柱・梁架構
【課題】 開口部を大きくとる上で有利と考えられる扁平な梁を用いるにあたり、個々の柱・梁架構について構造的に安定し、かつ建物の架構全体についても特殊な形態、複雑な設計を必要としないシンプルで経済的な柱・梁架構を提供する。
【解決手段】 ラーメン構造の柱・梁架構における梁２の梁幅ｂを柱１の柱幅Ｂより大きく設定する。柱１と梁２の接合部に梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する柱と一体の跳ね出し部４を設ける。跳ね出し部４はその断面を梁の断面にほぼ一致させ、かつ柱１から跳ね出し部４にかけてその耐力が梁２端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強し、梁２の端部を梁幅ｂに渡ってほぼ均等に支持する。補強された梁軸方向の跳ね出し部４により梁２の支持スパンが実質的に短くなり、柱梁接合部の安全性が高まり変形性能が向上する。
【解決手段】 ラーメン構造の柱・梁架構における梁２の梁幅ｂを柱１の柱幅Ｂより大きく設定する。柱１と梁２の接合部に梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する柱と一体の跳ね出し部４を設ける。跳ね出し部４はその断面を梁の断面にほぼ一致させ、かつ柱１から跳ね出し部４にかけてその耐力が梁２端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強し、梁２の端部を梁幅ｂに渡ってほぼ均等に支持する。補強された梁軸方向の跳ね出し部４により梁２の支持スパンが実質的に短くなり、柱梁接合部の安全性が高まり変形性能が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマンション等の集合住宅やオフィスビル等の建物に適用されるラーメン構造の柱・梁架構（部分的に壁が併用される場合等を含む）に関し、大きな開口部と開放的な居住空間を確保できるようにしたものである。主として、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ構造）、鉄骨鉄筋コンクリート構造（ＳＲＣ構造）、あるいはこれらを含む複合構造の柱・梁架構を対象としているが、これらに限定されず、コンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ構造）、鉄骨構造（Ｓ構造）、その他に適用することも可能である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、柱と梁とからなるラーメン構造は、柱の間隔(スパン)を大きくして大きな住居空間を確保することができ、また梁下に開口幅を広くとって大きな開口部を設けることができ、さらに耐震性にも優れているため多くの建物で実施されている。
【０００３】
しかし、柱のスパンが大きくなるに伴い、梁成を大きくして梁の強度を高める必要があり、例えばＲＣ構造等の場合、梁幅に対して梁成をかなり大きくする必要がある。
【０００４】
そのため、梁下の内法高を相当低くせざるを得ず、開放的な居住空間を確保できない。また、梁下に窓を設けても、太陽光が大きな梁に遮られてしまうため、太陽光を居室内に十分採り込むことができないだけでなく、外気のとり込みも遮断されて通気性も損なわれる等の課題があった。
【０００５】
さらに、大きな柱とともに大きな梁が室内側に突出して居住者に圧迫感を与え、居住性が損なわれるだけでなく、居住空間が狭められて利用の自由度も大幅に制限されてしまう等の課題があった。
【０００６】
この種の問題を解決する方法として、梁を上側に突出させるいわゆる逆梁とする方法や梁を設けないフラットスラブ構造とする方法が知られている。
【０００７】
この他、特許文献１には梁成を床スラブ厚と等しい扁平な梁とし、これをその下に位置する鉄筋コンクリート壁と一体化し、壁構造で扁平な梁を支持するようにした床梁構法が記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には超高層建物について建物外周部の眺望を確保して開放感を与えるため、外郭フレームの梁にその内側の中央フレームの梁よりも扁平な梁を用い、応力の負担の大きい中央フレームに制振装置を組み込んだ構造が記載されている。
【０００９】
さらに、特許文献２記載の発明と同様の考え方のものとして、特許文献３には集合住宅の形態をなす板状住宅について、居住ゾーン側ラーメン構面を扁平梁ラーメン構造とし、共用ゾーン側ラーメン構面に制震ダンパーを配設したものが記載されている。
【特許文献１】特許第３３１５４９２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１５０９号公報
【特許文献３】特開２００３−０８２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
逆梁工法は、床が梁の上端に合わせて設けられることから、天井高が低くなるという課題があり、そこで梁がバルコニーの外周に当該バルコニーの手摺を兼ねて配置されることもあるが、梁が床面より高く立ち上がっていることで、居室からの視界が遮られてしまう等の問題がある。
【００１１】
フラットスラブ構造は、スラブ全体を一様な断面の梁と見なして構築されているため、スラブ全体が相当厚くなって建物全体の重量が嵩み、耐震上不利になる等の問題がある。
【００１２】
一方、特許文献１〜３に示されるような扁平な梁は、断面積が同じ場合、通常の梁幅より梁成が大きい梁に比べ、鉛直荷重に対する断面剛性が小さく、それに応じて曲げ耐力も小さくなるため、通常の梁と同じ構造では、求められる柱・梁架構が成立しない。
【００１３】
これに対し、梁断面を大きくすることも考えられるが、その場合、梁重量およびコストが増すだけでなく、梁幅を大きくして曲げ耐力を確保するには梁幅が非常に大きくなり、柱との取り合いの問題が生ずる。梁成を増やす場合も梁重量およびコストが増し、開口部を大きくとるという目的からは梁成を増した分だけその効果が失われることになる。
