(57)【要約】【課題】小梁を耐震要素として利用することにより、躯体の有効活用化が図れる建物を提供する。【解決手段】本発明の建物は、四角形の角部に位置される柱１；１…と、隣り合う柱と柱とを繋ぐように設けられて四角形の四辺に位置される大梁２；２…と、対向する対の大梁２と大梁２とを繋ぐように設けられた小梁３；３…とを備え、斜材（ブレース４）の一端５が上階及び下階のうちの一方の階に設けられた小梁３に接続され、斜材の他端６が上階及び下階のうちの他方の階に設けられた小梁３に接続されたことを特徴とする。【選択図】図１
2014196644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形の角部に位置される柱と、隣り合う柱と柱とを繋ぐように設けられて四角形の四辺に位置される大梁と、対向する対の大梁と大梁とを繋ぐように設けられた小梁とを備え、
斜材の一端が上階及び下階のうちの一方の階に設けられた小梁に接続され、斜材の他端が上階及び下階のうちの他方の階に設けられた小梁に接続されたことを特徴とする建物。
【請求項２】
小梁として、第１の小梁と、第１の小梁より上階に設けられた第２の小梁と、第１の小梁より下階に設けられた第３の小梁とを備え、
斜材として、一端が第１の小梁に接続されて他端が第２の小梁に接続された一方の斜材と、一端が第１の小梁に接続されて他端が第３の小梁に接続された他方の斜材とを備え、
一方の斜材の中心軸と他方の斜材の中心軸とが、同一垂直面上で、かつ、互いに平行な面上に位置されたことを特徴とする請求項１に記載の建物。
【請求項３】
四角形の角部に位置される柱と、隣り合う柱と柱とを繋ぐように同一水平面上に設けられて四角形の四辺に位置される大梁とで構成されたメインフレーム内において、斜材が接続された小梁と、当該小梁の中心軸と平行に対向する大梁であって当該小梁に近い位置にある大梁と、当該大梁の両端に接続された２つの柱と、当該２つの柱のうちの一方と斜材が接続された小梁の一端との間に位置された大梁と、当該２つの柱のうちの他方と斜材が接続された小梁の他端との間に位置された大梁とで囲まれた第１の領域内の面内剛性を、互いに対向する小梁と、互いに対向する一方の小梁の一端と他方の小梁の一端との間に位置された大梁と、互いに対向する一方の小梁の他端と他方の小梁の他端との間に位置された大梁とで囲まれた第２の領域内の面内剛性、又は、斜材が接続された小梁と、当該小梁の中心軸と平行に対向する大梁であって当該小梁から遠い位置にある大梁と、当該大梁の両端に接続された２つの柱と、当該２つの柱のうちの一方と斜材が接続された小梁の一端との間に位置された大梁と、当該２つの柱のうちの他方と斜材が接続された小梁の他端との間に位置された大梁とで囲まれた第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建物。
【請求項４】
前記メインフレーム内において、前記第１の領域内に形成されたスラブのスラブ厚さ又は当該スラブのコンクリート強度を、前記第２の領域内、又は、前記第３の領域内に形成されたスラブのスラブ厚さ又は当該スラブのコンクリート強度よりも大きくしたことによって、前記第１の領域内の面内剛性を、前記第２の領域内の面内剛性、又は、前記第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたことを特徴とする請求項３に記載の建物。
【請求項５】
前記メインフレーム内において、前記第１の領域内に斜材を設けたことによって、前記第１の領域内の面内剛性を、前記第２の領域内の面内剛性、又は、前記第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたことを特徴とする請求項３に記載の建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小梁を耐震要素として利用する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラーメン構造の建物において、上階の大梁と下階の大梁とにブレース（斜材）を掛け渡すように連結して耐震性を向上させた建物が知られている（例えば特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４６５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のラーメン構造の建物においては、メインフレームを構成する構成部材に対して耐震対策を行うようにしていた。即ち、メインフレームを構成する大梁や柱は耐震要素として利用されているが、２次部材である小梁は耐震要素として利用されておらず、躯体の有効活用化が図られていない。
