JP6590367B2 - 建築物の架構 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の躯体を構成する柱と梁を合理的に構築する建築物の架構に関し、特に、建築物外壁面となる位置に配設される断面長方形の扁平な壁柱と、壁柱間に架設される外周梁と、壁柱から建築物内部方向に向けて架設される内部大梁とにより構成される建築物などに適合する建築物の架構に関する。

近年、オフィスビルなどの建築物においては、内部空間を極力大きくするために、外周構面が扁平な外周柱（断面長方形の扁平な壁柱）と外周梁とにより構成されて地震力の多くを負担し、内部は鉄骨大梁でスパンを飛ばす構造形式が提案されている。

この種の構造が特許文献１により開示されている。
この文献１は外殻構造に関するもので、この外殻構造では、外周柱と外周梁と内部梁とを主体とし、外周柱は鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の壁柱とし、外周梁および内部梁をいずれも鉄骨造（Ｓ造）とする。この場合、外周柱の芯鉄骨および外周梁はＨ形鋼とし、内部梁は外周柱の芯鉄骨のフランジに対して溶接され、外周梁のウェブは外周柱の芯鉄骨のウェブに対して構造的に直接接合されることなく外周梁の端部が外周柱の被覆コンクリートに定着されて剛接合される。そして、外周柱は芯鉄骨のウェブ同士をボルトにより締結されて上下方向に連結され被覆コンクリートが一体に定着される。このようにして内部梁を撓みにくいものにし、内部梁のスパンを大きくしている。

特開２０１３−２４５４４２公報

しかしながら、上記従来の外殻構造では、外周柱（壁柱）が扁平なＳＲＣ造の柱で、鉄骨が柱主筋とともに被覆コンクリート内を鉛直方向に貫通され、各階層毎に外周柱内部において外周構面用の外周梁と内部梁が水平方向に相互に直交するように接合されるため、外周柱は柱鉄骨と柱主筋の両方が全階層に亘って連接される。このため、このＳＲＣ造の柱の施工では、鉄骨の骨組みが先行し、上部まで鉄骨を建て方した後に、配筋工事、型枠工事を経てコンクリート工事、そして脱型工事という手順を取り、多くの手間と工期を必要とする、という問題がある。
また、近時は現場作業の合理化、省力化が求められていて、構造躯体のプレキャスト化が望まれているものの、既述のとおり、外周柱（壁柱）は柱鉄骨と柱主筋の両方が全階層に亘って接合されるため、その施工を、工場などで外周柱を予め分割して製作したものを現場で組み立てる、所謂プレキャスト工法とするのは困難である、という問題がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の建築物の架構において、壁柱の構造を簡略化して、壁柱のプレキャスト化を図ること、及び壁柱の施工を省力化、合理化して、工期の短縮を図ることなど、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、
断面略長方形の扁平な壁柱と、前記壁柱に交差して強軸方向及び弱軸方向に接合される鉄骨梁とにより構成される建築物の架構において、
前記壁柱は複数の主筋及び帯筋に被覆コンクリートが一体に打設されて形成される鉄筋コンクリート造の柱からなり、
前記壁柱に前記壁柱と前記梁との交差部毎に分割して柱軸方向に延びる鉄骨からなる応力伝達部材が内蔵され、
前記鉄骨梁は前記壁柱に前記応力伝達部材を介して接合され、前記鉄骨梁の応力を前記応力伝達部材を介して前記壁柱の鉄筋コンクリートに伝達する、
ことを要旨とする。

また、この建築物の架構では各部に次のような構成を備える。
（１）壁柱は複数に分割された柱部材からなり、前記各柱部材が、芯部に柱軸方向に向けて応力伝達部材が配置され、前記応力伝達部材の周囲に複数の主筋及び帯筋が配筋されて、前記応力伝達部材、前記各主筋及び前記各帯筋に被覆コンクリートが一体に打設されて形成され、前記被覆コンクリート内の前記各主筋の上下いずれか一方の端部が前記被覆コンクリートの上下いずれか一方の面から所定の長さだけ突出され、上下いずれか他方の端部に所定の長さを有する筒形形状の機械式鉄筋継手用カプラが連接されて前記被覆コンクリート内に埋め込まれ、当該各機械式鉄筋継手用カプラの開口が前記被覆コンクリートの上下いずれか他方の面に開口されて、前記各柱部材が上下方向に組み立て可能なプレキャスト部材として構成される。
この場合、各柱部材は建築物の概ね階高中央で分断可能に形成されることが好ましい。
（２）壁柱の略長方形の断面は強軸方向の辺の長さが弱軸方向の辺の長さの概ね２倍以上である。
（３）応力伝達部材の上下端部近傍に配筋される帯筋量が増加され、前記応力伝達部材が負担する曲げモーメント、せん断力及び軸力を壁柱の鉄筋コンクリートに移行するようにしてもよい。
（４）応力伝達部材の上下端部の端面に支圧板が配置され、前記応力伝達部材が負担する曲げモーメント、せん断力及び軸力を壁柱の鉄筋コンクリートに移行するようにしてもよい。

