JP4419218B2 - 柱梁接合部のエネルギー吸収構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物の柱と梁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物を柔構造にすると共に、地震等による横揺れを可及的に早期に減衰させるために、これら構造物を制振構造にすることが種々提案されている。
【０００３】
提案されているものとして、構造物の壁に制振装置を配置して、この制振装置により下階梁に対する上階梁の横揺れエネルギを吸収して、構造物の横揺れを可及的に早期に減衰させる所謂制震壁がある。
【０００４】
制震壁では、壁厚をそれなりに厚くできる場合には、その設置にそれ程困難がないのであるが、壁厚を厚くし得ない場合等では、設置が困難になる。また、制震壁では、横揺れエネルギの吸収に対しては好ましいのであるが、化粧壁板内が空洞のようになるために、構造物の強度を低下させる虞がある。
【０００５】
制震壁以外に、地震等による構造物の横揺れを可及的に早期に減衰させるために、構造物の床スラブと基礎との間に鋼棒ダンパ等のダンパ装置を配する技術も提案されているが、この技術では、床スラブと基礎との間での横揺れエネルギの吸収であるために、換言すれば、集中型の横揺れエネルギの吸収であるために、一個あたりにおいて大きなエネルギ吸収能を必要とし、したがって、大型にならざるを得ず、取り扱いなどが面倒になる。
【０００６】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、構造物の室空間を所望に確保でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギ吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギ吸収能を発揮でき、加えて、設置が容易である柱梁接合部のエネルギー吸収構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の柱と梁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造は、一部が、柱と梁とのうちの一方に埋め込まれて固定されていると共に、この一部から柱と梁とのうちの他方に向かって突出して、当該他方に形成された空所に配された鋼棒と、この鋼棒を取り囲んで前記空所に充填された鉛又は粘弾性体とを具備している。
【０００８】
第一の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒の一部が柱と梁とのうちの一方に埋め込まれて固定され、鉛又は粘弾性体が柱と梁とのうちの他方に形成された空所に充填されているために、構造物の室空間を狭くすることなしに設置でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギ吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギ吸収能を発揮でき、加えて、設置が極めて容易である。
【０００９】
本発明に用いる鉛としては、所望のエネルギ吸収を行わせるために、高純度、例えば純度９９．９％以上のものがよく、一方、粘弾性体としては、エポキシ系高分子材料、シリコーンゲル又は高減衰ゴムからなる粘弾性体を好ましい例として挙げることができる。
【００１０】
本発明の第二の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、柱と梁とのうちの他方には、空所に連通した穴が更に形成されており、鋼棒は、空所を通って、当該穴に摺動自在に装着されている。
【００１１】
第二の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒が穴においても摺動自在に支持されて、しかも、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じないために、鋼棒の相対的振動において、空所に密に充填された鉛又は粘弾性体に確実に塑性流動又は粘性剪断を生じさせることができ、振動エネルギ吸収を好ましく達成できる。
【００１２】
なお、地震における空所での鋼棒の体積変化を吸収するために、加圧、減圧により実質的に体積変化が生じる粘弾性体を用いてもよい。
【００１３】
本発明の第三の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一又は第二の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、柱と梁とのうちの他方に埋め込まれた鋼製の筒体を更に具備しており、筒体内に鉛又は粘弾性体が収容されている。
【００１４】
第三の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、筒体内に鉛又は粘弾性体を収容するために、鉛又は粘弾性体の充填、収容作業が容易となる上に、鉛又は粘弾性体の散逸を防ぐことができ、鉛又は粘弾性体を所定位置に保持できる。筒体としては、円筒状のものに限らず、四角等の角筒状のものであっても、截頭円錐台状又は鼓状等のいずれの形状ものであってもよい。なお、筒体の外周面に凹凸を付して、この凹凸により筒体を、柱と梁とのうちの他方にしっかりと保持させるようにしてもよく、更に、このような凹凸を筒体の内周面にも付すことにより、筒体内において鉛又は粘弾性体の外周面側をしっかりと保持できるために更に好ましい。
【００１５】
本発明の第四の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第三の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、筒体の両端は、弾性体で閉塞されており、鋼棒は、この弾性体を摺動自在に貫通して配されている。
【００１６】
