JP6054101B2 - はしご形耐力壁フレーム - Google Patents

Description

この発明は、鉄骨系等の建築物に用いられるはしご形耐力壁フレームに関する。

建築物に用いられる耐力壁フレームとして、２本の平行に立てられる金属製の縦材と、これら縦材間に上下に並べて架設された複数本の金属製の横材とを備えるはしご形耐力壁フレームが知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１に開示されたはしご形耐力壁フレームでは、図７に示すように、横材２３を断面Ｈ字状としてそのウェブが垂直となるように縦材２２，２２間に架設し、横材２３のウェブに複数の塑性変形用の孔２５を形成することで、前記孔２５の周囲の部分を地震時の水平力により塑性変形する塑性変形部としている。また、前記孔２５の周縁にはリブ（図示せず）を形成して、孔の周縁からクラックが入るのを抑制している。

特開２００５−３２５６３７号公報

上記構成のはしご形耐力壁フレームの場合、横材２３の端部が溶接される縦材２２の腹部において面外変形が生じ易い。特に、縦材２２が角パイプでダイヤフラム等がない場合に縦材フランジで面外変形が生じ易い。この面外変形に伴う耐力・剛性の低下が問題となる。

この問題を回避するための対策として、図６のように横材２３の端部を、当て板２４を介して縦材２２の腹部に接合させることも可能であるが、この場合には製作性が低下し、またコストアップを招くという新たな問題が生じる。

また、上記構成のはしご形耐力壁フレームでは、２本の縦材２２，２２の間隔が広い場合、耐力・剛性の低下も問題となる。すなわち、２本の縦材２２，２２の間隔が広いと、架設される横材２３の材長が長くなり曲げ剛性が低下する。これにより耐力壁の耐力・剛性が低下する。また、横材２３は、その長さが一定以上になると曲げ降伏が支配的となるが、そこを無理にせん断降伏させようとすると、上記の横材２３のウェブに設ける孔２５の個数を多くする必要がある。しかし、これでは、ウェブの断面欠損が大きくなり、鋼材が経済的に使用されているとは言い難い。
上記の構成のままで、耐力・剛性をアップさせようとすると、縦材や横材の断面を大きくせざるを得ず、コストアップは免れない。

この発明の目的は、耐力、剛性、およびエキルギー吸収能力を向上させることができるはしご形耐力壁フレームを提供することである。

この発明のはしご形耐力壁フレームは、２本の平行に立てられる金属製の縦材と、これら縦材間に上下に並べて架設された複数本の金属製の横材とを備えるはしご形耐力壁フレームにおいて、
前記横材の両端部が、それぞれこの横材を補剛する補剛部材を介して前記両縦材に接合され、前記補剛部材は、前記縦材の表面に面接触して接合される板部と、前記横材の側面にこの側面の高さ方向の全体に渡り面接触して接合される板部とを有し、この横材の側面に接して接合される板部は、前記横材の端部に剛域を形成し横材のせん断スパン比を小さくさせることができる横材長手方向の長さを有する。

この構成によると、横材の両端部を、それぞれこの横材を補剛する補剛部材を介して両縦材に接合するので、横材の端部に剛域が形成され、その端部および端部近傍の耐力と剛性を確保することができる。２本の縦材の間隔が広い場合でも、上記のように補剛部材を介して横材の両端部を縦材に接合することから、横材の端部に剛域が形成されて、横材のせん断スパン比を小さくすることができ、簡易にせん断降伏させることができる。すなわち、横材が曲げ降伏する場合は、繰り返し荷重により圧縮フランジの座屈等で耐力が低下するため、せん断降伏とすることが好ましいが、せん断降伏とする場合は横材のせん断スパン比が課題となる。しかし、上記のように剛域が形成されて容易にせん断スパン比が小さくなることで、せん断降伏となる。せん断降伏となることで、曲げ降伏の場合に比べて安定したエネルギー吸収となり易い。

