(57)【要約】【課題】免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することができる建物の架構構造を提供する。【解決手段】免震装置１０は、第１の柱２の下部に設けられているが、第２の柱３の下部には設けられておらず、省略されている。第２の柱３は、下部に免震装置１０が設けられていないため、長期軸力を略ほとんど負担することなく、その分の長期軸力が第１の柱２へ付与される。これにより、免震装置１０に圧縮力が作用するため、地震時に第１の柱２の下部の免震装置１０に生じる引張力を低減できる。一方、第２の柱３は水平力を支持できるため、架構構造１００の水平剛性を第１の柱２と共に第２の柱３にて確保することができる。免震装置１０を第２の柱３の下部から省略した場合であっても、高いフレキシビリティのある建築空間の提供と、地震時の揺れが極めて小さい免震構造とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の架構構造であって、
鉛直方向に延びる複数の第１の柱と、
前記第１の柱間において、鉛直方向に延びる複数の第２の柱と、
水平方向に延びる複数の梁と、
前記建物の下部に設けられた免震装置と、を備え、
前記免震装置は、前記第１の柱の下部に設けられ、前記第２の柱の下部には設けられず、
前記第２の柱と前記梁との接合は、剛接合である、建物の架構構造。
【請求項２】
前記第１の柱、前記第２の柱、及び梁によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構を備える、請求項１に記載の建物の架構構造。
【請求項３】
前記第２の柱は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されている、請求項１又は２に記載の建物の架構構造。
【請求項４】
前記第１の柱は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の建物の架構構造。
【請求項５】
前記第２の柱は、前記建物における下部層側に設けられ、上部層側からは省略されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の建物の架構構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の架構構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の架構構造として、特許文献１に記載されているものが知られている。この架構構造は、複数本の柱、及びそれらを水平方向に連結する梁を有している。また、建物の下部には、地震時等における建物の振動を緩めるための免震装置が設けられている。免震装置は、それぞれの柱の下部に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１-１７９９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような建物の架構構造においては、各柱の下すべてに免震装置とそれに対する基礎となる構造を設けるためにコストが上昇し、工期も長期化してしまうという問題があった。従って、免震構造の合理化を図ることによって、免震構造の簡素化（免震装置の台数低減）を図りつつも、免震性能を確保することが要請されていた。
【０００５】
本発明は、免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することができる建物の架構構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る建物の架構構造は、建物の架構構造であって、鉛直方向に延びる複数の第１の柱と、第１の柱間において、鉛直方向に延びる複数の第２の柱と、水平方向に延びる複数の梁と、建物の下部に設けられた免震装置と、を備え、免震装置は、第１の柱の下部に設けられ、第２の柱の下部には設けられず、第２の柱と梁との接合は、剛接合であってよい。
【０００７】
本発明に係る架構構造によれば、免震装置は、第１の柱の下部に設けられているが、第２の柱の下部には設けられておらず、省略されている。このような構造によれば、第１の柱には長期軸力が作用すると共に、水平剛性を確保する。これに対し、第２の柱は、下部に免震装置が設けられていないため、長期軸力をほとんど負担することなく、その分の長期軸力は第１の柱へ付与される。これにより、免震装置に圧縮力が作用するため、地震時に第１の柱の下部の免震装置に生じる引張力を低減できる。一方、第２の柱と梁との接合は、剛接合である。このような構造により、第２の柱に水平力を伝達することができる。従って、第２の柱が水平力を支持することができ、架構構造の水平剛性を高めることができる。このように、第２の柱は水平力を支持できるため、架構構造の水平剛性を第１の柱と共に第２の柱にて確保することができる。以上により、免震性能を確保することができる。
