JP6261955B2

JP6261955B2 - 構造物

Info

Publication number: JP6261955B2
Application number: JP2013232283A
Authority: JP
Inventors: 崇宏待永; 壮一郎九嶋; 平川　恭章; 恭章平川; 原田　哲夫; 哲夫原田; 佳史坂口; 照久宮島; 浩明中川; 栄志大倉; 洪太井ノ口
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: JP2015094079A

Description

本発明は、構造物に関する。

構造物の中央部に設けられたコア部と、コア部の頂部から両側へ張り出し、当該頂部と外周フレームとを連結するトップビームとを備えた耐震構造物が知られている（例えば、特許文献１参照）。この耐震構造物では、コア部に作用する地震力（水平力）がトップビームを介して外周フレームに伝達されるため、コア部の頂部付近の曲げ変形量が低減される。

特開２００９−１１４７０１号公報特開２００５−２８４７１３号公報

特許文献１に開示された技術では、地震時におけるコア部の頂部付近の曲げ変形量が低減されるものの、コア部の曲げ変形量をさらに低減するためには、改善の余地がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、地震時におけるコア部の曲げ変形量を低減することを目的とする。

第１態様に係る構造物は、コア部と、前記コア部を囲む複数の外周柱と、前記コア部からそれぞれ張り出し、前記複数の外周柱の各々に架設されて該コア部及び該外周柱とで架構を構成する複数の上梁材及び下梁材と、前記架構に設けられた斜材と、を備え、隣接する前記外周柱のうち、一方の前記外周柱に架設された前記上梁材及び前記下梁材と、他方の前記外周柱に架設された前記上梁材及び前記下梁材とでは、前記コア部から張り出す張出高さが異なる。

第１態様に係る構造物によれば、コア部からは、複数の上梁材及び下梁材が張り出している。上梁材及び下梁材は、コア部と複数の外周柱の各々に架設されて、これらのコア部及び外周柱とで架構を構成している。この架構には、斜材が設けられている。したがって、地震時には、コア部に作用する地震力（水平力）が複数の上梁材、下梁材、及び斜材を介して外周柱にそれぞれ分散して伝達される。

ここで、隣接する外周柱のうち、一方の外周柱に架設された上梁材及び下梁材と、他方の外周柱に架設された上梁材及び下梁材とでは、コア部から張り出す張出高さが異なっている。このように隣接する外周柱の間で上梁材及び下梁材の張出高さを変えることにより、例えば複数層に亘ってコア部に作用する地震力を複数の外周柱に分散して伝達することができる。したがって、コア部の曲げ変形量を複数層に亘って低減することができる。

第２態様に係る構造物は、第１態様に係る構造物において、隣接する前記外周柱の間には、前記上梁材との接合部同士を繋ぐ上繋ぎ材が架設されると共に、前記下梁材との接合部同士を繋ぐ下繋ぎ材が架設されている。

第２態様に係る構造物によれば、張出し部から所定の外周柱に伝達された地震力は、上繋ぎ材及び下繋ぎ材を介して隣接する他の外周柱へ伝達される。これにより、所定の外周柱に対する地震力の集中が抑制される。したがって、コア部の曲げ変形量をさらに低減することができる。

第３態様に係る構造物は、第２態様に係る構造物において、隣接する前記外周柱の間には、一方の前記上繋ぎ材との接合部と、他方の前記下繋ぎ材との接合部とを繋ぐ斜め繋ぎ材が架設されている。

第３態様に係る構造物によれば、隣接する外周柱の間には、斜め繋ぎ材が架設されている。この斜め繋ぎ材によって、一方の外周柱における上繋ぎ材との接合部と、他方の外周柱における下繋ぎ材との接合部とを繋ぐことによりトラス構造が形成される。これにより、張出し部から所定の外周柱に伝達された地震力が、トラス構造を介して隣接する他の外周柱へ効率的に伝達される。したがって、所定の外周柱に対する地震力の集中をさらに低減することができる。

以上説明したように、本発明に係る構造物によれば、地震時におけるコア部の曲げ変形量を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る構造物を示す立面図である。図１の２−２線に沿って切断した構造物の断面図である。図１に示される構造物の縦断面図である。図３に示されるトラス状張出し部を示す拡大断面図である。図１に示される螺旋状ベルト部を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る構造物について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る構造物１０は、複数層からなる円柱状の塔状構造物とされている。この構造物１０は、コア部２０と、複数の外周柱３０と、コア部２０と外周柱３０とを連結する複数のトラス状張出し部４０（図３参照）と、隣接するトラス状張出し部４０を繋ぐ螺旋ベルト状部５０とを備えている。

