(57)【要約】【課題】  クリーンルーム等の施設における嫌振エリアと非嫌振エリアとの境界部に適用して好適な柱の構造を提供する。【解決手段】  外鋼管２と内鋼管３との二重構造とされ、それらの柱脚はベースプレート４を介して固定され、嫌振エリアの梁７または非嫌振エリアの梁１１のいずれか一方が外鋼管の頭部に対して接合され、いずれか他方が外鋼管の頭部に形成したスリット１０を通して内鋼管の頭部に対して接合される。外鋼管と内鋼管の間の環状の空間にコンクリート１６が充填され、内鋼管または外鋼管とコンクリートとの間にはそれらを絶縁する絶縁材１７が介装されている。外鋼管の頭部に嫌振エリアの梁が剛接合され、内鋼管の頭部に対して非嫌振エリアの梁がピン接合され、絶縁材が内鋼管の内面とコンクリートとの間に介装されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌振エリアが設定される建物において嫌振エリアと非嫌振エリアとの境界部に設けられ、その頭部に嫌振エリアの梁と非嫌振エリアの梁がそれぞれ接合される柱の構造であって、外鋼管と内鋼管との二重構造とされ、それら外鋼管と内鋼管の柱脚はベースプレートを介して固定され、嫌振エリアの梁または非嫌振エリアの梁のいずれか一方が外鋼管の頭部に対して接合されるとともに、いずれか他方が外鋼管の頭部に形成したスリットを通して内鋼管の頭部に対して接合されることを特徴とする柱の構造。
【請求項２】
請求項１記載の柱の構造であって、外鋼管と内鋼管の間の環状の空間にはコンクリートが充填され、内鋼管または外鋼管とコンクリートとの間にはそれらを絶縁する絶縁材が介装されていることを特徴とする柱の構造。
【請求項３】
請求項２記載の柱の構造であって、外鋼管の頭部に対して嫌振エリアの梁が剛接合されるとともに、内鋼管の頭部に対して非嫌振エリアの梁がピン接合され、かつ絶縁材が内鋼管とコンクリートとの間に介装されていることを特徴とする柱の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物の構造に係わり、特にクリーンルームのように嫌振エリアが設定される建物に適用して好適な柱の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、クリーンルーム等の超精密環境施設には振動を嫌う生産装置が設置されることから、振動遮断性能を特に考慮した嫌振エリアが設定されることが通常である。独立する建屋全体を嫌振エリアとして設定できる場合は特に問題はないが、共通の建屋内に嫌振エリアと非嫌振エリア（振動遮断性能を特に考慮しない一般部のエリア）とを併存させざるを得ない場合には構造体を通しての振動伝播を遮断するために双方のエリアを構造的に縁切りする必要があり、そのためにそれぞれの構造体を独立に設けるとともに双方の構造体どうしの連結部にはエキスパンションジョイントを設ける必要がある。
【０００３】
なお、特許文献１には、駅ビル内に鉄道軌道を設けるような場合の適用例として、建物の構造体である外柱内に鉄道軌道を独立に支持する内柱を貫通状態で設けて鉄道軌道を内柱を介して地盤に直接支持することにより、鉄道軌道から建物への振動伝播を防止するという二重鋼管柱による架構構造が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１４８９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようにクリーンルームにおける嫌振エリアと非嫌振エリアとをそれぞれ独立の構造体により構成することは、双方のエリアの境界部に双方の柱を独立に設けることになり、しかもそれら柱どうしをエキスパンションジョイントにて連結しなければならないから、そのために充分なスペースを確保する必要があるし、納まりも難しく、コスト的にも不利である。また、特許文献１に示されるような構造はクリーンルーム等の施設に適用するには大がかりで複雑に過ぎ、そのまま適用できるものではない
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明はクリーンルーム等の施設における嫌振エリアと非嫌振エリアとの境界部に適用して好適な柱の構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、嫌振エリアが設定される建物において嫌振エリアと非嫌振エリアとの境界部に設けられ、その頭部に嫌振エリアの梁と非嫌振エリアの梁がそれぞれ接合される柱の構造であって、外鋼管と内鋼管との二重構造とされ、それら外鋼管と内鋼管の柱脚はベースプレートを介して固定され、嫌振エリアの梁または非嫌振エリアの梁のいずれか一方が外鋼管の頭部に対して接合されるとともに、いずれか他方が外鋼管の頭部に形成したスリットを