JP2017002513A - 耐力壁および壁構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上下方向に延在し間隔をあけて配置された複数の縦枠材2,2,2と、隣り合う縦枠材2,2の上端部どうしおよび下端部どうしを連結する一対の横枠材3a,3bと、隣り合う縦枠材2,2および一対の横枠材3a,3bに接合された壁面材4,4と、を備える耐力壁1において、壁面材4,4には、上下方向に間隔をあけて配列された複数の孔部41,41…が形成され、孔部41の縁部には、壁面材4,4と一体に形成されて壁面材4の面外方向の一方側に突出するリブ43が設けられていて、壁面材4,4の一方の面側には、隣り合う2つの縦枠材2,2の間に配置され、隣り合う2つの縦枠材2,2に接合された圧縮抵抗材5,5が設けられている。
【選択図】図1
Description
一方で、建物に設ける耐力壁の数量が多いと建物の間取りが制約を受けるため、耐力壁の数量を削減できることが望ましい。このため、耐力を向上させた耐力壁を用いて建物に設ける耐力壁の数量を削減する技術が知られている。
例えば、耐力を向上させた耐力壁として、枠材に鋼板などの壁面材が接合され、外力が作用すると、壁面材にはせん断応力が生じ、枠材には軸力が生じるように設計された耐力壁が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このため、壁面材の面内に発生可能な圧縮力を増大し耐力を向上させることができる耐力壁およびこの耐力壁が連続して配置された壁構造が望まれている。
また、耐力壁および壁構造の耐力を向上させる際に、耐力の値が所望の値となるように耐力の値を容易に設定できる耐力壁および壁構造が望まれている。
このため、耐力壁に外力が作用した際の壁面材の面内に発生可能な圧縮力の値を増大させることができる。これにより、壁面材に発生可能な斜め方向の引張力の値を上昇させることができて、耐力壁の耐力を上昇させることができる。
また、圧縮抵抗材の形態や数量を調整することで、壁面材の面内に発生可能な圧縮力の値を設定できるため、耐力壁の耐力の値を容易に設定できる。
このような構成とすることにより、圧縮抵抗材と壁面材とが相対的に変位可能となるため、耐力壁に外力が作用した際の壁面材の変形を圧縮抵抗材が直接阻止することがない。このため、耐力壁に圧縮抵抗材が設けられていても、壁面材は、耐力壁に外力が作用した際に上下方向に隣り合う孔部間の部分にせん断応力が集中する形態とすることができる。
このような構成とすることにより、圧縮抵抗材の製造および圧縮抵抗材の縦枠材への取り付けを容易に行うことができる。特に、圧縮抵抗材の縦枠材へ取り付けが、ネジ、ボルト、リベット等の固定具を用いた接合や、かしめ等の嵌合によるものであると、圧縮抵抗材の縦枠材に容易に取り付けすることができる。
このような構成とすることにより、耐力壁に外力が作用した時に孔部の縁部に作用する曲げ応力を分散させることができるとともに、孔部の変形を防止することができる。
このような構成とすることにより、耐力壁に外力が作用した際の壁面材に生じるせん断応力が上下方向に隣り合う孔部の中心を結ぶ直線の中心部近傍に集中するとともに、孔部の軸線に直交する水平線の上側と下側において、互いに反対方向となる水平方向のせん断応力が生じて互いに打ち消すことになる。このため、壁面材の縦枠材側の周縁部近傍(縦枠材との接合部近傍)に作用するせん断応力は小さくなり、壁面材から縦枠材へ伝達される水平方向のせん断応力を減少させることができる。
このような構成とすることにより、連続して配置された耐力壁は、一の水平方向の両端部にそれぞれ配置された一対の縦枠材のうちの少なくとも一方の縦枠材が、上方部分どうしおよび下方部分どうしのみが連結されつつも、外力が作用した際の挙動が隣り合う耐力壁の影響を受けず、それぞれ耐力を発揮することができる。
