JP2010127037A - 境界梁、境界梁の設計方法、境界梁の施工方法、及び建築物 - Google Patents

境界梁、境界梁の設計方法、境界梁の施工方法、及び建築物 Download PDF

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Abstract

【課題】構造物を制振すると共に、構造物に生じる揺れを制振する部材への補強を不要とする又は少なくすることが可能な境界梁、この境界梁の設計方法、この境界梁の施工方法、及びこの境界梁を有する建築物を提供する。
【解決手段】構造物12に設けられた隣り合う耐震部材14A〜14Dに壁面を形成するように波形鋼板18を架け渡し固定することにより、地震等により構造物12が揺れときに、波形鋼板18にせん断変形を生じさせて構造物12を制振することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、構造物を制振する境界梁、この境界梁の設計方法、この境界梁の施工方法、及びこの境界梁を有する建築物に関する。
建築物に配置された階段室壁、エレベーターシャフト、戸境壁などの連層耐震壁の間に境界梁を架設し、地震等により建築物に生じる揺れをこの境界梁によって抑制する制振技術が提案されている。
例えば、図16に示すように、特許文献1の制振梁300では、建築物を構成する柱302間に鉄筋コンクリート製の梁本体304が架け渡されている。梁本体304は中央部で分断され、この中央部に制振装置306が組み込まれている。
制振装置306は、梁本体304の端面に固定される一対のベースプレート308と、ベースプレート308の間に設けられたフランジプレート310と、ベースプレート308及びフランジプレート310に囲まれて取り付けられた低降伏点鋼パネル312と、低降伏点鋼パネル312に挟まれて取り付けられたリブプレート314とによって構成されている。
リブプレート314は、低降伏点鋼パネル312全体に生じる面外座屈を防止するために取り付けられている。
そして、地震等により建築物が揺れて柱302にせん断変形・曲げ変形が発生したときに、低降伏点鋼パネル312に塑性変形を生じさせて振動エネルギーを吸収させる。
しかし、特許文献1の制振梁300に設けられた低降伏点鋼パネル312は座屈強度が小さいので、良好な振動エネルギー吸収能力を発揮させるためにリブプレート314による座屈補強を行わなければならない。すなわち、建築物に生じる揺れを制振する部材(低降伏点鋼パネル312)に補強を施す手間が掛かってしまう。
特開2002−357009号公報
本発明は係る事実を考慮し、構造物を制振すると共に、構造物に生じる揺れを制振する部材への補強を不要とする又は少なくすることが可能な境界梁、この境界梁の設計方法、この境界梁の施工方法、及びこの境界梁を有する建築物を提供することを課題とする。
請求項1に記載の発明は、構造物に設けられた隣り合う耐震部材に壁面を形成するように架け渡され固定される波形鋼板を有する境界梁である。
請求項1に記載の発明では、構造物に設けられた隣り合う耐震部材に、壁面を形成するように波形鋼板が架け渡されている。また、この波形鋼板は、耐震部材に固定されている。
地震等により構造物が揺れると、この構造物に設けられた耐震部材は下端部を固定端とした片持ち梁のような挙動を示し、曲げを主体とする変形を起こす。
このとき、波形鋼板は耐震部材に固定されているので、耐震部材に対する波形鋼板の回転が拘束される。これにより、波形鋼板にせん断変形を生じさせて構造物を制振することができる。
また、地震等による構造物の揺れが大きくなって波形鋼板に塑性変形が生じたときには、揺れを発生させている振動エネルギーを履歴エネルギーとして吸収し、構造物を制振することができる。
また、波形鋼板は、高い靭性を有し優れた変形性能を発揮するので、面外座屈に対する補強を行わなくても所定の変形性能を得ることが可能となる。又は、面外座屈に対する少ない補強によって所定の変形性能を得ることが可能となる。
よって、請求項1の境界梁は、構造物を制振すると共に、構造物に生じる揺れを制振する部材(波形鋼板)への補強を不要とする又は少なくすることができる。
また、波形鋼板が撓むと、波形鋼板には曲げモーメントとせん断力とが作用する。波形鋼板のスパンが短い場合、この波形鋼板に作用する曲げモーメントの影響が小さくなるので、波形鋼板には主にせん断変形が生じる。すなわち、波形鋼板のスパンを短くした場合、境界梁はせん断降伏型ダンパとして機能する。せん断降伏型ダンパでは、波形鋼板に作用するせん断力によって波形鋼板全体がせん断降伏し、これによって波形鋼板全体で効率よく振動エネルギーを吸収することができる。このように、境界梁は、波形鋼板のスパンを短くした方が効率よく構造物を制振することができる。
また、波形鋼板の波の形状や厚さを変更することにより、境界梁のせん断剛性やせん断耐力を容易に調整することができる。
請求項2に記載の発明は、前記耐震部材は、耐震壁である。
請求項2に記載の発明では、耐震部材を、耐震壁とすることによって、地震等により構造物が揺れたときに、耐震部材に曲げ変形を卓越させることができ、境界梁の波形鋼板にせん断変形を効果的に発生させることができる。
請求項3に記載の発明は、前記耐震部材は、ラーメン架構を構成する柱である。
請求項3に記載の発明では、耐震部材を、ラーメン架構を構成する柱とすることにより、例えば、鉄筋コンクリート製の耐震壁を設ける場合よりも、構造物に制振対策を施す際の建築計画自由度を向上させることができる。
請求項4に記載の発明は、前記波形鋼板の折り筋は、横方向に形成されている。
請求項4に記載の発明では、波形鋼板の折り筋が横方向に形成されているので、構造物に設けられた隣り合う耐震部材に曲げ剛性の高い境界梁を架け渡すことができる。
例えば、距離をおいて2つの波形鋼板を対向するように配置し、耐震部材付近に位置するこれらの波形鋼板の間に、耐震部材と一体となるようにコンクリートを打設し硬化させて、耐震部材に波形鋼板を固定する場合、波形鋼板をコンクリート打設用の側型枠として用いることができる。そして、このときに、波形鋼板が高い曲げ剛性を有していれば、型枠用の支保工の数を減らす又は支保工を設置しないでコンクリート打設を行うことが可能となる。これにより、施工性向上を図ることができる。
