JP6754552B2

JP6754552B2 - 柱梁架構

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Publication number: JP6754552B2
Application number: JP2015099039A
Authority: JP
Inventors: 悠磨齋藤; 耕司村田
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: JP2016216905A

Description

本発明は、ブレースが取り付けられた柱梁架構に関する。

ブレースを取り付けて耐震性を高めた建物の柱梁架構がある。例えば、特許文献１には、長さ調整が可能な補強用ブレースが取り付けられた柱梁架構が開示されている。

このような柱梁架構に取り付けられたブレースが、圧縮ブレースとして機能する場合、ブレースの座屈によって柱梁架構が崩壊する脆性的な崩壊メカニズムとなり、柱梁架構の変形性能が低くなるので、大きな構造特性係数によって建物の設計を行わなければならない。

そこで、座屈耐力の高いブレースを用いることにより、ブレースの座屈を抑制して柱梁架構の変形性能を高めることが考えられるが、座屈耐力の高いブレースは、座屈補剛管等の座屈補剛手段が設けられた煩雑な構造のものになってしまう。

特開平１０−３１７５０８号公報

本発明は係る事実を考慮し、簡易なブレース部材で柱梁架構の変形性能を向上させることを課題とする。

第１態様の発明は、柱と、ウェブ部及びフランジ部を有すると共に前記柱に接合された第１梁と、前記第１梁に一端部が接合され、前記柱、又は前記柱に接合され前記第１梁の下方若しくは上方に位置する第２梁に他端部が接合され、斜めに配置されたブレース部材と、前記ブレース部材の前記一端部が接合された前記第１梁の部分に、前記ウェブ部の表面に沿うと共に前記ウェブ部の表面に対して平行に設けられ、前記ウェブ部の表面に溶接により接合されて一体化された平板状の第１の補強プレート及び前記フランジ部の表面に沿うと共に前記フランジ部の表面に対して平行に設けられ、前記フランジ部の表面に溶接により接合されて一体化された平板状の第２の補強プレートを有する補強手段を構成することで、前記ブレース部材の前記一端部が接合された前記第１梁の前記部分とは別の箇所の前記第１梁に設けられると共に前記第１梁を構成する部材と同一の材質からなり、前記ブレース部材の前記一端部が接合された前記第１梁の前記部分よりも曲げ耐力が小さくされた塑性変形部と、を有する柱梁架構である。

第１態様の発明では、柱と第１梁とを有して構成された柱梁架構に、中小規模の地震等による水平力が作用したときには、この水平力をブレース部材が負担して柱梁架構のせん断変形を抑制する。そして、柱と第１梁とを有して構成された柱梁架構に、大規模の地震等による過大な水平力が作用したときには、ブレース部材が座屈する前に第１梁の塑性変形部が塑性変形する。

これにより、座屈補剛ブレースのような煩雑な構造のブレース部材を設けなくても、柱梁架構の崩壊メカニズムを靭性的にすることができ、柱梁架構に高い変形性能を発揮させて地震エネルギーを吸収することができる。すなわち、簡易なブレース部材で、柱梁架構の変形性能を向上させることができる。

また、第１梁の塑性変形部を塑性変形させることにより、柱と第１梁との接合部に大きな力を作用させなくすることができる。これにより、柱に第１梁を剛接合しなくてよくなり、例えば、柱に第１梁をピン接合することができる。

本発明は上記構成としたので、簡易なブレース部材で柱梁架構の変形性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る柱梁架構を示す正面図である。本発明の実施形態に係る補強手段を示す正面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）は、従来のブレース部材が取り付けられた柱梁架構を示す立面図、図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係るブレース部材が取り付けられた柱梁架構を示す立面図である。本発明の実施形態に係る塑性変形部を示す平面図である。本発明の実施形態に係る塑性変形部を示す平面図である。本発明の実施形態に係る柱梁架構のバリエーションを示す正面図である。本発明の実施形態に係る柱梁架構のバリエーションを示す正面図である。本発明の実施形態に係る柱梁架構のバリエーションを示す正面図である。本発明の実施形態に係る柱梁架構のバリエーションを示す正面図である。本発明の実施形態に係る柱梁架構のバリエーションを示す正面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る柱梁架構について説明する。

図１の正面図に示すように、本実施形態の柱梁架構１０は、角形鋼管からなる柱１２、１４と、Ｈ形鋼からなる第１梁としての梁１６と、Ｈ形鋼からなる第２梁としての梁１８と、角形鋼管からなるブレース部材２０、２２と、塑性変形部２４、２６とを有して構成されている。

