JP3648094B2

JP3648094B2 - Construction method of earthquake-resistant wall of steel structure.

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Publication number: JP3648094B2
Application number: JP15086299A
Authority: JP
Inventors: 徹志閑田; 敏之福元; 隆史岡安; 幸雄林; 賢一河野; 正哉瀧; 伸明吉岡
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP2000336813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨系構造物の耐震壁の施工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨造、鋼管充填コンクリート構造等の鉄骨系構造物において、水平地震力への抵抗性を高めるため、ブレースや鉄筋コンクリート造（ＲＣ）耐震壁が主要な耐震抵抗要素として用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの耐震要素は、一般に高い剛性と耐力を示すが、変形性能に乏しいため、エネルギー吸収能力に欠けることが問題となっている。
【０００４】
特に、鉄骨系の柱およびはりによる架構（フレーム）にこれらのＲＣ耐震壁等を組み合わせると、架構（フレーム）自体は大きな変形能力を示すことができるにも関わらず、ＲＣ耐震壁に変形能力がないため、構造物全体としては大きなエネルギー吸収能力を得ることができない。
【０００５】
したがって、耐震壁に変形能力を持たせることができれば、高い水平耐力とエネルギー吸収能力を併せ持つような耐震性に富む構造物を構築することができる。
【０００６】
耐震壁に変形能力を持たせようとする試みはこれまでにも多くなされている。例えば、特公平４−１９３５４号公報では低強度コンクリートを用いて靭性に富む壁としている。しかし、低強度コンクリートを用いれば耐震壁の水平抵抗力は大きく低下する。
【０００７】
また、特開平１０−２５９０５号公報では、中央部分は高強度のコンクリート、周辺部分に普通強度のコンクリートを用いることで高靭性を有する耐震壁を構築する方法を提案している。しかし、この２種類のコンクリートを同一壁体で打ち分けることは非常に施工手順が多く現実的ではない。
【０００８】
また、ＲＣ系の耐震壁を鉄骨系の架構（フレーム）と接合すると、大変形時に接合部のコンクリートが応力集中により破壊することを防止するため、一般に接合部が複雑となる。
【０００９】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を使用することで、高い抵抗力を保持したまま周辺架構（フレーム）の変形に追従し、大きなエネルギー吸収性能を発揮することができる耐震壁を簡単かつ迅速に施工することができる鉄骨系構造物の耐震壁の施工法を提供することにある。
【００１０】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はりに接合用スタッドボルトを配置し、この架構内に、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を流し込んで耐震壁を成形することを要旨とするものである。
【００１１】
第２に、鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、上下の鉄骨はりにパンチングメタルを溶接し、この架構内に、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を流し込んで耐震壁を成形することを要旨とするものである。
【００１２】
第３に、鉄骨柱と鉄骨はりによる架構に、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）を組立てて耐震壁を構築すること,および、ＰＣａ版は、鉄骨はりに設置した接合鋼板を挟み込み、接合ボルトで締結すること、または、ＰＣａ版は、隅部に接合用鋼材を設け、この接合用鋼材を鉄骨柱または鉄骨はりに溶接することを要旨とするものである。
【００１３】
第４に、鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はりにスタッドコネクタボルトを溶接しておき、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版で、周辺部に欠き込みを入れたＰＣａ版を架構内に前記スタッドコネクタボルトが欠き込み内に挿入するように納めて、ＰＣａ版と架構間をグラウトすることを要旨とするものである。
【００１４】
第５に、鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はり下に鋼板を設置して架構の開口を塞ぐ鋼板壁を構築し、該鋼板壁を型枠として、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を鋼板壁の両側に配設して耐震壁を成形することを要旨とするものである。
【００１５】
第６に、鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はり下に鋼板を設置して架構の開口を塞ぐ鋼板壁を構築し、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、引張ひずみが１％を超えるような高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）を鋼板壁を挟み込むように配設し、接合ボルトで締結して耐震壁を成形することを要旨とするものである。
【００１６】
第７に、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）は、
材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記［Ｆ１］のＰＶＡ短繊維を水セメント比４０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものであることを要旨とするものである。
［Ｆ１］
・繊維径４０〜５０μｍ
・繊維長５〜２０ｍｍ
・繊維強度１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ未満
・みかけの繊維強度７００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ未満
【００１７】
第８に、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）は、
材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記［Ｆ２］のＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものであることを要旨とするものである。
［Ｆ２］
・繊維径５０μｍ以下
・繊維長５〜２０ｍｍ
・繊維強度１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下
・みかけの繊維強度１０００ＭＰａ〜１８００ＭＰａ以下
【００１８】
請求項１記載の本発明によれば、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）は鋼材に匹敵するひずみ能力を持つため、これで施工した耐震壁は、高い抵抗力を保持したまま周辺架構（フレーム）の変形に追従し、大きなエネルギー吸収性能を発揮することができる。すなわち、高いせん断抵抗力のもので優れた靱性を確保することが可能である。
【００１９】
また、配筋作業や周辺架構（フレーム）との複雑な接合工法がなく、施工が非常に容易である。例えば、ＲＣ耐震壁を鉄骨系のフレームに用いると、ＲＣ耐震壁の補強筋を周辺フレームに簡便に定着することができないため、接合部が非常に複雑となる。これに対して、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）では、スタッドボルトを用いて簡易に接合が可能である。これは、補強筋が原則として必要ないこと、および周辺架構（フレーム）と耐震壁の接合部、例えばスタッドボルトの周辺で大きな応力集中が高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）に生じるが、同ＦＲＣの優れた損傷緩和性能により、この応力集中で脆弱的に破壊することを防ぐことができる。
【００２０】
請求項２記載の本発明によれば、前記請求項１の発明のスタッドボルトの代わりにパンチングメタルを使用するもので、前記請求項１と同様な作用が得られる。
【００２１】
請求項３記載の本発明によれば、前記作用に加えて、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）とすることで、耐震壁をより簡易かつ迅速に施工することができる。
【００２２】
請求項４記載の本発明によれば、ＰＣａ版は鉄骨はりに設置した接合鋼板を挟み込み、接合ボルトで締結することで、ＰＣａ版を簡単に建込むことができる。
【００２３】
請求項５記載の本発明によれば、前記請求項４記載の本発明と同様に、ＰＣａ版は、隅部に接合用鋼材を設け、この接合用鋼材を鉄骨柱または鉄骨はりに溶接することで、ＰＣａ版を簡単に建込むことができる。
【００２４】
請求項６記載の本発明によれば、周辺部に欠き込みを入れたＰＣａ版を架構内に前記スタッドコネクタボルトが欠き込み内に挿入するように納めて、ＰＣａ版と架構間をグラウトすることで、ＰＣａ版を簡単に建込むことができる。
【００２５】
請求項７記載の本発明によれば、鋼板壁と併用することにより、高耐力で靱性に富む非常に高性能の耐震壁を構築することができる。鋼板壁単独では、面内せん断力を受けて圧縮応力が発生する部分で鋼板が面外座屈し、せん断耐力が十分に発揮できず、変形性能も小さくなる。これに対して、鋼板壁の両側を高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）で覆うと、鋼板壁単独の場合に生じる座屈を防止することができる。さらに、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）の優れた変形性能により鋼板部分と高靭性ＦＲＣ材料部分は一体として挙動することができ、高耐力と高靭性を両立させることが可能となる。
【００２６】
請求項８記載の本発明によれば、前記請求項７記載の本発明と同様であるが、これに加えて、ＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）とすることで、耐震壁をより簡易かつ迅速に施工することができる。
【００２７】
請求項９および請求項10記載の本発明によれば、前記作用に加えて、安価な汎用材料であるＰＶＡ繊維（マトリクス中の見かけ繊維強度は高性能ポリエチレン繊維の１／２〜１／３程度でしかない）を用いて高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第１実施形態を示す一部切欠いた正面図で、図中１は鉄骨柱２と鉄骨はり３による架構（フレーム）である。
【００２９】
鉄骨系構造物としては鉄骨造、鋼管充填コンクリート構造等の場合があり、鉄骨柱２と鉄骨はり３も型鋼とボックス（鋼管）の両方の場合があるが、以下、説明はＨ型鋼による場合をもってする。
【００３０】
上下の鉄骨はり３のフランジ面に架構（フレーム）１と耐震壁４の接合用スタッドボルト（頭付き）５を配置し、図示は省略するが型枠を立ててから、そこに高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６を流し込むだけである。
【００３１】
鉄骨による架構（フレーム）１と高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６による耐震壁４の接合は非常にシンプルである。鉄骨による架構（フレーム）１と高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６による耐震壁４は、高靭性ＦＲＣ材料のせん断強度により十分なせん断耐力を有するため、鉄筋による補強は原則として必要ない。
【００３２】
高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６は、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記［Ｆ１］のＰＶＡ短繊維を水セメント比４０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである。
［Ｆ１］
・繊維径４０〜５０μｍ
・繊維長５〜２０ｍｍ
・繊維強度１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ未満
・みかけの繊維強度７００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ未満
【００３３】
もしくは、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６は、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記［Ｆ２］のＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである。
［Ｆ２］
・繊維径５０μｍ以下
・繊維長５〜２０ｍｍ
・繊維強度１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下
・みかけの繊維強度１０００ＭＰａ〜１８００ＭＰａ以下
【００３４】
前記ＰＶＡ繊維配合の高靭性ＦＲＣ材料６は、マトリクスと繊維の摩擦付着強度が１〜６ＭＰａ、化学付着強度が４０ＭＰａ以下である。
【００３５】
そして、モルタル中にＰＶＡ短繊維を３次元方向にランダムに配合させてなる繊維補強セメント複合材料（ＦＲＣ材料）の調合にさいし、下記の式（２）で求まるコンプリメンタルエネルギーＪ′_ｂと、式（ｌ）の関係を有するマトリクスの破壊靭性Ｊ_ｔｉｐ間で、
３Ｊ_ｔｉｐ＜Ｊ′_ｂ
の関係が成立するＰＶＡ短繊維を使用し且つマトリクスの調合を決定することを特徴とするＰＶＡ短繊維を用いた高靭性ＦＲＣ材料の調合法による。
【００３６】
【数１】

