JP6823980B2 - 鋼製耐震壁、耐震壁付建物及び耐震壁付建物の施工方法 - Google Patents
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Description
鉄筋コンクリート造の壁構造は、強度と剛性の制御が難しく、所定の強度を保持しつつ変形能力を期待することが難しい。特に、高層建物や超高層建物において、鉄筋コンクリート耐震壁の設計や施工を行うことは容易ではない。さらに、コンクリート壁は非常に重く、構造物の躯体荷重が大きくなるという問題があった。
鋼板からなる耐震壁では、地震等が生じると、正面矩形状の鋼板の対角線上に位置する隅部同士に圧縮または引張する力が働く。平板からなる鋼板は圧縮に対する面外方向の剛性が弱いため、座屈することがある。
従来の鋼製耐震壁には、平板に比べて、せん断座屈長さが短いことに鑑み、波形鋼板を用いた壁がある(特許文献1)。
本発明では、鋼製耐震壁の周辺部領域を高強度化領域としたので、地震等によってせん断力が生ずる柱と耐震壁の接合部分、梁と耐震壁の接合部部分、また、地震等によって最も力が生じる対角線上にある部分の強度が大きいことにより、破壊を阻止できる。一方、鋼製耐震壁の高強度化領域以外の部分は高強度化領域より強度が小さい非高強度化領域であるため、地震等によって鋼製耐震壁に大きな力がかかった場合に、当該非高強度化領域で破壊が生じる。そのため、地震が生じても、鋼製耐震壁が座屈することが防止される。
本発明では、これらの構造用鋼からなり平板の一部を焼入れすることで、高強度部分と非高強度部分とからなる鋼製耐震壁が形成されることになる。
そのため、平板をそのまま利用できるので、波形鋼板を用いる場合に比べて、構造が簡易となる。そして、波形鋼板に比べて厚さ方向のスペースをとることが少ないから、鋼製耐震壁の運搬や施工が容易となる。
この構成では、高強度化領域は、隣り合う隅部高強度化部分の間に線状高強度化部分を備えているので、地震等によって、鋼製耐震壁の周辺部のうち柱あるいは梁の長手方向に沿った力(せん断力)が働いても、線状高強度化部分があることで、隣り合う隅部高強度化部分の間での座屈を防止できる。
この構成では第一パネル部を両側にそれぞれ配置し、これらの第一パネル部の間に1枚あるいは複数枚の第二パネル部を配置することで、1枚の大きな鋼製耐震壁が構成される。そのため、1枚の大きな鋼製耐震壁が複数に分割されることで、現場での鋼製耐震壁の施工が容易となる。
この構成では、焼き入れる部分が鋼製耐震壁の四隅のみであるので、周辺部の四辺を含んで焼入れする場合に比べて、焼入れ作業の簡略化を図ることができる。
この構成では、高強度領域と非高強度化領域とが交互に配置されるので、地震等によって鋼製耐震壁の周辺部に線状の高強度化領域と線状の非高強度化領域とに平行な力(せん断力)がかかり、非高強度化領域が降伏強度に達した場合、当該力を分散できる。つまり、地震等によって、非高強度化領域が降伏強度に達したあとに鋼製耐震壁に伝わる力は、高強度化領域ではなく非高強度化領域に集中するが、非高強度化領域が高強度化領域に挟まれて複数に分散され、耐震壁の周囲の座屈が防止される。
本発明では、前述と同様の効果を奏することができる耐震壁付建物を提供することができる。
本発明では、前述の効果を奏することができる耐震壁付建物の施工方向を提供することができる。
[第1実施形態]
図1には第1実施形態が示されている。
図1において、耐震壁付建物1は、左右に配置された柱10と、上下に配置された梁20と、柱10と梁20とから形成される開口に設けられた平面長方形の鋼製耐震壁30とを備えている。柱10と梁20とが接合される部分は柱梁接合部40とされている。
柱10は柱用鉄骨材から構成されており、柱用鉄骨材は、例えば、左右のフランジにウェブの両端が接合されたH形鋼や鋼管から形成されている。
梁20は梁用鉄骨材から構成されおり、梁用鉄骨材としては、例えば、上下のフランジにウェブの両端が接合されたH形鋼から形成されるものでもよい。
