JP2018162602A - 接合金物および壁の接合構造 - Google Patents
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Abstract
Description
この補強用斜め材は、柱や梁等で形成される四辺形の構面に対して斜めに設置されるものであって、細長い平板を螺旋状に捩って形成した捩り板から構成されている。
このような補強用斜め材では、捩り板の捩りピッチを変えて剛性を調整することにより、適用場所に適応した補強用斜め材の提供が可能になる。
この連結金具は、横材に形成された軸孔に埋め込まれる根元部と、柱の端面から軸線方向に形成されたスリットに差し込まれかつ柱の側面から打ち込まれるドリフトピンを挿通させるためのピン孔を有する差込板とからなり、前記差込板は、前記ピン孔から前記根元部までの範囲で、内部を切り抜いた窓を有している。
このような連結金具を用いた建物が地震に遭遇して、横材と柱を引き離す方向に荷重が作用した際は、窓の角部等に応力が集中して、早い段階で塑性変形が引き起こされ、効率よくエネルギを吸収でき、円滑に制震性を発揮することができる。
このホゾパイプは、中空の棒状でかつ一方材と他方材との境界を貫くように埋め込まれ、側周面には、一方材から打ち込まれるドリフトピンやボルト等を挿通するための第一ピン孔と、他方材から打ち込まれるドリフトピンやボルト等を挿通するための第二ピン孔と、を備え、前記第一ピン孔と前記第二ピン孔との間には、全周を半径方向に湾曲させた拡張部を設けている。
このようなホゾパイプでは、引張荷重が作用した際、拡張部の周辺で応力が局地的に増大して、弾塑性変形を引き起こしやすくなる。そのため地震等で二部材を引き離す方向に過大な荷重が作用した際、衝撃が緩和され、建物等に及ぶ被害を軽減できる。
また、壁の表裏面から接合金物の一対の片部やこの片部から打ち込んだ釘の釘頭が突出するため、壁の仕上げ手間が大きくなる課題もある。
一方、上述した特許文献1に記載の補強用斜め材は、壁と上下の構造物を接合するものではなく、特許文献2および3に記載の連結金具およびホゾパイプは壁に設けるものではなく、柱に設けるものであるので、耐荷性能が不足する課題があるために壁の接合構造には直接適用することはできない。
前記壁の上端部および/または下端部に接続される第1接続部と、塑性変形によりエネルギを吸収可能な変形部と、前記上構造物および/または下構造物に接続される第2接続部とを備え、
前記変形部が変形軸線に沿って当該変形軸線まわりに捩れた第1捩り板によって構成され、
前記変形部の前記変形軸線に沿う一端部に前記第1接続部が設けられ、他端部に前記第2接続部が設けられていることを特徴とする。
前記壁の上端面および/または前記壁の下端面の両端部に上下方向に延在する孔が設けられ、
前記各孔に前記接合金物の前記変形部が挿入され、前記壁の内部に前記第1接続部が前記各孔の底面から挿入されて接続され、前記上構造物および/または前記下構造物に前記第2接続部が接続されていることを特徴とする。
(第1の実施の形態)
図1は第1の実施の形態に係る壁の接合構造を透視して示す正面図、図2は同側面図である。なお、図1および図2では、壁1の内部に設ける接合金物10を実線で示している。
壁1の四隅部、つまり壁1の上端面の両端部および壁1の下端面の両端部にはそれぞれ接合金物10が設けられている。
接合金物10は、壁1を上構造物2と下構造物3とにそれぞれ接合するためのもので、第1接続部11と、変形部12と、第2接続部13とを備えている。
変形部12は、変形軸線L1に沿って当該変形軸線L1まわりに螺旋状に捩れた第1捩り板12によって構成されている。この第1捩り板12は、その長手方向(変形軸線L1の方向)に作用する荷重に対して少なくともその一部が塑性変形することで、エネルギを吸収することが可能とされている。この第1捩り板12は、板状に形成された鋼板材に捩り加工等が施されることにより捩られることで形成されている。
すなわち、壁1の上端面の両端部および壁1の下端面の両端部には、正面視矩形の切欠部15が設けられている。つまり、壁1の四隅部にそれぞれ切欠部15が合計4個設けられている。この切欠部15は壁1の表裏面側と側端面側に開口しており、当該切欠部15の左右の幅W1は第2接続部13の左右の幅W2以上となっている。また、切欠部15の深さH1は第2接続部13の上下の高さH2以上となっている。さらに、切欠部15の壁1の厚さ方向における幅T1は第2接続部13の壁1の厚さ方向における幅T2以上となっている。
