JP5383166B2 - 波形鋼板耐震壁、波形鋼板耐震壁の設計方法、及び建築物 - Google Patents

Description

本発明は、開口部が設けられた波形鋼板耐震壁、この波形鋼板耐震壁の設計方法、及びこの波形鋼板耐震壁を有する建築物に関する。

特許文献１では、図１６（ａ）の正面図に示すように、柱３００、梁３０２、及びスラブ３２８から構成される架構３０４の構面内に波形鋼板３０６が組み入れられた波形鋼板耐震壁が紹介されている。

波形鋼板３０６は、図１６（ａ）のＧ−Ｇ矢視図である図１６（ｂ）に示すように、波形鋼板３０６を正面視したときにこの波形鋼板３０６の前側と後側とに上下で交互に凸となる山部によって構成されている。また、山部は一定の波長を有し、波形鋼板３０６に形成される折り筋は略水平になっている。

この波形鋼板耐震壁の波形鋼板３０６は、鉛直方向にアコーディオンのように伸縮するため鉛直力を負担せず、せん断力に対しては優れた変形性能によって抵抗する。
また、波形鋼板耐震壁は、波形鋼板３０６の波形状（山部の形状、高さ、波長等）、板厚、及び材料の設定によってせん断剛性やせん断耐力を自由に調整することができる設計自由度の高い耐震壁である。

引用文献１のような波形鋼板耐震壁の波形鋼板３０６に設備開口や窓等の開口部を形成する場合、開口部の断面欠損により波形鋼板３０６のせん断耐力が低下しないようにこの断面欠損を補わなければならない。

断面欠損を補う方法としては、波形鋼板の板厚を大きくする方法や、図１７に示すように、波形鋼板３０６に形成された開口部３０８と連通する開口部３１０が形成された当て板３１２を溶接等によって波形鋼板３０６に接合し、開口部３０８の左右の板厚を局所的に大きくする方法が考えられる。

しかし、波形鋼板の板厚を大きくする方法は、開口部を設ける前の波形鋼板耐震壁に比べてせん断剛性が大きくなってしまう。
また、当て板を波形鋼板に接合する方法において、波形鋼板の波形を構成する複数の山部に跨って大きな開口部を形成する場合には、当て板の加工や接合が面倒になる。山部の波長を大きくすれば波形の形状が緩やかになり、当て板の加工や接合の煩雑さを軽減できるが、開口部を設ける前の波形鋼板耐震壁に比べて耐震壁のせん断剛性が大きくなってしまう。

通常、建築物に配置される耐震壁のせん断剛性は建築物全体の構造設計から求められ、このせん断剛性を有するように耐震壁（波形鋼板）の設計を行う。
よって、波形鋼板に形成される開口部の断面欠損を補うために波形鋼板の板厚を大きくする場合、又は波形鋼板を構成する山部の波長を大きくする場合には、増大する分のせん断剛性を減らすように波形鋼板の波形状（山部の形状、高さ、波長等）、板厚、及び材料を決める必要がある。

しかし、波形鋼板の板厚を大きくして開口部の断面欠損を補う方法では、波形鋼板に設ける開口部の大きさにより波形鋼板の板厚がほぼ決まってしまい、波形を構成する山部の波長を大きくした波形鋼板に当て板を接合して開口部の断面欠損を補う方法では、波形鋼板に形成する開口部の大きさにより山部の波長がほぼ決まってしまうので、波形鋼板耐震壁の設計自由度が損なわれてしまう。

特許文献２の耐震壁では、図１８の正面図に示すように、柱３１４、梁３１６、及びスラブ３１８から構成される架構３２０の構面内に波形鋼板３２２が組み入れられている。波形鋼板３２２には、矩形状の開口部３２４が形成されており、この開口部３２４の口縁部にフレーム枠３２６が設けられている。

しかし、波形鋼板３２２の波形を構成する複数の山部に跨って大きな開口部３２４を形成する場合には、波形鋼板３２２へのフレーム枠３２６の接合が面倒になり、波形鋼板３２２の波形を構成する山部の波長を大きくして接合の煩雑さを軽減すれば、開口部３２４を設ける前の耐震壁に比べてせん断剛性が大きくなってしまう。
特開２００５−２６４７１３号公報 特開２００６−３７５８５号公報

本発明は係る事実を考慮し、開口部を設けることによって損なわれる耐震壁の設計自由度を小さく抑えることができる波形鋼板耐震壁、この波形鋼板耐震壁の設計方法、及びこの波形鋼板耐震壁を有する建築物を提供することを課題とする。

第１態様の発明は、架構を構成する周辺部材に取り付けられる波形鋼板を備え、前記波形鋼板は、開口部が形成された第１波板部と、前記第１波板部とせん断剛性の異なる第２波板部とを有する波形鋼板耐震壁である。

第１態様の発明では、架構を構成する周辺部材に波形鋼板が取り付けられている。波形鋼板は、第１波板部と第２波板部とを有している。第１波板部には、開口部が形成されている。また、第１波板部と第２波板部とのせん断剛性は異なっている。

よって、第１波板部に形成された開口部を設備開口や窓等とすることができる。すなわち、波形鋼板耐震壁に設備開口や窓等を設けることができる。
また、第１波板部に開口部を形成することによって波形鋼板の波形状や板厚が特定されるのは第１波板部なので、第２波板部は自由に設計することが可能となる。これにより、開口部を設けることによって損なわれる耐震壁の設計自由度を小さく抑えることができる。

