JP7252841B2 - Clt耐力壁 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、木質壁の外周面と架構の内面とを、接着剤により接合した構成が開示されている。
また、特許文献2においても、柱と梁またはスラブとで構成された架構の内側に、木質壁が接着剤により接合されている構成が開示されている。
特許文献1、2に開示されたような構成では、木質壁の外周面と架構の内面とを接合するには、接着剤の塗布や、塗布した接着剤が乾燥して所定の接合強度が発現するまでに時間が掛かる。また、接着剤の塗布状態により、木質壁の外周面と架構の内面との接合強度にばらつきが生じ、十分な強固な構造が実現できない場合もある。
特許文献3に開示されたような構成においても、木質壁と水平部材とを接合するには、セメント系固化材の塗布や、塗布したセメント系固化材が乾燥して所定の接合強度が発現するまでに時間が掛かる。また、セメント系固化材の塗布状態により、木質壁の外周面と架構の内面との接合強度にばらつきが生じ、十分な強固な構造が実現できない場合もある。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のCLT耐力壁は、鉄骨架構の内部にCLTパネルが設けられたCLT耐力壁であって、前記鉄骨架構と前記CLTパネルは、ビスまたはボルトにより接合されることを特徴とする。
このような構成によれば、鉄骨架構とCLTパネルを、ビスまたはボルトにより接合することで、鉄骨架構とCLTパネルとが強固に接合され、強固な構造を有するCLT耐力壁を得ることができる。また、ビスまたはボルトを用いることで、接着剤やセメント系固化材を用いない乾式接合法によって、鉄骨架構とCLTパネルとを接合することができる。したがって、鉄骨架構とCLTパネルとの接合を容易かつ短時間で接合することができ、施工期間を低減することが可能となる。このようにして、施工期間を低減しつつ強固な構造を実現可能なCLT耐力壁を提供することが可能となる。
このような構成によれば、鉄骨柱材に設けられる一対の延出部の間に、CLTパネルの端部が配置され、一対の延出部とCLTパネルとが接合されることで、鉄骨柱材とCLTパネルとが強固に一体化される。
このような構成によれば、鉄骨横架材に設けられた鋼材の突出部を挟み込むようにCLTパネルが設けられ、ビスまたはボルトがCLTパネルの表面から突出部を貫通して設けられることで、CLTパネルパネルと鉄骨横架材とが2面せん断で接合される。これにより、鉄骨横架材とCLTパネルとの間で伝達可能なせん断力が高められる。
以下、添付図面を参照して、本発明によるCLT耐力壁を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本実施形態に係るCLT耐力壁の一例を示す正面図を図1に示す。
図1に示されるように、CLT耐力壁1Aは、建物に設けられた鉄骨架構10と、CLTパネル20Aと、を備えている。
鉄骨架構10は、鉄骨柱材11と、鉄骨横架材12とによって構成されている。鉄骨柱材11は、鉛直上下方向に延びている。鉄骨柱材11は、水平方向に間隔をあけて複数本が設けられている。ここで、鉄骨柱材11は、建物の躯体を構成する柱を構成するものであってもよいし、建物の壁等を構成するために設けられた間柱を構成するものであってもよい。鉄骨横架材12は、水平方向に延びる梁材である。鉄骨横架材12は、水平方向で互いに隣り合う一対の鉄骨柱材11に跨がるように設けられている。鉄骨横架材12は、上下方向に間隔をあけて複数本が設けられている。鉄骨架構10は、水平方向に間隔をあけて配置された一対の鉄骨柱材11と、上下方向に間隔をあけて配置された一対の鉄骨横架材12とによって、水平方向から見て矩形状に組まれている。
