JP2004300681A - Frame structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、最下層部に大きな吹抜け空間を有する超高層ビル等の架構構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】
超高層ビル等の架構構造物において、最下層部に大きな吹抜け空間を形成するための手法としては、図4に示すように、1対の柱1,1と、その柱1,1間に横架されたトラス架構2とから構成した、いわゆるメガストラクチャー3によるものが知られている(特許文献1参照)。
【0003】
従来のメガストラクチャー3では、想定する地震力を大きく設定し、柱1の柱頭部と柱脚部との両方に曲げヒンジ(曲げ降伏)が同時発生しないよう柱1の強度を高めている。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−270081号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超高層ビルにおけるメガストラクチャー3では、トラス架構2が柱1よりも強固であるため、想定以上の地震が起きた場合、図4において符号4,5で示すように、柱1の柱頭部と柱脚部の両方に曲げヒンジが発生する可能性が大きい。この場合、ビルの最下層部でしか塑性エネルギーを吸収することができないため、層崩壊に繋がる可能性がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、より耐震性に優れた、メガストラクチャーを有する架構構造物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、1対の柱と、これらの間に横架されたトラス架構(下弦材、上弦材、並びに、下弦材と上弦材との間に配設された複数の束材及び斜材からなる架構)とを備える架構構造物において、柱と、その柱に最も近い束材との間における下弦材の部分に、該下弦材の他の部分よりも断面積の小さな軸降伏部を形成し、この軸降伏部を、所定の地震力が発生した際に柱の曲げヒンジに先行して軸降伏を生じるよう構成したことを特徴としている。
【0008】
かかる構成はいわゆる梁降伏先行形に近い形態を採り、その崩壊メカニズムは全体崩壊形となって、耐震性が向上する。
【0009】
また、軸降伏部は、下弦材に所定の軸力(下弦材の長手方向に沿う応力)が発生した場合に軸降伏するが、座屈を生じさせない長さとされていることを特徴としている。これによりトラス架構自体の崩壊を防止することができる。
【0010】
更に、軸降伏部に摺動部材を摺動可能に取り付け、床スラブを、この摺動部材に固着して下弦材に対して可動とすることが有効である。これにより、床スラブからの力が下弦材に伝わらず、スラブ架構や柱に発生する応力を小さくすることができる。
【0011】
同様な観点から、床スラブと柱との間にクッション材を配置させることも好適である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0013】
図1の(a)及び(b)は本発明による架構構造物たる超高層ビルの構成及び崩壊メカニズムを示す概念図であり、図2は、図1の(a)のII部詳細図である。また、図3は図2のIII−III線に沿った断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る超高層ビル10は、最下層部に大きな吹抜け空間12が形成されており、この部分がいわゆるメガストラクチャー14により構成されている。すなわち、超高層ビル10の少なくとも一壁面部分を、1対の柱16,16と、これらの柱16,16間に地上から所定高さ位置にて横架されたトラス架構18とにより構成し、柱16,16及びトラス架構18により囲まれた空間を吹抜け空間12としているのである。本実施形態においては、互いに対向する1対の壁面部分のそれぞれがメガストラクチャー14を有するものとする。また、メガストラクチャー14よりも上層階部20については、一般的なラーメン構造等で構築されている。
【0014】
メガストラクチャー14における柱16は、例えば鉄筋コンクリート造を主体としたものであり、図示しないが地盤中の基礎又は地下階構造体上に構築され、鉛直方向上方に延設されている。
【0015】
トラス架構18は、図2に明示するように、互いに所定の間隔を置いて平行に配置された下弦材22及び上弦材24と、下弦材22と上弦材24との間に配置された束材(垂直材)26及び斜材28とから構成されている。これらの下弦材22、上弦材24、束材26及び斜材28にはH形鋼が用いられることが好ましい。下弦材22及び上弦材24の各端部は、隣接する柱16に接合されている。各柱16と、当該柱16に最も近い束材26(図2においては添字Aを付したもの)との間に設置される斜材28については、その上端が柱16と上弦材24との間の角部に、下端が束材26と下弦材22との間の角部に接合されている。また、隣り合う束材26,26間には、1対の斜材28,28が逆V字形に配置されている。
【0016】
トラス架構18における下弦材22には、各柱16と当該柱16に最も近い束材26Aとの間に部分に、軸降伏部30が形成されている。この軸降伏部30は、地震の発生により想定した以上の軸力が下弦材22に発生した場合に、下弦材22の他の部分よりも先行して軸降伏を生じるよう構成されている。また、軸降伏部30に軸降伏を生じさせる前記軸力に相当する力が、柱16に対して下弦材22との接合部32に水平方向に作用した場合、柱16には曲げヒンジが生じないよう設定されている。
【0017】