この発明において、前記補剛部材が平板形状であって、前記両板部が同一平面で続き、前記縦材における耐力壁の壁面に対して平行となる表面と、この表面と同一平面に揃えられる前記横材の前記側面とにそれぞれ接合されるようにしても良い。
この構成の場合、前記縦材の前記補剛部材が接合される箇所が、横材の長手方向に沿う表面となるため、横材の長手方向に垂直となる表面に接合する場合と異なり、縦材の接合部における面外変形の問題がなくなり、より一層、耐力，剛性が向上する。

この発明において、前記補剛部材が、前記縦材における耐力壁の壁面に対して垂直となる表面に面接触する板部と、前記横材の前記側面に面接触する板部とでなるＬ字形状であっても良い。この構成の場合、縦材の壁面と平行な表面に前記補剛部材が突出せず、納まりが良くなる。

この発明において、前記横材の両端部における、前記補剛部材との接合部から外れる箇所であってその接合部の近傍にのみ、せん断降伏誘発用の孔が設けられていても良い。この場合に、前記横材の両端部となる各箇所に設けられる前記各せん断降伏誘発用の孔をそれぞれ複数であっても良い。
前記補剛部材により横材のせん断スパンが小さくなりせん断降伏し易くなっているうえに、このように横材の両端部にせん断降伏誘発用の孔を設けた場合、横材のせん断降伏をさらに助長させることができる。また、前記孔が横材の両端部に設けられていると、横材の端部に塑性ヒンジが形成され、塑性変形領域が大きくなる。その結果、大変形時における変形代を稼ぎ塑性変形能力を向上させることができる。
また、せん断降伏誘発用の孔を設けた場合、前記補剛部材の大きさの設計による横材のせん断耐力、剛性の調整に加え、前記孔の大小や数により、せん断耐力、剛性の調整が可能になる。

この発明のはしご形耐力壁フレームは、２本の平行に立てられる金属製の縦材と、これら縦材間に上下に並べて架設された複数本の金属製の横材とを備えるはしご形耐力壁フレームにおいて、前記横材の両端部が、それぞれこの横材を補剛する補剛部材を介して前記両縦材に接合され、前記補剛部材は、前記縦材の表面に面接触して接合される板部と、前記横材の側面にこの側面の高さ方向の全体に渡り面接触して接合される板部とを有し、この横材の側面に接して接合される板部は、前記横材の端部に剛域を形成し横材のせん断スパン比を小さくさせることができる横材長手方向の長さを有するため、耐力、剛性、およびエキルギー吸収能力を向上させることができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係るはしご形耐力壁フレームの正面図、（Ｂ）は同側面図である。 同はしご形耐力壁フレームの一施工例を示す正面図である。 同はしご形耐力壁フレームにおける縦材と横材の接合部の正面図、平面図、側面図および背面図である。 同はしご形耐力壁フレームの横材における孔位置の違いによる塑性変形能力の変化を示す説明図である。 この発明の他の実施形態にかかるはしご形耐力壁フレームにおける縦材と横材の接合部の正面図、平面図、側面図および背面図である。 従来例における縦材と横材の接合部での補剛構造の一例の斜視図である。 従来のはしご形耐力壁フレームの正面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１（Ａ），（Ｂ）は、このはしご形耐力壁フレームの正面図および側面図である。このはしご形耐力壁フレーム１は、２本の平行に立てられる金属製の縦材２，２と、これら縦材２，２間に上下に並べて架設された複数本の金属製の横材３とを備える。図示の例では、４本の横材３を上下に等間隔に並べて架設した例を示している。縦材２には角形鋼管が用いられ、横材３には溝形鋼が用いられている。溝形鋼からなる横材３は、図３（Ｃ）に示すように、そのウェブ部３ａが垂直となる姿勢で両縦材２，２間に架設され、ウェブ部３ａの外面となる側面が縦材２の耐力壁背面側の表面２ａと同一平面に揃えられる。溝形鋼からなる横材３は、そのウェブ部３ａでせん断力を負担し、フランジ部３ｂで曲げモーメントを負担する。

