JP4758683B2 - ユニット建物の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、下階建物ユニットの上に、該下階建物ユニットより妻又は桁方向の短い上階建物ユニットをセットバック状態で載せたユニット建物の補強構造に関する。

ユニット建物において、特許文献１に記載の如く、下階建物ユニットの天井梁の中間部の上にセットバック配置された上階建物ユニットの前面の柱脚を搭載してなるものがある。

下階建物ユニットの上にセットバック配置された上階建物ユニットを上述の如くに搭載するユニット建物では、下階建物ユニットの天井梁の中間部に上階鉛直荷重が集中して入力するため、天井梁の補強のために、天井梁の中間部に中柱を設ける必要がある。特許文献１では、中柱を設けることによる建物プラン上の制約を解消するため、セットバック配置された上階建物ユニットの床フレームを下階建物ユニットの天井フレームと同一の大きさに拡張している。
特開平10-37308

特許文献１のユニット建物では、セットバック配置された上階建物ユニットがその居室の前面より前方に大きく張り出る床フレームを備えるため、セットバック配置された上階建物ユニットが異形状になり、製造上、保管上、輸送上の困難を伴なう。

尚、セットバック配置された上階建物ユニットが搭載される下階建物ユニットの天井梁の補強のために、前述の中柱を用いたり、異形状のセットバック配置された上階建物ユニットを用いない手法として、天井梁自体の剛性、強度を向上させることが考えられる。このとき、天井梁の全体に渡って剛性を上げ、柱と梁の接合部強度を上げない場合には、大地震時に建物ユニットに要求される変形能力を確保できず、柱−梁接合部で破断し、建物が倒壊するおそれがある。他方、天井梁の全体に渡って剛性を上げ、柱−梁接合部の強度も上げる場合には、建物ユニットの水平方向の剛性、強度を不必要に向上させることになるし、建物全体としては隣接する他の建物ユニットとの構造上のバランスが悪くなる。

本発明の課題は、セットバック配置された上階建物ユニットが搭載される下階建物ユニットの天井梁を補強するに際し、建物ユニットの水平方向の剛性、強度を不必要に向上させず、建物全体に渡る構造上の影響を最小限にし、大地震時に建物ユニットに要求される変形能力を確保することにある。

請求項１の発明は、下階建物ユニットの天井梁の中間部の上にセットバック配置された上階建物ユニットの前面の柱脚を搭載してなるユニット建物の補強構造において、下階建物ユニットの上記天井梁に補強梁を添設し、該補強梁を該下階建物ユニットの柱−梁接合部から離隔し、該天井梁において該補強梁が該柱−梁接合部から離隔する範囲を塑性ヒンジ形成部とし、該塑性ヒンジ形成部は該下階建物ユニットへの水平荷重入力時に、該柱−梁接合部の破断が生じる前に塑性化して該柱−梁接合部の破断を回避するようにしたものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記塑性ヒンジ形成部が、下階建物ユニットの天井梁のうち、上階建物ユニットが搭載されていない部分に形成されるようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１の発明において更に、前記塑性ヒンジ形成部が、下階建物ユニットの天井梁の両端側の２カ所に形成されるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記下階建物ユニットの天井梁が上下のフランジをもつＣ形鋼からなるとき、補強梁にも上下のフランジを設け、天井梁の上下のフランジ間に補強梁の上下のフランジを挿着してなるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記下階建物ユニットに隣接する他の下階建物ユニットを有するとき、前記下階建物ユニットの天井梁と隣接する他の下階建物ユニットの天井梁との間に、平板状の補強梁を挟着してなるようにしたものである。

（請求項１〜３）
(a)下階建物ユニットの天井梁に添設される補強梁を、該下階建物ユニットの柱−梁接合部から離隔させた。従って、柱−梁接合部は標準仕様のままとし、天井梁の剛性、強度だけを向上させる。これにより、建物ユニットの水平方向の剛性、強度を不必要に向上させず、隣接する他の建物ユニットとの構造上のバランスを悪くせず、建物全体に渡る構造上の影響を最小限にできる。また、大地震時に建物ユニットに要求される変形能力を離隔部分により確保でき、柱−梁接合部での破断を防止し、建物の倒壊を防止できる。

