JP4631312B2

JP4631312B2 - 耐震壁、耐震壁の構築方法

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Publication number: JP4631312B2
Application number: JP2004156111A
Authority: JP
Inventors: 和明津田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: JP2005120815A

Description

本発明は、高い靭性を有する耐震壁に関する。

鉄筋コンクリート（ＲＣ）造、鉄骨コンクリート（ＳＣ）造、鉄筋鉄骨コンクリート（ＳＲＣ）造等の耐震壁は高い剛性と耐力を有する優れた耐震要素であるが、靭性が小さいために、せん断型の破壊が生ずると、急激な耐力低下が生ずる。このため、従来、建物の水平耐力が十分に大きくなるように構造設計することなどが行なわれているが、そのような手法では、各構造部材の断面が大きくなり、鉄筋量も増大するという問題があった。

これに対して、例えば、特許文献１には、耐震壁を上下に分離して、その間に高靭性のモルタルダンパーを配置した構成が開示されており、その効果として、地震時にモルタルダンパーが変形することにより耐震壁の靭性が向上することが記載されている。
特開平１１−２２２４０号公報

上記のように、特許文献１に開示される構成は、モルタルを変形させることにより耐震壁の靭性を向上させようとするものであるが、モルタルの変形量はさほど大きくないため、モルタルによる靭性の向上効果には限度がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、せん断耐力を維持しながら耐震壁が水平方向に大きく変位できるようにして、耐震壁の靭性をより向上させることができるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁であって、前記壁体と柱との間に隙間が設けられていると共に、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部と、この低強度部の上下に跨って貫通する鋼材とを備え、前記鋼材は、鉄筋、丸鋼又は丸棒であり、前記低強度部は、その上下の幅寸法が各鋼材の両側で異なるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、壁体と柱との間に隙間が設けられると共に、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部が設けられることで、地震時に耐震壁が水平方向に大きく変位できる。その際、低強度部に跨って貫通する鋼材がせん断変形することで、十分な耐力を維持することができる。したがって、本発明によれば、せん断耐力を維持しながら耐震壁が水平方向に大きく変位できるようにして、耐震壁の靭性をより向上させることが可能となる。

また、請求項２に記載された発明は、請求項１記載の耐震壁において、前記低強度部は前記壁体の壁厚が薄くされて構成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載された発明は、請求項１記載の耐震壁において、前記低強度部は、前記壁体に樹脂製部材が埋め込まれて構成されていることを特徴とする。なお、樹脂製部材としては、例えばウレタン製部材を用いることができる。

また、請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のうち何れか１項記載の耐震壁において、前記低強度部は、前記壁体の上辺及び下辺の少なくとも何れかに沿って設けられていることを特徴とする。

また、請求項５に記載された発明は、請求項１〜３のうち何れか１項記載の耐震壁において、前記低強度部は、前記壁体の上下方向の中間部を水平に延びるように設けられていることを特徴とする。

また、請求項６に記載された発明は、請求項１記載の耐震壁において、前記低強度部は、前記耐震壁と梁との間、若しくは、前記耐震壁の高さ方向中間部に設けられた水平に延びる隙間であることを特徴とする。

また、請求項７に記載された発明は、柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁の構築方法であって、柱との間に隙間が設けられるように前記壁体を設置すると共に、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部と、この低強度部の上下に跨って貫通する、鉄筋、丸鋼又は丸棒である鋼材とを、前記低強度部の上下の幅寸法が各鋼材の両側で異なるように設けることを特徴とする。

本発明によれば、地震時に耐震壁が大きくせん断変形できるようにして、せん断耐力を維持しながら耐震壁の靭性をより向上させることが可能となる。

図１は、本発明の第１の参考例である耐震壁１０の正面図である。また、図２は、耐震壁１０の鉛直断面図である。

図１に示すように、耐震壁１０は、柱１２及び梁１４の架構内に設けられた、ＲＣ造、ＳＣ造、ＳＲＣ造、あるいは、コンクリートブロックを積み上げてなるコンクリート造の壁体２０を備えている。壁体２０には、その上下の辺に沿った低強度部２２が設けられている。

