JP2010236180A

JP2010236180A - 耐震構造体

Info

Publication number: JP2010236180A
Application number: JP2009081887A
Authority: JP
Inventors: Masahito Koyama; 雅人小山
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】本発明は、建物の外観デザインを損なわず、建物の形状による制約も受けにくく、開口部の設置に制約が生じにくい耐震構造体を提供する。
【解決手段】本発明は、ピンブレース構造からなる複数層の耐震構造体において、
ピンブレース構造は、所定の構面で、基礎から最上層における最上部の梁６Ａａに架けて連通する連通コラム８が配置され、連通コラム８の下端は、基礎２に接合され、連通コラム８の上端は、最上部の梁６Ａａに対して接合され、地震時において構面内で各層の層間変形角αが等しくなるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、梁勝ちピンブレース構造を有する複数層の構造体に関するものである。

建築物は、柱を梁より強く設計し、各層に地震によるエネルギーを分散することが安全上望ましいとされるが、低層の住宅建築では、各層が独立に降伏するピンブレース工法や壁式工法が多く用いられているのが現状である。これらの構造は、特定の層が単独で降伏をする。特に、最上層が降伏して建物の終局状態が決まる場合、エネルギー吸収に極めて乏しい建物となる。これに対して、建物の全層がほぼ同時に降伏し、同程度に塑性化する構造をもつ建物は、エネルギー吸収に極めて富み耐震性能の高い建物になる。
地震によるエネルギーを分散する構造として、特開２０００−１７０３９２号公報がある。この公報には、建物の外側面に沿った補強フレームと地震応答を減衰させるダンパーを備えた耐震補強構造が開示されている。この構成によれば、耐力、剛性の弱い層へのエネルギー集中を緩和し、高い耐震性能を発揮することができる。

特開２０００−１７０３９２号公報

しかしながら、上記耐震補強構造は、外側面に沿って設置されるものであり、建物の外観デザインを損なうという問題がある。また、設置にあたっては平坦な壁面が必要であり、凹凸のある面には設置が困難であり、壁面自体は平坦であったとしても、壁面にシャッターボックス、看板などの突出物や配線などがあると、設置が困難となることもある。また、間口が小さい狭隘な敷地に建築される建物の場合、採光、通風、出入りの為の開口部を極力大きく確保することが望まれるが、補強フレームの存在によって、開口部の大きさや位置に制約を受けやすい。特に、このような開口部には、外開きの扉や窓を設置し難い。

本発明は、建物の外観デザインを損なわず、建物の形状による制約も受けにくく、開口部の設置に制約が生じにくい耐震構造体を提供することを目的とする。

本発明は、ピンブレース構造からなる複数層の耐震構造体において、
ピンブレース構造は、所定の構面で、基礎から最上層における最上部の梁に架けて連通する連通コラムが配置され、連通コラムの下端は、基礎に接合され、連通コラムの上端は、最上部の梁に対して接合され、
地震時において構面内で各層の層間変形角が等しくなるように構成されたことを特徴とする。

この耐震構造体においては、前述した構成を有するので、建物の外観デザインを損なわず、建物の形状による制約も受けにくく、開口部の設置に制約が生じにくいといった優れた効果が得られる。

また、連通コラムと各層の梁との接合を剛接合にすると好適である。
このような構成を採用すると、大きな地震力が作用した場合には、梁が塑性変形してエネルギーを吸収することができる。これによって、耐震性が更に高まる。

また、連通コラムと各層の梁とをダンパーで接合すると好適である。
このような構成を採用すると、比較的小さな地震力の段階でもダンパーによってエネルギーを確実に吸収することができる。これによって、耐震性を更に高めることができる。

本発明によれば、建物の外観デザインを損なわず、建物の形状による制約も受けにくく、開口部の設置に制約が生じにくい。

本発明に係る耐震構造体の第１の実施形態を示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。本発明に係る耐震構造体に適用される耐力パネルを示す正面図である。ピン接合の一例を示す斜視図である。剛接合の一例を示す斜視図である。地震時の状態をモデル化して示す概略図である。本発明に係る耐震構造体の第２の実施形態を示す断面図である。ダンパー接合の一例を示す斜視図である。地震時の状態をモデル化して示す概略図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る耐震構造体の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１及び図２に示すように、ピンブレース構造（軸組み工法）からなる耐震構造体１は、ＡＬＣからなる床パネルや壁パネルを組み合わせて躯体が構成される工業化住宅に利用される。この耐震構造体１は、上下３層の鉄骨造の軸組みをなし、各層の階高は統一されている。

耐震構造体１は、基礎２の四隅に配置された隅柱３と、隅柱３の間に配置された中柱４と、隅柱３間を架け渡す外側梁５と、床パネルや天井パネルを支持するための内側梁６と、後述する連通コラム８とを備えている。

