JP6126941B2 - 構造物 - Google Patents

Description

本発明は、構造物に関する。

特許文献１には、第１柱梁架構と、第１柱梁架構に隣接配置され構面の延長面が第１柱梁架構の構面と交差するように配置された第２柱梁架構と、を備える構造物が開示さている。この先行技術では、第２柱梁架構の面外方向の力が第１柱梁架構の面内方向へ伝達されるように、第１柱梁架構と第２柱梁架構とが床版だけで連結されている。

特許文献２には、２階層以上の耐震架構構造が開示されている。この先行技術では、地震力を主に負担させる柱梁を外周柱と外周梁の剛接合部による接合構造として外周構面に集中配置し、外周構面以外の内柱に直交する内梁のうち１つは梁通し型接合部としている。更に、この梁通し型とした接合部の上側もしくは下側の内梁と内柱、もしくは、内梁と外周柱とは、主に梁に作用する自重のみを負担させるように、軸力とせん断力に対して抵抗するピン接合部により接合されている。

また、その他、架構構造に関連する技術が、特許文献３及び特許文献４に開示されている。

ここで、柱割によらずに、自由に梁を配置した場合、例えば、スラブを構成するデッキの最大スパンで梁を架けた場合、梁が接続されない柱が発生し、座屈長さ（細長比）が大きくなる。よって、座屈長さ（細長比）を確保するためには、座屈強度（柱の太さ等）を大きくする必要が生じる。

特開２０１２−１４４８６２号公報 特許４２４０４８２号 特開２０１２−２４６６２９号公報 特開平１１−３２４１１１号公報

本発明は、上記事実を鑑み、柱の座屈強度を抑制しつつ、梁の配置の自由度を向上させることが課題である。

請求項１の発明は、各階層に設けられ、一の方向に沿った第一梁と、各階層に設けられ、前記一の方向と直交する他の方向に沿った第二梁と、各階層において前記第一梁が接続されると共に、前記第二梁が接続された階層と前記第二梁が接続されていない階層とがある柱と、を有する。

請求項１に記載の発明では、柱における上下の第二梁の間の長さが、柱の他方の方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱の座屈強度を抑制しつつ必要な座屈長さが確保されると共に、第二梁の配置の自由度が向上する。

請求項２の発明は、前記第二梁が柱割でピッチ割された領域と、前記第二梁がスラブの支持ピッチでピッチ割された領域と、が設けられた階層を有する。

請求項２に記載の発明では、第二梁がスラブの支持ピッチでピッチ割された領域では、第二梁が柱割でピッチ割された領域よりも第二梁の本数を少なくすることができる。

請求項３の発明は、前記構造物の外周部における他の方向の両外側に配置された柱を除き、全ての前記柱に前記第二梁が接続された階層と、全ての前記柱に前記第二梁が接続されていない階層と、を有する。

請求項３に記載の発明では、第二梁が柱に接続されてない階層における第二梁の配置の自由度が向上する。

請求項４の発明は、前記柱は弱軸方向と強軸方向とを有し、前記柱は強軸方向が他の方向に沿って配置されている。

請求項４に記載の発明では、柱の強軸方向に他の方向に沿って配置することで、柱における上下方向の第二梁間を長くすることできる。

請求項５の発明は、前記第二梁が接続されていない前記柱には、座屈補剛として機能するスラブが剛接合されている。

請求項５に記載の発明では、剛接合された座屈補剛として機能するスラブによって、座屈止めされる。

本発明によれば、柱の座屈強度を抑制しつつ、梁の配置の自由度を向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る構造物の構造をＹ方向から見た立面図である。 図１の構造物の内部の構造の要部をＹ方向から見た図である。 （Ａ）は図５の３Ａ線に沿ってＸ方向から見た図であり、（Ｂ）は図６の３Ｂ線に沿ってＸ方向から見た図である。 デッキ割領域と柱割領域とを説明する平面図である、 第一実施形態の構造物の一階層と三階層と五階層を示す平面図である。 第一実施形態の構造物の二階層と四階層を示す平面図である。 第二実施形態の構造物の一階層と三階層と五階層を示す平面図である。 第二実施形態の構造物の二階層と四階層を示す平面図である。 （Ａ）に示す第一変形例のスラブの柱との接合部を示す平面図であり、（Ｂ）は第二変形例のスラブの柱との接合部を示す平面図である。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態に係る構造物１０について説明する。なお、鉛直方向を矢印Ｚで
示し、水平方向の直交する二方向をＸ方向（一の方向）及びＹ方向（一の方向と直交する他の方向）とする。

