JP4414834B2 - 耐震壁の構築方法 - Google Patents

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この発明は、地震又は風等による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(以下、周辺架構という場合がある。)の面内に、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しては抵抗が小さい波形鋼板を組み入れて成る耐震壁の構築方法の技術分野に属し、更に云えば、プレキャストコンクリート製の周辺架構、又はプレキャストコンクリート部材と現場打ちコンクリート部材を併用した周辺架構の面内に、波形鋼板を組み入れて成る耐震壁の構築方法に関する。
従来、耐震壁として、現場打ちコンクリート造又はプレキャストコンクリー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。耐震壁に要求される性能は、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。
上記目的を達成する手段として、例えば特許文献1には、耐震壁と周辺架構との間に、前記耐震壁及び周辺架構のコンクリート強度よりも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、強度を制御する耐震壁が開示されている。
特許文献2には、鉄筋コンクリート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、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、構造物中央の連層鉄筋コンクリート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、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、必然的に剛性が大きくなり、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及び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付手法を要求される。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。
そこで、本出願人は、面内曲げ及び剪断に対する剪断耐力及び剛性が大きくて、しかも、剛性及び強度設計の自由度が高く、鉛直軸力及び面外方向の曲げ力に対する抵抗が小さい波形鋼板の力学的特性を利用して、一定の強度を保持しつつも変形性能を十分に期待でき、軽量で現場での取り付けが簡単な耐震壁を発明し、別途特許出願した(特願2004−42196)。
前記出願の耐震壁は、鉄筋を組み、コンクリート型枠を組み立て、スタッド等の剪断伝達手段を設けた波形鋼板を前記鉄筋で架構した周辺架構へ組み入れ、前記型枠へコンクリートを流し込み、型枠を取り外して構築する。
ところで、特許文献4には、周辺架構の面内に波形断面を有する鋼製のデッキプレート(波形鋼板)を組み入れた波形板製遮災壁が開示されているが、その目的は、構造物の火災時に下方へ大きく撓む床及び梁に追従して破損を防ぎ、防火機能を果たすことであり、耐震性の技術的思想を目的としていない。
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
上述の特願2004−42196の耐震壁は、軽量な波形鋼板を使用するので現場での取り付けが簡単である点で注目できる。しかし、周辺架構が現場打ちコンクリート造の場合は、鉄筋を組み、コンクリート型枠を組み立て、型枠内へコンクリートを打設するなど工程が煩雑である上に、打設したコンクリートが一定の強度を発現する段階までは次なる作業を行えないので、工期が長引く問題が大きい。
本発明の目的は、柱及び梁(又は、スラブ、以下同じ。)で形成される周辺架構を、予め応力伝達要素を設置したプレキャストコンクリートで構築し、剛性及び強度の設計の自由度に優れた波形鋼板を組み込んで取り付ける手法の採用により、工期の短縮、作業効率の向上を実現する、耐震壁の構築方法を提供することである。
上述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耐震壁の構築方法は、
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1の面内6に、波形鋼板7を、その折り筋が水平方向となる配置で組み入れて成る耐震壁の構築方法であって、
プレキャストコンクリート製の柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の内周面に予めスタッド材4…、及び該スタッド材4…と接合したプレート5を設置し、
波形鋼板7の外周辺に接合用フレーム枠8を取り付け、この波形鋼板7をその折り筋が水平方向となる配置で前記柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の面内6へ組み入れ、
前記プレート5と接合用フレーム枠8とを応力の伝達が可能に接合することを特徴とする。
