JP2004092156A

JP2004092156A - 構造物の制震構造

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Publication number: JP2004092156A
Application number: JP2002253887A
Authority: JP
Inventors: Takehito Tezuka; 手塚　武仁
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP3826355B2

Abstract

【課題】本発明は、簡略な構成で施工性がよく、地震等の発生にも構造物の主体構造が損傷を受けることない構造物の制震構造を提供する。
【解決手段】構造物１は、ＰＣ鋼材７の圧着接合による柱２と梁４の接合部と、制震要素１０を有する開口部９の両者に制震構造を備える。地震時に構造物１には、水平方向の地震力が作用するが、ＰＣ鋼材７が伸びて柱２と梁４が相対回転を生じ、主体構造の剛性は低下する。このため、制震要素１０が、軸剛性を変えずに水平剛性を保つので、地震力を大きく負担し、制震効果を発揮して、構造物１の層間変形を抑制し、柱２と梁４の接合部における回転変形を小さくする。柱２と梁４の接合部は、降伏耐力に余裕を持たせたＰＣ鋼材７を用いることで、制震要素１０により応答が小さく抑制されるものの、柱２と梁４の接合部に生じる回転変形はＰＣ鋼材７が降伏していないので、地震後には完全に復元する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁よりなる構造物の制震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、耐震性能を備えた構造物は、主体構造である柱や梁が大地震時に損傷されることで地震エネルギーを消費して倒壊等の危険を回避させ、構造物の安全性を確保してきた。しかし、構造物の長寿命化に対するニーズが高まる中、地震直後であっても継続的に利用できる構造物が望まれており、大地震を受けても損傷を受けない主体構造が必要となっている。
一方で、構造物の長寿命化には、建築計画や設備計画に対する制約の少ない、自由度の高い構造物が適しており、大スパンに構成された柱と梁を備える構造物のニーズが高まっている。このような構造物にコンクリート造の柱と梁を用いた場合に、柱はコンクリート造とすることにより、軸耐力に優れた構成となるが、梁はコンクリート造とすることにより、振動等の障害が少ないものの、断面が大きくなるため、地震荷重が増大し構造物全体に作用する地震力が増大するといった課題が生じる。
このような中、コンクリート造の柱と鉄骨造の梁を組み合わせた合成構造の構造物とすることにより、鉄骨造の梁が、大スパンに設定しても著しい重量増加がないだけでなく、曲げモーメントの伝達に優れているため、大スパンの構造物に適した構成となることが一般に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コンクリート造の柱と鉄骨造の梁との接合は、柱との接合部となる梁の端部を鉄筋コンクリート構造とする、もしくはコンクリート造の柱の側面で梁との支口部に、水平に突出するブラケットを設ける、等の構成が必要となる。
また、柱と梁が剛接合された架構では、部材が地震時における水平変形に比例した回転変形を受け、部材端部が地震エネルギー入力に相当する損傷を受ける部位となる。