JP7692325B2 - 建物 - Google Patents

Description

本発明は、ラーメン構造体を有する建物に関する。

柱と梁により構成されたラーメン構造体を有する建物がある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１－３２６３５号公報

このような建物の耐震性や耐風性を高めるには、地震や風によって建物に作用する水平力に対してラーメン構造体のみで十分な水平耐力や水平剛性を確保する必要がある。このような十分な水平耐力や水平剛性を確保するために、例えば、ラーメン構造体を構成する柱や梁の断面を大きくしなければならない。また、例えば、ラーメン構造体にブレースや耐震壁を設ければ、これらの部材が建物の平面計画に制限を生じさせたり、建物の外観や内観を損なわせてしまったりすることが懸念される。

本発明は、上記の事実を考慮し、ラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることを目的とする。

第１態様に係る建物は、円蓋状の壁により構成され、支持構造物上に構築されたドーム構造体と、前記ドーム構造体に隣接して、前記支持構造物上に構築されたラーメン構造体と、前記ラーメン構造体の梁を前記ドーム構造体の前記壁に接合する接合部と、を有する。

第１態様に係る建物によれば、ドーム構造体の壁にラーメン構造体の梁を接合部によって接合することにより、ドーム構造体とラーメン構造体とは建物に作用する水平力に対して一体的に抵抗する。そして、ラーメン構造体からドーム構造体へどの方向から水平力が作用しても円蓋状の壁全体が高い水平剛性を有しているので、ドーム構造体は建物全体に対して高い耐震性及び耐風性を発揮する。これにより、ラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

よって、ラーメン構造体を構成する柱や梁の構造断面を小さくすることができる。また、ラーメン構造体を構成する架構内に配置する鉛直ブレース、耐震壁等の耐震要素の数を減らす又は無くすことができ、建物の平面計画の自由度を向上させたり、外観や内観を損なわなくしたりすることができる。

また、ドーム構造体の壁に接合されるラーメン構造体の梁の端部(ドーム構造体の壁側の端部）を支持する柱を無くすことができる。さらに、この梁は、両端支持形式になるので、片持ち梁形式と比べて構造断面を小さくすることができる。

第２態様に係る建物は、第１態様に係る建物において、前記支持構造物は、１層以上を構成する建物階である。

第２態様に係る建物によれば、１層以上を構成する建物階上にラーメン構造体が構築された建物において、このラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

第３態様に係る建物は、第１又は第２態様に係る建物において、前記ラーメン構造体は、複数層により構成されている。

第３態様に係る建物によれば、ラーメン構造体が複数層により構成されている建物において、このラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

本発明は上記構成としたので、ラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

一実施形態に係る建物を示す斜視図である。 図１の２－２線断面図である。 一実施形態に係る接合部を示す拡大図である。 一実施形態に係る建物モデルを示す斜視図である。 一実施形態に係る比較例としての建物モデルを示す斜視図である。 一実施形態に係る接合部のバリエーションを示す拡大図である。 図７（Ａ）～（Ｃ）は、一実施形態に係る建物のバリエーションを示す立面図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態に係る建物について説明する。

（建物）
図１の斜視図には、本実施形態に係る建物１０が示されている。なお、各図に示される矢印Ｘは、建物１０の梁間方向（以下、「梁間方向Ｘ」とする）を示し、矢印Ｙは、平面視にて矢印Ｘと直交する建物１０の桁行方向（以下、「桁行方向Ｙ」とする）を示している。

図１、及び図１の２－２線断面図である図２に示すように、建物１０は、ドーム構造体１２と、ドーム構造体１２に隣接して構築されたラーメン構造体１４とを有して構成されており、地盤１６上に設けられた支持構造物としての基礎１８上に建てられている。

ドーム構造体１２は、Ｈ形鋼からなるトラス材２０をトラス状に複数つなぎ合わせて円蓋状に形成されたトラス構造の壁２２により構成された半球型の鉄骨造の構造体であり、基礎１８上に構築されている。すなわち、ドーム構造体１２は、建物１０の１階に構築されている。なお、ドーム構造体１２は、壁面に外装材（例えば、外装パネル）が設けられているものであってもよい。

ラーメン構造体１４は、角形鋼管からなる柱２４と、柱２４の頭部に端部が剛接合されたＨ形鋼からなる梁２６と、梁２６に端部が剛接合されたＨ形鋼からなる梁２８とにより構成された鉄骨造の構造体であり、基礎１８上に構築されている。また、平面視にて対角位置に配置された柱２４の頭部同士は、山形鋼からなる水平ブレース４６によって繋がれている。

