JP2022020037A - 耐震壁 - Google Patents

Abstract

【課題】施工手間を軽減できる木質耐震壁を提供すること。【解決手段】木質耐震壁１は、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱梁架構２の構面内に設けられる。木質耐震壁１は、柱梁架構２内に設けられた、木質板からなる矩形状の木質壁部１０と、木質壁部１０の出隅部に設けられて柱梁架構２に接合される壁補強部２０と、木質壁部１０と柱梁架構２との間をセメント系材料で塞いだ閉塞部３０と、を備え、木質壁部１０は、壁補強部２０および閉塞部３０を介して、柱梁架構２に接合される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の柱梁架構の構面内に設けられる木質の耐震壁に関する。

従来より、鉄骨造や鉄筋コンクリート造の柱梁架構の構面内に木質の耐震壁を設ける場合がある。
この柱梁架構に水平力が作用した場合、図１７（ａ）に示すように、木質耐震壁には回転しようとする力が働く。この木質耐震壁の上下端部は梁で押さえられており、これにより、木質耐震壁には支圧応力が生じて、回転に抵抗するモーメントが生じる（壁の回転による抵抗）。また、図１７（ｂ）に示すように、木質耐震壁の上下端を梁に固定すると、この固定度合いにより曲げ応力が生じて、水平力に抵抗する（壁の曲げによる抵抗）。
これら２つの抵抗要素を確保するため、木質耐震壁を柱梁架構に固定することが重要となる。

そこで、特許文献１では、木質壁の上下端面や側端面に凸部および凹部を形成しておき、この木質壁の凸部および凹部を鉄筋コンクリート造の柱梁架構の凹部や凸部に係合させる。また、特許文献２では、木質壁に凹部および挿通孔を設け、この挿通孔に引きボルトを挿入して鉄骨梁に接合することで、木質壁を柱梁架構に接合する。あるいは、木質壁にスリットおよび貫通孔を設け、このスリットに鉄骨梁から延びるプレートを挿入し、貫通孔にドリフトピンを圧入することで、木質壁を柱梁架構に接合する。
しかしながら、特許文献１、２の構成では、木質壁自体に大幅な加工が必要であり、施工手間がかかっていた。

特開２０１６－２１６８９９号公報 特開２０１９－６５６８５号公報

本発明は、建物の柱梁架構内に設置された木質耐震壁を提供することを課題とする。

本発明者らは、少なくとも一部がコンクリート構造である柱梁架構内に設ける木質の耐震壁として、木質壁部の上下端面に閉塞部を設け、木質壁部の出隅部に壁補強部を設けることで、柱梁架構に水平力が作用した場合、木質壁部の回転による抵抗モーメントおよび木質壁部の曲げにより水平力に対して抵抗し、耐震壁に高い剛性および高い強度を確保できる点に着目して、本発明に至った。
第１の発明の耐震壁（例えば、後述の木質耐震壁１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、少なくとも一部がコンクリート構造である柱梁架構（例えば、後述の柱梁架構２、２Ａ）の構面内に設けられる耐震壁であって、前記柱梁架構内に設けられた、木質板からなる矩形状の木質壁部（例えば、後述の木質壁部１０、１０Ｃ）と、前記木質壁部の出隅部に設けられて前記柱梁架構に接合される壁補強部（例えば、後述の壁補強部２０、２０Ａ、２０Ｂ）と、前記木質壁部と前記柱梁架構との間をセメント系材料で塞いだ閉塞部（例えば、後述の閉塞部３０）と、を備え、前記木質壁部は、前記壁補強部および前記閉塞部を介して、前記柱梁架構に接合されることを特徴とする。

本発明の少なくとも一部がコンクリート構造とは、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造、およびコンクリート充填鋼管構造を含む。また、本発明の柱梁架構では、柱および梁の少なくとも一方が鉄筋コンクリート構造であればよい。
この発明によれば、木質板からなる木質壁部の出隅部に壁補強部を取り付け、この壁補強部を介して、木質壁部を柱梁架構に接合した。よって、木質壁部に大幅な加工が必要ないので、施工手間を軽減できる。
また、木質壁部の上下端面を閉塞部で塞いだので、柱梁架構に水平力が作用した場合、この閉塞部および壁補強部を介して、柱梁架構から木質壁部に押圧力が伝わることになる。よって、木質壁部に支圧応力が生じて、木質壁部に回転による抵抗モーメントが生じ、木質壁部の変形が抑制される（壁の回転による抵抗）。
また、柱梁架構に水平力が作用した場合、壁補強部により、この水平力が木質壁部の出隅部に確実に伝達される。よって、木質壁部の曲げによりこの水平力に対して抵抗できる（壁の曲げによる抵抗）。