【００１４】
上述した特許文献１〜３記載の発明は、扁平な梁を採用したものであるが、特許文献１記載のものは扁平な梁を壁で支持する構造であるため、梁下に大きな開口部を形成し、開放的な居住空間を確保するという目的からは外れる。
【００１５】
特許文献２及び特許文献３記載のものは、開放的な居住空間を確保する目的で、扁平な梁を採用し大きな開口部を形成するものではあるが、設計上、扁平梁を用いたラーメン柱・梁架構の荷重負担を軽減することが前提となっており、構造的にアンバランスであり、制震装置に頼った構造となっている。
【００１６】
また、アンバランスな構造による不確定要素が大きい他、制震装置を組み込むための設計の問題、制震装置のスペースや維持管理の問題もあり、従来、使用している意匠計画をそのまま利用することができないという面でも不利である。
【００１７】
本発明は、開口部を大きくとる上で有利と考えられる扁平な梁を用いるにあたり、柱梁接合部の安全性を高めつつ変形性能を向上させ、梁の断面積を極端に増加させることなく、個々の柱・梁架構について構造的にも安定し、かつ建物の架構全体についてもアンバランスにならず、特殊な形態、複雑な設計を必要としないシンプルで経済的な柱・梁架構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】
【００１８】
請求項１に係る柱・梁架構は、ラーメン構造の柱・梁架構において、梁の梁幅を柱の柱幅より大きく設定し、前記柱と梁の接合部に前記梁の梁幅に応じて梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する、柱と一体の跳ね出し部を設け、柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することで、前記梁の接合端部をその梁幅に渡ってほぼ均等に支持するとともに、補強された前記梁軸方向の跳ね出し部により前記梁の支持スパンを実質的に短くし、柱梁接合部の安全性を高め変形性能を向上させたたことを特徴とするものである。
【００１９】
柱の梁との接合部に梁幅に応じて柱の側方に突出した跳ね出し部を設け、その跳ね出し部に梁の端部を接合したことで、梁幅が柱幅より大きく、梁の一部が柱の側方にはみ出ていても、スムーズな応力伝達が図れる。
【００２０】
この場合、発明が解決しようとする課題の項でも述べたように、通常設計される梁幅が柱幅に納まる一般的な梁に対し、梁成を変えずに梁幅のみ大きくすることは梁断面および梁重量が大幅に増加することになる。また、梁成を低くした場合、一般的な梁に比べ扁平な梁となることから、鉛直荷重に対する断面剛性の不利を補うためには、やはり梁の断面積をかなり大きくしなければならない。
【００２１】
これに対し、本発明では、跳ね出し部を梁軸方向にも設け、柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することとしたことで、梁の支持スパンが実質的に短くなり、その分、扁平な梁に生ずる応力が小さくなり断面剛性の不利を補うことができ、断面積の増加も抑制することができる。
【００２２】
柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強するというのは、具体的には、例えばＲＣ構造やＳＲＣ構造の場合、柱断面から跳ね出し部にかけて配筋される鉄筋の密度を高めたり、鋼材量を増やしたり、あるいはその部分を鋼コンクリート複合構造とすることなどが考えられる。また、Ｓ構造やＣＦＴ構造の場合も柱断面から跳ね出し部にかけて鋼厚や鋼材量を増すことで対応できる。
【００２３】
本発明の柱・梁架構は本来ラーメン構造として設計されるものであるが、跳ね出し部にかけての補強により塑性変形領域での塑性ヒンジの位置を、例えば跳ね出し部先端と梁端部との境界位置近傍に生ずるように設計することができる。
【００２４】
補強された柱と一体の跳ね出し部で受けることで、梁の接合端部をその梁幅に渡ってほぼ均等に支持できるとともに、前述のように梁の支持スパンを実質的に短くし、断面剛性的に不利な扁平な梁でも安定したラーメン構造の柱・梁架構が形成される。
【００２５】
また、特許文献２、３記載の発明のように必ずしも建物架構全体としてのアンバランスが生じないため、制震装置を必要としない。ただし、一般の柱・梁架構の場合と同様、建物に制震性能を持たせるために制震装置を用いることは差し支えなく、敢えてこれを排除するものではない。
【００２６】
請求項２に係る柱・梁架構は、請求項１記載の柱・梁架構において、前記梁の梁成を梁幅より小さく設定してあることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の本来的な目的は、梁の梁成を可能な限り小さく設定し、その分梁幅を柱幅より広い扁平な梁とすることにより、梁の必要強度を保持しつつ梁下の内法高を可能な限り高くして、開放的な開口部と居住空間を確保できるようにすることにあり、請求項２はその好ましい態様として梁成を梁幅より小さい場合を限定したものである。
【００２８】
梁下の内法高を高くできることで、一般的な階高であっても、例えば高さが２４００ｍｍ程度のハイサッシを用いながら、奥行き２０００ｍｍ程度のバルコニーを設置することも可能になる。また、採光と通気性も確保できて居住性を高めることができる。
【００２９】
請求項３は、請求項１または２記載の柱・梁架構において、梁軸と直角な方向の柱幅と跳ね出し部の跳ね出し幅との合計が梁幅と等しいかまたはほぼ等しくなるように設定し、前記跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍に設定してあることを特徴とするものである。
【００３０】
