JP2023101243A - 耐震壁および耐震壁の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板の性能を最大限に活用しつつ、意匠面でも好ましい耐震壁および耐震壁の構築方法等を提供する。【解決手段】耐震壁３では、上下の梁１の間に、木質壁３１と木質柱３２が配置される。木質柱３２は、木質壁３１の幅方向の側方に配置され、木質壁３１と木質柱３２の間に鋼板１１、３３が配置される。鋼板１１、３３は上下の梁１に固定され、木質壁３１と木質柱３２とが、ラグスクリューボルト３４により鋼板１１、３３を挟んで接合される。【選択図】図２

Description

本発明は、耐震壁とその構築方法に関する。

炭素固定化やウェルネス、意匠性などの観点から、近年、構造物に木質材が多く使用されており、CLT（Cross Laminated Timber）やLVL(Laminated Veneer Lumber)等の耐震壁への適用も進んでいる。

一般的に、木質材を用いた耐震壁では、上下の梁から突出した鋼板と木質材とをドリフトピンにより接合するが、接合部の鋼板等が一度降伏すると木質材がスリップ性状の荷重変形関係を示し、エネルギー吸収量が低下する。そのため、木質材を用いた耐震壁には、繰り返し荷重が加わる際の課題があった。

これに対し、特許文献１では、耐震壁の両側に鋼板を設け、鋼板を上下の梁に固定した耐震壁構造が記載されており、鋼板が引張力を負担することにより耐震壁の補強が行われる。

特開2020－101052号公報

特許文献１の耐震壁構造では、圧縮により鋼板が座屈し、鋼板本来の性能が発揮できないケースが生じる可能性がある。また鋼板が露出しているため、意匠性を高めるためには鋼板を別材料で隠す必要がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼板の性能を最大限に活用しつつ、意匠面でも好ましい耐震壁および耐震壁の構築方法等を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、上下の梁の間に、木質壁と木質柱が配置され、前記木質柱は、前記木質壁の幅方向の側方に配置され、前記木質壁と前記木質柱の間に鋼板が配置され、前記鋼板は、上下の前記梁に固定され、前記木質壁と前記木質柱とが、接合材により前記鋼板を挟んで接合されたことを特徴とする耐震である。

本発明に係る耐震壁では、鋼板を木質壁と木質柱とで両側から挟んで固定する。これにより、木質壁と木質柱とで鋼板が拘束されて横補剛され、圧縮による鋼板の座屈が抑制されるので、鋼板の性能を最大限に活用し、引張や圧縮に抵抗させることができる。また鋼板の両側が木質壁と木質柱で覆われるので、鋼板を目立たないようにでき意匠面でも好ましい。

前記接合材はネジであり、上下に間隔を空けて複数設けられ、上下の前記梁の近傍では、前記鋼板と前記木質柱とが前記ネジより細径のネジにより接合され、当該細径のネジが、前記間隔よりも小さい間隔で上下に複数設けられることも好ましい。
この場合、ネジの上下の間隔が鋼板の座屈長となり、その間隔が小さければ鋼板が座屈しにくくなる。圧縮に対する弱点となり得る鋼板の上下の梁近傍の部分は、上下方向に密に配置した細径のネジにより木質柱に固定することで、鋼板の座屈を抑制できる。

前記木質柱の上下に隙間が設けられることが望ましい。
これにより、梁から木質柱に圧縮力を伝達させず、木質柱を鋼板の補剛材としてのみ機能させることができ、木質柱の圧縮変形等により補剛効果が損なわれることがない。

前記木質柱と前記木質壁の対向する側面のいずれかに、前記鋼板を収容するための凹部が形成されることが望ましい。
これにより、鋼板の全体が木質壁や木質柱内に隠れるので意匠性が向上する。

第２の発明は、上下の梁に固定された鋼板が、上下の前記梁の間において、木質壁と、当該木質壁の幅方向の側方に位置する木質柱とにより挟まれた状態で、前記木質壁と前記木質柱とを、接合材により前記鋼板を挟んで接合することを特徴とする耐震壁の構築方法である。
第２の発明は、第１の発明の耐震壁の構築方法である。

