WO2015034099A1 - 耐力壁及び耐力壁用の壁面材 - Google Patents

耐力壁及び耐力壁用の壁面材 Download PDF

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WO2015034099A1
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joint
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wall surface
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河合 良道
藤内 繁明
伸一郎 橋本
一紀 藤橋
佐藤 篤司
徹郎 小野
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Nippon Steel Corp
NS Hi Parts Corp
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Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
NS Hi Parts Corp
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    • E04C3/32Columns; Pillars; Struts of metal
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    • E04B1/24Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of metal
    • E04B2001/2481Details of wall panels

Definitions

  • the present invention relates to a load-bearing wall and a wall material for the load-bearing wall, and is used, for example, in a steel house or a prefab house.
  • the bearing wall described in Japanese Patent No. 3737368 is composed of a frame in which a frame member is rectangularly framed around the periphery of a steel plate (wall surface member), and an intermediate rail provided inside the frame.
  • a plurality of holes are distributed and formed in the height direction and the horizontal direction (width direction) in a region excluding the portion to which the frame material of the wall surface material is joined.
  • the rib integrated with the steel plate by the shape of a cylinder or a truncated cone is formed in the edge part of these holes, respectively. This rib is formed for out-of-plane reinforcement of the steel plate.
  • the present invention is intended to provide a load bearing wall and a wall material for the load bearing wall that can stably absorb seismic energy in consideration of the above facts.
  • the bearing wall according to the present invention includes a pair of vertical members joined to the upper and lower horizontal members of the building at intervals in the horizontal direction, a first joint joined to one of the longitudinal members, and the other longitudinal member.
  • a second joint portion joined to the material, and circular openings arranged in a row at an interval in the vertical direction between the pair of vertical materials, and in the vertical direction.
  • a wall material in which the distance between the center of one adjacent opening and the center of the other opening is set to be shorter than the horizontal distance between the first joint and the second joint; Yes.
  • a wall material for a load-bearing wall according to the present invention is a second joint that is joined to one longitudinal member and the other joining member, and has a constant distance between the first joining portion. And arranged in a line at intervals along the first joint and the second joint between the first joint and the second joint. A distance between a center of one of the adjacent openings and a center of the other opening is set to be shorter than a distance between the first joint and the second joint; Yes.
  • a plurality of openings arranged in the vertical direction are formed in the wall material. Stress concentrates in an intermediate portion in the vertical direction between one adjacent opening and another opening, and a horizontal intermediate portion between the first joint portion and the opening in the wall surface material and a second in the wall surface material. Stress concentrates in the horizontal intermediate portion between the joint and the opening.
  • the distance between the center of one opening adjacent in the vertical direction and the center of the other opening is set to be shorter than the horizontal distance between the first joint and the second joint. .
  • the shear stress value of the intermediate portion in the horizontal direction between the first joint portion and the opening portion in the wall surface material, and the second joint portion and the opening portion in the wall surface material can be made lower than the shear stress value of the intermediate portion in the vertical direction between one opening and the other opening adjacent to each other in the vertical direction in the wall surface material.
  • the shear stress to the horizontal direction produced in a pair of vertical members is reduced.
  • the joint between the wall material and the pair of vertical materials is prevented from being deformed. It can absorb the seismic energy stably.
  • the bearing wall and the wall material for the bearing wall according to the present invention have an excellent effect of being able to stably absorb seismic energy.
  • FIG. 1A It is the perspective view seen from the wall surface material side which shows an example of the bearing wall which concerns on 1st Embodiment. It is the expansion perspective view seen from the vertical member side which shows the load-bearing wall shown by FIG. 1A. It is a side view of the cyclic
  • FIG. It is a figure explaining one test body. It is a figure explaining another one test body. It is a figure which shows the stress which acts on the wall surface material by the difference in the radius of a circular arc part. It is a figure which shows the relationship between the radius of a circular arc part, and the stress which acts on a wall surface material. It is a figure which shows the stress which acts on the wall surface material by the difference in the radius of a circular arc part. It is a figure which shows the relationship between the radius of a circular arc part, and the stress which acts on a wall surface material. It is a figure which shows the stress which acts on the wall surface material by the difference in the height dimension of an annular rib.
  • FIG. 18B is a cross-sectional view of the annular rib shown in FIG. 18A. It is a side view of the cyclic
  • FIG. 19B is a front view of the annular rib shown in FIG. 19A. It is a side view which shows the building where the bearing wall which concerns on 5th Embodiment was used. It is a side view which shows the bearing wall which concerns on 5th Embodiment. It is a side view which shows the frame of the bearing wall shown by FIG.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a cross section of the load bearing wall taken along line 23-23 shown in FIG. 21. It is a side view which shows the wall surface material of the load-bearing wall shown by FIG. It is a side view which shows the bearing wall which concerns on a modification.
  • FIG. 1A A bearing wall according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2A, 2B, and 3.
  • FIG. 1A, 1B, 2A, 2B, and 3 A bearing wall according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2A, 2B, and 3.
  • the load bearing wall 1A (1) extends in the vertical direction Y of the building, is arranged in parallel with a predetermined distance from each other, and is joined to the horizontal members HM above and below the building.
  • the pair of longitudinal members 2a and 2b are formed of a shape steel such as a thin and light section steel, or a section steel, and in this embodiment, the pair of longitudinal members 2a and 2b has a substantially U-shaped cross section. Channel steel is used.
  • the wall surface material 3 is made of a steel plate having a substantially rectangular shape in plan view, and one end portion 3a in the width direction X is joined to one vertical material 2a of the pair of vertical materials 2a and 2b, and the other in the width direction X is The end 3b is joined to the other longitudinal member 2b.
  • a plurality of drill screws are screwed into one end 3a and one vertical member 2a of the wall surface member 3, so that one end 3a of the wall surface member 3 is joined to one vertical member 2a.
  • a portion where the drill screw is screwed into the wall surface material 3 is referred to as a first joint portion 4a.
  • the 1st junction part 4a is arranged at substantially equal intervals in the up-down direction.
  • the plurality of drill screws are screwed into the other end 3b of the wall surface material 3 and the other vertical member 2b, so that one end 3b of the wall surface material 3 is joined to the other vertical material 2b.
  • a portion where the drill screw is screwed into the wall surface material 3 is referred to as a second joint portion 4b.
  • the 2nd junction part 4b is arranged in the up-down direction at substantially equal intervals similarly to the 1st junction part 4a.
  • the wall surface material 3 is formed with a plurality of circular openings 5 arranged in a line at predetermined intervals in the vertical direction Y.
  • the plurality of openings 5, 5,... are preferably formed so as to have substantially the same diameter R, and are arranged such that the distance d between the adjacent openings 5, 5 has substantially the same dimension.
  • These openings 5, 5... are arranged along the center line in the width direction X of the wall surface material 3.
  • the distance D1 between the central axes 5b and 5b of the openings 5 and 5 adjacent in the vertical direction is set to be shorter than the distance D2 between the joint between the pair of vertical members 2a and 2b and the wall surface member 3.
  • the distance D2 between the pair of vertical members 2a and 2b and the wall surface member 3 indicates the horizontal distance between the first joint 4a and the second joint 4b.
  • the minimum length 31 (corresponding to the distance d between the adjacent openings 5 and 5) is the horizontal distance D3 between the opening 5 and the first joint 4a and the horizontal distance between the opening 5 and the second joint 4b. It is shorter than the sum of D4.
  • annular rib (burring) 6 (6A) formed integrally with the steel plate of the wall surface material 3 is formed on the edge 5a of the opening 5.
  • the annular rib 6 protrudes to one side in the out-of-plane direction of the wall surface material 3 (the direction orthogonal to the wall surface material 3).
  • One side of the wall surface material 3 in the out-of-plane direction is a side on which a pair of vertical members 2 a and 2 b (see FIG. 1A) are joined to the wall surface material 3.
  • the radially inner surface of the annular rib 6 is formed in a substantially arc shape in a side sectional view, and the radially inner surface of the annular rib 6 is a flat plate portion 31. It gradually narrows as it leaves. Thereby, the inner diameter of the annular rib 6 gradually decreases as it goes in the out-of-plane direction of the wall surface material 3.
  • the wall surface material 3 is divided into a plurality of units 7 separated by a horizontal line 5d passing through the center 5c of each opening 5 (intersection of the surface of the wall surface material 3 and the central axis 5b (see FIG. 1)). 7 is assumed to be composed of the shear stress ⁇ and the bending stress ⁇ acting on one unit 7.
  • the width dimension W is the same value as the width dimension of the wall surface material 3
  • the height dimension H is the same value as the length dimension of the straight line connecting the centers 5 c of the adjacent openings 5 and 5.
  • semicircular cutout portions 71 and 71 corresponding to the lower half or the upper half of the opening 5 are formed at the center in the width direction X.
  • the distance (corresponding to d) between the semicircular cutout portion 71 formed at the upper end portion 7a and the semicircular cutout portion 71 formed at the lower end portion 7b is as follows. It is shorter than the total of the horizontal distance D3 between the opening 5 and the first joint 4a and the horizontal distance D4 between the opening 5 and the second joint 4b. That is, in the unit 7 shown in FIG. 3, a portion between the pair of adjacent openings 5 and 5 is a portion of the minimum cross-sectional area in the unit 7.
  • the shear stress ⁇ is concentrated in the vicinity of the central portion 7c of the unit 7 in the vertical direction Y and the width direction X.
  • the vicinity of the central portion 7c of the unit 7 where the shear stress ⁇ is concentrated is referred to as a stress concentration portion 8.
  • the direction (horizontal direction) in which the shear stress ⁇ acts on the upper end portion 7a side and the lower end portion 7b side of the unit 7 is the opposite direction.
  • a plurality of units 7, 7... Are arranged in the vertical direction, and in fact, since the plurality of units 7, 7... Are integrated, the lower end portion 7b of the upper unit 7 among the adjacent units 7, 7.
  • the shear stress ⁇ acting in the vicinity and the shear stress ⁇ acting in the vicinity of the upper end portion 7a of the lower unit 7 cancel each other.
  • the unit 7 since the shear stress ⁇ concentrates on the stress concentration portion 8 and the horizontal shear stress ⁇ acting on both ends in the horizontal direction is reduced, the unit 7 has a pair of longitudinal members 2a, 2b. The stress in the vertical direction is transmitted, and the stress in the horizontal direction is hardly transmitted.
  • the shear stress ⁇ generated in the bearing wall 1A is concentrated in the stress concentration portion 8, and the horizontal stress is hardly transmitted to the pair of longitudinal members 2a and 2b and is generated in the edge portion of the opening 5.
  • the bending stress ⁇ will be dispersed.
  • the shear stress concentrates on the stress concentration portion 8 of the wall surface material 3, and the wall surface material 3 is deformed and destroyed.
  • the horizontal shearing stress transmitted from the wall surface material 3 to the pair of vertical members 2a, 2b is small, and the joint portion between the pair of vertical members 2a, 2b and the wall surface material 3 (the first joint portion 4a and the second joint). It is possible to prevent the portion 4b) from being broken or the pair of longitudinal members 2a, 2b from being locally deformed.