請求項5に記載の発明は、前記波形鋼板の折り筋は、上下方向に形成されている。
請求項5に記載の発明では、例えば、構造物に設けられた隣り合う耐震部材がコンクリートによって形成され、これらの耐震部材に鉄骨製の境界梁が架け渡される場合、耐震部材のコンクリートに乾燥収縮が生じるとこの乾燥収縮に伴って境界梁に軸力(引張力・圧縮力)が常時作用してしまうことが考えられる。そして、この常時付加される応力によって設計限界値以下の荷重で境界梁が降伏しまうことが危惧される。
これに対して、請求項5の境界梁は、波形鋼板の折り筋が上下方向に形成されているので、コンクリート(耐震部材)の乾燥収縮に伴う軸力(引張力・圧縮力)が境界梁に作用しても波形鋼板はアコーディオンのように伸長してしなやかに抵抗でき、これにより波形鋼板には応力がほとんど発生しない。
よって、耐震部材を形成するコンクリートの乾燥収縮に伴う常時付加応力の発生を防ぐことができる。
請求項6に記載の発明は、前記波形鋼板は、複数の波形鋼板ピースを連結して構成されている。
請求項6に記載の発明では、複数の波形鋼板ピースを連結して波形鋼板が構成されているので、分割した波形鋼板ピースを個々に配置して波形鋼板を設置することが可能になる。これによって、波形鋼板の設置作業を容易に行うことができる。
請求項7に記載の発明は、前記波形鋼板の一部又は全部は、低降伏点鋼によって形成されている。
請求項7に記載の発明では、低降伏点鋼によって波形鋼板の一部又は全部が形成されているので、地震等による構造物の揺れが大きくなって波形鋼板に塑性変形が生じたときの振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる。
請求項8に記載の発明は、前記波形鋼板の両端部の鋼板面は、前記耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に固定されている。
請求項8に記載の発明では、耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に波形鋼板の両端部の鋼板面が固定されている。ここで、地震等による構造物の揺れは、鋼板面がコンクリートブロックと接触していない波形鋼板の部位(以下、「変形部」とする)の変形により制振される。そして、構造上は、波形鋼板の変形部のみの短スパンの境界梁と同様の挙動を示すので、変形部のせん断変形量が大きくなる(図5(c)を参照のこと)。よって、境界梁(波形鋼板の変形部)にせん断力を効率よく作用させることができ、構造物を効果的に制振することができる。
コンクリート製の梁本体の中央部に鉄骨部材が組み込まれている構造の境界梁(以下、「S・RC組合せ梁」とする)では、梁本体の端部と鉄骨部材の端部に設けられたエンドプレートとを、梁本体に設けられたアンカーボルトや、エンドプレートに設けられたスタットボルトによって接合するのが一般的である。
ここで、アンカーボルトによって梁本体の端部と鉄骨部材の端部に設けられたエンドプレートとが接合されている接合部に曲げモーメントが作用すると、アンカーボルトの断面積等から算出される接合部の回転剛性に応じた回転変形が発生し(図11(a)を参照のこと)、これにより地震等により生じる構造物の揺れは接合部の回転変形と鉄骨部材の変形とに費やされる。そして、構造物の曲げ変形が、鉄骨部材の変形よりも接合部の回転変形に多く費やされるようになると、境界梁の制振効率が大きく低下してしまう。
これに対して請求項8では、波形鋼板の端部は、耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に鋼板面を固定させてこのコンクリートブロックと一体になっているので、波形鋼板とコンクリートブロックとの間の力の伝達が確実かつスムーズに行われ、S・RC組合せ梁を用いた場合に危惧される、波形鋼板とコンクリートブロックとの接合部に発生する回転変形を防ぐことが可能になる。そして、これによって、境界梁の制振効率を高めることができる。
また、波形鋼板の鋼板面と接触するコンクリートブロックの大きさ(コンクリートブロックの材軸方向の長さ)を変えて波形鋼板のせん断変形量を容易に調整することができる。
また、耐震部材にコンクリートブロックを設けた後にこのコンクリートブロックに波形鋼板を取り付けてもよいし、耐震部材間に波形鋼板を配置した後にコンクリートを打設してもよいので、施工手順の自由度が高い境界梁を提供することができる。
また、耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に波形鋼板の両端部の鋼板面が固定されているので、波形鋼板の変形部にせん断変形を均一に生じさせることが可能になり、効率よく構造物の揺れを制振することができる。
請求項9に記載の発明は、前記波形鋼板の一端部の鋼板面は、前記耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に固定されている。
請求項9に記載の発明では、耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に波形鋼板の一端部の鋼板面が固定されているので、耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に波形鋼板の端部の鋼板面が固定されていることによる請求項8と同様の効果を得ることができる。また、波形鋼板の一端部のみにコンクリートブロックを設ければよいので、コンクリート打設作業の施工手間を低減することができる。
請求項10に記載の発明は、前記波形鋼板は、前記コンクリートブロックの両側面に配置されている。
請求項10に記載の発明では、コンクリートブロックの両側面に波形鋼板を配置することにより、コンクリートブロックを形成するために行うコンクリート打設に用いる型枠の側枠として波形鋼板を兼用できる。よって、型枠解体作業を不要とすることが可能となり、また、廃材を減らすことができる。