図３の拡大図に示すように、ラーメン構造体１４の梁２６は、接合部３０によりドーム構造体１２の壁２２に水平力の伝達可能に接合されている。接合部３０では、壁２２を構成するトラス材２０に接合されたガセットプレート３２に、ラーメン構造体１４の梁２６のウェブ３４端部をボルト３６及びナット３８によってボルト接合することにより、ラーメン構造体１４の梁２６の端部がドーム構造体１２の壁２２にピン接合されている。ラーメン構造体１４の梁２８の端部も、同様にしてドーム構造体１２の壁２２にピン接合されている。

（効果）
次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態の建物１０によれば、図１及び図２に示すように、ドーム構造体１２の壁２２にラーメン構造体１４の梁２６、２８を接合部３０によって接合することにより、ドーム構造体１２とラーメン構造体１４とは、地震や風によって建物１０に作用する水平力に対して一体的に抵抗する。そして、ラーメン構造体１４からドーム構造体１２へどの方向から水平力が作用しても円蓋状の壁２２全体が高い水平剛性を有しているので、ドーム構造体１２は建物１０全体に対して高い耐震性及び耐風性を発揮する。これにより、ラーメン構造体１４の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

よって、ラーメン構造体１４を構成する柱２４や梁２６、２８の構造断面を小さくすることができる。また、ラーメン構造体１４を構成する架構内に配置する鉛直ブレース、耐震壁等の耐震要素の数を減らす又は無くすことができ、建物１０の平面計画の自由度を向上させたり、外観や内観を損なわなくしたりすることができる。

また、ドーム構造体１２の壁２２に接合されるラーメン構造体１４の梁２６、２８の端部(ドーム構造体１２の壁２２側の端部）を支持する柱を無くすことができる。さらに、この梁２６、２８は、両端支持形式になり、長期荷重によって梁に発生する応力が小さくなるので、片持ち梁形式と比べて構造断面を小さくすることができる。

ここで、本実施形態の建物１０の効果を確認するために実施した、本実施形態の建物１０の建物モデル４０と、比較例としての建物４２の建物モデル４４との数値解析の結果を示す。

図４の斜視図に示すように、本実施形態の建物１０の建物モデル４０は、図１に示した建物１０と同様の構成のものであり、ラーメン構造体１４は、鉄骨造の１層３×３スパンの構造体とし、梁間方向Ｘの長さを２１，０００mm、桁行方向Ｙの長さを２１，０００mm、高さを４，３００mmとしている。

また、柱２４は、外径が２６７．４mm、厚さが９．３mmの円形鋼管とし、梁２６、２８は、４００mm×２００mm×８mm×１３mmのＨ形鋼とし、水平ブレース４６は、９０mm×９０mm×１０mmの山形鋼とし、トラス材２０は、１５０mm×１５０mm×７mm×１０mmのＨ形鋼としている。

さらに、柱２４の下端部は基礎１８にピン支持され、梁２６の端部は柱２４の頭部に剛接合され、梁２８の端部は梁２６に剛接合され、梁２６、２８の端部は壁２２のトラス材２０にピン接合されている。

図５の斜視図に示すように、比較例としての建物４２の建物モデル４４は、建物モデル４０の建物１０からドーム構造体１２を無くした、鉄骨造の１層３×３スパンのラーメン構造体４８により構成されたものであり、ラーメン構造体４８は、梁間方向Ｘの長さを２１，０００mm、桁行方向Ｙの長さを２１，０００mm、高さを４，３００mmとしている。

また、柱２４は、外径が２６７．４mm、厚さが９．３mmの円形鋼管とし、梁２６、２８は、４００mm×２００mm×８mm×１３mmのＨ形鋼とし、水平ブレース４６は、９０mm×９０mm×１０mmの山形鋼としている。

さらに、柱２４の下端部は基礎１８にピン支持され、梁２６の端部は柱２４の頭部に剛接合され、梁２８の端部は梁２６に剛接合されている。

数値解析により、建物モデル４０では、建物１０に面積当たり２．５ｋＮ／ｍ²の水平力Ｆが作用したときに、建物１０（ラーメン構造体１４）の水平変位量が６．７mm、変形角が１／６４１となった。また、建物モデル４４では、建物４２に面積当たり２．５ｋＮ／ｍ²の水平力Ｆが作用したときに、建物４２(ラーメン構造体４８）の水平変位量が１７０．６mm、変形角が１／２５となった。

