JP4881084B2 - 耐震構造 - Google Patents

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この発明は、地震や風等により建物に作用する水平力に降伏してエネルギーを吸収する耐震構造の技術分野に属し、更に云うと、柱梁架構の構面外の壁体として内面曲げ及び剪断力には抵抗するが、鉛直軸力及び面外方向への曲げに対しては抵抗が小さい波形鋼板を上下階の小梁間又はスラブ間に配置して耐震性能を向上する構造に関する。
従来から、頻繁に発生する地震を対処するために、柱梁(大梁)架構の構面内にRC壁を配置して主に斜めに形成される圧縮束により水平荷重を負担することが実用に供されている。特に既存建物において、更なる水平剛性及び耐力を確保する場合に、前記RC壁を柱梁架構の構面外の仕切り壁や、袖壁、腰壁等の壁体においても自由に配置して耐震補強の精度及び自由度を向上させている。
また、柱梁架構の構面外の箇所を耐震補強する方法として下記の特許文献1には、各階のスラブにおける柱梁架構以外の箇所に、下階から補強設置階まで貫通する作業孔を開口し、作業孔を貫通した柱を既存建物の基礎に建て込み、前記柱間に補強梁を架設して柱梁架構を形成し、作業孔を塞いで前記補強梁を各スラブと一体化して耐震補強架構を構築する技術が開示されている。
特開2005−179978号公報
上記の柱梁架構の構面外の箇所にRC壁を配置する技術は、図8に示すように前記RC壁30が上下階のスラブ31、31のみと接合されるため、同スラブ31のRC壁30が取り付く部分Xが面外変形を拘束され、同スラブ31の壁30の端部Yに面外に大きな面外せん断及び面外曲げモーメントが集中して発生し、スラブ31に大きな損傷を与えるという問題点がある。
特許文献1の耐震補強架構は、柱梁架構の構面外の箇所においても、耐震補強を実施している点は認められる。しかし、下階から補強設置階まで連層して構築する構成であるため、特に最下階の梁には相当の自重がかかるし、軸力又は面外方向の曲げ力が各階の梁(又はスラブ)に集中的に加わるため、前記各梁に更なる補強構造を施工する必要が生じて、コストが嵩み作業効率が悪い。
また、耐震補強架構は下階から順に施工していくため、不必要な作業が関係のない下階に加算されて、各階毎に別々の工事を行えず作業効率が著しく悪くなるという問題がある。
ところで、面内の曲げ及びせん断に対するせん断耐力及び剛性が大きくて、剛性及び強度設計の自由度が高く、軸力及び面外方向への曲げ力に対する抵抗が小さいという力学的特性を有する波形鋼板を、柱梁架構の構面外の箇所へ配置して耐震補強する点は未だ見聞きしない。
本発明の目的は、柱梁架構などの構面外であって上下階の小梁間又はスラブ間へ建て込む壁体として波形鋼板を使用して構築し、スラブ又は小梁の補強を低減し、精度の高い耐震効果を発揮させ、作業効率を向上させる耐震構造を提供することにある。
上記した背景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耐震構造は、
柱梁架構の構面外であって、水平力で層間変形を発生する上下階の小梁間又はスラブ間へ建て込む壁体として波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けた配置とされ、
前記波形鋼板には、左右の側辺部に沿ってフランジ鋼板が接続され、上下の水平辺部に沿ってベースプレートが接合され、前記フランジ鋼板とベースプレートとは、その交点を一体的に接合されて枠が形成されており、
上下のベースプレートは前記上下階の小梁又はスラブと剪断力伝達要素を介して接合して設置されていることを特徴とする。
請求項2記載した発明は、請求項1に記載した耐震構造において、
波形鋼板の左右の側辺部に沿って接続されたフランジ鋼板の片側又は両側は、間柱と剪断力伝達要素を介して接続されていることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載した耐震構造において、
波形鋼板は、鉛直方向及び水平方向に複数連結されていることを特徴とする。
請求項1又は2に記載した発明に係る耐震構造は、以下のような効果を奏する。
柱梁架構の構面外で上下階の小梁間又はスラブ間へ建て込む壁体として、波形鋼板をその折り筋を水平方向に向けて配置するので、前記波形鋼板が鉛直軸力又はねじり変形等の外方向の曲げ力には抵抗せずに許容する力学特性を発揮するので、前記小梁又はスラブの前記壁体が取り付いている箇所に過度の軸力、剪断力及び曲げモーメントが発生せず、補強をする格別の必要がないし、あったとしても軽微な補強で対応できる。また、柱梁架構の構面外に構築される壁体に等しく実施でき設計自由度が飛躍的に向上されて、精度の高い耐震効果を発揮できる。
