JPH01154970A - 建築構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、地震等の外ノＪに対して良好な耐震効果を
示す建築構造物に関する。

「従来の技術およびその問題点」 従来、建築構造物に適用されている耐震設計法は、比較
的生起頻度の高い地震のような規模の外力に対して、前
記建築構造物を構成する部材に発生する応力が許容応力
度以内であるように　各部材の強度及びその構造を決定
するような設計法であった。即ち、一般に使用されてい
る建築構造物の部材は、第６図に示すように、荷重Ｑと
変位量δとがフックの法則に従う弾性域（図中１〜ｂ間
）と、このフックの法則に従わない塑性域（図中ｂ−ｂ
′〜Ｃ）とからなる復元力特性を持つと考えられるので
、前記規模の外力に対して前記各部材が常時弾性域内で
挙動するように、建築構造物を設計するのである。ここ
で、第６図において、δｙは降伏変位量、Ｑｙは許容剪
断力と呼ばれる量である。

又、前記建築構造物の耐用年限内に発生が予想される最
大級の地震のような規模の外力に対しては、前記建築構
造物全体の部材に若干の塑性変形を許容するが、この建
築構造物が倒壊しな（）ればよい、という考えが認めら
れており、この、いわゆる塑性化を指向した終局設計法
と呼ばれる設計法が実際に適用されつつある。しかし、
前言己終局設計法においては、塑性化させる部材の位置
、塑性化の程度等が必ずしも明確ではない。

この発明は、前記終局設計法の思想を更に発展させたも
のであり、前記外力によるエネルギー吸収量を的確に把
握することを可能にし、また設計」二の自由度を増加さ
且ると共に、建築構造物全体のコストダウンを図りうる
建築構造物を如何にして実現するかを問題にしている。

１問題点を解決するだめの手段」 本発明者等は、前記問題点に鑑みて鋭意研究した結果、
以下の知見を得るに至った。すなわち、エネルギー理論
に基づく耐震極限設計法によれば、建築物各層の強度（
降伏剪断力）の最適分布、言い替えれば第１層にお（づ
る降伏剪断力係数分布７１は一義的に求めることができ
、これは次式で与えられる（秋山宏著、「建築物の耐震
極限設計」（東京大学出版会））。

ｆ（ｘ）−１＋１．５９２７ｘ　−１１，８５１，９ｘ
’＋４２．５８３３ｘ３−５９．４８２７ｘ’＋　３０
．１５８６ｘ５そして、ある層の強度αｌが、この最適
分布１１よりも小さい場合、この層に地震等による外力
のエネルギーが集中することになる。逆に、この原理を
利用すれば、各層の強度α１を適宜調整することで、外
力のエネルギーを所望の割合で各層に配分することかで
き、例えば、建築物の第１層の強度のみを低減させるこ
とで、この第１層に外力エネルギーを集中させることが
できる。さらに、前述の終局設計法に従って、第１層に
集中した外力エネルギーを、この第１層の部材の塑性変
形によって吸収すれば、第２層以上に伝達する外力エネ
ルギーを小さくすることができ、よって、建築物全体へ
の免震効果をもたらすことができる。

前記第１層の強度のみを低減させるには、次のような手
法に従えば良い。すなわち、第１層が吸収する累積塑性
歪エネルギーが、全累積塑性歪エネルギーの９５％以上
となることを条件として、第２層以」―の強度を、前記
最適分布に対して次式により与えられるａ倍以上とすれ
ば、この第１層に外力からのエネルギーを集中させるこ
とができる（秋山宏、日本建築学会論文報告束、３４１
、昭和５９年７月）。

ここに、 ａ　強度倍率 α１　第１層の降伏剪断力係数 αｅ１：横１：が弾性に留まる限界の第１層の降伏剪断
力係数 以上水した知見に基づいて、この発明は、多層からなる
建築構造物を少なくとも一つの層を除いてプレキャスト
コンクリート構造又は組積造て構成すると共に、前記プ
レキャスト構造等以外の層に外力からのエネルギーを集
中し、前記小さな外力に対しては前記建築構造物を構成
する部材に発生ずる応力を許容応力度以内に抑制し、か
つ、前記大きな外力に対しては前記エネルギーが集中す
る層の部材の降伏を許容すると共に、前記部材の降伏に
よりこれら部材に前記外力のエネルギーを吸収させるよ
うにした建築構造物を構成している。

