JP3884645B2 - 制震壁 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制震壁、特に間仕切り壁として好適に用いられる制震壁に関する。
【0002】
【従来の技術】
(A) 鋼板を用いた制震壁
従来、一般の構造用鋼材あるいは極低降伏点鋼を材料とする鋼板を用いた制震壁は知られている。この制震壁は、地震時に負担するせん断力が比較的大きいため、左右の柱と上下の梁で囲まれた部分に設置される。したがって、例えば、集合住宅では、住戸と住戸の戸境壁や、エレベータシャフト廻りの壁、階段室部分の壁、外壁等、設置場所がある程度限定される。
また、制震壁の負担せん断力が大きいほど、鋼板は早期に座屈しやすくなる。これを防止するため、鋼板にリブ(補強材)を溶接することが行われている。
しかし、リブを設けることによって、壁厚は厚くなる(板厚の薄い鋼板にリブを溶接すると板が歪むため、ある程度の板厚が必要であり、薄くすることは困難である。)。壁厚が厚くなると有効床面積が減少する。有効床面積の減少を避けるため、やはり設置場所を制限せざるを得ない。
【0003】
(B) ブレース方式
一方、左右の柱と上下の梁で囲まれた空間にブレースを配置することにより制震機能を得る方法がある。ブレースとしては、鋼材を用いるもの、オイルダンパーを用いるものが知られている。
しかし、鋼材ブレースでは、座屈を防止するため、ブレース材の断面積を大きくする必要があり、これにより壁厚が厚くなる。また、通常、圧縮側となるブレース耐力を見込まないで引張りブレースのみで設計する場合が多いが、圧縮側ブレースのたわみしろを考慮することは必要である。また、座屈を許容する場合は、部材の局部的な破壊に対して配慮しなければならない。
オイルダンパーを用いるものでは、オイルダンパー自体の径が大きくなるため、やはり壁厚が厚くなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、(A) の制震壁、(B) のブレース方式、両者とも壁厚は厚くなる。壁厚の増大による有効床面積の減少を避けるため、設置場所は制限される。
また、固定式で一体構造の壁であるから、模様替えやレイアウトの変更の際、壁位置を変えることが難しい。それゆえ、設置場所も制限される。
さらに、重量が重いため、揚重機で取付けが行われ、人力での施工ができない。
(A) のリブ付き鋼板にあっては、リブの溶接のための材料費、溶接加工費を要する。
【0005】
本発明は、上記従来技術の不都合を解消するためになされたもので、制震性能を有しながら、壁厚を抑え、設置場所の自由度を高めた制震壁を提供すること、また、施工が簡便であり、かつ模様替えやレイアウトの変更にも対応し得る制震壁を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、制震壁を構成する鋼板の負担せん断力を大きくとることが設置場所を制限する一要因となること、また、鋼板にリブを設けることにより壁厚の増大を免れないこと等に着目し、負担せん断力を大きくせずに、基板をなす鋼板に独自の構成を採用して、設置場所の範囲を拡大させることができるようにした。
【0007】
(1) すなわち、本発明は、多数の透孔を略格子状に設けた鋼板を基板とし、前記鋼板の上下各端部が上下の床スラブに固定された制振壁設置部に設置される制震壁であって、前記鋼板の両側縁部に、上下の各端部をピン接合とした平行維持装置を設けた制震壁である。
【0008】
さらに、本発明は、次のような構成を採用した。
(2) 板材−鋼板−板材の層構成を有するように、前記鋼板の両面に、該鋼板を挟む状態で板材が固定され、
前記板材は、鋼板の面に対し、ほぼ全面にわたって設けられているか、あるいは、前記板材は、制震壁の上下方向の中央を除く部分に設けられかつ前記鋼板の少なくとも各角部付近に位置している。
(3) 前記板材は木質構造である。
(4) 前記鋼板を挟む板材同士が、前記鋼板の透孔を挿通するボルトを用いて固定される。