高強度化領域5は、柱梁接合部40に対応する四隅にそれぞれ形成された隅部高強度化部分51と、四隅の隅部高強度化部分51のうち隣り合う隅部高強度化部分51同士を接続する線状高強度化部分52とを有する。
柱10に沿った線状高強度化部分52は、その幅寸法L1が梁20の長さのうち左右に隣り合う柱梁接合部40の付け根間の寸法L0に対して1/10以上1/6以下である。梁20に沿った線状高強度化部分52は、その幅寸法M1が柱10の長さのうち上下に隣り合う柱梁接合部40の付け根間の寸法M0に対して1/10以上1/6以下である。
寸法L1,M1は設計者により曲げモーメント分布に基づいて適宜設定されている。せん断応力分布を求める方法としては、有限要素法解析がある。
鋼製壁パネルは、JISで規定される普通強度の形鋼であり、普通強度の形鋼は、例えば、構造用鋼として、JISG3106で定められている溶接構造用圧延鋼材(記号SM)、JIAG3136で定められている建築構造用圧延鋼材(記号SN)、JISG3101で定められている一般構造用圧延鋼材(記号SS)、JISG3350で定められている一般構造用軽量形鋼(記号SSC)、JISG3353で定められている一般構造用溶接軽量H形鋼(記号SWH)である。これらの形鋼の降伏点あるいは0.2%耐力の具体的な数値はJISに規定される。
高強度化領域5の降伏点あるいは0.2%耐力を非高強度化領域6の降伏点あるいは0.2%耐力に比べて1.5倍以上、かつ、降伏点あるいは0.2%耐力が700N/mm2以上にする。なお、平均的な強度が熱処理前に比べて1.5倍以上になればよく、断面全体を1.5倍以上することを要しない。
建設現場では、柱10及び梁20を設置し、柱10と梁20とから形成される開口に鋼製耐震壁30を取り付ける。
第1実施形態では、鋼製耐震壁30の隅部には、隅部高強度化部分51が形成されており、さらに、せん断力P1とせん断力Q1とが働く方向に沿って線状高強度化部分52が形成されている。つまり、隅部高強度化部分51及び線状高強度化部分52が高強度化領域5を構成し、高強度化領域5で囲まれた領域が非高強度化領域6とされている。そのため、大きな地震等の場合には、高強度化領域5ではなく、非高強度化領域6に力が集中して破損するので、鋼製耐震壁30が座屈しない。
(1)鋼製耐震壁30の柱10と梁20とにそれぞれ沿った周辺部領域であって、少なくとも柱梁接合部40に対応する隅部を、焼入れによって高い強度にした高強度化領域5とし、高強度化領域ではない領域を非高強度化領域6とした。そのため、地震等によって最も力が生じる対角線上にある部分の強度が大きくなり、鋼製耐震壁が座屈することが防止される。
次に、本発明の第2実施形態を図2に基づいて説明する。
第2実施形態は、鋼製耐震壁30を分割した点が第1実施形態とは異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。第2実施形態の説明において、第1実施形態と同様の構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図2において、第2実施形態の耐震壁付建物2は、柱10と梁20との開口に鋼製耐震壁30が取り付けられたものである。
鋼製耐震壁30は、左右両側に配置される第一パネル部31と、これらの第一パネル部31の間に配置される第二パネル部32とに分割されている。
第二パネル部32は、図2に示される通り、1枚から構成するものでもよく、複数枚から構成するものであってもよい。
第二パネル部32は、上下の端縁にそれぞれ沿って形成される第三線状部523を有する。第一パネル部31と第二パネル部32とが並んで配置された状態には、第二線状部522と第三線状部523とが直線上に連続して形成されている。
ここで、第一線状部521、第二線状部522及び第三線状部523は、線状高強度化部分52を構成する。
建設現場では、第一パネル部31を隅部高強度化部分51が柱梁接合部40に近接するように柱10と梁20との開口に取り付け、第二パネル部32を梁20に取り付ける。
