JP4829714B2 - スチールハウスの制震壁構造 - Google Patents

Description

本発明は、スチールハウスの壁下地に制震機能を持たせた制震壁構造に関する。

従来のスチールハウスの耐力壁構造としては、互いに間隔を隔てて立設された一対の竪枠材と、前記一対の竪枠材の互いに向かい合う側面間に連結された複数のブレース材と、によってトラス構造に構成されたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−３７７０４号公報

しかし、このようなトラス構造をしたスチールハウスの耐力壁構造は、せん断変形に対して粘り強く抵抗するものの、建物の揺れを吸収することはできなかった。

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、建物の揺れを吸収することができるスチールハウスの制震壁構造を提供することを課題とする。

本発明は、互いに間隔を隔てて立設された一対の竪枠材と、前記一対の竪枠材の向かい合う側面間に連結された複数のブレース材と、によってトラス構造に構成されたスチールハウスの制震壁構造であって、前記複数のブレース材のうちの少なくとも一つは、低降伏点鋼からなる制震部材と、前記制震部材の一方の側部と一方の前記竪枠材とを連結する第1連結部材と、前記制震部材の他方の側部と他方の前記竪枠材とを連結する第２連結部材と、からなり、前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、溝部を有する溝形鋼又はＣ形鋼からなり、前記制震部材は、前記第１連結部材及び前記第２連結部材の溝部に跨って嵌合されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記一対の竪枠材と前記複数のブレース材とはトラス構造に構成されていることから、ブレース材には軸方向の力（軸力）が作用する。そして、前記複数のブレース材のうちの少なくとも一つが低降伏点鋼からなる制震部材を有することから、建物の揺れによってブレース材に軸力が作用すると、低降伏点鋼からなる制震部材が塑性変形して、建物の揺れを吸収する。
また、かかる構成によれば、ブレース部材に軸方向の圧縮力又は引張力が作用すると、第１連結部材と第２連結部材とによって制震部材の一方の側部と他方の側部に逆向きの力が作用する。これにより、制震部材がブレース部材の軸方向に塑性変形（せん断変形）し、建物の揺れが吸収される。
また、かかる構成によれば、前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、溝部を有する溝形鋼又はＣ形鋼からなり、前記制震部材は、前記第１連結部材及び前記第２連結部材の溝部に跨って嵌合されているので、ブレース材の幅寸法が大きくなることがない。そのため、かかる制震壁構造に板材を貼り付けるときに、ブレース材と板材が衝突することがなく、板材の取付作業が容易になる。

また、前記複数のブレース材の両端部は、前記一対の竪枠材にピン接合されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記複数のブレース材の両端部が前記一対の竪枠材にピン接合されているので、ブレース材に曲げモーメントが伝達されることがない。そのため、制震部材を曲げ変形させずに軸方向に変形させることができる。

また、前記第1連結部材の制震部材側の端部と前記第２連結部材の制震部材側の端部とは、互いに離間していることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記第1連結部材の制震部材側の端部と前記第２連結部材の制震部材側の端部とは、互いに離間しているので、ブレース材に圧縮方向の軸力が作用した場合でも、第１連結部材と第２連結部材とが衝突することがない。そのため、ブレース材に圧縮方向の軸力が作用したときでも制震部材が塑性変形する。これにより、建物の揺れが制震部材によって確実に吸収されることとなる。

また、前記制震部材は、両側に一対のフランジを備える溝形鋼又はＣ形鋼からなることを特徴とする。

かかる構成によれば、溝形鋼又はＣ形鋼の両側に備えられた一対のフランジが、それぞれ、第１連結部材と第２連結部材とによって引っ張られたり押されたりすることにより、その中間にある溝形鋼又はＣ形鋼（より詳しくはそのウェブ部分）がせん断変形することになる。これにより、建物の揺れが吸収されることとなる。

本発明によれば、建物の揺れを吸収することができるスチールハウスの制震壁構造を提供することができる。これにより、建物の制震性能等を向上させることができる。

本発明を実施するための第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。参照する図面において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。図１は、第１実施形態にかかるスチールハウスの制震壁構造を示す正面図である。図２は、第１実施形態にかかるスチールハウスの制震壁構造の下部付近の拡大斜視図である。

