JP6869096B2 - 木質耐震壁 - Google Patents

Description

本発明は、構造物に設置される木質耐震壁に関するものであり、特に、直交集成板（ＣＬＴ：Ｃｒｏｓｓ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｔｉｍｂｅｒ）を壁体に用いた木質耐震壁に関するものである。

従来、ＣＬＴと呼ばれる直交集成板が知られている。ＣＬＴは、ひき板または小角材（これらをその繊維方向を互いにほぼ平行にして長さ方向に接合接着して調整したものを含む。以下、ラミナということがある。）をその繊維方向を互いにほぼ平行にして幅方向に並べ、または接着したものを、主としてその繊維方向を互いにほぼ直角にして積層接着し３層以上の構造を持たせた木質板材であり、耐震・耐火性能が高いという特長がある。

このＣＬＴを壁体に用いたＣＬＴ耐震壁は、ＣＬＴからなる床スラブを介して上下階のＣＬＴ耐震壁と金物にて緊結することで、耐震壁としての性能を確保することが告示等で要請されている。

一方、従来の木質耐震壁として、例えば特許文献１に記載の構造が知られている。

特開２０１５−２１８４６２号公報

しかしながら、木質中高層建物を合理的に計画するに当たっては、上記のようなＣＬＴ要素のみによる構造体の構築は耐震性能確保の観点から難しく、木質以外の構造体とのハイブリッド化が現実的であり、かつＣＬＴ耐震壁自体にも相応の抵抗力（壁倍率）が求められる。一例として梁を鉄骨もしくはＲＣ（鉄筋コンクリート）構造とし、そこにＣＬＴ耐震壁を接合することが考えられる。この場合、ＣＬＴ耐震壁は上下の梁に直接接合する必要があるが、通常のドリフトピンもしくはＬＳＢ（ラグスクリューボルト）等による接合とした場合、初期剛性の不足やＣＬＴ接合部の脆性破壊等のためにその性能を十分に発揮できないおそれがある。このため、剛性、靱性、耐力のいずれにも優れた構造が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、剛性、靱性、耐力に優れた木質耐震壁を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る木質耐震壁は、ＣＬＴからなる壁体を備え、この壁体の上端と下端が鉄骨または鉄筋コンクリートからなる上梁と下梁に梁接合部を介してそれぞれ接合された木質耐震壁であって、梁接合部は、上梁または下梁に固定され、壁体に向けて突出する梁側の鋼板と、壁体の上端または下端から上梁または下梁に向けて突出するとともに壁体の内部に挿入配置される壁体内部側の鋼板と、これらの鋼板を接合するボルトと、壁体の上端面または下端面に配置され、壁体内部側の鋼板に接合する端面側の鋼板とを含んで構成され、壁体と壁体内部側の鋼板は、これらを貫通して配置される棒状の鋼製部材によって一体的に固定され、壁体と端面側の鋼板は、端面側の鋼板の外側から壁体の内部に挿入配置される外周にねじが形成された棒状のねじ付き鋼製部材によって一体的に固定されることを特徴とする。

また、本発明に係る他の木質耐震壁は、上述した発明において、壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材と、壁体と端面側の鋼板を固定する棒状のねじ付き鋼製部材とは、交互に隣接して配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る他の木質耐震壁は、上述した発明において、ねじ付き鋼製部材は、ＣＬＴの繊維方向と直交する方向に挿入配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る他の木質耐震壁は、上述した発明において、梁接合部は、壁体の上下左右の四隅に設置されることを特徴とする。

また、本発明に係る他の木質耐震壁は、上述した発明において、壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材は、降伏が生じる破壊モードで破壊する部材であることを特徴とする。