通して内鋼管の頭部に対して接合されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明の柱の構造において、外鋼管と内鋼管の間の環状の空間にはコンクリートが充填され、内鋼管または外鋼管とコンクリートとの間にはそれらを絶縁する絶縁材が介装されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明の柱の構造において、外鋼管の頭部に対して嫌振エリアの梁が剛接合されるとともに、内鋼管の頭部に対して非嫌振エリアの梁がピン接合され、かつ絶縁材が内鋼管とコンクリートとの間に介装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、外鋼管と内鋼管がそれぞれ独立の鋼管柱として機能し、それぞれに対して嫌振エリアの梁と非嫌振エリアの梁が独立に接合されることで嫌振エリアの構造体と非嫌振エリアの構造体が自ずと独立に構成され、したがってそれらの間の振動伝播を自ずと回避することができ、特に同一フロアレベルで２つのエリアを形成する場合に有効である。しかも、外観上は単一の柱にすぎないので従来のように境界部に双方の柱を独立に２本ずつ設ける必要がなく、そのためのスペースやエキスパンションジョイントを必要とせず、コスト的にも有利である。
【００１０】
請求項２の発明によれば、上記に加え、外鋼管と内鋼管との間で水平力がコンクリートを介して相互に伝達されるので、地震時にはこの柱全体が一体に挙動して一体架構として評価することが可能であり、かつ通常時における外鋼管と内鋼管との間の振動伝播は絶縁材によって確実に防止することができる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、上記に加え、内鋼管よりも断面の大きい外鋼管が嫌振エリアの柱とされてそれに嫌振エリアの梁が剛接合され、しかも外鋼管内に充填されたコンクリートがその外鋼管に対して一体化することによる補剛効果が得られ、したがって嫌振エリアの構造体を充分に高剛性とすることができる。また、相対的に断面が小さい内鋼管が非嫌振エリアの柱とされてそれに非嫌振エリアの梁がピン接合され、内鋼管の外側に充填されるコンクリートは絶縁材により内鋼管とは構造的に絶縁されることにより、非嫌振エリアの構造体は嫌振エリアの構造体に較べて相対的に柔軟な構造とできる。したがって双方の構造体の振動特性に明確な差をもたせることができ、それによっても相互の振動伝播を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を図１〜図２に示す。本実施形態はクリーンルームにおける嫌振エリアと非嫌振エリア（一般部）との境界部に設けられる柱への適用例であって、その柱を二重鋼管により構成したことを主眼としている。
【００１３】
すなわち、本実施形態の柱１は、角形断面の外鋼管２の内側に、それよりも小断面の同じく角形鋼管からなる内鋼管３が同軸状態で配設され、それら外鋼管２と内鋼管３の柱脚が共通のベースプレート４に固定され、ベースプレート４はベースモルタル５を介して床面に対しアンカー６により固定されて立設されたものとなっている。
【００１４】
そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、外鋼管２の頭部には３方向に嫌振エリアの梁７が接合されている。外鋼管２に対する梁７の接合形式は、その梁７の上下のフランジを外ダイヤフラム８を介して溶接接合するととともにウェブをガセットプレート９を介してボルト締結することによる剛接合とされている。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、外鋼管２の頭部の他の一方向には縦長のスリット１０が形成されており、そのスリット１０を通して非嫌振エリアの梁１１が内鋼管３の頭部に対して接合されていて、その梁１１は外鋼管２に対しては接しないものとされている。内鋼管３に対する梁１１の接合は、スリット１０内に通したガセットプレート１２を介して梁１１のウエブのみを内鋼管３に対してボルト締結することにより行われており、そのような接合形式は実質的にピン接合となっている。なお、図１における符号１３は嫌振エリアの床を構成しているスラブ、１４は非嫌振エリアの床を構成しているグレーチング、１５はグレーチング１４を支持する根太であり、それら双方の床どうしも直接的に接することのないようにそれらの間にはクリアランスが確保されている。
【００１６】
また、図１および図２（ｃ）に示すように、外鋼管２と内鋼管３との間に環状の空間部には柱頭部を除いてコンクリート１６が充填されており、そのコンクリート１６と内鋼管３との間には絶縁材１７が介装されている。これにより、コンクリート１６は外鋼管２の内面に対しては付着して構造的に一体化したものとなっているが、内鋼管３の外面に対しては絶縁材１７により非付着状態が維持されて構造的に絶縁されたものとなっている。