（請求項４）
(b)下階建物ユニットのＣ形鋼からなる天井梁の上下のフランジ間に補強梁の上下のフランジを挿着する。これにより、天井梁に所定の剛性、強度を確保できる。

（請求項５）
(c)下階建物ユニットの天井梁と隣接する他の下階建物ユニットの天井梁との間に、平板状の補強梁を挟着する。これにより、天井梁に所定の剛性、強度を確保できる。

図１は実施例１のユニット建物を示す斜視図、図２は下階建物ユニットによるセットバック配置された上階建物ユニットの鉛直荷重支持状態を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は補強有の場合の鉛直荷重の支持状態を示す模式図、（Ｃ）は補強無の場合の鉛直荷重の支持状態を示す模式図、図３は下階建物ユニットを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視図、図４は補強梁の取付構造を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５は下階建物ユニットの水平荷重支持状態を示し、（Ａ）は水平荷重がない場合の模式図、（Ｂ）は通常時の地震力や風力に基づく水平荷重の支持状態を示す模式図、（Ｃ）は大地震時の水平荷重の支持状態を示す模式図、図６は実施例２のユニット建物を示す斜視図、図７は下階建物ユニットの補強構造を示す斜視図、図８は下階建物ユニットによるセットバック配置された上階建物ユニットの鉛直荷重支持状態を示し、（Ａ）は補強有の場合の鉛直荷重の支持状態を示す模式図、（Ｂ）は補強無の場合の鉛直荷重支持状態を示す模式図、図９は補強梁の取付構造を示す断面図である。

（実施例１）（図１〜図５）
図１のユニット建物１００は、複数の標準建物ユニット１０と複数のセットバック配置された建物ユニット２０を左右上下に隣接して構築されたものである。

標準建物ユニット１０は、図２〜図４に示す如く、各４本の床梁１１、柱１２、天井梁１３を直方体状に接合した骨組構造体であり、柱１２の柱脚に接続ピース１２Ａを介して床梁１１を接合し、柱１２の柱頭に接続ピース１２Ｂを介して天井梁１３を接合している。

セットバック配置された建物ユニット２０は、図２に示す如く、各４本の床梁２１、柱２２、天井梁２３を直方体状に接合した骨組構造体であり、柱２２の柱脚に接続ピース２２Ａを介して床梁２１を接合し、柱２２の柱頭に接続ピース２２Ｂを介して天井梁２３を接合している。

標準建物ユニット１０とセットバック配置された建物ユニット２０は、それらの桁方向長さ（長辺側の床梁１１と天井梁１３の長さ、床梁２１と天井梁２３の長さ）を同じにし、セットバック配置された建物ユニット２０の妻方向長さ（短辺側の床梁２１と天井梁２３の長さ）を標準建物ユニット１０の妻方向長さ（短辺側の床梁１１と天井梁１３の長さ）より小さくしている。

ユニット建物１００は、下階建物ユニット１０Ａの妻側天井梁１３（短辺側の天井梁１３）の中間部の上に、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの桁側前面（長辺側の床梁２１と天井梁２３を含む前面）の柱脚を搭載している。これにより、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの前面は下階建物ユニット１０Ａの前面に対しそれらの妻方向長さの差分だけ後退配置される。図１のユニット建物１００は、１階建物ユニット１０Ａの上に２階と３階のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを搭載したものであるが、本発明では、２階建物ユニット１０Ａの上に３階のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを搭載するもの、又は１階建物ユニット１０Ａの上に２階のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを搭載するものであっても良い。

ユニット建物１００は、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａが搭載された下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３を、中柱等によることなく補強するため、下記(1)、(2)の補強構造を有する。

(1)下階建物ユニット１０Ａの上記妻側天井梁１３（セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの桁側前面の柱脚直下の天井梁１３）に補強梁３０（板厚ｔを例えば6.0ｍｍとする）を添設する（図３、図４）。