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成で施工性がよく、地震等の発生にも構造物の主体構造が損傷を受けることない構造物の制震構造を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の構造物の制震構造は、鉄筋コンクリート造の柱と、鉄骨造の梁を備える合成構造よりなる構造物の制震構造であって、前記柱と梁は、柱の側面に梁の端面が向かい合わされた状態で、ＰＣ鋼材を用いて圧着接合されるとともに、前記柱と梁に囲まれた開口部には、上下の梁同士を連結するように制震要素が配されており、前記ＰＣ鋼材が、降伏耐力に余裕を持たせた状態で、前記柱を水平方向に貫通し、該柱と梁を連結するように設けられ、地震時にはＰＣ鋼材の伸びを利用して制震要素の効果を高めることを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の構造物の制震構造は、前記柱の側面で前記梁との接合部には受け梁が、水平方向に突出するように設けられるとともに、前記柱と接合される側の梁の端部には、下フランジとウェブに受け梁の外形状に沿った切り欠き部が設けられて、前記梁の端面は、切り欠き部を前記受け梁に嵌合させることにより、前記柱の側面に向かい合わされており、前記ＰＣ鋼材が、前記柱に加えて柱と受け梁の両者を水平方向に貫通し、降伏耐力に余裕を持たせた状態で柱と梁を連結するように設けられることを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の構造物の制震構造は、ＰＣ鋼材の定着緊張力を、降伏耐力の５０〜７０％として応力に余裕を持たせることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構造物の制震構造を、図１から図５を用いて詳述する。本発明は、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁の接合に際し、降伏耐力に余裕を持たせたＰＣ鋼材を用いる圧着接合を適用するとともに、柱と梁に囲まれた開口部に上下に配された梁同士を連結する制震要素を配することにより、構造物の主体構造である柱や梁を損傷することなく、構造物の制震性能を向上させるものである。
【０００９】
図１（ａ）に示すように、合成構造の構造物１は、鉄筋コンクリート造の柱２と、鉄骨造の梁４を備えている。前記柱２は、鉄筋コンクリート造であれば何れでもよく、本実施の形態ではプレキャスト鉄筋コンクリート造を用いている。該柱２の側面には、図１（ｃ）に示すように、前記梁４との接合部となる部位に、梁４の梁成の略半分の高さを有するプレキャスト鉄筋コンクリート造の受け梁３が、水平方向に突出するようにして、前記柱２と一体的に設けられている。該受け梁３の取り付け高さは、前記梁４の梁成の中間部程度に、受け梁３の上面３ａが位置する高さに設けられている。
【０００１０】
一方、前記梁４は、図１（ａ）に示すように、上下フランジ４ａ、４ｂ、及びウェブ４ｃを備えた鉄骨造よりなり、前記柱２と接合される側の端部は、ウェブ４ｃと下フランジ４ｂが切り欠かれた切り欠き部４ｄを有している。これら切り欠き部４ｄの形状は、図１（ｃ）に示すように、前記柱２の側面に梁４の端面を向かい合わせた際に、切り欠き部４ｄに受け梁３が嵌合するように、受け梁３の突出する外形状に沿うように切り欠かれることにより成形されている。このような構成により、梁４は、柱２と接合される側の端部に設けられた切り欠き部４ｄに受け梁３が嵌合されることにより、受け梁３に支持された状態で、梁４の端面を柱２の側面に当接されることとなる。
ここで、柱２の側面に当接される梁４の端面には、圧着板５ａが溶接等の固着手段を介して固着されており、梁４の端面に固着された圧着板５ａと柱２の側面とが面どうしで向かい合う構成となる。同様に、梁４の切り欠き部４ｄを形成するウェブ４ｃの切り欠き面にも圧着板５ｂ、５ｃが固着手段を介して固着されており、受け梁３の上面３ａと梁４の圧着板５ｂ、受け梁３の端面３ｂと梁４の圧着板５ｃが面どうしで向かい合う構成となっている。
【００１１】
