JP6540427B2 - Seismic wall structure - Google Patents
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Description
本発明は、耐震デバイスが構面内に設けられる耐震壁構造に関する。 The present invention relates to a seismic wall structure in which seismic devices are provided in a floor surface.
従来から、しっかりとした初期剛性を発揮しながら、地震時にはエネルギー吸収による制震作用を簡素な構造で効果的に実現するものとして、例えば、特許文献1に開示される建物制震構造が提案されている。
Conventionally, for example, a building vibration control structure disclosed in
特許文献1に開示された建物制震構造は、左拘束部と右拘束部との間に配置されたU字形弾塑性ダンパーが、U字状湾曲部を上又は下に位置させた姿勢状態で、左側対向辺部が左拘束部に沿って連結されるとともに、右側対向辺部が右拘束部に沿って連結される。
The building vibration control structure disclosed in
特許文献1に開示された建物制震構造は、地震時に上階と下階とが互いに相対変位する層間変位によって、U字形弾塑性ダンパーが、左右の拘束部の両拘束面により左右の対向辺部の左右方向への変形が拘束されたまま、U字状湾曲部の位置を移動させていく弾塑性変形をすることで、地震時にエネルギー吸収できるものとなっている。
In the building vibration control structure disclosed in
ここで、特許文献1に開示された建物制震構造は、上枠、下枠及び左右の側枠が方形状に組まれたパネルフレームの構面内においてのみ、U字形弾塑性ダンパーのU字状湾曲部の位置を移動させていくものとなる。このため、特許文献1に開示された建物制震構造は、U字形弾塑性ダンパーのU字状の断面方向においてのみ、U字形弾塑性ダンパーの変形が考慮されて、U字形弾塑性ダンパーの断面直交方向の変形が考慮されていない。
Here, in the building vibration control structure disclosed in
特許文献1に開示された建物制震構造は、U字形弾塑性ダンパーの断面直交方向の変形が考慮されていないため、地震時に断面直交方向に作用する力に抵抗するものとなっていない。そして、特許文献1に開示された建物制震構造は、特に、U字形弾塑性ダンパーの断面直交方向の幅寸法が、断面方向の板厚寸法との関係で十分に確保されないおそれがあり、断面直交方向に作用する力に十分に抵抗できないという問題点があった。
Since the deformation of the U-shaped elasto-plastic damper in the cross-section orthogonal direction is not considered in the building vibration control structure disclosed in
また、特許文献1に開示された建物制震構造は、U字形弾塑性ダンパーが、左右の対向辺部の全長に亘って、左右の拘束部の両拘束面により左右方向への変形が拘束されるため、弾塑性変形によりU字形弾塑性ダンパーの耐力上昇が増大する傾向にある。このとき、特許文献1に開示された建物制震構造は、U字形弾塑性ダンパーの耐力上昇が想定以上に過大となることで、拘束部からパネルフレームに至るまでの損傷発生も懸念される。
Further, in the building vibration control structure disclosed in
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、断面直交方向に作用する力に抵抗するU形部材とすることで、地震時にU形部材の構面内変形によるエネルギー吸収性能を安定して確保できる耐震壁構造を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to use a U-shaped member that resists a force acting in a direction orthogonal to the cross section. It is an object of the present invention to provide a seismic wall structure capable of stably securing energy absorption performance due to in-plane deformation of a formed member.
第1発明に係る耐震壁構造は、耐震デバイスが構面内に設けられる耐震壁構造であって、横枠及び縦枠を組み合わせた枠体と、前記枠体の内部に設けられて耐震デバイスとなるU形部材と、前記U形部材が前記枠体の内部で支持される支持材とを備え、前記U形部材は、断面方向で略U形状に形成されて、湾曲部と、前記湾曲部の両端部から連続して延びる一対の中間部と、一対の前記中間部の端部から連続して延びる一対の固定部とを有して、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、前記支持材に取り付けられ、前記U形部材は、前記湾曲部の両端部から高さ方向に離間した位置で、前記固定部のみが前記支持材に固定されることを特徴とする。 The seismic wall structure according to the first aspect of the present invention is a seismic wall structure in which a seismic device is provided in a construction surface, and a frame body in which a horizontal frame and a vertical frame are combined, and the seismic device provided in the inside of the frame A U-shaped member, and a support member on which the U-shaped member is supported inside the frame, the U-shaped member being formed in a substantially U-shape in a cross-sectional direction, a curved portion, and the curved portion A pair of middle portions continuously extending from both ends of the pair and a pair of fixing portions continuously extending from ends of the pair of middle portions to resist forces acting in a direction orthogonal to the cross section wherein attached to the support member, said U-shaped member, at a position spaced apart in the height direction from both ends of the curved portion, only the fixing portion, characterized in Rukoto is fixed to the support member.