請求項11に記載の発明は、請求項8〜10の何れか1項に記載の境界梁の設計方法において、前記波形鋼板の鋼板面と接触する前記コンクリートブロックの材軸方向の長さを変えて前記波形鋼板のせん断変形量を調整する。
請求項11に記載の発明では、波形鋼板の鋼板面と接触するコンクリートブロックの材軸方向の長さを変えることにより波形鋼板のせん断変形量を調整して境界梁の設計を行う。
よって、波形鋼板の鋼板面と接触するコンクリートブロックの材軸方向の長さを変えることにより、構造設計上の仕様に応じて境界梁の変形性能を容易に設定することが可能なので、きめ細かい構造設計を行うことができる。
請求項12に記載の発明は、波形鋼板を有する境界梁の施工方法において、構造物に設けられた隣り合う耐震部材に壁面を形成するように前記波形鋼板を架け渡し固定する波形鋼板設置工程を有する。
請求項12に記載の発明では、波形鋼板を有する境界梁の施工方法が、波形鋼板設置工程を有している。波形鋼板設置工程では、構造物に設けられた隣り合う耐震部材に壁面を形成するように波形鋼板を架け渡し固定する。よって、請求項1と同様の効果を得ることができる。
請求項13に記載の発明は、波形鋼板を有する境界梁の施工方法において、構造物に設けられた隣り合う耐震部材の間に壁面を形成するように前記波形鋼板を対向させ距離をおいて配置する波形鋼板配置工程と、前記耐震部材から突き出たコンクリートブロックを形成する型枠の一部を前記波形鋼板によって構成する型枠構成工程と、前記対向させた波形鋼板の間にコンクリートを打設し硬化させて、前記波形鋼板と前記コンクリートが硬化した前記コンクリートブロックと前記耐震部材とを一体にする波形鋼板設置工程と、を有する。
請求項13に記載の発明では、波形鋼板を有する境界梁の施工方法が、波形鋼板配置工程、型枠構成工程、及び波形鋼板設置工程を有している。
波形鋼板配置工程では、構造物に設けられた隣り合う耐震部材の間に壁面を形成するように波形鋼板を配置する。波形鋼板は、対向させると共に距離をおいて配置する。
型枠構成工程では、型枠の一部を波形鋼板によって構成する。この型枠は、耐震部材から突き出たコンクリートブロックを形成するために用いられる。
波形鋼板設置工程では、対向させた波形鋼板の間にコンクリートを打設して硬化させる。そして、打設されたコンクリートの硬化により、波形鋼板とコンクリートが硬化したコンクリートブロックと耐震部材とを一体にする。
よって、請求項10と同様の効果を得ることができる。
また、波形鋼板と耐震部材とはコンクリートブロックによって一体となるので、隣り合う耐震部材に境界梁を容易に設置することができる。
請求項14に記載の発明は、請求項1〜10の何れか1項に記載の境界梁を有する建築物である。
請求項14に記載の発明では、構造物を制振すると共に、構造物に生じる揺れを制振する部材への補強を不要とする又は少なくすることが可能な境界梁を有する建築物を構築することができる。
本発明は上記構成としたので、構造物を制振すると共に、構造物に生じる揺れを制振する部材への補強を不要とする又は少なくすることが可能な境界梁、この境界梁の設計方法、この境界梁の施工方法、及びこの境界梁を有する建築物を提供することができる。
図面を参照しながら、本発明の境界梁、境界梁の設計方法、境界梁の施工方法、及び建築物を説明する。なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート造の建築物に本発明を適用した例を示すが、さまざまな構造や規模の建築物に対して適用することができる。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1(a)の立面図に示すように、地盤10に、構造物としての鉄筋コンクリート造の建築物12が支持されている。図1(a)のA−A矢視図である図2に示すように、建築物12には、耐震部材としての4つの連層耐震壁14A〜14Dが設けられている。連層耐震壁14A〜14Dは、鉄筋コンクリートによって形成されており、平断面形状はL字状になっている。
連層耐震壁14Aと連層耐震壁14B、連層耐震壁14Bと連層耐震壁14C、連層耐震壁14Cと連層耐震壁14D、及び連層耐震壁14Dと連層耐震壁14Aとは、隣り合って配置されている。また、連層耐震壁14Aと連層耐震壁14C、及び連層耐震壁14Bと連層耐震壁14Dとは、対角状に配置され、連層耐震壁14A〜14Dのそれぞれが建築物12の各コーナー部を形成している。
図1(a)、及び図2に示すように、建築物12の各階層には境界梁16がそれぞれ設けられている。
図3の斜視図、図4(a)の平面図、及び図4(b)の側面図に示すように、境界梁16は、波形鋼板18、鋼製の水平プレート20A、20B、及び鋼製の鉛直プレート22A、22Bによって構成されている。波形鋼板18の断面形状は、凹凸が交互になるように台形を上下に連続して配置した波形状となっている。すなわち、建築物12の各階層に境界梁16が設けられた状態において、波形鋼板18の折り筋は横方向に形成されている。
水平プレート20A、20Bは、波形鋼板18の上下端辺に沿って配置され、波形鋼板18の上下端辺に溶接等によって接合されている。鉛直プレート22A、22Bは、波形鋼板18の左右端辺に沿って配置され、波形鋼板18の左右端辺に溶接等によって接合されている。水平プレート20A、20Bの端部と、鉛直プレート22A、22Bの端部とは溶接等によって接合され、水平プレート20A、20B、及び鉛直プレート22A、22Bが一体となって枠部材24を形成している。すなわち、波形鋼板18の周縁部に枠部材24が取り付けられている。
境界梁16の施工は、連層耐震壁14Aと連層耐震壁14B、連層耐震壁14Bと連層耐震壁14C、連層耐震壁14Cと連層耐震壁14D、及び連層耐震壁14Dと連層耐震壁14Aに、壁面を形成するように波形鋼板18を架け渡し、波形鋼板18の左右両端を連層耐震壁14A〜14Dに固定する波形鋼板設置工程によって行う。
