JP5385170B2 - 建物の架構構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物の架構構造に係り、特に、内部空間の梁を少なくするとともに、集合住宅やオフィスビルのような平面積が大きな建物にも適用できる架構構造に関する。

従来、集合住宅やオフィスビルのような平面積が大きな（１階あたりのフロア面積が大きな）建物では、図１３に示すように平面上で直交するＸ方向およびＹ方向に所定の間隔をもって柱２３を配置し、隣接する柱２３同士をＸ方向およびＹ方向に延在する梁２４で連結したラーメン構造とし、柱２３および梁２４によって囲まれた領域にスラブ２６を設けた架構構造２１を採用するのが一般的である。そして、エレベータや階段が配置される部分には開口２６ａを設けている。

ところが、従来の架構構造２１では、住宅やオフィスを構成する領域の天井部に梁２４が存在するため、住戸配置、間取りなどのプランニングの自由度や、将来の更新性に制約があった。そこで、建物中央部にコア壁や内周チューブ架構を設け、建物外周部にラーメン構造の外周チューブ架構を設けた建物（特許文献１〜３参照）が多数提案されている。

特開２００１−２８８９２１号公報 特開２００２−１２１９２２号公報 特開２００２−２５６７２７号公報

しかしながら、従来のチューブ架構構造の建物では、建物中央部にコア壁または内周チューブ架構を配置する必要があるため、プランニングの自由度や将来の更新性が十分でないこともあり得た。ここで、建物外周部のみに外周チューブ架構を設けることも考えられるが、外周チューブ架構のスパン（建物の平面寸法）が大きくなるとスラブの撓みが大きくなるため、平面積が大きな建物には適用できなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、プランニングの自由度を向上させるとともに、集合住宅やオフィスビルのような平面積が大きな建物にも適用できる架構構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明に係る建物の架構構造（１）は、外周部に配置される外周柱（３）および外周柱（３）を連結する外周梁（４）によって環状に構成されるラーメン構造の外周チューブ架構（５）と、外周チューブ架構（５）の内側に配置され、外周柱（３）および外周梁（４）によって支持される鉄筋コンクリート造のスラブ（６）と、外周チューブ架構（５）と接続しないようにスラブ（６）に一体形成された内側梁（７，１７）とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、内側梁でスラブの撓みを抑制することで、平面積が大きな建物であっても建物中央部にコア壁や内周チューブ架構を設ける必要をなくすことができるとともに、プランニングの自由度および将来の更新性を向上させることができる。

また、第２の発明は、第１の発明に係る建物の架構構造（１）において、内側梁（７，１７）は、環状に形成された環状梁であることを特徴とする。この発明によれば、内側梁の曲げ剛性および捩じり剛性が高くなるため、スラブの撓みを抑制し、或いは内側梁の寸法を小さくすることができる。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る建物の架構構造（１）において、スラブ（６）における環状梁（７）の内側に開口（６ａ）が形成されたことを特徴とする。スラブの撓みは荷重が大きいほど大きくなる。そこで、この発明は、環状梁の内側に開口を形成することでスラブの重量を低減して撓みを小さくし、より大きな平面積の建物にも適用可能にすることができる。また、開口部にエレベータや階段を設ければ、集合住宅やオフィスビルに好適なプランニングが可能となる。

また、第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明に係る建物の架構構造（１）において、内側梁（１７）は、断面中央部にボイド（１７ｃ）が形成された中空梁であることを特徴とする。内側梁は、スラブの撓み抑制効果を発揮するが、その自重が荷重となってスラブの撓みを大きくする要因となる。そこで、この発明は、内側梁を中空梁とすることで、スラブの効率的な撓み抑制効果を内側梁に発揮させつつ内側梁の重さによるスラブの撓みを抑制し、効果的にスラブの撓みを抑制することができる。

また、第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明に係る建物の架構構造（１）において、内側梁（７）は、高さ寸法が幅寸法よりも小さな断面形状を呈することを特徴とする。内側梁はねじりに抵抗することでスラブの撓みを防止し、内側梁のねじりに対する抵抗力はその断面周長に依存する。そこで、この発明は、内側梁の断面形状を横長の扁平にすることで、内側梁のねじりに対する抵抗力を確保しつつ、内側梁の高さ寸法を抑え、プランニングの自由度をより一層向上させることができる。