  • the stress concentration portion 8 of the wall surface material 3 breaks down the joint portions 4a and 4b between the pair of vertical members 2a and 2b and the wall surface material 3 or a pair.
  • the vertical members 2a and 2b have a structure that yields shear before local deformation of the vertical members 2a and 2b, and can stably absorb seismic energy. Moreover, in this embodiment, it can also be set as the structure which does not install the middle rail etc. in order to respond
  • the annular rib 6 protrudes on the joining side of the wall surface material 3 and the pair of longitudinal members 2a, 2b, thereby joining the pair of longitudinal members 2a, 2b of the wall surface material 3. Since there is no convex portion on the surface opposite to the surface, it becomes easier to finish the interior or exterior as compared with the load bearing wall having unevenness on both surfaces of the wall surface material 3, and handling of the load bearing wall 1A is facilitated.
  • the radial cross section of the opening 5 of the annular rib 6B (6) has an arc shape at the base end 6a.
  • the distal end 6 b opposite to the base end 6 a is formed in a straight line perpendicular to the flat plate portion 31.
  • the inner diameter of the base end portion 6a of the annular rib 6 gradually decreases as the distance from the flat plate portion 31 increases, and the distal end portion 6b side of the annular rib 6 has a cylindrical shape with a constant inner diameter.
  • a portion where the cross-sectional shape is an arc shape like the base end portion 6a side of the annular rib 6 is an arc portion 61, and a cross-sectional shape is perpendicular to the flat plate portion 31 like the tip end portion 6b side.
  • the part which becomes is demonstrated below as the linear part 62.
  • FIG. The arc portion 61 and the straight portion 62 are formed continuously.
  • the height dimension h of the annular rib 6 is 15 mm.
  • the annular rib 6A of the load bearing wall 1A according to the first embodiment is formed only by the arc portion 61, and the linear portion 62 of the annular rib 6B of the second embodiment is not formed. It has a form. Also in the bearing wall 1B according to the second embodiment shown in FIGS.
  • the test specimen of the bearing wall 1 uses a steel plate having a vertical dimension of 500 mm and a width dimension of 300 mm and a steel sheet having a vertical dimension of 700 mm and a width dimension of 433 mm as the wall material 3.
  • Two circular openings 5 and 5 having a predetermined interval in the vertical direction Y were formed.
  • FEM elastic analysis meshes with intervals of 10 mm in the vertical direction Y and the width direction X were created, and FEM elastic analysis meshes with intervals of 5 mm were created around the openings 5. .
  • a bar member (not shown) corresponding to a pair of vertical members 2 a and 2 b (see FIG. 1) is joined to the side (side ad, side bc) extending in the vertical direction Y of the wall surface member 3.
  • the joint 4 (see FIG. 1) between the pair of vertical members 2a and 2b is a pin joint.
  • the radius r of the arcs 61 of the test bodies A1 to A5 and the test bodies A′1 to A′5 is 0 mm, 5 mm, and 10 mm in the order of the test bodies A1 to A5 and the test bodies A′1 to A′5. 15 mm and 20 mm, and the height dimension h of the annular rib 6 was all 15 mm.
  • the arc portion 61 and the linear portion 62 are formed on the annular rib 6 as in the second embodiment. .
  • the arc portion 61 is not formed on the annular rib 6, and the cylindrical annular rib 6 is formed only by the straight portion 62.
  • the diameter R of the opening 5 is 120 mm
  • the distance d between the openings 5 and 5 is 75 mm
  • the plate thickness t of the flat plate portion 31 is 1.2 mm. did.
  • FIG. Accordingly, when the diameter of the opening 5 is 120 mm, the distance d between the adjacent openings 5 and 5 is 75 mm, the height dimension h of the annular rib 6 is 15 mm, and the plate thickness t of the flat plate portion 31 is 1.2 mm. It can be seen that the radius of the arc portion 61 is preferably 5 mm or more.
  • the specimens A2 to A5 and A'2 to A'5 are compared to the bearing walls in which the circular arc portion 61 is not formed on the annular rib 6 like the specimens A1 and A'1.
  • the bending stress acting on the vicinity of the edge 5 a of the opening 5 is more widely dispersed in the load bearing wall 1 in which the circular arc 61 is formed in the annular rib 6.
  • the load bearing wall 1 in which only the arc portion 61 is formed on the annular rib 6 acts near the edge 5a of the opening 5. It can be seen that the bending stress to be widely dispersed. Further, when the circular rib 61 and the linear portion 62 are formed on the annular rib 6 as in the test bodies A2, A3, A′2, and A′3, the ratio of the circular arc portion 61 to the annular rib 6 It can be seen that the bending stress acting on the vicinity of the edge 5a of the opening 5 can be more widely dispersed when the value of is larger.
  • the height h of the annular rib 6 of the test bodies B1 to B5 and B′1 to B′5 was set to 0 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm, and 20 mm in the order of the test bodies B1 to B5 and B′1 to B′5. .
  • the height h of the annular rib 6 is 0 mm
  • the opening 5 is formed in the wall surface material 3
  • the annular rib 6 is not formed. ing.
  • the radius of the circular arc part 61 of the annular rib 6 was all 10 mm. Therefore, the specimens B2 and B3 having the height dimension h of the annular rib 6 of 5 mm and 10 mm do not have the linear portion 62 on the annular rib 6, and the specimens B4 and B5 having the height dimension h of the annular rib 6 of 15 mm and 20 mm. , B′4 and B′5 are formed with an arc portion 61 and a straight portion 62 on the annular rib 6.
  • the cross-sectional shape of the arc portion 61 is an arc whose angle is smaller than 90 degrees. It has become.
  • the diameter of the opening 5 is 120 mm
  • the distance d between the adjacent openings 5 and 5 is 75 mm
  • the thickness t of the flat plate portion 31 is 1.2 mm. It was.
  • the bending stress acting on the vicinity of the edge 5a of the opening 5 is more widely dispersed as the height h of the annular rib 6 is increased.
  • the shear stress acting on the stress concentration portion 8 is when the annular rib 6 is present (test bodies B2 to B5, B′2 to B′5) and when the annular rib 6 is not present (test bodies B1 and B′1). It can be seen that the shear stress acting on the stress concentration portion 8 hardly changes even if the height dimension h of the annular rib 6 changes.
  • the diameter of the opening 5 is 120 mm
  • the distance d between the openings 5 and 5 is 75 mm
  • the radius of the arc portion of the annular rib 6 is 10 mm
  • the plate thickness t of the flat plate portion 31 is 1.2 mm.
  • the height dimension h of the annular rib 6 is set to 8.5 mm for both the wall surface material 3 using a steel plate having a vertical dimension of 500 mm and a width dimension of 300 mm and the wall surface material 3 using a steel plate having a vertical dimension of 700 mm and a width dimension of 433 mm. It can be seen that the above is preferable.
  • the annular rib 6 is formed on the wall surface material 3 like the test bodies B2 to B5 and B'2 to B'5. It can be seen that the bending stress acting on the vicinity of the edge 5a of the opening 5 is more widely dispersed in the formed bearing wall 1.
  • the distance d between the adjacent openings 5 and 5 of the test specimens C1 to C4 using a steel plate having a vertical dimension of 500 mm and a width dimension of 300 mm was 20 mm, 37.5 mm, 75 mm, and 150 mm in the order of the test specimens C1 to C4. Further, the distance d between the adjacent openings 5 and 5 of the test specimens C′1 to C′5 using the steel plates having a vertical dimension of 700 mm and a width dimension of 433 mm is 30 mm in the order of the test specimens C′1 to C′5. They were 75 mm, 90 mm, 121.5 mm, and 200 mm.
  • the radius r of the arc portion 61 is 10 mm
  • the height dimension h of the annular rib 6 is 15 mm
  • the diameter R of the opening 5 is 120 mm
  • the flat plate portion 31 The plate thickness t was 1.2 mm.
  • the distance d between the adjacent openings 5 and 5 increases as the opening d increases. It can be seen that the bending stress acting near the edge 5a increases (concentrates). Further, when the distance d between the adjacent openings 5 and 5 is 20 mm and 37.5 mm, the shear stress acting on the stress concentration portion 8 is not substantially changed, but the distance d between the adjacent openings 5 and 5 is separated. Is 37.5 mm or more, it can be seen that as the distance d between the adjacent openings 5 and 5 increases, the shear stress acting on the stress concentration portion 8 decreases and the shear stress is dispersed.
  • the distance d between the adjacent openings 5 and 5 increases as the distance d increases. It can be seen that the bending stress acting in the vicinity of the edge 5a of the opening 5 decreases. Further, it can be seen that as the distance d between the adjacent openings 5 and 5 increases, the shear stress acting on the stress concentration portion 8 decreases and the shear stress is dispersed.
  • the plate thickness t of the wall surface material 3 of the test bodies E1 to E5 was 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, and 1.6 mm in the order of the test bodies E1 to E5.
  • the plate thickness t of the wall surface material 3 of the test bodies E′1 to E′5 is 0.3 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, and 1.mm in the order of the test bodies E′1 to E′5. It was 2 mm.
  • the radius r of the arc portion 61 is 10 mm
  • the height dimension h of the annular rib 6 is 15 mm
  • the distance d between the adjacent openings 5 and 5 is 75 mm.
  • the diameter R of the opening 5 was 120 mm.
  • the shear stress acting on the stress concentration portion 8 increases and the bending stress acting on the vicinity of the edge portion 5a of the opening 5 increases. It can be seen that decreases and is widely dispersed. And from FIG. 12B, the value of the maximum Mises stress of the stress concentration part 8 is higher than the value of the maximum Mises stress acting in the vicinity of the edge part 5a of the opening part 5 in any case where the plate thickness t of the wall surface material 3 is. I understand that.
  • the wall thickness 3 is preferably 0.6 mm or more.
  • the value of the maximum Mises stress of the stress concentration part 8 is larger than the value of the maximum Mises stress acting in the vicinity of the edge 5a of the opening 5 in the range where the plate thickness t of the wall surface material 3 is 0.3 mm or more. You can see that it is higher. Thereby, it is a test body using a steel plate having a vertical dimension of 700 mm and a width dimension of 433 mm, the radius r of the arc portion 61 is 10 mm, the height dimension h of the annular rib 6 is 15 mm, and between the adjacent openings 5 and 5. When the distance d is 75 mm and the diameter R of the opening 5 is 120 mm, it can be seen that the wall thickness 3 is preferably 0.3 mm or more.
  • the diameter R of the opening 5 of the test bodies D1 to D5 was 40 mm, 80 mm, 120 mm, 160 mm, and 200 mm in the order of the test bodies D1 to D5.
  • the radius r of the arc portion 61 is 10 mm
  • the height dimension h of the annular rib 6 is 15 mm
  • the distance d between the adjacent openings 5 and 5 is 75 mm
  • the plate thickness t of the flat plate portion 31. was 1.2 mm.
  • the diameter R of the opening part 5 is about 50 mm or more, it turns out that the maximum Mises stress which acts on the stress concentration part 8 becomes larger than the maximum Mises stress which acts on the edge part 5a vicinity of the opening part 5.
