JP5483666B2 - building - Google Patents
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Description
本発明は、柱の座屈を抑制する柱構造を備えた建物に関する。 The present invention relates to a building having a column structure that suppresses column buckling.
柱は、柱に加わる荷重で曲げ座屈を生じて崩壊しないようにその断面積や部材長が設計されている。 The column is designed in cross-sectional area and member length so that it does not collapse due to bending buckling caused by the load applied to the column.
このため、例えば、既存の建物において、既存の柱に接合されていた梁やスラブを取り除き、吹き抜け構造に変更する場合、梁やスラブが取り除かれたことで部材長が長くなり、柱に加わる荷重が減少しても柱が座屈する場合がある。 For this reason, for example, in an existing building, when a beam or slab joined to an existing column is removed and the structure is changed to a blow-off structure, the length of the member is increased by removing the beam or slab, and the load applied to the column The column may buckle even if the value decreases.
このような状況で既存の柱を座屈させないためには、既存の柱の座屈強度を高くする必要がある。これには、既存の柱の断面積を大きくする方法が有効であるが、既存の柱の断面積を大きくすることは施工上、困難である。 In order to prevent the existing column from buckling in such a situation, it is necessary to increase the buckling strength of the existing column. For this purpose, a method of increasing the cross-sectional area of the existing column is effective, but it is difficult in terms of construction to increase the cross-sectional area of the existing column.
一方、既存の建物において、梁やスラブを取り除き、吹き抜け構造に変更する要求は高く、既存の柱をそのまま残して使用しても座屈を生じさせない、柱の座屈を抑制する技術が求められている。 On the other hand, in existing buildings, there is a high demand for removing beams and slabs and changing them to a blow-by structure, and there is a need for a technology that suppresses column buckling without causing buckling even if existing columns are used as they are. ing.
柱の断面積を変えずに柱の強度を高くする技術として、柱の周囲を鋼管で囲み、柱と鋼管の間に空間を設ける構造が提案されている(特許文献1)。
しかし、特許文献1は、図9に示すように、火災時に、熱で柱の強度が低下するのを遅くさせるために柱の周囲を鋼管で囲んだものである。
As a technique for increasing the strength of a column without changing the cross-sectional area of the column, a structure in which the periphery of the column is surrounded by a steel pipe and a space is provided between the column and the steel pipe has been proposed (Patent Document 1).
However, in
即ち、柱(内側鋼部材2)の周囲を外側鋼部材1で囲み、内側鋼部材2に耐火被覆を施す替わりに内側鋼部材2と外側鋼部材1との間に中空部3を形成している。このとき、外側鋼部材1の上下端部は、仕口部のダイアフラム4で内側鋼部材2に連結され、ダイアフラム4に加わる鉛直荷重を内側鋼部材2と分担している。
That is, the periphery of the pillar (inner steel member 2) is surrounded by the
このため、ダイアフラム4に加わる鉛直荷重は内側鋼部材2と外側鋼部材1のそれぞれに加わる。鉛直荷重が増し、内側鋼部材2と外側鋼部材1の座屈の許容値を超えると、内側鋼部材2と外側鋼部材1のいずれもが座屈を開始する。
For this reason, the vertical load applied to the
即ち、特許文献1の構成では、柱(内側鋼部材2)の強度をある程度は増すことができるが、柱の座屈は抑制できない。
本発明は、上記事実に鑑み、柱の座屈を抑制することを目的とする。 In view of the above-described facts, the present invention aims to suppress column buckling.
