JP4502484B2

JP4502484B2 - 耐震補強壁

Info

Publication number: JP4502484B2
Application number: JP2000268678A
Authority: JP
Inventors: 昌之岩田; 勝藤村; 崇博毛井; 秀彦太田; 康夫三宅
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002070213A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、柱と梁で囲まれた架構面に配設され構造物の耐震性能を向上させる耐震補強壁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震時等に建物へ作用するせん断力を分担する耐震補強壁として、図１６に示すように、柱１４と梁１６で囲まれた架構面に座屈防止用の補強リブ５２を備えた鋼板５０が取付けられることがある。
【０００３】
既存の鉄筋コンクリート構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造の建物においても、耐震補強を行なう際には、耐震補強壁として上述したような鋼板５０を用いる事が多い。
【０００４】
この耐震補強壁としての鋼板５０は、せん断耐力によって地震時に架構へ作用する水平力に抵抗する部材であるが、図１７に示すように、鋼板５０が座屈すると、座屈発生後は急激にせん断耐力が低下する。
【０００５】
このため、従来の鋼板５０には、補強リブ５２が格子状に配置され、せん断変形による座屈の発生を防止し、地震時に建物に作用するエネルギー吸収機能を高めていた。
【０００６】
しかし、鋼板を配設すると盲壁となるため、架構で囲まれた空間が閉塞空間となり、採光上、美観上の問題がある。
【０００７】
一方、気流が架構面を通過し、また、架構面からの採光を可能とするため、特開平９−２８７２９８号や特許第２９８６７５１号では、図１８に示すように、中央部に透過孔５４を備えた耐震ブロック５６を架構に組み込んで、建物の耐震性能を向上させている。
【０００８】
しかし、架構面の大きさに適合するサイズの耐震ブロックを製造し、現場で組み込む必要があり、コスト面で問題がある。また、互いに接続され斜め方向に力を伝える耐震ブロックで構成された耐震補強壁に大開口部を形成して、扉開口とすることは耐震強度上難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、美観上も採光上も有利で、建物の耐震性能を向上させ、且つ扉開口が自由に取れる耐震補強壁を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、柱と梁で囲まれた架構面に配設され、構造物の耐震性能を向上させる耐震補強壁である。この耐震補強壁は、前記柱と前記梁に固定された鋼板と、縦横方向に整列して鋼板に形成された開口部と、で構成されている。
【００１１】
このように、耐震補強壁としての鋼板に開口部を形成することで、美観上も採光上も有利となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、開口部を形成した後の鋼板の残り部分が、せん断破壊する前に曲げ破壊するように、開口部が形成されている。このため、耐震補強壁は、せん断破壊より曲げ破壊が先行する。従って、地震等により架構に水平力が作用したとき、耐震補強壁が曲げ破壊を起こす。
【００１３】
この曲げ破壊では、耐震補強壁は補強耐力を保持したまま変形を進行させるので、構造物に作用する振動エネルギーを吸収することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、開口部の幅をｈ、鋼板の残り部分の中立軸の間隔をＨとしたとき、開口率：ｈ／Ｈが０．４５〜０．８とされている。開口部のレイアウトにもよるが、開口率が０．４５以上であれば、耐震補強壁は、せん断破壊から曲げ破壊に移行するので、振動エネルギーを吸収することができる。また、開口率が余り大きくなると耐震補強として機能しないので、建物構造にもよるが、開口率は０．８以下がであることが望ましい。なお、この開口率は、鋼板の板厚には影響されない数値である。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、鋼板の残り部分に補強リブが設けられている。このため、補強耐力を保持したまま変形性能がさらに向上する。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、鋼板に扉開口を設け、扉開口の外周部を梁或は柱に連結された補強部材で補強した。扉開口のように、開口面積が大きい場合でも、補強枠で補強することで、耐震壁としての耐震性能を維持できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して第１実施形態に係る耐震補強壁を説明する。
