JP3909431B2 - 耐震壁架構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は連層耐震壁を有する建物において、耐震性能の向上を図る上で連層耐震壁を有効に利用した耐震壁架構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
建物の脚部から頂部まで連続した連層の耐震壁の利用形態には
(1) 図３−(a)に示すように独立した連層耐震壁として利用する方法、
(2) 図４−(a)に示すように連層耐震壁の頂部に建物の外周にまで張り出す梁を接続し、
梁の先端と建物外周の柱との間にダンパを設置し、梁先端と柱との間の相対変位を利用する方法（特許第２８４２１５９号）、
(3) 図５−(a)に示すように分離して並列する連層耐震壁間に複数のダンパを設置し、連層耐震壁間の相対変位を利用する方法（特開平１０−３３１４７７号）
がある。
【０００３】
いずれも連層耐震壁の曲げ変形を利用する点で共通するが、(1)と(2)の方法では、連層耐震壁が１枚の壁から構成されていることから、耐震壁自体が一定の幅を持つため、耐震壁が配置されるコアにおける建築設計上の自由度が狭められる不利益がある。
【０００４】
(2)の方法では事務所ビル等の長スパンに梁が架設されるような、耐震壁から建物外周までの距離が大きくなる場合に、相対的に梁の剛性が低下するため、梁の剛性低下がない場合よりダンパに耐震壁の変形量に応じた変形量を与えることができなくなり、ダンパによるエネルギ吸収効果が低下することが考えられる。
【０００５】
(3)の方法では並列する連層耐震壁が全高に亘って分離していることで、コアにおける設計上の自由度は(1)，(2)の場合より高いが、連層耐震壁の剛性が(1)，(2)の場合より１／３〜１／４程度にまで低下し、変形量が大きくなるため、居住性の低下を招く。
【０００６】
この発明は上記背景より、(1)，(2)の方法と同等の居住性を確保し、(3)の方法と同等の設計上の自由度を維持しながら、(2)，(3)の方法と同等のダンパによるエネルギ吸収効果を発揮させる耐震壁架構を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では複数の連層耐震壁を距離を隔てて並列させ、並列する連層耐震壁の頂部を、各頂部の一定範囲を超える回転を拘束し、かつ各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容し得る状態で互いに連結することにより、居住性と設計上の自由度を維持しながら、ダンパの設置層における連層耐震壁間の相対変位量を稼ぎ、ダンパによるエネルギ吸収効果を有効に発揮させる。ダンパは並列する連層耐震壁の高さ方向の上下を除く中間部間にのみ１個、もしくは複数個架設され、双方に接続される。並列する連層耐震壁は２枚である必要はなく、３枚以上の場合もある。
【０００８】
頂部の回転を拘束するとは、並列する連層耐震壁の頂部間で曲げモーメントを伝達でき、各連層耐震壁を両端固定梁として扱える程度に頂部の回転を拘束することを言い、一定範囲を超える回転を拘束するとは頂部の変位の程度によっては本発明のように頂部の回転変形を許容し得る状態を含むことを言う。
【０００９】
図１−(a)に示すように並列する連層耐震壁２，２の頂部が梁や壁等の連結部材４によって一定範囲を超える回転を拘束された状態で互いに連結されることで、例えば完全に回転を拘束された状態で連結されることで、並列する連層耐震壁２，２の変形状態は両端固定梁が両端間に変位を生じた形になるため、(b)に示すように連層耐震壁の脚部と頂部が固定されたせん断変形型となり、連層耐震壁の各部の撓み角を示す回転モードは(c)に示すようになり、中間部の回転モードが脚部と頂部より大きく、中央部で最大となる。
【００１０】
比較のため、前記(1)〜(3)の場合の架構の変形状態を図３〜図５の各(b)に、回転モードを各(c)に、曲げモーメント分布を各(d)に示す。
【００１１】
前記(1)〜(3)の場合は連層耐震壁が片持ち梁であることから、脚部から中間部へかけて撓み角が大きくなり、頂部で最大となるため、回転モードは各図の(c)に示すようになり、中間部から頂部へかけて緩やかな曲線を描く。
【００１２】
ダンパに生ずる変形量は各図の(b)に示すようにダンパの両端が接続する各部分における接線に垂直な線間の距離に対応し、この垂線間の距離は撓み角が最大のときに最大となるから、(2)（図４），(3)（図５）の場合は撓み角が大きくなる連層耐震壁の頂部にダンパの両端を接続することが有効である。
【００１３】
これに対し、本発明の場合には連層耐震壁の高さ方向中央部の撓み角が最大で、(2)，(3)の場合の連層耐震壁頂部の撓み角と同等程度になるため、ダンパを並列する連層耐震壁の高さ方向の中間部間に架設することにより(2)，(3)の場合に連層耐震壁の頂部間にダンパを設置した場合と同等程度のエネルギ吸収効果を得ることができる。
