JP4743750B2 - 建築構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建物や橋梁等の構造物の基礎における、柱下端部を基礎コンクリートに支持させる柱脚構造を備えた建築構造に関するものである。

従来の建物や橋梁等の構造物の基礎に形成される建築構造としては、柱下端部を基礎コンクリートに支持させる柱脚構造を備えたものが一般的であった。また、柱脚構造には大きく分けて、埋め込み型柱脚構造と露出型柱脚構造とがあった。

埋め込み型柱脚構造とは、柱下端部が基礎コンクリート中に埋め込まれて支持されるようにした柱脚構造のことである。また、露出型柱脚構造とは、基礎コンクリート上に露出してアンカーボルトとナットの締め付けにより固定されたベースプレート（柱脚金物）の上に柱の下端部が固定されて支持されるようにした柱脚構造のことである。

しかしながら、このような従来の柱脚構造のうち、埋め込み型柱脚構造においては、建物等の建築構造に地震等による外力が加わった場合は、定められた大きさの外力までは発生する応力が降伏耐力以下となるような耐震構造となっているが、それ以上の外力が加わって応力が降伏耐力以上となった場合は、柱自体が降伏して塑性変形することにより外力のエネルギーを吸収するようになっていた。このため、外力が大きい場合は柱自体が塑性変形してしまって、柱を元通りの正常な状態に復元することが難しいという問題があった。

また従来の柱脚構造のうち、露出型柱脚構造においては、建物等の建築構造に地震等による外力が加わった場合は、ベースプレート（柱脚金物）を固定するのに用いられるアンカーボルトが伸びて変形することにより、外力のエネルギーを吸収するような構造となっていた。ところが、アンカーボルトはエネルギー吸収能力が小さいため、外力のエネルギーが大きい場合はアンカーボルトが塑性変形して、柱脚構造が元通りの機能を発揮できなくなるおそれがあるという問題があった。

また、露出型柱脚構造においては、アンカーボルトは基礎コンクリート内に埋め込まれているので、長さ方向に引っ張られて伸びることによりエネルギー吸収を行なうことはできるが、長さ方向に押圧されて圧縮することによりエネルギー吸収を行なうということはできない。この点からもエネルギー吸収能力が小さいため、外力のエネルギーが大きい場合は柱脚構造が、その機能を十分に発揮できないおそれがあるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、エネルギー吸収能力を増大させることができると共に、引張方向及び圧縮方向のいずれの方向においても十分にエネルギー吸収を行なえるようにして、柱脚構造やその構成部材の機能が外力により損なわれるのを防止・低減することができる建築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本発明は、
柱の下端部を基礎コンクリートに固定させて支持させる柱脚構造を備えた建築構造において、
前記柱の長さ方向とほぼ直角方向に張り出すように前記柱に一体的に設けられた張出部材と、
一端部が前記張出部材に固定されると共に、他端部が前記基礎コンクリートに固定され、外部から加わった外力を減衰させる複数の制震手段とを備えたことを特徴とするものである。

このような構成の建築構造によれば、エネルギー吸収能力を増大させることができると共に、引張方向及び圧縮方向のいずれの方向においても十分にエネルギー吸収を行なえるようにして、柱脚構造やその構成部材の機能が外力により損なわれるのを防止・低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１及び図２は、本発明に係る建築構造の第１の実施の形態について説明するために参照する図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る埋め込み型柱脚構造を備えた建築構造を示す図である。
すなわち、同図において、柱１０の根元部１０ａは、基礎コンクリート１２中に埋め込まれることにより固定されて支持されている。

この基礎コンクリート１２中に埋め込まれた柱１０の根元部１０ａの周部には、この柱１０の根元部１０ａが基礎コンクリート１２中から上方に容易に抜けないように、柱１０と共に基礎コンクリート１２中に埋め込まれるシアーコネクター１３が、一体的に、多数設けられている。

柱１０の基礎コンクリート１２より上方には、図２に示すような張出部材１４が、柱１０の長さ方向とほぼ直角方向（水平方向）に張り出すように、溶接により柱１０に一体的に設けられている。そしてさらに、張出部材１４の上面と柱１０との間には、三角板状のリブ１６が、溶接により一体的に設けられている。

図１において、張出部材１４の下面と基礎コンクリート１２との間には、制震手段としてのオイルダンパ１８が設けられている。すなわち、オイルダンパ１８の上端部は張出部材１４の下面に、溶接やネジ締結手段等の固定手段により固定され、オイルダンパ１８の下端部は、基礎コンクリート１２から容易に離脱しないように、基礎コンクリート１２中に定着された定着部材２０を介して固定されている。

