JP6383559B2

JP6383559B2 - 構造物

Info

Publication number: JP6383559B2
Application number: JP2014084593A
Authority: JP
Inventors: 正樹田部井; 由典松原; 敦小田島; 爲博荒木
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: JP2015203277A

Description

本発明は、構造物に関する。

特許文献１には、フーチングを基礎梁で繋いで格子状の基礎を構築し、この基礎上に建物（柱梁架構）が構築された構造物が開示されている。また、同様の構造物として、べた基礎の上に建物が構築された構造物が知られている。

特開２０１３−１１１１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された基礎や、べた基礎などの上に建物を構築する場合、建物（柱梁架構）が大きくなるほど強固な基礎が必要となり、基礎の構築にかかる工数やコンクリートなどの建設コストの増加を招きかねない。一方、基礎を不用意に簡略化すると、地震時などに基礎に作用する曲げモーメントが懸念される。

本発明は、上記の事実を考慮し、基礎の構築にかかる工数や建設コストを合理的に低減しつつ、基礎に作用する曲げモーメントを抑制することができる構造物を得ることを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る構造物は、桁行方向を長手方向として長尺状に形成され、梁間方向に間隔をあけてそれぞれ独立して複数並設されたコンクリート版と、前記コンクリート版の上に構築された柱梁架構と、前記柱梁架構の梁間方向に設けられた耐震壁と、を有する。

請求項１に記載の本発明に係る構造物によれば、柱梁架構の基礎は、梁間方向に間隔をあけて並設された複数の長尺状のコンクリート版によって構成されている。これにより、格子状の基礎やべた基礎の構成と比較して、基礎の構築にかかる工数を低減することができると共に、コンクリートなどの材料の省資源化を合理的に図ることができる。

また、基礎上の柱梁架構の梁間方向には、耐震壁が設けられているので、地震時などに梁間方向に作用する地震力（水平力）を耐震壁に負担させることができる。これにより、基礎梁が設けられていない場合であってもコンクリート版へ作用する曲げモーメントを抑制することができる。
請求項２に記載の本発明に係る構造物は、請求項１の発明において、前記耐震壁が鉄筋コンクリート製又は鋼製とされている。

請求項３に記載の本発明に係る構造物は、請求項１又は２の発明において、前記コンクリート版と前記柱梁架構との間に免震装置が設けられている。

請求項３に記載の本発明に係る構造物によれば、免震装置によって柱梁架構に作用する地震力を低減することができる。また、地震時に免震装置の水平変位による曲げモーメント及び免震装置に生じるせん断力による曲げモーメントについては、桁行方向ではコンクリート版に負担させ、梁間方向では耐震壁に負担させることができる。

請求項４に記載の本発明に係る構造物は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記コンクリート版が地盤改良体の上に設けられている。

請求項４に記載の本発明に係る構造物によれば、コンクリート版を地盤改良体の上に設けることにより、コンクリート版の支持力を高めて基礎が回転するのを抑制することができる。特に、支持地盤の地盤強度が高くない場合であっても、地盤改良体を設けることで基礎の回転を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係る構造物によれば、基礎の構築にかかる手間やコストを削減しつつ、基礎に作用する曲げモーメントを抑制することができる。

実施形態に係る構造物をＸ方向から見た立面図である。実施形態に係る構造物をＹ方向から見た立面図である。図２の３−３線で切断した切断面を示す断面図である。図２の４−４線で切断した切断面を示す断面図である。実施形態に係る構造物の桁行方向に作用するモーメントを示す図である。実施形態に係る構造物の梁間方向に作用するモーメントを示す図であり、モーメントが全て柱梁架構へ作用した場合の状態を示す図である。実施形態に係る構造物の梁間方向に作用するモーメントを示す図であり、モーメントの一部が基礎側へ作用した場合の状態を示す図である。実施形態の変形例に係る構造物を示す、図７に対応する図である。

＜第１実施形態＞
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。なお、各図において、鉛直方向を矢印Ｚで示し、水平方向における直交する２方向を矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。また、本実施形態では、構造物の桁行方向をＸ方向とし、構造物の梁間方向をＹ方向としている。