第2発明に係る耐震壁構造は、第1発明において、前記U形部材は、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、断面直交方向に延びるように形成されて、前記U形部材の断面直交方向の幅寸法が、前記U形部材の断面方向の板厚寸法の3倍以上となることを特徴とする。 In the seismic wall structure according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the U-shaped member is formed so as to extend in a cross-sectional orthogonal direction so as to resist a force acting in the cross-sectional orthogonal direction. A width dimension in a direction orthogonal to the cross section is three or more times as large as a thickness dimension in a cross direction of the U-shaped member.
第3発明に係る耐震壁構造は、第1発明又は第2発明において、前記U形部材は、前記横枠及び前記縦枠で形成される前記枠体の面内方向と、略U形状に形成された断面方向とを略平行にするものとして、一対の前記固定部が互いに略同一の向きに延びた状態で、前記支持材に取り付けられることを特徴とする。 In the earthquake resistant wall structure according to the third invention, in the first invention or the second invention, the U-shaped member is formed in a substantially U shape with the in-plane direction of the frame formed by the horizontal frame and the vertical frame. A pair of the fixing portions may be attached to the support member in a state in which the fixing portions extend in substantially the same direction, in order to make the cross-sectional direction substantially parallel.
第4発明に係る耐震壁構造は、第1発明又は第2発明において、前記U形部材は、前記横枠及び前記縦枠で形成される前記枠体の面内方向と、略U形状に形成された断面方向とを略直交させるものとして、断面直交方向において一対の前記固定部が互いに異なる向きに傾斜した状態で、前記支持材に取り付けられることを特徴とする。 In the earthquake-proof wall structure according to the fourth invention, in the first invention or the second invention, the U-shaped member is formed in a substantially U shape with the in-plane direction of the frame formed by the horizontal frame and the vertical frame. The cross-sectional direction is substantially orthogonal to the cross-sectional direction, and the pair of fixing portions are attached to the support in a state in which they are inclined in different directions in the cross-sectional orthogonal direction.
第1発明〜第4発明によれば、断面直交方向に作用する力に抵抗するU形部材とすることで、U形部材の断面直交方向の変形が抑制されて、地震時に安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。 According to the first to fourth inventions, the U-shaped member resists a force acting in the cross-sectional orthogonal direction, whereby deformation of the U-shaped member in the cross-sectional orthogonal direction is suppressed, and energy absorption performance stabilized at the time of earthquake It is possible to make
特に、第2発明によれば、U形部材の断面直交方向の幅寸法が、板厚寸法の3倍以上となることで、U形部材の断面直交方向の変形抵抗を確保して、特段の面外方向の補剛を必要とすることなく、地震時において耐震壁構造の構面に設けた耐震デバイスの構面内方向の変形によるエネルギー吸収性能を、安定して確保することが可能となる。 In particular, according to the second aspect of the invention, the width dimension of the U-shaped member in the direction orthogonal to the cross section is at least three times the plate thickness, thereby securing deformation resistance in the direction orthogonal to the cross section of the U-shaped member. It is possible to stably secure the energy absorption performance by the in-plane direction deformation of the aseismatic device provided on the structural surface of the seismic wall structure at the time of an earthquake without requiring the out-of-plane stiffening. .
第1発明〜第4発明によれば、中間部が支持材に固定されることなく、固定部のみが支持材に固定されて、U形部材の中間部が拘束を受けないものとすることで、U形部材の降伏後の過大な耐力上昇が抑制されて、U形部材の周囲の部材での損傷発生を回避することが可能となる。 According to the first invention to the fourth invention, only the fixing portion is fixed to the support without fixing the middle portion to the support, and the middle portion of the U-shaped member is not restrained. It is possible to prevent the occurrence of damage in the members around the U-shaped member by suppressing an excessive increase in load resistance after yielding of the U-shaped member.
