JP5323580B2 - 耐震壁 - Google Patents

Description

本発明は、木造住宅などの建築物における耐震壁に関する。

建築物の耐震壁は様々なものが提案されている。柱と梁で囲まれた領域に筋交いを設けたものは極めて一般的である。その他に、２×４工法のように壁をパネルで構成し耐震性を高めたものもある。

更に、特開２００７−１７７５７４号公報（特許文献１）に記載のように、柱と梁とによって囲まれた領域に、プラスチック製の複数のブロックを積み重ねて壁板を形成したものや、特開２００８−２６６９０２号公報（特許文献２）に記載のように、柱と梁とによって囲まれた領域に、複数の壁ユニットを接合して形成して耐震壁を構成したものがある。

特開２００７−１７７５７４号公報 特開２００８−２６６９０２号公報

上記従来の耐震壁は、いずれも高い耐震性をもたらすが、いわば剛的な構造であるため、地震等による外力、例えば水平方向外力やせん断力を受けると、それを受け止めるために非常に大きな力が瞬間的にかかり、耐力の限界を超えると変形や破損が生じてしまう。このような剛的な耐震壁は、一旦変形や破損が生じてしまうと、本来の正常な状態に戻ることはなく、再度必要な強度をもたらすためには、多大な作業と費用を要する補修が必要となる。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、地震等による大きな外力に対して、この外力を吸収するように変位若しくは変形可能であると共に、変形しても自力で元の状態へ戻るように機能する耐震壁を提供することにある。

上記課題を解決するための、請求項１に記載の耐震壁は、方形の枠部と、該枠部の内側の四方全体に緊張された状態で取り付けられた網体と、を有し、前記方形の枠部の各角部は、前記枠部が所定の大きさ以上の外力を受けたときに、角度変化可能に構成され、前記角度変化に伴い、前記網体が弾性変形することを特徴とする。

これにより、例えば震度３〜４程度の比較的小さな地震による外力を受けたときには、上記枠部は方形から平行四辺形へ変形することなくこの外力に対抗する一方で、それ以上の大きな外力が耐震壁に入ったときに初めて、上記角部が角度変化して上記枠部が水平方向外力やせん断力により、方形から平行四辺形へと変形する。その際、緊張された状態で取り付けられた網体は平行四辺形の対角線のうち、長く伸びた対角線の方向へ引き伸ばされる。網体は引き伸ばされる過程で、その網目が上記長い対角線の方向へ伸びるように変形し、このような網体の変形によって上記外力のエネルギーが網体によって吸収され、また、上記網体が緊張状態にあることによって上記枠部が大きく変形するのを阻止するように作用する。外力が付加されている期間中、その外力の大きさに応じて上記枠部と網体の相応の変形が行われ、外力の付加が止むと、緊張状態にある上記網体の作用によって上記枠部は元の状態へ引き戻され、耐震壁は元の通常の状態へ復旧する。これによって、網体のエネルギー吸収作用及び戻し効果が発現するようにできることから、小規模の地震ではその都度耐震壁の変形が生じないようにし、耐震壁に付帯する内装材や外装材の損傷を防止することができる。従って、耐震壁の効果的な防護と持続を図ることができる。

請求項２に記載の耐震壁は、前記枠部の一部又は全部が建物の基本構造物にて構成されたことを特徴とする。

この構成によれば、枠部の一部又は全部が建物の基本構造物、例えば柱と梁によって構成され、耐震壁の構造を簡単化することができる。

請求項３に記載の耐震壁は、請求項１または２に記載の耐震壁において、前記網体は、所定の剛性と弾性を有する部材にて形成されたリング状部材を連結して形成されたリングネットであることを特徴とする。

