JP7095836B2 - 建物構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物構造に関する。

特許文献１には、建築物における耐震架構構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、地震力を主に負担させる柱・梁からなる耐震架構構面を、外周構面の少なくとも一部に集中配置し、外周構面以外には耐震架構構面を設けていない。また、地震力を主に負担させる耐震架構構面を構成する柱及び梁は鉄筋コンクリート部材とし、梁に作用する鉛直荷重を主に負担させる柱及び梁は開断面鉄骨部材としている。

特許文献２には、外壁を有する建物の耐震構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、外周構面を鉄筋コンクリート造で構成し、外周構面以外の架構を開断面鋼製部材で構成している。

特許文献３には、建物に関する技術が開示されている。この先行技術では、外周を囲む外壁は鉄筋コンクリート製の壁梁及び壁柱で構成され、外壁の内部には鉄骨製の柱梁架構が配置されている。そして、外壁と柱梁架構との間には、一端が外壁の壁柱と接合され、他端が柱梁架構の柱と接合された鉄骨梁が設けられている。

特許文献４には、積載荷重の大きい建物などに適用される二段梁構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、上梁と下梁とが束材により連結一体化されることで二段梁となっている。

特開２００５-３５０８６０号公報 特開２００６-０２２６３９号公報 特開２０１５-０４０３８１号公報 特開２００４-２７０２１６号公報

いずれの先行文献にもスラブの下面に沿って配管又は配線を配設する場合、スラブを支持する鉄骨梁に配管又は配線が通る貫通孔を形成する必要が生じる。しかし、鉄骨梁に配管又は配線が通る貫通孔を形成すると、鉄骨梁の耐力性能が低下する。

或いは、貫通孔を形成しないで鉄骨梁の下側を配管又は配線が横断する構成の場合は、天井高を確保すると、階高が高くなる。

本発明は上記事実に鑑み、階高を抑えつつ、鉄骨梁に貫通孔をあけることなく、鉄骨梁を横断するように配管又は配線を配設することが目的である。

第一態様は、建物の地震力を負担する耐震要素と、前記建物の内部に配置され、少なくとも一方の端部がピン接合とされると共に前記ピン接合側の前記端部の梁成が該端部以外の梁成よりも小さい鉄骨梁と、を備えた建物構造である。

第一態様の建物構造では、構造設計上、耐震要素が地震力を負担するので、建物の内部の鉄骨梁は、長期荷重のみを負担すればよい。よって、鉄骨梁の少なくとも一方の端部をピン接合とすることができる。鉄骨梁のピン接合側の端部には、構造設計上、曲げモーメートが発生しないので、鉄骨梁のピン接合側の端部の梁成を該端部以外の梁成よりも小さくすることができる。

そして、鉄骨梁のピン接合側の端部の梁成の小さい部分を配管又は配線を配設するスペースとすることで、階高を抑えつつ、鉄骨梁に貫通孔をあけることなく、鉄骨梁を横断するように配管又は配線を配設することができる。

第二態様は、前記鉄骨梁における両方の前記端部の間の中間部には、前記鉄骨梁に直交する方向に沿った梁が接続されていない、第一態様に記載の建物構造である。

第二態様の建物構造では、鉄骨梁における両方の端部の間の中間部には、鉄骨梁に直交する方向に沿った梁が接続されていないので、鉄骨梁の長手方向に沿って配管又は配線を配設することができる。

第三態様は、前記耐震要素は、前記建物の外周を構成する外周架構である、第一態様又は第二態様に記載の建物構造である。

第三態様の建物構造では、建物の外周を構成する外周架構が地震力を負担するので、建物の内部に設ける地震力を負担する耐震壁やコア部を削減できる。よって、建物の内部の配管又は配線の配設の自由度が向上する。

