JP6404019B2 - 耐力壁フレームおよび耐力壁フレーム使用建物 - Google Patents

Description

この発明は、鉄骨系等の建物に適用され、高さ方向の中間部に窓用の空間部を有する耐力壁フレームおよび耐力壁フレーム使用建物に関する。

窓用の開口部を設けることが可能な耐力壁フレームとして、図１２に示すように、隣合う一対の柱２間にはしご形の耐力ユニット３を架け渡して設けた構成が知られている（例えば特許文献１）。はしご形の耐力ユニット３は、上下に離れた一対の横桟４，５と、これら上下の横桟４，５に上下両端がそれぞれ接合された複数の縦桟６とでなり、これら複数の縦桟６がせん断力負担部材として機能する。

上記はしご形の耐力ユニット３を備えた耐力壁フレーム１は、地震等により建物に作用する水平力が、両側の柱２から耐力ユニット３の上下の横桟４，５に伝わり、せん断力負担部材である複数の縦桟６により前記水平力が負担されるため、水平力に抵抗する架構を構成する。また、耐力ユニット３の複数の縦桟６および上下の横桟４，５、並びに左右の柱２からなる耐力壁フレーム１の全体に応力が分散するため、変形能力が高くてねばり強い架構となる。これらのことから、建物に優れた耐震性能を与えることができる。

耐力ユニット３が左右の柱２間に横方向に延びて設けられるため、上下の耐力ユニット３間に、左右の柱２間に亘る幅の広い開口部１０を設けることができる。しかも、この耐力壁フレーム１は、前記のように応力が分散して支持されるため、左右の柱２間の幅が広くても適用することができる。

また、同特許文献１には、開口部の位置や大きさが異なる耐力壁フレームを、同じ仕様の耐力ユニットの設置位置や設置個数を異ならせることで構成した例が提案されている。

特開２０１４−０６６０６４号公報 特開２０１４−０４７４６９号公報 特開２０１３−１４４９０９号公報 特開２００５−３２５６３７号公報

特許文献１では、はしご形の耐力ユニットを備えた耐力壁フレームの例（同文献の図７、図１２〜図１９）のいずれについても、１つの耐力フレームに設けられる複数の耐力ユニットがすべて同じ仕様である。各耐力ユニットの仕様が同じであると、１棟の建物に開口部の上下寸法や上下位置が互いに異なる複数の耐力壁フレームを設ける場合、それぞれの耐力壁フレームで構造性能値（剛性等）を揃えるのが難しい。適切な設計を行わなければ、開口部の種類に対してその種類だけの構造性能値を持つ耐力壁フレームとなる。各耐力壁フレームで構造性能値が異なっていると、建物全体の構造計算が煩雑となる。開口部の種類だけ耐力壁フレームの構造性能値を持てば、耐力壁フレームの種類が多くなり、構造計画上煩雑となる。

この発明の目的は、窓用の開口部の上下寸法や上下位置が違っていても構造性能値を同じにすることができる耐力壁フレームを提供することである。
この発明の他の目的は、外壁が耐力壁フレームからなる部屋ごとに窓の大きさや高さを異ならせることができる耐力壁フレーム使用建物を提供することである。

この発明の耐力壁フレームは、隣合う一対の柱に上下に並ぶ複数の耐力ユニットの各両端が接合され、前記複数の耐力ユニットのうちのいずれか２つの耐力ユニット間に窓用の開口部が形成された耐力壁フレームであって、前記２つの耐力ユニットは、いずれも上下に離れた一対の横桟と、これら上下の横桟間に介在するせん断負担部材とを有し、かつ互いに前記一対の横桟間の上下高さが異なり、前記各耐力ユニットは、いずれも前記横桟の両端がそれぞれ前記隣合う一対の柱に直接に接合されている、ことを特徴とする。