以下、本発明を適用した耐震壁構造1を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, a form for carrying out the earthquake-
本発明を適用した耐震壁構造1は、図1に示すように、住宅、学校、事務所、病院施設等の小規模建築物の壁体に導入される。本発明を適用した耐震壁構造1は、特に、枠体8により形成される構面内に耐震デバイスが設けられて耐力壁等として用いられる。
The earthquake-
本発明を適用した耐震壁構造1は、図2に示すように、一対の横枠81及び一対の縦枠82を略矩形状に組み合わせた枠体8と、枠体8の内部80に設けられて耐震デバイスとなるU形部材2と、U形部材2が枠体8の内部80で支持される支持材3とを備える。
As shown in FIG. 2, the
本発明を適用した耐震壁構造1は、第1実施形態において、特に、一対の横枠81及び一対の縦枠82で形成される枠体8の面内方向αと、略U形状に形成されたU形部材2の断面方向(図7のX方向に対応)とを略平行にして、U形部材2の断面方向が耐震壁構造1の構面内に配置される。
In the first embodiment, the
枠体8は、横枠81及び縦枠82の各々に、断面略C形状の溝形鋼、リップ付溝形鋼等、又は、断面略矩形状の角鋼、角形鋼管等が用いられる。なお、枠体8は、無垢断面等の木材であってもよい。枠体8は、横方向に延びる一対の横枠81が互いに略平行に離間して、また、縦方向に延びる一対の縦枠82が互いに略平行に離間して配置されることで、枠体8の内部80が構面内で略矩形状に形成される。ここで、枠体8の高さをH、枠体8の幅をDで表す(横枠81及び縦枠82の中心線を基準)。
As the
枠体8は、地震時に横方向の水平力Fが作用する前の状態で、横枠81及び縦枠82が互いに略直交するように配置されて、図2(a)に示すように、一対の縦枠82を縦方向に略直立させた状態となる。また、枠体8は、図2(c)に示すように、地震時に横方向の水平力Fが作用した後の状態で、一対の縦枠82を横方向に傾倒させた状態となる。このとき、U形部材2には縦方向のせん断力として荷重Pが作用し、変形δが生じることで、U形部材2は弾塑性変形して地震に対するエネルギー吸収性能を発揮する。
As shown in FIG. 2A, the
支持材3は、例えば、鋼板等のパネルが用いられる。ここで、支持材3は、一対の縦枠82の各々からU形部材2まで連続して設けられて、枠体8の内部80の縦方向の2箇所程度で、横方向の略中央となる位置に一対のU形部材2を配置して支持するものとなる。なお、U形部材2を配置する位置は、枠体8の内部80の縦方向の1箇所、又は、2以上の複数箇所であってもよい。また、図2では、1箇所あたりのU形部材2の設置数は2としているが、単数や2以上の複数であってもよい。
For example, a panel such as a steel plate is used as the
支持材3は、鋼板等のパネルの一方の側端部に、略平板状に形成されたデバイス締結材30が設けられて、また、パネルの他方の側端部に、略平板状に形成された枠締結材31が設けられる。支持材3は、ドリルねじ、ボルト、ビス、鋲、リベット、接着、スポット溶接又は連続溶接等を用いた接合方法で、デバイス締結材30が一対のU形部材2に架設するように接合(J1)されて、また、枠締結材31が縦枠82に沿って接合(J2)される。ここで、枠体8の縦枠82の中心線に対する支持材3の突出幅をSで表す。
The
支持材3は、枠締結材31が縦枠82に接合されることで、一対の縦枠82にU形部材2を接続させるものとなる。支持材3は、これに限らず、枠締結材31が横枠81に接合されることで、一対の横枠81にU形部材2を接続させるものでもよい。また、支持材3は、図3〜図5に示すように、鋼板等の板状片が用いられてもよい。さらに、支持材3をデバイス締結材30のみで構成し、デバイス締結材30を介してU形部材2と枠体8とを接合させることもできる。
The
