JP5271116B2

JP5271116B2 - 制震構造

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Publication number: JP5271116B2
Application number: JP2009045451A
Authority: JP
Inventors: 隆雄新田; 治男小林
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010196430A

Description

本発明は、建物の制震構造に関する。

構造物を構築する際にプレキャスト製の部材を使用することで、現場での作業の省力化、品質の均一化等を図る場合がある。

従来、柱とプレキャストコンクリート製の梁との一体化を行う工法として、特許文献１に示すように、プレキャストコンクリート梁に貫通させたＰＣ鋼材を柱に定着させた状態で、このＰＣ鋼材にプレストレス力を導入することで柱とプレキャストコンクリート梁とを圧着接合する圧着工法が知られている。

特開２００２−４４１８号公報

ところが、従来の圧着工法は、地震エネルギーを吸収する機能は備えていなかった。

そのため、従来の圧着工法による構造物は、耐震壁等の強度と剛性を有する耐震要素を別途配置することで、耐震性を有する構造物とするのが一般的であった。
このように耐震要素を配置すると、設計の自由度が制限されるとともに、費用が嵩むという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、建物の設計の自由度を増加させることを可能とし、かつ、安価に構築することを可能とした建物の制震構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の制震構造は、柱と、前記柱の側面に端面が当接するように配設された梁と、前記柱と前記梁とに貫設されたＰＣ鋼材と、を備え、前記ＰＣ鋼材に導入されたプレストレス力により前記柱と前記梁とが圧着されてなる制震構造であって、前記ＰＣ鋼材は、前記梁の梁せいの中央部に配置されており、前記柱と前記梁との突合部の周囲に配設されたエネルギー吸収部材を備えていて、前記梁の端部に欠き込み部が形成されていることで、前記梁の端面の梁せいの中央部に、凸部が形成されており、前記エネルギー吸収部材は、前記柱に固定された定着部材（定着板）と、前記梁の表面に突設された固定板と、前記梁の表面に沿って配設されて前記定着部材（定着板）と前記固定板との間において固定された鉄筋または低降伏点鋼製プレートと、を備えていることを特徴としている。

かかる制震構造によれば、梁の上下に配設されたエネルギー吸収部材により、地震エネルギーを吸収させるため、構造体の損傷を最小限に抑えることができる。

また、本発明によれば、耐震壁等の耐震要素を省略あるいは削減することができる。つまり本発明によれば、制震機能を備えたラーメン構造が得られるため、設計の自由度が増加するとともに、安価に構築することが可能となる。

また、本発明によれば、エネルギー吸収部材は交換可能に配設されているため、エネルギー吸収部材を交換するのみで地震後の復旧ができる。

また、前記梁の端面の梁せいの中央部に、凸部が形成されていることで、予め梁の端部と柱の側面との突合部の周囲に隙間が形成されるため、梁端部の回転の自由度を高めることができる。これにより、大きな曲げモーメントが梁端部に発生するのを防ぐことができる。

本発明の制震構造によれば、設計の自由度を増加させることを可能とし、かつ、安価に構築することを可能となる。

第１の実施の形態に係る制震構造を示す断面図である。同制震構造の部分拡大図である。同制震構造に地震エネルギーが作用した際に模式図である。第２の実施の形態に係る制震構造を示す断面図である。同制震構造の部分拡大図であって、（ａ）は縦断図、（ｂ）は平面図である。第３の実施の形態に係る制震構造を示す断面図である。

第１の実施の形態にかかる制震構造１は、図１に示すように、柱１０と、柱１０の側面に端面が当接するように配設された梁２０と、柱１０と梁２０とに貫設されたＰＣ鋼材３０と、柱１０と梁２０との突合部の周囲に配設されたエネルギー吸収部材４０と、を備えて構成されている。

柱１０は、鉄筋コンクリートにより構成されている。なお、柱１０は、プレキャストコンクリート柱であっても、現場打ちコンクリート柱であってもよい。

柱１０には、梁２０の梁せいの中央部に対応する位置にＰＣ鋼材３０を挿通させるためのシース管１１が配管されている。また、シース管１１の上下には、鉄筋４１を挿通させるためのシース管１２，１２が配管されている。なお、シース管１１の寸法等は、適宜定めるものとする。また、シース管１２は、ＰＣ鋼材３０の定着方法に応じて省略することも可能である。

