JP2007197936A - 壁ユニット、耐震壁およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量でありながら十分な耐震強度を発揮させることが可能であるとともに、居ながらで施工することが可能な壁ユニット、耐震壁およびその構築方法を提供する。
【解決手段】柱２と梁３で区画される開口部分４に複数配設されて耐震壁５を構成する壁ユニット１であって、プレキャストコンクリート製パネル６と、Ｘ字状に形成され、パネル内部に設けられる鋼板製ブレースエレメント７と、ブレースエレメントを、隣接する他のパネルのブレースエレメントと接合するための接合部８とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽量でありながら十分な耐震強度を発揮させることが可能であるとともに、居ながらで施工することが可能な壁ユニット、耐震壁およびその構築方法に関する。

既存建築物を耐震補強する耐震壁に、エレメントやブロックなどの要素を用いるようにしたものとして、特許文献１や特許文献２が知られている。

特許文献１は、構造物を構成する柱と梁で囲まれた空間部に、複数個の矩形状の耐震エレメントを配置する。耐震エレメントはＦＲＰからなり、平面部とフランジ部を有する。フランジ部に設けられたボルトナットにより、耐震エレメントは互いに隣接して結合され、全体として耐震壁を構成する。

特許文献２は、鉄製の短い角筒体からなる多数のブロックを、左側及び右側の既存柱と上側及び下側の既存梁とで囲まれる空間内に、各ブロックの端面が略面一になるように、積み重ねて仕切りをつくり、ブロック内にはモルタル、コンクリート等の充填材を充填し、この仕切りを構成する多数のブロックの既存柱及び既存梁に面する部分を既存柱及び既存梁に接合し、かつ隣接する多数のブロックの互いに対面する部分同士をボルトナットで互いに接合して耐力壁とする。
特開平７−１５０６５５号公報 特開平１１−７１９０７号公報

特許文献１にあっては、平面部をフランジ部で取り囲んだ矩形状のＦＲＰ製エレメントをボルトナットで縦横に配列して耐震壁を構成するため、ボルトナット部分でＦＲＰ製エレメント相互の結合が壊れ易いことが懸念され、地震時等に柱および梁に作用する水平応力に対して十分な耐震強度を確保するのが困難であった。また、特許文献２では、鉄製の角筒体からなる多数のブロックをボルトナットで縦横に結合し、その後この角筒体のブロック内方にモルタル、コンクリート等の充填材を充填するようにしているため、既存柱・梁で囲まれる空間内の鉄量およびコンクリート量が多くて、構造物の重量増加を招くとともに、またブロック内への充填材の充填作業が煩雑であるという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、軽量でありながら十分な耐震強度を発揮させることが可能であるとともに、居ながらで施工することが可能な壁ユニット、耐震壁およびその構築方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる壁ユニットは、柱と梁で区画される開口部分に複数配設されて耐震壁を構成する壁ユニットであって、プレキャストコンクリート製パネルと、Ｘ字状に形成され、上記パネル内部に設けられる鋼板製ブレースエレメントと、上記ブレースエレメントを、隣接する他のパネルのブレースエレメントと接合するための接合部とを備えたことを特徴とする。

前記パネルには、ワイヤーメッシュが埋設されていることを特徴とする。

前記パネルは、普通コンクリートに比べて軽量のコンクリートで形成されることを特徴とする。

前記ブレースエレメントは、Ｘ字状を形成する一方の斜材に対し、他方の斜材が異なる強度で形成されることを特徴とする。

前記ブレースエレメントは、前記パネルを形成するコンクリート中に埋設されて当該パネルと一体成形されることを特徴とする。

前記ブレースエレメントは、コンクリートに定着される定着部を有することを特徴とする。

前記パネルは、互いに重ね合わされて接合される一対のプレキャストコンクリート製パネルピースから構成され、前記ブレースエレメントは、これらパネルピース間に挟み込んで設けられることを特徴とする。