支持材3は、図3に示すように、鋼板等の板状片が用いられる場合に、一対のU形部材2に接合されるデバイス締結材30が設けられて、また、縦枠82から板状片まで延びる山形鋼、溝形鋼、H形鋼又は鋼管等の補剛材32が設けられる。支持材3は、縦枠82から板状片まで傾斜してブレース状に補剛材32が設けられるが、これに限らず、略水平方向に延びる補剛材32が設けられて、必要に応じて、ブレース状の補剛材32と組み合わされてもよい。また、U形部材2は、図4に示すように、K型ブレースの配置とした補剛材32と縦枠82に接続するように設けることもできる。
As shown in FIG. 3, when a plate-like piece such as a steel plate is used as shown in FIG. 3, a
支持材3は、図5に示すように、枠体8をラーメン形式の躯体から構成されるフレーム構造としたうえで、U形部材2に接合されるデバイス締結材30が設けられて、また、横枠81から板状片まで延びる山形鋼、溝形鋼、H形鋼又は鋼管等の補剛材32が設けられてもよい。支持材3は、横枠81から延びる補剛材32が設けられる場合に、例えば、略鉛直方向に延びる補剛材32と、横枠81から傾斜して延びる補剛材32とを組み合わせることもできる。
In the supporting
支持材3は、図2(c)に示すように、枠体8に横方向の水平力Fが作用して、例えば、一対の縦枠82を右方向に傾倒させた状態となることで、U形部材2の左側及び右側の支持材3が縦方向に相対移動する。このとき、支持材3は、横枠81及び縦枠82で形成される面内方向αで、左側の支持材3が下方に移動するとともに、右側の支持材3が上方に移動して、U形部材2を断面方向に変形させるものとなる。
In the
枠体8に横方向の水平力Fが作用することで、左側及び右側の支持材3が面内方向αに相対移動するとともに、図6に示すように、面内方向αと直交する面外方向βにおいても、左側及び右側の支持材3が相対移動しようとする。左側及び右側の支持材3が面外方向βに相対移動することで、U形部材2に断面直交方向の力Gが作用する。
While the horizontal force F in the lateral direction acts on the
支持材3は、枠体8に横方向の水平力Fが作用する前の状態で、図6(a)に示すように、左側及び右側の支持材3が面外方向βで略同一の位置に配置される。また、支持材3は、図6(b)に示すように、枠体8に横方向の水平力Fが作用した後の状態で、左側の支持材3が面外方向βで正面側に移動するとともに、右側の支持材3が面外方向βで背面側に移動して、U形部材2を断面直交方向に変形させるものとなる。ここで、左右の支持材3の正面側及び背面側への移動の向きは、それぞれ逆の向きとなる場合もある。
As shown in FIG. 6A, in the state before the horizontal force F in the lateral direction acts on the
U形部材2は、図7(a)に示すように、断面方向で略U形状に形成される。U形部材2は、略湾曲状に延びる湾曲部21と、湾曲部21の両端部21aから連続して略直線状に延びる一対の中間部22とを有して、さらに、一対の中間部22の端部22aから連続して略直線状に延びる一対の固定部23を有する。
The
U形部材2は、例えば、湾曲部21が所定の外法半径Rで略半円弧状に形成されることで、奥行方向Xに所定の奥行寸法2Rとなる。ここで、外法半径Rは、板厚寸法tの2.0倍以上(R≧2.0×t)とすることで、U形部材2に発生するひずみを抑制し、繰返し作用する地震力に対して、耐震デバイスの性能(変形性能や繰返し力に対する疲労特性等)を安定して確保することができる。U形部材2は、高さ方向Zで中間部22が所定の高さ寸法Lsとなり、固定部23が所定の高さ寸法Lfとなるとともに、断面方向で所定の板厚寸法tとなるように形成される。
The
U形部材2は、略U形状に形成された断面方向と直交する断面直交方向に延びるように形成されて、図7に示すように、一対の固定部23が中間部22から連続して互いに略同一の向きに延びた状態となる。U形部材2は、断面直交方向となる幅方向Yで所定の幅寸法Wとなって、断面直交方向の幅寸法Wが、断面方向の板厚寸法tの3倍以上となる。なお、U形部材2は、断面直交方向の幅寸法Wを、断面方向の板厚寸法tの3倍以上、40倍以下、又は、5倍以上、30倍以下とすることもできる。
The