孔16は、変形部(第1捩り板)12の座屈拘束部となるものであり、当該孔16に変形部(第1捩り板)12がその外周縁を孔16の内周面に対向させ、かつ当該内周面と所定の隙間をもって、挿入されることによって、圧縮軸力に対する変形部(第1捩り板)12の座屈を防ぐようになっている。
また、孔16の底面Uには第1接続部(ラグスクリュー)11をねじ込むための下穴Pが孔16と同軸に設けられている。
また、壁1の上端面の両端部側に設けられている第2接続部13はアンカー14によって上構造物2に固定され、壁1の下端面の両端部側に設けられている第2接続部13はアンカー14によって下構造物3に固定されている。
さらに、壁1の上端面と上構造物2の下面とには複数のシアキー18が差し込まれ、壁1の下端面と下構造物3の上面とには複数のシアキー18が差し込まれている。シアキー18は壁1の幅方向に所定間隔で複数配置され、壁1と上下の構造物2,3との間でせん断力を伝達するようになっている。
まず、図3に示すように、壁1の四隅部にそれぞれ接合金物10を設ける。この場合、壁1の四隅部にそれぞれ設けられた切欠部15から孔16に第1接続部11および変形部(第1捩り板)12を挿入し、さらに第1接続部11を孔16の底面Uに設けられている下穴Pにねじ込むことで、接合金物10を壁1に固定する。この状態において、変形部(第1捩り板)12は孔16にその内周面との間に所定の隙間をもって挿入され、第2接続部13は切欠部15に設けられるとともに、壁1の上端面の両端部側の第2接続部13の上面は壁1の上端面と面一になり、壁1の下端面の両端部側の第2接続部13の下面は壁1の下端面と面一になっている。
また、壁1の上端面および下端面にそれぞれ複数のシアキー18の一端部を差し込んでおくとともに、下構造物3にアンカー14を、その上端部を下構造物3の上面から突出させた状態で挿入固定しておく。
なお、上構造物2の上方に上階を設けない場合、上構造物2の上面から突出しているアンカー14の上端部にナット14aを座金14bを挟んで螺合して締め付ける。一方、上構造物2の上方に上階を設ける場合、図1に示すように、上構造物2に上階の壁1を設置し、アンカー4に固定する。この場合、上構造物2を下構造物として、上述した場合と同様にして、上階の壁1を当該下構造物に接合固定する。
一方、ロッキングが生じていない壁1の上端部側の他方(左方)の隅部と、下端部側の一方(右方)の隅部はそれぞれ上構造物2と下構造物3とに当接して支圧抵抗Rを受けることで、当該両隅部に設けられている接合金物10,10には圧縮力がほとんど作用しない。このため、壁1の剛体回転が繰り返し行われても、接合金物10の変形部12は、変形前の状態と伸びた状態との間で変形を繰り返すだけであるので、接合金物10,10の変形部12の拡幅(変形軸線と交差する方向への膨らみ)を防いで、当該変形部12の孔16の内周面への干渉を回避しながら、変形部12の座屈を防ぐことができる。このような機構により、地震力Fに対して、壁1はスリップ性状を抑えた安定した履歴特性によるエネルギ吸収性能を確保することができる。
さらに、第1接続部11がラグスクリューで構成されているので、このラグスクリューを各孔16の底面Uから壁1の内部にねじ込むことによって、接合金物10を壁1に容易かつ確実に固定できる。
図7は第2の実施の形態に係る壁の接合構造を透視して示す正面図である。なお、図7でも、壁の内部に設ける接合金物を実線で示している。
本実施の形態に係る接合金物および壁の接合構造が第1の実施の形態と異なる点は接合金物20の変形部の構成であるので、以下ではこの相違点について説明し、第1の実施の形態と同一構成については同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
すなわち、変形部22は、当該変形部22を変形軸線の方向に二等分する二等分線L2を挟んで対称に形成されている。この変形部22の長手方向の一端部は第1接続部11に固定され、他端部は第2接続部13に固定されている。
また、変形部22において、第1接続部11と二等分線L2との間の部分(第2変形部22b)は、第1接続部11側から見て反時計回り方向に螺旋状に捩れており、第2接続部13と二等分線L2との間の部分(第1変形部22a)は、第2接続部13側から見て時計回り方向に螺旋状に捩れている。つまり、第2変形部22bと第1変形部22aとは反対方向に捩れている。