請求項1に記載の発明に係る建物は、中間層の梁やスラブが取り除かれて部材長が長くされた柱と、上方の梁と下方の梁又は梁上のスラブに接続され前記柱を所定の隙間を開けて周囲を囲み、前記上方の梁の下面と所定の隙間を開けて配置され、前記柱に曲げ変形が生じたとき前記柱の中央部及び両端部が内周面と当接する鋼管と、を有することを特徴としている。
The building according to
請求項1に記載の発明によれば、上方の梁から、中間層の梁やスラブが取り除かれて部材長が長くされた柱に加わる荷重により、柱に曲げ座屈変形が生じたとき、柱の中央部及び両端部の外周が周囲を囲む鋼管の内周に当り、柱のそれ以上の変形が鋼管の剛性と強度で拘束される。この結果、部材長が長くされた柱の座屈が抑制される。 According to the first aspect of the present invention, when a bending buckling deformation occurs in the column due to a load applied to the column whose member length is increased by removing the intermediate beam or slab from the upper beam, the column The outer peripheries of the central part and both end parts of the steel plate contact the inner perimeter of the surrounding steel pipe, and further deformation of the column is restricted by the rigidity and strength of the steel pipe. As a result, the buckling of the column whose member length is increased is suppressed.
また、鋼管の上端部は、上方の梁の下面と所定の隙間が開けられており、上方の梁の荷重は直接には鋼管に加わらず、下方のスラブ又は下方の梁を通じて柱に伝達される。
このように、鋼管が上方の梁と縁が切られていることで、鋼管が座屈することなく、柱の座屈を抑制できる。
In addition, the upper end of the steel pipe has a predetermined gap with the lower surface of the upper beam, and the load of the upper beam is not directly applied to the steel pipe but is transmitted to the column through the lower slab or the lower beam. .
Thus, buckling of a pillar can be suppressed, without a steel pipe buckling because a steel pipe has an edge with the upper beam cut.
請求項2に記載の発明に係る建物は、梁が接続される柱と、上方の梁と下方の梁又は梁上のスラブの間にある前記柱を所定の隙間を開けて周囲を囲み、前記上方の梁の下面と所定の隙間を開けて配置され、前記柱に曲げ変形が生じたとき前記柱の中央部及び両端部が内周面と当接する鋼管と、前記鋼管に設けられ、前記上方の梁と前記下方の梁又は梁上のスラブの間に設けられた中間層梁を支持する梁支持部と、前記下方の梁又は梁上のスラブに設けられ、前記鋼管の下端部を支持する鋼管支持部材と、を有することを特徴としている。
The building according to the invention of
請求項2に記載の発明によれば、鋼管が梁支持部で中間層梁を支持しており、鋼管支持部材が鋼管の下端部を支持している。
これにより、中間層梁から伝えられる荷重は、鋼管、鋼管支持部材及び下方のスラブ又は下方の梁を通じて柱に伝えられる。
According to invention of
Thereby, the load transmitted from the intermediate layer beam is transmitted to the column through the steel pipe, the steel pipe support member, and the lower slab or the lower beam.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の建物において、前記鋼管は、前記鋼管を周方向に分割した分割部材で、前記柱を外から囲んで接合したことを特徴としている。
請求項3に記載の発明によれば、鋼管は、周方向に分割された分割部材とされている。この分割部材で、既築建物の柱を外から囲んで接合することで、座屈補強できる。
According to a third aspect of the present invention, in the building according to the first or second aspect, the steel pipe is a divided member obtained by dividing the steel pipe in a circumferential direction, and is joined by surrounding the column from the outside.
According to invention of
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の建物において、前記柱は、既存建物の柱であることを特徴としている。
これにより、分割部材で既築建物の柱を外から囲んで接合することができる。
Invention of
Thereby, the pillar of an existing building can be enclosed and joined from the outside with a division member.