ただし、
σ_ａ：マルチクラック発生時の作用応力
δ_ａ：マルチクラック発生時のクラック中央部の開口変位
σ_ｃ：繊維による架橋応力
σ_ｃ（δ）：繊維による架橋応力σｃと開口変位δの関係
δ_ｐｅａｋ：最大架橋応力
δ_ｐｅａｋ：σ_ｐｅａｋに対応する開口変位
を表す。
ここに、Ｊ_ｔｉｐはマトリクスの調合すなわち水セメント比や砂／セメント比によって制御可能な値であり、実験によってその値を確認することができる。例えば大岸、小野：セメントペースト、モルタルの破壊靭性に及ぼす試験要因効果、「コンクリート工学」vol.２５．No．２、PP．１１３−１２５。
【００３７】
前記ＰＶＡ繊維配合の高靭性ＦＲＣ材料６は引張ひずみ１％以上、好ましくは２％以上を有する。本明細書で言う「引張ひずみ」は材令２８日以上の硬化体の引張試験で得られる応力一歪み曲線において、最大引張応力値でのひずみ量（％）を言う。実際には、材令２８日での試験体の引張試験（例えば後記の実施例に示すように断面３０ｍｍ×１３ｍｍの試験体を８０ｍｍの試験区間で引張試験を行う）における引張ひずみ（％）で代表される。
【００３８】
この引張ひずみが１％以上であることは、載荷方向（応力方向）とほぼ直角方向に多数のクラック（マルチクラック）が発生するクラック分散型の破壊現象が生じていることを意味する。これまでも、ＰＶＡ繊維配合のＦＲＣ材料それ自体は知られているが、その引張ひずみは高々０．５％程度であり、マルチクラック発生による引張ひずみ１％以上を達成したＰＶＡ繊維配合のＦＲＣ材料は例を見ない。
【００３９】
例えば特開平５−２４８９７号公報では、直径と長さが異なる２種のＰＶＡ繊維（ビニロン繊維）を配合することにより厚付け可能でひび割れ抵抗に優れたモルタルが開示されているが、繊維無添加のものと比べた曲げ靭性は高々２０倍であり、この値から推定すると引張ひずみは０．５％以下である（引張ひずみ約１％では、曲げ靭性は繊維無添加のものの約８０倍以上となる筈である）。
【００４０】
前記ＰＶＡ繊維配合の高靭性ＦＲＣ材料６によれば、マルチクラックの発生要因であるSteady State Cracking
現象（ＳＳＣ現象）をＰＶＡ繊維で実現すべく、用いるＰＶＡ繊維の性質と、マトリクスの性質をうまく組み合わせると、ＰＶＡ繊維であっても引張ひずみ１％以上、好ましくは２％以上の高靭性ＦＲＣ材料６が得られる。
【００４１】
すなわち、前記のＰＶＡ短繊維Ｆ１を、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が４０％以上で砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合のマトリクスに、１．５超え〜３vol.％の配合量で、３次元方向にランダムに分散配合させた場合（配合・と言う）と、下記のＰＶＡ繊維Ｆ２を、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）が３０％以上で砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合のマトリクスに、ｌ〜３vol.％の配合量で、３次元方向にランダムに分散配合させた場合（配合・と言う）には、クラック分散型の高靭性ＦＲＣ材料が得られる。
【００４２】
Ｆ１とＦ２における「見かけの繊維強度」は、当該ＰＶＡ繊維が実際のＦＲＣ材料中で破断する強度であり、これは実際のＦＲＣ材料中の繊維について破断試験することにより実測できる。
【００４３】
Ｆ１を用いる配合においては、マトリクスの水セメント比が４０％未満ではこの繊維にとってはマトリクスの弾性係数と破壊靭性が高くなってマルチクラックが発生せず、１％以上の引張ひずみが発生しない。また、砂セメント比が１．０を超えるとこの繊維にとってはマトリクスの弾性係数と破壊靭性が高くなってマルチクラックが発生せず、１％以上の引張ひずみが発生しない。したがって、Ｆ１繊維を用いる場合のマトリクスは水セメントが４０％以上、好ましくは４２％以上、さらに好ましくは４４％以上とし、砂セメント比は１．０以下、好ましくは０．７以下、さらに好ましくは０．５以下とする。しかし、この調合のマトリクスであっても、Ｆ１繊維の配合量が１．５vol.％以下ではマルチクラックが発生しないので、Ｆ１繊維の配合量を１．５vol.％より多くする必要がある。しかし、あまり多く配合しても効果は飽和するので３vol.％以下とする。
【００４４】
また、この調合のマトリクスと繊維配合量であっても、Ｆ１繊維の長さが５ｍｍ未満であると、マルチクラックが発生しないので、５ｍｍ以上の長さのものを使用する必要がある。しかし、２０ｍｍより長いものを使用しても、前記の配合量ではマルチクラックが発生しなくなる。したがってＦ１繊維の長さは５〜２０ｍｍとする必要があり、好ましくは６〜２０ｍｍ、さらに好ましくは８〜１５ｍｍである。
【００４５】
他方、Ｆ２を用いる配合においては、マトリクスの水セメント比が３０％未満ではこの繊維にとってはマトリクスの弾性係数と破壊靭性が高くなってマルチクラックが発生せず、ｌ％以上の引張ひずみが発生しない。また砂セメント比が１．０を超えるとこの繊維にとってはマトリクスの弾性係数と破壊靭性が高くなってマトリクスが発生せず、１％以上の引張ひずみが発生しない。したがって、Ｆ２繊維を用いる場合のマトリクスは水セメントが３０％以上、好ましくは３２％以上、さらに好ましくは３５％以上とし、砂セメント比は１．０以下、好ましくは０．７以下、さらに好ましくは０．５以下とする。しかし、この調合のマトリクスであっても、Ｆ２繊維の配合量が１．０vol.％以下ではマルチクラックが発生しがたいので、Ｆ２繊維の配合量を１．０vol.％より多くする必要がある。しかし、あまり多く配合しても効果は飽和するので３vol.％以下とする。
【００４６】
また、この調合のマトリクスと繊維配合量であっても、Ｆ２繊維の長さが５ｍｍ未満であると、マルチクラックが発生しないので、５ｍｍ以上の長さのものを使用する必要がある。しかし、２０ｍｍより長いものを使用しても、前記の配合量ではマルチクラックが発生しなくなる。したがってＦ２繊維の長さは５〜２０ｍｍとする必要があり、好ましくは６〜１８ｍｍ、さらに好ましくは６〜１５ｍｍである。
【００４７】
前記ＰＶＡ繊維配合の高靭性ＦＲＣ材料６は、破壊靭性が金属のアルミニウムと同等の水準（通常のコンクリートの１００倍のオーダー）まで向上するため、材料内部に必ず存在する初期欠陥の大きさに材料挙動が左右されにくくなる。したがって、材料の信頼性が大きく増すことにより、部材を設計する際に安全率を低減して実際の材料強度により近い許容応力とすることができる。
【００４８】
第２実施形態として、図２に示すように、前記第１実施形態の接合用スタッドボルト５の代わりに、パンチングメタル７をはり鉄骨３のフランジ上に溶接し、接合部とすることも可能である。
【００４９】
また、前記図１の第１形態、図２の第２実施形態ともに、型枠による高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６の流し込みは、圧入や吹き付け工法と代替することも可能である。
【００５０】
第３実施形態として、図３に示すように、また、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）８を組み立てることで耐震壁４を構築する。この場合、２枚の高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）８で鉄骨はり３のフランジ上に設置された接合鋼板９を挟み込む。
【００５１】
ＰＣａ版８と接合鋼板９に穿孔しておき、これらの孔を貫通して接合ボルト10を通し、ＰＣａ版８の上から直接締め上げることにより摩擦接合する。また、接合ボルト10を締めた後、接合ボルト10とＰＣａ版８の間をグラウトすれば、摩擦によらずにだぼ効果で周辺架構（フレーム）１からせん断力をＰＣａ版８へ伝えることもできる。最後にＰＣａ版８と周辺架構（フレーム）１の間、ＰＣａ版８とＰＣａ版８の間等の隙間にはグラウト注入してこれを埋めることで、耐震壁４が完成する。
【００５２】
第４実施形態として、図４、図５に示すように、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）８は隅部に接合用鋼材としてＨ型鋼材の下半部を除去したカットＴ鋼材11を埋め込んで設け、このカットＴ鋼材11のフランジを鉄骨はり３のフランジに溶接することでＰＣａ版８と周辺架構（フレーム）１との接合を行う。
【００５３】
図中12はカットＴ鋼材11を露出するための欠損部、13はこの欠損部12に対応する埋込み補強用鉄筋13である。欠損部12の部分は後でグラウトする。
【００５４】
第５実施形態として、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）８は隅部に接合用鋼材として平板状の鋼板14を埋め込んで設け、この鋼板14と鉄骨はり３のフランジに溶接した接合鋼板15をボルト16によりボルト締めする。
【００５５】
図中12は鋼板14を露出するための欠損部、13はこの欠損部12に対応する埋込み補強用鉄筋13で、欠損部12の部分は後でグラウトする点は前記第４実施形態と同様である。
【００５６】
第６実施形態として、図８に示すように、鉄骨柱２と鉄骨はり３による架構１で、鉄骨はり３のフランジにスタッドコネクタボルト17を溶接しておく。
【００５７】
一方、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）８は、その周辺部に台形状の欠き込み18を適宜間隔で形成したものとする。
【００５８】
このようにして、ＰＣａ版８を架構（フレーム）１に建込む場合に前記スタッドコネクタボルト17が欠き込み18内に挿入するように納めて、ＰＣａ版８と架構１間をグラウト19で充填する。
【００５９】
なお、図示の例では鉄骨はり３のフランジにスタッドコネクタボルト17を溶接した場合を示したが、鉄骨柱２にスタッドコネクタボルト17を設けることも可能であり、その場合はＰＣａ版８の縦辺部に欠き込み18を設ける。
【００６０】
第７実施形態として、図９に示すように、鉄骨柱２と鉄骨はり３による架構（フレーム）１で、鉄骨はり３の下に鋼板を設置して架構１の開口を塞ぐ鋼板壁20を構築し、該鋼板壁20を型枠として、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６を鋼板壁20の両側に配設して耐震壁を成形する。図示はこの配設に吹き付けを用いた場合を示したが、型枠による流し込みの場合も可能である。
【００６１】
さらに、第８実施形態として、図10に示すように、前記第７実施形態に加えて鋼板壁20から垂直にスタッドボルト21を植設し、これをシアーコネクタとして高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６を鋼板壁20の両側に配設するようにしてもよい。
【００６２】
前記第７実施形態、第８実施形態ともに鋼板壁20を形成する鋼板をパンチングメタルにするなどにより、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６での壁部分との一体性を強固にして、さらに高性能の耐震壁とすることができる。
【００６３】
第９実施形態として、図11に示すように、鉄骨柱２と鉄骨はり３による架構１で、鉄骨はり３のフランジ下に鋼板を設置して架構の開口を塞ぐ鋼板壁20を構築する場合に、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）６によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）８を鋼板壁20を挟み込むように配設し、接合ボルト10で締結して耐震壁４を成形する。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法は、高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を使用することで、高い抵抗力を保持したまま周辺架構（フレーム）の変形に追従し、大きなエネルギー吸収性能を発揮することができる耐震壁を簡単かつ迅速に施工することができるものである。
【００６５】
