JP5714391B2 - 制振耐力壁パネル - Google Patents

Description

この発明は、戸建て住宅や、その他の各種の建物に用いられる紡錘形履歴特性を持つ制振耐力壁パネルに関する。

従来の制振耐力壁パネルとして、以下に挙げるようなものがある。
・一般的なラーメン構造の制振耐力壁パネル。
・梯子型の制振耐力壁パネル。
・粘弾性体をダンパーとして用いた制振耐力壁パネル。
・高減衰ゴムをダンパーとして用いた制振耐力壁パネル。
・極低降伏点鋼をダンパーとして用いた制振耐力壁パネル。
・オイルダンパーを用いた制振耐力壁パネル。
・Ｋ型ブレースをダンパーとして用いた制振耐力壁パネル。

特開２００１−１２１０５号公報

しかし、従来の制振耐力壁パネルでは、以下に挙げるような問題点がある。
（１） 変形性能が低い。
粘弾性体や極低降伏点鋼をダンパーとして用いた制振耐力壁パネルでは、ダンパーを大量に用いれば変形性能は向上するが、現実的なコストを考慮すると、層間変形角１／１５まで変形させるのは困難である。
（２） パネルの縦枠材に曲げが入ってしまう。
Ｋ型ブレースをダンパーとして用いた制振耐力壁パネルや梯子型の制振耐力壁パネルでは、パネルの縦枠材に曲げ荷重がかかってしまう。
（３） ブレース角度が急になると、部材断面が大きくなる。
ブレース材にかかる軸力が大きくなると、座屈防止のためにブレース材の断面を大きくしなければならない。そのため、ブレース角度は緩くしておかなければならない。

この発明の目的は、層間変形に対して十分に高い変形性能が得られ、パネルの縦枠材に曲げが生じる問題がなく、かつブレースにかかる軸力を抑えてブレースの断面を小さくできる制振耐力壁パネルを提供することである。

この発明の制振耐力壁パネルは、長方形に枠組みされたパネル外周フレームと、このパネル外周フレームの４隅のうちの各対角線方向に対向する隅部間に接合されて互いにＸ字状に交差する２本のブレースとを備えた制振耐力壁パネルにおいて、前記２本のブレースを交差部でそれぞれ上側ブレース材と下側ブレース材とに分断して、これら４本のブレース材間にダンパー装置を介在させたものである。ダンパー装置は、コの字形ないし半円状の屈曲または湾曲形状に形成されて互いに凹み側が対向する左右一対の変形用鋼材と、この一対の変形用鋼材の凹み側面の中央部間を繋ぐ水平材とでなり、前記各変形用鋼材の上面および下面を、互いに同じ側方位置にあって上下に並ぶ上側ブレース材の下端と下側ブレース材の上端とにそれぞれ接合する。

この構成によると、ブレース材の中間に介在させたダンパー装置が、縦せん断型の鋼材ダンパーによるエキルギー吸収機構として機能する。すなわち、前記ダンパー装置が、屈曲ないし湾曲形状の一対の変形用鋼材と、それを繋ぐ水平材とで構成されるため、変形用鋼材の塑性変形により、または水平材の塑性変形と変形用鋼材の弾性変形とにより、震動のエネルギーを吸収できる。耐力や剛性は、変形用鋼材の上下幅や左右幅の寸法、板厚、壁厚み方向幅、および水平材の幅や厚さによって自由に設計でき、水平材を長くすることなどで、層間変形に対して十分に大きな変形性能を確保することができる。ダンパー装置を介在させるブレースは、長方形のパネル外周フレームの４隅に接合し、対角線方向にＸ字状に配置するため、パネル外周フレームの縦枠材には軸力のみが作用し、曲げ荷重がかからない。そのため、縦枠材に曲げが生じる問題がない。またブレースはパネル外周フレームの対角線に沿う角度に配置されるため、ダンパー装置を備えながら、ブレースの立ち角度を緩くでき、ブレースにかかる軸力を最小限に抑えることができる。そのため、ブレースの断面を小さくできる。ブレース材の立ち角度が垂直に近い急角度であると、ブレースにかかる軸力が大きくなり、座屈防止のために断面を大きくしたり座屈拘束を設けることが必要になるが、上記Ｘ字状配置とすることで、このような必要性がなくせる。
ブレースの断面を小さくでき、座屈拘束の不要なことや、ダンパー装置の寸法を適宜設計して必要なエキルギー吸収を可能とできることなどから、この制振耐力壁パネルを従来の一般の外壁パネル等と同じ壁パネル厚さとでき、従来の外壁パネルと同様の施工を行うことも可能である。