（構造物の構成）
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る構造物１０は、主として、コンクリート版１２と、免震装置としての積層ゴム１４と、柱梁架構１８を備えた建物１６と、を含んで構成されている。なお、本実施形態では、建物１６の一例として、複層の板状マンションを適用した実施形態について説明するが、これに限らず、柱梁架構１８を備えた建物であれば、特に限定しない。

コンクリート版１２は、図３に示されるように、桁行方向（Ｘ方向）を長手方向として長尺状に形成されており、本実施形態では、平面視で略矩形状に形成されている。また、梁間方向（Ｙ方向）に間隔をあけて複数のコンクリート版１２が並設されており、本実施形態では、２つのコンクリート版１２が並設されている。なお、本実施形態では、コンクリート版１２を平面視で略矩形状に形成したが、これに限らず、他の形状に形成してもよい。例えば、角を丸めて略長円形に形成してもよい。また、コンクリート版１２の数は特に限定せず、３つ以上のコンクリート版１２を並設してもよい。さらに、本実施形態では、コンクリート版１２を鉄筋コンクリートで形成しているが、これに限らず、プレキャストコンクリートなど他の材料で形成してもよい。

ここで、図１に示されるように、コンクリート版１２の梁間方向の幅寸法は、コンクリート版１２の高さ寸法より大きく形成されている。また、コンクリート版１２の一部は、支持地盤１００に埋設されている。

図１及び図２に示されるように、コンクリート版１２の上面には、免震架台２０が形成されており、この免震架台２０の上には免震装置としての積層ゴム１４が配設されている。積層ゴム１４は、後述する柱梁架構１８との間に配設されており、剛板とゴム板とを交互に積層して構成されている。また、積層ゴム１４の上端部及び下端部にはフランジが設けられており、下端部側のフランジと免震架台２０とが図示しないボルトなどによって締結されている。一方、積層ゴム１４の上方には、免震架台２２が設けられており、積層ゴム１４の上端部側のフランジと免震架台２２とが図示しないボルトなどによって締結されている。

ここで、図３に示されるように、本実施形態では一例として、それぞれのコンクリート版１２に５基の積層ゴム１４が桁行方向に間隔をあけて設けられているが、これに限らず、後述する柱梁架構１８の大きさなどに合わせて積層ゴム１４の数を変更してもよい。また、積層ゴム１４の大きさは、コンクリート版１２の上に配設可能な大きさであれば特に制限しない。

図１及び図２に示されるように、免震架台２２の上には、柱梁架構１８を備えた建物１６が構築されている。なお、本実施形態では一例として、６階建ての建物１６が構築されているが、これに限らず、７階建て以上の建物を構築してもよく、逆に５階建て以下の建物を構築してもよい。

図１に示されるように、柱梁架構１８は、桁行方向から見て、２本の柱２４と複数の梁３２、３４、３６とを含んで構成されている。柱２４は、免震架台２２上に配設されており、柱２４から積層ゴム１４を介してコンクリート版１２へ荷重が伝達されるようになっている。また、柱２４間には、梁間方向に梁３２、３４、３６が架け渡されている。なお、最下部の梁３２、及び最上部の梁３６は、他の梁３４より梁成が大きく形成されているが、これに限らず、要求される強度や耐震性を満足する場合は、他の梁３４と同じ梁成で形成してもよい。

一方、図２に示されるように、梁間方向から見た柱梁架構１８は、５本の柱２４と複数の梁２６、２８、３０とを含んで構成されている。５本の柱２４は、それぞれ免震架台２２上に配設されており、柱２４間に桁行方向に梁２６、２８、３０が架け渡されている。最下部の梁２６は、梁３２と略同一の大きさの梁成で形成されており、最上部の梁３０は、梁３６と略同一の大きさの梁成で形成されている。また、他の梁２８は、梁３４と略同一の梁成で形成されているが、要求される強度や耐震性を満足する場合は、梁２６及び梁３０を梁２８と同じ梁成で形成してもよい。

ここで、図４に示されるように、柱梁架構１８には、梁間方向に耐震壁３８が設けられている。本実施形態では一例として、鉄筋コンクリート製の耐震壁３８を用いているが、これに限らず、他の材質の耐震壁を採用してもよく、例えば、鋼製の耐震壁でもよい。耐震壁３８は、柱２４間に梁間方向に架け渡された梁３２に支持されており、本実施形態では、全ての梁３２上に耐震壁３８が設けられている。また、図１に示されるように、耐震壁３８は、１階から６階までの全てのフロアに設けられている。なお、これに限らず、要求される強度や耐震性を満足する場合は、一部のフロアのみに耐震壁３８を設けてもよい。