本発明に係る木質耐震壁によれば、ＣＬＴからなる壁体を備え、この壁体の上端と下端が鉄骨または鉄筋コンクリートからなる上梁と下梁に梁接合部を介してそれぞれ接合された木質耐震壁であって、梁接合部は、上梁または下梁に固定され、壁体に向けて突出する梁側の鋼板と、壁体の上端または下端から上梁または下梁に向けて突出するとともに壁体の内部に挿入配置される壁体内部側の鋼板と、これらの鋼板を接合するボルトと、壁体の上端面または下端面に配置され、壁体内部側の鋼板に接合する端面側の鋼板とを含んで構成され、壁体と壁体内部側の鋼板は、これらを貫通して配置される棒状の鋼製部材によって一体的に固定され、壁体と端面側の鋼板は、端面側の鋼板の外側から壁体の内部に挿入配置される外周にねじが形成された棒状のねじ付き鋼製部材によって一体的に固定されるので、剛性、靱性、耐力に優れた木質耐震壁を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材と、壁体と端面側の鋼板を固定する棒状のねじ付き鋼製部材とは、交互に隣接して配置されるので、棒状の鋼製部材と棒状のねじ付き鋼製部材のそれぞれの拘束効果により壁体の割裂破壊を遅らせて強度、靱性を高めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、ねじ付き鋼製部材は、ＣＬＴの繊維方向と直交する方向に挿入配置されるので、繊維方向に挿入配置した場合と比較して最大耐力時の変形を大きくすることができ、棒状の鋼製部材（ドリフトピン）の耐力発揮との同時性を実現することが可能となる。このため、木質耐震壁の耐力をより高めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、梁接合部は、壁体の上下左右の四隅に設置されるので、壁体が負担するせん断力、付加曲げモーメント偶力による軸方向力を処理可能な応力伝達機構を実現することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材は、降伏が生じる破壊モードで破壊する部材であるので、靱性的な破壊が可能となり、木質耐震壁の靱性をより高めることができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る木質耐震壁の実施の形態を示す正面図である。 図２は、図１のＡ部分の拡大図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図４は、本発明の効果の検証実験に使用した試験体を示す正面図である。 図５は、実験結果の履歴ループを示す図である。 図６は、接合部付近の最終破壊状態（実施例１の場合）を示す写真図である。 図７は、壁倍率計算結果を示す図である。

以下に、本発明に係る木質耐震壁の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態に係る木質耐震壁１００は、ＣＬＴからなる壁体１０を備え、この壁体１０の上端と下端が上梁１２と下梁１４に梁接合部１６を介してそれぞれ接合された矩形の壁である。ＣＬＴの繊維方向は鉛直面内の方向としてある。なお、本実施の形態では、壁体１０の高さ３００ｃｍ程度、幅２００ｃｍ程度、壁厚２０ｃｍ程度（７層７プライ）を想定しているが、本発明はこれに限るものではない。また、本実施の形態の上梁１２および下梁１４はＨ形鋼（鉄骨）で構成されているが、本発明の上梁１２および下梁１４はこれに限るものではなく、別の形態の鉄骨や鉄筋コンクリートなどで構成されていてもよい。

梁接合部１６は、壁体１０の上下左右の四隅に配置されている。上下左右の梁接合部１６は同じ構造であるため、以下においては、壁体１０の左上側（図１のＡ部分）の梁接合部１６を例にとり説明する。

図２および図３に示すように、梁接合部１６は、上梁１２に固定され、壁体１０に向けて突出するプレート１８（梁側の鋼板）と、壁体１０の上端から上梁１２に向けて突出するとともに壁体１０の内部に挿入配置されるプレート２０（壁体内部側の鋼板）とを備える。壁体内部側のプレート２０は壁厚方向の中央に配置される。プレート１８、２０は上下に突き合わされており、その前後面にはプレート１８、２０を跨ぐ形でプレート２２が配置される。各プレート１８、２０、２２は貫通孔に通された複数の高力ボルト２４によって接合されている。壁体１０の外側においてプレート２０の左右縁にプレート２６が溶接しており、上梁１２側のプレート１８の左右縁にもプレート２８が溶接している。これらプレート２６、２８同士もプレート３０と複数の高力ボルト３２によって接合されている。一方、壁体１０の上端面にはプレート３４（端面側の鋼板）が当接配置されており、このプレート３４と壁体内部側のプレート２０は溶接されている。