(5) 前記平行維持装置は、前記鋼板の変形を均一化させる機能を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。各図において、同じ構成要素には同じ符号を用い、重複する説明は適宜省略する。
図1は、本発明に係る制震壁1の実施例の基本構成を示すもので、(a)は正面図、(b)は(a)のb−b断面図、(c)は側面図、(d)は(a)のd−d断面図である。図1は、制震壁1を設置した状態を示している。図1(a)において、板材20及び制震壁設置部3は便宜上、破線で示す。
【0010】
図1に示すとおり、制震壁1は、基板となる鋼板10と、この鋼板10を両側から挟む板材20,20と、鋼板10の両側縁部に設けられた平行維持装置30,30とを備えてなる。
【0011】
基板となる鋼板10には、多数の透孔11が略格子状に設けられている。従来技術のようなリブは設けられていない。透孔11は、上下及び左右の各方向に規則的に設けられている。鋼板10は、地震時のエネルギーを吸収する鋼材ダンパーとして機能する。鋼材に荷重を加えると、先ず荷重の増加に対して変形が比例的に増加する弾性範囲がある。さらに荷重が増加すると変形が大きくなり、塑性化する。このような鋼材の塑性化によって地震時のエネルギーを吸収するのが鋼材ダンパーである。
【0012】
本発明において、多数の透孔11を設けた鋼板10は、軽量化を実現する。また、鋼板10の塑性化する範囲(面積)を大きくする効果がある。鋼板10に多数の透孔11を略格子状に設けたため、この鋼板10自体が格子材とみなし得る一種のラーメン構造を多数形成し、その横材及び縦材の両端部で降伏することになる。すなわち、多数の透孔11を略格子状に設けることにより、鋼板10の塑性化する範囲(面積)を、局部的なものから、できるだけ全体的なものへと均等にすることができる。図2に基づいて鋼板10のダンパーとしてのメカニズムを説明すると、鋼板10は、その全体的な引張圧縮機構を有する。そして、透孔11を設けたことによって鋼板10の部分において格子材の曲げせん断機構が働く(図2左側の拡大図参照)。これら両機構が合成され、鋼板10が複合的なダンパー機構をもつものとなる。
【0013】
鋼板10に設ける透孔11の形状、大きさ、数、位置等を適宜設定することによって、降伏荷重を容易に調節することができる。したがって、鋼板10に設ける透孔11の形状、大きさ、数、位置等は、特に限定されるものではないが、上下及び左右の各方向に規則的に設けるのが好ましい。透孔11の形状及び配置例を図3に示す。図3(a)は透孔11が八角形のもの、図3(b)は透孔11が円形のもの、図3(c)(d)は正方形の透孔11を回転させて配置した態様のものを示す。図3(e)は、透孔11の数が高さ方向で異なる例を示す。また、鋼板10は、薄板を重ねて使用することも可能であり、設計自由度が高い。透孔11はレーザーによる切断等により形成することができる。
【0014】
鋼板10の上下各端部は、上下の床スラブ8に固定された制震壁設置部3の溝部4内に納まるように設置されている。制震壁設置部3の構成は特に限定されないが、図示の例ではL字断面の山形鋼を用いており、これを鋼板10の厚みが納まる間隔をおいて対向配置して溝部4を形成している。
鋼板10の種類、厚さは特に限定されるものではないが、比較的薄いものを使用することができる。例えば、一般の構造用鋼板で、6mm程度の薄い板厚のものを用いても、良好な制震機能を発揮させることができる。
【0015】
鋼板10を両側から挟む板材20は、鋼板10の両面に、該鋼板10を挟む状態で固定されている。制震壁1は、板材20−鋼板10−板材20の層構成を有するものとなる。板材20は、鋼板10の座屈(主に局部的な座屈)を防止する機能を奏する。板材20は、鋼板10の面に対し、ほぼ全面にわたって設けてもよいし、部分的に設けてもよい。例えば、図1に示す例では、板材20は、上下方向の中央を除く部分に設けている(図1(a)では破線で表示)。局部的な座屈、特に各角部近傍の座屈を防止するため、鋼板10の少なくとも各角部付近に位置させるのが望ましい。