図２に示すように、低強度部２２は、壁体２０の上下の壁厚を薄くすることにより構成されている。この低強度部２２を上下に跨って梁１４から壁体２０内へ貫通するようにダボ筋２４が設けられている。壁体２０の内部において、ダボ筋２４の周囲に、螺旋鉄筋２６または面外補強筋が設けられている。この螺旋鉄筋２６または面外補強筋によりダボ筋２４周りのコンクリートの補強効果が得られる。ただし、コンクリートに十分な強度が期待できれば、螺旋鉄筋２６や面外補強筋は省略してもよい。

また、図１に示すように、壁体２０の左右両側と、柱１２との間には、壁体２０の水平変位を許容するための所定の隙間２８が設けられている。この隙間２８には間仕切が設けられるなどして、遮音性・遮水性・耐火性等が確保されている。

以上の構成によれば、壁体２０の上下に低強度部２２が設けられていることにより、耐震壁１０に水平方向のせん断力が作用した場合に、先ず、低強度部２２が破壊され、その後は、ダボ筋２４がせん断変形することにより、耐震壁１０の高い靭性が得られる。このことを、図３に示す計算結果を参照して説明する。

図３は、耐震壁１０のせん断変形量δ（横軸）と、せん断荷重Ｑ（縦軸）との関係を有限要素解析により計算した結果を示す。なお、図３には、柱の脚部を固定した場合の計算結果を実線で、柱の脚部をピン支持した場合の計算結果を破線で示している。また、比較のため、低強度部２２が設けられない従来の耐震壁についての計算結果を一点鎖線で示している。この一点鎖線で示すように、従来の耐震壁では、せん断荷重が最大耐力Ｑ0に達すると、耐震壁全体が破壊して荷重は急激に低下しており、靭性が乏しいことがわかる。これに対して、本参考例の耐震壁１０では、せん断荷重が最初のピークＱ１，Ｑ２に達する過程で低強度部２２が破壊して変形し、その後は、ダボ筋２４がせん断変形する。その際、ダボ筋２４はその周囲のコンクリートを損傷させながら変形するが、コンクリートが損傷するのは内部だけであり、コンクリート表面に損傷が現れることはない。このように、せん断力に対して主にダボ筋で抵抗させることにより、壁体２０を破壊させることなく、水平耐力を維持しながら耐震壁１０を変形させることが可能となる。このため、最大耐力は従来に比べて小さいものの、高い靭性を得ることができる。

以上説明したように、本参考例によれば、耐震壁１０の靭性を向上させることができるので、建物の設計上の水平耐力を小さく抑えることが可能となり、建物の合理的な耐震設計を行うことができる。

また、図３に示すような耐震壁１０の変形挙動は、主に、ダボ筋２４のせん断変形特性に依存することから、ダボ筋２４の数量や強度により耐震壁１０の構造性能を調整することも容易となる。

さらに、ダボ筋２４がせん断変形するときのエネルギー吸収量は大きいため、本参考例によれば、ダボ筋２４による制振効果を期待することもできる。

なお、上記参考例では、耐震壁１０の上下辺に低強度部２２を設けてダボ筋２４を配置するものとしたが、これに限らず、耐震壁１０の上辺又は下辺の何れかのみに低強度部２２を設けてダボ筋２４を配置することとしてもよい。

また、図４に示すように、壁体２０の上下方向中央部に、水平方向に延びる低強度部２２を設け、この低強度部２２を上下に跨って貫通するようにダボ筋２４を配置する構成としてもよい。

さらに、ダボ筋２４としては、例えば、丸鋼、丸棒や異型鉄筋等の各種鋼材を用いることができる。また、例えば、図５に水平断面図を示すように、凹凸状の波型に屈曲された波型鋼板４０を用いてもよい。このような波型鋼板４０を用いた場合も、その凹凸部分によりコンクリートとの間の応力伝達を行えるから、波型鋼板４０のせん断変形により高い靭性を得ることが可能となる。

