JP2006194007A - 鉛直力を低減した耐震壁及び鉛直力を低減した耐震壁の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震、風等により水平方向の力が作用して耐震壁が大きくせん断変形しても、この水平方向の力が解放された際に、鋼材から梁及び壁体に作用する鉛直力が低減される耐震壁及びその構築方法を提供する。
【解決手段】耐震壁１０は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた、ＲＣ造、ＳＣ造、ＳＲＣ造、あるいは、コンクリートブロックを積み上げてなるコンクリート造の壁体２０と、この壁体２０の上下の辺に沿った低強度部２２とを備える。この低強度部２２を上下に跨って梁１４から壁体２０内へ貫通するように配設されるダボ筋２４の端面２４ａと梁１４に配設されるダボ筋２４を係合するための孔１８の底面１８ａとの間に隙間１６が設けられている。この隙間１６には、ダボ筋２４の端面２４ａと底面１８ａとに密着するように弾性材である、例えば、ポリウレタン１７が埋め込まれている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高い靭性を有し、かつ鉛直力を低減した耐震壁及びその構築方法に関する。

鉄筋コンクリート（ＲＣ）造、鉄骨コンクリート（ＳＣ）造、鉄筋鉄骨コンクリート（ＳＲＣ）造等の耐震壁は高い剛性と耐力を有する優れた耐震要素であるが、靭性が小さいために、せん断型の破壊が生ずると、急激な耐力低下が生ずる。このため、従来、建物の水平耐力が十分に大きくなるように構造設計することなどが行われているが、そのような手法では、各構造部材の断面が大きくなり、鉄筋量も増大するという問題があった。

これに対して、例えば、特許文献１には、耐震壁を上下に分離して、その間に高靭性のモルタルダンパーを配置した構成が開示されており、その効果として、地震時にモルタルダンパーが変形することにより耐震壁の靭性が向上することが記載されている。
特開平１１−２２２４０号公報

上記のように、特許文献１に開示される構成は、モルタルを変形させることにより耐震壁の靭性を向上させようとするものであるが、モルタルの変形量はさほど大きくないため、モルタルによる靭性の向上効果には限度がある。

そこで、本発明者らは、上述の問題を解決するため、特願２００４−１５６１１１号に、鉄筋コンクリート（ＲＣ）造、鉄骨コンクリート（ＳＣ）造、鉄筋鉄骨コンクリート（ＳＲＣ）造等の水平方向の靭性を向上させる耐震壁及びこの耐震壁の構築方法を提案している。これは、壁体と柱との間に隙間が設けられていると共に壁体の上下辺の少なくとも一方に低強度部を備えた耐震壁であり、この低強度部材を上下に跨って梁から壁体内へ貫通するようにダボ筋が設けられている。そして、耐震壁に水平方向のせん断力が作用した場合においては、先ず、低強度部が破壊され、その後は、ダボ筋がせん断変形することにより、靱性の高い耐震壁が得られるとするものである。

しかしながら、特願２００４−１５６１１１号に記載されている耐震壁及びこの耐震壁の構築方法は、耐震壁に地震、風等の水平方向の力が作用し、耐震壁が大きくせん断変形して鋼材が塑性的に伸張した後に、この水平方向の力が解放されて耐震壁が平常時の位置に戻る際に、鋼材が塑性的に伸張した長さ分だけ鋼材の端面が梁及び壁体を鉛直方向に圧縮することにより大きな鉛直力が発生し、梁のせん断設計が困難であるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、地震、風等により水平方向の力が作用して耐震壁が大きくせん断変形して鋼材が塑性的に伸張しても、この水平方向の力が解放された際に、鋼材から梁及び壁体に作用する鉛直力が低減される耐震壁及びその構築方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明の耐震壁は柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁であって、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部材の上下に跨って貫通する鉄筋、丸鋼、又は丸棒である鋼材を備え、前記鋼材を収容する孔の少なくとも上下何れかの底面と、前記鋼材の端面との間に隙間が設けられていることを特徴とする（第１の発明）。

第２の発明は、第１の発明において、前記隙間には、弾性材が備えられていることを特徴とする。

第３の発明の耐震壁の構築方法は柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁の構築方法において、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部材の上下に跨って貫通する鉄筋、丸鋼、又は丸棒である鋼材を備え、前記鋼材を収容する孔の少なくとも上下何れかの底面と、前記鋼材の端面との間に隙間を設けることを特徴とする。

