JPH11217871A - 建築物の骨組構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大地震に伴う振動エネルギーを構造体を塑性
変形させることなく吸収し、これを越える極大地震に対
しても人命の安全を保障できる骨組構造を実現する。 【解決手段】 柱(１)と基礎(４)、及び柱(１)と梁(２)
とを夫々ピン接合するとともに、柱(１)の柱脚部材(６)
と梁(２)との間に、ダンパー要素としての摩擦接合部材
(７)を介してブレース材(５)を配置する。大地震に対し
ては、摩擦接合部材(７)が機能して振動エネルギーを吸
収して、構造体は弾性変形の範囲内に留まる。極大地震
に対しては、摩擦接合部材(７)だけでは吸収しきれない
振動エネルギーを梁が塑性変形することによって吸収
し、建物を倒壊させずに人命の安全を保障する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ラーメン構造と
ブレース構造の耐震機能を合わせ持つ建築物の骨組構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築物において地震に伴う振動エ
ネルギーを吸収する手段として、ラーメン構造とブレー
ス構造が用いられている。

【０００３】これらのうち、ラーメン構造は、８０〜１
００ガル程度の中地震に伴う振動エネルギーに対して
は、その構造体である梁や柱の弾性変形により吸収し、
それを越える３００〜４００ガル程度の大地震に伴う振
動エネルギーに対しては、常時荷重を支持している梁両
端や柱の塑性変形によって吸収するようにしたものであ
る。

【０００４】他方、ブレース構造は、中地震に伴う振動
エネルギーに対しては、その柱やブレース材の軸方向の
弾性変形により吸収し、大地震に伴う振動エネルギーに
対しては、ブレース材の塑性変形によって吸収するよう
にしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構造におい
て、ラーメン構造では、常時荷重を支持している梁や柱
の弾性変形の範囲内を越えるような大地震の振動エネル
ギーが働くと、これら構造体を塑性化させてそのエネル
ギーを吸収するため、建物の倒壊を免れ人命を保障する
ことができる。しかしながら、常時荷重を支える構造体
が塑性化するため、震災後の補修、再利用が難しく、取
り壊すことを前提にしたものであって、建物の機能や財
産価値を維持することができない。

【０００６】従って、震災後に早急に補修、復旧するこ
とが社会的に求められる工業化住宅の骨組構造として
は、満足いくものではなかった。しかも、４００ガルを
越えるような極大地震に対しては全く想定しておらず、
建物が倒壊する可能性があり、人命の安全も保障されて
いない。

【０００７】また、梁や柱の曲げ変形で外力に抵抗する
ので、これら部材の断面が大きい割に変形量が大きく、
一般に梁に対して柱が貫通した柱優先型骨組となる。こ
のため、柱型が各階同じ位置で室内に突出して、室内の
空間利用の妨げとなり、吹き抜けやセットバックに対す
る自由度も低くなるといった欠点がある。

【０００８】なお、柱を自由に配置するために梁優先型
骨組とし、室内に柱が突出しないように柱を断面の小さ
いＨ形鋼としたものもあるが、この場合には、柱と梁の
剛接合に際してエンドレスプレート付きの柱を梁に面接
合する必要があり、ただでさえ困難な建ち調整がより難
しくなる。しかも、柱の許容軸力が小さい。

【０００９】さらに、上記の柱優先型や梁優先型にかか
わらず、ラーメン構造においては、柱脚は一般的に基礎
に対して固定となるので、柱からの曲げモーメントを基
礎で負担する必要があり、基礎の強度を確保するために
どうしても配筋等が複雑になり、基礎全体がどうしても
大型化するといった問題がある。

【００１０】これに対し、ブレース構造では、大地震に
対して常時荷重を支持していないブレース材を、上記の
ようにうまく塑性化させることができれば、このブレー
ス材を交換するだけで建物を取り壊すことなくそのまま
再使用することができ、ラーメン構造に比べ補修が容易
となり機能、財産的価値は維持しやすい。しかも、柱や
ブレースの軸方向変形で外力に対向するので、これら部
材の断面が小さい割に変形が小さいといった特徴があ
る。