第２態様の発明は、第１態様の波形鋼板耐震壁において、前記第２波板部は、前記第１波板部よりもせん断剛性が小さい。

第２態様の発明では、第２波板部のせん断剛性は、第１波板部のせん断剛性よりも小さい。
よって、第１波板部に形成された開口部の断面欠損を補うことにより第１波板部のせん断剛性が大きくなる場合に、第１波板部よりも第２波板部のせん断剛性を小さくしているので、波形鋼板耐震壁全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の波形鋼板耐震壁において、前記第１波板部及び前記第２波板部は、前記第１波板部及び前記第２波板部を正面視したときに前側と後側とに上下で交互に凸となる山部によって構成され、前記第２波板部の山部の波長は、前記第１波板部の山部の波長よりも小さい。

第３態様の発明では、第１波板部及び第２波板部は、山部によって構成されている。山部は、第１波板部及び第２波板部を正面視したときに前側と後側とに上下で交互に凸となっている。また、第２波板部の山部の波長は、第１波板部の山部の波長よりも小さい。

第１波板部に形成された開口部による断面欠損を当て板により補う場合、第１波板部の山部の波長を大きくすることによって当て板を接合し易くすることができる。しかし、第１波板部の山部の波長を大きくすると第１波板部のせん断剛性が大きくなる。また、これによって低下する第１波板部のせん断座屈強度を高めるために第１波板部の板厚を大きくすると第１波板部のせん断剛性がさらに大きくなってしまう。

これに対して第３態様では、第２波板部の山部の波長を第１波板部の山部の波長よりも小さくしているので第２波板部のせん断剛性が第１波板部より小さくなり、波形鋼板耐震壁全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

第４態様の発明は、第１〜第３態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁において、前記第１波板部に接合されて前記開口部による前記第１波板部の断面欠損を補う当て板を有する。

第４態様の発明では、波形鋼板耐震壁が当て板を有している。当て板は、第１波板部に接合されて開口部による第１波板部の断面欠損を補う。
よって、当て板を第１波板部に接合するだけの簡単な方法で、第１波板部に開口部を形成することによるせん断耐力の低下を低減することができる。

また、開口部付近のみに当て板を設ければよいので、材料費や施工費の低コスト化を図ることができる。
また、当て板の水平断面積が、開口部による第１波板部の断面欠損面積以上となるように当て板の形状や寸法を設定するだけでよいので、さまざまな大きさの開口部に容易に対応することができる。

第５態様の発明は、第１〜第４態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁において、前記第１波板部に形成された折り筋と材軸とが交差するように前記第１波板部にリブが設けられている。

第５態様の発明では、第１波板部にリブが設けられている。リブは、材軸が第１波板部に形成された折り筋と交差するように設けられている。
よって、リブにより第１波板部に剛性を付与することができ、第１波板部がリブによって拘束されてせん断座屈長さが短くなる。これらにより、第１波板部のせん断座屈強度を大きくすることができる。

第６態様の発明は、第１〜第５態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁において、前記第２波板部の板厚は、前記第１波板部の板厚よりも小さい。

第６態様の発明では、第１波板部の板厚を第２波板部の板厚よりも大きくすることにより、当て板を用いないで、第１波板部に形成された開口部による断面欠損を補うことができる。
また、第１波板部の板厚に余裕を持たせておけば、波形鋼板耐震壁を設置する現場で、開口部の大きさや形状等を変更することや、新たな開口部を形成することができる。

また、第１波板部の板厚を大きくすると第１波板部のせん断剛性が大きくなってしまうが、第２波板部の板厚を第１波板部の板厚よりも小さくしているので第２波板部のせん断剛性が第１波板部より小さくなり、波形鋼板耐震壁全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

また、第１波板部に開口部を形成し易くするために第１波板部の山部の波長を大きくすると第１波板部のせん断剛性が大きくなってしまうが、第２波板部の板厚を第１波板部の板厚よりも小さくしているので第２波板部のせん断剛性が第１波板部より小さくなり、波形鋼板耐震壁全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

また、第１波板部に開口部を形成し易くするために第１波板部の山部の波長を大きくすると第１波板部のせん断座屈強度が小さくなるので、波形鋼板耐震壁の限界塑性率が小さくなり、変形性能（振動エネルギー吸収能力）が低下してしまう。これに対して第６態様では、第１波板部の板厚を大きくすることにより第１波板部のせん断座屈強度の低下を低減することができる。

第７態様の発明は、第１〜第６態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁において、前記第１波板部は平面部を有し、該平面部に前記開口部が形成されている。

第７態様の発明では、第１波板部は平面部を有している。そして、この平面部に開口部が形成されている。
よって、開口部が形成されるのは平面部なので、第１波板部に開口部を形成し易くなる。また、第１波板部に形成された開口部による断面欠損を当て板により補う場合、平らな当て板を用いることができるので、第１波板部に当て板を接合し易くなる。

第８態様の発明は、第１〜第７態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁において、前記開口部は、前記波形鋼板が前記周辺部材に取り付けられる現場で形成される。

第８態様の発明では、波形鋼板が周辺部材に取り付けられる現場で開口部が形成されるので、現場での設備設計の変更等に柔軟に対応することができる。

第９態様の発明は、第１〜第８態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁の設計方法において、前記第１波板部に前記開口部を形成したときの前記波形鋼板耐震壁のせん断剛性が所定値になるように前記第２波板部のせん断剛性を設定する。

第９態様の発明では、第１波板部に開口部を形成したときの波形鋼板耐震壁のせん断剛性が所定値になるように第２波板部のせん断剛性を設定して波形鋼板耐震壁の設計を行う。

よって、開口部を設けることによって損なわれる耐震壁の設計自由度を小さく抑えて、建築物全体の構造設計から求められるせん断剛性を有するように波形鋼板耐震壁の設計を行うことができる。