第２の発明の耐震壁は、前記壁補強部は、前記柱梁架構に接合される架構接合部（例えば、後述の架構接合部２１）と、前記架構接合部から鉛直方向に延びて前記木質壁部の側端面に接合される壁接合部（例えば、後述の壁接合部２２）と、を備え、前記架構接合部は、前記柱梁架構にボルト接合されることを特徴とする。

この発明によれば、壁補強部を、柱梁架構に接合される架構接合部と、木質壁部の側端面に接合される壁接合部と、を含んで構成し、この架構接合部を柱梁架構にボルト接合した。このように架構接合部を柱梁架構にボルトで強固に接合したので、壁補強部を介して、柱梁架構に作用した水平力を確実に木質壁部に伝達でき、剛性と強度に優れた木質耐震壁を実現できる。

第３の発明の耐震壁は、前記壁補強部と前記木質壁部とは、ビス接合、ボルト接合、および、前記壁補強部の凸部を前記木質壁部の凹部に係合させるコッター接合のうち、少なくとも１つ以上で接合されていることを特徴とする。

この発明によれば、壁補強部と木質壁部とを、ビス接合、ボルト接合、およびコッター接合のうち少なくとも１つによって接合したので、壁補強部と木質壁部とを強固に接合でき、木質耐震壁の強度を高めることができる。

本発明によれば、建物の柱梁架構内に設置された木質耐震壁を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る木質耐震壁の正面図である。 図１の木質耐震壁の破線Ａで囲んだ部分の拡大図である。 木質耐震壁の壁補強部の部分拡大側面図である。 図３の壁補強部のＢ－Ｂ断面図およびＣ－Ｃ断面図である。 本発明の木質耐震壁に水平力が作用した場合の挙動を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る木質耐震壁の正面図である。 図６の木質耐震壁の破線Ｄで囲んだ部分の拡大図である。 木質耐震壁の壁補強部同士の接合部の拡大図およびＥ－Ｅ矢視図である。 本発明の第３実施形態に係る木質耐震壁の正面図である。 図９の木質耐震壁の破線Ｆで囲んだ部分の拡大図である。 木質耐震壁のコッター部の拡大図およびＧ－Ｇ断面図である。 本発明の木質耐震壁の試験体１についての水平加力試験の試験結果である。 試験体１～３のせん断力－層間変形関係をバイリニアモデルで表わした図である。 本発明の第４実施形態に係る木質耐震壁の正面図である。 本発明の変形例に係る木質耐震壁の正面図である。 本発明の変形例に係る木質耐震壁の壁補強部と梁との接合部分の拡大図である。 従来の耐震壁に水平力が作用した場合の挙動を説明するための図である。

本発明は、少なくとも一部にコンクリート構造を含む柱梁架構の構面内に設ける木質の耐震壁である。本発明の木質耐震壁は、矩形状の木質壁部と、木質壁部の出隅部に設けられる壁補強部と、木質壁部と柱梁架構との間に設けられた閉塞部と、を含んで構成される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る木質耐震壁１の正面図である。
木質耐震壁１は、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱梁架構２の構面内に設けられる。
柱梁架構２は、一対の鉄骨鉄筋コンクリート柱３と、この一対の鉄骨鉄筋コンクリート柱３間に架設された鉄骨梁４と、を備える。
木質耐震壁１は、柱梁架構２内の水平方向中央部に設けられた木質板からなる矩形状の木質壁部１０と、木質壁部１０の四つの出隅部に設けられて柱梁架構２の鉄骨梁４に接合される壁補強部２０と、木質壁部１０と柱梁架構２の鉄骨梁４との間をセメント系材料で塞いだ閉塞部３０と、を備える。
木質壁部１０を構成する木質板は、例えば、ＣＬＴや合板などの木質系面材である。ＣＬＴ（Ｃｒｏｓｓ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｔｉｍｂｅｒ）は、木材から切り出したひき板（ラミナ）を繊維方向が直交するように積層して接着したものである。合板は、木材から切り出した単板を繊維方向が直交するように積層して接着したものである。