図示しないが、オイルダンパ１８は、建築物等に加えられた外力によりシリンダ内のピストンが軸方向に変位して、ピストン両側のそれぞれの油室内のオイルが、油室の一方から他方に向って移動する際にコントロールバルブにより減衰されることにより、上記外力のエネルギーを吸収するようになっている。このとき、オイルダンパ１８はその長さ方向に伸縮動作をしながらエネルギーを吸収する。

このようなオイルダンパ１８としては、例えば、日立機材株式会社製のハイビルダム（商品名）等がある。

このように構成された、本発明の第１の実施の形態によれば、オイルダンパ１８が外力のエネルギーを吸収する制震機能を発揮することができることにより、外力に対する建築構造のエネルギー吸収能力を増大させることができる。このため、柱脚構造や、柱１０等の構成部材の機能が外力により損なわれるのを防止・低減することができる。

また、図１の埋め込み型柱脚構造において、柱１０自体が大きな変形をしなくともオイルダンパ１８がエネルギー吸収を行なうことができるので、外力が大きい場合でも柱１０が塑性変形することを防止・低減することができる。

そして、建築構造に加えられた外力の方向が、オイルダンパ１８に対して引張方向及び圧縮方向のいずれの方向であっても、オイルダンパ１８はエネルギー吸収能力を発揮することができるので、加えられた外力の方向にかかわらず、効果的にエネルギー吸収能力を発揮することができる。

図３は、本発明に係る建築構造の第２の実施の形態について説明するために参照する図である。同図は、本発明の第２の実施の形態に係る露出型柱脚構造を備えた建築構造を示す図である。

すなわち、図３において柱１０の根元部１０ａは、基礎コンクリート１２上に露出したベースプレート２２（柱脚金物）上に溶接により固定され、ベースプレート２２の、柱１０の周面よりその径方向外側に張り出した周部は、アンカーボルト２４に締め付けられたナット２６により基礎コンクリート１２上に固定されている。

この第２の実施の形態においても、柱１０に張出部材１４とリブ１６が設けられており、張出部材１４の下面と基礎コンクリート１２との間に、やはり制震手段としてのオイルダンパ１８が設けられている。

このように構成された、本発明の第２の実施の形態によれば、オイルダンパ１８が制震機能を発揮することができることにより、アンカーボルト２４のエネルギー吸収能力が小さくとも、外力に対する建築構造のエネルギー吸収能力を増大させることができる。このため、柱脚構造や、柱１０等の構成部材の機能が外力により損なわれるのを防止・低減することができる。

また、図３の露出型柱脚構造においても、アンカーボルト２４が塑性変形しなくともオイルダンパ１８がエネルギー吸収を行なうことができるので、外力が大きい場合でもアンカーボルト２４が塑性変形することを防止・低減することができる。

また、アンカーボルト２４は長さ方向に引っ張ることにより伸びてエネルギー吸収を行なうことができても、長さ方向に押圧されて圧縮することによりエネルギー吸収を行なうことはできないが、オイルダンパ１８がその引張方向だけでなく圧縮方向においてもエネルギー吸収を行なうことができるので、建築構造はそのオイルダンパ１８における引張方向及び圧縮方向のいずれの方向においてもエネルギー吸収を行なうことができる。

図４及び図５は、本発明に係る建築構造の第３の実施の形態について説明するために参照する図である。
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る露出型柱脚構造を備えた建築構造を示す図である。

すなわち図４において、柱１０の根元部１０ａは、基礎コンクリート１２上に露出したベースプレート２２（柱脚金物）上に溶接により固定され、ベースプレート２２と基礎コンクリート１２との間には、プレート２３が挟まれて設けられている。そしてベースプレート２２の、柱１０の周面よりその径方向外側に張り出した周部は、図５に示すアンカーボルト２４に締め付けられたナット２６により基礎コンクリート１２上に固定されている。

この第３の実施の形態においては、ベースプレート２２の上面と柱１０との間に、三角板状のリブ１６が溶接により一体的に設けられている。
また、図４に示すように、ベースプレート２２の下面と、基礎コンクリート１２中に形成した縦穴２８の下端底面２８ａとの間には、制震手段としてのオイルダンパ１８が設けられている。

図５に示すように、アンカーボルト２４とナット２６はベースプレート２２の四隅部に設けられ、オイルダンパ１８はベースプレート２２の四辺の各中央部に配置されて設けられている。

なお、この第３の実施の形態において、アンカーボルト２４やナット２６、オイルダンパ１８は、各４つずつに限定する必要はなく、また、アンカーボルト２４やナット２６とオイルダンパ１８の位置を入れ替えて設けてもよい。

このように構成された、本発明の第３の実施の形態によれば、オイルダンパ１８が制震機能を発揮することができるので、アンカーボルト２４のエネルギー吸収能力が小さくとも、外力に対する建築構造のエネルギー吸収能力を増大させることができる。
このため、柱脚構造や、柱１０等の構成部材の機能が、外力により損なわれるのを防止・低減することができる。

