JP2016200000A

JP2016200000A - 壁内の面内方向に平行の三枚以上の鋼板を有する鋼・コンクリート合成壁

Info

Publication number: JP2016200000A
Application number: JP2016141333A
Authority: JP
Inventors: 文聰李; Wen Cong Li
Original assignee: Li Wencong
Current assignee: Li Wencong
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2016-12-01

Abstract

【課題】本発明は，従来の耐震壁の代わりに，優れた耐震性能・耐風圧性能・耐テロ性能を有する鋼・コンクリート合成壁を提供する。

【解決手段】鋼・コンクリート合成壁内の面内方向に三枚以上の鋼板を設置する。三枚以上の鋼板を設置することにより，鋼板・コンクリートの一体化による応力伝達機構は有利になり，鋼板の用量の増加につれて壁の厚さを薄くすることができ，建物の利用可能な空間は広くなる。また，三枚以上の鋼板を設置することにより，鋼板の厚さも薄くすることができ，従来応用されてきた枚数の少ない場合の極厚鋼板の使用を避けることができ，極厚鋼板の溶接を避けることができる。

【選択図】図２

Description

本発明は，建築構造物や土木構造物などを構築する際に適用される鋼・コンクリート合成壁に関する。

構造設計の際，合理的な耐震壁断面が求められている。近年，超高層建築物および建造物の高さ・規模・形は続々更新し，時代のニーズに応じて，優れた耐震性能・耐風圧性能・耐テロ性能を有する新しい耐震壁が要求されている。

麻生直木，相澤覚，池田崇，金子洋文，木村秀樹，毛井崇博，平川恭章，中根一臣：波形鋼板耐震壁の力学性状に関する研究その1 実験概要，日本建築学会大会学術講演梗概集(関東)，C-1，構造III，pp.1123-1124，2006.9

本発明は，従来の耐震壁の代わりに，優れた耐震性能・耐風圧性能・耐テロ性能を有する鋼・コンクリート合成壁を提案して，提供する。この合成壁は曲げ剛性，軸剛性，曲げ強度と軸耐力が期待できる構造材であり，将来の超々高層ビルの耐震壁に適用できる。

超々高層建築物では，建物の高さが高くなると，建物の総重量は増えるので，耐震壁(特に，センターコア)の負担軸力も増えてしまう。増えた自重を解消するため，有効な方法としては壁の厚さを増やすことである。その同時に，構造形式としては，従来の鉄筋コンクリート耐震壁から壁に一枚鋼板を内蔵する耐震壁に変化し，或いは型枠を機能する二枚の鋼・コンクリート耐震壁に変遷してきている。現在，このような耐震壁は2mを超える壁も存在している。壁の厚さそれ以上を増やすと，建物の利用可能な空間は狭くなる。本発明は，壁内の面内方向に三枚以上の鋼板を設置し，優れた耐震性能を有する新しい形式である耐震壁を提供する。三枚以上の鋼板を設置した後，鋼板と鋼板の間の隙間にコンクリートを充填することにより，鋼板・コンクリートの一体化による応力（曲げモーメントとねじりモーメントと軸方向力とせん断力）伝達機構は有利になる。また，三枚以上の鋼板を設置することにより，鋼板の用量の増加につれて壁の厚さを薄くすることができ，建物の利用可能な空間は広くなる。また，三枚以上の鋼板を設置することにより，鋼板の厚さも薄くすることができ，従来応用されてきた枚数の少ない場合の極厚鋼板の使用を避けることができ，極厚鋼板の溶接を避けることができる。以下，本発明に関係する鋼・コンクリート合成耐震壁について，図示した実施例に基づいて説明する。

図２は鋼・コンクリート耐震壁の第１実施例の横断面図を示したものである。図１にこの実施例の一部を拡大したものを示す。この実施例では壁内の面内方向に三枚の鋼板28と複数の隔離用鋼板29を取付ける。形成された各チスチールチューブに主筋8，せん断補強筋(または構造上の補強筋)9，突出物18とシアコネクタ19を設置する。また，軸剛性の強い通しボルト12，補強鋼管を用いたジベル16と17も取付ける。更に，必要に応じて，CFT式メガ主筋10も配置する。隔離用鋼板29は基本的に壁の全高さまで設置する。本実施例では，充填したコンクリート5は両面から壁の中央領域で設置した鋼板28を拘束し，中央領域で設置した鋼板28を補剛することになる。また，充填したコンクリート5も型枠の機能及び応力を伝達できる機能を有する外側の鋼板28を補剛できる。取付けた通しボルト12はコンクリート打設する際，型枠の機能及び応力を伝達できる機能を有する外側の鋼板28の面外変形を抑制できる。コンクリート5の硬化後，通しボルト12に緊張力を導入することにより，耐震壁を強化できる。三枚の鋼板28を取付けることによって，鋼板・コンクリートの一体化による応力伝達機構は有利になる。隔離用鋼板29の厚さと配置位置，通しボルト12の直径と本数，及び鉄骨比を調整することにより耐震壁の耐力・剛性・変形性能を制御できる。隔離用鋼板29を設置する目的は壁の軸剛性，軸耐力，曲げ剛性と曲げ強度に貢献すること及び横断面の大きい壁を小さく分割することである。横断面の大きい壁にコンクリートを打設する際，水和反応によるコンクリート内部の温度の上昇によりコンクリートの内部にひび割れが生じやすい。複数の隔離用鋼板29を取付けることにより，各チスチールチューブの体積は小さくなり，水和反応による不良現象を抑制することができる。水和反応による不良現象を抑制することは横断面の大きい壁を小さく分割する目的である。極厚コンクリート造の壁にとって，図２に示す鋼・コンクリート合成耐震壁は従来の一枚鋼板を内蔵する耐震壁或いは型枠を機能する二枚の鋼・コンクリート耐震壁より合理である。