コア部２０は、構造物１０の基礎部から立ち上げられ、複数層に亘って配置されている。このコア部２０は、例えば、構造物１０の中央部に略全長に亘って配置され、その内部がエレベータシャフトや階段、設備シャフトとして用いられる。

図２に示されるように、コア部２０は、その外周に沿って配列された複数のコア柱２２と、隣接するコア柱２２の間にそれぞれ架設された複数のコア梁２４とを有し、全体として円筒状に形成されている。なお、符号Ｃは、コア部２０の中心軸である。コア柱２２は、ＣＦＴ等によって円柱状に形成されている。また、コア梁２４は、形鋼等の鉄骨部材によって形成されている。

なお、コア柱２０は、Ｈ形鋼等の形鋼で形成しても良いし、鉄筋コンクリートで形成しても良い。コア梁２４についても同様である。つまり、コア部２０は、鉄骨造やＲＣ造にしても良い。また、コア部２０には、上下方向に連続する連層耐震要素（壁、ブレース等）を設けても良い。

コア部２０の外側には、複数の外周柱３０が配置されている。外周柱３０は、例えばＣＦＴ等で円柱状に形成されており、基礎部から立ち上げられている。これらの外周柱３０は、構造物１０の外周に沿って円形状に配列されており、コア部２０を囲んでいる。これらの外周柱３０は、後述する螺旋ベルト状部５０によって連結されている。なお、外周柱３０は、ＲＣや鉄骨等で形成しても良い。

ここで、図３及び図４に示されるように、コア部２０からは、複数のトラス状張出し部４０が螺旋階段状に張り出している。各トラス状張出し部４０は、一対の上梁材４２Ａ及び下梁材４２Ｂと、斜材４４とを有し、コア部２０と複数の外周柱３０の各々とを連結している。

図３に示されるように、一対の上梁材４２Ａ及び下梁材４２Ｂは、鉄骨等で形成されており、対向するコア柱２２と外周柱３０との間に架設されている。これにより、一対の上梁材４２Ａ、下梁材４２Ｂ、コア柱２２、及び外周柱３０によって架構４６が構成されている。この架構４６の対角上に、斜材４４が設けられている。

また、一対の上梁材４２Ａ及び下梁材４２Ｂは、上下方向に一層以上（本実施形態は、４層）間隔を空けた状態でコア柱２２と外周柱３０との間に架設されており、コア柱２２及び外周柱３０と共に複数層に亘る架構４６を形成している。これにより、コア部２０（上下方向）に対する斜材４４の傾斜角度が所定角度（本実施形態では４５度付近）になるように調整されている。

斜材４４は、鉄骨等で形成されており、コア柱２２と外周柱３０とを連結している。具体的には、斜材４４は、コア柱２２における上梁材４２Ａとの接合部（仕口部）２２Ａと、外周柱３０における下梁材４２Ｂとの接合部（仕口部）３０Ｂとを連結している。これらの上梁材４２Ａ、下梁材４２Ｂ、及び斜材４４によってコア柱２２と外周柱３０とを連結することによりトラス構造が構成されている。

なお、コア柱２２及び外周柱３０に対する上梁材４２Ａ、下梁材４２Ｂ、及び斜材４４の接合方法は、剛接合でも良いし、ピン接合でも良い。また、コア部２０に対する斜材４４の傾斜方向は、反対向きでも良い。つまり、斜材４４は、コア柱２２における下梁材４２Ｂとの接合部（仕口部）と、外周柱３０における上梁材４２Ａとの接合部（仕口部）３０Ａとの間に架設しても良い。また、本実施形態では、斜材４４に沿ってガラスパネル等の天井材が取り付けられている。

このように構成された複数のトラス状張出し部４０は、コア部２０を中心として当該コア部２０から螺旋階段状に張り出している。これにより、例えば、図４に示されるように、隣接する外周柱３０Ｓ，３０Ｔのうち、一方の外周柱３０Ｓに架設された上梁材４２Ａ（及び下梁材４２Ｂ）と、他方の外周柱３０Ｔに架設された上梁材４２Ａ（及び下梁材４２Ｂ）とでは、コア部２０から張り出す張出高さＨ_Ｓ，Ｈ_Ｔが異なっている（Ｈ_Ｔ＞Ｈ_Ｓ）。なお、本実施形態では、張出高さＨ_Ｓ，Ｈ_Ｔは、地表（グランドレベル）からの高さとされているが、例えば、基礎からの高さとしても良い。

