JP6973997B2

JP6973997B2 - 壁構造

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Publication number: JP6973997B2
Application number: JP2016170145A
Authority: JP
Inventors: 真史梁田; 嵩明栗原; 靖典水島; 泰彦井上; 泰洋吉田; 裕次石川
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP2018035592A

Description

本発明は、壁構造に関する。

下記特許文献１には、コンクリート製のブロックを積み重ねて形成された壁構造が開示されている。この壁構造では、上下方向に隣接するブロックの積み重ね面が水平方向に沿って配置されている。そして、上下方向に隣接するブロックには垂直補強材が挿通されており、地震時に壁構造に水平力が加わった際には、この垂直補強材が水平力に抵抗し、壁構造の変形を抑制している。

特開２０１５−４０３９２号公報

上記特許文献１に示された壁構造は、コンクリート製のブロックで形成されるため部材の重量が大きく施工し難い。また、上下方向に隣接するブロックの積み重ね面が水平方向に沿った平坦面であるため、地震により水平力が作用した際にはこのブロック間には摩擦力しか発生せず、主に垂直補強材のせん断耐力で水平力に抵抗する必要がある。

本発明は上記事実を考慮して、コンクリート製のブロックにより形成された壁構造よりも施工性が高く、垂直補強材を用いずに水平力に抵抗できる壁構造を提供することを目的とする。

請求項１の壁構造は、柱、上梁及び下梁で構成された鉄筋コンクリート製又は鉄骨鉄筋コンクリート製の架構と、前記架構内に木製ブロックを積み重ねて形成された壁体と、を備え、前記架構内に積み重ねられた状態で前記木製ブロックを正面視した際に、前記木製ブロックにおける上下に対向する一対の面は、それぞれ中央から両端に向かって傾斜する山面及び谷面とされ、上下に隣り合う前記木製ブロックは、それぞれの前記山面同士又は前記谷面同士が当接するように、上下方向に逆向きに配置され、積み重ねられた状態の前記木製ブロックには上下方向に貫通する貫通孔が形成され、複数の前記貫通孔に亘って挿通された鉄筋が、前記上梁及び前記下梁に接合されている。

請求項１の壁構造によると、壁体が木製ブロックで形成されている。このため、壁体が例えばコンクリート製ブロックで形成されている場合と比較して、ブロックは加工性が高く、かつ軽量なため運搬しやすい。したがって、壁体の施工効率が高い。

さらに、木製ブロックの積み重ね面が中央から左右に傾斜しているため、地震時に壁体に対して水平力が加わった際に、上下のブロック間で応力を伝達することができる。このため、例えば積み重ね面が水平な場合と比較して、壁体が一体となって水平力に抵抗することができ、耐震性能が高い。

なお、「積み重ね面が中央から左右に傾斜している」状態とは、木製ブロックを正面視して、「積み重ね面が中央から右下に傾斜し、かつ中央から左下に傾斜している状態」又は「積み重ね面が中央から右上に傾斜し、かつ中央から左上に傾斜している状態」を指す。
請求項２の壁構造は、柱、上梁及び下梁で構成された鉄筋コンクリート製又は鉄骨鉄筋コンクリート製の架構と、前記架構内に木製ブロックを積み重ねて形成された壁体と、を備え、前記架構内に積み重ねられた状態で前記木製ブロックを正面視した際に、前記木製ブロックの積み重ね面である上面及び下面は、それぞれ、水平方向に対して逆向きの２方向へ傾斜していると共に、前記木製ブロックには、前記上面から前記下面まで貫通する貫通孔が形成され、又は、前記上面及び前記下面のそれぞれに有底の挿入孔が形成され、上下に隣り合う前記木製ブロックの前記貫通孔又は前記挿入孔に低降伏点鋼が挿通され、前記上梁及び前記下梁には、前記低降伏点鋼が接合されている。

請求項３の壁構造は、積み重ねられた状態の前記木製ブロックは繊維方向が前記壁体の面内方向とされている。

請求項３の壁構造によると、地震時に壁体に対して加わる水平力は、木製ブロックの繊維方向に沿って作用する。木材は繊維方向に対して直交する方向の力よりも、繊維方向に沿う方向の力に対して強度が大きい性質がある。このため、地震時に加わる水平力に対して木製ブロックが変形しにくく、隣接するブロック間で応力を確実に伝達することができる。
請求項４の壁構造は、柱と水平部材とで構成された鉄筋コンクリート製又は鉄骨鉄筋コンクリート製の架構と、前記架構内に木製ブロックを積み重ねて形成された壁体と、を備え、前記架構内に積み重ねられた状態で前記木製ブロックを正面視した際に、前記木製ブロックの積み重ね面は水平方向に対して逆向きの２方向へ傾斜していると共に、前記木製ブロックには、逆向きの２方向に傾斜している上下の積み重ね面のそれぞれに有底の挿入孔が形成され、上下に隣り合う前記木製ブロックの前記挿入孔に、低降伏点鋼が挿通されている。