  • the diameter of the opening 5 is preferably 50 mm or more.
  • the diameter R of the opening 5 is 80 mm or more, the shear stress acting on the stress concentration portion 8 decreases as the diameter R of the opening 5 increases.
  • the diameter R of the opening 5 is set so that the stress is greater than the required value.
  • the maximum Mises stress generated in the annular rib 6 causes one opening portion 5 and another opening portion 5 adjacent to each other in the vertical direction in the wall surface material 3. It can be seen that adjustment should be made so that it is lower than the maximum Mises stress occurring in the region between the two (stress concentration portion 8).
  • the horizontal distance D3 with the first joint 4a is set to 156.5 mm
  • the horizontal distance D4 between the opening 5 and the second joint 4b is set to 156.5 mm. That is, the distance D1 between the central axes 5b and 5b of the openings 5 and 5 adjacent to each other in the vertical direction is the distance D2 between the pair of vertical members 2a and 2b and the wall surface member 3 (the first joint 4a and the first joint 4a). 2 is set to be shorter than the horizontal distance D2) between the two joint portions 4b.
  • the distance d between the adjacent opening portions 5 and 5 corresponds to the distance between the opening portion 5 and the first joint portion 4a. It is set shorter than the total of the horizontal distance D3 and the horizontal distance D4 between the opening 5 and the second joint 4b.
  • the maximum Mises stress between the adjacent openings 5 and 5 is 348.5 MPa
  • the maximum Mises stress between the opening 5 and the first joint 4a is 223.7 MPa. That is, the Mises stress generated between the opening 5 and the first joint 4a is reduced more than the Mises stress generated between the adjacent openings 5 and 5.
  • the three openings 5 are arranged in a line at intervals in the vertical direction, and the diameter ⁇ of the opening 5 is 120 mm, the rib height H is 15 mm, the rib arc radius R is 10 mm, The distance d between the openings 5 and 5 adjacent in the vertical direction is set to 75 mm.
  • the Mises stress generated between the opening 5 and the first joint 4a is lower than the Mises stress generated between the openings 5 and 5 adjacent in the vertical direction.
  • the specimen G2 is displaced to 0.850 mm with a smaller load than the specimen X1. That is, it can be seen that the specimen G2 has a lower shear stiffness than the specimen G1. From this analysis result, it is preferable to use the wall surface material 3 in which the openings are formed in one row rather than the wall surface material 3 in which the openings 5 in a plurality of rows are formed in the horizontal direction for the bearing wall 1 in which shear rigidity is required. I know that there is.
  • the ratio of the distance D1 between the centers of the adjacent openings 5 and 5 of the test bodies H1 to H5 and the horizontal distance D2 between the first joint 4a and the second joint 4b (hereinafter simply referred to as “D1 / D2”). ) was set to 0.61, 0.69, 0.81, 1.00, and 1.20 in the order of the specimens H1 to H5.
  • D1 / D2 is set to be less than 1.0, that is, the distance between the centers of the adjacent openings 5 and 5 is determined from the horizontal distance D2 between the first joint 4a and the second joint 4b. It can be seen that it may be set short.
  • the load-bearing wall 1C (1) according to the third embodiment is arranged on the tip portion 6b side of the annular rib 6C (6), and the straight portion 62 of the annular rib 6 of the second embodiment. Instead, a slanting straight lined portion 63 that is inclined toward the central axis 5b of the opening 5 as the sectional shape in the radial direction of the opening 5 is separated from the flat plate portion 31 is formed.
  • the arc portion 61 and the shaded portion 63 disperse the bending stress acting in the vicinity of the edge portion 5a of the opening 5, so that the same operations and effects as the first embodiment are exhibited.
  • the bearing wall 1D (1) according to the fourth embodiment is characterized in that the height of the annular rib 6D (6) differs depending on the location.
  • the circular arc part 61 is formed so that the cross-sectional shape becomes a quarter circle, and the height dimension of the linear part 62 continuous with the circular arc part 61 differs depending on the part.
  • the four portions shifted by 45 ° in the circumferential direction of the opening 5 are portions B, B...,
  • the height dimension h1 of the annular rib 6 is 5 mm in the portion A, and
  • the dimension h2 is 20 mm larger than the other parts.
  • the vicinity of this point B is a portion where bending stress tends to concentrate when an earthquake load is applied.
  • the height dimension h2 of the annular rib 6D of the edge 5a of the opening 5 where the bending stress tends to concentrate is larger than the other parts. Since it is formed, the bending stress acting on the vicinity of the edge 5a of the opening 5 can be efficiently dispersed by the annular rib 6D.
  • the pair of longitudinal members 2a and 2b extend in the length direction Y and are spaced apart in the horizontal direction (width direction X). 2b may be connected with a connecting material or the like. Further, the upper ends and the lower ends of the pair of vertical members 2a and 2b may be connected to each other to constitute a rectangular frame body in a front view.
  • the joint 4 between the pair of vertical members 2a and 2b and the wall surface material 3 is screw joint, but may be joint other than screw joint.
  • the height dimension of the linear portion 62 of the annular rib 6 differs depending on the part, but the height dimension of the arc part 61 and the linear part 62 may differ depending on the part, Only the height dimension of the circular arc part 61 may differ from part to part. Moreover, the linear rib 62 may not be formed, and the annular rib 6 having only the circular arc portion 61 may be formed in a shape having a different height depending on the portion.
  • the load-bearing wall 1 ⁇ / b> E (1) of the present embodiment is used in a four-story building 80.
  • a part of the first floor portion 82 and the second floor portion 84 of the building 80 is shown.
  • a foundation 88 is built on the ground 86.
  • a lower frame 90 is fixed to the upper surface of the foundation 99, and a vertical member 94 is erected from the lower frame 90.
  • the frame of the 1st floor part 82 is comprised by the upper frame 92 being constructed by the vertical member 94.
  • a vertical member 94 is erected from the lower frame 90 of the second floor portion 84, and a frame of the second floor portion 84 is configured by laying an upper frame (not shown) on the vertical member 94.
  • the frames of the third floor part and the fourth floor part (not shown) have substantially the same configuration as the frame of the second floor part 84.
  • bearing walls 1 which are the main parts of the present embodiment are fixed to both ends of the first floor portion 82 and the second floor portion 84 in the horizontal direction.
  • a detailed configuration of the bearing wall 1 will be described.
  • the load-bearing wall 1 includes a frame member 96 formed in a rectangular shape and two wall members 3 attached to a vertical member 94.
  • the frame member 96 includes a first longitudinal member 98, a second longitudinal member 100, a third longitudinal member 102, and a first longitudinal member, which are longitudinal members arranged at intervals in the horizontal direction. 98, an upper frame 104 that connects the upper ends of the second vertical member 100 and the third vertical member 102 in the horizontal direction, and a lower frame that connects the lower ends of the first vertical member 98, the second vertical member 100, and the third vertical member 102 in the horizontal direction.
  • Frame 106 is a first longitudinal member 98, a second longitudinal member 100, a third longitudinal member 102, and a first longitudinal member, which are longitudinal members arranged at intervals in the horizontal direction. 98, an upper frame 104 that connects the upper ends of the second vertical member 100 and the third vertical member 102 in the horizontal direction, and a lower frame that connects the lower ends of the first vertical member 98, the second vertical member 100, and the third vertical member 102 in the horizontal direction.
  • Frame 106 is a first longitudinal member 98, a
  • the first longitudinal member 98 is formed in a C-shaped steel 108 formed in a substantially C-shaped cross section with the second longitudinal member 100 side released in a plan view, and in a square cross section in a plan view. And two square steels 110.
  • the C-shaped steel 108 includes a first wall portion 108A, and a second wall portion 108B and a third wall portion 108C that extend from both ends of the first wall portion 108A toward the second longitudinal member 100 side. Note that.
  • the distal end portion of the second wall portion 108B and the distal end portion of the third wall portion 108C are lip portions that are bent toward the third wall portion 108C and the second wall portion 108B, respectively.
  • two square steels 110 are fixed to the first wall portion 108A of the C-shaped steel 108 in a state of being arranged along the first wall portion 108A. In the present embodiment, the two square steels 110 are fixed to the first wall 108A via a drill screw, but the two square steels 110 are fixed to the first wall 108A by other methods such as welding. May be.
  • the second longitudinal member 100 is constituted by a C-shaped steel 112 having a side opposite to the first longitudinal member 98 released.
  • the C-shaped steel 112 is a C-shaped steel 108 constituting a part of the first longitudinal member 98.
  • the first wall portion 112A, the second wall portion 112B, and the third wall portion 112C respectively corresponding to the first wall portion 108A, the second wall portion 108B, and the third wall portion 108C.
  • the horizontal dimension of the first wall portion 108A of the C-shaped steel 108 and the first wall portion 112A of the C-shaped steel 112 is substantially the same, and the second wall of the C-shaped steel 112 is the second.
  • the horizontal dimension of the wall part 112B and the third wall part 112C is shorter than the horizontal dimension of the second wall part 108B and the third wall part 108C of the C-shaped steel 108.
  • the second vertical member 100 is disposed at the center in the horizontal direction between the first vertical member 98 and the third vertical member 102 in plan view.
  • the third vertical member 102 (not shown in FIG. 23) is configured by fixing two square steels 110 to the C-shaped steel 108 in the same manner as the first vertical member 98. Further, the third vertical member 102 is configured as a target with the first vertical member 98 with the second vertical member 100 interposed therebetween in a plan view.
  • the upper frame 104 and the lower frame 106 are made of rectangular steel having a rectangular cross section as an example, and the upper frame 104 and the lower frame 106 have upper ends of a first vertical member 98, a second vertical member 100, and a third vertical member 102, and It is joined to the lower end by fasteners such as screws and bolts and welding.
  • the wall surface material 3 is configured by subjecting a rectangular steel plate material to press processing or the like, and seven circular openings 5 are formed in the wall surface material 3. ing.
  • the vertical dimension W1 of the wall member 3 is substantially the same as the vertical dimension W2 of the vertical member 94 (see FIG. 22).
  • the dimension W3 is approximately 1 ⁇ 2 of the dimension W4 of the vertical member 94 in the horizontal direction (see FIG. 22).
  • the two wall surface materials 3 are fixed to the frame member 96 in a state where they are arranged adjacent to each other in the horizontal direction.
  • Both end portions in the horizontal direction of one wall material 3 are fixed to a first longitudinal member 98 and a second longitudinal member 100, which are a pair of longitudinal members, via a plurality of drill screws, respectively.
  • the plurality of drill screws are arranged at a predetermined pitch in the vertical direction.
  • a joint portion (a portion into which a drill screw is screwed) between one wall material 3 and the first vertical member 98 is referred to as a first joint portion 4a, and the one wall material 3 and the second vertical member 100 are connected to each other.
  • the joined portion (the portion into which the drill screw is screwed) is referred to as a second joined portion 4b.
  • both end portions of one wall material 3 in the vertical direction are fixed to the upper frame 104 and the lower frame 106 via a plurality of drill screws, respectively.
