JP4414833B2 - 波形鋼板を用いた耐震壁 - Google Patents

Description

この発明は、構造物の地震応答や風荷重応答を制御し又は抑制する波形鋼板を用いた耐震壁の技術分野に属し、更に云えば、波形鋼板が架構を形成する柱又は梁のいずれか一方とのみ接合された構成の波形鋼板を用いた耐震壁に関する。

従来、耐震壁としては、現場打ちコンクリート造又はプレキャストのコンクリート壁構造が一般的に採用されている。しかし、コンクリート壁は、強度と剛性の制御が難しく、所定の強度を保持しつつ高い変形能力を期待することが難しい。したがって、耐震壁に要求される性能は、躯体重量が大きくならない程度に剛性と強度を適切に設計すること、云い換えれば地震力に対する強度が大きく、しかも高耐力での変形性能（靱性）に優れる可変剛性機能を満たすことである。

この目的を達成する手段として、従来、幾つかの技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、耐震壁と周辺架構との間に、前記耐震壁および周辺架構のコンクリート強度より弱いモルタルを注入して、地震時には前記モルタル部分を集中的に破壊させて、耐震壁本体の剪断破壊を防止する構成であり、構造物全体の剪断剛性、強度を制御する技術が開示されている。

特許文献２には、ＲＣ造の耐震壁に無筋で凹状のひび割れ誘発目地部（スリット）を設けて、地震時に当該目地部に破壊を集中させて剪断破壊を起こすことなくエネルギーを吸収させて、構造物全体の剪断剛性、強度を制御する鉄筋コンクリート壁構造が開示されている。

また、地震時等に高層建物のコア部の脚部に発生する転倒モーメントの制御を目的とした耐震技術も開示されている。
特許文献３には、構造物中央の連層ＲＣ造コア壁の頂部にトップガーターを設置し、トップガーターの曲げ戻し作用により転倒モーメントの一部を周辺柱梁フレーム等に軸力として伝達させ、軸力及び転倒モーメントによる変形を制御する技術が開示されている。

しかし、上記のコンクリート造の耐震壁及び耐震構造物のコンクリート壁は、強度を大きくするべく鉄筋量を増やしたり壁厚を大きくすると、必然的に剛性も大きくなるし、面外力に対する剛性も大きくなる性質がある。そのため上記特許文献１、２に開示されたように破壊を集中させるモルタルを使用したり、ひび割れ誘発目地部を設ける等々の面倒な製作や取り付け手法を要求される。それでも面外力に対する曲げ剛性の制御は不可能である。コンクリート壁は非常に重く、構造物の躯体荷重が大きくなるという問題点も見逃せない。

上記の各問題点を顧みて、本出願人により先に特許出願した非特許文献１、２の耐震壁及び制震壁には、所謂波形鋼板が持つ、面内の曲げ及び剪断に対する剪断耐力及び剛性が大きくて、剛性及び強度設計の自由度が高く、軸力及び面外方向の曲げ力に対する抵抗が小さいという力学的特性を利用するべく、前記波形鋼板を、その折り筋を水平方向の配置で構造物の周辺架構（柱梁又はコア部）面内に組み入れて、一定の強度を保持しつつも高い変形性能を十分に期待でき、軽量で現場での取付けが簡単な耐震壁及び制震壁が発案されている。

更に下記の特許文献４には、デッキプレート（波形鋼板）をその波形の筋が水平方向となる配置で柱梁架構の面内に組み入れ、その上縁及び左右縁を柱梁へ装着した波形板製遮災壁が開示されている。

特公昭６２−３１１４８号公報 特許第２９４４０５０号公報 特開平７−１８９１８号公報 特開２００３−１７６５８２号公報 特願２００４−４２１９６号 特願２００４−４２２２３号

上述したように、波形鋼板を耐震壁及び耐震壁として使用する技術は本出願人により既に出願されている。上記非特許文献１、２の耐震壁及び制震壁は、柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内と波形鋼板との接合は、波形鋼板の全周辺に設けられたスタッド等の剪断力伝達要素を一個一個ボルト止め又は溶接して接合する構成であり、前記架構の全周辺（四辺）と接合する作業は非常に面倒で手間と時間がかかる。更に、柱又は梁・スラブが鉄筋コンクリート造、鉄筋鉄骨コンクリート造、鉄骨造である場合、主筋や剪断補強筋が内設されているため前記剪断力伝達要素を取り付ける際にそれらの部材同士が込み合うため施工が困難である。