このように、数値解析結果から、本実施形態の建物１０の建物モデル４０は、ドーム構造体１２が設けられていない建物４２の建物モデル４４と比較して、水平変位量を小さくできることがわかる。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、図１及び図２に示すように、ドーム構造体１２を鉄骨造とした例を示したが、ドーム構造体１２は、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete Filled Steal Tube：コンクリート充填鋼管構造）等の他の構造であってもよい。

例えば、ドーム構造体１２を鉄筋コンクリート造とした場合、図６の拡大図に示すように、ラーメン構造体１４の梁２６、２８は、接合部５０によりドーム構造体１２の壁２２に水平力の伝達可能に接合する。

接合部５０では、壁２２を構成する鉄筋コンクリート造の壁部材５２に固定されたガセットプレート３２に、ラーメン構造体１４の梁２６のウェブ３４端部をボルト３６及びナット３８によりボルト接合することにより、ラーメン構造体１４の梁２６の端部がドーム構造体１２の壁２２にピン接合されている。

ガセットプレート３２は、このガセットプレート３２の端部に設けられたベースプレート５４と、壁部材５２と、ベースプレート５４と壁部材５２を挟み込むようにして配置された固定プレート６０とを貫通するようにして設けられたボルト５６の両端にナット５８を設けて締め付けることにより、壁部材５２に固定されている。ラーメン構造体１４の梁２８の端部も、同様にしてドーム構造体１２の壁２２にピン接合されている。なお、ガセットプレート３２は、ベースプレート５４下面（壁部材５２側の面）に取り付けられたスタッドボルトを壁部材５２に埋設することにより、壁部材５２に固定してもよい。

また、上記実施形態では、図１及び図２に示すように、ラーメン構造体１４を鉄骨造とした例を示したが、ラーメン構造体１４は、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete Filled Steal Tube：コンクリート充填鋼管構造）等の他の構造であってもよい。ラーメン構造体１４は、鉄骨造とした方が、水平剛性が小さくなるので、本実施形態の建物１０の適用がより有効となる。

さらに、上記実施形態では、図１及び図２に示すように、ラーメン構造体１４を１層の構造体とした例を示したが、ラーメン構造体１４は、複数層により構成された構造体であってもよい。このようにすればラーメン構造体が複数層により構成されている建物において、このラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

例えば、図７（Ａ）、（Ｂ）の立面図に示すように、ラーメン構造体１４を２層の構造体としてもよい。

また、上記実施形態では、図１及び図２に示すように、ドーム構造体１２が上に構築される支持構造物を基礎１８とした例を示したが、支持構造物は１層以上を構成する建物階であってもよい。すなわち、建物の途中階上又は最上階上にドーム構造体１２及びラーメン構造体１４を構築してもよい。このようにすれば、１層以上を構成する建物階上にラーメン構造体が構築された建物において、このラーメン構造体の耐震性及び耐風性を向上させることができる。

例えば、図７（Ｃ）の立面図に示すように、ドーム構造体１２及びラーメン構造体１４を建物１０の４階上に構築してもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 建物
１２ ドーム構造体
１４ ラーメン構造体
１８ 基礎（支持構造物）
２２ 壁
２６、２８ 梁
３０、５０ 接合部

Claims (3)

1. 円蓋状の壁により構成され、支持構造物上に構築されたドーム構造体と、
   前記ドーム構造体に隣接して、前記支持構造物上に構築されたラーメン構造体と、
   前記ラーメン構造体の梁を前記ドーム構造体の前記壁に接合する接合部と、
   を有し、
   前記接合部は、前記壁を構成するとともに、上下左右に連続するトラスを構成するトラス材に設けられている建物。
2. 円蓋状の壁により構成され、支持構造物上に構築されたドーム構造体と、
   前記ドーム構造体に隣接して、前記支持構造物上に構築されたラーメン構造体と、
   前記ラーメン構造体の梁を前記ドーム構造体の前記壁に接合する接合部と、
   を有し、
   前記支持構造物は、１層以上を構成する建物階である建物。
3. 円蓋状の壁により構成され、支持構造物上に構築されたドーム構造体と、
   前記ドーム構造体に隣接して、前記支持構造物上に構築されたラーメン構造体と、
   前記ラーメン構造体の梁を前記ドーム構造体の前記壁に接合する接合部と、
   を有し、
   前記ラーメン構造体は、複数層により構成されている建物。