。