(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024176967
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】建物
(51)【国際特許分類】
E04H 9/02 20060101AFI20241212BHJP
F16F 15/023 20060101ALI20241212BHJP
【FI】
E04H9/02 301
E04H9/02 311
E04H9/02 351
F16F15/023 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023095881
(22)【出願日】2023-06-09
(71)【出願人】
【識別番号】000003621
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小田島 暢之
(72)【発明者】
【氏名】岡村 祥子
(72)【発明者】
【氏名】川野 翔平
(72)【発明者】
【氏名】田渕 浩司
【テーマコード(参考)】
2E139
3J048
【Fターム(参考)】
2E139AA01
2E139AA05
2E139AC19
2E139AC33
2E139BA14
2E139BD02
2E139BD13
3J048AA06
3J048AC05
3J048AD12
3J048BE04
3J048DA02
3J048EA38
(57)【要約】
【課題】2つの架構間で熱伸縮を吸収しつつ、地震時や強風時の水平力を伝達できる建物を提供する。
【解決手段】建物10は、鉄骨製の第一水平架構12Aと、第一水平架構12Aと横方向に間隔を空けて配置された鉄骨製の第二水平架構12Bと、第一水平架構12Aと第二水平架構12Bとを連結する、熱伸縮吸収機構30を備えた梁20と、第一水平架構12Aと第二水平架構12Bとを連結する、速度依存型抵抗機構50を備えた水平ブレース40と、を有する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉄骨製の第一水平架構と、
前記第一水平架構と横方向に間隔を空けて配置された鉄骨製の第二水平架構と、
前記第一水平架構と前記第二水平架構とを連結する、熱伸縮吸収機構を備えた梁と、
前記第一水平架構と前記第二水平架構とを連結する、速度依存型抵抗機構を備えた水平ブレースと、
を有する建物。
【請求項2】
前記第一水平架構又は前記第二水平架構に接合された梁接合プレートを備え、
前記熱伸縮吸収機構は、
前記梁又は前記梁接合プレートの何れか一方に設けられた長孔と、
前記長孔へ挿通されて前記梁と梁接合プレートとを接合するボルトと、
を有する、
請求項1に記載の建物。
【請求項3】
前記第一水平架構及び前記第二水平架構の少なくとも一方に接合され、互いに隙間を空けて配置された2枚のブレース接合プレートを備え、
前記速度依存型抵抗機構は、
前記2枚のブレース接合プレートに挟まれた位置で、前記水平ブレースに設けられた長孔と、
前記長孔へ挿通されて前記水平ブレースと前記2枚のブレース接合プレートとを接合するボルトと、
前記2枚のブレース接合プレートの間に充填され、前記長孔が浸された粘性体と、
を有する、
請求項1又は2に記載の建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建物に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1には、鉄骨が温度変化により長手方向に伸縮しても、その伸縮を吸収することができ、かつ鉄骨の長手方向以外の動きを拘束することができる鉄骨の接合構造が示されている。この鉄骨の接合構造では、大梁に設けられた鉄骨支持金物に長孔のピン孔が設けられ、また、このピン孔に、小梁に設けられた規制ピンが挿通されることで、小梁の長手方向の移動を許容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1の鉄骨の接合構造によれば、小梁が熱伸縮した場合に、その熱伸縮を吸収して、大梁と小梁との接合部に生じる応力を低減できる。しかし、このような構成では、地震時や強風時に水平力が作用しても、規制ピンがせん断抵抗することが難しい。このため、水平力を伝達することが難しい。