この制振耐力壁パネルにおいて、前記各変形用鋼材に、曲げを誘発する孔を設けても良い。この構成の場合、制振耐力壁パネルの変形時において各変形用鋼材の塑性変形が誘発されるので、より高い変形性能が得られる。

この制振耐力壁パネルにおいて、前記各変形用鋼材の前記水平材が接合された部分に対する上側部分と下側部分とを相互に接合する補強材を設けても良い。
このように、各変形用鋼材の上側部分と下側部分とを補強材で相互に接合することにより、層間変形時においても変形用鋼材の形状を補強材で保持し、エネルギー吸収のために変形させる箇所、例えば変形用鋼材における水平材の接合部付近や水平材の全体などに、適切な変形を生じさせ、効果的にエネルギー吸収を行わせることができる。

この発明の制振耐力壁パネルは、長方形に枠組みされたパネル外周フレームと、このパネル外周フレームの４隅のうちの各対角線方向に対向する隅部間に接合されて互いにＸ字状に交差する２本のブレースとを備えた制振耐力壁パネルにおいて、前記２本のブレースを交差部でそれぞれ上側ブレース材と下側ブレース材とに分断して、これら４本のブレース材間にダンパー装置を介在させ、このダンパー装置は、コの字形ないし半円状の屈曲または湾曲形状に形成されて互いに凹み側が対向する左右一対の変形用鋼材と、この一対の変形用鋼材の凹み側面の中央部間を繋ぐ水平材とでなり、前記各変形用鋼材の上面および下面を、互いに同じ側方位置にあって上下に並ぶ上側ブレース材の下端と下側ブレース材の上端とにそれぞれ接合したため、層間変形に対して十分に高い変形性能が得られ、パネルの縦枠材に曲げが生じる問題がなく、かつブレースにかかる軸力を抑えてブレースの断面を小さくすることができる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる制振耐力壁パネルの通常時の正面図、（Ｂ）は同制振耐力壁パネルの層間変形角１／１５変形時の正面図である。 （Ａ）は同制振耐力壁パネルにおけるダンパー装置の通常時の正面図、（Ｂ）は同ダンパー装置の変形時の正面図である。 この発明の他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルにおけるダンパー装置の変形時の正面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルの一部の通常時の正面図である。 （Ａ）は同制振耐力壁パネルを１Ｐ基準耐力壁パネルと比較して示す耐力試験結果のグラフ、（Ｂ）は同制振耐力壁パネルの耐力試験結果だけを示すグラフである。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルの一部の通常時の正面図、（Ｂ）は同制振耐力壁パネルの部分側面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルにおけるダンパー装置の変形時の正面図、（Ｂ）は同ダンパー装置の側面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルの一部の通常時の正面図である。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。この制振耐力壁パネルは、図１に示すように、上下の横枠材４，４と左右の縦枠材５，５とで長方形に枠組みされたパネル外周フレーム１と、このパネル外周フレーム１の４隅のうちの各対角線方向に対向する隅部間に接合されて互いにＸ字状に交差する２本のブレース２，２とを備える。なお、この制振耐力壁パネルは、戸建て住宅等の建物における外壁パネルまたは間仕切りパネルとなる壁パネルであるが、同図では、パネル外装面材を省略して図示している。パネル外周フレーム１を構成する横枠材４および縦枠材５は、住宅用の一般的な耐力壁パネルの場合と同様の溝形鋼（寸法：６０×５０×３．２）からなる。２本のブレース２，２は、それらの交差部で、それぞれ上側ブレース材２ａと下側ブレース材２ｂとに分断して、これら４本のブレース材２ａ，２ａ，２ｂ，２ｂ間にダンパー装置３が介在させてある。ブレース材２は例えば角形鋼管（寸法：６０×３０×３．２）からなる。