このとき、下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３は上下のフランジ１３Ａ、１３ＢをもつＣ形鋼からなり、補強梁３０も上下フランジ３１Ａ、３１ＢをもつＣ形鋼からなるものとする。そして、天井梁１３の上下のフランジ１３Ａ、１３Ｂの間に、補強梁３０の上下のフランジ３１Ａ、３１Ｂを隙間なく挿着し、天井梁１３に鉛直荷重に対する所定の剛性、強度を確保する。但し、補強梁３０は水平荷重に対する補強効果はない。補強梁３０は、天井梁１３に溶接により一体化しても良いが、載荷時に破断しない接合強度で溶接されていれば良い。

(2)補強梁３０を下階建物ユニット１０Ａの柱−梁接合部（接続ピース１２Ｂ）から離隔させる（図３、図４）。天井梁１３上で補強梁３０が接続ピース１２Ｂから離隔した部分は塑性ヒンジ形成部３２となり（塑性ヒンジ形成部３２の長さＬを例えば50ｍｍとする）、建築基準法で大地震に対する安全性を確認するための二次設計で必要になる建物ユニット１０Ａの変形能力を確保可能にする。即ち、大地震時の水平荷重入力時に、建物ユニット１０Ａの柱−梁接合部（接続ピース１２Ｂ）の破断が生じる前に、塑性ヒンジ形成部３２を塑性化（破断）し、建物ユニット１０Ａの柱―梁接合部の破断を回避する。

従って、ユニット建物１００において、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａが搭載された下階建物ユニット１０Ａの荷重支持状態は以下の如くになる。

(A)鉛直荷重
セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの前面の柱２２から下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３の中間部に作用する鉛直荷重は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、天井梁１３及び補強梁３０に分散して下階建物ユニット１０Ａの柱１２に伝えられる。天井梁１３の変形量は小さい。

天井梁１３に補強梁３０が設けられていない場合には、図２（Ｃ）に示す如く、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの前面の柱２２から下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３の中間部に作用する鉛直荷重により、下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３が大きく変形（変形量ａ）し、天井梁１３は徐々に破壊に至る。

（B）水平荷重
通常の地震力や風力に基づく水平荷重が下階建物ユニット１０Ａの桁側前面に作用するとき（建築基準法上の一次設計）、下階建物ユニット１０Ａの妻フレームは弾性変形（変形量ｂ）し（図５（Ｂ））、荷重がなくなれば元に戻る（図５（Ａ））。

大地震に基づく水平荷重が下階建物ユニット１０Ａの桁側前面に作用するとき（建築基準法上の二次設計）、天井梁１３における補強梁３０と接続ピース１２Ｂの間の塑性ヒンジ形成部３２が塑性ヒンジを形成し（図５（Ｃ））、下階建物ユニット１０Ａの妻フレームの変形能力を確保する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３に添設される補強梁３０を、該下階建物ユニット１０Ａの柱−梁接合部から離隔させた。従って、柱−梁接合部は標準仕様のままとし、天井梁１３の剛性、強度だけを向上させる。これにより、建物ユニット１０Ａの水平方向の剛性、強度を不必要に向上させず、隣接する他の建物ユニット１０Ａとの構造上のバランスを悪くせず、建物１００全体に渡る構造上の影響を最小限にできる。また、大地震時に建物ユニット１０Ａに要求される変形能力を離隔部分により確保でき、柱−梁接合部での破断を防止し、建物１００の倒壊を防止できる。

(b)下階建物ユニット１０ＡのＣ形鋼からなる天井梁１３の上下のフランジ１３Ａ、１３Ｂ間に補強梁３０の上下のフランジ３１Ａ、３１Ｂを挿着する。これにより、天井梁１３に所定の剛性、強度を確保できる。

（実施例２）（図６〜図９）
図６のユニット建物２００も、図１のユニット建物１００と同様に、複数の標準建物ユニット１０と複数のセットバック配置された建物ユニット２０を左右上下に隣接して構築されたものである。

ユニット建物２００を構成する標準建物ユニット１０とセットバック配置された建物ユニット２０は、それらの妻方向長さ（短辺側の床梁１１と天井梁１３の長さ、床梁２１と天井梁２３の長さ）を同じにし、セットバック配置された建物ユニット２０の桁方向長さ（長辺側の床梁２１と天井梁２３の長さ）を標準建物ユニット１０の桁方向長さ（長辺側の床梁１１と天井梁１３の長さ）より小さくしている。