本発明にかかる耐震壁は、柱と梁で区画される開口部分に構築される耐震壁であって、上記開口部分に縦横に配設される上記壁ユニットと、上記壁ユニットの前記接合部を互いに接合する接合金物と、これら壁ユニットと上記柱や上記梁との間に充填される接着材とからなることを特徴とする。

前記ブレースエレメントは、Ｘ字状を形成する一方の斜材に対し、他方の斜材が異なる強度で形成され、前記壁ユニットは、同じ強度の斜材同士が互いに接合されるように配列されることを特徴とする。

本発明にかかる耐震壁の構築方法は、柱と梁で区画される開口部分に耐震壁を構築する方法であって、上記壁ユニットを用い、上記開口部分に縦横に上記壁ユニットを配設する工程と、上記壁ユニットの前記接合部同士を接合金物で互いに接合する工程と、これら壁ユニットと上記柱や上記梁との間に接着材を充填する工程とを備えることを特徴とする。

本発明にかかる壁ユニット、耐震壁およびその構築方法にあっては、軽量でありながら十分な耐震強度を発揮させることができるとともに、居ながらで施工することができる。

以下に、本発明にかかる壁ユニット、耐震壁およびその構築方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる壁ユニット１は基本的には、図１および図２に示すように、柱２と梁３で区画される開口部分４に複数配設されて耐震壁５を構成する壁ユニットであって、プレキャストコンクリート製パネル６と、Ｘ字状に形成され、パネル６内部に設けられる鋼板製ブレースエレメント７と、ブレースエレメント７を、隣接する他のパネル６のブレースエレメント７と接合するための接合部８とを備えて構成される。また、本実施形態にかかる耐震壁５は、柱２と梁３で区画される開口部分４に構築される耐震壁であって、開口部分４に縦横に配設される上記壁ユニット１と、壁ユニット１の接合部８を互いに接合する接合金物９，１０と、これら壁ユニット１と柱２や梁３との間に充填される接着材Ｚとからなる。本実施形態にあっては、壁ユニット１相互間にも接着材Ｚが充填されるようになっている。

図２には、壁ユニット１が示されている。図２（ａ）は壁ユニット１の正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中、Ａ−Ａ線矢視断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図、図２（ｄ）は図２（ａ）中、Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。壁ユニット１は主に、矩形平板状のプレキャストコンクリート製パネル６と、パネル６内部に設けられる鋼板製ブレースエレメント７と、ブレースエレメント７を、他のパネル６のブレースエレメント７と接合するための接合部８とを備えて構成される。パネル６には、その四隅に凹み部１１が形成される。

ブレースエレメント７は、矩形平板状のパネル６の対角線方向に沿って、帯状の斜材７ａをＸ字状に組んで形成される。Ｘ字状に組むにあたっては、２通りの方法を採用することができる。一つは、パネル６の対角線方向に沿って凹み部１１に達する長さの２枚の長尺な帯状斜材７ａを用意し、これらの板面を重ね合わせて溶接接合する。もう一つは図示するように、パネル６の対角線方向に沿って凹み部１１に達する長さの１枚の長尺な帯状斜材７ａと、この長尺な帯状斜材７ａを挟む配置で当該帯状斜材７ａの側縁からそれぞれパネル６の対角線方向に沿って凹み部１１まで達する２枚の短尺な帯状斜材７ａを用意し、各短尺な帯状斜材７ａを長尺な帯状斜材７ａの側縁に溶接接合する。後者の場合には、ブレースエレメント７は平坦に形成される。

接合部８は、各凹み部１１に露出されるブレースエレメント７の端部で形成される。従って、各壁ユニット１には、四隅に４箇所の接合部８が形成される。接合部８における隣接するパネル６のブレースエレメント７との接合は、溶接接合など様々な接合方法を採用することができる。本実施形態にあっては、高力ボルトを用いた接合の例が示されている。ブレースエレメント７には、帯状斜材７ａの適宜箇所に、パネル６のコンクリートに定着される定着部１２が設けられる。本実施形態にあっては、定着部１２は、帯状斜材７ａに形成したボルト孔にボルト・ナットを締結することにより、その表裏面に突出する突起として構成されている。

