JP6634259B2 - 柱梁架構 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建物の１階または中間階に大空間の居室を構築するための柱梁架構に関する。

建物では、幅広い用途に対応できるように、大空間の居室を確保することが要請される。さらに、近年では、居住環境を向上するため、外光や自然風を建物内部の奥まで採り入れることができるような大空間が要請されている。
そこで、柱サイズを細径とし、さらに、隣接する柱同士の間隔（スパン長）を長くすることが考えられる。長スパン化する方法として、柱に高強度コンクリートを用いたり、柱間に架設する大梁を曲げ剛性に優れたプレストレストコンクリート梁や鉄骨梁としたりすることが行われてきた。

例えば、特許文献１には、梁部と、柱の上面に載置されるパネル部と、が一体化されたプレキャスト製の梁部材が示されている。この特許文献１の梁部材によれば、柱梁架構を効率よく構築できる。

また、特許文献２には、プレキャストコンクリート造の梁を柱の頂部間に架設する逆梁工法が示されている。このプレキャストコンクリート梁は、梁の両側面の下端にスラブが設けられたスラブ付き逆梁である。逆梁とは、一般の鉄筋コンクリート造の建物では、梁の上端側にスラブが接合されるのに対し、梁の下端側にスラブが接合される梁である。

特許文献２の建物では、建物の長手方向に沿ってバルコニーが設けられ、このバルコニーには、スラブ付き逆梁が用いられる。また、建物の短手方向にも、スラブ付き逆梁が用いられている。また、建物の短手方向は、１スパン毎に戸境壁が設けられている。
特許文献２の建物によれば、プレキャストコンクリート梁を使用することで、高品質のスラブ付き梁を短期間で構築することができる。

特許第５６０２４５５号公報 特開平１１−５０５２７号公報

しかしながら、特許文献２の建物では、戸境壁を短スパンで配置する必要があるため、大空間の居室を確保することはできなかった。

本発明は、大空間の居室を確保できる柱梁架構を提供することを目的とする。

第一の発明の柱梁架構（例えば、後述の柱梁架構１）は、複数の柱と、複数の大梁と、当該大梁に連結されたスラブと、を備え、当該スラブの中央部が柱で支持されていない鉄筋コンクリート造建物（例えば、後述の建物２）の柱梁架構であって、所定方向に少なくとも二列に並んで設けられた複数の柱（例えば、後述の柱１０Ａ、１０Ｂ）と、当該柱同士の間に架設された少なくとも二列の第１の大梁（例えば、後述の大梁２０Ａ、２０Ｂ）と、当該第１の大梁同士の間に架設された小梁（例えば、後述の小梁３０）と、当該小梁の下部側面に接合されたスラブ（例えば、後述のスラブ４０）と、を備え、当該小梁付きスラブの両端部は、柱間距離が２スパン以上離れた前記第１の大梁に接合されていることを特徴とする。

第一の発明によれば、２スパン以上離れた第１の大梁同士の間に、逆梁形式の小梁付きスラブを架設した。スラブは、スラブの自重およびスラブ上の積載荷重によってスラブ中央付近をピークとして下方側に撓みが生じるが、このスラブの下部側面に小梁を接合したので、小梁に接合されたスラブの一定幅の部分（有効スラブ幅）が小梁とともに曲げに抵抗することになる。つまり、梁にスラブが加わることで曲げ剛性が増大される。よって、このスラブに生じる鉛直方向の撓みを低減できる。スラブが小梁の下部に接合されることで、有効スラブ幅内の鉄筋およびコンクリートが曲げ剛性の増大に大きな役割を果たすことになる。よって、スラブの下面に柱を設ける必要がなく、この小梁付きスラブの直下を大空間の居室として使用できる。

第二の発明の柱梁架構は、前記小梁は、緊張力が導入されたプレキャストプレストレストコンクリート造であり、当該小梁に隣接して設けられた第２の大梁（例えば、後述の第２の大梁２０Ｃ）よりも長スパンであることを特徴とする。

