JP4805202B2 - 天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向に沿って天井走行クレーン用のレールを延設したクレーンランウェイガーダーを有する建築構造物の補強構造に関する。

従来、図１０および図１１に示すように、天井走行クレーンが走行する建築構造物として、張間方向はラーメン構造とし、桁行方向に間隔をおいて、支持柱をそれぞれ独立した基礎を介して地盤に支持させるような天井走行クレーンガーダー（以下、クレーンランウェイガーダー４と言う）を有する建築構造物３０が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２７４６１７号公報

図１２に示すように、前記のようなクレーンランウェイガーダー４を有する建築構造物３０においては、天井走行クレーン６が各支持柱１上を順に走行した場合、各支持柱１が独立した基礎７および杭８を介して地盤９に支持されるため、天井走行クレーン６直下のクレーンランウェイガーダー４は、図１２（ｂ）に点線で示すように、撓み、支持柱１を介して独立した基礎７および杭８も点線で示すように変位する。

すなわち、天井走行クレーンが走行するクレーンランウェイガーダー４を支える基礎は、独立基礎で支える場合が多く、そのため、天井走行クレーンの荷重Ｐは支持柱１から基礎７を通じて杭８に流れる構造になっている。

そのため、前記のような建築構造物３０において、天井走行クレーン６の吊り上げ重量を増やす場合、クレーンランウェイガーダー４とその支持柱、基礎を補強する場合で、特に基礎７の補強が必要になる場合には、地盤を掘り返してコンクリートを打設して支持柱１を、硬化した基礎コンクリートにより支持したり、杭を打って、杭により支持柱を支承するようになり、そのような土工事の施工が非常に困難で、工事自体を断念せざるを得ない場合や、天井走行クレーンの吊り上げ重量を増やす量（性能向上）の制約になる場合があった。
そこで本発明は、施工が困難な基礎補強工事を回避するため、基礎に作用する荷重を低減しうる天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造を提供することにある。

前記の課題を有利に解決するために、第１発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造では、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて複数の支持柱をそれぞれ独立した基礎または杭を介して地盤に支持させ、前記各支持柱によりクレーンランウェイガーダーからの鉛直荷重を支持させるようにした天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、天井走行クレーンからクレーンランウェイガーダーを介して基礎に伝達される荷重を複数の基礎に分散させるために、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて隣り合う支持柱相互に渡ってクレーンランウェイガーダーの梁せいよりも梁せいの大きい梁材がクレーンランウェイガーダーの下方において、前記梁材は隣り合う支持柱に連結されていることを特徴とする。
また、第２発明では、第１発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、前記梁材はクレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいた複数の支持柱に渡るように横方向に配置され、かつ、一つの梁材でクレーンランウェイガーダー長手方向の複数の支持柱を連結していることを特徴とする。
また、第３発明では、第１発明又は第２発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、上階側のクレーンランウェイガーダーを支持する上階側の支持柱を、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて隣り合う下階側の支持柱により支持させ、基礎に接続する下階側の支持柱相互に渡って梁材が配置され、前記梁材が隣り合う下階側の支持柱に連結されていることを特徴とする。
また、第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、前記梁材は、トラス梁であることを特徴とする。
また、第５発明では、第４発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、前記梁材は、間隔をおいて配置された各支持柱を挟むようにトラス構造の外側トラス梁と内側トラス梁とにより構成され、各内外のトラス梁の上弦材および下弦材は支持柱に連結されていることを特徴とする。

