JP7409969B2

JP7409969B2 - 浮き上がり機構およびこれを備えた鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート構造

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Publication number: JP7409969B2
Application number: JP2020094170A
Authority: JP
Inventors: 徹也半澤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2024-01-09
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: JP2021188358A

Description

本発明は、浮き上がり機構およびこれを備えた鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート構造に関するものである。

従来、地震時に、建物に生じる転倒モーメントに対し、建物の柱脚ないしは柱中間部の引抜き（浮き上がり）を許容することで、建物自体の損傷を抑制する構造が提案されている（例えば、非特許文献１、２を参照）。

そうした架構を具体化する手段として、例えば特許文献１では、建物基礎上に設置される鋼管柱における柱脚部に取り付けられ、当該柱のロッキングまたは浮き上がりによって減衰部材が降伏して減衰効果を発揮する接合部金物を有する建物が提案されている。

「高知能建築構造システムに関する日米共同構造実験研究（その19）」、石原ほか、日本建築学会大会学術講演梗概集、2001年、pp.219-220 「柱中間部浮き上がり機構を有する架構の地震応答（その6）」、加藤ほか、日本建築学会大会学術講演梗概集、2015年、pp.1255-1256

特開２０１１－１８１５号公報

しかし、上記の従来の特許文献１の架構は、鋼管柱を対象とした構造であるため、そのまま鉄筋コンクリート柱に適用することは難しい。このため、鉄筋コンクリート柱において、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができる機構が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができる浮き上がり機構およびこれを備えた鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る浮き上がり機構は、上下方向に延びる柱状の躯体に設けられる浮き上がり機構であって、上側の躯体の下面に固定される上板と、下側の躯体の上面に固定される下板と、下板の上面に突設されるとともに上板に設けられた貫通孔に対して上下方向に滑動可能に挿通配置されるシアキーと、上板と下板の間に配置されるとともに上下方向の衝撃を吸収する緩衝材とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート柱は、上述した浮き上がり機構を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート構造は、上述した浮き上がり機構を備えることを特徴とする。

本発明に係る浮き上がり機構によれば、上下方向に延びる柱状の躯体に設けられる浮き上がり機構であって、上側の躯体の下面に固定される上板と、下側の躯体の上面に固定される下板と、下板の上面に突設されるとともに上板に設けられた貫通孔に対して上下方向に滑動可能に挿通配置されるシアキーと、上板と下板の間に配置されるとともに上下方向の衝撃を吸収する緩衝材とを備えるので、地震時の躯体の変動軸力によって引張力が作用するとシアキーが上側に滑動して浮き上がる。また、着座する際に生じる衝撃は緩衝材により緩和される。このため、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート柱によれば、上述した浮き上がり機構を備えるので、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート構造によれば、上述した浮き上がり機構を備えるので、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る浮き上がり機構およびこれを備えた鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート構造の実施の形態を示す図であり、（１）は平断面図、（２）は側断面図である。図２は、本実施の形態の要部の分解斜視図である。図３は、解析モデルの説明図であり、（１）は多質点系モデル、（２）は浮き上がりバネのモデル化、（３）は基準階平面である。図４は、ＢＣＪ－Ｌ２×１の場合（浮き上がり無し）の解析結果であり、（１）は応答変位、（２）は層間変形角、（３）は塑性率である。図５は、ＢＣＪ－Ｌ２×２の場合（浮き上がり有り）の解析結果であり、（１）は応答変位、（２）は層間変形角、（３）は塑性率である。図６は、応答性状の比較図であり、（１）は浮き上がり無しの場合、（２）は浮き上がり有りの場合である。

以下に、本発明に係る浮き上がり機構およびこれを備えた鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る鉄筋コンクリート柱１０は、矩形断面の鉄筋コンクリートからなり、上側の躯体１２と、下側の躯体１４と、これら躯体１２、１４間に設けられた本実施の形態の浮き上がり機構１６を備えている。躯体１２、１４は、コンクリート１８の内部に主筋２０と剪断補強筋２２が配筋されたプレキャストコンクリートで構成される。なお、図１（２）では、剪断補強筋２２の図示を省略している。

浮き上がり機構１６は、図１および図２に示すように、上側の躯体１２の下面に固定される上鋼板２４（上板）と、下側の躯体１４の上面に固定される下鋼板２６（下板）と、下鋼板２６の上面に突設されるシアキー２８と、上鋼板２４、下鋼板２６間に配置されるとともに上下方向の衝撃を吸収する緩衝シート３０（緩衝材）とを備える。上鋼板２４の上面と、下鋼板２６の下面には、それぞれ主筋２０が溶接されている。上鋼板２４、下鋼板２６の側端部には、揚重時固定用のボルト孔５０が設けられる。緩衝シート３０は、粘弾性体を用いて構成することができる。

シアキー２８は、上鋼板２４に設けられた貫通孔３２、緩衝シート３０に設けられた貫通孔３４に対して上下方向に滑動可能に挿通配置される。シアキー２８は、下鋼板２６の上面中央に溶接される円形鋼管３６からなる。この鋼管３６の上端の開口には、鋼製蓋３８が取り付いている。鋼管３６の上側部分は上側の躯体１２の下面に挿入配置される。常時荷重および通常の地震力に対しては、シアキー２８により剪断力を伝達する。常時の鉛直圧縮力の範囲で、曲げモーメントも伝達可能である。

なお、下側の躯体１４は、柱梁接合部４０において梁４２と接合している。柱梁接合部４０には、複数の柱主筋貫通用シース管４４が上下方向に配置されている。柱主筋貫通用シース管４４には主筋２０が挿通配置されるともに隙間にグラウト４６が充填される。下側の躯体１４の下面には、主筋用の継手４８が挿入され、この継手４８には、柱梁接合部４０の主筋２０の上部が配置されている。

