JP2020521071A - 組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造 - Google Patents

組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は建築構造の接合技術分野に関し、組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造を提供することを課題とする。【解決手段】 本発明は鋼柱、Ｈ形鋼梁及び耐力壁モジュールを含み、耐力壁モジュールは左右２組のスリット付壁板を含み、耐力壁モジュールとＨ形鋼梁のフランジはアングルで接合し、鋼柱の上下両端にはいずれも接合環状板モジュールが固定され、接合環状板モジュールは外側環状板、内側環状板及び短側板を含み、鋼管柱にはさらに長側板を固定して設け、長側板とスリット付壁板は幾つかのセルフロック式掛金具で連結し、長側板の両側にはいずれもＰＣ鋼より線が何本か設けられ、ＰＣ鋼より線の両端はそれぞれ内側環状板、Ｈ形鋼梁の片側のフランジ及び接合板ＩＩＩを突き抜けた後に接合板ＩＩＩにアンカー固定される。本発明は完全なプレハブ化施工を実現し、現場での溶接が不要で、大地震の際は塑性変形を鋼板耐力壁モジュール部分に限定し、地震後は自己復元が可能であり、損傷部分の交換だけでよく、全体の交換は必要ないため、コストダウンになる。【選択図】 図１

Description

本発明は、建築構造の接合技術分野に関し、具体的には組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造に関するものである。
昨今、都市部では増々多くの高層建築物、超高層建築物が出現しているが、建築物の高さが徐々に増すにつれて、鉛直荷重と比して水平荷重が制御作用を徐々に果たすようになるため、耐側圧部材の選択が極めて重要であることは明らかである。
鋼板耐力壁モジュールは水平せん断力に耐えることを主とする壁体であり、その応力ユニットは、内蔵鋼板及び鉛直端部部材（柱又は鉛直補強筋）、水平端部部材（梁又は水平補強筋）で構成される。鋼板耐力壁モジュールは新型の耐側圧部材であり、比較的大きな初期弾性剛性、大きな変形性能及び良好な塑性特性、安定した履歴特性などの特長を有しているため、目下のところ耐側圧性構造系において大量に用いられている。
鋼板耐力壁モジュールは、鋼板上に一続きの鉛直スリットが設けられ、鋼板壁の鉛直スリットの間の壁梁は一続きの湾曲した小さな柱のようであり、非常に良い延性特性を提供できる新型の耐震部材である。
従来の鋼板耐力壁モジュールはプレハブ化の程度が低い上に、耐力壁モジュール部分と梁柱との接合の多くが全溶接接合又はボルト・溶接複合接合を採用しており、地震が発生した場合には溶接接合部の品質問題及び有効な保護が得られないことによる脆性破壊が生じるとともに、破壊後の修復や補強又は交換が困難であるという問題も存在し、一度作用が失われると役目を果たし続けられなくなるため、必然的に耐力壁モジュールの信頼性が保証し難く、或いは材料の浪費という問題を招いてしまう。
現在、特許文献１のように、従来のＰＣ鋼より線を梁の方向に沿って横方向に配置することで、地震後の変形を自己復元せしめる鋼板耐力壁モジュールが存在するが、この方式は施工作業面に不備な点があり、取り付けの難易度が高く、エネルギー消費性能が低いという幾つもの問題があり、組立式で交換可能な鋼板耐力壁モジュールにも全体を交換しなければならず、鋼材を浪費してしまうという問題が存在している。
中国特許出願番号第２０１５１０３１００４９１号