本発明によると、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて複数の支持柱をそれぞれ独立した基礎または杭を介して地盤に支持させ、前記各支持柱によりクレーンランウェイガーダーからの鉛直荷重を支持させるようにした天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、単に隣り合う支持柱同士を梁により連結することにより、天井走行クレーンの走行時の鉛直荷重を複数の支持柱に鉛直荷重を伝達して、一つの支持柱に鉛直荷重が集中するのを防止し、支持柱に作用する鉛直荷重を低減して伝達することができる。
そして、杭の鉛直バネに対して、柱同士を連結する梁の剛性の比に応じて、基礎に入力される鉛直荷重を低減させることができる。
また、地盤に支持された杭の弾性変形を利用して、隣接する支持柱に鉛直荷重を伝達することができる。
また、隣り合う支持柱を梁で連結することにより、地上での工事のみで、結果的に基礎補強ができる。そして、土工事を不要にすることができるので、施工が困難なときに基礎補強工事を回避することが可能となり、又、比較的に低コストで補強することができる。
また、上階側のクレーンランウェイガーダーを支持する支持柱を梁により連結することなく、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて隣り合う下階側の支持柱相互に渡って梁材を配置して連結しても、天井走行クレーンの走行時の鉛直荷重を複数の下階側の支持柱に鉛直荷重を伝達して、一つの下階側の支持柱に鉛直荷重が集中するのを防止し、下階側の支持柱に作用する鉛直荷重を低減して伝達することができる。また、第１発明と同様な効果を得ることができ、さらに、基礎に接続する支持柱に渡って梁を配置して連結すればよいので、上下方向の全階にわたる支持柱に設ける必要がなく、その結果経済的な場合がある。
また、梁材がトラス梁であると梁の軽量化を図ることができる。
また、間隔をおいて配置された各鋼管柱等の支持柱を挟むようにトラス構造の外側トラス梁と内側トラス梁とにより構成され、各内外のトラス梁の上弦材および下弦材は支持柱に連結されているので、支持柱に対して建築構造物の内外側からトラス梁を設置して、少ないスペースで剛性の大きい梁材を形成することができる。

次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造を示すものであって、この形態では図１０に示す天井走行クレーンを有する建築構造物３０を補強した形態であり、この建築構造物では、張間方向は、天井クレーンを走行させるための連続した空間が建築構造物１６の長手方向に必要なため、ラーメン構造としている。

下部柱１ａの上端部に上部柱２を溶接等により一体に設けて支持柱１が構成され、張間方向に間隔をおいて対向する、前記上部柱２に渡って小屋トラス（トラス梁）３の端部を溶接等により一体化した、ラーメン構造の門型フレ−ム構造とされている。

各下部柱１ａの上部には、直接または適宜支持梁を介してクレーンランウェイガーダー４が設置され、そのクレーンランウェイガーダー４上には、図示省略の走行用レール５が設置され、その走行用レール５に沿って、天井走行クレーン６がクレーンランウェイガーダー４の長手方向に走行可能に配置されている。

前記のような構造の建築構造物１６では、クレーンランウェイガーダー４の長手方向に間隔をおいて複数の支持柱１をそれぞれ独立したフーチング基礎７または杭８を介して地盤９の弾性を利用して、地盤９に弾性的に支持させ、前記各支持柱１によりクレーンランウェイガーダー４を支持させるようにした天井走行クレーンを有する建築構造物１６である。このような建築構造物１６の補強構造として、この形態では、天井走行クレーン６からクレーンランウェイガーダー４を介して基礎７または杭８に伝達される荷重を複数の基礎７または杭８に分散させるために、クレーンランウェイガーダー４の長手方向に間隔をおいて隣り合うトラス構造の支持柱１相互に渡って、これらの支持柱１の外側に渡って配置するように（または、内側を貫通するように）梁材１０が配置されて、支持柱１にボルト等により連結されている。

さらに説明すると、図２に示すように、前記梁材１０は、建家内側よりに配置されるトラス構造の内側梁構成体１１と、建家外側よりに配置されるトラス構造の外側梁構成体１２と、適宜これらを連結する連結部材１３とを備え、前記支持柱１を構成する内柱１４の外側に渡って、内側梁構成体１１が組み立て配置されて各内柱１４にボルトにより連結され、前記支持柱１を構成する外柱１５の内側に渡って、外側梁構成体１２が組み立て配置されて固定され、前記各梁構成体１１，１２相互の上面側および下面側に渡って、適宜連結部材１３が配置されて連結されている。このようにして、隣り合う支持柱１同士は、梁材１０により連結され、天井走行クレーン６の走行に伴い、一つの支持柱１に作用する鉛直荷重を梁材１０を介して隣接する支持柱１に鉛直荷重を分散伝達させるように構成されている。

前記のように構成された天井走行クレーンを有する建築構造１６では、天井走行クレーン６の吊り荷重が増える場合でも、図３（ｂ）に示すように、ある一つの支持柱１に荷重Ｐが作用した場合、梁材１０が点線で示すように撓むが、梁材１０により隣り合う支持柱１同士が連結されているため、その支持柱１から基礎７を介して杭８に低減された鉛直荷重Ｐｃが伝達されると共に、矢印で示すように梁材１０により鉛直荷重Ｐが分散されて隣接する支持柱１に、分散されて低減された鉛直荷重Ｐｂが伝達される。このように、走行用クレーン６の走行時の鉛直荷重Ｐの一部を隣の支持柱１に伝達して、鉛直荷重Ｐが、直下の基礎７と杭８、および隣り合う支持柱１の基礎７と杭８に分散して流すことができる。