また、孔16の軸方向の長さも変形部22の全体を挿入できるように、第1の実施の形態における孔16より長くなっている。
これにより、第1変形部22aおよび第2変形部22bが変形される際における当該第1変形部22aおよび第2変形部22bの局所的な応力の高まりが、第1の実施の形態における変形部12のように同じ方向へ捩れている場合に比べて抑制される。その結果、第1変形部22aおよび第2変形部22bが繰り返し変形される際の局所的な応力の進展による局所的な塑性化や疲労による破壊を抑制して、エネルギ吸収荷重(第1接続部11と第2接続部13との相対位置の変化を妨げる方向に作用する荷重)を安定させることができる。
図8は第3の実施の形態に係る壁の接合構造を透視して示す正面図である。なお、図8でも、壁の内部に設ける接合金物を実線で示している。
本実施の形態に係る接合金物および壁の接合構造が第1の実施の形態と異なる点は接合金物30の第1接続部21の構成であるので、以下ではこの相違点について説明し、第1の実施の形態と同一構成については同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
また、第2捩り板21の単位長さL当りの捩り角度θと、第1捩り板12の単位長さL当りの捩り角度θとが異なっており、第2捩り板21の方が第1捩り板12より単位長さ当りの捩り角度θが大きくなっている。なお、単位長さLは適宜設定すればよく、ここでは第1捩り板12および第2捩り板21の最大直径D(D1、D2)に対してL=3.0Dとしている。具体的には、第1捩り板12の単位長さL当りの捩り角度θは360°となっており、第1捩り板12は全長1.5Lにおいて540°捩れている。また、単位長さL当りの第2捩り板21の捩り角度は720°となっており、第2捩り板21は全長1.0Lにおいて720°捩れている。
孔16の底面Uには第2捩り板21の形状に合わせた螺旋状の下穴P2を形成しており、この下穴P2に第2捩り板(第1接続部)21をねじ込むことによって、接合金物30は壁1に接続されている。
すなわち、第2捩り板(第1接続部)21の方が第1捩り板12より単位長さL当りの捩り角度θが大きくなっているので、つまり、第2捩り板(第1接続部)21の単位長さL当りの捩り量が第1捩り板12により多くなっているので、第2捩り板(第1接続部)21が壁1の内部にねじ込まれて螺合した場合の引抜き抵抗を高めることができる。したがって、第2捩り板21を第1捩り板12と捩り角度θを等しくした場合に比して、第2捩り板(第1接続部)21の軸方向における長さを小さくすることができる。
図9(a)に示す接合金物30では、第2捩り板(第1接続部)21aと第1捩り板(変形部)12の単位長さ当りの捩り角度θおよび変形軸線方向の長さが等しくなっている。
このような構成によれば、第2捩り板(第1接続部)21aおよび第1捩り板(変形部)12を同様に形成できるので、接合金物10の製造が第3の実施の形態に比して容易となる。
このような構成によれば、第1捩り板(変形部)12aの単位当たりの捩り角度θが大きくなっている、つまり捩り量が多くなっているので、第1捩り板(変形部)12aが塑性変形してエネルギを吸収する際の耐力上昇を抑制できる。
図10は解析モデルを示す。この解析モデルでは、変形部(第1捩り板)の寸法を、幅B、単位長さL、板厚t、単位長さLあたりの捩り角度θ、で表す。解析条件は以下の通りである。
(1)支持点側の端面は支持点(軸回りの回転拘束)に剛梁で結合し、載荷点側の端面は載荷点(軸回りの回転拘束)に剛梁で結合する。
(2)幅B=60mm、単位長さL=180mm、板厚t=6.0mmの第1捩り板を対象とする。
(3)第1捩り板の材料として鋼板を適用し、物性はヤング係数205Gpa、ポアソン比0.3、降伏点200Mpa、降伏後の加工硬化特定はマルチリニアの曲線で付与する。
(4)第1捩り板の単位長さ当たり捩り角度θ(単位長さLに対する捩り角度)を360°、540°として、形状の影響を確認する。
図11に示すグラフから明らかなように、第1捩り板(変形部)の単位長さ当たりの捩り角度θが小さいほど、同じ変形量δ(比率δ/L)における変形部の変形抵抗に相当する荷重P(比率P/Ny)が大きくなる。
したがって、捩り角度を適宜調整することによって、変形部(第1捩り板)に要するエネルギ吸収能、剛性および耐力を調整できる。
