JP4432581B2 - 階高を変更可能な建物構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築後に適宜梁等の横架部材の高さを変えることにより階高を変更することが可能な建物構造に関するものである。

一般に、建物の構造躯体を構成する柱および梁は、平常時における鉛直荷重を支持するとともに、強風や地震によって作用する水平力に抗するために、互いに剛接合によって接続されている。
このため、例えば事務所として用いられていた既存の建物を、例えば展示場等の他の用途に転用しようとしても、新たな用途に応じた階高に変更することができない。

そこで、従前はこの種の階高の変更を伴う建物の用途変更が生じた場合には、一旦既存の建物を取り壊して、新たな建物を建築するのが一般的であった。
ところが、近年、経済性や廃棄物を減少させる環境保護等の観点から、既存の建物を改修等して、新たな用途に対応させようとする要請が強まっている。

このような要請に応えるべく、床構造等を解体する労力を無くして、既存の建物の用途変更に対応する階高の調整を容易に行えるようにした各種の工法が提案されている。
例えば、下記特許文献１には、階高を変更する範囲の床スラブおよび梁からなる床構造を、吊り治具等によって吊した後に、上記床スラブおよび梁を柱から切断し、上記吊り治具等によって所定高さ位置まで降下させて、別途柱に設けたブラケットや下階の床構造によって支承した建築物の改築方法が開示されている。

そして、この改築方法においては、降下させた床構造と、これを支持するブラケットまたは下階の床構造との間、および柱との間に、それぞれ振動吸収装置を介装することにより、当該床構造の耐震性を得ている。

上記従来の改築方法によれば、建物の用途変更に伴ってその階高を調整する際に、既存建物の床構造を利用することができるため、工期の短縮に寄与するとともに、廃棄物の発生を抑制することができるという利点がある。
特開２００３−１８４３１９号公報

しかしながら、上記改築方法にあっては、上述した柱と梁とが剛接合されている既存建物を前提とするものであるために、梁およびスラブを柱から切断するために、多くの手間と周囲の養生とを要するという問題点がある。

また、柱から切断して階高を変更した床構造を、単に柱に設けたブラケットや、下階の床構造上に振動吸収装置を介して支持する構造であるために、構造躯体としての水平力に対する強度の低下を招来するという問題点もある。
このため、当該強度低下を防ぐために、別途仮補強装置を設ける必要があり、当該施工にも煩雑な作業が必要になるとともに、上記仮補強装置によって、建物の使用上の制約が発生するという問題点がある。

この発明は、かかる事情に鑑みて成されたもので、将来的に建物の用途が変更になって階高を代える必要が生じた場合においても、建物の躯体強度を低下させることなく、容易に当該変更に対応することが可能となる階高を変更可能な建物構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明に係る階高を変更可能な建物構造は、地震時の水平力に抗し得る耐震要素を自立して設け、この耐震要素の内方または外方に、建物の鉛直荷重を支承する支持要素を設けてなり、かつ上記支持要素は、外周に上下方向に延在する連続ガセットプレーが接合・一体化された鉛直部材と、上記連続ガセットプレートに高さ調整可能にピン接合された横架部材とから構成されるとともに、上記支持要素と上記耐震要素との間に水平力を伝達可能な係合部を設けたことを特徴とするものである。

なお、上記鉛直部材とは、柱等の鉛直方向に設けられて鉛直荷重を支持するものであり、横架部材とは、スラブの鉛直荷重を支持する梁等である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記横架部材の端部を、連結部を介して上記耐震要素に着脱可能かつ高さ調整可能に取り付けたことを特徴とするものである。

従来の柱・梁を剛接合した建物においては、これらの架構によって建物に作用する鉛直荷重および水平荷重を負担するのに対して、請求項１または２に記載の発明は、地震時等に建物に作用する水平力に対しては、耐震要素によってこれに抗し、平常時等における建物の鉛直荷重を支持要素によって支承するようにしたことに特徴がある。

