JP5266074B2 - 曲げ破壊先行型耐震壁および同耐震壁を用いた建物 - Google Patents

Description

本発明は、建物の耐震壁および当該耐震壁を用いた建物に関し、特に、柱の接合を無くすと共に、梁との接合部の長さを耐震壁の幅よりも短くすることで建物に水平荷重が加わった場合に生じ得る耐震壁の破壊モードをせん断破壊ではなく曲げ破壊とした耐震壁、および、当該耐震壁を用いた建物に関するものである。

地震時の建物の健全性を維持するためには、耐震壁を適切に配置することが有効である。鉄筋コンクリート造建物の必要保有水平耐力計算においては、耐震壁がせん断破壊先行型であるか曲げ破壊先行型であるかによって、必要保有水平耐力を決定する要素の１つである構造特性係数（構造方法に応じた減衰性や靭性によって定まる係数）が異なり、せん断破壊が先行する耐震壁付きの構造の場合には、最大で０．５５と高めの構造特性係数Ｄｓが設定されている。すなわち、せん断破壊が先行する耐震壁付きの構造の場合には、曲げ破壊が先行する耐震壁付きの構造に比較して大きな保有水平体力が必要とされており、結果的に、各階に耐震壁を多く配置して、建物の剛性と耐力を確保した設計とすることになる。

しかし、耐震壁が部分的にしか配置することが出来ない建物の場合は、このような設計をすることは出来ない。そこで、従来では耐震壁にわざわざスリットを切って構造躯体から切り離された雑壁としてしまい、せん断破壊する耐震壁自体を無くすことで変形性能を確保し、設計用地震力自体を低減させる設計としていた。この設計法ではせっかくの耐震壁にスリットを切ることで、構造的にも経済的にも不合理な設計となってしまうことが多い。

耐震壁にスリットをきることを開示した文献として、特開２００１−２１４６３５号公報（特許文献１）がある。当該文献によれば、柱と壁とを一体化した耐震壁において、上下階の壁体相互間に横スリットを形成し、横スリットと連続して、壁体の上方又は下方に向かって縦スリットを形成する。この耐震壁を連層配置して耐震壁構造体となし、耐震壁構造体の下階にラーメン構造体を接合する。柱の部材断面の中心を通る縦方向の材軸線と、壁体の剛接合部の縦長さｈｒの中心を通る横方向の材軸線とを、それぞれ１本の線材に置換した耐震壁構造体のラーメン骨組と、ラーメン構造体のラーメン骨組とを連結して得られる、仮想ラーメン軸線からなる骨組とによって、梯子状の構造力学的モデルを構成する。

特許文献1に記載された発明は、水平剛性の調整を目的としたものであるが、耐震壁の破壊モードについて着目したものではなく、せん断破壊先行型の耐震壁を曲げ破壊先行型にすること、およびそのことによって合理的な耐震構造を達成する技術思想については記載も示唆もされていない。

特開２００１−２１４６３５号公報

本発明は、上記の課題を解決することを目的とするものであって、建物の耐震設計上、剛性と耐力を有効に利用しつつ同時に曲げ破壊が先行する耐震壁を実現すること、および、そのような耐震壁を用いた建物構造を提案することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、建物の柱と梁で画定された空間に設けられる耐震壁であって、該耐震壁の両側面と該両側面に対向する柱とは接合されず、上端部および／または下端部はその幅の一部においてのみ梁と接合された曲げ破壊先行型の耐震壁を提案する。

ここで耐震壁の両側面と該両側面に対向する柱とが接合されないとは、耐震構造解析において接合されていないと考えることができるという意味であって、耐震壁の両側面と該両側面に対向する柱との間に空間が設けられているために両者が完全に切り離されている場合や、当該空間にコンクリートと比較して顕著に剛性が低いモルタル、充填材、木造パネル等が充填されている場合を含む。あるいは、耐震壁と柱とが鉄筋のみによって連結されている場合も含まれる。

耐震壁の上端部および下端部は耐震壁の幅の一部においてそれぞれ上部および下部の梁と接合された構造であってもよいし、上端部又は下端部の一方は耐震壁の全幅において梁と接合された構造であっても良い。耐震壁の上端部又は下端部に関して梁と接合されていないとは、耐震構造解析において接合されていないと考えることができるという意味であって、両者の間に実際に空間が設けられている場合に限定されないことは耐震壁と柱とが接合されていない場合について説明したのと同様である。