また、図４の露出型柱脚構造においても、アンカーボルト２４が塑性変形しなくともオイルダンパ１８がエネルギー吸収を行なうことができるので、外力が大きい場合でもアンカーボルト２４が塑性変形することを防止・低減することができる。

この第３の実施の形態においては、ベースプレート２２と基礎コンクリート１２との間にはプレート２３が挟まれて設けられることにより、オイルダンパ１８が圧縮される方向に変形可能な隙間が設けられているので、オイルダンパ１８は、長さ方向に引っ張られてエネルギーを吸収するだけでなく、その長さ方向に圧縮されることによってもエネルギー吸収を行うことができる。

なお、前記各実施の形態においては、制震手段としてオイルダンパ１８を用いた場合について説明したが、他の種類の制震手段、例えば、摩擦ダンパ、粘性ダンパ、金属ダンパ等を用いてもよい。

摩擦ダンパとしては、例えば、ＰＤダンパー（トキコ株式会社製の商品名）がある。この摩擦ダンパは、複数の摩擦板部材を互いに密着させて、それらの厚さ方向にボルトとナットで締め付け、このとき複数の摩擦板部材間に発生する摩擦力以上の外力が働いたときに、摩擦板部材間に発生するすべり時の減衰力により制震機能を発揮するようになっている。

粘性ダンパとしては、例えば、エクストルージョンダンパ（株式会社ブリヂストン製の商品名）がある。このダンパは、構造がオイルダンパと類似しているが、シリンダ内にオイルの代わりに、未加硫の合成ゴムの粘性体を封入したものである。

この粘性ダンパの未加硫合成ゴムの粘性体は、外力を加えると変形するが、この変形は、ほとんど弾性変形をすることなくいきなり塑性変形を開始し、その塑性変形も流動に近いものである。この未加硫の合成ゴムの塑性変形時の粘性が、制震機能を発揮するようになっている。

金属ダンパとしては、例えば、アンボンドブレース（新日本製鉄株式会社製の商品名）がある。この金属ダンパは、用いる鋼材の降伏点から、予想される所定値以上の外力が加わると塑性変形を開始するようにその形状や厚さを設定し、その塑性変形により制震機能を発揮するようになっている。引張降伏時と同等の安定した履歴特性を示すことから履歴ダンパと呼ぶこともある。

なお、前記実施の形態においては、図２に示すように、張出部材１４をほぼ４辺形、又は厳密には８角形に形成したものについて説明したが、張出部材１４は円形、６角形、その他どのような形状に形成してもよいことはいうまでもない。

以上、本発明に係る建築構造の各実施の形態について具体的に述べてきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて、その他にも各種の変更が可能なものである。

本発明の第１の実施の形態に係る建築構造を示す一部断面側面図である。 図１における建築構造のＡ−Ａ線断面矢視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る建築構造を示す一部断面側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る建築構造を示す一部断面側面図である。 図４における建築構造のＢ−Ｂ線断面矢視図である。

符号の説明

１０ 柱
１２ 基礎コンクリート
１３ シアーコネクター
１４ 張出部材
１６ リブ
１８ オイルダンパ
２０ 定着部材
２２ ベースプレート
２３ プレート
２４ アンカーボルト
２６ ナット
２８ 縦穴
２８ａ 下端底面

Claims (7)

1. 柱の下端部を基礎コンクリートに固定させて支持させる柱脚構造を備えた建築構造において、
   前記柱の長さ方向とほぼ直角方向に張り出すように前記柱に一体的に設けられた張出部材と、
   一端部が前記張出部材に固定されると共に、他端部が前記基礎コンクリートに固定され、外部から加わった外力を減衰させる複数の制震手段とを備えたことを特徴とする建築構造。
2. 前記柱脚構造が、前記柱の下端部が前記基礎コンクリート中に埋め込まれて支持された埋め込み型柱脚構造であることを特徴とする請求項１に記載の建築構造。
3. 前記柱脚構造が、前記基礎コンクリート上に露出してアンカーボルトとナットの締め付けにより固定された柱脚金物の上に前記柱の下端部が固定されて支持された露出型柱脚構造であることを特徴とする請求項１に記載の建築構造。
4. 前記柱脚構造が、前記基礎コンクリート上に露出した前記張出部材の上に前記柱の下端部が固定されて支持された露出型柱脚構造であって、
   前記制震手段は、前記張出部材の下面と、前記基礎コンクリート中に形成された縦穴の下端面との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の建築構造。
5. 前記張出部材の下面と前記基礎コンクリートの上面との間にプレートが挟まれて設けられたことを特徴とする請求項４に記載の建築構造。
6. 前記制震手段の他端部は、前記基礎コンクリート中に定着された定着部材を介して前記基礎コンクリートに固定されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の建築構造。
7. 前記制震手段としてオイルダンパを用いたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の建築構造。

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