U形部材2は、図8に示すように、支持材3のデバイス締結材30が接合されることで、支持材3に取り付けられるものとなる。U形部材2は、湾曲部21の両端部21aから高さ方向Zに離間した位置で、中間部22がデバイス締結材30に接合されることなく、固定部23のみがデバイス締結材30に接合されて支持材3に固定される。ここで、図8(a)及び図8(b)は、ボルトJ1a及びナットJ1bを用いてU形部材2をデバイス締結材30に接合(J1)した例である。また、図9(a)及び図9(b)は、ボルトJ1a及びデバイス接合材40を用いてU形部材2をデバイス締結材30に接合(J1)した例である。
As shown in FIG. 8, the
U形部材2は、図8(a)に示すように、固定部23が支持材3のデバイス締結材30に当接されて拘束を受けるものとなるが、中間部22が支持材3のデバイス締結材30に当接されず拘束を受けないものとなる。このとき、U形部材2は、図8(b)に示すように、U形部材2が断面方向に変形するときに、支持材3による拘束を受けない中間部22及び湾曲部21が、支持材3による拘束を受ける固定部23よりも外側にはらみ出すように変形する。ここで、図8(b)では、U形部材2が断面方向に大きく変形した場合に、U形部材2がデバイス締結材30の角30eに接触する位置において、U形部材2のひずみが局所的に進展する傾向にある。これに対し、図9(b)では、U形部材2が接触する可能性があるデバイス締結材30の角の位置に面取30rを設け、さらにナットJ1bの代わりとしたデバイス接合材40の角の位置に面取40rを設けることで、デバイス締結材30やデバイス接合材40の角に接触する位置においてU形部材2のひずみが局所的に進展することを抑えることができ、低サイクル疲労に対する性能を一段と向上することができる。
As shown in FIG. 8A, in the
本発明を適用した耐震壁構造1は、図2(c)、図3(c)に示すように、U形部材2を断面方向に変形させることで、地震時のエネルギー吸収を実現する。本発明を適用した耐震壁構造1は、図7に示すように、U形部材2の断面直交方向の幅寸法Wを、断面方向の板厚寸法tとの関係で十分に確保することで、図6に示すように、断面直交方向に作用する力Gに抵抗するものとして、U形部材2が支持材3に取り付けられるものとなる。
The earthquake-
本発明を適用した耐震壁構造1は、支持材3を介して枠体8にU形部材2が接続されることで、U形部材2の断面方向の変形が増幅されて、地震時のエネルギー吸収効率を向上させる効果がある。本発明を適用した耐震壁構造1は、図3〜図5に示すように、枠体8から延びる補剛材32が設けられることで、U形部材2が枠体8に剛性の高い溝形鋼又は鋼管等で接続されて、支持材3及び補剛材32を合理的に設計するとともに、枠体8の内部80における開口をより大きく確保することができる。
In the
次に、本発明を適用した耐震壁構造1の第2実施形態について説明する。上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して以下での説明を省略する。
Next, a second embodiment of the earthquake-
本発明を適用した耐震壁構造1は、第2実施形態において、特に、一対の横枠81及び一対の縦枠82で形成される枠体8の面内方向αと、略U形状に形成されたU形部材2の断面方向(図12のX方向に対応)とを略直交させて、U形部材2の断面直交方向が構面内に配置される。
In the second embodiment, the
支持材3は、図10に示すように、例えば、鋼板等のパネルが用いられて、縦枠82からU形部材2まで連続して設けられる。支持材3は、図10(a)に示すように、U形部材2の断面直交方向と略平行に支持材3のデバイス締結材30が設けられることで、U形部材2に支持材3のデバイス締結材30をより簡易に接合することができる。
As shown in FIG. 10, for example, a panel such as a steel plate is used as the
支持材3は、図10(b)に示すように、特に、鋼板等のパネルの表裏両面で一対のU形部材2の各々が取り付けられる。このとき、支持材3には、U形部材2との接合箇所が面外方向βに偏心して配置されるものの、一対のU形部材2の接合箇所がパネルの表裏両面に配置されることで、接合箇所とパネルの偏心によりパネルに負荷されるねじりモーメントを打ち消す効果が得られる。なお、支持材3に十分な剛性がある場合は、支持材3を構成する鋼板等のパネルの表又は裏の何れか同一面に一対のU形部材2を取り付けることもできる。
