JP4559793B2 - 連層耐震壁 - Google Patents

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この発明は、連層耐震壁の技術分野に属し、更に云うと、連層耐震壁の耐震効果と地震エネルギーの吸収効果との両立を図った連層耐震壁に関する。
連層耐震壁は、従来から高層建物などのコア部分に多く採用されているが、最近では単に耐震効果を発揮させるだけでなく、隣接する連層壁相互を極軟鋼や鉄骨等から成る境界梁で連結し、地震エネルギーを吸収することが可能な構成とされている(特許文献1〜3を参照)。
しかし、上記構成の連層耐震壁は、地震エネルギーを吸収することができる極軟鋼や鉄骨等から成る境界梁で隣接する連層壁相互を連結しているので、連層耐震壁全体の剛性が低く、地震時などに大きく変位する問題点がある。すなわち、連層耐震壁の耐震効果と地震エネルギーの吸収効果とのバランスが崩れた構成となっている。
そこで、最も変位の大きい連層壁の上端部相互を剛強な連結部材で連結することで、連層耐震壁全体の剛性を高め、耐震効果と地震エネルギーの吸収効果とのバランスを図った連層耐震壁が開発されている(特許文献4を参照)。
なお、連層耐震壁の技術ではないが、建物の架構面内に波形鋼板を遮災壁として設置する技術が開発されている(特許文献5を参照)。
特許第2842159号公報 特許第3218297号公報 特開平10−331477号公報 特開2004−27703号公報 特開2003−176582号公報
上記特許文献4の連層耐震壁は、最も変位の大きい連層壁の上端部相互を剛強な連結部材で連結し、合理的に連層耐震壁全体の剛性を高めている。しかし、裏を返すと強引に連結部材で連層壁の上端部相互を拘束し、変位を抑制しているため、大きな回転モーメントが連結部材に集中する。そのため、連結部材と連層壁の上端部とを剛強に接合する必要があり、構成が大掛かりになり、コストが嵩む。
ところで、波形鋼板の力学的特性について着目すると、次の特徴が認められる。なお、本発明で云う波形鋼板とは、JIS規格では「鋼板製波板」と記載され、現業では単に折り板とか波板とも称されているもので、断面形状としては図13A〜Dに例示された台形波形状(A)、矩形波形状(B)、三角波形状(C)、円弧波形状(D)などを包含する。
(せん断力に対して)
図9に例示したように、波形鋼板は、折り板になっている一枚一枚がせん断力に対して抵抗し、その集合としての全体がせん断力に抵抗する。そして、せん断座屈長さが短く、そのせん断強度を平板と比較した場合、せん断耐力ははるかに大きい。しかも、せん断耐力及び剛性は、鋼板の材質固有の強度の他、板厚の大きさ、折り板のピッチ及び波高の大きさにより、かなり自由に制御可能である。
一方、図10に例示するように、波形鋼板の筋と直角なせん断力に対してはアコーディオンの如く自由に伸びて抵抗しない。
(軸力及び曲げに対して)
波形鋼板の筋に直角な軸力に対しては、図11に例示したようにアコーディオンの如く自由に伸び縮みして、平板に比較すると剛性、耐力ははるかに小さい。また、面内の曲げに対しても、図12に例示したようにアコーディオンの如く自由に伸び縮みして、平板に比較すると剛性、耐力ははるかに小さい。
しかし、特許文献5の波形鋼板は遮災壁として採用されているので、同波形鋼板を降伏させて地震エネルギーを吸収させる技術的思想はない。
そこで本発明の目的は、上記した力学的特性を有する波形鋼板を、隣接する連層壁と上下の境界梁によって形成された架構面内に、同波形鋼板の筋を水平方向に向けて設置することで、簡単な構成で耐震効果と地震エネルギーの吸収効果との両立を図ることができ、コストの削減にも寄与する連層耐震壁を提供することである。
