JP3254603B2 - 耐震壁及びその取付構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨構造物などの
柱と上下の梁からなる主架構内に取付けられ、地震時に
おいて構造物に入力されるエネルギーを塑性変形による
履歴エネルギーとして吸収させ、構造物の塑性化を低減
するための耐震壁及びその取付構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄骨構造物などの主架構内に取付
けられ、構造物に入力されたエネルギーを履歴エネルギ
ーとして吸収させ、構造物の塑性化を低減させるための
耐震壁又は耐震部材として、例えば、特開平６−１７５
５７号公報や実開平５−１７０２４号公報に記載された
発明がある。

【０００３】特公平６−１７５５７号公報に記載された
発明（以下従来技術１という）は、高降伏点鋼板と低降
伏点鋼板とを同一垂直面上において並べて接合（又は重
ねて接合）して鋼製耐震壁を構成し、その周囲を鉄骨骨
組に固定したものである。

【０００４】また、実開平５−１７０２４号公報に記載
された考案（以下従来技術２という）は、鉄骨からなる
複数の柱の間に複数の梁が相互に横架されている主架構
内において、柱の間で上下の梁の間に上下の梁に接合さ
れた間柱を設け、この間柱の端部間に小耐力間柱部材を
高力ボルトで接続して間柱を設けたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１の構造物用
耐震壁は、部材及び重量が大きいので運搬や施工あるい
は補修が困難であり、また、面積が大きくなるため、面
外座屈補剛のためのリブ材を設けることが必要となる。
また、耐震壁の外周を柱と上下の梁からなる主架構に
固定する必要があるため、コスト高の低降伏点鋼材を使
用する面積が大となる。主架構に固定されるため、耐
力上有効とするためには、耐震壁の中間部だけに低降伏
点鋼材を用いることができず、上下方向を通して低降伏
点鋼材が必要になる。さらに、剛性が高くなりすぎて主
架構に負担がかかるなど、多くの問題がある。

【０００６】また、従来技術２の耐震構造は、間柱の剛
性が低いため、多か所に設置することが必要になり、建
造物全体からみるとコスト高になる。

【０００７】このような耐震壁に必要な性能、要件を要
約すれば、次の通りである。 （１）地震エネルギーなどを負担できるように、比較的
高い剛性を有すること。 （２）構造物の骨組より先に降伏してエネルギー吸収を
負担できるように、低めの降伏耐力材であること。 （３）降伏後に座屈などにより耐力を低下しないよう
な、適切な幅厚比や補剛を有すること。 （４）先に損傷を受けさせ（エネルギーを負担する）、
主架構への被害を最小限にとどめることを目的とした部
材であるため、大きな地震などの後には、容易に補修や
取替えができるような寸法、組立・取付け方法であるこ
と。 （５）製作・施工コストが低いこと。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、比較的高い剛性を有し、地震などのエネルギーを効
率よく吸収することができ、かつ、製作・運搬・施工の
容易な耐震壁及びその取付構造を得ることを目的とした
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）本発明に係る耐震
壁は、Ｈ形鋼からなり、ウェブに窓状の開口部又は複数
のスリット状の開口部を設けて降伏耐力の低い領域を形
成した複数のパネルを備え、これらパネルを横方向に連
続して接合したものである。

【００１０】（２）また、本発明に係る耐震壁は、Ｈ形
鋼からなり、ウェブに開口部を設けて該開口部に前記ウ
ェブの降伏耐力より低い降伏耐力の鋼材を接合した複数
のパネルを備え、これらパネルを横方向に連続して接合
したものである。

【００１１】（３）また、本発明に係る耐震壁の取付構
造は、鉄骨構造物などの主架構の上梁と下梁の長手方向
にウェブ固定部及びフランジ固定部を有する複数の取付
部材を連続して取付け、Ｈ形鋼からなり、ウェブにこの
ウェブの降伏耐力より低い降伏耐力の領域を有する複数
のパネルの上下を、取付部材のウェブ固定部及びフラン
ジ固定部にそれぞれ着脱可能に固定したものである。