上述する柱２と梁４の接合構造を以下に示す。図１（ａ）に示すように、前記柱２には、向かい合う両側面各々に対をなして受け梁３が設けられている。これら受け梁３に、梁４の端部に設けられた切り欠き部４ｄを嵌合することにより、梁４が受け梁３に支持されるようにして、柱２に架け渡されている。このような配置により、梁４の端面に固着された圧着板５ａと柱２の側面、受け梁３の上面３ａ及び端面３ｂと、梁４の圧着板５ｂ、５ｃがそれぞれ面どうしで向かい合わされることとなるが、両者の間には、図１（ｃ）に示すように、無収縮モルタル等の充填材８が介在されており、柱２と梁４との間には所定の空間が確保されて、これらが互いに抵触しない構成となっている。
【００１２】
ところで、前記柱２には、柱２と対をなす受け梁３の両者を水平に貫通するように、シース管６ａが埋設されている。これと平行で、受け梁３の上面３ａから梁４の上フランジ４ａまでの間となる高さ位置にも、同様のシース管６ｂが柱２のみの内方を貫通するように埋設されている。これらシース管６ａ及びシース管６ｂは、図１（ｄ）に示すように、前記梁４のウェブ４ｃを挟んで両側に対をなして配置されており、その内方には各々にＰＣ鋼材７が貫通されている。該ＰＣ鋼材７は、柱２を挟んで平行に対をなして配置されている梁４各々の圧着板５ｃどうし、及び圧着板５ａどうしにその端部が固定されて、柱２と梁４は圧着接合されることとなる。このとき、前記ＰＣ鋼材７は、降伏耐力の５０〜７０％程度に余裕を持たせた緊張力をもって、柱２と梁４と圧着接合している。本実施の形態では、ＰＣ鋼材７により線を用いているが、これにこだわるものではない。
なお、柱２の一方の側面にのみ梁４を接合したい場合には、柱２と受け梁３、及び柱２のみを貫通するシース管６ａ、６ｂの内方にＰＣ鋼材７を貫通させ、降伏耐力に余裕を持たせた緊張力を有するＰＣ鋼材７の端部を、梁４、及び柱２の一方の側面と向かい合う他方の側面に固定することによって、圧着接合すればよい。
【００１３】
このように、柱２及び柱２に設けられた受け梁３と、梁４とを抵触することなく、間に充填材８を介在して所定の空間を確保した上で、柱２と梁４とをＰＣ鋼材７を用いて圧着接合させる構成は、地震等が発生した際に、柱２と梁４とが滑動しようすることにより前記ＰＣ鋼材７に付加緊張力が作用するが、前記ＰＣ鋼材７には緊張力に余裕をもたせていることから破断することなく伸びるため、柱２と梁４との間には、充填材８が配された空間を利用してスムーズに滑動による回転を生じる。ＰＣ鋼材７は、降伏に対して余裕があり、地震時にも降伏しないため、地震終了後にはＰＣ鋼材７に復元性が期待でき、地震により滑動した柱２と梁４との接合部は、常時の状態に戻るものである。
【００１４】
上述するＰＣ鋼材７を用いた圧着接合による柱２と梁４の接合部を備えた構造物１について、図２に示すように、８階建てで、柱２には梁４との接合部となる位置に受け梁３が設けられた場合を例に挙げ、地震時の挙動を詳述する。
ここでは、柱２と梁４を圧着接合するＰＣ鋼材７を、有効プレストレス力がＰＣ鋼材７の降伏荷重の６０％となるように設定するとともに、充填材８には高強度モルタルを用いている。なお、前記ＰＣ鋼材７は、降伏荷重の７０％程度で緊張すると、有効プレストレス力が満足でき、柱２と梁４の接合部はフルプレストレス状態となる。
【００１５】
図３（ａ）に柱２と梁４の接合部における断面のひずみ分布、（ｂ）に、ＰＣ鋼材７の応力ひずみ曲線を示す。降伏荷重Ｐｙを有する前記ＰＣ鋼材７は、通常時に有効プレストレス力が０．６Ｐｙに設定され、この有効プレストレス力（０．６Ｐｙ）によるＰＣ鋼材７のひずみ（εｓｐ）とコンクリートの縮み（εｓｃ）との合計は、該ＰＣ鋼材７の降伏ひずみεｙに対して、約６５％を占める構成となる。ＰＣ鋼材７の降伏ひずみεｙは、（１）式で表せることから、地震時において許容できるＰＣ鋼材７ののび（εｓｔ）は、降伏ひずみの３５％となる。
【００１６】
εｙ　　＞　（εｓｐ＋εｓｃ）＋εｓｔ　・・・・・・・・・・・（１）
εｙ　：ＰＣ鋼材の降伏ひずみ
εｓｐ　：緊張によるＰＣ鋼材のひずみ
εｓｃ　：ＰＣ鋼材の緊張による柱のコンクリートの縮み