本発明によれば、階高を抑えつつ、鉄骨梁に貫通孔をあけることなく、鉄骨梁を横断するように配管又は配線を配設することができる。

第一実施形態の建物構造が適用された建物の内部を模式的に示す平面図である。 第一実施形態の建物構造が適用された建物の内部を模式的に示す図１の２－２線に沿った縦断面図である。 （Ａ）は鉄骨梁の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の３Ｂ－３Ｂ線に沿った断面図である。 鉄骨梁と外周架構の柱とがピン接合された部位の断面図である。 鉄骨梁と内部架構の柱とがピン接合された部位の断面図である。 鉄骨梁と内部架構の梁とがピン接合された部位の断面図である。 第二実施形態の建物構造が適用された建物の内部を模式的に示す平面図である。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態の建物構造について説明する。

［構造］
先ず、本発明の一実施形態の建物構造が適用された建物の要部構造について説明する。なお、水平方向の直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、それぞれ矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向をＺ方向とし、矢印Ｚで示す。

図１に示すように、本実施形態の建物構造１００は、建物１０の外周を構成する外周架構１１０と、建物１０の内部１２に間隔をあけて平行に複数配置された鉄骨梁１５０と、を有している。

本実施形態では、建物１０の外周を構成する外周架構１１０は、鉄筋コンクリート造の柱１１２及び梁１１４等で構成されている（図２及び図４も参照）。また、構造計算上、建物１０に作用する地震力を外周架構１１０が負担するように構成されている。

本実施形態では、建物１０の内部１２の内部架構２０は、鉄骨造となっている。内部架構２０は、鉄骨柱２２、鉄骨梁２４及び前述の鉄骨梁１５０を含んで構成されている。鉄骨梁２４は、建物１０の内部１２にＹ方向の中央部分にＸ方向に沿って配置されている。なお、本実施形態の鉄骨柱２２は、鋼管（図５も参照）で構成され、鉄骨梁２４（図６も参照）はＨ形鋼で構成されているが、これらに限定されるものではない。また、鉄骨梁２４の端部２４Ａは、本実施形態では剛接合となっている。

鉄骨梁１５０は、建物１０の内部１２にＹ方向に沿って配置され、Ｘ方向に間隔をあけて平行に配置されている。鉄骨梁１５０の一方の端部１５０Ａは、外周架構１１０の柱１１２に接合されている（図２及び図４も参照）。鉄骨梁１５０の他方の端部１５０Ａは、建物１０の内部１２の鉄骨柱２２又は鉄骨梁２４に接合されている（図２、図５及び図６参照）。

図２及び図６に示すように、これら鉄骨梁２４（図６を参照）及び鉄骨梁１５０にスラブ３０が支持されている。

図１に示すように、本実施形態の建物１０は、内部１２のＸ方向の両外側がコア部４０となっている。別の観点から説明すると、内部１２におけるＸ方向の両外側に配置された鉄骨梁１５０と外周架構１１０との間がコア部４０となっている。なお「コア部」とは、階段やエレベーター等の共用施設や設備スペース等まとめて配置した建物部分のことである。

図３（Ａ）に示すように、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａの梁成は、端部１５０Ａと端部１５０Ａとの間の中間部１５０Ｂよりも梁成が小さい。鉄骨梁１５０は、Ｈ形鋼で構成された上側部１５２と、上側部１５２よりも長手方向の長さが短いＨ形鋼で構成された下側部１５４と、で構成されている。そして、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、これら長さの異なる二本のＨ形鋼の上側部１５２のフランジ１５３と下側部１５４のフランジ１５５とを上下に重ねてボルト接合され一体化されている（図４、図５及び図６も参照）。

また、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、構造計算上、ピン接合になっている。

具体的には、図４に示すように、外周架構１１０に接合する鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、鉄筋コンクリート造の外周架構１１０を構成する柱１１２と接合部材２００を介してボルト接合されている。接合部材２００は、取付板部２０２にガセットプレート２０４が溶接されることで平面視Ｔ字状に構成された鋼製の部材である。