上記構成の動作および作用について説明する。
例えば巨大地震の際に、建物の転倒曲げモーメントによって生じる柱１０の変動軸力により引張力が作用すると、浮き上がり機構１６のシアキー２８の部分が上側に滑動して躯体１２が浮き上がる。また、着座する際に生じる衝撃は緩衝シート３０により緩和される。このため、本実施の形態によれば、地震時の躯体１２の浮き上がりを許容して躯体１２、１４の変形を低減することができる。これにより、躯体１２、１４の損傷を軽減することができる。

（実施例）
次に、本実施の形態の実施例およびその効果の検証例について説明する。
本検証で使用した解析モデルを図３に示す。この図に示すように、解析モデルは、平面規模２８ｍ×２８ｍ、２０階建てのＲＣ（鉄筋コンクリート）壁付きラーメン構造とした。この構造は本実施例の鉄筋コンクリート構造に相当する。１階の鉄筋コンクリート柱は本実施例の浮き上がり機構１６を備えている。この解析モデルには、自重を超えた引張側の変動軸力に対して耐力が頭打ちとなるマルチリニア型復元力を与えている。

床の単位質量１ｔｏｎ／ｍ^２、階高４ｍ、軒高８０ｍで、アスペクト比は８０／２８＝２．８６、１次固有周期は１．６秒（Ｔ＝０．０２Ｈ、Ｔ：周期（秒）、Ｈ：軒高（ｍ））である。架構の復元力特性は下記の参考文献１を参考に与えている。

［参考文献１］「大振幅地震動に対する超高層建築の応答」、杉野ほか、シンポジウム大振幅地震動に対する設計と地震対策の最新動向、2017年、pp.27-36

入力地震動には、超高層建築の構造設計で多用される日本建築センター模擬波レベル２（ＢＣＪ－Ｌ２）を、１倍（最大３５６ｇａｌ）および２倍として与える。前者をＢＣＪ－Ｌ２×１倍、後者をＢＣＪ－Ｌ２×２倍と表記する。得られた結果を図４、図５に示す。なお、これらの図には、比較例として浮き上がり機構による浮き上がりを考慮しない場合（図中「浮き上がり無し」）の解析結果も併せて示している。図中「浮き上がり有り」が実施例に相当する。

図４に示すように、ＢＣＪ－Ｌ２×１倍の場合、浮き上がりは発生しておらず、浮き上がりを考慮／非考慮の各モデルの応答結果は殆ど差がない。

図５に示すように、ＢＣＪ－Ｌ２×２倍の場合、浮き上がりを考慮したモデル（実施例）では、１階レベルの回転角のため、特に２階での層間変形角（階の相対変位を階高で除した値）は比較例に比べて大きくなる（図中矢印）。しかし、これは回転成分を含んでいるためであり、塑性率を見ると、値の大きかった中間層では寧ろ比較例に比べて低下している（図中矢印）。

これを模式図で示すと、図６のようになる。図６（１）は比較例に相当し、（２）は実施例に相当する。図６（２）に示すように、本実施例の浮き上がり機構により浮き上がりを考慮することにより、変形そのものが小さくなり、躯体の損傷の低減が図られていることが分かる。

したがって、本実施の形態の浮き上がり機構１６によって鉄筋コンクリート柱１０の浮き上がりを許容することで、地震時の躯体の損傷の軽減を図ることができる。

以上説明したように、本発明に係る浮き上がり機構によれば、上下方向に延びる柱状の躯体に設けられる浮き上がり機構であって、上側の躯体の下面に固定される上板と、下側の躯体の上面に固定される下板と、下板の上面に突設されるとともに上板に設けられた貫通孔に対して上下方向に滑動可能に挿通配置されるシアキーと、上板と下板の間に配置されるとともに上下方向の衝撃を吸収する緩衝材とを備えるので、地震時の躯体の変動軸力によって引張力が作用するとシアキーが上側に滑動して浮き上がる。また、着座する際に生じる衝撃は緩衝材により緩和される。このため、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができる。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート柱によれば、上述した浮き上がり機構を備えるので、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができる。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート構造によれば、上述した浮き上がり機構を備えるので、地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減することができる。

以上のように、本発明に係る浮き上がり機構およびこれを備えた鉄筋コンクリート柱、鉄筋コンクリート構造は、鉄筋コンクリート構造物に有用であり、特に、鉄筋コンクリート柱における地震時の浮き上がりを許容して躯体の損傷を軽減するのに適している。

１０鉄筋コンクリート柱
１２，１４躯体
１６浮き上がり機構
１８コンクリート
２０主筋
２２剪断補強筋
２４上鋼板（上板）
２６下鋼板（下板）
２８シアキー
３０緩衝シート（緩衝材）
３２，３４貫通孔
３６鋼管
３８鋼製蓋
４０柱梁接合部
４２梁
４４シース管
４６グラウト
４８継手
５０ボルト孔

Claims

上下方向に延びる柱状の躯体に設けられる浮き上がり機構であって、
上側の躯体の下面に固定される上板と、下側の躯体の上面に固定される下板と、下板の上面に突設されるとともに上板に設けられた貫通孔に対して上下方向に滑動可能に挿通配置されるシアキーと、上板と下板の間に配置されるとともに上下方向の衝撃を吸収する緩衝材とを備えることを特徴とする浮き上がり機構。
請求項１に記載の浮き上がり機構を備えることを特徴とする鉄筋コンクリート柱。
請求項１に記載の浮き上がり機構を備えることを特徴とする鉄筋コンクリート構造。