εｓｔ　：地震時に期待できるひずみ
【００１７】
ところで、地震時に生じるＰＣ鋼材７ののび（εｓｔ）は、柱２と梁４の相互間で回転変形が生じることにより、発生するものである。したがって、受け梁３を含むＰＣ鋼材７の長さを１ｍと仮定すると、ＰＣ鋼材７ののび（εｓｔ）は、（２）式に示すように、圧着部の曲げ破壊モーメントの中立軸に関する回転角θに換算できる。つまり、柱２と梁４にＰＣ鋼材７による圧着接合を用いていることにより、図４（ａ）に示すような柱２と梁４が剛接合されている場合と比較して、図４（ｂ）に示すように、柱２と梁４の相互間で、降伏ひずみの３５％に相当するＰＣ鋼材７ののび（εｓｔ）を発生させるような回転角θまでの回転変形を許容できるため、柱２と梁４の接合部における強制回転角が低減することから、柱２と梁４の受ける地震応力は低減することとなり、主体架構の安全性を確保できるものである。なお、これにより、柱２と梁４の圧着力が低減するわけではないので、軸方向とせん断方向の接合の安全性は確保された状態で、柱２と梁４の接合部にガタを持つ構造を実現できるものである。
【００１８】
θｕ　＝　（εｓｔ×Ｌ）／（ｄ−Ｘｎ）　・・・・・・・・・（２）
θｕ　：柱と梁の接合部における相対回転角
εｓｔ　：地震時に期待できるひずみ
Ｌ　　：ＰＣ鋼材７の長さ
ｄ　　：有効高さ
Ｘｎ　：断面の上縁から中立軸までの距離
【００１９】
なお、先にも述べたように、ＰＣ鋼材７を用いた圧着接合による柱２と梁４の接合構造は、ＰＣ鋼材７が降伏しない範囲では、圧着力に比例したせん断力が確保されることから、梁４が落下する現象が生じることはないため、必ずしも受け梁３を設ける構成としなくとも良い。ただし、極限的な落下安全性や施工時の合理化を考慮すると、柱２と梁４を圧着接合する場合には、前記柱２に受け梁３を設ける構成とすることが望ましい。
【００２０】
ところで、上述するように圧着接合された柱２と梁４よりなる主体構造には、図１（ａ）に示すように、その開口部９に制震要素１０が配されている。該制震要素１０は、芯材１１と、該芯材１１の端部を除く外周面全面を覆う補剛材１２により構成されている。該制震要素１０の芯材１１には、図１（ｂ）に示すように、断面が十字に形成され、柔らかく粘りに優れた特性を持つ極低降伏点鋼が用いられるとともに、前記補剛材１２には、鉄筋コンクリートが用いられ、該補剛材１２と制震要素１０との間には図示しない剥離材が配されて両者は付着しない構成となっている。これら制震要素１０は、芯材１１の端部が、一方を開口部９の上部に配された梁４の下端面の中間部に設けられたガセットプレート１３、他方を開口部の下部に配された梁４の上端面の一方の端部に設けられたガセットプレート１３に図示しないボルト等の締結手段を介して締結されることにより、開口部９に配されており、ハの字を形成するように、開口部９の内方に２組配置されている。
【００２１】
このように開口部９に配される制震要素１０は、制震部材として一般に知られているいわゆるアンボンドブレースダンパーであり、地震等が生じた際には芯材１１が振動エネルギーを効率よく吸収し、補剛材１２が芯材１１の座屈を防止する等、芯材１１の挙動を安定させるものである。このため、構造物１の開口部９に備えられた制震要素１０は、その剛性をほぼ変えることなく地震による地震エネルギーのみを吸収して構造物１の変形を押さえるものである。
なお、本実施の形態で示す制震要素１０の形状は、一事例であり、芯材１１は極低降伏点鋼であればＨ形鋼でもよく、また形状は補剛材１２は芯材１１の座屈を防止できるものであれば鋼管等を用いても良い。さらに、開口部９への取り付け位置も、これにこだわるものではなく、ハの字の天地を逆転させた形状でも良く、前記開口部９に対してダンパーとして機能すれば、何れを用いても良い。
【００２２】