壁体１０と壁体内部側のプレート２０には、それぞれ対応する位置に水平方向の貫通孔が格子点状に複数設けられており、各貫通孔には連結用のドリフトピン３６（棒状の鋼製部材）が通されている。このドリフトピン３６によって壁体１０と壁体内部側のプレート２０は一体的に固定されている。ドリフトピン３６は、それ自体に降伏が生じる降伏モード（例えば降伏モードＩＩＩ、ＩＶ）で破壊する仕様となっている。このため、靱性的な破壊が可能となり、木質耐震壁１００の靱性をより高めることができる。なお、ドリフトピン３６の代わりにボルトなどの円形鋼棒型の接合具を用いてもよいが、接合具に降伏が生じる降伏モードの接合具を用いることが好ましい。また、割裂に対する補強のためにビス３８等をさらに追加してもよい。なお、図の例では、ドリフトピン３６が正面視で上下方向に２列、左右方向に３列、それぞれ若干の間隔をあけて配置されているが、本発明はこれに限るものではない。

また、端面側のプレート３４には貫通孔が複数設けられており、各貫通孔から壁体１０の内部に向けてＬＳＢ４０（棒状のねじ付き鋼製部材）が挿入配置されている。このＬＳＢ４０は外周に雄ねじが加工された鋼棒からなる。ＬＳＢ４０の上端部には図示しない開口が形成されており、この開口に連通する中空孔の内周面に雌ねじが加工されている。ＬＳＢ４０の開口が壁体１０の端面側に露出するように、壁体１０にねじ込んで固定しておき、端面側のプレート３４の貫通孔からＬＳＢ４０の雌ねじにボルト４２を螺合することによって、壁体１０と端面側のプレート３４は一体的に固定される。このＬＳＢ４０は、ＣＬＴの繊維方向Ｘと直交する方向（繊維直交層）に挿入することが好ましく、本実施の形態でもそのような配置となっている。これにより、ＬＳＢ４０を繊維方向Ｘに挿入配置した場合と比較して最大耐力時の変形を大きくすることができ、棒状の鋼製部材（ドリフトピン）の耐力発揮との同時性を実現することが可能となる。このため、木質耐震壁１００の耐力をより高めることができる。

ＬＳＢ４０は、ドリフトピン３６同士の間に配置される。つまり、ＬＳＢ４０とドリフトピン３６は交互に隣接して配置される。このようにすることで、ＬＳＢ４０とドリフトピン３６のそれぞれの拘束効果により壁体１０の割裂破壊を遅らせて強度、靱性を高めることができる。なお、図の例では、ＬＳＢ４０が平面視で前後方向に２列、左右方向に４列、それぞれ若干の間隔をあけて配置されているが、本発明はこれに限るものではない。

なお、本実施の形態では、壁体１０に対する壁体内部側のプレート２０の埋込長３５０ｍｍ、幅５００ｍｍ、厚さ１２ｍｍ程度を想定し、端面側のプレート３４の壁厚方向の長さ２１０ｍｍ、幅５５０ｍｍ、厚さ３２ｍｍ程度を想定している。また、ドリフトピン３６の長さ２１０ｍｍ、径φ３２ｍｍ程度を想定し、壁体１０に対するＬＳＢ４０の埋込長Ｌ＝７８０ｍｍ程度、ＬＳＢ４０の径φ２４ｍｍ程度を想定している。さらに、ＬＳＢ４０の埋込長Ｌを壁体内部側のプレート２０の埋込長の２倍程度として想定し、隣り合うＬＳＢ４０とドリフトピン３６の間隔として５０ｍｍ程度を想定しているが、本発明はこれらの寸法に限るものではない。上記の各プレート２０、３４等の寸法および埋込長、ＬＳＢ４０、ドリフトピン３６の配置数、配置間隔、位置、埋込長等については、要求される耐力性能に応じて適宜選択可能である。

このように、本実施の形態では、梁接合部１６でＬＳＢ４０とドリフトピン３６を独立して直列的に併用している。このため、本実施の形態によれば、通常用いられるＬＳＢとドリフトピンとの組み合わせでありながら、その相乗効果により剛性、靱性、耐力のいずれにも優れるＣＬＴ耐震壁（木質耐震壁）が実現可能となる。例えば上記の実施の形態の仕様では、壁倍率が１２０倍程度は見込めるので、中高層木質構造の耐震要素として十分に期待できる。

また、梁接合部１６を、壁体１０の上下左右の四隅に設置することで、せん断力、および付加曲げモーメント偶力による軸方向力を処理することができる。この応力伝達機構は木質耐震壁１００の厚さや幅によらず同じであり、プロポーションによらず常にこのディテールを用いた汎用的な設計、納まりを実現することが可能となる。