なお、波形鋼板18が壁面を形成するとは、図4(b)で示した枠部材24で囲まれた平面が水平面に対して45度以上の角度を有するように波形鋼板18が立てられている状態を意味する。枠部材24で囲まれた平面が水平面に対して略90度の角度を有するように波形鋼板18が立てられる(枠部材24で囲まれた平面がほぼ鉛直面を形成する)のが好ましい。
鉛直プレート22A、22Bには、頭付きスタッド26が波形鋼板18の周縁部に沿って等間隔に複数配置され、溶接によって鉛直プレート22A、22Bに接合されている。
波形鋼板18の左右端部、鉛直プレート22A、22B、及び頭付きスタッド26は、連層耐震壁14A〜14Dの側壁部に埋め込まれており、これによって連層耐震壁14A〜14Dと波形鋼板18とが一体化され、連層耐震壁14A〜14Dに波形鋼板18の左右端部が固定される。そして、この固定によって、境界梁16に生じるせん断力を連層耐震壁14A〜14Dへ伝達するとともに、地震等により建築物12が揺れて波形鋼板18と連層耐震壁14A〜14Dとの接合部にモーメントが発生したときに、このモーメントによる連層耐震壁14A〜14Dに対する波形鋼板18の回転を拘束する。
次に、本発明の第1の実施形態の作用及び効果について説明する。
第1の実施形態では、地震等により建築物12が揺れると、図1(b)に示すように、この建築物12に設けられた連層耐震壁14A〜14Dは下端部を固定端とした片持ち梁のような挙動を示し、曲げを主体とする変形を起こす。
このとき、波形鋼板18は連層耐震壁14A〜14Dに固定されているので、連層耐震壁14A〜14Dに対する波形鋼板18の回転が拘束される。これにより、図5(a)の右側の図に示すように、波形鋼板18にせん断変形を生じさせて建築物12を制振することができる。なお、図5(a)の左側には、建築物12が揺れる前の波形鋼板18の状態が示されている。
図5(a)の右側の図に示すように、連層耐震壁14A〜14Dが鉛直線に対してθの角度だけ傾いたときに、波形鋼板18の左右端部の上辺28A、28C、及び下辺30A、30Cに対して、波形鋼板18の中間部の上辺28B及び下辺30Bの角度がθとなる程度に波形鋼板18の中間部が変形する。すなわち、このθの角度が大きいほど波形鋼板18が大きく変形していることになる。
また、地震等による建築物12の揺れが大きくなって波形鋼板18に塑性変形が生じたときには、揺れを発生させている振動エネルギーを履歴エネルギーとして吸収し、建築物12を制振することができる。
また、波形鋼板18は、高い靭性を有し優れた変形性能を発揮するので、面外座屈に対する補強を行わなくても所定の変形性能を得ることが可能となる。又は、面外座屈に対する少ない補強によって所定の変形性能を得ることが可能となる。
よって、境界梁16は、建築物12を制振すると共に、建築物12に生じる揺れを制振する部材(波形鋼板18)への補強を不要とする又は少なくすることができる。
また、波形鋼板18が撓むと、波形鋼板18には曲げモーメントとせん断力とが作用する。波形鋼板18のスパンが短い場合、波形鋼板18に作用する曲げモーメントの影響が小さくなるので、波形鋼板18には主にせん断変形が生じる。すなわち、波形鋼板18のスパンを短くした場合、境界梁16はせん断降伏型ダンパとして機能する。
せん断降伏型ダンパでは、波形鋼板18に作用するせん断力によって波形鋼板18全体がせん断降伏し、これによって波形鋼板18全体で効率よく建築物12に生じる揺れを制振することができる。
これに対して、波形鋼板18のスパンが長いと、この波形鋼板18に作用するせん断力の影響が小さくなり、波形鋼板18には主に曲げモーメントによる曲げ変形が生じる。すなわち、波形鋼板18のスパンを長くした場合、境界梁16は曲げ降伏型ダンパとして機能する。
曲げ降伏型ダンパでは、波形鋼板18に作用する曲げモーメント(波形鋼板18の左右端部に最大の曲げモーメントが作用し、波形鋼板18の中央部の曲げモーメントは0になる)によって波形鋼板18の端部が降伏変形して建築物12に生じる揺れを制振する。
よって、波形鋼板18が降伏する領域は波形鋼板18の左右端部に限られてしまうので、建築物12に生じる揺れに対する制振効果がせん断降伏型ダンパよりも劣る。
このように、境界梁16は、波形鋼板18のスパンを短くした方が効率よく建築物を制振することができる。
また、波形鋼板18の波の形状や厚さを変更することにより、境界梁16(波形鋼板18)のせん断剛性やせん断耐力を容易に調整することができる。
また、建築物12の各階層に境界梁16が設けられた状態において、波形鋼板18の折り筋が横方向に形成されているので、建築物12に設けられた隣り合う耐震部材(連層耐震壁14A〜14D)に曲げ剛性の高い境界梁16を架け渡すことができる。
例えば、距離をおいて2つの波形鋼板18を対向するように配置し、耐震部材付近に位置するこれらの波形鋼板18の間に、耐震部材と一体となるようにコンクリートを打設し硬化させて、耐震部材に波形鋼板18を固定する場合、波形鋼板18をコンクリート打設用の側型枠として用いることができる。そして、このときに、波形鋼板18が高い曲げ剛性を有していれば、型枠用の支保工の数を減らす又は支保工を設置しないでコンクリート打設を行うことが可能となる。これにより、施工性向上を図ることができる。
また、耐震部材を、耐震壁(連層耐震壁14A〜14D)とすることによって、地震等により建築物12が揺れたときに耐震部材に曲げ変形を卓越させることができ、境界梁16の波形鋼板18にせん断変形を効果的に発生させることができる。
以上、本発明の第1の実施形態について説明した。
なお、第1の実施形態では、連層耐震壁14A〜14D間に1つの境界梁16を配置した例を示したが、波形鋼板18同士が対向するように複数の境界梁16を並べて配置してもよい。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態で示した波形鋼板18の連層耐震壁14A〜14Dへの固定方法を変更したものである。したがって、第2の実施形態の説明において、第1の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