(3)鋼製耐震壁30を、第一パネル部31と第二パネル部32とに分割して構成したから、鋼製耐震壁30の現場までの搬送や、現場での施工が容易となる。
次に、本発明の第3実施形態を図3に基づいて説明する。
第3実施形態は、高強度化領域5及び非高強度化領域6の構成が第1実施形態とは異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。第3実施形態の説明において、第1実施形態と同様の構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図3において、第3実施形態の耐震壁付建物3は、柱10と梁20との開口に鋼製耐震壁70が取り付けられたものである。
高強度化領域5は、その四隅に形成された隅部高強度化部分54であり、隅部高強度化部分54は、柱梁接合部40に対応する角を頂点とする平面三角形状に形成されている。隅部高強度化部分54の斜辺のうち梁20に沿った長さN1が梁20の長さのうち左右に隣り合う柱梁接合部40の付け根間の寸法L0に対して1/5以上〜1/3以下である。隅部高強度化部分54の斜辺のうち梁20に沿った長さN2が柱10の長さのうち上下に隣り合う柱梁接合部40の付け根間の寸法M0に対して1/5以上〜1/3以下である。
寸法N1,N2は、設計者によりせん断応力度分布に基づいて適宜設定されている。
非高強度化領域6は、周辺部であって隣り合う隅部高強度化部分54の間の領域を含む。
第3実施形態では、第1実施形態と同様に、鋼製耐震壁70を製造し、柱10と梁20との開口に取り付ける。
(4)高強度化領域5は、鋼製耐震壁70の周辺部領域のうち四隅にそれぞれ形成された隅部高強度化部分54から構成され、隣り合う隅部高強度化部分54の間を含む他の領域が非高強度化領域6とされるから、高強度化領域5を形成するための焼入れ作業を簡略化することができる。
次に、本発明の第4実施形態を図4に基づいて説明する。
第4実施形態は、高強度化領域5及び非高強度化領域6の構成が第1実施形態とは異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。第4実施形態の説明において、第1実施形態と同様の構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図4において、第4実施形態の耐震壁付建物4は、柱10と梁20との開口に鋼製耐震壁80が取り付けられたものである。
線状の高強度化領域55の幅寸法S1は、柱10の上下に隣り合う柱梁接合部40の間の寸法M0に対して1/10以上1/6以下である。
なお、図4では、梁20に接する部分は線状の非高強度化領域62である。
第4実施形態では、第1実施形態と同様に鋼製耐震壁80を製造し、柱10と梁20との開口に取り付ける。
(5)線状の高強度化領域55と線状の非高強度化領域62とが交互に配置されているので、地震等によって、鋼製耐震壁80に伝わる力が高強度化領域ではなく非高強度化領域に集中しても、線状の非高強度化領域62が線状の高強度化領域55に挟まれて複数に分散されるので、座屈が防止される。
次に、本発明の第5実施形態を図5に基づいて説明する。
第5実施形態は、高強度化領域5及び非高強度化領域6の構成が第1実施形態とは異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。第5実施形態の説明において、第1実施形態と同様の構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図5(A)において、第5実施形態の耐震壁付建物50は、柱10と梁20との開口に鋼製耐震壁90が取り付けられたものである。
帯状高強度化領域7は、枠状に形成された高強度化領域5のそれぞれ柱10に沿った部分を連結するものであり、高強度化領域5と同時に形成される。