【００２０】
図１又は図２に示すように、耐震補強壁１０は、矩形状の鋼板１２（ＳＭ４９０）で構成されている。鋼板１２は、柱１４と梁１６とで構成される架構面を塞ぐ大きさとされている。
【００２１】
鋼板１２には、所定の間隔で矩形状の開口部１８が縦横に規則的に整列して形成されている。このように開口部１８を形成することで、切り残された鋼板１２は格子形状を呈している。
【００２２】
また、鋼板１２の外周部は切り残されており、柱１４と梁１６（コンクリートの構造躯体）に固定された定着鋼板２２の表面へ突き当てた状態で溶接されている。図３に示すように、新築の場合、定着鋼板２２に溶接されたスタッド２０を予め柱１４又は梁１６に埋め込んで一体化することで、定着鋼板２２が柱１４と梁１６に固定される。
【００２３】
また、既存の建物に定着鋼板２２を固定するには、図４に示すように、柱１４と梁１６にアンカー２４を打ち込み、このアンカー２４に図示しない補強鉄筋を配筋してスタッド２０を固定し、枠状の型枠を組んで充填コンクリート２６を打設する。これによって、定着鋼板２２と、柱１４及び梁１６との一体化が図られる。なお、既存の柱や梁の躯体と定着鋼板をエポキシ樹脂等の接着剤で接着する接着工法も適用できる。
【００２４】
次に、第１形態に係る耐震補強壁の作用を説明する。
【００２５】
一例として、図５及び図６に示す条件下において、鋼板１２に形成した開口部１８の開口率をいくらにすれば、曲げ破壊先行型で変性性能の良い（振動エネルギーを吸収できる）耐震補強壁１０が構築できるかを求めた。
【００２６】
ここで、開口率Ｒとは、Ｒ＝ｈｏ／Ｈ＝ｗｏ／Ｗで定義した。ｈｏ、ｗｏは開口部の幅であり、Ｒ、Ｈは残された鋼板の中立軸の間隔となっている。すなわち、開口率は、鋼板の板厚と関係のない数値となっている。
【００２７】
図６の表に示すように、開口率が０．４６４１のときに、曲げ終局時の耐力（Ｑｍｕ）と許容せん断力（ｔｂ×ｓｆｓ＝Ｑｙ）が４５．９ｔと等しくなっており、開口率が０．４６４１以下であると、例えば、開口率＝０．２８のとき、曲げ終局時の耐力（Ｑｍｕ）が１３７．５ｔ、許容せん断力（Ｑｙ）が６１．７ｔとなり、耐震補強壁はせん断破壊を起こす。
【００２８】
すなわち、図７のグラフに示すように、開口率：０．４６４１を境にして、開口率が大きい場合は曲げ破壊を起こし、開口率が小さい場合はせん断破壊を起こすことになる。
【００２９】
このように、開口率を約０．４５以上とすることで、曲げ破壊先行耐震壁とすることができる。これによって、図８に示すように、耐震補強壁１０は補強耐力を保持したまま変形を進行させるので、架構に作用する振動エネルギーを大きく吸収することができる。
【００３０】
なお、建物構造や座屈等の材料特性によっても曲げ終局時の大きさが影響されるので、下限の開口率は０．４５前後と考えられる。また、開口率が約０．８以上になると、耐力が減少して耐震補強機能を果たせなくなる。
【００３１】
さらに、開口部の大きさ、数は、図示したものに限定されるわけでなく、開口率に曲げ破壊は依存する。また、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、開口部１８の配置は縦横に整列しておれば、１つの開口部の開口面積は問わない。また、開口部の形状は、図１０に示す開口部３０に示すように、隅部にＲ部を設けて応力が集中しないようにしても良いし、図１１に示す開口部３２のように、円形や多角形としてもよい。さらに、図１２に示すように、開口部３０を止水性能があり透過性の板材３４で光を遮ることなく覆うことで、外壁としての機能を持たせることができる。
【００３２】
次に、第２形態に係る耐震補強壁について説明する。
【００３３】
基本的な構造は、第１形態と同じであるが、図１３に示すように、開口部１８と開口部１８の間（残された鋼板）には、開口部１８を取り囲むように、格子状の補強リブ３６が形成されている。このように、座屈防止用の補強リブ３６を設けることで、耐震補強壁１１が曲げ破壊した後の変形性能がさらに向上する。
【００３４】
