JP2011184983A - Bearing wall and building - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地震や台風などの外力に耐えるための耐力壁及びこれを用いた建物に関する。 The present invention relates to a load-bearing wall for withstanding external forces such as earthquakes and typhoons, and a building using the same.
特許文献1には、耐力壁としてラチス柱が用いられており、ラチス材と柱材とがボルトによって接合されている。地震などの外力がこの耐力壁に作用した場合、ラチス材と柱材との接合部分においてラチス材が塑性変形し、これによってエネルギ吸収が行われる。 In Patent Document 1, a lattice column is used as a load bearing wall, and the lattice material and the column material are joined by bolts. When an external force such as an earthquake acts on the bearing wall, the lattice material is plastically deformed at the joint portion between the lattice material and the column material, thereby absorbing energy.
しかしながら、塑性変形によるエネルギ吸収のみの場合、エネルギ吸収による塑性変形の履歴が残ってしまう。このため、地震などの外力(横荷重)が耐力壁に何度も作用すると、エネルギ吸収量が少なくなってしまう場合もあり、また、繰り返し応力による疲労の問題も生じる。 However, in the case of only energy absorption due to plastic deformation, a history of plastic deformation due to energy absorption remains. For this reason, when an external force (lateral load) such as an earthquake acts on the bearing wall many times, the amount of energy absorption may be reduced, and a problem of fatigue due to repeated stress may also occur.
本発明は上記事実を考慮し、耐久性を向上させると共に、エネルギ吸収量を増大させることができる耐力壁及び建物の提供を目的とする。 In view of the above facts, the present invention has an object to provide a bearing wall and a building capable of improving durability and increasing energy absorption.
請求項1に記載の耐力壁は、横荷重が入力されることにより、面内変形が生じる梁間に設置される耐力壁であって、粘弾性材料によって構成され、弾性変形及び変形による粘性抵抗によってエネルギを吸収する第1エネルギ吸収手段と、塑性材料によって構成されると共に、前記第1エネルギ吸収手段に連結されて当該第1エネルギ吸収手段から前記横荷重が伝達され、第1エネルギ吸収手段の破断荷重未満の荷重で降伏し、塑性変形してエネルギを吸収する第2エネルギ吸収手段と、を有している。 The load-bearing wall according to claim 1 is a load-bearing wall that is installed between beams in which in-plane deformation occurs when a lateral load is input, and is composed of a viscoelastic material, and is caused by viscous resistance due to elastic deformation and deformation. The first energy absorbing means for absorbing energy and a plastic material are connected to the first energy absorbing means and the lateral load is transmitted from the first energy absorbing means, so that the first energy absorbing means is broken. Second energy absorbing means for yielding at a load less than the load and plastically deforming to absorb energy.
請求項1に記載の耐力壁では、粘弾性材料によって構成された第1エネルギ吸収手段と、塑性材料によって構成された第2エネルギ吸収手段と、を有しており、第1エネルギ吸収手段による弾性変形及び変形による粘性抵抗又は第2エネルギ吸収手段による塑性変形によって横荷重(外力)によるエネルギが吸収される。 The bearing wall according to claim 1 has a first energy absorbing means made of a viscoelastic material and a second energy absorbing means made of a plastic material, and is elastic by the first energy absorbing means. Energy due to lateral load (external force) is absorbed by deformation and viscous resistance due to deformation or plastic deformation by the second energy absorbing means.
ここで、粘弾性材料は、変形力を熱エネルギに変換することで振動を減衰する材料であり、地震などの運動エネルギを熱エネルギに変換することができる。そして、粘弾性部材の破断荷重未満の荷重で第2エネルギ吸収手段が降伏するようにすることで、第2エネルギ吸収手段が塑性変形する前に粘弾性部材が破断しないようにして、第1エネルギ吸収手段と第2エネルギ吸収手段のそれぞれによってエネルギが吸収されるようにしている。 Here, the viscoelastic material is a material that attenuates vibrations by converting a deformation force into heat energy, and can convert kinetic energy such as an earthquake into heat energy. The second energy absorbing means yields at a load less than the breaking load of the viscoelastic member so that the viscoelastic member does not break before the second energy absorbing means is plastically deformed, so that the first energy Energy is absorbed by each of the absorbing means and the second energy absorbing means.