柱１２、１４は、所定の距離を置いて左右に立設されている。また、梁１６と梁１８は、上下に配置され、柱１２と柱１４の間に架設されている。

梁１６の左端部２８は、柱１２の柱梁仕口部３２に取り付けられたガセットプレート３４に左端部２８のウェブ部をボルト接合することによって柱梁仕口部３２にピン接合されている。また、梁１６の右端部３０は、柱１４の柱梁仕口部３６に取り付けられたガセットプレート３８に右端部３０のウェブ部をボルト接合することによって柱梁仕口部３６にピン接合されている。

梁１８の左端部４０は、柱１２の柱梁仕口部４４に取り付けられたガセットプレート３４に左端部４０のウェブ部をボルト接合することによって柱梁仕口部４４にピン接合されている。また、梁１８の右端部４２は、柱１４の柱梁仕口部４６に取り付けられたガセットプレート３８に右端部４２のウェブ部をボルト接合することによって柱梁仕口部４６にピン接合されている。

ブレース部材２０は、一端部としての上端部４８が梁１６に接合され、他端部としての下端部５０が柱１２の柱梁仕口部４４に接合され、左下へ向かって斜めに配置されている。また、ブレース部材２２は、一端部としての上端部５２が梁１６に接合され、他端部としての下端部５４が柱１４の柱梁仕口部４６に接合され、右下へ向かって斜めに配置されている。

ブレース部材２０の上端部４８は、上端部４８に取り付けられた接合プレート６０を、梁１６に取り付けられたガセットプレート５６にスプライスプレート６４を介してボルト接合することによって、梁１６にピン接合されている。また、ブレース部材２０の下端部５０は、下端部５０に取り付けられた接合プレート６２を、柱１２の柱梁仕口部４４に取り付けられたガセットプレート３４にスプライスプレート６４を介してボルト接合することによって、柱１２の柱梁仕口部４４にピン接合されている。

ブレース部材２２の上端部５２は、上端部５２に取り付けられた接合プレート６６を、梁１６に取り付けられたガセットプレート５８にスプライスプレート６４を介してボルト接合することによって、梁１６にピン接合されている。また、ブレース部材２２の下端部５４は、下端部５４に取り付けられた接合プレート６８を、柱１４の柱梁仕口部４６に取り付けられたガセットプレート３８にスプライスプレート６４を介してボルト接合することによって、柱１４の柱梁仕口部４６にピン接合されている。

ブレース部材２０は、地震等により柱梁架構１０に水平力が作用して、梁１８に対して梁１６が右方向９４に移動したときに引張ブレースとして機能し、梁１８に対して梁１６が左方向９６に移動したときに圧縮ブレースとして機能する。また、ブレース部材２２は、地震等により柱梁架構１０に水平力が作用して、梁１８に対して梁１６が右方向９４に移動したときに圧縮ブレースとして機能し、梁１８に対して梁１６が左方向９６に移動したときに引張ブレースとして機能する。

塑性変形部２４は、ブレース部材２０の上端部４８が接合された梁１６の部分７０近傍の梁１６中央部寄りに位置する梁１６の部分７２に設けられている。また、塑性変形部２６は、ブレース部材２２の上端部５２が接合された梁１６の部分７４近傍の梁１６中央部寄りに位置する梁１６の部分７６に設けられている。すなわち、塑性変形部２４、２６は、ブレース部材２０、２２の上端部４８、５２が接合された梁１６の部分７０、７４とは別の箇所となる梁１６の部分７２、７６に設けられている。

図２の拡大図、及び図２のＡ−Ａ断面図である図３に示すように、ブレース部材２０の上端部４８が接合された梁１６の部分７０には、補強手段７８が設けられている。補強手段７８は、鋼板からなる補強プレート８０、８２、８４を有して構成されている。補強プレート８０は、梁１６の上フランジ部８６上面に、補強プレート８２は、梁１６のウェブ部８８の側面に、補強プレート８４は、梁１６の下フランジ部９０の上面に、それぞれ溶接により接合され一体化されている。

これにより、ブレース部材２０の上端部４８が接合された梁１６の部分７０の曲げ耐力が高められ、この部分７０に生じる塑性変形が抑制される。また、図１に示すように、ブレース部材２２の上端部５２が接合された梁１６の部分７４には、補強手段９２が設けられている。補強手段９２の構成は、補強手段７８と同じ構成なので説明を省略する。

塑性変形部２４、２６は、補強手段７８、９２を梁１６の部分７０、７４に設けて、この部分７０、７４よりも塑性変形部２４、２６（梁１６の部分７２、７６）の曲げ耐力を小さくすることにより、大規模の地震等による過大な水平力が柱梁架構１０に作用したときに、ブレース部材２０、２２が座屈する前に塑性変形が生じるようになっている。すなわち、大規模の地震等による過大な水平力が柱梁架構１０に作用してブレース部材２０、２２の座屈荷重より小さい所定荷重がブレース部材２０、２２に作用したときに、塑性変形部２４、２６が塑性変形するように塑性変形部２４、２６の曲げ耐力が設定されている。