ここで、前記外力のエネルギーが集中する層の部材を、
充填鋼管コンクリートからなる弾性部材と普通鋼等から
なる塑性化部制とから構成すると共に、充填鋼管コンク
リートを構成する鋼管とこの鋼管内に充填されるコンク
リートとの間にアンポンド層を形成することが好ましい
。

「作用　」 この発明では、プレキャストコンクリート構造又は組積
造以外の層に外力からのエネルギーが集中し、この層の
部材が降伏することで外力のエネルギーの大部分が塑性
歪エネルギーとして吸収され、これによりプレキャスト
構造等の層への外力のエネルギー伝達か減少する。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図ないし第４図は、この発明の一実施例である建築
構造物を示す図である。第１図ないし第４図において、
地盤Ｇ上に構築された建築構造物Δは、その２階以」二
の部分がいわゆるプレキャスト鉄筋コンクリート（以下
、単にＰＣと称する）構造で構成され、２０部材である
柱１．１、・−及び粱２．２、　か互いに仕口部３．３
、・・で連結されることで、その躯体が構成されている
。また、建築構造物Ａの１階部分Ｆはピロティーとされ
、充填鋼管コンクリート構造の免震柱４．４、　及びこ
れらの間に架設された鉄骨梁５とから概略構成されてい
る。

建築構造物への１階部分Ｆについて更に詳説ずれば、萌
記免震柱４は、第２図ないし第３図１こ示すように、そ
の外殻が鋼管６で構成されている。

この鋼管６の軸方向所定個所には、鋼管６の周方向に延
在するスリット７．７、・が複数個形成され、これらス
リット７．７、　により後述する変形吸収部８が構成さ
れている。鋼管６内面には、この鋼管６と構造用充填祠
としてのコンクリ−１・とのイ」着を切るための分離材
（アンボンド層）９が予め塗布され、その上で鋼管６内
部にコンクリ−）１０が打設充填されている。この分離
材９としては、パラフィン、アスファルト、オイル、グ
リース、ワセリン等が用いられる。

以上のような構成の免震柱４には、前記鉄骨梁５により
柱４上端から圧縮力が作用して、鋼管６内部のコンクリ
ート１０に軸方向及び径方向の歪が生じるか、一方、鋼
管２に生ずる軸方向の歪は、変形吸収部８のスリット７
．７、　の軸方向の変形により殆と吸収され、よって鋼
管６には殆ど軸方向圧縮応力か生じない。そして、これ
ら鋼管６及びコンクリート１０は、これらの間に介在さ
れた分離材９の存在により互いに軸方向の変位が拘束さ
れていない。従って、ミーゼスの降伏条件を適用ずれは
、周方向応力による鋼管６のコンファインド効果（鋼管
６の周方向応力によりコンクリート１０の径方向の膨出
を締め付ける作用）を十分発揮させることができる。こ
の結果、この免震柱４は、その圧縮耐力が著しく向上さ
れ、断面積か縮小される。

また、建築構造物Δの１階部分Ｆの所定個所には、普通
鋼製の角形鋼管からなる塑性化部材１１．１１が設げら
れている。これら塑性化部材ＩＩ。

１１は、前記免震柱４．４間に位置するように地盤Ｇに
２本立設されていると共に、その上端部が１−１形鋼か
らなる連結部材１２により連結されている。これら塑性
化部材１１．１１のそれぞれ上端部からは、前記免震柱
４．４及び鉄儒梁５の仕口１３、Ｉ３に向って、普通鋼
または高張力銅製の−８〜 鋼管からなるプレース１４．１４が取付プレート１５．
１５を介して延出され、これらプレース１４．１４はガ
セットプレート１６．１６により前記仕口１３．１３に
おいて鉄骨梁５に取り何（ジられでいる。

そして、この建築構造物Ａを構成する部材（２０部材、
角形鋼管、１１形鋼、鋼管）は、その耐用年限中に数度
発生が予想される地震規模の外力に対して発生ずる応力
が許容応力度以内であるように、その材質及び断面形状
が選択されている。また、建築構造物への１階部分Ｆに
設けられている前記塑性化部材１１、ＩＩは、この建築
構造物への耐用年限中に発生か予想される最大級の地震
規模の外ノＪに対して降伏するように、その材質及び断
面形状が選択されている。そして、この建築構造物Ａに
おいては、その免震柱４の圧縮耐力か前述の如く著しく
向」ニされているたぬ、その断面積が縮小されていると
共に、１階部分Ｆはピロティーとされており、この結果
、１階部分Ｆの強度とそれ以外の層の部分の強度に格差
が生じ、これにより地震等の外力が前記建築構造物Ａに
加えられた時、その１階部分Ｆに外力からのエネルギー
が集中される。ここで、前記塑性化部材１１は、その長
さか短い短柱タイプの部材であるので、細長比が小さく
、従って座屈による耐力低下が抑止されると共に、「１
］厚比を小さく設計することで、有害なねじれ、局部変
形を生じないようにすることができ、これにより塑性化
部材ｌｌ自体の塑性変形能力を大きく確保することが可
能となる。