本発明は、上記構成としてあるので、柱の座屈が抑制できる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to suppress column buckling.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る柱構造8は、柱10と柱10を囲む鋼管16とを有している。
図1に示すように、柱10は、上方の梁12と下方の梁15を支持し(図示は省略)、梁12と梁15には、それぞれ上方のスラブ13と下方のスラブ14が設けられている。
(First embodiment)
The column structure 8 according to the first embodiment includes a
As shown in FIG. 1, the
図1に示す建物27の改築前は、梁12とスラブ14の間に中間層梁48、50が設けられ、中間層梁48、50は柱10で支持されていた。また、中間層梁48、50にはスラブ49、51が設けられ3層構成とされていた。
Before the reconstruction of the
改築によりスラブ49、51及び中間層梁48、50を取り除き、吹き抜け構造としている。このため、柱10の部材長は長くなり、3層分の高さが部材長となっている。
The
柱10は、断面形状を問わず、広く利用されている断面形状の型鋼やCFT(コンクリート充填柱)で構成されている。
鋼管16はボックス状の断面形状とされ、柱10の表面から所定の隙間dを開けて、柱10の周囲を囲んでいる。
The
The
なお、柱10と鋼管16の隙間には、柱10と鋼管16を接続する接続部材は取付けられていない。これにより、鋼管16は柱10を囲んだ状態で、水平方向に隙間dの距離を移動できる。
In addition, the connection member which connects the
また、鋼管16は、座屈による柱10の水平方向の変形を抑制できる剛性と強度を備えており、スラブ14の上面から、梁12の下面と所定の隙間hを開けた高さまでの間に渡る部材長とされている。鋼管16は柱10を囲んだ状態で、上下方向に隙間hの距離を移動できる。
Further, the
これにより、図2に示すように、柱10に加わる軸力Nにより柱10に曲げ変形が生じたとき、柱10の外周10aが周囲を囲む鋼管16の内周16aの中央部及び両端部の3箇所に当る。鋼管16は、柱10の水平方向の変形を抑制できる剛性と強度を備えているため、柱10を鋼管16で拘束するので、柱10が座屈に至ることはない。
Thus, as shown in FIG. 2, when the
なお、鋼管16の上端部と上方の梁12の下面に開けられた隙間hにより、鋼管16が上方の梁12の荷重を直接に受けることはなく、鋼管16が軸力Nで変形することはない。
上述したように、柱構造8とすることで柱10の座屈が抑制され、既存建物を高階層のスケルトン構造に改築できる。
The
As described above, the pillar structure 8 can suppress buckling of the
なお、以上は、既存建物における中間層梁48、50及びスラブ49、51の2層分を取り除く例について説明したが、2層分に限定されることはなく、柱10の部材長単位で柱構造8とすればよい。
In the above, an example in which the intermediate layer beams 48 and 50 and the
ここで、鋼管16で柱10を囲む方法について説明する。
図3(A)に示すように、先ず、鋼管16は、予め周方向に分割した第1鋼管56と、第2鋼管57の分割部材とされている。第1鋼管56と第2鋼管57に分割することで、既築建物の柱10を外から囲み、囲んだ状態で接合することができる。
第1鋼管56と第2鋼管57は、いずれも、各辺の長さが柱10の幅Dより大きく、柱10の周囲に所定の隙間dが確保できる寸法でL字状に形成されている。
Here, a method of surrounding the
As shown in FIG. 3A, first, the
Each of the
次に、第1鋼管56と第2鋼管57で既築建物の柱10を外側から囲み、接合部を溶接接合する。
即ち、第1鋼管56の端部56Tと第2鋼管57の側面57S、及び第1鋼管56の側面56Sと第2鋼管57の端部57Tを突き合わせて溶接接合する。
これにより、鋼管16で既築建物の柱10を囲むことができる。
Next, the
That is, the
Thereby, the
なお、分割方法は、図3(A)に限定されることはなく、図3(B)に示すように、柱10の3つの側面を囲む第1鋼管65と、柱10の1つの側面を囲む第2鋼管66の2つに分割してもよい。また、図示は省略するが柱10の4つの側面に対応させて、4つの平板部分に分割することも可能である。
The dividing method is not limited to FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, the
いずれの分割であっても、分割部材で柱10を囲み、柱10を囲んだ後にそれぞれ接合部で接合し、鋼管16とする。これにより、接合された鋼管16で既築建物の柱10の座屈を抑制できる。
In any of the divisions, the
なお、以上説明した鋼管16は、ボックス状の断面形状として説明したが、ボックス状に限定されることはなく、柱10の断面形状に対応して選択すればよい。例えば柱10の断面形状が円形の場合には、断面形状が円形の鋼管がよい。