すなわち、本発明においては、自立して設けた耐震要素によって地震時に建物に作用する水平力に抗することができる。この結果、柱等の鉛直部材と梁等の横架部材とをピン接合することができ、よって建物の用途が変更になって階高を代える必要が生じた場合においても、上記鉛直部材および耐震要素に対する横架部材のピン接合位置を変更するのみで、建物の躯体強度を低下させることなく、容易に当該変更に対応することができる。

また、鉛直部材と横架部材とをピン接合した結果、これら鉛直部材および横架部材のみによっては水平力に抗することができないが、上記支持要素と耐震要素との間に水平力を伝達可能な係合部を設けているので、当該係合部を介して上記耐震要素に伝達することにより上記水平力に抗することができる。

この際に、建物全体として、水平力に対する高い剛性を得るためには、耐震要素を建物の最下部から最上部まで設けることが好ましい。
ただし、耐震要素の全体を耐震部材で形成することも可能であるが、所望の開口部を形成するために、あるいは建物の幅寸法が大きくなった場合等には、複数の耐震部材を離間して設け、隣接する耐震部材間を高さ方向の少なくとも一部において連結材によって一体的に連結すれば好適である。

また、上記耐震要素に、地震時に当該地震エネルギーを吸収する降伏材や制振ダンパ等の制振部材を介装すれば、地震時に当該耐震要素に作用する水平力を減衰させる制振効果が得られることから、一層好ましい。

さらに、請求項２に記載の発明のように、支持要素の横架部材の端部を、連結部を介して上記耐震要素に着脱可能かつ高さ調整可能に取り付ければ、横架部材の端部に作用する鉛直荷重についても、上記耐震要素によって支承することができ、よって耐震要素に隣接する鉛直部材を設ける必要が無いために、経済性に優れる。

図１〜図７は、本発明に係る階高を変更可能な建物構造の一実施形態を示すもので、図中符号１が、平面視矩形の建物の外周に配設された耐震要素である。
この耐震要素１は、建物の角隅部において最下部から最上部まで設けられた平面視Ｌ字状の耐震壁（耐震部材）２と、建物の上層階において、隣接する耐震壁２、２間に架設された連結材３とから構成されたものである。ここで、耐震壁２は、現場打ちの鉄筋コンクリート部材であり、連結材３は、Ｈ形鋼３ａが格子状に組まれた鉄骨部材である。なお、図中符号２ａは、耐震壁２の所望箇所に穿設されて、窓やダクト、配管等の挿通用に供される開口部である。

そして、連結材３の両端部が耐震壁２内に埋設されて一体的に剛接合されることにより、耐震要素１は、連結材３が設けられた高さ位置において平面視矩形状に構成され、地震時の水平力に抗し得るように自立して立設されている。
また、連結材３は、これを構成するＨ形鋼３ａの交差部のウエブに、図５に示すように、降伏点の低い鋼材からなる制振パネル（制振部材）３ｂが組み込まれており、これにより地震発生時には、上記制振パネル３ｂが塑性変形して、この際に生じる履歴減衰効果により振動エネルギーを吸収する制振機能を発揮するように構成されている。

他方、この制振要素１の内部には、建物の鉛直荷重を支承する支持要素４が設けられている。この支持要素４は、柱（鉛直部材）５と梁（横架部材）６とを有するものであり、梁６の両端部は、柱５に高さ調整可能にピン接合されている。

図６および図７は、鋼管５ａ内にコンクリート５ｂが充填されたコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）からなる柱５と、Ｈ形鋼からなる鉄骨造の梁６との接合形態の一例を示すものである。
この接合形態においては、柱５の所定位置外周に、上方から下方に向けて漸次内径寸法が大きくなる切頭円錐筒状のダイヤフラム鋼管７が配設されている。さらに、このダイヤフラム鋼管７は、その内壁と柱５の鋼管５ａとの間に嵌入されたコンクリートくさび８によって、柱５の外周に固定されている。そして、ダイヤフラム鋼管７の外周面には、取付板９が一体に接合されており、この取付板９に梁６が高力ボルトによって取り付けられている。この結果、梁６は、コンクリートくさび８を着脱してダイヤフラム鋼管７の高さ位置を変更することにより、高さ調整可能に柱５に対してピン接合されている。