【００１４】
また並列する連層耐震壁の頂部が互いに連結されていれば、頂部を除いて分離していながらも、連結されて一体となった耐震壁架構の剛性は(1)や(2)の場合の剛性の１〜１／１．５倍程度に抑えられ、(1)や(2)の場合と同等程度の剛性が保たれるため、(1)や(2)の場合と同等の居住性が確保される。
【００１５】
併せて本発明の場合には並列する連層耐震壁が頂部においてのみ連結され、頂部を除いて分離していることで、(3)の場合と同等のコアにおける設計上の自由度が確保される。
【００１６】
更に(1)〜(3)の連層耐震壁は水平力に対して実質的に片持ち梁として挙動することから、曲げモーメントは図３〜図５の各(d)に示すように頂部、またはその付近が最小で、脚部が最大となって分布するため、この曲げモーメントに抵抗し得る耐力を耐震壁の脚部に持たせる必要から、耐震壁の脚部における設計が難しくなる傾向がある。
【００１７】
これに対し、並列する連層耐震壁が両端固定梁として挙動することで、図１−(d)に示すように曲げモーメントの最大値が脚部と頂部に生じ、曲げモーメントの最大値が(3)（図５）の場合の半分程度になるため、連層耐震壁の脚部における設計が容易になる利点がある。
【００１８】
建物が高層である場合には、請求項２に記載のように連層耐震壁が高さ方向に複数の区間に区分され、各区分された区間毎に、並列する連層耐震壁の頂部が、各頂部の一定範囲を超える回転が拘束され、かつ各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容し得る状態で互いに連結され、並列する連層耐震壁の高さ方向の上下を除く中間部間にのみ１個、もしくは複数個のダンパが架設され、双方に接続される。
【００１９】
前記の通り、並列する連層耐震壁の頂部が完全に固定状態で、すなわち回転変形を生じない程度に連結（剛節）された場合に、頂部における曲げモーメントが脚部における曲げモーメントと等しくなり、連結状態をパラメータとして、頂部及び脚部の曲げモーメントを調整することができる。
【００２０】
このことから、本発明のように並列する連層耐震壁の頂部を、各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容する半剛節状態に連結することにより、脚部における曲げモーメントが増大しながらも、頂部における曲げモーメントを低減するように調整することが可能になる。
【００２１】
この結果、長期軸力が小さく、曲げ耐力を確保しにくい耐震壁頂部と、長期軸力が大きく、曲げ耐力を確保し易い耐震壁脚部のそれぞれの設計に合わせた曲げモーメント分布とすることもでき、連層耐震壁の曲げに対する設計を容易にすることができる。
【００２２】
連層耐震壁の頂部を半剛節状態に連結することは両連層耐震壁の頂部間に架設される連結部材と頂部との連結状態を調整することにより、または連結部材自体の剛性を調整することによって行われる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の耐震壁架構１は図１−(a)に示すように距離を隔てて並列する複数の連層耐震壁２，２からなり、並列する連層耐震壁２，２の頂部を、各頂部の一定範囲を超える回転を拘束した状態で互いに連結し、並列する連層耐震壁２，２の高さ方向の中間部間にダンパ３を架設し、双方に接続して構成されるものである。
【００２４】
連層耐震壁２は鉄筋コンクリート造の耐震壁の他、鉄骨造の柱・梁のフレームとフレーム内に組み込まれるブレースや耐震壁等から構成され、ダンパ３は連層耐震壁２，２の高さ方向の中間部間に１箇所、もしくは複数箇所に配置される。１箇所の場合は図１−(c)に示す回転モードが最大となる高さ方向の中央部間に配置され、複数箇所の場合は主として最大となる箇所とその付近に配置される。
【００２５】
ダンパ３は連層耐震壁２，２の対向する面に形成される、あるいは対向する面から梁状、または壁状に張り出して形成される受け部間に架設され、両端はダンパ３の機能に応じ、例えば受け部に回転が拘束された状態、または回転が自由な状態等に接合される。
【００２６】
ダンパ３にはダンパ３が接続する受け部の回転変位を拘束するような鋼製や鉄筋コンクリート製等の境界梁形式のダンパの他、曲げモーメントやせん断力、もしくは軸方向力によって降伏する形式の鋼製のダンパ、あるいはせん断力や軸方向力によって粘性抵抗力を発揮する形式のオイル等の粘性流体を用いたダンパが使用される。
【００２７】
並列する連層耐震壁２，２の頂部は両連層耐震壁２，２間に跨る壁や梁等の連結部材４によって頂部間で曲げモーメントを伝達し得る状態に連結される。連結部材４の材料は問われず、鉄筋コンクリート部材や鋼製部材等が使用され、連層耐震壁２，２に連続して構築されることもある。各連層耐震壁２との接合方法も問われず、連層耐震壁２の頂部のある程度の回転変形を許容するように決められる。
