JP5537065B2

JP5537065B2 - 耐力フレームの構造

Info

Publication number: JP5537065B2
Application number: JP2009103184A
Authority: JP
Inventors: 佳浩松田; 義幸空岡
Original assignee: Panahome Corp
Current assignee: Panasonic Homes Co Ltd
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: JP2010255203A

Description

本発明は、鉄骨軸組構造の建築物の耐力壁として用いられる耐力フレームの構造に関する。

従来より、鉄骨軸組構造の建築物、とりわけ規格化住宅等の低層建築物において、種々の耐力フレームが提案されている（例えば下記特許文献１ないし２参照）。

特許文献１には、矩形枠内に斜材を架設して構成した耐力壁フレームが記載される。この耐力壁フレームは、矩形枠が上下の梁間、又は梁と土台間に配設されて建物の垂直荷重を支持するための構造材により構成される。また、前記斜材は、両端部を矩形枠に架設して取付けられたブレース本体と、ブレース本体の軸方向変位を許容しつつその面外変形を拘束するための拘束部材とからなるアンボンドブレースが用いられている。

また、特許文献２では、鉄骨軸組構造物に用いる筋交いフレームとして、両側に平行配置する鋼管製の縦柱材と、両側の縦柱材間に上下で逆傾斜に配置された鋼管製の筋交い材と、一方縦柱材の上下中間位置に筋交い材を結合するホルダー金具とを有するものが記載されている。また、ホルダー金具は、縦方向の長孔を有し、この長孔にボルトを通して前記縦柱材の垂直面に接合されている。

特開２００７−３３２５７０号公報特許第３９６３２２２号公報

しかしながら、上記特許文献１の筋交いフレームでは、縦柱材の垂直面にホルダー金具が接合されている。このため、軸組構造体に水平荷重が作用した場合、この垂直な接合面に大きなせん断力が作用し、縦柱材とホルダー金具との位置ずれが生じ十分な耐力を発揮できない他、ボルトにも大きなせん断力が作用して折損等のおそれがある。従って、耐久性においてもさらなる改善の余地がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、耐力フレームを、基礎と梁との間の上下空間等をのびる第１の柱材と、前記第１の柱材に向かって凸となる略三角形状の三角フレーム体とに分割し、かつ、三角フレームと第１の柱材とを水平な接合面で接合することを基本として、軸組構造体に作用する水平荷重を、主として水平な接合面の面圧方向で受けることにより、両部材の位置ずれを防止しかつ耐久性を向上させ得る耐力フレームの構造を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、基礎とその上をのびる梁との間の上下空間、又は上下の梁間の上下空間に架設される耐力フレームの構造であって、前記上下空間をのびる第１の柱材と、前記第１の柱材に向かって凸となる略三角形状の三角フレーム体とをボルトにて結合することにより形成され、前記第１の柱材は、その長さ方向の略中央部に、側方に突出しかつ下面が水平な第１取付面をなす上の受け金物と、該上の受け金物の前記第１取付面と向き合いかつその下方に位置する水平な第２取付面を有する下の受け金物とを具え、前記三角フレーム体は、前記第１の柱材と平行に前記上下空間をのびる第２の柱材と、一端がこの第２の柱材の上端側に固定されかつ他端側が第１の柱材に向かって下降する傾斜を有する上斜材と、一端が第２の柱材の下端側に固定されかつ他端側が第１の柱材に向かって上昇する傾斜を有する下斜材と、前記上斜材の他端と前記下斜材の他端とを継ぐ継ぎ部材とを含み、前記ボルトは、互いに向き合わせて配した前記継ぎ部材の上端面と前記上の受け金物の第１取付面とを締結する上側ボルトと、互いに向き合わせて配した前記継ぎ部材の下端面と前記下の受け金物の第２取付面との間を締結する下側ボルトとを含むことを特徴とする耐力フレームの構造である。

また請求項２記載の発明は、前記上斜材及び下斜材が、アンボンドブレース材である請求項１記載の耐力フレームの構造

本発明の耐力フレームでは、三角フレーム体の継ぎ部材は、上下の受け金物の水平な第１、第２取付面に固定されるとともに、継ぎ部材の上端面と第１取付面との間及び／又は継ぎ部材の下端面と第２取付面との間をボルトにて締結している。従って、第１の柱材と、三角フレーム体とは、軸組構造体に作用する水平荷重を水平な第１、第２の取付面の面圧方向で受けることができる。従って、垂直面で荷重を受ける場合に比べて、接合面でのせん断力の作用がきわめて小さく、両部材の位置固定をより確実として滑りによる位置ずれやボルトの折損等を効果的に防止でき、軸組構造体の耐久性をも向上しうる。