非高強度化領域6には複数のスリット6Sが左右に並んで配置されている。これらのスリット6Sは、それぞれ上下に沿って形成されている。
第5実施形態では、第1実施形態の(1)(2)と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
(6)非高強度化領域6にスリット6Sを形成することで、非高強度化領域6が変形しやすくなり、地震力等の外力に抵抗することが可能となる。
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第4実施形態では、線状の高強度化領域55と線状の非高強度化領域62とは、梁20の長手方向にそれぞれ沿って形成されているが、本発明では、柱10の長手方向に沿って形成するものでもよい。
第2実施形態では、鋼製耐震壁30を、第一パネル部31と第二パネル部32とを梁20に沿って分割して構成したが、本発明では、柱10に沿って分割して構成するものでもよい。
また、本発明では、建築構造物以外にも、橋等の土木構造物に利用することができる。
Claims (7)
- 柱と梁とから形成される開口に設けられる鋼製耐震壁であって、
前記柱と前記梁との長手方向にそれぞれ沿った周辺部領域であって少なくとも前記柱と前記梁とが接合される柱梁接合部に対応する隅部を、焼入れによって高い強度にした高強度化領域とし、前記高強度化領域ではない領域を非高強度化領域とする
ことを特徴とする鋼製耐震壁。 - 請求項1に記載された鋼製耐震壁において、
前記高強度化領域は、前記周辺部領域のうち四隅にそれぞれ形成された隅部高強度化部分と、前記隅部高強度化部分のうち隣り合う隅部高強度化部分同士を接続する線状高強度化部分とを有し、前記隅部高強度化部分及び前記線状高強度化部分で囲まれた領域は前記非高強度化領域である
ことを特徴とする鋼製耐震壁。 - 請求項2に記載された鋼製耐震壁において、
前記隅部高強度化部分が2箇所形成された第一パネル部と前記線状高強度化部分が2箇所形成された第二パネル部とに分割され、
前記第一パネル部は、前記線状高強度化部分が前記2箇所の隅部高強度化部分を接続する第一線状部と、前記2箇所の隅部高強度化部分にそれぞれ一端が接続され前記第一線状部に交差する方向に延びる第二線状部とを有し、前記第二線状部は互いに反対側に位置するパネル端縁に沿って形成され、
前記第二パネル部は、互いに反対側に位置するパネル端縁に沿って形成される第三線状部を有し、
前記第一パネル部と前記第二パネル部とが並んで配置される際には、前記第二線状部と前記第三線状部とが連続する
ことを特徴とする鋼製耐震壁。 - 請求項1に記載された鋼製耐震壁において、
前記高強度化領域は、前記周辺部領域のうち四隅にそれぞれ形成された隅部高強度化部分であり、前記隅部高強度化部分のうち隣り合う隅部高強度化部分同士の間は前記非高強度化領域とされる
ことを特徴とする鋼製耐震壁。 - 柱と梁とから形成される開口に設けられる鋼製耐震壁であって、
前記柱と前記梁との長手方向にそれぞれ沿った端縁のうち互いに反対側に位置する端縁に沿って形成され焼入れによって高い強度にした線状の高強度化領域と、前記高強度化領域ではない線状の非高強度化領域とを交互に配列した
ことを特徴とする鋼製耐震壁。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載された鋼製耐震壁を前記柱と前記梁とに取り付ける
ことを特徴とする耐震壁付建物。 - 柱と梁とから形成される開口に鋼製耐震壁を取り付ける耐震壁付建物の施工方法であって、
鋼製パネルの少なくとも隅部を焼き入れて高い強度にした高強度化領域を一部形成するとともに、焼き入れていない部分を非高強度化領域として鋼製耐震壁を製造する工程と、
前記隅部が前記柱と前記梁とが接合する柱梁接合部に対応するように前記鋼製耐震壁を前記柱と前記梁とに取り付ける工程と、を備えた
ことを特徴とする耐震壁付建物の施工方法。
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