軸降伏部30の寸法ないし形状は次のように定める。まず、想定する地震力により下弦材22に生じる軸力によって軸降伏が生じるよう、軸降伏部30の断面積を定める。なお、前記軸力の大きさは、その軸力と同等の力を柱16の、下弦材22との接合部32に水平方向に作用させても柱16に曲げヒンジを生じさせない値とする。軸降伏部30の断面積が決定されたならば、次いで、前記軸力が下弦材22に生じても軸降伏部30で座屈が生じない細長比を、先に定めた断面積に基づいて定める。そして、その細長比に対応する長さを軸降伏部30の長さL(図3参照)とするのである。勿論、下弦材22における軸降伏部30以外の部分は、前記軸力によっては軸降伏や座屈が生じることがないよう、軸降伏部30の断面積よりも大きな断面積とされる。
【0018】
更に、本実施形態では、トラス架構18の下弦材22に対して床スラブ34を設置するよう構成されている。この目的で、図3から理解される通り、互いに対向する1対のトラス架構(図3ではその一方のみ示す)18の下弦材22間には、床スラブ34を支持するための小梁36が複数本横架されている。軸降伏部30以外の部分においては、小梁36の端部は下弦材22に直接、溶接等により接合されている。一方、軸降伏部30においては、鋼管(摺動部材)38で軸降伏部30を囲み、その鋼管38に小梁36の端部が接合されている。鋼管38は、断面形状が矩形の角形鋼管であり、軸降伏部30に対して摺動可能に装着されている。床スラブ34は、このようにして設けられた小梁36上、及び下弦材22上に載置されるが、軸降伏部30における鋼管38に対してはスタッド(図示しない)等を用いて固着される。また、床スラブ34と柱16との間にはクッション材40、例えば厚さ30mm程度のスタイロフォーム等が介設されている。
【0019】
以上のような構成において、前記の想定以上の地震力が発生した場合、トラス架構18における下弦材22の軸降伏部30が他に先行して軸降伏を起こし、トラス架構18を支えている柱16には想定以上の曲げモーメントが生ぜず、柱16の柱頭部と柱脚部の同時曲げヒンジの発生が防止される。別言するならば、図1の(b)に示すように、柱16に曲げヒンジが発生するに先行して、下弦材22の軸降伏部30にて軸降伏が生じるという梁降伏先行形に近い形態を採るのである。また、曲げヒンジが柱に生じたとしても、その位置は、図1の(b)において符号42で示すように柱脚部となる。その結果、超高層ビル10の最下層部での部分崩壊は回避され、いわゆる全体崩壊形となる。全体崩壊形では、超高層ビル10の全層において塑性エネルギーの吸収が行われるため、部分崩壊のように局所的にしか塑性エネルギーを吸収し得ない場合に比して、耐震性が格段に向上されることになる。
【0020】
また、軸降伏部30の寸法形状が、軸降伏は生ずるが、座屈は生じないように設定されている。これにより、トラス架構18自体の崩壊も防止される。特に、本実施形態においては、軸降伏部30の周囲が角形鋼管38により囲まれているため、座屈の発生がより一層抑制されるという効果が得られる。
【0021】
更に、床スラブ34がトラス架構18の下弦材22に対して取り付けられるが、床スラブ34は、下弦材22には直接固着されず、摺動可能な角形鋼管38に固着されることから、床スラブ34を介して地震力が下弦材22に伝わる量は大幅に低減される。加えて、床スラブ34と柱16との間にクッション材40が配置されていることから、床スラブ34から柱16への力も低減されている。このように床スラブ34が柱16及びトラス架構18に対して浮動状態(フローティング状態)とされているため、柱16での曲げヒンジの発生が更に抑制されることとなる。
【0022】
なお、本発明は、トラス架構18における下弦材22の一部の剛性を積極的に低下させるものであるが、その部分が柱16と柱16に隣接する束材26Aとの間に限っているため、常時作用する鉛直力に対しては十分に支持することが可能となっている。これは、トラス架構18においては、当該部分の剛性を他の部分よりも低くしたとしても、鉛直力に対しては、下弦材22全体を同じ剛性としたものに比して、殆ど変わらないという本発明者の知見に基づくものである。
【0023】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【0024】
例えば、上記実施形態では軸降伏部30を角形鋼管38により囲んでいるが、床スラブ34を浮動にするという観点からは、他の形態の摺動部材、例えば逆U字状の形鋼を摺動可能に軸降伏部30に取り付け、そこに床スラブ34を固着させてもよい。また、本発明は超高層ビル以外の他の架構構造物にも適用可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上のように、本発明による構成を採ることで、メガストラクチャーを有する架構構造物の耐震性が向上される。特に、トラス架構の強度を高める必要がある超高層ビルにおいては、層崩壊を回避することのできる本発明の構成は極めて有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は本発明による架構構造物である超高層ビルの構成及び崩壊メカニズムを概略的に示す説明図である。
【図2】図1のII部の詳細図である。
【図3】図2のIII―III線に沿っての断面図である。
【図4】従来の架構構造物の崩壊メカニズムを概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
10…超高層ビル(架構構造物)、12…吹抜け空間、14…メガストラクチャー、16…柱、18…トラス架構、22…下弦材、24…上弦材、26…束材、28…斜材、30…軸降伏部、34…床スラブ、36…小梁、38…鋼管(摺動部材)、40…クッション材。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a frame structure such as a skyscraper having a large atrium in the lowermost part.