また、第2エネルギ吸収手段は第1エネルギ吸収手段に連結されており、小さい外力が耐力壁に作用すると、当該外力によって生じるエネルギは、第1エネルギ吸収手段によって吸収される。第1エネルギ吸収手段の破断荷重以上の外力が耐力壁に作用すると、第1エネルギ吸収手段が破断する前に第2エネルギ吸収手段が降伏して塑性変形し、第1エネルギ吸収手段から第2エネルギ吸収手段へエネルギ吸収手段が移行される。つまり、耐力壁に作用する外力の大きさに合わせて、第1エネルギ吸収手段によるエネルギ吸収と第2エネルギ吸収手段によるエネルギ吸収の2段階でエネルギを吸収することができる。 The second energy absorbing means is connected to the first energy absorbing means. When a small external force acts on the load bearing wall, the energy generated by the external force is absorbed by the first energy absorbing means. When an external force equal to or greater than the breaking load of the first energy absorbing means acts on the load bearing wall, the second energy absorbing means yields and plastically deforms before the first energy absorbing means breaks, and the second energy is absorbed from the first energy absorbing means. The energy absorbing means is transferred to the absorbing means. That is, energy can be absorbed in two stages, energy absorption by the first energy absorption means and energy absorption by the second energy absorption means, in accordance with the magnitude of the external force acting on the bearing wall.
例えば、台風や小さい地震等小さい外力が耐力壁に作用した場合、第1エネルギ吸収手段による弾性変形などによってエネルギを吸収し振動を減衰させる。これにより、耐力壁に残留歪みを残さないようにすることができる。したがって、この耐力壁では、繰り返し応力に耐え得る強度を向上させることができる。 For example, when a small external force such as a typhoon or a small earthquake acts on the bearing wall, the energy is absorbed by elastic deformation by the first energy absorbing means and the vibration is attenuated. Thereby, it is possible to leave no residual strain on the bearing wall. Therefore, with this bearing wall, the strength that can withstand repeated stress can be improved.
また、大きい地震等、第1エネルギ吸収手段によって吸収されるエネルギよりも大きいエネルギを生じさせる外力が耐力壁に作用した場合、第1エネルギ吸収手段から第2エネルギ吸収手段へエネルギ吸収手段が移行される。これにより、第1エネルギ吸収手段の弾性変形などによって吸収しきれなかったエネルギは、第2エネルギ吸収手段の塑性変形によって吸収され、振動が減衰する。 Further, when an external force that generates energy larger than the energy absorbed by the first energy absorbing means, such as a large earthquake, acts on the bearing wall, the energy absorbing means is transferred from the first energy absorbing means to the second energy absorbing means. The Thereby, the energy that cannot be absorbed by the elastic deformation of the first energy absorbing means is absorbed by the plastic deformation of the second energy absorbing means, and the vibration is attenuated.
このため、第1エネルギ吸収手段によって吸収されるエネルギよりも大きいエネルギを吸収することができる。このように、第1エネルギ吸収手段から第2エネルギ吸収手段へエネルギ吸収手段が連続的に移行されることで、エネルギが吸収されない領域が生じないようにすると共に、より大きなエネルギを吸収することができる。 For this reason, energy larger than the energy absorbed by the 1st energy absorption means can be absorbed. As described above, the energy absorbing means is continuously transferred from the first energy absorbing means to the second energy absorbing means, so that a region where energy is not absorbed is not generated, and a larger energy can be absorbed. it can.