【００１２】（４）上記（３）の隣接するパネルのフラ
ンジどうしの固定範囲を変化させることにより、耐震壁
のフランジに作用する軸力及び剛性を調整するようにし
た。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施形態１ 図１は本発明の実施形態１に係る耐震壁を鉄骨構造物の
主架構に設置した一例を示す正面図である。１は複数の
パネル２からなる耐震壁で、パネル２は図２に示すよう
に、Ｈ形鋼３のウェブ４に例えばガス切断により窓状の
開口部６を設け、この開口部６を、開口部６とほぼ同じ
大きさでＨ形鋼３のウェブ４より耐力の低い、例えば、
ウェブ４より降伏点の低い鋼材（以下降伏耐力の低い鋼
材という）９で塞ぎ、完全溶け込み溶接により一体に接
合して降伏耐力の低い領域を形成したものである。な
お、ウェブ４の両端部は、フランジ５の両端部から突出
して複数のボルト挿通孔７が設けられている。８はフラ
ンジ５の両端部側に設けた複数のボルト挿通孔である。
なお、ウェブ４のボルト挿通孔７に挿通するボルトと、
フランジ５のボルト挿通孔８に挿通するボルトとが干渉
しない場合は、ウェブ４の両端部は突出させなくてもよ
い。

【００１４】再び図１において、１１は鉄骨柱、１２ａ
は上階の鉄骨梁（上梁）、１２ｂは下階の鉄骨梁（下
梁）で、これらにより主架構１３が構成されている。１
５はパネル２を主架構１３内に取付けるための取付部材
で、図３に示すように、鋼材からなり、パネル２のウェ
ブ４の固定部となるウェブ１７及びフランジ１８とから
なるＴ字状部材１６と、このＴ字状部材１６のフランジ
１８の両端部に、ウェブ１７と同方向でかつこれと直交
して溶接により固定され、パネル２のフランジ５の固定
部となるプレート２０とからなっている。１９はウェブ
１７に設けた複数のボルト挿通孔、２１はプレート２０
に設けた複数のボルト挿通孔である。なお、Ｔ字状部材
１６にはＴ形鋼を用いてもよく、また、プレート２０の
一方を省略することもあり、この場合は取付部材を符号
１５ａで示す。

【００１５】次に、上記のような耐震壁１を鉄骨構造物
の主架構１３に設置する場合の施工の一例を説明する。
先ず、取付部材１５のフランジ１８を主架構１３内にお
いて上梁１２ａの下面と下梁１２ｂの上面に対向して配
設し、溶接あるいはボルト接合により上梁１２ａ及び下
梁１２ｂにそれぞれ固定する。ついで、この取付部材１
５に当接して、一方のプレート２０を省略した取付部材
１５ａを順次上梁１２ａ、下梁１２ｂに固定する。この
とき、両側の取付部材１５，１５ａと鉄骨柱１１との間
にはすき間Ｄが形成される。

【００１６】そして、パネル２のウェブ４の両端部を対
向する取付部材１５のプレート２０の間に挿入し、ウェ
ブ４に設けたボルト挿通孔７を取付部材１５のウェブ１
７に設けたボルト挿通孔１９と整合させ、両ボルト挿通
孔７，１９にボルトを挿通してナットで固定する。同様
にして対向する各取付部材１５ａの間に順次パネル２を
固定する。なお、この場合、上梁１２ａと下梁１２ｂと
の間が高く、パネル２が取付けられない場合は、取付部
材１５のウェブ１７及びプレート２０を長くして調整す
ればよい。ついで、隣接するパネル２のフランジ５に設
けたボルト挿通孔８と、各取付部材１５，１５ａのプレ
ート２０に設けたボルト挿通孔２１にボルトを挿通し、
ナットで固定する。これにより、パネル２の主架構１３
への取付けを終り、耐震壁１が構成される。なお、パネ
ル２のフランジ５と取付部材１５との接合は一面せん断
形式であるが、二面せん断形式としてもよい。

【００１７】上記のような耐震壁１は、各パネル２のＨ
形鋼３に設けた開口部６の両側のウェブ４及びフランジ
５が連続しており、かつこれらパネル２が取付部材１
５，１５ａにボルトにより接合されているため、比較的
高い剛性を有し、軸力を支持すると共に、面内曲げを拘
束する。このため、大きい地震などが発生すると、各パ
ネル２の降伏耐力の低い鋼材９が鉄骨構造物などの骨組
より先に降伏して履歴エネルギーを吸収し、主架構１３
の塑性化や疲労損傷を低減して健全な状態に維持するこ
とができる。

【００１８】また、耐震壁１又はパネル２の一部が損傷
したときは、各パネル２間及び各パネル２と取付部材１
５，１５ａを接合するボルトを外すことにより、パネル
２を架構１３から簡単に取外すことができるので、補修
や取替えを容易に行うことができる。このとき、パネル
２はエレベータにより運搬することができる。