【０００８】
また、本発明に係る建物の架構構造において、第１の柱、第２の柱、及び梁によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構を備えてよい。このような構成によって、架構構造の水平剛性を高めることができるため、免震装置の数を減らした場合でも、地震時に効果的に免震を行うことができる。
【０００９】
また、本発明に係る建物の架構構造において、第２の柱は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されていてよい。第２の柱は長期軸力の負担が極めて小さく、水平剛性だけを確保すればよいので、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。
【００１０】
また、本発明に係る建物の架構構造において、第１の柱は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されていてよい。第１の柱についても、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。
【００１１】
また、本発明に係る建物の架構構造において、第２の柱は、建物における下部層側に設けられ、上部層側からは省略されていてよい。上部層では確保するべき水平剛性が小さくてよいため、第２の柱を省略することができる。従って、上部層における第２の柱を省略することで、上部層における空間を広く利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る建物の架構構造の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す架構構造を上方から見た図である。
【図３】図３は、変形例に係る架構構造を示す図である。
【図４】図４は、変形例に係る架構構造を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る架構構造に作用する、長期軸力、及び地震時の水平力を示す模式図である。
【図６】図６は、比較例に係る架構構造を示す概略構成図である。
【図７】図７は、比較例に係る架構構造に作用する、長期軸力、及び地震時の水平力を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、建物１の架構構造１００は、鉛直方向に延びる複数の第１の柱２と、第１の柱２間で鉛直方向に延びる複数の第２の柱３と、水平方向に延びる複数の梁４と、建物１の下部に設けられた免震装置１０と、を備えている。ここでは、架構構造１００として、直方体状の高層ビルの架構構造が例示されている。以降の説明では、水平方向における一の方向を「Ｘ軸方向」とし、水平方向における一の方向と直交する方向を「Ｙ軸方向」として説明を行う場合がある。また、以降の説明では、第１の柱２及び第２の柱３の区別をせず、いずれかの柱を指して「柱５」と称する場合がある。
【００１６】
第１の柱２は、長期軸力を負担すると共に、水平力を負担して水平剛性を確保するための構造柱である。第１の柱２は、弱軸方向を有さない部材によって構成されており、例えば、角型鋼管等によって構成される。第１の柱２は、その下部に免震装置１０が設けられる柱である。ただし、第１の柱２は、Ｈ型鋼などの、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されてもよい。または、一部の第１の柱２については弱軸方向を有さない部材によって構成され、他の一部の第１の柱２については弱軸方向及び強軸方向を有する部材によって構成されてもよい。例えば、架構構造１００の四隅の第１の柱２は角型鋼管（弱軸方向を有さない部材）によって構成され、他の部分における第１の柱２はＨ型鋼（弱軸を有する部材）で構成されてよい。なお、後述の第２の柱３をＨ型鋼で構成した場合は、第１の柱２と第２の柱３は同じサイズでなくともよく、例えば、第１の柱２の方のフランジ厚を厚くするなどして、強度を強くしてもよい。
【００１７】
第２の柱３は、長期軸力を負担することを目的としておらず、水平力を負担して水平剛性を確保することを主目的とした柱である。第２の柱３は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されてよい。すなわち、第２の柱３は、軸力を負担する必要がないため、片軸方向を弱軸方向としてよい。第２の柱３は、曲げモーメント、せん断力を支持する柱によって構成されてよい。例えば、第２の柱３は、Ｈ型鋼、矩形鋼管、矩形断面のＲＣ等によって構成されてよい。第２の柱３は、その下部から免震装置１０が省略される柱である。