また、第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明に係る建物の架構構造（１）において、スラブ（６）は、内側梁（７）に沿い、且つその両端が外周チューブ架構に至るＰＣ鋼線（８）を備えたことを特徴とする。スラブにＰＣ鋼線を設けることでスラブの撓みを抑制することは一般的に行われているが、この発明は、ＰＣ鋼線を内側梁の一部に沿って設けることで、外周チューブ架構に接続しない内側梁の撓みに対する抵抗力を高め、効果的にスラブの撓みを抑制することができる。

このように本発明によれば、プランニングの自由度を向上させるとともに、集合住宅やオフィスビルのような平面積が大きな建物にも適用できる建物の架構構造を提供することができる。

第１実施形態に係る建物の架構構造の平面図 図１中のII−II断面図 第１実施形態に係る内側梁の断面図 第１実施形態に係るスラブの変形量を従来例と対比して示す図 第２実施形態に係る建物の架構構造の平面図 図５中のVI−VI断面図 第２実施形態に係るスラブの変形量を従来例と対比して示す図 第１および第２実施形態に係るスラブの変形量を従来例とともに示すグラフ 第１および第２実施形態に係る内側梁の配置・寸法説明図 変形実施形態に係る内側梁の断面図 別の変形実施形態に係る建物の架構構造の平面図 他の適用例に係る建物の架構構造の平面図 従来技術による建物の架構構造の平面図

以下、図面を参照しながら本発明に係る建物の架構構造１の各実施形態について説明する。

≪第１実施形態≫
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。実施形態に係る建物の架構構造１は、集合住宅やオフィスビルとして利用される高層建物に適用され、基準階が図１に示される平面形状となるように鉄筋コンクリート造（以下、ＲＣ造と記す。）で構築される。なお、図が煩雑となることを避けるために、各図においては外壁や戸境壁などは示していない。

架構構造１は長方形の平面形状を呈しており、その外周縁に沿って所定の間隔をもって配置された複数の外周柱３および、その外周縁に沿って延在し、複数の外周柱３を連結する複数の梁（以下、外周梁４と記す。）によって環状に構成されるラーメン構造の外周チューブ架構５と、外周チューブ架構５の内側に配置され、これら外周柱３および外周梁４によって支持されたスラブ６と、外周チューブ架構５と接続しないように、且つスラブ６の下面から突出するようにスラブ６に一体形成された内側梁７とを備えている。

図２に併せて示すように、架構構造１は、その内部に柱を有さず、外周柱３のみによって鉛直荷重を支えている。また、架構構造１は、スラブ６を支持する梁をその内部に有さず、外周梁４のみによってスラブ６の鉛直荷重を外周柱３に伝達している。したがって、通常のラーメン構造に比べて多くの柱が架構構造１の外周部に配置される。このように、柱および梁が架構構造１の外周部に集約されることにより、架構構造１の内部に柱や梁、あるいはコア壁やない周チューブ架構を備えていなくても地震耐力が確保される。

スラブ６における内側梁７の内側部分には、長方形の開口６ａが形成されている。開口６ａは、各階で同じ位置に配置されており、これら開口６ａの内部には、エレベータや階段を配置することができる。このような形態とすることにより、架構構造１の中央部（図１中に示す想像線の内側）にエレベータや階段、廊下などの共用スペースを集約配置し、その外周部分（図１中に示す想像線の外側）に住戸部やオフィスなどの居住スペースを配置することができ、空間を効率的に利用したプランニングが可能となる。

内側梁７は、その内縁が開口６ａの開口縁と一致するように平面視で長方形に形成されている。なお、内側梁７の中心線は平面視で外周チューブ架構５の中心線と互いに相似な形状を呈し、且つ外周チューブ架構５と同心に配置されている。つまり、内側梁７は、外周チューブ架構５を構成する外周梁４と平行配置され、且つ外周チューブ架構５に連結しない直線状の複数の辺部材から構成された環状を呈する無端の環状梁とされている。図３に併せて示すように、内側梁７は横長、すなわち梁成ｈがスラブ６の厚さよりも大きく且つ梁幅ｗよりも小さな断面形状を呈しており、上端筋７ｌ、下端筋７ｍおよび腹筋７ｎを含む主筋と主筋を取り囲むあばら筋７ｏとをその内部に備え、全断面にコンクリートが充填されている。このように内側梁７の高さ寸法が幅寸法よりも小さくされたことにより、内側梁７の下方の天井高さを大きくしてプランニングの自由度をより一層高めることができる。