この構成によると、地震等により建物に作用する水平力が、両側の柱から耐力ユニットの上下の横桟に伝わり、上下の横桟間に介在するせん断力負担部材により前記水平力が負担されるため、水平力に抵抗する架構を構成できる。また、耐力ユニットのせん断力負担部材および上下の横桟、並びに左右の柱からなる耐力壁フレームの全体に応力が分散するため、変形能力が高くてねばり強い架構を構成できる。これらのことから、建物に優れた耐震性能を与えることができる。

開口部の上下両側に配置される２つの耐力ユニットとして、開口部の上下寸法や上下位置の違いに応じて、互いに一対の横桟間の上下高さが異なる適正な耐力ユニットをそれぞれ選択することにより、１棟の建物に設けられる複数の耐力フレームの開口部の上下寸法や上下位置が互いに違っていても、各耐力壁フレームの各構造性能値を揃えることができる。それにより、建物全体の構造計算が簡略になる。

この発明において、前記耐力ユニットは、前記上下に離れた一対の横桟と、これら横桟間に長手方向の複数箇所でそれぞれ接合されて前記せん断負担部材となる複数の縦桟とでなるはしご形であっても良い。
前記耐力ユニットが複数の縦桟を有するはしご形であると、これら複数の縦桟で分担してせん断力を負担するため、応力が分散し、塑性変形能力が向上して、より一層ねばり強い架構を構成できる。

この発明において、前記開口部の上側に配置される前記耐力ユニットの数および下側に配置される前記耐力ユニットの数のうちのいずれか一方または両方が複数であっても良い。
この場合、開口部の上下寸法や上下位置の違いに応じて、開口部の上側と下側にそれぞれ配置される耐力ユニットの仕様、数、並び順等の適正な組み合わせを選択することにより、１棟の建物に設けられる複数の耐力壁フレームの各構造性能値をより一層揃え易くなる。

この発明の耐力壁フレーム使用建物は、前記耐力壁フレームを複数備え、前記耐力壁フレームとして、互いに前記開口部の上下寸法および上下位置のいずれか一方または両方が異なり、かつ同じ構造性能値を持つ複数の仕様の耐力壁フレームを含む。
１棟の建物に複数の仕様の耐力壁フレームを設けることで、外壁が耐力壁フレームからなる部屋ごとに窓の大きさや高さを異ならせることができ、各部屋の使用目的に応じて多様な建物設計をすることができる。

この発明の耐力壁フレームは、隣合う一対の柱に上下に並ぶ複数の耐力ユニットの各両端が接合され、前記複数の耐力ユニットのうちのいずれか２つの耐力ユニット間に窓用の開口部が形成された耐力壁フレームであって、前記２つの耐力ユニットは、いずれも上下に離れた一対の横桟と、これら上下の横桟間に介在するせん断負担部材とを有し、かつ互いに前記一対の横桟間の上下高さが異なり、前記各耐力ユニットは、いずれも前記横桟の両端がそれぞれ前記隣合う一対の柱に直接に接合されているため、窓用の開口部の上下寸法や上下位置が違っていても構造性能値を同じにすることができる。

この発明の耐力壁フレーム使用建物は、前記耐力壁フレームを複数備えた建物であって、前記耐力壁フレームとして、互いに前記開口部の上下寸法および上下位置のいずれか一方または両方が異なり、かつ同じ構造性能値を持つ複数の仕様の耐力壁フレームを含むため、外壁が耐力壁フレームからなる部屋ごとに窓の大きさや高さを異ならせることができる。