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した耐震壁の構築方法において、
プレキャストコンクリート製の柱・梁架構又は柱・スラブ架構1を形成する水平材3の内周面には、予め架構1の面内6へ一部分が突き出るプレート5’を設置し、波形鋼板7の上下辺には接合用フレーム8を取り付けず、前記プレート5’へ直接重ね合わせて接合することを特徴とする。
請求項3に記載した発明に係る耐震壁に構築方法は、
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1の面内6に、波形鋼板7を、その折り筋が水平方向となる配置で組み入れて成る耐震壁の構築方法であって、
プレキャストコンクリート製の柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の内周面6に予めナット9…を設置し、
波形鋼板7の外周辺には、前記ナット9…と同一の配置でボルト孔10…を形成した接合用フレーム枠8を取り付け、
前記柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の面内6に前記波形鋼板7をその折り筋が水平方向となる配置で組み入れ、
前記接合用フレーム枠8のボルト孔10…を柱・梁架構又は柱・スラブ架構1に設置したナット9…と一致させ、同ボルト孔10…を通じてボルト11をナット9へねじ込み接合す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に記載した耐震壁の構築方法において、
柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の面内6を縦に分割したに等しい形状の複数の波形鋼板7…の外周辺のうち、前記分割した縦辺を除いて柱・梁架構又は柱・スラブ架構1と接合する外周辺に接合用フレーム枠8を取り付け、
この波形鋼板7…を柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の面内6へ組み入れる前、又は組み入れた後に、隣合う波形鋼板7、7の前記分割した縦辺に沿って同形状の接合用波形鋼板12を当てがい、前記接合用波形鋼板12により波形鋼板7、7を相互に接合し、
柱・梁架構又は柱・スラブ架構1へ組入れた波形鋼板7の接合用フレーム枠8と柱・梁架構又は柱・スラブ架構1のプレート5とを接合することを特徴とする。
請求項5に記載した発明は、請求項1に記載した耐震壁の構築方法において、
柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の面内6を縦に分割したに等しい形状の複数の波形鋼板7…の外周辺に接合用フレーム枠8を取り付け、
この波形鋼板7…を柱・梁架構又は柱・スラブ架構1の面内6へ組み入れた前、又は組み入れる後に、隣合う波形鋼板7、7の前記分割した縦辺の接合用フレーム枠8同士を接合し、
柱・梁架構又は柱・スラブ架構1へ組入れた波形鋼板7の接合用フレーム枠8と柱・梁架構又は柱・スラブ架構1のプレート5とを接合することを特徴とする。
請求項6に記載した発明は、請求項1〜5のいずれか一に記載した耐震壁の構築方法において、
柱・梁架構又は柱・スラブ架構1は、プレキャストコンクリート部材と現場打ちコンクリート部材の併用であることを特徴とする。
本発明に係る耐震壁の構築方法によれば、柱及び梁で形成される周辺架構を、予め応力伝達要素を設置したプレキャストコンクリート部材で構築し、前記周辺架構の面内に剛性及び強度の設計の自由度に優れた波形鋼板を組み入れ、この波形鋼板と前記応力伝達要素とを水平力の伝達が可能に接合するので、周辺架構を現場打ちコンクリート造で架構する場合の煩雑な工程を省ける。つまり、労力を軽減でき、施工時間を大幅に削減でき、ひいては工期の短縮、作業効率の向上を実現することができる。
プレキャストコンクリート製の周辺架構1の内周面に予めスタッド材4…及び該スタッド材4と接合したプレート5を設置する。波形鋼板7の外周辺に接合用フレーム枠8を取り付け、この波形鋼板7をその折り筋が水平方向となる配置で前記周辺架構1の面内6へ組み入れ、前記プレート5と接合用フレーム枠5とを応力の伝達が可能に接合する。
図1〜図3は、請求項1記載の発明に係る実施例を示している。
先ず、図1に示すように、プレキャストコンクリート製の柱・梁架構1(又は柱・スラブ架構)の柱2及び梁3の内周面に、応力伝達要素として、予め複数のスタッド材4…、及び該スタッド材4…を溶接で接合した鋼製のプレート5を設置する。
また、図2に示すように、前記周辺架構1の面内6へ組み入れる波形鋼板7の外周辺に沿って鋼製の接合用フレーム枠8を溶接で取り付ける。前記接合用フレーム枠8の幅は、図2Bの断面図に示すように、直交して設けられる波形鋼板の波高(又は振幅)よりも十分に幅広である。
前記波形鋼板7は折り板に成っており、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。但し、前記波形鋼板7の断面形状はこの限りではなく、図11(A)〜(D)に示したような種々な形状で実施できる。
波形鋼板7の力学的特性を説明すると、水平剪断力に対しては、波形鋼板7の折り板になっている一枚一枚が剪断強度を発揮し、且つ剪断強度を保持したまま変形が進み靭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、鋼製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。
