JP2018172888A - 建築物の架構構造 - Google Patents

Abstract

【課題】壁面からの柱の張り出しを抑制すると共に、水平方向の曲げ強度を向上した架構構造を提供する。【解決手段】柱１が、Ｈ形鋼からなる複数の柱本体１１と、この柱本体１１の間に配置されると共にウェブ１２１及びフランジ１２２，１２３が柱本体１１のフランジ１１２と直交するように接合された形鋼からなる所要数の連結材１２（柱間梁１２Ａを含む）とを備え、柱本体１１に、この柱本体１１のウェブ１１１及びフランジ１２２，１２３に直交状態で複数のリブ１１４が設けられ、リブ１１４が、連結材１２（柱間梁１２Ａ）のフランジ１２２，１２３と対応する位置にある。【選択図】図１

Description

本発明は、建築物における鉄骨からなる柱及び梁による架構構造に関する。

高層ビルディングなどの建築物において、建築物全体の水平方向の剛性を高めるには、断面サイズの大きな角形鋼管柱を用いることで対応することが行われている。しかしながら、断面サイズの大きな角形鋼管柱を用いた場合、壁面からの柱の張り出しが大きくなり、その分だけ室内スペースの利用の自由度が制約されてしまう。

また従来、Ｈ形鋼からなる２本の鉛直支持材と、この鉛直支持材の間に鉛直に配置されたＨ形鋼からなる連結材とを備え、鉛直支持材の上端及び下端が、Ｈ形鋼からなる梁にボルト締結により固定され、鉛直支持材のフランジと連結材のフランジがボルト締結により互いに結合されると共に、連結材の上端及び下端と梁との間が離れていて非固定である連結柱が知られている（特許文献１参照）。

すなわち、この連結柱によれば、壁面からの柱の張り出しを抑制することができ、しかも所要の鉛直支持力を確保することができる。

特開２０１６−６９８３９号公報

しかしながら、上記従来の技術は、地震等による水平力を変形により吸収可能とする目的で、連結材として、所要数の開口部を形成したものや低降伏材からなるものを採用していることから、水平力に対する剛性を高めるものではない。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、壁面からの柱の張り出しを抑制すると共に、水平方向の曲げ強度を向上した架構構造を提供することにある。

本発明は、複数本の柱を梁で連結した建築物の架構構造において、前記柱は、Ｈ形鋼からなる複数本の柱本体と、ウェブとフランジとを有する形鋼からなり、前記フランジを水平に配置してそれらのウェブとフランジとを前記柱本体のフランジに直交方向から接合させて一対の前記柱本体を連結する複数個の連結材と、を備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、壁面からの柱の張り出しを抑制又は防止することができ、水平方向への曲げモーメントに対する剛性を向上することができる。

建築物の架構構造の好ましい第一の実施の形態を示す正面図である。 その斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、梁と異なる高さの位置で柱本体を連結している連結材の別の実施態様を示す正面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ、梁と同じ高さの位置で柱本体を連結している連結材（柱間梁）の別の実施態様を示す正面図である。 建築物の架構構造の好ましい第二の実施の形態を示す斜視図である。 建築物の架構構造の好ましい第三の実施の形態を示す正面図である。 建築物の架構構造の好ましい第三の実施の形態を示す一部省略した斜視図である。 建築物の架構構造の好ましい第四の実施の形態を示す斜視図である。

建築物の架構構造の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

［第一の実施の形態］
まず図１及び図２は第一の実施の形態を示すもので、図中の参照符号１は鉛直（Ｚ方向）に建て込まれた柱、参照符号２は水平に配置されると共に柱１に接合された梁である。柱１は、２本の柱本体１１と、この柱本体１１，１１の間に配置され接合された所要数の連結材１２とからなる。