（作用並びに効果）
次に、本実施形態の構造物１０の作用並びに効果について説明する。

本実施形態の構造物１０によれば、図３に示されるように、梁間方向に間隔をあけて並設したコンクリート版１２によって柱梁架構１８の基礎を構成しているため、基礎の構築にかかる工数やコンクリートなどの建設コストを合理的に低減することができる。すなわち、格子状に基礎を形成する場合は、梁間方向にも基礎梁が必要であり、べた基礎の場合は、建物１６の直下の全面に基礎を設ける必要がある。このため、建物１６が大きくなるほど強固な基礎が必要となり、基礎の構築にかかる工数やコンクリートなどの建設コストが増加を招きかねない。これに対して、本実施形態の構造物１０では、梁間方向の基礎梁を省略した分、基礎の構築にかかる工数及び建設コストを低減することができる。

また、柱梁架構１８の梁間方向に耐震壁３８を設けているので、地震時などに梁間方向に作用する地震力（水平力）を耐震壁３８に負担させることができる。これにより、一部、又は全ての基礎梁を省略してもコンクリート版１２へ作用する曲げモーメントを抑制することができる。なお、本実施形態のように耐震壁３８を設けた場合であっても、構造物１０の全体の施工にかかる工数及び建設コストは、格子状の基礎やべた基礎を採用した場合の工数と比較して、少なくすることができる。

上記の作用について、詳細に説明する。図５に示されるように、桁行方向では、地震時に水平力Ｆ１が作用すると、積層ゴム１４には、せん断力による曲げモーメントＭ１が生じる。また、積層ゴム１４が水平変位することにより、コンクリート版１２及び梁２６に曲げモーメントが生じる。ここで、曲げモーメントＭ１は、上部構造の建物１６と、下部構造のコンクリート版１２とに分散して伝達される。そして、建物１６に作用する曲げモーメントは、柱２４及び梁３２、３４、３６が負担する。また、コンクリート版１２に作用する曲げモーメントは、桁行方向に延びるコンクリート版１２が負担する。

これに対して、梁間方向では、コンクリート版１２を繋ぐ基礎梁が配置されていないので、図５の桁行方向の場合と比較して、地震時などに下部構造のコンクリート版１２に作用する曲げモーメントが減少する。また、その分だけ上部構造の建物１６に作用する曲げモーメントが増加する。ここで、積層ゴム１４に生じる全ての曲げモーメントが上部構造へ伝達されるケースと、一部の曲げモーメントが下部構造へ伝達されるケースの２通りの設計思想に分けて考える。

初めに、図６に示されるように、積層ゴム１４に生じる全ての曲げモーメントが上部構造へ伝達されるケースについて考える。この場合、地震時に作用する水平力Ｆ２によって積層ゴム１４に生じる曲げモーメントＭ２は、全て上部構造部である建物１６へ伝達される。このため、曲げモーメントＭ２と、図５の曲げモーメントＭ１とが略同一の大きさであるとすれば、梁間方向において建物１６が負担する曲げモーメントＭ２は、桁行方向で建物１６が負担する曲げモーメント（Ｍ１／２）の２倍程度の大きさとなる。

ここで、本実施形態では、曲げモーメントＭ２の全てが建物１６へ伝達された場合であっても、梁間方向に設けられた耐震壁３８に曲げモーメントＭ２を負担させることができる。これにより、曲げモーメントＭ２を処理し得る材質及び厚みを備えた耐震壁３８を採用すれば、基礎の構築にかかる手間やコストを削減しつつ、基礎に作用する曲げモーメントを抑制することができる。

次に、積層ゴム１４に生じる曲げモーメントの一部が下部構造へ伝達されるケースについて考える。図７に示されるように、地震時に作用する水平力Ｆ２によって積層ゴム１４に生じる曲げモーメントＭ３の一部が下部構造物であるコンクリート版１２へ伝達された場合、上部構造物である建物１６に伝達される曲げモーメントは、図６の曲げモーメントＭ２より小さくなる。このため、図６のケースを想定して設計された耐震壁３８であれば、建物１６に伝達された曲げモーメントを処理し得る。

