JP2020016022A - 耐震壁 - Google Patents

Abstract

【課題】木材のめり込み性能を利用した靱性確保型の耐震壁を提供する。【解決手段】鉄骨造の柱、上部梁及び下部梁よりなるフレーム内に嵌め込まれる矩形形状の木質壁パネル５と、木質壁パネルの四隅にそれぞれ配置され、フレームに作用する水平力を木質壁パネルに伝達する４体の荷重伝達部６と、を備え、荷重伝達部はそれぞれ、木質壁パネルの側端面５１に当接する押圧面６２１を備えるとともに、上部梁の下面もしくは下部梁の上面に対して一体に設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、木質壁パネルを用いた耐震壁に関する。

近年、耐火性能を備えた耐火木材を柱及び梁に用いた、木造の中層もしくは高層建築物の開発が進んでいる。しかし、木材のみを構造体とした場合、柱の断面寸法が過大となりやすく、コスト面及び空間利用の面から合理的とはいえない。また、耐火木材による柱梁ラーメン構造に備えるモーメント抵抗接合部の高耐力化も、未だ開発途上の状況にある。

このような中、中層もしくは高層建築物への木材の合理的な活用策として、柱や梁に鉄骨造を採用し、高い耐力が要求される耐震要素に木材を採用する構造が検討されている。例えば、特許文献１には、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨造の建物において、建物のフレームに木製の壁体を接合した耐震補強構造が開示されている。

特許文献１では、建物のフレームと木製の壁体との接合に棒鋼よりなる鋼製部材を採用しており、その接合構造は、木製の壁体に孔をあけて接着剤を充填するとともに鋼製部材の一端を挿入する。一方、鋼製部材の他端は柱および梁に接合するが、柱および梁が鉄骨造である場合には鋼製部材の他端を溶接により接合する。このような耐震補強構造は、木製の壁体が軽量であるため取り扱いが容易であるとともに、鋼製部材による接合方法も一般に用いられる簡略な手法であることから、高い施工性を有する。

特開２０００−２２０３０３号公報

しかし、木製の壁体と柱および梁との接合部は、柱および梁よりなるフレームに水平力が作用すると大きなせん断力等の力が加わるため、特許文献１のような接合構造の場合、木製の壁体における鋼製部材が挿入された孔近傍に、割裂などの脆性破壊を生じる恐れがある。木製の壁体に脆性破壊が生じると耐力が頭打ちになることから、耐震要素として木製の壁体を採用する場合には、脆性破壊を回避して、靱性を確保することの可能な構造とすることが望まれる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、木材のめり込み性能を利用した靱性確保型の耐震壁を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の耐震壁は、鉄骨造の柱、上部梁及び下部梁よりなるフレーム内に嵌め込まれる矩形形状の木質壁パネルと、該木質壁パネルの四隅に配置され、前記フレームに作用する水平力を前記木質壁パネルに伝達する４体の荷重伝達部と、を備え、該荷重伝達部はそれぞれ、前記木質壁パネルの側端面に当接する押圧面を備えるとともに、前記上部梁の下面もしくは前記下部梁の上面に対して一体に設けられることを特徴とする。

本発明の耐震壁によれば、フレーム内に嵌め込まれる木質壁パネルは、フレームに接合されることなく、上部梁もしくは下部梁と一体に設けれらた荷重伝達部により、四隅を側端面から挟持されるようにして設置される。これにより、地震等によりフレームに水平力が生じると、木質壁パネルの荷重伝達部が当接する隅部近傍の側端面に圧縮力が作用し、木質壁パネルは、いずれの部位にも引張力が作用することなくフレーム内でスムーズな回転挙動を示す。このため、木質壁パネルには、割裂等の脆弱破壊が生じることなく対角線上の圧縮ストラットが形成され、木質壁パネルとフレームとの間で効率よくせん断力を伝達することが可能となる。

また、フレーム内の木質壁パネルにスムーズな回転挙動を生じさせることで、木質壁パネルの隅部近傍における側端面に、荷重伝達部を積極的にめり込ませて粘り強い破壊特性であるめり込み変形を生じさせ、木質壁パネルに靱性の高い荷重変形特性を付与することができる。したがって、従来より耐震壁に採用されている木製の壁体と比較して、木質壁パネルに高い耐力と靱性を確保することが可能となり、これら木質壁パネルを用いた耐震壁を、鉄骨造の中層もしくは高層建築物に要求される耐震性能を確保することのできる、靱性確保型の耐震壁とすることが可能となる。