【００１８】
梁４は、柱５同士の間で水平方向に延びて、当該柱５同士を連結する部材である。梁４は、Ｈ型鋼等によって構成されている。梁４と構造柱である第１の柱２との間の接合は、剛接合である。また、梁４と第２の柱３との間の接合は、剛接合である。これにより、第２の柱３に水平力を伝達することができる。なお、図２（ａ）のうち、水平力を柱に伝達可能な梁４は実線で示されている。一方、水平力の伝達を行わない小梁６は、破線で示されている。図２（ｂ）には、耐震要素として機能する部材のみを示すべく、小梁６を省略した状態の架構構造１００を示す。また、図１に示すように、梁４は、各階層の階高を規定するように、１階の床、各階層の境界位置、及び最上階の天井に対応する位置に設けられる。
【００１９】
次に、第１の柱２、第２の柱３、及び梁４の配置について説明する。ただし、図１及び図２に示される構成は一例にすぎず、適宜変更可能である。
【００２０】
本実施形態に係る架構構造１００は、第１の柱２、第２の柱３、及び梁４によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構１５を備えている。すなわち、耐震要素である柱梁架構を外周の四面に配置したチューブ架構１５が構成されている。特に、本実施形態に係る架構構造１００は、最外周側のチューブ架構１５の内周側に更にチューブ架構２０が設けられたダブルチューブ架構構造を有している。
【００２１】
まず、最外周側のチューブ架構１５の構成について説明する。チューブ架構１５は、Ｘ軸方向に９本の柱５を有し、Ｙ軸方向に９本の柱５を有する。ここでは、Ｘ軸方向の正側へ向かって、柱５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４，５Ａ５，５Ａ６，５Ａ７，５Ａ８，５Ａ９が設けられているものとする。各柱５は、Ｘ軸方向に隣り合う柱５に対して梁４で連結される。このような柱５のうち、柱５Ａ１，５Ａ３，５Ａ５，５Ａ７，５Ａ９が第１の柱２によって構成され、柱５Ａ２，５Ａ４，５Ａ６，５Ａ８が第２の柱３によって構成される。このように、第２の柱３は、第１の柱２の間に配置される。また、Ｙ軸方向の正側へ向かって柱５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３，５Ｂ４，５Ｂ５，５Ｂ６，５Ｂ７，５Ｂ８，５Ｂ９が設けられているものとする。各柱５は、Ｙ軸方向に隣り合う柱５に対して梁４で連結される。このような柱５のうち、柱５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ４，５Ｂ６，５Ｂ８，５Ｂ９が第１の柱２によって構成され、柱５Ａ３，５Ａ５，５Ａ７が第２の柱３によって構成される。このように、第２の柱３は、第１の柱２の間に配置される。ただし、角部の柱５Ａ１は、柱５Ｂ１，５Ｂ９の何れかと同一の柱５であり、角部の柱５Ａ９は、柱５Ｂ１，５Ｂ９の何れかと同一の柱である。
【００２２】
次に、チューブ架構１５の一段内周側に設けられたチューブ架構２０の構成について説明する。チューブ架構２０は、Ｘ軸方向に７本の柱５を有し、Ｙ軸方向に７本の柱５を有する。チューブ架構２０のＸ軸方向へ配置される柱５は、チューブ架構１５のうち柱５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４，５Ａ５，５Ａ６，５Ａ７，５Ａ８とＸ軸方向において同位置に配置されている。各柱５は、Ｘ軸方向に隣り合う柱５に対して梁４で連結される。このような柱５のうち、柱５Ａ２，５Ａ３，５Ａ５，５Ａ７，５Ａ８が第１の柱２によって構成され、柱５Ａ４，５Ａ６が第２の柱３によって構成される。このように、第２の柱３は、第１の柱２の間に配置される。また、チューブ架構２０のＹ軸方向へ配置される柱５は、チューブ架構１５のうち柱５Ｂ２，５Ｂ３，５Ｂ４，５Ｂ５，５Ｂ６，５Ｂ７，５Ｂ８とＹ軸方向において同位置に配置されている。各柱５は、Ｙ軸方向に隣り合う柱５に対して梁４で連結される。このような柱５のうち、柱５Ｂ２，５Ｂ４，５Ｂ６，５Ｂ８が第１の柱２によって構成され、柱５Ｂ３，５Ｂ５，５Ｂ７が第２の柱３によって構成される。このように、第２の柱３は、第１の柱２の間に配置される。ただし、角部の柱５Ａ２は、柱５Ｂ２，５Ｂ８の何れかと同一の柱５であり、角部の柱５Ａ８は、柱５Ｂ２，５Ｂ８の何れかと同一の柱である。
【００２３】