ここで、スラブ６は、架構構造１の外周の一辺に３本以上の外周柱３が配置され且つ中間梁や中間柱によって支持されない大型のものとして構成されるため、撓みによって外周部分に比べて中央部分が大きく沈下することが懸念されるが、内側梁７がこのスラブ６の撓みを抑制する役割を果たす。つまり、内側梁７の曲げ剛性およびねじり剛性が一体形成されたスラブ６の変形を抑制して撓み量を小さくする。したがって、内側梁７の曲げ剛性およびねじり剛性が大きいほどスラブ６の撓みを抑制することができる。

図４は、スラブ６の撓みによる沈下量を等高線図として示したものであり、（Ａ）は本実施形態に係る架構構造１によるスラブ６を、（Ｂ）は従来技術による（内側梁７を備えない）架構構造によるスラブを示している。なお、スラブ６のスパンＬは２１ｍ、厚さは４００ｍｍであり、図示しない内側梁７の梁幅ｗは１２００ｍｍ、梁成ｈは５５０ｍｍである。同図から見て取れるように、撓みによってスラブの中央部はともに沈下するが、沈下量は（Ａ）に示す本実施形態による架構構造１の方が（Ｂ）に示す従来技術による架構構造のスラブよりも小さくなる。

また、スラブ６の撓みは自重によるものであり、中央部の荷重が大きいほど撓み量が大きくなるが、本実施形態に係る架構構造１では、スラブ６の中央部に開口６ａが形成されているため、内側梁７の剛性による撓み低減効果のほか、自重の軽減によっても、スラブ６の中央部に開口６ａがないものに比べて撓みが低減している。

≪第２実施形態≫
次に、図５〜図７を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部材や部位には同一の符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。

図５，図６に示すように、本実施形態に係る架構構造１は、スラブ６に開口６ａが形成されていない点において第１実施形態と異なる。このような形態は、架構構造１の外側にエレベータや階段が配置される建物を構築する場合に適用することができる。なお、本実施形態に係る外周柱３および外周梁４により構成される外周チューブ架構５は、第１実施形態と同一の構成であり、内側梁７も図３に示す第１実施形態のものと同一の構成である。

図７は、図４と同様に、スラブ６の撓みによる沈下量を等高線図として示したものであり、（Ａ）は本実施形態に係る架構構造１によるスラブ６を、（Ｂ）は従来技術による（内側梁７を備えない）架構構造によるスラブを示している。同図から見て取れるように、このような構成の架構構造１によっても、第１実施形態と同様に内側梁７の曲げ剛性およびねじり剛性によってスラブ６の変形が抑制され、スラブ６その撓み量は小さくなる。

図８は、第１実施形態に係るスラブ６および第２実施形態に係るスラブ６の変形量を従来技術によるものとともに示すグラフである。開口６ａを備えた第１実施形態に係るスラブ６の最大沈下量が約１７ｍｍであるのに対し、開口６ａを備え且つ内側梁７を備えない従来例のスラブ（図８中には、「第１従来例」として示す。）の最大沈下量は約２８ｍｍである。また、開口６ａを備えない第２実施形態に係るスラブ６の最大沈下量が約１８ｍｍであるのに対し、開口６ａを備えず且つ内側梁７を備えない従来例のスラブ（図８中には、「第２従来例」として示す。）の最大沈下量は約３１ｍｍである。この結果からも、内側梁７がスラブ６の変形を抑制して沈下量を小さくすることがわかる。

なお、内側梁７がある場合（本発明）であっても内側梁７がない場合（従来例）であっても、開口６ａの端縁においては開口６ａがないスラブ（第２実施形態に係るスラブ６および第２従来例のスラブ）の方が、開口６ａがあるスラブ（第１実施形態に係るスラブ６および第１従来例のスラブ）よりも沈下量が小さくなっているが、これはスラブ中央部による曲げ抵抗が働かないためであり、スラブ全体としては、開口６ａがあるスラブの方が、開口６ａがないスラブよりもスラブ荷重の軽減に伴って沈下量が小さくなっている。