したがって、例えば間隔を空けて2つの架構を配置した場合に、このような接合構造のみを用いると、2つの架構間で熱伸縮は吸収できる一方、地震時や強風時の水平力を伝達することが難しい。
【0005】
本発明は、上記事実を考慮して、2つの架構間で熱伸縮を吸収しつつ、地震時や強風時の水平力を伝達できる建物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】
請求項1の建物は、鉄骨製の第一水平架構と、前記第一水平架構と横方向に間隔を空けて配置された鉄骨製の第二水平架構と、前記第一水平架構と前記第二水平架構とを連結する、熱伸縮吸収機構を備えた梁と、前記第一水平架構と前記第二水平架構とを連結する、速度依存型抵抗機構を備えた水平ブレースと、を有する。
【0007】
請求項1の建物は、鉄骨製の第一水平架構と第二水平架構とが間隔を空けて配置されている。これらの第一水平架構及び第二水平架構は、梁及び水平ブレースで連結されている。
【0008】
このうち、梁には熱伸縮吸収機構が備えられている。このため、第一水平架構及び第二水平架構を形成する鉄骨部材や梁自体が熱伸縮しても、当該熱伸縮が吸収される。
【0009】
また、水平ブレースには、速度依存型抵抗機構が備えられている。速度依存型抵抗機構は、熱伸縮等により遅い速度で変位する場合は抵抗力が小さく、変位に追随できる。このため第一水平架構及び第二水平架構を形成する鉄骨部材や水平ブレース自体が熱伸縮しても、当該熱伸縮が吸収される。
【0010】
このように、熱伸縮吸収機構及び速度依存型抵抗機構によって、第一水平架構及び第二水平架構の熱伸縮を吸収できる。また、これらの架構に応力が発生することを抑制できるため、温度応力の繰り返しによる架構構成部材や接合部の疲労破断を抑制できる。
【0011】
さらに、速度依存型抵抗機構は速い速度で変位する場合は大きな抵抗力を発揮できる。このため、地震や強風時に第一水平架構及び第二水平架構に作用する水平力に抵抗できる。
【0012】
すなわち、本態様では、第一水平架構及び第二水平架構の熱伸縮には抵抗し難く、地震時や強風時の変形には抵抗力を発揮して力を伝達することができる。このため、例えば第一水平架構及び第二水平架構のそれぞれで地震力を処理する必要がなく、構造的な合理性が高い。
【0013】
請求項2の建物は、請求項1に記載の建物において、前記第一水平架構又は前記第二水平架構に接合された梁接合プレートを備え、前記熱伸縮吸収機構は、前記梁又は前記梁接合プレートの何れか一方に設けられた長孔と、前記長孔へ挿通されて前記梁と梁接合プレートとを接合するボルトと、を有する。
【0014】
請求項2の建物では、熱伸縮吸収機構が、長孔と長孔に挿通されたボルトを備えて形成されている。熱伸縮幅に応じた幅の長孔を形成することで、容易に熱伸縮を吸収できる。
【0015】
請求項3の建物は、請求項1又は2に記載の建物において、前記第一水平架構及び前記第二水平架構の少なくとも一方に接合され、互いに隙間を空けて配置された2枚のブレース接合プレートを備え、前記速度依存型抵抗機構は、前記2枚のブレース接合プレートに挟まれた位置で、前記水平ブレースに設けられた長孔と、前記長孔へ挿通されて前記水平ブレースと前記2枚のブレース接合プレートとを接合するボルトと、前記2枚のブレース接合プレートの間に充填され、前記長孔が浸された粘性体と、を有する。
【0016】
請求項3の建物では、速度依存型抵抗機構が、長孔、長孔に挿通されたボルト及び粘性体を備えて形成されている。熱伸縮幅に応じた幅の長孔を形成することで、容易に熱伸縮を吸収できる。
【0017】
また、地震や強風などによって、第一水平架構及び前記第二水平架構が高速で変位すると、粘性抵抗により振動を減衰できる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、2つの架構間で熱伸縮を吸収しつつ、地震時や強風時の水平力を伝達できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図1】本発明の実施形態に係る建物の水平架構を示す概略図である。
【
図2】本発明の実施形態に係る建物において第一水平架構と第二水平架構とを連結する梁及び水平ブレースの端部を示す拡大平面図である。
【
図3】(A)は
図2における3A-3A線矢視図であり熱伸縮吸収機構を示し、(B)は(A)におけるB-B線断面図である。