上述する構成により、本実施の形態における構造物１は、ＰＣ鋼材７を用いた圧着接合による柱２と梁４の接合部と、前記制震要素１０が設けられた柱２と梁４により形成された開口部９の両者に制震構造を備えた構成となる。このように、制震構造を併設した構造物１に、地震が生じると、構造物１には、水平方向の地震力が作用するが、前記開口部９に配された前記制震要素１０が、軸剛性を変えずに大きな変形や圧縮力にも耐えるため、制震部材の水平剛性は変化しないが、主体構造はＰＣ鋼材７の伸びにより柱２と梁４に相対回転が生じ、水平剛性が低下する。このため、制震部材がより有効に働き、その結果、構造物１の層間変形を抑制し、柱２と梁４の接合部における回転変形も小さくなる。このとき、ＰＣ鋼材７の有効プレストレスを０．６Ｐｙとしておくと、大地震があっても性能が満足される。
一方で、柱２と梁４の接合部は、降伏耐力に余裕を持たせたＰＣ鋼材７を用いて圧着接合していることから、所定量の回転変形を許容できる構成となっているため、前述するように制震要素１０により小さく抑制されるものの柱２と梁４の接合部に生じることとなる回転変形を許容することが可能となる。
【００２３】
このように、構造物１は、地震が発生すると、制震要素としての前記制震要素１０で集中的に地震エネルギーを負担し、主体構造である柱２や梁４には負担がかかることはない。これにより、破損する部材は制震要素１０に限られることから、主体構造の破損を防止することが可能となるとともに、これら制震部材は取り替え自在であるため、構造物１を長期にわたり継続的に利用することが可能となるものである。
【００２４】
上述する構成によれば、構造物１の制震構造において、柱２と梁４の接合に、降伏耐力に余裕を持たせたＰＣ鋼材７を用いる圧着接合を適用したことから、地震が発生した際には、柱２と梁４の接合部において、ＰＣ鋼材７が破断せずにのび変形するため、柱２と梁４の間に発生する回転変形を許容でき、柱２と梁４の強制変形が少ないにもかかわらず主体構造の柔性を増すことが可能となる。
また、構造物１の制震構造にはこれに加えて、柱２と梁４に囲まれた開口部９に、上下に平行に位置する梁４どうしを連結する制震要素１０が設けられる構成としたことから、制震要素１０が剛性をほぼ変えることなく地震による地震エネルギーのみを吸収して構造物１の層間変形を抑制し、柱２と梁４の接合部における回転変形も小さくするため、柱２と梁４の接合部に配されるＰＣ鋼材７の負担を軽くするとともに、制震効果を高めることが可能となる。
【００２５】
本発明における制震構造を備えた構造物１の制震構造について、その制震効果を把握すべく、構造物１に対して、柱２と梁４の接合部を剛接合とし、開口部９にも制震装置を用いない場合、柱２と梁４の接合部を剛接合とし、開口部９に制震装置を用いる場合、柱２と梁４の接合部をＰＣ鋼材７による圧着接合とするものの、開口部９に制震装置を用いない場合を例にとり、地震応答を比較する。
なお、部材の復元力特性は鉄筋コンクリート造の柱２を武田モデル、鉄骨造の梁４をバイリニアモデル、圧着部の回転は図４（ｃ）に示すスケルトンカーブをもつ原点ピーク指向型とし、地震波は、建築基準法告示波（ＷＧ６４、５２４．６ｇａｌ）としている。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、柱２と梁４の接合部を剛接合とする場合には、開口部９に制震要素１０よりなるダンパーを設ける場合、設けない場合のいずれにおいても層間変形角に差異が認められず、制震要素１０の制震効果が明確に現れることがない。したがって、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、開口部９に制震要素１０よりなるダンパーを設けても、柱２が１階と中間階で、梁４が中間階で損傷を受けている様子がわかる。
【００２７】