次に、本発明の第２の参考例について説明する。

図６は、本参考例の耐震壁５０の正面図であり、図７は、耐震壁５０の垂直断面図である。図６及び図７に示す如く、本参考例では、壁体２０の上下辺に、梁１４と接触するように、ウレタン５２を埋め込んでいる。かかる構成によれば、ウレタン５２と梁１４とが滑ることで、地震時に壁体２０と梁１４との間に相対的な水平変位が生じ易くなる。すなわち、本参考例ではウレタン５２を設けることで本発明の低強度部が構成されている。この低強度部において水平変位が生じた場合、壁の縦主筋５４がせん断変形を起こし、そのダボ効果により、上記第１参考例と同様に、耐力を維持しながら壁体２０が水平方向に大きく変位できて、高い靭性が得られることとなる。

なお、図６及び図７に示す構成では、ウレタン５２を壁体２０の上下両辺に配置するものとしたが、これに限らず、上辺又は下辺の何れか一方にのみウレタン５２を配置する構成としてもよい。あるいは、壁体２０の上下に二分して、その間にウレタンを介装することにより、上下の壁体が水平方向に相対変位できる構成としてもよい。

また、図６及び図７に示す構成では、縦主筋５４のせん断変形によりダボ効果を得るものとしたが、これに限らず、ウレタン５２を上下に貫通するようにダボ筋を設ける構成としてもよい。図８はそのような構成の鉛直断面図であり、図９はウレタンの構成を示す平面図である。図８及び図９に示すように、ウレタン５２に孔５２ａを設け、この孔５２ａにダボ筋５６を挿通させている。図８及び図９に示す構成によれば、上記第１参考例と同様に、ダボ筋５６の数量や強度に応じて、耐震壁１０の構造性能を調整することが容易となる。

次に、本発明の第３の参考例について説明する。

図１０は、本参考例の耐震壁１００の正面図であり、図１１は、耐震壁１００の垂直断面図である。図１０及び図１１に示す如く、本参考例では、壁体２０の上下辺と、梁１４との間にスリット１０２を設けて、このスリット１０２を低強度部としている。なお、スリット１０２は、壁体２０の上辺又は下辺の一方にのみ設けてもよいし、壁体２０の高さ方向中間部に水平方向に延びるようにスリット１０２を設けてもよい。このスリット１０２を上下に跨って貫通するようにダボ筋２４が設けられている。

本参考例では、上記スリット１０２を低強度部としているので、耐震壁１００にせん断力が作用すると、コンクリートの破壊を伴うことなくダボ筋２４が変形して、このダボ筋２４の変形によりせん断力に対して抵抗することができる。

図１２は、本発明の一実施形態である耐震壁１５０の正面図である。同図に示すように、この実施形態では、スリット１０２の間隔（上下方向の幅寸法）をダボ筋２４の間隔毎に交互に変化させている。これにより各ダボ筋２４の両側でスリット１０２の幅が異なる結果、耐震壁１００に左向きのせん断力が作用した場合と右向きのせん断力が作用した場合とで、ダボ筋２４の変形位置も異なることとなる。

例えば、図１３に示すように、スリット１０２の間隔が、ダボ筋２４Ａの左側で大きく、右側で小さくなっているとする。この場合、同図中上側を左側に変位させる向きのせん断力が作用すると、ダボ筋２４Ａにせん断力を伝達するコンクリートの高さは、上側が図中Ａ位置、下側が図中Ｄ位置となり、これにより、ダボ筋２４は破線Ｘで示すように変形する。一方、これと反対向きのせん断が作用した場合には、ダボ筋２４Ａにせん断力を伝達するコンクリートの高さは、上側がＡ位置よりも上方のＢ位置、下側がＤ位置より上方のＣ位置となる。このため、ダボ筋２４の変形は一点鎖線Ｙで示すようになり、上側での変形位置は、破線Ｘで示す場合に比べて高い位置となり、下側での変形位置も破線Ｘで示す場合に比べて高い位置となり、せん断力の向きによって、ダボ筋２４の変形位置が異なることになる。

このように、図１２に示す構成によれば、ダボ筋２４の変形位置がせん断力の向きによって異なることで、ダボ筋２４の特定箇所への変形の集中度合いが小さくなり、これにより、ダボ筋２４の耐久性が向上する。