本発明は、小梁を耐震要素として利用することにより、躯体の有効活用化が図れる建物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る建物は、四角形の角部に位置される柱と、隣り合う柱と柱とを繋ぐように設けられて四角形の四辺に位置される大梁と、対向する対の大梁と大梁とを繋ぐように設けられた小梁とを備え、斜材の一端が上階及び下階のうちの一方の階に設けられた小梁に接続され、斜材の他端が上階及び下階のうちの他方の階に設けられた小梁に接続されたので、躯体の有効活用化が図れるとともに、層せん断耐力を向上でき、耐震性が向上する。
小梁として、第１の小梁と、第１の小梁より上階に設けられた第２の小梁と、第１の小梁より下階に設けられた第３の小梁とを備え、斜材として、一端が第１の小梁に接続されて他端が第２の小梁に接続された一方の斜材と、一端が第１の小梁に接続されて他端が第３の小梁に接続された他方の斜材とを備え、一方の斜材の中心軸と他方の斜材の中心軸とが、同一垂直面上で、かつ、互いに平行な面上に位置されたので、一方の斜材の一端と第１の小梁との接続点と他方の斜材の一端と第１の小梁との接続点との間の第１の小梁に加わるせん断応力が大きくなって第１の小梁を早期にせん断降伏させることができ、エネルギー吸収能を向上させることができる。
四角形の角部に位置される柱と、隣り合う柱と柱とを繋ぐように同一水平面上に設けられて四角形の四辺に位置される大梁とで構成されたメインフレーム内において、斜材が接続された小梁と、当該小梁の中心軸と平行に対向する大梁であって当該小梁に近い位置にある大梁と、当該大梁の両端に接続された２つの柱と、当該２つの柱のうちの一方と斜材が接続された小梁の一端との間に位置された大梁と、当該２つの柱のうちの他方と斜材が接続された小梁の他端との間に位置された大梁とで囲まれた第１の領域内の面内剛性を、互いに対向する小梁と、互いに対向する一方の小梁の一端と他方の小梁の一端との間に位置された大梁と、互いに対向する一方の小梁の他端と他方の小梁の他端との間に位置された大梁とで囲まれた第２の領域内の面内剛性、又は、斜材が接続された小梁と、当該小梁の中心軸と平行に対向する大梁であって当該小梁から遠い位置にある大梁と、当該大梁の両端に接続された２つの柱と、当該２つの柱のうちの一方と斜材が接続された小梁の一端との間に位置された大梁と、当該２つの柱のうちの他方と斜材が接続された小梁の他端との間に位置された大梁とで囲まれた第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたので、斜材が接続された小梁からメインフレームに力が伝達される際において、小梁の変形が抑制され、耐震性が向上する。
前記メインフレーム内において、前記第１の領域内に形成されたスラブのスラブ厚さ又は当該スラブのコンクリート強度を、前記第２の領域内、又は、前記第３の領域内に形成されたスラブのスラブ厚さ又は当該スラブのコンクリート強度よりも大きくしたことによって、前記第１の領域内の面内剛性を、前記第２の領域内の面内剛性、又は、前記第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたので、斜材が接続された小梁からメインフレームに力が伝達される際において、小梁の変形が抑制され、耐震性が向上する。
前記メインフレーム内において、前記第１の領域内に斜材を設けたことによって、前記第１の領域内の面内剛性を、前記第２の領域内の面内剛性、又は、前記第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたので、斜材が接続された小梁からメインフレームに力が伝達される際において、小梁の変形が抑制され、耐震性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】建物のフレーム構造を示す断面図。
【図２】建物のフレーム構造を示す斜視図。
【図３】建物のフレーム構造を示す斜視図。
【図４】建物のフレーム構造を示す断面図。
【図５】建物のフレーム構造を示す斜視図。
【図６】建物のフレーム構造を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態１
