JP6103697B2 - 耐力壁構造 - Google Patents

Description

本発明は、一対の柱体に弾塑性エネルギー吸収体を結合させた耐力壁構造に関する。

従来から、一対の柱体に弾塑性エネルギー吸収体を結合させることで、耐力壁構造を形成することが提案されている。

特許文献１に記載の構造では、弾塑性エネルギー吸収体として、左右の両端部が幅広であり且つ中央にくびれ部を形成したエネルギー吸収部を用いている。

特許文献２に記載の構造では、弾塑性エネルギー吸収体として、凹凸が鉛直方向に多数連続する波形鋼板を用い、この波形鋼板を、左右の柱体に結合させている。

特許第３２９４４９５号公報 特許第４４８５８７６号公報

特許文献１や特許文献２に記載の構造では、少ない鋼材量で高い剛性や耐力性能を発揮させることが難しく、特に、細幅の（一対の柱間の幅が小さいタイプの）耐力壁構造を形成するにあたって、少ない鋼材量で高い剛性や耐力性能を発揮させることが難しいという課題がある。

例えば、特許文献１に記載の構造では、エネルギー吸収部が中央にくびれ部を有する形状であるから、曲げ剛性やせん断剛性が比較的小さくなる。そのため、高い剛性や耐力性能を発揮させるには、このエネルギー吸収部を多数設置する必要がある。加えて、一つ一つのエネルギー吸収部の加工も複雑となるので、結果的に高コスト化を招くことになる。

特許文献２に記載の構造は、凹凸が鉛直方向に多数連続する波形鋼板を用いた構造であるから、特に鉛直方向の剛性や耐力が小さくなる。そのため、高い剛性や耐力性能を発揮させるには、この波形鋼板の板厚を大きく設ける必要がある。加えて、曲げ加工も多数必要になるので、結果的に高コスト化を招くことになる。

本発明は前記課題を解決するもので、コストを抑えながらも高い剛性や耐力性能を発揮させることのできる耐力壁構造を提供することを、目的とする。

前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備した耐力壁構造とする。

本発明は、水平方向に距離をあけて隣接する第一柱体及び第二柱体と、前記第一柱体と前記第二柱体に結合される弾塑性エネルギー吸収体と、前記第一柱体と前記第二柱体に結合される連結プレートとを備える。前記弾塑性エネルギー吸収体は、ハット形の水平断面を有し、その折り筋が鉛直方向となる姿勢で前記第一柱体と前記第二柱体の間に位置する鋼材である。

本発明において、前記第一柱体は、隣接する前記第二柱体に向けて突出する第一連結板を有し、前記第二柱体は、隣接する前記第一柱体に向けて突出する第二連結板を有し、前記弾塑性エネルギー吸収体と前記連結プレートは共に、前記第一連結板と前記第二連結板に結合される。前記連結プレートは、互いに反対側に位置する第一端部と第二端部を有し、前記第一端部と前記第一連結板とが一箇所においてボルト接合され、前記第二端部と前記第二連結板とが一箇所においてボルト接合される。

また、本発明においては、前記第一連結板に形成される第一ボルト孔と、前記第一ボルト孔に挿通される第一ボルトと、前記第二連結板に形成される第二ボルト孔と、前記第二ボルト孔に挿通される第二ボルトとを更に備え、前記第一ボルトによって、前記第一連結板と前記連結プレートとがボルト接合され、且つ、前記第一連結板と前記弾塑性エネルギー吸収体がボルト接合され、前記第二ボルトによって、前記第二連結板と前記連結プレートとがボルト接合され、且つ、前記第二連結板と前記弾塑性エネルギー吸収体がボルト接合されることが好ましい。

更に、前記第一ボルト孔は、鉛直方向に距離をあけて前記第一連結板に複数形成され、前記第二ボルト孔は、鉛直方向に距離をあけて前記第二連結板に複数形成されることが好ましい。

本発明は、第一柱体と第二柱体に結合される弾塑性エネルギー吸収体及び連結プレートを備え、この弾塑性エネルギー吸収体が、ハット形の水平断面を有し、折り筋が鉛直方向となる姿勢で位置する鋼材であるから、コストを抑えながらも高い剛性や耐力性能を発揮させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の耐力壁構造の正面図である。 同上の耐力壁構造の背面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 同上の耐力壁構造の要部斜視図である。 同上の耐力壁構造の変形時の要部背面図である。 同上の耐力壁構造の変形時の要部斜視図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の耐力壁構造の正面図であり、図２はこの耐力壁構造の背面図である。図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。図４はこの耐力壁構造の要部斜視図である。

