(57)【要約】【課題】鉄骨フレーム形式においては一般にラーメン構造及びブレース構造等が有るが、これらは建物計画条件により併用若しくは単独の型式で計画されている。これら従来型構造は、柱と梁の接合部を非常に強固なものとする剛接合とする必要があったり、更に下階に行くほど梁断面が大きくなり部材種類が多いなど鉄骨加工上手間の掛かる構造で、建物建築時において工期，コストの面で大きなマイナス要因となっている。【解決手段】ラーメン構造における鉄骨加工上の手間を省くため、柱，梁の接合部は基本的に全てピン接合とすること、及び各階の鉄骨材をなるべく同一の断面とするために、張間方向について、全ての主フレームの両側に三角フレームを有するスパンを設け各階が台形形状フレームとなる様外周部にブレース部を集約して配置、建物空間構成上の邪魔とならぬよう配慮されたフレーム構造とする。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨建物の各階に、主に水平外力に対し抵抗するスパンとして三角フレームのみで作られたスパンを張間方向の両外側に対称的に配置したフレーム、すなわち全階として直角三角形状のフレームとなる様なスパンを張間方向の両側スパンに配置することで、建物全体として台形形状のフレーム形式となるフレームを張間方向に構成する。このフレーム形式は各階毎についても台形形状をなすフレームが形成されるが、この台形フレームを建物の張間方向の主たる構造として張間方向の各通りに採用したフレーム構造。このフレーム構成部材である両側の斜材及び柱，梁材どうしの全ての接合部ヶ所は比較的簡易な接合方法となる構造計算上ピン接合と見なされる方法で接合されるものとし、また両側三角フレームスパン部の基礎は基礎底盤と床版を兼ね、更に上部三角フレームからくる浮き上がり力に抵抗する重量を確保する厚いコンクリート一枚版としたものとする。従って、張間方向両側の上部鉄骨三角フレームと下部コンクリート一枚版基礎を主な特徴とするこの台形フレームを採用した鉄骨骨組みに関する工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】請求項１による工法で構成される建物全体形状は、張間方向断面が台形形状となり、桁行き方向両側外壁面は、傾斜を持つ特徴ある外観を有することになる。また、この台形フレームにより造られた建物は屋根と傾斜部外壁が一連の部位として構成されるため、屋根及び傾斜した外壁を一体として仕上げた構造とする。全体外観は、屋根勾配も含め台形に近い二段若しくは多段折れ状の断面を持つ蒲鉾状の独特な建築上のデザインが得られる。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本件は、鉄骨造の建物の骨組みに関するフレーム形式で、フレーム両側に三角フレームのみで作られたスパンを配置し全体として台形形状フレームを形成、フレームを構成する各材を全てピン接合にすることで鉄骨加工，組立を容易なものとする鉄骨造のフレーム形式についての建築工法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
鉄骨造のフレーム形式としては従来より、ラーメン構造及びブレース構造が一般的であり、その他大スパン等に採用されるトラス構造及び吊り構造と言ったフレーム形式が多く用いられて来た。これらの構造はいずれも建物に発生する地震や風に代表される水平方向の外力及び重力に代表される垂直方向の外力に対し抵抗するようそれぞれに合理性を持ったフレーム形式であると言える。
１．ラーメン構造
柱と梁でフレームが構成され、各材の接合部を強固な剛接合としたフレーム形式。この構造は建築空間が最大限に有効となり、鉄骨造で最も一般的となるフレーム形式である。又、力学的には水平垂直両方向に対し、主に柱，梁材の曲げ抵抗に依存するフレーム形式である。
２．ブレース構造
ラーメン構造の各材の接合部が強固な剛接合であるのに対し、ブレース構造では、主に鉄骨加工，組立を容易にし建設費を低減させる目的で接合部をピン構造とし、水平方向の外力を負担させるためにフレームの両対角線又は片側対角線に近い位置にブレース材、即ち筋違い材を配置したフレーム形式である。力学的には水平方向の外力に対してはブレース，柱，梁材の軸力抵抗、また、垂直方向の外力に対しては主に梁材の曲げ抵抗に依存するフレーム形式である。
３．トラス構造
この構造は主に大スパン時等における柱，梁材として採用されるもので、基本的にはラーメン構造の柱，梁材に変わるフレーム形式と言える。
４．吊り構造
この構造は、大スパンを実現させるための主に垂直方向の外力に対して抵抗するフレーム形式である。