  • the plurality of drill screws are arranged at a predetermined pitch in the horizontal direction.
  • a joint portion (a portion into which a drill screw is screwed) of one wall material 3 and the upper frame 104 is referred to as a third joint portion 4c, and a joint portion (drill) between the one wall material 3 and the lower frame 106 is used.
  • the portion into which the screw is screwed is referred to as a fourth joint 4d.
  • the both ends of the other wall material 3 in the horizontal direction are fixed to a second vertical member 100 and a third vertical member 102, which are a pair of vertical members, via a plurality of drill screws, respectively.
  • the joint portion between the other wall member 3 and the second longitudinal member 100 (the portion into which the drill screw is screwed) is referred to as a first joint portion 4a, and the other wall member 3 and the third longitudinal member 102 are connected to each other.
  • the joined portion (the portion into which the drill screw is screwed) is referred to as a second joined portion 4b.
  • the both ends of the other wall material 3 in the vertical direction are fixed to the upper frame 104 and the lower frame 106 via a plurality of drill screws, respectively.
  • joint portion between the other wall material 3 and the upper frame 104 (the portion into which the drill screw is screwed) is referred to as a third joint portion 4c, and the joint portion between the other wall material 3 and the lower frame 106 (the drill screw). ) Is a fourth joint 4d.
  • the seven openings 5 are arranged in a line at a predetermined interval in the vertical direction, and these seven openings 5, 5... Are formed with substantially the same diameter R and are adjacent to each other. It arrange
  • the vertical distance U1 between the opening 5 formed on the uppermost side and the third joint 4c is set to be longer than the distance d between the adjacent openings 5, 5
  • the vertical distance U2 between the opening 5 formed on the lower side and the fourth joint 4d is set to be longer than the distance d between the adjacent openings 5 and 5.
  • annular rib 6 similar to the bearing wall 1 (see FIG. 1B) of the first embodiment is formed at the edge of the opening 5.
  • the first vertical member 98, the upper frame 104 and the lower frame 106 (see FIG. 21) of the load bearing wall 1 arranged on one side in the horizontal direction in the first floor portion 82 are respectively connected to the vertical member 94, the upper frame 92 and the lower frame 90. It is fixed via a fastening member (not shown) (bolt and nut as an example). Further, the third vertical member 102, the upper frame 104 and the lower frame 106 (see FIG. 21) of the load bearing wall 1 arranged on the other side in the horizontal direction in the first floor portion 82 are the vertical member 94, the upper frame 92 and the lower frame 90. Are fixed via fastening members (not shown). The load bearing wall 1 arranged in the second floor portion is also fixed to the upper frame 92 and the vertical member 94 in the same manner as the load bearing wall 1 provided in the first floor portion 82.
  • the horizontal force of the third floor or higher due to the earthquake is input to the load-bearing wall 1 of the second floor portion 84 and the second floor portion 84.
  • Shear stress is generated in the bearing wall 1.
  • the shear stress of the bearing wall 1 of the second floor portion 84 and the horizontal force of the second floor portion 84 are input to the bearing wall 1 of the first floor portion 82, and shear stress is generated in the bearing wall 1 of the first floor portion 82.
  • the shear stress of the bearing wall 1 of the first floor portion 82 is transmitted to the ground 86 through the foundation 88.
  • a vertical axial force is generated in the vertical member 94 of each floor, and the axial force of the vertical member 94 of each floor is transmitted in the vertical direction via the hardware 114.
  • the shear stress value can be lower.
  • the shear stress to the horizontal direction which arises in a pair of vertical material (The 1st vertical material 98 and the 2nd vertical material 100 or the 2nd vertical material 100 and the 3rd vertical material 102) is reduced.
  • the junction between the wall material 3 and the pair of vertical members is deformed before the vertical intermediate portion between the one opening 5 and the other opening 5 adjacent in the vertical direction in the wall material 3 is deformed. To suppress the seismic energy stably.
  • the bearing wall 1 by constructing the bearing wall 1 by fixing the two wall materials 3 to the single frame member 96, compared to the bearing wall 1 of the first embodiment (see FIG. 1A). A more rigid bearing wall 1 can be obtained.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the configuration in which the annular rib 6 is not provided. It can also be.
  • the present invention is not limited to this.
  • the distance between a pair of adjacent openings 5, 5 may be different from the distance between another pair of openings 5, 5.
  • load-bearing walls 1A to 1E have been described above.
  • the load-bearing wall and the wall material for the load-bearing wall according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made. Of course, it can be implemented.

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Abstract

 耐力壁1は、水平方向に間隔をあけて建物の上下の水平部材に接合される一対の縦材2a、2bと、一方の縦材2aに接合された第1接合部4aと、他方の縦材2bに接合された第2接合部4bと、を有していると共に、一対の縦材2a、2bの間において上下方向に間隔をあけて1列に配列された円形の開口部5を有する壁面材3と、を備えている。上下方向に隣り合う一の開口部5の中心と他の開口部5の中心との距離が、第1接合部4aと第2接合部4bとの水平距離よりも短く設定されている。

Description

耐力壁及び耐力壁用の壁面材
 本発明は、耐力壁及び耐力壁用の壁面材に関し、例えば、スチールハウスやプレハブ住宅などに使用される。
 従来、スチールハウスやプレハブ住宅などの建物において、枠材に鋼板などの壁面材が接合された耐力壁が使用されている(例えば、特許第3737368号公報参照)。このような耐力壁は、地震荷重が加わると壁面材にはせん断応力が生じ、枠材には軸力が生じるように設計されている。
 そして、特許第3737368号公報記載の耐力壁は、枠材が鋼板(壁面材)の周囲に沿って矩形状に枠組みされたフレームとフレームの内部に設けられた中桟とから構成され、鋼板(壁面材)の枠材が接合される部分を除いた領域に複数の孔部が高さ方向および水平方向(幅方向)に分布して形成されている。そして、これらの孔部の縁部には、円筒状や円錐台状で鋼板に一体になったリブがそれぞれ形成されている。このリブは、鋼板の面外補強のために形成されている。
 しかしながら、特許第3737368号公報記載の耐力壁では、地震エネルギーを安定して吸収することが難しいという課題がある。
 本発明は、上記事実を考慮し、地震エネルギーを安定して吸収できる耐力壁及び耐力壁用の壁面材を提供することを目的とする。
 本発明に係る耐力壁は、水平方向に間隔をあけて建物の上下の水平部材に接合される一対の縦材と、一方の前記縦材に接合された第1接合部と、他方の前記縦材に接合された第2接合部と、を有していると共に、前記一対の縦材の間において上下方向に間隔をあけて1列に配列された円形の開口部を有し、上下方向に隣り合う一の前記開口部の中心と他の前記開口部の中心との距離が、前記第1接合部と前記第2接合部との水平距離よりも短く設定された壁面材と、を備えている。