本発明によれば、耐震壁に地震、風等の水平方向の力が作用し、耐震壁が大きくせん断変形して鋼材が塑性的に伸張した後に、この水平方向の力が解放されて耐震壁が平常時の位置に戻る際に、鋼材の端面が梁及び壁体に作用する鉛直力を低減することが可能となる。また、壁の上下梁に作用する鉛直力が低減されるために、梁のせん断設計を適切に行うことが可能となる。さらに、適切にせん断設計された梁が設置されることにより、安全で、かつ安価な耐震壁を設置することが可能となる。

以下、本発明に係る耐震壁の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図であり、図２は、本発明の第一実施形態に係る耐震壁の側面からの鉛直断面図である。図１に示すように、耐震壁１０は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた、ＲＣ造、ＳＣ造、ＳＲＣ造、あるいは、コンクリートブロックを積み上げてなるコンクリート造の壁体２０と、この壁体２０の上下の辺に沿った低強度部２２とを備える。

図２に示すように、低強度部２２は、壁体２０の上下の壁厚を薄くすることにより構成されている。この低強度部２２を上下に跨って梁１４から壁体２０内へ貫通するように配設されるダボ筋２４の端面２４ａと梁１４に配設されるダボ筋２４を係合するための孔１８の底面１８ａとの間に隙間１６が設けられている。この隙間１６には、ダボ筋２４の端面２４ａ及び孔１８の底面１８ａに密着するように弾性材からなる、例えば、ポリウレタン１７が埋め込まれている。なお、本実施形態においては、弾性材としてポリウレタン１７を用いたが、これに限定されるものではなく、弾性力に富む材質の物であればよい。また、ダボ筋２４としては、例えば、鉄筋、丸鋼、又は丸棒等の鋼材を用いる。

また、壁体２０の内部において、ダボ筋２４の周囲に、螺旋鉄筋２６又は面外補強筋が設けられている。ただし、コンクリートに十分な強度が期待できれば、螺旋鉄筋２６や面外補強筋は省略してもよい。

そして、壁体２０の左右両側と柱１２との間には、所定の隙間２８が設けられており、この隙間２８には間仕切が設けられるなどして、遮音性・遮水性・耐火性等が確保されている。

次に、本構造にて水平方向の荷重を耐震壁１０に作用させた場合のダボ筋２４が梁１４に作用する鉛直力について実験にて測定した結果を示す。

図３は、本発明の第一実施形態に係る耐震壁の水平方向の変形量δＨと梁に作用する鉛直力Ｎとの関係を示す図である。図３は、水平方向の力が作用した場合における耐震壁１０の水平方向の変形量δＨ（横軸）とダボ筋２４が梁１４に作用する鉛直力Ｎ（縦軸）との関係を示し、隙間１６を設け、この隙間１６にポリウレタン１７を埋め込んだ場合の結果を実線で、隙間１６を設けない場合の結果を破線で示す。

図３より、隙間１６を設け、この隙間１６にポリウレタン１７を埋め込んだ場合、隙間１６を設けない場合共に、耐震壁１０に水平方向の力が作用し、耐震壁１０が大きくせん断変形してダボ筋２４が塑性的に伸張した状態において、鉛直力は概ね小さいが、この水平方向の力が解放されて耐震壁１０が平常時の位置に戻る際に、塑性的に伸張した長さ分だけダボ筋の２４の端部が梁１４を鉛直方向に圧縮することにより鉛直力が次第に大きくなり、水平方向の変形量が０ｍｍのとき、鉛直力が最大となる。

また、隙間１６を設け、この隙間１６にポリウレタン１７を埋め込んだ場合の鉛直力は、隙間１６を設けない場合の鉛直力の概ね半分程度であり、水平変形量が０ｍｍのときの鉛直力はそれぞれ２２７ＫＮ、３７６ＫＮとなる。

これはダボ筋２４を係合するために梁１４に設けられた孔１８の底面１８ａ付近に隙間１６を設け、この隙間１６にポリウレタン１７を埋め込んだことにより、耐震壁１０に水平方向のせん断力が作用し、耐震壁１０が大きくせん断変形してダボ筋２４が塑性的に伸張した後に、この水平方向のせん断力が解放されて耐震壁１０が平常時の位置に戻る際に、塑性的に伸張したダボ筋２４の端部にてポリウレタン１７が圧縮されることにより鉛直力が吸収され、梁１４に作用する鉛直力が低減されるものである。