【0016】
板材20の材質は、特に限定されるものではなく鉄板等を用いることもできるが、木質構造のもの、例えばベニヤ合板が軽量であり、製造上、取扱上、有利である。木質構造のものでも、実用上、十分な制震機能を発揮させることが可能である。例えば、厚さ15mm程度のベニヤ合板を用いることができる。
【0017】
板材20の固定方法は、適宜選択し得るが、鋼板10を挟む板材同士20,20を、鋼板10の透孔11を挿通するボルト(及びナット)を用いて固定するのが好ましい。接着や溶接作業が不要で製作あるいは施工が簡便であり、経済的でもある。図1には、ボルトの取付け部22を例示している。ボルトによる固定に際しては、皿ネジタイプのものを用いるなどして、板材同士20の表面に突出しないようにすることが望ましい。
【0018】
鋼板10の両側縁部には、上下の各端部をピン接合とした平行維持装置30が設けられている。平行維持装置30は、鋼板10の両側縁の端面に沿って該端面にほぼ当接する接面部31aを有する平行維持装置本体31と、平行維持装置本体31に固定され、鋼板10の両側縁部をそれぞれ両側(両面)から挟む鋼板挟持部32とを有している。接面部31aは、鋼板10に僅かなクリアランスをもってほぼ接するのみで、鋼板10に対し溶接等による固定はなされていない。また、鋼板挟持部32も鋼板10を両側から挟むのみで、鋼板10に対し溶接等による固定はなされていない。平行維持装置本体31は、断面コ字状あるいはロ字状等の部材により構成し得る。鋼板挟持部32は、L字断面の山形鋼を対向させて接面部31aに固着すること等により構成し得る。
【0019】
平行維持装置本体31上下の各端部は、取付部31bにおいてピン接合によって制震壁設置部3に連結されている。符号31cはルーズホールを示す。つまり、平行維持装置30は、上下両端ピン構造を有する。これにより、図4に示すように、水平力に対し、鋼板10の両側縁部にある平行維持装置30,30(平行維持装置本体31)は、平行線(平行四辺形)を保つように変位するため、鋼板10の変形を均一化させる機能(変形の局所化を防止して均一化させる機能)を奏する。また、鋼板挟持部32は鋼板10の側縁部を両側(両面)から挟んで、鋼板10の歪を分散させ、座屈(全体的な座屈)を防止する機能を奏する。これらの機能が相俟って、優れた制震機能を制震壁1に付与することができる。なお、平行維持装置30は、通常、鋼板10の設置後に取り付けられる。
【0020】
制震壁1の表面は、適宜表面材によって被覆される。図5は、制震壁1の具体的構成例を示す横断面図である。図5において、制震壁1は、上述したように、基板となる鋼板10と、この鋼板10を挟む板材20,20と、鋼板10の両側縁部に設けられた平行維持装置30,30とを備えてなる。平行維持装置30は、平行維持装置本体31と、該平行維持装置本体31に固定され、鋼板10の両側縁部をそれぞれ両側(両面)から挟む鋼板挟持部32を有している。
板材20の表面はプラスターボード40で被覆されている。板材20の一方の表面には、プラスターボード40が1枚積層され、他方の表面には、遮音材、断熱材等の充填材50を介してプラスターボード40が2枚積層されている。符号52はスペーサーである。このように、表面材を形成するプラスターボード40の内側に各種充填材50を内装して構成することができる。例えば、エレベータに面する住戸の壁、住戸間の戸境壁、主寝室の壁、パイプスペース廻りの壁等においては、遮音材を内装するのが好ましい。制震壁1は、制震性能を有しながら、遮音材等を含めた壁厚を100mm程度以内に納めることができるため、設置場所が制限されない。また軽量で施工もし易い。規格化された1ユニットの制震壁1(例えば、幅1000mm程度のものとすることができる。)を適宜、整列させて壁部を構成することができるので、計画の融通性に優れ、施工もしやすい。
【0021】