一般に、木質壁を架構内に耐震要素として組み込む場合、壁体自体に先行してその接合部の破壊が進行する。このため、木質中高層建物の実現に際しては、壁体の性能を最大限に引き出すために梁と壁体の接合部における強度と靱性の両方をいかに確保するかがポイントとなる。その接合要素として一般的なものにＬＳＢ、ＧＩＲ（グルードインロッド）およびドリフトピン等がある。このうちＬＳＢ、ＧＩＲはその機構上設置時のガタがないため初期剛性が高く耐力も期待できるが、破壊が木材の割裂等で決まるため脆性的になりやすい（ＧＩＲの径を細くすることで靱性的な鋼材破断モードとすることもできるが、必然的に確保できる耐力に限界が生じる）。一方、ドリフトピンはそれ自体が降伏する破壊モードとなるように設計すれば靱性的な破壊が可能となるが、ガタ等の影響で初期剛性が低く、また曲げ系の破壊となるため耐力も不足するケースが多い。これらの問題に対して、本実施の形態では、ＣＬＴ耐震壁（木質耐震壁１００）に対してＬＳＢ４０とドリフトピン３６を効果的に配置することで以下のように解決し、剛性、靱性、耐力いずれにも優れる機構を実現している。

まず、壁体１０にラミナが直交するＣＬＴを用いることにより、割裂を生じにくい機構としている。また、軸力をＬＳＢ４０で、せん断力をドリフトピン３６で処理すると考えれば、例えばドリフトピン３６をＬＳＢ４０の位置から独立させて壁体１０の中央部に配置することも可能であるが、本実施の形態では両者を交互に隣接して配置しているため、それぞれの拘束効果により壁体１０の割裂破壊を遅らせて強度、靱性を高めることが可能となっている。

抵抗機構としては、まずガタのないＬＳＢ４０が初期発生応力に対して抵抗することで高い初期剛性を発揮する。その後、壁体１０の負担せん断力の増加に伴ってＬＳＢ４０の負担応力も増すが、上述したようにＬＳＢ４０はＣＬＴの繊維直交層に挿入しているため、繊維方向Ｘに挿入する場合と比較して最大耐力時の変形が大きく（例えば繊維方向２〜３ｍｍに対して繊維直交方向６〜７ｍｍ）、変形が進むにつれて初期剛性の低いドリフトピン３６もＬＳＢ４０と同時に徐々に抵抗力を発揮していく。

最終的な破壊形式は、梁接合部１６付近の木破となるが、上記の通り初期段階ではＬＳＢ４０が負担していた応力を徐々にドリフトピン３６にも移行させるため、大変形に至るまでの各変形領域を通して耐力の落ち込み等のないスムーズな復元力特性の実現が可能となる。

したがって、本実施の形態によれば、以上に示したＣＬＴ、ＬＳＢ、ドリフトピンの相乗効果により、最終的に変形角１／３０付近まで耐力低下を生じない高い靱性を有し、さらに壁倍率１００倍を超える高い耐力も併せ持つ機構の実現が可能となる。

（本発明の効果の検証）
次に、本発明の効果を検証するために行った実験と、この実験による検証結果について説明する。

本実験は、実寸大ＣＬＴ耐震壁に対する水平加力実験によってその性能確認を行ったものである。図４に、本実験に用いた試験体の形状および寸法を示す。ＣＬＴ壁厚は２１０ｍｍ（７層７プライ）とし、壁体の上下左右の４箇所に梁接合部を配置した。また、壁体内部に挿入する鋼板の厚さは１２ｍｍとした。ドリフトピンはφ３２ｍｍのものを１箇所あたり６本配置した。ＬＳＢはφ２５ｍｍのものを１箇所あたり８本配置した。ＬＳＢ埋込長Ｌは、実施例１では６００ｍｍとし、実施例２では５００ｍｍとした。

実験結果の履歴ループを図５に、梁接合部付近の最終破壊状態（実施例１の場合）を図６に、また壁倍率計算結果を図７に示す。これらの図に示すように、最終破壊形式は木破となっているにも関わらず、変形角１／３０付近まで耐力低下を生じず、かつ壁倍率１２０を超える高性能な機構が実現されていることが分かる。