梁軸と直角な方向の柱幅と跳ね出し部の跳ね出し幅との合計が梁幅と等しいかまたはほぼ等しくなるように設定したのは、梁から柱にできるだけ均一に安定的に応力が伝達されるようにするためであるが、補強との兼ね合いで跳ね出し部の断面が梁断面より若干大きくなること等は、開口高さ等への影響が少ない範囲で許容される。
【００３１】
跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍としたのは、跳ね出し長さとして好ましい範囲を規定したものである。もともとの設計における梁の支持スパン（あるいは柱間隔）にもよるが、跳ね出し長さが０．５倍より小さい場合、実質的な支持スパンとの関係で扁平な梁の断面剛性の不足を補うことが難しい。一方、跳ね出し長さを２．０倍より大きくするのは柱に対し片持ちとなる跳ね出し部の補強量が大きくなり、設計が難しくなるだけでなくコストも大幅に増大する可能性がある。
【００３２】
このようなことから、請求項２では、跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍とした。
【００３３】
請求項４に係る柱・梁架構は、請求項１、２または３記載の柱・梁架構において、前記跳ね出し部の高さが前記梁の梁成と等しいか、またはほぼ等しくなるように設定してあることを特徴とするものである。
【００３４】
跳ね出し部の高さが梁の梁成とが等しいかまたはほぼ等しくなるように設定したのは、請求項３の場合と同様、梁から柱へできるだけ均一に安定的に応力が伝達されるようにするためであるが、補強との兼ね合いで跳ね出し部の高さが梁成より若干高くなること等は、開口高さ等への影響が少ない範囲で許容される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、ラーメン構造の柱・梁架構において、梁の梁幅を柱の柱幅より大きく設定し、柱と梁の接合部に梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する、柱と一体の跳ね出し部を設け、かつ柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することで、梁を梁幅に渡ってほぼ均等に支持するとともに、その支持スパンを実質的に短くし、柱梁接合部の安全性を高めつつ変形性能を向上させたことで、個々の柱・梁架構内単独でもスムーズな応力伝達が図れ、安定したラーメン構造の柱・梁架構が形成される。
【００３６】
従って、建物の架構全体についても、特許文献２や特許文献３記載の発明のようなアンバランスな架構とならず、特殊な形態、複雑な設計を必要としないシンプルで経済的な柱・梁架構が形成される。その結果として、従来の意匠計画の延長線での設計が可能であり、その面からも建設コストの増加を抑制することができる。
【００３７】
また、本発明では、安定性を保った状態で梁成を小さくできるため、可能な限り梁成を小さくして扁平な梁とすることで、梁下の内法高を可能な限り高くして開放的な開口部と居住空間を確保することができる。
【００３８】
巨大地震等で万一躯体に大きな損傷が生じることを想定した場合でも、柱・梁架構についてみると、補強された跳ね出し部の存在により極限状態では梁側の変形が先行し柱側の破壊を免れることで、被害を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は本発明をマンション等の集合住宅で実施されるＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の基本形態を配筋図として示したもので、図２はその柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【００４０】
図１および図２の例は、梁２の梁幅ｂが柱１の柱幅Ｂより大きく、基本形態として、梁２の軸が柱１の断面中心を通る場合、すなわち偏心がない場合である。また、この例では柱１と梁２の接合部から梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する跳ね出し部４が梁の軸に対し対称に形成され、跳ね出し部４の幅および高さをそれぞれ梁２の幅ｂおよび梁成Ｄと同一とし、外観上、最もシンプルな形態としている。
【００４１】
図１は梁２が柱１に対し一方向の２つの向きに架設される形態を示しており、図２の点線で示した梁２がこれに対応する。図２における２点鎖線は直交する方向の梁２Ａを示したものであるが、柱１に対しどの向きに梁２が取り付くかは建物架構全体における柱位置による。通常、柱１に対し、２〜４本の梁が取り付くが、この点は一般の柱・梁架構の場合と同じであり、かつ同様に扱うことができる点が本発明の特徴の一つとなっている。
【００４２】
柱１から跳ね出し部４にかけては、その耐力が梁２端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強しており、具体的には図１において、跳ね出し部４のあばら筋１０のピッチを梁２部分のあばら筋１０の半分程度とし、さらに柱１断面を貫通する形で上下の主筋９に加え、主筋９と平行する跳ね出し部補強筋１２を配筋し、この部分のコンクリートの拘束を強めている。この例で、跳ね出し部補強筋１２の両端部には定着部としてフックが形成されている。また、必要に応じ、さらに柱１の主筋８に補強用添え筋１３を沿わせるなどして、柱梁接合部の耐力を増すことができる。
【００４３】
図３は、本発明をＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の他の形態を配筋図として示したもので、図４はその柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【００４４】
この例は、建物の外周の柱１の室外側面と扁平な梁２の室外側面を一致させる場合等を想定しており、図１および図２の例との違いは、梁２の軸が柱１に対し偏心していることであり、梁２の梁幅ｂが柱１の柱幅Ｂより大きい点、跳ね出し部４の幅および高さをそれぞれ梁２の幅ｂおよび梁成Ｄと同一としている点等は共通している。図中、２ａは梁２の屋外側部の幅、２ｂは柱１の屋内側にはみ出た屋内側部の幅であり、これらの合計が梁２の幅ｂであり、跳ね出し部４の幅と一致している。