本発明の建築物の架構によれば、上記の構成により、壁柱の構造を簡略化して、壁柱のプレキャスト化を図ることができ、そして、壁柱の施工を省力化、合理化して、工期の短縮を図ることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態における建築物の架構の構成を示す図（（ａ）は平面図（ｂ）は立面図） 同架構の要部の構成を示す図（正面図） 同架構の要部の構成を示す図（正面図） 同架構の要部の構成を示す図（正面図） 同架構の特に壁柱の施工例を示す図（正面図） 同架構における内部大梁と応力伝達部材、壁柱間の応力伝達を示す図（（ａ）は側面断面図（ｂ）は曲げモーメント図） 同架構の一部変更例を示す図（側面断面図）

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
図１に建築物の架構を示し、図２乃至図４にこの架構の要部を示している。
図１に示すように、この架構Ｆは、断面長方形の扁平な壁柱１と、壁柱１に交差して強軸方向及び弱軸方向に接合される鉄骨梁２、３とにより構成される。
図２に示すように、この架構Ｆでは、特に、壁柱１は複数の主筋及び帯筋に被覆コンクリートが一体に打設されて形成される鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）の柱からなり、この壁柱１に壁柱１と鉄骨梁２、３との交差部毎に分割して柱軸方向に延びる鉄骨からなる応力伝達部材４が内蔵され、鉄骨梁２、３は壁柱１に応力伝達部材４を介して接合され、鉄骨梁２、３の曲げモーメントをこの応力伝達部材４を介して壁柱１の鉄筋コンクリートに伝達するようになっている。

壁柱１は、図１に示すように、複数に分割された柱部材１１からなり、各柱部材１１は、図３に示すように、芯部に柱軸方向に向けて応力伝達部材４が配置され、応力伝達部材４の周囲に複数の主筋１２及び帯筋１３が配筋されて、応力伝達部材４、各主筋１２及び各帯筋１３に被覆コンクリート１４が一体に打設されて、全体が断面長方形の扁平なブロックとして形成される。
この場合、応力伝達部材４は、図３、図４に示すように、Ｈ形鋼からなり、被覆コンクリート１４の高さよりも小さい範囲で、鉄骨梁２、３の上下の各面から上下方向に延び、鉄骨梁２、３の曲げモーメントを柱部材１１の鉄筋コンクリート部分に伝達可能な所定の長さに形成される。この応力伝達部材４の高さ方向略中央には、Ｈ形鋼のウェブ４１の両面に略直角に強軸方向の鉄骨梁（外周梁）２の一部として短いＨ形鋼の一部が溶接により接合されて、被覆コンクリート１４の強軸方向の各面から外側に向けて突出され、Ｈ形鋼の一方のフランジ４２に略直角に弱軸方向の鉄骨梁（内部大梁）３の一部としてＨ形鋼の一部が溶接により接合されて、被覆コンクリート１４の一方の弱軸方向の面（この場合、建築物の内部側となる面）から外側（建築物の内部方向）に向けて突出される。各主筋１２は、図３に示すように、上下いずれか一方の端部、この場合、上端部１２１が被覆コンクリート１４の上下いずれか一方の面、この場合、上面１４１から所定の長さだけ突出され、上下いずれか他方の端部、この場合、下端部１２２に所定の長さを有する筒形形状の機械式鉄筋継手用カプラ１２３が連接されて被覆コンクリート１４内に埋め込まれ、各機械式鉄筋継手用カプラ１２３の開口が被覆コンクリート１４の上下いずれか他方の面、この場合、下面１４２に開口される。被覆コンクリート１４は、長方形の断面の強軸方向の辺の長さが弱軸方向の辺の長さの概ね２倍以上になるように設定され、高さが建築物の概ね階高中央で分断されるように設定されて、断面長方形の扁平なブロックとして形成される。
このようにして各柱部材１１は、長方形の断面の強軸方向の辺の長さが弱軸方向の辺の長さの概ね２倍以上に設定され、高さが各柱部材１１が建築物の概ね階高中央で分断されるように設定されて、各柱部材１１を上下方向に組み立て可能なプレキャスト部材として構成される。