また、支持柱１間のスパンＬが一定で、２スパンある建物の真ん中の支持柱１に天井走行クレーン６の荷重が集中して入った場合には、図６に示すように分散伝達され、また、６スパンある建物の真ん中の支持柱１に天井走行クレーン６の荷重が集中して入力された場合には図７に示すように分散伝達される。

例えば、図７に示すように、桁行き方向の支持柱１間のスパンをＬとし、桁行方向に６スパンある建物の真ん中の支持柱１に天井走行クレーン６の荷重Ｐが集中して入った場合、支持柱１間のスパンが一定（Ｌ）で、梁の断面２次モーメントＩｂ、杭８の鉛直バネ常数Ｋｖがすべて等しい場合の応力計算を実施した例を図８および図９に示す。

図８に示すように、梁材１０の断面２次モーメントＩｂを２倍、３倍と大きくしていくと、それぞれ右下がりで、支点反力Ｐｄの値が減少していくことがわかる。（なお、折れ線は数値解析値を、直線はその数値解析値の近似式を示している。凡例の１倍、２倍、３倍は杭の鉛直バネ常数Ｋｖを１倍、２倍、３倍にした場合）。この図から、梁材１０の上下の弦材の断面や梁せいを大きくして、梁材１０の断面２次モーメントＩｂを大きくすることは、支点反力Ｐｄを減らすことになり、支持柱１の補強効果の増加に繋がることがわかる。なお、図８は断面２次モーメントＩｂと支点反力Ｐｄの関係を表しているが、梁に複数の材料を用いる場合は、その材料のヤング係数Ｅをかけて部材の曲がりやすさ、曲がりにくさを表す曲げ剛性ＥＩｂを設計に用いる。材料は１種類の場合はヤング係数Ｅは材料で一定のため、断面２次モーメントＩｂのみ設計すればよい。
同様に、図９に示すように、支持柱１を支持する杭８の鉛直バネ定数Ｋｖを２倍、３倍と大きくしていくと、支点反力Ｐｄの値が増加していくことがわかる（なお、折れ線は数値解析値を、直線はその数値解析値の近似式を示している。凡例の１倍、２倍、３倍は梁の断面２次モーメントＩｂを１倍、２倍、３倍にした場合）。したがって、よって杭８の肉厚や径を大きくして、杭８の鉛直バネＫｖを大きくすることは、支点反力Ｐｄを増やし、支持柱１の補強効果の減少に繋がることがわかる。
また、杭８の鉛直バネ定数に対して、支持柱１同士を連結する梁材の剛性の比に応じて、基礎７に入力される鉛直荷重を低減させることができる。

実際の建築構造物では、すべての支持柱１の剛性がすべて等しい場合は少なく、例えば、端部の支持柱と中間部の支持柱あるいは中間部の主柱では異なる場合が多いため、前記の梁材１０の断面２次モーメントＩｂの増大による支持柱１の補強効果の増大と、杭８の鉛直バネ定数Ｋｖの増大による支持柱１の補強効果の減少の２つの効果をうまく調整して、必要な補強量を得るように設計するようにするとよい。
例えば、桁行き方向に梁材の梁せいを変化させてもよく、桁行き方向端部側では、梁せいを小さくしてもよい。

図４は、本発明の第２実施形態の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造を示すものであって、この形態では、２階形式の建築構造物１６の場合であり、上階側にクレーンランウェイガーダー４を支持する上階側の支持柱１Ａ（１）が設けられ、前記上階側の支持柱１Ａを直接、または床版１７を介して支持する柱として下階側の支持柱１Ｂが設けられ、また下階側の支持柱１Ｂが、上階側の支持柱１Ａよりも、密な配置間隔で建築構造物１６の長手方向に間隔をおいて配置され、各下階側の支持柱１Ｂは基礎７または杭８を介して地盤９に支承されている形態である。

前記の床版１７は、支持柱１Ｂに支持され、支持柱１Ａ（１），１Ｂに比べて、上下方向の曲げ剛性の小さいものであるため、下階側に密に下階側の支持柱１Ｂが配置されて床版１７が支承されている。