このように構成されるブレースエレメント７は、その端部が凹み部１１から突出される形態で、パネル６を形成するコンクリート中に埋設されて当該パネル６と一体化される。ブレースエレメント７は、パネル６の厚さ方向中央に位置させて埋設される。また、パネル６内には、ブレースエレメント７を挟み込んで、一対の補強用のワイヤーメッシュ１３が埋設される。

このような壁ユニット１は、工場や現場などで予め製造される。壁ユニット１の製造については、例えば壁ユニット１を横向きに寝かせて横打ちで形成する場合には、図示しない型枠内に順次、型枠の底部から浮かせて一方のワイヤーメッシュ１３を配設し、次いで、型枠底部から支持して、当該ワイヤーメッシュ１３上方のパネル６の厚さ方向ほぼ中央に位置させて、定着部１２を有するブレースエレメント７を配設し、その後、ブレースエレメント７から浮かせて他方のワイヤーメッシュ１３を配設するとともに、凹み部１１を形成する位置に箱抜き型枠を設け、この状態で型枠内にコンクリートを打設することで、ブレースエレメント７を一体に備えるプレキャストコンクリート製パネル６を形成するようにする。

これにより、定着部１２がコンクリートに定着した状態で、ブレースエレメント７がコンクリート中に一体的に埋設され、また、コンクリートはワイヤーメッシュ１３で補強された壁ユニット１が製造される。壁ユニット１の製造は、もちろん縦打ちであってもよい。

壁ユニット１は、図３に示すようにして製造してもよい。図３（ａ）は壁ユニット１の正面図、図３（ｂ）は壁ユニット１の組み立て状態を示す側断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）中、Ｄ−Ｄ線矢視断面図である。この壁ユニット１では、パネル６は、互いに重ね合わされて接合される一対のプレキャストコンクリート製パネルピース６ａ，６ｂで形成される。各パネルピース６ａ，６ｂは、おおよそパネル６厚さの半分の厚さで形成される。これらパネルピース６ａ，６ｂには、ブレースエレメント７を避けた適宜位置に、複数のボルト挿通孔１４が形成される。またいずれか一方のパネルピース６ａには、ボルト挿通孔１４の形成位置に対応させて、ブレースエレメント７の厚さ相当の突起１５が形成される。そして、ブレースエレメント７を挟み込んでこれらパネルピース６ａ，６ｂを重ね合わせ、ボルト挿通孔１４に挿通したボルト１６に螺合させたナット１７でパネル６ａ，６ｂ同士を締結する。壁ユニット１は、このように組み立て式としてもよいことはもちろんである。

壁ユニット１が鋼板製ブレースエレメント７とコンクリートパネル６の複合構成であって、当該ブレースエレメント７によって相当の強度が得られることから、パネル６を構成するコンクリートとしては、発泡コンクリートや軽量コンクリートなどの普通コンクリートに比べて軽量のコンクリートを採用することができる。しかしながら、普通コンクリートや高強度コンクリートを用いてもよいことはもちろんである。

さらに、これら壁ユニット１を結合する接合金物９の一例が図４に示されている。この接合金物９は、図１および図２に示すように、横方向に隣接する壁ユニット１同士を接合するために使用される。接合金物９は、壁ユニット１二枚分の長さ寸法を有するベース部９ａと、ベース部９ａから折り曲げられた２つのブラケット部９ｂとから構成され、ベース部９ａとブラケット部９ｂの折り曲げ部分で断面Ｌ字形状に形成される。２つのブラケット部９ｂは、ベース部９ａの両端それぞれから等距離であって、１枚の壁ユニット１の凹み部１１間寸法の間隔を隔てて設けられ、隣接する２枚の壁ユニット１の凹み部１１に跨る大きさで形成される。