以上のような建築構造物Ａに、その耐用年限中に成度発
生が予想される地震規模の外力が加えられた場合、各部
材は復元力特性における弾性域内て挙動することとなる
。また、建築構造物Ａの耐用年限中に発生が予想される
最大級の地震規模の外力か加えられた場合、前記プレー
スＩ４．１４を介して外力のエネルギーが前記塑性化部
材１１．１１に伝達されることで、この塑性化部材１１
．１ｊが降伏する。これにより、外力のエネルギーの大
部分がこの１階部分Ｆで塑性歪エネルギーとして吸収さ
れることで、これ以」二の層に伝達されるエネルギーが
減少される。従って、建築構造物Ａへの外力のエネルギ
ーが１階部分Ｆという一個所に集中されるため、そのエ
ネルギー吸収量を的確に把握することが容易となり、ま
た、前記従来の終局設計法の如く全層に亙っての塑性変
形を考慮する必要が無いため、１階部分Ｆ以外の部分を
設計する上での自由度が増加される。そして、前記の如
く１階部分以外の部分ては、外力のエネルギー伝達が減
少されるので、構成部材全体の剛性を大きく確保する必
要がなく、このためＰＣ部材たる前記柱１．１、　及び
粱２．２、　のジヨイントを大幅に簡略化できると共に
、部材重量を削減することが可能となり、ひいてはコス
トダウンとなる。よって、前記外力によるエネルギー吸
収量を的確に把握することを可能にし、また設計上の自
由度を増加させると共に、全体のコストダウンを図りう
る建築構造物へを実現することが可能となる。

また、前記免震柱４は、自身の大きな弾性変形能力によ
り、前記最大級の地震規模の外力に対しでも弾性状態を
保つことにより、エネルギー集中層（１階部分Ｆ）全体
の最大変形、残留変形の増大を抑止する効果かある。又
、生じた水平変形−によるＰ−δ効果で建築構造物Ａが
劣化するのを防止し、復元力を確保する機能も持ってい
る。

また、この建築構造物Ａにおいては、地震等の水平力が
加えられた場合、連結部材１２に生ずる剪断力とプレー
スＩ４．１４に生ずる軸力の垂直成分とが逆方向に打消
しあうため、この塑性化部材１１．１１に作用ずろ軸力
が殆ど無視てきる程度までに小さくなる、という優れた
効果を奏する。

また同様に、塑性化部材１１，１１を連結する連結部材
１２の剛性を適宜調節することて、この塑性化部＋４’
ｌｌ、ＩＩの両端部に作用するモーメント分布を可能な
限り均等にし、これにより塑性化部材１１．１１のエネ
ルギー吸収量力を増大させることができる、という利点
もある。

ここで、前記弾性部材たる免震柱４及び塑性化部４，１
１１の物性値の最適な組み合わせについて説明する。こ
れら物性値の組み合わせは、建物の階高及び塑性化部材
１１の歪エネルギー吸収能力で耐えうる最大級地震と弾
性にとどめる地震とのレベル設定により変わってくるが
、本発明者等の検討結果によれば、次式で与えられるよ
うな組み合わせが最も好ましい。

ｓＱ　ｙ／　ｈＱ　ｙ≧１／３ Ｓδｙ／ｈδｙ≧３０ ｈπ／ｈＴ≧０．３５ ｈＱｙ当該層の塑性化部材の降伏剪断力の総和ｓＱｙ当
該層の弾性部材の降伏剪断力の総和ｈδｙ・塑性化部材
の降伏変形量 Ｓδｙ９弾性部祠の降伏変形量 ｈπ：見掛けの塑性変形倍率の平均値 り立・累積塑性変形倍率の平均値 すなわち、第５図に示すグラフにおいて、弾性部材の降
伏剪断力ｓＱｙ及び降伏変形ｉｓδｙが斜線で囲まれる
領域であれば良い。部材１１．＋２の寸法は階高、柱ス
パンに関係なく決められ、前記物性値は、部＋Ｋ　Ｉ　
Ｉ、１２の配置構面数及び部材長さ、断面寸法を変える
ことにより容易に得られろ。なお、図中＋＜ｐｄはＰ−
δ効果を打消す為のハネを示す。