【００４５】
図３は梁２が柱１に対し一方向の２つの向きに架設される形態を示しており、図４の点線で示した梁２がこれに対応する。図４における２点鎖線は直交する方向の梁２Ａを示したものである。建物の外周の柱１を想定していることから、通常、柱１に対し、２〜３本の梁が取り付くことになる。
【００４６】
図３に示すように、柱１から跳ね出し部４にかけては、図１の例と同様に、その耐力が梁２端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強してある。具体的には図３において、跳ね出し部４のあばら筋１０のピッチを梁２一般部のあばら筋１０の半分程度とし、さらに柱１断面を貫通する形で上下の主筋８に加え、主筋８と平行する跳ね出し部補強筋１２を配筋し、梁軸と直交する方向には端部１１ａを柱断面内に所要長定着させたコ字状の跳ね出し部主筋１１を配筋し、この部分のコンクリートの拘束を強めている。この例で、跳ね出し部補強筋１２の両端部には定着部としてフックが形成されている。
【００４７】
図５および図６は、図３および図４に示した形態を具体的に集合住宅に適用した場合の基準階を斜視図および縦断面図として示したものである。
【００４８】
図５において、桁行き方向に所定間隔をおいて配置された複数の柱１、１と当該各柱１、１間に架け渡された複数の梁２とから桁行き方向に連続する多層階・連続スパンの柱・梁架構が構築され、当該柱・梁架構の屋内側に各階の床スラブ３が構築されている。
【００４９】
この例で、柱１と梁２は共にＲＣ構造によって構築され、図６に示すように各梁２の梁幅ｂは梁２の梁成Ｄおよび柱１の柱幅Ｂより広く形成されている。各梁２の端部は柱１の柱幅Ｂと同一幅２ａの屋外側部から柱１の屋内側に幅２ｂだけはみ出るが、図３と同様に補強されたＲＣ構造の跳ね出し部４を介して接合されることで、全幅ほぼ均等に支持されている。なお、施工的には柱１、跳ね出し部４および梁２を分けて施工する必要はなく、完全に一体のものとして施工することができる。
【００５０】
この跳ね出し部４は各柱１の梁２との接合部に、柱１の屋内側および梁２の軸直方向に水平に突設されており、柱１の一部として梁２の梁幅ｂと同一幅、梁成Ｄと同一成を有する。
【００５１】
また、図６には示していないが、図４の梁２Ａのように梁２と交差する梁間方向にも跳ね出し部４を介して梁を接合することができる。
【００５２】
このようにして、梁２の梁幅ｂを当該梁２の梁成Ｄおよび柱１の柱幅Ｂより幅広な扁平梁として梁下の内法高Ｈを高くすることで、開放的な居住空間を確保することでき、また梁下に内法高Ｈの高い開口部を設けて居室内に太陽光を十分とり込むことができ、また居室内の通気性をよくすることができる。
【００５３】
なお、図５および図６に示した例では、各階の屋外側にバルコニー５が配置され、当該バルコニー５の屋内側に住戸６が配置され、梁２はバルコニー５の床スラブを兼ねた配置になっている。また、梁２の上面には屋内側に傾斜する水勾配が設けられ、その先端部に排水溝７が設けられている。
【００５４】
一方、バリエーションの一つとして図７に示した例では、バルコニーはなく、柱１と梁２の屋内側が住戸６になっており、梁２は住戸６の床スラブを兼ねた配置になっている。
【００５５】
図７の例における他の構成は基本的には図５および図６に示したものと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明をＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の基本形態を配筋図として示したもので、(a)は平面図、(b)、(c)はそれぞれ(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線断面図である。
【図２】図１の柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【図３】本発明をＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の他の形態として、梁の軸が柱に対し偏心している場合を配筋図として示したもので、(a)は平面図、(b)、(c)はそれぞれ(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線断面図である。
【図４】図３の柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【図５】図３の形態を具体的に集合住宅に適用した場合の基準階を示す斜視図である。
【図６】図５に対応する集合住宅基準階の縦断面図である。
【図７】図３の形態を集合住宅に適用した場合の基準階の他のバリエーションを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…柱、２…梁、３…床スラブ、４…跳ね出し部、５…バルコニー、６…住戸、７…排水溝、８…主筋（梁主筋）、９…主筋（柱主筋）、１０…あばら筋、１１…跳出し部主筋、１２…跳出し部補強筋、１３…柱梁接合部補強用添え筋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマンション等の集合住宅やオフィスビル等の建物に適用されるラーメン構造の柱・梁架構（部分的に壁が併用される場合等を含む）に関し、大きな開口部と開放的な居住空間を確保できるようにしたものである。主として、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ構造）、鉄骨鉄筋コンクリート構造（ＳＲＣ構造）、あるいはこれらを含む複合構造の柱・梁架構を対象としているが、これらに限定されず、コンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ構造）、鉄骨構造（Ｓ構造）、その他に適用することも可能である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、柱と梁とからなるラーメン構造は、柱の間隔(スパン)を大きくして大きな住居空間を確保することができ、また梁下に開口幅を広くとって大きな開口部を設けることができ、さらに耐震性にも優れているため多くの建物で実施されている。