図３は鋼・コンクリート耐震壁の第２実施例の横断面図を示したものである。この実施例では壁内の面内方向に設置する鋼板28の枚数が四枚で，主筋8，せん断補強筋(または構造上の補強筋)9，隔離用鋼板29，突出物18，シアコネクタ19，通しボルト12，補強鋼管を用いたジベル16と17を設置している。

図４は鋼・コンクリート耐震壁の第３実施例の横断面図を示したものである。図５にこの実施例の一部を拡大したものを示す。この実施例は鋼・コンクリート耐震壁の第２実施例から発展してきた例である。本実施例では鋼・コンクリート耐震壁の第２実施例の外側に，更に主筋8，せん断補強筋9と連結鉄筋30を設置し，コンクリート5を充填する。

鋼・コンクリート耐震壁の第２実施例と第３実施例では，必要に応じて，壁内の面内方向に設置する鋼板28の枚数が五枚以上で設置することもできる(図示せず)。

鋼・コンクリート耐震壁の第１実施例〜第３実施例では，必要に応じて，壁内の面内方向に設置する鋼板28の両側や片側に補剛リブを設置することもできる(図示せず)。上記の補剛リブとしては鋼板，T形鋼，チャンネル鋼とアングル鋼のいずれにしてもよい。鋼板の補剛方法としては水平方向の補剛，垂直方向の補剛とクロスタイプの補剛などにしてもよい(図示せず)。

波形鋼板は波形の進行する方向の垂直方向に対して荷重を受ける際，面外剛性が大きく，せん断座屈強度が高い特徴がある。図６は鋼・コンクリート耐震壁の第４実施例の横断面図を示したものである。この例は波形鋼板を採用している。図７に図６中のY1−Y1線における断面図の一部を示す。この実施例では外側に水平方向に波形に折り曲げた鋼板31を設置し，中央領域で高さ方向に波形に折り曲げた鋼板32を取付ける。また，壁に主筋8，せん断補強筋(または構造上の補強筋)9，波形鋼板31の補剛リブ33と波形鋼板32の補剛リブ34(図７参照)を設置し，コンクリート5を充填する。補剛リブ33のある波形鋼板31は軸耐力に強いが，補剛リブ34のある波形鋼板32はせん断耐力に強い。波形鋼板31と波形鋼板32が直交するように配置した上で，コンクリート5を充填すれば，軸耐力及びせん断耐力とも強い耐震壁は生まれる。

図８は鋼・コンクリート耐震壁の第５実施例の横断面図を示したものである。図９に図８中のY2−Y2線における断面図の一部を示す。本実施例では中央領域で二枚の高さ方向に波形に折り曲げた鋼板32を取付けている。

図１０は鋼・コンクリート耐震壁の第６実施例の横断面図を示したものである。図１１に図１０中のY3−Y3線における断面図の一部を示す。この実施例は鋼・コンクリート耐震壁の第５実施例から発展してきた例である。本実施例は鋼・コンクリート耐震壁の第５実施例の外側に更に主筋8，せん断補強筋9と連結鉄筋30を設置し，コンクリート5を充填する。

鋼・コンクリート耐震壁の第５実施例と第６実施例では，必要に応じて，壁の中に波形鋼板31と波形鋼板32の枚数を増加させることが可能である。また，波形鋼板31と波形鋼板32の設置位置を入れ替えることもできるが，大きな軸圧縮力を負担する耐震壁の場合，外側には軸力抵抗系波形鋼板31を設置することが望ましい。