第四の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、第三の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造と同様に又はそれ以上に、鉛又は粘弾性体の散逸を防ぐことができ、長期に亘って鉛又は粘弾性体を所定位置に保持でき、加えて、第二の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造と同様に、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じないために、鋼棒の相対的振動において、空所に密に充填された鉛又は粘弾性体に確実に塑性流動又は粘性剪断を生じさせることができ、振動エネルギ吸収を更に好ましく達成できる。
【００１７】
本発明の第五の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第四のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、鋼棒は、鉛又は粘弾性体に取り囲まれた部位に膨大部を有している。
【００１８】
第五の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、地震での空所における膨大部の相対移動で、鉛又は粘弾性体に大きな流動抵抗を生じさせることができるので、この大きな流動抵抗に基づいて十分な振動エネルギ吸収を行うことができ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に減衰させることができる。
【００１９】
本発明の第六の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、鋼棒の一端部は柱に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、梁に形成された空所に配されている。
【００２０】
第六の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、梁に空所を形成し、柱に鋼棒の一端部を固着するために、空所による柱の強度低下が生じなく、したがって、本発明のエネルギー吸収構造を具備した構造物において、特に強度の高い太い柱を用いる必要がない。
【００２１】
本発明の第七の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、鋼棒の中間部は柱に埋め込まれて固着されており、鋼棒の一端部は、梁に形成された空所に配されており、鋼棒の他端部は、前記梁との間で柱を挟む隣接梁に形成された空所に配されている。
【００２２】
第七の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒の中間部をしっかりと固定できて、鋼棒の両端部をエネルギー吸収に利用できる結果、コスト低減を図り得て、効率よくエネルギー吸収をなし得る。
【００２３】
本発明の第八の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、鋼棒の一端部は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、前記梁との間で柱を挟む隣接梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の中間部は、柱を貫通した空所に配されている。
【００２４】
第八の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒が両持ち構造とされて、しかも、鋼棒の中間部が空所に配されているために、第二の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造と同様に、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じなく、振動エネルギ吸収を好ましく達成できる。
【００２５】
本発明の第九の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第八のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、空所には鉛が充填されており、本発明の第十の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第八のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、空所には粘弾性体が充填されている。
【００２６】
なお、鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部を、柱と梁とのうちの一方に埋め込んで固定する場合に、鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部に、その抜け出しを防止してしっかりと当該一方に固定するための固定用の鍔状の係止部材を溶接、ねじ込み、かしめ等により取り付けて、この係止部材と共に鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部を当該一方に埋め込むとよい。
【００２７】
本発明の第十一の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第一から第十のいずれかの態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造において、鋼棒は、異形鋼棒からなる。
【００２８】