As shown in FIG. 10 (b), in particular, each of the pair of
支持材3は、図11に示すように、例えば、断面略矩形状等の鋼管等が用いられて、縦枠82からU形部材2まで連続して設けられてもよい。このとき、支持材3は、ねじり剛性に優れた閉鎖断面を有する鋼管等が用いられることで、U形部材2との接合箇所の面外方向βの偏心により負荷されるねじりモーメントに起因した変形を効率的に抑制する効果が得られる。
As shown in FIG. 11, for example, a steel pipe having a substantially rectangular cross section or the like may be used as the
U形部材2は、図12(a)に示すように、断面方向で略U形状に形成されて、図12(b)に示すように、略U形状に形成された断面方向と直交する断面直交方向(図12のY方向に対応)において一対の固定部23が中間部22から連続して互いに異なる向きに傾斜した状態となる。U形部材2は、断面直交方向となる幅方向Yで所定の幅寸法Wとなって、断面直交方向の幅寸法Wが、断面方向の板厚寸法tの3倍以上となる。なお、U形部材2は、断面直交方向の幅寸法Wを、断面方向の板厚寸法tの3倍以上、40倍以下、又は、5倍以上、30倍以下とすることもできる。
The
U形部材2は、断面直交方向において一対の固定部23が互いに異なる向きに傾斜した状態となることで、各々の固定部23が幅方向Yに所定の傾斜角度φで傾斜する。U形部材2は、例えば、固定部23の傾斜角度φを15°〜75°程度とする。なお、U形部材2は、固定部23の傾斜角度φを0°としたときに、図7(b)に示すように、断面直交方向で一対の固定部23が互いに略同一の向きに延びた状態となる。
The
図10、図11に示すU形部材2は、U形部材2の左側及び右側の支持材3が面内方向αに相対移動することで、左側の支持材3が下方に移動するとともに、右側の支持材3が上方に移動して、図13に示すように、面内方向αで断面方向に変形する。このとき、U形部材2には、断面直交方向の力Gも作用する。
In the
本発明を適用した図10、図11に示す耐震壁構造1は、U形部材2を断面方向に変形させることで、地震時のエネルギー吸収を実現する。本発明を適用した耐震壁構造1は、U形部材2が支持材3に取り付けられて、図12に示すように、U形部材2の断面直交方向の幅寸法Wを、断面方向の板厚寸法tとの関係で十分に確保して、図13に示すように、断面直交方向に作用する力Gにも抵抗することで、地震時において耐震壁構造1の構面に設けた耐震デバイスの構面内方向の変形によるエネルギー吸収性能を、安定して確保することが可能となる。
The earthquake-
本発明を適用した耐震壁構造1は、第1実施形態及び第2実施形態の何れにおいても、U形部材2が断面直交方向に作用する力Gに抵抗するものとなる。ここでは、本発明を適用した耐震壁構造1の効果を検証するために、表1に示す形状、境界条件及び荷重条件としたNo.1〜No.11の解析モデルを設定して、有限要素解析を実施した。なお、U形部材2の素材特性としては、降伏応力σyが200MPaの特性を有する鋼材の応力ひずみ関係を用いている。
The earthquake-
No.1〜No.6は、図14に示すように、U形部材2の幅寸法Wを、板厚寸法tの2.0倍〜10.0倍の範囲で変化させて、U形部材2に作用する力となる荷重Pの作用方向θを0°〜90°に変化させることで、断面直交方向に作用する力Gの影響と、幅寸法Wと板厚寸法tとの寸法比(W/t)の関係を確認するための解析モデルである。
No. 1 to No. 6, the force acting on the
