JP6778065B2 - Building frame structure - Google Patents
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Description
本発明は、建物の架構構造に関する。 The present invention relates to a building frame structure.
従来、建物の架構構造として、特許文献1に記載されているものが知られている。この架構構造は、複数本の柱、及びそれらを水平方向に連結する梁を有している。また、建物の下部には、地震時等における建物の振動を緩めるための免震装置が設けられている。免震装置は、それぞれの柱の下部に設けられている。 Conventionally, as a frame structure of a building, the one described in Patent Document 1 is known. This frame structure has a plurality of columns and beams connecting them in the horizontal direction. In addition, a seismic isolation device is provided at the bottom of the building to ease the vibration of the building in the event of an earthquake or the like. Seismic isolation devices are provided at the bottom of each pillar.
しかしながら、上述のような建物の架構構造においては、各柱の下すべてに免震装置とそれに対する基礎となる構造を設けるためにコストが上昇し、工期も長期化してしまうという問題があった。従って、免震構造の合理化を図ることによって、免震構造の簡素化(免震装置の台数低減)を図りつつも、免震性能を確保することが要請されていた。 However, in the frame structure of the building as described above, there is a problem that the cost increases and the construction period becomes long because the seismic isolation device and the basic structure for the seismic isolation device are provided under each pillar. Therefore, it has been required to ensure seismic isolation performance while simplifying the seismic isolation structure (reducing the number of seismic isolation devices) by rationalizing the seismic isolation structure.
本発明は、免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することができる建物の架構構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a frame structure of a building capable of ensuring seismic isolation performance while simplifying the seismic isolation structure.
本発明に係る建物の架構構造は、建物の架構構造であって、鉛直方向に延びる複数の第1の柱と、第1の柱間において、鉛直方向に延びる複数の第2の柱と、水平方向に延びる複数の梁と、建物の下部に設けられた免震装置と、を備え、免震装置は、第1の柱の下部に設けられ、第2の柱の下部には設けられず、第2の柱と梁との接合は、剛接合であってよい。 The frame structure of the building according to the present invention is a frame structure of a building, in which a plurality of first pillars extending in the vertical direction and a plurality of second pillars extending in the vertical direction between the first pillars are horizontally arranged. It is provided with a plurality of beams extending in a direction and a seismic isolation device provided at the bottom of the building, and the seismic isolation device is provided at the bottom of the first column and not at the bottom of the second column. The joint between the second column and the beam may be a rigid joint.
本発明に係る架構構造によれば、免震装置は、第1の柱の下部に設けられているが、第2の柱の下部には設けられておらず、省略されている。このような構造によれば、第1の柱には長期軸力が作用すると共に、水平剛性を確保する。これに対し、第2の柱は、下部に免震装置が設けられていないため、長期軸力をほとんど負担することなく、その分の長期軸力は第1の柱へ付与される。これにより、免震装置に圧縮力が作用するため、地震時に第1の柱の下部の免震装置に生じる引張力を低減できる。一方、第2の柱と梁との接合は、剛接合である。このような構造により、第2の柱に水平力を伝達することができる。従って、第2の柱が水平力を支持することができ、架構構造の水平剛性を高めることができる。このように、第2の柱は水平力を支持できるため、架構構造の水平剛性を第1の柱と共に第2の柱にて確保することができる。以上により、免震性能を確保することができる。 According to the frame structure according to the present invention, the seismic isolation device is provided at the lower part of the first pillar, but is not provided at the lower part of the second pillar, and is omitted. According to such a structure, a long-term axial force acts on the first column and horizontal rigidity is ensured. On the other hand, since the second pillar is not provided with a seismic isolation device at the lower part, the long-term axial force is applied to the first pillar with almost no burden on the long-term axial force. As a result, a compressive force acts on the seismic isolation device, so that the tensile force generated in the seismic isolation device below the first pillar during an earthquake can be reduced. On the other hand, the joint between the second column and the beam is a rigid joint. With such a structure, a horizontal force can be transmitted to the second column. Therefore, the second column can support the horizontal force, and the horizontal rigidity of the frame structure can be increased. In this way, since the second column can support the horizontal force, the horizontal rigidity of the frame structure can be ensured by the second column together with the first column. From the above, seismic isolation performance can be ensured.