上記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連層耐震壁は、距離を隔てて並立する複数の隣接する連層壁の上端部及び各階層が、高さ方向に間隔をあけて、水平に架設された境界梁によって連結されており、隣接する連層壁と上下の境界梁によって形成された架構面内に、波形鋼板がその筋を水平方向に向けて前記架構との間で水平力の伝達が可能に設置され、波形鋼板の一部分又は全部が低降伏点鋼で構成されていることを特徴とする。
請求項記載の発明は、請求項1に記載した連層耐震壁において、
波形鋼板は、隣接する連層壁と上下の境界梁とによって形成された架構面の全部又は一部に設置されていることを特徴とする。
請求項記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載した連層耐震壁において、
波形鋼板の外周縁にフレームが形成されていることを特徴とする。
請求項記載の発明は、請求項に記載した連層耐震壁において、
波形鋼板の外周フレームにボルト孔が形成されており、同ボルト孔が隣接する連層壁の向かい合う双方の面に埋め込まれた袋ナットと同心位置となるように配置され、前記ボルト孔へ挿入されたボルトを袋ナットへネジ込んで接合されていることを特徴とする。
請求項記載の発明は、請求項に記載した連層耐震壁において、
波形鋼板の外周フレームの縦辺は、隣接する連層壁の向かい合う双方の面にスタッドを介して定着された接合用プレートと接合されていることを特徴とする。
請求項記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載した連層耐震壁において、
境界梁は普通鋼若しくは低降伏点鋼で構成されているか、又は上下のフランジ間に履歴系若しくは粘性系の減衰装置を介在させた構成とされていることを特徴とする。
本発明に係る連層耐震壁は、波形鋼板の折り板になっている一枚一枚がせん断力に抵抗し、その集合としての全体がせん断力に抵抗するので、連層耐震壁全体の剛性が高く、地震による水平力に対して十分な耐震効果を発揮する。また、境界梁だけでなく、波形鋼板も降伏させて、地震エネルギーを吸収することができるので、地震エネルギーの吸収効果を可及的に発揮させることもできる。つまり、隣接する連層壁と上下の境界梁によって形成された架構面内に波形鋼板を設置しただけの簡単な構成で、耐震効果と地震エネルギーの吸収効果とを両立した連層耐震壁を実現でき、コストの削減にも寄与できる。
また、波形鋼板は折り板になっているので、同波形鋼板の筋に垂直な軸力、即ち鉛直力に対してはアコーディオンの如く自由に伸び縮みし抵抗しない。そのため、境界梁に有害な軸力が導入されることがなく、同境界梁のエネルギー吸収効果を良好に発揮させることができる。しかも、連層壁のクリープ、乾燥収縮により軸方向に縮みが生じても波形鋼板は抵抗しないので、軸力が導入されることがなく、せん断性状に悪影響を受けない。
距離を隔てて並立する複数の隣接する連層壁相互が、高さ方向に間隔をあけて、水平に架設された境界梁によって連結される。隣接する連層壁と上下の境界梁によって形成された架構面内に、波形鋼板がその筋を水平方向に向けて前記架構との間で水平力の伝達が可能に設置される。
請求項1〜3及び請求項6に記載した発明に係る連層耐震壁の実施例を、図1〜図4に基づいて説明する。本発明の連層耐震壁1は、例えばアスペクト比が高い高層建物などのコア部分に採用される。
本発明の連層耐震壁1は、通例の連層耐震壁と同じく平面的に見ると角筒を形成するように、距離を隔てて並立する四つの連層壁2…のうち隣接する連層壁2、2相互が、高さ方向に間隔をあけて水平に架設された複数の境界梁3…によって接続されているが、この隣接する連層壁2、2と上下の境界梁3、3によって形成された架構面内に、上記した力学的特性を有する波形鋼板4がその筋を水平方向に向けて前記架構と水平力の伝達が可能に設置されていることを特徴としている(図1及び図2を参照)。具体的には、境界梁3は普通鋼から成る上下のフランジ部分と低降伏点鋼から成るウエブ部分とでH形断面部材として構成されている(図示を省略、請求項記載の発明)。