より具体的には、図２に示されるように、複数のトラス状張出し部４０は、平面視にてコア部２０（のコア柱２２）から放射状に張り出している。また、図４に示されるように、コア部２０に対するトラス状張出し部４０の張出高さ（張出位置）は、コア部２０の周方向一方側（矢印Ｒ方向）へ向かうに従って構造物１０の一層分ずつ高くなっている。換言すると、コア部２０に対するトラス状張出し部４０の張出高さ（張出位置）は、コア部２０の周方向他方側（矢印Ｒと反対方向）へ向かうに従って構造物１０の一層分ずつ低くなっている。そして、地震時には、コア部２０に作用する地震力（水平力）が、各トラス状張出し部４０を介して外周柱３０に軸力として伝達されるようになっている。

なお、コア部２０に対するトラス状張出し部４０の張出高さは、コア部２０の周方向一方側へ向かうに従って構造物１０の一層分以上高くしても良いし、構造物１０の一層分に満たない範囲内で高くしても良い。また、同じ張出高さのトラス状張出し部４０をコア部２０の周方向一方側へ部分的に連続させても良い。

図５に示されるように、構造物１０の外周部には、鉄骨造の螺旋ベルト状部５０が設けられている。螺旋ベルト状部５０は、コア部２０（図１参照）を中心として構造物１０の外周部に沿って螺旋状に延びており、複数の外周柱３０をコア部２０の周方向に連結している。この螺旋ベルト状部５０は、複数の上繋ぎ材５２Ａ、下繋ぎ材５２Ｂ、及び斜め繋ぎ材５４を有している。

上繋ぎ材５２Ａは、隣接する外周柱３０における上梁材４２Ａとの接合部（仕口部）３０Ａ同士を繋いでいる。一方、下繋ぎ材５２Ｂは、隣接する外周柱３０における下梁材４２Ｂとの接合部（仕口部）３０Ｂ同士を繋いでいる。これらの上繋ぎ材５２Ａ、下繋ぎ材５２Ｂ、及び外周柱３０によって架構５６が構成されている。この架構５６の対角上に、斜め繋ぎ材５４が設けられている。なお、図５では、上梁材４２Ａ及び下梁材４２Ｂの図示が省略されている。また、図５には、外周柱３０にブラケット５８を介して接合された２本の木造梁６０が示されている。

斜め繋ぎ材５４は、隣接する一方の外周柱３０における上繋ぎ材５２Ａとの接合部３０Ａと、他方の外周柱３０における下繋ぎ材５２Ｂとの接合部３０Ｂとを繋いでいる。これらの上繋ぎ材５２Ａ、下繋ぎ材５２Ｂ、及び斜め繋ぎ材５４によって隣接する外周柱３０を連結することによりトラス構造が構成されている。

また、本実施形態では、コア部２０、外周柱３０、トラス状張出し部４０、及び螺旋ベルト状部５０によって構造物１０のメインフレームが構成されている。そして、このメインフレームに対し、図３に示されるように、比強度が大きい木造のサブフレームを組み込むことにより構造物１０の各層の床等が構成されている。

具体的には、対向するコア柱２２と外周柱３０との間には、木造梁６０がそれぞれ架設されており、これらの木造梁６０の上に図示しない各層の床が構築されている。また、各層を構成する上下の木造梁６０の間には、木造間柱６２が立設されている。この木造間柱６２によって、各層の床の振動が低減されると共に、地震時における層間変形量が低減されている。さらに、構造物１０の要所には、上層への延焼を抑制する延焼抑制層６４（斜線部）が設けられている。この延焼抑制層６４は、耐火被覆された鉄骨梁６６等で形成されており、これにより十分な耐火性能が確保されている。

なお、サブフレームは、耐火構造または準耐火構造が適用された耐火木造としても良い。また、サブフレームの構造は、木造に限らず、例えば、ＲＣ造、鉄骨造等でも良い。これと同様に、メインフレームは、鉄骨造に限らず、ＲＣ造等でも良い。また、床には、ＡＣＬ等の耐火材料を用いても良い。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態に係る構造物１０によれば、コア部２０からは、複数のトラス状張出し部４０が螺旋階段状に張り出している。これらのトラス状張出し部４０は、コア部２０と当該コア部２０を囲む複数の外周柱３０の各々とを連結している。つまり、本実施形態では、コア部２０から螺旋階段状に張り出す複数のトラス状張出し部４０によって、コア部２０と複数の外周柱３０とが複数層に亘って連続的に連結されている。