大梁は、地震発生時の水平地震力に抵抗させる主要な構造部材であり、隣接する柱の頂部に架設して、大梁と柱とで強固な柱梁架構を構築する必要がある。しかし、大梁の補助部材である小梁は、水平地震力に抵抗させる主要な構造部材ではないので、小梁を柱部材に直接架設し、双方を強固に接合させて柱梁架構体を構成する必要はない。

そこで、第二の発明によれば、プレストレストコンクリート造の小梁に導入した緊張力により、小梁を上方に向かって膨出するように湾曲させることで（むくり）、スラブの自重や積載荷重により生じるスラブの鉛直変形量を相殺して、低減できる。
また、小梁をプレストレストコンクリート造としたので、優れた曲げ剛性および強度が確保された構造体でありながら、水平地震力を負担する必要がないので、大梁に比べて、長スパン化を容易に実現できる。さらに、梁せい（梁高さ）を低くでき、小梁を二重床の床下空間に収めることができる。また、小梁が長スパンであっても、クリープやクラックの発生を防止できる。

第三の発明の柱梁架構は、建物外周部を構成する前記第１の大梁および第２の大梁は、建物外周面（例えば、後述の外装ガラス６０）の内側に設けられ、当該大梁の建物内部側の下部側面には、前記スラブが接合され、当該大梁の建物外部側の上部側面には、片持ちスラブ（例えば、後述の片持ちスラブ５０）が接合されることを特徴とする。

第三の発明によれば、建物外周面に大梁が位置しないので、片持ちスラブの先端に大きな採光窓を設けることにより、採光面積を大きく確保して、外光を建物内部に容易に採り込むことができる。

第四の発明の柱梁架構は、前記小梁の下部側面には、長さ方向に沿って凹部（例えば、後述の凹部３１）が形成され、当該小梁に接合される前記スラブの側面には、前記凹部に係合する係合部（例えば、後述の係合部４１）が形成されることを特徴とする。

第四発明の発明によれば、小梁の凹部にスラブの係合部を係合させたので、小梁とスラブはシヤキーによる幾何学的な噛み合わせ効果により強固に一体化された小梁付きスラブとなる。よって、自重により小梁およびスラブがそれぞれ鉛直方向に撓んでも、小梁によりスラブを確実に支持できる。

本発明によれば、スラブの下面に柱を設けることなく、建物の１階または中間階に大空間居室を構築することが可能で、かつ、曲げモーメントに対する抵抗に優れた逆梁形式の小梁付きスラブを備えた柱梁架構を実現できる。

本発明の一実施形態に係る柱梁架構を備える建物の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 前記実施形態に係る柱梁架構における小梁とスラブとの接合部を示す断面図である。 前記実施形態に係る柱梁架構における小梁の拡大断面図である。 前記実施形態に係る柱梁架構における床下空間の断面図である。 前記実施形態に係る柱梁架構を構築する手順のフローチャートである。 前記実施形態に係る柱梁架構を構成する小梁の設置状況を示す図面代用写真である。 本発明の第１の変形例に係る小梁とスラブとの接合部を示す断面図である。 本発明の第２の変形例に係る小梁とスラブとの接合部を示す断面図である。 本発明の第３の変形例に係る小梁とスラブとの接合部を示す断面図である。 本発明の第４の変形例に係る小梁とスラブとの接合部を示す断面図である。

本発明者らは、建物の１階または中間階に大空間居室を形成することができる柱梁架構として、複数の柱と、複数の大梁と、対向する柱間距離が２スパン以上離れた大梁間に、
プレストレストコンクリート造の逆梁形式の小梁とスラブとを一体化させた小梁付きスラブと、を設けることで、スラブの下面に柱を設けることなく大空間居室を構築できることに着目し、柱梁架構の本発明に至った。
実施形態の柱梁架構は、二列以上に並んで設けられた複数の柱と、少なくとも二列の大梁と、２スパン以上離れた対向する大梁間に架設された逆梁形式の小梁付きスラブと、を備える。本発明の特徴は、小梁がプレキャストプレストレストコンクリート部材であり、小梁に並設された第２の大梁よりも長スパンである点である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る柱梁架構１を備える建物２の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。

建物２は、鉄筋コンクリート造であり、柱梁架構１を有している。この柱梁架構１は、柱１０Ａ、１０Ｂ、第１の大梁としての大梁２０Ａ、２０Ｂ、第２の大梁としての大梁２０Ｃ、小梁３０、スラブ４０、片持ちスラブ５０を備える。