一態様の壁構造は、積み重ねられた状態の前記木製ブロックには上下方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔には鉄筋が挿通されている。

一態様の壁構造によると、積み重ねられた木製ブロックの貫通孔に鉄筋が挿通されている。これにより、壁体の面外方向の耐力が向上する。

本発明に係る壁構造は、コンクリート製のブロックにより形成された壁構造よりも施工性が高く、垂直補強材を用いずに水平力に抵抗できる。

本発明の実施形態に係る壁構造を示す正面立面図である。本発明の実施形態に係る壁構造におけるブロックを示す斜視図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る壁構造におけるブロックを示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図であり、（Ｃ）はブロックをＣＬＴで形成した例を示す正面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）の側面図である。本発明の実施形態に係る壁構造の構築途中の状態を示す正面立面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る壁構造に水平力が作用した際に、上下に隣接するブロック間に発生する押圧力を示す部分拡大断面図であり、（Ｂ）はブロックが移動又は変形しブロックの貫通孔に挿通された縦筋が伸び変形した状態を示す部分拡大断面図である。本発明の実施形態に係る壁構造に水平力が作用した際に内部応力が高くなる部分を示した正面立面図である。本発明の実施形態に係る壁構造においてブロックの貫通孔に縦筋を挿通する代わりに、有底の挿入孔にダボ鉄筋を挿入した例を示す部分拡大立面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る壁構造においてブロックをＮ字形状に形成した例を示す部分拡大立面図であり、（Ｂ）は六角形状に形成した例を示す部分拡大立面図であり、（Ｃ）は菱形状に形成した例を示す部分拡大立面図であり、（Ｄ）は八角形状に形成した例を示す部分拡大立面図である。

（壁構造）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る壁構造１０は、一対の柱３２と梁（水平部材）３４とで構成された鉄筋コンクリート製の架構３０と、架構３０の内部に壁体構築用ブロック４０（以下ブロック４０と記す。）を積み重ねて形成された壁体２０と、を備えている。なお、架構３０は鉄骨鉄筋コンクリート製とされていてもよい。

（ブロック）
図２に示すように、ブロック４０は木製とされ、壁体２０（図１参照）を構築したときの積み重ね面となる凸状の山面４２及び凹状の谷面４４を有している。山面４２及び谷面４４は、中央部から左右の両端面４６Ｌ、４６Ｒに向かって直線状に傾斜し、また、互いに平行に形成されている。これにより、ブロック４０は正面視において矢柄形状（又はくの字形状、Ｖ字形状）とされている。なお、ブロック４０は本発明における木製ブロックの一例である。

ブロック４０には、山面４２から谷面４４へ貫通する貫通孔４８Ｌ、４８Ｒが形成されている。貫通孔４８Ｌは、山面４２に形成された稜線４２Ａと端面４６Ｌの間に形成され、また、貫通孔４８Ｒは、稜線４２Ａと端面４６Ｒの間に形成されている。

ブロック４０の前面４１及び後面４３は、互いに平行に形成され、壁体２０（図１参照）を構築したとき、壁体２０の正面及び裏面の一部を構成する。また、ブロック４０の端面４６Ｌ、４６Ｒは互いに平行に形成され、壁体２０を構築したとき、それぞれ隣り合うブロック４０の端面４６Ｒ、４６Ｌと当接する。

図３（Ａ）、（Ｂ）には、それぞれブロック４０の正面図、側面図が示されている。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ブロック４０は、複数の木材（厚板材）を、それぞれの繊維方向が１つの方向（図３（Ａ）のＸ方向）に沿うように組み合わせて接着した集成材により形成されている。Ｘ方向は、ブロック４０の両端面４６Ｌ、４６Ｒと略直交する方向であり、かつブロック４０の前面４１及び後面４３に沿う方向（図３（Ｂ）においては紙面手前側から奥側へ向かう方向）である。また、Ｘ方向は、ブロック４０を積み重ねて壁体２０（図１参照）を形成した際の面内方向、水平方向又は横方向、後述する水平力Ｐを受ける方向と略一致する方向である。