【００１１】しかしながら、復元力特性がラーメン構造
のようなエネルギー吸収能力の高い紡錘形とならず、エ
ネルギー吸収力の低いスリップ形となるので、ラーメン
構造に比べて耐震性に不安が残る構造となっている。

【００１２】またブレース材の変形は小さいものの、圧
縮力の働く方のブレース材は座屈の可能性があり、面外
に座屈した場合には、外装材や内装材を破壊するといっ
た問題がある。さらにブレース構造では、柱間の対角方
向にブレース材を配置して耐力壁を構成しており、この
耐力壁はある程度の幅を有することから、大きな開口部
を確保することが困難で、店舗や車庫のような大きな開
口部を必要とする建物の骨組構造としては適していな
い。

【００１３】しかも、図８に示すように、複数の耐力壁
を基礎上に重ねると、これが基礎に対して片持ち梁とな
って基礎に大きな曲げモーメントが作用するで、基礎梁
の断面を大きくする必要があり、基礎が大型化するとい
った問題がある。

【００１４】さらに、図９に示すように、耐力壁を上部
階の梁上に設置すると、水平力に対する剛性が著しく低
下し、負担できる水平力も小さくなるといった問題もあ
った。

【００１５】この発明は、このような従来の欠点を解消
して、地震に伴う振動エネルギーの吸収能力に優れ、特
に大地震に伴う振動エネルギーを構造体を塑性変形させ
ることなく吸収することができ、さらにこれを越える極
大地震に対しても人命の安全を保障できる骨組構造を実
現することを目的としてなされたものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、柱と基礎、及び柱と梁とを夫々ピン接合するととも
に、前記柱の柱脚と前記梁との間に、ダンパー要素とし
ての摩擦接合部材を介してブレース材を配置したことを
特徴とする。

【００１７】そして、前記摩擦接合部材は、前記ブレー
ス材の一端側と前記柱脚との間に介在された第１摩擦部
と、前記ブレース材の他端側と前記梁との間に介在され
た第２摩擦部とを備えている。

【００１８】前記第１摩擦部は、柱脚側の突出プレート
と、この突出プレートを挟み込むブレース材一端側の一
対の挟持プレートと、これら挟持プレートの突出プレー
トに対する摺動を可能とするように両プレートを接合す
る高力ボルトとを備えている。また、前記第２摩擦部
は、梁側の連結プレートと、この連結プレートを挟み込
むブレース材他端側の一対の挟持プレートと、これら挟
持プレートの連結プレートに対する摺動を可能とするよ
うに両プレートを接合する高力ボルトとを備えている。

【００１９】さらに、前記摩擦接合部材における摩擦面
に電着塗装を施したり、各柱に対して梁が水平方向に貫
通した梁優先型骨組とすることも考えられる。

【００２０】これにより、大地震に伴う振動エネルギー
が作用した場合には、摩擦接合部材が機能して振動エネ
ルギーを吸収し、構造体は弾性変形の範囲内に留まる。
すなわち、第１及び第２摩擦部の挟持プレートが突出プ
レートや連結プレートに対して繰り返し摺動すること
で、振動エネルギーを摩擦エネルギーから熱エネルギー
へと変えて、振動エネルギーを吸収する。このため、従
来の構造のように、構造体やブレース材が塑性変形する
ことがなく、大地震の際の建物の補修を容易に行って継
続使用することができる。

【００２１】また、極大地震に伴う振動エネルギーが作
用した場合には、上記のように摩擦接合部材が機能して
も、振動エネルギーを全て吸収することはできなくな
る。すると、この足りない分を構造体が塑性変形するこ
とによって吸収し、これによって建物を倒壊させずに人
命の安全を保障する。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、建築物の骨組構造の要部
側面図、図２は骨組構造の概念図を示している。図にお
いて、(１)は角形鋼管からなる柱、(２)は各柱(１)の上
端部間に渡して取り付けられるＨ形鋼からなる梁、(３)
は同じくＨ形鋼からなる登り梁、(４)はマット状に配置
されたマットスラブ基礎を示している。(５)は、柱(１)
の柱脚部材(６)と梁(２)との間にダンパー要素としての
摩擦接合部材(７)を介して取り付けられた角形鋼管から
なるブレース材である。