 本発明に係る耐力壁用の壁面材は、一の縦材に接合される第1接合部と、他の縦材に接合され、前記第1接合部との間に一定の間隔を有する第2接合部と、を有していると共に、前記第1接合部と前記第2接合部との間において前記第1接合部と前記第2接合部に沿って間隔をあけて1列に配列された円形の開口部を有し、隣り合う一の前記開口部の中心と他の前記開口部の中心との距離が、前記第1接合部と前記第2接合部との距離よりも短く設定されている。
 本発明に係る耐力壁及び耐力壁用の壁面材によれば、上下方向に配列された複数の開口部が壁面材に形成されていることにより、地震荷重が作用すると、壁面材において上下方向に隣り合う一の開口部と他の開口部との上下方向の中間部に応力が集中すると共に、壁面材において第1接合部と開口部との水平方向の中間部、並びに、壁面材において第2接合部と開口部との水平方向の中間部に応力が集中する。ここで、本発明では、上下方向に隣り合う一の開口部の中心と他の開口部の中心との距離が、第1接合部と第2接合部との水平距離よりも短く設定されている。これにより、地震荷重が耐力壁に作用した際に、壁面材において第1接合部と開口部との水平方向の中間部のせん断応力値、並びに、壁面材において第2接合部と開口部との水平方向の中間部のせん断応力値を、壁面材において上下方向に隣り合う一の開口部と他の開口部との上下方向の中間部のせん断応力値よりも低くすることができる。これにより、一対の縦材に生じる水平方向へのせん断応力が低減される。その結果、壁面材において上下方向に隣り合う一の開口部と他の開口部との上下方向の中間部が変形する前に、壁面材と一対の縦材との接合部が変形することが抑制され、地震エネルギーを安定して吸収することができる。
 本発明に係る耐力壁及び耐力壁用の壁面材によれば、地震エネルギーを安定して吸収することができる、という優れた効果を有する。
第1実施形態に係る耐力壁の一例を示す壁面材側から見た斜視図である。 図1Aに示された耐力壁を示す縦材側から見た拡大斜視図である。 図1Aに示された耐力壁の壁面材に形成された環状リブの側面図である。 図2Aに示された環状リブの断面図である。 耐力壁に作用する応力を説明する図である。 第2実施形態に係る耐力壁の壁面材に形成された環状リブの側面図である。 図4Aに示された環状リブの断面図である。 一の試験体を説明する図である。 他の一の試験体を説明する図である。 円弧部の半径の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 円弧部の半径と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 円弧部の半径の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 円弧部の半径と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 環状リブの高さ寸法の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 環状リブの高さ寸法と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 環状リブの高さ寸法の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 環状リブの高さ寸法と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 開口部間の距離の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 開口部間の距離と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 開口部間の距離の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 開口部間の距離と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 壁面材の板厚の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 壁面材の板厚と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 壁面材の板厚の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 壁面材の板厚と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 開口部の直径の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 開口部の直径と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 壁面材に作用する応力を示す図である。 開口部の列数の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 壁面材に入力された荷重と変位との関係を示す図である。 D1/D2の違いによる壁面材に作用する応力を示す図である。 D1/D2と壁面材に作用する応力との関係を示す図である。 第3実施形態に係る耐力壁の壁面材に形成された環状リブの側面図である。 図18Aに示された環状リブの断面図である。 第4実施形態に係る耐力壁の壁面材に形成された環状リブの側面図である。 図19Aに示された環状リブの正面図である。 第5実施形態に係る耐力壁が用いられた建物を示す側面図である。 第5実施形態に係る耐力壁を示す側面図である。 図21に示された耐力壁の枠を示す側面図である。 図21に示された23-23線に沿って切断した耐力壁の断面を示す断面図である。 図21に示された耐力壁の壁面材を示す側面図である。 変形例に係る耐力壁を示す側面図である。
(第1実施形態)
 図1A、図1B、図2A、図2B及び図3に基づいて本発明の実施形態による耐力壁について説明する。
 図1Aに示されるように、本実施形態に係る耐力壁1A(1)は、建物の上下方向Yに延びて互いに所定の間隔をあけて平行に配され、建物の上下の水平部材HMに接合される一対の縦材2a、2bと、これらの一対の縦材2a、2bに接合された壁面材3と、を備えている。
 一対の縦材2a、2bは、例えば薄型軽量形鋼の溝形鋼や山形鋼などの形鋼で形成されており、本実施形態では、一対の縦材2a、2bとして略U字状断面の溝形鋼が用いられている。
 壁面材3は、平面視略矩形状の鋼板からなり、幅方向Xの一方の端部3aが一対の縦材2a、2bのうちの一方の縦材2aに接合され、幅方向Xの他方の端部3bが他方の縦材2bに接合されている。本実施形態では、複数のドリルねじが壁面材3の一方の端部3a及び一方の縦材2aに螺入されることによって、壁面材3の一方の端部3aが一方の縦材2aに接合されている。なお、ドリルねじが壁面材3に螺入された部分を第1接合部4aというものとする。そして、第1接合部4aは、上下方向に略等間隔に配列されている。また、複数のドリルねじが壁面材3の他方の端部3b及び他方の縦材2bに螺入されることによって、壁面材3の一方の端部3bが他方の縦材2bに接合されている。なお、ドリルねじが壁面材3に螺入された部分を第2接合部4bというものとする。そして、第2接合部4bは、第1接合部4aと同様に上下方向に略等間隔に配列されている。
 壁面材3には、上下方向Yに所定の間隔をあけて1列に配列された複数の円形の開口部5が形成されている。これらの複数の開口部5、5…は、略同じ直径Rに形成されているとともに、隣り合う開口部5、5間の距離dが略同じ寸法となるように配されることが好ましい。これらの開口部5、5…は、壁面材3の幅方向Xの中心線上に沿って配列されている。また、上下方向に隣り合う開口部5、5の中心軸5b、5bの間の距離D1は、一対の縦材2a、2bと壁面材3との接合間の距離D2よりも短くなるように設定されている。なお、一対の縦材2a、2bと壁面材3との接合間の距離D2とは、第1接合部4aと第2接合部4bとの水平方向の距離を示している。
 これにより、壁面材3のうち開口部5および後述する環状リブ6が形成されていない平坦な部分を一般部としての平板部31とすると、上下方向における隣り合う開口部5、5間の平板部31の最小長さ(隣り合う開口部5、5間の距離dに相当)が、開口部5と第1接合部4aとの水平距離D3及び開口部5と第2接合部4bとの水平距離D4の合計よりも短くなっている。
 図1A及び図1Bに示されるように、開口部5の縁部5aには、壁面材3の鋼板と一体に形成された環状リブ(バーリング)6(6A)が形成されていることが好ましい。環状リブ6は、壁面材3の面外方向(壁面材3に直交する方向)の一方側に突出している。この壁面材3の面外方向の一方側は、壁面材3に対して一対の縦材2a、2b(図1A参照)が接合されている側となっている。
 図2A及び図2Bに示されるように、環状リブ6の径方向内側の面は、側断面視で略円弧状に形成されており、また環状リブ6の径方向内側の面は、平板部31と離れるにつれて次第に窄まっている。これにより、環状リブ6の内径が壁面材3の面外方向に向かうにつれて次第に小さくなっている。
 続いて、上述した耐力壁1Aに地震荷重が作用した場合の壁面材3に作用する応力の様子について説明する。 
 図3に示されるように、壁面材3は各開口部5の中心5c(壁面材3の面と中心軸5b(図1参照)との交点)を通る水平線5dで区切られ複数のユニット7、7…から構成されているものと仮定し、1つのユニット7に作用するせん断応力τおよび曲げ応力σについて考える。
 ユニット7は、幅寸法Wが壁面材3の幅寸法と同じ値となり、高さ寸法Hが隣り合う開口部5、5の中心5cどうしを結んだ直線の長さ寸法と同じ値となっている。そして、上端部7aおよび下端部7bには、幅方向Xの中央部に開口部5の下側半分または上側半分に相当する半円形状の切欠き部71、71が形成されている。
 そして、耐力壁1Aに水平方向の地震荷重が作用すると、ユニット7にせん断応力τが生じる。上述したように、本実施形態では、上端部7aに形成された半円形状の切欠き部71、下端部7bに形成された半円形状の切欠き部71の距離(dに相当)が、開口部5と第1接合部4aとの水平距離D3及び開口部5と第2接合部4bとの水平距離D4の合計よりも短くなっている。すなわち、図3に示されたユニット7内において、隣り合う一対の開口部5、5間がユニット7内における最小断面積の部位となる。この結果、耐力壁1Aに地震荷重が作用した時に、ユニット7の上下方向Yおよび幅方向Xの中心部7c近傍にせん断応力τが集中することになる。以下、このせん断応力τが集中するユニット7の中心部7c近傍を応力集中部8という。
 また、ユニット7の上端部7a側と下端部7b側とでは、せん断応力τが作用する方向(水平方向)が反対方向となる。そして、ユニット7、7…は上下方向に複数配列されているとともに、実際には複数のユニット7、7…は一体であるため、隣り合うユニット7、7のうち上側のユニット7の下端部7b近傍に作用するせん断応力τと、下側のユニット7の上端部7a近傍に作用するせん断応力τとは互いに打ち消し合うことになる。これにより、ユニット7では、応力集中部8にせん断応力τが集中し、水平方向の両端部に作用する水平方向のせん断応力τは減少するため、ユニット7から一対の縦材2a、2bへは鉛直方向の応力が伝達され、水平方向の応力はほとんど伝達されないことになる。
 また、耐力壁1Aに地震荷重が作用すると、切欠き部71の縁部(開口部5の縁部5a)に曲げ応力σが生じる。このとき、切欠き部71の縁部には環状リブ6が形成されていると、この曲げ応力σは環状リブ6および環状リブ6近傍の平板部31へ分散され、開口部5の変形を抑制することができる。
 以上のことから、耐力壁1Aに生じたせん断応力τは、応力集中部8に集中し、水平方向の応力は一対の縦材2a、2bへほとんど伝達されないとともに、開口部5の縁部に生じた曲げ応力σは分散されることになる。
 このように、耐力壁1Aに所定値以上の地震荷重が作用すると、壁面材3の応力集中部8にせん断応力が集中し、壁面材3が変形し、破壊される。一方、壁面材3から一対の縦材2a、2bへ伝達される水平方向のせん断応力は小さく、一対の縦材2a、2bと壁面材3との接合部(第1接合部4aおよび第2接合部4b)が破壊したり、一対の縦材2a、2bが局部変形したりすることを抑制することができる。
 また、開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力σは分散されることにより、応力集中部8に集中したせん断応力τの値よりも開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力σの値を小さくすることができるため、開口部5が変形する前に応力集中部8におけるせん断破壊を生じさせることができる。そして、耐力壁1Aは、所定値以上の地震荷重が作用したときに、壁面材3の応力集中部8が一対の縦材2a、2bと壁面材3との接合部4a、4bの破壊や一対の縦材2a、2bの局部変形に先行してせん断降伏する構造となり、地震エネルギーを安定して吸収することができる。また、本実施形態では、壁面材から縦材2a、2bに伝達される水平方向のせん断力に対応するための中桟などを設置しない構成とすることもできる。
 なお環状リブ6を設ける場合も、環状リブ6は、壁面材3と一対の縦材2a、2bとの接合側に突出していることにより、壁面材3の一対の縦材2a、2bとの接合面と反対側の面には凸部がないため、壁面材3の両面に凹凸がある耐力壁と比べて内装または外装の仕上げ工事を行いやすくなり、耐力壁1Aの取り扱いが容易になる。
(第2実施形態)
 次に、第2実施形態に係る耐力壁について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第1実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。
 図4A及び図4Bに示されるように、第2実施形態による耐力壁1B(1)は、環状リブ6B(6)の開口部5の径方向の断面形状が、基端部6aで円弧状に形成されており、この基端部6aと反対側の先端部6b側が平板部31に直交する直線状となっている。これにより、環状リブ6の基端部6aの内径が平板部31と離れるにつれて次第に小さくなっていると共に、環状リブ6の先端部6b側が内径一定の円筒状となっている。
 ここで、環状リブ6の基端部6a側のように断面形状が円弧状となっている部分を円弧部61とし、先端部6b側のように断面形状が平板部31に直交する直線状となっている部分を直線部62として以下説明する。これらの円弧部61と直線部62とは連続して形成されている。