第十一の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造では、第五の態様の柱梁接合部のエネルギー吸収構造と同様に、地震での空所における相対移動で、鉛又は粘弾性体に大きな流動抵抗を生じさせることができるので、この大きな流動抵抗に基づいて十分な振動エネルギ吸収を行うことができ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に減衰させることができる上に、柱と梁とのうちの一方への固定をしっかりとできる。
【００２９】
本発明では、柱又は梁を構成するコンクリートとしては、プレキャスト−プレストレスコンクリート（ＰＣａ−ＰＣ）でも、プレキャストコンクリート（ＰＣａ−ＲＣ）のいずれでもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００３１】
図１及び図２において、構造物としての高層事務所ビルの隣接するＰＣａ−ＰＣ製の柱１及び２の各側面には、ＰＣａ−ＰＣ製の下階梁３及び上階梁４がプレストレスを与えられた状態でＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒などのＰＣ鋼材５を介して圧着されて取付けられている。斯かるプレストレスを与えられた状態でＰＣ鋼材５を介して柱１及び２の各側面に梁３及び４を圧着して取り付けると、柱１及び２の夫々と梁３及び４の夫々との接合部を、比較的柔構造であるが強固なものとすることができ、本発明のエネルギー吸収構造との関連で好ましい。なお、ＰＣ鋼材５を必要に応じて複数本用いてもよいのは勿論である。
【００３２】
本例の柱と梁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造６は、柱１の各側面と下階梁３及び上階梁４との間に夫々上下に４個配されており、また同様に、柱２の各側面と下階梁３及び上階梁４との間に夫々上下に４個配されている。いずれのエネルギー吸収構造６も同様に形成されているので、柱１と上階梁４において柱１の一つの側面７に当接した上階梁４との間において更に上側に配された一つのエネルギー吸収構造６について詳述する。
【００３３】
エネルギー吸収構造６は、一部としての一端部１１が、角柱状の柱１と角柱状の梁４とのうちの一方、本例では柱１に埋め込まれて固定されていると共に、一端部１１から柱１と梁４とのうちの他方、本例では梁４に向かって突出して、当該梁４に形成された空所としての円柱状の凹所１２に、梁４と隙間をもって配された丸棒からなる鋼棒１３と、鋼棒１３を取り囲んで凹所１２に充填された鉛１４とを具備している。本例では、鋼棒１３の他端部１５は、凹所１２の中間に位置しており、したがって、鋼棒１３は、柱１に片持ち支持されている。なお、鋼棒１３としては、丸棒に代えて、異形鋼棒であってもよい。
【００３４】
エネルギー吸収構造６では、地震により水平方向Ｈ１の振動が生じて柱１が撓んで傾くと共に、梁４が水平方向Ｈ１に振動すると、柱１の側面７と側面７に当接する梁４の端面１６との間に滑り変位が生じて、これにより鋼棒１３が凹所１２において梁４に対して相対的に変位し、この変位により鉛１４に塑性流動を生じさせ、鉛１４の塑性流動により柱１の梁４に対する相対的な振動エネルギが吸収されることになる。
【００３５】
そしてエネルギー吸収構造６では、柱１と梁４との間に配されるものであるために、高層事務所ビル等の構造物の室空間を狭くすることなしに設置でき、しかも、高層事務所ビルの全体に分散して配置でき、一個あたりにおけるエネルギ吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギ吸収能を発揮でき、加えて、柱１と梁４との形成、組み付けと共に形成し得るために、その設置が容易であり、更に、梁４に凹所１２を形成し、柱１に鋼棒１３の一端部１１を固着するために、凹所１２による柱１の強度低下が生じなく、したがって、エネルギー吸収構造６を具備した高層事務所ビル等の構造物において、特に強度の高い太い柱１を用いる必要がない。
【００３６】
エネルギー吸収構造６では、梁４に形成された凹所１２にそのまま鉛１４を充填、収容したが、図３に示すように、梁４に鋼製の円筒状の筒体２１を埋め込み、空所としての筒体２１の内部２２に鉛１４を収容してもよい。このように、筒体２１に鉛１４を収容すると、鉛１４の設置作業が容易となる上に、鉛１４の梁４への散逸を防ぐことができ、鉛１４を所定位置に保持できる。本例では、筒体２１の外周面２３には、複数の環状の凹凸２４及び２５が付されており、凹凸２４及び２５により筒体２１は梁４にしっかりと固定されるようになっている。
【００３７】
また、図３に示すように、鋼棒１３の他端部１５を、梁４に形成された丸穴２６に摺動自在に装着してもよく、このようにすると、鋼棒１３が両端で支持されることになり、しかも、地震において内部２２での鋼棒１３の体積変化が生じないために、鋼棒１３の水平方向Ｈ１の相対的振動において、内部２２に密に充填された鉛１４に確実に塑性流動を生じさせることができ、振動エネルギ吸収を好ましく達成できる。図３に示す筒体２１の両端は、蓋部材であるゴム板等の弾性体２７及び２８で閉塞されており、鋼棒１３は、弾性体２７及び２８を摺動自在に貫通して配されている。斯かる構成では、鉛１４の漏出を更に確実に防止できる上に、鉛１４に圧力を加え易く、加えて、弾性体２７及び２８の弾性変形により、梁４に対する鋼棒１３の鉛直方向Ｖの相対変動が容易となり、好ましい。
【００３８】
更に図３に示すように、鋼棒１３において、鉛１４に取り囲まれた部位に膨大部２９を形成して、梁４に対する鋼棒１３の水平方向Ｈ１の相対的振動において、鉛１４に大きな塑性流動抵抗を生じさせ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に行わせるようにしてもよい。
【００３９】
なお、図３に示すように、鋼棒１３の一端部１１に、鍔状の係止部材３１を溶接、ねじ込み、かしめ等により取り付けて、鋼棒１３の一端部１１の柱１からの抜け出しを防止して、鋼棒１３の一端部１１が柱１にしっかりと固定されるようにしてもよい。
【００４０】