なお、ブロック４０は複数の厚板材を組み合わせた集成材により形成されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、複数の薄板材（単板）を、繊維方向が一致するように重ねあわせた単板積層材（ＬＶＬ）により形成してもよい。

または、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すブロック４９のように、複数の木材（厚板材）を、繊維方向が交わるように組み合せた木材（ＣＬＴ）や、複数の薄板材（単板）を、繊維方向が交わるように組み合せた合板を用いることもできる。あるいは、繊維方向がＸ方向に沿うように原木を切り出した無垢材を用いてもよい。

（壁体）
図１に示すように、壁体２０は、ブロック４０を積み重ねて形成される。このとき上下に隣接するブロック４０は、それぞれ上下方向を逆向きにして配置され、互いの山面４２同士及び谷面４４同士が当接する。

壁体２０を構築するには、まず、図４に示すように縦筋５２を、水平方向に所定の間隔を空けて梁３４Ｄに複数設置する。縦筋５２の長さは、例えば壁体２０の高さの半分程度の長さ（壁体２０の高さによって定まる作業性を考慮した適切な長さ）に形成されている。また、縦筋５２の下端部には図示しない雄ねじが形成されており、この雄ねじを梁３４Ｄに形成された図示しない雌ねじ（例えばアンカーナット）に捩じ込むことにより、縦筋５２が梁３４Ｄに固定される。なお、この段階では縦筋５２の上端部は固定されず自由端とされている。

本実施形態において縦筋５２の下端部には雄ねじが形成されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば縦筋５２の下端部に定着具を装着したり、下端部をかぎ状に折り曲げることによっても、縦筋５２を梁３４Ｄに固定することができる。これらの場合、縦筋５２は梁３４Ｄのコンクリート打設時に配筋される。

縦筋５２の設置後、ブロック４０の貫通孔４８Ｌ、４８Ｒに縦筋５２を挿通させながら、ブロック４０を落とし込み方式で積み重ねる。ブロック４０を積み重ねる際には、上述したように、ブロック４０の上下方向を逆向きにして積み重ね、かつ、上下に隣り合うブロック４０の端面４６の位置をずらして（いわゆる馬目地状に）積み重ねる。ブロック４０を落とし込み方式で積み重ねる際は、人力で積み重ねるほか、予め積み重ね方をプログラムした無線操縦機、ドローン等を用いて積み重ねてよい。ドローン等を用いることにより作業効率が向上するほか、ブロック４０は木製とされており軽量なので、機械的な負荷が少ない。

なお、壁体２０の両端面を直線状に形成するために、柱３２寄りの部分には、半ブロック４７が一段置きに積み重ねられる。半ブロック４７は、図１に示す稜線４２Ａと谷線４４Ａを通る平面でブロック４０を切断した形状とされている。

縦筋５２を挿通させた状態のブロック４０が、所定の高さまで積み重ねられたとき、縦筋５２に縦筋５４を継ぎ足す。縦筋５４の下端部は、縦筋５２の上端部と、溶接・ガス圧接・機械式継手等の方法により接合される。なお、この段階では縦筋５４の上端部は固定されず自由端とされ、後に打設される梁３４Ｕのコンクリートに埋設可能な高さに配置される。

縦筋５４の設置後、ブロック４０の貫通孔４８Ｌ、４８Ｒに縦筋５４を挿通させながら、ブロック４０を落とし込み方式で積み重ねる。なお、縦筋５２と縦筋５４の継手部分が貫通するブロック４０Ｊについては、貫通孔を大きく形成する。

縦筋５２、５４は、低降伏点鋼を用いて形成されている。低降伏点鋼は、一般鋼材（例えばＳＳ４００やＳＭ４９０）と比較して降伏強度が小さく延性が高い鋼材であり、力の入力によって塑性変形することにより地震時に壁体２０に作用する振動エネルギーを吸収することができる。

なお、本実施形態においては壁体２０の内部の縦筋は、縦筋５２と縦筋５４とを継ぎ合せて形成されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば縦筋５２と縦筋５４とを繋ぎ合わせた長さの鉄筋を用いることもできる。これにより、継手を形成する手間が省け、またブロック４０Ｊの貫通孔を、他のブロック４０よりも大きく形成する必要がない。

図１に示すように、ブロック４０を、梁３４Ｕが設置される位置に達する手前の高さまで積み重ねたあと、型枠を設置して梁３４Ｕのコンクリートを打設する。なお、梁３４Ｕのコンクリートと同時に、ブロック４０と梁３４Ｕとの間の間隙５６にもコンクリートを打設する。