また、各耐力壁の一の水平方向に隣り合う2つの縦枠材に接合する圧縮抵抗材の形態や数量を調整することで、それぞれの耐力壁の面内に発生する圧縮力の値を設定できて耐力の値を容易に設定できるため、壁構造の耐力の値を容易に設定することができる。
このようにすることにより、隣り合う耐力壁の強度を均一にすることができる。
以下、本発明の実施形態による耐力壁について、図1乃至図5に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態による耐力壁1は、上下方向に延在して互いに幅方向に所定の間隔をあけて平行に配された3つの縦枠材2,2,2と、3つの縦枠材2,2,2の上端部どうしおよび下端部どうしを連結する一対の横枠材3a,3bと、幅方向に隣り合う縦枠材2,2および一対の横枠材3a,3bにそれぞれ接合された2つの壁面材4,4と、幅方向に延在し幅方向に隣り合う縦枠材2,2にそれぞれ接合された2つの圧縮抵抗材5,5と、を備えている。
第1縦枠材2aおよび第2縦枠材2bは、幅方向の外側に配置された第1縦材21と、第1縦材21の幅方向の内側に接合された第2縦材22と、をそれぞれ有している。
本実施形態では、図2に示すように、第1縦材21は角形鋼管とし、第2縦材22はリップ溝形鋼22aとリップ溝形鋼22aの内側に重ねて接合された溝形鋼22bとしている。第2縦材22のリップ溝形鋼22aおよび溝形鋼22bは、幅方向の内側に向かって開口する向きに配置されている。
第3縦枠材2cは、1つの部材から構成されていて、溝形鋼としている。
一対の横枠材3a,3b(図1参照)は、溝形鋼や角型鋼管としている。
第1縦枠材2aおよび第2縦枠材2bと一対の横枠材3a,3bとは、それぞれの延在方向の端部同士が連結されて、正面視において略矩形状の枠体を構成している。第3縦枠材2cは、上端部および下端部が一対の横枠材3a,3bの延在方向の略中央部にそれぞれ連結されている。
第1壁面材4aおよび第2壁面材4bは、それぞれ平面視略矩形状の鋼板から構成されていて、同一鉛直面内において幅方向に並ぶように配置されている。
第1壁面材4aは、幅方向の一方の端部が第1縦枠材2aに接合され、他方の端部が第3縦枠材2cに接合され、上端部が上側の横枠材3aに接合され、下端部が下側の横枠材3bに接合されている。また、第2壁面材4bは、幅方向の一方の端部が第3縦枠材2cに接合され、他方の端部が第2縦枠材2bに接合され、上端部が上側の横枠材3aに接合され、下端部が下側の横枠材3bに接合されている。
第1壁面材4aおよび第2壁面材4bは、一方の面が第1縦枠材2aおよび第2縦枠材2bのいずれか一方、第3縦枠材2c、および横枠材3a,3bと当接した状態でネジで接合されている。
ここで、第1壁面材4aおよび第2壁面材4bと縦枠材2a,2bとの接合部を第1接合部23とし、第1壁面材4aおよび第2壁面材4bと第3縦枠材2cとの接合部を第2接合部24とする。
本実施形態では、これらの複数の孔部41,41…は、略同じ直径Rに形成されているとともに、上下方向に隣り合う孔部41,41間の距離dが全て略同じ寸法となるように配されている。
また、本実施形態では、上下方向に隣り合う孔部41,41の中心軸41b,41bの間の距離D1は、孔部41の直径R、孔部41と第1接合部23との間の距離D2、および孔部41と第2接合部24との間の距離D3の合計よりも短くなるように設定されている。
リブ43は、第1壁面材4aおよび第2壁面材4bの面外方向(第1壁面材4aおよび第2壁面材4bの面に直交する方向)の一方側に突出している。この第1壁面材4aおよび第2壁面材4bの面外方向の一方側は、第1壁面材4aおよび第2壁面材4bが第1縦枠材2aおよび第2縦枠材2bのいずれか一方、第3縦枠材2c、および一対の横枠材3a,3b(図1参照)が接合されている側となっている。