詳しくは、柱１における柱本体１１はＨ形鋼からなるものであって、すなわち、ウェブ１１１とその幅方向（Ｘ方向）両端から直交方向（Ｙ方向）へ張り出した一対のフランジ１１２，１１３を有し、建築物の鉛直荷重に対する支持力を受け持つ主体である。

柱１における連結材１２はＸ方向へ延びるＩ又はＨ形鋼からなるものであって、すなわち、ウェブ１２１とその幅方向（Ｚ方向）両端から水平方向（Ｙ方向）へ張り出した一対のフランジ１２２，１２３を有し、これらウェブ１２１及びフランジ１２２，１２３のＸ方向両端１２ａが柱本体１１，１１における互いに対向するフランジ１１２，１１２に直交するように、溶接によって接合され、これによって柱本体１１，１１を互いに連結している。

梁２は連結材１２と同じ断面形状でＸ方向へ延びるＩ形鋼又はＨ形鋼からなるものであって、すなわち、ウェブ２１とその幅方向（Ｚ方向）両端から水平方向（Ｙ方向）へ張り出した一対のフランジ２２，２３を有し、これらウェブ２１及びフランジ２２，２３のＸ方向端部２ａが、柱本体１１，１１における連結材１２と反対側のフランジ１１３，１１３と直交するように、溶接によって接合されている。

連結材１２は、梁２と異なる高さの位置で柱本体１１，１１を連結しているものと、梁２と同じ高さの位置で柱本体１１，１１を連結しているものとがあり、各連結材１２は上下に所定の間隔をもって配置されている。梁２と同じ高さの位置で柱本体１１，１１を連結している連結材１２を、柱間梁１２Ａと呼ぶ。

柱本体１１には、この柱本体１１におけるウェブ１１１及びフランジ１１２，１１３に直交状態で、鋼材製の複数の水平なリブ１１４が溶接により接合されている。これらのリブ１１４は、連結材１２における上下のフランジ１２２，１２３と対応する位置に配置されている。つまり連結材１２のフランジ１２２，１２３は、柱本体１１のリブ１１４と水平方向（Ｘ方向）に向けて直線上に並んでいる。また連結材１２である柱間梁１２Ａの位置においては、梁２のフランジ２２，２３も、柱本体１１のリブ１１４及び柱間梁１２Ａのフランジ１２２，１２３と共に、水平方向（Ｘ方向）に向けて直線上に並んでいる。

なお、柱間梁１２Ａのウェブ１２１及び梁２のウェブ２１も、柱本体１１のウェブ１１１と水平方向（Ｘ方向）へ直線的に並んだ状態となっている。

上述の構成を備える第一の実施の形態によれば、柱１は、Ｈ形鋼からなる一対の柱本体１１を連結材１２（柱間梁１２Ａを含む）によって結合したものであるため、断面サイズの大きな角形鋼管柱を用いて鉛直支持力及び水平方向の剛性を確保する場合のように壁面から柱が張り出してしまうことがなく、このため室内のスパンが大きくなり、室内スペースの利用の自由度を大きく向上することができる。

また、柱１における柱本体１１は、Ｈ形鋼の有する強度がリブ１１４によってさらに高められていることに加え、梁２によって上下（Ｚ方向）に分断されずに連続した通し柱となるので、水平方向（Ｘ方向）への曲げモーメントに対する剛性が増大する。したがって耐震性が向上し、大地震による大きな水平力が作用したときの柱の破壊を防止することができ、上側の梁と下側の梁との相対的な水平変位（層間変形）を小さく抑えることができる。

しかも、地震等によるＸ方向の水平力が、梁２及び連結材１２を介して柱本体１１のフランジ１１２，１１３に加わったときには、梁２のフランジ２２，２３及び柱間梁１２Ａのフランジ１２２，１２３とＸ方向へ直線的に並んだリブ１１４とによって、柱本体１１のフランジ１１２，１１３の変形が抑制されるので、柱本体１１，１１が並んだＸ方向に対する柱１の曲げ剛性が一層大きなものとなる。また、柱間梁１２Ａのウェブ１２１及び梁２のウェブ２１が柱本体１１のウェブ１１１とＸ方向へ並んで設けられていることも、Ｘ方向に対する柱１の曲げ剛性の向上に寄与しており、柱本体１１と連結材１２（柱間梁１２Ａ）及び梁２を溶接によって接合しているので、接合強度が高いものとなっている。