したがって、この壁柱１１は、プレキャスト工法により組み立てられる。すなわち、図５に示すように、複数の柱部材１１を上下に、下側一方の柱部材１１の各主筋１２の上端部１２１を上側他方の柱部材１１の機械式鉄筋継手用カプラ１２３に挿入し、それぞれのカプラ１２３内にモルタルなどのグラウト材を充填して接合する。そして、この壁柱１に対して、各柱部材１１内部の応力伝達部材４に接合され、各柱部材１１の強軸方向の各面から突出される鉄骨梁２の一部に鉄骨梁２の残部としてＨ形鋼の残部を鉄骨継手を介して連結し、各柱部材１１の弱軸方向の一方から突出される鉄骨梁３の一部に鉄骨梁３の残部としてＨ形鋼の残部を鉄骨継手を介して連結する。
このような構造形式により、建築物の外壁面となる位置に断面長方形の扁平な壁柱１を複数設置し、桁行方向、張間方向の各壁柱１間に鉄骨梁２を架設して、建築物の外周構面を構成して地震力の多くを負担し、内部は桁行方向に配設される各壁柱１から張間方向に大スパンを飛ばす鉄骨梁（大梁）３を架設して、建築物の架構Ｆを構築する（図１参照）。

この架構Ｆの構造形式では、ＲＣ造の壁柱１内で応力伝達部材４が不連続、つまり、各応力伝達部材４は各柱部材１１内で高さ方向の途中で切断されており、柱部材１１同士は建築物の階高中央で接合されるため、その断面はＲＣ（鉄筋コンクリート）断面となる。一般的に階高の中央付近は地震時の曲げモーメントが小さいので、鉄骨は不要とすることが可能である。そして、各柱部材１１内で各応力伝達部材４は各鉄骨梁２、３の上下のフランジの上下に延び、各鉄骨梁２、３の曲げモーメントを壁柱１に伝達可能な長さを有しているから、各鉄骨梁２、３の曲げモーメントは壁柱１に伝達され、図６に示すように、各鉄骨梁２、３の曲げモーメントは壁柱１の各柱部材１１に内蔵される各応力伝達部材４で釣り合う。

以上説明したように、この建築物の架構Ｆでは、壁柱１が鉄筋コンクリート造の柱からなり、この壁柱１に壁柱１と鉄骨梁２、３との交差部毎に分割して柱軸方向に延びる鉄骨からなる応力伝達部材４が内蔵され、鉄骨梁２、３が壁柱１に応力伝達部材４を介して接合され、鉄骨梁２、３の曲げモーメントを応力伝達部材４を介して壁柱１の鉄筋コンクリートに伝達するようにしたもので、特許文献１との比較で言えば、壁柱１がＳＲＣ造ではなく、ＲＣ造とし、壁柱１内の鉄骨（応力伝達部材４）を壁柱１の耐力を期待するものではなく、各鉄骨梁２、３の応力をＲＣ造の壁柱１に伝達させるための要素とし、鉄骨を鉛直方向に連続させないようにしたことで、壁柱１のプレキャスト化を容易にすることができる。
すなわち、壁柱１を複数の柱部材１１により構成し、各柱部材１内の各主筋１２の上下いずれか一方の端部を被覆コンクリート１４の上下いずれか一方の面から所定の長さだけ突出し、上下いずれか他方の端部に所定の長さを有する筒形形状の機械式鉄筋継手用カプラ１２３を連接して被覆コンクリート１４内に埋め込み、各機械式鉄筋継手用カプラ１２３の開口を被覆コンクリート１４の上下いずれか他方の面に開口し、また、各柱部材１１を建築物の概ね階高中央で分断可能に形成することで、壁柱１のプレキャスト化を容易に行うことができる。この場合、壁柱１をプレハブ工場のベッド面に寝かせて打設すれば、プレキャスト部材を形成する側面の型枠面積が小さくなり、プレキャスト部材の製作費を安価にすることができる。また、プレキャスト部材の形状は単純な直方体であり、各階、各壁柱でほぼ同一の形状であるため、生産性が高い。さらに、扁平なプレキャスト部材とすることで、その運搬がしやすいという利点もある。また、この場合、各柱部材１１内部の応力伝達部材４に鉄骨梁２、３の一部を接合し、各柱部材１１の強軸方向、弱軸方向の各面から突出させたので、それぞれに、鉄骨梁２、３の残部を鉄骨継手を介して簡易に連結することができ、強軸方向の面から突出する鉄骨梁（桁行方向の鉄骨梁）２同士ならばこの鉄骨梁２同士を直接接合することもできる。
また、このようなプレキャスト化により構築される架構Ｆは、ＲＣ造の壁柱１１と２方向の鉄骨梁２、３で自重と水平力を負担できるため、フレーム全体を先行して構築することができ、その結果、工期を大幅に短縮することができる。当然のことながら、建て逃げも可能である。
したがって、この架構Ｆの構造形式によれば、壁柱１１の構造を簡略化して、壁柱１１のプレキャスト化を図ることができ、壁柱１１の施工を省力省人化、合理化して、大幅な工期の短縮を図ることができる。