本発明は、以上のような問題に鑑み、完全なプレハブ化施工を実現した構造であり、鋼板耐力壁を分割して交換することができ、地震後の修復が容易であるとともに自己復元することができる、組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造を提供することを主な目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造は、鋼柱、Ｈ形鋼梁及び耐力壁モジュールを含み、鋼柱は耐力壁モジュールの左右両側に設け、Ｈ形鋼梁は耐力壁モジュールの上下両端に設け、耐力壁モジュールは左右２組のスリット付壁板を含み、２組のスリット付壁板は接合板Ｉによって重ね接合し、耐力壁モジュールとＨ形鋼梁のフランジはアングルによって接合する。
鋼柱の上下両端にはいずれも接合環状板モジュールが固定されており、接合環状板モジュールは外側環状板、内側環状板及び短側板を含み、短側板は外側環状板と内側環状板の間に設け、外側環状板、内側環状板及び鋼柱と固接する。
外側環状板は接合板ＩＩによってＨ形鋼梁の片側のフランジと重ね接合し、内側環状板は接合板ＩＩＩによってＨ形鋼梁のもう一方側のフランジと重ね接合し、短側板は接合板ＩＶによってＨ形鋼梁のウェブと重ね接合する。
上下２つの接合環状板モジュールの間の鋼管柱にはさらに長側板を固定して設けており、長側板とスリット付壁板は幾つかのセルフロック式掛金具によって連結し、セルフロック式掛金具は長側板に設けられた掛金具受け部及びスリット付壁板に設けられた掛金部材を含み、掛金部材は接続アーム及び掛金具を含み、掛金具の幅は接続アームの幅よりも大きく、掛金具受け部には掛金具と対応し合う掛金具収容溝、及び接続アームと対応し合う凹溝が設けてある。
長側板の両側にはいずれもＰＣ鋼より線が何本か設けられており、ＰＣ鋼より線の両端はそれぞれ内側環状板、Ｈ形鋼梁の片側のフランジ及び接合板ＩＩＩを突き抜けた後に接合板ＩＩＩにアンカー固定される。
さらに、耐力壁モジュールのスリット付壁板の各組は、少なくとも２枚のスリット付壁板を含み、スリット付壁板は工場で予め生産した規格部材であり、複数の型番で組み立てを行う。
さらに、各スリット付壁板はいずれにも「Ｓ」型の流線形スリットが幾つか設けてある。
さらに、流線形スリットの両端に円弧遷移部を設けて応力の集中を低減させている。
さらに、接合板Ｉは２枚を含み、耐力壁モジュールの前後両側に対称に設ける。
さらに、Ｈ形鋼梁は２つのアングルによって耐力壁モジュールと接合し、アングルは耐力壁モジュールの前後両側に対称に設ける。
さらに、スリット付壁板と接合板Ｉ、外側環状板と接合板ＩＩ、内側環状板と接合板ＩＩＩ、短側板と接合板ＩＶ、耐力壁モジュールとアングル、Ｈ形鋼梁のフランジとアングルは、いずれも高力ボルトによって接合する。
さらに、高力ボルトは耐圧性の高力ボルトであり、強度レベルは１０．９等級であり、規格はＭ１６〜Ｍ３０である。
上述の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造の取り付け方法には、以下のステップを含む。
第１ステップ：工場で予め生産した鋼柱及び鋼梁の接合を行い、同時にＰＣ鋼より線の緊張を行い且つアンカー固定して、柱梁フレームを形成する。
第２ステップ：耐力壁モジュールの一番下にある２枚のスリット付壁板の掛金部材を掛金具受け部に挿入し、その後スリット付壁板を平面に向かって内回転させてセルフロックで固定し、残りのスリット付壁板を下から上まで順に取り付けて、セルフロックで固定する。
第３ステップ：耐力壁モジュールの前後に接合板Ｉを取り付け、接合板Ｉと左右両側のスリット付壁板を重ね接合し、高力ボルトで固定する。
第４ステップ：耐力壁モジュールとＨ形鋼梁の接続部分の上下両側、前後の計４か所にアングルを取り付け、高力ボルトで接合して、耐力壁モジュールと梁の接合を完成させる。
本発明は次の有利な効果を有する。
（１）本発明における全部材は工場で加工を完了し、現場ではボルトで全て接合できるようにして、鋼板耐力壁の完全なプレハブ化施工を実現しており、現場での溶接によって生じかねない品質問題を回避し、且つ施工の進捗を速め、効率を向上させることができる。