【
図4】(A)は
図2における4A-4A線断面図であり速度依存型抵抗機構を示し、(B)は(A)におけるB-B線断面図である。
【
図5】粘性体の変位速度に応じたひずみと応力との関係を示すグラフである。
【
図6】(A)は速度依存型抵抗機構としてオイルダンパーを用いた例を示す断面図であり、(B)は速度依存型抵抗機構として減衰こまを用いた例を示す断面図であり、(C)は速度依存型抵抗機構として粘性体ダンパーを用いた例を示す断面図であり、(D)は(C)におけるD-D線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態に係る建物について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。但し、明細書中に特段の断りが無い限り、各構成要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。
【0021】
また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本開示は以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的の範囲内において構成を省略する、異なる構成と入れ替える、一実施形態及び各種の変形例を組み合わせて用いる等、適宜変更を加えて実施することができる。
【0022】
各図面において矢印X、Yで示す方向は水平面に沿う方向であり、互いに直交している。また、矢印Zで示す方向は鉛直方向(上下方向)に沿う方向である。各図において矢印X、Y、Zで示される各方向は、互いに一致するものとする。
【0023】
(建物)
本発明の実施形態に係る建物10は、互いに間隔を空けて配置された第一棟10A及び第二棟10Bを連結して形成された建築物である。第一棟10A及び10Bは、何れも鉄骨造の建物であり、それぞれの屋上を形成する架構(建物10の構造部材としての架構)が、鉄骨製の第一水平架構12A及び鉄骨製の第二水平架構12Bによって形成されている。
【0024】
第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、何れも、鉄骨梁16と水平ブレース18とを備えて構成されている。鉄骨梁16は鉄骨柱14に架け渡された梁であって、X方向及びY方向に沿って配置されている。水平ブレース18は、4本の鉄骨梁16に囲まれた水平構面に斜めに架け渡された斜材である。
【0025】
第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、互いに梁20及び水平ブレース40で連結されている。後述するように、この梁20及び水平ブレース40によって、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bの熱伸縮を吸収し、地震や強風時には、第一水平架構12A及び第二水平架構12B同士で応力を伝達できる。
【0026】
建物10の外周部には、鉛直ブレース19が設けられている。鉛直ブレース19は、鉄骨柱14及び鉄骨梁16に囲まれた構面に配置される耐震要素である。鉛直ブレース19は、建物10の外周部にバランスよく配置されている。これにより偏心の少ない合理的な架構となる。
【0027】
なお、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、建物10の屋上より下層の各層に形成してもよい。この場合、当該下層においても、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、梁20及び水平ブレース40で連結することができる。また、これらの梁20及び水平ブレース40は、それぞれ後述する熱伸縮吸収機構30及び速度依存型抵抗機構50を備えたものとすることができる。
【0028】
(梁)
図2には、
図1に示した柱梁接合部Jの拡大平面図が示されている。梁20は、ウェブ22及びフランジ24を備えたH形鋼の梁であり、ウェブ22が第二水平架構12Bに固定された梁接合プレート26に連結されている。
【0029】
なお、