本実施形態の耐力フレームを用いた軸組構造体の正面図である。その斜視図である。図２の分解図である。図２の要部拡大図である。図１の断面図である。アンボンドブレースの実施形態を示す斜視図である。図６のＡ−Ａ断面図である。図６のＡ−Ａ断面図である。図６のＡ−Ａ断面図である。（ａ）〜（ｃ）は耐力フレームの施工方法を説明する部分正面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１〜３に示されるように、本実施形態の耐力フレーム１は、基礎２と、該基礎２に沿ってその上を水平にのびる梁３との間の上下空間Ｓに架設されることにより、例えば鉄骨軸組構造住宅の１階の軸組構造体Ｆ１の一部を構成している。

前記耐力フレーム１は、前記上下空間Ｓをのびる第１の柱材４と、壁と対向した正面視において第１の柱材４に向かって凸となる横向きの略二等辺三角形状の三角フレーム体５とをボルト６にて結合することにより形成される。このように、耐力フレーム１を分割して構成することにより、現場への運搬性を向上できる。

前記第１の柱材４は、断面角パイプ状の鉄骨柱からなり、その下端は略箱状をなす取付金物Ｂ１を介して基礎２から突出するアンカーボルト２ａを固定される。なお、基礎２と取付金物Ｂ１との間に土台等が介在しても良い。

また、第１の柱材４の上端には、略水平な板材からなる取付プレートＢ２が固着される。そして、この取付プレートＢ２は、コーナ金物Ｃにボルトにて固定されるととともに、該コーナ金物Ｃに前記梁３の一端がボルトにて固定される。なお、コーナ金物Ｃは、梁３と剛固定されるので梁３の一部をみなすことができる。

また、図４及び図５に拡大して示されるように、第１の柱材４には、その長さ方向の略中央部に、側方に突出する上の受け金物７と、下の受け金物８とが上下に距離を隔てて設けられる。

上の受け金物７は、第１の柱材４の三角フレーム体５側を向く柱面に溶接にて固着された一対の側板部７ａ、７ａと、該側板部７ａの下面に溶接にて固着されかつ三角フレーム体５を支持する略水平な板状の受け部７ｂとから構成される。この受け部７ｂには、略中央部に透孔９が形成されるとともに、受け部７ｂの下面は、実質的に水平な第１取付面１０が形成される。

同様に、下の受け金物８も、第１の柱材４の三角フレーム体５側を向く柱面に溶接にて固着された一対の側板部８ａ、８ａと、該側板部８ａの上面に溶接にて固着されかつ三角フレーム体５を支持する略水平な板状の受け部８ｂとから構成される。受け部８ｂにも、略中央部に透孔９が形成されるとともに、受け部８ｂの上面は、実質的に水平をなす第２取付面１１が形成される。この第２取付面１１は、上の受け金物７の前記第１取付面１０と向き合いかつその下方に位置する。

前記三角フレーム体５は、図１〜３に示したように、第２の柱材１２と、上斜材１３と、下斜材１４と、継ぎ部材１５とを予め工場等で一体に固着して略三角形状に構成される。

前記第２の柱材１２の下端側には、第１の柱材４と同様、アンカーボルト２ａに固着するための取付金物Ｂ１が予め固着されるとともに、上端側には梁３にボルト固定するための取付プレートＢ２が固着されている。

前記上斜材１３は、一端１３ａが第２の柱材１２の上端側に固定されるとともに、他端側が第１の柱材４に向かって下降する傾斜を有する。また、下斜材１４は、一端１４ａが第２の柱材の下端側に固定されるとともに、他端１４ｂ側が第１の柱材４に向かって上昇する傾斜を有する。本実施形態において、これらの各斜材１３、１４には、引張力のみならず圧縮力が作用した場合でも大きく座屈することなく十分な耐変形抵抗性を示すいわゆるアンボンドブレース（座屈拘束ブレース）２０が採用される。

図６には、上斜材１３に用いられるアンボンドブレース２０の一実施形態の斜視図を示す。また、図７〜９には、図６のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃの各断面図を示す。

前記アンボンドブレース２０は、前記軸組構造体Ｆ１の壁面（垂直構面）に沿ってのびかつ軸力を負担するブレース芯材２２と、このブレース芯材２２の両側に添設されかつブレース芯材２２を補強して座屈を防止する溝型鋼からなる一対の内補剛材２３、２３と、前記ブレース芯材２２及び内補剛材２３に外挿されて両者を密に束ねるとともにブレース芯材２２を補強する角筒状の外補剛材２４とを含んで構成される。