波形鋼板4はその全部が低降伏点鋼で構成されている(請求項1記載の発明)。前記波形鋼板4の外周に鋼板から成るフレーム5が接合され(形成され)、架構の内周と略等しい外周を有するフレーム付き波形鋼板6として構成されている(請求項3記載の発明)。このフレーム付き波形鋼板6がその筋を水平方向に向けて図1では全部の架構面内に嵌め込まれ接着剤7で接合されている(請求項3記載の発明)。上述したように、波形鋼板4は折り板になっている一枚一枚がせん断力に抵抗し、その集合としての全体がせん断力に抵抗する性状なので(図9を参照)、連層耐震壁1全体の剛性が高く、地震によるX軸方向又はY軸方向の水平力に対しては、同水平力と平行方向に配置された波形鋼板4が抵抗し十分な耐震効果を発揮する。一方、水平力と直交方向に配置された波形鋼板4は、同水平力による層間変位に対して、アコーディオンの如く伸びて抵抗しない(図10を参照)。
そして、境界梁3だけでなく、波形鋼板4も降伏させて、地震エネルギーを吸収させることができるので、地震エネルギーの吸収効果を可及的に発揮させることもできる。
つまり、隣接する連層壁2、2と上下の境界梁3、3によって形成された架構面内にフレーム付き波形鋼板6を嵌め入れ接合しただけの簡単な構成で、耐震効果と地震エネルギーの吸収効果とを両立した連層耐震壁を実現でき、コストの削減にも寄与できる。
波形鋼板4は折り板になっているので、同波形鋼板4の筋に垂直な軸力、即ち鉛直力に対してはアコーディオンの如く自由に伸び縮みし抵抗しない(図11を参照)。そのため、境界梁3に有害な軸力が導入されることがなく、同境界梁3のエネルギー吸収効果を良好に発揮させることができる。しかも、連層壁2のクリープ、乾燥収縮により軸方向に縮みが生じても波形鋼板4は抵抗しないので、軸力が導入されることがなく、せん断性状に悪影響を受けない。
本実施例のフレーム付き波形鋼板6は接着剤7で接合しているが、フレーム5の上下の横辺を上下の境界梁3、3に溶接して接合しても良い。
また、図示は省略するが、フレーム付き波形鋼板6の上下の横辺を上下の境界梁3、3のフランジ部分にボルト、ナットを用いて接合しても良い。更に、波形鋼板4の上下の横辺に鋼板を接合して、同鋼板を上下の境界梁3、3のフランジ部分にボルト、ナットを用いて接合しても良い。
図5に示す実施例は、フレーム付き波形鋼板6が袋ナット8とボルト9を用いて架構面内に接合されている。
具体的には、前記フレーム付き波形鋼板6の左右の縦辺に複数のボルト孔10…が形成されている。一方、連層壁2、2の向かい合う双方の面にそれぞれ複数の袋ナット8…が埋め込まれている。そして、フレーム付き波形鋼板6のボルト孔10を連層壁2の袋ナット8と同心位置となるように配置し、ボルト9をネジ込んで接合している(請求項4記載の発明)。
なお、波形鋼板4の左右の縦辺にボルト孔を形成した鋼板を接合し、同ボルト孔を連層壁2の袋ナット8と同心位置となるように配置し、ボルト9をネジ込んで接合しても良い。
図6に示す実施例は、フレーム付き波形鋼板6が接合用プレート11を用いて架構面内に接合されている。
具体的には、前記接合プレート11は一側面にスタッド12が設けられている。その接合プレート11は、連層壁2、2の向かい合う双方の面にそれぞれスタッド12を介して定着されており、両側の接合プレート11、11の露出する他側面にそれぞれフレーム付き波形鋼板6の左右外周面が接合されている(請求項6記載の発明)。
なお、本実施例も上記実施例2と略同様に波形鋼板4の左右の縦辺に鋼板を接合し、同鋼板を上記接合用プレート11に接合しても良い。
要するに、波形鋼板4に水平力の伝達が可能に架構面内に設置されていれば良く、フレーム付き波形鋼板6は波形鋼板4の上下の横辺のみがフレーム5に接合された構成、同じく波形鋼板4の上下の横辺のみがフレーム5に接合され、波形鋼板4の左右の縦辺とフレーム5の左右の縦辺との間にクリアランスが設けられた構成等でも同様に実施できる。