接合金物９は、そのブラケット部９ｂでブレースエレメント７端部の接合部８をその表裏から挟み込むように、一対配設され、接合部８を介してこれら一対のブラケット部９ｂ同士がボルト・ナットで締結されることで、横方向に隣接する壁ユニット１が互いに結合される。また一対のブラケット部９ｂ同士の締結により、一対のベース部９ａが並設され、これらベース部９ａにより、壁ユニット１を開口部分４の柱２や梁３へ接合する際の幅広な接合面が形成される。開口部分４の隅角部に配設される各壁ユニット１に対しては、壁ユニット１の半分の長さのベース部の一端にブラケット部が形成された短尺な接合金物が用いられる。従って、開口部分４を構成する梁３と壁ユニット１との間には、接合金物９が配置される。他方、柱２と壁ユニット１とは、互いに当接される。

４枚の壁ユニット１が突き合わされる箇所については、４つの凹み部１１にわたる大きさの平板状の接合金物１０として用いられる。この接合金物１０が接合部８をその表裏から挟み込むように一対配設され、接合部８を介してこれら一対の接合金物１０同士がボルト・ナットで締結されることで、４枚の隣接する壁ユニット１が互いに結合される。

次に、本実施形態にかかる耐震壁５の構築方法について説明すると、柱２と梁３で区画される開口部分４に耐震壁５を構築する方法であって、上記壁ユニット１を用い、開口部分４に縦横に壁ユニット１を配設する工程と、壁ユニット１の接合部８同士を接合金物９，１０で互いに接合する工程と、これら壁ユニット１と柱２や梁３との間に無収縮モルタルやエポキシ樹脂などの接着材Ｚを充填する工程とを備える。本実施形態では、壁ユニット１相互間にも接着材Ｚが充填される。

耐震壁５を構築するにあたっては、工場や現場等で別途予め製造した壁ユニット１を搬入するとともに、各種接合金物９，１０を搬入する。そして例えば、開口部分４の下側梁３上面に沿って、接合金物９を敷き詰め、その上に、壁ユニット１を建て込む。そしてこれら壁ユニット１を接合金物９に接合することで、壁ユニット１同士を接合する。このような作業を、梁３に沿って開口部分４の横方向に繰り返すとともに、柱２に沿って開口部分４の高さ方向に壁ユニット１を建て込むことで、接合金物１０を用いつつ、開口部分４に壁ユニット１を縦横方向に配列して耐震壁５を構築する。また、接合金物９のベース部９ａと梁３との間に接着材Ｚを充填し、当該接合金物９を介して梁３に壁ユニット１を接合する。他方、柱２と壁ユニット１との間にも接着材Ｚを充填することで、柱２に対しては壁ユニット１を直付けする。さらに、壁ユニット１相互間にも接着材Ｚを充填する。これにより開口部分４に耐震壁５を構築することができる。

このように壁ユニット１を配列すると、斜め方向に隣接する壁ユニット１同士の鋼板製ブレースエレメント７が接合金物１０を介して一連に連結されて、開口部分４内に柱２および梁３間にわたって、多数のブレース構造を構築することができる。

以上説明した本実施形態にかかる壁ユニット１、耐震壁５およびその構築方法にあっては、壁ユニット１を、鋼板製であって肉厚の薄いブレースエレメント７とプレキャストコンクリート製パネル６とを複合させて構成したので、背景技術のようなＦＲＰ製エレメント単体や鉄製角筒体内にコンクリート等を充填するものに比べて、十分な強度を確保しつつ鉄量やコンクリート量を減らすことができるとともに、コンクリートによって鋼板製のブレースエレメント７の座屈が防止されて、当該ブレースエレメント７によって圧縮力・引張力双方を負担させて、軽量でありながら、水平力に対して十分に有効な強度を確保することができる。

本実施形態にあっては、壁ユニット１相互間に接着材Ｚを充填するようにしているが、充填しなくてもよい。壁ユニット１相互間に接着材Ｚを充填しない場合には、耐震壁５に作用する水平応力をブレースエレメント７で負担する構成となる。この場合、地震等により耐震壁５に水平応力が作用すると、ブレースエレメント７には圧縮応力および引張応力が発生し、この際パネル６は、圧縮応力によってブレースエレメント７が座屈されるのを防止する役割を果たす。