したがって、ダボ筋２４の端面２４ａと孔の底面１８ａとの間に隙間１６を設け、この隙間１６にポリウレタン１７を埋め込んだことにより、鉛直力を大幅に低減することができ、梁１４のせん断設計を適切に行うことが可能となる。また、適切にせん断設計された梁１４が設置されることにより、耐震壁１０の高い靭性が得られることとなる。

図４は、本発明の第二実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。図４に示すように、本実施形態では、壁体を上下に分割してその間に低強度部を設けた構成とし、耐震壁５０は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた低強度部材２２と、この低強度部材２２を上下から挟持する一対の壁体２０とを備える。この低強度部２２を上下に跨って一方の壁体２０ａから他方の壁体２０ｂへ貫通するように配設されるダボ筋２４の片端面２４ａと一方の壁体２０ａに配設されるダボ筋２４を係合するための孔１８の底面１８ａとの間に隙間１６が設けられている。この隙間１６には、ダボ筋２４の端面２４ａ及び底面１８ａに密着するようにポリウレタン１７が埋め込まれている。

かかる構成によれば、耐震壁５０に水平方向のせん断力が作用し、耐震壁５０が大きくせん断変形してダボ筋２４が塑性的に伸張した後に、この水平方向のせん断力が解放されて耐震壁５０が平常時の位置に戻る際に、塑性的に伸張したダボ筋２４の端部にてポリウレタン１７が圧縮されることにより鉛直力が吸収され、梁１４に作用する鉛直力が低減される。

図５は、本発明の第三実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図であり、図６は、本発明の第三実施形態に係る耐震壁の側面からの垂直断面図である。図５、６に示すように、本実施形態では、壁体の上下にそれぞれウレタンを埋め込んだ構成とし、耐震壁１００は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた壁体２０と、壁体２０の上下辺に梁１４と接触するように埋め込まれた低強度部材であるウレタン５２とを備える。このウレタン５２を上下に跨って梁１４から壁体２０内へ貫通するように配設されるダボ筋２４の端面２４ａと梁１４に配設されるダボ筋２４を係合するための孔１８の底面１８ａとの間に隙間１６が設けられている。この隙間１６にはポリウレタン１７が埋め込まれている。ウレタン５２と梁１４とが滑ることで、地震時に壁体２０と梁１４との間に相対的な水平変位が生じ易くなる。すなわち、ウレタン５２を設けることで本発明の低強度部が構成されている。

かかる構成によれば、耐震壁１００に水平方向のせん断力が作用し、耐震壁１００が大きくせん断変形してダボ筋２４が塑性的に伸張した後に、この水平方向のせん断力が解放されて耐震壁５０が平常時の位置に戻る際に、塑性的に伸張したダボ筋２４の端部にてポリウレタン１７が圧縮されることにより鉛直力が吸収され、梁１４に作用する鉛直力が低減される。

なお、本構成では、ウレタン５２を壁体２０の上下両辺に配置するものとしたが、これに限らず、上辺又は下辺の何れか一方にのみウレタン５２を配置する構成としてもよい。あるいは、壁体２０の上下に二分して、その間にウレタンを介装することにより、上下の壁体が水平方向に相対変位できる構成としてもよい。

また、上述した実施形態と同様に、ダボ筋２４の数量や強度、隙間１６の長さに応じて、耐震壁１０の構造性能を調整することが容易となる。

図７は、本発明の第四実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図であり、図８は、本発明の第四実施形態に係る耐震壁の側面からの垂直断面図である。図７、８に示すように、本実施形態では、壁体の上下にそれぞれスリットを設ける構成とし、耐震壁１５０は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた壁体２０と、壁体２０の上下にそれぞれ設けられるスリット１０２とを備え、このスリット１０２を低強度部としている。なお、スリット１０２は、壁体２０の上辺又は下辺の一方にのみ設けてもよいし、壁体２０の高さ方向中間部に水平方向に延びるようにスリット１０２を設けてもよい。このスリット１０２を上下に跨って梁１４から壁体２０内へ貫通するように配設されるダボ筋２４の端面２４ａと梁１４に配設されるダボ筋２４を係合するための孔１８の底面１８ａとの間に隙間１６が設けられている。この隙間１６にはポリウレタン１７が埋め込まれている。