図１に示すように、スチールハウスの制震壁構造１（以下、単に「制震壁構造１」という）は、建物の土台や梁等の上に立設される壁下地であり、一対の竪枠材２，２と、この一対の竪枠材２，２の上端部同士を連結する上枠材３と、一対の竪枠材２，２の下端部同士を連結する下枠材４と、一対の竪枠材２，２の互いに向かい合う側面間に連結された複数のブレース材５ａ，５ｂ，…，５ｈ（以下、区別しない場合は単に「ブレース材５」という場合がある）と、によってトラス構造に構成されている。そして、ブレース材５ａ，５ｄ，５ｅ，５ｈは、その中間部に低降伏点鋼からなる制震部材６を有している。

図２に示すように、竪枠材２は、例えばウェブ背面同士を溶接接合した２本のＣ形鋼２１，２１から構成されており、Ｃ形鋼２１，２１の溝の開口部を面外方向に向けて境界梁等（図示省略）に取り付けられている。竪枠材２としては、例えば「Ｃ−１００×５０×２０×２．３」や「Ｃ−１００×５０×２０×３．２」等を用いる。竪枠材２，２の向かい合う側面には、ブレース材５を連結するためのガセット２２が千鳥状（図１参照）に溶接固定されている。Ｃ形鋼２１の溝の開口部には、プレート２３が溶接固定されている。なお、竪枠材２の上部付近もほぼ同様の構造であるため、詳細な説明は省略する。

図１、図２に示すように、上枠材３及び下枠材４は、例えば溝形鋼からなり、一対の竪枠材２，２の向かい合う側面間に溶接固定されている。上枠材３及び下枠材４としては、例えば「［−６５×７５×２．３」等を用いる。

図１、図２に示すように、各ブレース材５は、例えば溝形鋼からなり、竪枠材２，２の向かい合う側面間に斜めに架け渡されている。ブレース材５としては、例えば「［−６０×３５×２．３」等を用いる。各ブレース材５の両端部は、千鳥に配置されたガセット２２にボルトによってピン接合されている。これにより、制震壁構造１は、トラス構造に構成される。また、上下に隣り合うブレース材５，５の近接する端部同士は同じガセット２２に連結されている。なお、最も上部のブレース材５ａの上側の端部は、上枠材３を介して一方の竪枠材２に連結されている。また、最も下方のブレース材５ｈの下側の端部は、下枠材４を介して他方の竪枠材２に連結されている。

図１に示すように、各ブレース材５のうち、ブレース材５ａ，５ｄ，５ｅ，５ｈは、その中間部に低降伏点鋼からなる制震部材６を有している。ブレース材５ａ，５ｄ，５ｅ，５ｈは同様の構造であるので、以下、これらを代表してブレース材５ｈの構造について説明する。

図３は、制震部材を有するブレース材の分解斜視図である。
図３に示すように、ブレース材５ｈは、制震部材６と、第１連結部材５１と、第２連結部材５２と、から構成されている。

制震部材６は、低降伏点鋼を加工して溝形に形成された部材であり、せん断変形による履歴減衰型の鋼材ダンパーである。制震部材６は、変形部６１と、変形部６１の一方の側部に立設された第１取付部６２と、変形部６１の他方の側部に立設された第２取付部６３とから構成されている。変形部６１は、ブレース材５ｈに軸力が作用したときに、せん断変形して揺れを吸収する部分である。第１取付部６２は、後記する第１連結部材５１に取り付けられる部分であり、第１連結部材５１側の端部６２ｂが変形部６１よりも延出している。同様に、第２連結部材５２は、後記する第２連結部材５２に取り付けられる部分であり、第２連結部材５２側の端部６３ｂが変形部６１よりも延出している。第１取付部６２及び第２取付部６３には、ボルトを挿通させるためのボルト孔６２ａ、６３ａが、それぞれ２箇所ずつ形成されている。

制震部材６を構成する低降伏点鋼は、通常の圧延鋼板に比べて降伏点が低い鋼材である。制震部材６としては、例えば、降伏点が１００Ｎ／ｍｍ^２以上１５０Ｎ／ｍｍ^２以下、引張強さが２００Ｎ／ｍｍ^２以上３００Ｎ／ｍｍ^２以下、降伏比が６０％以下、伸びが５０％以上の低降伏点鋼を用いることができる。

第１連結部材５１は、制震部材６の一方の側部と一方の竪枠材２（図２参照）とを連結する部材であり、通常の圧延鋼板からなる溝形鋼で構成されている。第１連結部材５１は、ウェブ部５１１と、このウェブ部５１１の一方の側部に立設された第１フランジ部５１２と、他方の側部に立設された第２フランジ部５１３と、を有している。第１フランジ部５１２の制震部材６側の端部５１２ｂは、制震部材６に向って延出している。この第１フランジ部５１２には、制震部材６の第１取付部６２に形成されたボルト孔６２ａ，６２ａに対応する位置に、ボルト孔５１２ａ，５１２ａが形成されている。第１フランジ部５１２は、制震部材６の第１取付部６２と重ね合わされて、ボルトＢとナットＮによって連結される。