本実施形態では、リブ43は、孔部41の径方向の断面形状が、孔部41の中心軸41b側に凸となる円弧状で、平板部42と離れるにつれて孔部41の中心軸41bに漸次近づくテーパ状となっている。
本実施形態では、2つの圧縮抵抗材5a,5bは、それぞれ耐力壁1の上下方向の略中央部で、第1壁面材4aおよび第2壁面材4bの面外方向において平板部42と重なる位置に配置されている。
本実施形態では、2つの圧縮抵抗材5,5は、延在方向の両端部それぞれの少なくとも一部が延在方向に直交するように折り曲げられた折り曲げ部53(図2および図3参照)を有する溝形鋼としている。
2つの圧縮抵抗材5a,5bは、第3縦枠材2cを介して互いに幅方向へ力を伝達可能であり、一対の縦枠材2a,2bが互いに引き寄せられる方向の力に対して抵抗可能に構成されている。また、2つの圧縮抵抗材5a,5bは、それぞれ第1壁面材4aおよび第2壁面材4bに接合されておらず、本実施形態では、第1壁面材4aおよび第2壁面材4bと離間している。
なお、2つの圧縮抵抗材5a,5bは、それぞれ図3(c)に示すように2つの形鋼55,55が組み合わさった形態としてもよい。
第1実施形態による耐力壁1では、幅方向に隣り合う縦枠材2,2間に配置され、幅方向に隣り合う縦枠材2,2に接合された圧縮抵抗材5,5が設けられていることにより、幅方向に隣り合う縦枠材2,2が互いに引き寄せられる方向の力に抵抗することができる。これにより、地震時や強風時に耐力壁1に外力が作用して、壁面材4の面内に幅方向に隣り合う縦枠材2,2を互いに引き寄せるような圧縮力が発生すると、圧縮抵抗材5によってこの圧縮力に抵抗することができる。
このため、耐力壁1に外力が作用した際の壁面材4の面内に発生可能な圧縮力の値を増大させることができる。これにより、壁面材4に発生可能な斜め方向の引張力の値を上昇させることができて、耐力壁1の耐力を上昇させることができる。
また、圧縮抵抗材5の形態や数量を調整することで、壁面材4の面内に発生可能な圧縮力の値を設定できるため、耐力壁1の耐力の値を容易に設定できる。
また、リブ43は、少なくとも壁面材4の面外方向の他方側の基端部側に、断面形状において孔部41の中心軸41b側に凸となる円弧状の円弧部43aが形成されて、円弧部43aは、壁面材4の面外方向の他方側から一方側に向かって漸次中心軸41bに近づく形状に形成されている。これにより、耐力壁1に外力が作用した時に孔部41の縁部に作用する曲げ応力を分散させることができるとともに、孔部41の変形を防止することができる。
実験では、図4(a)に示す圧縮抵抗材5が設けられていない耐力壁10、図4(b)に示す圧縮抵抗材5が1つ設けられた耐力壁11、図4(c)に示す圧縮抵抗材5が2つ設けられた耐力壁12、図4(d)に示す圧縮抵抗材5が3つ設けられた耐力壁13の4つの耐力壁10〜13に対し、水平荷重を作用させて、作用する水平荷重と耐力壁1の頂部の水平変形との関係を測定した。なお、図4(a)〜(d)では、各部材間の寸法を表示し、壁面材4の孔部41の記載を省略している。
図6(a)に示すように、第2実施形態では、2つの耐力壁1A,1Bが同一鉛直面内において水平方向に連続して配置され、これらの耐力壁1A,1Bが壁構造8Aを構成している。
ここで、2つの耐力壁1A,1Bのうちの一方を第1耐力壁1Aとし、他方を第2耐力壁1Bとする。
第1耐力壁1Aは、第1縦枠材2aおよび第2縦枠材2bの2つからなり、孔部41,41…が上下方向に一列に配列された1つの壁面材4cが第1縦枠材2a、第2縦枠材2bおよび一対の横枠材3a,3bに接合されている。また、第1耐力壁1Aは、第2耐力壁1Bと隣り合う第2縦枠材2bが、第1実施形態のような第1縦材21(図2参照)を備えておらず第2縦材22のみで構成されている。なお、第2耐力壁1Bと隣り合わない第1縦枠材2aは第1縦材21および第2縦材22で構成されている。