図３（ａ）〜（ｅ）に基づいて、梁２と異なる高さの位置で柱本体１１，１１を連結している連結材１２の別の実施態様について説明する。いずれの態様も、柱本体１１のリブ１１４と連結材１２のフランジ１２２，１２３とが、異なる高さに配置されている例である。

図３（ａ）に示すものは、連結材１２に設けられた一対のフランジ１２２，１２３の間の距離が、柱本体１１の一対のリブ１１４の間の距離よりも大きい一例である。本例では、一対のフランジ１２２，１２３の間の水平投影面内に、一対のリブ１１４の間の水平投影面が含まれるように各部が配置されている。

図３（ｂ）に示すものも、連結材１２に設けられた一対のフランジ１２２，１２３の間の距離が、柱本体１１の一対のリブ１１４の間の距離よりも大きい一例である。ただし本例では、一対のリブ１１４が下方にオフセットしており、これらの間の水平投影面が、一対のフランジ１２２，１２３の間の水平投影面に重なり合いながらも、外れた位置に位置づけられるように各部が配置されている。

図３（ｃ）に示すものも、連結材１２に設けられた一対のフランジ１２２，１２３の間の距離が、柱本体１１の一対のリブ１１４の間の距離よりも大きい一例である。本例では、一対のリブ１１４が上方にオフセットしており、これらの間の水平投影面が、一対のフランジ１２２，１２３の間の水平投影面に重なり合いながらも、外れた位置に位置づけられるように各部が配置されている。

図３（ｄ）に示すものは、連結材１２に設けられた一対のフランジ１２２，１２３の間の距離が、柱本体１１の一対のリブ１１４の間の距離よりも小さい一例である。本例では、一対のリブ１１４が上方にオフセットしており、これらの間の水平投影面が、一対のフランジ１２２，１２３の間の水平投影面内から完全に外れた位置に位置づけられるように各部が配置されている。

図３（ｅ）に示すものも、連結材１２に設けられた一対のフランジ１２２，１２３の間の距離が、柱本体１１の一対のリブ１１４の間の距離よりも小さい一例である。ただし本例では、一対のリブ１１４の間の水平投影面内に、一対のフランジ１２２，１２３の間の水平投影面が位置づけられるように各部が配置されている。

図４（ａ）（ｂ）に基づいて、梁２と同じ高さの位置で柱本体１１，１１を連結している連結材１２、つまり柱間梁１２Ａの別の実施態様について説明する。これらの各態様のものは、架構構造の剛性及び強度をより高めることができる。

図４（ａ）に示すものは、柱間梁１２Ａに設けられた一対のフランジ１２２，１２３の間の距離が、柱本体１１の一対のリブ１１４の間の距離よりも大きい一例である。本例では、一対のフランジ１２２，１２３の間の水平投影面内に、一対のリブ１１４の間の水平投影面が含まれるように各部が配置されている。

図４（ｂ）に示すものは、柱間梁１２Ａが二分割され、梁２の上端に対応する位置と下端に対応する位置とにそれぞれ配置されている。

［第二の実施の形態］
図５は、建築物の架構構造の好ましい第二の実施の形態として、柱１における連結材１２に、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなる梁３を梁２と直交する方向（Ｙ方向）に接合した例を示すものである。すなわち、柱本体１１，１１を結合している連結材１２には、適切な接合用プレート１２４を介して梁３を溶接により接合することができる。図示の例では、梁３のウェブ３１の端部が、連結材１２である柱間梁１２Ａのウェブ１２１に接合用プレート１２４を介して溶接され、梁３のフランジ３２の端部が、柱間梁１２Ａのフランジ１２２に溶接されている。