これらの構造からなるフレーム形式は、それぞれの建物の条件に合うよう適材適所に組み合わせて、或いは単独のフレームで鉄骨建物の骨組みとして従来より広く採用されてきた。又、まれに本件のような台形形状のフレーム形式が採用される場面も見られたであろうが、その場合は建物デザイン或いはその他の条件に伴う偶発的な採用であり、あくまで局所的に使われたもので、本件のように建物の主たるフレームとして積極的に採用し建物全体の構造的な工法として特徴づける様なものでは無かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工法における課題としては、特にラーメン構造における柱，梁の接合部においてその接合部を剛接合とするために、完全とけ込み溶接を主な溶接方法とし、フランジ部には同厚以上のダイヤフラムを介して曲げ応力の完全な伝達を図る必要があること、更には耐震設計上、柱，梁接合部付近は塑性化し易い領域となり、フレーム全体の変形能力を確保するためにも塑性化に伴う座屈的破壊をしないよう充分な対策をとる必要があるなど、特に鉄骨加工における溶接において大きな手間と細心の注意を払わなければならない工法であると言える。更には、各階に生ずる水平力による応力は下階に行くほど比例的に増加することに伴い、梁，柱の断面寸法において各階毎に大きな差異が発生していた。一方ブレース構造については、ラーメン構造と対称的に柱，梁接合部については比較的鉄骨加工が容易となるピン接合で済む反面、ブレースである斜材を柱，梁構面内に設置する必要があり、それは建物空間的には空間を遮断するような存在であり、そのようなブレースを建物平面上にバランス良く配置するしなければならない工法である。本件については、台形フレームを用いることに伴う建物外観上の一定の制約、及び桁行き方向の両側の斜め外壁部に接する三角フレーム部の有る両側の比較的狭いスパンに集約された一部内部空間部分の制約を前提として、前記従来工法のラーメン構造及びブレース構造におけるそれぞれの課題を同時に解決しようとするものであり、更には低コスト，短工期となる普及タイプの鉄骨建築を目指そうとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本件は原則的に張間方向の各通りに対して本件の主題としている台形フレームを採用し、その直行方向の桁行き方向のフレームについては、両側の傾斜した外壁面に沿ってブレースを配置する従来型のブレース構造を採用するものとする。従って、張間方向フレームについて前記課題に対し以下の内容を採用することにより課題解決を図る手段としている。
１．全てのフレーム材接合部は簡易的工法となるピン接合
張間方向フレームの全ての柱，梁等のフレーム材接合部について、ブレース構造と同様のピン接合とするため、各階両側に三角フレームのみで作られたスパンを配置し、各階の水平方向の外力に対する抵抗要素とする。すなわち、両側に三角フレームのみで作られたスパンを有する台形形状のフレームとして各階毎に作られたフレーム構成とする。又、特に両側外壁面に沿った斜材、及びその内側の最も両外側に位置する柱材については各階で直線的に連続して部材が配置されるようにしたものとする。この様なフレームは、建家全体の断面形状においても両側に直角三角形フレームが配置された台形フレームとなり、張間方向の各スパンについて同様のフレームが連続することで、結果として蒲鉾型のイメージを有する建物を構築することとなる。
２．建物空間計画上邪魔となるブレース配置の集約化
ブレース構造のブレース配置に代わる構造として、張間方向スパン両側の比較的狭いスパンで作られる三角フレームのみで作られたスパンがある。このスパンは基本的に張間方向の各通りに連続して共通に構成される為、桁行き方向両外壁部付近にブレース的な部分が集約されることになる。従って、建物空間計画上主要な部分となる中央部スパンは斜材の全く無い空間が確保され、平面計画上フレキシビィリティーな利用形態が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本件の発明の主たる部分は、鉄骨造の建物における張間方向の独特な形状である台形形状を有したフレーム形式にあり、その様なフレームを張間方向の主フレームとして用い、建物全体の骨組みを形成することにある。また、張間方向の直行方向である桁行き方向については、従来タイプのフレーム形式である両側外壁部の斜面となる面を使ったブレース構造、或いは梁間方向スパン数が多い場合等については両側傾斜面のブレース構造と中間フレーム部には方杖形式により接合部をピン接合としたラーメン構造の併用タイプのフレーム形式が適当となる。又、本件の工法を採用するに当たり、最終的な目指すところは鉄骨建物の低コスト化及び短工期化を図るところであり、その趣旨においてもフレームを構成する部材として全てＨ型鋼，溝型鋼，山型鋼等で代表されるロール成型される鋼材で使用されることを前提とするものである。
【０００７】
【実施例】
以下に鉄骨造各部主要部分の説明を行う。
１．基礎及び床コンクリート版
基礎の設計に際して特に注意する点としては、梁間方向両側の三角フレームスパン部における水平方向外力負担に伴う大きな軸力の処理が挙げられる。これは、三角フレームスパン部の基礎に掛かる軸力が比較的小さいため、一般には浮き上がりが発生するすることになり、その基礎部分にその抵抗要素としての重量が必要となる。基礎及び床の工法としては薄い床版と基礎梁の構築が一般的な工法であるが、この重量を確保する必要があることからも基礎梁を無くし床版を厚くし、基礎底盤を兼ねたコンクリート一枚版構造とすることで型枠工事及び鉄筋工事における大きな省力化が期待できる基礎工法となる。