一方、柱２と梁４の接合部を圧着接合とする場合には、図５（ａ）に示すように、開口部９に制震要素１０よりなるダンパーを設けない場合には、柱２と梁４の接合部がガタ構造となるため、層間変形角が大きく、主体構造の応答が大きい。しかし、本発明のように、開口部９に制震要素１０よりなるダンパーを設けると、図５（ａ）に示すように、柱２と梁４の接合部を剛接合とする事例１及び事例２の場合と近似する層間変形角が発生するものの、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、１階の柱２を除いて材端塑性率は１．５以下に収めることができ、柱２と梁４の主体構造部材の損傷は著しく減少させることが可能となる。このとき、柱２と梁４の接合部を圧着しているＰＣ鋼材７の応力は、降伏荷重の９０％程度となるが、降伏していないので地震後の柱２と梁４の接合部における常時圧着性も確保される。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、柱２と梁４の接合部を圧着接合するものの、開口部９に制震要素１０よりなるダンパーを設ける場合を、設けない場合と比較すると、柱２と梁４の接合部に配されるＰＣ鋼材７の応力が小さくなる。本実施の形態における前記構造物１では、地震入力エネルギーの８０％程度をダンパーである制震要素１０で消費しており、柱２と梁４の主体構造への地震エネルギーの負担を小さくすることが可能となる。
さらに、ＰＣ鋼材７を用いた柱２と梁４の接合部は、地震終了時には原点指向型の復元力が作用するために相対的な回転角θは初期状態に復帰することから、残留変形が生じる柱２と梁４の接合部を剛接合とする場合と比較して、柱２と梁４の損傷は抑制できる。
【００２９】
このように、大地震を受けても柱２や梁４等の主体構造への損傷を大幅に削減されることから、柱２と梁４等の主体構造への補修が不要となり、損傷する部位は、交換可能な制震要素１０等の制震部材に集中するため、これら制震部材は、地震が収まった後に交換すればよい。したがって、地震終了後も構造物１自体を継続的に利用することが可能であるとともに、構造物１の長寿命化を図ることが可能となる。
また、制震構造を備えた構造物１は、制震部材により地震力を負担することから、構造物１の主体構造である柱２と梁４は、自重による長期荷重を主な対象として負担するように設計でき、構造物１に対して自由度の高い設計を実施することが可能になるとともに、構造物１を構成する部材各々の機能分担を実現することができ、合理化を図ることが可能となる。
【００３０】
一方で、鉄筋コンクリート造の柱２と鉄骨造の梁４との接合を圧着接合としたことから、異種構造の部材に対して連続性を考慮することなく接合することが可能となり、曲げに抵抗する鉄骨造の梁４と軸力に抵抗する鉄筋コンクリート造の柱２各々の構造特性を発揮した大スパンの主体構造が構成できる。これにより、建築計画や設備設計計画に対する制約が少なく、自由度の高い構造物１を構築することが可能となり、構造物１の長寿命化に寄与することが可能となる。
【００３１】
また、鉄筋コンクリート造の柱２と鉄骨造の梁４との接合を圧着接合としたことから、柱２と梁４の施工精度の誤差を吸収することが容易になるとともに、精度に左右されない施工を実施することが可能となる。梁４の端部を鉄筋コンクリート化する場合や、コンクリート造の柱２に接合金物を設けるような、従来の合成構造の構造物１における柱２と梁４の接合構造と比較して、接合に係る部材を省略でき、また鉄骨造の梁４でありながら従来と比較して加工工程や施工管理項目を減少できるため、工費を大幅に削減することが可能となる。
さらに、合成構造よりなる主体構造であっても、鉄骨構造やプレキャストコンクリート構造による構造物１と同レベルの施工性を実現でき、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
また、パネルゾーンのふさぎ板等も不要であり、鉄骨造の梁４を接合する既往の剛性構造に比較して工費削減を実現することが可能となる。
【００３２】