第２連結部材５２は、制震部材６の他方の側部と他方の竪枠材２（図２参照）とを連結する部材であり、通常の圧延鋼板からなる溝形鋼で構成されている。第２連結部材５２は、ウェブ部５２１と、このウェブ部５２１の他方の側部に立設された第１フランジ部５２２と、ウェブ部５２１の一方の側部に立設された第２フランジ部５２３と、を有している。第１フランジ部５２２の制震部材６側の端部５２２ｂは、制震部材６に向って延出している。この第１フランジ部５２２には、制震部材６のボルト孔６３ａ，６３ａに対応する位置に、ボルト孔５２２ａ，５２２ａが形成されている。第１フランジ部５２２は、制震部材６の第２取付部６３と重ね合わされて、ボルトＢとナットＮによって連結される。

なお、通常の圧延鋼板は、制震部材６を構成する低降伏点鋼よりも降伏点が大きい鋼材であればよく、例えば、降伏点が２３５Ｎ／ｍｍ^２以上３５５Ｎ／ｍｍ^２以下、引張強さが４００Ｎ／ｍｍ^２以上５１０Ｎ／ｍｍ^２以下、降伏比が８０％以下、伸びが１７％以上のものを用いることができる。

ここで、第１連結部材５１と第２連結部材５２との間には、図２に示すように、隙間Ｓが設けられている。これにより、ブレース材５ｈにはじめに圧縮方向の軸力が作用したときでも、第１連結部材５１と第２連結部材５２とが衝突することがなく、建物の揺れを吸収することができる。隙間Ｓの間隔は、特に限定されるものではなく、許容変位量などから適宜設定すればよい。

次に、制震壁構造１の動作について図４を参照して説明する。
図４は、制震部材を有するブレース材を下方から見た状態を示した図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）は引張時、（ｃ）は圧縮時、の状態をそれぞれ示している。

図４（ａ）に示すように、ブレース材５ｈに軸力が作用していない状態では、制震部材６の変形部６１は、元の形状、すなわち直方体形状を呈している。また、第１連結部材５１と第２連結部材５２との間には、隙間Ｓが存在している。

図４（ｂ）に示すように、ブレース材５ｈに引張方向の軸力が作用すると、第１連結部材５１によって制震部材６の第１取付部６２が一方に（図４の右側に）引っ張られるとともに、第２連結部材５２によって制震部材６の第２取付部６３が他方に（図４の左側に）引っ張られる。これにより、制震部材６の変形部６１がせん断変形することとなる。制震部材６は低降伏点鋼で構成されているので、塑性変形によってエネルギーが消費され、建物の揺れが吸収される。

図４（ｃ）に示すように、ブレース材５ｈに圧縮方向の軸力が作用すると、第１連結部材５１によって制震部材６の第１取付部６２が他方に（図４の左側に）押されるとともに、第２連結部材５２によって制震部材６の第２取付部６３が一方に（図４の右側に）押される。このとき、隙間Ｓ（図４（ａ）参照）の存在により、第１連結部材５１と第２連結部材５２とが衝突することなく、互いに近接する方向に移動することができる。これにより、制震部材６の変形部６１がせん断変形することとなる。制震部材６は低降伏点鋼で構成されているので、塑性変形によってエネルギーが消費され、建物の揺れが吸収される。

以上、説明したように、第１実施形態に係るスチールハウスの制震壁構造１によれば、建物に水平方向の荷重（例えば地震力）が作用したときに、ブレース材５ａ，５ｄ，５ｅ，５ｈに備えられた制震部材６によって、建物の揺れが吸収される。そのため、建物の耐震性能を向上させることができる。
また、第１実施形態に係るスチールハウスの制震壁構造１は、トラスに構成された耐力壁の構造を変更することなく、制震部材６を取り入れているので、トラス構造の耐力壁の特徴、すなわち、建物の変形に対して粘り強く抵抗するという特徴を備えつつ、建物の揺れを吸収できるという優れた効果を奏する。

つづいて、本発明の参考例について図面を参照して説明する。参照する図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図５は、参考例に係るスチールハウスの制震壁構造を示す正面図である。図６は、参考例に係るスチールハウスの制震壁構造の下部付近を示す部分拡大斜視図である。