上記特許文献４には、デッキプレート（波形鋼板）をその波形の筋が水平方向となる配置で柱梁架構の面内へ組み入れ、その上縁及び左右縁を柱梁へ装着した波形板製遮災壁が開示されていることは認められる。しかし、その目的は、構造物の火災時に床は下方へ大きく撓むが、梁は床ほどは撓まないので、通常の遮災壁は前記の撓み変形に追従できず破損して防火機能を果たし得ない等の課題を解決することにあり（同公報の段落番号［０００３］〜［０００５］及び［００２１］以下参照）、波形鋼板の上下方向の伸縮性に着眼したものと認められる。いずれにしても、デッキプレートは所謂スラブコンクリートを打設する床型枠に使用される用途が周知であり、その厚さは１．２ｍｍないしせいぜい６ｍｍ程度の薄い鋼板で、到底本願発明が目的とするような耐震壁には適用できるものではない。

本発明の目的は、波形鋼板と架構面内との接合が架構を形成する柱又は梁・スラブのいずれか一方とのみ剪断力伝達要素で接合する構成として、作業効率を飛躍的に向上させ、柱又は梁・スラブの損傷を最小限に抑え、既存の構造物にも実施可能とした波形鋼板を用いた耐震壁を提供することにある。

本発明の更なる目的は、剪断力が激しく変形性能を著しく損なう場合には、波形鋼板が負担する水平力を柱と梁の両方へ伝達させ、制震性能を十分に発揮させる波形鋼板を用いた耐震壁を提供することにある。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る波形鋼板を用いた耐震壁は、
水平力で層間変形を発生する柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内に、波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けて、且つ水平剪断力には抵抗するが鉛直軸力及び面外方向の曲げに対する抵抗が小さい構成で水平力を伝達可能に組み入れて成り、
架構を形成する柱又は梁・スラブのいずれか一方の内周辺に剪断力伝達要素が設けられ、前記波形鋼板の全周辺、又は前記剪断力伝達要素を設けなかった辺に沿う水平辺又は縦辺に接合用フレーム枠が取り付けられ、前記剪断力伝達要素で波形鋼板が架構と水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した波形鋼板を用いた耐震壁において、
架構の内周面のうち、剪断力伝達要素を設けなかった辺の内周辺に、波形鋼板の外周辺に取り付けた接合用フレーム枠と当たる剪断力伝達プレートが設けられ、同剪断力伝達プレートと前記剪断力伝達要素で接合されない柱又は梁・スラブとを水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載した波形鋼板を用いた耐震壁において、
架構の内周面のうち、剪断力伝達要素を設けなかった辺に沿う波形鋼板の水平辺又は縦辺は、接合用フレーム枠と共に柱又は梁・スラブの面内に水平力を伝達可能に埋め込まれていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した波形鋼板を用いた耐震壁において、
上下の梁又はスラブと剪断力伝達要素で接合された波形鋼板の上下辺と同梁又はスラブとの間に隙間が設けられていることを特徴とする。

請求項１〜４に記載した発明に係る波形鋼板を用いた耐震壁は、以下のような効果を奏する。
（１）波形鋼板が架構を形成する柱又は梁・スラブのいずれか一方とのみ接合される構成としたため、面倒で手間のかかる剪断力伝達要素と波形鋼板との接合作業の行程を確実に減少させて作業効率を飛躍的に向上できる。また、スタッド等の剪断力伝達要素を設けることによって生じる柱又は梁・スラブの損傷を最小限に抑え、もっては構造物の耐久性を向上させる。
（２）波形鋼板は簡易に着脱できる構成であるため施工性が良いのみならず既存の構造物においても実施可能である。
（３）剪断力が激しく変形性能を著しく損なう場合には、剪断力伝達要素を設けなかった辺に剪断力伝達プレートを設ける又は波形鋼板の接合用フレーム枠を埋め込ませる構成として、波形鋼板が負担する水平力を柱及び梁の両方に伝達させ、制震性能を十分に発揮させる。

水平力で層間変形を発生する柱・梁架構又は柱・スラブの周辺架構の面内に、波形鋼板４がその折り筋を水平方向に向けて且つ水平剪断力には抵抗するが軸力及び面外方向の曲げに対する抵抗が小さい構成で水平力を伝達可能に組み入れて成っている。
架構１を形成する柱２又は梁・スラブ３のいずれか一方の内周辺に剪断力伝達要素６が設けられ、前記波形鋼板４の全周辺、又は前記剪断力伝達要素６を設けなかった辺に沿う水平辺４０又は縦辺４１に接合用フレーム枠５が取り付けられ、前記剪断力伝達要素６で波形鋼板４が架構１と水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合されている。

図１、２は請求項１記載の発明に係る波形鋼板を用いた耐震壁の実施例を示している。水平力で層間変形を発生する柱・梁架構１及び柱・スラブ架構１（以下、単に架構１と云う。）の代表例として示した。
本発明は、両側の柱２、２と上下の梁３、３（以下、スラブも含む。）とで成る架構１の面内に波形鋼板４がその折り筋を水平方向に向けて且つ水平剪断力には抵抗するが軸力及び面外方向の曲げに対する抵抗が小さい構成で水平力を伝達可能に組み入れる構成とされており、特に剪断力伝達要素６で波形鋼板４が架構１の柱２又は梁３のいずれか一方とのみ接合されていることを特徴とする。