図２は、図１の木質耐震壁１の破線Ａで囲んだ部分の拡大図である。
壁補強部２０は、柱梁架構２に接合される架構接合部２１と、架構接合部２１から鉛直方向に延びて木質壁部１０の側端面に接合される壁接合部２２と、架構接合部２１および壁接合部２２を補剛する補剛部２３と、を備える。
図３は、壁補強部２０の部分拡大側面図であり、図４（ａ）は、図３の壁補強部２０のＢ－Ｂ断面図であり、図４（ｂ）は、図３の壁補強部２０のＣ－Ｃ断面図である。

架構接合部２１は、柱梁架構２の鉄骨梁４のフランジに沿って設けられた板状部材であり、この鉄骨梁４のフランジに複数のボルト２４で接合されている。
壁接合部２２は、木質壁部１０の出隅部の側端面１１に沿って延びる板状であり、この側端面１１に複数のビス２５で接合されている。これらのビス２５は、上下方向に所定間隔おきに複数列で設けられている。
補剛部２３は、架構接合部２１から略鉛直に延びる板状の第１補剛片４０および第２補剛片４１と、第１補剛片４０および第２補剛片４１の上端部から略水平に延びて壁接合部２２に接合された板状の第３補剛片４２と、を備える。具体的には、第１補剛片４０は、架構接合部２１および壁接合部２２に略垂直に延びている。第２補剛片４１は、第１補剛片４０および架構接合部２１に略垂直に延びている。第３補剛片４２は、第１補剛片４０、第２補剛片４１、および壁接合部２２に略垂直に延びている。
壁接合部２２のうち補剛部２３から所定距離離れた部分は、幅が狭い絞り部２６となっている。

閉塞部３０は、図３に示すように、柱梁架構２の鉄骨梁４に溶接固定されたスタッド３１にメッシュ筋３２を配筋し、グラウト材を充填したものである。
このように、木質壁部１０は、壁補強部２０および閉塞部３０を介して、柱梁架構２に接合されている。

以上の木質耐震壁１は、柱梁架構２に水平力が作用した場合、以下のように動作する。すなわち、木質壁部１０の上下端面と鉄骨梁４との隙間を閉塞部３０で塞いだので、図５（ａ）に示すように、閉塞部３０を介して、柱梁架構２の鉄骨梁４から木質壁部１０に押圧力が伝わるから、木質壁部１０に支圧応力が生じて、木質壁部１０に回転による抵抗モーメントが生じる（壁の回転による抵抗）。なお、この閉塞部３０は、鉄骨梁４の耐火被覆としても機能する。
また、図５（ｂ）に示すように、壁補強部２０により、この水平力が木質壁部１０の出隅部に確実に伝達される。よって、木質壁部１０の曲げによりこの水平力に対して抵抗できる（壁の曲げによる抵抗）。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）木質板からなる木質壁部１０の四隅に壁補強部２０を取り付け、これら壁補強部２０を介して、木質壁部１０を柱梁架構２に接合した。よって、木質壁部１０に大幅な加工が必要ないので、施工手間を軽減できる。
また、上述のように、柱梁架構２に水平力が作用した場合、木質壁部１０の回転による抵抗や木質壁部１０の曲げにより、この水平力に対して抵抗できる。また、木質壁部１０の出隅部に設けた壁補強部２０が、この出隅部に局所的に生じる圧縮応力に抵抗し、この木質壁部１０の出隅部に生じる応力を柱梁架構に伝達可能である。

（２）壁補強部２０を、柱梁架構２に接合される架構接合部２１と、木質壁部１０の側端面１１に接合される壁接合部２２と、を含んで構成し、この架構接合部２１を柱梁架構２の鉄骨梁４にボルト２４で接合した。このように架構接合部２１を柱梁架構２にボルト２４で強固に接合したので、ボルト２４のせん断抵抗により、柱梁架構２に作用した水平力が壁補強部２０を介して確実に木質壁部１０に伝達され、剛性と強度に優れた木質耐震壁１を実現できる。