図１に示すように、複数の第２の柱３のうち、一部の第２の柱３は、建物１における下部層側にのみ設けられ、上部層側からは省略されていてよい。例えば、図１（ａ）に示すように、中央位置に近い柱５Ｂ５に対応する位置に配置された第２の柱３は、上部層側の一部が省略（破線で示している）されてもよい。図１（ｂ）に示すように、中央位置に近い柱５Ａ４，５Ａ６に対応する位置に配置された第２の柱３は、上部層側の一部が省略されてもよい。ただし、どの位置における第２の柱３の上部層側が省略されるかは特に限定されず、どの階層から第２の柱３が省略されるかも、特に限定されない。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、内周側のチューブ架構２０よりも内周側の領域は、梁４が設けられない広いスペースが確保されている。当該中央側のスペースには、複数本の第１の柱２が設けられている。具体的には、Ｙ軸方向において、柱５Ｂ４，５Ｂ６に対応し、Ｘ軸方向において柱５Ａ３，５Ａ４，５Ａ５，５Ａ６，５Ａ７に対応する位置に、第１の柱２が設けられている。ただし、中央側のスペースにどのように第１の柱２を配置するかは特に限定されるものではない。
【００２５】
次に、柱と梁の寸法関係について説明する。第１の柱２同士のスパンをＬとし、上下方向における梁４同士の間隔によって定められる階高をＨとしたとき、スパンＬは、階高Ｈの４倍以下、かつ２０ｍ以下であることが好ましい。当該値は、梁４の部材角、柱５の軸力、上部架構（すなわち、梁と柱による架構）の鉄骨量、上部架構の水平剛性等を考慮することで導き出されている。なお、より好ましくは、スパンＬは、階高Ｈの３倍以下であってもよい。本実施形態において、第１の柱２同士のスパンＬは、第２の柱３を挟んだ免震装置１０と免震装置１０との間の水平方向における距離を示している。ここでの免震装置１０と免震装置１０との間の距離は、Ｘ軸方向に隣り合う免震装置１０同士、またはＹ軸方向に隣り合う免震装置１０同士の距離を示しており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して斜め方向において隣り合う免震装置１０同士の距離ではない。なお、架構構造１００は、複数の第１の柱２及び免震装置１０を有しているため、スパンＬは、架構構造１００の位置によって異なるが、架構構造１００中に設定される全てのスパンＬが上述の関係を満たしていることが好ましい。ただし、所定の理由により、架構構造１００中、一部のスパンＬが上述の関係を満たしていなくともよい。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る建物の架構構造１００の作用・効果について説明する。
【００２７】
まず、比較のために、図６及び図７を参照して、比較例に係る架構構造２００について説明する。例えば、図６に示すように、架構構造２００では、全ての柱が構造柱に該当し、下部に免震装置１０が設けられる。この場合、図７（ａ）に示すように、それぞれの構造柱（図５の例では、「第２の柱３」に対応する柱も構造柱として機能する）が長期軸力を負担すると共に、地震時においては、図７（ｂ）に示すように、それぞれの構造柱が水平力を負担する。このように、全ての構造柱に免震装置１０が設けられる場合、一つ当たりの免震装置１０に作用する長期軸力が少なくなることで、免震装置１０の積層ゴムにかかる圧縮力が不十分となる場合がある。このような場合、地震時に免震装置１０に作用する引張力が大きくなる可能性がある。従って、このような引っ張りを抑制するために、例えば免震装置１０付近の梁にカウンターウェートなどを設ける等の対策が必要となる。これにより、コストが増加してしまうという問題があった。
【００２８】
また、建物の免震効果を向上させるために、免震層（免震装置が設けられている部分）と上部構造（梁と柱で構成される架構）の水平剛性の比を大きくする必要があるが、従来は、免震層に摩擦力の小さなすべり支承などを設けることで、免震層の水平剛性を下げることで、免震効果を向上させていた。従って、この点からも、コストが増加してしまうという問題があった。以上より、免震構造の簡素化を図りつつも、免震性能を確保することが求められていた。
【００２９】
これに対し、本実施形態に係る架構構造１００によれば、免震装置１０は、第１の柱２の下部に設けられているが、第２の柱３の下部には設けられておらず、省略されている。このような構造によれば、第１の柱２には長期軸力が作用すると共に、水平剛性を確保する。これに対し、第２の柱３は、下部に免震装置１０が設けられていないため、長期軸力をほとんど負担することなく、その分の長期軸力は第１の柱２へ付与される。これにより、免震装置１０に圧縮力が作用するため、地震時に第１の柱２の下部の免震装置１０に生じる引張力を低減できる。一方、第２の柱３と梁４との接合は、剛接合である。このような構造により、第２の柱３に水平力を伝達することができる。従って、第２の柱３が水平力を支持することができ、架構構造１００の水平剛性を高めることができる。このように、第２の柱３は水平力を支持できるため、架構構造１００の水平剛性を第１の柱２と共に第２の柱３にて確保することができる。免震装置１０を第２の柱３の下部から省略した場合であっても、高いフレキシビリティのある建築空間の提供と、地震時の揺れが極めて小さい免震構造とする。以上により、免震性能を確保することができる。