さらに、柱２に受け梁３を設け、梁４の端部を受け梁３で支持するようにして接合する構成としているため、地震が生じた際にも梁４のせん断力が柱２にスムーズに伝達され、梁４やスラブ１０の落下を防止することが可能となる。
また、受け梁３を設けることにより梁４の掛け渡し等の位置決め作用が容易であるとともに、接合作業も容易で工期を大幅に短縮することが可能となる。床をデッキプレート構造にすれば、支保工等の仮設材を少なくでき、すべての部位の圧着接合後に床コンクリートをまとめて打設することも可能となり、構造物１に係る工事全般を合理化することが可能となる。
【００３３】
また、ＰＣ鋼材７をアンボンド方式で用いれば、必要であれば地震後のＰＣ鋼材７の交換も容易であり、構造物１の地震損傷に応じた構造物１の長寿命化を期待することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の構造物の制震構造によれば、鉄筋コンクリート造の柱と、鉄骨造の梁を備える合成構造よりなる構造物の制震構造であって、前記柱と梁は、柱の側面に梁の端面が向かい合わされた状態で、ＰＣ鋼材を用いて圧着接合されるとともに、前記柱と梁に囲まれた開口部には、上下の梁同士を連結するように制震要素が配されており、前記ＰＣ鋼材が、降伏耐力に余裕を持たせた状態で、前記柱を水平方向に貫通し、該柱と梁を連結するように設けられ、地震時にはＰＣ鋼材の伸びを利用して制震要素の効果を高めることから、地震が発生した際には、柱と梁の接合部において、ＰＣ鋼材が破断せずにのび変形するため、柱と梁の間に発生する回転変形を許容でき、柱と梁の強制変形が少ないにもかかわらず主体構造の柔性を増すことが可能となる。
また、構造物の制震構造には、柱と梁に囲まれた開口部に、制震要素が設けられる構成としたことから、制震要素が剛性をほぼ変えることなく地震による地震エネルギーのみを吸収して構造物の層間変形を抑制し、柱と梁の接合部における回転変形も小さくするため、柱と梁の接合部に配されるＰＣ鋼材の負担を軽くするとともに、制震効果を高めることが可能となる。
【００３５】
大地震を受けても柱や梁等の主体構造への損傷を大幅に削減されることから、柱と梁等の主体構造への補修が不要となり、損傷する部位は、交換可能なＰＣ鋼材もしくは制震要素等の制震部材に集中するため、これら制震部材は、地震が収まった後に交換すればよい。したがって、地震終了後も構造物自体を継続的に利用することが可能であるとともに、構造物の長寿命化を図ることが可能となる。また、構造物の制震構造は、制震部材である制震要素により地震力を負担することから、構造物の主体構造である柱と梁は、自重による長期荷重を主な対象として負担するように設計でき、構造物に対して自由度の高い設計を実施することが可能になるとともに、構造物１を構成する部材各々の機能分担を実現することができ、合理化を図ることが可能となる。
【００３６】
一方で、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁との接合を圧着接合としたことから、異種構造の部材に対して連続性を考慮することなく接合することが可能となり、曲げに抵抗する鉄骨造の梁と軸力に抵抗する鉄筋コンクリート造の柱各々の構造特性を発揮した大スパンの主体構造が構成できる。これにより、建築計画や設備設計計画に対する制約が少なく、自由度の高い構造物を構築することが可能となり、構造物の長寿命化に寄与することが可能となる。
【００３７】
また、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁との接合を圧着接合としたことから、柱と梁の施工精度の誤差を吸収することが容易になるとともに、精度に左右されない施工を実施することが可能となる。梁の端部を鉄筋コンクリート化する場合や、コンクリート造の柱に接合金物を設けるような、従来の合成構造の構造物における柱と梁の接合構造と比較して、接合に係る部材を省略でき、また鉄骨造の梁でありながら従来と比較して加工工程や施工管理項目を減少できるため、工費を大幅に削減することが可能となる。