本実施形態のように、壁ユニット１相互間に接着材Ｚを充填した場合には、耐震壁５を構成する複数の壁ユニット１が一体化され、耐震壁５に作用する水平応力を、ブレースエレメント７およびパネル６で負担する構成となる。この場合には、パネル６に、圧縮応力によるブレースエレメント７の座屈を防止する役割だけでなく、耐震壁５に作用する圧縮力も負担させることができることから、壁ユニット１相互間に接着材Ｚを充填しない場合に比べて、有利となる。

そして本実施形態にかかる壁ユニット１は、軽量であることから、施工性を向上できるともに、建物への重量負担を軽減することができる。また、結合部８を備えて、隣接する壁ユニット１と結合して開口部分４に配設するようにしたので、壁ユニット１単体の大きさを小さくすることができ、可搬性に富むとともに、施工性を向上することができる。

また、パネル６内にワイヤーメッシュ１３を埋設したので、コンクリートのひび割れを抑制して、壁ユニット１単体の強度を向上することができる。ブレースエレメント７が埋設されるパネル６なので、パネル６を形成するコンクリートとしてはブレースエレメント７の座屈を防止できればよく、パネル６厚さを薄くすることができて、コストダウンを達成することができる。ブレースエレメント７をパネル６中に一体的に埋設して形成したので、現場に搬入すれば直ちに設置施工することができ、施工性を向上することができる。ブレースエレメント７に定着部１２を設けたので、ブレースエレメント７とパネル６間での応力伝達作用を適切に確保することができるとともに、壁ユニット１の剛性が上がり、耐震壁５の耐震性能を向上させることができる。

本実施形態にあっては、ブレースエレメント７に定着部１２を設けて、ブレースエレメント７とパネル６間での応力伝達作用を確保する構成としているが、耐震壁５に作用する水平応力を主としてブレースエレメント７に負担させる場合、あるいは耐震壁５に作用する水平応力によりパネル６とブレースエレメント７との間にせん断作用が生じ当該定着部１２によってパネル６の破壊が想定される場合には、定着部１２を省略してもよい。定着部１２を設けない場合には、ブレースエレメント７に絶縁材を塗布するなどの適切な絶縁手段によって、ブレースエレメント７とパネル６との間を縁切りするとさらによい。

他方、パネル６を一対のプレキャストコンクリート製パネルピース６ａ，６ｂで構成し、ブレースエレメント７をこれらパネルピース６ａ，６ｂ間に挟み込む組み立て式とすれば、現場への壁ユニット１の搬入を軽量な各部品ごとに行うことができて、搬入操作性を向上することができ、既設の建物であっても、エレベータなどを利用して手軽に運搬することができる。

また、耐震壁５およびその構築方法にあっては、壁ユニット１同士はボルト・ナットで締結する一方で、壁ユニット１と開口部分４の柱２や梁３との間は、接着材Ｚを充填して接合するだけでよいので、騒音や振動、粉塵発生が少なく、居ながらで耐震壁５を施工することができる。また、壁ユニット１を薄く形成しても、壁ユニット１の厚さ設定とは別に、接合金物９によって梁３に対する広範な接着面を形成することが可能であり、これにより壁ユニット１の梁３に対する十分な接合強度を確保することができる。

図５には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例にあっては、ブレースエレメント７に関し、Ｘ字状を形成する一方の斜材７ａに対し、他方の斜材７ａが異なる強度で形成される。そして、壁ユニット１は、同じ強度の斜材７ａ同士が接合部８を介して一方向に一連に接合されるように、開口部分４内に配列される。図示例にあっては、左上隅の壁ユニット（図中、Ｘで示す）の一対の斜材７ａのうち、右下がりの斜材（図中、Ｙで示す）が、左下がりのものよりも高強度の鋼板材で形成され、当該壁ユニット１の右斜め下の壁ユニット（図中、Ｘ１で示す）にあっては、当該斜材Ｙと結合される右下がりの斜材（図中、Ｙ１で示す）が、斜材Ｙと同じ高強度の鋼板材で形成され、上梁３から下梁３にわたる一連の高強度なブレース構造が構成されている。図示例にあっては、高強度なブレース構造がＷ字状に形成されている。