また、下階側の支持柱１Ｂは、鋼管柱１ｂとされ、前記間隔をおいて隣接する鋼管柱１ｂを挟むように、トラス構造の外側梁構成体１２と内側梁構成体１１とが、それぞれ鋼管柱１ｂの中間部に渡って配置されて、各梁構成体１１，１２の上下の弦材１８，１９が鋼管柱１ｂにボルト等により連結固定され、各梁構成体１１，１２は連結部材１３により連結されている。このように鋼管柱１ｂの外側に、梁材１０を配置し連結するようにしてもよい。
この形態では、桁行き方向の上階側の支持柱１Ａ間において、下階側の支持柱１Ｂが密に配置されて、下階側の複数の支持柱１Ｂに分散して伝達することができるため、一つの上階側の支持柱１Ａに天井走行クレーン６の荷重が作用して場合、下階側の支持柱１Ｂの変位が小さいため、床版１７の変位も小さくすることができる。
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な要素には同様な符号を付して説明を省略する。

本発明を実施する場合、建築構造物１６の形態としては、平家建の建築構造物の場合と、２階建の建築構造物の場合を示したが、階数が２階建以上でもよく、地下階の建築構造物にも適用するようにしてもよい。

また、本発明を実施する場合、基礎構造は、杭基礎以外の他の基礎形式の場合でも、基礎の下が鉛直バネにみなせる基礎構造形態の場合に、本発明を適用できるため、そのような建築構造物に適用するようにしてもよい。

本発明を実施する場合、支持柱１としては、円形・矩形断面の鋼管柱、もしくはＨ形鋼等の鋼製柱、又はコンクリート柱やコンクリートが充填された鋼管柱等の柱でもよい。

本発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造の第１実施形態を示す斜視図である。 梁材と支持柱との関係を示す図２の縦断正面図である。 本発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造を採用した場合に天井走行クレーンがガーダー上を走行した場合のガーダーと梁と柱等の挙動を示す説明図である。 本発明の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造の第２実施形態を示す斜視図である。 梁材と支持柱との関係を示す図４の縦断正面図である。 梁中央部に荷重が作用した場合における梁から複数の杭へ荷重伝達する場合の説明図である。 梁中央部に荷重が作用した場合における梁から多数の杭へ荷重伝達する場合の説明図である。 支点反力と断面２次モーメントの関係を示すグラフである。 支点反力と杭の鉛直バネ定数との関係を示すグラフである。 従来の天井走行クレーンを有する建築構造物の第１例を示す斜視図である。 従来の天井走行クレーンを有する建築構造物の第２例を示す斜視図である。 従来の天井走行クレーンを有する建築構造物において、天井走行クレーンがガーダー上を走行した場合のガーダーと梁と柱等の挙動を示す説明図である。

符号の説明

１ 支持柱
１ａ 下部柱
１Ａ 上階側の支持柱
１Ｂ 下階側の支持柱
２ 上部柱
３ 小屋トラス（トラス梁）
４ クレーンランウェイガーダー
５ 走行用レール
６ 天井走行クレーン
７ 基礎
８ 杭
９ 地盤
１０ 梁材
１１ 内側梁構成体
１２ 外側梁構成体
１３ 連結部材
１４ 内柱
１５ 外柱
１６ 建築構造物
１７ 床版
１８ 上弦材
１９ 下弦材
３０ 建築構造物

Claims (5)

1. クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて複数の支持柱をそれぞれ独立した基礎または杭を介して地盤に支持させ、前記各支持柱によりクレーンランウェイガーダーからの鉛直荷重を支持させるようにした、天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造において、
   天井走行クレーンからクレーンランウェイガーダーを介して基礎に伝達される荷重を複数の基礎に分散させるために、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて隣り合う支持柱相互に渡ってクレーンランウェイガーダーの梁せいよりも梁せいの大きい梁材がクレーンランウェイガーダーの下方において配置され、前記梁材は隣り合う支持柱に連結されていることを特徴とする天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造。
2. 前記梁材はクレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいた複数の支持柱に渡るように横方向に配置され、かつ、一つの梁材でクレーンランウェイガーダー長手方向の複数の支持柱を連結していることを特徴とする請求項１に記載の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造。
3. 上階側のクレーンランウェイガーダーを支持する上階側の支持柱を、クレーンランウェイガーダー長手方向に間隔をおいて隣り合う下階側の支持柱により支持させ、基礎に接続する下階側の支持柱相互に渡って梁材が配置され、前記梁材が隣り合う下階側の支持柱に連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造。
4. 前記梁材は、トラス梁であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造。
5. 前記梁材は、間隔をおいて配置された各支持柱を挟むようにトラス構造の外側トラス梁と内側トラス梁とにより構成され、各内外のトラス梁の上弦材および下弦材は支持柱に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の天井走行クレーンを有する建築構造物の補強構造。

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