この発明の一実施形態にかかる耐力壁フレームの正面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同耐力壁フレームに用いられる互いに仕様が異なる各耐力ユニットの正面図である。 図２（Ａ）に示す耐力ユニットの部分平面図および部分分解斜視図である。 図２（Ｂ）に示す耐力ユニットの部分平面図および部分分解斜視図である。 図２（Ｃ）に示す耐力ユニットの部分平面図および部分分解斜視図である。 この発明の異なる実施形態にかかる耐力壁フレームの正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる耐力壁フレームの正面図である。 はしご形以外の耐力ユニットの例を示す正面図である。 はしご形以外の耐力ユニットの他の例を示す正面図である。 はしご形以外の耐力ユニットのさらに他の例を示す正面図である。 この発明の一実施形態にかかる耐力壁フレーム使用建物の概略構成図である。 従来の耐力ユニットを備えた耐力壁フレームの正面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態を示す。この耐力壁フレーム１は、隣合う柱２，２間に複数の耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃを高さ方向に並べて架設したものであり、下側の２つの耐力ユニット３Ａ，３Ｂと上側の１つの耐力ユニット３Ｃとの間に、窓用の開口部１０が設けられている。この開口部１０に設けられる窓は「腰窓」と呼ばれるもので、室内で立っている居住者の目線の高さに位置する。柱２は、建物の強度の負担をするいわゆる軸柱である。柱２は、角パイプまたはその他の形鋼からなる。各柱２は、上端が梁（図示せず）に接合され、下端が梁または基礎または土台（図示せず）に接合される。この耐力壁フレーム１は、例えば柱長さ２６３０ｍｍ、天井高２４００ｍｍの建物に適用される。

前記各耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃはいずれも、上下に離れた一対の横桟４，５と、これら上下の横桟４，５間に長手方向の複数箇所でそれぞれ接合された複数の縦桟６とでなる横向きのはしご形である。上下の横桟４，５の両端は、柱２に溶接またはボルト接合によって接合される。複数の縦桟６は、耐力壁フレーム１に過大な水平力等が作用した場合に、他の各部材よりも先に損傷するせん断力負担部材である。

図２は、耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃをそれぞれ個別に示す図である。各耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃは共にはしご形である点では共通するが、それぞれの上下の横桟４，５間の上下高さが異なる点で互いに別仕様となっている。例えば、耐力ユニット３Ａの横桟４，５間の上下高さは１５０ｍｍであり、耐力ユニット３Ｂの同上下高さは２５０ｍｍであり、耐力ユニット３Ｃの同上下高さは３７５ｍｍである。

各耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの詳細について個別に説明する。
＜耐力ユニット３Ａ＞
図２（Ａ）および図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、上下の横桟４，５は角形鋼管からなり、各縦桟６は溝形鋼からなる。溝形鋼からなる縦桟６の上下両端部は、フランジ部６ｂが全幅に亘って切り欠かれていて、ウェブ部６ａは残されている。縦桟６のフランジ部６ｂにおける切欠きの縁となるフランジ部６ｂの上下の端縁を横桟４の下面および横桟５の上面にそれぞれ突き合わせて接合し、かつフランジ部６ｂよりも上下に突出したウェブ部６ａの突出部６ａａを横桟４，５の側面に接合することにより、縦桟６と横桟４，５とを接合している。縦桟６のウェブ部６ａには、耐力低下用の孔７が１箇所に設けてある。

＜耐力ユニット３Ｂ＞
図２（Ｂ）および図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、耐力ユニット３Ｂの縦桟６の上下寸法が耐力ユニット３Ａの縦桟６の上下寸法よりも長いことを除けば、耐力ユニット３Ｂは、耐力ユニット３Ａと同じ構成である。縦桟６のウェブ部６ａには、耐力低下用の孔７が長手方向に並んで２箇所に設けてある。

＜耐力ユニット３Ｃ＞
図２（Ｃ）および図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記耐力ユニット３Ａ，３Ｂと同様に、上下の横桟４，５は角形鋼管からなり、各縦桟６は溝形鋼からなる。縦桟６は、ウェブ部６ａの外面を横桟４，５の壁外向きの側面と同一平面に配置し、縦桟６よりも壁幅方向に若干幅広の接合プレート８を縦桟６の端部と横桟４，５の壁外向きの側面とに跨って重ねて、これら縦桟６と横桟４，５とに接合している。縦桟６のウェブ部６ａには、耐力低下用の孔７が、接合プレート８と重ならない範囲で長手方向に並んで２箇所に設けてある。