次に、第３形態に係る耐震補強壁について説明する。
【００３５】
図１４に示すように、第３形態では、柱１４と梁１６で構成された架構に大きな扉開口３７が設けられている。このような大開口を設けると、左右に配置された耐震補強壁１０だけでは、地震時の振動エネルギーを十分に吸収することができない。このため、Ｈ形鋼等の鉄骨部材３８を配置し、その両端を柱１４や梁１６に固定して、補強枠を構成することで、必要とされる耐震性能を得ることができる。
【００３６】
なお、扉開口３７の上方には、鋼板１２が取付けられているが、開口部１８を連続的に形成して採光性を良くしてもよい。
【００３７】
次に、第４形態に係る耐震補強壁について説明する。
【００３８】
第４形態では、第１形態と第２形態の耐震補強壁の延長上として、小型のＨ形鋼や鋼管（例えば：２００×２００×１２）を柱１４や梁１６に溶接接合した耐震補強壁４０となっている。図１５に示すように、耐震補強壁４０は、柱１４や梁１６（架構）に固定される鋼管製の矩形枠４２を備えている。矩形枠４２には、矩形枠４２と平行に鋼管製の横鋼材４４、横鋼材４４と格子を構成する鋼管製の縦鋼材４６が配設されている。なお、矩形枠４２は、充填コンクリート２６に埋設されたスタッド２０に溶接している。
【００３９】
この第４形態では、鋼板に開口部を形成するのではなく、横鋼材４４と縦鋼材４６を縦横へ格子形状に組み付けることで、せん断破壊より曲げ破壊を先行させることができる。また、この構成は、変形性能が良いので、耐震性能が高く、採光面積を多くとることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、美観上及び採光上に優れ、建物の耐震性能を向上させることができる。また、耐震性能を保持したまま大きな扉開口を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１形態に係る耐震補強壁の正面図である。
【図２】第１形態に係る耐震補強壁が変形した状態を示す正面図である。
【図３】第１形態に係る耐震補強壁の取付構造を示す断面図である。
【図４】第１形態に係る耐震補強壁の他の取付構造を示す断面図である。
【図５】第１形態に係る耐震補強壁のモーメント図である。
【図６】第１形態に係る耐震補強壁のモーメント、せん断力を計算した表である。
【図７】第１形態に係る耐震補強壁の曲げ破壊耐力とせん断破壊耐力の境界を示すグラフである。
【図８】第１形態に係る耐震補強壁に作用する荷重と変形との関係を示したグラフである。
【図９】耐震補強壁に形成する開口部の配置を替えた概念図である。
【図１０】耐震補強壁の開口部の形状を替えたものを示す正面図である
【図１１】耐震補強壁の開口部の形状を替えたものを示す正面図である
【図１２】耐震補強壁の開口部を板材で閉じた状態を示す正面図である
【図１３】第２形態に係る耐震補強壁を示す正面図である。
【図１４】第３形態に係る耐震補強壁を示す正面図である。
【図１５】第３形態に係る耐震補強壁を示す正面図である。
【図１６】従来の耐震補強壁を示す正面図である。
【図１７】耐震補強壁に作用する荷重と変形との関係を示したグラフである。
【図１８】従来の他の耐震補強壁を示す正面図である。
【符号の説明】
１２鋼板
１８開口部
３６補強リブ
３７扉開口
３８鉄骨部材（補強材）
４２矩形枠
４４横鋼材
４６縦鋼材

Claims

柱と梁で囲まれた架構面に配設され前記柱と前記梁に固定されて構造物の耐震性能を向上させる耐震補強壁において、
前記柱と前記梁に固定された鋼板と、縦横方向に整列して前記鋼板に形成された複数の開口部と、を有する耐震補強壁。
前記開口部を形成した後の鋼板の残り部分が、せん断破壊する前に曲げ破壊するように、開口部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の耐震補強壁。
前記開口部の幅をｈ、鋼板の残り部分の中立軸の間隔をＨとしたとき、開口率：ｈ／Ｈが０．４５〜０．８であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐震補強壁。
前記残り部分に補強リブが設けられたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の耐震補強壁。
前記鋼板に扉開口を設け、前記扉開口の外周部を前記梁或は柱に連結された補強材で補強したことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の耐震補強壁。