このように形成されたリングネットは、緊張状態で各リング状部材は連結された周囲のリング状部材からの引っ張り力を受けて変形しており（例えば、周囲のリング状部材が４個ある場合には四角形に変形し、６個ある場合には六角形に変形する）、そのような変形状態から更に引っ張り力を受けて弾性変形した場合に、エネルギー吸収能力が一段と増大すると共に外力に対する抵抗力が大きくなり、それによって外力に対して柔軟に対応してエネルギー吸収を行い、ある程度の変形量に達すると枠部の更なる変形を阻止するように作用する。それによって耐震壁が外力によって大きく変形して破損するのを防止し、外力の入来が終わったときには、弾性力によって耐震壁の旧位への復帰を効果的に行う。

請求項４に記載の耐震壁は、請求項１または２に記載の耐震壁において、前記網体は、山形が連続するように屈曲された線材を互いに係止させて形成された菱形金網であることを特徴とする。

このような金網も、上記枠部の変形に伴って、長い対角線の方向へ変形し、エネルギー吸収能力と外力に対する抵抗力をもたらすことができる。

上記構成の耐震壁によれば、地震等による外力を受けたときにそのエネルギーを吸収しながら変形し、外力の入来が止んだときには変形状態から本来の状態へ自力により復帰することができ、そのため、修復のための補修作業は付帯する化粧壁の交換などで済む。

本発明の実施の形態に係る耐震壁の正面図である。 図１に示した耐震壁を構成する方形の枠部の角部における枠片の連結構造を例示する斜視図である。 図２に示した枠部を軸材の軸線の箇所で縦切断した部分的断面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 （Ａ）は図４中のＶ−Ｖ線に沿う拡大尺断面図、（Ｂ）は変形例を示す同様の拡大尺断面図である。 方形の枠部の角部における枠片の連結構造の他の例を示す、図３と同様の部分的断面図である。 図１に示した耐震壁を構成する網体がリングネットである場合の該リングネットの構成要素であるリング状部材の斜視図である。 （Ａ）は１個のリング状部材に４個のリング状部材が連結される形態の、（Ｂ）は１個のリング状部材に６個のリング状部材が連結される形態のルングネットを示す図である。 図８（Ａ）に示すリングネットに四方への緊張力が加わったときのリング状部材の変形状態を示す図である。 枠部に対してリング状部材を結合するための結合部材の具体例を示す図である。 網体として金網を使用した場合の実施の形態を、下部を省略して示す図１と同様の正面図である。 枠部として、建物の基本構造物である柱、梁、土台を利用し、網体としてリングネットを使用した場合の実施の形態を示す、図１と同様の正面図である。 網体として金網を使用した場合の実施の形態を、下部を省略して示す図１２と同様の正面図である。 図１に示した耐震壁を組み込んだ建物構造の部分を示す図である。 地震等の外力を受けて枠部及びリングネットが変形した状態の図１の耐震壁の正面図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は第１の実施の形態に係る耐震壁１の全体構成を正面図で示している。

図示のように、耐震壁１は、鉄やアルミニウムなどの金属材料や高強度のプラスチック材料によって製作された方形の枠部１０と、この枠部１０の内部に取り付けられた網体２０とを有している。

枠部１０は、枠片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを角部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで連結して構成されており、その連結は、所定の大きさ以上の外力（水平方向外力あるいはせん断力）が枠部１０に加わったとき、枠片が角部で角度変化可能であるようになされている。

図２は、枠片１０ａと枠片１０ｃとの間の連結部を示している。図示の例では、枠片１０ａ〜１０ｄはＬ形鋼又は山形鋼にて構成されており、連結部は、角部１１ｂに関して説明すると、枠片１０ａの辺部１０a１の先端部１０a２と、枠片１０ｃの辺部１０ｃ１の先端部１０ｃ２とを図示のように互いに重ね合わせ、両者をボルト１２によって相互に回動可能にヒンジ状に連結したものとなっている。