また、図８のグラフには、第１実施形態に係るスラブ６と同一の梁幅ｗ（１２００ｍｍ）且つ異なる梁成ｈを有する２つのスラブの沈下量をも示している。このスラブの１つは梁成ｈを７００ｍｍにしたものであり、他の１つは梁成ｈを８５０ｍｍにしたものである（以下および図８中には、「梁成７００ｍｍモデル」、「梁成８５０ｍｍモデル」とそれぞれ記す。）。第１実施形態に係るスラブ６（梁成５５０ｍｍ）、梁成７００ｍｍモデルおよび梁成８５０ｍｍモデルを比較すると、梁成ｈが大きいほどスラブ６の沈下量は小さくなるが、第１従来例の沈下量との差に比べると、これら３モデルの沈下量の差は小さいことがわかる。つまり、プランニングの自由度を低下させて梁成ｈを大きくしても、得られる沈下量低減効果は低く、スラブ６の剛性よりも大きな剛性を有する内側梁７を設ければ、すなわちスラブ６の厚さよりも大きな梁成ｈを有する内側梁７を設ければ、沈下量低減効果とプランニング自由度の両立を図ることができる。

一方、内側梁７は、その曲げ剛性およびねじり剛性によってスラブ６の変形を抑制することでスラブ６の６沈下量を低減するので、曲げ剛性に着目すれば、撓みによるスラブ６の曲げ変形が大きな領域（スラブ６の傾斜変化が大きい領域）、すなわちスラブ６の中央部或いは両端部において、スパン方向に所定の長さにわたって延在するように内側梁７を配置するのが好ましい。一方、ねじり剛性に着目すれば、スラブ６のねじり変形が大きな位置（撓みによるスラブ６の傾斜が大きい位置）で、スパン方向と直交する方向に延在するように内側梁７を配置するのが好ましい。スラブ６の傾斜が大きい位置では、スパン方向と直交する方向の中央部近傍ではスラブ６の傾斜が大きい一方、スパン方向と直交する方向の両端部近傍ではスラブ６の傾斜が小さく、内側梁７のねじり変形が大きくなるためである。

例えば、スラブ６の中央部にそのスパンＬに比べてごく小さな開口６ａが設けられる場合、開口６ａに沿って内側梁７を設けるよりも、スラブ６の傾斜が大きな位置（開口６ａと外周チューブ架構５との間）に内側梁７を設けた方が、スラブ６の変形を効果的に抑制してその沈下量を小さくすることができる。具体的には、図９に示すように、スラブ６の中心を通る断面において、内側梁７のそれぞれの辺（円形の場合には部位。以下同様。）７ａ，７ｂを、スラブ６のスパンＬの２割〜５割程度、外周チューブ架構５から離して配置し、且つ内側梁７の大きさを、両辺７ａ，７ｂがスラブ６のスパンＬの２割〜６割程度離間するものにするとよい。さらに、内側梁７を無端の環状に形成するとよく、このような構成にすることにより、内側梁７の倒れが抑制され、ねじり剛性によるスラブ６の撓み抑制効果が高まる。

また、内側梁７のねじり剛性を高めるために、腹筋７ｎを上端筋７ｌや下端筋７ｍと略同一のピッチで配置したり、これら主筋を内側梁７の延在方向に対して傾斜させて配置したりするとよい。上端筋７ｌや下端筋７ｍを斜めに配置する場合には、内側梁７の１辺において両端部で内側に位置し、中央部で外側に位置する向きに主筋を傾斜させるとよい。

そして、架構構造１の構築に際しては、スラブ６の沈下量を予測し、荷重が加わっていない状態では上方に凸となるようにスラブを湾曲させることで、載荷時におけるスラブの平坦性を確保することができる。

図１０は、第１および第２実施形態に適用できる変形実施形態に係る内側梁１７の横断面図である。この内側梁１７は、断面中央部にボイド１７ｃが形成された中空梁である。ボイド１７ｃの断面形状および大きさは適宜設計すればよく、ここでは内側梁１７の壁部（上壁、下壁および側壁）の厚さが均一且つスラブ６の厚さと略同一となるように設定されている。内側梁１７が上端筋７ｌ、下端筋７ｍおよび腹筋７ｎを含む主筋と主筋を取り囲むあばら筋７ｏとをその内部に備える点は上記各実施形態と同様である。このような構成とすることにより、内側梁１７のねじり剛性を確保しつつ内側梁１７の軽量化を図ることができ、内側梁１７の重さによるスラブ６の撓みを抑制することができる。