図１に示すように、構造物１０は、杭基礎１２で支持された構造スラブ１４の上に構築され、一階層２０Ａ、二階層２０Ｂ、三階層２０Ｃ、四階層２０Ｄ、及び五階層２０Ｅからなる五層構造となっている。なお、各階層を区別しない場合は、各階層２０と記載する場合がある。また、本実施形態の構造物１０の構造スラブ１４は、杭基礎１２で支持されているが、杭基礎１２以外の基礎で支持されていてもよい。

また、図５及び図６に示すように、構造物１０は、平面視において、略矩形状とされ、長辺方向がＸ方向であり、短辺方向がＹ方向となっている。

図１に示すように、構造物１０は、柱１００と、第一梁１１０及び後述する第二梁１２０（図３〜図６を参照）と、で構成された鉄骨造のラーメン構造である。また、図１に示されている外周部分のＸ方向に沿った架構（Ｘ方向架構軸組）における一階層２０Ａと二階層２０Ｂとには耐震要素の一例としての圧縮ブレース３０が設けられ、三階層２０Ｃ、四階層２０Ｄ及び五階層２０Ｅには耐震要素の一例としての引張ブレース３２が設けられている。

前述したように、一階層２０Ａの床は構造スラブ１４で構成されている。しかし、図３に示されている一階層２０Ａ〜四階層２０Ｄの天井（上階の床）を構成するスラブ５０は、合成スラブ構造デッキプレートで構成さている。また、五階層２０Ｅの天井（屋根）を構成するスラブ５２は、ダブル折板で構成されている。

なお、合成スラブ構造デッキプレートは、デッキプレートの表面にエンボス（特殊ずれ止め）が施されたコンクリートとデッキプレートそれぞれの特長を効果的に発揮する合成スラブとされている。

ここで、以降「各階層２０に設けられた梁」と記す場合は、これら各階層２０の天井を構成するスラブ５０、５２を支持する梁のこととする。つまり、「二階層２０Ｂに設けられた第一梁１１０及び第二梁１２０」とは、二階層２０Ｂの天井（三階層２０Ｃの床）を構成するスラブ５０を支持する梁のことを指す。

図１、図５、及び図６に示すように、各柱１００は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、それぞれ所定の間隔をあけて、杭基礎１２の直上に設けられている。また、図４に示すように、本実施形態の柱１００は、Ｈ形鋼で構成されている。柱１００を構成するＨ形鋼は、Ｘ方向に沿って配置されたウェブ１０４とウェブ１０４の両端部にＹ方向に沿って配置されたフランジ１０２とで構成されている。つまり、柱１００（Ｈ形鋼）は、Ｙ方向が強軸方向となるよう配置されている。

図１〜図６に示すように、各階層２０には、Ｘ方向に沿った第一梁１１０とＹ方向に沿った第二梁１２０とが設けられ、各階層２０の天井を構成するスラブ５０、５２を支持している。

図１、図３、図５、及び図６に示すように、第一梁１１０は、各階層２０において、柱１００毎に設けられ、各柱１００のＸ方向（弱軸方向）の端部に接合されている。

図４〜図５に示すように、第二梁１２０には、各階層２０において、柱割ピッチＰＡでピッチ割りされた柱割領域（グリッド割領域）ＭＡと、スラブ５０、５２の支持ピッチＰＢでピッチ割されたデッキ割領域ＭＢと、が設定されている。

