JP4758146B2 - 連層耐震壁 - Google Patents

Description

この発明は、建物の上下方向に連続する柱梁架構の面内に、耐震壁が設置されて成る連層耐震壁の技術分野に属し、更に云うと、耐震壁が設置されていない階層（ピロティー階や途中階のことを云う。）より上層階に形成される連層耐震壁に関する。

従来から建物の上下方向に連続する柱梁架構の面内に、鉄筋コンクリート造などの耐震壁が設置されて成る連層耐震壁が、新築、改修を問わず、例えば耐震壁が設置されていないピロティー階や途中階（以下、ピロティー階などと省略する。）より上層階に形成されている。

以下、上記構成の連層耐震壁直下のピロティー階などの柱梁架構の力学的特性について検討する。

先ず、図１２に示すように、上下の柱梁架構ａ、ａの面内に、鉄筋コンクリート造の耐震壁ｂがそれぞれ設置されて成る連層耐震壁ｃの力学的特性について検討する。

鉄筋コンクリート造の耐震壁ｂはせん断力だけでなく、軸力に対しても抵抗するので、連層耐震壁ｃは一本の棒のような一質点系的な挙動を示し、図１３に示す曲げモーメント分布となる。

云い替えると、柱梁架構ａはラーメン的な挙動を示さず、最下階の柱梁架構ａの柱脚部においては、前記曲げモーメントに対し柱自身の曲げ抵抗によるモーメントが発生しないので、同曲げモーメントに対しては図１４に示す圧縮力又は引張力と柱中心間距離との積で求まるモーメントのみで抵抗する必要がある。そのため必然的に最下階の柱梁架構ａの柱脚部に大きな軸力が作用する構成となっている。

この力学的特性は、上下方向に連続する柱梁架構の面内に、鉄筋コンクリート造などの剛強な耐震壁が設置されて成る連層耐震壁であれば、最下階の耐震壁が省略された場合でも、略同様のことが云える。

故に、連層耐震壁直下のピロティー階などの柱梁架構の柱脚部（以下、ピロティー階などの柱脚部と省略する。）に大きな軸力が作用することを導ける。

しかも、連層耐震壁を成す鉄筋コンクリート造などの耐震壁は重量物であるため、ピロティー階などの柱脚部に作用する軸力が一層大きくなる。それだけでなく、地震時に前記連層耐震壁が左右に大きく振られるので、ピロティー階などの柱脚部に大きなせん断力が作用する問題点もある。

また、耐震壁に作用する建物の軸力が下方の梁に次々と伝達されていき、最終的には連層耐震壁直下のピロティー階などの柱梁架構の上階梁（以下、ピロティー階などの上階梁と省略する。）に大きな軸力が作用する問題点がある。

そこで、上記した問題点を解決するべく、ピロティー階などの柱と上階梁の接合部を靭性の高い構造とする技術（特許文献１、２を参照）や、ピロティー階などの柱と上階梁を補強する技術が開発されている（特許文献３を参照）。また、耐震壁にスリット部を設けて剛性を制御する技術も開発されている（特許文献４を参照）。
なお、連層耐震壁の技術ではないが、建物の柱梁架構の面内に波形鋼板を遮災壁として設置する技術が開発されている（特許文献５を参照）。
特開２００２−９７７１４号公報 特開２００２−１０６０６３号公報 特開平９−２２８６５５号公報 特許第３３５６４１９号公報 特開２００３−１７６５８２号公報

上記特許文献１、２の技術は、ピロティー階などの柱と上階梁の接合が特殊構造となり、施工が煩雑でコストが嵩む。
上記特許文献３の技術は、ピロティー階などの柱と上階梁を補強しているため、ピロティー階などの空間が狭くなり、機能性が低下する。
上記特許文献４の技術は、耐震壁のスリット部によって耐火性、遮音性などが損なわれる。

ところで、波形鋼板の力学的特性について着目すると、次の特徴が認められる。なお、本発明で云う波形鋼板とは、ＪＩＳ規格では「鋼板製波板」と記載され、現業では単に折り板とか波板とも称されているもので、断面形状としては図１９（Ａ）〜（Ｄ）に例示された台形波形状（Ａ）、矩形波形状（Ｂ）、三角波形状（Ｃ）、円弧波形状（Ｄ）などを包含する。

