JP6896443B2

JP6896443B2 - 柱の構造

Info

Publication number: JP6896443B2
Application number: JP2017023135A
Authority: JP
Inventors: 淳仲宗根
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-02-10
Also published as: JP2018127862A

Description

本発明は、地震力を受けて生じる建物の揺れを抑制する柱の構造に関する。

従来、地震の発生に伴って生じる建物の揺れを抑制する柱の構造が提案されている（後記特許文献１参照）。この柱は、上下方向に互いに間隔をおいて配置された上部柱部材及び下部柱部材と、上部及び下部の両柱部材間に配置された、下部柱部材上に上部柱部材を支持する支持部材及び互いに相対する一対のパネル形状のダンパー（せん断型パネルダンパー）とを備える。支持部材はこれに鉛直荷重を及ぼす建物を支える働きをなし、せん断型パネルダンパーは、建物に地震力が作用するとき、その塑性変形により地震エネルギーの一部を吸収し、建物の揺れを抑制する制震の働きをなす。

特開２０１４−５８７９０号公報

ところで、建物の揺れの抑制は、建物の規模、用途、構造形式、形状等によって、免震技術によることが好ましい場合と、制震技術によることが好ましい場合とがある。
本発明の目的は、建物が有する固有の事情である規模、用途、構造形式、形状等に応じて、免震技術又は制震技術を適用することが可能である柱の構造を提供することにある。

本発明に係る柱の構造は、上下方向に互いに間隔をおいて配置された上部柱部材及び下部柱部材と、上部及び下部の両柱部材に固定され上下方向に互いに相対する一対のベースプレートと、両ベースプレート間に配置され、前記下部柱部材上に前記上部柱部材を支持する支持部材と、両ベースプレートに固定され上下方向へ伸びる、互いに相対する少なくとも一対の鋼製の棒状部材と、両ベースプレート又は前記支持部材に支持された、各棒状部材の座屈を防止するための座屈防止部材とを備える。

本発明によれば、建物に地震力が作用するとき、上部及び下部の両柱部材に固定された一対のベースプレート間の支持部材が前記建物を支える働きをなし、また、座屈防止部材による座屈防止作用を受ける少なくとも一対の棒状部材がそれぞれの軸線方向に変形し、前記建物の揺れを抑制する働きをなす。

本発明にあっては、少なくとも一対の棒状部材について、これらの断面積、長さ寸法等の選定により、これらの曲げ剛性を所望の大きさに設定することができる。前記曲げ剛性の大きさを比較的小さいものに設定することにより、前記棒状部材が免震機能を有するものとすることができる。また、前記棒状部材の耐力の大きさの選定により、前記棒状部材をダンパーのような制震機能を有するものとすることができる。したがって、本発明によれば、建物が有する固有の事情である建物の規模、用途、構造形式、形状等に応じて、地震時における建物の揺れを抑制するのに適する技術として免震技術又は制震技術の選択適用が可能である。

前記支持部材は、コンクリートが充填された鋼管（コンクリート充填鋼管）と、前記コンクリートに埋設され前記鋼管内をその軸線に沿って伸びる鉄筋とを有する。前記鉄筋はねじ山が設けられた両端部を有し、該両端部はそれぞれ両ベースプレートに設けられた２つの孔を経て伸びている。前記コンクリート充填鋼管は、前記鉄筋の両端部にそれぞれ螺合された２つのナットを介して両ベースプレートに固定されている。

各ベースプレートは各棒状部材の各端部が通された孔を有し、また、各棒状部材の各端部はねじ山を有し、各棒状部材は、各ベースプレートの上下にそれぞれ配置されかつ各棒状部材の各端部にそれぞれ螺合された一対のナットを介して、両ベースプレートに固定されているものとすることができる。これによれば、地震後における前記棒状部材の交換を容易に行うことができる。

前記座屈防止部材は、前記支持部材に水平に支持された、各棒状部材が貫通する孔を有する板体、あるいは、両ベースプレートの相互間隔より小さい長さ寸法を有する管体であって各棒状部材の周囲を取り巻く管体からなるものとすることができる。前記管体は、両ベースプレートの一方に固定されたものとすることができる。前記板体の孔の壁及び前記管体の内壁はそれぞれ各棒状部材の曲りを抑制する働きをなし、これにより、前記棒状部材がその軸線方向に圧縮力を受けるときにこれが座屈することが防止される。

本発明の一実施形態に係る柱の構造の一部を示す斜視図である。図１に示す柱の構造の部分縦断面図である。座屈防止部材の一例を示す平面図である。本発明の他の実施形態に係る柱の構造の一部を示す斜視図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る柱１０の構造が示されている。