本発明の耐震壁は、前記木質壁パネルの両側端面各々に設置される側面補剛板を備え、該側面補剛板は、ダボ型接合具を介して前記木質壁パネルに緊結されることを特徴とする。

本発明の耐震壁によれば、木質壁パネルと側面補剛板との間にせん断力が生じた際、ダボ型接合具が、木質壁パネルのめり込み抵抗によりこのせん断力に抵抗するため、木質壁パネルに引張力を作用させることがない。したがって、両者の間にせん断力が生じた際にも、割裂等の脆性破壊を回避しつつ木質壁パネルの座屈補強を行って、必要とされる耐力を確保することが可能となる。

本発明の耐震壁は、前記荷重伝達部が、前記上部梁の下面もしくは前記下部梁の上面に接合される水平部材と、前記押圧面が形成される鉛直部材とを備えるＬ字形状に形成されることを特徴とする。

本発明の耐震壁によれば、荷重伝達部が簡略な構造であるため、低コストで製作できるとともに、上部梁の下面および下部梁の上面への接合作業も多大な手間を必要とせず、施工性の向上および工費削減に寄与することが可能となる。

本発明の耐震壁は、前記荷重伝達部が、前記水平部材と前記鉛直部材とに直交する態様で接合される一対のリブプレートを備え、該リブプレートはそれぞれ、ダボ型接合具を介して前記木質壁パネルの表面側及び裏面側に緊結されることを特徴とする。

本発明の耐震壁によれば、一対のリブプレートと木質壁パネルとの間にせん断力が生じた際、ダボ型接合具が、木質壁パネルのめり込み抵抗によりこのせん断力に抵抗するため、木質壁パネルに引張力を作用させることがない。したがって、両者の間にせん断力が生じた際にも木質壁パネルの脆性破壊を回避しつつ、木質壁パネルにおける荷重伝達部の押圧面が当接する部位近傍の剛性もしくはめり込み耐力を、向上させることが可能となる。

本発明によれば、耐震壁を木質壁パネルと荷重伝達部とにより構成し、フレーム内に嵌め込まれる木質壁パネルをフレームに接合せず、荷重伝達部により側端面から挟持するようにして設置する構造とすることで、圧縮力が作用した際の木質壁パネルにめり込み変形を生じさせて靱性の高い荷重変形特性を付与でき、木材のめり込み性能を積極的に利用した靱性確保型の耐震壁とすることが可能となる。

本発明の実施の形態における耐震壁の概略を示す図である。 本発明の実施の形態における荷重伝達部の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態におけるフレームに水平力が作用した際の木質壁パネルの回転挙動を示す図である。 本発明の実施の形態における木質壁パネルに側壁補剛板を設置した状態を示す図である。 本発明の実施の形態における荷重伝達部の他の実施例を示す図である。

本発明の耐震壁は、鉄骨造の建築物に適用される木質壁パネルを用いた靱性確保型の耐震壁であり、荷重伝達部を介して木質壁パネルをフレームに設置することで、木質壁パネルに靱性の高い荷重変形特性を付与し、耐震壁に高い耐震性能を確保するものである。以下に、図１〜図５を参照しつつ、本実施の形態における耐震壁の詳細を説明する。

図１で示すように、建築物の耐震壁１０は、鉄骨造の上部梁１及び下部梁２と鉄骨造の一対の柱３とにより構成されるフレーム４内に嵌め込まれている木質壁パネル５と、木質壁パネル５へフレーム４に作用する水平力を伝達する荷重伝達部６と、を備えている。

木質壁パネル５は、直交集積板（ＣＬＴ）や単板積層材（ＬＶＬ）等、いずれの木質壁パネルで構成されるものであってもよく、その形状も、矩形形状であれば正方形もしくは長方形等いずれの形状であってもよい。なお、本実施の形態では、木質壁パネル５として、高さ方向に長辺を有する長方形形状のものを採用している。このような構成の木質壁パネル５は、上部梁１及び下部梁２に接合されることなく、フレーム４内に接合されている４体の荷重伝達部６と密着するように当接し、これらに挟持されるようにして設置されている。

荷重伝達部６は、地震時にフレーム４に作用する水平力を木質壁パネル５に伝達する部材であり、４体のうち２体は上部梁１の下面をなすフランジ１ａに一体となるように接合され、他の２体は下部梁２の上面をなすフランジ２ａに一体となるよう接合されている。

これら４体の荷重伝達部６はいずれも同一の構成を有することから、図２で示す下部梁２のフランジ２ａに接合された荷重伝達部６を事例に挙げ、その構造を以下に説明する。

荷重伝達部６は、下部梁２のフランジ２ａに接合される水平部材６１と、水平部材６１より垂直に立ち上がる鉛直部材６２と、水平部材６１と鉛直部材６２に直交する１対のリブプレート６３と、を備えている。

水平部材６１は鋼板よりなり、高力ボルト７を介して下部梁２のフランジ２ａに一体となるように接合されている。なお、水平部材６１と下部梁２とは、例えば溶接により固着する等、構造上一体となっていればいずれの手段により接合してもよい。