柱１０Ａ、１０Ｂは、所定方向に二列に並んで設けられている。具体的には、一方の列（図１中上側の列）は、柱１０Ａで構成され、他方の列（図１中下側の列）は、柱１０Ｂで構成される。各列には、柱１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ３本ずつ設けられている。
また、一方の列の両端に位置する柱１０Ａと、他方の列の両端に位置する柱１０Ｂと、の間には、柱１０Ｃが設けられている。

大梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、各列の複数の柱１０Ａ、１０Ｂ同士の間に架設されている。これら大梁２０Ａ〜２０Ｃは、建物２の外周に沿って配置されている。
このうち、第１の大梁２０Ａは、所定方向に延びて柱１０Ａ同士の間に架設されている。
また、第１の大梁２０Ｂは、所定方向に延びて柱１０Ｂ同士の間に架設されている。
また、第２の大梁２０Ｃは、所定方向に交差する方向に延びて一方の列の両端に位置する柱１０Ａと柱１０Ｃとの間、および、他方の列の両端に位置する柱１０Ｂと柱１０Ｃとの間に架設される。
以上より、第１の大梁２０Ａ、２０Ｂは、所定方向に交差する方向に２スパン離れて配置されている。

小梁３０は、第１の大梁２０Ａと第１の大梁２０Ｂとの間に架設されている。小梁３０は、プレテンション方式のプレストレス（緊張力）が導入されたプレキャスト部材、つまり、プレキャストプレストレストコンクリート梁（以降、ＰＣａＰＣ梁と呼ぶ）である。この小梁３０は、小梁３０に隣接して設けられた第２の大梁２０Ｃよりも長スパンである。

スラブ４０は、第１の大梁２０Ａ、２０Ｂおよび第２の大梁２０Ｃに囲まれた部分に設けられて、大梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、および小梁３０により支持されており、大梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、および小梁３０の下部に接合されている。これにより、スラブ４０は、柱間距離が２スパン以上離れた第１の大梁２０Ａ、２０Ｂに接合されている。
また、このスラブ４０の中央部は、柱で支持されていない。
なお、言い換えると、スラブ４０の小梁３０と第１の大梁２０Ａ、２０Ｂで囲まれた部分のスラブについては、長辺方向の両端部とは、第１の大梁２０Ａ、２０Ｂに接合される部分となる。

片持ちスラブ５０は、大梁２０Ａ〜２０Ｃに支持されるスラブであり、これら大梁２０Ａ〜２０Ｃの外側の側面の上部に接合されている。つまり、大梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの建物内部側の下部側面には、スラブ４０が接合され、建物外部側の上部側面には、片持ちスラブ５０が接合される。
これにより、建物２の外周部を構成する第１の大梁２０Ａ、２０Ｂおよび第２の大梁２０Ｃは、建物２の外周面の内側に設けられている。
片持ちスラブ５０の先端には、この当階の片持ちスラブ５０の上面から上階の片持ちスラブ５０の下面まで延びる外装ガラス６０が設けられており、この外装ガラス６０は、建物２の外周面を構成している。

図４は、小梁３０とスラブ４０との接合部の断面図である。
小梁３０の下部の側面には、長さ方向に沿って延びる凹部３１が形成され、スラブ４０の側面のうち小梁３０に接合される部分には、この凹部３１に係合する係合部４１が形成されている。

図５は、小梁３０の拡大断面図である。
小梁３０の下部の両側面には、この小梁３０を幅方向に貫通したスラブ定着筋３４が所定長さ突出している。このスラブ定着筋３４は、小梁３０に接合されるスラブ４０内に定着される。

スラブ４０の下面つまり下階の天井面には、仕上が施されていない。
一方、スラブ４０の上面には、仕上床７０が設けられて、二重床となっている。仕上床７０は、スラブ４０上に所定間隔おきに設置された支持脚７１と、これら支持脚７１に支持された床パネル７２と、を備える。この床パネル７２は、小梁３０を跨ぐように配置されている。

