JP4881084B2 - 耐震構造 - Google Patents

Description

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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