【００２３】そして、柱(１)における柱頭部材(８)と梁
(２)、登り梁(３)における下部フランジ(10)との接合は
高力ボルトを介して、また柱脚部材(６)と基礎(４)との
接合はアンカーボルト(11)を介して、いずれもピン接合
されている。

【００２４】骨組全体は、梁(２)が水平方向に貫通した
梁優先型となっており、従って、柱(１)及びブレース材
(５)の水平方向の取付位置は自由に移動させることがこ
とができ、これらを要所要所に配置して、必要な箇所に
任意の大きさの開口部を取ることができる。このため、
吹き抜けやセットバックに対する自由度が高く、また登
り梁(３)を用いて斜線制限一杯に建築することができ、
しかも１階をピロティー等にして車庫としても使用でき
る。

【００２５】なお、ブレース材(５)付きの柱となってい
るため、ブレース材(５)の幅分だけ開口部を狭めること
になるが、このブレース材(５)は柱(１)の柱脚部材(６)
に連結されているので、ブレース材(５)付きの柱(１)は
柱脚部材(６)に近いほどすなわち下方ほどその幅が狭い
構造となっており、このため従来のブレース構造に比べ
て開口部の確保が容易である。

【００２６】図３以下は、上記ダンパー要素としての摩
擦接合部材(７)の詳細な構造を示している。この摩擦接
合部材(７)は、ブレース材(５)の一端側すなわち下端側
と柱脚部材(６)との間に介在された第１摩擦部(20)と、
ブレース材(５)の他端側すなわち上端側と梁(２)(３)の
下部フランジ(10)との間に介在された第２摩擦部(21)と
からなる。

【００２７】第１摩擦部(20)は、図３乃至図５に示すよ
うに、断面十字状の柱脚部材(６)の一片をブレース材
(５)方向に延出してなる突出プレート(22)と、ブレース
材(５)の下端の縦溝(23)に挿入した状態で溶接された一
対の挟持プレート(24)(24)とを備えている。突出プレー
ト(22)には、左右一対のボルト挿入用の長穴(25)(25)が
形成されており、また挟持プレート(24)(24)には、長穴
(25)(25)に対応して左右一対のボルト挿入用の丸孔(26)
(26)が夫々形成されている。

【００２８】そして、挟持プレート(24)(24)間の隙間に
突出プレート(22)を挿入することで、突出プレート(22)
を挟持プレート(24)(24)で挟み込み、互いに合致させた
長穴(25)(25)及び丸孔(26)(26)へ高力ボルト(27)(27)を
差し込んで、ナット(28)(28)で締め付けることで、両プ
レート(22)(24)(24)が摩擦接合されている。この状態に
おいて、ブレース材(５)に一定以上の引張力或いは圧縮
力がかかると、挟持プレート(24)(24)が突出プレート(2
2)に対して長穴(25)(25)の長さの範囲内で摺動するよう
になっている。なお、柱(１)の下端は柱脚部材(６)の上
端に差し込まれた状態で溶接により接合されており、こ
の柱(１)の下端側面に突出プレート(22)が接合されてい
る。

【００２９】第２摩擦部(21)は、図６及び図７に示すよ
うに、梁(２)(３)の下部フランジ(10)に高力ボルト(30)
(30)によってピン接合された接合プレート(31)と、この
接合プレート(31)に一体的に固着されてブレース材(５)
方向に延出した連結プレート(32)と、ブレース材(５)の
上端の縦溝に挿入した状態で溶接された一対の挟持プレ
ート(33)(33)とを備えている。