鉛直部材６２は、下端部が水平部材６１の上面に固定された鋼板よりなり、一方の面がフレーム４に作用する水平力を木質壁パネル５の側端面５１に伝達する押圧面６２１として機能する。なお、鉛直部材６２と水平部材６１は、別個の鋼板どうしを接合してＬ字形状となるように製作してもよいし、１枚の鋼板を折り曲げ加工してＬ字形状となるように製作してもよい。

１対のリブプレート６３は、水平部材６１および鉛直部材６２と同様の鋼板よりなり、木質壁パネル５の部材厚に相当する間隔を有して互いに平行に配置されている。これらは、鉛直部材６２及び水平部材６１とは別個の鋼板を用いて製作し、これを鉛直部材６２及び水平部材６１に接合してもよいし、１対のリブプレート６３、鉛直部材６２及び水平部材６１の全てを、１枚の鋼板から折り曲げ加工等により製作してもよい。

上述する構成の荷重伝達部６は、水平部材６１の上面に木質壁パネル５が当接されるとともに、鉛直部材６２の押圧面６２１に木質壁パネル５の側端面５１における下端部が当接する。つまり、水平部材６１及び鉛直部材６２はいずれも木質壁パネル５に当接するのみで、接合されていない。

一方、１対のリブプレート６３はそれぞれ、木質壁パネル５の表面５２及び裏面５３に当接された状態で、ビス等のダボ型接合具８を介して緊結される。しかし、ダボ型接合具８は、木質壁パネル５にめり込むようにして打ち込まれる接合具であり、リブプレート６３と木質壁パネル５との間にせん断力が生じた際、木質壁パネル５のめり込み抵抗によって、これらせん断力に抵抗する。したがって、木質壁パネル５に引張力を作用させることはなく、これにより、木質壁パネル５に割裂等の脆性破壊を生じさせることもない。

このような構成の荷重伝達部６と、木質壁パネル５とを備える耐震壁１０は、木質壁パネル５がフレーム４のいずれにも接合されていない。このため、図３で示すように、地震等によりフレーム４に水平力が生じると、荷重伝達部６の押圧面６２１が当接する木質壁パネル５の隅部近傍における側端面５１に圧縮力が作用し、木質壁パネル５は、いずれの部位にも引張力が作用することなくフレーム４内でスムーズな回転挙動を示す。

これにより、木質壁パネル５には、割裂等の脆弱破壊が生じることなく、対角線上に位置する荷重伝達部６から作用する圧縮力によって圧縮ストラットが形成されるから、この圧縮ストラットによる抵抗の効果により上部梁１及び下部梁２と木質壁パネル５との間で効率よくせん断力を伝達することが可能となる。

また、フレーム４内での木質壁パネル５にスムーズな回転挙動を生じさせることにより、木質壁パネル５の隅部近傍における側端面５１に、荷重伝達部６の押圧面６２１を積極的にめり込ませて粘り強い破壊特性であるめり込み変形を生じさせることができるため、木質壁パネル５に靱性の高い荷重変形特性を付与することができる。

このように、荷重伝達部６を介してフレーム４に木質壁パネル５を設置する構造の耐震壁１０は、木質壁パネル５に高い耐力と靱性を確保することが可能となるため、鉄骨造の中層もしくは高層建築物に要求される耐震性能を確保することのできる、靱性確保型の耐震壁１０となる。

そして、荷重伝達部６の押圧面６２１の面積を、木質壁パネル５の短期許容せん断応力度に達する前にめり込み降伏が生じるよう調整すれば、従来より耐震壁に採用されている木製の壁体と比較して、より高い耐力と靱性を木質壁パネル５に確保することが可能となる。

したがって、耐震壁１０を最も都市部で需要の多い１０階建て前後の店舗オフィス複合ビル等の建築物に採用すると、鉄骨造の上部梁１、下部梁２及び柱３と、木造の木質壁パネル５よりなるハイブリッド構造とすることができる。これにより、木質壁パネル５を耐震壁１０の耐震要素でありながら室内の仕上げ面とした、木質室内空間を有する建築物とすることも可能となる。

なお、１対のリブプレート６３は、木質壁パネル５における荷重伝達部６の押圧面６２１が当接する部位近傍の、剛性及びめり込み耐力を向上させるべく用いるものである。したがって、木質壁パネル５に剛性もしくはめり込み耐力が不足している場合に採用すればよく、十分である場合には必ずしも設けなくてもよい。

ところで、荷重伝達部６の押圧面６２１を介して両側端面５１に圧縮力が作用した木質壁パネル５は、図３で示すような回転挙動を生じると、隅部近傍の上端面及び下端面がそれぞれ、上部梁１のフランジ１ａ及び下部梁２のフランジ２ａに接合されている荷重伝達部６の水平部材６１に押圧される。すると、木質壁パネル５には、高さ方向の圧縮力が作用するため、座屈を生じる恐れがある。