 本実施形態では、図4Bに示されるように、円弧部61は、断面形状が半径r=10mmの1/4円となるように形成され、直線部62は、断面形状が長さl=5mmの直線となるように形成され、環状リブ6の高さ寸法hは、15mmとなっている。なお、図2A及び図2Bに示された第1実施形態による耐力壁1Aの環状リブ6Aは、円弧部61のみで形成され、第2実施形態の環状リブ6Bの直線部62が形成されていない形態となっている。図4A及び図4Bに示された第2実施形態に係る耐力壁1Bにおいても、耐力壁1Bに地震荷重が作用した時に、環状リブ6Bの円弧部61および直線部62が開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力を分散させることができるため、第1実施形態と同様の作用・効果を奏する。
 ここで、耐力壁の開口部や環状リブの形態の違いによる耐力壁に作用する応力の違いについて解析を行った。この解析について以下に説明する。
 ここでは、耐力壁1の開口部5や環状リブ6の形態のパラメータとして、(1)環状リブ6の円弧部61の半径r(図2参照)、(2)環状リブ6の高さ寸法h(図2参照)、(3)隣り合う開口部5、5間の距離d(図1参照)、(4)壁面材3の板厚t(図2参照)、(5)開口部5の直径R(図1参照)の5つを挙げ、これらと壁面材3に作用する応力との関係について調べるため、実験およびFEM(Finite Element Method)弾性解析法による構造解析を行った。
 実験では、円形の開口部5や環状リブ6の形態の異なる複数の試験体に水平方向の強制変位を与え、壁面材3に生じる応力を測定した。図5A及び図5Bに示されるように、耐力壁1の試験体は、壁面材3に上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板及び上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を使用し、この壁面材3に上下方向Yに所定の間隔をあけた2つの円形の開口部5、5を形成した。また、試験体の壁面材3には、上下方向Yおよび幅方向Xに10mm間隔のFEM弾性解析のメッシュを作成し、開口部5の周囲には、5mm間隔のFEM弾性解析のメッシュを作成した。
 そして、壁面材3の上下方向Yに延びる辺(辺ad、辺bc)には、一対の縦材2a、2b(図1参照)に相当する棒部材(不図示)を接合し、壁面材3と一対の縦材2a、2bとの接合部4(図1参照)はピン接合とした。これにより、壁面材3の上辺(辺ab)上の節点は、X方向の変位可能になるとともに、Z軸を中心とする回転可能になっている。また、壁面材3の下辺(辺dc)上の節点は、Z軸と中心とする回転可能になっている。このような耐力壁1の壁面材3の辺abにX方向の強制変位δX=0.634mm(上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた壁面材3)、δX=0.8876mm(上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた壁面材3)を与えて壁面材3に作用する応力を解析する。壁面材3には、開口部や環状リブならびに接合部があるため、せん断応力、引張応力、圧縮応力が複雑に生じることから、各部位の応力の大小比較においては、各部位の応力をミーゼス応力に換算した値にて比較を行う。
(1)円弧部61の半径rと壁面材3に作用する応力との関係
 環状リブ6の円弧部61の半径rが異なる10の試験体A1~A5(上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた壁面材3)、並びに、試験体A´1~A´5(上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた壁面材3)に強制変位を与えて環状リブ6の円弧部61の半径と壁面材3に作用する応力との関係を解析した。試験体A1~A5、並びに、試験体A´1~A´5の円弧部61の半径rは、試験体A1~A5、並びに、試験体A´1~A´5の順に0mm、5mm、10mm、15mm、20mmとし、環状リブ6の高さ寸法hはすべて15mmとした。
 円弧部61の半径rが5mm、10mmの試験体A2、A3、A´2、A´3は、第2実施形態のように環状リブ6に円弧部61と直線部62とが形成されている。
 円弧部61の半径rが15mm、20mmの試験体A4、A5、A´4、A´5は、第1実施形態のように環状リブ6に円弧部61のみが形成され、直線部62は形成されていない。
 円弧部61の半径rが0mmの試験体A1、A´1は、環状リブ6に円弧部61が形成されておらず、直線部62のみで円筒状の環状リブ6が形成されている。
 そして、試験体A1~A5、A´1~A´5では、開口部5の直径Rは120mm、開口部5、5間の距離dは75mm、平板部31の板厚tは1.2mmとした。
 図6A~図7Bに示されるように、円弧部61の半径rは、大きくなるほど開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が広く分散し、応力集中部8に作用するせん断応力が増加することがわかる。そして、図6B及び図7Bより、円弧部61の半径rが約5mmのときに応力集中部8の最大ミーゼス応力と開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力とが同値となることがわかる。そして、円弧部61の半径rが約5mm以上の場合、応力集中部8に作用する最大ミーゼス応力が、開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力よりも大きくなることがわかる。これにより、開口部5の直径が120mm、隣り合う開口部5、5間の距離dが75mm、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、平板部31の板厚tは1.2mmの場合は、円弧部61の半径を5mm以上とすることが好ましいことがわかる。
 また、図6A~図7Bより、試験体A1、A´1のように環状リブ6に円弧部61が形成されていない耐力壁と比べて、試験体A2~A5、A´2~A´5のように環状リブ6に円弧部61が形成されている耐力壁1の方が、開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が広く分散することがわかる。また、環状リブ6の高さ寸法hが同じ場合、試験体A2、A3、A´2、A´3のように環状リブ6に円弧部61と直線部62とが形成されている耐力壁1と比べて、試験体A4、A5、A´4、A´5のように環状リブ6に円弧部61のみが形成されている耐力壁1の方が、開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が広く分散することがわかる。さらに、試験体A2、A3、A´2、A´3のように環状リブ6に円弧部61と直線部62とが形成されている場合は、環状リブ6に対して円弧部61が占める割合が大きい方が開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力を広く分散させることができることがわかる。
(2)環状リブ6の高さ寸法hと壁面材3に作用する応力との関係
 続いて、環状リブ6の高さ寸法hが異なる10の試験体B1~B5、B´1~B´5に強制変位を与えて環状リブ6の高さ寸法hと壁面材3に作用する応力との関係を解析した。
 試験体B1~B5、B´1~B´5の環状リブ6の高さ寸法hは、試験体B1~B5、B´1~B´5の順に0mm、5mm、10mm、15mm、20mmとした。
 ここで、試験体B1、B´1は、環状リブ6の高さ寸法hが0mmとなり、壁面材3に開口部5が形成されているだけで、環状リブ6が形成されていない形態となっている。
 また、試験体B2~B5、B´2~B´5では、環状リブ6の円弧部61の半径はすべて10mmとした。このため、環状リブ6の高さ寸法hが5mm、10mmの試験体B2、B3は環状リブ6に直線部62がなく、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、20mmの試験体B4、B5、B´4、B´5は環状リブ6に円弧部61と直線部62とが形成されている。なお、試験体B2、B´2は、環状リブ6の高さ寸法hが5mmで円弧部61の半径が10mmよりも小さいため、円弧部61の断面形状は角度が90度よりも小さい円弧となっている。
 そして、試験体B1~B5、B´1~B´5では、開口部5の直径は120mm、隣り合う開口部5、5間の距離dは75mm、平板部31の板厚tは1.2mmとした。
 図8A~図9Bに示されるように、環状リブ6の高さ寸法hは、大きくなるほど開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が広く分散することがわかる。また、応力集中部8に作用するせん断応力は、環状リブ6がある場合(試験体B2~B5、B´2~B´5)は環状リブ6がない場合(試験体B1、B´1)と比べて大きくなっているが、環状リブ6の高さ寸法hが変化しても応力集中部8に作用するせん断応力は、ほとんど変わらないことがわかる。そして、図8B及び図9Bより、環状リブ6の高さ寸法hが約8.5mmのときに応力集中部8の最大ミーゼス応力と開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力が同値となることがわかる。そして、環状リブ6の高さ寸法hが約8.5mm以上の場合、応力集中部8に作用する最大ミーゼス応力が、開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力よりも大きくなることがわかる。これにより、開口部5の直径が120mm、開口部5、5間の距離dが75mm、環状リブ6の円弧部の半径が10mm、平板部31の板厚tは1.2mmの場合においては、上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた壁面材3及び上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた壁面材3のどちらであっても、環状リブ6の高さ寸法hを8.5mm以上とすることが好ましいことがわかる。また、試験体B1のように壁面材3に環状リブ6が形成されていない耐力壁と比べて、試験体B2~B5、B´2~B´5のように壁面材3に環状リブ6が形成されている耐力壁1の方が、開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が広く分散することがわかる。
(3)隣り合う開口部5の間隔dと壁面材3に作用する応力との関係
 続いて、隣り合う開口部5、5間の距離dが異なる9つの試験体C1~C4、C´1~C´5に強制変位を与えて、隣り合う開口部5、5間の距離dと壁面材3に作用する応力との関係を解析した。
 上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた試験体C1~C4の隣り合う開口部5、5間の距離dは、試験体C1~C4の順に20mm、37.5mm、75mm、150mmとした。また、上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた試験体C´1~C´5の隣り合う開口部5、5間の距離dは、試験体C´1~C´5の順に30mm、75mm、90mm、121.5mm、200mmとした。
 そして、試験体C1~C4、C´1~C´5では、円弧部61の半径rは10mm、環状リブ6の高さ寸法hは15mm、開口部5の直径Rは120mm、平板部31の板厚tは1.2mmとした。
 図10Aおよび図10Bに示されるように、上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた試験体C1~C4においては、隣り合う開口部5、5間の距離dは、大きくなるほど開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が増大(集中)することがわかる。また、隣り合う開口部5、5間の距離dが20mmと37.5mmの場合では、応力集中部8に作用するせん断応力はほぼ変わらないが、隣り合う開口部5、5間の距離d隔が37.5mm以上の場合は、隣り合う開口部5、5間の距離dが大きくなるほど応力集中部8に作用するせん断応力が減少し、せん断応力が分散していることがわかる。そして、図10Bより、隣り合う開口部5、5間の距離dが約130mmのときに応力集中部8の最大ミーゼス応力と開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力が同値となることがわかる。そして、隣り合う開口部5、5間の距離dが約130mm以下の場合、応力集中部8に作用する最大ミーゼス応力が、開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力よりも大きくなることがわかる。これにより、上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた試験体であって、円弧部61の半径rが10mm、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、開口部5の直径Rが120mm、平板部31の板厚tが1.2mmの場合は、開口部5、5間の距離dが130mm以下とすることが好ましいことがわかる。
 図11Aおよび図11Bに示されるように、上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた試験体C´1~C´5においては、隣り合う開口部5、5間の距離dは、大きくなるほど開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が減少することがわかる。また、隣り合う開口部5、5間の距離dが大きくなるほど応力集中部8に作用するせん断応力が減少し、せん断応力が分散していることがわかる。そして、図11Bより、隣り合う開口部5、5間の距離dが約103mmのときに応力集中部8の最大ミーゼス応力と開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力が同値となることがわかる。そして、隣り合う開口部5、5間の距離dが約103mm以下の場合、応力集中部8に作用する最大ミーゼス応力が、開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力よりも大きくなることがわかる。これにより、上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた試験体であって、円弧部61の半径rが10mm、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、開口部5の直径Rが120mm、平板部31の板厚tが1.2mmの場合は、開口部5、5間の距離dが103mm以下とすることが好ましいことがわかる。