なお、コンクリートの打設に先行して、縦筋５４の上端部を折り曲げたり、上端部に定着具を取付ける。これにより、コンクリート硬化後の梁３４Ｕに縦筋５４を固定することができる。

最後に、壁体２０と柱３２との間に形成される図示しない隙間や、最下部のブロック４０と梁３４Ｄとの間の隙間５８にグラウト（図中網掛け部分）を充填する。このグラウトの硬化を待って、壁体２０及び壁構造１０が完成する。

なお、本実施形態においては水平部材の一例として梁３４を用いて説明したが、梁３４に代えてスラブを用いてもよい。また、本実施形態においては壁体２０の構築後に梁３４Ｕのコンクリートを打設しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、柱３２、梁３４で構成された架構３０内にブロック４０を積み上げて壁体２０を構築することもできる。すなわち、壁体２０を構築するタイミングは、架構３０の形成前でもよい。

（作用・効果）
本実施形態に係る壁構造１０では、壁体２０（図１参照）を構築したときの積み重ね面となるブロック４０の山面４２及び谷面４４は、中央部から左右の両端面４６Ｌ、４６Ｒに向かって傾斜している（図２参照）。このため、図６に示すように架構３０に対して水平力Ｐが加わった際に、図５（Ａ）に矢印で示すように、上下に隣り合うブロック４０の、互いに当接する山面４２同士及び互いに当接する谷面４４同士が、水平方向に押圧し合い、ブロック４０を下方へ押し下げる力が発生する。

これにより、図６に網掛けで示すように、壁体２０の角部Ａから、対角線上の角部Ｂに向けて、斜め方向に周囲より圧縮応力の高い部分（いわゆる圧縮束）が形成される。すなわち、壁体２０が一体となって水平力Ｐに抵抗することができる。図６において水平力Ｐが逆向きから加わる場合も同様である。

さらに、ブロック４０は、積み重ねて壁体２０を形成した状態で、繊維方向が水平方向又は横方向と略一致している。すなわち、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したブロック４０の繊維方向（Ｘ方向）が、図６に示す水平力Ｐの方向及び図５（Ａ）に示す内部応力の方向と略一致している。

これにより、ブロック４０は、繊維方向に沿った方向の力に対して強度が大きい木材の性質を発揮して、例えば繊維方向の力が鉛直方向に沿っている場合などと比較して水平力Ｐへの抵抗力が向上し、壁体２０の強度を高めることができる。

また、本実施形態に係る壁構造１０では、図４に示すように、積み重ねられたブロック４０の貫通孔４８Ｒ、４８Ｌに縦筋５２又は縦筋５４が挿通されている。縦筋５２と縦筋５４は互いに接合され、縦筋５２の下端部が梁３４Ｄに固定され、縦筋５４の上端部が梁３４Ｕに固定されている。これにより、ブロック４０が壁体２０の面外方向へ移動することが抑制される。したがって、壁体２０の面外方向の耐力が向上する。

さらに、縦筋５２、５４は低降伏点鋼が用いられている。このため、図５（Ｂ）に示すように、水平力Ｐによるブロック４０のずれに追随して、縦筋５２、５４は容易に伸び変形（あるいはせん断変形）することができる。これにより、縦筋５２、５４は地震時に発生する水平力Ｐのエネルギーを吸収することができる。

なお、水平力Ｐのエネルギーを吸収するためには、必ずしも縦筋５２、５４をブロック４０に挿通させる必要はない。例えば図７に示すブロック６０のように、山面６２、谷面６４に有底の挿入孔６６、６８を形成し、この挿入孔６６、６８に低降伏点鋼で形成されたダボ鉄筋７０を挿入してもよい。このダボ鉄筋７０が変形することにより、水平力Ｐのエネルギーを吸収することができる。また、ダボ鉄筋７０は縦筋５２、５４と同様に、壁体２０の面外方向の耐力を向上させることができる。

なお、これらの縦筋５２、５４、ダボ鉄筋７０としては、必ずしも低降伏点鋼を用いる必要はなく、ＳＳ４００、ＳＲ２３５、ＳＤ２９５Ａなどの規格鉄筋を用いてもよいし、角棒や鋼管などを用いてもよい。さらに、鋼材以外の延性に優れた金属材料を用いてもよい。これらの鋼材及び金属材料を用いた場合でも、壁体２０が面外方向に変形することを抑制できる。