本実施形態の耐力壁構造は、鉄骨軸組工法建築物で用いる細幅の耐力壁構造であって、角形鋼管を用いて形成した第一柱体１と、同じく角形鋼管を用いて形成した第二柱体２とを、共に鉛直方向１００に立設する。第一柱体１と第二柱体２とは、両者の柱心間隔が４５０ｍｍ以下となるように（即ち４５０ｍｍ以下の細幅の耐力壁構造となるように）、上下の梁体７に固定する。上下の梁体７の代わりにスラブを用い、第一柱体１と第二柱体２をスラブに固定させてもよいし、下の梁体７の代わりに基礎を用い、第一柱体１と第二柱体２を基礎に固定させてもよい。

ここでは、第一柱体１と第二柱体２が隣接する方向を左右方向２００とし、鉛直方向１００及び左右方向２００と直交する方向を前後方向３００とする。

第一柱体１には、左右方向２００を向く外面のうち第二柱体２を向く側の面上に、鉛直方向１００に長い第一連結板１１を固定させている。第一連結板１１は、前後方向３００を厚み方向とする鋼板であり、第二柱体２に向けて突出するように第一柱体１の略全長に亘って溶接している。

第一連結板１１には、鉛直方向１００に一定の距離をあけた多数の箇所（本実施形態では２５箇所）に、互いに同一の寸法形状で第一ボルト孔１１１を貫通形成している。第一ボルト孔１１１は、前後方向３００に貫通する孔である。

第二柱体２は、第一柱体１と同様の構造を有する。つまり、第二柱体２には、左右方向２００を向く外面のうち第一柱体１を向く側の面上に、鉛直方向１００に長い第二連結板２１を固定させている。第二連結板２１は、前後方向３００を厚み方向とする鋼板であり、第一柱体１に向けて突出するように第二柱体２の略全長に亘って溶接している。

第二連結板２１には、鉛直方向１００に一定の距離をあけた多数の箇所（本実施形態では２５箇所）に、互いに同一の寸法形状で第二ボルト孔２１１を貫通形成している。第二ボルト孔２１１は、前後方向３００に貫通する孔である。

図３に示すように、第一連結板１１と第二連結板２１とは、水平断面において一直線上に位置する。この第一連結板１１と第二連結板２１との間に、弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４を結合させる。

弾塑性エネルギー吸収体３は、図３や図４に示すように、ハット形の水平断面を有する鋼材であり、その折り筋３１が鉛直方向１００に沿った姿勢で結合される。

弾塑性エネルギー吸収体３は、水平断面がコ字型である中央部３２と、中央部３２の一方の端部からフランジ状に延出する第一フランジ部３３と、中央部３２の他方の端部からフランジ状に延出する第二フランジ部３４とを有する。第一フランジ部３３と第二フランジ部３４は、水平断面において一直線上に位置する。

折り筋３１は、コ字型である中央部３２と第一フランジ部３３との境界部分にて直角に凹んだ谷線のように一本形成され、中央部３２と第二フランジ部３４との境界部分においても、直角に凹んだ谷線のように一本形成される。また、コ字型である中央部３２においても、直角に突出した稜線のように二本形成される。折り筋３１は、弾塑性エネルギー吸収体３において四本形成されるが、いずれも鉛直方向１００に伸びるように位置する。

第一フランジ部３３には、鉛直方向１００に一定の距離をあけた複数の箇所（本実施形態では１０箇所）に、互いに同一の寸法形状で貫通孔３３１を形成している。貫通孔３３１は、第一フランジ部３３を前後方向３００に貫通する。

同様に、第二フランジ部３４には、鉛直方向１００に一定の距離をあけて位置する複数の箇所（本実施形態では１０箇所）に、同一の寸法形状で貫通孔３４１を形成している。貫通孔３４１は、第二フランジ部３４を前後方向３００に貫通する。

第一フランジ部３３が有する貫通孔３３１の数と、第二フランジ部３４が有する貫通孔３４１の数とは、同一である。また、第一フランジ部３３において貫通孔３３１を配置する間隔と、第二フランジ部３４において貫通孔３４１を配置する間隔と、第一連結板１１において第一ボルト孔１１１を配置する間隔と、第二連結板２１において第二ボルト孔２１１を配置する間隔とは、同一に設けている。

連結プレート４は、図２や図３に示すように、左右方向２００に長い板状の鋼材であり、左右方向２００の一方に第一端部４１を有し、左右方向２００の他方（即ち第一端部４１の反対側）に第二端部４２を有する。第一端部４１には、前後方向３００に貫通する貫通孔４１１を形成し、第二端部４２には、前後方向３００に貫通する貫通孔４２１を形成している。

弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４とは、第一ボルト５とこれに螺合する第一ナット８を介して、第一柱体１が有する第一連結板１１に結合する。同様に、弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４とは、第二ボルト６とこれに螺合する第二ナット９を介して、第二柱体２が有する第二連結板２１に結合する。

弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４は、第一連結板１１と第二連結板２１を挟んで表裏の位置で結合される。

ここで、第一連結板１１と第二連結板２１の前後方向３００を向く面のうち一方を「表面」とし、他方の面を「裏面」とする。弾塑性エネルギー吸収体３と第一連結板１１は、第一フランジ部３３を第一連結板１１の表面に当てた状態で、第一ボルト孔１１１と貫通孔３３１を前後方向３００に貫通する第一ボルト５及びこれに螺合する第一ナット８によって結合される。弾塑性エネルギー吸収体３と第二連結板２１は、第二フランジ部３４を第二連結板２１の表面に当てた状態で、第二ボルト孔２１１と貫通孔３４１を前後方向３００に貫通する第二ボルト６及びこれに螺合する第二ナット９によって結合される。

連結プレート４と第一連結板１１は、連結プレート４の第一端部４１を第一連結板１１の裏面に当てた状態で、第一ボルト孔１１１と貫通孔４１１を前後方向３００に貫通する第一ボルト５と、これに螺合する第一ナット８によって結合される。連結プレート４と第二連結板２１は、連結プレート４の第二端部４２を第二連結板２１の裏面に当てた状態で、第二ボルト孔２１１と貫通孔４２１を前後方向３００に貫通する第二ボルト６と、これに螺合する第二ナット９よって結合される。

連結プレート４の第一端部４１を第一連結板１１の裏面側に結合させる第一ボルト５及び第一ナット８は、第一連結板１１の表面側にて弾塑性エネルギー吸収体３を第一連結板１１に結合させる第一ボルト５及び第一ナット８を、共用したものである。即ち、図３に示すように、一本の第一ボルト５を弾塑性エネルギー吸収体３の貫通孔３３１、第一連結板１１の第一ボルト孔１１１、及び連結プレート４の貫通孔４１１に一直線状に通し、この第一ボルト５のヘッド部分と第一ナット８との間で、弾塑性エネルギー吸収体３の第一フランジ部３３、第一連結板１１、及び連結プレート４の第一端部４１を挟持固定する。

同様に、連結プレート４の第二端部４２を第二連結板２１の裏面側に結合させる第二ボルト６及び第二ナット９は、第二連結板２１の表面側にて弾塑性エネルギー吸収体３を第二連結板２１に結合させる第二ボルト６及び第二ナット９を、共用したものである。即ち、一本の第二ボルト６を弾塑性エネルギー吸収体３の貫通孔３４１、第二連結板２１の第二ボルト孔２１１、及び連結プレート４の貫通孔４２１に一直線状に通し、この第二ボルト６のヘッド部分と第二ナット９との間で、弾塑性エネルギー吸収体３の第二フランジ部３４、第二連結板２１、及び連結プレート４の第二端部４２を挟持固定する。

第一柱体１と第二柱体２との間には、弾塑性エネルギー吸収体３を、鉛直方向１００に距離をあけて複数配置している。そして、各弾塑性エネルギー吸収体３の裏側にあたる箇所に、連結プレート４を複数ずつ配置している。

具体的には、同一寸法形状の弾塑性エネルギー吸収体３を、鉛直方向１００に距離をあけて上下に二つ配置し、各弾塑性エネルギー吸収体３の裏側の上端部にあたる箇所と下端部にあたる箇所に、それぞれ同一寸法形状の連結プレート４を配置している。即ち、第一連結板１１と第二連結板２１の間において、連結プレート４を、鉛直方向１００に距離をあけた四箇所に配置している。

図５、図６には、本実施形態の耐力壁構造に地震のような振動を与えたときの挙動や変形を示している。上述したように、連結プレート４は、その第一端部４１を第一連結板１１と一箇所でボルト接合させ、第二端部４２を第二連結板２１と一箇所でボルト接合させたものである。そのため、地震のような振動を与えると、連結プレート４は両側のボルト接合箇所で回転しながら（図５中の矢印参照）、第一柱体１と第二柱体２の間の距離を略一定に保持する。これにより、弾塑性エネルギー吸収体３が不要な水平方向の変形を生じることが抑えられる。

他方、この構造によれば、弾塑性エネルギー吸収体３には鉛直方向１００の変形が作用しやすくなる。これに対して、弾塑性エネルギー吸収体３は鉛直方向１００に折り筋３１を有する鋼材であるから、鉛直方向１００の変形に対して大きな抵抗力を発揮する。