この構成の耐力壁フレーム１は、各耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃが複数の縦桟６を有するはしご形であるため、これら複数の縦桟６で分担してせん断力を負担する。そのため、応力が分散し、塑性変形能力が向上して、ねばり強い架構を構成できる。このように、はしご形の耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃを上下方向に並べて配置することで、耐力壁に、両側の柱２，２間に亘る幅の広い開口部１０を設けることができ、かつ柱２，２間の幅が広い場合にも適用できる構成としながら、はしご形の利点である応力分散の作用が得られる。

また、この例では、せん断力負担部材である縦桟６に孔７を形成することによって弱くしてあるため、地震等によって過大な水平力が作用した場合に、縦桟６が先に破断して柱２や梁（図示せず）は健全な状態を保てる。縦桟６に形成される孔７の数は、縦桟６の上下長さに応じて決定される。

このようなはしご形の耐力ユニットでは、一般に、縦桟６の水平断面形状が同じであれば、横桟４，５間の上下高さが高いほど、耐力ユニットとしての曲げ変形が大きく、かつせん断変形が小さい。上記各耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃを比較した場合、互いに縦桟６と横桟４，５との接合部の構成が少し異なるが前記一般論が適用され、耐力ユニット３Ａ、耐力ユニット３Ｂ、耐力ユニット３Ｃの順に、曲げ変形が大きく、かつせん断変形が小さくなる。この特性を利用して、希望する開口部１０の上下寸法や上下位置に合わせて、各耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの組み合わせ、数、および配置を変えて耐力壁フレーム１を構成することにより、要求される構造性能値とすることが可能である。

図６および図７は、耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの組み合わせ、数、および配置を変えた耐力壁フレームを示す。
図６の耐力壁フレーム１は、上側の１つの耐力ユニット３Ａと下側の２つの耐力ユニット３Ｃ，３Ｃとの間に、窓用の開口部１０が設けられている。すなわち、開口部１０の上側と下側とに、互いに仕様が異なる２種類の耐力ユニット３Ａ，３Ｃが配置されている。図６の耐力壁フレーム１の開口部１０は、図１の耐力壁フレーム１の開口部１０よりも、少しだけ高さ位置が高く、上下寸法が小さいものとなる。この耐力壁フレーム１は、例えば前記同様の柱長さ２６３０ｍｍ、天井高２４００ｍｍの建物に適用される。

図７の耐力壁フレーム１は、上側の２つの耐力ユニット３Ｂ，３Ｂと下側の１つの耐力ユニット３Ｃとの間に、窓用の開口部１０が設けられている。また、下側の１つの耐力ユニット３Ｃのさらに下側に、隣合う柱２，２間に設けた横桟９が配置される。横桟９の両端は、柱２に溶接またはボルト接合によって接合される。この場合も、開口部１０の上側と下側とに、互いに仕様が異なる２種類の耐力ユニット３Ｂ，３Ｃが配置されている。図７の耐力壁フレーム１の開口部１０は、下端からの高さ位置、および上下寸法が図１の耐力壁フレーム１の開口部１０とほぼ同じとなる。この耐力壁フレーム１は、例えば柱長さ２９５０ｍｍ、天井高２７２０ｍｍの建物に適用される。

図１、図６、図７のいずれの耐力壁フレーム１についても、開口部１０の上側と下側とに、互いに一対の横桟４，５間の上下高さが異なる耐力ユニットを、適正な組み合わせ、数、および配置で設けることにより、１棟の建物に設けられる複数の耐力壁フレームの各構造性能値を揃えることができる。それにより、建物全体の構造計算が簡略になる。また、前記各耐力壁フレーム１のように、開口部１０の上側に配置される耐力ユニットの数および下側に配置される耐力ユニットの数のうちのいずれかまたは両方を複数とすると、開口部１０の上下寸法や上下位置の違いに応じて、開口部１０の上側と下側にそれぞれ配置される耐力ユニットの仕様、数、並び順等の適正な組み合わせを選択することにより、１棟の建物に設けられる複数の耐力壁フレームの各構造性能値をより一層揃え易くなる。