前記接合材は例えばネジであり、上下に間隔を空けて複数設けられ、前記鋼板の側方に前記木質柱を配置し、前記ネジより細径のネジを用いて、上下の前記梁の近傍において前記鋼板側から当該鋼板と前記木質柱との接合を行った後、前記木質壁を設置して当該木質壁と前記木質柱の接合を行い、前記細径のネジは、前記間隔よりも小さい間隔で上下に複数設けられることが望ましい。
これにより、上下の梁の近傍において細径のネジを上下方向に密に配置し、鋼板と木質柱との固定を行った耐震壁を容易に構築することができる。

本発明によれば、鋼板の性能を最大限に活用しつつ、意匠面でも好ましい耐震壁および耐震壁の構築方法等を提供できる。

耐震壁３を示す図。 木質壁３１と木質柱３２の接合部の断面を示す図。 耐震壁３と上側の梁１との連結部４を示す図。 耐震壁３の構築方法を示す図。 耐震壁３の構築方法を示す図。 鋼板３３の設置状態と設置方法の例。 ネジ３５による鋼板１１と木質柱３２の接合を示す図。 耐震壁３の構築方法を示す図。 木質壁３１を梁１の長手方向に並べる例。 木質板３１０の水平方向の断面を台形状とする例。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．耐震壁３）
図１は、本発明の実施形態に係る耐震壁３を示す図である。図１に示すように、耐震壁３は、梁１と柱２からなるフレームの構面内において、上下の梁１の間に設置され、連結部４により上下の梁１と連結される。梁１、柱２はS(鉄骨)造とするが、これに限ることはなく、RC（鉄筋コンクリート）造、SRC（鉄骨鉄筋コンクリート）造、木造等であってもよい。また梁１の上にはコンクリート製のスラブ７が設けられる。

耐震壁３は、木質壁３１、木質柱３２等を有する。耐震壁３は、木質壁３１とその幅方向の両側に位置する木質柱３２とを、後述する鋼板１１、３３（図２参照）等を挟んで接合することにより構成される。木質壁３１の幅方向は梁１の長手方向に対応し、図１では左右方向となる。

図２は木質壁３１と木質柱３２の接合部の断面を示す図である。図２（ａ）は接合部の面内方向の断面を示したものであり、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ－Ａによる水平方向の断面を示したものである。また図２（ｃ）は図２（ａ）の範囲Ｂを拡大して示したものである。

図２（ｂ）に示すように、木質壁３１は、２枚の木質板３１０の板面同士を面外方向（図２（ｂ）の上下方向に対応する）に重ねて形成される。以下、面外方向の一方を「表」、他方を「裏」ということがある。木質板３１０には、例えばCLTやLVL等の木質材が用いられるが、これに限ることはない。

前記したように、木質柱３２は、木質壁３１の幅方向（図２（ｂ）の左右方向に対応する）の側方に配置され、木質壁３１と木質柱３２の間には鋼板３３が配置される。鋼板３３の板面は、木質壁３１と木質柱３２の対向する側面に沿って配置される。木質柱３２には、例えば集成材等の木質材が用いられるが、これに限ることはない。鋼板３３の形状や材質は、木質壁３１の厚さや梁１の断面性能等により適宜定められる。

図２（ａ）に示すように、鋼板３３の上下の端部は、上下の梁１に固定された接合用の鋼板１１と接合される。鋼板１１は、上下の梁１から鋼板３３側に突出し、鋼板３３と同じく、その板面が木質壁３１と木質柱３２の対向する側面に沿って配置される。なお、梁１の長手方向（図２（ａ）の左右方向に対応する）において鋼板１１に対応する位置には、補強用のリブ１２が、梁１のフランジとウェブとを接続するように設けられる。

図２（ｂ）に示すように、鋼板３３は、木質柱３２の木質壁３１側の側面に形成された凹部３２１内に収容される。凹部３２１の面外方向の両側では木質壁３１と木質柱３２が当接しているため、鋼板３３は外部から隠され、目視できないようになっている。これは接合用の鋼板１１についても同様であり、鋼板１１も、木質柱３２の木質壁３１側の側面に形成された凹部内に収容される。

図２（ｃ）に示すように、鋼板１１、３３の接合箇所では、鋼板１１、３３が突き合わせられる。この突き合わせ部分は、添接板６１によって両側から挟まれ、これらの添接板６１を高力ボルト６２とナット６３により鋼板１１、３３を挟んで締結することで、鋼板１１、３３が二面摩擦接合される。これにより、鋼板１１だけでなく、鋼板３３についても上下の梁１に固定されることとなる。高力ボルト６２の数や配置は、接合部に必要な耐力が得られるように定められ、特に限定されない。