このように、塑性変形部２４、２６は、梁１６とは別の部材によって形成されたものではなく、梁１６の部分（部分７０、７４）に補強手段７８、９２を設けることにより、この部分（部分７０、７４）とは別の箇所となる梁１６の部分（部分７２、７６）に設定されているものである。

次に、本発明の実施形態に係る柱梁架構の作用と効果について説明する。

本実施形態の柱梁架構１０では、図１に示すように、中小規模の地震等による水平力が柱梁架構１０に作用したときには、この水平力をブレース部材２０、２２が負担して柱梁架構１０のせん断変形を抑制する。そして、大規模の地震等による過大な水平力が柱梁架構１０に作用したときには、ブレース部材２０、２２が座屈する前に梁１６の塑性変形部２４、２６が塑性変形する。

これにより、座屈補剛ブレースのような煩雑な構造のブレース部材を設けなくても、柱梁架構１０の崩壊メカニズムを靭性的にすることができ、柱梁架構１０に高い変形性能を発揮させて地震エネルギーを吸収することができるので、保有耐力時の構造特性係数を小さい値（例えば、０．２５）にすることができる。すなわち、簡易なブレース部材で、柱梁架構１０の変形性能を向上させることができる。ここで、簡易なブレース部材とは、座屈補剛管等の座屈補剛手段が設けられていない簡易な構造のブレース部材を意味する。

また、本実施形態の柱梁架構１０では、図１に示すように、梁１６の塑性変形部２４、２６を塑性変形させることにより、柱１２、１４と梁１６、１８の端部との接合部に大きな力を作用させなくすることができる。これにより、柱１２、１４に梁１６、１８の端部を剛接合しなくてよくなり、柱１２、１４に梁１６の端部をピン接合することができる。

これにより、柱１２、１４に梁１６、１８の端部を剛接合するのに比べて、柱１２、１４と梁１６、１８の端部との接合部分の製作を容易に行うことができる。また、柱１２、１４に梁１６、１８の端部を剛接合するのに比べて、柱１２、１４に梁１６、１８の端部を接合する作業を容易に行うことができるので、鉄骨建方の省力化を図ることができる。

さらに、本実施形態の柱梁架構１０では、図１に示すように、梁１６の塑性変形部２４、２６を塑性変形させることにより、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２との接合部、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４との接合部に大きな力を作用させなくすることができる。これにより、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４とを剛接合しなくてよくなり、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４とをピン接合することができる。

これにより、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４とを剛接合するのに比べて、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４との接合部分の製作を容易に行うことができる。また、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４とを剛接合するのに比べて、梁１６とブレース部材２０、２２の上端部４８、５２、及び柱１２、１４の柱梁仕口部４４、４６とブレース部材２０、２２の下端部５０、５４とのの接合作業を容易に行うことができるので、鉄骨建方の省力化を図ることができる。

また、本実施形態の柱梁架構１０では、図１に示すように、ブレース部材２０、２２を設けることにより、柱１２、１４と梁１６、１８の端部がピン接合されて構成された柱梁架構１０を所定の架構形状に安定して保持することができる。

さらに、本実施形態の柱梁架構１０では、図２及び図３に示すように、ブレース部材２０、２２の上端部４８、５２が接合された梁１６の部分７０、７４に補強プレート８０、８２、８４を設けて補強手段７８、９２を構成することによって、簡易な方法で、梁１６の塑性変形部２４、２６を塑性変形させることができる。また、梁１６の耐力を低下させずに、梁１６の塑性変形部２４、２６を塑性変形させることができる。

また、図４（ａ）の立面図に示す建物９８のように、エレベータシャフト等のコア周りを構成する柱梁架構１００に従来のブレース部材１０２が取り付けられている場合、柱１０４と柱１０６との間の距離が小さいので、地震等により柱梁架構１００に水平力Ｆが作用したときに柱１０４、１０６の軸力が大きくなり、柱１０６に作用する引抜力Ｐが大きくなってしまう。

これに対して、図４（ｂ）の立面図に示す建物１０８のように、柱梁架構１１０に本実施形態のブレース部材２０を取り付けた場合、柱１１２と柱１１４との間の距離を大きくすることができるので、地震等により柱梁架構１１０に水平力Ｆが作用したときに柱１１２、１１４の軸力を小さくすることができ、柱１１４に作用する引抜力Ｐを小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図１に示すように、第１梁としての梁１６と、第２梁としての梁１８とを、Ｈ形鋼からなる部材とした例を示したが、第１梁及び第２梁は、鋼製の部材であればよく、角形鋼管等の鉄骨部材としてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、ブレース部材２０、２２の上端部４８、５２が接合された梁１６の部分７０、７４に補強手段７８、９２を設けて、この部分７０、７４の曲げ耐力を高めることにより、この部分７０、７４よりも梁１６の部分７２、７６の曲げ耐力を小さくして塑性変形部２４、２６とした例を示したが、大規模の地震等による過大な水平力が柱梁架構１０に作用してブレース部材２０、２２の座屈荷重より小さい所定荷重がブレース部材２０、２２に作用したときに、塑性変形部２４、２６が塑性変形するように塑性変形部２４、２６の曲げ耐力が設定できればよい。