図１１は、同様に第１および第２実施形態に適用できる別の変形実施形態に係る建物の架構構造１の平面図である。この架構構造１では、内側梁７の一辺に沿って（内側梁７が円形などの場合には、内側梁７の一部に沿って）その両端が外周チューブ架構５に至る複数のＰＣ鋼線８が、スラブ６の内部に平面視で直線状に配置されており、ＰＣ鋼線８に導入された緊張力によってスラブ６および内側梁７の曲げ剛性の向上が図られる。なお、本変形実施形態ではアンボイド工法でスラブ６を構築しているが、スラブにボイドを設けて軽量化を図ってもよい。また、図１１にはスラブ６に開口６ａが形成された形態を示しているが、スラブ６に開口６ａが形成されない形態とすることも可能である。この場合、図示したＰＣ鋼線８に加え、長い側および短い側、或いはこれら一方のＰＣ鋼線８を、平面視で内側梁７の内部を通る位置に設けてもよい。縦断面におけるＰＣ鋼線８の設置位置やＰＣ鋼線８の設置手法は公知の技術を適用すればよい。

以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、外周チューブ架構５および内側梁７の平面形状をともに矩形にしているが、多角形や円形、楕円形など、様々な形状にすることができ、外周チューブ架構５と内側梁７との平面形状を互いに異ならせる（相似以外の形状にする）ことも可能である。また、上記実施形態では、内側梁７を無端の環状に形成しているが、一部が途切れた、すなわち有端の環状（平面視でＣ形）に形成したり、平面視でコ字形やＨ形（図１２参照）、十字形に形成してもよい。このような場合であっても、図１２に示すように、内側梁７を図中に想像線で示す共用スペースの内部に収めることにより、住戸部やオフィスなどの居住スペースに梁が張り出すことが回避され、空間を効率的に利用したプランニングが可能となる。

また、上記第１，第２実施形態では、平面視において外周チューブ架構５の内部に環状の内側梁７が１つのみ配置されているが、環状の内側梁７を二重或いは三重に配置してもよい。さらに、上記第１，第２実施形態では、内側梁７が外周チューブ架構５と同心的な配置とされているが、内側梁７を外周チューブ架構５に対して偏倚した位置に配置してもよい。また、上記実施形態では、平面視において外周チューブ架構５が架構構造１の外周縁を構成しているが、架構構造１が外周チューブ架構５のさらに外側に架構（二重や三重となる更なる外周チューブ架構や、外周縁の一部にのみ連結する架構など）を備える構造であってもよい。加えて、上記実施形態では、内側梁７，１７をスラブ６の下面から突出するようにスラブ６と一体形成しているが、スラブ６の上面から突出するように形成したり、スラブ６の下面および上面の両方から上下に突出するように形成したりしてもよい。さらに、上記実施形態では、架構構造１全体をＰＣ造としているが、外周チューブ架構５を鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造にしてもよい。これら変更のほか、各部材の具体的形状や、配置、数量など、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 架構構造
３ 外周柱
４ 外周梁
５ 外周チューブ架構
６，１６ スラブ
６ａ 開口
７，１７ 内側梁
７ａ，７ｂ 辺
１７ｃ ボイド
８ ＰＣ鋼線
Ｌ スパン

Claims (6)

1. 外周部に配置される外周柱および該外周柱を連結する外周梁によって環状に構成されるラーメン構造の外周チューブ架構と、
   前記外周チューブ架構の内側に配置され、前記外周柱および前記外周梁によって支持される鉄筋コンクリート造のスラブと、
   前記外周チューブ架構と接続しないように前記スラブに一体形成された内側梁と
   を備えたことを特徴とする建物の架構構造。
2. 前記内側梁は、環状に形成された環状梁であることを特徴とする、請求項１に記載の建物の架構構造。
3. 前記スラブにおける前記環状梁の内側に開口が形成されたことを特徴とする、請求項２に記載の建物の架構構造。
4. 前記内側梁は、断面中央部にボイドが形成された中空梁であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の建物の架構構造。
5. 前記内側梁は、高さ寸法が幅寸法よりも小さな断面形状を呈することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の建物の架構構造。
6. 前記スラブは、前記内側梁の一部に沿い、且つその両端が前記外周チューブ架構に至るＰＣ鋼線を備えたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の建物の架構構造。

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