No.7は、図15に示すように、U形部材2の中間部22が変形拘束(K)を受ける場合(変形拘束あり)と、U形部材2の中間部22が図8に示す変形拘束を受けない場合(変形拘束なし)とを比較して、変形拘束の有無の影響を確認するための解析モデルである。また、No.8は、図16に示すように、固定部23の傾斜角度φを45°として、固定部23の傾斜角度φの影響を確認するための解析モデルである。さらに、No.9〜No.11は、図14に示すU形部材2の幅寸法Wを、板厚寸法tの20.0倍、30.0倍、40.0倍に変化させた解析モデルである。なお、図14〜図16の解析モデルでは、支持点を不動点とするとともに、載荷点に荷重Pを負荷してその変形δを抽出した。
No. As shown in FIG. 15, when the
本発明を適用した耐震壁構造1は、No.1の有限要素解析の結果を代表図として示すと、図17(a)に示すように、U形部材2が安定した荷重P−変位δ関係を描くことが分かる。ここで、本発明を適用した耐震壁構造1は、P−δ関係で囲まれた領域が広く、地震時に優れたエネルギー吸収性能を発揮することが分かる。なお、図示は省略するが、U形部材2は繰返し荷重に対して、紡錘形のP−δ関係を描き、安定した繰返し履歴性能を発揮するため、耐震壁構造1は繰返して作用する地震力に対して優れたエネルギー吸収性能を発揮することができる。
The
図17(a)のU形部材2単体の荷重P−変位δ関係を、図2及び図3に示す耐震壁構造1の各部の寸法(枠体8の高さH、枠体8の幅D、支持材3の突出幅S)に基づき定まる換算式(F=n×P×D/H、Δ=δ×H/2S、ここでnはU形部材2の数量)を用いて、水平力F−水平変位Δ関係に換算(ここで、H=2730mm、D=910mm、S=440mm、2R=30mm、n=4又は6)したグラフを、図17(b)に示す。ここで、耐震壁構造1の水平変位ΔとU形部材2の変形δの関係式においては、支持材3によるU形部材2の変形の増幅が考慮されている。
The load P-displacement δ relationship of the
図17(b)において、曲線U4は耐震デバイスとなるU形部材2を4個用いた場合(図2及び図3に対応)、曲線U6は耐震デバイスとなるU形部材2を6個用いた場合(図示は省略)の水平力F−水平変位Δ関係である。図17(b)は、枠体8の抵抗は無視して、図17(a)に示すU形部材2の性能に基づき図示したものであるが、F−Δ関係で囲まれた領域が広く、耐震壁構造1として、地震時に優れたエネルギー吸収性能を発揮することが分かる。また、U形部材2の数量を変更(ここでは4個から6個に変更)することで、耐震壁構造1の性能が制御できることが分かる。ここでは、枠体8の抵抗は無視しているが、耐震壁構造1の性能に枠体8の抵抗を累加することで、より高剛性の耐震壁構造1とすることもできる。
In FIG.17 (b), when four
また、本発明を適用した耐震壁構造1は、図18に示すように、荷重Pの作用方向θ=0°に対するθ=90°のときのU形部材2の剛性(載荷初期のP/δの値)の剛性比を縦軸、U形部材2の寸法比W/tを横軸に表して、No.1〜No.6の有限要素解析の結果を比較すると、W/tが3.0未満の領域では、剛性比が著しく低くなるのに対して、W/tが3.0以上の領域では、剛性比が高くなることが分かる。
In addition, as shown in FIG. 18, the
さらに、本発明を適用した耐震壁構造1は、図19に示すように、荷重Pの作用方向θ=0°に対するθ=10°、20°、30°のときのU形部材2の耐力比(δ=15mm)を縦軸、U形部材2の寸法比W/tを横軸に表すと、W/tが3.0未満の領域では、荷重Pの作用方向θが10°〜30°と大きくなるにしたがって、U形部材2の耐力低下が顕著になるのに対して、W/tが3.0以上の領域では、U形部材2の耐力低下が僅かとなることが分かる。
Furthermore, as shown in FIG. 19, the earthquake-
さらに望ましくは、W/tを5.0以上の領域とすることで、図18における剛性比をより高く、図19における耐力比についても耐力低下をより一層抑えることができる。 More desirably, by setting W / t to a region of 5.0 or more, the rigidity ratio in FIG. 18 can be further increased, and the reduction in resistance can be further suppressed for the resistance ratio in FIG.