ダンパー装置３は、図２に拡大して示すように、コの字形の屈曲形状に形成されて互いに凹み側が対向する左右一対の変形用鋼材６，６と、この一対の変形用鋼材６，６のウェブ部側面となる凹み側面の中央部間を繋ぐ水平材７とでなる。変形用鋼材６は、例えば角形鋼管（寸法：２５０×２５０×６）の寸断片を２分割した両分割材等からなる。水平材７は、例えばＦＢ−４４＊１２などの平鋼からなる。各変形用鋼材６の上面および下面は、互いに同じ側方位置にあって上下に並ぶ上側ブレース材２ａの下端と、下側ブレース材２ｂの上端とにそれぞれ接合してある。変形用鋼材６における上側ブレース材２ａおよび下側ブレース材２ｂとの接合箇所は、変形用鋼材６の上面および下面における開口側の端、つまりウェブと反対側の端部である。変形用鋼材６と水平材７との接合、および変形用鋼材６と各上側ブレース材２ａ，下側ブレース材２ｂとの接合は、溶接等で行っている。

図１（Ａ）は前記制振耐力壁パネルの通常時の正面図を、図１（Ｂ）はその層間変形角１／１５変形時の正面図をそれぞれ示す。また、図２（Ａ）はダンパー装置３の正常時の正面図を、図２（Ｂ）は変形時の正面図をそれぞれ示す。このダンパー装置３は縦せん断型のダンパー機構を構成しており、変形時に一対の変形用鋼材６，６が互いに上下にずれることで、図２（Ｂ）における○で囲んだ部分（変形用鋼材６の水平材７との接続部と非接続部との境界付近）に塑性変形が生じ、この塑性変形により外から加わるエネルギーを吸収する。耐力や剛性は、変形用鋼材６の上下幅や左右幅の寸法（変形用鋼材６に用いる角パイプの径）、板厚、壁厚み方向の幅、および水平材７の幅や厚さによって自由に設計でき、水平材７を長くすることなどで、層間変形に対して十分に大きな変形性能を確保することができる。

このように、ダンパー装置３によりエネルギー吸収が行われる。また、ダンパー装置３を介在させるブレース２は、長方形のパネル外周フレーム１の４隅に接合し、対角線方向にＸ字状に配置する。これにより、パネル外周フレーム１の縦枠材５には軸力のみが加わり、できるだけ曲げ荷重がかからない構造とすることができる。そのため、Ｋ形ブレースのように縦枠材５に曲げが生じる問題がない。

また、ブレース２はパネル外周フレーム１の対角線に沿う角度に配置されるため、Ｋ型配置のブレース等と異なり、ダンパー装置３を備えながら、ブレース２の立ち角度を緩くでき、ブレース２にかかる軸力を最小限に抑えることができる。そのため、ブレース２の断面を小さくできる。ブレース２の立ち角度が垂直に近い急角度であると、ブレース２にかかる軸力が大きくなり、座屈防止のために断面を大きくしたり座屈拘束を設けることが必要になるが、上記Ｘ字状配置とすることで、このような必要性がなくせる。

ブレース２の断面を小さくでき、座屈拘束の不要なことや、ダンパー装置３の寸法を適宜設計して必要なエキルギー吸収を可能とできることなどから、この制振耐力壁パネルを従来の一般の外壁パネル等と同じ壁パネル厚さとでき、例えば壁厚６０mmに収めることができ、従来の外壁パネルと同様の施工を行うことも可能である。
ダンパー装置３は、各接合部で必要な溶接長さも、従来の一般的なダンパー装置に比べて比較的に短くできる。ダンパー装置３は、構成が簡素であって、使用材料についても、一般的な鋼材で済み、極低降伏点鋼等の特殊な材料が不要であるため、この制振耐力壁パネルは、従来の制振耐力壁パネルに比べて安価に製作可能である。

この制振耐力壁パネルは、このように、層間変形に対して十分に高い変形性能が得られ、縦枠材５に曲げが生じる問題がなく、かつブレース２にかかる軸力を抑えてブレースの断面を小さくでき、また安価に製作可能である。

なお、前記第１の実施形態の制振耐力壁パネルにおいて、図３のように、ダンパー装置３における水平材７の強度を変形用鋼材６に対して相対的に弱くし、水平材７の塑性変形によるエネルギー吸収を行なうようにしても良い。この場合、変形用鋼材６も弾性範囲内で変形させ、層間変形角１／１５変形を確保するのに寄与させるのが望ましい。

図４は、この発明の他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルの部分正面図を示す。この実施形態では、図１および図２で示す実施形態の場合のダンパー装置３における各変形用鋼材６において、水平材７が接合された部分に対する上側部分と下側部分とを相互に連結する補強材８をそれぞれを設けている。補強材８の両端と変形用鋼材６との接合は、溶接等で行う。補強材８は例えば厚み３．２ｍｍの鋼板からなる。その他の構成は図１および図２に示す第１の実施形態、または図３に示す実施形態と同様である。