図５に示すように、参考例に係るスチールハウスの制震壁構造１０（以下、単に「制震壁構造１０」という場合がある）は、建物の土台や梁等の上に立設される壁下地であり、一対の竪枠材１２，１２と、この一対の竪枠材１２，１２の上端部同士を連結する上枠材１３と、一対の竪枠材１２，１２の下端部同士を連結する下枠材１４と、上枠材１３と下枠材１４とを連結する上下枠連結部材１５と、によって構成されている。そして、上下枠連結部材１５は、その中間部に低降伏点鋼からなる制震部材１６を有している。

図６に示すように、竪枠材１２は、例えば、ウェブ背面同士を溶接接合した２本の溝形鋼１２１，１２１から構成されており、溝形鋼１２１，１２１の溝の開口部を面外方向に向けて下枠材１４に取り付けられている。竪枠材１２の下端部には、下枠材１４とピン接合するためのピン接合片１２２，１２２が、互いに間隔を隔てて溶接固定されている。各ピン接合片１２２には、ピンとなるボルトＢを挿通するための軸孔１２２ａが形成されている。なお、竪枠材１２の上端部の構造は、下端部の構造と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図５、図６に示すように、上枠材１３及び下枠材１４は、例えばＨ形鋼からなり、一対の竪枠材１２，１２の上端部及び下端部にそれぞれピン接合されている。なお、上枠材１３及び下枠材１４は、枠組壁工法の壁下地の枠体の一部であってもよいし、建物の土台又は梁であってもよい。

図６に示すように、下枠材１４の上面には、一対の竪枠材１２，１２が接合される位置に対応して、ピン接合片１４１，１４１が溶接固定されている。ピン接合片１４１，１４１には、ピンとなるボルトＢを挿通するための軸孔１４１ａが形成されている。このピン接合片１４１が、竪枠材１２の下端部に設けられた２つのピン接合片１２２，１２２の間に配置されて、ボルトＢ及びナットＮによって係止されることで、ピン支承Ｐ（図５参照）が構成されることになる。また、下枠材１４には、一対の竪枠材１２，１２が接合される位置に対応して、上フランジと下フランジとの間に補強のためのリブ１４２，１４２，…が設けられている。
なお、上枠材１３は、下枠材１４と上下対称であること以外は同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、上下枠連結部材１５は、上枠材１３と下枠材１４との間に架設されて建物の揺れを吸収するものであり、上部連結部材１５１と、下部連結部材１５２と、制震部材１６と、から構成されている。

図６に示すように、下部連結部材１５２は、通常の圧延鋼板からなる板状部材であり、正面視略台形状を呈している。下部連結部材１５２は、平板部１５２ａと、上端部に沿って設けられた上リブ１５２ｂと、下端部に沿って設けられた下リブ１５２ｃと、その中間に略等間隔で水平に設けられた３つの中間リブ１５２ｄ，１５２ｄ，１５２ｄと、両側部に沿って設けられた側部リブ１５２ｅ，１５２ｅと、を備えている。下部連結部材１５２は、例えば下枠材１４に下リブ１５２ｃを介してボルト接合されている（図８参照）。また、下部連結部材１５２は、平板部１５２ａの面内方向が一対の竪枠材１２，１２と上枠材１３と下枠材１４とで構成される枠体の面内方向と平行に配置されている。このように配置すれば、下部連結部材１５２が変形し難くなり、制震部材６に変形を集中させることができる。上リブ１５２ｂには、ボルトを挿通させるためのボルト孔１５２ｆが貫通形成されており、制震部材６とボルト接合できるようになっている。
なお、上部連結部材１５１は、下部連結部材１５２と上下対称であること以外は同様の構造であるので、詳細な説明は省略する。

図７は、制震部材の斜視図である。
図７に示すように、制震部材１６は、低降伏点鋼からなる板材を加工して形成された部材である。制震部材１６は、塑性変形して揺れを吸収する変形部１６１と、変形部１６１の上端部から変形部１６１と直交する方向に延出する上リブ１６２と、変形部１６１の下端部から変形部１６１と直交する方向に延出する下リブ１６３と、変形部１６１の両側部から変形部１６１と直交する方向に延出する横リブ１６４，１６４と、から構成されている。これら上リブ１６２、下リブ１６３、及び、横リブ１６４，１６４によって、変形部１６１の面外方向への変形が防止されている。上リブ１６２及び下リブ１６３には、ボルトＢを挿通させるためのボルト孔１６２ａ，１６３ａがそれぞれ形成されている。