即ち、弾塑性エネルギー吸収体３は、折り筋３１が鉛直方向１００であることから、第一柱体１と第二柱体２の垂直方向１００の相対変位に対して大きな抵抗力を発揮することができ、しかも、コ字形である中央部３２が図６に示すように幾何学的に変形することで、大変形にも追従することができる。そのため、弾塑性エネルギー吸収体３は、面内方向での高い剛性、安定した耐力性能、変形追従性を発揮することができる構造となっている。

このように、本実施形態の耐力壁構造では、地震のような振動を与えたときに、面内方向の変形に対して、弾塑性エネルギー吸収体３が効率よく剛性、耐力性能を発揮する。加えて、本実施形態の耐力壁構造によれば、上階からの荷重は第一柱体１と第二柱体２がほぼ全て負担し、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４に作用することが防止される。

弾塑性エネルギー吸収体３は、地震のような振動を与えたときの第一柱体１と第二柱体２の鉛直方向１００の相対変位に抵抗するための部材として特化されるものであり、且つ、鉛直方向１００の変形に対して非常に大きな抵抗力を発揮する構造であるから、少ない鋼材量で高い剛性や耐力性能を発揮させることができる。しかも、弾塑性エネルギー吸収体３は断面ハット形であるから、鋼板を用いて成形するにあたっての加工も容易である。

したがって、本実施形態の耐力壁構造は、特に細幅の耐力壁構造を形成するにあたって、高い剛性や耐力性能を発揮させるために有利であることに加えて、コスト面や製造の容易性においても非常に有利な構造である。

第一ボルト５を通すための各孔（即ち、弾塑性エネルギー吸収体３の貫通孔３３１、第一連結板１１の第一ボルト孔１１１、及び連結プレート４の貫通孔４１１）は、第一ボルト５の軸径よりも１ｍｍ程度大きな直径で形成することが好ましい。同様に、第二ボルト６を通すための各孔（即ち、弾塑性エネルギー吸収体３の貫通孔３４１、第二連結板２１の第二ボルト孔２１１、及び連結プレート４の貫通孔４２１）は、第二ボルト６の軸径よりも１ｍｍ程度大きな直径で形成することが好ましい。これらの設定により、前記各孔の余裕分が建設時の調整代となり、特に、４５０ｍｍ以下の細幅の耐力壁構造においては十分な調整代を確保することが可能となる。

以上、説明したように、本実施形態の耐力壁構造は、左右方向２００に４５０ｍｍ以下の距離をあけて隣接する第一柱体１及び第二柱体２と、第一柱体１と第二柱体２に結合される弾塑性エネルギー吸収体３と、第一柱体１と第二柱体２に結合される連結プレート４とを備える細幅の耐力壁構造である。弾塑性エネルギー吸収体３は、ハット形の水平断面を有する鋼材である。弾塑性エネルギー吸収体３は、谷線状及び山線状の折り筋３１が鉛直方向１００に沿って位置する姿勢で第一柱体１と第二柱体２の間に位置する。

本実施形態の耐力壁構造においては、上階からの荷重は第一柱体１と第二柱体２が負担し、地震のような振動が与えられたときには、連結プレート４が、第一柱体１と第二柱体２の間を略一定に保持することによって、弾塑性エネルギー吸収体３に不要な水平方向の変形が生じることを抑えるとともに、鉛直方向１００に折り筋３１を有する弾塑性エネルギー吸収体３が、第一柱体１と第二柱体２の鉛直方向１００の相対変位に対して大きな抵抗力を発揮する。そのため、本実施形態の耐力壁構造によれば、少ない鋼材量で高い剛性や耐力性能を発揮させることができる。加えて、弾塑性エネルギー吸収体３は断面ハット状の形状であるから、加工も容易である。

また、本実施形態の耐力壁構造において、連結プレート４は、互いに反対側に位置する第一端部４１と第二端部４２を有する。第一端部４１と第一柱体１とが、一箇所においてボルト接合される。第二端部４２と第二柱体２とが、一箇所においてボルト接合される。

そのため、本実施形態の耐力壁構造によれば、地震のような振動が与えられたときに連結プレート４が両端のボルト接合部分で回転し、第一柱体１と第二柱体２との距離を略一定に保持しながら、面内方向の変形を高い自由度で確保する。そして、この面内方向の変形を弾塑性エネルギー吸収体３に吸収させるとともに、第一柱体１と第二柱体２の鉛直方向１００の相対変位に対する大きな抵抗力を、弾塑性エネルギー吸収体３に発揮させることができる。