また、本発明に係る建物の架構構造において、第1の柱、第2の柱、及び梁によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構を備えてよい。このような構成によって、架構構造の水平剛性を高めることができるため、免震装置の数を減らした場合でも、地震時に効果的に免震を行うことができる。 Further, in the frame structure of the building according to the present invention, a tube frame configured by a first column, a second column, and a beam so as to surround the central axis when viewed from above may be provided. With such a configuration, the horizontal rigidity of the frame structure can be increased, so that seismic isolation can be effectively performed even when the number of seismic isolation devices is reduced.
また、本発明に係る建物の架構構造において、第2の柱は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されていてよい。第2の柱は長期軸力の負担が極めて小さく、水平剛性だけを確保すればよいので、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。 Further, in the frame structure of the building according to the present invention, the second pillar may be composed of members having a strong axis direction and a weak axis direction. Since the load of the long-term axial force on the second column is extremely small and only the horizontal rigidity needs to be secured, the amount of steel frame of the building can be reduced by setting the direction in which the strength is unnecessary to the weak axis direction.
また、本発明に係る建物の架構構造において、第1の柱は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されていてよい。第1の柱についても、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。 Further, in the frame structure of the building according to the present invention, the first pillar may be composed of members having a strong axis direction and a weak axis direction. As for the first column, the amount of steel frame in the building can be reduced by setting the direction in which the strength is unnecessary to be the weak axis direction.
また、本発明に係る建物の架構構造において、第2の柱は、建物における下部層側に設けられ、上部層側からは省略されていてよい。上部層では確保するべき水平剛性が小さくてよいため、第2の柱を省略することができる。従って、上部層における第2の柱を省略することで、上部層における空間を広く利用することができる。 Further, in the frame structure of the building according to the present invention, the second pillar may be provided on the lower layer side of the building and may be omitted from the upper layer side. Since the horizontal rigidity to be secured in the upper layer may be small, the second column can be omitted. Therefore, by omitting the second pillar in the upper layer, the space in the upper layer can be widely used.