柱割領域ＭＡでは、第二梁１２０は、各柱１００のＹ方向（強軸方向）の端部に接合されると共に、各柱１００間においては等間隔で配置され第一梁１１０に接合されている。なお、柱割領域ＭＡにおける第二梁１２０の間隔（柱割ピッチＰＡ）は、スラブ５０、５２を支持することが可能な間隔以下、すなわちスラブ５０、５２の支持ピッチＰＢ以下で、且つ柱１００に接合されるように等間隔でピッチ割されて配置されている。

具体的に説明すると、仮に柱間が１０で、スラブを支持することが可能な間隔、すなわちスラブの支持ピッチが４である場合、柱間に配置する梁が２本では１０／２＝５となり支持ピッチよりも大きいのでスラブを支持することができない。しかし、柱梁間に３本の梁を配置すると１０／３で３．３となり支持ピッチ以下となりスラブを支持することができる。よって、この場合は、柱間に３本の梁を等間隔で配置する。

一方、デッキ割領域ＭＢでは、第二梁１２０はスラブ５０、５２を支持することが可能な間隔、すなわちスラブ５０、５２の支持ピッチＰＢで配置されている。なお、本実施形態におけるスラブ５０、５２の支持ピッチＰＢとは、スラブ５０、５２を構成する各デッキプレートのＸ方向の幅となっている。

そして、デッキ割領域ＭＢでは、柱割ピッチＰＡでない支持ピッチＰＢで配置されているので、第二梁１２０は（後述するように外周部に配置された第二梁１２０を除いて）、柱１００に接合されることなく、全て第一梁１１０に接合されている。また、柱割領域ＭＡの第二梁１２０の柱割ピッチＰＡよりもデッキ割領域ＭＢの第二梁１２０の支持ピッチＰＢの方が広い。

図３（Ａ）及び図５に示すように、一階層２０Ａと三階層２０Ｃと五階層２０Ｅにおいては、Ｘ方向の両外側のそれぞれ三つの柱１００分が柱割領域ＭＡであり、これらの間の中央部分がデッキ割領域ＭＢとなっている。

また、図３（Ｂ）及び図６に示すように、二階層２０Ｂと四階層２０Ｄにおいては、Ｘ方向の中央部分の二つの柱１００分が柱割領域ＭＡであり、これらの両外側部分がデッキ割領域ＭＢとなっている。なお、外周部におけるＸ方向の両外側に配置された柱１００には、第二梁１２０がＹ方向の端部に接合されている。

このように、図１及び図５、図６に示すように、各柱１００は、各階層２０において第一梁１１０が接続されている。

しかし、図３（Ａ）及び図５に示すように、Ｘ方向の両外側のそれぞれ３つの柱１００は、一階層２０Ａと三階層２０Ｃと五階層２０Ｅにおいては第二梁１２０が接続され、二階層２０Ｂと四階層２０Ｄにおいては、第二梁１２０が接続されていない。

また、図３（Ｂ）及び図６に示すように、Ｘ方向の中央部分の２つの柱１００は、一階層２０Ａと三階層２０Ｃと五階層２０Ｅにおいては第二梁１２０が接続されていないが、二階層２０Ｂと四階層２０Ｄにおいては、第二梁１２０が接続されている。

なお、前述したように、外周部におけるＸ方向の両外側に配置された柱１００には、各階層２０において第二梁１２０がＹ方向の端部に接合されている。

（作用効果）
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

外周部におけるＸ方向の両外側を除く柱１００は、第二梁１２０が接続された階層と接続されていない階層とがある。そして、図３に示すように、柱１００における接続された上下の第二梁１２０の間の長さＬが、柱１００のＹ方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱１００の、例えば柱の太さ等から求められる座屈強度を抑制しつつ（或いは、座屈強度を大きくすることなく）、必要な座屈長さ（細長比）が確保される。