柱と梁で画定されるラーメン架構内に存在して、耐震性能の向上に寄与する耐震壁において、その頭部及び脚部に部分的に水平方向の耐震スリットを配置することで、耐震壁の有効幅を調整して、壁の破壊モードをせん断破壊先行では無く、曲げ破壊先行の破壊モードとすることができる。また、同構造は、境界梁の可とう長さを長くすることにより、梁のせん断破壊を防止することにもなる。曲げ破壊先行の耐震壁とすることで、建物の耐震性能を向上し、変形性能を確保した合理的な設計とすることが可能になる。

本発明によれば、前記耐震壁は、鉄筋コンクリート製であり、前記梁との接合部近傍には補強部材が設けられたものであってもよい。

前記接合部近傍に設けられた補強部材は、例えば、下層階の耐震壁上端部と、当該耐震壁上端部に接合された梁と、当該梁の上部にその下端部が接合された上層階の耐震壁下端部とにかけて設けられたせん断補強鉄筋、せん断補強鉄骨材、せん断補強プレート等である。

上記の構造によれば、耐震壁のせん断破壊が曲げ破壊に先行することを有効に防止することができ、さらに靭性を高める効果がある。

本発明によれば、前記耐震壁の両側面と該両側面に対向する柱の間の空隙、および、前記耐震壁の上端部および／または下端部と梁との間の空隙には、耐震壁よりも剛性が低い材料が充填されていてもよい。剛性が低い材料としては、前述のもののほかに、各種ゴム、プラスチックなどがある。

本発明はまた、柱と梁からなる躯体を有し、柱と梁で確定される空間の少なくとも一部に前述の耐震壁を有する建物を提案する。

上記の建物は、耐震壁が曲げ破壊先行型となる結果、構造特性係数が、せん断破壊先行型の耐震壁を有する建物に比較して小さくなり、合理的な設計が可能になる。上記建物では、耐震壁の頭部及び脚部において、耐震壁の上下端部（の少なくとも一方）に、耐震スリットを設置し、耐震壁の頭部及び脚部の有効幅を小さくすること、つまり、耐震壁の上下端部の幅を小さくすることにより、耐震壁の接合された部分の幅を適切に調整して、破壊形式がせん断破壊では無く、曲げ破壊になるようにする。必要に応じて、壁と梁の接合部分でのせん断破壊を防止し、曲げ降伏を確実にするために、せん断補強筋または補強鉄板等を追加してもよい。

前記耐震壁は、建物のコアの周囲にのみ壁が配置されている建物などに積極的に適用できる。コアとは、建物の平面図において中央近辺の位置であって、エレベータシャフトなどの存在によって開口の小さい壁が上下階に連続して設けられた部分をいう。前記耐震壁は、複数の階に渡って連続して設けることが好ましい。

従来の耐震壁付きラーメン構造においては、壁のせん断破壊が先行するために、大きな建物耐力が必要となり、この要件を満足するためには多くの耐震壁を設置することが必要になる。あるいは、耐震壁にスリットを設置して建物の耐力に対して全く寄与しない雑壁としてしまう対処が必要であった。これに対して、本発明に基づく耐震壁付き構造の場合には、壁の曲げ破壊モードが先行するために、大きな建物耐力が必要にならない。耐震壁の数を削減できる結果、構造的にも経済的にも合理的な設計が可能になる。建物のコアの周囲にのみ本発明の構造壁を配置し、集中的に地震力を負担させて、その他のフレームを軽微に設計することも可能になる。

また、板状耐震壁（上下端面の全面において梁と接合され、側部は柱と接合されていない耐震壁、バルコニー・廊下側に用いられることが多い、方立て壁とも称する）付きラーメン構造においては、方立て壁がせん断破壊先行となると同時に、壁上下の梁が短スパンとなってしまい、梁もせん断破壊モードになる結果、方立て壁の上端または下端近傍ををスリットで切り離して雑壁にせざるを得なかった。これに対して、本発明に基づく耐震壁付き構造の場合には、方立て壁の梁と接合される部分の長さを適切に決定することにより、曲げ破壊モードの壁となり、ラーメン方向の耐震要素として積極的に使うことができる。

本発明に基づく耐震壁を示す立面図 本発明に基づく耐震壁の梁との接合部の補強状態を示す立面図 本発明に基づく耐震壁の梁との接合部の他の補強状態を示す立面図 コア部分に本発明の耐震壁を用いた本発明に基づく建物の平面図 コア部分に本発明の耐震壁を用いた本発明に基づく建物の縦断面図 本発明の耐震壁を用いた本発明に基づく他の建物の平面図

本発明に理解を一層明瞭にするために、以下に本発明の実施例について説明するが、実施例は本発明の理解を助けるために記載するものであって、本発明が以下に記載された実施例に限定されるものでないことは自明である。