即ち、図３に示すように、先端部１０a２と先端部１０ｃ２にはそれぞれそれらの中央部に孔が設けられ、これら孔にボルト１２が挿通されている。ボルト１２には、重ね合わされた先端部１０a２,１０ｃ２の側部にコイルばね１３aが填められ、このコイルばねの外側にナット１４aが螺合される。ナット１４aを先端部１０ｃ２へ向けてねじ込むことにより、先端部１０a２,１０ｃ２は圧縮されたコイルばね１３aを介して相互に押し付けられる。このようにして、先端部１０a２,１０ｃ２は、コイルばね１３aによってもたらされる押し付け力に応じた力で互いに圧接される。

他の角部１１ａ，１１ｃ，１１ｄにおいても同様な連結が行われる。このように各角部が連結されることにより、上記の圧接によりもたらされる先端部間の摩擦抵抗は、枠部１０が地震等により外力を受けても、その外力の大きさによっては、各角部の角度変化を行わないように作用し、従って枠部１０を方形状態に維持するように作用する。摩擦による抑止力を凌駕するような大きさの外力が入ったときに初めて各角部の角度変化が行われる。

図４は、例えば角部１１ｂにおいて、先端部１０a２の先端部１０ｃ２との接合面に放射状に延びる凹凸１０ｃ３を菊花文様状に設け、対向する先端部１０ｃ２の接触面にも同様な凹凸を設け、両接触面の凹凸が噛み合うようにした構成を示している。他の角部１０ａ，１０ｃ，１０ｄの一部又は全部についても、先端部の接触面に同様な凹凸が設けられる。このような構成をとることにより、上記圧接による摩擦抵抗の作用が高められ、枠部１０は、所定の大きさまでの外力に対しては変形せず剛的に振舞い、所定の大きさ以上の外力が入ったときに、この外力のエネルギーが下記のように網体２０によって吸収されるように的確に変形する。

上記凹凸１０ｃ３は、図５（Ａ）に示すように、凸部を形成する山の斜面が左右均整であるようにしてもよく、あるいは図５（Ｂ）に示すように、一方の斜面が急勾配で、他方の斜面が緩勾配であるようにしてもよい。

図５（Ｂ）に示す凸部構成の場合は、角部に上記外力が作用したときに急勾配の斜面が関与し、外力の入来が止み、変形した枠部１０が常態への復帰動作を行うときには緩勾配の斜面が関与するように設定しておく。このように構成することにより、急勾配の斜面は、外力が比較的大きくなるまで角部の角度変化を阻止し、緩勾配の斜面は、角部の角度変化が生じて枠部１０が変形した後、外力の入来が止んだとき、網体２０の戻し作用による枠部１０の常態への復帰動作を容易にする。

図６は、角部における他の連結構造を、角部１１ｂを例に示しており、この連結構造の場合には、先端部１０a２と先端部１０ｃ２との間にプラスチック板１５が挟装されている。プラスチック板１５の材質を選択することにより、角部１１ｂの角度変化の発生を外力の大きさに対応させるようにすることができる。その際、先端部１０a２と先端部１０ｃ２に上述のような凹凸面を設けてもよい。

上記網体２０は、本実施の形態では、複数のリング状部材２１を連結して形成されたリングネット２０Ａとして構成されており、各リング状部材２１は、図７に示したように、鋼線である線材を１回から複数回巻いて線材束となし、周方向の数箇所を締結手段２１ａによって締め付けて形成されている。締結手段２１ａは、例えば断面Ｃ形の略筒状の金具であって、その開放部を通して線材束に嵌めた後に、締め付け工具によって線材束に固定される。なお、線材の太さや巻数を加減することにより、リングネット２０Ａの強度や、後述のエネルギー吸収力を調整することが可能である。リング状部材２１は、種々の材料で製作することが可能であり、例えば、スチールの他、炭素繊維やアラミド繊維などを用いることができる。

なお、このリング状部材２１は、上記構成に限られず、種々の構成を取ることができる。例えば、線材を巻回するときに撚り合わせつつ編んだ構成とすることも可能であり、また、材質として樹脂を用いることも可能である。