請求項2に記載の耐力壁は、請求項1に記載の耐力壁において、一定の間隔を設けて配置された複数の柱材と、前記柱材の間に設けられ当該柱材に接合されたラチス材と、を含むラチス柱で構成され、前記ラチス材が前記第2エネルギ吸収手段であり、前記ラチス材と前記柱材との接合部に前記第1エネルギ吸収手段が設けられている。 The load-bearing wall according to claim 2 is the load-bearing wall according to claim 1, wherein the load-bearing wall according to claim 1 is provided between a plurality of pillar members arranged at a predetermined interval and the pillar member, and is joined to the pillar member. A lattice pillar including a lattice material, the lattice material is the second energy absorbing means, and the first energy absorbing means is provided at a joint portion between the lattice material and the pillar material.
請求項2に記載の耐力壁では、ラチス材は、引張り材及び圧縮材としての役割を果たすため、柱材と柱材の間にブレース(筋交い)を用いた場合よりも、より大きな外力に耐えることができる。耐力壁に横荷重が作用すると、上梁と下梁との間で水平方向の相対的なズレ(面内変形)が生じ、これによってラチス材と柱材の間で上下方向の相対的なズレが生じる。 In the bearing wall according to claim 2, the lattice material plays a role as a tensile material and a compression material, and therefore, withstands a larger external force than when a brace (strut) is used between the column materials. be able to. When a lateral load is applied to the bearing wall, a horizontal relative displacement (in-plane deformation) occurs between the upper beam and the lower beam, which causes a relative displacement in the vertical direction between the lattice and the column. Occurs.
このため、請求項2に記載の耐力壁では、ラチス材と柱材との接合部に第1エネルギ吸収部材を設けることで、当該第1エネルギ吸収部材によって、ラチス材と柱材の間の上下方向の相対的なズレを吸収することができる。また、ラチス材と柱材との接合工程時に第1エネルギ吸収部材を取付ければ良いため、作業工程の変更はほとんどなく、現状の生産ラインで量産対応が可能である。 For this reason, in the load-bearing wall according to claim 2, by providing the first energy absorbing member at the joint between the lattice material and the column material, the first energy absorbing member causes the first energy absorbing member to move up and down between the lattice material and the column material. Relative displacement in direction can be absorbed. In addition, since the first energy absorbing member only needs to be attached during the joining process of the lattice material and the pillar material, there is almost no change in the work process, and it is possible to deal with mass production on the current production line.
請求項3に記載の耐力壁は、請求項2に記載の耐力壁において、前記ラチス材と一方の柱材との接合部にのみ前記第1エネルギ吸収部材が設けられている。 The load-bearing wall according to claim 3 is the load-bearing wall according to claim 2, wherein the first energy absorbing member is provided only at a joint portion between the lattice material and one pillar material.
請求項3に記載の耐力壁では、ラチス材と両方の柱材との接合部に第1エネルギ吸収部材を取付ける場合と比較して、生産ラインでの作業性が良い。 In the load-bearing wall according to the third aspect, the workability on the production line is good as compared with the case where the first energy absorbing member is attached to the joint portion between the lattice material and both pillar materials.
請求項4に記載の建物は、請求項1〜3の何れか1項に記載の耐力壁が用いられている。 The building according to claim 4 uses the bearing wall according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の建物では、耐力壁のエネルギ吸収量が向上するため、建物全体で耐力壁の数を減らすことができ、設計の自由度が広がる。 In the building according to claim 4, since the energy absorption amount of the load-bearing wall is improved, the number of load-bearing walls can be reduced in the entire building, and the degree of freedom of design is expanded.
以上説明したように、請求項1に記載の耐力壁によれば、耐久性を向上させると共に、エネルギ吸収量を増大させることができる。 As described above, according to the load-bearing wall according to the first aspect, the durability can be improved and the energy absorption amount can be increased.