また、本発明の耐震構造は、同一階で波形鋼板を用いた壁体の構築を行なうので、上下階の作業に不必要な影響を与えることなく効率の良い作業に寄与する。
請求項3に記載された発明によれば、波形鋼板は鉛直方向に及び水平方向に複数連結して組み合わせているので、設置する場所に合わせて幅と高さを自由に調節して設計の自由度が向上するし、運搬し易い。
本発明は、柱1梁2架構の構面外であって、水平力で層間変形を発生する上下階の小梁間又はスラブ4間へ建て込む壁体3として波形鋼板5がその折り筋を水平方向に向けた配置とされ、前記波形鋼板5の左右の側辺部に沿ってフランジ鋼板6が接続され、上下の水平辺部に沿ってベースプレート7が接合され、前記フランジ鋼板6とベースプレート7とは、その交点を一体的に接合されて枠8が形成されており、上下のベースプレート7、7は前記上下階の小梁又はスラブ4、4と剪断力伝達要素9を介して接合して設置されている構成である。
請求項1に記載した本発明に係る免震補強構造を図1〜4に基づいて説明する。
本発明は、図1の平面図に示すように柱1と大梁2との柱梁架構の構面外であって、小梁間又はスラブ4間へ建て込む間仕切り壁、袖壁、腰壁等の壁体3に好適に実施されるものであり、波形鋼板5をその折り筋を水平方向に向けて、水平剪断力には抵抗するが軸力及び面外方向の曲げに対する抵抗が小さい構成で組み入れて実施される。
前記波形鋼板5は、具体的に図示することは省略したが、波の数を例えば2程度の少数とする小型の波形鋼板を鉛直方向に及び水平方向に連結して組み合わせて、設置する場所の幅及び高さに構築される。したがって、設置する場所に合わせて幅と高さを自由に調節できるので設計の自由度が向上するし、運搬し易い(請求項3記載の発明)。
上記のように連結して構築された波形鋼板5には、図2に示すように、その左右の側辺部に沿ってフランジ鋼板6、6が溶接等により接続されている。また、波形鋼板5の上下の水平辺部に沿って剪断力を伝達するベースプレート7、7がやはり溶接等により接合されている。そして、前記フランジ鋼板6とベースプレート7とは、その交点を一体的に接合されて枠8が形成されている。前記枠8は、直行して設けられる波形鋼板5の厚みよりも十分に幅広な長さとされており、波形鋼板5が負担する水平力に枠8がしっかり抵抗し且つ上下のスラブ4、4へ伝達される構成である。
その後、上下のベースプレート7、7と上下階のスラブ4、4とは、図3A、図3Bに示すように、剪断力伝達要素9によって接合される。
前記剪断力伝達要素9は、例えば同スラブ4へ予め取り付けられた孔(図示省略)へPC鋼棒又はボルト90等を前記ベースプレート7に設けた貫通孔(図示省略)へ通し、ベースプレート7の内側からナット91等により締め付けて接合する構成とされている。
勿論、この限りではなく、図4の拡大図に示すように、スタッドボルト10をベースプレート7からスラブ4へ向かって、及びスラブ4からベースプレート7に向かって、その頭部がスラブ4とベースプレート7のスパン内にとどまる長さで配置され、前記スパン内にスパイラル筋11を配備した後、モルタルを充填して接続する方法もある。
更に、図示することは省略したがスラブ4とベースプレート7の接触面に接着材を塗布して接合する方法も考えられる。
前記波形鋼板5は、断面形状が折板状(図2)になっている。その折板形状は矩形波形状に形成されており、固有の力学的特性を得られる構成とされている。但し、波形鋼板5の断面形状は図7A〜Dに示す例の限りではなく、種々な波形状で実施できる。
固有の力学的特性としては、水平剪断力に対し、波形鋼板5の折板になっている一枚一枚が剪断力に対して十分に抵抗し、その集合として全体が水平剪断力に十分に大きな抵抗をする。
波形鋼板5は折板になっているので、剪断剛性及び強度は、鋼材の材質固有の強度の他に、板厚の大きさ(通例9mm〜22mm程度)、重ね合わせの枚数、ピッチ(通例500mm〜700mm程度)及び波高の大きさ(通例80mm〜150mm程度)などの設計如何により自在に設計することができる。
また、波形鋼板5は折板になっているので、波形の筋に直角な軸力に対してはアコーディオンの如くに自由に伸び縮みし、剛性と耐力が小さい。波形面内の曲げに対しても、同様にアコーディオンの如く自由に伸び縮みして圧縮及び引っ張りを許容するので、剛性、耐力が小さい。したがって、スラブ4がRC造、SRC造等々のコンクリート構造であっても、コンクリートのクリープ、乾燥収縮によるコンクリート造スラブ4の軸力を負担せず、耐震壁としての力学特性にさして変化をきたさない。特に壁体3が取り付いている箇所においては、過度の軸力、剪断力及び曲げモーメントが発生せず、補強をする格別の必要がないし、あったとしても軽微な補強で対応できる。そして、施工時及び供用時において付加軸力が導入されることがなく、波形鋼板5の剪断座屈強度及び靱性は高く維持されるし、地震時の剪断変形に対して経年変化を生ずることもなく良好な耐震機能を発揮する。