また、図８および図９は、柱５と梁６との接合形態の他の例を示すものである。
この接合形態においては、鋼管からなる柱５の外周に、上下方向に延在する連続ガセットプレート２０が周方向の４箇所に等間隔をおいて接合・一体化されている。そして、これらのガセットプレート２０に、梁６のウエブ端部が、高力ボルト２１によって高さ調整可能にピン接合されている。なお、図中符号２２は、梁６間に設けられた床スラブを示すものである。

なお、柱５としては、上述したＣＦＴや鋼管に限るものではなく、鉄筋コンクリート造（ＲＣ）の柱や鉄筋コンクリート充填鋼管（ＲＣＦＴ）の柱を使用してもよく、また柱５やダイヤフラム鋼管７の断面形状も、上記円形に限らず矩形でもよい

。
以上の構成により、この階高を変更可能な建物構造においては、支持要素４が、もっぱら鉛直荷重を支持するように機能する。すなわち、柱５に梁６をピン結合している結果、梁６がその上部に構築される床スラブ２２の鉛直荷重を支承するとともに、柱５が梁６等から作用する建物全体の鉛直荷重を支承することになる。

そして、この支持要素４とこれを外周から囲繞する耐震要素１との間には、支持要素４の水平方向への変位を抑止する係合部１０が設けられている。また、本実施形態においては、支持要素４の耐震壁２と対向する位置に柱５が設けられておらず、これに代えて支持要素４の梁６端部の鉛直方向への変位を抑止する連結部１１が設けられている。

すなわち、図１〜図４に示すように、耐震壁２の内壁面には、幅方向に凹凸をなすコッター部１２が形成されている。他方、このコッター部１２と対向する梁６のウエブには、コッター部１２の形状に合わせた鉄骨造の凹凸部１３が水平方向に突設されている。そして、これらコッター部１２と凹凸部１３との間にグラウト１４が充填されることにより、係合部１０が構成されている。

なお、上記構成は、梁６上に設けられる床スラブが乾式または半乾式の場合に適用して好適な例であり、上記床スラブを現場打ちコンクリートによって打設する場合には、梁６に上記凹凸部１３を設けることなく、コッター部１２と梁６との間に、上記床スラブと同時にコンクリートを打設することにより、上記係合部１０を形成することもできる。

また、上記連結部１１については、耐震壁２の梁６端部と対向する位置に、それぞれ当該耐震壁２の打設時に、上下方向に延在する断面Ｔ字状の連続ガセットプレート１５の基端部が埋設されており、耐震壁２の内面側から突出する平板部１５ａに、上下方向に複数のボルト挿入穴１５ｂが穿設されている。そして、梁６のウエブ先端には、ボルト挿入穴１５ｂと同ピッチでボルト挿入孔が穿設されており、梁６は、その端部がこれらボルト挿入孔１５ｂに挿入された高力ボルト１６によって耐震壁２に高さ調整可能に取り付けられている。

以上の構成からなる階高を変更可能な建物構造によれば、耐震壁２と連結材３とによって平面視矩形状に形成されることにより、自立して設けられた耐震要素１によって、地震時に建物に作用する水平力に抗することができる。この結果、柱５と梁６とをピン接合することができ、よって建物の用途が変更になって階高を代える必要が生じた場合においても、柱５および耐震壁２に対する梁６のピン接合位置を、図６に示すダイヤフラム鋼管７の高さ位置を変更したり、あるいは図８に示す高力ボルト２１の固定高さ位置を変更したりするのみで、建物の躯体強度を低下させることなく、容易に当該変更に対応することができる。

また、梁６と耐震壁２との間に水平力を伝達可能なコッター部１２および凹凸部１３からなる係合部１０を設けているので、この係合部１０を介して支持要素４に作用する水平力を耐震要素１側に伝達することによりこれに抗することができる。
さらに、連結部１１によって、梁６の端部を耐震壁２に着脱可能かつ高さ調整可能に取り付けているので、梁６の端部に作用する鉛直荷重についても、耐震要素１によって支承することができ、この結果耐震壁２に隣接して柱５を設ける必要がなくなるために経済性にも優れる。