【０００３】
しかし、柱のスパンが大きくなるに伴い、梁成を大きくして梁の強度を高める必要があり、例えばＲＣ構造等の場合、梁幅に対して梁成をかなり大きくする必要がある。
【０００４】
そのため、梁下の内法高を相当低くせざるを得ず、開放的な居住空間を確保できない。また、梁下に窓を設けても、太陽光が大きな梁に遮られてしまうため、太陽光を居室内に十分採り込むことができないだけでなく、外気のとり込みも遮断されて通気性も損なわれる等の課題があった。
【０００５】
さらに、大きな柱とともに大きな梁が室内側に突出して居住者に圧迫感を与え、居住性が損なわれるだけでなく、居住空間が狭められて利用の自由度も大幅に制限されてしまう等の課題があった。
【０００６】
この種の問題を解決する方法として、梁を上側に突出させるいわゆる逆梁とする方法や梁を設けないフラットスラブ構造とする方法が知られている。
【０００７】
この他、特許文献１には梁成を床スラブ厚と等しい扁平な梁とし、これをその下に位置する鉄筋コンクリート壁と一体化し、壁構造で扁平な梁を支持するようにした床梁構法が記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には超高層建物について建物外周部の眺望を確保して開放感を与えるため、外郭フレームの梁にその内側の中央フレームの梁よりも扁平な梁を用い、応力の負担の大きい中央フレームに制振装置を組み込んだ構造が記載されている。
【０００９】
さらに、特許文献２記載の発明と同様の考え方のものとして、特許文献３には集合住宅の形態をなす板状住宅について、居住ゾーン側ラーメン構面を扁平梁ラーメン構造とし、共用ゾーン側ラーメン構面に制震ダンパーを配設したものが記載されている。
【特許文献１】特許第３３１５４９２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１５０９号公報
【特許文献３】特開２００３−０８２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
逆梁工法は、床が梁の上端に合わせて設けられることから、天井高が低くなるという課題があり、そこで梁がバルコニーの外周に当該バルコニーの手摺を兼ねて配置されることもあるが、梁が床面より高く立ち上がっていることで、居室からの視界が遮られてしまう等の問題がある。
【００１１】
フラットスラブ構造は、スラブ全体を一様な断面の梁と見なして構築されているため、スラブ全体が相当厚くなって建物全体の重量が嵩み、耐震上不利になる等の問題がある。
【００１２】
一方、特許文献１〜３に示されるような扁平な梁は、断面積が同じ場合、通常の梁幅より梁成が大きい梁に比べ、鉛直荷重に対する断面剛性が小さく、それに応じて曲げ耐力も小さくなるため、通常の梁と同じ構造では、求められる柱・梁架構が成立しない。
【００１３】
これに対し、梁断面を大きくすることも考えられるが、その場合、梁重量およびコストが増すだけでなく、梁幅を大きくして曲げ耐力を確保するには梁幅が非常に大きくなり、柱との取り合いの問題が生ずる。梁成を増やす場合も梁重量およびコストが増し、開口部を大きくとるという目的からは梁成を増した分だけその効果が失われることになる。
【００１４】
上述した特許文献１〜３記載の発明は、扁平な梁を採用したものであるが、特許文献１記載のものは扁平な梁を壁で支持する構造であるため、梁下に大きな開口部を形成し、開放的な居住空間を確保するという目的からは外れる。
【００１５】
特許文献２及び特許文献３記載のものは、開放的な居住空間を確保する目的で、扁平な梁を採用し大きな開口部を形成するものではあるが、設計上、扁平梁を用いたラーメン柱・梁架構の荷重負担を軽減することが前提となっており、構造的にアンバランスであり、制震装置に頼った構造となっている。
【００１６】
また、アンバランスな構造による不確定要素が大きい他、制震装置を組み込むための設計の問題、制震装置のスペースや維持管理の問題もあり、従来、使用している意匠計画をそのまま利用することができないという面でも不利である。
【００１７】
本発明は、開口部を大きくとる上で有利と考えられる扁平な梁を用いるにあたり、柱梁接合部の安全性を高めつつ変形性能を向上させ、梁の断面積を極端に増加させることなく、個々の柱・梁架構について構造的にも安定し、かつ建物の架構全体についてもアンバランスにならず、特殊な形態、複雑な設計を必要としないシンプルで経済的な柱・梁架構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】
【００１８】
請求項１に係る柱・梁架構は、ラーメン構造の柱・梁架構において、梁の梁幅を柱の柱幅より大きく設定し、前記柱と梁の接合部に前記梁の梁幅に応じて梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する、柱と一体の跳ね出し部を設け、柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することで、前記梁の接合端部をその梁幅に渡ってほぼ均等に支持するとともに、補強された前記梁軸方向の跳ね出し部により前記梁の支持スパンを実質的に短くし、柱梁接合部の安全性を高め変形性能を向上させたたことを特徴とするものである。
【００１９】
柱の梁との接合部に梁幅に応じて柱の側方に突出した跳ね出し部を設け、その跳ね出し部に梁の端部を接合したことで、梁幅が柱幅より大きく、梁の一部が柱の側方にはみ出ていても、スムーズな応力伝達が図れる。