接合部材２００の取付板部２０２は、柱１１２に埋設されたアンカーボルト１９０によって柱１１２にボルト締結されている。また、接合部材２００のガセットプレート２０４には、鉄骨梁１５０の上側部１５２のウェブ１５１がボルト接合されている。このような構造とすることにより、図４に示す鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは柱１１２にピン接合されている。

図５に示すように、鉄骨柱２２に接合する鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、鉄骨柱２２に設けられたガセットプレート２１０にボルト接合されている。このような構造とすることにより、図５に示す鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、鉄骨柱２２にピン接合されている。

図６に示すように、鉄骨梁２４に接合する鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、鉄骨梁２４に設けられたガセットプレート２１８にボルト接合されている。このような構造とすることにより、図６に示す鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、鉄骨梁２４にピン接合されている。

ここで、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、ガセットプレート２０４、２１０、２１８にボルト接合されており、実際は半剛接や非完全剛接等であり、完全なピン接合ではない。しかし、建築物において、一般的にボルト接合は、構造設計上、ピン接合として扱っておいる。よって、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａも、ピン接合として扱う。

図２に示すように、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは梁成が小さく、この部分のスペースＳ１、Ｓ２（図４、図５及び図６も参照）を、図１に示す矢印Ｋ１のように、図示していない配管又は配線がＸ方向に沿ってスラブ３０（図２参照）の下を配設されている。

図１に示すように、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａと端部１５０Ａとの間の中間部１５０Ｂには、鉄骨梁１５０に直交する方向に沿った小梁が接合されていない。つまり、隣り合う鉄骨梁１５０の中間部１５０Ｂ間には、小梁が掛け渡されていない。よって、図１に示す矢印Ｋ２のように、図示していない配管又は配線は、鉄骨梁１５０に沿ったＹ方向に沿ってスラブ３０（図２参照）の下を配設されている。

なお、図１に示す配管又は配線の配設ライン（矢印Ｋ１、Ｋ２）は、一例であって、これに限定されるものではない。

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

構造設計上、耐震要素の一例である外周架構１１０が地震力を負担するので、建物１０の内部１２の鉄骨梁１５０は、長期荷重のみを負担すればよい。よって、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａをピン接合とすることができる。鉄骨梁１５０のピン接合された端部１５０Ａには、構造設計上、曲げモーメートが発生しないので、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａの梁成を小さくすることができる。

そして、前述したように、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａの梁成の小さい部分のスペースＳ１，Ｓ２に配管又は配線を配設することで、階高を抑えつつ、鉄骨梁１５０に貫通孔をあけることなく、鉄骨梁１５０を横断するように（本実施形態ではＸ方向沿って）配管又は配線を配設することができる。

更に、本実施形態では、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａと端部１５０Ａとの間の中間部１５０Ｂには、小梁が接続されていないので、鉄骨梁１５０の長手方向（本実施形態ではＹ方向）に沿って配管又は配線を直線状に配設することができる。

また、建物１０の外周を構成する外周架構１１０が地震力を負担するので、内部１２に設ける地震力を負担する耐震壁やコア部を削減できる。そして、本実施形態では、外側に配置された鉄骨梁１５０と外周架構１１０との間（建物１０の内部１２におけるＸ方向の外側部分）にコア部４０が配置されている。

よって、建物１０の内部１２における鉄骨梁１５０の端部１５０Ａの梁成の小さい部分のスペースＳ１、Ｓ２がＸ方向に連続する。したがって、内部１２におけるコア部４０とコア部４０との間を鉄骨梁１５０に直交するＸ方向に沿って配管又は配線を直線状に配設することができる。

つまり、図１に矢印Ｋ１、Ｋ２で示すように、スラブ３０（図２参照）下の天井懐を自由な配管又は配線を配設するルートとすることが可能となり、初期計画時及び将来の変更等に対するフレキシビリティーが向上する。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は簡略又は省略する。