図１は、梁３、３の内周辺にスタッド等の剪断力伝達要素６が設けられ、波形鋼板４の全周辺（水平辺４０及び縦辺４１）に接合用フレーム枠５が取り付けられ、前記剪断力伝達要素６と前記波形鋼板４の水平辺４０に取り付けた接合フレーム枠５とを水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合した実施例を示している。要するに、波形鋼板４は梁３、３とのみ接合されている。

この限りではなく、前記接合フレーム枠５は施工上、図示例のようにその全周辺に設けることが好ましいが、前記剪断力伝達要素６を設けなかった波形鋼板４の水平辺４０又は縦辺４１（図では縦辺４１）のいずれか一方にのみ設けて、同剪断力伝達要素６は直に波形鋼板４と接合されることも考えられる。波形鋼板４の剪断力伝達要素６を設けなかった辺に沿って設けられた接合用フレーム枠５が、波形鋼板４が負担する剪断力に対応する曲げに確実に抵抗するからである。
前記波形鋼板４の縦辺４１（更には接合用フレーム枠５の縦辺）と柱２、２とは接合されず隙間を設けたままの状態とされている。勿論、この限りではなく、柱２とは接合はしないが密着（接触）した状態として柱２へ水平力を伝達させる構成としても良い。

図２は、図１と逆の構成であり、柱２、２の内周辺へスタッド等の剪断力伝達要素６が設けられ、波形鋼板４の全周面に接合用フレーム枠５が取り付けられ、同剪断力伝達要素６と波形鋼板４の縦辺４１に取り付けられた接合用フレーム枠５とを水平力が伝達可能にボルト止め又は溶接で接合した実施例を示している。つまり、波形鋼板４は柱２とのみ接合されている。この場合も、接合用フレーム枠５は剪断力伝達要素６を設けなかった波形鋼板４の水平辺４０又は縦辺４１のいずれか一方にのみ設ける構成としても良い。
因みに、接合用フレーム枠５は、その幅が図１Ｂ、図２Ｂの断面図が示すように、直交して設けられる波形鋼板４の厚みよりも十分に幅広な長さとされており、波形鋼板４が負担する水平力に接合用フレーム枠５がしっかり抵抗し、且つ梁３へ伝達される構成である。

したがって、面倒で手間の掛かる接合作業の工程を確実に減少し作業効率を飛躍的に向上させることができるし、構造物として重要な部材である柱や梁・スラブの損傷を最小限に抑えて構造物の耐久性を保持させる。また、既存の構造物においても実施可能である、。

ところで、前記波形鋼板４は折板状になっており、その形状が例えば矩形波形状に形成されて力学的特性を得られるものとされている。前記波形鋼板４の断面形状はこの限りではなく、図６Ａ〜Ｄに示したような種々の形状で実施できる。
力学的特性としては水平剪断力に対しては、前記波形鋼板４の折板になっている一枚一枚が剪断力に対して十分に抵抗し、その集合として全体が水平剪断力に十分に抵抗する。ＲＣ壁と比して十分に高い剪断強度を有し、且つ剪断強度を保持したまま変形が進むといった靱性に優れた性状を発揮して高い変形性能を可能とする。

しかも、剪断剛性及び強度は、鋼板の材質固有の強度の他に、板厚の大きさ（通例９ｍｍ〜２２ｍｍ程度）、重ね合わせの枚数、ピッチ（通例５００ｍｍ〜７００ｍｍ程度）及び波高の大きさ（通例８０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度）などの設計の如何により自在に設計することができる。

また、前記波形鋼板４は折板になっているので、波形の筋に直角な軸力に対してはアコーディオンの如くに自由に伸び縮みし、剛性耐力がはるかに小さい。波形面内の曲げに対しても、同様にアコーディオンの如く自由に伸び縮みして圧縮及び引っ張りを許容するので、剛性、耐力が小さい。一方、波形の折り筋に垂直な方向の面外力（曲げ及び剪断）に対する剛性、耐力は、折板になっているので十分大きいが、波形の折り筋に平行な方向の面外力（曲げ及び剪断）に対しては、折板になっているが故に抵抗が小さくなるという力学的特性を発揮する。

上記のような力学的特性は耐震構造物には必要なものであり、構造物の架構１…の多くに配置されることが望ましい。しかるにその接合作業も膨大数となるため本発明の構成により作業効率を飛躍的に向上し施工期間にさしたる影響を与えることなく実施することが可能となる。