梁２０は、プレキャストコンクリート部材であって、梁せいの中央部にシース管２１が配管されている。シース管２１は、柱１０と直交する方向に配管されており、シース管１１と連通する。
梁２０の柱１０側の端部は、凸形に、すなわち、梁２０の端部に欠き込み部２２が形成されていることで、梁せいの中央部に短柱状の凸部２３が形成されている。

また、梁２０の上面には、スラブ５０が形成されている。スラブ５０の端部には、エネルギー吸収部材４０の設置箇所に対応して凹部５１が形成されている。

ＰＣ鋼材３０は、柱１０のシース管１１と梁２０のシース管２１とに跨って配設されている。ＰＣ鋼材３０にはプレストレス力が導入されており、梁２０を柱１０の側面に圧着している。

ＰＣ鋼材３０を構成する材料は限定されるものではなく、例えばＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線等、あらゆるＰＣ鋼材が採用可能である。

ＰＣ鋼材３０は、シース管１１，２１を挿通していることで、アンボンド状態で配設されている。本実施形態では、ＰＣ鋼材３０を柱１０に貫通させるとともに左右の梁２０，２０に配設し、梁２０，２０の柱１０と反対側端面において図示しない定着部材を介して定着するものとする。なお、ＰＣ鋼材３０の配置は限定されるものではなく、例えば、左右の柱１０，１０と両柱１０，１０の間に配設された梁２０とに跨って配設し、両端を左右の柱１０，１０に定着させてもよい。

エネルギー吸収部材４０は、図２に示すように、梁２０の上面または下面に一部が露出した状態で配設されており、鉄筋４１と、定着板４２と、固定用ナット４３，４３，…と、定着鉄筋４４，４４と、固定板４５と、を備えて構成されている。

鉄筋４１は、図１に示すように、柱１０のシース管１２に挿通され、両端部が、左右の梁２０，２０に固定板４５を介して固定されている。

定着板４２は、矩形状の鋼板であって、図２に示すように、柱１０の表面と面一となるように一方の面が露出した状態で柱１０に埋設されている。
本実施形態では、定着板４２を鋼板により構成するが、鉄筋４１の定着部材として機能することが可能であれば、その材質や形状等は限定されるものではない。

定着板４２は、４隅に固定された定着鉄筋４４，４４を介して柱１０に固定される。これにより、柱１０からの抜け出し（脱落）が防止されている。

鉄筋４１と定着板４２との固定は、固定用ナット４３により行われる。
本実施形態では、ダブルナット（固定用ナット４３，４３）を鉄筋４１に螺着する。また、定着板４２側の固定用ナット４３は、定着板４２に溶接４３ａされており、固定状態の緩みが防止されている。

固定板４５は、梁２０の表面に突設された鋼板であって、鉄筋４１を挿通するための挿通孔（図示省略）が形成されている。
固定板４５は、一方の端部４５ａを梁２０の表面から突出させた状態で、他方の端部４５ｂを梁２０に埋設することで、梁２０に固定されている。

固定板４５による鉄筋４１の固定は、固定板４５の前後に配設された固定用ナット４３を介して行う。鉄筋４１の端部は、ダブルナット（固定用ナット４３，４３）により緩みが防止されているとともに、固定板４５側の固定用ナット４３が固定板４５に溶接４３ａされることで強固に固定されている。

制震構造１によれば、図３に示すように、地震エネルギーが作用することで柱１０と梁２０とにより形成されたラーメン構造に変形が生じた場合であっても、エネルギー吸収部材４０の鉄筋４１の露出した部分が降伏して地震エネルギーを吸収するため、構造体（柱１０、梁２０）の損傷を最小限に抑えることができる。

そのため、耐震壁等の耐震要素を省略あるいは削減することができ、建物の構造体をラーメン構造として、建物の使用プランの自由度を増加させることが可能となる。

鉄筋４１は、定着板４２と固定板４５との間において固定用ナット４３，４３，…を介して固定することで、鉄筋降伏長さが定着板４２と固定板４５との離隔距離に設定されている。このように鉄筋４１の鉄筋降伏長さが短く設定されているため、鉄筋４１を早期に降伏させて、履歴によるエネルギー吸収を大きくとることが可能となる。