In addition, although the
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る柱構造28は、第1の実施の形態とは反対に、吹き抜け構造の既存建物を改築して中間層梁を追加する場合の柱構造である。
(Second Embodiment)
Contrary to the first embodiment, the
図4に示すように、柱構造28は、柱10と柱10を囲む鋼管26を有している。第1の実施の形態と共通する部分の説明は省略する。
柱10は、3層分の高さの部材長とされ、上方の梁12と下方の梁15を支持している(図示は省略)。梁12と梁15には、それぞれスラブ13、14が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
The
また、上方の梁12と下方のスラブ14の間には中間層梁18、20が設けられ、中間層梁18、20には、それぞれスラブ17、19が設けられている。
Further, intermediate layer beams 18 and 20 are provided between the
鋼管26は、ボックス状の断面形状とされ、所定の隙間dを開けて柱10の周囲を囲んでいる。また、鋼管26の下端部は、スラブ14の上面に設けられた支持ピース24に支持され、梁12の下面と所定の隙間hを開けた高さまでの部材長とされている。
The
支持ピース24は、矩形枠を分割して構成されており、柱10の両側から柱10を囲んでスラブ14の上面に配置される。
The
鋼管26は、中間層梁18、20を支持する軸力を備え、鋼管26と中間層梁18、20の仕口部には、鋼管26の肉厚を外周方向に所定の高さで厚くした、増厚部21、22が設けられている。
増厚部21は中間層梁18の端部と接合され、増厚部22は中間層梁20の端部と接合される。
The
The thickened
図5に示すように、増厚部22は、内径が鋼管26の内径と同じとされ、鋼管26より肉厚が厚い、長さLの筒で形成されている。増厚部22の長さLは、中間層梁20の成とスラブ19の厚さを合計した厚さWより大きい寸法とされ、中間層梁20との接合強度を確保している。
As shown in FIG. 5, the thickened
なお増厚部22の両端は1階分の長さの鋼管26の端部と突合せ溶接で接合する。
次に、増厚部22と中間層梁20の接合は、増厚部22の外周面に中間層梁20の端部を突き当て、溶接で接合する(突当部P)。若しくは、アングル材60を利用して、増厚部22と中間層梁20をボルト接合する(接合部Q)。
Note that both ends of the thickened
Next, the thickened
これにより、中間層梁18、20を鋼管26で支持することができる。
これにより、中間層梁18、20の荷重が、鋼管26、支持ピース24、スラブ14、梁15を通じて柱10に伝達される。
Thereby, the intermediate layer beams 18 and 20 can be supported by the
Thereby, the load of the intermediate layer beams 18 and 20 is transmitted to the
なお、支持ピース24は、柱10の側面に直接固定してもよい。これにより、支持ピース24の上面で鋼管26の下端を支持し、支持ピース24がスラブ14、梁15を介さずに、荷重を直接柱10に伝達できる。
The
このように、柱構造28は、改築で追加された中間層梁18、20の荷重を鋼管26で支持し、柱10に新たな荷重を加えることはない。これにより、柱10に座屈が生じることはなく、吹き抜け構造として設計された建物に中間層梁18、20を追加できる。
As described above, the
次に柱構造28の荷重変形特性の確認結果を説明する。
図6に示すように、荷重変形特性の試験装置30は、第2の実施の形態に係る柱構造28を中央部に配置している。
Next, the confirmation result of the load deformation characteristics of the
As shown in FIG. 6, the load deformation
柱10は、下部が試験装置30の下部支持部38に固定され、上部が上部支持部36に固定されている。
鋼管26の増厚部21、22には中間層梁18、20の一端が接合され、中間層梁18、20の他端は、柱構造28の両側に設けられた中間支持柱34に取付けられている。なお、中間層梁18、20にはスラブは設けられていない。
The
One end of the intermediate layer beams 18, 20 is joined to the thickened
中間支持柱34の上端と上部支持部36の上側端部は荷重伝達部33で連結されている。荷重伝達部33の端部と中間支持柱34の上端は第1ピン40で、支持柱34の下端と設置面に設けられた基礎支持部39は第2ピン42で、中間支持柱34と中間層梁18、20の端部は第3ピン44でそれぞれ回動自在に接合されている。
The upper end of the
荷重伝達部33の上部には荷重付加部32が取付けられ、荷重付加部32により荷重伝達部33に荷重が加えられる。上部支持部36は、柱10を固定した状態で、加えられた荷重に従い柱の上部に変形を加える。
A
具体的には、荷重付加部32は、柱10に軸力Nを加えた状態で水平力Qを付加する。