前記ブレース芯材２２には、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼又は合金鋼など各種の鉄鋼材料を採用できるが、好ましくは極低降伏点鋼等が望ましい。極低降伏点鋼は、一般鋼（例えばＳＭ４９０やＳＳ４００）に比べると約１／４〜１／３の降伏点しか持たないが、伸びに関しては５０％以上と非常に優れた性能を発揮できる。また、ブレース芯材２２には、内補剛材２３ないし外補剛材２４との摩擦を軽減するために、表面がめっき仕上げされても良い。本実施形態のブレース芯材２２は、例えば断面矩形状の長尺板状をなし、一例として幅が２０〜１００mm程度、厚さが例えば３〜１５mm程度で構成される。

前記一対の内補剛材２３は、ウエブ２３ａと、その両側から張り出す一対のフランジ２３ｂとを有する溝型鋼からなり、各ウエブ２３ａを背中合わせで向き合わせかつそれらの間でブレース芯材２２を挟むように外補剛材２４の内部に配置される。なお、内補剛材２３と外補剛材２４とはかしめ又は溶接等の固着手段により一体化させるのが良い。但し、内補剛材２３は、このような背中合わせの配置に限定されるものではなく、例えば逆向きに配置されても良いのは言うまでもない。また、ブレース芯材２２は、アンボンドブレース２０に軸力が作用したときの変形により、内補剛材２３及び外補剛材２４に対して相対的に移動しうる。なお、内側補剛２３及び外補剛材２４の組立体は、ブレース芯材２２の軸力支持機能を損なわないように、その一部がスポット溶接等でブレース芯材２２に溶接されても良い。これにより、両者の位置ズレを防止できる。

また、前記ブレース芯材２２及び内補剛材２３は、それぞれ両端部が外補剛材２４からはみ出す延出部２２Ａ、２３Ａを有する。本実施形態では、このブレース芯材２２の延出部２２Ａに、内側補剛２３がブレース芯材２２から離間するのを防止する端部拘束手段２５が設けられる。

前記端部拘束手段２５は、例えば図９に示されるように、前記延出部２２Ａ、２３Ａにおいて、内補剛材２３を覆ってブレース芯材２２からの離間を防いで拘束する一対の溝型部材２６によって構成される。

即ち、溝型部材２６は、ウエブ２６ａと、その両側から張り出す一対のフランジ部２６ｂとを有し、その溝部分で内補剛材２３を覆うとともに前記フランジ部２６ｂがブレース芯材１２に溶接にて固着されている。なお、内補剛材２３は、拘束部材２６により、ブレース芯材１２から離間する向きの移動が拘束されるが、拘束部材２６に対してスライド可能な状態で拘束されている。

さらに、本実施形態では、一対の拘束部材２６の各ウエブ２６ａの外面には、取付プレート２８又は２９が溶着されるとともに、該取付プレート２８又は２９が第１の柱材４又は第２の柱材１２に溶接により固着される。つまり、ブレース芯材２２は、取付プレート２８又は２９を介して第１の柱材４又は第２の柱材１２に固着される。

このように構成されたアンボンドブレース２０は、耐力フレーム１に外力が作用した際ブレース芯材２２に引張又は圧縮変形が生じるが、特に圧縮変形時、端部拘束手段２５によって、外補剛材２４のないブレース芯材２２の延出部２２ａにおいて、ブレース芯材２２と内側補剛２３との密着した状態を維持できる。このため、従来、弱点箇所となり易いアンボンドブレース２０と竪材（第１ないし第２の柱材４、１２）との接合部での面外変形（座屈）を効果的に抑制し、安定した耐荷重特性を得ることができる。

また、本実施形態では、端部拘束手段２５である溝型部材２６を、さらに両側から挟むように一対の取付プレート２８、２９が設けられている。このような取付プレート２８、２９は、端部拘束手段２５を有効に機能させ、より確実にブレース芯材２２の面外変形を抑制できる。なお、本実施形態の耐力フレーム１の斜材１３、１４には、アンボンドブレース以外のブレース材を採用しても良いのは言うまでもない。

前記継ぎ部材１５は、上斜材１３の他端１３ｂと、下斜材１４の他端１４ｂとを継いで第２の柱材１２と平行に上下にのびている。図４に示されるように、本実施形態の継ぎ部材１５は、溝部を第２の柱材１２側に向けた溝型の枠材１５ａと、この枠材１５ａの上端に溶着されることにより継ぎ部材１５の上端面Ｕをなす上板１５ｂと、枠材１５ａの下端に溶着されることにより継ぎ部材１５の下端面Ｄをなす下板１５ｃとで構成される。また、前記上板１５ｂ及び下板１５ｃには、上下の受け金物７、８にそれぞれ設けられた透孔９と同心に揃えられる透孔１６が形成される。なお、継ぎ部材１５の上端面Ｕ及び下端面Ｄも、実質的に平坦な水平面として形成される。

また、図５に示されるように、本実施形態において、継ぎ部材１５の前記上端面Ｕから下端面Ｄまでの垂直長さｈは、前記上、下の受け金物７、８の第１取付面１０と第２取付面１１との間の垂直方向の間隙の高さＨと実質的に同一か、これよりもわずかに小さく形成されている。