［第三の実施の形態］
図６及び図７は、建築物の架構構造の好ましい第三の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、上述した第一及び第二の実施の形態と異なるところは、３本の柱本体１１を、連結材１２を介して互いに連結した点にある。各柱本体１１や連結材１２は、第一及び第二の実施の形態と同様のものである。

すなわちこの実施例でも、連結材１２は、梁２と同じ高さの位置で柱本体１１，１１を連結しているもの（柱間梁１２Ａ）と、梁２と異なる高さの位置で柱本体１１，１１を連結しているものとがある。各連結材１２は上下に所定の間隔をもって配置され、ウェブ１２１及びフランジ１２２，１２３の両端が、隣接する柱本体１１，１１における互いに対向するフランジ１１２，１１２（又はフランジ１１３，１１３）に直交するように、溶接によって接合され、これによって柱本体１１，１１を互いに連結している。

また、各柱本体１１には、ウェブ１１１及びフランジ１１２，１１３に直交状態で接合された鋼材製の複数の水平なリブ１１４が溶接により接合されている。これらのリブ１１４は、連結材１２である柱間梁１２Ａにおける上下のフランジ１２２，１２３及び梁２における上下のフランジ２２，２３と対応する位置にある。

第三の実施の形態によれば、柱本体１１の本数を第一及び第二の実施の形態より多くしたため、鉛直支持力及び水平力に対する剛性を一層向上することができる。

なお、連結材１２は、その材質や肉厚を適切に設定することによって降伏点を低くかつ伸びのよいものとすれば、柱本体１１からの水平剪断力の入力によって塑性変形し、これによって有効に振動エネルギを消費して揺れを減衰させるパネルダンパとしての機能を与えることもできる。

［第四の実施の形態］
図８は、建築物の架構構造の好ましい第四の実施の形態を示すものである。

この第四の実施の形態において、先に説明した第一〜第三の実施の形態と異なるところは、柱本体１１の上端及び下端が梁状連結材１３に溶接され、梁２の端部が、梁状連結材１３と溶接により接合されていることにある。

詳しくは、梁状連結材１３は、ＸＺ方向に延びるウェブ１３１と、その上下両端から水平（Ｙ方向）に張り出した一対のフランジ１３２，１３３と、ウェブ１３１及びフランジ１３２，１３３と直交状態で溶接された複数のリブ１３４からなる。フランジ１３２，１３３は、その幅が柱本体１１のフランジ１１２，１１３の幅と同等又はそれより僅かに広く、複数のリブ１３４はそれぞれ柱本体１１のフランジ１１２，１１３と鉛直方向（Ｚ方向）へ直線的に並んでいる。

また、梁２は、ウェブ２１の端部が梁状連結材１３のＸ方向端部のリブ１３４に、梁状連結材１３のウェブ１３１とＸ方向へ直線的に並んだ状態で溶接により接合されており、フランジ２２，２３の端部が、梁状連結材１３のフランジ１３２，１３３とＸ方向へ直線的に並んだ状態で溶接により接合されている。

また、梁２と直交する方向（Ｙ方向）へ延びる梁３のウェブ３１の端部が、梁状連結材１３のウェブ１３１に接合用プレート１３５を介して溶接により接合され、梁３のフランジ３２の端部が、梁状連結材１３のフランジ１３２に溶接により接合されている。

なお、梁状連結材１３のウェブ１３１も、柱本体１１のウェブ１１１及び梁２のウェブ２１と並んだ位置にある。

上記構成を備える第四の実施の形態も、柱１は、Ｈ形鋼からなる一対の柱本体１１を連結材１２によって結合したものであるため、断面サイズの大きな角形鋼管柱を用いて鉛直支持力及び水平方向の剛性を確保する場合のように壁面から柱が張り出してしまうことがなく、このため室内のスパンが大きくなり、室内スペースの利用の自由度を大きく向上することができる。