【００３０】
例えば、図５（ａ）に示すように、第２の柱３の下部には免震装置１０が設けられておらず、第２の柱３には長期軸力が略作用していない。一方、第２の柱３が構造柱であったならば、本来作用する長期軸力（図７（ａ）にて、「第２の柱３」に対応する位置における構造柱に作用する長期軸力）は、隣の第１の柱２へ作用する。すると、第１の柱２には、図７（ａ）の構造柱に作用していた長期軸力に加え、免震装置１０が省略された柱の分の長期軸力が追加で作用する。これにより、免震装置１０には、比較例に係る架構構造２００の免震装置１０よりも多くの長期軸力が作用し、免震装置１０の積層ゴムに大きな圧縮力が作用する。従って、地震時の免震装置１０の引張力が低減される。その一方で、図５（ｂ）に示すように、第２の柱３には、比較例に係る架構構造２００の第２の柱３と同様に、十分な水平力が作用する。従って、免震装置１０を省略しても、第２の柱３は架構構造１００の水平剛性を十分に確保することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る建物の架構構造１００において、第１の柱２、第２の柱３、及び梁４によって、上方から見たときに中心軸を取り囲むように構成されたチューブ架構１５，２０を備える。このような構成によって、架構構造１００の水平剛性を高めることができるため、免震装置１０の数を減らした場合でも、地震時に効果的に免震を行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る建物の架構構造１００において、第２の柱３は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されている。第２の柱３は長期軸力の負担が極めて小さく、水平剛性だけを確保すればよい。このように、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る建物の架構構造１００において、第１の柱２は、強軸方向及び弱軸方向を有する部材によって構成されている。第１の柱２についても、強度の不要な方向を弱軸方向とすることで、建物の鉄骨の量を減らすことができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る建物の架構構造１００において、第２の柱３は、建物における下部層側に設けられ、上部層側からは省略されている。上部層では確保するべき水平剛性が小さくてよいため、第２の柱３を省略することができる。従って、上部層における第２の柱３を省略することで、上部層における空間を広く利用することができる。
【００３５】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
例えば、第２の柱の配置や本数は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上述の実施形態では、第１の柱と第１の柱との間に一本の第２の柱が設けられていたが、複数の第２の柱が設けられてもよい。
【００３７】
例えば、図３に示すように、内周側のチューブ架構２０の内周側の中央空間を更に広く利用するために、当該中央空間における第１の柱の本数を減少させてもよい。また、小梁６も、中央空間には設けず、チューブ架構１５とチューブ架構２０との間のみに設けてよい。
【００３８】
また、図４（ａ）に示すように、各柱と梁とで構成される各区画内に、ブレース３０を配置してもよい。ブレース３０は、最下層において、第２の柱の下端部に、地震入力の変動軸力による免震装置への引張力が生じにくくなるように配置する。また、図４（ｂ）に示すように、階高の上下方向における中途位置に中間梁３１を設けて水平剛性を高めてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
２…第１の柱、３…第２の柱、４…梁、１０…免震装置、１５…チューブ架構、２０…チューブ架構、１００…架構構造。
【図１】
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【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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【図７】
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