【００１９】（実施例）上記実施形態１の実施例では、
パネル２に、降伏点が主架構１３を構成する鉄骨柱１１
及び上梁１２ａ、下梁１２ｂとほぼ同じ（例えば、２４
０Ｎ／ｍｍ² 程度）で、長さＬが２２００ｍｍのＨ形鋼
３を用い、開口部６の長手方向の長さＬ₁ を５６０ｍｍ
とした。なお、開口部６の幅は、ウェブ４の幅が使用す
るＨ形鋼３によって異なるため一定ではないが、フラン
ジ５の近傍まで開口した。また、開口部６に接合する降
伏耐力の低い鋼材９は、開口部６とほぼ同じ大きさで、
その板厚ｔ₁ がウェブ３の板厚の２分の１、降伏点が７
０〜１５０Ｎ／ｍｍ² 程度の鋼板を用いた。さらに、取
付部材１５，１５ａには、Ｈ形鋼３の降伏点とほぼ同じ
降伏点の鋼材を使用した。なお、上記の各数値はその一
例を示すもので、設計により種々変化する。

【００２０】ところで、上記のような耐震壁１において
は、鉄骨構造物などの強度によってその軸力を調整する
必要がある場合がある。よって、以下に図４〜図７によ
り耐震壁１のフランジに発生する軸力の調整例について
説明する。なお、以下の例では、説明を容易にするた
め、３体のパネル２ａ，２ｂ，２ｃにより耐震壁１を構
成した場合について述べる。

【００２１】図４は各パネル２ａ〜２ｃのウェブ４を取
付部材１５，１５ａのウェブ１７にそれぞれボルト接合
すると共に、両側のパネル２ａと２ｃの外側のフランジ
５を取付部材１５，１５ａのプレート２０にボルト接合
し、パネル２ａ，２ｃの内側のフランジ５と中央のパネ
ル２ｂの両フランジ５，５を取付部材１５ａのプレート
２０に一体にボルト接合したものである（以下ケースＡ
という）。

【００２２】ケースＡにおいては、中央のパネル２ｂの
フランジに発生する軸力（以下矢印で示す）と、両側の
パネル２ａ，２ｃのパネル２ｂ側の軸力は互いに相殺さ
れるため、耐震壁１のフランジの端部に発生する軸力は
パネル１体分の軸力に相当する比較的小さい軸力とな
る。このため、地震等が発生した場合は、この軸力に対
応するせん断力が主架構１３の上梁１２ａと下梁１２ｂ
に生ずることになる。このように、ケースＡにおける軸
力は比較的小さく、したがって、地震等の場合に生ずる
せん断力も比較的小さいため、主架構１３の被害を最小
限に抑えることができる。

【００２３】図５はパネル２ａ〜２ｃのウェブ４を取付
部材１５，１５ａのウェブ１７にそれぞれボルト接合す
ると共に、両側のパネル２ａと２ｃの外側のフランジ５
を取付部材１５，１５ａのプレート２０にボルト接合す
る。そして、パネル２ａ，２ｃの内側のフランジ５と中
央のパネル２ｂの両側のフランジ５の間にライナープレ
ート８を挿入し、その上下方向のほぼ全長にわたって一
体にボルト接合したものである（以下ケースＢとい
う）。

【００２４】ケースＢにおいては、パネル２ａ〜２ｃは
一体に接合されてほぼ剛体として機能するため、隣接す
るパネル２ａ〜２ｃのフランジ軸力が相殺されることな
く、端部に各パネル２ａ〜２ｃのフランジ軸力を合計し
た大きい軸力が生じる。この構造形式は、主架構１３が
十分な強度を保有している場合に、主架構１３全体の剛
性を向上させることができる。

【００２５】図６はパネル２ａと２ｂはケースＡにより
ボルト接合し、パネル２ｂと２ｃはケースＢによりボル
ト接合したものである。本例においては、パネル２ｂ，
２ｃは２体分の軸力、またパネル２ａは１体分の軸力と
なるので、耐震壁１のパネル２ａ側は、パネル２ｂと２
ａの軸力の差の軸力となり、パネル２ｃ側は２体分の軸
力となって、パネル２ｃ側に大きいせん断力を生じる。