CLTパネル20Aは、CLT(Cross Laminated Timber:クロス・ラミネイティド・ティンバー)からなる。CLTパネル20Aは、木製の板の層を各層で互いに直交するように積層し、互いに接着したものである。より詳しくは、CLTパネル20Aは、木製の板材を、CLT耐力壁1Aの壁厚方向に複数層に積層して形成されている。CLTパネル20Aにおいて、積層方向で互いに前後する板材は、その繊維方向が互いに直交している。CLTパネル20Aの各層においては、帯状の板材が、CLT耐力壁1Aの壁面に沿った方向に複数枚並べて設けられていてもよい。このようなCLTパネル20Aは、複数層の板材を接着により一体化することで、所定の厚さを有したパネル状に形成されている。このようなCLTパネル20Aは、予め、工場等で製造される。
図2、図3に示すように、CLTパネル20Aの上端面20t、下端面20bには、溝21、22が形成されている。溝21は、上端面20tから下方に窪み、CLTパネル20Aの板幅方向に連続して延びている。溝22は、下端面20bから上方に窪み、CLTパネル20Aの板幅方向に連続して延びている。
図1~図3に示されるように、CLTパネル20Aは、上下の鉄骨横架材12に、線状接合具30Aによって、接合されている。
本実施形態において、鉄骨横架材12は、例えばH型鋼であり、上部フランジ12aと、下部フランジ12bと、上部フランジ12aと下部フランジ12bとの間に設けられたウェブ12cと、を備えている。鉄骨横架材12には、突出部14A、14Bが一体に設けられている。
CLTパネル20Aの上方に位置する鉄骨横架材12には、突出部14Aとして、その下部に、鋼材40Aが設けられている。鋼材40Aは、上方の鉄骨横架材12の下部フランジ12bの下面に、溶接等により接合されている。鋼材40Aは、例えば平鋼であり、鉄骨横架材12の軸方向(水平方向)に連続して延びている。図2、図3に示すように、CLT耐力壁1Aを鉄骨横架材12の軸方向に直交する断面で縦断面視すると、鋼材40Aは、下部フランジ12bの下面から下方に所定寸法突出している。鋼材40Aは、CLTパネル20Aの上端面20tの溝21に挿入されている。これにより、CLTパネル20Aの上部は、鋼材40A(突出部14A)をその板厚方向において挟み込むように設けられている。鋼材40Aは、その下端が溝21の底面に突き当たった状態で、CLTパネル20Aの上端面20tと上方の鉄骨横架材12の下部フランジ12bとの間に、上下方向に隙間S1を隔てている。
図4に示されるように、CLT耐力壁1Aは、鉄骨架構10を構成する鉄骨柱材11に、線状接合具30Bにより接合されている。本実施形態において、鉄骨柱材11は、H形鋼を用いて形成され、一対のフランジ11a、11bと、フランジ11cと、を一体に備えている。一対のフランジ11a、11bは、CLTパネル20Aの板厚方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。フランジ11cは、一対のフランジ11a、11b同士を接続するように、CLTパネル20Aの板厚方向に延びている。これら一対のフランジ11a、11bは、水平方向において、フランジ11cから鉄骨架構10の内部10sに向かって延出している。これら一対のフランジ11a、11bにより、一対の延出部13が形成されている。図4に示されるように、一対の延出部13は、CLT耐力壁1Aを水平面に沿って横断面視した場合、その板厚方向でCLTパネル20Aを挟んで互いに対向する位置に設けられている。
線状接合具30Bは、一対の延出部13とCLTパネル20Aとを接合する。線状接合具30Bは、鉄骨柱材11に沿って上下方向に間隔をあけて複数本が配置されている。線状接合具30Bのそれぞれは、CLTパネル20Aの板厚方向に延びている。線状接合具30Bは、フランジ11a、フランジ11bから挿入され、フランジ11a、フランジ11bとCLTパネル20Aとを接合している。線状接合具30Bがボルトである場合、一方のフランジ11aからCLTパネル20Aを貫通して他方のフランジ11bに突出させ、その先端部をナットに締結してもよい。また、線状接合具30Bは、CLTパネル20Aに形成した雌ネジ孔に締結させるようにしてもよい。
