JP2005325637A - 耐力壁フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】 孔あき鋼鈑を必要とせず地震時に横材のウェブ部分で塑性変形をして安定した復元力特性を発揮できる。耐力上昇が少ない。
【解決手段】 金属製の縦材１の上下方向の複数箇所に金属製の断面Ｈ字状をした横材２をウェブ３が垂直となるように架設して建築用の耐力壁フレーム４を構成する。横材２のウェブ３に複数の塑性変形用の孔５を形成して孔５の周囲の部分を地震時の水平力により塑性変形する塑性変形部６とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建物用の耐力壁フレームに関するものである。

従来から建築用の耐力壁フレームとして、金属製の縦材の上下方向の複数箇所に金属製の断面Ｈ字状をした横材をウェブが垂直となるように架設したものが知られている。（例えば、特許文献１参照）
この特許文献１に示された従来例においては、断面Ｈ字状をした横材のウェブの肉厚と背の関係を特定の関係式となるように設定し、応力が作用した際に、横材を縦材にすみ肉溶接した部分が破断する前に横材のウェブ部分が変形するようにして建築用耐力壁フレームとしての変形能力（粘り）が得られるようにしている。しかしながら、この従来例においては、すみ肉溶接部分に高い接合強度と高い接合精度が要求され、すみ肉溶接のコストが高くなるという問題がある。

一方、建築用の耐力壁フレームとして、金属製の縦材の上下方向の複数箇所に金属製の横材を架設し、左右の縦材と上下の横材とに囲まれた部分に全面または一部に複数の孔を設けた孔あき鋼鈑を配置して孔あき鋼鈑の周囲を縦枠と横枠とに接合したものも知られている。（例えば、特許文献２参照）
この特許文献２に示された従来例においては、地震により耐力壁フレームにせん断荷重が作用した際に孔の周囲の部分が塑性変形をしてエネルギー吸収効果を得るようにしている。

ところが、この従来例にあっては、縦枠、横枠以外に孔あき鋼鈑を必要とし、部材点数が増し、コストがアップするという問題がある。更に、地震により耐力壁フレームにせん断荷重が作用した際に孔の周囲の部分が塑性変形する際、孔の縁にクラックが生じたりする恐れがあり、クラックが生じると復元力特性が低下してしまうという問題がある。
特開平４−３３６１３９号公報 特開２００２−８１１５６号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、孔あき鋼鈑を必要とせず地震時に横材のウェブ部分で塑性変形をして安定した復元力特性を発揮し、また、耐力上昇が少ない、耐力壁フレームを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る耐力壁フレームは、金属製の縦材１の上下方向の複数箇所に金属製の断面Ｈ字状をした横材２をウェブ３が垂直となるように架設して建築用の耐力壁フレーム４を構成し、該横材２のウェブ３に全面または一部に複数の塑性変形用の孔５を形成して孔５の周囲の部分を地震時の水平力により塑性変形する塑性変形部６として成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、地震時に耐力壁フレーム４に水平荷重が作用した場合、横材２のフランジ８部分で曲げモーメントを負担し、ウェブ３部分でせん断力を負担するのであるが、この際、ウェブ３の全面または一部に設けた複数の孔５の周囲の塑性変形部６がそれぞれせん断力で少しずつ塑性変形することで、ウェブ３全体にわたって塑性変形部分が分散し、これによりウェブ３が面外に座屈したり、あるいは、横材２を縦材１に溶接している溶接部分で破断したりすることがなく、安定した復元力特性を発揮でき、過大な耐力上昇もない耐力壁フレーム４を実現できる。また、上記特許文献２に示したような孔あき鋼板を別途取付ける必要がないので、部材点数が少なく、製造も容易であり、また、上記のように、ウェブ３全体にわたって塑性変形部分が分散されるので、横材２と縦材１との溶接に上記特許文献１で示された従来例のように高い接合強度や高い接合精度を必要としないものである。

また、孔５の周縁にリブ７を形成することが好ましい。

このような構成とすることで、地震時に耐力壁フレーム４に水平荷重が作用して孔５の周囲が塑性変形をして孔５の形状が変化する際、リブ７により孔５の縁からクラックが発生するのが防止でき、これにより安定した復元力特性を維持できるものである。

本発明は、地震時に耐力壁フレームに水平荷重が作用した場合、ウェブの全面または一部に設けた複数の孔の周囲の塑性変形部がせん断力で塑性変形することになり、ウェブ全体にわたって塑性変形部分が分散し、これによりウェブの一部のみが急激に破断、変形したり、あるいは、横材を縦材に溶接している溶接部分で破断したりすることがなく、安定した復元力特性を発揮でき、過大な耐力上昇もない耐力壁フレームを実現でき、また、孔あき鋼板を別途取付ける必要がなく、部材点数が少なく、製造も容易であり、また、ウェブ全体にわたって塑性変形部分が分散されるので、横材を縦材との溶接に高い接合強度や高い接合精度を必要としないものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１には本発明の耐力壁フレーム４の一実施形態が示してある。耐力壁フレーム４は、左右に配置した金属製の縦材１の上下方向の複数箇所に金属製の断面Ｈ字状をした横材２をウェブ３が垂直となるように架設して構成してある。添付図面に示す実施形態では上下の横材２と、上下の横材２間に２個の中間の横材２を架設した例を示してあるが、上下の横材２間に中間の横材２を１個架設してもよく、あるいは上下の横材２間に中間の横材２を３個以上架設してもよく、あるいは上下の横材２のみ架設して中間の横材２を架設しないものであってもよい。