なお、この発明の建築構造物は、その形状、司法等が前
記実施例に限定されず、種々の変形例が実施可能である
。−例として、１階部分Ｆのみならず、地階や２階部分
についてもその部材に降伏を許容ずろような設計てあっ
ても良い。また、前記実施例において２階以」二の躯体
を構成するプレキャストコンクリート構造も、壁式、Ｒ
ＰＣ造等周知のものから適宜選択されれば良い。さらに
言えば、建築構造物の２階以」二の躯体としては、はプ
レギ、トストコンクリート構造の外にコンクリ−１〜ブ
ロツク構造、煉瓦積構造、石積構造等の組積造であって
も良い。そして、外力のエネルギーが集中さイする層の
構造も前記実施例に限定されず、−例として、前記塑性
化部材１１を直接建築構造物Ａの躯体に連結するような
構造であっても良い。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、多層か
らなる建築構造物を少なくとも一つの層を除いてプレキ
ャストコンクリート構造又は組積造で構成すると共に、
前記プレキャスト構造等以外の層に外力からのエネルギ
ーを集中させ、前記小さな外力に対して前記建築構造物
を構成する部材に発生ずる応力を許容応力度以内に抑制
し、かつ前記大きな外力に対して前記エネルギーが集中
する層の部材の降伏を許容すると共に、前記部材の降伏
によりこれら部材に前記外力のエネルギーを吸収させる
ようにした建築構造物を構成したので、前記外力のエネ
ルギーか前記プレキャスト構造等以外の層で吸収され、
これ以外の層に伝達されるエネルギーが減少する。従っ
て、建築構造物への外力のエネルギーが一箇所に集中さ
れるため、そのエネルギー吸収量を的確に把握すること
が容易となり、また、従来の終局設計法の如く全層に亙
っての塑性変形を考慮する必要か無いため、前記エネル
ギーが集中する層以外の層を設計する上での自由度が増
加される。そして、前記層以外の層では、外力のエネル
ギー伝達か減少されるので、構成部材全体の剛性を大き
く確保する必要かなく、このためプレギヤスト構造等を
構成する各部材のジヨイントを大幅に簡略化てきると共
に、部材重量を削減することか可能となり、ひいてはコ
ストダウンとなる。よって、前記外力によるエネルギー
吸収量を的確に把握ずろことを可能にし、また設計」二
の自由度を増加させると共に、全体のコストダウンを図
りうる建築構造物を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１区１ないし第４図（Ｊこの発明の一実施例である建
築構造物を示す図であって、第１図はその概略構成を示
す正面図、第２図は同１階部分の免震柱を示す正面図、
第３図は間柱の断面図、第４図は同ＩＩＩ！！ｉ部分の
みを拡大視して示した正面図、第５図は降伏剪断力と降
伏変形量の組み合わせの一例を示す図、第６図は荷重と
変位量との間に成立する復元力特性の一例を示す図であ
る。 Ａ　・・建築構造物、Ｆ　・・１階部分（エネルギー集
中層） １・・・柱（ブレギヤスト鉄筋コンクリート部材）、２
・　粱（プレキャスト鉄筋コンクリート部材）、４　　
免震柱（弾性部材）、６　　鋼管、９・分離材（アンボ
ンド層）、１０　　コンクリート、１１　・塑性化部材
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多層からなる建築構造物が少なくとも一つの層を
   除いてプレキャストコンクリート構造又は組積造で構成
   されていると共に、前記プレキャスト構造等以外の層に
   は外力からのエネルギーが集中され、前記小さな外力に
   対しては前記建築構造物を構成する部材に発生する応力
   が許容応力度以内に抑制され、かつ、前記大きな外力に
   対しては前記エネルギーが集中する層の部材の降伏が許
   容されると共に、前記部材の降伏によりこれら部材に前
   記外力のエネルギーが吸収されるようにしたことを特徴
   とする建築構造物。
2. （２）前記外力のエネルギーが集中する層の部材は、充
   填鋼管コンクリートからなる弾性部材と普通鋼等からな
   る塑性化部材とから構成されていると共に、充填鋼管コ
   ンクリートを構成する鋼管とこの鋼管内に充填されるコ
   ンクリートとの間にはアンボンド層が形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の建築構造物
   。