ユニット建物２００は、下階建物ユニット１０Ａの桁側天井梁１３（長辺側の天井梁１３）の中間部の上に、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの妻側前面（短辺側の床梁２１と天井梁２３を含む面）の柱脚を搭載している。これにより、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの前面は下階建物ユニット１０Ａの前面に対しそれらの桁方向長さの差分だけ後退配置される。左右２個の下階建物ユニット１０Ａの上に、左右２個のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを並べて搭載している。図６のユニット建物２００は、１階建物ユニット１０Ａの上に２階と３階のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを搭載したものであるが、本発明では、２階建物ユニット１０Ａの上に３階のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを搭載するもの、または１階建物ユニット１０Ａの上に２階のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａを搭載するものであっても良い。

ユニット建物２００は、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａが搭載された下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３を、中柱等によることなく補強するため、下記(1)、(2)の補強構造を有する。

(1)下階建物ユニット１０Ａの上記桁側天井梁１３（セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの妻側前面の柱脚直下の天井梁１３）に補強梁４０（板厚ｔを例えば9.0ｍｍとする）を添設する（図７、図９）。尚、補強梁３０の板厚ｔが9.0ｍｍ以下ではプレメッキ処理できるが、9.0ｍｍを超えるとドブ漬け処理や電着塗装処理が必要になる。

このとき、ユニット建物２００は左側建物ユニット１０Ａに隣接する右側建物ユニット１０Ａを有しており、左右の下階建物ユニット１０Ａの相並ぶ天井梁１３の間に、平板状の補強梁４０を挟着する。補強梁４０は、左右の天井梁１３の間で、必要によりスペーサ４１を伴ない、両天井梁１３のウエブに挿通されるボルト４２により締結される。補強梁４０は、左右の天井梁１３の間から、左右のセットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの相並ぶ床梁２１の間隙内にまで延出することができ（図９）、これによってその断面性能を拡大強化できる。補強梁４０は、天井梁１３に鉛直荷重に対する所定の剛性、強度を確保する。但し、補強梁４０は水平荷重に対する補強効果はない。

(2)補強梁４０を下階建物ユニット１０Ａの柱−梁接合部（接続ピース１２Ｂ）から離隔させる。天井梁１３上で補強梁４０が接続ピース１２Ｂから離隔した部分は塑性ヒンジ形成部４３となり（塑性ヒンジ形成部４３の長さＬを例えば50ｍｍとする）、建築基準法で大地震に対する安全性を確認するための二次設計で必要になる建物ユニット１０Ａの変形能力を確保可能にする。即ち、大地震時の水平荷重入力時に、建物ユニット１０Ａの柱−梁接合部（接続ピース１２Ｂ）の破断が生じる前に、塑性ヒンジ形成部４３を塑性化（破断）し、建物ユニット１０Ａの柱―梁接合部の破断を回避する。

従って、ユニット建物２００において、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａが搭載された下階建物ユニット１０Ａの荷重支持状態は以下の如くになる。

（A）鉛直荷重
セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの前面の柱２２から下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３の中間部に作用する鉛直荷重は、図８（Ａ）に示す如く、天井梁１３及び補強梁４０に分散して下階建物ユニット１０Ａの柱１２に伝えられる。天井梁１３の変形量は小さい。

天井梁１３に補強梁４０が設けられていない場合には、図８（Ｂ）に示す如く、セットバック配置された上階建物ユニット２０Ａの前面の柱２２から下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３の中間部に作用する鉛直荷重により、下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３が大きく変形（変形量ａ）し、天井梁１３は徐々に破壊に至る。

（B）水平荷重
通常の地震力や風力に基づく水平荷重が下階建物ユニット１０Ａの妻側前面に作用するとき（建築基準法上の一次設計）、下階建物ユニット１０Ａの桁フレームは弾性変形し、荷重がなくなれば元に戻る。