しかも地震等によるＸ方向の水平力に対する曲げ剛性が、連結材１２のフランジ１２２，１２３とＸ方向へ直線的に並んだリブ１１４によって高めることができ、Ｘ方向の水平力によって柱本体１１と梁状連結材１３間に加わる変形力に対する剛性も、梁状連結材１３のウェブ１３１及びリブ１３４が柱本体１１のウェブ１１１及びフランジ１１２，１１３と鉛直方向（Ｚ方向）へ直線的に並んでいることによって高めることができる。また、梁状連結材１３のウェブ１３１が、柱本体１１のウェブ１１１及び梁２のウェブ２１と並んで設けられていることも、Ｘ方向に対する柱１の曲げ剛性の向上に寄与する。

したがって、この実施の形態でも、断面サイズの大きな角形鋼管柱を用いた場合と異なり壁面からの柱の張り出しを抑制又は防止することができ、このため室内の内法スパンが大きくなり、室内スペースの利用の自由度を大きく向上することができる。また、水平方向への曲げモーメントに対する剛性が向上するため、耐震性が向上し、大地震による大きな水平力が作用したときの柱の破壊を防止することができ、上側の梁と下側の梁との相対的な水平変位（層間変形）を小さく抑えることができる。

１ 柱
２ 梁
３ 梁
１１ 柱本体
１３ 梁状連結材
１２ 連結材
１２Ａ 柱間梁
２１ ウェブ
２２ フランジ
２３ フランジ
１１１ ウェブ
１１２ フランジ
１１３ フランジ
１１４ リブ
１２１ ウェブ
１２２ フランジ
１２３ フランジ

Claims (12)

1. 複数本の柱を梁で連結した建築物の架構構造において、
   前記柱は、
   Ｈ形鋼からなる複数本の柱本体と、
   ウェブとフランジとを有する形鋼からなり、前記フランジを水平に配置してそれらのウェブとフランジとを前記柱本体のフランジに直交方向から接合させて一対の前記柱本体を連結する複数個の連結材と、
   を備える、
   ことを特徴とする建築物の架構構造。
2. 前記柱本体は、前記連結材のフランジと平行に、前記柱本体の一対のフランジの間にリブを架け渡している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の建築物の架構構造。
3. 前記柱本体のリブは、前記連結材のフランジと一致する高さに配置されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の建築物の架構構造。
4. 前記柱本体のリブは、前記連結材のフランジと異なる高さに配置されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の建築物の架構構造。
5. 前記連結材の一部は、前記梁に対応する高さに配置されて柱間梁となる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の建築物の架構構造。
6. 前記柱本体は、水平に配置された前記梁のフランジと高さを一致させて平行に、前記柱本体の一対のフランジの間にリブを架け渡している、
   ことを特徴とする請求項５に記載の建築物の架構構造。
7. 前記柱間梁はＨ型鋼からなり、
   前記柱間梁の一対のフランジは、前記梁と一致する高さに配置されている、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の建築物の架構構造。
8. 前記柱間梁はＨ型鋼からなり、
   前記柱間梁の一対のフランジは、前記梁から上下にオフセットした位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の建築物の架構構造。
9. 前記柱間梁はＨ型鋼からなり、前記梁の上端に対応する位置と下端に対応する位置とに二分割されて配置されている、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の建築物の架構構造。
10. 前記梁に直交させて前記柱間梁に連結した別の梁を備える、
    ことを特徴とする請求項５ないし９のいずれか一に記載の建築物の架構構造。
11. 前記連結材で連結された一対の前記柱本体を垂直方向に連結し、前記梁を水平方向に連結する梁状連結材を備える、
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の建築物の架構構造。
12. 前記梁に直交させて前記梁状連結材に連結した別の梁を備える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の建築物の架構構造。

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