(4)壁面材3の板厚tと壁面材3に作用する応力との関係
 続いて、壁面材3の板厚tが異なる10の試験体E1~E5、E´1~E´5に強制変位を与えて壁面材3の板厚tと壁面材3に作用する応力との関係を解析した。
 試験体E1~E5の壁面材3の板厚tは、試験体E1~E5の順に0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mmとした。
 また、試験体E´1~E´5の壁面材3の板厚tは、試験体E´1~E´5の順に0.3mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mmとした。
 そして、試験体E1~E5、E´1~E´5では、円弧部61の半径rは10mm、環状リブ6の高さ寸法hは15mm、隣り合う開口部5、5間の距離dは75mm、開口部5の直径Rは120mmとした。
 図12Aおよび図12Bに示されるように、壁面材3の板厚tは、大きくなるほど応力集中部8に作用するせん断応力が増加しているとともに開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が減少し、広く分散していることがわかる。そして、図12Bより、壁面材3の板厚tがいずれの場合も応力集中部8の最大ミーゼス応力の値が開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力の値よりも上回っていることがわかる。これにより、上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた試験体であって、円弧部61の半径rが10mm、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、隣り合う開口部5、5間の距離dが75mm、開口部5の直径Rが120mmの場合は、壁面材3の板厚を0.6mm以上とすることが好ましいことがわかる。
 図13Aおよび図13Bに示されるように、壁面材3の板厚tが0.6~0.8mmの範囲においては、板厚tが大きくなるほど応力集中部8に作用するせん断応力が増加していくが、壁面材3の板厚tが0.8mmを超える範囲においては、板厚tが大きくなっても応力集中部8に作用するせん断応力はほとんど変わらないことがわかる。また、壁面材3の板厚tは、大きくなるほど開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が減少し、広く分散していることがわかる。そして、図13Bより、壁面材3の板厚tが0.3mm以上の範囲において応力集中部8の最大ミーゼス応力の値が開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力の値よりも上回っていることがわかる。これにより、上下寸法700mm、幅寸法433mmの鋼板を用いた試験体であって、円弧部61の半径rが10mm、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、隣り合う開口部5、5間の距離dが75mm、開口部5の直径Rが120mmの場合は、壁面材3の板厚を0.3mm以上とすることが好ましいことがわかる。
(5)開口部5の直径Rと壁面材3に作用する応力との関係
 続いて、開口部5の直径Rが異なる5つの試験体D1~D5に強制変位を与えて開口部5の直径Rと壁面材3に作用する応力との関係を解析した。
 試験体D1~D5の開口部5の直径Rは、試験体D1~D5の順に40mm、80mm、120mm、160mm、200mmとした。
 そして、試験体D1~D5では、円弧部61の半径rは10mm、環状リブ6の高さ寸法hは15mm、隣り合う開口部5、5間の距離dは75mm、平板部31の板厚tは1.2mmとした。
 図14Aおよび図14Bに示されるように、開口部5の直径Rは、大きくなるほど開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力が減少し、広く分散していることがわかる。また、開口部5の直径Rが40mmと80mmの場合では、80mmの方が応力集中部8に作用するせん断応力が大きくなるが、開口部5の直径Rが80mm以上では、開口部5の直径Rが大きくなるほど応力集中部8に作用するせん断応力が小さくなる。そして、図14Bより、開口部5の直径Rが約40mmのときに応力集中部8の最大ミーゼス応力と開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力が同値となることがわかる。そして、開口部5の直径Rが約50mm以上の場合、応力集中部8に作用する最大ミーゼス応力が、開口部5の縁部5a近傍に作用する最大ミーゼス応力よりも大きくなることがわかる。これにより、上下寸法500mm、幅寸法300mmの鋼板を用いた試験体であって、円弧部61の半径rが10mm、環状リブ6の高さ寸法hが15mm、隣り合う開口部5、5間の距離dが75mm、平板部31の板厚tが1.2mmの場合は、開口部5の直径を50mm以上とすることが好ましいことがわかる。なお、開口部5の直径Rが80mm以上のときは、開口部5の直径Rが大きくなるほど応力集中部8に作用するせん断応力が小さくなるため、実際の設計では応力集中部8に作用するせん断応力が必要値以上となるように開口部5の直径Rを設定する。
 以上説明した解析結果より、環状リブ6の形状、環状リブ6の平板部31に対する高さ、開口部5の内径、及び上下方向に隣り合う一の開口部5の中心と他の開口部5の中心との距離、壁面材3の厚みの何れかが調整されることによって、環状リブ6に生じる最大ミーゼス応力が、壁面材3において上下方向に隣り合う一の開口部5と他の開口部5との間の部位(応力集中部8)に生じる最大ミーゼス応力よりも低くなるように調整すればよいことがわかる。
(6-1)隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)および開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力の比較
 図15に示されるように、上下寸法H=700mm、幅寸法W=433mmの壁面材3を用いて構成された耐力壁1の試験体Fを用いて上記解析と同様に強制変位δX=0.8876mmを加えて、隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)および開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力の比較を行った。
 本試験体Fは、開口部5、5の直径Φ=120mm、リブ高さH=15mm、リブ円弧部半径R=10mm、隣り合う開口部5、5間の距離d=75mm、開口部5と第1接合部4aとの水平距離D3=156.5mm、開口部5と第2接合部4bとの水平距離D4=156.5mmに設定されている。すなわち、上下方向に隣り合う開口部5、5の中心軸5b、5b間の距離D1が、一対の縦材2a、2bと壁面材3との接合間の距離D2(第1接合部4aと第2接合部4bとの水平距離D2)よりも短くなるように設定されている、換言すると、隣り合う開口部5、5間の距離dに相当が、開口部5と第1接合部4aとの水平距離D3及び開口部5と第2接合部4bとの水平距離D4の合計よりも短く設定されている。
 本試験片Fの解析では、隣り合う開口部5、5間の最大ミーゼス応力は348.5MPa、開口部5と第1接合部4a間の最大ミーゼス応力は223.7MPaとなっている。すなわち、開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力が隣り合う開口部5、5間に生じるミーゼス応力よりも低減されている。これにより、耐力壁1に地震荷重が作用した時に、開口部5と第1接合部4a間の変形を抑制することができると共に、隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)を開口部5と第1接合部4a間よりも先に変形させることにより、地震によるエネルギーを安定して吸収させることができる。
(6-2)隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)および開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力の比較
 図16Aに示されるように、上下寸法H=700mm、幅寸法W=433mmの壁面材3を用いて構成された耐力壁1の試験体G1、G2を用いて上記解析と同様に強制変位δX=0.850mmを加えて、隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)および開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力の比較を行った。
 試験体G1では、3つの開口部5が上下方向に間隔をあけて一列に配列されており、また開口部5の直径Φ=120mm、リブ高さH=15mm、リブ円弧部半径R=10mm、上下方向に隣り合う開口部5、5間の距離d=75mmに設定されている。
 試験体G2では、上下方向に間隔をあけて配列された3つの開口部5が水平方向に間隔あけて二列に配列されており、また開口部5の直径Φ=120mm、リブ高さH=15mm、リブ円弧部半径R=10mm、上下方向に隣り合う開口部5、5間の距離d=75mm、水平方向に隣り合う開口部5、5間の距離d=75mmに設定されている。
 図16Aに示されるように、試験体G1及び試験体G2では、開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力が上下方向に隣り合う開口部5、5間に生じるミーゼス応力よりも低減されていることがわかる。しかしながら、図16Bに示されるように、試験体G2は、試験体X1に比してより少ない荷重で0.850mmに変位していることがわかる。すなわち、試験体G2は試験体G1に比してせん断剛性が低くなることがわかる。この解析結果より、せん断剛性が求められる耐力壁1には、水平方向に複数列の開口部5が形成された壁面材3よりも一列の開口部が形成された壁面材3を用いるほうが好適であることがわかる。
(6-3)隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)および開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力の比較
 図17Aに示されるように、上下寸法H=700mm、幅寸法W=433mmの壁面材3を用いて構成された耐力壁1の試験体H1~H5を用いて上記解析と同様に強制変位δX=0.8876mmを加えて、隣り合う開口部5、5間(応力集中部8)および開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力の比較を行った。
 試験体H1~H5では、2つの開口部5が上下方向に間隔をあけて一列に配列されており、また開口部5の直径Φ=120mm、リブ高さH=15mm、リブ円弧部半径R=10mm、隣り合う開口部5、5の中心間距離D1=195mmに設定されている。
また、試験体H1~H5の隣り合う開口部5、5の中心間距離D1と、第1接合部4aと第2接合部4bとの水平距離D2との比(以下単に「D1/D2」という)を、試験体H1~H5の順に0.61、0.69、0.81、1.00、1.20とした。
 図17Bに示されるように、D1/D2が1.0未満の領域では、開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力が上下方向に隣り合う開口部5、5間に生じるミーゼス応力よりも低くなっていると共に、D1/D2が1.0以上の領域では、開口部5と第1接合部4a間に生じるミーゼス応力が上下方向に隣り合う開口部5、5間に生じるミーゼス応力よりも高くなっている。以上の解析結果より、D1/D2が1.0未満に設定する、すなわち、隣り合う開口部5、5の中心間距離を、第1接合部4aと第2接合部4bとの水平距離D2よりも短く設定すればよいことがわかる。
(第3実施形態)
 次に、第3実施形態に係る耐力壁について、添付図面に基づいて説明する。
 図18A及び図18Bに示されるように、第3実施形態に係る耐力壁1C(1)は、環状リブ6C(6)の先端部6b側に、第2実施形態の環状リブ6の直線部62に代えて、開口部5の径方向の断面形状が平板部31と離れるにしたがって開口部5の中心軸5b向かって傾斜する斜め直線状の斜線部63が形成されている。
 第3実施形態による耐力壁1Cにおいても、円弧部61および斜線部63が開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力を分散させるため、第1実施形態と同様の作用・効果を奏する。
(第4実施形態)
 次に、第4実施形態に係る耐力壁について説明する。
 図19A及び図19Bに示されるように、第4実施形態に係る耐力壁1D(1)は、環状リブ6D(6)の高さ寸法が場所によって異なっていることに特徴がある。ここで、円弧部61は、断面形状が1/4円となるように形成されていて、この円弧部61と連続する直線部62の高さ寸法が部分によって異なっている。
 図19Bに示されるように、本実施形態では、開口部5を上下方向に二等分する二等分線L1又は開口部5を水平方向に二等分する二等分線L2に対して、開口部5の周方向に45°ずれた位置における環状リブ6の平板部31に対する高さが、二等分線L1、L2上の環状リブ6の平板部31に対する高さに比して高くなっていることに特徴がある。具体的には、環状リブ6が、壁面材3の面内方向で開口部5の中心軸5bと交差する垂直線L1および水平線L2と重なる4つの部分を部分A、A…とし、この部分A、A…から開口部5の周方向へ45°ずれた4つの部分を部分B、B…とすると、部分Aでは環状リブ6の高さ寸法h1が5mmとなり、部分Bでは環状リブ6の高さ寸法h2が他の部分よりも大きく20mmとなっている。この点B近傍は地震荷重が作用した時に曲げ応力が集中しやすい部分となっている。
 第4実施形態による耐力壁1Dでは、開口部5の縁部5aのうち曲げ応力が集中しやすい部分(点B近傍)の環状リブ6Dの高さ寸法h2が他の部分よりも大きくなるように形成されているため、環状リブ6Dによって開口部5の縁部5a近傍に作用する曲げ応力を効率よく分散させることができる。
 なお、上述した実施形態では、一対の縦材2a、2bは、長さ方向Yに延びて水平方向(幅方向X)に間隔をあけて設けられているが、これらの一対の縦材2a、2bは、連結材などで連結されていてもよい。また、一対の縦材2a、2bの上端部同士および下端部同士が連結され、正面視において矩形の枠体を構成していてもよい。