本発明によれば、免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することができる。 According to the present invention, seismic isolation performance can be ensured while simplifying the seismic isolation structure.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図1及び図2に示すように、建物1の架構構造100は、鉛直方向に延びる複数の第1の柱2と、第1の柱2間で鉛直方向に延びる複数の第2の柱3と、水平方向に延びる複数の梁4と、建物1の下部に設けられた免震装置10と、を備えている。ここでは、架構構造100として、直方体状の高層ビルの架構構造が例示されている。以降の説明では、水平方向における一の方向を「X軸方向」とし、水平方向における一の方向と直交する方向を「Y軸方向」として説明を行う場合がある。また、以降の説明では、第1の柱2及び第2の柱3の区別をせず、いずれかの柱を指して「柱5」と称する場合がある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の柱2は、長期軸力を負担すると共に、水平力を負担して水平剛性を確保するための構造柱である。第1の柱2は、弱軸方向を有さない部材によって構成されており、例えば、角型鋼管等によって構成される。第1の柱2は、その下部に免震装置10が設けられる柱である。ただし、第1の柱2は、H型鋼などの、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されてもよい。または、一部の第1の柱2については弱軸方向を有さない部材によって構成され、他の一部の第1の柱2については弱軸方向及び強軸方向を有する部材によって構成されてもよい。例えば、架構構造100の四隅の第1の柱2は角型鋼管(弱軸方向を有さない部材)によって構成され、他の部分における第1の柱2はH型鋼(弱軸を有する部材)で構成されてよい。なお、後述の第2の柱3をH型鋼で構成した場合は、第1の柱2と第2の柱3は同じサイズでなくともよく、例えば、第1の柱2の方のフランジ厚を厚くするなどして、強度を強くしてもよい。
The
第2の柱3は、長期軸力を負担することを目的としておらず、水平力を負担して水平剛性を確保することを主目的とした柱である。第2の柱3は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されてよい。すなわち、第2の柱3は、軸力を負担する必要がないため、片軸方向を弱軸方向としてよい。第2の柱3は、曲げモーメント、せん断力を支持する柱によって構成されてよい。例えば、第2の柱3は、H型鋼、矩形鋼管、矩形断面のRC等によって構成されてよい。第2の柱3は、その下部から免震装置10が省略される柱である。
The
梁4は、柱5同士の間で水平方向に延びて、当該柱5同士を連結する部材である。梁4は、H型鋼等によって構成されている。梁4と構造柱である第1の柱2との間の接合は、剛接合である。また、梁4と第2の柱3との間の接合は、剛接合である。これにより、第2の柱3に水平力を伝達することができる。なお、図2(a)のうち、水平力を柱に伝達可能な梁4は実線で示されている。一方、水平力の伝達を行わない小梁6は、破線で示されている。図2(b)には、耐震要素として機能する部材のみを示すべく、小梁6を省略した状態の架構構造100を示す。また、図1に示すように、梁4は、各階層の階高を規定するように、1階の床、各階層の境界位置、及び最上階の天井に対応する位置に設けられる。
The
次に、第1の柱2、第2の柱3、及び梁4の配置について説明する。ただし、図1及び図2に示される構成は一例にすぎず、適宜変更可能である。
Next, the arrangement of the
本実施形態に係る架構構造100は、第1の柱2、第2の柱3、及び梁4によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構15を備えている。すなわち、耐震要素である柱梁架構を外周の四面に配置したチューブ架構15が構成されている。特に、本実施形態に係る架構構造100は、最外周側のチューブ架構15の内周側に更にチューブ架構20が設けられたダブルチューブ架構構造を有している。
The
まず、最外周側のチューブ架構15の構成について説明する。チューブ架構15は、X軸方向に9本の柱5を有し、Y軸方向に9本の柱5を有する。ここでは、X軸方向の正側へ向かって、柱5A1,5A2,5A3,5A4,5A5,5A6,5A7,5A8,5A9が設けられているものとする。各柱5は、X軸方向に隣り合う柱5に対して梁4で連結される。このような柱5のうち、柱5A1,5A3,5A5,5A7,5A9が第1の柱2によって構成され、柱5A2,5A4,5A6,5A8が第2の柱3によって構成される。このように、第2の柱3は、第1の柱2の間に配置される。また、Y軸方向の正側へ向かって柱5B1,5B2,5B3,5B4,5B5,5B6,5B7,5B8,5B9が設けられているものとする。各柱5は、Y軸方向に隣り合う柱5に対して梁4で連結される。このような柱5のうち、柱5B1,5B2,5B4,5B6,5B8,5B9が第1の柱2によって構成され、柱5A3,5A5,5A7が第2の柱3によって構成される。このように、第2の柱3は、第1の柱2の間に配置される。ただし、角部の柱5A1は、柱5B1,5B9の何れかと同一の柱5であり、角部の柱5A9は、柱5B1,5B9の何れかと同一の柱である。
First, the configuration of the