実施形態１の建物は、図１；図２に示すように、ラーメン構造により構成され、図２に示すように、四角形の角部に位置される柱１；１…と、隣り合う柱１と柱１とを繋ぐように設けられて四角形の四辺に位置される大梁２；２…と、同一水平面上において互いに向き合って対向する対の大梁２と大梁２とを繋ぐように設けられた小梁３；３…とを備え、例えば鋼材により形成された斜材としてのブレース４の一端５が例えば上下階で向かい合うように対向する下階の小梁３に接続され、ブレース４の他端６が例えば上下階で向かい合うように対向する上階の小梁３に接続された構成を備える。例えば、ブレース４は、一端５が下階の小梁３の端部側（大梁２との接合部側）に接続され、他端６が上階の小梁３の中央側（互いに向き合って対向する対の大梁２と大梁２との間の中央側）に接続されている。
尚、大梁２は端部が柱１と接合されている梁であり、小梁３は端部が大梁２と接合されているが柱１に直接繋がっていない梁である。
当該建物によれば、ブレース４が小梁３に接続されて小梁３からブレース４を介してメインフレームの大梁２及び柱１に力が伝達されるように構成されたので、地震時等に建物に外力が加わった場合に、建物の変形を小さくでき、建物の耐力を向上させることができる。このように、小梁３を耐震要素として利用したことにより、建物の既存躯体の有効利用化が図れるとともに、建物の層せん断耐力が向上し、耐震性を向上できる。
尚、小梁３からブレース４を介してメインフレームの大梁２及び柱１に伝達される力とは、地震時等において当該建物に外力が加わった場合に発生する応力やせん断力等の力のことである。
【０００８】
そして、四角形の角部に位置される柱１；１…と、隣り合う柱１と柱１とを繋ぐように同一水平面上に設けられて四角形の四辺に位置される大梁２；２…とで構成されたメインフレーム内において、後述する第１の領域内の面内剛性を、第２の領域内の面内剛性、又は、第３の領域内の面内剛性よりも大きくした。
ここで、第１の領域とは、メインフレーム内の同一水平面上において、ブレース４が接続された小梁３と、当該小梁３の中心軸と平行に対向する大梁２であって当該小梁３に近い位置（例えば最も近い位置）にある大梁２と、当該大梁２の両端に接続された２つの柱１；１と、当該２つの柱１；１のうちの一方とブレース４が接続された小梁３の一端との間に位置された大梁２と、当該２つの柱１；１のうちの他方とブレース４が接続された小梁３の他端との間に位置された大梁２とで囲まれた領域のことである。
第２の領域とは、メインフレーム内の同一水平面上において、互いに対向する一対の小梁３；３と、互いに対向する一方の小梁３の一端と他方の小梁３の一端との間に位置された大梁２と、互いに対向する一方の小梁３の他端と他方の小梁３の他端との間に位置された大梁２とで囲まれた第２の領域のことである。
互いに対向する小梁３；３は、ブレース４が接続された小梁３であってもよいし、ブレース４が接続されていない小梁３であってもよい。例えば、一方の小梁３はブレース４が接続された小梁３であって他方の小梁３はブレース４が接続されていない小梁３であってもよいし、両方の小梁３；３はともにブレース４が接続された小梁３であってもよいし、両方の小梁３；３はともにブレース４が接続されていない小梁３であってもよい。即ち、第２の領域は、メインフレーム内の同一水平面上において、小梁３が少なくとも２つ以上対向するように設けられている場合に形成される。
第３の領域とは、メインフレーム内の同一水平面上において、ブレース４が接続された小梁３と、当該小梁３の中心軸と平行に対向する大梁２であって当該小梁３から遠い位置にある大梁２と、当該大梁２の両端に接続された２つの柱１；１と、当該２つの柱１；１のうちの一方とブレース４が接続された小梁３の一端との間に位置された大梁２と、当該２つの柱１；１のうちの他方とブレース４が接続された小梁３の他端との間に位置された大梁２とで囲まれた領域のことである。即ち、第３の領域は、メインフレーム内の同一水平面上において、小梁３が１つしか設けられていない場合に形成される。
以上のような、第１の領域内の面内剛性を、第２の領域内の面内剛性、又は、第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたので、ブレース４が接続された小梁３からメインフレームに力が伝達される際において、小梁３の変形が抑制され、耐震性が向上する。
例えば、メインフレーム内において、第１の領域内に形成されたスラブ１０のスラブ厚さａ又は当該スラブ１０のコンクリート強度ｘを、第２の領域内、又は、第３の領域内に形成されたスラブ１０のスラブ厚さｂ又は当該スラブ１０のコンクリート強度ｙよりも大きくしたことによって、第１の領域内の面内剛性を、第２の領域内の面内剛性、又は、第３の領域内の面内剛性よりも大きくしたので、ブレース４が接続された小梁３からメインフレームの大梁２及び柱１に力が伝達される場合に、ブレース４が接続された小梁３の変形が抑制され、耐震性が向上する。