このような構成によれば、鉄骨架構10とCLTパネル20Aを、線状接合具30A、30Bにより接合することで、鉄骨架構10とCLTパネル20Aとが強固に接合され、強固な構造を有するCLT耐力壁1Aを得ることができる。また、線状接合具30A、30Bを用いることで、接着剤やセメント系固化材を用いない乾式接合法によって、鉄骨架構10とCLTパネル20Aとを接合することができる。したがって、鉄骨架構10とCLTパネル20Aとの接合を容易かつ短時間で接合することができ、施工期間を低減することが可能となる。このようにして、施工期間を低減しつつ強固な構造を実現可能なCLT耐力壁1Aを提供することが可能となる。
このような構成によれば、鉄骨柱材11に設けられる一対の延出部13の間に、CLTパネル20Aの端部が配置され、一対の延出部13とCLTパネル20Aとが接合されることで、鉄骨柱材11とCLTパネル20Aとが強固に一体化される。
このような構成によれば、鉄骨横架材12に設けられた鋼材40A、40Bの突出部14A、14Bを挟み込むようにCLTパネル20Aが設けられ、線状接合具30AがCLTパネル20Aの表面から突出部14A、14Bを貫通して設けられることで、CLTパネル20Aパネルと鉄骨横架材12とが2面せん断で接合される。これにより、鉄骨横架材12とCLTパネル20Aとの間で伝達可能なせん断力が高められる。
ここで、上記したようなCLT耐力壁1Aと、通常のブレース構造とについて比較検討したので、その検討結果を以下に示す。
図5は、本実施形態係るCLT耐力壁のCLTパネルに代えて、ブレース材を設けた場合の検討モデルを示す図である。図6は、ブレース材を設けた場合と、CLTパネルを設けた場合とで、水平方向の荷重と水平方向の変形量の相関を示す図である。図7は、CLTパネルを設けた場合の検討モデルを示す図である。
図5に示すように、ブレース構造としては、一対の鉄骨柱材11と、上下の鉄骨横架材12とによって形成された鉄骨架構の内側に、対角線状に延びるブレース19を設けるモデルについて検討した。一対の鉄骨柱材11の水平方向の間隔(CLTパネル20Aの幅寸法W)を1300mm、鉄骨横架材12の上下方向の長さHを3750mm、ブレース19の長さを3969mmとした。
この場合、水平方向の荷重Pが作用し、水平方向への変形量がδであった場合、ブレース19に作用する荷重Bは、θを鉄骨柱材11とブレース19の間の角度とすると、
B=P/sinθ
となる。ここで、
sinθ=1300/3969=0.328
であることから、
P=0.328B ・・・(1)
となる。
By=12×100×245=294(kN)
Bu=12×100×400=480(kN)
図6に示される相関曲線L1に示すように、(1)式から、水平方向の荷重における降伏耐力Py、終局耐力Puは、
Py=0.328×By=96.4(kN)
Pu=0.328×480=157(kN)
となる。
Kb=P/ΔL
=(E・A)/L
=(2.1×10-5×12×100)/3969=63.5(kN/mm)
となる。ただし、Eはブレース19のヤング率、Aはブレース19の断面積、Lはブレース19の長さ、ΔLは力Pが作用したときの、ブレース19の長さ方向における変形量である。
ブレース19の水平方向の剛性Kは、幾何学的関係から、
P/δ=K=Kb×sin2θ
=63.5×(0.328)2=6.83(kN/mm)
となる。
したがって、ブレース19の降伏変位δyは、
δy=Py/K=96.4/6.83=14.1mmとなる。
ここで、水平方向の荷重によるCLTパネル20Aの回転角度をθ2とすると、
θ2=Δ/Wとなる。
すると、CLTパネル20Aの角部における降伏変位Δyは、
Δy=θy×H=(δv/W)×H ・・・(2)
となる。ここで、θyは降伏時の回転角、δvは線状接合具30の1本当たりの降伏変位(mm)、WはCLTパネル20Aの幅寸法、Hは上方の鉄骨横架材12の下面と下方の鉄骨横架材12の上面との間隔である。
Qy=(Py×H)/(m×W) ・・・(3)
となる。ただし、mはビス列数で、nはビス本数であり、ここで、m=1とする。
また、
Δ=Qy/(n×k) ・・・(4)
である。ここで、kは、線状接合具30の1本当たりの剛性(kN/mm)である。
Py=Qy・m・(1/H)
=n・k・Δ・m・W・(1/H)
=m・n・k・W2・θy・(1/H)