【００２６】図７は、ケースＡ（図４）において、隣接
するパネル２ａと２ｂ、２ｂと２ｃのフランジ５の間に
おいて、取付部材１５，１５ａのプレート２０に近接し
て短いライナープレート８を挿入し、この部分を一体に
ボルト接合したものである（以下ケースＣという）。ケ
ースＣの作用はケースＡの場合とほぼ同様であるが、軸
力及びせん断力がケースＡの場合よりやや大きくなる。
ケースＣにおいては、ライナープレート８の長さ、した
がって隣接するパネルのフランジのボルト接合する範囲
を変えることにより、フランジに生じる軸力を調整する
ことができる。

【００２７】以上、ケースＡ，Ｂ，Ｃ及びケースＡとＢ
を混合した場合について説明したが、これらを適宜組合
せ、あるいは隣接するパネルのボルト接合範囲を変える
ことにより、フランジに生じる軸力を調整することがで
きる。

【００２８】実施形態２ 本実施形態は実施形態１において、耐震壁１を構成する
パネル２のＨ形鋼３を、そのウェブ４の板厚が実施形態
１のＨ形鋼３のウェブ４の板厚より薄いもの（実施例で
は、実施形態１のウェブ４の板厚の３分の２）を用い、
開口部６に実施形態１の場合と同じ降伏耐力の低い鋼材
９を接合し、開口部６の上下に、開口部６に近接してス
チフナを溶接により設けたものである。

【００２９】実施形態３ 本実施形態は、実施形態１の耐震壁１を構成するパネル
２において、Ｈ形鋼３の開口部６に接合する降伏耐力の
低い鋼材９を、Ｈ形鋼３のウェブ４の板厚と同じで、降
伏点がウェブ４の降伏点より大幅に低い（例えば、１０
０Ｎ／ｍｍ² ）の鋼材９を用いたものである。

【００３０】実施形態４ 本実施形態は、耐震壁１を構成するパネル２において、
図２に示すＨ形鋼３のウェブ４に設けた開口部６に降伏
耐力の低い鋼材９を接合せず、開口状態にして降伏耐力
の低い領域を成形したものである。なお、開口部６の大
きさは設計上種々変更するものとし、また、開口部６の
上下に実施形態２に示すようなスチフナ９を設けてもよ
い。

【００３１】実施形態５ 本実施形態は、図８に示すように、耐震壁１を構成する
パネル２において、Ｈ形鋼３のウェブ４に複数のスリッ
ト（開口部）６ａを設け、これにより降伏耐力の低い領
域を形成したものである。

【００３２】実施形態６ 本実施形態は、上記各実施形態において、取付部材１５
にＨ形鋼を用い、そのウェブ及びフランジにパネル２の
ウェブ４及びフランジ５をそれぞれ着脱可能に接合する
ようにしたものである。これにより、剛性の調整及び主
架構１３の上梁１２ａ、下梁１２ｂへのパネル２のフラ
ンジ５からの軸力を軽減することができる。

【００３３】上述の実施形態１〜３においては、パネル
２を構成するＨ形鋼３のウェブ４の１か所に開口部６を
設け、この開口部６に降伏耐力の低い鋼材９を接合して
降伏耐力の低い領域を形成した場合を示したが、開口部
６を２か所以上設け、各開口部６又は一部の開口部６に
降伏耐力の低い鋼材９を接合してもよい。なお、実施形
態４，５においても、降伏耐力の低い領域を２か所以上
設けてもよい。また、開口部６に完全溶け込み溶接によ
り降伏耐力の低い鋼板９を接合した場合を示したが、す
み肉溶接により接合してもよい。

【００３４】また、上記の各実施形態では、鉄骨構造物
に本発明を実施した場合を示したが、本発明は、鉄骨鉄
筋コンクリート構造物、鉄筋コンクリート構造物、柱鉄
筋コンクリート構造物、梁鉄骨構造物などの混合構造物
にも実施しうることは云う迄もない。なお、鉄骨鉄筋コ
ンクリート構造物、鉄筋コンクリート構造物に設置する
場合は、耐震壁をアンカー、スタッド及びグラウトモル
タルにより接合すればよい。

【００３５】さらに、上記の説明では、複数のパネルか
らなる耐震壁により主として地震エネルギーを吸収する
場合について述べたが、本発明に係る耐震壁は、風など
による振動エネルギーを吸収する制振壁として使用する
こともできる。