基礎２は、断面逆Ｔ字状の鉄筋コンクリート造の布基礎からなり、矩形の外側部２Ａと、枠部２Ａ内を通るように十字状に延在する内側部２Ｂとからなる。そして、外側部２Ａに隅柱３及び中柱４が立設され、内側部２Ｂの交差部に連通コラム８が立設されている。

基礎２の外側部２Ａに立設された隅柱３と外側梁５との関係及び中柱４と外側梁５との関係は、梁勝ちの軸組み構造をなしている。すなわち、隅柱３は、各層で分断され、同様に中柱４も各層で分断され、下層側の隅柱３及び中柱４の上端で、外側梁５が支持され、上層側の隅柱３及び中柱４の下端が外側梁５で支持され、そして、外側梁５は中柱４で分断されることなく連続的に延在する。

外側梁５はＨ形鋼からなり、隅柱３及び中柱４は角形鋼管からなり、隅柱３及び中柱４の上下端は、ボルトによって外側梁５に固定されている。また、Ｈ形鋼からなる内側梁６は、各層において、中柱４と連通コラム８との間に延在する大梁６Ａと、大梁６Ａと外側梁５との間に延在する小梁６Ｂとからなる。

耐震構造体１の略重心位置には、基礎２の内側部２Ｂから最上層における最上部の大梁６Ａに架けて連通する連通コラム８が配置されている。この連通コラム８は高い剛性および耐力を有する角形鋼管からなり、大地震の際にも耐震性能に影響を及ぼす変形や破断を生じることがない。また、連通コラム８と大梁６Ａとの関係は、各大梁６Ａが連通コラム８で分断されたいわゆる柱勝ちの軸組構造をなしている。

各層においては、耐力パネル（耐震要素）Ｓが適宜配置されている。図３に示すように、
耐力パネルＳは、所定の間隔をもって立設された一対の中柱４と中柱４Ａとの間で縦方向に隣接して配置された２組の耐力部材２０とからなる。

中柱４の上端及び下端は、外側梁５に対してピン接合Ｐ（図４参照）で連結され、最下層の中柱４の下端のみ基礎２に対してピン接合Ｐ（図４参照）で連結されている。同様に、中柱４Ａの上端及び下端は、大梁６Ａに対してピン接合Ｐで連結され、最下層の中柱４Ａの下端のみ基礎２に対してピン接合Ｐで連結されている。

耐力部材２０は、複数の枠２１ａ〜２１ｅからなって、一対の中柱４,４Ａに固定される枠材２１と、枠材２１の連結に利用される連結材２２とからなる。枠材２１は、中柱４Ａに沿ってボルトで固定される縦枠２１ａと、一端が縦枠２１ａの高さ方向の中心位置に溶接されて縦枠２１ａに対して直角をなす水平枠２１ｂと、一端が縦枠２１ａの上下端と溶接されて斜め下方及び斜め上方に向けて延在する第１の斜め枠２１ｄ及び第２の斜め枠２１ｅと、からなる。そして、水平枠２１ｂの他端と第１の斜め枠２１ｄ及び第２の斜め枠２１ｅの他端は、接合板２１ｃに溶接又はボルトで固定されている。そして、枠材２１は全体として二等辺三角形をなしている。

中柱４側にも同様な構成の枠材２１が固定され、中柱４と中柱４Ａとの間で左右一対の枠材２１が配置され、左側の枠材２１の接合板２１ｃと、右側の枠材２１の接合板２１ｃとは、連結部材２２によって連結されている。各接合板２１ｃ及び連結部材２２にはボルト孔が穿設されており、このボルト孔に挿入されるボルトを利用して、連結部材２２が左右一対の接合板２１ｃを連結している。

枠材２１は高い剛性および耐力を有し、大地震の際にも耐震性能に影響を及ぼす変形や破断を生じることがない。そして、連結部材２２は、正面視蝶形で極低降伏点鋼からなり、くびれ部分が所定の値を越える外力によって塑性変形することで地震力のエネルギーを吸収するように構成されている。連結部材２２の個数は、必要とされるエネルギー吸収量に応じて適宜変更される。

図１及び図２に示すように、連通コラム８の下端は、基礎２の内側部２Ｂに対してピン接合Ｐによって立設され、連通コラム８の上端は、最上部の大梁６Ａａに対して剛接合Ｇによって連結されている。また、連通コラム８の途中は、中間部の大梁６Ａｂに対して剛接合Ｇによって連結されている。

前述したピン接合Ｐの一例としては、図４に示すように、連通コラム８の下端に形成された断面十字状の脚部３０と、脚部３０の下端に形成されて基礎２に対してアンカーボルトで固定されるベースプレート３１とから構成される。この場合、脚部３０が撓んでエネルギーが吸収され、曲げモーメントを伝え難い構成になっている。