２．上部鉄骨フレーム
この張間方向のフレームで最も特徴付けられる点としてはフレーム両端スパンに作られ三角フレームにあり、特にこの力学的有効性については次のようなことが挙げられる。この構造は建屋全体フレームで見るとき、外壁面の斜材および三角フレームの頂点となる最上部屋根面から垂直に降りる柱、そして最下階基礎を支点として或いは基礎梁を設ける場合はその基礎梁により、屋根面を頂点とする直角三角形状のフレームが作られる。従って、この三角フレームの各階床面にある梁材のスパン長、すなわち三角トラスとしての支点間距離は、最上階から下階に向けて比例的に長くなる。このことは、最上階から下階に向けて比例的に増加する水平力に対し各階で同程度の部材応力で対応することが可能となる。と同時に、梁材についてもラーメン構造のように水平力に伴う曲げ応力を殆ど負担しないため、各階で同様の垂直方向のみの荷重条件となる。言い換えると各階で同一な部材断面の採用が可能となり、全ての接合部をいわゆるガセットプレートタイプの簡易なピン接合とすることに加えて、使用する部材種類を最小限に抑えることが出来、大変合理的なフレーム構成とすることが可能となる。
３．床構造
この工法による水平方向外力全般的な抵抗要素としての建家構造は、張間方向については各通りにあるこの台形フレームにより自立した通りフレームになっている。しかし、桁行き方向のフレームについては両側外壁面にあるブレースのみがその主たる抵抗要素であるため、桁行き方向中央の通りスパンに発生する水平力は床を介して両側ブレースに持っていく必要がある。このために床構造は主要な部分において張間方向に連続して水平方向の剛性を保持する必要があり、例えばデッキプレートを使用したコンクリート床の場合は、床版と梁とをスタッドボルト等での一体化により、又その他水平方向の剛性保持が余り期待できない床材にあっては鉄骨水平ブレース等により、水平力を有効に両側ブレースに伝達できるような構造とする必要がある。
４．屋根，外壁仕上げ材
この台形フレーム形式の工法による建物は、建物断面が台形に近い二段折れ若しくは多段折れの蒲鉾状の建物形状となるため、桁行き方向の両側外壁面は傾斜した面となり、屋根面と連続的な一連の同一仕上げ面の構造となる。このような傾斜した壁面は、特に雨仕舞いの点で窓等の開口部を作り難くする構造となってしまう。しかしこのことは逆に、低コスト化を最大目標としているこの工法においては有効性を更に発揮させることとして、このような制約条件を積極的に利用する方向で、例えば建物用途をある程度限定する等での対応が必要となる。
【０００８】
【発明の効果】
鉄骨造の建物において本件の様なフレーム形式を用いた建築工法を採用することにより、特に建設工期の短縮及び建設コストの低減において下記のような効果が期待出来る。
１．柱，梁仕口部加工手間は、従来の工法による鉄骨加工手間の大きな部分を占めていたが、主たる鉄骨材の全ての接合部をピン接合とするため、その簡略化に伴い鉄骨工事部分の工期短縮及びコストの低減が図れる。
２．上記仕口部溶接の簡略化に伴い、高度な溶接技術或いは溶接のための設備が必要なくなり、対応可能な鉄骨加工工場も更に広げることが出来る。従って、鉄骨加工単価の引き下げを促進させることが可能である。
３．建物に生じる水平方向垂直方向両外力による各階の部材応力が同一レベルとなり、各部材は各階で同様の断面での設計が可能となる。従って、鉄骨部材種類が少なくなり工事工程各所での合理化推進が可能となる。
４．建物桁行き方向の外壁及び屋根が一連となるため外壁，屋根の一体化仕上げが採用される。これにより、傾斜外壁部については全面的な足場が必要なくなり、移動可能な局所的な足場での対応程度でよく、足場工事における大幅な省力化が可能となる。
５．建物のブレース配置は、桁行き方向に沿った建物両サイドに集約された配置となる。一般に部屋用途における空調設備，電気室，倉庫，控室等は建物の端側に計画される場合が多く、その様な意味においてもブレースの両サイド集約は都合の良い配置と言える。
以上のようにこの台形フレーム形式を用いた工法を採用することにより、主に建築工事における鉄骨工事部部において工法の簡略化，合理化が図れ、更には独特な蒲鉾型の建物形状による屋根及び外壁の一体化に伴う外部仕上げ工事の省力化が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】張間方向の主フレームとなる台形フレーム図
【図２】代表的なピン接合部となるガセットプレート及びボルト図
【図３】台形フレーム部の透視図
【符号の説明】
［図１］Ａ：張間方向両側三角スパン、Ｂ：張間方向中央部スパン
▲１▼：梁材、▲２▼：柱材、▲３▼：外壁面斜材、▲４▼：三角スパン内梁材
▲５▼：三角スパン内ブレース材
［図２］▲３▼：外壁面斜材、▲４▼：三角スパン内梁材
▲５▼：三角スパン内ブレース材、▲６▼：ガセットプレート及びボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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