第１０態様の発明は、第１〜第８態様の何れか１態様の波形鋼板耐震壁を有する建築物である。

第１０態様の発明では、開口部を設けることによって損なわれる耐震壁の設計自由度を小さく抑えることができる波形鋼板耐震壁を有する建築物を構築することができる。

本発明は上記構成としたので、開口部を設けることによって損なわれる耐震壁の設計自由度を小さく抑えることができる。

図面を参照しながら、本発明の波形鋼板耐震壁、波形鋼板耐震壁の設計方法、及び建築物を説明する。なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート造の建築物に本発明を適用した例を示すが、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建築物に対して適用することができる。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１の正面図に示すように、地盤１２上に建てられた鉄筋コンクリート造の建築物１０の架構を構成する鉄筋コンクリート製の柱１４及び梁１６によって、周辺部材１８が形成されている。そして、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁２２が取り付けられている。
また、図１の２階と３階の間の層２０の平面図である図２に示すように、層２０には耐震壁としての４つの波形鋼板耐震壁２２が配置されている。

図３の正面図、及び図３のＡ−Ａ矢視図である図４に示すように、波形鋼板耐震壁２２は、波形鋼板２４、鋼製の水平プレート２６Ａ、２６Ｂ、及び鋼製の鉛直プレート２８Ａ、２８Ｂによって構成されている。なお、図３、４では、説明の都合上、波形鋼板２４の上方に配置された梁１６を梁１６Ａ、下方に配置された梁１６を梁１６Ｂとし、波形鋼板２４の左側に配置された柱１４を柱１４Ａ、右側に配置された柱１４を柱１４Ｂとしている。

波形鋼板２４は、第１波板部３０と第２波板部３２とを有している。第１波板部３０及び第２波板部３２は、山部によって構成されている。山部の断面形状は略台形となっており、波形鋼板２４を正面視したときに、この山部が前側（図４の波形鋼板２４の左側）と後側（図４の波形鋼板２４の右側）とに上下で交互に凸となっている。すなわち、波形鋼板２４は、波形状の断面を有する波板である。そして、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁２２が取り付けられた状態において、波形鋼板２４に形成される折り筋が略水平となっている。

また、第１波板部３０の山部の頂部に位置する平面部には、開口部３４が形成されている。
第２波板部３２の山部の波長は、第１波板部３０の山部の波長よりも小さくなっている。すなわち、第２波板部３２のせん断剛性を、第１波板部３０のせん断剛性よりも小さくして、第１波板部３０と第２波板部３２とのせん断剛性を異ならせている。

水平プレート２６Ａ、２６Ｂは、波形鋼板２４の上下端辺に沿って配置され、波形鋼板２４の上下端辺に溶接等によって固定されている。鉛直プレート２８Ａ、２８Ｂは、波形鋼板２４の左右端辺に沿って配置され、波形鋼板２４の左右端辺に溶接等によって固定されている。水平プレート２６Ａ、２６Ｂの端部と、鉛直プレート２８Ａ、２８Ｂの端部とは溶接等によって接合され、水平プレート２６Ａ、２６Ｂ、及び鉛直プレート２８Ａ、２８Ｂが一体となって枠部材３６を形成している。すなわち、波形鋼板２４の周縁部に枠部材３６が取り付けられている。

枠部材３６には頭付きスタッド３８が波形鋼板２４の周縁部に沿って等間隔に複数配置され、溶接によって枠部材３６に取り付けられている。頭付きスタッド３８は、柱１４Ａ、１４Ｂ、及び梁１６Ａ、１６Ｂの内部に埋め込まれており、これによって周辺部材１８と波形鋼板２４とが一体化されている。そして、枠部材３６及び頭付きスタッド３８からなる取り付け構造により、周辺部材１８と波形鋼板２４との間で力が伝達される。

図３、４、図５（ｃ）の正面図、及び図５（ｃ）のＢ−Ｂ矢視図である図５（ａ）に示すように、第１波板部３０の平面部の鋼板面には、第１波板部３０に形成された開口部３４と連通する開口部４０を有する鋼製の当て板４２が溶接によって接合されている。このようにして、開口部３４の左右の板厚を局所的に大きくし、開口部３４による第１波板部３０の断面欠損を補う。なお、当て板は、この当て板の水平断面積が、開口部３４による第１波板部３０の断面欠損面積以上となるように設ければよく、例えば、図５（ｂ）に示すように、第１波板部３０の両側に、開口部４６を有する当て板４４を設けるようにしてもよい。

次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。

第１の実施形態では、図３に示すように、第１波板部３０に形成された開口部３４を設備開口や窓等とすることができる。すなわち、波形鋼板耐震壁２２に設備開口や窓等を設けることができる。

また、当て板４２を第１波板部３０に接合するだけの簡単な方法で、第１波板部３０に開口部３４を形成することによるせん断耐力の低下を低減することができる。
また、開口部３４付近のみに当て板４２を設ければよいので、材料費や施工費の低コスト化を図ることができる。

また、当て板の水平断面積が、開口部３４による第１波板部３０の断面欠損面積以上となるように当て板の形状や寸法を設定するだけでよいので、さまざまな大きさの開口部に容易に対応することができる。

また、第１波板部３０に開口部３４を形成することによって波形鋼板２４の波形状や板厚が特定されるのは第１波板部３０なので、第２波板部３２は自由に設計することが可能となる。これにより、開口部を設けることによって損なわれる耐震壁の設計自由度を小さく抑えることができる。