請求項2に記載の耐力壁によれば、ブレースを用いた場合よりもエネルギ吸収量を大きくすることができる。 According to the load-bearing wall according to the second aspect, the amount of energy absorption can be made larger than when braces are used.
請求項3に記載の耐力壁によれば、作業工程の変更はほとんどなく、現状の生産ラインで量産対応が可能である。 According to the bearing wall according to the third aspect, there is almost no change in the work process, and it is possible to deal with mass production on the current production line.
請求項4に記載の建物によれば、耐久性を向上させると共に、建物の崩壊を抑制することができる。 According to the building of Claim 4, while improving durability, collapse of a building can be suppressed.
以下、図1〜図3を用いて、本発明の実施の形態に係る建物について説明する。
図1には、本実施形態に係る建物10が示されており、鉄骨軸組み工法による2階建住宅の躯体構造が図示されており、基礎11と一階部分12と二階部分13と図示しない屋根部分で構成されている。なお、本発明の適用対象となる建物には、鉄骨軸組み工法以外の工法(例えば、ユニット工法等)による住宅が含まれる他、住宅以外の用途の建物も含まれる。
Hereinafter, the building which concerns on embodiment of this invention is demonstrated using FIGS. 1-3.
FIG. 1 shows a
図1に示される建物10の躯体は、所定箇所に立設された複数本の柱14及びラチス柱16と、これらの柱14或いはラチス柱16の上端部間又は下端部間に掛け渡される複数本の上梁部材18又は下梁部材20と、を含んで構成されている。そして、ここでは、耐力壁22がラチス柱16で構成されている。
The
(耐力壁の構造)
ここで、本実施形態の耐力壁22の構造を説明する。
(Structure of bearing wall)
Here, the structure of the
図2に示されるように、耐力壁22の要部を構成するラチス柱16は、一定の間隔を設けて配置された2本の角状の柱材24、26と、柱材24と柱材26との間に設けられ、上下方向に沿ってジグザグ形状で延出し柱材24、26に接合される丸棒状のラチス材28(第2エネルギ吸収手段)と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
ラチス材28は、大きな外力(横荷重)が作用すると、コーナー部28A(図3に示すA部分)の塑性変形によって、その角度を変えて引張り材及び圧縮材としての役割を果たすため、柱材24と柱材26の間にブレース(図示省略)を用いた場合よりも、より大きな外力に耐えることができる。つまり、この耐力壁22は、ブレースを用いた場合よりもエネルギ吸収量を大きくすることができる。
When a large external force (lateral load) is applied to the
ラチス材28には、柱材24、26の接合面24A、26Aと対面する部分に、直線状の接合部30、32がそれぞれ形成されており、柱材24、26との接合面が確保されている。ラチス材28の接合部30は、溶接によって柱材24の接合面24Aに接合されている。
In the
一方、ラチス材28の接合部32と柱材26の接合面26Aとの間には、第1エネルギ吸収手段としての高減衰ゴム(粘弾性部材、第1エネルギ吸収手段)34が設けられており、例えば、化学反応によってゴムと金属を接着させる加硫接着によって、接合部32及び接合面26Aに接着されている。
On the other hand, a high damping rubber (viscoelastic member, first energy absorbing means) 34 as a first energy absorbing means is provided between the joining
ここで、高減衰ゴム34は、変形力を熱エネルギに変換することで振動を減衰する部材であり、地震などの運動エネルギを熱エネルギに変換することができる。図4(A)にはこの高減衰ゴム34の応力ひずみ線図が模式的に示されている。この応力ひずみ線図から、高減衰ゴム34の破断荷重(P1)が得られるが、この破断荷重に安全率を考慮した荷重が、当該高減衰ゴム34における許容荷重(P2)となる。そして、この許容荷重以下の荷重(P3)で降伏するようにラチス材28が設定される。なお、図4にはラチス材28の応力ひずみ線図が模式的に示されている。
Here, the high damping