図6の立面図に示すように、地盤10に、構造物としての鉄筋コンクリート造の建築物32が支持されている。図6のB−B矢視図である図7に示すように、建築物32には、第1の実施形態の建築物12と同様に、耐震部材としての4つの連層耐震壁14A〜14Dが設けられている。
図6、及び図7に示すように、建築物32の各階層には境界梁34がそれぞれ設けられている。
図8の斜視図、図9(a)の平面図、及び図9(b)の側面図に示すように、境界梁34は、対向して配置される2つの波形鋼板18、鋼製の水平プレート20A、20B、及び鋼製の鉛直プレート22A、22Bによって構成されている。波形鋼板18の折り筋は、第1の実施形態と同様に、建築物12の各階層に境界梁34が設けられた状態において、横方向に形成されている。
連層耐震壁14A〜14Dには、鉄筋コンクリートによって形成された略直方体状のコンクリートブロック36、38が突き出て設けられている。そして、このコンクリートブロック36、38の両側面に波形鋼板18の左右両端部の鋼板面が接触して固定されている。すなわち、コンクリートブロック36、38の両側面に波形鋼板18が配置されている。
連層耐震壁14A〜14Dとコンクリートブロック36、38とは一体化されており、連層耐震壁14A〜14Dとコンクリートブロック36、38との内部に跨って配置された主筋40によって、連層耐震壁14A〜14Dとコンクリートブロック36、38との接合部には所定の強度が確保されている。
なお、説明の都合上、せん断補強筋は省略されているが、必要とされる連層耐震壁14A〜14Dとコンクリートブロック36、38との接合部の強度、コンクリートブロック36、38の剛性や強度等に応じて、主筋やせん断補強筋は適宜設けられる。
このようにして、連層耐震壁14A〜14Dに2つの波形鋼板18は固定される。そして、この固定によって、地震等により建築物32が揺れて波形鋼板18と連層耐震壁14A〜14Dとの接合部にモーメントが発生したときに、このモーメントによる連層耐震壁14A〜14Dに対する波形鋼板18の回転を拘束する。
次に、波形鋼板を有する境界梁34の施工方法の一例を示す。
波形鋼板を有する境界梁34の施工は、波形鋼板配置工程、型枠構成工程、及び波形鋼板設置工程の順に行われる。
波形鋼板配置工程では、隣り合う耐震部材としての連層耐震壁(連層耐震壁14Aと連層耐震壁14B、連層耐震壁14Bと連層耐震壁14C、連層耐震壁14Cと連層耐震壁14D、及び連層耐震壁14Dと連層耐震壁14A)の間に、水平プレート20A、20B、及び鉛直プレート22A、22Bが取り付けられた波形鋼板18を配置する。このとき、1つの境界梁34に対して、壁面を形成するようにそれぞれ立てた状態で2つの波形鋼板18を設けると共に、これらの2つの波形鋼板18を対向させ距離をおいて配置する。
型枠構成工程では、型枠の一部を波形鋼板18によって構成する。この型枠は、コンクリートブロック36、38を形成するために用いられる。例えば、図9(a)、(b)の場合には、波形鋼板18を側型枠とし、隣り合って配置される水平プレート20B間に形成される開口部を鋼製又は木製の型枠で塞ぎこれを底型枠とする。また、例えば、図10に示すように、1つの波形鋼板42を折り曲げて、この波形鋼板42によって側型枠及び底型枠を形成するようにしてもよい。
波形鋼板設置工程では、対向させた波形鋼板18の間にコンクリートを打設し硬化させる。そして、打設されたコンクリートの硬化により、波形鋼板18とコンクリートが硬化したコンクリートブロック36、38と連層耐震壁14A〜14Dとを一体にする。
次に、本発明の第2の実施形態の作用及び効果について説明する。
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
また、図5(c)に示すように、波形鋼板18の両端部の鋼板面がコンクリートブロック36、38の側面に接触して固定されているので、地震等による建築物32の揺れは、鋼板面がコンクリートブロック36、38と接触していない波形鋼板18の部位(以下、「変形部R」とする)の変形により制振される。そして、構造上は、波形鋼板18の変形部Rのみの短スパンの境界梁と同様の挙動を示す。図5(c)の左側には、建築物32が揺れる前の波形鋼板18の状態が示され、図5(c)の右側には、建築物32が揺れているときの波形鋼板18の状態が示されている。
ここで、第1の実施形態で説明したように境界梁は、波形鋼板のスパンを短くした方が効率よく建築物を制振することができ、変形部Rのせん断変形量が大きくなる。よって、境界梁34(波形鋼板18の変形部R)にせん断力を効率よく作用させることができ、建築物32を効果的に制振することができる。
なお、図5(b)は、比較のために、図5(c)よりもコンクリートブロック36、38の材軸方向の長さを短くした場合の波形鋼板18の変形の様子を示したものである。図5(b)では、連層耐震壁14A〜14Dが鉛直線に対してθの角度だけ傾いたときに、波形鋼板18の左右端部の上辺28A、28C、及び下辺30A、30Cに対して、波形鋼板18の中間部の上辺28B及び下辺30Bの角度がθとなる程度に波形鋼板18の中間部が変形している。また、図5(c)では、連層耐震壁14A〜14Dが鉛直線に対してθの角度だけ傾いたときに、波形鋼板18の左右端部の上辺28A、28C、及び下辺30A、30Cに対して、波形鋼板18の中間部の上辺28B及び下辺30Bの角度がθとなる程度に波形鋼板18の中間部が変形している。
すなわち、コンクリートブロック36、38の材軸方向の長さが長くなって、構造上の波形鋼板18のスパンが短くなった境界梁の方が、変形部Rの変形量が大きくなる(θ<θ<θ)ことがわかる。
また、図11(a)、(b)に示すように、コンクリート製の梁本体44の中央部に鉄骨部材46が組み込まれている構造の境界梁(以下、「S・RC組合せ梁48、58」とする)では、梁本体44の端部と鉄骨部材46の端部に設けられたエンドプレート50とを、梁本体44に設けられたアンカーボルト52や、エンドプレート50に設けられた頭付きスタッド54によって接合するのが一般的である(図11(a)では、硬化したグラウト材56を介して接合されている)。