また、第１波板部３０の山部の波長を第２波板部３２の山部の波長よりも大きくすることによって、第１波板部３０の波板形状が緩やかになる。これにより、当て板を接合し易くすることができる。

しかし、第１波板部３０の山部の波長を大きくすると第１波板部３０のせん断剛性が大きくなる。また、これによって低下する第１波板部３０のせん断座屈強度を高めるために第１波板部３０の板厚を大きくすると第１波板部３０のせん断剛性がさらに大きくなってしまう。

これに対して波形鋼板耐震壁２２では、第２波板部３２の山部の波長を第１波板部３０の山部の波長よりも小さくしているので第２波板部３２のせん断剛性が第１波板部３０より小さくなり、波形鋼板耐震壁２２全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

ここで、波形鋼板の山部の波長を大きくして山部の数を少なくした波形鋼板（以下、「山部が疎の波形鋼板」とする）と、波形鋼板の山部の波長を小さくして山部の数を多くした波形鋼板（以下、「山部が密の波形鋼板」とする）のせん断弾性剛性Ｇｗの違いについて説明する。

図６に示すように、波形鋼板１１２の断面形状の長さａ、ｂ、ｃ、角度θ、及び厚さｔを定めた場合、長さ効率η＝（ａ＋ｃ）／（ａ＋ｂ）となる。よって、山部が疎の波形鋼板の長さａをａ１とし、山部が密の波形鋼板の長さａをａ2とし（ａ1とａ2の関係は、ａ1＞ａ2）、長さｂ、ｃ、及び厚さｔを同じにしたときに、山部が疎の波形鋼板の長さ効率η1から山部が密の波形鋼板の長さ効率η2を引いた値は、ｂ＞ｃより、η1−η2＝（（ａ1−ａ2）×（ｂ−ｃ））／（（ａ1＋ｂ）／（ａ2＋ｂ））＞０となる。

また、波形鋼板１１２を形成する鋼材のせん断弾性係数をＧ_０とすると、せん断弾性剛性Ｇw＝η×Ｇ_０となるので、先に求めたη1＞η2の関係から、山部が密の波形鋼板のせん断弾性剛性よりも山部が疎の波形鋼板のせん断弾性剛性の方が大きく（固く）なる。

また、開口部３４が形成されるのは波形鋼板２４の平面部なので、第１波板部３０に開口部３４を形成し易くなる。さらに、第１波板部３０に形成された開口部３４による断面欠損を当て板により補う場合、平らな当て板を用いることができるので、第１波板部３０に当て板を接合し易くなる。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。

なお、第１の実施形態では、第１波板部３０の１つの山部に形成された開口部３４の断面欠損を補うように１つの山部に当て板４２を接合した例を示したが、例えば、図７に示すように、複数の山部を跨るように当て板４８を接合するようにしてもよい。

また、第１の実施形態では、当て板４２を鋼製としたが、開口部３４の形成による断面欠損を補うことができる部材であればよく、プラスチックや木材等の他の材料によって形成された部材であってもよいし、ドーナツ形状の平板等の他の形状の部材であってもよい。また、これらの部材をボルト接合等の他の方法で第１波板部に接合してもよい。当て板４２は、第１波板部３０を形成する材料と同じ材料によって形成するのが好ましい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態の第１波板部３０と第２波板部３２との板厚を異ならせたものである。したがって、第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図８の正面図、及び図８のＣ−Ｃ矢視図である図９に示すように、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁５０が取り付けられている。
波形鋼板耐震壁５０は、波形鋼板５２、鋼製の水平プレート２６Ａ、２６Ｂ、及び鋼製の鉛直プレート２８Ａ、２８Ｂによって構成されている。

波形鋼板５２は、第１波板部５４と第２波板部５６とを有している。第１波板部５４には、開口部５８が形成されている。
第１波板部５４及び第２波板部５６は、山部によって構成されている。山部の断面形状は略台形となっており、波形鋼板５２を正面視したときに、この山部が前側（図９の波形鋼板５２の左側）と後側（図９の波形鋼板５２の右側）とに上下で交互に凸となっている。すなわち、波形鋼板５２は、波形状の断面を有する波板である。そして、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁５０が取り付けられた状態において、波形鋼板５２に形成される折り筋が略水平となっている。

第１波板部５４の山部の波長は、第２波板部５６の山部の波長とほぼ等しくなっており、第１波板部５４の板厚は第２波板部５６の板厚よりも大きくなっている。すなわち、第２波板部５６のせん断剛性を、第１波板部５４のせん断剛性よりも小さくして、第１波板部５４と第２波板部５６とのせん断剛性を異ならせている。

水平プレート２６Ａ、２６Ｂ、鉛直プレート２８Ａ、２８Ｂは、第１の実施形態の波形鋼板２４に対して施したのと同様に、波形鋼板５２の上下及び左右の端辺に沿って配置され、これらの端辺に溶接等によって固定されている。

次に、本発明の第２の実施形態の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態では、図９に示すように、第１波板部５４の板厚を第２波板部５６の板厚よりも大きくすることにより、当て板を用いないで、第１波板部５４に形成された開口部５８による断面欠損を補うことができる。

また、第１波板部５４の板厚に余裕を持たせておけば、波形鋼板耐震壁５０を設置する現場で、開口部５８の大きさや形状等を変更することや、新たな開口部を形成することができる。

また、第１波板部５４の板厚を大きくすると第１波板部５４のせん断剛性が大きくなってしまうが、第２波板部５６の板厚を第１波板部５４の板厚よりも小さくしているので第２波板部５６のせん断剛性が第１波板部５４より小さくなり、波形鋼板耐震壁５０全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