建物の構成要素である柱１０は、上下方向に互いに間隔をおいて配置された上部柱部材１２及び下部柱部材１４を備える。図示の上部柱部材１２及び下部柱部材１４はそれぞれ角形の鋼管からなる。上部及び下部の両柱部材１２、１４は、図示の例に代えて、例えばＨ形鋼からなるもの、あるいは鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート等からなるものであってもよい。

柱１０は、さらに、上部及び下部の両柱部材１２、１４、より詳細には上部柱部材１２の下端面及び下部柱部材１４の上端面に例えば溶接によりそれぞれ固定され上下方向に互いに相対する一対の鋼製のベースプレート１６、１８を備える。図示の各ベースプレート１６、１８は矩形の平面形状を有する。上方のベースプレート１６及び下方のベースプレート１８はそれぞれ上部柱部材１２の前記下端面及び下部柱部材１４の前記上端面を覆いかつ各ベースプレート１６、１８の一部が上部及び下部の各柱部材１２、１４の前記端面から水平方向へ張り出している。

柱１０は、また、両ベースプレート１６、１８間に配置された支持部材２０と、両ベースプレート１６、１８に固定され上下方向へ伸びる、互いに相対する一対の鋼製の棒状部材２２と、支持部材２０に支持された座屈防止部材２４とを備える。

支持部材２０は下部柱部材１４上に上部柱部材１２を支持する。支持部材２０は前記建物の鉛直荷重を上部柱部材１２から下部柱部材１４に伝達し、前記建物を支える働きをなす。支持部材２０は、コンクリート２６が充填された鋼管２８すなわちコンクリート充填鋼管からなるものとすることができる。

支持部材２０は、好ましくは、さらに、前記コンクリート充填鋼管のコンクリート２６に埋設され鋼管２８内をその軸線に沿って伸びる鉄筋３０を有する。これによれば、地震時に前記コンクリート充填鋼管に作用する引張力に対する前記コンクリート充填鋼管の抵抗能力をより増大させることができる。図示の例において、鉄筋３０はねじ山が設けられた両端部３０ａを有し、両端部３０ａはそれぞれ両ベースプレート１６、１８に設けられた２つの孔１６ａ、１８ａを経て上部柱部材１２内及び下部柱部材１４内に伸びている。前記コンクリート充填鋼管は、鉄筋３０の両端部３０ａにそれぞれ螺合された２つのナット３２を介して両ベースプレート１６、１８に固定されている。

支持部材２０は、前記コンクリート充填鋼管又は鉄筋３０を有する前記コンクリート充填鋼管で構成する図１及び図２に示す例に代えて、例えば鉄骨からなるもの、図４に示すような鉄筋コンクリート製又は鋼製の壁体からなるもの、あるいは鉄筋コンクリート製又は鋼製の角柱、円柱等からなるもの（図示せず）とすることができる。

図示の各棒状部材２２は、ねじ山が設けられた両端部２２ａを有する。上方のベースプレート１６及び下方のベースプレート１８は、さらに、２つの孔１６ｂ及び２つの孔１８ｂをそれぞれ有する。各棒状部材２２の両端部２２ａはそれぞれ両ベースプレート１６、１８の２つの孔１６ｂ、１８ｂに通され上方及び下方へ伸びている。各棒状部材２２は、各ベースプレート１６、１８の上下に配置されかつ各棒状部材２２の各端部２ａにそれぞれ螺合された一対のナット３２、３４を介して、両ベースプレート１６，１８に固定されている。これにより、各棒状部材２２の両ベースプレート１６、１８間の間隔を一定に保持することができる。一対の棒状部材２２は、それぞれ、前記建物が水平方向に地震力を受けて柱１０に曲げが生じるとき、引張力及び圧縮力を受けてこれらの軸線方向に伸縮し、前記建物の揺れを抑制する働きをなす。

棒状部材２２の断面積、長さ寸法等の選定により、棒状部材２２の曲げ剛性を所望の大きさに設定することができる。前記曲げ剛性の大きさを比較的小さいものに設定するとき、棒状部材２２は免震機能を発揮し、前記建物の揺れの抑制に寄与する。また、棒状部材２２の耐力の大きさの選定により、棒状部材２２はダンパーのような制震機能を発揮し、前記建物の揺れの抑制に寄与する。このことから、前記建物が有する固有の事情、すなわち建物の規模、用途、構造形式、形状等に応じて、免震機能優位の柱１０の構造、又は、制震機能優位の柱１０の構造とすることができる。

座屈防止部材２４は、支持部材２０に水平に支持された鋼製の板体、例えば円板からなるものとすることができる。図示の例にあっては、前記円板は、その中心部に設けられた円形の孔２４ａを有する。前記円板は、予想される両ベースプレート１６、１８間における棒状部材２２の座屈発生位置、例えば両ベースプレート１６、１８間の中間位置に配置され、その孔２４ａを経て伸びる支持部材２０の鋼管２８に溶接により固定されている。