ここで、図11(a)に示すように、アンカーボルト52によって梁本体44の端部と鉄骨部材46の端部に設けられたエンドプレート50とが接合されている接合部に大きな曲げモーメントMが作用すると、アンカーボルト52の断面積等から算出される接合部の回転剛性に応じた回転変形が発生し、これにより地震等により生じる建築物の揺れは接合部の回転変形と鉄骨部材46の変形に費やされる。そして、建築物の曲げ変形が、鉄骨部材の変形よりも接合部の回転変形に多く費やされるようになると、S・RC組合せ梁48の制振効率が大きく低下することが考えられる。
また、図11(b)に示すように、頭付きスタッド54によって梁本体44の端部と鉄骨部材46の端部に設けられたエンドプレート50とが接合されている接合部に大きな曲げモーメントMが作用すると、エンドプレート50が梁本体44の端部から剥離するような変形が生じて頭付きスタッド54に力が生じるために、接合部に変形が生じてしまうことが考えられる。
これに対して第2の実施形態の境界梁34では、波形鋼板18の端部は、連層耐震壁14A〜14Dから突き出たコンクリートブロック36、38の側面に鋼板面を接触させ固定させてこのコンクリートブロック36、38と一体になっているので、波形鋼板18とコンクリートブロック36、38との間の力の伝達が確実かつスムーズに行われ、S・RC組合せ梁48、58を用いた場合に危惧される、波形鋼板18とコンクリートブロック36、38との接合部に発生する回転変形を防ぐことが可能になる。そして、これによって、境界梁34の制振効率を高めることができる。
また、波形鋼板18の鋼板面と接触するコンクリートブロック36、38の大きさ(コンクリートブロック36、38の材軸方向の長さ)を変えて波形鋼板18のせん断変形量を容易に調整することができる。
また、波形鋼板18と連層耐震壁14A〜14Dとを、打設されるコンクリートにより形成されるコンクリートブロック36、38によって一体となるようにすれば、隣り合う連層耐震壁14A〜14Dに境界梁34を容易に設置することができる。
また、境界梁34を設置する場合、波形鋼板18は、連層耐震壁14A〜14Dにコンクリートブロック36、38を設けた後にこのコンクリートブロック36、38に取り付けてもよいし、連層耐震壁14A〜14D間に配置した後にコンクリートを打設してコンクリートブロック36、38を形成してもよいので、施工手順の自由度が高い境界梁34を提供することができる。
図11(a)で説明したS・RC組合せ梁48の接合方法では、S・RC組合せ梁48の左右両側に配置されるアンカーボルト52の位置がずれていると、S・RC組合せ梁48を取り付け難くなるので、アンカーボルト52の施工においてアンカーボルト52の高い位置精度を必要とする。これに対して、連層耐震壁14A〜14D間に境界梁34を配置した後にコンクリートを打設してコンクリートブロック36、38を形成するようにすれば、コンクリートブロック36、38の位置精度を気にする必要がなくなる。
また、連層耐震壁14A〜14Dから突き出たコンクリートブロック36、38の側面に波形鋼板18の両端部の鋼板面が接触して固定されているので、波形鋼板18の変形部Rにせん断変形を均一に生じさせることが可能になり、効率よく建築物32の揺れを制振することができる。
また、コンクリートブロック36、38の両側面に波形鋼板18を配置することにより、コンクリートブロック36、38を形成するために行うコンクリート打設に用いる型枠の側枠として波形鋼板18を兼用できる。よって、型枠解体作業を不要とすることが可能となり、また、廃材を減らすことができる。
このとき、波形鋼板18の折り筋は、建築物12の各階層に境界梁34が設けられた状態において横方向に形成されているので、高い曲げ剛性を有する。よって、コンクリート打設時に設置する型枠用の支保工の数を減らす又は支保工を設置しないでコンクリート打設を行うことが可能となる。これにより、施工性向上を図ることができる。
以上、本発明の第2の実施形態について説明した。
なお、第2の実施形態におけるコンクリートブロック36、38への波形鋼板18の固定方法は、コンクリートブロック36、38へ波形鋼板18を確実に固定できる方法であればよい。例えば、ボルトや接着剤を用いてコンクリートブロック36、38に波形鋼板18を固定してもよい。また、コンクリートブロック36、38が硬化する際の付着力に期待してもよい。この場合、波形鋼板18の波形状による凹凸によって、波形鋼板18とコンクリートブロック36、38との付着性が高められる。また、この付着性を高めるために、図12の断面図に示すように、波形鋼板18のコンクリートブロック36、38側の表面に頭付きスタッド60を設けてもよいし、波形鋼板18のコンクリートブロック36、38側の表面に粗面処理を施してもよい。
また、第2の実施形態では、コンクリートブロック36、38の両側面に、波形鋼板18の左右両端部の鋼板面を接触させて固定した例を示したが、コンクリートブロック36、38の一方を設けずに、コンクリートブロック36又はコンクリートブロック38の側面に波形鋼板18の一端部の鋼板面を接触させて固定するようにしてもよい。
このようにすれば、波形鋼板18の一端部のみにコンクリートブロック36、38を設ければよいので、コンクリート打設作業の施工手間を低減することができる。
また、このコンクリートブロック36、38の両側面に波形鋼板18の左右両端部の鋼板面を接触させて固定した例を示したが、コンクリートブロック36、38の片側の側面にのみ1つの波形鋼板18を設けてもよい。
また、第2の実施形態では、2つの波形鋼板18によって境界梁34を構成した例を示したが、図13の断面図に示すように、境界梁は、3つ以上の波形鋼板18によって構成してもよい。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態は、第2の実施形態で示した波形鋼板18を複数の波形鋼板ピースによって構成したものである。したがって、第3の実施形態の説明において、第2の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