また、第１波板部５４に開口部を形成し易くするために第１波板部５４の山部の波長を大きくすると第１波板部５４のせん断剛性が大きくなってしまうが、第２波板部５６の板厚を第１波板部５４の板厚よりも小さくしているので第２波板部５６のせん断剛性が第１波板部５４より小さくなり、波形鋼板耐震壁５０全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことができる。

また、第１波板部５４に開口部を形成し易くするために第１波板部５４の山部の波長を大きくすると第１波板部５４のせん断座屈強度が小さくなるので、波形鋼板耐震壁の限界塑性率が小さくなり、変形性能（振動エネルギー吸収能力）が低下してしまう。これに対して波形鋼板耐震壁５０では、第１波板部５４の板厚を大きくすることにより第１波板部５４のせん断座屈強度の低下を低減することができる。

以上、本発明の第２の実施形態について説明した。

なお、第２の実施形態では、第１波板部５４の山部の頂部に位置する平面部の上下両方向に渡って開口部５８が形成されている例（図９を参照のこと）を示したが、図１０（ａ）、（ｂ）に示す波形鋼板耐震壁６０、６８の波形鋼板７６、７８のように、第１波板部６２、７０の山部の波長を第２波板部６４、７２の山部の波長をよりも大きくして、第１波板部６２、７０の山部の頂部に位置する平面部のみに開口部６６、７４を形成してもよい。

図１０（ａ）では、第１波板部６２の鋼板の厚さが、第２波板部６４の鋼板の厚さよりも大きくなっており、図１０（ｂ）では、第１波板部７０及び第２波板部７２の鋼板の厚さが、第１波板部６２の鋼板の厚さと等しくなっている。

第２の実施形態では、第１波板部の板厚を大きくすることにより開口部による断面欠損を補うので、当て板を設けなくてもよい。よって、第１波板部の山部の頂部に位置する平面部の上下両方向に渡って開口部を形成しても施工性が大きく低下することはない。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態は、第１の実施形態の第１波板部３０にリブを設けたものである。したがって、第３の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１１の正面図に示すように、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁８０が取り付けられている。波形鋼板２４、開口部３４、当て板４２の構成は第１の実施形態の波形鋼板耐震壁２２と同じなので説明を省略する。なお、図１１では、第１波板部３０に、３つの開口部３４が横に並んで３つ形成され、これらの開口部３４に対して当て板４２がそれぞれ設けられている。以下の説明では、第１波板部３０の横方向略中央に形成されている開口部３４付近に設けられるリブについて説明するが、他の開口部３４付近にも同様の配置でリブが設けられている。

図１１の第１波板部３０の横方向略中央に形成されている開口部３４付近を裏側から見た背面図である図１２（ｂ）、及び図１２（ｂ）のＤ−Ｄ矢視図である図１２（ａ）に示すように、第１波板部３０には、この第１波板部３０に形成された開口部３４の左右両側にリブとしての鋼板製のプレート８２が設けられている。プレート８２は、材軸が第１波板部３０に形成された折り筋と交差するように設けられている。

また、図１２（ａ）に示すように、プレート８２は、波形鋼板２４の山部の内壁形状とほぼ同じ形状の台形となっており、溶接によってプレート８２の端部が波形鋼板２４の鋼板面に接合されている。

次に、本発明の第３の実施形態の作用及び効果について説明する。

第３の実施形態では、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、リブとしてのプレート８２により第１波板部３０に剛性を付与することができ、第１波板部３０がプレート８２によって拘束されてせん断座屈長さが短くなる。これらにより、第１波板部３０のせん断座屈強度を大きくすることができる。

例えば、当て板を接合し易くするために、第１波板部の山部の波長を第２波板部の山部の波長よりも大きくして第１波板部の波板形状を緩やかにしたり、又は第１波板部の山部の頂部に位置する平面部の面積を大きくしたりすると、第１波板部のせん断座屈強度が小さくなるので、波形鋼板耐震壁の限界塑性率が小さくなり、変形性能（振動エネルギー吸収能力）が低下してしまう。
これに対して波形鋼板耐震壁８０では、プレート８２によって第１波板部３０のせん断座屈強度の低下を低減することができる。

以上、本発明の第３の実施形態について説明した。

なお、第３の実施形態では、リブを鋼製のプレート８２としたが、第１波板部３０に剛性を付与し、第１波板部３０を拘束してせん断座屈長さを短くできる部材であればよく、プラスチックや木材等の他の材料によって形成された部材であってもよいし、アングル等の他の形状の部材であってもよい。また、これらの部材をボルト接合等の他の方法で第１波板部に接合してもよい。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明した。

なお、第１〜第３の実施形態で示した波形鋼板２４、５２、７６、７８を構成する第１波板部３０、５４、６２、７０、及び第２波板部３２、５６、６４、７２は、１つの山部で構成してもよいし、複数の山部で構成してもよい。

また、第１波板部や第２波板部を複数の山部で構成する場合、これらの山部の形状、高さ、波長、板厚、及びこれらの山部を形成する材料を異ならせてもよい。例えば、図１３（ａ）の側断面図に示すように、波形鋼板８４を第１波板部８６及び第２波板部８８によって構成するようにしてもよい。