鋼・コンクリート耐震壁の第３実施例〜第６実施例では，必要に応じて，壁の面外方向に軸剛性の強い通しボルト12も取付けることができる(図示せず)。

鋼・コンクリート耐震壁の第２実施例〜第６実施例では，必要に応じて，壁の中にCFT式メガ主筋10を設置することもできる(図示せず)。

上述の全ての実施例の鋼板・鋼管・補剛リブは，コンクリートと鋼材の付着強度を上昇させる為に，コンクリートと接触する面は格子状の小さな突起44のある縞鋼板43(図２４参照)を利用しても良い。

鋼・コンクリート耐震壁の第５実施例・第６実施例では，軸力抵抗系波形鋼板31とせん断力抵抗系波形鋼板32は直角するように配置している。しかし，実施方法としてはその方法のみではなく，抵抗するせん断耐力と軸力の割合によって，角度を変更することもできる。波形の折り筋の向きは圧縮ストラットの方向に従って配置すれば，もっと良好な効果を発揮できる。ただし，圧縮ストラットの方向は耐震壁の高さとせいなどの要因により左右される。図１２は各波形鋼板の配置方向のイメージ図の一例である。図１２には，主筋8，せん断補強筋(または構造上の補強筋)9，補剛リブ33と補剛リブ34などを省略している。θは水平方向と波形の折り筋の向きとのなす角度である。水平力抵抗要素の波形鋼板は斜めとする際，壁の鉛直方向の中心を対称として配置する。圧縮ストラットの方向により，θの適用範囲は0^o〜85^oとする。また，大きな軸圧縮力を負担する耐震壁の場合，外側には軸力抵抗系波形鋼板31を設置することが望ましい。

各実施例では，周辺部材27はコンクリート充填丸型鋼管柱にしてもよい。また，必要に応じて，周辺部材27はRC部材やSRC部材に変更してもよい。尚且つ，補剛リブ33は波形鋼板31の両側に設置してもよい。また，波形鋼板の補剛方法としては，波形の折り筋の向きに対して，同じ方向の補剛，垂直方向の補剛(図示せず)などのいずれの方法にしてもよい。更に，全ての波形鋼板は図１４a）〜d）に示すような断面形状をした波形鋼板を利用しても良い。

本発明で提案した鋼・コンクリート合成壁はセンターコアに最適である。良く利用されるセンターコアの断面形状を図１５a）〜e）に示す。図１５a）はL形，図１５b）はT形，図１５c）はH形，図１５d）はコの字形，図１５e）は十字形の壁要素である。ただし，図１５に示す各壁要素には四枚の鋼板を設置しているが，本発明で提案した鋼・コンクリート合成壁要素の各例(第１実施例〜第６実施例のいずれか)は図１５に示す全ての断面に応用してよい。

本発明で提案した鋼・コンクリート合成壁は，強度を期待する耐力壁に最適で，将来の超々高層ビルのセンターコアや連層耐震壁にとって革新になる。

図２の一部の拡大図鋼・コンクリート合成壁の第１実施例の横断面図鋼・コンクリート合成壁の第２実施例の横断面図鋼・コンクリート合成壁の第３実施例の横断面図図４の一部の拡大図鋼・コンクリート合成壁の第４実施例の横断面図図６中のY1−Y1線における一部省略断面図鋼・コンクリート合成壁の第５実施例の横断面図図８中のY2−Y2線における一部省略断面図鋼・コンクリート合成壁の第６実施例の横断面図図１０中のY3−Y3線における一部省略断面図各波形鋼板の配置方向のイメージ図の一例壁の周辺部材27の実施形態の一例波形鋼板耐震壁の全ての実施形態に係る波形鋼板の断面形状を示す断面図良く利用されるセンターコアの壁要素における断面形状を示す断面図鋼板を貫通させて両側に突出する補強鋼管を用いたジベルの第１実施形態の詳細図 a)補強鋼管を用いたジベルの第１実施形態の正面図 b)a)の側面図 c)コンクリートから補強鋼管を用いたジベルに作用する最大応力度の状態を示す図 d)補強鋼管を用いたジベルにある軸力補足用補強鋼板に作用する最大応力度の状態を示す図 e)補強鋼管に通しボルトを通す状態を示す図鋼板を貫通させて両側に突出する補強鋼管を用いたジベルの第２実施形態の詳細図 a)補強鋼管を用いたジベルの第２実施形態の正面図 b)a)の側面図 c)補強鋼管に通しボルトを通す状態を示す図鋼板を貫通させて片側に突出する補強鋼管を用いたジベルの実施形態の詳細図 a)補強鋼管を用いたジベルの実施形態の正面図 b)a)の側面図ずれ止め剛性の高い突出物の第１実施形態の詳細図 a)ずれ止め剛性の高い突出物の第１実施形態の正面図 b)a)の側面図ずれ止め剛性の高い突出物の第２実施形態の詳細図a)ずれ止め剛性の高い突出物の第２実施形態の正面図b)a)の側面図補強鋼管を用いたジベルとずれ止め剛性の高い突出物の他の実施形態ずれ止め剛性の高い突出物の別の使用例 CFT式メガ主筋の実施形態の一例の詳細図a)CFT式メガ主筋の実施形態の一例の横断面図b)図２３a)中のY6−Y6線における一部省略断面図縞鋼板の詳細図