（３）壁接合部２２と木質壁部１０とを、複数のビス２５で接合したので、壁接合部２２と木質壁部１０とを強固に接合でき、木質耐震壁１の強度を高めることができる。
（４）壁接合部２２に幅が狭い絞り部２６を設けたので、壁接合部２２が曲げ降伏する場合には、この絞り部２６で引張降伏するから、壁接合部２２のビス２５を設けた部分に影響を及ぼすことなく降伏させることができる。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係る木質耐震壁１Ａの正面図である。図７は、図６の木質耐震壁１Ａの破線Ｄで囲んだ部分の拡大図である。
本実施形態では、壁補強部２０Ａが木質壁部１０に接着されている点、および、上下の壁補強部２０Ａ同士が接合されている点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、各壁補強部２０Ａは、木質壁部１０の側端面に接着されている。なお、本実施形態では、ビス２５は、壁補強部２０Ａと木質壁部１０との接着面に圧力をかけるためのものであるため、このビス２５の本数は、第１実施形態よりも少なくなっている。

図８（ａ）は、壁補強部２０Ａ同士の接合部の拡大図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ－Ｅ矢視図である。
上下の壁補強部２０Ａの壁接合部２２の先端部同士の間には、一対のスプライスプレート５０が重ねて配置されており、これらスプライスプレート５０で壁接合部２２を挟み込んでボルト５１を締め付けることで、上下の壁補強部２０Ａ同士が接合されている。なお、木質壁部１０には、スプライスプレート５０およびボルト５１を収納するための凹部１２が形成されている。

本実施形態によれば、上述の（１）～（４）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（５）壁接合部２２同士を一対のスプライスプレート５０を介して連結したので、上下の壁接合部２２が一体化され、木質壁部１０と壁接合部２２との接合が一部分離しても、上側の壁補強部２０の壁接合部２２と下側の壁補強部２０の壁接合部２２とが一体となって木質壁部１０の変形を拘束し、木質耐震壁１の形状を保持することができる。したがって、木質耐震壁１Ａの構造性能の急激な低下を防止できる。

〔第３実施形態〕
図９は、本発明の第３実施形態に係る木質耐震壁１Ｂの正面図である。図１０は、図９の木質耐震壁１Ｂの破線Ｆで囲んだ部分の拡大図である。
本実施形態では、壁補強部２０Ｂが木質壁部１０にコッター部６０で係合している点が、第２実施形態と異なる。
図１１（ａ）は、コッター部６０の拡大図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のコッター部６０のＧ－Ｇ断面図である。
コッター部６０は、壁補強部２０Ｂの壁接合部２２から略水平に延びる板状の下側係止片６１および上側係止片６２と、これら下側係止片６１と上側係止片６２とを連結する略鉛直に延びる第４補剛片６３および第５補剛片６４と、を備える。
第４補剛片６３は、壁接合部２２、下側係止片６１、および上側係止片６２に略垂直に設けられている。第５補剛片６４は、第４補剛片６３、下側係止片６１、および上側係止片６２に略垂直に設けられている。

木質壁部１０には、凹部１３が形成されており、コッター部６０は、この凹部１３に挿入されて係合している。なお、コッター部６０の下側係止片６１および上側係止片６２と凹部１３との隙間には、がたつきがないように、エポキシ系樹脂が充填されている。
また、壁接合部２２には、ビスが設けられておらず、この壁接合部２２の面外方向の曲げを防止するために、鉛直方向に延びる二つのリブ２７が設けられている。
本実施形態によれば、上述の（１）～（５）と同様の効果がある。

〔水平加力試験〕
本発明の木質耐震壁について、実大試験体を製作し、この実大試験体を用いて水平加力試験を行った。
本試験では、３つの試験体を製作した。試験体１は、第１実施形態と同様の構成とした。試験体２は、第２実施形態と同様の構成とした。試験体３は、第３実施形態と同様の構成とした。各試験体の木質壁部は、Ｓ６０－７－７（スギ）のＣＬＴを用いて、壁幅１８００ｍｍ、壁高さ４０００ｍｍ、壁厚１８０ｍｍとした。また、壁補強部は、ＳＮ４９０とし、耐力は木質壁部の側端面に接合される壁接合部の元端（絞り部）降伏（降伏点３７７Ｎ／ｍｍ^２）で設計した。また、閉塞部はグラウトモルタルを充填して形成した。
本試験は、上述の３つの試験体に、２０ＭＮの加力試験機を用いて、せん断変形角１／６００、１／４５０、１／３００、１／２００、１／１５０、１／１００、１／７５、１／５０、１／３０ｒａｄで３回の正負交番繰り返し載荷とした。