【００２０】
この場合、発明が解決しようとする課題の項でも述べたように、通常設計される梁幅が柱幅に納まる一般的な梁に対し、梁成を変えずに梁幅のみ大きくすることは梁断面および梁重量が大幅に増加することになる。また、梁成を低くした場合、一般的な梁に比べ扁平な梁となることから、鉛直荷重に対する断面剛性の不利を補うためには、やはり梁の断面積をかなり大きくしなければならない。
【００２１】
これに対し、本発明では、跳ね出し部を梁軸方向にも設け、柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することとしたことで、梁の支持スパンが実質的に短くなり、その分、扁平な梁に生ずる応力が小さくなり断面剛性の不利を補うことができ、断面積の増加も抑制することができる。
【００２２】
柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強するというのは、具体的には、例えばＲＣ構造やＳＲＣ構造の場合、柱断面から跳ね出し部にかけて配筋される鉄筋の密度を高めたり、鋼材量を増やしたり、あるいはその部分を鋼コンクリート複合構造とすることなどが考えられる。また、Ｓ構造やＣＦＴ構造の場合も柱断面から跳ね出し部にかけて鋼厚や鋼材量を増すことで対応できる。
【００２３】
本発明の柱・梁架構は本来ラーメン構造として設計されるものであるが、跳ね出し部にかけての補強により塑性変形領域での塑性ヒンジの位置を、例えば跳ね出し部先端と梁端部との境界位置近傍に生ずるように設計することができる。
【００２４】
補強された柱と一体の跳ね出し部で受けることで、梁の接合端部をその梁幅に渡ってほぼ均等に支持できるとともに、前述のように梁の支持スパンを実質的に短くし、断面剛性的に不利な扁平な梁でも安定したラーメン構造の柱・梁架構が形成される。
【００２５】
また、特許文献２、３記載の発明のように必ずしも建物架構全体としてのアンバランスが生じないため、制震装置を必要としない。ただし、一般の柱・梁架構の場合と同様、建物に制震性能を持たせるために制震装置を用いることは差し支えなく、敢えてこれを排除するものではない。
【００２６】
請求項２に係る柱・梁架構は、請求項１記載の柱・梁架構において、前記梁の梁成を梁幅より小さく設定してあることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の本来的な目的は、梁の梁成を可能な限り小さく設定し、その分梁幅を柱幅より広い扁平な梁とすることにより、梁の必要強度を保持しつつ梁下の内法高を可能な限り高くして、開放的な開口部と居住空間を確保できるようにすることにあり、請求項２はその好ましい態様として梁成を梁幅より小さい場合を限定したものである。
【００２８】
梁下の内法高を高くできることで、一般的な階高であっても、例えば高さが２４００ｍｍ程度のハイサッシを用いながら、奥行き２０００ｍｍ程度のバルコニーを設置することも可能になる。また、採光と通気性も確保できて居住性を高めることができる。
【００２９】
請求項３は、請求項１または２記載の柱・梁架構において、梁軸と直角な方向の柱幅と跳ね出し部の跳ね出し幅との合計が梁幅と等しいかまたはほぼ等しくなるように設定し、前記跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍に設定してあることを特徴とするものである。
【００３０】
梁軸と直角な方向の柱幅と跳ね出し部の跳ね出し幅との合計が梁幅と等しいかまたはほぼ等しくなるように設定したのは、梁から柱にできるだけ均一に安定的に応力が伝達されるようにするためであるが、補強との兼ね合いで跳ね出し部の断面が梁断面より若干大きくなること等は、開口高さ等への影響が少ない範囲で許容される。
【００３１】
跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍としたのは、跳ね出し長さとして好ましい範囲を規定したものである。もともとの設計における梁の支持スパン（あるいは柱間隔）にもよるが、跳ね出し長さが０．５倍より小さい場合、実質的な支持スパンとの関係で扁平な梁の断面剛性の不足を補うことが難しい。一方、跳ね出し長さを２．０倍より大きくするのは柱に対し片持ちとなる跳ね出し部の補強量が大きくなり、設計が難しくなるだけでなくコストも大幅に増大する可能性がある。
【００３２】
このようなことから、請求項２では、跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍とした。
【００３３】
請求項４に係る柱・梁架構は、請求項１、２または３記載の柱・梁架構において、前記跳ね出し部の高さが前記梁の梁成と等しいか、またはほぼ等しくなるように設定してあることを特徴とするものである。
【００３４】
跳ね出し部の高さが梁の梁成とが等しいかまたはほぼ等しくなるように設定したのは、請求項３の場合と同様、梁から柱へできるだけ均一に安定的に応力が伝達されるようにするためであるが、補強との兼ね合いで跳ね出し部の高さが梁成より若干高くなること等は、開口高さ等への影響が少ない範囲で許容される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、ラーメン構造の柱・梁架構において、梁の梁幅を柱の柱幅より大きく設定し、柱と梁の接合部に梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する、柱と一体の跳ね出し部を設け、かつ柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することで、梁を梁幅に渡ってほぼ均等に支持するとともに、その支持スパンを実質的に短くし、柱梁接合部の安全性を高めつつ変形性能を向上させたことで、個々の柱・梁架構内単独でもスムーズな応力伝達が図れ、安定したラーメン構造の柱・梁架構が形成される。
【００３６】