ラチス材28は、線径、角度及び材質などを変えることによって塑性変形が開始される荷重(降伏荷重;P3)を設定することができるため、高減衰ゴム34が破断しない荷重の範囲内でラチス材28が塑性変形するように、ラチス材28の線径、角度又は材質などを設定する。なお、高減衰ゴム34の破断荷重未満の荷重でラチス材28が降伏すれば良いため、ラチス材28の降伏荷重に合わせて高減衰ゴム34を設定しても良い。
The
台風や地震等により建物10に外力(横荷重)が作用すると、上梁部材18と下梁部材20の間で水平方向の相対的なズレ(面内変形)が生じるが、これによってラチス材28と柱材24の間で上下方向の相対的なズレが生じる。
When an external force (lateral load) acts on the
このため、柱材26の接合面26Aとラチス材28の接合部32の間に高減衰ゴム34を設けることで、小さい地震などにより、建物10に小さい外力が作用した場合、当該高減衰ゴム34の弾性変形によって当該外力によって生じるエネルギが吸収され、ラチス材28と柱材26の間の上下方向の相対的なズレが吸収される(第1段階)。
For this reason, when a small external force acts on the
一方、大きい地震などにより、建物10に大きい外力(高減衰ゴム34の許容荷重以上の外力)が作用した場合、ラチス材28が降伏し、ラチス材28の塑性変形によって当該外力によって生じるエネルギが吸収される(第2段階)。
On the other hand, when a large external force (an external force greater than the allowable load of the high damping rubber 34) acts on the
つまり、建物10に作用する外力の大きさに合わせて、高減衰ゴム34によるエネルギ吸収とラチス材28によるエネルギ吸収の2段階でエネルギを吸収するようにしている。
In other words, energy is absorbed in two stages according to the magnitude of the external force acting on the
(耐力壁の作用・効果)
次に、耐力壁22の作用・効果について説明する。
(Operation and effect of bearing wall)
Next, the operation / effect of the bearing
本実施形態では、図2に示されるように、耐力壁22の柱材26とラチス材28の間に高減衰ゴム34を設け、高減衰ゴム34の弾性変形などによるエネルギ吸収と、ラチス材28の塑性変形によるエネルギ吸収と、を有している。そして、高減衰ゴム34の許容荷重未満の荷重でラチス材28が降伏するようにすることで、ラチス材28が塑性変形する前に高減衰ゴム34が破断しないようにして、弾性変形などによるエネルギ吸収から塑性変形によるエネルギ吸収へ連続的に移行されるようにしている。つまり、第1エネルギ吸収手段と第2エネルギ吸収手段のそれぞれによってエネルギが吸収されるようにして、台風や地震などによる外力の大きさに合わせて2段階でエネルギ吸収を行うことができるようにしている。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, a high damping
具体的には、台風や小さい地震など、建物10に小さい外力が作用した場合、高減衰ゴム34の弾性変形によって当該外力によって生じたエネルギを吸収し振動を減衰させる。これにより、耐力壁22に残留歪みを残さないようにすることができる。したがって、この耐力壁22では、繰り返し応力に耐え得る強度を向上させることができる。
Specifically, when a small external force is applied to the
また、大きい地震など、建物10に高減衰ゴム34によって吸収されるエネルギよりも大きい外力が作用した場合、高減衰ゴム34からラチス材28へエネルギ吸収手段が移行される。これにより、高減衰ゴム34の弾性変形によって吸収しきれなかったエネルギは、高減衰ゴム34の破断前にラチス材28の塑性変形によって吸収され、振動が減衰される。
Further, when an external force larger than the energy absorbed by the high damping
つまり、本実施形態による耐力壁22では、繰り返し応力に耐え得る強度を向上させて耐久性を向上させると共に、外力によって生じたエネルギを高減衰ゴム34とラチス材28のそれぞれによって吸収し、建物10の崩壊を抑制することができる。
In other words, the bearing
また、ここでは、図4(A)に示されるように、高減衰ゴム34の許容荷重(P2)未満の荷重(P3)でラチス材28が降伏して塑性変形するように設定している。これにより、高減衰ゴム34の弾性変形などによるエネルギ吸収から、ラチス材28の塑性変形によるエネルギ吸収へエネルギ吸収手段が連続的に移行される。これによって、エネルギが吸収されない領域が生じないようにすると共に、より大きなエネルギを吸収することができる。つまり、本実施形態によれば、耐力壁22において、繰り返し応力に耐え得る強度を向上させて耐久性を向上させると共に、エネルギの吸収量を増大させることができる。