本実施の形態では、１個のリング状部材２１は、図８（Ａ）に示したように、それぞれ周囲の４個のリング状部材と連結される構成をとっている。この構成以外にも、１個のリング状部材２１は、図８（Ｂ）に示したように、それぞれ６個のリング状部材と連結される構成をとっていてもよい。リング状部材２１の連結は、図８（Ａ）（Ｂ）に示したように、互いに交差させて行われている。連結は、このような交差によるもの以外にも、適当な連結部材を使用して行ってもよい。

図１に示したように、リングネット２０Ａは枠部１０の内側に取り付けられるが、その取り付けは、リングネット２０Ａが四方へ緊張された状態で行われている。このような緊張状態をもたらすために、リングネット２０Ａは、リング状部材２１が変形しない程度に広げたときの未緊張状態では、その広がりの面積は、枠部１０の内側領域の面積よりも小さくなるように設定されている。

このような未緊張状態のリングネット２０Ａを、枠部１０の内側に配置し、周辺のリング状部材を、結合部材３０により、枠部１０の枠片１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへ結合する。この結合は、リングネット２０Ａが枠部１０の内側領域全体に拡がるように行われ、その結果、リングネット２０Ａには四方への緊張力が与えられる。このような緊張力が与えられると、各リング状部材２１は円形から、図９に示したように、略四角形に変形する。そのように変形したリング状部材２１は、円形の状態に戻ろうとする弾性力が大きく働き、また、更なる変形に対しては強い力で抵抗する。

図１０は、上記結合部材３０の具体的構成を示している。図は枠片１０ｄにリング状部材２１を結合する例を示しており、結合部材３０は、枠片１０ｄの所定の箇所に設けられた貫通孔１０ｄ１に挿通されるボルト３１と、このボルトに螺合するナット部材３２とを有している。ボルト３１の一方端にはリング状部材２１と係合するループ部３１ａが設けられている。リング状部材２１を枠片１０ｄに結合するには、ループ部３１ａが枠片１０ｄの内側（枠部１０の内側）に来るようにボルト３１を枠片１０ｄの貫通孔１０ｄ１へ挿通し、次いで枠片１０ｄの外側で座金３３を枠片１０ｄとの間に置いてボルト３１にナット部材３２を螺合させ、次いでループ部３１ａにリング状部材２１を係合させる。この状態でボルト３１に対してナット部材３２を回転させることにより、ボルト３１を枠片１０ｄの外方へ引く。その結果、図１０に示したように、リング状部材２１は枠片１０ｄに結合される。同様にして、枠片１０ｄに対向する他のリング状部材もそれぞれ枠片１０ｄに結合され、更に、枠片１０ｃ，１０ａ、１０ｂに対してもそれらに対向するリング状部材の結合が行われる。このようにしてリングネット２０Ａ全周での枠部１０への結合が行われ、その結果、リングネット２０Ａは、リング状部材２１が図９に示したような四角形に変形した状態の緊張状態で枠部１０へ取り付けられる。

上記リング状部材２１は、具体的には、引張強度が５００〜２０００Ｎ／ｍｍ²、直径が２〜５ｍｍの素線を３〜５巻きして形成され、その際リング状部材２１の直径は略１０ｃｍになされる。また、上記枠部１０は、具体的には、幅が９０ｃｍ、高さが１８０ｃｍであるように形成され、その内側に、上記の直径略１０ｃｍのリング状部材２１を横に８個、縦に１６個配列して形成されたリングネット２０Ａが緊張された状態で取り付けられる。

図１１は他の実施の形態を示している。この実施の形態でも、耐震壁１は枠部１０と網体とを有しているが、枠部１０の内側に取り付けられた網体は金網２０Ｂとして構成されている。金網２０Ｂは、鋼線などの線材を山形が連続するように屈曲し、これを互いに係止させて形成されている。この金網２０Ｂも、上記リングネット２０Ａと同様に、四方へ緊張された状態で枠部１０に取り付けられている。枠部１０への取り付けは、上記結合部材３０による場合と同様に行われる。