従って、建物の架構全体についても、特許文献２や特許文献３記載の発明のようなアンバランスな架構とならず、特殊な形態、複雑な設計を必要としないシンプルで経済的な柱・梁架構が形成される。その結果として、従来の意匠計画の延長線での設計が可能であり、その面からも建設コストの増加を抑制することができる。
【００３７】
また、本発明では、安定性を保った状態で梁成を小さくできるため、可能な限り梁成を小さくして扁平な梁とすることで、梁下の内法高を可能な限り高くして開放的な開口部と居住空間を確保することができる。
【００３８】
巨大地震等で万一躯体に大きな損傷が生じることを想定した場合でも、柱・梁架構についてみると、補強された跳ね出し部の存在により極限状態では梁側の変形が先行し柱側の破壊を免れることで、被害を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は本発明をマンション等の集合住宅で実施されるＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の基本形態を配筋図として示したもので、図２はその柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【００４０】
図１および図２の例は、梁２の梁幅ｂが柱１の柱幅Ｂより大きく、基本形態として、梁２の軸が柱１の断面中心を通る場合、すなわち偏心がない場合である。また、この例では柱１と梁２の接合部から梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する跳ね出し部４が梁の軸に対し対称に形成され、跳ね出し部４の幅および高さをそれぞれ梁２の幅ｂおよび梁成Ｄと同一とし、外観上、最もシンプルな形態としている。
【００４１】
図１は梁２が柱１に対し一方向の２つの向きに架設される形態を示しており、図２の点線で示した梁２がこれに対応する。図２における２点鎖線は直交する方向の梁２Ａを示したものであるが、柱１に対しどの向きに梁２が取り付くかは建物架構全体における柱位置による。通常、柱１に対し、２〜４本の梁が取り付くが、この点は一般の柱・梁架構の場合と同じであり、かつ同様に扱うことができる点が本発明の特徴の一つとなっている。
【００４２】
柱１から跳ね出し部４にかけては、その耐力が梁２端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強しており、具体的には図１において、跳ね出し部４のあばら筋１０のピッチを梁２部分のあばら筋１０の半分程度とし、さらに柱１断面を貫通する形で上下の主筋９に加え、主筋９と平行する跳ね出し部補強筋１２を配筋し、この部分のコンクリートの拘束を強めている。この例で、跳ね出し部補強筋１２の両端部には定着部としてフックが形成されている。また、必要に応じ、さらに柱１の主筋８に補強用添え筋１３を沿わせるなどして、柱梁接合部の耐力を増すことができる。
【００４３】
図３は、本発明をＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の他の形態を配筋図として示したもので、図４はその柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【００４４】
この例は、建物の外周の柱１の室外側面と扁平な梁２の室外側面を一致させる場合等を想定しており、図１および図２の例との違いは、梁２の軸が柱１に対し偏心していることであり、梁２の梁幅ｂが柱１の柱幅Ｂより大きい点、跳ね出し部４の幅および高さをそれぞれ梁２の幅ｂおよび梁成Ｄと同一としている点等は共通している。図中、２ａは梁２の屋外側部の幅、２ｂは柱１の屋内側にはみ出た屋内側部の幅であり、これらの合計が梁２の幅ｂであり、跳ね出し部４の幅と一致している。
【００４５】
図３は梁２が柱１に対し一方向の２つの向きに架設される形態を示しており、図４の点線で示した梁２がこれに対応する。図４における２点鎖線は直交する方向の梁２Ａを示したものである。建物の外周の柱１を想定していることから、通常、柱１に対し、２〜３本の梁が取り付くことになる。
【００４６】
図３に示すように、柱１から跳ね出し部４にかけては、図１の例と同様に、その耐力が梁２端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強してある。具体的には図３において、跳ね出し部４のあばら筋１０のピッチを梁２一般部のあばら筋１０の半分程度とし、さらに柱１断面を貫通する形で上下の主筋８に加え、主筋８と平行する跳ね出し部補強筋１２を配筋し、梁軸と直交する方向には端部１１ａを柱断面内に所要長定着させたコ字状の跳ね出し部主筋１１を配筋し、この部分のコンクリートの拘束を強めている。この例で、跳ね出し部補強筋１２の両端部には定着部としてフックが形成されている。
【００４７】
図５および図６は、図３および図４に示した形態を具体的に集合住宅に適用した場合の基準階を斜視図および縦断面図として示したものである。
【００４８】
図５において、桁行き方向に所定間隔をおいて配置された複数の柱１、１と当該各柱１、１間に架け渡された複数の梁２とから桁行き方向に連続する多層階・連続スパンの柱・梁架構が構築され、当該柱・梁架構の屋内側に各階の床スラブ３が構築されている。
【００４９】
この例で、柱１と梁２は共にＲＣ構造によって構築され、図６に示すように各梁２の梁幅ｂは梁２の梁成Ｄおよび柱１の柱幅Ｂより広く形成されている。各梁２の端部は柱１の柱幅Ｂと同一幅２ａの屋外側部から柱１の屋内側に幅２ｂだけはみ出るが、図３と同様に補強されたＲＣ構造の跳ね出し部４を介して接合されることで、全幅ほぼ均等に支持されている。なお、施工的には柱１、跳ね出し部４および梁２を分けて施工する必要はなく、完全に一体のものとして施工することができる。
【００５０】
この跳ね出し部４は各柱１の梁２との接合部に、柱１の屋内側および梁２の軸直方向に水平に突設されており、柱１の一部として梁２の梁幅ｂと同一幅、梁成Ｄと同一成を有する。
【００５１】