大地震に基づく水平荷重が下階建物ユニット１０Ａの妻側前面に作用するとき（建築基準法上の二次設計）、天井梁１３における補強梁４０と接続ピース１２Ｂの間の塑性ヒンジ形成部４３が塑性ヒンジを形成し、建物ユニット１０Ａの桁フレームの変形能力を確保する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３に添設される補強梁４０を、該下階建物ユニット１０Ａの柱−梁接合部から離隔させた。従って、柱−梁接合部は標準仕様のままとし、天井梁１３の剛性、強度だけを向上させる。これにより、建物ユニット１０Ａの水平方向の剛性、強度を不必要に向上させず、隣接する他の建物ユニット１０Ａとの構造上のバランスを悪くせず、建物２００全体に渡る構造上の影響を最小限にできる。また、大地震時に建物ユニット１０Ａに要求される変形能力を離隔部分により確保でき、柱−梁接合部での破断を防止し、建物２００の倒壊を防止できる。

(b)下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３と隣接する他の下階建物ユニット１０Ａの天井梁１３との間に、平板状の補強梁４０を挟着する。これにより、天井梁１３に所定の剛性、強度を確保できる。

以上、本発明の実施例を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は実施例１のユニット建物を示す斜視図である。 図２は下階建物ユニットによるセットバック配置された上階建物ユニットの鉛直荷重支持状態を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は補強有の場合の鉛直荷重の支持状態を示す模式図、（Ｃ）は補強無の場合の鉛直荷重の支持状態を示す模式図である。 図３は下階建物ユニットを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視図である。 図４は補強梁の取付構造を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図５は下階建物ユニットの水平荷重支持状態を示し、（Ａ）は水平荷重がない場合の模式図、（Ｂ）は通常時の地震力や風力に基づく水平荷重の支持状態を示す模式図、（Ｃ）は大地震時の水平荷重の支持状態を示す模式図である。 図６は実施例２のユニット建物を示す斜視図である。 図７は下階建物ユニットの補強構造を示す斜視図である。 図８は下階建物ユニットによるセットバック配置された上階建物ユニットの鉛直荷重支持状態を示し、（Ａ）は補強有の場合の鉛直荷重の支持状態を示す模式図、（Ｂ）は補強無の場合の鉛直荷重支持状態を示す模式図である。 図９は補強梁の取付構造を示す断面図である。

符号の説明

１００、２００ ユニット建物
１０Ａ 下階建物ユニット
１２Ｂ 接続ピース（柱−梁接合部）
１３ 天井梁
１３Ａ、１３Ｂ フランジ
２０Ａ セットバック配置された上階建物ユニット
３０、４０ 補強梁
３２、４３ 塑性ヒンジ形成部
３１Ａ、３１Ｂ フランジ

Claims (5)

1. 下階建物ユニットの天井梁の中間部の上にセットバック配置された上階建物ユニットの前面の柱脚を搭載してなるユニット建物の補強構造において、
   下階建物ユニットの上記天井梁に補強梁を添設し、該補強梁を該下階建物ユニットの柱−梁接合部から離隔し、
   該天井梁において該補強梁が該柱−梁接合部から離隔する範囲を塑性ヒンジ形成部とし、該塑性ヒンジ形成部は該下階建物ユニットへの水平荷重入力時に、該柱−梁接合部の破断が生じる前に塑性化して該柱−梁接合部の破断を回避することを特徴とするユニット建物の補強構造。
2. 前記塑性ヒンジ形成部が、下階建物ユニットの天井梁のうち、上階建物ユニットが搭載されていない部分に形成される請求項１に記載のユニット建物の補強構造。
3. 前記塑性ヒンジ形成部が、下階建物ユニットの天井梁の両端側の２カ所に形成される請求項１に記載のユニット建物の補強構造。
4. 前記下階建物ユニットの天井梁が上下のフランジをもつＣ形鋼からなるとき、補強梁にも上下のフランジを設け、天井梁の上下のフランジ間に補強梁の上下のフランジを挿着してなる請求項１〜３のいずれかに記載のユニット建物の補強構造。
5. 前記下階建物ユニットに隣接する他の下階建物ユニットを有するとき、前記下階建物ユニットの天井梁と隣接する他の下階建物ユニットの天井梁との間に、平板状の補強梁を挟着してなる請求項１〜３のいずれかに記載のユニット建物の補強構造。

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