次に、チューブ架構15の一段内周側に設けられたチューブ架構20の構成について説明する。チューブ架構20は、X軸方向に7本の柱5を有し、Y軸方向に7本の柱5を有する。チューブ架構20のX軸方向へ配置される柱5は、チューブ架構15のうち柱5A2,5A3,5A4,5A5,5A6,5A7,5A8とX軸方向において同位置に配置されている。各柱5は、X軸方向に隣り合う柱5に対して梁4で連結される。このような柱5のうち、柱5A2,5A3,5A5,5A7,5A8が第1の柱2によって構成され、柱5A4,5A6が第2の柱3によって構成される。このように、第2の柱3は、第1の柱2の間に配置される。また、チューブ架構20のY軸方向へ配置される柱5は、チューブ架構15のうち柱5B2,5B3,5B4,5B5,5B6,5B7,5B8とY軸方向において同位置に配置されている。各柱5は、Y軸方向に隣り合う柱5に対して梁4で連結される。このような柱5のうち、柱5B2,5B4,5B6,5B8が第1の柱2によって構成され、柱5B3,5B5,5B7が第2の柱3によって構成される。このように、第2の柱3は、第1の柱2の間に配置される。ただし、角部の柱5A2は、柱5B2,5B8の何れかと同一の柱5であり、角部の柱5A8は、柱5B2,5B8の何れかと同一の柱である。
Next, the configuration of the
図1に示すように、複数の第2の柱3のうち、一部の第2の柱3は、建物1における下部層側にのみ設けられ、上部層側からは省略されていてよい。例えば、図1(a)に示すように、中央位置に近い柱5B5に対応する位置に配置された第2の柱3は、上部層側の一部が省略(破線で示している)されてもよい。図1(b)に示すように、中央位置に近い柱5A4,5A6に対応する位置に配置された第2の柱3は、上部層側の一部が省略されてもよい。ただし、どの位置における第2の柱3の上部層側が省略されるかは特に限定されず、どの階層から第2の柱3が省略されるかも、特に限定されない。
As shown in FIG. 1, among the plurality of
図2(b)に示すように、内周側のチューブ架構20よりも内周側の領域は、梁4が設けられない広いスペースが確保されている。当該中央側のスペースには、複数本の第1の柱2が設けられている。具体的には、Y軸方向において、柱5B4,5B6に対応し、X軸方向において柱5A3,5A4,5A5,5A6,5A7に対応する位置に、第1の柱2が設けられている。ただし、中央側のスペースにどのように第1の柱2を配置するかは特に限定されるものではない。
As shown in FIG. 2B, a wide space in which the
次に、柱と梁の寸法関係について説明する。第1の柱2同士のスパンをLとし、上下方向における梁4同士の間隔によって定められる階高をHとしたとき、スパンLは、階高Hの4倍以下、かつ20m以下であることが好ましい。当該値は、梁4の部材角、柱5の軸力、上部架構(すなわち、梁と柱による架構)の鉄骨量、上部架構の水平剛性等を考慮することで導き出されている。なお、より好ましくは、スパンLは、階高Hの3倍以下であってもよい。本実施形態において、第1の柱2同士のスパンLは、第2の柱3を挟んだ免震装置10と免震装置10との間の水平方向における距離を示している。ここでの免震装置10と免震装置10との間の距離は、X軸方向に隣り合う免震装置10同士、またはY軸方向に隣り合う免震装置10同士の距離を示しており、X軸方向及びY軸方向に対して斜め方向において隣り合う免震装置10同士の距離ではない。なお、架構構造100は、複数の第1の柱2及び免震装置10を有しているため、スパンLは、架構構造100の位置によって異なるが、架構構造100中に設定される全てのスパンLが上述の関係を満たしていることが好ましい。ただし、所定の理由により、架構構造100中、一部のスパンLが上述の関係を満たしていなくともよい。
Next, the dimensional relationship between columns and beams will be described. When the span between the
次に、本発明の実施形態に係る建物の架構構造100の作用・効果について説明する。
Next, the action / effect of the
まず、比較のために、図6及び図7を参照して、比較例に係る架構構造200について説明する。例えば、図6に示すように、架構構造200では、全ての柱が構造柱に該当し、下部に免震装置10が設けられる。この場合、図7(a)に示すように、それぞれの構造柱(図5の例では、「第2の柱3」に対応する柱も構造柱として機能する)が長期軸力を負担すると共に、地震時においては、図7(b)に示すように、それぞれの構造柱が水平力を負担する。このように、全ての構造柱に免震装置10が設けられる場合、一つ当たりの免震装置10に作用する長期軸力が少なくなることで、免震装置10の積層ゴムにかかる圧縮力が不十分となる場合がある。このような場合、地震時に免震装置10に作用する引張力が大きくなる可能性がある。従って、このような引っ張りを抑制するために、例えば免震装置10付近の梁にカウンターウェートなどを設ける等の対策が必要となる。これにより、コストが増加してしまうという問題があった。
First, for comparison, the