一方、波形の折り筋に垂直な方向の面外力(曲げ及び剪断)に対する剛性、耐力は、折板になっているので十分大きいが、波形の折り筋に平行な方向の面外力(ねじり及び剪断)に対しては、折板になっているが故に抵抗が小さい。したがって、耐震壁の剛性や強度をそれぞれ独立的に制御することが容易に可能であり設計の自由度は極めて高い。
更に、波形の山と谷の高さ(波高)は戸境壁の厚さ寸法内に納めことができる程度(例えば80mm〜150mm)なので、居室等の床面積に悪影響を及ぼさない実施ができる利点もある。
また、上記のような構成であるため柱梁架構の構面外のどの壁体にも等しく実施可能であり、設計自由度が飛躍的に向上されて、精度の高い耐震効果を発揮できる。
また本発明の耐震構造は、同一階で波形鋼板5を組み入れた壁体8を構築するので、上下階の作業に不必要な影響を与えることなく効率の良い作業で構築できる。
本発明の耐震構造は、図1〜4に示した上下のスラブ4、4のみとの接合で実施する限りではない。図5A、図5Bに示すように、同じく柱1、大梁2架構の構面外であって、例えば大梁2の上に間柱12が構築されている場合においては、先ず、上述した実施例1の如く上下のスラブ4、4間に波形鋼板5をその折り筋を水平方向に向けて、枠8の上下の水平辺部を形成するベースプレート7と同スラブ4とを上記剪断力伝達要素9により接続して組み入れる。次に、波形鋼板5の左右の側辺部に接続されたフランジ鋼板6の片側(図示では左側)と前記間柱12とをやはり剪断力伝達要素9により接合して壁体13を構築することも好適に実施される。
前記剪断力伝達要素9は、実施例1で説明したように、PC鋼棒やボルト90、又は図4に示したようなスタッドボルト10とスパイラル筋11を配備した後モルタルを充填して接続する方法等が適宜実施される。
また、図示したように間柱12とフランジ鋼板6の片側とは単に接着材による接合としても良い。
図5A、Bにおいては、片側(左側)の間柱12とのみ接合される場合を示したが、この限りではなく、図6A、Bに示すように、間柱12、12が両側に構築されている場合は、フランジ鋼板6、6の両側と両側(左右)の間柱12、12とを剪断力伝達要素9を介してそれぞれ接続して壁体14を構築することもできる。剪断力伝達要素9は実施例1及び実施例2で説明したとおりである。
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。
本発明に係る耐震構造を実施する構面外を示す平面図である。 波形鋼板にフランジ鋼板とベースプレートを接合して枠を形成した一例を示す図である。 Aは本発明に係る耐震構造を実施した立面図である。BはAの側面図である。 剪断力伝達要素の他の実施例を示した拡大図である。 A、Bは本発明に係る耐震構造の実施例2の概念を示す図である。 A、Bは本発明に係る耐震構造の実施例3の概念を示す図である。 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。 従来例の課題を概念的に示した参考図である。
符号の説明
1 柱
2 大梁
3、13、14 壁体
4 スラブ
5 波形鋼板
6 フランジ鋼板
7 ベースプレート
8 枠
9 剪断力伝達要素
10 スタッドボルト
11 スパイラル筋
12 間柱

Claims (3)

  1. 柱梁架構の構面外であって、水平力で層間変形を発生する上下階の小梁間又はスラブ間へ建て込む壁体として波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けた配置とされ、
    前記波形鋼板には、左右の側辺部に沿ってフランジ鋼板が接続され、上下の水平辺部に沿ってベースプレートが接合され、前記フランジ鋼板とベースプレートとは、その交点を一体的に接合されて枠が形成されており、
    上下のベースプレートは前記上下階の小梁又はスラブと剪断力伝達要素を介して接合して設置されていることを特徴とする、耐震構造。
  2. 波形鋼板の左右の側辺部に沿って接続されたフランジ鋼板の片側又は両側は、間柱と剪断力伝達要素を介して接続されていることを特徴とする、請求項1に記載した耐震構造。
  3. 波形鋼板は、鉛直方向及び水平方向に複数連結されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載した耐震構造。
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