尚、第１の領域内に形成されたスラブ１０のスラブ厚さａを、第２の領域内、又は、第３の領域内に形成されたスラブ１０のスラブ厚さｂよりも大きくする場合、スラブ厚さａの部分７とスラブ厚さｂの部分８との境界部分の段差１１は、例えば、図１に示すような垂直面に形成される。この段差１１は、部分８側から部分７側に向けて傾斜して下る傾斜面により形成してもよい。
また、第１の領域内に形成されたスラブ１０のコンクリート強度ｘを、第２の領域内、又は、第３の領域内に形成されたスラブ１０のコンクリート強度ｙよりも大きくする場合には、例えば、第１の領域内においてスラブ１０を形成するコンクリートとして、第２の領域内、又は、第３の領域内においてスラブ１０を形成するコンクリートよりも高強度のコンクリートを使用すればよい。このようにすれば、高強度コンクリートからなるスラブは低強度コンクリートからなるスラブよりもせん断剛性が大きくなるので、第１の領域内に形成されたスラブ１０と、第２の領域内、又は、第３の領域内に形成されたスラブ１０との強度差が出る。
【０００９】
実施形態１の建物では、縦架材である柱１の縦延長部分と横架材である大梁２の横延長部分とで形成されたメインフレームで囲まれた同一の垂直面内に斜材としてのブレースを備えないラーメン構造において、当該メインフレームで囲まれた同一の垂直面内に存在しない小梁３、即ち、当該メインフレームで囲まれた同一の垂直面内において上下階で互いに向かい合うように対向する上階の大梁２と下階の大梁２とに直接に接続されていない小梁３からメインフレームに力を伝達する構造を備えている。
尚、ブレースを当該メインフレームで囲まれた同一の垂直面内に設けて当該ブレースを当該メインフレームを形成する大梁等に接続した構成の場合、当該ブレースを備えたことで建物の剛性が高くなる。従って、当該メインフレームで囲まれた同一の垂直面内にブレースを備えた構造の建物に対して実施形態１のように小梁にブレースを接続した構造を採用したとしても、地震の際には、ブレースを備えた当該メインフレームで荷重に抵抗し、小梁で荷重に抵抗する割合が小さくなるので、小梁からブレースを介して当該メインフレームに力を伝達させる効果を得にくい。
【００１０】
そこで、実施形態１では、縦架材である柱１の縦延長部分と横架材である大梁２の横延長部分とで形成されたメインフレームで囲まれた同一の垂直面内にブレースを備えないラーメン構造において、当該メインフレームで囲まれた同一の垂直面内に存在しない小梁３にブレース４を接続して、小梁３からメインフレームに力を伝達する構造としたので、地震時に小梁３からブレース４を介してメインフレームに力が伝達しやすくなり、小梁３を耐震要素として効果的に動作させることができるので、層せん断耐力が向上して耐震性が向上するとともに、既存躯体の有効利用化が図れる建物を得ることができる。
【００１１】
実施形態２
図３に示すように、四角形の角部に位置される柱１；１…と、隣り合う柱１と柱１とを繋ぐように同一水平面上に設けられて四角形の四辺に位置される大梁２；２…とで構成されたメインフレーム内の上述した第１の領域内に斜材としての水平ブレース１５；１５…を設けたことによって、第１の領域内の面内剛性を、第２の領域内の面内剛性、又は、第３の領域内の面内剛性よりも大きくしてもよい。この場合、水平ブレース１５の一端はブレース４が接続された小梁３の端部に接続され、水平ブレース１５の他端は当該小梁３に一番近い位置にある大梁２の柱１に接続される側の端部、又は、当該大梁２が接続される柱１に接続すればよい。当該構成により、第１の領域内の面内剛性が、第２の領域内の面内剛性、又は、第３の領域内の面内剛性よりも大きくなるので、ブレース４が接続された小梁３からメインフレームの大梁２及び柱１に力が伝達される際において、ブレース４が接続された小梁３の変形が抑制され、耐震性が向上する。
【００１２】
実施形態３
実施形態３の建物は、図４；図５に示すように、例えば３階に設けられた第１の小梁３Ａ（３）と、第１の小梁３Ａより上階である４階に設けられた第２の小梁３Ｂ（３）と、第１の小梁３Ａより下階である２階に設けられた第３の小梁３Ｃ（３）と、一端５Ａが第１の小梁３Ａに接続されて他端６Ａが第２の小梁３Ｂに接続された一方のブレース４Ａ（４）と、一端５Ｂが第１の小梁３Ａに接続されて他端６Ｂが第３の小梁３Ｃに接続された他方のブレース４Ｂ（４）斜材とを備えた構成である。