また、図６には示していないが、図４の梁２Ａのように梁２と交差する梁間方向にも跳ね出し部４を介して梁を接合することができる。
【００５２】
このようにして、梁２の梁幅ｂを当該梁２の梁成Ｄおよび柱１の柱幅Ｂより幅広な扁平梁として梁下の内法高Ｈを高くすることで、開放的な居住空間を確保することでき、また梁下に内法高Ｈの高い開口部を設けて居室内に太陽光を十分とり込むことができ、また居室内の通気性をよくすることができる。
【００５３】
なお、図５および図６に示した例では、各階の屋外側にバルコニー５が配置され、当該バルコニー５の屋内側に住戸６が配置され、梁２はバルコニー５の床スラブを兼ねた配置になっている。また、梁２の上面には屋内側に傾斜する水勾配が設けられ、その先端部に排水溝７が設けられている。
【００５４】
一方、バリエーションの一つとして図７に示した例では、バルコニーはなく、柱１と梁２の屋内側が住戸６になっており、梁２は住戸６の床スラブを兼ねた配置になっている。
【００５５】
図７の例における他の構成は基本的には図５および図６に示したものと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明をＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の基本形態を配筋図として示したもので、(a)は平面図、(b)、(c)はそれぞれ(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線断面図である。
【図２】図１の柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【図３】本発明をＲＣ構造のラーメン柱・梁架構に適用した場合の他の形態として、梁の軸が柱に対し偏心している場合を配筋図として示したもので、(a)は平面図、(b)、(c)はそれぞれ(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線断面図である。
【図４】図３の柱梁接合部の外観と寸法関係を概略的に示した斜視図である。
【図５】図３の形態を具体的に集合住宅に適用した場合の基準階を示す斜視図である。
【図６】図５に対応する集合住宅基準階の縦断面図である。
【図７】図３の形態を集合住宅に適用した場合の基準階の他のバリエーションを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…柱、２…梁、３…床スラブ、４…跳ね出し部、５…バルコニー、６…住戸、７…排水溝、８…主筋（梁主筋）、９…主筋（柱主筋）、１０…あばら筋、１１…跳出し部主筋、１２…跳出し部補強筋、１３…柱梁接合部補強用添え筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラーメン構造の柱・梁架構において、梁の梁幅を柱の柱幅より大きく設定し、前記柱と梁の接合部に前記梁の梁幅に応じて梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する、柱と一体の跳ね出し部を設け、柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することで、前記梁の接合端部をその梁幅に渡ってほぼ均等に支持するとともに、補強された前記梁軸方向の跳ね出し部により前記梁の支持スパンを実質的に短くしたことを特徴とする柱・梁架構。
【請求項２】
前記梁の梁成を梁幅より小さく設定してあることを特徴とする請求項１記載の柱・梁架構。
【請求項３】
梁軸と直角な方向の柱幅と跳ね出し部の跳ね出し幅との合計が梁幅と等しいかまたはほぼ等しくなるように設定し、前記跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍に設定してあることを特徴とする請求項１または２記載の柱・梁架構。
【請求項４】
前記跳ね出し部の高さが前記梁の梁成と等しいか、またはほぼ等しくなるように設定してあることを特徴とする請求項１、２または３記載の柱・梁架構。
【請求項１】
ラーメン構造の柱・梁架構において、梁の梁幅を柱の柱幅より大きく設定し、前記柱と梁の接合部に前記梁の梁幅に応じて梁軸方向および梁軸と直角な方向に突出する、柱と一体の跳ね出し部を設け、柱から跳ね出し部にかけてその耐力が梁端部の耐力に比べ十分大きくなるように補強することで、前記梁の接合端部をその梁幅に渡ってほぼ均等に支持するとともに、補強された前記梁軸方向の跳ね出し部により前記梁の支持スパンを実質的に短くしたことを特徴とする柱・梁架構。
【請求項２】
前記梁の梁成を梁幅より小さく設定してあることを特徴とする請求項１記載の柱・梁架構。
【請求項３】
梁軸と直角な方向の柱幅と跳ね出し部の跳ね出し幅との合計が梁幅と等しいかまたはほぼ等しくなるように設定し、前記跳ね出し部の梁軸方向の跳ね出し長さを一側につき梁軸方向の柱幅の０．５〜２．０倍に設定してあることを特徴とする請求項１または２記載の柱・梁架構。
【請求項４】
前記跳ね出し部の高さが前記梁の梁成と等しいか、またはほぼ等しくなるように設定してあることを特徴とする請求項１、２または３記載の柱・梁架構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１０７３６７（Ｐ２００７−１０７３６７Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５３６３５（Ｐ２００５−３５３６３５）
【出願日】平成１７年１２月７日（２００５．１２．７）
【出願人】（５９２０４０８２６）住友不動産株式会社 (94)
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月７日（２００５．１２．７）
【出願人】（５９２０４０８２６）住友不動産株式会社 (94)
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