JP4631312B2 - 耐震壁、耐震壁の構築方法 - Google Patents

耐震壁、耐震壁の構築方法 Download PDF

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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。
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 (7)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
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