例えば、他の補強方法によって、梁１６の部分７０、７４の曲げ耐力を高めるようにしてもよい。

また、例えば、図５の平面図、及び図６の平面図に示すように、塑性変形部２４、２６（梁１６の部分７２、７６）の曲げ耐力を小さくすることにより、梁１６の部分７０、７４よりも塑性変形部２４、２６（梁１６の部分７２、７６）の曲げ耐力が小さくなるようにしてもよい。

図５では、塑性変形部２４（梁１６の部分７２）の上フランジ部８６及び下フランジ部９０に切り欠き１１６を形成して、梁１６の部分７２の構造断面を小さくすることにより、塑性変形部２４（梁１６の部分７２）の曲げ耐力を小さくしている。

図６では、塑性変形部２４（梁１６の部分７２）の上フランジ部８６及び下フランジ部９０の幅を小さくして、梁１６の部分７２の構造断面を小さくすることにより、塑性変形部２４（梁１６の部分７２）の曲げ耐力を小さくしている。

さらに、例えば、梁１６の部分７２、７６に孔を形成したり、梁１６の部分７２、７６を低降伏点鋼等の塑性化し易い材料によって形成したりして、塑性変形部２４、２６（梁１６の部分７２、７６）の曲げ耐力を小さくしてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、ブレース部材２０、２２を角形鋼管からなる部材とした例を示したが、ブレース部材２０、２２は、鋼製、木製、鉄筋コンクリート製、鉄骨鉄筋コンクリート製等のさまざまな構造の部材としてもよい。

本実施形態の柱梁架構１０は、この柱梁架構１０に取り付けられるブレース部材が、簡易な構造のブレース部材であっても、煩雑な構造のブレース部材であっても、柱梁架構１０の変形性能を向上させることができるものなので、ブレース部材２０、２２が座屈する前に梁１６の塑性変形部２４、２６が塑性変形すれば、ブレース部材２０、２２に、簡易なブレース部材を用いても、座屈補剛ブレース等の煩雑な構造のブレース部材を用いてもよい。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、ブレース部材２０、２２が、梁１６に上端部４８、５２が接合され、柱１２、１４（柱梁仕口部４４、４６）に下端部５０、５４が接合されるとともに、斜めに配置されている例を示したが、ブレース部材２０、２２は、第１梁としての梁１６に一端部が接合され、柱１２、１４、又は柱１２、１４に接合され梁１６の下方若しくは上方に位置する第２梁としての梁１８に他端部が接合されるとともに、斜めに配置されていれば、どのように配設されていてもよい。

例えば、図７〜１１の正面図に示す柱梁架構１１８、１２０、１２２、１２４、１２６のように、ブレース部材２０、２２を配設してもよい。図１０及び図１１では、柱１２と柱１４との間に柱１２８が配設され、梁１６Ａと梁１６Ｂが柱１２８を介して繋がれて梁１６を構成し、梁１８Ａと梁１８Ｂが柱１２８を介して繋がれて梁１８を構成している。

以上、本発明の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何等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、１１８、１２０、１２２、１２４、１２６柱梁架構
１２、１４柱
１６梁（第１梁）
１８梁（第２梁）
２０、２２ブレース部材
２４、２６塑性変形部
８０、８２、８４補強プレート

Claims

柱と、
ウェブ部及びフランジ部を有すると共に前記柱に接合された第１梁と、
前記第１梁に一端部が接合され、前記柱、又は前記柱に接合され前記第１梁の下方若しくは上方に位置する第２梁に他端部が接合され、斜めに配置されたブレース部材と、
前記ブレース部材の前記一端部が接合された前記第１梁の部分に、前記ウェブ部の表面に沿うと共に前記ウェブ部の表面に対して平行に設けられ、前記ウェブ部の表面に溶接により接合されて一体化された平板状の第１の補強プレート及び前記フランジ部の表面に沿うと共に前記フランジ部の表面に対して平行に設けられ、前記フランジ部の表面に溶接により接合されて一体化された平板状の第２の補強プレートを有する補強手段を構成することで、前記ブレース部材の前記一端部が接合された前記第１梁の前記部分とは別の箇所の前記第１梁に設けられると共に前記第１梁を構成する部材と同一の材質からなり、前記ブレース部材の前記一端部が接合された前記第１梁の前記部分よりも曲げ耐力が小さくされた塑性変形部と、
を有する柱梁架構。