なお、図１２、図１３に示す構成においても、上記第１参考例における隙間２８と同様に、スリット１０２に間仕切を設けることなどにより遮音性・遮水性・耐火性を確保することができる。

なお、図１２では、上記第３参考例のように低強度部としてスリットを設ける構成においてこのスリットの幅を異ならせるものとしたが、上記第１参考例のように低強度部として壁厚の薄い部分を設ける構成や、低強度部としてウレタンを設ける構成でも、ダボ筋２４の両側でこれら低強度部の上下の幅寸法を異ならせることで、図１２の場合と同様の効果を得ることができる。

また、低強度部２２の形態として、(1)壁厚を薄くする形態（第１の参考例）、(2)ウレタンを設ける形態（第２の参考例）、及び(3)スリットを設ける形態（第３の参考例）に限らず、例えば、(4)壁体２０よりも強度の低いコンクリートにより低強度部を構成する形態を採用してもよい。要するに、本発明の低強度部は、せん断荷重に対して破壊し易く、あるいは、滑りが生じ易く構成されるなどして、水平方向のせん断変形が生じ易い構成になっていればよい。

また、上記各実施形態における低強度部は１箇所に限らず、複数箇所に設けてもよい。その場合、上記(1)〜(4)の形態を適宜組み合わせてもよい。

また、上記実施形態において、壁体２０をプレキャスト化すれば、大地震により低強度部が破壊した後、壁体２０の交換を簡単に行うことが可能となる。

本発明の第１の参考例である耐震壁の正面図である。図１に示す耐震壁の鉛直断面図である。耐震壁のせん断変形量（横軸）と、せん断荷重（縦軸）との関係を有限要素解析により計算した結果を示す図である。壁体を上下に分割してその間に低強度部を設けた構成を示す正面図である。ダボ筋に代えて波型鋼板を用いた場合の水平断面図である。本発明の第２の参考例を示す正面図である。図６に示す耐震壁の鉛直断面図である。第２参考例の変形例を示す鉛直断面図である。図８の変形例におけるウレタンの構成を示す平面図である。本発明の第３の参考例を示す正面図である。図１０に示す耐震壁の鉛直断面図である。本発明の実施形態である耐震壁を示す正面図である。図１２の実施形態におけるダボ筋の変形挙動を説明するための図である。

符号の説明

１０，５０，１００，１５０耐震壁
１２柱
１４梁
２０壁体
２２低強度部
２４，５６ダボ筋
４０波型鋼板
５２ウレタン
５２ａ孔
５４縦主筋
１０２スリット

Claims

柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁であって、前記壁体と柱との間に隙間が設けられていると共に、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部と、この低強度部の上下に跨って貫通する鋼材とを備え、
前記鋼材は、鉄筋、丸鋼又は丸棒であり、
前記低強度部は、その上下の幅寸法が各鋼材の両側で異なるように構成されていることを特徴とする耐震壁。
前記低強度部は前記壁体の壁厚が薄くされて構成されていることを特徴とする請求項１記載の耐震壁。
前記低強度部は、前記壁体に樹脂製部材が埋め込まれて構成されていることを特徴とする請求項１記載の耐震壁。
前記低強度部は、前記壁体の上辺及び下辺の少なくとも何れかに沿って設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の耐震壁。
前記低強度部は、前記壁体の上下方向の中間部を水平に延びるように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の耐震壁。
前記低強度部は、前記耐震壁と梁との間、若しくは、前記耐震壁の高さ方向中間部に設けられた水平に延びる隙間であることを特徴とする請求項１記載の耐震壁。
柱梁の架構内に壁体が設置されてなる耐震壁の構築方法であって、柱との間に隙間が設けられるように前記壁体を設置すると共に、水平方向のせん断変形が生じ易いように構成された低強度部と、この低強度部の上下に跨って貫通する、鉄筋、丸鋼又は丸棒である鋼材とを、前記低強度部の上下の幅寸法が各鋼材の両側で異なるように設けることを特徴とする耐震壁の構築方法。