上記では、柱１の各側面に独立な鋼棒１３を設けてエネルギー吸収構造６を形成したが、これに代えて、図４に示すように、鋼棒１３の中間部４１を柱１に埋め込んで、当該柱１に鋼棒１３を固着し、鋼棒１３の一端部１１を、側面７に対向する側面４２側の梁４に形成された凹所１２に配し、鋼棒１３の他端部１５を、側面４２側の梁４との間で柱１を挟む隣接梁である側面７の梁４に形成された凹所１２に配して、一つの鋼棒１３を二つのエネルギー吸収構造６に共用して各エネルギー吸収構造６を形成してよい。
【００４１】
図４に示すエネルギー吸収構造６では、鋼棒１３の中間部４１をしっかりと固定できて、鋼棒１３の両端部１１及び１５をエネルギー吸収に利用できる結果、コスト低減を図り得て、効率よくエネルギー吸収をなし得る。
【００４２】
更にエネルギー吸収構造６では鋼棒を片持ち支持させているが、これに代えて、図５に示すように鋼棒６１を両持ち支持してエネルギー吸収構造６を構成してもよい。すななわち図５に示すエネルギー吸収構造６では、鋼棒６１の一端部６２は、柱１の側面７側の梁４に埋め込まれて固着され、鋼棒６１の他端部６３は、柱１の側面７側の梁４との間で柱１を挟む隣接梁４に埋め込まれて固着されて、鋼棒６１の中間部６４は、柱１を貫通した空所としての貫通孔６５に配されており、貫通孔６５に鉛１４が充填、収容されている。なお、鋼棒６１と水平面内で直交して鋼棒６１と同様にして鋼棒６６を配置して更に他の制震装置を柱１と梁４との間に設けてもよい。
【００４３】
図５に示すエネルギー吸収構造６では、鋼棒６１が両持ち構造とされて、しかも、鋼棒６１の中間部６４が貫通孔６５に配されているために、上記と同様に、地震において貫通孔６５での鋼棒６１の体積変化が生じなく、振動エネルギ吸収を好ましく達成できる。
【００４４】
以上の例では、凹所１２又は貫通孔６５に鉛１４を充填したが、鉛１４に代えて粘弾性体を凹所１２に充填、収容してもよいのである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、構造物の室空間を所望に確保でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギ吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギ吸収能を発揮でき、加えて、設置が容易となる柱梁接合部のエネルギー吸収構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態の一例の断面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態の他の例の断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の断面図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の断面図である。
【符号の説明】
１、２ 柱
３、４ 梁
６ 柱梁接合部のエネルギー吸収構造
１２ 凹所
１３ 鋼棒
１４ 鉛

Claims (9)

1. 柱と梁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造であって、一部が、柱と梁とのうちの一方に埋め込まれて固定されていると共に、この一部から柱と梁とのうちの他方に向かって突出して、当該他方に形成された空所に配された鋼棒と、柱と梁とのうちの他方に埋め込まれていると共に内部に前記空所を形成している鋼製の筒体と、この鋼棒を取り囲んで前記筒体内の空所に充填された鉛又は粘弾性体とを具備しており、筒体の両端は、弾性体で閉塞されており、鋼棒は、この弾性体を摺動自在に貫通して配されており、鋼棒は、鉛又は粘弾性体に取り囲まれた部位に膨大部を有している柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
2. 柱と梁とのうちの他方には、空所に連通した穴が更に形成されており、鋼棒は、空所を通って、当該穴に摺動自在に装着されている請求項１に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
3. 鋼棒の一端部は柱に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、梁に形成された空所に配されている請求項１又は２に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
4. 鋼棒の中間部は柱に埋め込まれて固着されており、鋼棒の一端部は、梁に形成された空所に配されており、鋼棒の他端部は、前記梁との間で柱を挟む隣接梁に形成された空所に配されている請求項１又は２に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
5. 鋼棒の一端部は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、前記梁との間で柱を挟む隣接梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の中間部は、柱を貫通した空所に配されている請求項１又は２に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
6. 空所には鉛が充填されている請求項１から５のいずれか一項に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
7. 空所には粘弾性体が充填されている請求項１から６のいずれか一項に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
8. 鋼棒は、異形鋼棒からなる請求項１から７のいずれか一項に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の柱梁接合部のエネルギー吸収構造を具備した高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物。

Images