前記接合用フレーム枠8を取り付けた波形鋼板7を、図3に示すように、その折り筋が水平方向となる配置で前記周辺架構1の面内6へ組み入れる。しかる後に、前記波形鋼板7の接合用フレーム枠8と周辺架構1の内周面のプレート5とを一致させ(図3B参照)溶接して接合する。
したがって、周辺架構を現場打ちコンクリート造で架構する場合に必要とされる煩雑な工程、例えば型枠の組み立て、コンクリート打設とその養生、型枠の脱型と解体等が不要となる。その分労力の軽減と施工時間を大幅に削減することができ、ひいては工期の短縮、作業効率の向上を実現できる。
また、前記波形鋼板7は、折り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ごとく自由に伸び縮みし、剛性、耐力が小さい。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。したがって、コンクリートのクリープ、乾燥収縮によりコンクリート造柱が軸力を負担せず、耐震壁として力学的特性にさして変化をきたさないから、施工時及び、供用時において付加軸力が導入されることなく、波形鋼板の剪断座屈強度及び強靱は高く維持され、地震時の剪断変形に対しては経年変化を生ずることなく良好な耐震機能を発揮する。
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、耐力は折り板になっていので十分大きい。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、折り板になっているが故に抵抗が小さい等々の力学的特性を発揮する。
なお、図4に示したように、周辺架構1の面内を縦に2等分割したに等しい形状の2枚の波形鋼板7を周辺架構1の面内6に組み入れても良い。
具体的には、周辺架構1の面内6を縦に2等分割したに等しい形状の2枚の波形鋼板7、7の外周辺のうち、前記分割した縦辺を除いて前記周辺架構1と接合する外周辺に接合用フレーム枠8を取り付ける。次に、この波形鋼板7を周辺架構1の面内6へ組み入れる前、又は組み入れた後に、隣合う波形鋼板7、7の縦辺に沿って同形状の接合用波形鋼板12を当てがい、前記接合用波形鋼板12により波形鋼板7、7を相互に溶接又はボルト接合等で接合する。このとき、前記接合用波形鋼板12は、前記波形鋼板7を両側から挟み込むようにして当てがって実施してもよい。しかる後に、周辺架構1へ組入れた波形鋼板7の接合用フレーム枠8と周辺架構1のプレート5とを一致させ溶接して接合する。斯くすると、プレキャストコンクリート製の梁3、3が長スパンであっても、波形鋼板7を周辺架構1の面内に組み入れることが可能となる。
なお、周辺架構1の面内を縦に複数分割したに等しい形状の複数枚の波形鋼板7を周辺架構1の面内へ組み入れて実施することもできる(請求項4記載の発明)。
また、図5に示したように、周辺架構1の面内6を縦に2等分割したに等しい形状の2枚の波形鋼板7…の外周辺に接合用フレーム枠8を取り付け、この波形鋼板7を周辺架構1の面内6へ組み入れる前、又は組み入れた後に、隣合う波形鋼板7、7の前記分割した縦辺の接合用フレーム枠8、8同士を溶接又はボルト接合等で接合し、しかる後に、周辺架構1へ組入れた波形鋼板7の接合用フレーム枠8と周辺架構1のプレート5とを一致させ接合しても良い(請求項5記載の発明)。
このとき、上記分割した縦辺に、該縦辺よりも少し短い接合用フレーム枠8を上下の端部に隙間13、13を設ける配置で取り付けると、接合部における応力集中を回避することができる。
更に、図6及び図7に示したように、上述した梁3、3の内周面において、スタッド材4…及び該スタッド材4…と接合されたプレート5の代わりに、予め周辺架構1の面内6へ一部分が波形鋼板7の折り筋に沿う形(図6B参照)に突き出るプレート5’を設置し、この周辺架構1の面内に、上下辺に接合用フレーム8を取り付けない波形鋼板7を嵌め込み、その上下辺を面内へ突き出る前記プレート5’へ直接重ね合わせて(図7B参照)溶接又はボルト接合等で接合しても良い。左右に位置する柱2、2との接合方法に関しては、上記実施例1と全く同じ条件で実施される(請求項2記載の発明)。
図8は、請求項3記載の発明に係る実施例を示している。本実施例では、プレキャストコンクリート製の柱2、2及び梁3、3架構の内周面6に、応力伝達要素として、予め埋め込みナット9…を複数設置することを特徴としている。波形鋼板7の外周辺には、図9A、Bで示したように、前記ナット9…と同一の配置でボルト孔10…を形成した接合用フレーム枠8を取り付ける。しかる後に、前記接合フレーム8を取り付けた波形鋼板7を、図10A、Bに示したように、前記周辺架構1の面内6に、その折り筋が水平方向となる配置で組み入れ、前記接合用フレーム枠8のボルト孔10…を周辺架構1に設置したナット9…と一致させ、同ボルト孔10を通じてボルト11をナット9へねじ込み接合する。
以上に本発明の実施例を説明したが、本発明はこうした実施例になんら限定されるものではなく、例えば図示は省略したが、柱・梁架構又は柱・スラブ架構1は、プレキャストコンクリート部材と現場打ちコンクリート部材を併用して実施してもよく、更には既設のコンクリート造に応力伝達要素を設置して実施することもできる。(請求項6記載の発明)