座屈防止部材２４を構成する前記円板は、一対の棒状部材２２がそれぞれ貫通する一対の孔２４ｂを有する。棒状部材２２は孔２４ｂの壁面（孔壁面）に接して、あるいは、前記孔壁面との間にわずかな間隔（例えば、（棒状部材２２の長さ（ｍｍ））／３００）をおいて伸びている。棒状部材２２は、その軸線方向に圧縮力を受けるとき、孔２４ｂの壁面により、その弾性範囲を超える湾曲を抑制され、これによりその座屈が防止される。座屈防止部材２４は、図示の例に代えて、互いに平行な２つ以上の板体からなるものとすることができる。また、座屈防止部材２４は、図２に想像線で示すように、各棒状部材２２の周囲を取り巻く管体からなるものとすることができる。前記管体（２４）は、上下の両ベースプレート１６、１８の相互間隔より小さい長さ寸法を有し、その上下両端のうちの一方、例えば下端において下方のベースプレート１８に固定され、その上端が上方のベースプレート１６の拘束を受けない自由端とされている。このため、前記管体（２４）は地震時における両ベースプレート１６、１８の動きに追随した変形を免れ、これにより、棒状部材２２の座屈に対するその防止機能が担保される。なお、この例に代えて、前記管体（２４）の両端のいずれもが両ベースプレート１６、１８のいずれに対しても非固定状態にあるものとすることが可能である。また、前記管体（２４）は、支持部材２０に貫通されかつ該支持部材に固定された、両ベースプレート１６、１８と平行な１又は複数の板部材（図示せず）を介して、支持部材２０により支持することができる。この場合、前記管体は前記板部材に設けられた孔に通されかつ前記板部材に固定される。

一対の棒状部材２２とする図示の例に代えて、任意の位置に配置された複数対の棒状部材とすることができる。好ましくは、図３に示すように、互いに相対する複数対（図示の例では四対）の棒状部材２２（便宜的に、符号２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ及び２２Ｄを付す。）とすることができる。図示の例にあっては、前記建物に対する地震の入力方向に対してできる限り対応可能とすべく、二対の棒状部材２２Ａ、２２Ｂが支持部材２０の周りに９０度の角度的間隔をおいて配置され、また、二対の棒状部材２２Ｃ、２２Ｄが支持部材２０の周りに９０度の角度的間隔をおいて配置されている。また、図示の例において、座屈防止部材２４は矩形の板体からなり、各棒状部材２２を通す複数（図示の例において８つ）の孔２４ｂを有する。

１０柱
１２上部柱部材
１４下部柱部材
１６、１８ベースプレート
２０支持部材
２２棒状部材
２４座屈防止部材
２６コンクリート
２８鋼管
３０鉄筋

Claims

上下方向に互いに間隔をおいて配置された上部柱部材及び下部柱部材と、
上部及び下部の両柱部材に固定され上下方向に互いに相対する一対のベースプレートと、
両ベースプレート間に配置され前記下部柱部材上に前記上部柱部材を支持する支持部材と、
両ベースプレートに固定され上下方向へ伸びる、互いに相対する少なくとも一対の鋼製の棒状部材と、
両ベースプレート又は前記支持部材に支持された、各棒状部材の座屈を防止するための座屈防止部材とを備え、
前記支持部材はコンクリートが充填された鋼管と、前記コンクリートに埋設され前記鋼管内をその軸線に沿って伸びる鉄筋であってねじ山が設けられた両端部を有し、該両端部がそれぞれ両ベースプレートに設けられた２つの孔を経て伸びる鉄筋とを有し、前記コンクリートが充填された鋼管は、前記鉄筋の両端部にそれぞれ螺合された２つのナットを介して両ベースプレートに固定されている、柱の構造。
各ベースプレートは各棒状部材の各端部が通された孔を有し、また、各棒状部材の各端部はねじ山を有し、
各棒状部材は、各ベースプレートの上下にそれぞれ配置されかつ各棒状部材の各端部にそれぞれ螺合された一対のナットを介して、両ベースプレートに固定されている、請求項１に記載の柱の構造。
前記座屈防止部材は、前記支持部材に水平に支持された、各棒状部材が貫通する孔を有する板体からなる、請求項１又は２に記載の柱の構造。
前記座屈防止部材は、両ベースプレートの相互間隔より小さい長さ寸法を有する管体であって各棒状部材の周囲を取り巻く管体からなる、請求項１又は２に記載の柱の構造。
前記管体は両ベースプレートの一方に固定されている、請求項４に記載の柱の構造。