そこで、木質壁パネル５の両側端面５１には、図４で示すように、側面補剛板９を設置し、座屈補強を行うとよい。側面補剛板９は、木質壁パネル５の部材幅に収まる幅を有し、側端面５１の長手方向に延在する帯状の鋼板よりなり、ビス等のダボ型接合具８により木質壁パネル５に緊結されている。

このように、側面補剛板９と木質壁パネル５とをダボ型接合具８を介して緊結すると、前述したようにダボ型接合具８は、木質壁パネル５にめり込むようにして打ち込まれる接合具であるため、側面補剛板９と木質壁パネル５との間にせん断力が生じた際、木質壁パネル５のめり込み抵抗によりこれらせん断力に抵抗する。したがって、割裂等の脆性破壊を生じさせることなく、木質壁パネル５に座屈補強を行い、必要とされる耐力を確保することが可能となる。これにより、木質壁パネル５として、従来より市場にて一般に取引されている長方形形状のものを採用することも可能となる。

なお、側面補剛板９の、木質壁パネル５の側端面５１に対する設置位置や設置長さは、木質壁パネル５の剛性や、木質壁パネル５の矩形形状、木質壁パネル５の上下端面に作用する圧縮力等に応じて適宜設定すればよい。

本発明の耐震壁は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、図２で示すように、荷重伝達部６の水平部材６１に木質壁パネル５を当接させる態様としたが、必ずしもこれに限定するものではなく、図５（ａ）で示すように、鉛直部材６２を挟んで木質壁パネル５の逆側に、水平部材６１を配置してもよい。さらには、水平部材６１と鉛直部材６２を備えるＬ字形状に限定されるものではなく、図５（ｂ）で示すような、鉛直面と水平面を有するブロック体により構成されてもよい。

また、本実施の形態では、荷重伝達部６を別途製作し、高力ボルト７や溶接等を介して上部梁１及び下部梁２に一体となるよう接合したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、荷重伝達部６を有する上部梁１及び下部梁２を製造してもよい。

つまり、荷重伝達部６は、上部梁１もしくは下部梁２に一体に設けられ、フレームに作用する水平力を木質壁パネル５に伝達することの可能な、側端面５１に当接する押圧面６２１を備える構成であれば、いずれの形状であってもよい。なお、図５（ａ）（ｂ）のように、木質壁パネル５の上端面及び下端面と上部梁１及び下部梁２との間に荷重伝達部６の水平部材６１が存在しない場合には、木質壁パネル５の上端面を上部梁１のフランジ１ａに密着させ、同様に木質壁パネル５の下端面を下部梁２のフランジ２ａに密着させるとよい。

また、本実施の形態では、１対のリブプレート６３および側面補剛板９を木質壁パネル５に緊結するにあたり、ダボ型接合具８としてビスを採用しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、木材のめり込み抵抗によってせん断力に抵抗する接合具であれば、いずれを採用してもよい。

１ 上部梁
１ａ フランジ
２ 下部梁
２ａ フランジ
３ 柱
４ フレーム
５ 木質壁パネル
５１ 側端面
５２ 表面
５３ 裏面
６ 荷重伝達部
６１ 水平部材
６２ 垂直部材
６２１ 押圧面
６３ リブプレート
７ 高力ボルト
８ ダボ型接合具
９ 側面補剛板
１０ 耐震壁

Claims (4)

1. 鉄骨造の柱、上部梁及び下部梁よりなるフレーム内に嵌め込まれる矩形形状の木質壁パネルと、
   該木質壁パネルの四隅にそれぞれ配置され、前記フレームに作用する水平力を前記木質壁パネルに伝達する４体の荷重伝達部と、を備え、
   該荷重伝達部はそれぞれ、前記木質壁パネルの側端面に当接する押圧面を備えるとともに、前記上部梁の下面もしくは前記下部梁の上面に対して一体に設けられることを特徴とする耐震壁。
2. 請求項１に記載の耐震壁において、
   前記木質壁パネルの両側端面各々に設置される側面補剛板を備え、
   該側面補剛板は、ダボ型接合具を介して前記木質壁パネルに緊結されることを特徴とする耐震壁。
3. 請求項１または２に記載の耐震壁であって、
   前記荷重伝達部が、前記上部梁の下面もしくは前記下部梁の上面に接合される水平部材と、前記押圧面が形成される鉛直部材とを備えるＬ字形状に形成されることを特徴とする耐震壁。
4. 請求項３に記載の耐震壁であって、
   前記荷重伝達部が、前記水平部材と前記鉛直部材とに直交する態様で接合される一対のリブプレートを備え、
   該リブプレートはそれぞれ、ダボ型接合具を介して前記木質壁パネルの表面側及び裏面側に緊結されることを特徴とする耐震壁。

Images