また、例えば、第１波板部を形成する材料と、第２波板部を形成する材料を異ならせて、この材料の違いにより第１波板部と第２波板部のせん断剛性を異ならせたり、第２波板部のせん断剛性を第１波板部のせん断剛性よりも小さくしてもよい。
また、第１波板部３０、５４、６２、７０は、建築物の天井裏に位置するようにしてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、波形鋼板２４、５２、７６、７８を、１つの第１波板部３０、５４、６２、７０と、１つの第２波板部３２、５６、６４、７２とによって構成した例を示したが、第１波板部及び第２波板部の少なくとも一方を複数にしてもよい。例えば、図１３（ｂ）の側断面図に示すように、波形鋼板９０を第１波板部９２及び第２波板部９４、９６によって構成するようにしてもよいし、図１３（ｃ）の側断面図に示すように、波形鋼板９８を第１波板部１００、１０２、及び第２波板部１０４によって構成するようにしてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、波形鋼板２４、５２、７６、７８を、波形鋼板を正面視したときに略台形の断面形状を有する山部が前側と後側とに上下で交互に凸となる波板とした例を示したが、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、波形鋼板２４、５２、７６、７８の側断面形状は波形であればよく、山部の断面形状を、矩形、山形、円弧等としてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０が取り付けられた状態において、波形鋼板２４、５２、７６、７８の折り筋が略水平に形成されている例を示したが、周辺部材１８に波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０が取り付けられた状態において、波形鋼板２４、５２、７６、７８の折り筋が略鉛直に形成されていてもよい。

また、第１〜第３の実施形態で示した波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０は、建築物１０のどの層に配置してもよいし、どのような平面配置にしてもよい。建築物１０の耐震性や構造安全性等を考慮して波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０の配置を適宜決めればよい。

また、第１〜第３の実施形態では、柱１４、１４Ａ、１４Ｂ、及び梁１６、１６Ａ、１６Ｂによって周辺部材１８を構成した例を示したが、周辺部材は、柱と床スラブとによって構成されていてもよい。また、周辺部材は、柱のみ、梁のみ、又は床スラブのみであってもよい。例えば、周辺部材を梁のみとした場合には、上下の梁の間に波形鋼板耐震壁が配置され（上下の梁の間に波形鋼板耐震壁が取り付けられ）、波形鋼板耐震壁の左右には隙間や空間が形成されていることになる。

また、第３の実施形態で示したリブとしてのプレート８２は、第１又は第２の実施形態に用いてもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、波形鋼板２４、５２、７６、７８に１つの開口部３４、５８を形成した例を示し、第３の実施形態では、波形鋼板２４に３つの開口部３４を形成した例を示したが、開口部は、波形鋼板にいくつ形成してもよいし、複数の山部に渡って形成してもよい。また、開口部の形状や大きさは適宜決めればよい。

また、第１〜第３の実施形態で示した波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０の設計の一例としては、第１波板部３０、５４、６２、７０に開口部を形成したときの波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０のせん断剛性が所定値になるように第２波板部３２、５６、６４、７２のせん断剛性を設定して波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０の設計を行う。

ここでの所定値は、建築物の各階層の変形制限を満足する剛性、同じ階層に配置された波形鋼板耐震壁以外の他の耐震要素との剛性バランスを考慮した剛性、建築物の偏心を小さくする剛性など、適宜設定すればよい。

このような波形鋼板耐震壁の設計を行えば、開口部を設けることによって損なわれる波形鋼板耐震壁の設計自由度を小さく抑えて、建築物全体の構造設計から求められるせん断剛性を有するように波形鋼板耐震壁の設計を行うことができる。

また、第１〜第３の実施形態では、第２波板部３２、５６、６４、７２のせん断剛性を第１波板部３０、５４、６２、７０のせん断剛性よりも小さくすることにより、波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０全体のせん断剛性が過大になることを防ぐことを示したが、第１〜第３の実施形態によって開口部による断面欠損を補う場合、第１波板部３０、５４、６２、７０のせん断剛性は大きくなるので、第２波板部３２、５６、６４、７２のせん断剛性を第１波板部３０、５４、６２、７０のせん断剛性よりも小さくする構成は、開口部による断面欠損を補うさまざまな方法に有効である。

また、第１〜第３の実施形態で示した開口部３４、５８は、波形鋼板２４、５２、７６、７８を製作する工場で形成してもよいし、波形鋼板２４、５２、７６、７８が周辺部材１８に取り付けられる建築物の施工現場で形成してもよい。開口部３４、５８を建築物の施工現場で形成すれば、施工現場での設備設計の変更等に柔軟に対応することができる。

また、第１〜第３の実施形態で示した波形鋼板耐震壁２２、５０、６０、６８、８０は、普通鋼（例えば、ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）によって波形鋼板が形成されている耐震壁であってもよいし、波形鋼板が低降伏点鋼で形成され地震等により降伏する波形鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーを吸収する、いわゆる制振壁であってもよい。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１〜第３の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

(実施例）
本実施例では、波形鋼板の基本モデルと、第１〜第３の実施形態で示した方法で波形鋼板の開口部の断面欠損を補った波形鋼板（モデル１、２）との力学的性能を比較した結果を示す。

図１５の正面図に示すように、基本モデルを、ＳＳ４００（材料強度Ｆ＝２３５Ｎ／ｍｍ^２）によって形成され、２０の山部から構成された波形鋼板１０６とする。表１の基本モデルの欄に波形鋼板１０６の形状の仕様が示されている。

表１に示されているａ、ｂ、ｃ、ｈ、ｔは、図６において寸法線で示したａ、ｂ、ｃ、ｈ、ｔと同じである。また、Ｌxを波形鋼板１０６の横幅とし、Ｌyを波形鋼板１０６の高さとしている。