上記金網２０Ｂは、具体的には、引張強度が５００〜２０００Ｎ／ｍｍ²、直径が２〜５ｍｍの素線を用いて、各網目の辺の長さが２〜８ｍｍとなるように形成されている。

この金網２０Ｂはリングネット２０Ａに比べ、地震等による外力を受けた際の変形によるエネルギー吸収能力は劣るものの、外力による枠部１０の変形が大きくなるのを阻止し、外力の入来が終わったときにはその弾性力により耐震壁１を元の状態に復帰させるように作用する。金網２０Ｂのエネルギー吸収能力を高めるために、金網２０Ｂを２層又は３層に設けてもよい。

図１２は、本発明の参考例を示しており、この参考例では、上記枠部１０が建物の基本構造物にて構成されている。図示の例では、基本構造物は建物の柱１０Ｃ、１０Ｄ、梁１０Ａ及び土台１０Ｂとなっている。柱１０Ｃ、１０Ｄは図１の実施の形態の場合の枠片１０ｃ、１０ｄに相当し、梁１０Ａは枠片１０ａに、土台１０Ｂは枠片１０ｂに相当する。建物の二階以上の部分では土台１０Ｂは梁となる。この参考例の場合、柱１０Ｃ、１０Ｄと梁１０Ａとの接続部、及び柱１０Ｃ、１０Ｄと土台１０Ｂとの接続部が、上記枠片１０ａ、１０ｂ、１０ｄの角部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと同じ作用を果たす。

柱１０Ｃ，１０Ｄ、梁１０Ａ及び土台１０Ｂによって囲まれた領域４０に網体が四方へ緊張力を与えられた状態で配置されており、この網体は上記リングネット２０Ａと同様のものである。図１の実施の形態の場合と同様に、上記領域４０に未緊張状態のリングネット２０Ａが配置され、次いでこのリングネット２０Ａを四方へ緊張して上記領域４０に張り渡すために、周辺部のリング状部材２１が、対向側にある柱１０Ｃ，１０Ｄ、梁１０Ａ又は土台１０Ｂへ固定される。固定はベルト５０によって行われている。ベルト５０に代えて、針金や図１０に示した結合部材３０を用いてもよい。

図１の実施の形態と同様に、リングネット２０Ａのリング状部材２１は、上記のように領域４０に張り渡された状態で、図９に示したような略四角形に変形し、この略四角形な状態から更に弾性変形することができる。

図１３は、図１２に示した参考例のリングネット２０Ａに代えて、図１１に示した金網２０Ｂを用いた場合を示しており、その他は図９に示す構成と同様である。

図１４は、図１に示した耐震壁１が建物の一部として組み込まれている例を示している。この例では、耐震壁１は、建物の柱１０Ｃ，１０Ｄ、梁１０Ａ及び土台（図示省略）にて囲まれた領域（図１２中の符号４０の箇所に相当）へ嵌め込まれ、更に柱１０Ｃ，１０Ｄ、梁１０Ａ及び土台に対して、固定部材６０によって固定されている。固定部材６０は、頭部６０ｂを有するボルト６０ａと、このボルトに螺合するナット材６０ｃとを有している。この固定部材６０は、例えば柱１０Ｄと枠片１０ｄとの結合の場合、柱１０Ｄと枠片１０ｄとの双方に整合するように設けた貫通孔６０ｄに、枠片１０ｄの側からボルト６０ａを挿通し、その外方端部を柱１０Ｄの外方へ突出させ、該外方端部にナット材６０ｃを螺合させて、このナット材６０ｃを締め込むことによって行われる。それによって、柱１０Ｄと枠片１０ｄとは互いに締付けられ結合される。他の箇所でも同様に固定部材６０を用いて結合が行われる。固定部材６０は、木製部、例えば柱１０Ｄに巻かれた鉄板と、この鉄板を枠片１０ｄへ結合するためのボルトとで構成されたものでもよい。