【００１７】
上記構造の柱１は、外鋼管２と内鋼管３とがそれぞれ嫌振エリアと非嫌振エリアの柱として独立に機能し、外鋼管２とそれに接合される梁７とにより構成される嫌振エリアの構造体と、内鋼管３とそれに接合される梁１１とにより構成される非嫌振エリアの構造体とを自ずと完全に独立した構造体として設けることができ、したがってそれらの間の振動伝播を自ずと回避することができる。しかもこの柱１は外観上は単一の柱にすぎないから、従来のように境界部に双方の構造体としての柱を独立に２本ずつ設ける必要がなく、そのためにスペースを確保したり、エキスパンションジョイントを設けるような必要もない。
【００１８】
また、外鋼管２と内鋼管３とは構造的には独立しつつも、それらの間の環状の空間にはコンクリート１６を充填しているので、水平力がコンクリート１６を介して相互に伝達されるものとなり、したがって地震時にはこの柱１全体が一体として挙動する一体架構として評価することが可能であり、全体として優れた耐震性能を有するものとなる。勿論、単にコンクリート１６を充填するのみならず、コンクリート１６と内鋼管３との間には絶縁材１７を介装しているので、コンクリート１６を介しての外鋼管２と内鋼管３との間の振動伝播はその絶縁材１６によって確実に防止され、通常時における振動遮断効果が損なわれることはない。
【００１９】
特に上記実施形態では、内鋼管３よりも断面の大きい外鋼管２を嫌振エリアの柱としてそれに嫌振エリアの梁７を剛接合し、しかも外鋼管２内に充填されたコンクリート１６はその外鋼管２に対して自ずと一体化してそれを内側から補剛するので、嫌振エリアの構造体を充分に高剛性としてその振動特性を優れたものとできる。一方、非嫌振エリアの構造体は、相対的に断面が小さい内鋼管３による柱と、それにピン接合される梁１１とにより構成され、かつ内鋼管３の外側に充填されるコンクリート１６は絶縁材１７により内鋼管３とは構造的に絶縁されているので、この非嫌振エリアの構造体は嫌振エリアの構造体に比較すれば柔軟な構造となり、したがって相対的には振動し易いものとはなるが、その結果として双方の構造体の振動特性に明確な差をもたせることができることになり、それによっても相互の振動伝播を効果的に防止することができる。
【００２０】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例に過ぎず、本発明は建物の用途、規模、形態、要求される振動特性、その他の諸条件に応じて、たとえば以下に列挙するような適宜の設計的変更が可能である。、
【００２１】
上記実施形態のように外鋼管２を嫌振エリアの柱とし内鋼管３を非嫌振エリアの柱とすることが好ましく、それにより上記のような利点が得られるのであるが、それに限定するべきものでもなく、必要であれば上記とは逆に外鋼管２を非嫌振エリアの柱とし、内鋼管３を嫌振エリアの柱とすることを妨げるものではない。また、外鋼管２や内鋼管３に対する梁７，１１の接合形式や接合形態も任意である。さらに、床を構成している部材であるスラブ１３、グレーチング１４、根太１５についても用途に応じて任意に採用すれば良い。
【００２２】
上記実施形態では内鋼管３とコンクリート１６との間に絶縁材１７を介装することで、コンクリート１６を外鋼管２に対して一体化して内鋼管３とは絶縁したが、それとは逆に、絶縁材１７を外鋼管２とコンクリート１６との間に介装してコンクリート１６を内鋼管３に対して一体化し外鋼管２とは絶縁することでも良く、その場合には特に内鋼管３に対してコンクリート１６による補剛効果が得られる。勿論、その場合も上記と同様に水平力の伝達効果は得られるので地震時においては一体架構として評価することができる。
【００２３】
上記実施形態では柱頭部に対するコンクリート１６の充填を省略したが、柱頭部において双方の構造体を構造的に確実に縁切りする限りは柱頭部にもコンクリート１６を充填しても差し支えない。あるいは、外鋼管２のみ、および内鋼管３のみでそれぞれ所望の剛性が確保でき、かつ水平力の相互伝達を見込まない構造とする場合には、コンクリート１６の充填を完全に省略することも考えられ、その場合には当然に絶縁材１７も不要である。
【００２４】
上記実施形態では外鋼管２と内鋼管３をいずれも角形鋼管としたが、双方を円形鋼管としたり、角形鋼管と円形鋼管を組み合わせることも可能であり、たとえば外鋼管２を角形鋼管として内鋼管３を円形鋼管とする、あるいはその逆とすることも可能である。勿論、必要であれば八角形その他の断面形状とすることも可能であるし、いずれにしても、外鋼管２と内鋼管３の断面寸法や肉厚は、それぞれに要求される独立の柱としての性能と、コンクリート１６を介しての一体の柱として要求される性能を考慮して最適に設定すれば良い。