（せん断力に対して）
図１５に例示したように、波形鋼板は、折り板になっている一枚一枚がせん断力に対して抵抗し、その集合としての全体がせん断力に抵抗する。そして、せん断座屈長さが短く、そのせん断強度を平板と比較した場合、せん断耐力ははるかに大きい。しかも、せん断耐力及び剛性は、鋼板の材質固有の強度の他、板厚の大きさ、折り板のピッチ及び波高の大きさにより、かなり自由に制御可能である。

一方、図１６に例示したように、波形鋼板の折り筋と直角なせん断力に対してはアコーディオンの如く自由に伸びて抵抗しない。

（軸力及び曲げに対して）
波形鋼板の折り筋に直角な軸力に対しては、図１７に例示したようにアコーディオンの如く自由に伸び縮みして、平板に比較すると剛性、耐力ははるかに小さい。また、面内の曲げに対しても、図１８に例示したようにアコーディオンの如く自由に伸び縮みして、平板に比較すると剛性、耐力ははるかに小さい。

上記特許文献５の技術は波形鋼板の上下方向の伸縮性に着眼し、同波形鋼板を遮災壁として採用することで、火災時の床の撓みに追従可能とした点に注目できるが、波形鋼板を降伏させて地震エネルギーを吸収させる技術的思想はない。

本発明の目的は、ピロティー階などより上層階の柱梁架構の面内に、耐震壁として波形鋼板を、その折り筋を水平方向に向けて設置することで、地震時の水平力に対して大きな耐震効果を発揮しつつ、前記波形鋼板が設置された柱梁架構がラーメン的な挙動を示す構成とし、同時に軽量化を図る。それにより、簡単な構成でピロティー階などの柱脚部に作用する軸力とせん断力を低減し、しかも建物の軸力が波形鋼板に作用しても、同波形鋼板が縮んで吸収し、ピロティー階などの上階梁に作用する軸力を低減する。よって、従来のようにピロティー階などの柱や上階梁、又は耐震壁に加工を施す必要がなく、施工性が良く、コストの削減に寄与し、更にピロティー階などの機能性が高く、耐火性、遮音性が良好な、連層耐震壁を提供することである。

本発明の次の目的は、波形鋼板をせん断降伏させて、エネルギー吸収機能を発揮させることができる、連層耐震壁を提供することである。

請求項１に記載の発明に係る建物は、上下方向に連続する階層を構成する同一面内の柱梁架構の面内に耐震壁が設置されて成る連層耐震壁と、前記連層耐震壁の下階層であって、該連層耐震壁と同一面内の柱梁架構に耐震壁が設置されていない階層と、を備え、前記連層耐震壁を形成する耐震壁として、波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けて前記柱梁架構との間で水平力の伝達が可能に設置され、前記耐震壁が設置されていない階層の柱に作用する軸力とせん断力を低減することを特徴としている。

本発明に係る連層耐震壁は、ピロティー階などより上層階の柱梁架構の面内に、耐震壁として波形鋼板をその折り筋を水平方向に向けて設置しただけの簡単な構成でありながら、地震時の水平力に対して大きな耐震効果を発揮しつつ、前記波形鋼板が設置された柱梁架構がラーメン的な挙動を示す構成とすることができ、同時に軽量化を図れる。そのため、ピロティー階などの柱脚部に作用する軸力とせん断力を飛躍的に低減できる。しかも建物の軸力が波形鋼板に作用しても、同波形鋼板は縮んで吸収するので、ピロティー階などの上階梁に作用する軸力を飛躍的に低減できる。

よって、従来のようにピロティー階などの柱や上階梁、又は耐震壁に加工を施す必要がなく、施工性が良く、コストの削減に寄与できる。しかも、ピロティー階などの機能性が高く、耐火性、遮音性が良好な連層耐震壁を実現できる。

更に、波形鋼板をせん断降伏させて、大きなエネルギー吸収機能を発揮させることができる。

連層耐震壁は、耐震壁が設置されていない階層より上層階に形成される。上層階の柱梁架構の面内には、耐震壁として波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けて前記柱梁架構との間で水平力の伝達が可能に設置される。