Aはスタッド材及びプレートを設置した周辺架構の実施例を示した正面図であり、BはAの縦断面図である。 Aは接合用フレーム枠を取り付けた波形鋼板の正面図であり、BはAの縦断面図である。 Aは図1で示した周辺架構の面内へ図2で示した波形鋼板を組み入れた実施例を示した正面図であり、BはAの縦断面図である。 周辺架構の面内へ複数の波形鋼板を組み入れた実施例を示した正面図である。 周辺架構の面内へ複数の波形鋼板を組み入れた異なる実施例を示した正面図である。 Aは梁の内周面に面内へ一部分突き出るプレートを設置した周辺架構の実施例を示した正面図であり、BはAの縦断面図である。 Aは図6で示した周辺架構の面内へ波形鋼板を組み入れた実施例を示した正面図であり、BはAの縦断面図である。 Aは内周面にナットを設置した周辺架構の実施例を示した正面図であり、BはAの縦断面図である。 Aはボルト孔を有する接合用フレーム枠を取り付けた波形鋼板の正面図、BはAの縦断面図である。 Aは図8で示した周辺架構の面内へ図9で示した波形鋼板を組み入れた実施例を示した正面図であり、BはAの縦断面図である。 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 周辺架構
4 スタッド材
5、5’ プレート
6 架構面内
7 波形鋼板
8 接合用フレーム枠
9 ナット
10 ボルト孔
11 ボルト
12 接合用波形鋼板

Claims (6)

  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、波形鋼板を、その折り筋が水平方向となる配置で組み入れて成る耐震壁の構築方法であって、
    プレキャストコンクリート製の柱・梁架構又は柱・スラブ架構の内周面に予めスタッド材、及び該スタッド材と接合したプレートを設置し、
    波形鋼板の外周辺に接合用フレーム枠を取り付け、この波形鋼板をその折り筋が水平方向となる配置で前記柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内へ組み入れ、
    前記プレートと接合用フレーム枠とを水平力の伝達が可能に接合することを特徴とする、耐震壁の構築方法。
  2. プレキャストコンクリート製の柱・梁架構又は柱・スラブ架構を形成する水平材の内周面には、予め架構の面内へ一部分が突き出るプレートを設置し、波形鋼板の上下辺には接合用フレームを取り付けず、前記プレートへ直接重ね合わせて接合することを特徴とする、請求項1に記載した耐震壁の構築方法。
  3. 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、波形鋼板を、その折り筋が水平方向となる配置で組み入れて成る耐震壁の構築方法であって、
    プレキャストコンクリート製の柱・梁架構又は柱・スラブ架構の内周面に予めナットを設置し、
    波形鋼板の外周辺には、前記ナットと同一の配置でボルト孔を形成した接合用フレーム枠を取り付け、
    前記柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内に前記波形鋼板をその折り筋が水平方向となる配置で組み入れ、
    前記接合用フレーム枠のボルト孔を柱・梁架構又は柱・スラブ架構に設置したナットと一致させ、同ボルト孔を通じてボルトをナットへねじ込み接合することを特徴とする、耐震壁の構築方法。
  4. 柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内を縦に分割したに等しい形状の複数の波形鋼板の外周辺のうち、前記分割した縦辺を除いて柱・梁架構又は柱・スラブ架構と接合する外周辺に接合用フレーム枠を取り付け、
    この波形鋼板を柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内へ組み入れる前、又は組み入れた後に、隣合う波形鋼板の前記分割した縦辺に沿って同形状の接合用波形鋼板を当てがい、前記接合用波形鋼板により波形鋼板を相互に接合し、
    柱・梁架構又は柱・スラブ架構へ組入れた波形鋼板の接合用フレーム枠と柱・梁架構又は柱・スラブ架構のプレートとを接合することを特徴とする、請求項1記載した耐震壁の構築方法。
  5. 柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内を縦に分割したに等しい形状の複数の波形鋼板の外周辺に接合用フレーム枠を取り付け、
    この波形鋼板を柱・梁架構又は柱・スラブ架構の面内へ組み入れる前、又は組み入れた後に、隣合う波形鋼板の前記分割した縦辺の接合用フレーム枠同士を接合し、
    柱・梁架構又は柱・スラブ架構へ組入れた波形鋼板の接合用フレーム枠と柱・梁架構又は柱・スラブ架構のプレートとを接合することを特徴とする、請求項1に記載した耐震壁の構築方法。
  6. 柱・梁架構又は柱・スラブ架構は、プレキャストコンクリート部材と現場打ちコンクリート部材の併用であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載した耐震壁の構築方法。
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