エネルギー吸収部材４０は、梁２０の上面または下面において露出しているため、地震エネルギーにより変形（降伏）した鉄筋４１を交換することにより、制震構造１を復旧することができる。
鉄筋４１は、シース管１２内を挿通し、柱１０には固定されていないため、固定用ナット４３を緩めることで、簡易に交換することができる。

梁２０の端面に凸部２３が形成されているため、地震エネルギーが作用した際に、回転しやすくなり、エネルギー吸収部材４０による地震エネルギーの吸収性能が向上する。

第２の実施の形態にかかる制震構造２は、図４に示すように、柱１０と、柱１０の側面に端面が当接するように配設された梁２０と、柱１０と梁２０とに貫設されたＰＣ鋼材３０と、柱１０と梁２０との突合部の周囲に配設されたエネルギー吸収部材６０と、を備えて構成されている。

柱１０には、梁２０の梁せいの中央部に対応する位置に、ＰＣ鋼材を挿通させるためのシース管１１が配管されている。
この他の柱１０の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

梁２０の柱１０側の端面には、テーパー状に切り欠かれることで、欠き込み部２２’が形成されており、梁せいの中央部にテーパー状の凸部２３が形成されている。
この他の梁２０の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

また、梁２０の上面には、スラブ５０が形成されている。スラブ５０の端部には、エネルギー吸収部材６０の設置箇所に対応して凹部５１が形成されている。

また、ＰＣ鋼材３０に関する事項は、第１の実施の形態と同様なため、詳細な説明は省略する。

エネルギー吸収部材６０は、梁２０の上面または下面において、一部が露出した状態で配設されている。

エネルギー吸収部材６０は、図５（ａ）に示すように、低降伏点鋼製プレート６１と、定着板６２と、固定用ボルト６３,６３と、固定用ナット６４，６４と、定着鉄筋６５，６５と、固定板６６と、を備えて構成されている。

低降伏点鋼製プレート６１は、一端が柱１０の側面に配置された定着板６２に固定されており、他端が梁２０の表面に配置された固定板６６に固定されている。

低降伏点鋼製プレート６１は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、両端がそれぞれ固定用ボルト６３および固定用ナット６４により固定されている。低降伏点鋼製プレート６１の端部は、固定用ボルト６３の挿通が可能となるように拡幅されている。
低降伏点鋼製プレート６１の厚みや幅等は、地震時に早期に降伏して地震エネルギーを吸収することが可能となるように、適宜設定する。

定着板６２は、矩形状の鋼板であって、一方の面が柱１０の表面と面一となるように露出した状態で柱１０に埋設されている。
本実施形態では、定着板６２を鋼板により構成するが、その材質は限定されるものではない。

定着板６２の表面には、低降伏点鋼製プレート６１を固定するための固定部材６７が突設されている。
本実施形態では、定着板６２に溶接接合された鋼板により固定部材６７を構成するが、固定部材６７の構成は限定されるものではない。

低降伏点鋼製プレート６１は、低降伏点鋼製プレート６１と固定部材６７とを貫通した固定用ボルト６３をナット６４で締め付けることにより、定着板６２に固定される。ここで、図面の符号６８はワッシャーである。
なお、定着板６２として断面Ｔ字状の型鋼を使用することで、固定部材６７が予め一体に形成されたものを使用してもよい。

定着板６２は、４隅に固定された定着鉄筋６５，６５を介して柱１０に固定されており、柱１０からの抜け出し（脱落）が防止されている。

固定板６６は、矩形状の鋼板であって、一方の面が梁２０の表面と面一となるように露出した状態で梁２０に埋設されている。
本実施形態では固定板６６を鋼板により構成するが、固定板６６の材質は限定されるものではない。

固定板６６は、４隅に固定された定着鉄筋６５，６５，…を介して梁２０に固定されており、梁２０からの抜け出しが防止されている。

低降伏点鋼製プレート６１は、低降伏点鋼製プレート６１と固定板６６とを貫通した固定用ボルト６３をナット６４で締め付けることにより、固定板６６に固定される。固定用ボルト６３は、梁２０に頭部が埋設されている。
なお、低降伏点鋼製プレート６１の固定方法は限定されるものではない。