【００２５】
上記実施形態では内鋼管３に対して接合する非嫌振エリアの梁１１は一方向のみであったが、その梁１１を嫌振エリアと同様に３方向に設ける必要がある場合には、それらの梁１１を嫌振エリアの柱である外鋼管２に対してはもとより嫌振エリアの梁７とも干渉しないようにして内鋼管３に対して接合すれば良い。
【００２６】
絶縁材１７としては、外鋼管２または内鋼管３とコンクリート１６とを絶縁できるものであれば良く、たとえばシート状のものを貼り付けたり、液状のものを塗布する等、その素材や形態は問わない。また、絶縁材１７として粘性体や粘弾性体等の減衰性能に優れる素材を採用し、その厚さを適正に設定すれば、それによる振動減衰効果（ダンパー効果）も期待することができる。
【００２７】
なお、上記構造の柱１の施工は現場にて適宜行うことができ、たとえば現場にて外鋼管２をまず建て込んでから、絶縁材１７を取り付けた内鋼管３をその内側に挿入して建て込む、あるいはその逆に、絶縁材１７を取り付けた内鋼管３をまず建て込んでから、その外側に外鋼管２を被せるようにして建て込み、しかる後に、外鋼管２の下部に形成した圧入孔１８（図１参照）からコンクリート１６を圧入して充填し、相前後して外ダイヤフラム８やガセットプレート９を溶接する、といった施工手順が採用可能である。その際、内部での溶接その他の作業のために必要であれば、外鋼管２の適所に仮設の開口部を設ければ良い。
【００２８】
また、外鋼管２と内鋼管３とを予め組み付けたユニットを工場製作しておき、それを現場に搬入して建て込むこととすれば、現場ではコンクリートの充填を行うのみで良いのでより効率的な施工が可能である。その際、工場でのユニットの製作手法としてはたとえば次のようなものが考えられる。
・内鋼管３の柱脚にベースプレート４を溶接し、周面に絶縁材１７を取り付ける。
・外鋼管２の頭部に、後段でガセットプレート１２を溶接するための作業用の開口部を形成しておく。また、外鋼管２の下部にはコンクリート１６の圧入孔１８を形成しておく。
・内鋼管３の外側に外鋼管２を被せ、その柱脚をベースプレート４に溶接して固定する。
・外鋼管２に形成しておいた作業用の開口部を通して、その内側の内鋼管３の頭部にガセットプレート１２を溶接する。
・作業用の開口部を塞ぐためのカバープレートにスリット１０を形成しておき、スリット１０内にガセットプレート１２を通した状態でカバープレートを外鋼管２に溶接して開口部を塞ぐ。
・相前後して外鋼管２に外ダイヤフラム８やガセットプレート９を溶接する（可能であれば予め溶接しておいても良い）。
【００２９】
あるいは、ユニットの製作手法として次のようなものも考えられる。
・外鋼管２の頭部にスリット１０を形成する。柱脚にはベースプレート４を溶接し、そのベースプレート４の中心部には後段での作業のための開口部を形成しておく。コンクリート１６の圧入孔１８も形成しておく。
・内鋼管３にガセットプレート１２を溶接し、周面に絶縁材１７を取り付ける。内鋼管３の柱脚に、外鋼管２の断面よりも小さいサブベースプレートを溶接しておく。
・内鋼管３を外鋼管２内に挿入してガセットプレート１２をスリット１０に挿入し、内鋼管３の柱脚に取り付けておいたサブベースプレートをベースプレート４に重ね合わせ、ベースプレート４の開口部を通してそれらを溶接あるいはボルト締結して固定する。
・相前後して外鋼管２に外ダイヤフラム８やガセットプレート９を溶接する（頂部を塞ぐ外ダイヤフラム以外は予め溶接しておいても良い）。
【００３０】
さらになお、上記のように工場製作したユニットに対して工場にてコンクリート１６をも充填してプレキャスト化しても良く、その場合は搬送重量が大きくなるものの現場でのコンクリート充填作業も省略できてより効率的となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の柱の構造の一実施形態を示す立面図である。
【図２】同、各部の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  柱
２  外鋼管
３  内鋼管
４  ベースプレート
５  ベースモルタル
６  アンカー
７  梁（嫌振エリアの梁）
８  外ダイヤフラム
９  ガセットプレート
１０  スリット
１１  梁（非嫌振エリアの梁）
１２  ガセットプレート
１３  スラブ
１４  グレーチング
１５  根太
１６  コンクリート
１７  絶縁材
１８  圧入孔
【図１】
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【図２】
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