水平力Qの付加は、例えば右方向への変位を+、左方向への変位を−として、荷重伝達部33を通じて荷重付加部32の水平方向の移動により行う。このとき、下部支持部38は設置面に固定されており移動しない。これにより、下部支持部38と上部支持部36の間には変位が生じ、柱10が変形角θで変形する。
Specifically, the
The addition of the horizontal force Q is performed by moving the
このとき、中間支持柱34は、上端が第1ピン40で、下端が第2ピン42で接続されているため、中間支持柱34の移動は、柱10と同じように移動する。これに伴い、中間層梁18、20も、高さ方向の距離に比例して左右に移動し、実際の地震を想定した荷重変形特性が確認できる。
At this time, the
なお、変形角θは、鋼管26の表面に複数個取付けた変位計で計測している。
次に、試験結果について説明する。一例として軸力比(N/Q)が0.6のときの試験結果を図7に示す。図7において、横軸Rは変形角θ(1/1000rad)であり、縦軸Qは水平力(KN)である。
The deformation angle θ is measured by a displacement meter attached to the surface of the
Next, test results will be described. As an example, a test result when the axial force ratio (N / Q) is 0.6 is shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis R is the deformation angle θ (1/1000 rad), and the vertical axis Q is the horizontal force (KN).
図7に示すように、加えた水平力Qに直線状に比例して変形角θが増大しており、柱10が座屈することなく、軸力Nを受けた状態で水平力Qの変化に追従していることがわかる。
As shown in FIG. 7, the deformation angle θ increases linearly in proportion to the applied horizontal force Q, and the horizontal force Q changes in a state where the
なお、軸力Nは柱10が座屈する大きさであり、鋼管16が設けられていない場合の柱10は、水平力Qを加えなくて、軸力Nを加えたのみの段階で座屈する。
In addition, the axial force N is a magnitude | size which the
また、図示は省略するが、中間層梁18、20が設けられていない場合でも、加えた水平力Qに直線状に比例して変形角θが増大し、柱10が座屈なく、水平力Qの変化に追従していることを確認している。
Although illustration is omitted, even if the intermediate layer beams 18 and 20 are not provided, the deformation angle θ increases in proportion to the applied horizontal force Q in a straight line, the
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る柱構造46は、第2の実施の形態で説明した増厚部21、22に替えて、鋼管52に設けたダイアフラムで中間層梁18、20を支持する構成である。第2の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。
(Third embodiment)
The
図8に示すように、第3の実施の形態に係る柱構造46は、柱10と柱10を囲む鋼管52を有している。
鋼管52は、ボックス状とされ、柱10の表面から所定の隙間dを開けて、柱10を囲んでいる。鋼管52の外周面の中間層梁20との仕口部には、ダイアフラム54が取付けられている。
As illustrated in FIG. 8, the
The
ダイアフラム54は、中間層梁20と同じ成でフランジが台形状のH型鋼とされ、鋼管52と接合する側のフランジ幅が鋼管52の幅Dより大きく、中間層梁20との接合部においては中間層梁20とのフランジ幅と同じ寸法で形成されている。
The
ダイアフラム54は、鋼管52の4つの側面から、中間層梁20の方向に向けて、部材長Sで延出されている。
ダイアフラム54の、フランジ幅が広い側に端部を鋼管52の表面に溶接接合し、鋼管52の幅Dより大きい部分は、隣接するダイアフラム54の端部同士で接合されている。
The
The end of the
ダイアフラム54の、フランジ幅が狭い側の端部は中間層梁20の先端部と隙間を有してほぼ突き合わされ、突き合わされた状態で、ウェブ同士はスプライスプレート62を利用してボルト接合され、フランジ同士はスプライスプレート64を利用してボルト接合されている。
The end of the
これにより、中間層梁20から伝えられる荷重は、ダイアフラムを介して鋼管52に伝えられ、鋼管52から支持ピース24(図4参照)及び下方のスラブ14又は下方の梁15を介して柱10に伝えられる。
Thereby, the load transmitted from the
なお、中間層梁18と鋼管52の仕口も同じ構成である。