[0002]
[Prior art]
In a frame structure such as a skyscraper, as a method for forming a large atrium in the lowermost part, as shown in FIG. 4, a pair of
[0003]
In the
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-270081 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a frame structure having a megastructure with more excellent earthquake resistance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a pair of pillars and a truss frame suspended between them (lower chord, upper chord, and between the lower chord and upper chord). A frame comprising a plurality of bundles and diagonal members), the lower chord between the column and the bundle closest to the column has a lower cross-sectional area than other portions of the lower chord. Is formed so that when a predetermined seismic force is generated, the shaft yielding occurs prior to the bending hinge of the column.
[0008]
Such a configuration takes a form close to a so-called beam yielding precedent type, and its collapse mechanism is a total collapse type, and the earthquake resistance is improved.
[0009]
Further, the shaft yielding portion is characterized in that it has a length which does not cause buckling, although it yields when a predetermined axial force (stress along the longitudinal direction of the lower chord material) is applied to the lower chord material. Thereby, collapse of the truss frame itself can be prevented.
[0010]
Further, it is effective that a sliding member is slidably attached to the shaft yielding portion, and the floor slab is fixed to the sliding member so as to be movable with respect to the lower chord material. Thereby, the force from the floor slab is not transmitted to the lower chord material, and the stress generated in the slab frame or column can be reduced.
[0011]
From a similar viewpoint, it is also preferable to arrange a cushion material between the floor slab and the pillar.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
1 (a) and 1 (b) are conceptual diagrams showing the structure and collapse mechanism of a skyscraper as a frame structure according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed view of a part II in FIG. 1 (a). . FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIG. 1, the
[0014]
The
[0015]
As shown in FIG. 2, the
[0016]
In the
[0017]
The size or shape of the
[0018]
Further, in the present embodiment, the
[0019]
In the above-described configuration, when an earthquake force larger than the above-mentioned assumption is generated, the axial yielding
[0020]
The dimension and shape of the
[0021]
Further, the
[0022]
In the present invention, the rigidity of a part of the
[0023]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments.
[0024]
For example, in the above embodiment, the
[0025]
【The invention's effect】
As described above, by adopting the configuration according to the present invention, the earthquake resistance of the frame structure having the megastructure is improved. In particular, in a skyscraper building in which it is necessary to increase the strength of the truss frame, the configuration of the present invention capable of avoiding story collapse is extremely effective.
[Brief description of the drawings]
1 (a) and 1 (b) are explanatory views schematically showing a structure and a collapse mechanism of a skyscraper which is a frame structure according to the present invention.
FIG. 2 is a detailed view of a portion II in FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a collapse mechanism of a conventional frame structure.
[Explanation of symbols]
10 ... skyscraper (frame structure), 12 ... atrium space, 14 ... megastructure, 16 ... pillar, 18 ... truss frame, 22 ... lower chord material, 24 ... upper chord material, 26 ... bundle material, 28 ... diagonal material,
Claims (4)
下弦材、上弦材、並びに、前記下弦材と前記上弦材との間に配設された複数の束材及び斜材を備え、前記1対の柱間に横架されたトラス架構と
を具備する架構構造物において、
前記柱と該柱に最も近い前記束材との間における前記下弦材の部分には、該下弦材の他の部分よりも断面積の小さな軸降伏部が形成されており、
前記軸降伏部が、所定の地震力が発生した際に前記柱の曲げヒンジに先行して軸降伏を生じるよう構成されていることを特徴とする架構構造物。A pair of pillars,
A lower truss material, an upper chord material, and a truss frame that includes a plurality of bundles and diagonal members disposed between the lower chord material and the upper chord material, and is laterally suspended between the pair of pillars. In the frame structure,
A portion of the lower chord between the column and the bundle closest to the column is formed with an axial yielding portion having a smaller cross-sectional area than other portions of the lower chord,
The frame structure, wherein the shaft yielding portion is configured to generate an axial yielding prior to a bending hinge of the column when a predetermined seismic force is generated.
前記摺動部材に固着され前記下弦材に対して可動となっている床スラブと
を備える請求項1又は2に記載の架構構造物。A sliding member slidably attached to the shaft yielding portion,
The frame structure according to claim 1, further comprising: a floor slab fixed to the sliding member and movable with respect to the lower chord member.
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