また、耐力壁1Aには、第1縦枠材2aと第2縦枠材2bとの間に配置されて第1縦枠材2aと第2縦枠材2bとを接合する圧縮抵抗材5cが設けられている。
また、第2耐力壁1Bには、第1実施形態と同様に2つの圧縮抵抗材5a,5bが設けられている。
なお、図6(b)に示すように、第1耐力壁1Aの圧縮抵抗材5cと第2耐力壁1Bの圧縮抵抗材5aとは、接合されていない。
本実施形態では、第1耐力壁1Aは、第2耐力壁1Bと比べて幅寸法が小さく形成されている。
そして、壁構造8Aでは、第1耐力壁1Aと第2耐力壁1Bとは、隣り合う側の縦枠材2a,2b(第1耐力壁1Aの縦枠材2bと第2耐力壁1Bの縦枠材2a)の上端部近傍の上方部分どうしが連結されているとともに端部近傍の下方部分どうしが連結されている。図6(a)では、連結された隣り合う縦枠材2a,2bの上方部分を符号E1で示し、下方部分を符号E2で示している。
そして、第1耐力壁1Aと第2耐力壁1Bとは、隣り合う縦枠材2a,2bの上方部分E1および下方部分E2を除く上下方向の中間部は連結されておらず相対変位可能となっている。
これらの第1耐力壁1Aと第2耐力壁1Bとは、当接またはわずかな隙間をあけて配置されている。
また、本実施形態では、連結された隣り合う縦枠材2a,2bの上方部分E1は、縦枠材2a,2bの上端部から壁面材4a〜4cに一番上に形成された孔部41とそのすぐ下側に形成された孔部41との間の高さまでの部分とし、下方部分E2は、縦枠材2a,2bの下端部から壁面材4に一番下に形成された孔部41とそのすぐ上側に形成された孔部41との間の高さまでの部分としている。
また、第2実施形態においても、第1耐力壁1Aおよび第2耐力壁1Bにそれぞれ設ける圧縮抵抗材5a〜5cの形態や数量を調整することで、第1耐力壁1Aおよび第2耐力壁1Bのそれぞれの壁面材4a〜4c面内に発生可能な圧縮力の値を設定できるため、耐力壁1A,1Bの耐力の値を容易に設定できる。
図7に示すように、第3実施形態では、2つの耐力壁1C,1Dが同一鉛直面内において水平方向に連続して配置され、これらの耐力壁1C,1Dが壁構造8Bを構成している。
2つの耐力壁1C,1Dは、それぞれ第2実施形態の耐力壁1Bと同様の形態で、互いに隣り合う側の耐力壁1Cの縦枠材2bおよび耐力壁1Dの縦枠材2aは、第2縦材22のみで構成され、互いに隣り合う側の縦枠材2a,2b(耐力壁1cの縦枠材2b耐力壁1dの縦枠材2a)それぞれの上方部分E1どうしが連結されるとともに下方部分E2どうしが連結されている。なお、第3実施形態においても隣り合う側の縦枠材2a,2bの上下方向の中間部は連結されていない。
また、図9、11、12より、第1耐力壁1Aと第2耐力壁1Bとが上下方向全体にわたって連結された壁構造と、第1耐力壁1Aおよび第2耐力壁1Bの上方部分どうしおよび下方部分どうしのみが連結され上下方向の中間部が連結されていない壁構造8Aとでは、後者の方が同一せん断変形角による比較において、単位長さあたりの水平荷重が大きくなることがわかる。
また、図13(c)に示すように、複数の耐力壁1,1…が連結され隣り合う耐力壁1,1が上下方向全体にわたって連結された壁構造9では、水平荷重が作用すると、斜め方向の引張力が壁構造全体の対角方向の力となり、個々の耐力壁1,1…が異なる挙動をすることがわかる。
例えば、上記の実施形態では、上記の実施形態では、第1〜第3縦枠材2a〜2c、一対の横枠材3a,3bおよび圧縮抵抗材5a〜5cについて角型鋼管や形鋼としているが、上記以外の材料で構成されていてもよい。