さらに、配筋作業や周辺フレームとの複雑な接合工法がなく、施工が非常に容易なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第１実施形態を示す一部切欠いた正面図である。
【図２】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第２実施形態を示す縦断側面図である。
【図３】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第３実施形態を示す縦断側面図である。
【図４】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第４実施形態を示す要部の正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第５実施形態を示す要部の正面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第６実施形態を示す要部の正面図である。
【図９】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第７実施形態を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第８実施形態を示す縦断側面図である。
【図１１】本発明の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法の第９実施形態を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１…架構（フレーム）２…鉄骨柱
３…鉄骨はり４…耐震壁
５…接合用スタッドボルト
６…高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）
７…パンチングメタル８…ＰＣａ版
９…接合鋼板 10…接合ボルト
11…カットＴ鋼材 12…欠損部
13…埋込み補強用鉄筋 14…鋼板
15…接合鋼板 16…ボルト
17…スタッドコネクタボルト 18…欠き込み
19…グラウト 20…鋼板壁
21…スタッドボルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for constructing a seismic wall of a steel structure.
[0002]
[Prior art]
  In steel-based structures such as steel structures and steel pipe filled concrete structures, braces and reinforced concrete (RC) shear walls are used as the main seismic resistance elements in order to increase the resistance to horizontal seismic forces.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  However, these seismic elements generally exhibit high rigidity and proof strength, but lack in energy absorption capability due to poor deformation performance.
[0004]
  In particular, when these RC shear walls are combined with a steel frame column and beam frame (frame), the RC frame is capable of deforming even though the frame itself can exhibit a large deformation capacity. Therefore, a large energy absorption capacity cannot be obtained as a whole structure.
[0005]
  Therefore, if the seismic wall can be deformed, it is possible to construct a structure having high seismic resistance that has both high horizontal strength and energy absorption capability.
[0006]
  Many attempts have been made to give deformation capacity to the shear walls. For example, in Japanese Patent Publication No. 4-19354, a low-strength concrete is used to make the wall rich in toughness. However, if low-strength concrete is used, the horizontal resistance of the seismic wall is greatly reduced.
[0007]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-25905 proposes a method of constructing a seismic wall having high toughness by using high-strength concrete in the central part and normal-strength concrete in the peripheral part. However, it is very impractical to divide these two types of concrete with the same wall body because the construction procedure is very large.
[0008]
  In addition, when an RC seismic wall is joined to a steel frame, the joint is generally complicated in order to prevent the concrete at the joint from being destroyed due to stress concentration during large deformation.
[0009]
  The object of the present invention is to eliminate the inconvenience of the conventional example and to follow the deformation of the surrounding frame (frame) while maintaining high resistance by using a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material). An object of the present invention is to provide a method of constructing a seismic wall for a steel structure that can easily and quickly construct a seismic wall that can exhibit a large energy absorption performance.
[0010]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, first, a steel column and a steel beam are used, and a stud bolt for joining is arranged in the steel beam, and short fibers are mixed into the frame to mix concrete and mortar. It is a composite material with improved tensile / bending strength and toughness by mixing and mixing the same fiber in three dimensions.It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened body on the 28th day of the material age. In the formulation matrix below (including 0), 1 over 3vo1. % Blended in three dimensions at random.The gist is to cast a seismic wall by pouring a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material).
[0011]
  Secondly, a steel frame and a steel beam frame are used to weld punching metal to the upper and lower steel beams, mix short fibers into the frame and knead the concrete and mortar, and mix the fibers in a three-dimensional random manner. Is a composite material with improved tensile / bending strength and toughness,It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened body on the 28th day of the material age. In the following (including 0) formulation matrix, 1.5 over 3vo1. % Blended in three dimensions at random.The gist is to cast a seismic wall by pouring a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material).
[0012]
  Third, it is a composite material with improved tensile and bending strength and toughness by mixing short fibers and mixing concrete and mortar into a frame made of steel columns and steel beams, and mixing the fibers in a three-dimensional random manner. Yes,It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened body on the 28th day of the material age. In the following (including 0) formulation matrix, 1.5 over 3vo1. % Blended in three dimensions at random.Building a seismic wall by assembling PCa plate (precast concrete plate) with high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) Or the PCa plate has a gist of providing a steel material for joining at a corner and welding the steel material for joining to a steel column or a steel beam.