横材３の両端部は、それぞれこの横材３を補剛する補剛部材４を介して縦材２に接合されている。ここでは補剛部材４として矩形の平板形状の鋼板が用いられる。具体的には、図３（Ａ）〜（Ｄ）に横材３の端部の縦材２への接合部の正面図、平面図、側面図および背面図を示すように、平板形状の補剛部材４は、耐力壁の壁面と平行になる垂直姿勢とされて、その左右の板部４ａ，４ｂのうちの一方の板部４ａが、縦材２の壁面と平行な表面２ａに面接触して溶接により接合される。他方の板部４ｂは、横材３の側面となる前記ウェブ部３ａの外面に、この外面の高さ方向の全体に渡り面接触して溶接により接合される。前記他方の板部４ｂは、前記横材３の端部に剛域を形成し横材３のせん断スパン比を小さくさせることができる横材長手方向の長さを有する。

横材３の両端部には、ウェブ部３ａにおける前記補剛部材４との接合部から外れる箇所に、せん断降伏誘発用の孔５が設けられている。横材３の両端部となる各箇所に設けられるせん断降伏誘発用の孔５は、それぞれ複数とされ、ここでは、２つの孔５を縦に並べて設けている。なお、孔５は、１つでも３つ以上でも良く、また必ずしも設けなくても良い。

このはしご形耐力壁フレーム１は、例えば図２のように、鉄骨系のラーメン構造の建物Ａにおいて、隣合う柱１０，１０間の任意の箇所において、基礎１１と１階の梁１２との間に配置される。はしご形耐力壁フレーム１は、建物Ａの各階層の上側の梁と下側の梁との間に配置しても良く、また複数の階層の渡る高さとしても良い。前記建物Ａは、戸建て住宅であっても、集合住宅や事務所、商業施設となる建物であっても良く、また、２階建て、３階建て、それ以上、または１階建など、任意の階層の建物であっても良い。
はしご形耐力壁フレーム１の幅は、例えば、建物Ａのモジュールを１Ｐとすると、０．５Ｐや１Ｐの幅とされる。上記モジュールは、例えば、９１０mm、１０００mmなど、モジュール設計仕様によって任意の長さに設計される。

この構成のはしご形耐力壁フレーム１によると、横材３の両端部を、この横材３の側面に面接触して接合されて横材３を補剛する補剛部材４を介し、縦材２に接合したので、その端部および端部近傍の耐力と剛性を確保することができる。また、補剛部材４は平板形状であって、縦材２の前記補剛部材４が接合される箇所が、横材３の長手方向に沿う表面２ａとなるため、横材３の長手方向に垂直となる表面に従来の図６の例のように当て板２４で接合する場合と異なり、縦材２の接合部における縦材フランジの面外変形の問題がなくなり、より一層、耐力が向上する。図６の当て板２４では、その周囲の全周溶接が必要となるが、この実施形態の補剛部材４では、全周溶接の回避によって製作性を向上させ、コストダウンを図ることができる。

また、平行に立てられる２本の縦材２の間隔が広い場合でも、上記したように補剛部材４を介して横材３の両端部を縦材２に接合していることから、横材３の端部近傍に剛域が設けられて、横材３のせん断スパンを小さくすることができ、簡易にせん断降伏させることができる。これにより、震動等に対する安定したエネルギー吸収が行える。
すなわち、曲げ降伏型では、横材３の上下フランジ部３ｂ，３ｂのうちの圧縮側フランジ部の座屈や溶接部での震動エネルギー吸収により、ループを繰り返しすうちにエネルギー吸収能力が低下していく。一方、ウェブ部３ａのせん断降伏型では、板要素の降伏が支配的となるため、安定したエネルギー吸収と成り易い。

また、この実施形態では、上記したように補剛部材４の介在で横材３のせん断スパンが小さくなりせん断降伏し易くなっているうえに、横材３の両端部にせん断降伏誘発用の孔５を設けたので、横材３のせん断降伏をさらに助長させることができる。せん断降伏誘発用の孔５は、せん断力を負担する横材３のウェブ部３ａに設けられているので、せん断降伏の助長により効果的である。また、孔５の周辺に塑性域が形成されることから、最大耐力後の塑性変形能力が高められる。
また、前記孔５が横材３の両端部に設けられているため、横材３の両端部に塑性ヒンジが形成され、塑性変形領域が大きくなる。その結果、大変形時における変形代を稼ぎ、塑性変形能力を向上させることができる。