また、この架構Ｆにおいては、図７に示すように、応力伝達部材４の上下端部近傍に配筋される帯筋１３の配筋量を増加したり、応力伝達部材４の上下端部の端面に支圧板１５を配置したりすることで、応力伝達部材４と壁柱１の鉄筋コンクリートとの一体化を増大させ、応力伝達部材４が負担する曲げモーメント、せん断力及び軸力を壁柱１の鉄筋コンクリートに移行するようにしてもよい。

なお、上記実施の形態では、壁柱がプレキャスト部材により構築されるものとしたが、この壁柱は現場打ちの鉄筋コンクリートにより構築されてもよいことは勿論である。

Ｆ 建築物の架構
１ 壁柱
１１ 柱部材
１２ 主筋
１２１ 上端部
１２２ 下端部
１２３ 機械式鉄筋継手用カプラ
１３ 帯筋
１４ 被覆コンクリート
１４１ 上面
１４２ 下面
１５ 支圧板
２ 鉄骨梁（外周梁）
３ 鉄骨梁（内部梁）
４ 応力伝達部材
４１ ウェブ
４２ フランジ

Claims (6)

1. 断面略長方形の扁平な壁柱と、前記壁柱に交差して強軸方向及び弱軸方向に接合される鉄骨梁とにより構成される建築物の架構において、
   前記壁柱は複数の主筋及び帯筋に被覆コンクリートが一体に打設されて形成される鉄筋コンクリート造の柱からなり、
   前記壁柱に前記壁柱と前記梁との交差部毎に分割して柱軸方向に延びる鉄骨からなる応力伝達部材が内蔵され、
   前記鉄骨梁は前記壁柱に前記応力伝達部材を介して接合され、前記鉄骨梁の応力を前記応力伝達部材を介して前記壁柱の鉄筋コンクリートに伝達する、
   ことを特徴とする建築物の架構。
2. 壁柱は複数に分割された柱部材からなり、前記各柱部材が、芯部に柱軸方向に向けて応力伝達部材が配置され、前記応力伝達部材の周囲に複数の主筋及び帯筋が配筋されて、前記応力伝達部材、前記各主筋及び前記各帯筋に被覆コンクリートが一体に打設されて形成され、前記被覆コンクリート内の前記各主筋の上下いずれか一方の端部が前記被覆コンクリートの上下いずれか一方の面から所定の長さだけ突出され、上下いずれか他方の端部に所定の長さを有する筒形形状の機械式鉄筋継手用カプラが連接されて前記被覆コンクリート内に埋め込まれ、当該各機械式鉄筋継手用カプラの開口が前記被覆コンクリートの上下いずれか他方の面に開口されて、前記各柱部材が上下方向に組み立て可能なプレキャスト部材として構成される請求項１に記載の建築物の架構。
3. 各柱部材は建築物の概ね階高中央で分断可能に形成される請求項２に記載の建築物の架構。
4. 壁柱の略長方形の断面は強軸方向の辺の長さが弱軸方向の辺の長さの概ね２倍以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の建築物の架構。
5. 応力伝達部材の上下端部近傍に配筋される帯筋量が増加され、前記応力伝達部材が負担する曲げモーメント、せん断力及び軸力を壁柱の鉄筋コンクリートに移行する請求項１乃至４のいずれかに記載の建築物の架構。
6. 応力伝達部材の上下端部の端面に支圧板が配置され、前記応力伝達部材が負担する曲げモーメント、せん断力及び軸力を壁柱の鉄筋コンクリートに移行する請求項１乃至４のいずれかに記載の建築物の架構。

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