[0013]
  Fourth, a steel frame and a steel beam frame are used to weld stud connector bolts to the steel beam, mix short fibers, mix concrete and mortar, and mix the fibers in a three-dimensional random manner. -A composite material with improved bending strength and toughness,It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened body on the 28th day of the material age. In the following (including 0) formulation matrix, 1.5 over 3vo1. % Blended in three dimensions at random.A PCa plate made of a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material), and a PCa plate with a notch in the periphery is placed in the frame so that the stud connector bolt is inserted into the notch. The gist is to grout between frames.
[0014]
  Fifth, a steel frame and a steel beam frame are used to construct a steel plate wall that closes the opening of the frame by installing a steel plate under the steel beam. Using the steel plate wall as a formwork, short fibers are mixed into concrete and mortar. Is a composite material that has improved tensile / bending strength and toughness by mixing the same fiber in a three-dimensional random manner.It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened body on the 28th day of the material age. In the following (including 0) formulation matrix, 1.5 over 3vo1. % Blended in three dimensions at random.The gist is to form a seismic wall by disposing a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) on both sides of a steel plate wall.
[0015]
  Sixth, a steel frame and steel beam frame is used to construct a steel plate wall that closes the frame opening by installing a steel plate under the steel beam, mixes short fibers, mixes concrete and mortar, and mixes the fibers with 3 PCa slab (precast concrete slab) with high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) that is a composite material with improved tensile / bending strength and toughness by dimensional random blending. ) Is arranged so as to sandwich the steel plate wall, and is tightened with a joining bolt to form a seismic wall.
[0016]
  Seventh, high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite)
  It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a cured product on the age of 28 days, and a PVA short fiber of [F1] below has a water cement ratio of 40% or more and a sand cement ratio (S / C ) Is 1.0 or less (including 0), and exceeds 1.5 to 3 vo1. The gist of the present invention is that it is a three-dimensional random blending with a blending amount of%.
[F1]
・ Fiber diameter 40-50μm
・ Fiber length 5-20mm
・ Fiber strength 1000 MPa to less than 1500 MPa
-Apparent fiber strength of 700 MPa to less than 1000 MPa
[0017]
  Eighth, high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite)
  A crack-dispersion type in which a tensile strain of a cured product on the age of 28 days shows a tensile strain of 1% or more, and a PVA short fiber of [F2] below has a water cement ratio of 30% or more and a sand cement ratio (S / C ) Is 1.0 or less (including 0) in a formulation matrix of more than 1 and 3 vo1. The gist of the present invention is that it is a three-dimensional random blending with a blending amount of%.
[F2]
・ Fiber diameter 50μm or less
・ Fiber length 5-20mm
・ Fiber strength 1500 MPa to 2400 MPa or less
-Apparent fiber strength of 1000 MPa to 1800 MPa or less
[0018]
  According to the first aspect of the present invention, since the high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) has a strain capacity comparable to that of a steel material, the seismic wall constructed in this way has a high resistance while maintaining the periphery. Following the deformation of the frame (frame), it can exhibit great energy absorption performance. That is, it is possible to ensure excellent toughness with a high shear resistance.
[0019]
  Also, there is no bar arrangement work or complicated joining method with the surrounding frame (frame), and construction is very easy. For example, when the RC earthquake-resistant wall is used for a steel frame, the reinforcing bars of the RC earthquake-resistant wall cannot be easily fixed to the peripheral frame, so that the joint becomes very complicated. On the other hand, high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) can be easily joined using a stud bolt. This is because, in principle, reinforcing bars are not required, and a large stress concentration occurs in the high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) around the joint between the peripheral frame (frame) and the shear wall, for example, around the stud bolt. The FRC's excellent damage mitigating performance can prevent fragile destruction due to this stress concentration.
[0020]
  According to the second aspect of the present invention, a punching metal is used instead of the stud bolt of the first aspect of the invention, and the same effect as in the first aspect can be obtained.
[0021]
  According to this invention of Claim 3, in addition to the said effect | action, by making it a PCa plate (precast concrete plate) by a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material), a seismic wall can be more easily and quickly. Can be constructed.
[0022]