図１２は、試験体１についての試験結果（せん断力－層間変形関係）を示す。図１２より、正加力側の領域においては、層間変形角１／３０ｒａｄ（層間変形１３０ｍｍ）付近に至るまで、せん断力が保持されていることが判る。また、せん断力－層間変形関係は、大きな履歴ループとなっており、本発明の耐震壁が優れたエネルギー吸収性能を有することが確認できた。
図１３は、試験体１～３の正加力側の領域におけるせん断力－層間変形関係をバイリニアモデルで表わしたものである。初期剛性は、高い方から、試験体２（Ｔｙｐｅ２）、試験体３（Ｔｙｐｅ３）、試験体１（Ｔｙｐｅ１）となったが、各試験体に大きな差は認められなかった。よって、本発明の木質耐震壁は、優れた構造性能を確保できることが確認できた。

〔第４実施形態〕
図１４は、本発明の第３実施形態に係る木質耐震壁１Ｃの正面図である。
本実施形態では、木質壁部１０を柱梁架構２内の水平方向一端側に寄せて設けた点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、本実施形態では、木質壁部１０が図１４中右側端部に寄っており、木質壁部１０Ｃの左側の側端面１１は、鉄骨鉄筋コンクリート柱３に当接している。したがって、壁補強部２０が木質壁部１０の図１４中左側の上下の出隅部のみに設けられている。
本実施形態によれば、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、木質耐震壁１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを鉄骨鉄筋コンクリート造の柱梁架構２に設けたが、これに限らず、木質耐震壁１～１Ｃを鉄筋コンクリート造、鉄骨造、コンクリート充填鋼管構造などの柱梁架構に設けてもよい。具体的には、木質耐震壁１を鉄筋コンクリート造の柱梁架構２Ａに設ける場合、以下のようになる。すなわち、図１５および図１６に示すように、柱梁架構２Ａは、一対の鉄筋コンクリート柱５と、この一対の鉄筋コンクリート柱５間に架設された鉄筋コンクリート梁６と、を備える。壁補強部２０の架構接合部２１は、鉄筋コンクリート梁６にアンカーボルト２８を打ち込み、このアンカーボルト２８にナット２９を締め付けることで、鉄筋コンクリート梁６に固定されている。また、閉塞部３０は、鉄筋コンクリート梁６にアンカー３３を打ち込み、このアンカー３３にメッシュ筋３２を配筋し、グラウト材を充填することで、形成されている。このようにしても、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…木質耐震壁 ２、２Ａ…柱梁架構
３…鉄骨鉄筋コンクリート柱 ４…鉄骨梁 ５…鉄筋コンクリート柱
６…鉄筋コンクリート梁
１０、１０Ｃ…木質壁部 １１…側端面 １２…凹部 １３…凹部
２０、２０Ａ、２０Ｂ…壁補強部 ２１…架構接合部 ２２…壁接合部
２３…補剛部 ２４…ボルト ２５…ビス ２６…絞り部 ２７…リブ
２８…アンカーボルト ２９…ナット
３０…閉塞部 ３１…スタッド ３２…メッシュ筋 ３３…アンカー
４０…第１補剛片 ４１…第２補剛片 ４２…第３補剛片
５０…スプライスプレート ５１…ボルト
６０…コッター部 ６１…下側係止片 ６２…上側係止片
６３…第４補剛片 ６４…第５補剛片

Claims (3)

1. 少なくとも一部がコンクリート構造である柱梁架構の構面内に設けられる耐震壁であって、
   前記柱梁架構内に設けられた木質板からなる矩形状の木質壁部と、
   前記木質壁部の出隅部に設けられて前記柱梁架構に接合される壁補強部と、
   前記木質壁部と前記柱梁架構との間をセメント系材料で塞いだ閉塞部と、を備え、
   前記木質壁部は、前記壁補強部および前記閉塞部を介して、前記柱梁架構に接合されることを特徴とする耐震壁。
2. 前記壁補強部は、前記柱梁架構に接合される架構接合部と、
   前記架構接合部から鉛直方向に延びて前記木質壁部の側端面に接合される壁接合部と、を備え、
   前記架構接合部は、前記柱梁架構にボルト接合されることを特徴とする請求項１に記載の耐震壁。
3. 前記壁補強部と前記木質壁部とは、ビス接合、ボルト接合、および、前記壁補強部の凸部を前記木質壁部の凹部に係合させるコッター接合のうち、少なくとも１つ以上で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の耐震壁。

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