また、建物の免震効果を向上させるために、免震層(免震装置が設けられている部分)と上部構造(梁と柱で構成される架構)の水平剛性の比を大きくする必要があるが、従来は、免震層に摩擦力の小さなすべり支承などを設けることで、免震層の水平剛性を下げることで、免震効果を向上させていた。従って、この点からも、コストが増加してしまうという問題があった。以上より、免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することが求められていた。 In addition, in order to improve the seismic isolation effect of the building, it is necessary to increase the ratio of the horizontal rigidity of the seismic isolation layer (the part where the seismic isolation device is installed) and the superstructure (the frame composed of beams and columns). However, in the past, the seismic isolation effect was improved by lowering the horizontal rigidity of the seismic isolation layer by providing a sliding bearing with a small frictional force on the seismic isolation layer. Therefore, from this point as well, there is a problem that the cost increases. From the above, it has been required to ensure seismic isolation performance while simplifying the seismic isolation structure.
これに対し、本実施形態に係る架構構造100によれば、免震装置10は、第1の柱2の下部に設けられているが、第2の柱3の下部には設けられておらず、省略されている。このような構造によれば、第1の柱2には長期軸力が作用すると共に、水平剛性を確保する。これに対し、第2の柱3は、下部に免震装置10が設けられていないため、長期軸力をほとんど負担することなく、その分の長期軸力は第1の柱2へ付与される。これにより、免震装置10に圧縮力が作用するため、地震時に第1の柱2の下部の免震装置10に生じる引張力を低減できる。一方、第2の柱3と梁4との接合は、剛接合である。このような構造により、第2の柱3に水平力を伝達することができる。従って、第2の柱3が水平力を支持することができ、架構構造100の水平剛性を高めることができる。このように、第2の柱3は水平力を支持できるため、架構構造100の水平剛性を第1の柱2と共に第2の柱3にて確保することができる。免震装置10を第2の柱3の下部から省略した場合であっても、高いフレキシビリティのある建築空間の提供と、地震時の揺れが極めて小さい免震構造とする。以上により、免震性能を確保することができる。
On the other hand, according to the
例えば、図5(a)に示すように、第2の柱3の下部には免震装置10が設けられておらず、第2の柱3には長期軸力が略作用していない。一方、第2の柱3が構造柱であったならば、本来作用する長期軸力(図7(a)にて、「第2の柱3」に対応する位置における構造柱に作用する長期軸力)は、隣の第1の柱2へ作用する。すると、第1の柱2には、図7(a)の構造柱に作用していた長期軸力に加え、免震装置10が省略された柱の分の長期軸力が追加で作用する。これにより、免震装置10には、比較例に係る架構構造200の免震装置10よりも多くの長期軸力が作用し、免震装置10の積層ゴムに大きな圧縮力が作用する。従って、地震時の免震装置10の引張力が低減される。その一方で、図5(b)に示すように、第2の柱3には、比較例に係る架構構造200の第2の柱3と同様に、十分な水平力が作用する。従って、免震装置10を省略しても、第2の柱3は架構構造100の水平剛性を十分に確保することができる。
For example, as shown in FIG. 5A, the
また、本実施形態に係る建物の架構構造100において、第1の柱2、第2の柱3、及び梁4によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構15,20を備える。このような構成によって、架構構造100の水平剛性を高めることができるため、免震装置10の数を減らした場合でも、地震時に効果的に免震を行うことができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る建物の架構構造100において、第2の柱3は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されている。第2の柱3は長期軸力の負担が極めて小さく、水平剛性だけを確保すればよい。このように、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る建物の架構構造100において、第1の柱2は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されている。第1の柱2についても、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る建物の架構構造100において、第2の柱3は、建物における下部層側に設けられ、上部層側からは省略されている。上部層では確保するべき水平剛性が小さくてよいため、第2の柱3を省略することができる。従って、上部層における第2の柱3を省略することで、上部層における空間を広く利用することができる。
Further, in the
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment.