請求項１、２に記載した発明に係る連層耐震壁の実施例を、図１〜図７に基づいて説明する。本実施例の連層耐震壁１は、ピロティー階２ａを有する建物２に好適に形成される。

この連層耐震壁１は、図１及び図２に示すように、鉄筋コンクリート造（但し、鉄骨鉄筋コンクリート造でも鉄骨コンクリート造でも可能。）の柱３と梁４で柱梁架構５が形成された建物２のコア部分（但し、連層耐震壁１の配置は図２の限りでない。）において、ピロティー階２ａより上層階２ｂに形成されており、同上層階２ｂで上下方向に連続する柱梁架構５…の面内に、耐震壁として波形鋼板６がその折り筋を水平方向に向けて前記柱梁架構５との間で水平力の伝達が可能に設置されている。なお、波形鋼板６を設置する階層数は特に限定されるものでなく、上層階の一部、又は全部に設置することができる。

波形鋼板６は、図３及び図４に示すように、外周に鋼板から成るフレーム７が接合され、柱梁架構５の内周と略等しい外周を有するフレーム付き波形鋼板８として構成されている。このフレーム付き波形鋼板８がその折り筋を水平方向に向けて柱梁架構５の面内に嵌め込まれ接着剤９で接合されている。

以下、上記構成の連層耐震壁１直下のピロティー階２ａの柱梁架構５の力学的特性について検討する。

先ず、図５に示すように上下の柱梁架構Ａ、Ａの面内に、それぞれ波形鋼板６がその折り筋を水平方向に向けて前記柱梁架構Ａとの間で水平力の伝達が可能に設置されて成る連層耐震壁Ｃの力学的特性を検討する。

柱梁架構Ａの面内に設置されている波形鋼板６は、面内の曲げに対して、アコーディオンの如く自由に伸び縮みし（図１８を参照）、柱梁架構Ａの梁の変形を阻害することがないので、連層耐震壁Ｃは多質点的な挙動を示し、図６に示す曲げモーメント分布となる。

つまり、各々の柱梁架構Ａ、Ａはラーメン的な挙動を示し、最下階の柱梁架構Ａの柱脚部においては、図７に示すように前記曲げモーメントに対し柱自身の曲げ抵抗によるモーメントが発生するので、その分だけ圧縮力又は引張力と柱中心間距離との積で求まるモーメントが低減され、結果として最下階の柱梁架構Ａの柱脚部に作用する軸力を低減できる。

この力学的特性は、上下方向に連続する柱梁架構の面内に、耐震壁として波形鋼板６がその折り筋を水平方向に向けて前記柱梁架構との間で水平力の伝達が可能に設置されて成る連層耐震壁であれば、最下階の耐震壁が省略された場合でも、略同様のことが云える。

故に、連層耐震壁１直下のピロティー階２ａの柱梁架構５の柱脚部３ａ（以下、ピロティー階２ａの柱脚部３ａと省略する。）に作用する軸力を低減できることを導ける。

しかも、波形鋼板６は従来の耐震壁に比べて軽量であるので連層耐震壁１の軽量化を図れ、ピロティー階２ａの柱脚部３ａに作用する軸力を飛躍的に低減できるだけでなく、連層耐震壁１が大きく振られることがないので、ピロティー階２ａの柱脚部３ａに作用するせん断力も飛躍的に低減できる。

また、波形鋼板６は折り板になっている一枚一枚がせん断力に抵抗し、その集合としての全体がせん断力に抵抗する性状なので（図１５を参照）、連層耐震壁１全体の剛性が高く、地震によるＸ軸方向又はＹ軸方向の水平力に対しては、同水平力と平行に配置された波形鋼板６が抵抗し十分な耐震効果を発揮する。一方、水平力と直交方向に配置された波形鋼板６は、同水平力よる層間変位に対して、アコーディオンの如く伸びて抵抗しない（図１６を参照）。

上記構成の連層耐震壁１は、ピロティー階２ａより上層階２ｂの柱梁架構５…の面内に、フレーム付き波形鋼板８を嵌め入れ接合しただけの簡単な構成でありながら、地震時の水平力に対して大きな耐震効果を発揮しつつ、前記波形鋼板６が設置された柱梁架構５がラーメン的な挙動を示す構成とすることができ、同時に軽量化を図れる。そのため、ピロティー階２ａの柱脚部３ａに作用する軸力とせん断力を飛躍的に低減できる。しかも建物２の軸力が波形鋼板６に作用しても、同波形鋼板６が縮んで吸収するので、ピロティー階２ａの上階梁４’に作用する軸力を飛躍的に低減できる。