また、本実施形態の耐力壁構造において、第一柱体１は、隣接する第二柱体２に向けて突出する第一連結板１１を有する。第二柱体２は、隣接する第一柱体１に向けて突出する第二連結板２１を有する。弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４は共に、第一連結板１１と第二連結板２１に結合される。

この第一連結板１１と第二連結板２１は、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４を取り付けるための取付構造として有効に機能するだけでなく、第一柱体１や第二柱体２を補強するための構造としても有効に機能する。

本実施形態の耐力壁構造は、第一連結板１１に形成される第一ボルト孔１１１と、第一ボルト孔１１１に挿通される第一ボルト５と、第二連結板２１に形成される第二ボルト孔２１１と、第二ボルト孔２１１に挿通される第二ボルト６とを更に備える。第一ボルト５によって、第一連結板１１と連結プレート４とがボルト接合され、且つ、第一連結板１１と弾塑性エネルギー吸収体３がボルト接合される。第二ボルト６によって、第二連結板２１と連結プレート４とがボルト接合され、且つ、第二連結板２１と弾塑性エネルギー吸収体３がボルト接合される。

これにより、共通の第一ボルト５を用いて、弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４を第一連結板１１に対して一体に結合させることができ、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４の着脱も容易である。

同様に、共通の第二ボルト６を用いて、弾塑性エネルギー吸収体３と連結プレート４を第二連結板２１に対して一体に結合させることができ、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４の着脱も容易である。

第一ボルト孔１１１は、鉛直方向１００に距離をあけて第一連結板１１に複数（ここでは２５個の多数）形成されている。第二ボルト孔２１１は、鉛直方向１００に距離をあけて第二連結板２１に複数（同じく２５個の多数）形成されている。

本実施形態の耐力壁構造によれば、これら多数の第一ボルト孔１１１のうち任意のものを利用して、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４をボルト接合させることで、多様な組み合わせで耐力壁構造を形成することができる。また、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４の組み替えも容易であり、弾塑性エネルギー吸収体３や連結プレート４に劣化や変形が生じた場合には、その部分だけを取り替えることも容易である。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更を行うことが可能である。

１ 第一柱体
１１ 第一連結板
１１１ 第一ボルト孔
２ 第二柱体
２１ 第二連結板
２１１ 第二ボルト孔
３ 弾塑性エネルギー吸収体
３１ 折り筋
４ 連結プレート
４１ 第一端部
４２ 第二端部
５ 第一ボルト
６ 第二ボルト
１００ 鉛直方向
２００ 左右方向
３００ 前後方向

Claims (3)

1. 水平方向に距離をあけて隣接する第一柱体及び第二柱体と、
   前記第一柱体と前記第二柱体に結合される弾塑性エネルギー吸収体と、
   前記第一柱体と前記第二柱体に結合される連結プレートとを備え、
   前記弾塑性エネルギー吸収体は、
   ハット形の水平断面を有し、その折り筋が鉛直方向となる姿勢で前記第一柱体と前記第二柱体の間に位置する鋼材であり、
   前記第一柱体は、隣接する前記第二柱体に向けて突出する第一連結板を有し、
   前記第二柱体は、隣接する前記第一柱体に向けて突出する第二連結板を有し、
   前記弾塑性エネルギー吸収体と前記連結プレートは共に、前記第一連結板と前記第二連結板に結合され、
   前記連結プレートは、互いに反対側に位置する第一端部と第二端部を有し、
   前記第一端部と前記第一連結板とが、一箇所においてボルト接合され、
   前記第二端部と前記第二連結板とが、一箇所においてボルト接合される
   ことを特徴とする耐力壁構造。
2. 前記第一連結板に形成される第一ボルト孔と、
   前記第一ボルト孔に挿通される第一ボルトと、
   前記第二連結板に形成される第二ボルト孔と、
   前記第二ボルト孔に挿通される第二ボルトとを更に備え、
   前記第一ボルトによって、
   前記第一連結板と前記連結プレートとがボルト接合され、且つ、前記第一連結板と前記弾塑性エネルギー吸収体がボルト接合され、
   前記第二ボルトによって、
   前記第二連結板と前記連結プレートとがボルト接合され、且つ、前記第二連結板と前記弾塑性エネルギー吸収体がボルト接合されることを特徴とする請求項１に記載の耐力壁構造。
3. 前記第一ボルト孔は、
   鉛直方向に距離をあけて前記第一連結板に複数形成され、
   前記第二ボルト孔は、
   鉛直方向に距離をあけて前記第二連結板に複数形成されることを特徴とする請求項２に記載の耐力壁構造。

Images