さらに、合成構造よりなる主体構造であっても、鉄骨構造やプレキャストコンクリート構造による構造物と同レベルの施工性を実現でき、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
また、パネルゾーンのふさぎ板等も不要であり、鉄骨造の梁を接合する既往の剛性構造に比較して工費削減を実現することが可能となる。
【００３８】
請求項２記載の構造物の制震構造によれば、前記柱の側面で前記梁との接合部には受け梁が、水平方向に突出するように設けられるとともに、前記柱と接合される側の梁の端部には、下フランジとウェブに受け梁の外形状に沿った切り欠き部が設けられて、前記梁の端面は、切り欠き部を前記受け梁に嵌合させることにより、前記柱の側面に向かい合わされており、前記ＰＣ鋼材が、前記柱に加えて柱と受け梁の両者を水平方向に貫通し、降伏耐力に余裕を持たせた状態で柱と梁を連結するように設けられることから、地震が生じた際にも梁のせん断力が柱にスムーズに伝達され、梁やスラブの落下を防止することが可能となる。
また、受け梁を設けることにより、梁の掛け渡し等の位置決め作用が容易であるとともに、接合作業も容易で工期を大幅に短縮することが可能となる。床をデッキプレート構造にすれば、支保工等の架設材を少なくでき、すべての部位の圧着接合後に床コンクリートをまとめて打設することも可能となり、構造物に係る工事全般を合理化することが可能となる。
【００３９】
請求項３によれば、ＰＣ鋼材の定着緊張力を、降伏耐力の５０〜７０％として応力に余裕を持たせることから、大地震に対してもＰＣ鋼材は降伏することがなく、地震後に柱と梁の接合部は復元し、圧着部の常時安全性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合成構造の構造物における構造物の制震構造を示す図である。
【図２】本発明に係る構造物の形態を示す図である。
【図３】本発明に係る地震時の柱と梁の接合部の挙動を示す図である。
【図４】本発明に係る地震時の柱と梁の接合部の挙動を示す図である。
【図５】本発明に係る地震時の柱と梁の接合部の地震応答を示す図である。
【符号の説明】
１　構造物
２　柱
３　受け梁
３ａ　上面
３ｂ　端面
４　梁
４ａ　上フランジ
４ｂ　下フランジ
４ｃ　ウェブ
４ｄ　切り欠き面
５ａ　圧着板
５ｂ　圧着板
５ｃ　圧着板
６ａ　シース管
６ｂ　シース管
７　ＰＣ鋼材
８　充填材
９　開口部
１０　制震要素
１１　芯材
１２　補剛材
１３　ガセットプレート

Claims

鉄筋コンクリート造の柱と、鉄骨造の梁を備える合成構造よりなる構造物の制震構造であって、
前記柱と梁は、柱の側面に梁の端面が向かい合わされた状態で、ＰＣ鋼材を用いて圧着接合されるとともに、
前記柱と梁に囲まれた開口部には、上下の梁同士を連結するように制震要素が配されており、
前記ＰＣ鋼材が、降伏耐力に余裕を持たせた状態で、前記柱を水平方向に貫通し、該柱と梁を連結するように設けられ、地震時にはＰＣ鋼材の伸びを利用して制震要素の効果を高めることを特徴とする構造物の制震構造。
請求項１に記載の構造物の制震構造において、
前記柱の側面で前記梁との接合部には受け梁が、水平方向に突出するように設けられるとともに、
前記柱と接合される側の梁の端部には、下フランジとウェブに受け梁の外形状に沿った切り欠き部が設けられて、
前記梁の端面は、切り欠き部を前記受け梁に嵌合させることにより、前記柱の側面に向かい合わされており、
前記ＰＣ鋼材が、前記柱に加えて柱と受け梁の両者を水平方向に貫通し、降伏耐力に余裕を持たせた状態で柱と梁を連結するように設けられることを特徴とする構造物の制震構造。
請求項１または２に記載の構造物の制震構造において、
ＰＣ鋼材の定着緊張力を、降伏耐力の５０〜７０％として応力に余裕を持たせることを特徴とする構造物の制震構造。