図８は、参考例に係るスチールハウスの制震壁構造の部分断面図である。
図８に示すように、制震部材１６は、上リブ１６２と下リブ１６３とを介して上部連結部材１５１及び下部連結部材１５２にボルトＢ及びナットＮによって連結されている。また、制震部材１６の変形部１６１は、上部連結部材１５１の平板部１５１ａと下部連結部材１５２の平板部１５２ａと、同一平面に配置されている。これにより、制震壁構造１が変形したときに、上下枠連結部材１５がねじれ難くなり、制震部材６を十分にせん断変形させることができる。

次に、スチールハウスの制震壁構造１０の動作について図９を参照して説明する。
図９は、参考例に係るスチールハウスの制震壁構造の正面図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）は変形時の状態をそれぞれ示している。

図９（ａ）に示すように、制震壁構造１０に水平荷重が作用していない状態では、一対の竪枠材１２，１２と上枠材１３と下枠材１４とからなる枠体は、長方形形状を維持している。このとき、制震部材１６は変形していない。

図９（ｂ）に示すように、制震壁構造１０に左向きの水平荷重が作用した場合、竪枠材１２，１２は、上枠材１３及び下枠材１４とピン接合されていることから、竪枠材１２，１２が左向きに傾斜して平行四辺形状になり、上枠材１３と下枠材１４とが水平方向に相対変位する。制震部材１６の上端部は上部連結部材１５１を介して上枠材１３に連結されており、制震部材１６の下端部は下部連結部材１５２を介して下枠材１４に連結されているため、上枠材１３と下枠材１４の相対変位に伴って制震部材１６にせん断変形が生じる。そして、制震部材１６は低降伏点鋼で構成されているため、このせん断変形は塑性変形となり、建物の揺れが吸収される。このとき、上部連結部材１５１と下部連結部材１５２は、面内方向の剛性が大きく変形量が小さいため、制震部材１６のせん断変形角及びせん断変形量が大きくなり、制震性能が向上する。

以上、説明したように、参考例に係るスチールハウスの制震壁構造１０によれば、建物に水平方向の荷重（例えば地震力）が作用したときに、上下枠連結部材１５に備えられた制震部材１６によって、建物の揺れが吸収される。そのため、建物の耐震性能を向上させることができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。

例えば、参考例の制震部材１６は、図７に示すように、板状の低降伏点鋼の上下端部を同じ方向に折り曲げ加工して断面視略コ字形状に形成したが、これに限定されるものではなく、上下端部を逆方向に折り曲げて断面視略Ｚ字形状に形成してもよい。

第１実施形態にかかるスチールハウスの制震壁構造を示す正面図である。 第１実施形態にかかるスチールハウスの制震壁構造の下部付近の拡大斜視図である。 制震部材を有するブレース材の分解斜視図である。 制震部材を有するブレース材を下方から見た状態を示した図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）は引張時、（ｃ）は圧縮時、の状態を示している。 参考例に係るスチールハウスの制震壁構造を示す正面図である。 参考例に係るスチールハウスの制震壁構造の下部付近を示す部分拡大斜視図である。 制震部材の斜視図である。 参考例に係るスチールハウスの制震壁構造の部分断面図である。 参考例に係るスチールハウスの制震壁構造の正面図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）は変形時の状態をそれぞれ示している。

符号の説明

１ スチールハウスの制震壁構造
２ 竪枠材
３ 上枠材
４ 下枠材
５ ブレース材
６ 制震部材

Claims (4)

1. 互いに間隔を隔てて立設された一対の竪枠材と、前記一対の竪枠材の向かい合う側面間に連結された複数のブレース材と、によってトラス構造に構成されたスチールハウスの制震壁構造であって、
   前記複数のブレース材のうちの少なくとも一つは、低降伏点鋼からなる制震部材と、前記制震部材の一方の側部と一方の前記竪枠材とを連結する第1連結部材と、前記制震部材の他方の側部と他方の前記竪枠材とを連結する第２連結部材と、からなり、
   前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、溝部を有する溝形鋼又はＣ形鋼からなり、
   前記制震部材は、前記第１連結部材及び前記第２連結部材の溝部に跨って嵌合されていることを特徴とするスチールハウスの制震壁構造。
2. 前記複数のブレース材の両端部は、前記一対の竪枠材にピン接合されていることを特徴とする請求項１に記載のスチールハウスの制震壁構造。
3. 前記第1連結部材の制震部材側の端部と前記第２連結部材の制震部材側の端部とは、互いに離間していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスチールハウスの制震壁構造。
4. 前記制震部材は両側に一対のフランジを備える溝形鋼又はＣ形鋼からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスチールハウスの制震壁構造。

Images