このように、ダンパー装置３の各変形用鋼材６において、上側部分と下側部分とをそれぞれ補強材８で相互に接合することにより、制振耐力壁パネルの変形時においても変形用鋼材６の形状を補強材８で保持することができる。これにより、変形用鋼材６の無用な変形な防止し、変形用鋼材６の適切な変形によるエネルギー吸収機能を確保することができる。

図５（Ａ）は図４の実施形態の制振耐力壁パネルの耐力試験結と基準耐力壁パネルの耐力試験結果とを比較して示すグラフであり、図５（Ｂ）は同制振耐力壁パネルの耐力試験結果だけを示すグラフである。実施形態の制振耐力壁パネルおよび基準耐力壁パネルは、いずれも１Ｐ幅（Ｐはモジュールを示し、例えば９１０mm）である。この試験結果から、実施形態の制振耐力壁パネルが紡錘形履歴の耐力特性を持ち、優れた制振機能が得られることがわかる。

図６は、この発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルを示す。この実施形態では、図４で示す実施形態において、図６（Ｂ）に側面図で示すように、ダンパー装置３における各変形用鋼材６に、塑性曲げを誘発する孔径φ１３の孔９を上下に並べて複数設けている。孔９は、各変形用鋼材６における凹み側面の背面側の水平材７の接合部相当位置から上下に若干離れた位置に設けられる。その他の構成は図４に示す実施形態の場合と同様である。

このように、ダンパー装置３の各変形用鋼材６に塑性曲げを誘発する孔９を設けることにより、制振耐力壁パネルの変形時において各変形用鋼材６の塑性変形が誘発されるので、より高い変形性能が得られる。

図７は、この発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルにおけるダンパー装置の部分を示す。この実施形態では、図４で示す実施形態において、図７（Ａ）に正面図で示すように、ダンパー装置３における各変形用鋼材６を半円状の湾曲形状に形成している。この変形用鋼材６は、例えば丸パイプの寸断片を２分割した両分割材等からなる。また、図７（Ｂ）に側面図で示すように、各変形用鋼材６における凹み側面の背面側の水平材７の接合部相当位置から上下に若干離れた各位置には、それぞれ塑性曲げを誘発する複数の孔９をそれぞれ設けている。その他の構成は図４に示す実施形態と同様である。

図８は、この発明のさらに他の実施形態にかかる制振耐力壁パネルのダンパー装置の正面図を示す。この実施形態では、図１および図２で示す第１の実施形態において、ダンパー装置３における各変形用鋼材６の凹み側面の上下の各隅部に三角形の板状の補強材１２をそれぞれ設けている。その他の構成は図１および図２に示す実施形態の場合と略同様である。

このように、ダンパー装置３の各変形用鋼材６の凹み側面の上下の各隅部に三角形の補強材１２をそれぞれ設けることにより、制振耐力壁パネルの変形時においても変形用鋼材６の形状を補強材１２で保持することができる。

１…パネル外周フレーム
２…ブレース
２ａ…上側ブレース材
２ｂ…下側ブレース材
３…ダンパー装置
４…横枠材
５…縦枠材
６…変形用鋼材
７…水平材

Claims (3)

1. 長方形に枠組みされたパネル外周フレームと、このパネル外周フレームの４隅のうちの各対角線方向に対向する隅部間に接合されて互いにＸ字状に交差する２本のブレースとを備えた制振耐力壁パネルにおいて、
   前記２本のブレースを交差部でそれぞれ上側ブレース材と下側ブレース材とに分断して、これら４本のブレース材間にダンパー装置を介在させ、
   このダンパー装置は、コの字形ないし半円状の屈曲または湾曲形状に形成されて互いに凹み側が対向する左右一対の変形用鋼材と、この一対の変形用鋼材の凹み側面の中央部間を繋ぐ水平材とでなり、前記各変形用鋼材の上面および下面を、互いに同じ側方位置にあって上下に並ぶ上側ブレース材の下端と下側ブレース材の上端とにそれぞれ接合したことを特徴とする制振耐力壁パネル。
2. 請求項１において、前記各変形用鋼材に、曲げを誘発する孔を設けた制振耐力壁パネル。
3. 請求項１または請求項２において、前記各変形用鋼材の前記水平材が接合された部分に対する上側部分と下側部分とを相互に接合する補強材を設けた制振耐力壁パネル。

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