前記ボルト６は、上側ボルト６Ａ及び下側ボルト６Ｂからなる。上側ボルト６Ａは、継ぎ部材１５の上板１５ｂと上の受け金物７とを締結する。また、下側ボルト６Ｂは、継ぎ部材１５の下板１５ｃと下の受け金物８とを締結する。各ボルト６Ａ、６Ｂは、それぞれ受け金物側から透孔９及び１６に挿入され、継ぎ部材１５の内側に溶着されたナットに螺着される。なお、本実施形態のボルト６Ａ、６Ｂには、安価ないわゆる中ボルトを用いることができる。

以上のように構成された耐力フレーム１を用いた建築物の施工方法の一例について述べる。先ず、図１０（ａ）に示されるように、基礎２上に第１の柱材４が固定される。また、第１の柱材４の上端にはコーナ金物Ｃを介して梁３が固定される。これにより、１階の軸組構造体Ｆ１の一部が構築される。

次に、図１０（ｂ）に示されるように、第１の柱材４の上、下の受け金物７、８間に、三角フレーム体５の継ぎ部材１５が、上側ボルト６Ａ及び下側ボルト６Ｂを用いて固定される。また、三角フレーム体５の第２の柱材１２の上端及び下端は、それぞれ前記基礎２及び梁３に固定される。これにより、三角フレーム体５の第２の柱材１２が、前記上下空間Ｓに建て込まれる。

このような耐力フレーム１は、三角フレーム体５の継ぎ部材１５の上端面Ｕ及び下端面Ｄは、それぞれ水平な第１、第２取付面１０、１１と面接触して上側ボルト６Ａ及び下側ボルト６Ｂで固定される。

以上のような耐力フレーム１では、図１０（ｂ）、（ｃ）に示されるように、軸組構造体Ｆ１に水平荷重Ａ又はＢが作用した場合、第１の柱材４に対して、三角フレーム体５は相対的に上下に変位するので、第１の柱材４と、三角フレーム体５とは、軸組構造体Ｆ１に作用する水平荷重を水平な前記第１、第２の取付面１０、１１の面圧方向で受けることができる。これは、垂直面で軸組構造体の水平荷重を受ける場合に比べて、接合面に作用するせん断力を大幅に減じることができ、両部材４、５の位置固定をより確実とし接合面での滑りによる位置ずれを確実に防止できる。また、上記面圧方向で水平荷重を受ける結果、ボルト６Ａ、６Ｂに、標準的な中ボルトなどを用いた場合でも、その折損等を効果的に防止でき低コストで軸組構造体Ｆ１の耐久性をも向上しうる。

なお、上記実施形態では、主として１階の軸組構造体Ｆ１を中心に説明したが、本実施形態の耐力フレーム１は、２階以上の階上の軸組構造体にも適用することができるのは言うまでもない。

１耐力フレーム
２基礎
３梁
４第１の柱材
５三角フレーム体
６ボルト
６Ａ上側ボルト
６Ｂ下側ボルト
７上の受け金物
８下の受け金物
１０第１取付面
１１第２取付面
１２第２の柱材
１３上斜材
１４下斜材
１５継ぎ部材
２０アンボンドブレース

Claims

基礎とその上をのびる梁との間の上下空間、又は上下の梁間の上下空間に架設される耐力フレームの構造であって、
前記上下空間をのびる第１の柱材と、前記第１の柱材に向かって凸となる略三角形状の三角フレーム体とをボルトにて結合することにより形成され、
前記第１の柱材は、その長さ方向の略中央部に、側方に突出しかつ下面が水平な第１取付面をなす上の受け金物と、該上の受け金物の前記第１取付面と向き合いかつその下方に位置する水平な第２取付面を有する下の受け金物とを具え、
前記三角フレーム体は、前記第１の柱材と平行に前記上下空間をのびる第２の柱材と、一端がこの第２の柱材の上端側に固定されかつ他端側が第１の柱材に向かって下降する傾斜を有する上斜材と、一端が第２の柱材の下端側に固定されかつ他端側が第１の柱材に向かって上昇する傾斜を有する下斜材と、前記上斜材の他端と前記下斜材の他端とを継ぐ継ぎ部材とを含み、
前記ボルトは、互いに向き合わせて配した前記継ぎ部材の上端面と前記上の受け金物の第１取付面とを締結する上側ボルトと、
互いに向き合わせて配した前記継ぎ部材の下端面と前記下の受け金物の第２取付面との間を締結する下側ボルトとを含むことを特徴とする耐力フレームの構造。
前記上斜材及び下斜材が、アンボンドブレース材である請求項１記載の耐力フレームの構造