また、上方のスラブ13が梁12で支持され、下方のスラブ14が梁15で支持されているとして説明したが、スラブ13、14を設けないで梁12、15のみの構成でもよい。また、梁がないスラブ構成でもよい。
The joints of the
Further, the
8 柱構造(第1実施形態)
10 柱
12 梁(上方)
13 スラブ(上方)
14 スラブ(下方)
15 梁(下方)
16 鋼管(第1実施形態)
17 スラブ(中間層)
18 梁(中間層)
19 スラブ(中間層)
20 梁(中間層)
21 調速器(増厚部)
22 調速器(増厚部)
24 支持ピース(鋼管支持部材)
26 鋼管(第2実施形態)
28 柱構造(第2実施形態)
46 柱構造(第3実施形態)
56 第1鋼管(分割鋼管)
57 第2鋼管(分割鋼管)
d 所定の隙間
h 所定の隙間
8 pillar structure (first embodiment)
10
13 Slab (upper)
14 Slab (downward)
15 Beam (downward)
16 Steel pipe (first embodiment)
17 Slab (middle layer)
18 Beam (middle layer)
19 Slab (middle layer)
20 Beam (middle layer)
21 Speed governor (thickening part)
22 Speed governor (thickening part)
24 Support piece (steel pipe support member)
26 Steel pipe (second embodiment)
28 Column structure (second embodiment)
46 Column structure (third embodiment)
56 1st steel pipe (split steel pipe)
57 Second steel pipe (split steel pipe)
d Predetermined gap h Predetermined gap
Claims (4)
上方の梁と下方の梁又は梁上のスラブの間にある前記柱を所定の隙間を開けて周囲を囲み、前記上方の梁の下面と所定の隙間を開けて配置され、前記柱に曲げ変形が生じたとき前記柱の中央部及び両端部が内周面と当接する鋼管と、
を有する建物。 Columns with longer member lengths by removing intermediate layer beams and slabs ,
The column located between the upper beam and the lower beam or the slab on the beam is surrounded by a predetermined gap and is arranged with a predetermined gap from the lower surface of the upper beam, and is bent and deformed to the column. A steel pipe in which the central part and both end parts of the pillar are in contact with the inner peripheral surface when
Having a building.
上方の梁と下方の梁又は梁上のスラブの間にある前記柱を所定の隙間を開けて周囲を囲み、前記上方の梁の下面と所定の隙間を開けて配置され、前記柱に曲げ変形が生じたとき前記柱の中央部及び両端部が内周面と当接する鋼管と、
前記鋼管に設けられ、前記上方の梁と前記下方の梁又は梁上のスラブの間に設けられた中間層梁を支持する梁支持部と、
前記下方の梁又は梁上のスラブに設けられ、前記鋼管の下端部を支持する鋼管支持部材と、
を有する建物。 A column to which the beam is connected;
The column located between the upper beam and the lower beam or the slab on the beam is surrounded by a predetermined gap and is arranged with a predetermined gap from the lower surface of the upper beam, and is bent and deformed to the column. A steel pipe in which the central part and both end parts of the pillar are in contact with the inner peripheral surface when
A beam support provided on the steel pipe and supporting an intermediate beam provided between the upper beam and the lower beam or a slab on the beam;
A steel pipe support member provided on the lower beam or a slab on the beam, and supporting a lower end of the steel pipe;
Having a building.
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