また、耐震要素１を、耐震壁２と当該耐震壁２の上部間に架設された連結材３とによって構成しているので、建物の下部に広い開口部を形成することができるとともに、角隅部に配設された耐震壁２によって、高い自立安定性を確保することができる。
加えて、上記連結材３に組み込んだ制振パネル３ｂによって、地震時にこれがせん断降伏する際の履歴エネルギーにより水平力を減衰させる制振効果を得ることができる。

また、連結部１１や図８および図９に示した柱５と梁６との接合形態において、連続ガセットプレート１５や柱５の外周に接合した連続ガセットプレート２０を用いているので、耐震壁２や柱５の強度も高めることができ、逆に柱５については、その小径化を達成することも可能になる。

なお、上記実施の形態においては、建物の外周を囲繞するように耐震要素１を配置した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、建物の外周の一部に上記耐震要素１を配置したり、あるいは建物の内部にコア部を形成するように１つのまたは複数の耐震要素１を配置し、その外周面に上記コッター部１２を形成して外周側に支持要素４を配置したりすることも可能である。

また、耐震要素１は、地震時の水平力に抗し得る限りにおいて、上述した矩形状に形成する場合の他にも、様々な自立形態を採ることが可能である。
さらに、連結材３としては、上記Ｈ形鋼３ａを格子状に組んだものの他、ブレース等が適用可能であり、制振部材についても、上記制振パネル３ｂの他、制振ダンパや制振ブレース等の他の制振部材を適用することができ、上記連結材自体をこのような制振部材によって構成することも可能である。

また、支持要素４と耐震要素１との間に設けた係合部１０についても、上述したコッター部１２、鉄骨造の凹凸部１３およびこれらの間に充填されたグラウト１４によって構成するものの他、支持要素４の水平方向への変位を抑制し得るものであれば、例えば支持要素である梁（横架部材）や柱（鉛直部材）と、耐震壁（耐震部材）等の耐震要素とを直接ボルトで繋いだり、あるいは上記耐震壁等の耐震要素に設けた鉄筋アンカーやスタッド等によって支持要素の変位を抑制する等の様々な構成が適用可能である。

本発明の一実施形態を示す平面図である。 図１の正面図である。 図１の要部を拡大して示すもので、（ａ）は、図１のＡ部拡大図、（ｂ）は、（ａ）の連続ガセットプレート１５部分の拡大図、（ｃ）は、（ａ）の連結部を示す正面図である。 図３（ａ）のＩＶ―ＩＶ線視断面図である。 図２のＢ部拡大図である。 柱５と梁６との接合形態の一例を示す正面図である。 図６の平面図である。 柱５と梁６との接合形態の他の例を示す正面図である。 図９の平面図である。

符号の説明

１ 耐震要素
２ 耐震壁（耐震部材）
３ 連結材
３ｂ 制振パネル（制振部材）
４ 支持要素
５ 柱（鉛直部材）
６ 梁（横架部材）
７ ダイヤフラム鋼管
８ コンクリートくさび
１０ 係合部
１１ 連結部
１２ コッター部
１３ 凹凸部
１４ グラウト
２０ 連続ガセットプレート
２１ 高力ボルト

Claims (2)

1. 地震時の水平力に抗し得る耐震要素を自立して設け、この耐震要素の内方または外方に、建物の鉛直荷重を支承する支持要素を設けてなり、
   かつ上記支持要素は、外周に上下方向に延在する連続ガセットプレーが接合・一体化された鉛直部材と、上記連続ガセットプレートに高さ調整可能にピン接合された横架部材とから構成されるとともに、
   上記支持要素と上記耐震要素との間に水平力を伝達可能な係合部を設けたことを特徴とする階高を変更可能な建物構造。
2. 上記横架部材の端部を、連結部を介して上記耐震要素に着脱可能かつ高さ調整可能に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の階高を変更可能な建物構造。

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