剛接合Ｇの一例としては、図５に示すように、連通コラム８に大梁６Ａの端面２５が突き当てられて、ボルト２６によってしっかりと固定された構成をなし、曲げモーメントを伝える構成になっている。

図６に示すように、耐震構造体１に地震力が作用した際、各層毎に、地震力の負担比率と、耐力パネルＳの耐力比率とが異なる場合であっても、連通コラム８によって強制的に各層の層間変形角αが統一される。即ち、各層の耐力パネルＳの変形量が等しくなる。従って、各層の耐力パネルＳのエネルギー吸収量にバラつきが生じることがなく、効率よくエネルギー吸収がなされる。また、大きな地震力が作用した場合には、連通コラム８と大梁６Ａａ,６Ａｂとの接合が剛接合Ｇになっているので、大梁６Ａａ,６Ａｂが塑性変形してエネルギーが吸収される。従って、耐震性能が向上する。

また、連通コラム８は通常の柱より断面を大きくなる程度であり、建物の外観デザインを損なわず、建物の形状による制約も受けにくく、開口部の設置に制約が生じにくい。

［第２の実施形態］
この第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる部分の説明に留め、同一の構成には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７に示すように、耐震構造体１Ａは、連通コラム８の下端は、基礎２の内側部２Ｂに対してピン接合Ｐによって立設され、連通コラム８の上端は、最上部の大梁６Ａａに対してピン接合Ｐ１によって連結されている。また、連通コラム８の途中は、中間部の大梁６Ａｂに対してピン接合Ｐ１によって連結されている。

ピン接合Ｐ１の一例としては、図８に示すように、鉛直方向に延在する平行な２枚のダンパー板３３を介して連通コラム８と大梁６Ａａ,６Ａｂの端部とが連結された構成をなしている。ダンパー板３３の一端は大梁６Ａａ,６Ａｂに溶接され、ダンパー板３３の他端は、ボルト３４によって連通コラム８に固定される。これによって、曲げモーメントを伝え難い構成になっている。ダンパー板３３は、低降伏点鋼からなる。

図９に示すように、耐震構造体１Ａに地震力が作用した際、各層毎に、地震力の負担比率と、耐力パネルＳの耐力比率とが異なる場合であっても、連通コラム８によって強制的に各層の層間変形角αが統一される。即ち、各層の耐力パネルＳの変形量が等しくなる。従って、各層の耐力パネルＳのエネルギー吸収量にバラつきが生じることがなく、効率よくエネルギー吸収がなされる。

そして、比較的小さな地震力の段階でもダンパー板３３によってエネルギーを確実に吸収することができる。これによって、耐震性を更に高めることができる。また、終局を迎えたダンパー板３３の交換を可能にするために、ダンパー板３３を大梁６Ａａ,６Ａｂ及び連通コラム８にボルトによって連結し、ダンパー板３３を着脱自在にしてもよい。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態は、連通コラム８を比較的建物の重心に近い中通りの交点に１本のみ設置した例であったが、これには限定されない。建物に作用する地震力と連通コラムに求められる剛性、耐力との関係、バランス、平面計画等に基づき、一つの建物に連通コラム８を複数本配置してもよい。また、構面は、どの位置であってもよく、基礎２の外側部２Ａに連通コラム８を立設させてもよい。

また、隅柱３と外側梁５との関係及び中柱４と外側梁５との関係は、柱勝ちであってもよい。また、ダンパー接合として、ダンパー板３３に代えて、高減衰ゴムダンパーやオイルダンパー等を利用して構成してもよい。また、連通コラム８の上端に、図４に示すようなピン接合Ｐを利用してもよい。

１,１Ａ…耐震構造体、２…基礎、６Ａａ,６Ａｂ…大梁（梁）、８…連通コラム、３３…ダンパー板（ダンパー接合）、Ｐ,Ｐ１…ピン接合、Ｇ…剛接合、α…層間変形角。

Claims

ピンブレース構造からなる複数層の耐震構造体において、
前記ピンブレース構造は、所定の構面で、基礎から最上層における最上部の梁に架けて連通する連通コラムが配置され、前記連通コラムの下端は、前記基礎に接合され、前記連通コラムの上端は、前記最上部の前記梁に対して接合され、
地震時において前記構面内で各層の層間変形角が等しくなるように構成されたことを特徴とする耐震構造体。
前記連通コラムと前記各層の梁との接合を剛接合にしたことを特徴とする請求項１記載の耐震構造体。
前記連通コラムと前記各層の梁とをダンパーで接合したことを特徴とする請求項１記載の耐震構造体。