よって、各階層２０のデッキ割領域ＭＢにおいては、柱割にとらわれることなく、第二梁１２０をスラブ５０、５２の支持ピッチで配置することができる。

また、第二梁１２０がスラブ５０、５２の支持ピッチＰＢで配置されたデッキ割領域ＭＢでは、第二梁１２０が柱割ピッチＰＡで配置された柱割領域ＭＡよりも、第二梁１２０の本数を少なくすることができる。よって、構造物１０全体として、第二梁１２０の本数を少なくすることができる。

また、図４に示すように、柱１００は強軸方向がＹ方向に沿って配置されている。よって、柱１００における上下方向の第二梁１２０の間を長くしても、Ｙ方向の座屈強度が向上し、座屈長さが確保される。

なお、本実施形態では、図１に示すように、構造物１０に作用する水平力を耐震要素である圧縮ブレース３０及び引張ブレース３２が主として負担し、構造物１０の鉛直荷重を柱梁からなるラーメン架構が主として負担している。つまり、柱１００が水平力を負担しない、或いは殆ど負担しない構造となっており、柱１００の耐力が、長期軸力で決定されるような応力状態となっている。

よって、柱１００と第二梁１２０との接合を合理化することができるので、柱梁接合部のディテールを簡略化することができる。

＜第二実施形態＞
つぎに、本発明の第二実施形態に係る構造物１１について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

一階層２０Ａと三階層２０Ｃと五階層２０Ｅにおいては、図７に示すように、全て柱割領域ＭＡであり、全ての柱１００に第二梁１２０が接続されている。

また、二階層２０Ｂと四階層２０Ｄにおいては、全てがデッキ割領域ＭＢであり、外周部におけるＸ方向の両外側を除く各柱１００には、第二梁１２０が接続されていない。

よって、各柱１００は各階層２０において第一梁１１０は接続されているが、外周部を除く柱１００は、一階層２０Ａと三階層２０Ｃと五階層２０Ｅにおいては、第二梁１２０が接続されているが、二階層２０Ｂと四階層２０Ｄにおいては、第二梁１２０が接続されていない。

（作用及び効果）
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。

第一実施形態と同様に、外周部におけるＸ方向の両外側を除く柱１００は、第二梁１２０が接続された階層と接続されていない階層とがある。そして、柱１００における接続された上下の第二梁１２０の間の長さＬ（図３参照）が、柱１００のＹ方向の座屈長さを計算する上での柱長となる。よって、柱１００の、例えば柱の太さ等から求められる座屈強度を抑制しつつ（或いは、座屈強度を大きくすることなく）、必要な座屈長さが確保される。

また、第二梁１２０が柱１００に接続されてない二階層２０Ｂと四階層２０Ｄにおける第二梁１２０の配置の自由度が向上する。

＜変形例＞
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。

第一実施形態及び第二実施形態のスラブ５０、５２は、合成スラブ構造デッキプレートで構成されており、柱１００のＹ方向の座屈補剛としては機能する充分な剛性を有していない。

しかし、座屈補剛として機能する充分な剛性を有する鉄筋コンクリート製等のスラブ１５０を、柱１００に剛接合することで、柱１００が座屈止めされ、柱１００における上下方向の第二梁間１２０を長くしても、座屈長さを確保することができる。

具体的には、図９（Ａ）に示す第一変形例のように、第二梁１２０が接合されていない柱１００の周囲を取り囲むようにスラブ１５０を配置することで、スラブ１５０が座屈補剛として機能する。

或いは、図９（Ｂ）に示す第二変形例のように、第二梁１２０が接合されていない柱１００にスタッド１５２等でスラブ１５０と接合することで、スラブ１５０が座屈補剛として機能する。

＜その他＞
本発明は、上記実施形態に限定されない。

例えば、第一実施形態の図５及び図６の柱割領域ＭＡとデッキ割領域ＭＢとの両方がある階層と、第二実施形態の図７の柱割領域ＭＡの階層と、第二実施形態の図８のデッキ割領域ＭＢの階層と、が一つの構造物に設けられた構成であってもよい。