よって、従来のようにピロティー階２ａの柱３や上階梁４’、又は耐震壁に加工を施す必要が無く、施工性が良く、コストの削減に寄与できる。しかも、ピロティー階２ａの機能性が高く、耐火性、遮音性が良好な連層耐震壁を実現できる。

更に、波形鋼板６をせん断降伏させて、大きなエネルギー吸収機能を発揮させることができる。

上記実施例の連層耐震壁１はピロティー階２ａより上層階２ｂに形成されているが、図８に示すように、波形鋼板６が設置されていない途中階（図示例では２階）２ｃより上層階２ｄに形成されても同様の効果を得ることができる。ちなみに、図８では建物２の最下階の柱梁架構５の面内に波形鋼板６が設置されているが、この限りでない。

上記実施例のフレーム付き波形鋼板８は柱梁架構５に接着剤９を用いて接合しているが、図９に示すように、フレーム付き波形鋼板８のフレーム７に形成したボルト孔１０を、予め柱３及び梁４に埋め込んだ袋ナット１１と同心位置となるように配置し、ボルト１２をネジ込んで接合したり、図１０に示すように、柱３及び梁４にスタッド１３を介して定着された接合用プレート１４に、フレーム付き波形鋼板８を接合しても良い。要するに柱梁架構５の面内に、波形鋼板６が水平力の伝達が可能に設置されていれば良い。

上記実施例の波形鋼板６は特に材質を言及していないが、低降伏点鋼で構成すると、高いエネルギー吸収機能を発揮する。この場合、普通鋼の波形鋼板６の一部に低降伏点鋼を重ね合わせて接合しても良い。

以上に本発明の実施例を説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができ、例えば、図１１に示すように、波形鋼板６が設置されていない階層が異なるように、連層耐震壁１をＸ軸方向及びＹ軸方向に形成しても良い（請求項３記載の発明）。ちなみに、図１１は建物２のコア部分のみを示している。

本発明に係る連層耐震壁の実施例を概念的に示した立面図である。 図１の水平断面図である。 図１の架構部分を詳細に示した立面図である。 図３の縦断面図である。 柱梁架構の面内に波形鋼板が設置されて成る連層耐震壁の変形状態を示した立面図である。 柱梁架構の面内に波形鋼板が設置されて成る連層耐震壁の曲げモーメント分布を示した図である。 最下階の柱脚部において前記曲げモーメントに抵抗する力学的特性を示した図である。 本発明に係る連層耐震壁の異なる実施例を概念的に示した立面図である。 異なる架構部分を詳細に示した立面図である。 異なる架構部分を詳細に示した立面図である。 建物のコア部分においてＸ軸方向とＹ軸方向に形成された連層耐震壁の実施例を示した斜視図である。 柱梁架構の面内に鉄筋コンクリート造の耐震壁が設置されて成る連層耐震壁の変形状態を示した立面図である。 柱梁架構の面内に鉄筋コンクリート造の耐震壁が設置されて成る連層耐震壁の曲げモーメント分布を示した図である。 最下階の柱脚部において前記曲げモーメントに抵抗する力学的特性を示した図である。 波形鋼板の折り筋と平行な方向のせん断変形の状態を模式的に示した斜視図である。 波形鋼板の折り筋と直角な方向のせん断変形の状態を模式的に示した側面図である。 波形鋼板の軸圧縮の状態を模式的に示した正面図である。 波形鋼板の曲げの状態を模式的に示した正面図である。 Ａ〜Ｄは波形鋼板の異なる断面形状を示した断面図である。

符号の説明

１ 連層耐震壁
２ 建物
２ａ ピロティー階
２ｂ 上層階
３ 柱
４ 梁
５ 柱梁架構
６ 波形鋼板

Claims (1)

1. 上下方向に連続する階層を構成する同一面内の柱梁架構の面内に耐震壁が設置されて成る連層耐震壁と、
   前記連層耐震壁の下階層であって、該連層耐震壁と同一面内の柱梁架構に耐震壁が設置されていない階層と、を備え、
   前記連層耐震壁を形成する耐震壁として、波形鋼板がその折り筋を水平方向に向けて前記柱梁架構との間で水平力の伝達が可能に設置され、前記耐震壁が設置されていない階層の柱に作用する軸力とせん断力を低減することを特徴とする建物。

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