=m・n・k・δv・(W/H) ・・・(5)
となる。ここで、nは、線状接合具30の本数である。
降伏までの回転剛性Kθは、
Kθ=Py/Δy
=m・n・k・δv・(W/H)/((δv/W)×H)
=m・n・k・(W/H)2 ・・・(6)
となる。
k=6.63(kN/mm)、Δδv=1.83(mm)、ΔPu=10.52(kN)、Δδu=30.0(mm)
とすると、(5)式から、ビス本数nは、
n=(Py・H)/(m・k・Δδv・W)
=(96.4×3750)/(1×6.63×1.83×1300)
=22.9(本)
となる。
また、(6)式からビス本数nを求めると、
n=(Kθ・H2)/(m・k・W2)
=(6.63×(3750)2)/(1×6.63×(1300)2)
=8.57(本)
となる。
ここで、線状接合具30の間隔は、
H/n=3750/23=163(mm)
であるため、例えば、線状接合具30をCLTパネル20Aの片側からのみ締結する場合、150mm間隔として、計25(本)とすればよい。線状接合具30をCLTパネル20Aの両面から締結する場合、300mm間隔とすればよい。
Py=m・n・k・Δδv・(W/H)
=1×25×6.63×1.83×(1300/3750)
=105.2(kN)
となる。また、上式(6)において、
Kθ=m・n・k・(W/H)2
=1×25×6.63×(1300/3750)2
=19.9(kN/mm)
となる。
したがって、CLT耐力壁1Aの降伏変位Δyは、
Δy=Py/Kθ
=5.29(mm)
となる。
終局時の変位は、弾性域と同様にして求めると、
Δu=Δδu・(H/W)
=30×(3750/1300)
=86.5(mm)
となる。
このようなP-δ関係は、図6における相関曲線L2のようになる。
なお、上記第1実施形態では、一対の鉄骨柱材11間に1枚のCLTパネル20Aのみを設けるようにしたが、これに限らない。
図8は、本実施形態に係るCLT耐力壁の変形例の構成を示す横断面図である。
図8に示されるように、一対の鉄骨柱材11間に、複数枚(図8の例では、例えば3枚)のCLTパネル20Cを設けてもよい。この場合、一対の鉄骨柱材11間で両端部に位置するCLTパネル20Cと鉄骨柱材11との接合構造は、上記第1実施形態と同様である。
互いに隣り合うCLTパネル20C同士は、板厚方向両側に配置した接続プレート50と、線状接合具30Cとにより接合する。線状接合具30Cは、板厚方向両側の接続プレート50を貫通し、その間に挟み込まれたCLTパネル20Cに締結されている。線状接合具30Cがボルトである場合、一方の接続プレート50からCLTパネル20Cを貫通して他方の接続プレート50に突出させ、その先端部をナットに締結してもよい。
また、この場合、一対の鉄骨柱材11間で両端部に位置するCLTパネル20Ca,20Cbと鉄骨柱材11とを接合した後に、中央部に位置するCLTパネル20Ccを、両端部に位置するCLTパネル20Cの間に挿入し、接続プレート50、および線状接合具30Cで接続するようにしてもよい。このようにすれば、既設の建物の鉄骨架構10の内側に、CLTパネル20Cを追設することで、CLT耐力壁1Aを形成することが可能となる。
第2実施形態に係るCLT耐力壁の縦断面図を図9に示す。図10は、図9のB矢視部分を拡大した断面図である。図11は、図9のCLT耐力壁の横断面図である。
図9~図11に示されるように、CLT耐力壁1Dは、建物に設けられた鉄骨架構10と、CLTパネル20D、20Eと、を備えている。
CLTパネル20D、20Eは、上記第1実施形態と同様にして鉄骨横架材12に設けられた突出部14A(鋼材40A、40B)を、両側から挟み込むようにして配置されている。CLTパネル20D、20Eは、上下の鉄骨横架材12に、線状接合具30Dによって、接合されている。
図9に示されるように、CLTパネル20D、20Eの下部は、下方の鉄骨横架材12に設けられた鋼材40B(突出部14B)を、その板厚方向両側から挟み込むように設けられている。線状接合具30DによってCLTパネル20D、20Eの下部が突出部14Bに接合された状態で、CLTパネル20D、20Eの下端面20bと下方の鉄骨横架材12の上部フランジ12aとの間に、上下方向の隙間S4が形成されている。