図14(a)、(b)の斜視図に示すように、第3の実施形態の境界梁62では、複数の波形鋼板ピース64A〜64Cを連結して波形鋼板18が構成されている。そして、波形鋼板ピース64Aと波形鋼板ピース64B、及び波形鋼板ピース64Cと波形鋼板ピース64Bとが、ボルト66によって接合されている。
図14(a)には、波形鋼板ピース64A〜64Cを連結する前の状態が示され、図14(b)には、波形鋼板ピース64A〜64Cを連結した状態が示されている。
なお、波形鋼板ピース64Aと波形鋼板ピース64B、及び波形鋼板ピース64Cと波形鋼板ピース64Bとの接合方法は、波形鋼板ピース64Aと波形鋼板ピース64B、及び波形鋼板ピース64Cと波形鋼板ピース64Bとが、力の伝達可能に連結できる接合方法であればよい。
次に、本発明の第3の実施形態の作用及び効果について説明する。
第3の実施形態では、第2の実施形態と同様の効果が得られる。
また、図14(a)、(b)で示したように、分割した複数の波形鋼板ピース64A〜64Cを個々に配置して波形鋼板18を設置することが可能になる。これによって、波形鋼板18の設置作業を容易に行うことができる。
また、左右に配置された波形鋼板ピース64A、64Cの鋼板面をコンクリートブロック36、38の側面に接触させて固定し、中間部に配置された波形鋼板ピース64Bにせん断変形や塑性変形が生じるようにすれば、地震等により変形した波形鋼板ピース64Bのみを容易に交換することができる。
また、この場合の波形鋼板ピース64Bを低降伏点鋼とすれば、振動エネルギーの吸収性能を向上させると共にメンテナンスにかかる費用を低く抑えることができる。
また、例えば、図14(a)、(b)で示したように、建築物32の各階層に境界梁62が設けられた状態において折り筋が横方向に形成されている波形鋼板18が、横方向に並ぶ3つの波形鋼板ピース64A〜64Cによって構成されている場合、横方向中間部に位置する波形鋼板ピース64Bと、左右に配置された波形鋼板ピース64A、64Cとをラップさせて固定する構造にすれば境界梁(波形鋼板)の長さ調整を行うことができる。
また、例えば、建築物の各階層に境界梁が設けられた状態において折り筋が上下方向に形成されている波形鋼板が、横方向に並ぶ3つの波形鋼板ピースによって構成されている場合、横方向中間部に位置する波形鋼板ピースと、左右に配置された波形鋼板ピースとをラップさせて固定する構造にすれば左右に配置された波形鋼板ピース同士が上下方向にずれていても、このずれを横方向中間部に位置する波形鋼板ピースによって吸収することができる。
以上、本発明の第3の実施形態について説明した。
なお、第3の実施形態では、波形鋼板18を3つの波形鋼板ピース64A〜64Cによって構成した例を示したが、波形鋼板18は、2つの波形鋼板ピースによって構成してもよいし、4つ以上の波形鋼板ピースによって構成してもよい。
以上、本発明の第1〜第3の実施形態について説明した。
なお、第1〜第3の実施形態では、耐震部材を連層耐震壁14A〜14Dとした例を示したが、地震等の揺れによって同一立面内で変位差が生じる複数の耐震部材の間に境界梁を設置できる構成であればよく、耐震部材を、耐震壁、連層耐震壁(例えば、階段室壁、エレベーターシャフト、戸境壁等のコア壁)、又はラーメン架構を構成する柱としてもよい。
耐震部材を、ラーメン架構を構成する柱とすれば、例えば、鉄筋コンクリート製の耐震壁を設ける場合よりも、建築物に制振対策を施す際の建築計画自由度を向上させることができる。この場合、ラーメン架構は、通常の純ラーメン架構としてもよいし、壁式ラーメン架構としてもよい。
第1〜第3の実施形態では、下端部を固定端とした片持ち梁のような曲げ変形を耐震部材に卓越して生じさせる建築物(構造物)について説明を行ったが、耐震部材に曲げ変形とせん断変形とを混在させて生じさせる構造物や、耐震部材にせん断変形を卓越して生じさせる構造物であっても、境界梁の左右両端部で変形差(高低差)を生じさせて、境界梁のエネルギー吸収部(波形鋼板)にせん断変形を効率的に発生させる構造物であれば、第1〜第3の実施形態で示したものと同様の制振効果を境界梁に発揮させることができる。
さらに、境界梁部分は短スパンであれば、制振効果をより高めることができるので、より望ましい。
また、第1〜第3の実施形態では、波形鋼板18の断面形状を、凹凸が交互になるように台形を上下に連続して配置した波形状とした例を示したが、波形鋼板18の断面形状は波形であればよく、凹凸が交互になるように、矩形、山形、円弧等を上下に連続して配置した波形状としてもよい。
また、第1〜第3の実施形態では、建築物12、32の各階層に境界梁16、34、62が取り付けられた状態において、波形鋼板18の折り筋が横方向に形成されている例を示したが、建築物12、32の各階層に境界梁16、34、62が取り付けられた状態において、波形鋼板18の折り筋が上下方向に形成されていても、第1〜第3の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。例えば、第2の実施形態で示した図9(a)、(b)の境界梁34を、図15(a)の平面図、及び図15(b)の側面図に示す境界梁68のようにしてもよい。
建築物に設けられた隣り合う耐震部材がコンクリートによって形成され、これらの耐震部材に鉄骨製の境界梁が架け渡される場合、耐震部材のコンクリートに乾燥収縮が生じるとこの乾燥収縮に伴って境界梁に軸力(引張力・圧縮力)が常時作用してしまうことが考えられる。そして、この常時付加される応力によって設計限界値以下の荷重で境界梁が降伏しまうことが危惧される。