【００２８】
連結部材４による連層耐震壁２の頂部の回転拘束の効果は図１−(a)に示すように連結部材４が壁状の場合のように連結部材４の剛性が大きい程大きく、梁状のように剛性が小さくなる程低下するため、連層耐震壁２と連結部材４との接合方法に加え、連結部材４の剛性の程度によって連層耐震壁２の頂部と連結部材４との連結状態である連層耐震壁２の頂部の回転拘束の程度、すなわち連層耐震壁２の頂部の応力が調整される。
【００２９】
図２は建物が高層である場合の耐震壁架構１の構築例を示す。この場合、並列する複数の連層耐震壁２，２は高さ方向に複数の区間に区分され、各区分された区間毎に、並列する連層耐震壁２，２の頂部が回転を拘束された状態で互いに連結され、連層耐震壁２，２の高さ方向の中間部間に１個、もしくは複数個のダンパ３が架設され、双方に接続される。図２は耐震壁架構１を３層に区分した場合を示すが、この場合、連結部材４は耐震壁架構１の３箇所に架設される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では複数の連層耐震壁を距離を隔てて並列させ、並列する連層耐震壁の頂部を、各頂部の一定範囲を超える回転を拘束し、かつ各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容し得る状態で互いに連結することで、連層耐震壁の高さ方向中間部の撓み角を従来の(2)，(3)の場合の耐震壁頂部の撓み角と同等程度にすることができるため、ダンパを並列する連層耐震壁の高さ方向の中間部間に架設することにより(2)，(3)の場合の耐震壁頂部にダンパを設置した場合と同等程度のエネルギ吸収効果を得ることができる。
【００３１】
また並列する連層耐震壁の頂部が互いに連結されていることで、連結されて一体となった耐震壁架構の剛性が従来の(1)や(2)の場合の剛性の１〜１／１．５倍程度に抑えられ、(1)や(2)の場合と同等程度の剛性が保たれるため、(1)や(2)の場合と同等の居住性を確保することができる。
【００３２】
更に並列する連層耐震壁が頂部においてのみ連結され、頂部を除いて分離していることで、従来の(3) の場合と同等程度のコアにおける設計上の自由度を確保することができる。
【００３３】
加えて並列する連層耐震壁が両端固定梁に近い状態で挙動することで、図１−(d)に示すように曲げモーメントの最大値が脚部と頂部に生じ、曲げモーメントの最大値が従来の(3)の場合の半分程度になるため、連層耐震壁の脚部における設計が容易になる。
【００３４】
並列する連層耐震壁の頂部を、各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容する半剛節状態に連結することにより、頂部における曲げモーメントを低減することができ、連層耐震壁の曲げに対する設計を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)は請求項１記載の耐震壁架構の概要を示した立面図、(b)は連層耐震壁の変形状態を示した図、(c)は回転モードを示した図、(d)は曲げモーメント図である。
【図２】 請求項２記載の耐震壁架構の概要を示した立面図である。
【図３】 (a)は従来の連層耐震壁のみからなる架構の概要を示した立面図、(b)は連層耐震壁の変形状態を示した図、(c)は回転モードを示した図、(d)は曲げモーメント図である。
【図４】 (a)は従来の連層耐震壁と梁からなる架構の概要を示した立面図、(b)は連層耐震壁の変形状態を示した図、(c)は回転モードを示した図、(d)は曲げモーメント図である。
【図５】 (a)は従来の分離した連層耐震壁からなる架構の概要を示した立面図、(b)は連層耐震壁の変形状態を示した図、(c)は回転モードを示した図、(d)は曲げモーメント図である。
【符号の説明】
１……耐震壁架構、２……連層耐震壁、３……ダンパ、４……連結部材。

Claims (2)

1. 距離を隔てて並列する複数の連層耐震壁からなり、前記並列する連層耐震壁の頂部を、各頂部の一定範囲を超える回転を拘束し、かつ各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容し得る状態で互いに連結し、並列する連層耐震壁の高さ方向の上下を除く中間部間にのみ１個、もしくは複数個のダンパを架設し、双方に接続してある耐震壁架構。
2. 距離を隔てて並列する複数の連層耐震壁からなり、前記並列する連層耐震壁を高さ方向に複数の区間に区分し、各区分された区間毎に、並列する連層耐震壁の頂部を、各頂部の一定範囲を超える回転を拘束し、かつ各頂部の一定範囲以内の回転変形を許容し得る状態で互いに連結し、並列する連層耐震壁の高さ方向の上下を除く中間部間にのみ１個、もしくは複数個のダンパを架設し、双方に接続してある耐震壁架構。

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