  According to the present invention as set forth in claim 4, the PCa plate can be easily installed by sandwiching the joining steel plate installed on the steel beam and fastening with the joining bolt.
[0023]
  According to the fifth aspect of the present invention, as in the fourth aspect of the present invention, the PCa plate is provided with a joining steel material at a corner, and the joining steel material is welded to a steel column or a steel beam. Thus, the PCa version can be easily built.
[0024]
  According to the sixth aspect of the present invention, the PCa plate with a notch in the periphery is placed in the frame so that the stud connector bolt is inserted into the notch, and the PCa plate and the frame are grouted. Thus, the PCa version can be easily built.
[0025]
  According to the seventh aspect of the present invention, by using together with the steel plate wall, it is possible to construct an extremely high performance earthquake resistant wall having high strength and high toughness. In the case of a steel plate wall alone, the steel plate buckles out of plane at a portion where compressive stress is generated by receiving an in-plane shear force, the shear strength cannot be sufficiently exhibited, and the deformation performance is also reduced. On the other hand, if both sides of the steel plate wall are covered with a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material), buckling that occurs in the case of the steel plate wall alone can be prevented. Furthermore, the excellent deformation performance of the high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) allows the steel plate portion and the high toughness FRC material portion to behave as one body, and it is possible to achieve both high yield strength and high toughness. .
[0026]
  According to the present invention described in claim 8, it is the same as the present invention described in claim 7, but in addition to this, by using a PCa plate (precast concrete plate), the earthquake-resistant wall can be more simply and quickly. Can be constructed.
[0027]
  According to the present invention of claim 9 and claim 10, in addition to the above action, PVA fiber which is an inexpensive general-purpose material (the apparent fiber strength in the matrix is about 1/2 to 1/3 of the high-performance polyethylene fiber) High toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) can be realized.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a first embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a frame (frame) made up of a steel column 2 and a steel beam 3.
[0029]
  Steel structures include steel structures and steel pipe filled concrete structures, and steel columns 2 and steel beams 3 may be both shaped steel and boxes (steel pipes). To do.
[0030]
  Stud bolts (with heads) 5 for joining the frame (frame) 1 and the earthquake-resistant wall 4 are arranged on the flange surfaces of the upper and lower steel beams 3 and a high-toughness FRC material is provided there after standing up a form (not shown). (Short fiber reinforced cement composite material) 6 is simply poured.
[0031]
  The joining of the frame (frame) 1 by the steel frame and the earthquake resistant wall 4 by the high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is very simple. Since the seismic wall 4 made of the steel frame (frame) 1 and the high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 has sufficient shear strength due to the shear strength of the high-toughness FRC material, reinforcement by reinforcing bars is necessary in principle. Absent.
[0032]
  The high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened material on the 28th day of the material age. To a formulation matrix having a water cement ratio of 40% or more and a sand cement ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0), exceeding 1.5 and 3 vo1. % Blended in a three-dimensional random manner.
[F1]
・ Fiber diameter 40-50μm
・ Fiber length 5-20mm
・ Fiber strength 1000 MPa to less than 1500 MPa
-Apparent fiber strength of 700 MPa to less than 1000 MPa
[0033]
  Alternatively, the high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is a crack dispersion type in which the tensile strain is 1% or more in a tensile test of a hardened material on the 28th day of the material age, and the PVA short of [F2] below. The fiber is mixed with a mixing matrix having a water cement ratio of 30% or more and a sand cement ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0). % Blended in a three-dimensional random manner.
[F2]
・ Fiber diameter 50μm or less
・ Fiber length 5-20mm
・ Fiber strength 1500 MPa to 2400 MPa or less
-Apparent fiber strength of 1000 MPa to 1800 MPa or less
[0034]
  The high toughness FRC material 6 blended with the PVA fiber has a matrix and fiber frictional adhesion strength of 1 to 6 MPa and a chemical adhesion strength of 40 MPa or less.
[0035]
  Then, in the preparation of a fiber reinforced cement composite material (FRC material) in which PVA short fibers are randomly blended in the three-dimensional direction in the mortar, the complementary energy J ′ obtained by the following formula (2)_bAnd the fracture toughness J of the matrix having the relationship of formula (l)_tipIn between,
    3J_tip<J '_b
According to the method for preparing a high toughness FRC material using PVA short fibers, which uses PVA short fibers satisfying the above relationship and determining the formulation of the matrix.
[0036]
[Expression 1]