金属製の左右の縦材１は断面ロ字状をした鋼管製である。但し、Ｈ字状の断面の場合もある。

左右の縦材１に架設される横材２は溶接により固着してある。図１、図２に示す実施形態では横材２のウェブ３に部分的に複数の塑性変形用の孔５が形成してある。この孔５は例えば直径２５ｍｍ程度であるが、この寸法にのみ限定されるものではない。なお、横材２のウェブ３に複数の塑性変形用の孔５を形成するに当たっては、上記の実施形態のように横材２のウェブ３に部分的に複数の塑性変形用の孔５を形成するものにのみ限定されず、図６、図７に示す実施形態のように横材２のウェブ３の全面にわたって複数の塑性変形用の孔５が形成してもよいものである。

上記の構成の耐力壁フレーム４はラーメン構造の建物において、図２のように柱１０間の任意の箇所において、基礎１１と１階の梁１２との間に配設されたり、あるいは、図示を省略しているが、柱１０間の任意の箇所において１階の梁１２と２階の梁１２との間に配置されるものである。ここで、耐力壁フレーム４の基礎１１と１階の梁１２との接合、あるいは耐力壁フレーム４の１階の梁１２と２階の梁１２への接合は剛接合である必要はなく、ボルトや金物を使用した簡易な接合方法（例えば、ピン接合や半剛接合、又は上部あるいは下部のどちらか一方のみ鉛直方向ローラ接合）であってもよい。

ここで、地震により水平荷重が作用すると、横材２のフランジ８部分で曲げモーメントを負担し、ウェブ３部分でせん断力を負担するのである。ここで、本発明においては、横材２のウェブ３に塑性変形用の孔５を複数設け、孔５の周囲を地震時に作用するせん断力により塑性変形する塑性変形部６としてあるので、せん断力により孔５の周囲の塑性変形部６が塑性変形し、これにより孔５が図３の実線の状態から図３の一点鎖線のように変形する。このようにしてウェブ３に複数設けた孔５の周囲の塑性変形部６がそれぞれ少しずつ塑性変形するので、ウェブ３全体にわたって塑性変形部分が分散することになり、各部における塑性変形は小さく、したがって、ウェブ３が面外座屈して変形したり、あるいは、横材２を縦材１に溶接している溶接部分で破断したりすることがなく、安定した復元力特性を発揮でき、過大な耐力上昇もないものとなる。

図５には図１に示す本発明の耐力壁フレーム４の水平加圧力試験の結果を示すグラフが示してある。本発明にあっては、横材２のウェブ３に設けた複数の孔５の周囲の塑性変形部６がそれぞれ塑性変形してウェブ３の複数設けた孔５に分散して塑性変形することで、図５から明らかなように、紡錘形の安定した復元特性を発揮し、且つ過大な耐力上昇もないことが判明する。これにより本発明の耐力壁フレーム４は全体の変形能力（ねばり）が向上し、地震エネルギーを吸収しやすい、靱性のある構造にすることができることが判明する。

ところで、上記のような構成の本発明において、図４に示すように横材２のウェブ３に設けた孔５の周縁にリブ７を設けるのが好ましいものである。このように孔５の周縁にリブ７を設けることで、地震時に耐力壁フレーム４に水平荷重が作用して孔５の周囲が塑性変形をして孔５の形状が変化する際、孔５の縁からクラックが発生するのが防止できるものである。つまり、地震時に水平荷重が作用することで、孔５の周囲の塑性変形部６が塑性変形する際に、孔５の縁にクラックが発生すると、クラックが発生した部分を中心に局部的に大きく変形したり、局部的に破断したりして復元特性が期待できなくなるが、孔５の周縁にリブ７を設けることでよりいっそう安定した復元力特性を維持できるものである。

本発明の耐力壁フレームを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図である。 同上の耐力壁フレームの一施工状態を示す正面図である。 同上のウェブの孔の周囲の塑性変形部の塑性変形を示す説明図である。 同上の他の実施形態を示し、（ａ）は周縁にリブを設けた孔を示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 同上の耐力壁フレームの水平加圧試験の結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態の耐力壁フレームを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図である。 同上の他の実施形態の耐力壁フレームの一施工状態を示す正面図である。

符号の説明

１ 縦材
２ 横材
３ ウェブ
４ 耐力壁フレーム
５ 孔
６ 塑性変形部
７ リブ

Claims (2)

1. 金属製の縦材の上下方向の複数箇所に金属製の断面Ｈ字状をした横材をウェブが垂直となるように架設して建築用の耐力壁フレームを構成し、該横材のウェブに全面または一部に複数の塑性変形用の孔を形成して孔の周囲の部分を地震時の水平力により塑性変形する塑性変形部として成ることを特徴とする耐力壁フレーム。
2. 孔の周縁にリブを形成して成ることを特徴とする請求項１記載の耐力壁フレーム。

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