Here, as shown in FIG. 4A, the
ところで、柱材26とラチス材28の接合部32の間に高減衰ゴム34を設けるに当たって、柱材26とラチス材28との接合工程時に高減衰ゴム34を柱材26とラチス材28の間に接着させれば良いため、作業工程の変更はほとんどなく、現状の生産ラインで量産対応が可能である。
By the way, when the high damping
一方、耐力壁22をラチス柱16で構成することで、耐力壁22をブレースで構成した場合よりもエネルギ吸収量を増大させることができるため、建物10全体で耐力壁22の数を減らすことができ、設計の自由度が広がる。なお、ラチス柱16で構成した場合よりも耐力壁22の数は増えることとなるが、耐力壁22をブレースで構成しても良いのは勿論のことである。
On the other hand, by configuring the bearing
また、ここでは、図2に示されるように、柱材26とラチス材28の接合部32の間に高減衰ゴム34を設けたが、柱材24とラチス材28の接合部30の間にも高減衰ゴム34を設けても良い。この場合、作業工数が増すこととなるが、減衰効果は高くなる。さらに、ここでは、耐力壁22として、2本の角状の柱材24、26と1つのラチス材28によるラチス柱16について説明したが、3本の柱材24と、2つのラチス材28によるラチス柱16で要部を構成しても良い。
Further, here, as shown in FIG. 2, the high damping
10 建物
16 ラチス柱(耐力壁)
18 上梁部材(梁)
20 下梁部材(梁)
22 耐力壁
24 柱材
26 柱材
28 ラチス材(第2エネルギ吸収手段)
32 接合部
34 高減衰ゴム(粘弾性部材、第1エネルギ吸収手段)
10
18 Upper beam member (beam)
20 Lower beam member (beam)
22
32 joint 34 high damping rubber (viscoelastic member, first energy absorbing means)
Claims (4)
粘弾性材料によって構成され、弾性変形及び変形による粘性抵抗によってエネルギを吸収する第1エネルギ吸収手段と、
塑性材料によって構成されると共に、前記第1エネルギ吸収手段に連結されて当該第1エネルギ吸収手段から前記横荷重が伝達され、第1エネルギ吸収手段の破断荷重未満の荷重で降伏し、塑性変形してエネルギを吸収する第2エネルギ吸収手段と、
を有する耐力壁。 It is a load-bearing wall installed between beams that causes in-plane deformation when a lateral load is input,
A first energy absorbing means made of a viscoelastic material and absorbing energy by elastic deformation and viscous resistance due to deformation;
It is made of a plastic material and is connected to the first energy absorbing means so that the lateral load is transmitted from the first energy absorbing means, yielding with a load less than the breaking load of the first energy absorbing means, and plastically deforming. A second energy absorbing means for absorbing the energy,
Bearing wall.
前記ラチス材が前記第2エネルギ吸収手段であり、前記ラチス材と前記柱材との接合部に前記第1エネルギ吸収手段が設けられた請求項1に記載の耐力壁。 It is composed of a lattice pillar including a plurality of pillar members arranged with a certain interval, and a lattice member provided between the pillar members and joined to the pillar member,
The load-bearing wall according to claim 1, wherein the lattice material is the second energy absorbing means, and the first energy absorbing means is provided at a joint portion between the lattice material and the pillar material.
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