図12は第4の実施の形態に係る壁の接合構造を透視して示す正面図、図13は同側面図である。なお、図12および図13でも、壁の内部に設ける接合金物を実線で示している。
本実施の形態に係る接合金物および壁の接合構造が第1の実施の形態と異なる点は接合金物40の第1接続部41の構成であるので、以下ではこの相違点について説明し、第1の実施の形態と同一構成については同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
板状部材41aの幅D3は、変形部(第1捩り板)12の最大直径D4と概ね等しくなっている。また、孔16の底面Uには板状部材41aを挿入するための溝P3が形成され、この溝P3に板状部材41aが挿入されている。また、板状部材41aにはピン41bを挿入するためのピン孔が上下に所定間隔で複数設けられている。
また、壁1の前記溝P3と対向する表面には当該表面から裏面に貫通する貫通孔が設けられている。貫通孔は上下に所定間隔で複数設けられるとともに、板状部材41aに設けられたピン孔と同軸に配置されている。
そして、壁1の表面側からピン41bを貫通孔およびピン孔に挿通して固定することによって、第1接続部41が壁1に接続されている。
すなわち、第1の実施の形態では第1接続部11がラグスクリューで構成されているので、第1接続部11を壁1に接続する場合は、接合金物10を軸回りに回転させながら孔16の底面Uに設けられた下穴にねじ込む必要があるため、第2接続部13の軸回り方向の位置を考慮して、第1接続部11をねじ込む必要があるが、本実施の形態では、第1接続部41が板状部材41aと、これを壁1に固定するピン41bとを備えているので、第1接続部41を壁1に接続する場合に、接合金物40を回転させることなく、板状部材41aを孔16の底面Uに設けられた溝P3に挿入して、ピン42bを挿通すればよい。このため、第2接続部13の軸回り回転方向の位置決めが容易であるという利点がある。
2 上構造物
3 下構造物
10,20,30,40 接合金物
11,21,21a,41 第1接続部
12,12a 変形部(第1捩り板)
13 第2接続部
16 孔
21 第2捩り板(第1接続部)
22 変形部
22a 第1変形部
22b 第2変形部
Claims (6)
- 壁の上方に位置する上構造物および/または前記壁の下方に位置する下構造物に前記壁を接合する接合金物であって、
前記壁の上端部および/または下端部に接続される第1接続部と、塑性変形によりエネルギを吸収可能な変形部と、前記上構造物および/または下構造物に接続される第2接続部とを備え、
前記変形部が変形軸線に沿って当該変形軸線まわりに捩れた第1捩り板によって構成され、
前記変形部の前記変形軸線に沿う一端部に前記第1接続部が設けられ、他端部に前記第2接続部が設けられていることを特徴とする接合金物。 - 前記第1接続部がねじ状部材によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の接合金物。
- 前記第1接続部が、前記第1捩り板の前記変形軸線と同軸の変形軸線に沿って当該変形軸線まわりに捩れた第2捩り板によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の接合金物。
- 前記第2捩り板の単位長さ当りの捩り角度と、前記第1捩り板の単位長さ当りの捩り角度とが異なることを特徴とする請求項3に記載の接合金物。
- 前記変形部が、前記変形軸線まわりに一方側へ捩れている第1変形部と、この第1変形部と前記変形軸線の軸方向に繋がれ、前記変形軸線まわりに他方側へ捩れている第2変形部とを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の接合金物。
- 壁の上方に位置する上構造物および/または前記壁の下方に位置する下構造物に、壁を請求項1〜5のいずれか1項に記載の接合金物によって接合した壁の接合構造であって、
前記壁の上端面および/または下端面に上下方向に延在する孔が設けられ、
前記各孔に前記接合金物の前記変形部が挿入され、前記壁の内部に前記第1接続部が前記各孔の底面から挿入されて接続され、前記上構造物および/または前記下構造物に前記第2接続部が接続されていることを特徴とする壁の接合構造。
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