【００３０】そして、第１摩擦部(20)のときと同様に、
挟持プレート(33)(33)間の隙間に連結プレート(32)を挿
入することで、連結プレート(32)を挟持プレート(33)(3
3)で挟み込み、互いに合致させた長穴及び丸孔へ高力ボ
ルト(34)(34)を差し込んで、ナット(35)(35)で締め付け
ることで、両プレート(32)(33)(33)が摩擦接合されてい
る。この状態において、ブレース材(５)に一定以上の引
張力或いは圧縮力がかかると、挟持プレート(33)(33)が
連結プレート(32)に対して長穴の長さの範囲内で摺動す
るようになっている。

【００３１】これら第１及び第２摩擦部(20)(21)に対す
る各プレートの摩擦面には、電着塗装が施されており、
これによってプレート摺動時の騒音の発生を防止すると
ともに、防錆や施工性の向上を図っている。

【００３２】上記構成の組立構造において、８０〜１０
０ガル程度の中地震に伴う振動エネルギーが作用した場
合、構造体の弾性変形によりこのエネルギーを吸収し、
このとき摩擦接合部材(７)は機能せず、無被害で補修の
必要はない。

【００３３】３００〜４００ガル程度の大地震に伴う振
動エネルギーが作用した場合には、摩擦接合部材(７)が
機能して振動エネルギーを吸収し、構造体は弾性変形の
範囲内に留まる。すなわち、第１及び第２摩擦部(20)(2
1)の挟持プレート(24)(24)(33)(33)が突出プレート(22)
や連結プレート(32)に対して繰り返し摺動することで、
振動エネルギーを摩擦エネルギーから熱エネルギーへと
変えて、振動エネルギーを吸収する。このため、従来の
構造のように、構造体やブレース材が塑性変形すること
がなく、摩擦接合部材(７)において各プレート相互の位
置が若干ずれる程度で済む。

【００３４】従って、建築物を取り壊したり、ブレース
材を交換することなく、このような大地震の際の建物の
補修を容易に行って継続使用することができ、災害復旧
を低コストで速やかに行うことが可能となる。

【００３５】また、４００ガルを越えるような（例え
ば、６００ガル〜８００ガル程度）の極大地震に伴う振
動エネルギーが作用した場合には、上記のように摩擦接
合部材(７)が機能することで振動エネルギーを吸収する
が、挟持プレート(24)(24)(33)(33)の摺動量が大きくな
って、高力ボルト(27)(27)(34)(34)が突出プレート(22)
や連結プレート(32)の長穴の端部に当接するようにな
り、挟持プレート(24)(24)(33)(33)の摺動が規制され
て、振動エネルギーを全て吸収できなくなる。すると、
この足りない分を梁(２)が塑性変形することによって吸
収し、これによって建物が倒壊せずに人命の安全を保障
するようになっている。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明の骨組構造は、
従来のラーメン構造とブレース構造の夫々の長所を取り
入れるとともに、短所を少なくし、さらにダンパー要素
である摩擦接合部材を介してブレース材を配置した構造
となっている。

【００３７】このため、大地震に対しては、その振動エ
ネルギーを摩擦接合部材によって吸収して、梁や柱、ブ
レース材は塑性変形することがないから、建物を容易に
補修して、その機能や財産価値を維持することができ
る。従って、災害復旧を迅速にかつ最小限の経費で行う
ことができる。

【００３８】また、摩擦接合部材では吸収しきれないよ
うな振動エネルギーが作用する極大地震に対しては、そ
の足りない分を構造体の塑性変形によって吸収し、建物
の倒壊を防いで人命の安全を保障することができる。す
なわち、従来の耐震設計で想定しているレベルよりも１
ランク上の骨組構造を提供することができる。

【００３９】耐震性 また、摩擦接合部材により振動エ
ネルギーを吸収しているので、復元力特性はブレース構
造のようなスリップ形とはならず、紡錘形となり、エネ
ルギー吸収能力が高く、優れた耐震性を発揮することが
できる。

