JP3852192B2

JP3852192B2 - 鋼製耐震壁

Info

Publication number: JP3852192B2
Application number: JP34949797A
Authority: JP
Inventors: 茂樹伊藤; 久哉加村; 忠輝形山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11181923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨構造物などの左右の柱と上下の梁とで構成した開口部（以下、主架構という）に設置され、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鋼製耐震壁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種鋼製耐震壁として、例えば、実開平７−２９２６６号公報に記載された考案がある。この鋼製耐震壁は、図６に示すように、極低降伏点鋼板からなるせん断パネル１１の両面に、溶接により縦横に補強リブ１２を取付けてその周縁部に端部補強リブを溶接接合し、この端部補強リブ１３に柱及び梁との接合のための、多数のねじ挿通穴１５を有する額縁と称する取付枠１４を溶接により取付けた構造となっている。
そして、補強リブ１２には、壁全体が座屈しないような板厚と大きさの鋼板が用いられており、せん断パネル１１の補強リブ１２で囲まれた区画Ｄが簡単には局部座屈しない程度（例えば、せん断パネル１１の幅厚比で４０から７０程度）のピッチ（間隔）となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
補強リブ１２はせん断パネル１１と一体になっているため、せん断パネル１１の歪の程度と剛性との比率に応じて応力を負担せざるを得ないが、そのため、補強リブ１２も自身の座屈を防止するに必要な剛性を確保しなければならない。しかしながら、補強リブ１２は長くなるにしたがってせん断パネル１１に対する補剛効果が急激に減少するため、大きな耐震壁や大きな荷重を負担する壁にあっては、補強リブ１２もきわめて大きなサイズとなり、せん断パネル１１と補強リブ１２の高さを加えた耐震壁の厚さがかなり大きなものとなってしまうため、空間の利用効率を減少させることになる。
【０００４】
補強リブ１２の数を多くしてピッチを密にすればするほど局部座屈が生じにくくなり、耐震性能が向上するが、補強リブ１２の取付けコストがきわめて高いものとなるばかりでなく、溶接だらけの耐震壁となり、座屈に大きな影響を与える溶接歪や初期変形がきわめて大きくなるため、かえって耐震性能を損なう場合もある。また、四周を柱及び梁に固定するために要求される高い精度を確保することがきわめて困難になる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、耐震性能が高く、その上溶接を使用せず組立が簡単でコストを低減することのできる鋼製耐震壁を得ることを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る鋼製耐震壁は、せん断パネルの一方の面に複数の補剛部材を所定の間隔で平行に配設すると共に、他方の面に複数の補剛部材を前記一方の面に配設した補剛部材と９０°ずらせて所定の間隔で平行に配設し、前記両面設けた補剛部材の各交点を前記せん断パネルと共にボルト・ナット等により接合したものである。
【０００７】
（２）上記（１）の補剛部材を、平形鋼材又は溝形断面鋼材で構成し、また、
（３）上記（１）の所定の間隔を、補剛部材の幅より狭く設定した
（４）上記（１），（２）又は（３）のせん断パネルと補剛部材との間に、摩擦を低減する材料又はずれに追従する材料を介装した。
【０００８】
【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に係る鋼製耐震壁を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図、図２は図１の一部拡大図である。
両図において、１は本実施形態に係る鋼製耐震壁、２は例えば極軟鋼板からなり、鋼製耐震壁１の主要部を構成するせん断パネルである。３ａ，３ｂはせん断パネル２より剛性の高い平形鋼材からなる複数の補剛部材で、せん断パネル２の表裏両面に互いに９０°ずらせて取付けられている。なお、６は多数のねじ挿通穴７を有し、せん断パネル２の周縁部に溶接により取付けられた普通鋼板からなる取付板である。
【０００９】
せん断パネル２の一方の面（例えば、表面）には、せん断パネル２の左右方向（横方向）の長さとほぼ等しい長さの複数の補剛部材３ａが、間隔ｇ₁を隔てて横方向に平行に配設されており、また他方の面（裏面）には、せん断パネル２の上下方向（縦方向）の長さとほぼ等しい長さの補剛部材３ｂが、間隔ｇ₂を隔てて縦方向に平行に（したがって補剛部材３ａと９０°ずらせて）配設されて、両補剛部材３ａ，３ｂの交点の中心部を、図３に示すように、せん断パネル２、補剛部材３ａ，３ｂ及び押え板４に設けた貫通穴にボルト５を挿通してナットを締め、これらを一体に接合したものである。この場合、ボルト・ナット５は、横方向及び縦方向にそれぞれほぼ同一線上に設けることが望ましい。