本発明に係る鋼・コンクリート合成壁の実施形態に関して，（０００５）〜（００２１）を参照されたい。

本発明に係る鋼・コンクリート合成壁は建築産業や土木建設産業などの分野に広く利用できる。

4：スチールチューブ
5：コンクリート充填
8：主筋
9 ：せん断補強筋(または構造上の補強筋)
10：CFT式メガ主筋
11：主筋(CFT式メガ主筋内に内蔵する縦筋)
12：軸剛性の強い通しボルト
13：ナット
14：穴(貫通穴)
15：補強鋼管
15-a：補強二重鋼管
15-1：鋼管
15-2：軸力抵抗用補強鋼板
16：両面に突出すタイプの補強鋼管を用いたジベル
17：片面に突出すタイプの補強鋼管を用いたジベル
18：ずれ止め剛性の高い突出物
19：シアコネクタ(主に頭付スタッドである)
23：市販H形鋼
27：柱(周辺部材)
28：鋼板
29：隔離用鋼板
30：連結鉄筋
31：水平方向に波形に折り曲げた鋼板
32：高さ方向に波形に折り曲げた鋼板
33：補剛リブ(鉛直方向設置)
34：補剛リブ(水平方向設置)
35：梁(周辺部材)
36：耐震壁
37：鋼板
38：高力ボルト
39：穴がある鋼板
40：穴がない鋼板
41：鋼管
42：リング式リブ
43：縞鋼板
44：格子状の小さな突起
45：基材(鋼材)
θ：水平方向と波形の折り筋の向きとのなす角度
d₁：穴の直径(補強鋼管15の外径)
d₂：鋼管15-1の内径(軸力補足用補強鋼板15-2の幅)
l：補強鋼管15の長さ(軸力補足用補強鋼板15-2の長さ)
t₁：穴がある鋼板39の厚さ
t₂：軸力補足用補強鋼板15-2の厚さ
F：孔14の断面欠損による軸方向耐力低減値
σ_B：コンクリートの圧縮強度
f_y1：鋼板39の降伏点強度
f_y2：軸力補足用補強鋼板15-2の降伏点強度

Claims

壁内の面内方向に平行の三枚以上の鋼板を取付ける工程と，鋼板と鋼板の間の隙間にコンクリートを充填する工程とを備えたことを特徴とする鋼・コンクリート合成壁の製造方法。
鋼板に縦横に補剛リブを増設する工程，又は壁内の面外方向に複数の隔離用鋼板を増設する工程，或いは主筋とせん断補強筋(または構造上の補強筋)を増設する工程，若しくは壁の面外方向に通しボルトを追加して取付ける工程，或いは鋼板と壁の周辺部材にシアコネクタを追加して取付ける工程，又はこれらの全部或いはこれらの一部を組合せて備えることを特徴とする請求項１に記載の鋼・コンクリート合成壁の製造方法。
全ての鋼板は壁の鉛直方向の中心を対称として配置する工程を備え，壁の両側領域とも一枚以上の水平方向に波形に折り曲げた鋼板，中央領域に一枚以上の高さ方向に波形に折り曲げた鋼板を設置する工程，或いは壁の両側領域とも一枚以上の水平方向に波形に折り曲げた鋼板，中央領域に一枚以上の平鋼板を設置する工程，若しくは壁の両側領域とも一枚以上の水平方向に波形に折り曲げた鋼板，中央領域に一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板を設置する工程，又は壁の両側領域とも一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板，中央領域に一枚以上の高さ方向に波形に折り曲げた鋼板を設置する工程，又は壁の両側領域とも一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板，中央領域に一枚以上の平鋼板を設置する工程，若しくは壁の両側領域とも一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板を設置し，中央領域に一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板を設置する工程，或いは壁の両側領域とも一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板，中央領域に一枚以上の水平方向に波形に折り曲げた鋼板を設置する工程，若しくは壁の両側領域とも一枚以上の波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う波形鋼板を設置し，中央領域に鋼板を設置しない工程を特徴とし，波形の折り筋の向きが圧縮ストラットの方向に従う場合，水平方向と波形の折り筋の向きとのなす角度qの適用範囲が0^o〜85^oとし，必要に応じて主筋とせん断補強筋(または構造上の補強筋)を増設し，鋼板と鋼板の間の隙間にコンクリートを充填する工程を備えた合成壁の製造方法。
請求項１〜３のいずれにおいて，壁の外側に，更に主筋，せん断補強筋と連結鉄筋を増設し，コンクリートを充填する工程を備えたことを特徴とする合成壁の製造方法。