図１は、本発明に基づく耐震壁を適用した例を示す立面図である（ただし、参考のために耐震壁内部の配筋を示した）。本発明に基づく耐震壁２００は、柱１００、１０２と梁１２０、１２２で確定される領域内に設けられている。耐震壁２００の両方の側面は、当該両側面に対向する柱１００、１０２に接合されておらず、耐震壁の側面と柱との間には空間が形成されている。さらに、耐震壁の上下端部の、前記両側面から一定の距離までの間は、スリット２２０が形成されており、その部分では耐震壁２００は上下の梁１２０、１２２に接合されていない。すなわち、耐震壁２００の上端部および下端部は、その幅の一部においてのみ梁と接合されている。

耐震壁２００が上記の構造を有する結果、地震時の水平荷重を受けた際の梁の破壊モードは曲げ破壊が先行する。すなわち、せん断破壊が先行する耐震壁に比較して、耐震壁の要求保有耐力、あるいは設計時に考慮すべき地震荷重の大きさを低減することが可能となり、耐震壁の耐力を有効に考慮した上で合理的な耐震設計が可能である。

図２は、耐震壁と梁の接合部近傍に補強部材３００が設けられた例を示す立面図である（ただし、参考のために耐震壁内部の配筋を示した）。耐震壁が曲げ破壊先行型であることを考慮すると、耐震壁と梁の接合部付近に斜め方向の配筋３２０を設けることが効果的である。

図３は、耐震壁と梁の接合部近傍の補強部材の他の例である。補強部材は、耐震壁の内部に埋め込んだ、あるいは耐震壁の一方に接するように設けた鋼板３４０であって、ボルト３４２によって耐震壁に固定されたものであっても良い。

図４は、本発明に基づく耐震壁を有する建物の平面図の例である。耐震壁２００、２０２、２０４、２０６は、平面図における建物中央部のコアを囲むように設けられている。耐震壁をこのようにコアに集中的に配置することによって、周囲の構造を軽量化することができ、設計の自由度を広げることができる。図５は、図４に示した本発明に基づく建物の縦断面図である。耐震壁２００は、建物のコアの部分に上下階に渡って連続的に設けられる。

図６は、本発明による耐震壁２００を適用した他の建物の平面図の例である。建物によっては、梁間方向には多くの耐震壁２６０を設けることができるが、桁行方向に耐震壁をもうけるには制約があることがある。このような建物において、バルコニー・廊下側の耐震壁を方立て壁とする従来の方法では、桁行方向のせん断壁の剛性・耐力を有効に利用することができないが、このような場合であっても桁行方向の耐震壁に本発明に基づく耐震壁を用いることによって耐震壁の剛性・耐力を有効に利用した合理的な設計が可能になる。

１００、１０２ 柱
１２０、１２２ 梁
２００、２０２、２０４、２０６ 耐震壁
２２０ スリット
２４０ コア
２６０ （通常の）耐震壁
３００ 補強部材
３２０ 斜め方向の配筋
３４０ 鋼板
３４２ ボルト

Claims (5)

1. 建物の柱と梁で画定された空間に設けられる耐震壁であって、該耐震壁の両側面と該両側面に対向する柱とは接合されず、上端部および／または下端部はその幅の一部においてのみ梁と接合され、
   前記梁と前記耐震壁との接合部近傍には、前記梁と、前記耐震壁の、前記梁との接合部を有する端部とにかけて、補強部材が設けられた曲げ破壊先行型の耐震壁であって、
   前記補強部材は、下層階の前記耐震壁の上端部と、当該下層階の耐震壁の上端部に接合された梁と、当該梁の上部に接合された上層階の前記耐震壁の下端部とにかけて設けられた、耐震壁。
2. 前記補強部材は、斜め方向に設けられた配筋である、請求項１に記載の耐震壁。
3. 前記補強部材は、前記耐震壁の内部に埋め込まれ、または前記耐震壁の一方の面に接するように設けられた鋼板である、請求項１に記載の耐震壁。
4. 前記耐震壁の両側面と該両側面に対向する柱の間の空隙、および、前記耐震壁の上端部および／または下端部と梁との間の空隙には、耐震壁よりも剛性が低い材料が充填されている請求項１ないし３の何れかに記載の耐震壁。
5. 柱と梁からなる躯体を有し、柱と梁で確定される空間の少なくとも一部に請求項１ないし４の何れかに記載された耐震壁を有する建物であって、
   前記耐震壁をコアの周囲に有する、建物。

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