（２）本発明の鋼板耐力壁モジュールに設けた幾つかの「Ｓ」型流線形スリットは、地震作用時に耐力壁全体が最初にエネルギーを消費して、塑性変形を鋼板耐力壁モジュール部分に限定させることができ、柱端はＰＣ鋼より線を使用した自己修復する形態であり、エネルギー消費性能が高く、ＰＣ鋼より線によって大地震後に構造を元の位置に修復し、主体構造を常に弾性状態にさせて、「大地震で倒壊しない」という耐震設計目標を達成している。
（３）本発明の耐力壁モジュールは、数枚のスリット付壁板で構成しており、地震で損傷した場合は損傷部分を交換するだけでよく、全体の交換は必要とせず、「中規模の地震では補修可能」という耐震設計目標を達成し、且つ補修時間を短縮することができ、補修費用が低減し、コストダウンとなる。
本発明の構造概略図である。 本発明の鋼柱の構造概略図である。 本発明の鋼柱とＨ形鋼梁の接合構造概略図である。 図３の分解組立図である。 セルフロック式掛金具の構造分解図である。 本発明の取り付けステップの概略図である。
以下、本発明を図に基づいてさらに説明する。
図１に示す通り、本発明の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造は、鋼柱１、Ｈ形鋼梁２及び耐力壁モジュールを含み、鋼柱は耐力壁モジュールの左右両側に設け、Ｈ形鋼梁は耐力壁モジュールの上下両端に設ける。
耐力壁モジュールは左右２組のスリット付壁板を含み、スリット付壁板の各組は、少なくとも２枚のスリット付壁板３を含むが、図中のスリット付壁板の各組は４枚のスリット付壁板を含んでおり、各スリット付壁板はいずれにも「Ｓ」型の流線形スリットが幾つか設けられ、流線形スリットの両端には円弧遷移部が設けられ、これにより応力の集中を低減させている。２組のスリット付壁板は接合板Ｉ４によって重ね接合され、接合板Ｉは２枚を含み、耐力壁モジュールの前後両側に対称に設けられている。耐力壁モジュールとＨ形鋼梁のフランジはアングル５によって接合され、アングルは２本を含み、耐力壁モジュールの前後両側に対称に設けられ、アングルの一辺はＨ形鋼梁のフランジ板とボルトで接合され、もう一辺は耐力壁のスリット付壁板とボルトで接合されている。
図２に示す通り、鋼柱の上下両端にはいずれも接合環状板モジュールが固定されており、接合環状板モジュールは外側環状板６、内側環状板７及び短側板８を含み、短側板は外側環状板と内側環状板の間に設け、外側環状板、内側環状板及び鋼柱と固接し、上下２つの接合環状板モジュールの間の鋼管柱にはさらに長側板９を固定して設ける。
図３、図４に示す通り、外側環状板は接合板ＩＩ１０によってＨ形鋼梁の片側のフランジと重ね接合し、内側環状板は接合板ＩＩＩ１１によってＨ形鋼梁のもう一方側のフランジと重ね接合し、短側板は接合板ＩＶ１２によってＨ形鋼梁のウェブと重ね接合し、接合板ＩＶは２つあり、Ｈ形鋼梁のウェブの両側に設ける。
図１に示す通り、長側板と耐力壁モジュールの各スリット付壁板は幾つかのセルフロック式掛金具１３によって連結し、図５に示す通り、セルフロック式掛金具は長側板に設けられた掛金具受け部及び耐力壁モジュールのスリット付壁板に設けられた掛金部材を含み、掛金部材は接続アーム１４及び掛金具１５を含み、掛金具は円柱体であり、接続アームは長方体であり、掛金具の直径は接続アームの幅よりも大きく、掛金具受け部には掛金具と対応し合う掛金具収容溝１６、及び接続アームと対応し合う凹溝１７が設けてある。
図１、図３に示す通り、長側板の両側にはいずれもＰＣ鋼より線１８が何本か設けられており、ＰＣ鋼より線の両端はそれぞれ内側環状板、Ｈ形鋼梁の片側のフランジ及び接合板ＩＩＩを突き抜けた後に接合板ＩＩＩにアンカー固定され、ＰＣ鋼より線の極限支持力は３０％〜５０％である。