したがって、地震時には、コア部２０に作用する地震力（水平力）が複数のトラス状張出し部４０を介して外周柱３０に、複数層に亘って連続的に分散して伝達される。これにより、コア部２０の曲げ変形量を複数層に亘って低減することができる。また、コア部２０の曲げ変形量を低減することにより、コア部２０の脚部（下端部）に作用する引抜き荷重Ｆ１（図１参照）を低減することができる。

さらに、隣接する外周柱３０は、螺旋ベルト状部５０によって連結されている。したがって、トラス状張出し部４０から所定の外周柱３０に伝達された地震力は、螺旋ベルト状部５０を介して隣接する他の外周柱３０へ伝達される。これにより、所定の外周柱３０に対する地震力の集中が抑制される。換言すると、コア部２０の作用する地震力が、複数の外周柱３０にさらに分散して伝達される。したがって、コア部２０の曲げ変形量をさらに低減することができる。また、各外周柱３０の脚部（下端部）に作用する引抜き荷重Ｆ２（押し込み荷重Ｆ２’）を低減することができる。

しかも、トラス状張出し部４０をトラス構造としたことにより、構造物１０の剛性及び耐力を高めつつ、軽量化を図ることができる。さらに、構造物１０の外周には、螺旋ベルト状部５０が設けられている。この螺旋ベルト状部５０を構成する各架構５６の繋ぎ材５４がブレースとして機能するため、構造物１０の剛性及び耐力をさらに高めることができる。

また、本実施形態では、コア部２０、外周柱３０、トラス状張出し部４０、及び螺旋ベルト状部５０によって構成された鉄骨造のメインフレームに対して、木造のサブフレームを組み込むことにより、木質による美しい内部スペースを確保しつつ、構造物１０の軽量化を図ることができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、コア部２０の略全長に亘って複数のトラス状張出し部４０を設けた例を示したが、これに限らない。例えば、コア部２０の上部や中間部に複数のトラス状張出し部４０を部分的に設けても良い。また、コア部２０には、少なくとも２つのトラス状張出し部４０を設けることができる。

また、上記実施形態では、構造物１０の略全長に亘って螺旋ベルト状部５０を設けた例を示したが、これに限らない。螺旋ベルト状部５０は、断続的に設けても良いし、構造物１０の上部や中間部に部分的に設けても良い。また、螺旋ベルト状部５０の巻回し方向は、逆方向でも良い。さらに、構造物１０には、巻回し方向が互いに逆方向の二つの螺旋状トラス部、及びこれらの螺旋状トラス部に対応する複数の張出し部を設けても良い。

さらに、コア部２０及び構造物１０の形状は上記したものに限らず、例えば、断面楕円状でも良いし、断面矩形状でも良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、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勿論である。

１０構造物
２０コア部
３０外周柱
４２Ａ上梁材
４２Ｂ下梁材
４４斜材
４６架構
５２Ａ上繋ぎ材
５２Ｂ下繋ぎ材
５４斜め繋ぎ材

Claims

コア部と、
前記コア部を囲む複数の外周柱と、
前記コア部からそれぞれ張り出し、前記複数の外周柱の各々に架設されて該コア部及び該外周柱とで架構を構成する複数の上梁材及び下梁材と、
前記架構に設けられた斜材と、
前記コア部と前記外周柱との間に設けられた床と、
を備え、
隣接する前記外周柱のうち、一方の前記外周柱に架設された前記上梁材及び前記下梁材と、他方の前記外周柱に架設された前記上梁材及び前記下梁材とでは、前記コア部から張り出す張出高さが異なる、
構造物。
隣接する前記外周柱の間には、前記上梁材との接合部同士を繋ぐ上繋ぎ材が架設されると共に、前記下梁材との接合部同士を繋ぐ下繋ぎ材が架設されている、
請求項１に記載の構造物。
隣接する前記外周柱の間には、一方の前記上繋ぎ材との接合部と、他方の前記下繋ぎ材との接合部とを繋ぐ斜め繋ぎ材が架設されている、
請求項２に記載の構造物。