仕上床７０の床下空間には、例えば、図６に示すように、設備配管７３を収容してもよい。また、小梁３０に貫通孔３２を形成し、この貫通孔３２に設備配線７４を挿通してもよい。また、スラブ４０上に、配管４２を打ち込んでコンクリート体４３を構築し、配管４２に冷水あるいは温水を流通させて、下階の天井面から輻射冷暖房を行ってもよい。また、仕上床７０の床パネル７２に吹出口７５を設けて、この吹出口７５から空調空気を吹き出してもよい。

以下、柱梁架構１の構築方法について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１では、現場にて、柱１０Ａ、１０Ｂを構築する。
ステップＳ２では、大梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの型枠を建て込むとともに、スラブ４０、５０の型枠を建て込む。

ステップＳ３では、小梁３０を取り付ける。この小梁３０は、ＰＣａＰＣ梁であるので、予めＰＣ工場などで製作しておく。
また、小梁３０を取り付けた状態で、小梁３０の両端部の２箇所を下からサポートで支持しておく（図１中白抜き三角で示す）。
小梁３０は、導入したプレストレスにより上方に反っているので、小梁３０の両端を大梁２０Ａ、２０Ｂに支持させた状態で所定期間経過させることで、小梁３０の中央部を小梁３０の自重により沈下させて、むくりを補正する。

ステップＳ４では、大梁２０Ａ〜２０Ｃおよびスラブ４０、５０に配筋して、コンクリート打設する。これにより、スラブ４０には、小梁３０に係合する係合部４１が形成される。
以上のステップＳ１〜Ｓ４を繰り返すことで、各階毎に柱梁架構１を構築してゆく。

図８は、柱梁架構を構成する柱梁架構を構成する小梁の設置状況を示す図面代用写真である。
。ＰＣａＰＣである小梁は、この小梁の下端面とスラブの下面とを同一面とする型枠を設置し、この状態で、揚重機を使用して、型枠上の所定位置に設置する。図８に示すように、小梁の側面には、この小梁の矩形断面を貫通したスラブ定着筋が所定長さで突出している。このスラブ定着筋は、小梁に接合されるスラブ内に定着される。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）スラブ４０の自重およびスラブ上の荷重によって、スラブ４０に鉛直変形が生じようとしても、スラブ４０を小梁３０の下端部側面に接合して一体にしたので、小梁３０の曲げ剛性により、スラブ４０の鉛直変形量を低減できる。よって、スラブ４０の下面に柱を設ける必要がなく、この小梁付きスラブ４０の直下を大空間の居室として使用できる。

また、大梁２０Ａ、２０Ｂ同士の間に小梁３０を設けたので、間仕切壁を設ける場合でも、この間仕切壁の位置が小梁３０の位置に影響されないから、室内の間仕切壁のレイアウトの自由度が高くなる。

（２）スラブ４０の上に仕上床７０を設けて二重床としたので、この二重床の床下空間に、給水・排水などの設備配管７３や、電気・電話などの設備配線７４を収容できる。また、下階の天井面を、仕上材を省略した構造とすることができる。また、当階と下階との間の設備配管７３や設備配線７４の設置やメンテナンスを、全て当階の床下で行うことができるので、下階の居住者の執務に与える影響を小さくできる。

（３）小梁３０にプレストレスを導入することで、梁せいを低くでき、さらに、逆梁形式の小梁付きスラブ構造とすることで、小梁３０を二重床の床下空間に収めることができる。また、小梁３０をプレキャストプレストレストコンクリート部材としたので、スパンを長くしても、クリープやクラックの発生を防止できる。

（４）建物２の外周面に大梁が設けられていないので、片持ちスラブ５０の先端に設ける外装ガラス６０の採光面積を大きく確保できる。

（５）スラブ４０の側面の係合部４１が小梁３０の側面の凹部３１に係合するので、スラブ４０の自重や積載荷重を確実に小梁３０に伝達して、小梁３０によりスラブ４０を確実に支持できる。