図6に、本発明の制震壁1の建物への適用例を示す。本発明の制震壁1は、戸境壁、間仕切り壁等、場所を選ばずに任意の場所に設置することができる。図6は、建物の一部の平面図であり、RC構造等の耐震壁7と本発明の制震壁1とを併用して壁を設けた例を示す。図6(a)は新築時の壁配置を示す。図6(b)は、模様替え時の壁配置を示す。本発明の制震壁1は、従来の鋼板を用いた制震壁のように設置場所が制限されることがなく、また模様替えやレイアウトの変更の際、壁位置を簡単に変えることができる。したがって、例えば図6(a)の新築時の壁配置の状態から、必要に応じて図6(b)のような壁配置の状態へと、戸境壁の移動も含めて変更することができる。なお、図6ではRC構造等の耐震壁7と併用した例を示したが、すべて本発明の制震壁1を適用して壁部を構成することもできる。また、既存の建物に耐震補強を目的として設置することもできる。
【0022】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形、付加等が可能である。本発明の制震壁は、集合住宅やオフィスビル等の建物に好適に適用されるが、戸建て住宅及び各種建物の耐震補強等にも適用することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制震壁は、制震性能を有しながら、壁厚を抑えることができるもので、これにより設置場所の自由度を高めることができる。間仕切り壁あるいは戸境壁として新設及び既存の建物に適用して制震性能を発揮させることができる。
また、比較的軽量で、人力で施工可能な部材で構成される乾式の制震部材を実現するものであり、施工が簡便である。従来のように柱、梁と一緒に壁を造らずに、壁材料を先行揚重しておき、後で仕上工事の一貫として制震部材を構成することもできる。このため、システム施工の効率を向上し、工期の短縮を図ることが可能である。
また、設置後に移動することも可能であり、模様替えやレイアウトの変更に対応し得る。
【0024】
ユニット単位の規格化された制震壁として構成することができるので、間仕切りのプランが不確定な場合でも、先行揚重、余剰材の現場内転用等が可能である。フリープラン、スケルトン・インフィルへの適応性が高く、有益である。
さらに、廃棄時には分別しやすく、リサイクルしやすい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制震壁1の実施例の基本構成を示すもので、(a)は正面図、(b)は(a)のb−b断面図、(c)は側面図、(d)は(a)のd−d断面図である。
【図2】鋼板10のダンパー機構の説明図である。
【図3】透孔11の形状及び配置例を示す図である。
【図4】平行維持装置30の機能を説明する図である。
【図5】制震壁1の具体的構成例を示す横断面図である。
【図6】制震壁1の建物への適用例を示す平面図である。
【符号の説明】
1 制震壁
10 鋼板
11 透孔
20 板材
22 ボルトの取付け部
30 平行維持装置
31 平行維持装置本体
32 鋼板挟持部

Claims (5)

  1. 多数の透孔を略格子状に設けた鋼板を基板とし、前記鋼板の上下各端部が上下の床スラブに固定された制振壁設置部に設置される制震壁であって、
    前記鋼板の両側縁部に、上下の各端部をピン接合とした平行維持装置を設けた制震壁。
  2. 板材−鋼板−板材の層構成を有するように、前記鋼板の両面に、該鋼板を挟む状態で板材が固定され、
    前記板材は、鋼板の面に対し、ほぼ全面にわたって設けられているか、あるいは、前記板材は、制震壁の上下方向の中央を除く部分に設けられかつ前記鋼板の少なくとも各角部付近に位置している、請求項1に記載の制震壁。
  3. 前記板材は木質構造である、請求項2に記載の制震壁。
  4. 前記鋼板を挟む板材同士が、前記鋼板の透孔を挿通するボルトを用いて固定される、請求項2又は3に記載の制震壁。
  5. 前記平行維持装置は、前記鋼板の変形を均一化させる機能を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の制震壁。
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