［構造］
先ず、本発明の一実施形態の建物構造が適用された建物の要部構造について説明する。なお、水平方向の直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、それぞれ矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向をＺ方向とし、矢印Ｚで示す。

図７に示すように、本実施形態の建物構造１０１は、建物１１の内部１３の中心部分に設けられた鉄筋コンクリート造の柱２１２及び耐震壁２１４で囲まれたコア部２４０と、内部１３に設けられた鉄骨梁１５０と、を有している。また、建物１１の外周架構２２０は、鉄筋コンクリート造の柱２２２及び梁２２４等で構成されている。

本実施形態では、前述したように、建物１１の内部１３のコア部２４０は、耐震壁２１４で囲まれており、コア部２４０で建物１１の地震力を負担する。

鉄骨梁１５０は、建物１１の内部１３のコア部２４０の柱２１２と外周架構２２０の柱２２２とに接合されている。鉄骨梁１５０は、二本ずつ平行に配置されている。そして、鉄骨梁１５０及びコア部２４０にスラブ３０（図２参照）が支持されている。

なお、第一実施形態と同様に、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、構造計算上、ピン接合になっている（図４、図５及び図６を参考）。また、図３に示すように、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは、端部１５０Ａと端部１５０Ａとの間の中間部１５０Ｂよりも梁成が小さい。

そして、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａは梁成が小さく、この部分のスペースＳ１、Ｓ２（図２、図４、図５及び図６を参考）を、図７の矢印Ｋ３、Ｋ４のように、図示していない配管又は配線が、環状にスラブ３０（図２参照）の下を配設されている。

また、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａと端部１５０Ａとの間の中間部１５０Ｂには、鉄骨梁１５０に直交する方向に沿った小梁が接合されていない。つまり、隣り合う鉄骨梁１５０の中間部１５０Ｂ間には小梁が掛け渡されていない。よって、矢印Ｋ５のように、配管又は配線は、スラブ３０（図２参照）の下を鉄骨梁１５０に沿った方向に配設されている。

なお、図７に示す配管又は配線の配設ライン（矢印Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５）は、一例であって、これに限定されるものではない。

［作用及び効果］
次に本実施形態の作用及び効果について説明する。

構造設計上、耐震要素の一例であるコア部２４０が地震力を負担するので、建物１１の内部１３の鉄骨梁１５０は、長期荷重のみを負担すればよい。よって、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａをピン接合とすることができる。鉄骨梁１５０のピン接合された端部１５０Ａには、構造設計上、曲げモーメートが発生しないので、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａの梁成を小さくすることができる。

そして、前述したように、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａの梁成の小さい部分のスペースＳ１、Ｓ２に配管又は配線を配設することで、階高を抑えつつ、鉄骨梁１５０に貫通孔をあけることなく、鉄骨梁１５０を横断するように配管又は配線を配設することができる。

なお、建物１１の内部１３の中心部分にコア部２４０が配置されているので、コア部２４０の周囲を環状（矢印Ｋ３及び矢印Ｋ４）に配管又は配線を配設することができる。

また、本実施形態では、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａと端部１５０Ａとの間の中間部１５０Ｂには、小梁が接続されていないので、鉄骨梁１５０の長手方向に沿って（矢印Ｋ５）配管又は配線を直線状に配設することができる。

つまり、図７に矢印Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５で示すように、スラブ３０（図２参照）下の天井懐を自由な配管又は配線を配設するルートとすることが可能となり、初期計画時及び将来の変更に対するフレキシビリティーが向上する。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、第一実施形態では、鉄骨梁２４の端部２４Ａは剛接合であったが、鉄骨梁１５０と同様にピン接合としてもよい。その場合、鉄骨梁２４の端部２４Ａの梁成を中間部の梁成よりも小さくし、配管又は配線が配設するスペースとしてもよい。