図2において、梁接合プレート26は鉄骨柱14に接合されている。第一水平架構12Aを形成する鉄骨梁16同士は、鉄骨柱14を介して連結されている。同様に、第二水平架構12Bを形成する鉄骨梁16同士も、鉄骨柱14を介して連結されている。本発明における「第一水平架構又は第二水平架構に接合された梁接合プレート」とは、鉄骨柱14に接合されている梁接合プレート26も含まれるものとする。
【0030】
(熱伸縮吸収機構)
梁20は、
図3(A)、(B)に示す熱伸縮吸収機構30を備えている。熱伸縮吸収機構30は、長孔32、ボルト34A及びナット34Bを備えて形成されている。
【0031】
長孔32は、梁20のウェブ22に設けられた貫通孔であり、梁20の長手方向に沿う長円として横長形状に形成されている。なお、梁接合プレート26には、ボルト34Aの径に対応する貫通孔36が形成されている。貫通孔36は長孔ではない。
【0032】
ボルト34Aは、長孔32及び貫通孔36に挿通され、ナット34Bに捩じ込まれて梁20と梁接合プレート26とを接合している。ボルト34A及びナット34Bは、梁20のウェブ22と梁接合プレート26とを挟んだ状態で互いに捩じ込まれ、ウェブ22と梁接合プレート26とを、長孔32の長軸方向に沿って相対移動可能に接合している。
【0033】
なお、本実施形態においては、梁20のウェブ22に長孔32を形成し、梁接合プレート26に貫通孔36を形成しているが、これらは入れ替えてもよい。つまり、梁接合プレート26に長孔32を形成し、梁20のウェブ22に貫通孔36を形成してもよい。
【0034】
(水平ブレース)
図2に示すように、水平ブレース40は、棒状の鋼材、アングル材、溝形材、H形鋼材などを用いて形成されるブレース本体42及び羽子板44を備えている。羽子板44は、ブレース本体42の両端に固定された鋼製の平板であり、第二水平架構12Bに固定されたブレース接合プレート28に連結されている。
【0035】
なお、
図2において、ブレース接合プレート28は鉄骨柱14に接合されている。梁接合プレート26と同様に、本発明における「第一水平架構又は第二水平架構に接合されたブレース接合プレート」とは、鉄骨柱14に接合されているブレース接合プレート28も含まれるものとする。
【0036】
図4(A)に示すように、ブレース接合プレート28は、面内方向が水平方向に沿うように配置され、上下方向に互いに隙間を空けて2枚配置されている。そして、2枚のブレース接合プレート28に挟まれた位置に、水平ブレース40の羽子板44の端部が配置されている。
【0037】
(速度依存型抵抗機構)
水平ブレース40は、
図4(A)、(B)に示す速度依存型抵抗機構50を備えている。速度依存型抵抗機構50は、長孔52、ボルト54A、ナット54B、封止壁56及び粘性体Gを備えて形成されている。
【0038】
粘性体Gは、内部に封入された物質が遅い速度で変位する場合は、
図5の曲線K1で示すように、発生する応力が小さく物質の変位に対する抵抗力が小さい。一方、内部に封入された物質が相対的に速い速度で変位するほど、曲線K2、K3で示すように、発生する応力が大きくなり、物質の変位に対する抵抗力が大きくなる。速度依存型抵抗機構50は、係る粘性体Gによって、抵抗力が速度に依存して変化する振動低減機構である。
【0039】
図4(A)、(B)に示すように、長孔52は、水平ブレース40の羽子板44に設けられた貫通孔であり、水平ブレース40の長手方向に沿う横長形状に形成されている。なお、2枚のブレース接合プレート28には、それぞれボルト54Aの径に対応する貫通孔58が形成されている。貫通孔58は長孔ではない。
【0040】
ボルト54Aは、長孔52及び貫通孔58に挿通され、ナット54Bに捩じ込まれて水平ブレース40とブレース接合プレート28とを接合している。ボルト54A及びナット54Bは、水平ブレース40の羽子板44の上下に配置された2枚のブレース接合プレート28を挟んだ状態で互いに捩じ込まれ、羽子板44とブレース接合プレート28とを、長孔52の長軸方向に沿って相対移動可能に接合している。
【0041】
封止壁56は、2枚のブレース接合プレート28に架け渡された壁体である。2枚のブレース接合プレート28と封止壁56とで囲まれた領域には、粘性体Gが充填されている。羽子板44の長孔52は、粘性体Gに浸されている。換言すると、羽子板44において長孔52が形成された部分が、粘性体Gに浸されている。
【0042】