かかる構成によれば、スリット１０２を低強度部としているので、耐震壁１５０に水平方向のせん断力が作用すると、コンクリートの破壊を伴うことなく耐震壁１５０が変形してダボ筋２４が塑性的に伸張した後に、この水平方向のせん断力が解放されて耐震壁１５０が平常時の位置に戻る際に、塑性的に伸張したダボ筋２４の端部にてポリウレタン１７が鉛直方向に圧縮されることにより鉛直力が吸収され、梁１４に作用する鉛直力が低減される。

図９は、本発明の第五実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。図９に示すように、本実施形態では、壁体の上下にそれぞれ長さの異なるスリットを設ける構成とし、耐震壁２００は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた壁体２０と、壁体２０の上下にそれぞれ設けられ、上下方向の幅寸法が一定の間隔で異なるスリット１０２とを備え、このスリット１０２を低強度部としている。このスリット１０２を上下に跨って梁１４から壁体２０内へ貫通するように配設されるダボ筋２４の端面２４ａと梁１４に配設されるダボ筋２４を係合するための孔１８の底面１８ａとの間に隙間１６が設けられている。この隙間１６にはポリウレタン１７が埋め込まれている。

スリット１０２の間隔（上下方向の幅寸法）はダボ筋２４の間隔毎に交互に異なっているために、各ダボ筋２４の両側でスリット１０２の幅が異なる結果、耐震壁２００に水平方向左向きのせん断力が作用した場合と水平方向右向きのせん断力が作用した場合とで、ダボ筋２４の変形位置も異なることとなる。

かかる構成によれば、ダボ筋２４の変形位置がせん断力の向きによって異なることで、ダボ筋２４の特定箇所への変形の集中度合いが小さくなり、ダボ筋２４の耐久性が向上する。また、耐震壁２００に水平方向のせん断力が作用し、耐震壁２００が大きくせん断変形してダボ筋２４が塑性的に伸張した後に、この水平方向のせん断力が解放されて耐震壁２００が平常時の位置に戻る際に、塑性的に伸張したダボ筋２４の端部にてポリウレタン１７が鉛直方向に圧縮されることにより鉛直力が吸収され、梁１４に作用する鉛直力が低減される。

なお、上述したすべての実施形態においては、ダボ筋２４の片側のみにポリウレタン１７、つまり隙間１６を設ける方法について説明したが、これに限定されるものではなく、ダボ筋２４の両端に隙間１６を設け、この隙間にポリウレタン１７を埋め込む方法を用いてもよい。

本発明の第一実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。 本発明の第一実施形態に係る耐震壁の側面からの鉛直断面図である。 本発明の第一実施形態に係る耐震壁の水平方向の変形量δＨと梁に作用する鉛直力Ｎとの関係を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。 本発明の第三実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。 本発明の第三実施形態に係る耐震壁の側面からの垂直断面図である。 本発明の第四実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。 本発明の第四実施形態に係る耐震壁の側面からの垂直断面図である。 本発明の第五実施形態に係る耐震壁の正面からの鉛直断面図である。

符号の説明

１０、５０、１００、１５０、２００ 耐震壁
１２ 柱
１４ 梁
１６ 空隙
１７ ポリウレタン（弾性材）
１８ 孔
１８ａ 孔の底面
２０ 壁体
２２ 低強度部材
２４ ダボ筋
２４ａ ダボ筋の端面
５２ ウレタン
１０２ スリット

Claims (3)

1. 柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁であって、
   水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部材の上下に跨って貫通する鉄筋、丸鋼、又は丸棒である鋼材を備え、前記鋼材を収容する孔の少なくとも上下何れかの底面と、前記鋼材の端面との間に隙間が設けられていることを特徴とする耐震壁。
2. 前記隙間には、弾性材が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の耐震壁。
3. 柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁の構築方法において、
   水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部材の上下に跨って貫通する鉄筋、丸鋼、又は丸棒である鋼材を備え、前記鋼材を収容する孔の少なくとも上下何れかの底面と、前記鋼材の端面との間に隙間を設けることを特徴とする耐震壁の構築方法。
   

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