(57)【要約】【課題】剛な耐震壁と柔なラーメン架構からなる柔剛混合構造に代わる、経済的でかつ大地震に対する耐震性能に優れた鉄骨架構を提供する。【解決手段】コアフレーム１０と、そのコアフレーム１０に連結した主架構２０からなる鉄骨架構であって、コアフレーム１０が主架構２１の柱２１と梁２２の降伏強度よりも高い降伏強度を有する柱１１と梁１２によって構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアフレームと、該コアフレームに連結した主架構からなる鉄骨架構であって、前記コアフレームが前記主架構の柱と梁の降伏強度よりも高い降伏強度を有する柱と梁によって構成されていることを特徴とする鉄骨架構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨架構に関し、特に大地震に対する耐震性能に優れた鉄骨架構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の耐震設計の考え方は、建築物の躯体を構成する柱、梁、壁などを地震力に直接抗する耐震要素とし、それらの耐震要素によって、地震力への水平抵抗力を確保することを基本としている。そして、通常、頻繁に発生する小規模の地震に対しては、耐震要素の弾性範囲で抵抗するよう設計し、中規模の地震に対しては、変形を受ける耐震要素が降伏することにより、地震入力エネルギーを吸収して、当該建築物が倒壊するのを防ぐよう設計している。
【０００３】
しかし、このように設計された建築物は、大地震が発生した際には、仮に倒壊を免れたとしても、躯体を構成する柱や梁自身が大きな損傷を受けることになり、その結果、残留変形が大きくなって大規模な補修が必要になったり、甚だしい場合には、建築物としての使用に最早耐え得なくなったりするという欠点があった。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、図４に示すように、大地震が発生して大きな水平力が作用した場合でも塑性化しない剛な耐震壁９３を並列させ、その耐震壁９３同士をダンパー９５で連結してコア部９１を形成するとともに、同じく大地震が発生して大きな水平力が作用した場合でも弾性的挙動を保持するラーメン架構９６を耐震壁９３に連結させた柔剛混合構造物が提案されている。この柔剛混合構造物によれば、大地震が発生した場合でも、躯体を構成する柱や梁等の変形を弾性的挙動の範囲内に収めて、大きな損傷を受けることを防止できるとされている。
【特許文献１】特開平１１−１７２９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の構造物では、剛な耐震壁によって水平剛性を確保することが示されているが、このような壁構造は、ラーメン架構と比べて剛性が高い鉄筋コンクリート造とされるのが一般的である。その場合、壁脚部に作用する転倒モーメントが大きくなり、耐震壁直下の基礎構造は、その転倒モーメントを処理するための大型の地下壁や基礎梁を配置する必要があり、経済的な負担となる。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、剛な耐震壁と柔なラーメン架構からなる柔剛混合構造に代わる、経済的でかつ大地震に対する耐震性能に優れた鉄骨架構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【０００８】
［１］コアフレームと、該コアフレームに連結した主架構からなる鉄骨架構であって、前記コアフレームが前記主架構の柱と梁の降伏強度よりも高い降伏強度を有する柱と梁によって構成されていることを特徴とする鉄骨架構。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の鉄骨架構は、経済的でかつ大地震に対する耐震性能に優れている。すなわち、本発明の鉄骨架構においては、大地震が発生した場合に、躯体を構成する柱や梁等の残留変形を最小限に抑えて、大きな損傷を受けることを防止することができるとともに、転倒モーメントが通常の鉄骨架構と同様であり、格別大型の基礎構造を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄骨架構を示すものである。図１に示すように、この実施形態に係る鉄骨架構は、コアフレーム１０と、コアフレーム１０に連結した主架構２０からなる多層の鉄骨架構であり、その際に、コアフレーム１０の柱１１と梁１２に高強度鋼材が用いられており、その降伏強度（降伏点）が、主架構２０の柱２１と梁２２の降伏強度（降伏点）に比べて高くなっている（例えば、１．５〜２．０倍）。すなわち、この鉄骨架構は、弾性域が１／２００ラジアン程度の通常の弾塑性架構（主架構２０）と、弾性域が１／１００ラジアン程度の擬似弾性架構（コアフレーム１０）が連結したハイブリッド架構となっている。ちなみに、コアフレーム１０の柱１１には、例えば、高強度−極厚Ｈ形鋼柱や高強度ＣＦＴ柱を用いる。