封止壁56には貫通孔56Aが形成されている。貫通孔56Aは、水平ブレース40の羽子板44が挿通される貫通孔である。貫通孔56Aと羽子板44との間は、羽子板44が動いたときに粘性体Gが外側に漏れないように水密性が確保されている。
【0043】
<作用及び効果>
図1に示すように、本発明の実施形態に係る建物10では、鉄骨製の第一水平架構12Aと第二水平架構12Bとが間隔を空けて配置されている。これらの第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、梁20及び水平ブレース40で連結されている。
【0044】
このうち、梁20には熱伸縮吸収機構30が備えられている。このため、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bを形成する鉄骨部材(鉄骨梁16や水平ブレース18)や梁20自体が熱伸縮しても、当該熱伸縮が吸収される。
【0045】
また、水平ブレース40には、速度依存型抵抗機構50が備えられている。速度依存型抵抗機構50は、粘性体Gの働きにより、熱収縮等により遅い速度で変位する場合は抵抗力が低く、変位に追随できる。このため第一水平架構12A及び第二水平架構12Bを形成する鉄骨部材(鉄骨梁16や水平ブレース18)や水平ブレース40自体が熱伸縮しても、当該熱伸縮が吸収される。
【0046】
このように、熱伸縮吸収機構30及び速度依存型抵抗機構50によって、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bの熱伸縮を吸収できる。また、これらの架構に応力が発生することを抑制できるため、温度応力の繰り返しによる架構構成部材や接合部の疲労破断を抑制できる。
【0047】
さらに、速度依存型抵抗機構50は速い速度で変位する場合は大きな抵抗力を発揮できる。このため、地震や強風時に第一水平架構12A及び第二水平架構12Bに作用する水平力に抵抗できる。
【0048】
すなわち、本態様では、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bの熱伸縮には抵抗し難く、地震時や強風時の変形には抵抗力を発揮して力を伝達することができる。このため、例えば第一水平架構12A及び第二水平架構12Bのそれぞれで地震力を処理する必要がなく、構造的な合理性が高い。
【0049】
また、本発明の実施形態に係る建物10では、
図3(A)、(B)に示すように、熱伸縮吸収機構30が、長孔32と長孔32に挿通されたボルト34Aを備えて形成されている。熱伸縮幅に応じた幅の長孔32を形成することで、容易に熱伸縮を吸収できる。
【0050】
また、本発明の実施形態に係る建物10では、
図4(A)、(B)に示すように、速度依存型抵抗機構50が、長孔52、長孔52に挿通されたボルト54A及び粘性体Gを備えて形成されている。熱伸縮幅に応じた幅の長孔52を形成することで、容易に熱伸縮を吸収できる。
【0051】
また、地震や強風などによって第一水平架構12A及び第二水平架構12Bが高速で変位すると、粘性抵抗により振動を減衰できる。
【0052】
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態においては、建物10を、第一棟10A及び第二棟10Bを連結して形成された建築物として説明したが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば建物10は一つの棟で形成してもよい。
【0053】
このような場合、屋上を形成する水平架構を、横方向に間隔を空けて配置された第一水平架構12A及び第二水平架構12Bを用いて形成して、それぞれを梁20、熱伸縮吸収機構30、水平ブレース40及び速度依存型抵抗機構50で連結すればよい。
【0054】
また、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、必ずしも建物10の構造部材としての架構を形成する必要はない。例えば第一水平架構12A及び第二水平架構12Bは、建物10の屋上に設置された設備架台やパーゴラ等を形成するものとしてもよい。
【0055】
また、上記実施形態において、梁接合プレート26及びブレース接合プレート28は第二水平架構12Bに接合しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。梁接合プレート26及びブレース接合プレート28は、第一水平架構12Aに接合してもよいし、第一水平架構12A及び第二水平架構12Bの双方に接合してもよい。