上述で言及した接合部分にはいずれも高力ボルトを採用するが、それにはスリット付壁板と接合板Ｉの接合、外側環状板と接合板ＩＩの接合、内側環状板と接合板ＩＩＩの接合、短側板と接合板ＩＶの接合、耐力壁モジュールとアングルの接合、Ｈ形鋼梁のフランジとアングルの接合のすべてに高力ボルトを採用することを含み、高力ボルトは耐圧性の高力ボルトであり、強度レベルは１０．９等級であり、規格はＭ１６〜Ｍ３０である。
図６に示す通り、上述の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造の取り付け方法には以下のステップを含む。
第１ステップ：工場で予め生産した鋼柱及び鋼梁の接合を行い、同時にＰＣ鋼より線の緊張を行い且つアンカー固定して、柱梁フレームを形成する。
第２ステップ：耐力壁モジュールの一番下にある２枚のスリット付壁板の掛金部材を掛金具受け部に挿入し、その後スリット付壁板を平面に向かって内回転させてセルフロックで固定し、残りのスリット付壁板を下から上まで順に取り付けて、セルフロックで固定する。
第３ステップ：耐力壁モジュールの前後に接合板Ｉを取り付け、接合板Ｉと左右両側のスリット付壁板を重ね接合し、高力ボルトで固定する。
第４ステップ：耐力壁モジュールとＨ形鋼梁の接続部分の上下両側、前後の計４か所にアングルを取り付け、高力ボルトで接合して、耐力壁モジュールと梁の接合を完成させる。
上述は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、当業者であれば本発明の様々な変更及び改変が可能である。本発明の精神及び原則内において行われる何らかの修正、均等物による置換、改良などはすべて本発明の保護範囲を逸脱しない。
１ 鋼柱
２ Ｈ形鋼梁
３ スリット付壁板
４ 接合板Ｉ
５ アングル
６ 外側環状板
７ 内側環状板
８ 短側板
９ 長側板
１０ 接合板ＩＩ
１１ 接合板ＩＩＩ
１２ 接合板ＩＶ
１３ セルフロック式掛金具
１４ 接続アーム
１５ 掛金具
１６ 掛金具収容溝
１７ 凹溝
１８ ＰＣ鋼より線

Claims (9)

  1. 鋼柱（１）、Ｈ形鋼梁（２）及び耐力壁モジュールを含み、前記鋼柱（１）は前記耐力壁モジュールの左右両側に設け、前記Ｈ形鋼梁（２）は前記耐力壁モジュールの上下両端に設け、
    前記耐力壁モジュールは左右２組のスリット付壁板（３）を含み、２組の前記スリット付壁板（３）は接合板ＩＩ（４）によって重ね接合し、前記耐力壁モジュールと前記Ｈ形鋼梁（２）のフランジはアングル（５）によって接合し、
    前記鋼柱（１）の上下両端にはいずれも接合環状板モジュールが固定されており、前記接合環状板モジュールは外側環状板（６）、内側環状板（７）及び短側板（８）を含み、前記短側板（８）は前記外側環状板（６）と前記内側環状板（７）の間に設け、前記外側環状板（６）、前記内側環状板（７）及び前記鋼柱（１）と固接し、
    前記外側環状板（６）は接合板ＩＩ（１０）によって前記Ｈ形鋼梁（２）の片側のフランジと重ね接合し、前記内側環状板（７）は接合板ＩＩＩ（１１）によって前記Ｈ形鋼梁（２）のもう一方側のフランジと重ね接合し、前記短側板（８）は接合板ＩＶ（１２）によって前記Ｈ形鋼梁（２）のウェブと重ね接合し、
    上下２つの前記接合環状板モジュールの間の鋼管柱にはさらに長側板（９）を固定して設けており、前記長側板（９）と前記スリット付壁板（３）は幾つかのセルフロック式掛金具（１３）によって連結し、前記セルフロック式留め具（１３）は前記長側板（９）に設けられた掛金具受け部及び耐力壁の壁板に設けられた掛金部材を含み、前記掛金部材は接続アーム（１４）及び掛金具（１５）を含み、前記掛金具（１５）の幅は前記接続アーム（１４）の幅よりも大きく、前記掛金具受け部には前記掛金具（１５）と対応し合う掛金具収容溝（１６）及び前記接続アーム（１４）と対応し合う凹溝（１７）が設けてあり、