なお、本発明のCLT耐力壁は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記第2実施形態では、一対の鉄骨柱材11間に1枚のCLTパネル20Aのみを設けるようにしたが、これに限らない。
この第2実施形態においても、図12に示されるように、一対の鉄骨柱材11間に、複数枚(図12の例では、例えば3枚)のCLTパネル20D、20Eを設けてもよい。この場合も、互いに隣り合うCLTパネル20D、20E同士は、板厚方向両側に配置した接続プレート50と、線状接合具30Fとにより接合する。
また、上記第1、第2実施形態では、鉄骨横架材12に、突出部14Aとして、平鋼からなる鋼材40A、40Bを設けるようにしたが、これに限らない。
例えば、図13に示すように、鉄骨横架材12に、突出部14Fとして、断面L字状の山形鋼からなる鋼材40Fを設けるようにしてもよい。鋼材40Fは、鉄骨横架材12の上部フランジ12aまたは下部フランジ12bに溶接等により接合される基部40fと、基部40fの端部から突出する突出片40gと、を一体に有している。この突出片40gに、上記第1実施形態におけるCLTパネル20A、または上記第2実施形態におけるCLTパネル20D、20E(図13においては、CLTパネル20D、20Eを図示した)を、線状接合具30Aにより接合する。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
10s 内部 11、11J、11L、11M 鉄骨柱材
12 鉄骨横架材 13、16、17 一対の延出部
14A、14B、14F、14G、14H 突出部 18 山形鋼
20A、20C~20E CLTパネル
30A~30E、30J 線状接合具(ビスまたはボルト)
40A、40B、40F、40G、40H 鋼材
Claims (3)
- 鉄骨架構の内部にCLTパネルが設けられたCLT耐力壁であって、
前記鉄骨架構を構成する鉄骨柱材は、H形鋼、溝形鋼、山形鋼のいずれかを用いて形成されるとともに、横断面視した際には対向する位置に一対の延出部が設けられており、
前記一対の延出部の間に、前記CLTパネルの端部が配置され、前記CLTパネルと前記一対の延出部を嵌合させるとともに、
前記一対の延出部から前記CLTパネルの内部にビスまたはボルトを挿入させることにより、前記鉄骨架構と前記CLTパネルが接合されていることを特徴とするCLT耐力壁。 - 鉄骨架構の内部にCLTパネルが設けられたCLT耐力壁であって、
前記鉄骨架構と前記CLTパネルは、ビスまたはボルトにより接合され、
前記鉄骨架構を構成する鉄骨柱材は、H形鋼、溝形鋼、山形鋼のいずれかを用いて形成されるとともに、横断面視した際には対向する位置に一対の延出部が設けられており、
互いに隣り合う一対の前記鉄骨柱材の間に、一対の前記鉄骨柱材が間隔をあけて設けられる水平方向に並ぶように、3枚以上の前記CLTパネルが設けられ、
両端部に位置する前記CLTパネルと前記鉄骨柱材との間においては、前記鉄骨柱材の前記一対の延出部の間に、前記CLTパネルの端部が配置され、前記一対の延出部と前記CLTパネルが前記ビスまたはボルトにより接合され、
互いに隣り合う前記CLTパネル同士を跨るように接続プレートが設けられ、前記接続プレートと、互いに隣り合う前記CLTパネルの各々は、線状接合具により接合されていることを特徴とするCLT耐力壁。 - 前記鉄骨架構を構成する鉄骨横架材には、平鋼、山形鋼、T形鋼のいずれかの鋼材が、前記鉄骨横架材の上部および下部の少なくとも一方に取り付けられて、縦断面視した際に前記鋼材により突出部が形成されており、
前記突出部を挟み込むように前記CLTパネルが設けられ、前記ビスまたはボルトが前記CLTパネルの表面から挿入され、前記突出部を貫通して設けられることを特徴とする請求項1または2に記載のCLT耐力壁。
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