このような異強度の斜材７ａは、壁ユニット１同士の結合によって互いに連結される形態で、開口部分４に必要な強度に応じて適用すればよく、Ｘ字状であってもよい。このようにすることで、壁ユニット１で耐震壁５を構築しつつ、適宜箇所に、特別に強力なブレース作用を確保することができる。斜材７ａの強度を変える手段としては、部材の厚さや幅などの断面形状、材質など、様々な方法を採用することができる。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様な作用・効果を奏することはもちろんである。

本発明にかかる壁ユニット、耐震壁およびその構築方法の好適な一実施形態を示す柱・梁架構の開口部分の正面図である。 図１に示した壁ユニットを説明するための説明図である。 図２に示した壁ユニットの変形例を説明するための説明図である。 図１に示した耐震壁に用いられる接合金物の正面図である。 図１の壁ユニット、耐震壁およびその構築方法の実施形態の変形例を示す柱・梁架構の開口部分の正面図である。

符号の説明

１ 壁ユニット
２ 柱
３ 梁
４ 開口部分
５ 耐震壁
６ プレキャストコンクリート製パネル
６ａ，６ｂ プレキャストコンクリート製パネルピース
７ 鋼板製ブレースエレメント
７ａ 斜材
８ 接合部
９，１０ 接合金物
１２ 定着部
１３ ワイヤーメッシュ
Ｚ 接着材

Claims (10)

1. 柱と梁で区画される開口部分に複数配設されて耐震壁を構成する壁ユニットであって、
   プレキャストコンクリート製パネルと、
   Ｘ字状に形成され、上記パネル内部に設けられる鋼板製ブレースエレメントと、
   上記ブレースエレメントを、隣接する他のパネルのブレースエレメントと接合するための接合部とを備えたことを特徴とする壁ユニット。
2. 前記パネルには、ワイヤーメッシュが埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の壁ユニット。
3. 前記パネルは、普通コンクリートに比べて軽量のコンクリートで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の壁ユニット。
4. 前記ブレースエレメントは、Ｘ字状を形成する一方の斜材に対し、他方の斜材が異なる強度で形成されることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の壁ユニット。
5. 前記ブレースエレメントは、前記パネルを形成するコンクリート中に埋設されて当該パネルと一体成形されることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の壁ユニット。
6. 前記ブレースエレメントは、コンクリートに定着される定着部を有することを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の壁ユニット。
7. 前記パネルは、互いに重ね合わされて接合される一対のプレキャストコンクリート製パネルピースから構成され、前記ブレースエレメントは、これらパネルピース間に挟み込んで設けられることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の壁ユニット。
8. 柱と梁で区画される開口部分に構築される耐震壁であって、
   上記開口部分に縦横に配設される請求項１に記載の壁ユニットと、
   上記壁ユニットの前記接合部を互いに接合する接合金物と、
   これら壁ユニットと上記柱や上記梁との間に充填される接着材とからなることを特徴とする耐震壁。
9. 前記ブレースエレメントは、Ｘ字状を形成する一方の斜材に対し、他方の斜材が異なる強度で形成され、前記壁ユニットは、同じ強度の斜材同士が互いに接合されるように配列されることを特徴とする請求項８に記載の耐震壁。
10. 柱と梁で区画される開口部分に耐震壁を構築する方法であって、
    請求項１に記載の壁ユニットを用い、
    上記開口部分に縦横に上記壁ユニットを配設する工程と、
    上記壁ユニットの前記接合部同士を接合金物で互いに接合する工程と、
    これら壁ユニットと上記柱や上記梁との間に接着材を充填する工程とを備えることを特徴とする耐震壁の構築方法。

Images