【００３６】

【発明の効果】（１）本発明に係る耐震壁は、Ｈ形鋼か
らなり、ウェブに窓状の開口部又は複数のスリット状の
開口部を設けて降伏耐力の低い領域を形成した複数のパ
ネルを備え、これらパネルを横方向に連続して接合した
ので、これを鉄骨構造物などの主架構に設置したとき
は、構造物の骨組より先に降伏して地震エネルギーや振
動エネルギーを吸収するので、構造物の塑性化や疲労損
傷を軽減することができる。また、比較的高い剛性を有
し、軸力を支持すると共に、面内曲げを拘束するため、
降伏後においても座屈などにより耐力が低下することが
ない。さらに、複数のパネルを着脱可能に連接して構成
したので、製作、運搬、施工が容易で安価であり、ま
た、パネルはエレベータに収容できるので、補修や取替
が容易である。

【００３７】（２）また、本発明に係る耐震壁は、Ｈ形
鋼からなり、ウェブに開口部を設けて該開口部に前記ウ
ェブの降伏耐力より低い降伏耐力の鋼材を接合した複数
のパネルを備え、これらパネルを横方向に連続して接合
したので、上記（１）と同様の効果を得ることができ
る。

【００３８】（３）本発明に係る耐震壁の取付構造は、
鉄骨構造物などの架構の上梁と下梁の長手方向にウェブ
固定部及びフランジ固定部を有する複数の取付部材を連
続して取付け、Ｈ形鋼からなりウェブにこのウェブの降
伏耐力より低い降伏耐力の領域を有する複数のパネルの
上下を、取付部材のウェブ固定部及びフランジ固定部に
それぞれ着脱可能に固定するようにしたので、上記
（１）と同様の効果がえられるばかりでく、耐震壁又は
これを構成するパネルが損傷したときは、耐震壁又はパ
ネルを取付部材から簡単に外すことができ、施工や補
修、取替が容易である。

【００３９】（４）上記（３）の隣接するパネルのフラ
ンジどうしの固定範囲を変化させることにより、耐震壁
のフランジに作用する軸力及び剛性を調整するようにし
たので、これを設置する鉄骨構造物などの強度に応じて
その軸力及び剛性を調整して、構造物の座屈や破壊を防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る耐震壁を鉄骨構造物
の主架構に設置した例を示す正面図である。

【図２】図１のパネルの一例の斜視図である。

【図３】図１の取付部材の一例の斜視図である。

【図４】本発明に係る耐震壁の軸力の調整例を示す説明
図である。

【図５】本発明に係る耐震壁の軸力の調整例を示す説明
図である。

【図６】本発明に係る耐震壁の軸力の調整例を示す説明
図である。

【図７】本発明に係る耐震壁の軸力の調整例を示す説明
図である。

【図８】実施形態５のパネルの斜視図である。

【符号の説明】

１ 耐震壁 ２ パネル ３ Ｈ形鋼 ４ ウェブ ５ フランジ ６，６ａ 開口部 ９ 降伏耐力の低い鋼材 １１ 鉄骨柱 １２ａ 上梁 １２ｂ 下梁 １３ 主架構 １５，１５ａ 取付部材 １７ ウェブ固定部 ２０ フランジ固定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加村 久哉 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 岡本 晴仁 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 中村 信行 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 廣田 実 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 太田 道彦 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 高橋 賢司 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 井ノ上 一博 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 金子 洋文 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 鹿島 孝 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (56)参考文献 特開 平５−263467（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−13738（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−24265（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼からなり、ウェブに窓状の開口部
   又は複数のスリット状の開口部を設けて降伏耐力の低い
   領域を形成した複数のパネルを備え、これらパネルを横
   方向に連続して接合したことを特徴とする耐震壁。
2. 【請求項２】 Ｈ形鋼からなり、ウェブに開口部を設け
   て該開口部に前記ウェブの降伏耐力より低い降伏耐力の
   鋼材を接合した複数のパネルを備え、これらパネルを横
   方向に連続して接合したことを特徴とする耐震壁。
3. 【請求項３】 鉄骨構造物などの主架構の上梁と下梁の
   長手方向にウェブ固定部及びフランジ固定部を有する複
   数の取付部材を連続して取付け、 Ｈ形鋼からなり、ウェブに該ウェブの降伏耐力より低い
   降伏耐力の領域を有する複数のパネルの上下を、前記取
   付部材のウェブ固定部及びフランジ固定部にそれぞれ着
   脱可能に固定したことを特徴とする耐震壁の取付構造。
4. 【請求項４】 隣接するパネルのフランジどうしの固定
   範囲を変化させることにより、耐震壁のフランジに作用
   する軸力及び剛性を調整することを特徴とする請求項３
   記載の耐震壁の取付構造。