【００１０】
ここで、隣接する補剛部材３ａ，３ａ、３ｂ，３ｂのそれぞれの間隔ｇ₁，ｇ₂は、補剛部材３ａ，３ｂの幅Ｗより狭く形成されており、かつ、せん断パネル２が大きなせん断変形を受けても、補剛部材３ａ，３ｂが相互に接触しない程度の大きさに選ばれている。なお、図には、この間隔ｇ₁，ｇ₂がｇ₁＜ｇ₂の場合を示してあるが、これに限定するものではなく、ｇ₁＝ｇ₂がｇ₁＞ｇ₂であってもよい。
【００１１】
上記のような鋼製耐震壁１において、Ａはせん断パネル２の表裏共に補剛部材３ａ，３ｂによって座屈拘束を受けている領域、Ｂは表裏の何れか一方が補剛部材３ａ又は３ｂにより座屈拘束を受けている領域であり、Ｃは表裏いずれも補剛部材３ａ，３ｂによる座屈拘束を受けていない領域である。そして、この領域Ｃの補剛部材３ａ，３ｂの間隔ｇ₁，ｇ₂は、せん断パネル２の板厚の２０倍程度以下に選ばれているので、鋼製耐震壁１が地震時に想定される数％から５％といったきわめて大きな歪を受けても領域Ｃに局部座屈を生じることはない。
【００１２】
上記のように構成した鋼製耐震壁は、柱と梁によって構成された主架構内に配設され、主架構の内壁に設けたフレームに取付板６に設けたボルト挿通穴７に挿通したボルトにより固定され、取付けられる。
【００１３】
本実施形態に係る鋼製耐震壁は、せん断パネル２の面の大部分が補剛部材３ａ，３ｂに覆われて座屈拘束を受けており、座屈拘束を受けていない領域Ｃはきわめて小さいので、地震時においてせん断パネル２が歪を受けても局部座屈を生じることがなく、地震エネルギーを効果的に負担して耐震性能を向上させることができる。
【００１４】
また、表裏に直交して配設した補剛部材３ａ，３ｂによりせん断パネル２の面の大部分を覆い、その交点をボルト・ナット５で接合するだけなので、溶接が不要であり、組立が簡単でコストを大幅に低減することができる。
さらに、上述のように補剛部材３ａ，３ｂはボルト・ナット５によりせん断パネル２にねじ止めするだけなので、補剛部材３ａ，３ｂが応力を負担することがない。そのため、補剛部材３ａ，３ｂ自体の座屈に対する配慮が不要であり、最後までせん断パネル２の座屈を補剛する剛性を保持することができる。このため、比較的小さい断面の補剛部材３ａ，３ｂによりせん断パネル２を効果的に補剛することができる。
この結果、鋼製耐震壁１の厚みを従来に比べて大幅に薄くすることができ、その分空間利用効率を高めることができる。
【００１５】
［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２の正面図及びそのＸ−Ｘ断面図、Ｙ−Ｙ断面図である。なお、実施形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。本実施形態は、せん断パネル２の補剛部材３１ａ，３１ｂとして、平形鋼材に代えて溝形鋼の如き溝形断面鋼材を用いたものである。
【００１６】
本実施形態においては、せん断パネル２の一方の面に溝形断面鋼材からなる補剛部材３１ａを、そのウェブをせん断パネル２に当接し、かつ間隔ｇ₁を隔てて平行に配設し、他方の面に同じく補剛部材３１ｂを、補剛部材３１ａに対して９０°ずらせてそのウェブをせん断パネル２に当接し、かつ間隔ｇ₂を隔てて平行に配設して、両補剛部材３１ａ，３１ｂの交点の中心部を、図５に示すように、せん断パネル２と共に、押え板４を介してボルト・ナット５により一体に接合したものである。
【００１７】
本実施形態の作用効果は、実施形態１の場合とほぼ同様であるが、補剛部材３１ａ，３１ｂに溝形鋼の如き溝形断面鋼材を用いたので、壁全体の座屈に対する面外変形の補剛になっており、その上これを密に配設することにより、小さい断面の補剛部材３１ａ，３１ｂによってより大きな補剛効果を得ることができる。
【００１８】
［実施形態３］
本実施形態は、実施形態１及び２のせん断パネル２と補剛部材３ａ，３ｂ（３１ａ，３１）との間に、摩擦を低減させるグリースやテフロンシートを介装し、あるいは上記両者の間に両者のずれに追従できるゴム系の材料を介装したものである。
【００１９】
上記のように構成した本実施形態においては、せん断パネル２と補剛部材３ａ，３ｂ（３１ａ，３１ｂ）との間の摩擦を低減し、あるいは両者のずれに対する追従を容易にしたので、地震時にせん断パネル２の面内変形を円滑かつ容易にすることができ、また、補剛部材３ａ，３ｂ（３１ａ，３１ｂ）が面外変形するのを防止することができる。
なお、なんらかの理由で補剛部材３ａ，３ｂ（３１ａ，３１ｂ）がせん断パネル２に固着されるようなことがあると、これが格子状の壁とみなされるようになり、この格子状の壁が構造物を支えてしまうため、地震時にせん断パネルが変形しないような事態が発生するおそれがあるが、上記のように構成することによりこのような問題の発生を防止することができる。