上記実施例1〜3の波形鋼板4はその全部が低降伏点鋼で構成されているが、図7に示すように一部分を低降伏点鋼で構成し(図中の斜線の部分)、その他の部分を普通鋼で構成しても良い(請求項1記載の発明)。
また、波形鋼板4の全部を普通鋼で構成し、一部分に低降伏点鋼を重ね合わせて接合した構成でも良い。
境界梁3はフランジ部分を低降伏点鋼で構成しているが、この構成に限らない。即ち、境界梁3の上下のフランジ間に粘性系の減衰装置を介在させた構成でも良いし、境界梁3全体を普通鋼又は低降伏点鋼で構成しても良い(請求項6記載の発明)。
図1に示す連層制震壁1は隣接する連層壁2、2と上下の境界梁3、3によって形成された架構面内の全部にフレーム付き波形鋼板6が設置されているが、図8に示すように一部分に設置されていても良い(請求項2記載の発明)。
なお、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何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得る。
本発明に係る連層耐震壁の実施例を概念的に示した立面図である。 連層耐震壁の横断面図である。 図1の架構部分を詳細に示した立面図である。 図3の縦断面図である。 実施例2の架構部分を詳細に示した立面図である。 実施例3の架構部分を詳細に示した立面図である。 実施例5の架構部分を詳細に示した立面図である。 隣接する連層壁と上下の境界梁によって形成された架構面内の一部分に波形鋼板が設置された連層耐震壁の実施例を概念的に示した立面図である。 波形鋼板の筋と平行な方向のせん断変形の状態を模式的に示した斜視図である。 波形鋼板の筋と直角な方向のせん断変形の状態を模式的に示した側面図である。 波形鋼板の軸圧縮の状態を示した説明図である。 波形鋼板の曲げの状態を示した説明図である。 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。
1 連層耐震壁
2 連層壁
3 境界梁
4 波形鋼板
5 フレーム
6 フレーム付き波形鋼板
8 袋ナット
9 ボルト
10 ボルト孔
11 接合用プレート
12 スタッド

Claims (6)

  1. 距離を隔てて並立する複数の隣接する連層壁の上端部及び各階層が、高さ方向に間隔をあけて水平に架設された境界梁によって連結されており、隣接する連層壁と上下の境界梁によって形成された架構面内に、波形鋼板がその筋を水平方向に向けて前記架構との間で水平力の伝達が可能に設置され、前記波形鋼板の一部分又は全部が低降伏点鋼で構成されていることを特徴とする、連層耐震壁。
  2. 波形鋼板は、隣接する連層壁と上下の境界梁とによって形成された架構面の全部又は一部に設置されていることを特徴とする、請求項1に記載した連層耐震壁。
  3. 波形鋼板の外周縁にフレームが形成されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載した連層耐震壁。
  4. 波形鋼板の外周フレームにボルト孔が形成されており、同ボルト孔が隣接する連層壁の向かい合う双方の面に埋め込まれた袋ナットと同心位置となるように配置され、前記ボルト孔へ挿入されたボルトを袋ナットへネジ込んで接合されていることを特徴とする、請求項3に記載した連層耐震壁。
  5. 波形鋼板の外周フレームの縦辺は、隣接する連層壁の向かい合う双方の面にスタッドを介して定着された接合用プレートと接合されていることを特徴とする、請求項5に記載した連層耐震壁。
  6. 境界梁は普通鋼若しくは低降伏点鋼で構成されているか、又は上下のフランジ間に履歴系若しくは粘性系の減衰装置を介在させた構成とされていることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載した連層耐震壁。
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