図４（Ａ）は、前記せん断降伏誘発用の孔５（ここでは孔５が１つの例を示す）を両端部に設けた横材３と、その場合に形成される塑性ヒンジの模式図とを示している。図４（Ｂ）は、前記せん断降伏誘発用の孔５を中央部に設けた横材３と、その場合に形成される塑性ヒンジの模式図とを示している。これらの図からわかるように、横材３の両端部に前記孔５を設けた図４（Ａ）の場合には、横材３の両端部に塑性ヒンジが形成されて大変形時の変形代を稼ぐことができる。横材３の中央部に前記孔５を設けた図４（Ｂ）の場合には塑性変形領域が限定的となり、図４（Ａ）の場合に比べて塑性変形能力が劣る。

図５は、この発明の他の実施形態を示す。このはしご形耐力壁フレーム１では、図１〜図４に示した先の実施形態において、横材３を補剛する補剛部材４Ａとして、縦材２の、耐力壁の壁面に対して垂直となる表面２ｂに面接触する板部４Ａａと、横材３の側面となるウエブ部３ａの外面に面接触する板部４ＡｂとでなるＬ字形状のものが用いられる。補剛部材４Ａは、アングル材であっても、鋼板の曲げ加工品であっても良い。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、この場合の横材３の端部の縦材２への接合部の正面図、平面図、側面図および背面図を示す。その他の構成、例えば縦材２および横材３として用いられる鋼材、横材３の姿勢などの構成は、先の実施形態の場合と同様である。また、作用についても、この実施形態では縦材２の面外変形の防止の効果は先の実施形態に比べて低く、かつ縦材２の壁面と平行な表面に補剛部材４Ａが突出なくて納まりが良くなるという効果が得られるが、その他の作用効果は先の実施形態と同様に得られる。

１…はしご形耐力壁フレーム
２…縦材
２ａ，２ｂ…表面
３…横材
３ａ…ウェブ部
４，４Ａ…補剛部材
４ａ，４ｂ，４Ａａ，４Ａｂ…板部
５…せん断降伏誘発用の孔

Claims (5)

1. ２本の平行に立てられる金属製の縦材と、これら縦材間に上下に並べて架設された複数本の金属製の横材とを備えるはしご形耐力壁フレームにおいて、
   前記横材の両端部が、それぞれこの横材を補剛する補剛部材を介して前記両縦材に接合され、前記補剛部材は、前記縦材の表面に面接触して接合される板部と、前記横材の側面にこの側面の高さ方向の全体に渡り面接触して接合される板部とを有し、この横材の側面に接して接合される板部は、前記横材の端部に剛域を形成し横材のせん断スパン比を小さくさせることができる横材長手方向の長さを有するはしご形耐力壁フレーム。
2. 請求項１に記載のはしご形耐力壁フレームにおいて、前記補剛部材が平板形状であって、前記両板部が同一平面で続き、前記縦材における耐力壁の壁面に対して平行となる表面と、この表面と同一平面に揃えられる前記横材の前記側面とにそれぞれ接合されるはしご形耐力壁フレーム。
3. 請求項１に記載のはしご形耐力壁フレームにおいて、前記補剛部材が、前記縦材における耐力壁の壁面に対して垂直となる表面に面接触する板部と、前記横材の前記側面に面接触する板部とでなるＬ字形状であるはしご形耐力壁フレーム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のはしご形耐力壁フレームにおいて、前記横材の両端部における、前記補剛部材との接合部から外れる箇所であってその接合部の近傍にのみ、せん断降伏誘発用の孔が設けられたはしご形耐力壁フレーム。
5. 請求項４に記載のはしご形耐力壁フレームにおいて、前記横材の両端部に設けられる前記せん断降伏誘発用の孔がそれぞれ複数であるはしご形耐力壁フレーム。

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