【００２０】
上記の各実施形態においては、せん断パネル２と補剛部材３ａ，３ｂ（３１ａ，３１）を、ボルト・ナット５で接合する場合を示したが、地震時にせん断パネル２が変形しうるものであれば、リベットその他の接合手段を用いてもよい。
また、補剛部材３ａ，３ｂ（３１ａ，３１ｂ）として平形鋼材又溝形断面鋼材を用いた場合を示したが、せん断パネル２の座屈拘束をなしうるものであれば、等辺又は不当辺山形鋼の如き山形断面鋼材を用いてもよい。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明に係る鋼製耐震壁１の実施例について説明する。実施形態２の鋼製耐震壁１（図４）において、せん断パネル２に取付枠６を含む横方向の長さＬ：５ｍ、上下方向の高さＨ：３ｍで、板厚ｔ₁：１６mmの極軟鋼板（例えば、降伏点１００〜２００Ｎ／mm²程度）を用い、補剛部材３１ａ，３１ｂとして、ウェブ高さＷ：４００mm、フランジ幅ｈ：１３０mm、板厚ｔ₂：１９mmの溝形鋼を使用した（なお、図４は作図の関係上、補剛材３１ａ，３１ｂの数を少なく示してある）。
【００２２】
そして、補剛部材３１ａ，３１ｂの間隔ｇ₁，ｇ₂をそれぞれ１００mmとしてせん断パネル２の表裏に互いに９０°ずらせて配設し、各交点を当て板４を介してボルト・ナット５で接合した。
このように構成した鋼製耐震壁１に５％の歪を加えて耐震試験を行なったところ、局部座屈は勿論、壁全体の座屈を生じることがなく、高い耐震性能を有することが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る鋼製耐震壁は、せん断パネルの一方の面に複数の補剛部材を所定の間隔で平行に配設すると共に、他方の面に複数の補剛部材を一方の面に配設した補剛部材と９０°ずらせて所定の間隔で平行に配設し、せん断パネルの両面に設けた補剛部材の各交点をせん断パネルと共にボルト・ナット等により接合して構成し、
また、上記の補剛部材に、平形鋼材又は溝形断面鋼材を用い、
さらに、上記の補剛部材の所定の間隔を、補剛部材の幅より狭く設定したので、次のような効果を得ることができる。
【００２４】
（１）補剛部材をせん断パネルの表裏にボルト・ナット等で接合するようにしたので、溶接を必要とせず、その上組立が簡単なためコストを大幅に低減することができる。
（２）せん断パネルの座屈拘束を受けない領域がきわめて小さいため、せん断パネルが局部座屈を生じることがなく、このため耐震性能が向上する。
【００２５】
（３）補剛部材はせん断パネルを押えるだけを目的として、ボルトナットにより簡単に止まっているだけなので、応力を負担しない。そのため、補剛部材自体の座屈に対する配慮が不要であり、最後までせん断パネルの座屈を補剛する剛性を保持しているので、比較的小さい断面で効果的に補剛することができる。
このため、従来に比べて鋼製耐震壁の厚さを薄くするこができ、その分空間利用効率を高めることができる。
【００２６】
（４）補剛部材として溝形断面鋼材を用いた場合、ウェブ及びフランジからなる断面は、壁全体の座屈に対する面外変形を補剛しており、特に密に配設した場合は補剛効果が大である。
【００２７】
また、本発明は、上記のせん断パネルと補剛部材との間に、摩擦を低減する材料又はずれに追従する材料を介装したので、地震時にせん断パネルの面内変形を円滑かつ容易にすることができ、また、補剛部材の面外変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る鋼製耐震壁を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】図１の要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る鋼製耐震壁を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【図５】図４の要部の拡大断面図である。
【図６】従来の鋼製耐震壁の一例の正面図である。
【符号の説明】
１鋼製耐震壁
２せん断パネル
３ａ，３ｂ補剛部材（平形鋼材）
４当て板
５ボルトナット
３１ａ，３１ｂ補剛部材（溝形断面鋼材）

Claims

せん断パネルを有し、構造物の主架構内に設置される鋼製耐震壁において、
前記せん断パネルの一方の面に複数の補剛部材を所定の間隔で平行に配設すると共に、他方の面に複数の補剛部材を前記一方の面に配設した補剛部材と９０°ずらせて所定の間隔で平行に配設し、
前記両面に設けた補剛部材の各交点を前記せん断パネルと共にボルト・ナット等により接合したことを特徴とする鋼製耐震壁。
補剛部材を、平形鋼材又は溝形断面鋼材で構成したことを特徴とする請求項１記載の鋼製耐震壁。
所定の間隔を、補剛部材の幅より狭く設定したことを特徴とする請求項１記載の鋼製耐震壁。
せん断パネルと補剛部材との間に、摩擦を低減する材料又はずれに追従する材料を介装したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の鋼製耐震壁。