  However,
  σ_a: Working stress when multi-crack occurs
  δ_a: Opening displacement at the center of crack when multi-crack occurs
  σ_c: Cross-linking stress by fiber
  σ_c(Δ): Relationship between cross-linking stress σc due to fiber and opening displacement δ
  δ_peak: Maximum cross-linking stress
  δ_peak: Σ_peakOpening displacement corresponding to
Represents.
  Where J_tipIs a value controllable by the formulation of the matrix, that is, the water cement ratio or the sand / cement ratio, and the value can be confirmed by experiment. For example, Ogishi, Ono: Effect of test factors on fracture toughness of cement paste and mortar, “Concrete Engineering” vol.25. No. 2, PP. 113-125.
[0037]
  The high toughness FRC material 6 containing the PVA fiber has a tensile strain of 1% or more, preferably 2% or more. The term “tensile strain” as used herein refers to the amount of strain (%) at the maximum tensile stress value in a stress-strain curve obtained by a tensile test of a cured product having a material age of 28 days or more. Actually, the tensile strain (%) in the tensile test of the specimen at the age of 28 days (for example, as shown in the examples described later, a specimen having a cross section of 30 mm × 13 mm is subjected to a tensile test in an 80 mm test section). Represented.
[0038]
  That the tensile strain is 1% or more means that a crack dispersion type fracture phenomenon in which a large number of cracks (multi-cracks) are generated in a direction substantially perpendicular to the loading direction (stress direction). Until now, FRC material containing PVA fiber is known per se, but its tensile strain is about 0.5% at most, and FRC material containing PVA fiber that achieves a tensile strain of 1% or more due to the occurrence of multi-crack. See no examples.
[0039]
  For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-24897 discloses a mortar that can be thickened by blending two types of PVA fibers (vinylon fibers) having different diameters and lengths and has excellent crack resistance. The bending toughness is at most 20 times that of the steel, and the tensile strain is 0.5% or less when estimated from this value (at a tensile strain of about 1%, the bending toughness is about 80 times that of the fiber-free one. It will be 筈).
[0040]
  According to the high toughness FRC material 6 containing the PVA fiber, Steady State Cracking, which is a cause of multi-cracking, is caused.
In order to realize the phenomenon (SSC phenomenon) with PVA fibers, if the properties of the PVA fibers used and the properties of the matrix are combined well, a high toughness FRC material with a tensile strain of 1% or more, preferably 2% or more, even with PVA fibers 6 is obtained.
[0041]
  That is, the PVA short fibers F1 are mixed into a matrix having a water cement ratio (W / C × 100) of 40% or more and a sand cement ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0). When mixed and blended randomly in the three-dimensional direction at a blending amount of more than 0.5 to 3 vol.% (Referred to as blending), the following PVA fiber F2 has a water cement ratio (W / C × 100) of 30. % When the mixture ratio of sand cement ratio (S / C) is 1.0 or less (including 0) and is dispersed and blended in a three-dimensional direction at a blending amount of 1 to 3 vol. In this case, a crack-dispersed high-toughness FRC material is obtained.
[0042]
  The “apparent fiber strength” in F1 and F2 is the strength at which the PVA fiber breaks in the actual FRC material, and this can be measured by performing a break test on the fibers in the actual FRC material.
[0043]
  In the formulation using F1, when the water-cement ratio of the matrix is less than 40%, the elastic modulus and fracture toughness of the matrix are increased for this fiber, so that multi-cracks do not occur and tensile strain of 1% or more does not occur. On the other hand, if the sand-cement ratio exceeds 1.0, the elastic modulus and fracture toughness of the matrix increase for this fiber, so that multi-cracks do not occur and tensile strain of 1% or more does not occur. Therefore, when F1 fibers are used, the water cement is 40% or more, preferably 42% or more, more preferably 44% or more, and the sand cement ratio is 1.0 or less, preferably 0.7 or less, more preferably. 0.5 or less. However, even with this blended matrix, multi-cracks do not occur when the blending amount of F1 fibers is 1.5 vol.% Or less, so the blending amount of F1 fibers needs to be greater than 1.5 vol.%. However, even if blended too much, the effect is saturated, so 3 vol.
[0044]
  Moreover, even if it is the matrix and fiber compounding quantity of this preparation, if the length of F1 fiber is less than 5 mm, since a multi crack does not generate | occur | produce, it is necessary to use the thing of 5 mm or more length. However, even when a length longer than 20 mm is used, multi-cracking does not occur with the above blending amount. Therefore, the length of the F1 fiber needs to be 5 to 20 mm, preferably 6 to 20 mm, and more preferably 8 to 15 mm.
[0045]
  On the other hand, in the formulation using F2, if the water-cement ratio of the matrix is less than 30%, the matrix has a high elastic modulus and fracture toughness so that multi-cracks do not occur and tensile strain of 1% or more does not occur. . On the other hand, when the sand-cement ratio exceeds 1.0, the elastic modulus and fracture toughness of the matrix are increased for this fiber, and no matrix is generated, and a tensile strain of 1% or more is not generated. Therefore, when F2 fibers are used, the water cement is 30% or more, preferably 32% or more, more preferably 35% or more, and the sand cement ratio is 1.0 or less, preferably 0.7 or less, more preferably. 0.5 or less. However, even with this blended matrix, multi-cracks are unlikely to occur when the blending amount of F2 fibers is 1.0 vol.% Or less, so the blending amount of F2 fibers must be greater than 1.0 vol.%. . However, even if blended too much, the effect is saturated, so 3 vol.
[0046]
  Moreover, even if it is the matrix and fiber compounding quantity of this mixing | blending, if the length of F2 fiber is less than 5 mm, since a multi crack does not generate | occur | produce, it is necessary to use the thing of 5 mm or more length. However, even when a length longer than 20 mm is used, multi-cracking does not occur with the above blending amount. Therefore, the length of the F2 fiber needs to be 5 to 20 mm, preferably 6 to 18 mm, and more preferably 6 to 15 mm.
[0047]
  The high-toughness FRC material 6 containing the PVA fiber is improved in fracture toughness to a level equivalent to that of metallic aluminum (on the order of 100 times that of ordinary concrete), so that the material has an initial defect size that always exists inside the material. The behavior is less affected. Therefore, when the reliability of the material is greatly increased, the safety factor can be reduced when designing the member, and the allowable stress can be made closer to the actual material strength.
[0048]
  As a second embodiment, as shown in FIG. 2, instead of the joining stud bolt 5 of the first embodiment, a punching metal 7 can be welded onto the flange of the beam steel frame 3 to form a joint. is there.
[0049]
  Further, in both the first embodiment of FIG. 1 and the second embodiment of FIG. 2, the casting of the high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 by the mold can be replaced with press-fitting or spraying method. is there.
[0050]
  As shown in FIG. 3, the earthquake resistant wall 4 is constructed by assembling a PCa plate (precast concrete plate) 8 made of a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 as a third embodiment. In this case, a joining steel plate 9 installed on the flange of the steel beam 3 is sandwiched between PCa plates (precast concrete plates) 8 made of two high toughness FRC materials (short fiber reinforced cement composite materials) 6.
[0051]
  The PCa plate 8 and the bonded steel plate 9 are punched, and through these holes, the bonding bolts 10 are passed, and the PCa plate 8 is directly tightened from the top to be friction bonded. Also, if the joint bolt 10 and the PCa plate 8 are grouted after the joint bolt 10 is tightened, the shear force can be transmitted from the peripheral frame (frame) 1 to the PCa plate 8 by the dowel effect without depending on friction. it can. Finally, grouting and filling the gaps between the PCa plate 8 and the peripheral frame (frame) 1 and between the PCa plate 8 and the PCa plate 8 complete the earthquake resistant wall 4.
[0052]
  As a fourth embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, a PCa plate (precast concrete plate) 8 made of a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is made of an H-shaped steel material as a joining steel material at a corner. The cut T steel material 11 from which the lower half is removed is embedded and the flange of the cut T steel material 11 is welded to the flange of the steel beam 3 to join the PCa plate 8 and the peripheral frame (frame) 1.
[0053]
  In the figure, reference numeral 12 denotes a missing portion for exposing the cut