表１に示すように波形鋼板１０６の形状を設定した場合、この波形鋼板１０６の力学的性能は表２の基本モデルの欄に示した値になる。表のＡpは水平断面積、τyはせん断降伏応力度、τelは弾性局部座屈強度、τeallは弾性全体座屈強度、Ｇwはせん断弾性剛性、Ｅwは弾性軸剛性、μは限界塑性率、Ｒmは変形性能を示している。

また、材料強度と構造要素の形状・寸法のばらつきを考慮した係数βmを１．１とすると、せん断降伏耐力Ｑyは、Ｑy＝βm×τy×Ａp＝１．１×１３６×２２，４００＝３，３５１ｋＮとなり、弾性せん断座屈耐力Ｑcrは弾性局部座屈強度で決定されるので、Ｑcr＝Ａp×τel＝（２２，４００×１，５７０）／１０００＝３５，１６８ｋＮとなる。このように、弾性せん断座屈耐力Ｑcrは、せん断降伏耐力Ｑyの１０倍以上の値となる。

ここで、１００φの開口部を１つ形成した波形鋼板１０８を考えて、これをモデル１とする。波形鋼板１０８の形状の仕様は、表１のモデル１の欄に示されている。波型鋼板１０８も波形鋼板１０６と同様にＳＳ４００（材料強度Ｆ＝２３５Ｎ／ｍｍ^２）によって形成されているものとする。

表１に示すように波形鋼板１０８の形状を設定した場合、この波形鋼板１０８の力学的性能は表２のモデル１の欄に示した値になる。
また、材料強度と構造要素の形状・寸法のばらつきを考慮した係数βmを１．１とすると、せん断降伏耐力Ｑyは、Ｑy＝βm×τy×Ａp＝１．１×１３６×２２，４００＝３，３５１ｋＮとなり、弾性せん断座屈耐力Ｑcrは弾性局部座屈強度で決定されるので、Ｑcr＝Ａp×τel＝（２２，４００×８５１）／１０００＝１９，０６２ｋＮとなる。

波形鋼板１０６に比べて波形鋼板１０８の弾性局部座屈強度τelは大きく減ったが、Ｑy＜Ｑcrの関係を満たすので、せん断耐力は、水平断面積Ａpに起因するせん断降伏耐力Ｑyによって決まる。すなわち、波形鋼板１０６と波形鋼板１０８のせん断耐力は同じになる。

よって、波形鋼板１０８（モデル１）の波形鋼板１０８に形成された開口部の断面欠損を、第１の実施形態の図５（ａ）〜（ｃ）で示した当て板による方法で補えば、波形鋼板１０６（基本モデル）と同様のせん断耐力を有する波形鋼板にすることができる。

波形鋼板１０８（モデル１）の限界塑性率μは、波形鋼板１０６（基本モデル）の１／２程度になり変形性能Ｒmは小さくなるので、波形鋼板のエネルギー吸収能力は低下してしまうが、建築物の構造上、この程度の限界塑性率で十分な場合には、開口部の断面欠損を当て板により補う方法が有効であることがわかる。

波形鋼板１０８（モデル１）では、値ａを全て１１０ｍｍとしたが、このようにすると波形鋼板１０８全体のせん断弾性剛性が波形鋼板１０６（基本モデル）全体のせん断弾性剛性よりも大きくなってしまう。このような場合には、開口部付近の領域の波形鋼板１０８においては値ａを１１０ｍｍとし、他の領域の波形鋼板１０８においては値ａを７５ｍｍとして、波形鋼板１０６（基本モデル）全体のせん断弾性剛性とほぼ等しい値になる（構造上、最適なせん断弾性剛性を有する）ように調整してもよい。

次に、下部の板厚よりも上部の板厚を大きくし、この板厚を大きくした部分に１００φの開口部を１つ形成した波形鋼板１１０を考えて、これをモデル２とする。波形鋼板１１０の形状の仕様は、表１のモデル２の欄に示されている。波型鋼板１１０も波形鋼板１０６、１０８と同様にＳＳ４００（材料強度Ｆ＝２３５Ｎ／ｍｍ^２）によって形成されているものとする。

波形鋼板１１０（モデル２）の水平断面積Ａpを波形鋼板１０６（基本モデル）の水平断面積Ａpと同等にするためには、（３．２ｍｍ×７，０００ｍｍ）／４．５ｍｍ＝５，０００ｍｍより、波形鋼板１１０に開口部を形成した状態でこの波形鋼板１１０の横方向において最低５，０００ｍｍ分の鋼板が残っていればよい。すなわち、最大２，０００φの開口部を理論上は形成することができる。実際には、１００φ程度の開口部を中心間距離で３Ｄ〜４Ｄ（＝３００ｍｍ〜４００ｍｍ）程度離して設置すればよい。

表１に示すように波形鋼板１１０の形状を設定した場合、この波形鋼板１１０の力学的性能は表２のモデル２の欄に示した値になる。
そして、波形鋼板１１０全体としては、弾性局部座屈強度τel＝１，５７０Ｎ／ｍｍ^２（＝下部の弾性局部座屈強度の値）、弾性全体座屈強度τeall＞１，７７７Ｎ／ｍｍ^２（＝下部の弾性全体座屈強度の値）、限界塑性率μ＞５．２６（＝下部の限界塑性率の値）となる。
また、弾性軸剛性Ｅw＝１３７Ｎ／ｍｍ２となり、弾性水平剛性Ｇw＝５２，５８６Ｎ／ｍｍ^２となる。

これにより、波形鋼板１１０（モデル２）は、波形鋼板１０６（基本モデル）とほぼ同様の力学的性能を有することが確認されたので、第２の実施形態の図９で示した方法を用いて開口部の断面欠損を補うことが有効であることがわかる。