鋼板１１、３３の接合箇所では、木質壁３１と木質柱３２の対向する側面に凹部３１１、３２２が形成され、上記した添接板６１、高力ボルト６２、ナット６３等が、凹部３１１、３２２によって形成された空間内に収容される。水平方向の断面を見た場合には、図２（ｂ）の凹部３２１と同様、凹部３１１、３２２の面外方向の両側で木質壁３１と木質柱３２が当接しており、鋼板１１、３３の接合箇所も外部から隠される。

木質柱３２は、上側の梁１や下側のスラブ７から離隔して配置され、木質柱３２の上下には隙間Ｄが設けられる。隙間Ｄにはウレタン等の弾性材（不図示）を設置することも可能である。一方、木質壁３１の上下の端部は上側の梁１や下側のスラブ７に面接触する。

木質壁３１と木質柱３２は、接合材であるラグスクリューボルト３４を用いて接合され、一体化される。ラグスクリューボルト３４は頭付きのネジであり、木質柱３２側から木質柱３２と鋼板３３を貫通し、その先端が木質壁３１にねじ込まれる。ラグスクリューボルト３４の頭部は、木質柱３２に形成された窪み３２３内に収められ、木質柱３２から突出しないようになっている。

ラグスクリューボルト３４は、上下に間隔を空けて複数本設けられる。この間隔は、施工性や鋼板１１、３３の座屈耐力を考慮して定められる。また図２（ｂ）に示すように、ラグスクリューボルト３４は面外方向にも間隔を空けて配置されており、各ラグスクリューボルト３４が、木質壁３１の表裏の木質板３１０のそれぞれにねじ込まれる。これにより、表裏の木質板３１０が、木質柱３２を介して一体化されることにもなる。

図３は、木質壁３１と上側の梁１との連結部４について、梁１の長手方向と直交する断面を示したものである。本実施形態では、梁１に固定された連結板４１を挟むように、前記した２枚の木質板３１０が表裏に配置される。連結板４１は、梁１から木質壁３１側に突出するように設けられる。

連結板４１には孔を有する鋼板が用いられる。木質板３１０には、連結板４１の孔と対応する位置に面外方向の貫通孔３１２が形成される。この貫通孔３１２と連結板４１の孔にドリフトピン４２を挿通することで、木質壁３１と梁１とが連結される。

なお、表裏の木質板３１０の対向する板面には、上記の連結板４１に対応する位置で切欠き３１３が形成される。連結板４１は、表裏の木質板３１０の切欠き３１３によって形成された空間内に配置される。切欠き３１３を除く位置では、表裏の木質板３１０が隙間無く重なる。ただし、表裏の木質板３１０を連結板４１の厚さ分の隙間を空けて配置してもよく、この場合は上記の切欠き３１３が不要になる。図３は木質壁３１の上端部と上側の梁１との連結部４を示したものであるが、木質壁３１の下端部と下側の梁１も、同様の構成の連結部４により連結される。

（２．耐震壁３の構築方法）
図４、５は、耐震壁３の構築方法を示す図である。耐震壁３を構築するには、図４（ａ）に示すように梁１と柱２を有するフレームに対し、まず図４（ｂ）に示すように鋼板３３の設置を行う。

上下の梁１には前記した鋼板１１と連結板４１が予め固定されており、鋼板３３は、上下の梁１の鋼板１１の間に配置される。そして、鋼板３３の上下の端部を、添接板６１や高力ボルト６２等を用いて前記したように上下の梁１の鋼板１１と接合する。

次に、図５（ａ）に示すように、上下の梁１の連結板４１を表裏から挟むように２枚の木質板３１０を配置して木質壁３１とし、ドリフトピン４２を用いて前記したように木質壁３１の上下の端部を上下の梁１に連結する。

その後、図５（ｂ）に示すように、木質壁３１の幅方向の両側に木質柱３２を配置し、ラグスクリューボルト３４を用いて前記したように木質柱３２を木質壁３１に留め付け、木質壁３１と木質柱３２とを鋼板３３を挟んで接合する。

本実施形態では、以上の工程により耐震壁３が構築される。耐震壁３と柱２の間は、例えば図示しない非構造壁（垂れ壁や腰壁）を設置して塞ぐことができ、一部を開口のままとすることもできる。