 また、上述した実施形態では、一対の縦材2a、2bと壁面材3との接合部4は、ねじ接合としているが、ねじ接合以外の接合としてもよい。
 また、上述した第4実施形態では、環状リブ6の直線部62の高さ寸法が部分によって異なっているが、円弧部61および直線部62の高さ寸法が部分によって異なっていてもよいし、円弧部61の高さ寸法のみが部分によって異なっていてもよい。また、直線部62が形成されておらず円弧部61のみの環状リブ6についても高さ寸法が部分によって異なる形状に形成してもよい。
(第5実施形態)
 次に、図20~図24を用いて第5実施形態に係る耐力壁及び当該耐力壁を用いて構成された建物について説明する。
 図20に示されるように、本実施形態の耐力壁1E(1)は、4階建ての建物80に用いられている。なお、図20においては、建物80の1階部分82及び2階部分84の一部が示されている。
 図20に示されるように、地面86には基礎88が築かれている。この基礎99の上面には下枠90が固定され、下枠90からは縦材94が立設されている。そして、上枠92が縦材94に架設されることで1階部分82のフレームが構成されている。また、2階部分84の下枠90からは縦材94が立設されており、図示しない上枠がこの縦材94に架設されることで2階部分84のフレームが構成されている。なお、図示しない3階部分及び4階部分のフレームは、2階部分84のフレームと略同一の構成とされている。
 また、1階部分82及び2階部分84の水平方向の両端部には、それぞれ本実施形態の要部である耐力壁1が固定されている。以下、耐力壁1の詳細な構成について説明する。
 図21に示されるように、耐力壁1は、矩形状に形成された枠材96と、縦材94に取り付けられた2枚の壁面材3と、を含んで構成されている。
 図22に示されるように、枠材96は、水平方向に間隔をあけて配置された縦材としての第1縦材98、第2縦材100及び第3縦材102と、第1縦材98、第2縦材100及び第3縦材102の上端を水平方向に繋ぐ上枠104と、第1縦材98、第2縦材100及び第3縦材102の下端を水平方向に繋ぐ下枠106と、を備えている。
 図23に示されるように、第1縦材98は、平面視で第2縦材100側が解放された略C字状断面に形成されたC形鋼108と、平面視で正方形断面に形成された2つの角形鋼110と、によって構成されている。
 C形鋼108は、第1壁部108Aと、第1壁部108Aの両端からそれぞれ第2縦材100側に向けて延びる第2壁部108B及び第3壁部108Cと、を備えている。なお。第2壁部108Bの先端部及び第3壁部108Cの先端部は、第3壁部108C及び第2壁部108B側に向けてそれぞれ折り曲げられたリップ部とされている。また、C形鋼108の第1壁部108Aには、2つの角形鋼110が第1壁部108Aに沿って配置された状態で固定されている。なお、本実施形態では、2つの角形鋼110が第1壁部108Aにドリルねじを介して固定されているが、溶接などの他の方法によって2つの角形鋼110を第1壁部108Aに固定してもよい。
 第2縦材100は、第1縦材98とは反対側が解放されたC形鋼112によって構成されており、C形鋼112は、第1縦材98の一部を構成するC形鋼108の第1壁部108A、第2壁部108B及び第3壁部108Cにそれぞれ対応する第1壁部112A、第2壁部112B及び第3壁部112Cを備えている。また、本実施形態では、C形鋼108の第1壁部108A及びC形鋼112の第1壁部112Aの水平方向の寸法は略同一の寸法とされており、C形鋼112の第2壁部112B及び第3壁部112Cの水平方向の寸法は、C形鋼108の第2壁部108B及び第3壁部108Cの水平方向の寸法よりも短い寸法とされている。また、第2縦材100は、平面視で第1縦材98と第3縦材102との水平方向の中央に配置されている。
 第3縦材102(図23においては図示を省略)は、第1縦材98と同様に2つの角形鋼110がC形鋼108に固定されることによって構成されている。また、第3縦材102は、平面視で第2縦材100を挟んで第1縦材98と対象に構成されている。
 上枠104及び下枠106は、一例として矩形断面の角形鋼によって構成されており、上枠104及び下枠106は、第1縦材98、第2縦材100及び第3縦材102上端及び下端にそれぞれねじやボルト等のファスナーならびに溶接等により接合されている。
 図24に示されるように、壁面材3は、矩形状の鋼板材にプレス加工等が施されることによって構成されており、この壁面材3には、7つの円形の開口部5が形成されている。具体的には、壁面材3の上下方向への寸法W1は、縦材94の上下方向への寸法W2(図22参照)と略同一の寸法とされており、壁面材3の水平方向への寸法W3は、縦材94の水平方向への寸法W4(図22参照)の略1/2の寸法とされている。これにより、2つの壁面材3が水平方向に隣り合って配置された状態で枠材96に固定されるようになっている。
 一の壁面材3の水平方向の両端部は、一対の縦材である第1縦材98及び第2縦材100にそれぞれ複数のドリルねじを介して固定されている。なお、複数のドリルねじは、上下方向に所定のピッチで配列されている。また、一の壁面材3と第1縦材98との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第1接合部4aというものとし、一の壁面材3と第2縦材100との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第2接合部4bというものとする。さらに、一の壁面材3の上下方向の両端部は、上枠104及び下枠106にそれぞれ複数のドリルねじを介して固定されている。なお、複数のドリルねじは、水平方向に所定のピッチで配列されている。また、一の壁面材3と上枠104との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第3接合部4cというのとし、一の壁面材3と下枠106との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第4接合部4dというものとする。
 他の壁面材3の水平方向の両端部は、一対の縦材である第2縦材100及び第3縦材102にそれぞれ複数のドリルねじを介して固定されている。また、他の壁面材3と第2縦材100との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第1接合部4aというものとし、他の壁面材3と第3縦材102との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第2接合部4bというものとする。さらに、他の壁面材3の上下方向の両端部は、上枠104及び下枠106にそれぞれ複数のドリルねじを介して固定されている。また他の壁面材3と上枠104との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第3接合部4cというのとし、他の壁面材3と下枠106との接合部(ドリルねじが螺入された部分)を第4接合部4dというものとする。
 また、7つの開口部5は、上下方向に所定の間隔をあけて1列に配列されており、これらの7つの開口部5、5…は、略同じ直径Rに形成されているとともに、隣り合う開口部5、5間の距離dが略同じ寸法となるように配置さている。さらに、7つの開口部5、5…の中心は、壁面材3の水平方向の中心線Sに対して第2縦材100側(図21参照)にオフセットしている。また、図21に示されるように、上下方向に隣り合う開口部5、5の中心軸5b、5bの間の距離D1は、第1接合部4aと第2接合部4bとの水平距離D2よりも短くなるように設定されている。さらに、最も上方側に形成された開口部5と第3接合部4cとの上下距離U1は、隣り合う開口部5、5間の距離dよりも長くなるように設定されており、また、最も下方側に形成された開口部5と第4接合部4dとの上下距離U2は、隣り合う開口部5、5間の距離dよりも長くなるように設定されている。
 また、開口部5の縁部には、第1実施形態の耐力壁1(図1B参照)と同様の環状リブ6が形成されている。
 1階部分82において水平方向一方側に配置された耐力壁1の第1縦材98、上枠104及び下枠106(図21参照)は、縦材94、上枠92及び下枠90にそれぞれ図示しない締結部材(一例としてボルト及びナット)を介して固定されている。また、1階部分82において水平方向他方側に配置された耐力壁1の第3縦材102、上枠104及び下枠106(図21参照)は、縦材94、上枠92及び下枠90にそれぞれ図示しない締結部材を介して固定されている。2階部分に配置された耐力壁1も、1階部分82に設けられた耐力壁1と同様に上枠92や縦材94に固定されている。
 以上説明した本実施形態の耐力壁1では、建物80に地震荷重が入力されると、地震に伴う3階以上の水平力は、2階部分84の耐力壁1に入力され、2階部分84の耐力壁1にはせん断応力が生じる。2階部分84の耐力壁1のせん断応力ならびに2階部分84の水平力は、1階部分82の耐力壁1に入力され、1階部分82の耐力壁1にはせん断応力が生じる。1階部分82の耐力壁1のせん断応力は、基礎88を介して地面86に伝達される。このとき、各階の縦材94には鉛直方向の軸力が生じ、各階の縦材94の軸力は金物114を介して上下方向に伝達される。
 ここで、地震荷重が耐力壁1に伝達された際に、壁面材3において第1接合部4aと開口部5との水平方向の中間部のせん断応力(ミーゼス応力)値、並びに、壁面材3において第2接合部4bと開口部5との水平方向の中間部のせん断応力値を、壁面材3において上下方向に隣り合う一の開口部5と他の開口部5との上下方向の中間部のせん断応力値よりも低くすることができる。これにより、一対の縦材(第1縦材98と第2縦材100、又は第2縦材100と第3縦材102)に生じる水平方向へのせん断応力が低減される。その結果、壁面材3において上下方向に隣り合う一の開口部5と他の開口部5との上下方向の中間部が変形する前に、壁面材3と一対の縦材との接合部が変形することが抑制され、地震エネルギーを安定して吸収することができる。
 また、本実施形態では、2つの壁面材3を単一の枠材96に固定することによって耐力壁1を構成することにより、第1実施形態の耐力壁1(図1A参照)に比してより高剛性な耐力壁1を得ることができる。
なお、本実施形態では、壁面材3の上下方向の両端部を、上枠104及び第2横材106にそれぞれ固定した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図25に示されるように、壁面材3の上下方向の両端部を、上枠104及び第2横材106と離間した構成とすることもできる。なお、図25に示された耐力壁の各部には、第5実施形態の耐力壁と対応する部分と同一の符号を付している。
 また、上記第1実施形態~第5実施形態では、開口部5の縁部に環状リブ6を設けた例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば環状リブ6を設けない構成とすることもできる。
 さらに、上記第1実施形態~第5実施形態では、隣り合う開口部5、5間の距離dが略同じ寸法となるよう設定した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、隣り合う一対の開口部5、5間の距離と他の一対の開口部5、5間の距離とを異ならせてもよい。
 以上、本発明による耐力壁1A~1Eの実施形態について説明したが、本発明による耐力壁及び耐力壁用の壁面材は上記の実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
 また、2013年9月9日に出願された日本国特許出願2013-186511号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 

Claims (7)

  1.  水平方向に間隔をあけて建物の上下の水平部材に接合される一対の縦材と、
     一方の前記縦材に接合された第1接合部と、他方の前記縦材に接合された第2接合部と、を有していると共に、前記一対の縦材の間において上下方向に間隔をあけて1列に配列された円形の開口部を有し、上下方向に隣り合う一の前記開口部の中心と他の前記開口部の中心との距離が、前記第1接合部と前記第2接合部との水平距離よりも短く設定された壁面材と、
     を備えた耐力壁。
  2.  前記開口部の縁部には、前記壁面材において前記開口部が形成されていない平坦な部分である一般部に対して前記壁面材の面外方向に向けて突出する環状リブが形成されており、
     前記環状リブに生じる最大ミーゼス応力が、前記壁面材において上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間の部位に生じる最大ミーゼス応力よりも低い請求項1記載の耐力壁。
  3.  前記環状リブの形状、前記環状リブの前記一般部に対する高さ、前記開口部の内径、及び上下方向に隣り合う一の前記開口部の中心と他の前記開口部の中心との距離の何れかが調整されることによって、前記環状リブに生じる最大ミーゼス応力が、前記壁面材において上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間の部位に生じる最大ミーゼス応力よりも低くなるように調整されている請求項2記載の耐力壁。
  4.  前記環状リブの内径が、前記壁面材の面外方向に向かうにつれて次第に小さくなっている請求項2又は請求項3記載の耐力壁。
  5.  前記環状リブにおける前記一般部側の部位の内径が、前記壁面材の面外方向に向かうにつれて次第に小さくなっており、
     前記環状リブにおける前記一般部とは離間する側の部位が、円筒状に形成されている請求項2又は請求項3記載の耐力壁。
  6.  前記開口部を水平方向に二等分する又は前記開口部を上下方向に二等分する二等分線に対して前記開口部の周方向に45°ずれた位置における前記環状リブの前記一般部に対する高さが、前記二等分線上の前記環状リブの前記一般部に対する高さに比して高くなっている請求項2~請求項5のいずれか1項に記載の耐力壁。
  7.  一の縦材に接合される第1接合部と、他の縦材に接合され、前記第1接合部との間に一定の間隔を有する第2接合部と、を有していると共に、前記第1接合部と前記第2接合部との間において前記第1接合部と前記第2接合部に沿って間隔をあけて1列に配列された円形の開口部を有し、隣り合う一の前記開口部の中心と他の前記開口部の中心との距離が、前記第1接合部と前記第2接合部との距離よりも短く設定された耐力壁用の壁面材。
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