これに対して、境界梁68は、波形鋼板70の折り筋が上下方向に形成されているので、耐震部材としての連層耐震壁14A〜14Dが鉄筋コンクリートによって形成されている場合においても、コンクリート(連層耐震壁14A〜14D)の乾燥収縮に伴う軸力(引張力・圧縮力)が境界梁68(波形鋼板70)に作用しても波形鋼板70はアコーディオンのように伸長してしなやかに抵抗でき、これにより波形鋼板70には応力がほとんど発生しない。
よって、耐震部材としての連層耐震壁14A〜14Dを形成するコンクリートの乾燥収縮に伴う常時付加応力の発生を防ぐことができる。
また、第1〜第3の実施形態で示した波形鋼板18の一部又は全部を低降伏点鋼によって形成してもよい。このようにすれば、地震等による建築物12、32の揺れが大きくなって波形鋼板18に塑性変形が生じたときの振動エネルギーの吸収性能を向上させることができる。
また、第1〜第3の実施形態では、建築物12、32の全ての階層に境界梁16、34、62を配置した例を示したが、全ての階層に境界梁を配置しなくてもよいし、第1〜第3の実施形態の境界梁16、34、62を組み合わせて適用してもよい。例えば、建築物の下方に境界梁16を配置し、建築物の上方に境界梁34を配置するようにしてもよい。
また、第2の実施形態で示した境界梁34の特性を生かして、境界梁の設計を行うことができる。すなわち、波形鋼板の鋼板面と接触するコンクリートブロックの材軸方向の長さを変えて波形鋼板のせん断変形量を調整する。
このようにすれば、構造設計上の仕様に応じて境界梁の変形性能を容易に設定することが可能なので、きめ細かい構造設計を行うことができる。
以上、本発明の第1〜第3の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第1〜第3の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
本発明の第1の実施形態に係る建築物を示す立面図である。 図1(a)のA−A矢視図である。 本発明の第1の実施形態に係る境界梁を示す斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る境界梁を示す平面図及び側面図である。 本発明の第1及び第2の実施形態に係る境界梁の作用を示す説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る建築物を示す立面図である。 図6のB−B矢視図である。 本発明の第2の実施形態に係る境界梁を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係る境界梁を示す平面図及び側面図である。 本発明の第2の実施形態に係る境界梁の変形例を示す断面図である。 従来の境界梁を示す説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る境界梁の変形例を示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る境界梁の変形例を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る境界梁を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係る境界梁の変形例を示す平面図及び側面図である。 従来の制振梁を示す説明図である。
符号の説明
12、32 建築物
14A〜14D 連層耐震壁(耐震部材)
16、34、62、68 境界梁
18、42、70 波形鋼板
36、38 コンクリートブロック

Claims (14)

  1. 構造物に設けられた隣り合う耐震部材に壁面を形成するように架け渡され固定される波形鋼板を有する境界梁。
  2. 前記耐震部材は、耐震壁である請求項1に記載の境界梁。
  3. 前記耐震部材は、ラーメン架構を構成する柱である請求項1に記載の境界梁。
  4. 前記波形鋼板の折り筋は、横方向に形成されている請求項1〜3の何れか1項に記載の境界梁。
  5. 前記波形鋼板の折り筋は、上下方向に形成されている請求項1〜3の何れか1項に記載の境界梁。
  6. 前記波形鋼板は、複数の波形鋼板ピースを連結して構成されている請求項1〜5の何れか1項に記載の境界梁。
  7. 前記波形鋼板の一部又は全部は、低降伏点鋼によって形成されている請求項1〜6の何れか1項に記載の境界梁。
  8. 前記波形鋼板の両端部の鋼板面は、前記耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に固定されている請求項1〜7の何れか1項に記載の境界梁。
  9. 前記波形鋼板の一端部の鋼板面は、前記耐震部材から突き出たコンクリートブロックの側面に固定されている請求項1〜7の何れか1項に記載の境界梁。
  10. 前記波形鋼板は、前記コンクリートブロックの両側面に配置されている請求項8又は9に記載の境界梁。
  11. 請求項8〜10の何れか1項に記載の境界梁の設計方法において、
    前記波形鋼板の鋼板面と接触する前記コンクリートブロックの材軸方向の長さを変えて前記波形鋼板のせん断変形量を調整する境界梁の設計方法。
  12. 波形鋼板を有する境界梁の施工方法において、
    構造物に設けられた隣り合う耐震部材に壁面を形成するように前記波形鋼板を架け渡し固定する波形鋼板設置工程を有する境界梁の施工方法。
  13. 波形鋼板を有する境界梁の施工方法において、
    構造物に設けられた隣り合う耐震部材の間に壁面を形成するように前記波形鋼板を対向させ距離をおいて配置する波形鋼板配置工程と、
    前記耐震部材から突き出たコンクリートブロックを形成する型枠の一部を前記波形鋼板によって構成する型枠構成工程と、
    前記対向させた波形鋼板の間にコンクリートを打設し硬化させて、前記波形鋼板と前記コンクリートが硬化した前記コンクリートブロックと前記耐震部材とを一体にする波形鋼板設置工程と、
    を有する境界梁の施工方法。
  14. 請求項1〜10の何れか1項に記載の境界梁を有する建築物。
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