このように、本実施形態の耐震壁３では、鋼板１１、３３を木質壁３１と木質柱３２とで両側から挟んで固定する。これにより、木質壁３１と木質柱３２とで鋼板１１、３３が拘束されて横補剛され、圧縮による鋼板１１、３３の座屈が抑制されるので、鋼板１１、３３の性能を最大限に活用し、引張や圧縮に抵抗させることができる。また鋼板１１、３３の両側が木質壁３１と木質柱３２で覆われるので、鋼板１１、３３を目立たないようにでき意匠面でも好ましい。

また本実施形態ではラグスクリューボルト３４を用いて木質柱３２を木質壁３１に留め付けており、ラグスクリューボルト３４の上下の間隔が鋼板１１、３３の座屈長となる。当該間隔は施工性や鋼板１１、３３の座屈耐力により適宜定められ、間隔が小さければ鋼板１１、３３が座屈しにくくなる。

また耐震壁３では、木質柱３２の上下に隙間Ｄが設けられる。これにより、梁１から木質柱３２に圧縮力が伝達されず、木質柱３２を鋼板３３の横補剛材としてのみ機能させることができ、木質柱３２の圧縮変形等により補剛効果が損なわれることがない。

また本実施形態では、鋼板３３が、木質柱３２の木質壁３１側に形成された凹部３２１内に収容される。これにより、鋼板３３の全体が耐震壁３の内部に隠れるので意匠性が向上し、木を現しにしたデザインを容易に実現できる。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば、木質柱３２の形状や材質は、鋼板３３の断面性能やラグスクリューボルト３４の上下の間隔等により適宜定められる。

また、鋼板３３の設置状態や設置方法も前記に限らず、例えば図６（ａ）に示すように、木質壁３１の木質柱３２側の側面に凹部３１４を形成し、鋼板３３を凹部３１４内に収容することもでき、この場合も意匠面での向上が見込まれる。また本実施形態ではラグスクリューボルト３４が鋼板３３を貫通しているが、ラグスクリューボルト３４は、面外方向（図６（ａ）の上下方向に対応する）において鋼板３３を避けた位置に設けることも可能である。以上は接合用の鋼板１１に関しても同様である。

また鋼板３３は、図６（ｂ）に示すように上側の梁１に予め固定されてもよい。この場合、上側の梁１の建て込み時に、当該鋼板３３の下端部と、下側の梁１の鋼板１１とを添接板６１や高力ボルト６２等を用いて前記と同様に接合すればよい。

また本実施形態では、鋼板１１、３３の接合を二面摩擦接合としているが、鋼板１１、３３の端部同士を重ね合わせ、これらを高力ボルト６２等で締結した一面摩擦接合としてもよい。ただしこの場合、その摩擦部分（鋼板１１、３３の重なり部分）の上下方向の長さを、二面摩擦接合の場合の摩擦部分（図２（ｃ）の添接板６１）よりも大きくする必要がある。摩擦部分にはラグスクリューボルト３４を設けることができないので、ラグスクリューボルト３４の上下の間隔が大きくなり、鋼板１１、３３の接合部が座屈しやすくなるという課題がある。

なお鋼板１１、３３は、摩擦接合に限らず、溶接によって接合することも可能である。ただしこの場合、火花養生が必要となるなど施工の手間が増加する。

また本実施形態ではラグスクリューボルト３４を用いて木質壁３１と木質柱３２を鋼板１１、３３を挟んで接合しているが、圧縮に対する弱点となり得る上下の梁１の近傍では、図７において図２（ｃ）と同様の断面で示すように、ラグスクリューボルト３４を設ける代わりに、ラグスクリューボルト３４よりも細径のネジ３５を密に配置し、鋼板１１と木質柱３２とを接合してもよい。

ネジ３５は頭付きのものであり、鋼板１１側から木質柱２２にねじ込まれる。ネジ３５の上下の間隔は、ラグスクリューボルト３４の上下の間隔よりも小さい。ネジ３５の頭部は、リーマ加工等により鋼板１１に形成された窪み１１１に収容され、鋼板１１から木質壁３１側に突出することはない。

このように、上下の梁１の近傍に位置する鋼板１１については、ラグスクリューボルト３４よりも細径のネジ３５を上下方向に密に配置することで、鋼板１１の座屈を抑制できる。