さらに、縦筋５２、５４及びダボ鉄筋７０の何れも用いない構成としてもよい。すなわち、本発明における壁体は、ブロック４０及びブロック４０の積み重ね時に適宜使用する接着剤などによって形成することができる。このように形成された壁体も、重ねあわせ面が中央から左右に傾斜しているため、水平力Ｐに抵抗することができる。

本実施形態においては、木製ブロックとして、図２に示すように、積み重ね面が凸状の山面４２及び凹状の谷面４４とされ、山面４２及び谷面４４の両端部に、互いに平行な端面４６Ｌ、４６Ｒが形成されているブロック４０を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば図８（Ａ）に示すような積み重ね面が正面視で凹凸状（ジグザグ形状）とされたＮ字型（正面視。以下同様）のブロック８２や、図８（Ｂ）に示すような積み重ね面が何れも凸状とされた六角形状のブロック８４や、図８（Ｃ）に示すような積み重ね面の端部に端面を備えない菱形状のブロック８６や、図８（Ｄ）に示すような積み重ね面の一部分が傾斜していない八角形状のブロック８８のような構成でもよい。すなわち、積み重ね面が水平方向に対して逆向きの２方向（正面視で中央から右下に向かう方向及び左下に向かう方向）に傾斜していればよい。

また、このような各種の木製ブロックに対しても、これらを挿通する鉄筋は配置してもしなくてもよく、配置する場合においては、例えば図８（Ａ）、（Ｃ）に示すように鉛直方向に沿って配置したり、例えば図８（Ｂ）、（Ｄ）に示すように、鉛直方向に対して交差する方向に沿って配置することができる。

このように、本発明に係る壁構造は、種々の実施形態を適宜組み合わせて実施することができる。

２０壁体
３０架構
３２柱
３４、３４Ｕ、３４Ｄ梁（水平部材）
４０、４９、６０ブロック（木製ブロック）
８２、８４、８６、８８ブロック（木製ブロック）
４２山面（積み重ね面）
４４谷面（積み重ね面）
４８Ｒ、４８Ｌ貫通孔
５２、５４縦筋（鉄筋）

Claims

柱、上梁及び下梁で構成された鉄筋コンクリート製又は鉄骨鉄筋コンクリート製の架構と、
前記架構内に木製ブロックを積み重ねて形成された壁体と、を備え、
前記架構内に積み重ねられた状態で前記木製ブロックを正面視した際に、
前記木製ブロックにおける上下に対向する一対の面は、それぞれ中央から両端に向かって傾斜する山面及び谷面とされ、
上下に隣り合う前記木製ブロックは、それぞれの前記山面同士又は前記谷面同士が当接するように、上下方向に逆向きに配置され、
積み重ねられた状態の前記木製ブロックには上下方向に貫通する貫通孔が形成され、
複数の前記貫通孔に亘って挿通された鉄筋が、前記上梁及び前記下梁に接合されている、壁構造。
柱、上梁及び下梁で構成された鉄筋コンクリート製又は鉄骨鉄筋コンクリート製の架構と、
前記架構内に木製ブロックを積み重ねて形成された壁体と、を備え、
前記架構内に積み重ねられた状態で前記木製ブロックを正面視した際に、前記木製ブロックの積み重ね面である上面及び下面は、それぞれ、水平方向に対して逆向きの２方向へ傾斜していると共に、
前記木製ブロックには、前記上面から前記下面まで貫通する貫通孔が形成され、又は、前記上面及び前記下面のそれぞれに有底の挿入孔が形成され、上下に隣り合う前記木製ブロックの前記貫通孔又は前記挿入孔に低降伏点鋼が挿通され、
前記上梁及び前記下梁には、前記低降伏点鋼が接合されている、壁構造。
積み重ねられた状態の前記木製ブロックは繊維方向が前記壁体の面内方向とされている、請求項１又は請求項２に記載の壁構造。
柱と水平部材とで構成された鉄筋コンクリート製又は鉄骨鉄筋コンクリート製の架構と、
前記架構内に木製ブロックを積み重ねて形成された壁体と、を備え、
前記架構内に積み重ねられた状態で前記木製ブロックを正面視した際に、前記木製ブロックの積み重ね面は水平方向に対して逆向きの２方向へ傾斜していると共に、
前記木製ブロックには、逆向きの２方向に傾斜している上下の積み重ね面のそれぞれに有底の挿入孔が形成され、上下に隣り合う前記木製ブロックの前記挿入孔に、低降伏点鋼が挿通されている、壁構造。