また、上記の実施形態では、圧縮抵抗材5は、両端部に折り曲げ部が設けられた形鋼で、この折り曲げ部が第1〜第3縦枠材2a〜2cにネジ54,54…で接合されているが、圧縮抵抗材5には折り曲げ部が設けられていなくてもよい。また、圧縮抵抗材5は第1〜第3縦枠材2a〜2cにネジ54,54…以外のボルト、リベット等の固定具で接合されていてもよいし、かしめ等の嵌合によって接合されていてもよいし、溶接によって接合されていてもよい。
また、上記の実施形態では、圧縮抵抗材5は、壁面材4の平板部42と面外方向に重なる位置に配置されているが、壁面材4の孔部41と面外方向に重なる位置に配置されてもよいし、孔部41と平板部42の境界部分と面外方向に重なる位置に配置されてもよい。
また、上記の実施形態では、壁面材4は、第1〜第3縦枠材2a〜2cにネジで接合されているが、溶接などネジ以外で接合されていてもよい。
1A 第1耐力壁(耐力壁)
1B 第2耐力壁(耐力壁)
2,2a〜2c 縦枠材
3a,3b 横枠材
4,4a〜4c 壁面材
5,5a〜5c 圧縮抵抗材
7 外枠材
8A,8B 壁構造
41 孔部
41a 縁部
41b 中心軸
42 平板部
43 リブ
43a 円弧部
53 折り曲げ部
54 ネジ
Claims (7)
- 上下方向に延在し一の水平方向に互いに間隔をあけて配置された複数の縦枠材と、該複数の縦枠材の上端部どうしおよび下端部どうしを連結する一対の横枠材と、前記一の水平方向に隣り合う前記2つの縦枠材および前記一対の横枠材に接合された壁面材と、を備える耐力壁において、
前記壁面材には、上下方向に間隔をあけて配列された複数の孔部が形成され、該孔部の縁部には、前記壁面材と一体に形成されて該壁面材の面外方向の一方側に突出するリブが設けられていて、
前記壁面材の一方の面側には、前記一の水平方向に隣り合う前記2つの縦枠材の間に配置され、前記一の水平方向に隣り合う前記2つの縦枠材に接合された圧縮抵抗材が設けられていることを特徴とする耐力壁。 - 前記圧縮抵抗材は、前記壁面材に接合されていないことを特徴とする請求項1に記載の耐力壁。
- 前記圧縮抵抗材は、一枚の鋼板が折り曲げられた形鋼または一枚の鋼板が折り曲げられた形鋼を組み合せた部材であり、両端部がそれぞれ折り曲げられて前記縦枠材に接合されていることを特徴とする請求項1または2に記載の耐力壁。
- 前記リブは、少なくとも前記壁面材の面外方向の他方側の基端部側に、断面形状において前記孔部の中心軸側に凸となる円弧状の円弧部が形成されて、
該円弧部は、前記壁面材の面外方向の他方側から一方側に向かって漸次前記中心軸に近づく形状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の耐力壁。 - 前記孔部は、前記一の水平方向に隣り合う前記2つの縦枠材の間に一列に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の耐力壁。
- 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の耐力壁が同一鉛直面内において前記一の水平方向に連続して配置された壁構造であって、
前記耐力壁は、前記一の水平方向の両端部にそれぞれ配置された一対の前記縦枠材のうちの少なくとも一方が、前記一の水平方向に隣り合う前記耐力壁に設けられた前記縦枠材と上方部分どうしおよび下方部分どうしのみが連結されていることを特徴とする壁構造。 - 隣り合う前記耐力壁は、孔部の位置および形状、圧縮抵抗材の位置および数が同一であることを特徴とする請求項6に記載の壁構造。
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JP6486209B2 (ja) | 2019-03-20 |
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