なおこの場合、耐震壁３の構築時には、前記の図４（ｂ）に示すように鋼板３３を設置した後、図８（ａ）に示すように鋼板３３の側方に先に木質柱３２を配置する。そして、鋼板１１側からネジ３５を留め付けて鋼板１１と木質柱３２とを接合する。その後、図８（ｂ）に示すように木質壁３１の設置を行って木質壁３１を上下の梁１に連結し、前記と同様、木質柱３２側からラグスクリューボルト３４を留め付けて木質壁３１と木質柱３２とを鋼板３３を挟んで接合する。

その他、本発明は、図９（ａ）に示すように、複数の木質壁３１が梁１の長手方向に並べて配置される場合にも適用可能である。この場合は、左端の木質壁３１の左側方と、右端の木質壁３１の右側方において、木質柱３２と鋼板１１、３３とを図２等で説明したように配置すればよい。左右の木質壁３１は、前記と同様の連結部４により上下の梁１と連結される。

左右の木質壁３１の連結については、図９（ｂ）に示すように、連結板５１を左右の木質壁３１の境界部に配置し、連結板５１を、左右の木質壁３１の表裏の木質板３１０で挟み込む。連結板５１は孔を有し、表裏の木質板３１０の当該孔に対応する位置には、木質板３１０を面外方向に貫通する貫通孔３１６が設けられる。左右の木質壁３１において、上記の貫通孔３１６と連結板５１の孔にドリフトピン５２を挿通することで、連結板５１を介して左右の木質壁３１が連結される。

なお、左右の木質壁３１の対向する側面には凹部３１５が形成され、連結板５１は、これらの凹部３１５によって形成された空間内に収容されることで外部から隠される。凹部３１５は、表裏の木質板３１０に設けた切欠きによって形成され、連結板５１を除く位置では、左右の木質壁３１同士、および表裏の木質板３１０同士が隙間無く接する。

また、木質板３１０の水平方向の断面に関しては、図１０（ａ）に示すように、表裏の木質板３１０の対向面側を短辺とした台形状としてもよい。この場合、図１０（ｂ）に示すように、木質板３１０の設置時に木質板３１０の幅方向の端部が潰れることで、その側方に位置する鋼板３３や木質板３１０等との密着性が高まる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：梁
２：柱
３：耐震壁
４：連結部
７：スラブ
１１：鋼板
３１：木質壁
３２：木質柱
３３：鋼板
３４：ラグスクリューボルト
３５：ネジ
３１０：木質板
３１１、３１４、３１５、３２１、３２２：凹部

Claims (6)

1. 上下の梁の間に、木質壁と木質柱が配置され、
   前記木質柱は、前記木質壁の幅方向の側方に配置され、
   前記木質壁と前記木質柱の間に鋼板が配置され、
   前記鋼板は、上下の前記梁に固定され、
   前記木質壁と前記木質柱とが、接合材により前記鋼板を挟んで接合されたことを特徴とする耐震壁。
2. 前記接合材はネジであり、上下に間隔を空けて複数設けられ、
   上下の前記梁の近傍では、前記鋼板と前記木質柱とが前記ネジより細径のネジにより接合され、
   当該細径のネジが、前記間隔よりも小さい間隔で上下に複数設けられることを特徴とする請求項１記載の耐震壁。
3. 前記木質柱の上下に隙間が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２記載の耐震壁。
4. 前記木質柱と前記木質壁の対向する側面のいずれかに、前記鋼板を収容するための凹部が形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の耐震壁。
5. 上下の梁に固定された鋼板が、上下の前記梁の間において、木質壁と、当該木質壁の幅方向の側方に位置する木質柱とにより挟まれた状態で、前記木質壁と前記木質柱とを、接合材により前記鋼板を挟んで接合することを特徴とする耐震壁の構築方法。
6. 前記接合材はネジであり、上下に間隔を空けて複数設けられ、
   前記鋼板の側方に前記木質柱を配置し、前記ネジより細径のネジを用いて、上下の前記梁の近傍において前記鋼板側から当該鋼板と前記木質柱との接合を行った後、前記木質壁を設置して当該木質壁と前記木質柱の接合を行い、
   前記細径のネジは、前記間隔よりも小さい間隔で上下に複数設けられることを特徴とする請求項５記載の耐震壁の構築方法。

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