以上、制震構造２によれば、地震エネルギーが作用することで柱１０と梁２０とにより形成されたラーメン構造に変形が生じた場合であっても、低降伏点鋼製プレート６１が降伏して地震エネルギーを吸収するため、構造体（柱１０、梁２０）の損傷を最小限に抑えることができる。

低降伏点鋼製プレート６１は、早期に降伏して履歴によるエネルギー吸収を大きくとることが可能となる厚みと幅に形成されているため、柱１０および梁２０の損傷を最小限に抑える。

エネルギー吸収部材６０（低降伏点鋼製プレート６１）は、梁２０の上面または下面において露出しているため、地震エネルギーにより変形（降伏）した低降伏点鋼製プレート６１を簡易に交換することができ、制震構造２を復旧を容易に行うことができる。

梁２０の端面に形成された凸部２３は、テーパー状に形成されているため、地震エネルギーが作用することで、梁２０の端部が回転した際に圧壊しにくい。

この他の第２の実施の形態に係る制震構造２の作用効果は、第１の実施の形態に係る制震構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係る制震構造３は、図６に示すように、柱１０の内部に定着部材４６が配設されている点で、柱１０の表面に定着板４２が配設された第１の実施の形態の制震構造１と異なっている。

鉄筋４１の定着部材４６への固定は、シース管１２に鉄筋４１を挿入し、定着部材４６に固定された固定用ナット４３に鉄筋４１の端部を螺着することにより行う。
この他の制震構造３の構成は、第１の実施の形態で示した制震構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。

制震構造３によれば、鉄筋４１の鉄筋降伏長さが定着部材４６と固定板４５との離隔距離に設定されているため、鉄筋４１を早期に降伏させて、履歴によるエネルギー吸収を大きくとることが可能となる。
この他の制震構造３による作用効果は、第１の実施の形態に係る制震構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。

梁２０の構成は限定されるものではなく、例えば鉄骨造梁であってもよいし、スパン長が長い場合にはプレテンションのＰＣａ梁を使用してもよい。
また、凹部５１は、必要に応じて形成すればよく、例えば、エネルギー吸収部材４０（６０）をスラブ５０の上面に配置する場合等には、省略することが可能である。

１，２，３制震構造
１０柱
２０梁
２３凸部
３０ＰＣ鋼材
４０，６０エネルギー吸収部材

Claims

柱と、前記柱の側面に端面が当接するように配設された梁と、前記柱と前記梁とに貫設されたＰＣ鋼材と、を備え、
前記ＰＣ鋼材に導入されたプレストレス力により前記柱と前記梁とが圧着されてなる制震構造であって、
前記ＰＣ鋼材は、前記梁の梁せいの中央部に配置されており、
前記柱と前記梁との突合部の周囲に配設されたエネルギー吸収部材を備えていて、
前記梁の端部に欠き込み部が形成されていることで、前記梁の端面の梁せいの中央部に、凸部が形成されており、
前記エネルギー吸収部材は、前記柱の側面に固定された定着板と、前記梁の表面に突設された固定板と、前記梁の表面に沿って配設されて前記定着板と前記固定板との間において固定された鉄筋または低降伏点鋼製プレートと、を備えていることを特徴とする、制震構造。
柱と、前記柱の側面に端面が当接するように配設された梁と、前記柱と前記梁とに貫設されたＰＣ鋼材と、を備え、
前記ＰＣ鋼材に導入されたプレストレス力により前記柱と前記梁とが圧着されてなる制震構造であって、
前記ＰＣ鋼材は、前記梁の梁せいの中央部に配置されており、
前記柱と前記梁との突合部の周囲に配設されたエネルギー吸収部材を備えていて、
前記梁の端部に欠き込み部が形成されていることで、前記梁の端面の梁せいの中央部に、凸部が形成されており、
前記エネルギー吸収部材は、前記柱の内部に配設された定着部材と、前記梁の表面に突設された固定板と、前記梁の表面に沿って配設されて前記定着部材と前記固定板との間において固定された鉄筋と、を備えていることを特徴とする、制震構造。