上記各実施形態の耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、せん断力負担部材を縦桟６としたが、せん断力負担部材は縦桟６以外のものからなっていても良い。
図８の例では、せん断力負担部材が、上下の横桟４，５にそれぞれ接合されて対向する支持部材２０，２１と、これら支持部材２０，２１間に接合されたせん断力負担主部材２２とでなる構成とされる。せん断力負担主部材２２は、極低降伏点鋼のパネル、または孔明きのスキンパネルとする。

図９の例では、せん断力負担部材が、上下の横桟４，５間にＸ字状に配置されてこれら横桟４，５に端部が接合された一対のブレース２３と縦桟２４とからなる。縦桟２４を省略してブレース２３だけとしても良い。せん断力負担部材としてブレース２３を設けた場合は、ブレース反力で横桟４，５に曲げモーメントが発生することにより、ある程度の震動エネルギーの吸収が見込める。

図１０の例では、せん断力負担部材が、上下の横桟４，５にそれぞれ接合されて壁厚方向に対面する一対の支持部材２５と、これら支持部材２５間に介在させた粘弾性材２６からなる粘弾性ダンパーからなる。せん断力負担部材を粘弾性ダンパーとした場合は、震動エネルギーの吸収の効果が得られる。

図１１は、この発明の耐力壁フレームを備えた耐力壁フレーム使用建物の一例を示す。この耐力壁フレーム使用建物３０は、２階建てであり、各階の両端の架構が耐力壁フレーム１とされている。これらの耐力壁フレーム１として、図１、図６、図７の各耐力壁フレーム１を任意に選択して採用することにより、外壁が耐力壁フレーム１からなる部屋ごとに窓３１の大きさや高さを異ならせることができ、各部屋の使用目的に応じて多様な建物設計をすることができる。

以上に説明した各耐力壁フレーム１はいずれも、柱２および耐力ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃが鋼材からなる鉄骨造であるが、この発明は木造の耐力壁フレームにも適用することができる。

１…耐力壁フレーム
２…柱
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…耐力ユニット
４…上の横桟
５…下の横桟
６…縦桟（せん断力負担部材）
２０，２１…支持部材（せん断力負担部材）
２２…せん断力負担主部材（せん断力負担部材）
２３…ブレース（せん断力負担部材）
２４…縦桟（せん断力負担部材）
２５…支持部材（せん断力負担部材）
２６…粘弾性材（せん断力負担部材）
３０…耐力壁フレーム使用建物

Claims (4)

1. 隣合う一対の柱に上下に並ぶ複数の耐力ユニットの各両端が接合され、前記複数の耐力ユニットのうちのいずれか２つの耐力ユニット間に窓用の開口部が形成された耐力壁フレームであって、
   前記２つの耐力ユニットは、いずれも上下に離れた一対の横桟と、これら上下の横桟間に介在するせん断負担部材とを有し、かつ互いに前記一対の横桟間の上下高さが異なり、 前記各耐力ユニットは、いずれも前記横桟の両端がそれぞれ前記隣合う一対の柱に直接に接合されている、ことを特徴とする耐力壁フレーム。
2. 請求項１に記載の耐力壁フレームにおいて、前記耐力ユニットは、前記上下に離れた一対の横桟と、これら横桟間に長手方向の複数箇所でそれぞれ接合されて前記せん断負担部材となる複数の縦桟とでなるはしご形である耐力壁フレーム。
3. 請求項１または請求項２に記載の耐力壁フレームにおいて、前記開口部の上側に配置される前記耐力ユニットの数および下側に配置される前記耐力ユニットの数のうちのいずれか一方または両方が複数である耐力壁フレーム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の耐力壁フレームを複数備えた建物であって、前記耐力壁フレームとして、互いに前記開口部の上下寸法および上下位置のいずれか一方または両方が異なり、かつ同じ構造性能値を持つ複数の仕様の耐力壁フレームを含む耐力壁フレーム使用建物。

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