【0056】
なお、梁接合プレート26及びブレース接合プレート28が設けられた部分には、それぞれ、熱伸縮吸収機構30及び速度依存型抵抗機構50を設けることができる。
【0057】
また、上記実施形態において、熱伸縮吸収機構30を、長孔32、ボルト34A及びナット34Bを備えた構成としているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば熱伸縮吸収機構としては、梁20の水平変位を許容するすべり支承等としてもよい。
【0058】
また、熱伸縮吸収機構30は、速度依存型抵抗機構50に代えてもよい。すなわち、熱伸縮吸収機構30には速度依存型の振動減衰機能を付与してもよく、本発明における熱伸縮吸収機構は、速度依存型抵抗機構を含むものである。
【0059】
また、上記実施形態においては、速度依存型抵抗機構50を、長孔52、ボルト54A、ナット54B、封止壁56及び粘性体Gを備えた構成としているが、本発明の実施形態はこれに限らない。
【0060】
例えば速度依存型抵抗機構としては、
図6(A)に示すオイルダンパー60を用いてもよい。オイルダンパー60は、ピストン62及びロッド64を備えている。一例として、ピストン62は水平ブレース40の先端に固定され、ロッド64は図示しない第一水平架構12A又は第二水平架構12Bに固定されている。
【0061】
ピストン62は、ロッド64の内周壁に接した状態で横方向へ移動可能である。ピストン62には、移動方向へ貫通する貫通孔62Aが形成されている。ロッド64の内部には粘性体Gとしての作動油が充填されている。作動油は、ピストン62の移動に伴って、貫通孔62Aを介してピストン62の進行方向前方側から後方側へ移動する。
【0062】
なお、粘性体Gを用いた振動減衰機構としては、様々な態様の構成を採用できる。例えば
図6(B)に示す減衰こま70を用いてもよい。減衰こま70では、外筒72と内筒74との間に粘性体Gが封入されている。一例として、減衰こま70は図示しない第一水平架構12A又は第二水平架構12Bに固定され、水平ブレース40の先端に、ロータリーボールねじ76が形成されている。
【0063】
減衰こま70では、地震や強風時に発生する水平ブレース40の軸方向の変位が、ロータリーボールねじ76を介して内筒74の回転変位に変換され、当該回転変位に対する粘性体Gの粘性抵抗により粘性減衰力が発揮される。
【0064】
また、粘性体Gを用いた振動減衰機構としては、
図6(C)、(D)に示す粘性体ダンパー80を用いてもよい。粘性体ダンパー80は、2枚の外側板82A、外側板82Aに挟まれて配置された内側板84を備えて形成されている。2枚の外側板82Aは、一例として、水平ブレース40の先端に形成され、上面が開放した筐体82の壁部を構成している。
【0065】
筐体82の内部には粘性体Gが充填され、内側板84が浸漬されている。内側板84は、筐体82の蓋を構成する天板86と一体的に形成されている。天板86は、図示しない第一水平架構12A又は第二水平架構12Bに固定されている。筐体82と天板86との間は、筐体82と天板86が相対変位した際に、粘性体Gが外側に漏れないように水密性が確保されている。
【0066】
さらに、速度依存型抵抗機構としてはメカロック機構(不図示)を用いてもよい。メカロック機構としては、低速の変位に対してはロック機能が作用せず、高速の変位に対してはロック機能が作用する機構(例えばシートベルトのロック機構)を用いることができる。このようなロック機構を用いる場合は、水平ブレース40の軸方向の変位を回転変位に変換し、遠心力の大小によってロック機構を機能及び解除する。このように、本発明は様々な態様で実施できる。
【符号の説明】
【0067】
10 建物
12A 第一水平架構
12B 第二水平架構
20 梁
26 梁接合プレート
28 ブレース接合プレート
30 熱伸縮吸収機構
32 長孔
34A ボルト
34B ナット
40 水平ブレース
50 速度依存型抵抗機構
52 長孔
54A ボルト
54B ナット
60 オイルダンパー(速度依存型抵抗機構)
70 減衰こま(速度依存型抵抗機構)
80 粘性体ダンパー(速度依存型抵抗機構)
G 粘性体