図３は請求項２に記載した波形鋼板を用いた耐震壁の実施例を示している。本実施例は、実施例１とほぼ同様の技術的思想に立脚するので、以下には両者の相違点を中心に説明する。
本実施例は、特に剪断力が伝達される側の柱２又は梁３の剪断力が厳しく変形性能の損なう虞がある場合に好適に実施される。図３Ａには波形鋼板４は梁３と接合されている場合を示した。この場合、剪断力伝達要素６を設けなかった柱２の内周辺に、波形鋼板４の外周辺、図示例では特に縦辺４１に取り付けた接合用フレーム枠５と当たる剪断力伝達プレート７が設けられ、同剪断力伝達プレート７と柱２とを水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合されている。つまり、本実施例の要旨は前記剪断力伝達プレート７により、波形鋼板４が負担する水平力を梁３のみならず柱２へも伝達させて耐震性能を十分に発揮させる点にある。

前記剪断力伝達プレート７は、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、接合用フレーム枠５の縦辺４１の上下端部へ複数個取り付ける構成とすることが好ましい。また、鋼材で形成されており伝達される剪断力の大きさによりその形状や大きさ、個数等々が決定される。
以上に、波形鋼板４が梁３と接合される場合を説明したが、その逆で、波形鋼板４が柱２と接合されている場合には、前記波形鋼板４の水平辺４０に取り付けた接合用フレーム枠５と当たる剪断力伝達プレート７が設けられ、梁３と接合される。

図４は請求項３記載の発明に係る波形鋼板を用いた耐震壁の実施例を示している。本実施例も、剪断力が伝達される側の柱２又は梁３の剪断力が厳しく変形性能を損なう場合において好適に実施される。
図示例では波形鋼板４が梁３と接合されている場合を示した。この場合、架構１の内周面のうち、剪断力伝達要素６を設けなかった柱２に沿う波形鋼板４の縦辺４１は、接合用フレーム枠５と共に柱２の面内へ水平力伝達可能に埋め込まれる構成とされる。
本実施例も同様に、接合波形鋼板４が柱２と接合される場合、接合用フレーム枠５の水平辺が梁３の面内へ埋め込まれる構成としても良い。

図５は請求項４に記載した発明に係る波形鋼板を用いた耐震壁の実施例を示している。本実施例４は、上下の梁３、３と剪断力伝達要素６で接合された波形鋼板４の上下辺と同梁３との間に隙間Ｓが設けられている。すると前記隙間Ｓで梁３の軸方向の変形を許容することができる。

Ａは本発明の実施例１において波形鋼板が梁側と接合された一例を示した図である。ＢはＡの断面図である。 Ａは本発明の実施例１において波形鋼板が柱側と接合された一例を示した図である。ＢはＡの断面図である。 Ａは本発明の実施例２を示した図である。ＢはＡの断面図である。ＣはＡの平面図である。 本発明の実施例３を示した図である。 本発明の実施例４を示した図である。 Ａ〜Ｄは波形鋼板の異なる断面形状を示した説明図である。

符号の説明

１ 架構
２ 柱
３ 梁（又はスラブ）
４ 波形鋼板
４０ 水平辺
４１ 縦辺
５ 接合用フレーム枠
６ 剪断力伝達要素（スタッド）
７ 剪断力伝達プレート
Ｓ 隙間
Ｍ 埋め込み部分

Claims (4)

1. 水平力で層間変形を発生する柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内に、波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けて、且つ水平剪断力には抵抗するが鉛直軸力及び面外方向の曲げに対する抵抗が小さい構成で水平力を伝達可能に組み入れて成り、
   架構を形成する柱又は梁・スラブのいずれか一方の内周辺に剪断力伝達要素が設けられ、前記波形鋼板の全周辺、又は前記剪断力伝達要素を設けなかった辺に沿う水平辺又は縦辺に接合用フレーム枠が取り付けられ、前記剪断力伝達要素で波形鋼板が架構と水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合されていることを特徴とする、波形鋼板を用いた耐震壁。
2. 架構の内周面のうち、剪断力伝達要素を設けなかった辺の内周辺に、波形鋼板の外周辺に取り付けた接合用フレーム枠と当たる剪断力伝達プレートが設けられ、同剪断力伝達プレートと前記剪断力伝達要素で接合されない柱又は梁・スラブとを水平力を伝達可能にボルト止め又は溶接で接合されていることを特徴とする、請求項１に記載した波形鋼板を用いた耐震壁。
3. 架構の内周面のうち、剪断力伝達要素を設けなかった辺に沿う波形鋼板の水平辺又は縦辺は、接合用フレーム枠と共に柱又は梁・スラブの面内に水平力を伝達可能に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１に記載した波形鋼板を用いた耐震壁。
4. 上下の梁又はスラブと剪断力伝達要素で接合された波形鋼板の上下辺と同梁又はスラブとの間に隙間が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した波形鋼板を用いた耐震壁。

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