以上説明したように、本発明に係る木質耐震壁によれば、ＣＬＴからなる壁体を備え、この壁体の上端と下端が鉄骨または鉄筋コンクリートからなる上梁と下梁に梁接合部を介してそれぞれ接合された木質耐震壁であって、梁接合部は、上梁または下梁に固定され、壁体に向けて突出する梁側の鋼板と、壁体の上端または下端から上梁または下梁に向けて突出するとともに壁体の内部に挿入配置される壁体内部側の鋼板と、これらの鋼板を接合するボルトと、壁体の上端面または下端面に配置され、壁体内部側の鋼板に接合する端面側の鋼板とを含んで構成され、壁体と壁体内部側の鋼板は、これらを貫通して配置される棒状の鋼製部材によって一体的に固定され、壁体と端面側の鋼板は、端面側の鋼板の外側から壁体の内部に挿入配置される外周にねじが形成された棒状のねじ付き鋼製部材によって一体的に固定されるので、剛性、靱性、耐力に優れた木質耐震壁を提供することができる。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材と、壁体と端面側の鋼板を固定する棒状のねじ付き鋼製部材とは、交互に隣接して配置されるので、棒状の鋼製部材と棒状のねじ付き鋼製部材のそれぞれの拘束効果により壁体の割裂破壊を遅らせて強度、靱性を高めることができる。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、ねじ付き鋼製部材は、ＣＬＴの繊維方向と直交する方向に挿入配置されるので、繊維方向に挿入配置した場合と比較して最大耐力時の変形を大きくすることができ、棒状の鋼製部材（ドリフトピン）の耐力発揮との同時性を実現することが可能となる。このため、木質耐震壁の耐力をより高めることができる。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、梁接合部は、壁体の上下左右の四隅に設置されるので、壁体が負担するせん断力、付加曲げモーメント偶力による軸方向力を処理可能な応力伝達機構を実現することができる。

また、本発明に係る他の木質耐震壁によれば、壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材は、降伏が生じる破壊モードで破壊する部材であるので、靱性的な破壊が可能となり、木質耐震壁の靱性をより高めることができる。

以上のように、本発明に係る木質耐震壁は、ＣＬＴを壁体に用いた木質耐震壁に有用であり、特に、剛性、靱性、耐力に優れた木質耐震壁を提供するのに適している。

１０ 壁体
１２ 上梁
１４ 下梁
１６ 梁接合部
１８，２０，２２，２６，２８，３０，３４ プレート（鋼板）
２４，３２ 高力ボルト
３６ ドリフトピン（棒状の鋼製部材）
３８ ビス
４０ ＬＳＢ（棒状のねじ付き鋼製部材）
４２ ボルト
１００ 木質耐震壁
Ｘ 繊維方向

Claims (5)

1. ＣＬＴからなる壁体を備え、この壁体の上端と下端が鉄骨または鉄筋コンクリートからなる上梁と下梁に梁接合部を介してそれぞれ接合された木質耐震壁であって、
   梁接合部は、上梁または下梁に固定され、壁体に向けて突出する梁側の鋼板と、壁体の上端または下端から上梁または下梁に向けて突出するとともに壁体の内部に挿入配置される壁体内部側の鋼板と、これらの鋼板を接合するボルトと、壁体の上端面または下端面に配置され、壁体内部側の鋼板に接合する端面側の鋼板とを含んで構成され、
   壁体と壁体内部側の鋼板は、これらを貫通して配置される棒状の鋼製部材によって一体的に固定され、
   壁体と端面側の鋼板は、端面側の鋼板の外側から壁体の内部に挿入配置される外周にねじが形成された棒状のねじ付き鋼製部材によって一体的に固定されることを特徴とする木質耐震壁。
2. 壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材と、壁体と端面側の鋼板を固定する棒状のねじ付き鋼製部材とは、交互に隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の木質耐震壁。
3. ねじ付き鋼製部材は、ＣＬＴの繊維方向と直交する方向に挿入配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の木質耐震壁。
4. 梁接合部は、壁体の上下左右の四隅に設置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の木質耐震壁。
5. 壁体と壁体内部側の鋼板を固定する棒状の鋼製部材は、降伏が生じる破壊モードで破壊する部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の木質耐震壁。
   

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