例えば一例として、一階層２０Ａは第二実施形態の図７の柱割領域ＭＡの階層とし、二階層２０Ｂは第一実施形態の図５の柱割領域ＭＡとデッキ割領域ＭＢとの両方がある階層とし、三階層２０Ｃは第二実施形態の図８のデッキ割領域ＭＢの階層とし、四階層２０Ｄは第一実施形態の図５の柱割領域ＭＡとデッキ割領域ＭＢとの両方がある階層とし、五階層２０Ｅは第二実施形態の図７の柱割領域ＭＡの階層としてもよい。

また、上記実施形態では、構造物１０、１１は、外周部のＸ方向に沿った架構に耐震要素の一例としての圧縮ブレース３０及び引張ブレース３２が設けられていたが、これに限定されない。波形鋼鈑等で構成された耐力壁を耐震要素としてもよい。また、外周部以外の場所に耐震要素が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、柱割にとらわれず第二梁１２０を配置する領域は、スラブ５０、５２の支持ピッチＰＢでピッチ割されたデッキ割領域ＭＢであったがこれに限定されない。スラブの捨て型枠、ハーフプレキャスト部材、合成床、プレキャスト床とする場合、その剛性と耐力が発揮できるピッチ割を採用することができる。更に、これらに制限されることなく、自由に第二梁１２０を配置することができる。

また、上記実施形態では、第二梁１２０は、一階層おきに柱１００に接合されていたが、これに限定されない。例えば、第二梁１２０が二階層おきに柱１００に接合されていてもよい。要は少なくとも柱に第二梁が接合されてない階層が一階層以上あればよい。

また、上記実施形態では、外周部におけるＸ方向外側を除く柱１００は、すべて第二梁１２０が接合されていない階層があったが、これに限定されない。外周部以外に配置された柱であっても、全ての階層で第二梁が接合されている柱があってもよい。要は第二梁が接合されてない階層が一階層以上ある柱（第二梁が接続された階層と第二梁が接続されていない階層とがある柱）が少なくとも一本以上あればよい。

また、例えば、上記実施形態では、構造物１０、１１は、平面視において、略矩形状とされ、長辺方向がＸ方向であり、短辺方向がＹ方向となっているが、これに限定されない。短辺方向がＸ方向で、長辺方向がＹ方向であってもよい。或いは、平面視において、略正方形状や円形、その他任意の形状であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、柱１００は、Ｙ方向が強軸方向となるよう配置されたＨ形鋼で構成されていたが、これに限定されない。Ｈ形鋼以外の断面形状、例えば、丸形や角形等の柱であってもよい。なお、断面形状が強軸と弱軸とを有する場合は、Ｙ方向が強軸となるように配置することが望ましい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない

１０ 構造物
１１ 構造物
２０ 階層
１１０ 第一梁
１２０ 第二梁
１００ 柱
１５０ スラブ（座屈補剛として機能するスラブの一例）
ＭＡ 柱割領域
ＭＢ デッキ割領域

Claims (5)

1. 各階層に設けられ、一の方向に沿った第一梁と、
   各階層に設けられ、前記一の方向と直交する他の方向に沿った第二梁と、
   各階層において前記第一梁が接続されると共に、前記第二梁が接続された階層と前記第二梁が接続されていない階層とがある柱と、
   を有する構造物。
2. 前記第二梁が柱割でピッチ割された領域と、
   前記第二梁がスラブの支持ピッチでピッチ割された領域と、
   が設けられた階層を有する、
   請求項１に記載の構造物。
3. 前記構造物の外周部における他の方向の両外側に配置された柱を除き、
   全ての前記柱に前記第二梁が接続された階層と、
   全ての前記柱に前記第二梁が接続されていない階層と、
   を有する、
   請求項１又は請求項２に記載の構造物。
4. 前記柱は弱軸方向と強軸方向とを有し、前記柱は強軸方向が他の方向に沿って配置されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の構造物。
5. 前記第二梁が接続されていない前記柱には、座屈補剛として機能するスラブが剛接合されている、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構造物。

Images