第１の小梁３Ａ、第２の小梁３Ｂ、第３の小梁３Ｃは、当該第１の小梁３Ａ、第２の小梁３Ｂ、第３の小梁３Ｃの各中心軸が同一垂直面上に位置されるように設けられる。
【００１３】
そして、一方のブレース４Ａの中心軸４Ｃと他方のブレース４Ｂの中心軸４Ｃとが一直線上に存在せずに偏心した状態となるように、さらに、一方のブレース４Ａの中心軸４Ｃと他方のブレース４Ｂの中心軸４Ｃとが、同一垂直面上で、かつ、互いに平行な面上に位置された構成となるように、一方のブレース４Ａと他方のブレース４Ｂとが設けられる。
従って、第１の小梁３Ａの中心軸３Ｄと一方のブレース４Ａの中心軸４Ｃとの交差点５Ｘ（≒一方のブレース４Ａの一端５Ａと第１の小梁３Ａとの接続点）と第１の小梁３Ａの中心軸３Ｄと他方のブレース４Ｂの中心軸４Ｃとの交差点５Ｙ（≒他方のブレース４Ｂの一端５Ｂと第１の小梁３Ａとの接続点）とが第１の小梁３Ａの中心軸３Ｄ上において離れた位置に設けられた構成となる。
【００１４】
実施形態３によれば、上述した交差点５Ｘと交差点５Ｙとでそれぞれ逆向きの曲げモーメントが最大となり、第１の小梁３Ａにおける交差点５Ｘと交差点５Ｙとの間の部分Ｘで曲げモーメントが急激に変わるので、当該部分Ｘに大きなせん断力が加わる構造となる。つまり、積極的に当該部分Ｘで第１の小梁３Ａを降伏させる構造となる。従って、地震時において第１の小梁３Ａを降伏させて地震時のエネルギーを吸収させることができ、耐震性を向上させることができる建物となる。即ち、一方のブレース４Ａの一端５Ａと第１の小梁３Ａとの接続点と他方のブレース４Ｂの一端５Ｂと第１の小梁３Ａとの接続点との間に存在する第１の小梁３Ａの部分Ｘに加わるせん断応力が大きくなって第１の小梁３Ａを早期にせん断降伏させることができるので、エネルギー吸収能を向上させることができる。
特に、一方のブレース４Ａの中心軸４Ｃと他方のブレース４Ｂの中心軸４Ｃとが、同一垂直面上で、かつ、互いに平行な面上に位置された構成とすることで、上述した部分Ｘに上下方向から均等なせん断応力が加わりやすくなり、第１の小梁３Ａを早期にせん断降伏させることができるので、エネルギー吸収能を向上させることができる。
尚、この場合、第１の小梁３Ａの部分Ｘに加わるせん断力Ｑは、Ｑ＝（Ｍ１＋Ｍ２）／Ｌ（ここで、Ｍ１は交差点５Ｘでの曲げモーメント、Ｍ２は交差点５Ｙでの曲げモーメント、Ｌは部分Ｘの距離）で求まるので、部分Ｘの距離Ｌを調整することで当該部分Ｘに加わるせん断力Ｑを決めることができ、せん断力Ｑを調整できる。
従って、第１の小梁３Ａの降伏せん断力Ｑｙ≦第１の小梁３Ａの部分Ｘに加わるせん断力Ｑ、となるようにＬを設定することで、第１の小梁３Ａを早期にせん断降伏させることができるので、エネルギー吸収能を向上させることができる。
【００１５】
また、実施形態３の場合、第１の小梁３Ａを部分Ｘで積極的にせん断降伏させる構造であるので、ブレース４が接続された第１の小梁３Ａ、第２の小梁３Ｂ、第３の小梁３Ｃの端部側、特に第２の小梁３Ｂ、第３の小梁３Ｃの端部側に第１の小梁３Ａのせん断降伏時の反力が加わる。そこで、実施形態１と同じように、第１の領域内の面内剛性を、第２の領域内の面内剛性、又は、第３の領域内の面内剛性よりも大きくするために、四角形の角部に位置される柱１；１…と、隣り合う柱１と柱１とを繋ぐように同一水平面上に設けられて四角形の四辺に位置される大梁２；２…とで構成されたメインフレーム内において、第１の領域内に形成されたスラブ１０のスラブ厚さａ又はスラブ１０のコンクリート強度ｘを、第２の領域内、又は、第３の領域内に形成されたスラブ１０のスラブ厚さｂ又は当該スラブ１０のコンクリート強度ｙよりも大きくしたり（図４参照）、実施形態２と同じように、当該メインフレーム内において、第１の領域内に斜材としての水平ブレース１５；１５…を設ける（図６参照）ようにすればよい。
【００１６】
また、斜材としてダンパー等の制振デバイスを用いてもよい。
また、本発明の建物の構造は、新築、耐震補強のどちらでにでも対応可能である。特に、メインフレームを変更できない場合の耐震補強に効果的である。
【符号の説明】
【００１７】
１  柱、２  大梁、３  小梁、４  ブレース（斜材）、５  ブレースの一端、
６  ブレースの他端、１５  水平ブレース（斜材）。
【図１】
2014196644.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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