例えば、第2の柱の配置や本数は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上述の実施形態では、第1の柱と第1の柱との間に一本の第2の柱が設けられていたが、複数の第2の柱が設けられてもよい。 For example, the arrangement and number of the second pillars are not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, one second pillar is provided between the first pillar and the first pillar, but a plurality of second pillars may be provided.
例えば、図3に示すように、内周側のチューブ架構20の内周側の中央空間を更に広く利用するために、当該中央空間における第1の柱の本数を減少させてもよい。また、小梁6も、中央空間には設けず、チューブ架構15とチューブ架構20との間のみに設けてよい。
For example, as shown in FIG. 3, in order to utilize the central space on the inner peripheral side of the
また、図4(a)に示すように、各柱と梁とで構成される各区画内に、ブレース30を配置してもよい。ブレース30は、最下層において、第2の柱の下端部に、地震入力の変動軸力による免震装置への引張力が生じにくくなるように配置する。また、図4(b)に示すように、階高の上下方向における中途位置に中間梁31を設けて水平剛性を高めてもよい。
Further, as shown in FIG. 4A, the
2…第1の柱、3…第2の柱、4…梁、10…免震装置、15…チューブ架構、20…チューブ架構、100…架構構造。 2 ... 1st column, 3 ... 2nd column, 4 ... beam, 10 ... seismic isolation device, 15 ... tube frame, 20 ... tube frame, 100 ... frame structure.
Claims (3)
鉛直方向に延びる複数の第1の柱と、
前記第1の柱間において、鉛直方向に延びる複数の第2の柱と、
水平方向に延びる複数の梁と、
前記建物の下部に設けられた免震装置と、を備え、
前記免震装置は、前記第1の柱の下部に設けられ、前記第2の柱の下部には設けられず、
前記第1の柱及び前記第2の柱と前記梁との接合は、剛接合であり、
前記第1の柱、前記第2の柱、及び梁によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構をなし、
前記第1の柱同士のスパンをLとし、上下方向における前記梁同士の間隔によって定められる階高をHとしたとき、スパンLは、階高Hの4倍以下、且つ20m以下であり、
前記第2の柱の少なくとも一部は、最上層の梁まで達することなく省略されることで、前記建物における上部層側は、下部層側に比して水平剛性が小さい、建物の架構構造。 The tube frame structure of the building
A plurality of first pillars extending in the vertical direction,
A plurality of second pillars extending in the vertical direction between the first pillars,
With multiple beams extending horizontally,
It is equipped with a seismic isolation device provided at the bottom of the building.
The seismic isolation device is provided in the lower part of the first pillar, and is not provided in the lower part of the second pillar.
Junction between the first pillar and the second pillar and the beam, Ri rigid connections der,
The first column, the second column, and the beam form a tube frame configured to surround the central axis when viewed from above.
When the span between the first columns is L and the floor height determined by the distance between the beams in the vertical direction is H, the span L is 4 times or less of the floor height H and 20 m or less.
A frame structure of a building in which at least a part of the second column is omitted without reaching the uppermost beam, so that the upper layer side of the building has lower horizontal rigidity than the lower layer side .
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