    前記長側板（９）の両側にはいずれもＰＣ鋼より線（１８）が何本か設けられており、前記ＰＣ鋼より線（１８）の両端はそれぞれ前記内側環状板（７）、前記Ｈ形鋼梁（２）の片側のフランジ及び前記接合板ＩＩＩ（１１）を突き抜けた後に前記接合板ＩＩＩ（１１）にアンカー固定されることを特徴とする、組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  2. 前記耐力壁モジュールの壁板の各組は、少なくとも２枚の壁板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  3. 各前記スリット付壁板（３）はいずれにも「Ｓ」型の流線形スリットが幾つか設けてあることを特徴とする、請求項１に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  4. 前記流線形スリットの両端に円弧遷移部を設けて応力の集中を低減させることを特徴とする、請求項３に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  5. 前記接合板ＩＩ（４）は２枚を含み、前記耐力壁モジュールの前後両側に対称に設けることを特徴とする、請求項１に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  6. 前記Ｈ形鋼梁（２）は２つの前記アングル（５）によって前記耐力壁モジュールと接合し、前記アングル（５）は前記耐力壁モジュールの前後両側に対称に設けることを特徴とする、請求項１に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  7. 前記スリット付壁板（３）と前記接合板ＩＩ（４）、前記外側環状板（６）と前記接合板ＩＩ（１０）、前記内側環状板（７）と前記接合板ＩＩＩ（１１）、前記短側板（８）と前記接合板ＩＶ（１２）、前記耐力壁モジュールと前記アングル（５）、前記Ｈ形鋼梁（２）のフランジと前記アングル（５）は、いずれも高力ボルトによって接合することを特徴とする、請求項１に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  8. 前記高力ボルトは耐圧性の高力ボルトであり、強度レベルは１０．９等級であり、規格はＭ１６〜Ｍ３０であることを特徴とする、請求項７に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造。
  9. 請求項１〜８に記載の組立式自己修復エネルギー消費型２枚鋼板スリット付耐力壁構造の取り付け方法であって、そのステップには、
    工場で予め生産した鋼柱（１）及び鋼梁の接合を行い、同時にＰＣ鋼より線（１８）の緊張を行い且つアンカー固定して、柱梁フレームを形成する第１ステップと、
    耐力壁モジュールの一番下にある２枚のスリット付壁板（３）の掛金部材を掛金具受け部に挿入し、その後前記スリット付壁板（３）を平面に向かって内回転させてセルフロックで固定し、残りの前記スリット付壁板（３）を下から上まで順に取り付けて、セルフロックで固定する第２ステップと、
    前記耐力壁モジュールの前後に接合板ＩＩ（４）を取り付け、前記接合板ＩＩ（４）と左右両側の前記スリット付壁板（３）を重ね接合し、高力ボルトで固定する第３ステップと、
    前記耐力壁モジュールとＨ形鋼梁（２）の接続部分の上下両側、前後の計４か所にアングル（５）を取り付け、高力ボルトで接合して、前記耐力壁モジュールと梁の接合を完成させる第４ステップと、を含むことを特徴とする取り付け方法。
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