（６）小梁３０の断面を貫通するスラブ定着筋３４を、この小梁３０の両側のスラブ４０に定着させるとともに、スラブ４０の側面の係合部４１を小梁３０の側面の凹部３１に係合することで、小梁３０およびこの小梁３０の両側のスラブ４０を強固に一体化でき、スラブ４０の鉛直変形を小梁３０で確実に支持できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の実施形態では、小梁３０に凹部３１を設け、スラブ４０にこの凹部３１に係合する係合部４１を設けたが、これに限らない。例えば、図９（ａ）に示すように、小梁３０の側面の下端部に、外側に突出する突出部３３を設け、スラブ４０の側面に切欠き部４４を設けて、この切欠き部４４に突出部３３が係合するようにしてもよい。この構成によれば、小梁３０の側面の突出部３３がスラブ４０内に係合することで、小梁３０とスラブ４０を強固に接合できる。また、図９（ｂ）に示すように、小梁３０を断面Ｉの字形状としてもよい。

また、図１０に示すように、小梁３０にスラブ４０Ａを設けて、スラブ付きの断面逆Ｔ字形状のＰＣａＰＣ梁としてもよい。この場合、現場で構築するスラブ４０の面積は小さくなるので、スラブ４０をプレキャストコンクリート造としてもよい。また、図１１に示すように、小梁３０に、スラブ４０Ａよりも大きいスラブ４０Ｂを設けて、小梁３０のスラブ４０Ｂ同士を接合してもよい。図１０および図１１に示すＴ字形状の小梁３０によれば、現場でのコンクリート打設量を削減できるので、工期短縮が可能となる。

また、図１２に示すように、小梁３０の側面の下端部に、外側に突出する突出部３３を設け、この突出部３３に係合されるプレキャストコンクリート造のスラブ版４０Ｃを設けてもよい。このスラブ版４０Ｃは、スラブ型枠を兼ねており、このスラブ版４０Ｃの上にトップコンクリート４５を打設する。この構成によれば、複数のコンクリート体が積層されてスラブが構成されるので、比較的容易に、優れた床遮音性能を備えたスラブを構築できる。

１…柱梁架構 ２…建物
１０Ａ、１０Ｂ…柱
２０Ａ、２０Ｂ…第１の大梁 ２０Ｃ…第２の大梁
３０…小梁 ３１…小梁の側面に設けられた凹部 ３２…貫通孔
３３…小梁の側面に設けられた突出部 ３４…スラブ定着筋
４０…スラブ ４０Ａ、４０Ｂ…小梁に付くスラブ
４０Ｃ…スラブ版 ４１…スラブの側面に設けられた係合部
４２…配管（温水配管または冷水配管） ４３…コンクリート体
４４…スラブの側面に設けられた切欠き部 ４５…トップコンクリート
５０…片持ちスラブ ６０…外装ガラス
７０…仕上床 ７１…支持脚 ７２…床パネル
７３…設備配管 ７４…設備配線 ７５…吹出口

Claims (3)

1. 複数の柱と、複数の大梁と、当該大梁に連結されたスラブと、を備え、当該スラブの中央部が柱で支持されていない鉄筋コンクリート造建物の柱梁架構であって、
   所定方向に少なくとも二列に並んで設けられた複数の柱と、
   当該柱同士の間に架設された少なくとも二列の第１の大梁と、
   当該第１の大梁同士の間に架設された小梁と、
   当該小梁の下部側面に接合されたスラブと、を備え、
   前記小梁は、緊張力が導入されたプレキャストプレストレストコンクリート造であり、
   前記スラブの両端部は、柱間距離が２スパン以上離れた前記第１の大梁に接合され、
   前記スラブの下面は、前記小梁の下端面と面一であることを特徴とする柱梁架構。
2. 前記小梁には、当該小梁の下部側面から突出して前記スラブに定着するスラブ定着筋が設けられることを特徴とする請求項１に記載の柱梁架構。
3. 建物外周部を構成する前記第１の大梁および第２の大梁は、建物外周面の内側に設けられ、
   当該大梁の建物内部側の下部側面には、前記スラブが接合され、
   当該大梁の建物外部側の上部側面には、片持ちスラブが接合されるとともに、
   前記小梁の下部側面には、軸方向に沿って凹部が形成され、
   当該小梁に接合される前記スラブの側面には、前記凹部に係合する係合部が形成され、
   当該係合部の上下面は、前記凹部の上下の内壁面に当接していることを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁架構。

Images