【００４０】さらに、摩擦接合部材での部材同士の接合
位置を変えることによって、ブレース材を含めて耐震要
素部材の長さを微調整することができ、このため建物の
建ち調整が容易となる。

【００４１】さらにまた、柱の柱脚は基礎に対してピン
接合とされているので、柱からの曲げモーメントを基礎
で負担する必要がなく、このため基礎を非常にシンプル
な構造とすることができる。特に、基礎梁なしのマット
スラブ基礎等を採用すると、設計及び施工が非常に簡単
になるといった効果がある。しかも、ブレース付きの柱
を上部階の梁上に設置しても、水平力に対する剛性の低
下が少なく、負担できる水平力の低下も少ない。

【００４２】また、柱とブレース材は、軸方向の変形に
よって外力に抵抗するので、これら部材の断面をラーメ
ン構造よりも小さくすることができ、柱型が室内に突出
するようなことがなく、しかも剛性の高い構造となる。
その上、梁優先型骨組とされているので、柱及びブレー
ス材を自由に配置することができる。このため、必要な
箇所に任意の大きさの開口部を取ることができ、１階を
ピロティー等にして車庫としても使用できる。しかも、
吹き抜けやセットバックに対する自由度が高く、登り梁
を用いれば斜線制限一杯に建築することができる。

【００４３】さらに、摩擦接合部材における摩擦面に電
着塗装を施しているので、各部材の摩擦時の騒音発生を
防止するとともに、防錆や施工性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る骨組構造の要部側面
図である。

【図２】建築物全体の骨組構造の概念図である。

【図３】第１摩擦部の拡大分解斜視図である。

【図４】第１摩擦部の拡大側面図である。

【図５】第１摩擦部の拡大縦断面図である。

【図６】第２摩擦部の拡大側面図である。

【図７】第２摩擦部の拡大縦断面図である。

【図８】従来のブレース構造において複数の耐力壁を基
礎上に重ねたときの状態を示す図である。

【図９】従来のブレース構造において耐力壁を上部階の
梁上に設置したときの状態を示す図である。

【符号の説明】

(１) 柱 (２) 梁 (４) 基礎 (５) ブレース材 (６) 柱脚 (７) 摩擦接合部材 (20) 第１摩擦部 (21) 第２摩擦部 (22) 突出プレート (24)(24) 挟持プレート (27)(27) 高力ボルト (32) 連結プレート (33)(33) 挟持プレート (34)(34) 高力ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｋ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱と基礎、及び柱と梁とを夫々ピン接合
   するとともに、前記柱の柱脚と前記梁との間に、ダンパ
   ー要素としての摩擦接合部材を介してブレース材を配置
   したことを特徴とする建築物の骨組構造。
2. 【請求項２】 前記摩擦接合部材は、前記ブレース材の
   一端側と前記柱脚との間に介在された第１摩擦部と、前
   記ブレース材の他端側と前記梁との間に介在された第２
   摩擦部とを備えた請求項１記載の建築物の骨組構造。
3. 【請求項３】 前記第１摩擦部は、柱脚側の突出プレー
   トと、この突出プレートを挟み込むブレース材一端側の
   一対の挟持プレートと、これら挟持プレートの突出プレ
   ートに対する摺動を可能とするように両プレートを接合
   する高力ボルトとを備えた請求項２記載の建築物の骨組
   構造。
4. 【請求項４】 前記第２摩擦部は、梁側の連結プレート
   と、この連結プレートを挟み込むブレース材他端側の一
   対の挟持プレートと、これら挟持プレートの連結プレー
   トに対する摺動を可能とするように両プレートを接合す
   る高力ボルトとを備えた請求項２又は３記載の建築物の
   骨組構造。
5. 【請求項５】 前記摩擦接合部材における摩擦面に電着
   塗装を施した請求項１乃至４のいずれかに記載の建築物
   の骨組構造。
6. 【請求項６】 各柱に対して梁が水平方向に貫通した梁
   優先型骨組とされた請求項１乃至５のいずれかに記載の
   建築物の骨組構造。