一方、コンクリート版１２から支持地盤１００へ作用する応力は、積層ゴム１４に生じる曲げモーメントＭ３及び積層ゴム１４の水平変位によってコンクリート版１２に作用する曲げモーメントによって、コンクリート版１２の外側部分（図中左側）より内側部分（図中右側）の方が大きい応力が作用する。これにより、最大応力σｍａｘが作用しているコンクリート版１２の内側部分が沈み込もうとし、最小応力σｍｉｎが作用している外側部分が浮き上がろうとする。

ここで、本実施形態では、地盤強度の高い支持地盤１００の上にコンクリート版１２を配設しているので、支持地盤１００からの反力によってコンクリート版１２の回転を抑制することができる。具体的には、最大応力σｍａｘに耐え得る地盤強度を備えた支持地盤１００の上にコンクリート版１２が配設されているため、コンクリート版１２の回転を抑制することができる。

なお、本実施形態では、地盤強度が高い支持地盤１００上にコンクリート版１２を配設しているが、これに限らず、図８に示される変形例の構造体５０のように、地盤改良体５２を構築すれば、支持地盤１００の地盤強度に限らずコンクリート版１２の回転を抑制することができる。すなわち、図８の構造体５０では、支持地盤１００中に地盤改良体５２が構築されており、この地盤改良体５２の上にコンクリート版１２が配設されている。これにより、コンクリート版１２の支持力を高めることができ、コンクリート版１２の回転を抑制することができる。なお、地盤改良体としては、コンクリート版１２の支持力を高めることができれば、特に材質や形状を限定しない。例えば、セメントスラリーに土を混合して攪拌して形成された地盤改良体でもよい。また、地盤改良体を用いる方法の他に、例えば、建物１６の直下の領域全てを地盤改良することで支持地盤１００の地盤強度を高めてもよい。

また、本実施形態では、コンクリート版１２と柱梁架構１８との間に積層ゴム１４を設けることにより、建物１６に作用する地震力（水平力）を低減しているが、これに限らず、任意の階に免震装置を設けた構造（所謂、中間層免震構造）としてもよい。また、積層ゴム１４に替えて他の免震装置を設けてもよく、例えば、滑り支承や転がり支承を設けてもよいし、これらの免震装置を組み合わせてもよい。さらに、免震装置を設けず、コンクリート版１２上に柱梁架構１８を構築してもよい。この場合、積層ゴム１４が水平変位することによってコンクリート版１２へ作用する曲げモーメントを考慮する必要がなくなる。また、図６のケースを想定して設計された耐震壁３８であれば、建物１６に伝達された曲げモーメントを処理し得る。なお、柱梁架構１８を補強して、耐震性を向上させてもよい。

また、本実施形態では、断面形状が略矩形状のコンクリート版１２を用いたが、これに限らず、例えば、断面形状が逆Ｔ字形状の布基礎としてもよい。さらに、コンクリート版１２の下方に杭を配設し、この杭とコンクリート版１２とを接合した構成としてもよい。この場合、杭によってコンクリート版１２の沈み込み及び浮き上がりを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、柱梁架構１８を構成する梁２６、２８、３０、３２、３４、３６は、一端部から他端部まで同一の梁成とされているが、これに限らず、一端部及び他端部の梁成を他の部位より大きくしてハンチを設けた構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明はこうした実施形態及び変形例に限定されるものでなく、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
１２コンクリート版
１４積層ゴム（免震装置）
１８柱梁架構
５０構造物
５２地盤改良体

Claims

桁行方向を長手方向として長尺状に形成され、梁間方向に間隔をあけてそれぞれ独立して複数並設されたコンクリート版と、
前記コンクリート版の上に構築された柱梁架構と、
前記柱梁架構の梁間方向に設けられた耐震壁と、
を有する構造物。
前記耐震壁が鉄筋コンクリート製又は鋼製とされた請求項１に記載の構造物。
前記コンクリート版と前記柱梁架構との間に免震装置が設けられている請求項１又は２に記載の構造物。
前記コンクリート版が地盤改良体の上に設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の構造物。