図１４に例示したように、建物の壁体として設置された図１の耐震壁１は、地震等による外力を受けた際、次のように作用する。なお、耐震壁１は必ずしも、柱１０Ｃ，１０Ｄ、梁１０Ａ及び土台１０に囲まれた領域に、図１４に示したように設置されていなくてもよい。

外力は耐震壁１に対し主として水平方向外力やせん断力として作用するが、この外力が比較的小さい場合には、耐震壁１は変形することなくこれを受け止める。一方、所定の大きさ以上の外力を受けたとき、耐震壁１はこの外力に剛的に耐えるのではなく、枠部１０の角部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが角度変化して、枠部１０の変形をもたらす。

このような枠部１０の変形は、図２〜図６に示した角部の構成によって効果的に行われる。即ち、小さな外力が加わったときには角部の角度変化は行われないが、外力が角部に設定された摩擦抵抗を凌駕するような大きなものであると、軸１２を中心とした枠片の回動が生じ、全部の角部１１ａ〜１１ｄにおいてこのような回動が生じると枠部１０は変形する。

図１５には、枠片１０ｃ，１０ｄが右方へ１０°程度傾倒して、枠部全体が平行四辺形の形に変形した場合が示されている。このように枠部１０が平行四辺形に変形するのに伴って、リングネット２０Ａの各リング状部材２１は平行四辺形の長い対角線に沿った方向へ引っ張られ、楕円形に近い形に変形せしめられる。緊張状態にあるリング状部材２１のこの更なる変形は、外力の大きなエネルギーを吸収するとともに、枠部１０の変形を所定の大きさに押さえるように作用する。外力の入来が止むと、リング状部材２１はその弾性力によって枠部１０を元の方形の状態に戻し、耐震壁１を本来の状態に復帰させる。

このように、本発明の耐震壁１は柔的な緩衝性をもって外力に対応することができるので、剛性の耐震壁のように瞬時に大きな力に晒されて破損することはなく、また、変形しても自力で常態に復帰することができる。

図１に示した耐震壁１の上述の作用、即ち枠部と網体の変形による柔的なエネルギー吸収作用と常態への自力復帰作用は、図１１〜図１３に示した耐震壁１についても同様にもたらされる。ただし、網体が金網２０Ｂである場合には（図１１、図１３）、リングネット２０Ａである場合に比較して、変形によるエネルギー吸収能力は劣る。その場合、金網２０Ｂを２層構造若しくは多層構造とすれば、エネルギー吸収能力や、枠部を常態へ復帰させる能力を高めることができる。また、図１２及び図１３に示したように、枠部１０が建物の基本構造物、例えば、柱１０Ｃ，１０Ｄ、梁１０Ａ、土台１０Ｂにて構成された場合には、柱と梁、或いは柱と土台の接続部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄが上記角部１１ａ〜１１ｄのように作用する。

１ 耐震壁
１０ 枠部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 枠片
１０ａ１ 突部
１０ｃ１ 溝部
１０ｃ２，１０ｃ３ 突片
１０Ａ 梁
１０Ｃ，１０Ｄ 柱
１０Ｂ 土台
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 角部
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 角部
１２ 軸材
２０ 網体
２０Ａ リングネット
２０Ｂ 金網
２１ リング状部材
２１ａ 締結手段
３０ 結合部材
４０ 領域
５０ ベルト
６０ 固定部材

Claims (4)

1. 方形の枠部と、該枠部の内側の四方全体に緊張された状態で取り付けられた網体と、を有し、
   前記方形の枠部の各角部は、前記枠部が所定の大きさ以上の外力を受けたときに、角度変化可能に構成され、
   前記角度変化に伴い、前記網体が弾性変形することを特徴とする耐震壁。
2. 前記枠部の一部又は全部が建物の基本構造物にて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の耐震壁。
3. 前記網体は、所定の剛性と弾性を有する部材にて形成されたリング状部材を連結して形成されたリングネットであることを特徴とする請求項１または２に記載の耐震壁。
4. 前記網体は、山形が連続するように屈曲された線材を互いに係止させて形成された菱形金網であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐震壁。

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