T steel material

11, and 13 denotes an embedded reinforcing bar 13 corresponding to the missing portion 12. The part of the missing part 12 is grouted later.
[0054]
As a fifth embodiment, a PCa plate (precast concrete plate) 8 made of a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is provided by embedding a flat steel plate 14 as a joining steel material at a corner, The joining steel plate 15 welded to the flange of the steel beam 3 is bolted with bolts 16.
[0055]
In the figure, 12 is a defect part for exposing the

steel plate

14, 13 is an embedded reinforcing bar 13 corresponding to the defect part 12, and the part of the defect part 12 is grouted later as in the fourth embodiment. is there.
[0056]
  As a sixth embodiment, as shown in FIG. 8, a stud connector bolt 17 is welded to a flange of the steel beam 3 in a frame 1 composed of a steel column 2 and a steel beam 3.
[0057]
  On the other hand, a PCa plate (precast concrete plate) 8 made of a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is assumed to have trapezoidal notches 18 formed in the periphery thereof at appropriate intervals.
[0058]
  In this way, when the PCa plate 8 is built in the frame (frame) 1, the stud connector bolt 17 is placed so as to be inserted into the notch 18, and the space between the PCa plate 8 and the frame 1 is filled with the grout 19. .
[0059]
  In the illustrated example, the stud connector bolt 17 is welded to the flange of the steel beam 3. However, it is also possible to provide the stud connector bolt 17 on the steel column 2, in which case the vertical side of the PCa plate 8 is provided. A notch 18 is provided in the part.
[0060]
  As a seventh embodiment, as shown in FIG. 9, a steel plate 2 and a steel beam 3 are used to construct a steel plate wall 20 that closes the opening of the frame 1 by installing a steel plate under the steel beam 3 with a frame (frame) 1. Then, using the steel plate wall 20 as a mold, a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is disposed on both sides of the steel plate wall 20 to form an earthquake resistant wall. The figure shows the case where spraying is used for this arrangement, but the case of pouring by a mold is also possible.
[0061]
  Furthermore, as an eighth embodiment, as shown in FIG. 10, in addition to the seventh embodiment, a stud bolt 21 is implanted vertically from the steel plate wall 20 and this is used as a shear connector to provide a high toughness FRC material (short fiber reinforced). The cement composite material 6) may be disposed on both sides of the steel plate wall 20.
[0062]
  In both the seventh and eighth embodiments, the steel plate forming the steel plate wall 20 is made of a punching metal, so that the integrity of the high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 with the wall portion is strengthened. Therefore, it can be made a higher performance earthquake resistant wall.
[0063]
  As a ninth embodiment, as shown in FIG. 11, when a steel plate 2 and a steel beam 3 are used to construct a steel plate wall 20 that installs a steel plate under the flange of the steel beam 3 and closes the opening of the frame. Then, a PCa plate (precast concrete plate) 8 made of a high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) 6 is disposed so as to sandwich the steel plate wall 20 and fastened with a joining bolt 10 to form the earthquake resistant wall 4.
[0064]
【The invention's effect】
  As described above, the method for constructing the seismic wall of the steel structure of the present invention uses a high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material), so that the peripheral frame (frame) is maintained while maintaining high resistance. It is possible to easily and quickly construct a seismic wall that can follow the deformation of the steel and exhibit a large energy absorption performance.
[0065]
  Furthermore, there is no bar arrangement work or complicated joining method with the surrounding frame, and construction is very easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a first embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal side view showing a second embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal side view showing a third embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 4 is a front view of an essential part showing a fourth embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 6 is a front view of an essential part showing a fifth embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 8 is a front view of an essential part showing a sixth embodiment of the method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional side view showing a seventh embodiment of the method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 10 is a longitudinal sectional side view showing an eighth embodiment of a method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
FIG. 11 is a longitudinal sectional side view showing a ninth embodiment of the method for constructing a seismic wall of a steel structure according to the present invention.
[Explanation of symbols]
  1 ... Frame (frame) 2 ... Steel column
  3 ... Steel beam 4 ... Seismic wall
  5 ... Stud bolt for joining
  6. High toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material)
  7 ... Punching metal 8 ... PCa version
  9 ... Joined steel plate 10 ... Joining bolt
  11 ... Cut T steel 12 ... Defect
  13… Reinforcing bars 14… Steel
  15 ... Joint steel plate 16 ... Bolt
  17… Stud connector bolt 18… Notched
  19 ... grout 20 ... steel plate wall
  21 ... Stud bolt

Claims

鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はりに接合用スタッドボルトを配置し、この架構内に、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を流し込んで耐震壁を成形することを特徴とした鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。A steel column and steel beam frame is used. A stud bolt for joining is placed on the steel beam, and short fibers are mixed into the frame, and concrete and mortar are mixed together. A composite material with improved bending strength and toughness, and is a crack dispersion type in which a tensile strain of 1% or more is shown in a tensile test of a cured product on the 28th day of the age, and the PVA short fiber is 30% or more in water cement ratio And a mixing matrix having a sand-cement ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0), exceeding 1 to 3 vo1. A method of constructing a seismic wall for a steel structure characterized by casting a high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) that is three-dimensionally blended in a blending amount of 3% to form a seismic wall .

鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、上下の鉄骨はりにパンチングメタルを溶接し、この架構内に、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を流し込んで耐震壁を成形することを特徴とした鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。A frame made of steel columns and steel beams. Punching metal is welded to the upper and lower steel beams, and short fibers are mixed into this frame, and concrete and mortar are mixed together. A composite material with improved bending strength and toughness, and is a crack dispersion type in which a tensile strain of 1% or more is shown in a tensile test of a cured product on the 28th day of the age, and the PVA short fiber is 30% or more in water cement ratio And a mixing matrix having a sand-cement ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0), exceeding 1.5 and 3 vo1. A method of constructing a seismic wall for a steel structure characterized by casting a high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) that is three-dimensionally blended in a blending amount of 3% to form a seismic wall .

鉄骨柱と鉄骨はりによる架構に、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）を組立てて耐震壁を構築することを特徴とした鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。The Frame by steel column and steel beam, mixed with short fibers kneading concrete and mortar, by three-dimensional random blending the fibers, a composite material with improved tensile-flexural strength and toughness, wood age It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a cured product on the 28th, and a PVA short fiber has a water cement ratio of 30% or more and a sand cement ratio (S / C) of 1.0 or less ( 0)) to a formulation matrix of 1.5 over 3vo1. Steel structure characterized by assembling earthquake resistant walls by assembling PCa plate (precast concrete plate) with high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) with 3% blending amount in 3% Construction method for earthquake-resistant walls of structures.

ＰＣａ版は、鉄骨はりに設置した接合鋼板を挟み込み、接合ボルトで締結する請求項３記載の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。 4. The method for constructing a seismic wall for a steel structure according to claim 3, wherein the PCa plate sandwiches a joined steel plate installed on a steel beam and fastens with a joining bolt.

ＰＣａ版は、隅部に接合用鋼材を設け、この接合用鋼材を鉄骨柱または鉄骨はりに溶接する請求項３記載の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。 4. The method for constructing a seismic wall for a steel structure according to claim 3, wherein the PCa plate is provided with a joining steel material at a corner, and the joining steel material is welded to a steel column or a steel beam.

鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はりにスタッドコネクタボルトを溶接しておき、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版で、周辺部に欠き込みを入れたＰＣａ版を架構内に前記スタッドコネクタボルトが欠き込み内に挿入するように納めて、ＰＣａ版と架構間をグラウトする請求項３記載の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。Steel frame and steel beam frame, welded with stud connector bolt to steel beam, mixed short fiber, kneaded concrete and mortar, 3D random blending of the fiber, tensile and bending strength and It is a composite material with improved toughness, and is a crack dispersion type in which a tensile strain of 1% or more is shown in a tensile test of a cured product on the 28th day of the age, and PVA short fibers have a water cement ratio of 30% or more and sand cement. To a formulation matrix having a ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0), exceeding 1.5 and 3 vo1. PCa plate made of high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) that is three-dimensionally blended at a blending amount of 3%, and the stud connector bolt in the frame with a PCa plate with a notch in the periphery. A method for constructing a seismic wall for a steel structure according to claim 3, wherein the steel frame is inserted so as to be inserted into the notch and grouted between the PCa plate and the frame.

鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はり下に鋼板を設置して架構の開口を塞ぐ鋼板壁を構築し、該鋼板壁を型枠として、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、ＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を鋼板壁の両側に配設して耐震壁を成形することを特徴とした鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。Steel frame and steel beam frame, steel plate wall is installed under the steel beam to close the opening of the frame, the steel plate wall is used as a formwork, short fibers are mixed, and concrete and mortar are mixed, It is a composite material with improved tensile / bending strength and toughness by three-dimensional random blending of the same fiber, and it is a crack dispersion type that shows a tensile strain of 1% or more in a tensile test of a cured product on the age of 28. Then, the PVA short fiber is added to a formulation matrix having a water cement ratio of 30% or more and a sand cement ratio (S / C) of 1.0 or less (including 0), exceeding 1.5 to 3 vo1. Steel structure, characterized in that high-toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) that is three-dimensionally blended at a blending amount of 3% is placed on both sides of the steel plate wall to form a seismic wall Construction method for earthquake-resistant walls of objects.

鉄骨柱と鉄骨はりによる架構で、鉄骨はり下に鋼板を設置して架構の開口を塞ぐ鋼板壁を構築し、短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配合させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた複合材料であり、引張ひずみが１％を超えるような高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）によるＰＣａ版（プレキャストコンクリート版）を鋼板壁を挟み込むように配設し、接合ボルトで締結して耐震壁を成形することを特徴とした鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。 A steel frame and a steel beam are used to construct a steel plate wall that closes the opening of the frame by installing a steel plate under the steel beam, mix short fibers with concrete and mortar, and mix the fibers in a three-dimensional random manner PCa plate (precast concrete plate) made of high toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite material) with tensile / bending strength and toughness improved, with tensile strain exceeding 1%. A method of constructing a seismic wall for a steel-framed structure, characterized in that the seismic wall is formed by sandwiching them and fastening them with joint bolts.

高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）は、
材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記［Ｆ１］のＰＶＡ短繊維を水セメント比４０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１．５越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。
［Ｆ１］
・繊維径４０〜５０μｍ
・繊維長５〜２０ｍｍ
・繊維強度１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ未満
・みかけの繊維強度７００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ未満High toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite)
It is a crack dispersion type in which tensile strain is 1% or more in a tensile test of a cured product on the age of 28 days, and a PVA short fiber of [F1] below has a water cement ratio of 40% or more and a sand cement ratio (S / C ) Is 1.0 or less (including 0), and exceeds 1.5 to 3 vo1. The method for constructing a seismic wall for a steel structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the composition is a three-dimensional random blending at a blending amount of%.
[F1]
・ Fiber diameter 40-50μm
・ Fiber length 5-20mm
Fiber strength 1000 MPa to less than 1500 MPa Apparent fiber strength 700 MPa to less than 1000 MPa

高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）は、
材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型であって、下記［Ｆ２］のＰＶＡ短繊維を水セメント比３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合マトリクスに、１越え３ｖｏ１．％の配合量で、３次元ランダムに配合したものである請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の鉄骨系構造物の耐震壁の施工法。
［Ｆ２］
・繊維径５０μｍ以下
・繊維長５〜２０ｍｍ
・繊維強度１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ以下
・みかけの繊維強度１０００ＭＰａ〜１８００ＭＰａ以下High toughness FRC material (short fiber reinforced cement composite)
A crack-dispersion type in which a tensile strain of a cured product on the age of 28 days shows a tensile strain of 1% or more, and a PVA short fiber of [F2] below has a water cement ratio of 30% or more and a sand cement ratio (S / C ) Is 1.0 or less (including 0) in a formulation matrix of more than 1 and 3 vo1. The method for constructing a seismic wall for a steel structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the composition is a three-dimensional random blending at a blending amount of%.
[F2]
・ Fiber diameter 50μm or less ・ Fiber length 5-20mm
Fiber strength 1500 MPa to 2400 MPa or less Apparent fiber strength 1000 MPa to 1800 MPa or less