また、例えば、第一実施形態の鉄骨柱２２及び鉄骨梁２４は、鉄骨造以外、例えば鉄筋コンクリート造の柱及び梁であってもよい。

また、例えば、第一実施形態の外周架構１１０、第二実施形態のコア部２４０及び外周架構２２０は、鉄筋コンクリート造であったが、これに限定されない。例えは、鉄骨鉄筋コンクリート造であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、全ての鉄骨梁１５０の端部１５０Ａがピン接合され梁成が小さかったが、これに限定されない。少なくとも一本の鉄骨梁１５０の端部１５０Ａがピン接合され梁成が小さければよい。また、鉄骨梁１５０の端部１５０Ａのいずれか一方の端部１５０Ａのみがピン接合であってもよい。なお、この場合、ピン接合された側の端部１５０Ａのみの梁成が小さい。

また、例えば、上記実施形態では、鉄骨梁１５０は、Ｈ形鋼で構成された上側部１５２と、上側部１５２よりも長手方向の長さが短いＨ形鋼で構成された下側部１５４と、で構成されているが、これに限定されない。ピン接合された側の端部１５０Ａの梁成が小さくなった構造の鉄骨梁１５０であれば、どのような構造であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、鉄骨梁１５０の中間部１５０Ｂには、小梁が接合されていなかったが、これに限定されない。鉄骨梁１５０の中間部１５０Ｂに小梁が接合されていてもよい。なお、鉄骨梁１５０の中間部１５０Ｂに小梁が接合されている場合は、配管又は配線は、小梁に貫通孔をあけて配設してもよいし、小梁の下を配設してもよい。また、小梁の端部をピン接合して、端部の梁成を小さくして配管又は配線を配設してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、建物１０では地震力を負担する耐震要素は外周架構１１０で、建物１１では地震力を負担する耐震要素はコア部２４０であったが、これらに限定されない。どのような耐震要素であってもよい。

更に、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。

１０ 建物
１１ 建物
１２ 内部
１３ 内部
１００ 建物構造
１０１ 建物構造
１１０ 外周架構（耐震要素の一例）
１５０ 鉄骨梁
１５０Ａ 端部
２４０ コア部（耐震要素の一例）

Claims (5)

1. 建物の外周を構成し、前記建物の地震力を負担する鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の柱梁で構成された外周架構と、
   前記建物の内部に間隔をあけて平行に複数配置され、一方の端部の梁成が中間部の梁成よりも小さいと共に前記一方の端部が前記外周架構にピン接合された鉄骨梁と、
   を備え、
   前記外周架構は、前記鉄骨梁がピン接合された第一外周架構と、前記第一外周架構と直交する方向の第二外周架構と、を有して構成され、
   前記建物の内部には、両端部が前記第二外周架構に剛接合された柱梁架構を有し、
   前記鉄骨梁は、前記柱梁架構の長手方向と直交する直交方向の両側に前記直交方向に沿って設けられ、他方の端部の梁成が前記中間部の梁成よりも小さいと共に前記他方の端部が前記柱梁架構にピン接合されている、
   建物構造。
2. 前記建物の内部には、平面視において、最も外側に配置された前記鉄骨梁と前記第二外周架構との間に、コア部が設けられている、
   請求項１に記載の建物構造。
3. 建物の内部の中央部に設けられ、前記建物の地震力を負担する鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の柱及び耐震壁で構成されたコア部と、
   前記建物の内部に間隔をあけて平行に複数配置され、一方の端部の梁成が中間部の梁成よりも小さいと共に前記一方の端部が前記コア部にピン接合された鉄骨梁と、
   を備えた建物構造。
4. 前記鉄骨梁における両方の端部の間の中間部には、前記鉄骨梁に直交する方向に沿った梁が接続されていない、
   請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の建物構造。
5. 前記鉄骨梁は、長さの異なる二本のＨ形鋼のフランジ同士を上下に重ねてボルト接合されて構成されている、
   請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の建物構造。

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