次に、第３の実施形態の図１２（ａ）、（ｂ）で示したリブ（プレート８２）の局部座屈性能向上効果について検証する。

例えば、波形鋼板１０８（モデル１）において、図１２（ａ）、（ｂ）の波形鋼板２４の板厚ｔを３．２ｍｍ、当て板４２の板厚を８ｍｍ、当て板４２の横幅を１４０ｍｍ、高さを１１０ｍｍとし、開口部３４の左右に配置された２つのプレート８２の中心間距離を１５０ｍｍとした場合、弾性局部座屈強度τel＝１，１８０Ｎ／ｍｍ^２、弾性全体座屈強度τeall＝６６，２１９Ｎ／ｍｍ^２、せん断弾性剛性Ｇw＝５８，１４３Ｎ／ｍｍ^２、弾性軸剛性Ｅw＝１２８Ｎ／ｍｍ^２、限界塑性率μ＝３．９５、変形性能Ｒｍ＝１／１０８となる。

このように、リブ（プレート８２）を設けることによって、座屈強度（弾性局部座屈強度τel、及び弾性全体座屈強度τeall）が高くなり、変形性能Ｒｍが向上することがわかる。

ここで、当て板４２を設けずに、開口部３４が形成されている波形鋼板２４の山部の板厚ｔを３．８ｍｍとすれば、弾性局部座屈強度τel＝１，６６４Ｎ／ｍｍ^２、弾性全体座屈強度τeall＝７２，１６０Ｎ／ｍｍ^２、せん断弾性剛性Ｇw＝５８，１４３Ｎ／ｍｍ^２、弾性軸剛性Ｅw＝１８０Ｎ／ｍｍ^２、限界塑性率μ＝５．５８、変形性能Ｒｍ＝１／７７となるので、開口部が形成されている部分の波形鋼板の板厚を大きくする第２の実施形態において、波形鋼板１０６（基本モデル）と同等の変形性能を確保できることがわかる。

なお、リブ（プレート８２）を設けたり、波板鋼板の板厚を大きくしたりすることによってせん断弾性剛性Ｇwが大きくなって第１波板部が固くなる場合には、開口部が形成されている山部以外の山部の波長を小さくして波形鋼板の全体剛性を小さくすれば、建築物全体の構造設計から求められる最適な剛性に近づけることができる。

本発明の第１の実施形態に係る建築物を示す立面図である。 本発明の第１の実施形態に係る建築物を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る波形鋼板耐震壁を示す正面図である。 図３のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第１の実施形態に係る波形鋼板耐震壁の開口部付近を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る波形鋼板の寸法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る波形鋼板耐震壁の変形例を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る波形鋼板耐震壁を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る波形鋼板耐震壁を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る波形鋼板耐震壁の変形例を示す側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る波形鋼板耐震壁を示す正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る波形鋼板耐震壁の開口部付近を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る波形鋼板の変形例を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る波形鋼板の変形例を示す側面図である。 本発明の実施例に係る波形鋼板を示す正面図である。 従来の波形鋼板耐震壁を示す正面図である。 当て板による補強方法を示す説明図である。 従来の耐震壁を示す正面図である。

符号の説明

１０ 建築物
１８ 周辺部材
２２、５０、６０、６８、８０ 波形鋼板耐震壁
２４、５２、７６、７８、８４、９０、９８ 波形鋼板
３０、５４、６２、７０、８６、９２、１００、１０２ 第１波板部
３２、５６、６４、７２、８８、９４、９６、１０４ 第２波板部
３４、５８、６６、７４ 開口部
４２、４４、４８ 当て板
８２ プレート（リブ）

Claims (9)

1. 架構を構成する周辺部材に取り付けられる波形鋼板を備え、
   前記波形鋼板は、開口部が形成された第１波板部と、前記第１波板部に沿って該第１波板部の上方又は下方に設けられ前記第１波板部よりもせん断剛性が小さい第２波板部とを有して構成されている波形鋼板耐震壁。
2. 前記第１波板部及び前記第２波板部は、前記第１波板部及び前記第２波板部を正面視したときに前側と後側とに上下で交互に凸となる山部によって構成され、
   前記第２波板部の山部の波長は、前記第１波板部の山部の波長よりも小さい請求項１に記載の波形鋼板耐震壁。
3. 前記第１波板部に接合されて前記開口部による前記第１波板部の断面欠損を補う当て板を有する請求項１又は２に記載の波形鋼板耐震壁。
4. 前記第１波板部に形成された折り筋と材軸とが交差するように前記第１波板部にリブが設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の波形鋼板耐震壁。
5. 前記第２波板部の板厚は、前記第１波板部の板厚よりも小さい請求項１〜４の何れか１項に記載の波形鋼板耐震壁。
6. 前記第１波板部は平面部を有し、該平面部に前記開口部が形成されている請求項１〜５の何れか１項に記載の波形鋼板耐震壁。
7. 前記開口部は、前記波形鋼板が前記周辺部材に取り付けられる現場で、該現場に設けられる設備に対応させた位置に形成される請求項１〜６の何れか１項に記載の波形鋼板耐震壁。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の波形鋼板耐震壁の設計方法において、
   前記第１波板部に前記開口部を形成したときの前記波形鋼板耐震壁のせん断剛性が所定値になるように前記第２波板部のせん断剛性を設定する波形鋼板耐震壁の設計方法。
9. 請求項１〜７の何れか１項に記載の波形鋼板耐震壁を有する建築物。

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