【００１２】
ここで、図２に、この実施形態に係る鉄骨架構（本発明構造）と、弾性域が１／２００ラジアン程度の弾塑性架構からなる従来の鉄骨架構（従来構造）とについて、荷重−変形の関係（層水平力−層間変位の関係）を比較したものを示す。
【００１３】
図２（ｂ）に示すように、本発明構造では、降伏後も一定の剛性（層剛性）を確保でき、その効果として、図２（ａ）に示す従来構造に比べて、大地震による被災後の残留変形を大幅に低減することができる。
【００１４】
次に、この実施形態に係る鉄骨架構（本発明構造）および前記特許文献１に記載の柔剛混合構造物（比較構造）における転倒モーメントについて述べる。
【００１５】
本発明構造のようにコアフレームと主架構からなる構造物や比較構造のように耐震壁とラーメン架構からなる構造物は、単純化すると図３に示すような力学モデルとして表現できる。
【００１６】
ここで、構造物の高さをｈ、コアフレームないし耐震壁の剛性をＫｒｃ、主架構ないしラーメン架構の剛性をＫｒｍとした時に、構造物に水平力Ｑが作用した際のコアフレームないし耐震壁に作用する転倒モーメントＭｔｃは以下のようになる。
【００１７】
すなわち、
２（Ｋｒｃ＋Ｋｒｍ）×θ＝Ｑ×ｈ
ここで、θは水平力Ｑによる変位（変位角）
そして、Ｋｒｃ＝α・Ｋｒｍとすると（剛性比α＝Ｋｒｃ／Ｋｒｍ）、
２Ｋｒｍ（１＋α）×θ＝Ｑ×ｈ
上式より、転倒モーメントＭｔｃ（＝α・Ｋｒｍ・θ）を求めると、
Ｍｔｃ＝（Ｑ×ｈ／２）×（α／（１＋α））
となる。
【００１８】
これにより、転倒モーメントＭｔｃは、剛性比αが小さい程、少なくなることを示している。
【００１９】
例えば、α＝１ならば、Ｍｔｃ＝１／４Ｑｈ（＝０．２５Ｑｈ）
α＝２ならば、Ｍｔｃ＝１／３Ｑｈ（≒０．３３３Ｑｈ）
α＝３ならば、Ｍｔｃ＝３／８Ｑｈ（＝０．３７５Ｑｈ）
α＝４ならば、Ｍｔｃ＝２／５Ｑｈ（＝０．４０Ｑｈ）
【００２０】
したがって、本発明構造では、コアフレームの剛性Ｋｒｃと主架構の剛性Ｋｒｍが同じ（すなわち、剛性比α＝１）であるので、比較構造のように、耐震壁の剛性Ｋｒｃとラーメン架構の剛性Ｋｒｍの比が大きい（すなわち、剛性比αが大きい）場合に比べて、転倒モーメントＭｔｃを大幅に低減することができる。
【００２１】
このように、この実施形態に係る鉄骨架構においては、大地震による被災後においても、躯体を構成する柱や梁等の残留変形を最小限に抑えて、大きな損傷を受けることを防止することができるとともに、転倒モーメントが通常の鉄骨架構（従来構造）と同様であり、格別大型の基礎構造を必要としない。
【００２２】
さらに、この実施形態に係る鉄骨架構は、通常の鉄骨架構とぼぼ同じ形状構成を踏襲しているので、新たな施工作業等を付け加えることなく、極めて容易に建築することができる。
【００２３】
また、コアフレームの柱や主架構の柱をＨ形鋼柱としたり、角形鋼柱で接合部を外ダイヤフラム型としたりすることにより、大地震による被災時の損傷発見および修復が容易で、被災後も継続使用が可能な構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉄骨架構を示す図である。
【図２】本発明構造と従来構造の荷重−変形の関係を比較した図である。
【図３】転倒モーメント算出のためのモデル化を説明した図である。
【図４】特許文献１に記載の構造物を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  コアフレーム
１１  コアフレームの柱
１２  コアフレームの梁
２０  主架構
２１  主架構の柱
２２  主架構の梁
９１  コア部
９３  耐震壁
９５  ダンパー
９６  ラーメン架構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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