このように、本発明を適用した耐震壁構造1は、断面直交方向に作用する力Gに抵抗するU形部材2とすることで、U形部材2の断面直交方向の変形が抑制されて、安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。特に、本発明を適用した耐震壁構造1は、U形部材2の寸法比W/tを3.0以上とした場合に、U形部材2の断面直交方向の幅寸法Wが板厚寸法tの3倍以上となることで、U形部材2の断面直交方向の変形抵抗を確保して、特段の面外方向βの補剛を必要とすることなく、地震時の面内方向αの変形によるエネルギー吸収性能を安定して確保することが可能となる。
Thus, the deformation of the
また、有限要素解析の結果では、図15に示すように、変形拘束の影響を確認した場合に、U形部材2の中間部22が拘束を受けることで、中間部22のはらみ出すような変形が抑制されて、図20に示すように、U形部材2が降伏後に耐力上昇する傾向がみられる。そして、U形部材2の耐力上昇が想定以上に過大となった場合には、U形部材2の周囲の部材での損傷発生が懸念されるものとなる。
Further, as shown in FIG. 15, in the result of the finite element analysis, when the influence of the deformation constraint is confirmed, the
このとき、本発明を適用した耐震壁構造1は、図8に示すように、特に、中間部22が支持材3に固定されることなく、固定部23のみが支持材3に固定されて、U形部材2の中間部22が拘束を受けないものとすることで、U形部材2の降伏後の過大な耐力上昇が抑制されて、U形部材2の周囲の部材での損傷発生を回避することが可能となる。
At this time, as shown in FIG. 8, in the
また、有限要素解析の結果では、図16に示すように、固定部23の傾斜角度φを0°より大きくして、U形部材2の一対の固定部23を互いに異なる向きに傾斜した状態としても、U形部材2の断面直交方向の幅寸法Wを、断面方向の板厚寸法tとの関係で十分に確保することで、図21に示すように、U形部材2に作用する荷重Pに対して、U形部材2の安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。
In the result of finite element analysis, as shown in FIG. 16, the inclination angle φ of the fixed
また、U形部材2の幅寸法Wを、板厚寸法tの10.0倍、20.0倍、30.0倍、40.0倍に変化させた解析結果を示す図22のように、幅寸法Wに応じてU形部材2の耐力を増減させることができる。なお、板厚寸法tに対する幅寸法Wが大きくなりすぎると、せん断遅れや板要素の座屈の影響によりデバイスの性能が低下する可能性があるため、U形部材2は、断面直交方向の幅寸法Wを、断面方向の板厚寸法tの40倍以下とすることがよく、さらには30倍以下とすることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 22 showing an analysis result in which the width dimension W of the
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。 As mentioned above, although the example of the embodiment of the present invention was explained in detail, any of the above-mentioned embodiments only shows the example of the embodiment in the case of carrying out the present invention. The scope should not be interpreted as limiting.
例えば、本発明を適用した耐震壁構造1は、U形部材2の湾曲部21が上下方向に配置されることで、U形部材2が縦向きに設けられるが、これに限らず、U形部材2の湾曲部21が左右方向に配置されることで、U形部材2が横向きに設けられてもよい。
For example, the earthquake
U形部材2の寸法(幅寸法W、板厚寸法t、湾曲部21の外法半径R、中間部22の高さ寸法Ls、固定部23の高さ寸法Lf等)についても、任意に設定することができることは言うまでもない。
The dimensions (width dimension W, plate thickness dimension t, external radius R of
また、U形部材2の断面形状は、略湾曲状の湾曲部21、略直線状に延びる中間部22、略直線状に延びる固定部23に限ったものではない。U形部材2の湾曲部21は、図23(a)に示す略半円弧状に限らず、図23(b)〜図23(e)に示すような略半多角形状(八角形、六角形、四角形、ひし形 など)であってもよく、略半多角形状の折れ曲り部BにはU形部材2の成形性(プレス加工、切断加工など)を考慮して任意の曲げ半径を有した折れ曲り部BRを設けてもよい。略半円弧状から略半多角形状にすることにより、U形部材2の剛性と耐力の大きさを制御することができ、また、折れ曲り部を、任意の曲げ半径を有した折れ曲り部とすることにより、U形部材2が断面方向に変形した際のU形部材2に生じるひずみの大きさを制御することができる。
Further, the cross-sectional shape of the
さらに、U形部材2の断面形状は、図24(a)に示す略半円弧状とした略湾曲状の湾曲部21、略直線状に延びる中間部22の形状に限らず、図24(b)〜図24(e)に示すような変形形態とすることもできる。図24(b)は略半楕円状に湾曲した湾曲部21の断面形状、図24(c)は断面方向において一対の中間部22よりも外側に突出した湾曲部21の断面形状、図24(d)は断面方向において一対の中間部22よりも外側に突出した湾曲部21の湾曲形状が中間部22まで連続した断面形状、図24(e)は断面方向において一対の中間部22よりも外側に突出した湾曲部21の湾曲形状が中間部22まで連続しながら中間部22において反曲する断面形状であり、これらの断面形状のようにU形部材2は様々な断面形状の略U形状として形成することができる。湾曲形状を円弧状から楕円状する、湾曲形状の曲げ半径を変化させる、また、一対の中間部22の外側の寸法と湾曲部21の外径寸法の大小関係を変えることで、U形部材2の剛性や耐力、U形部材2が断面方向に変形した際のU形部材2に生じるひずみの大きさを制御することができる。
Furthermore, the cross-sectional shape of the
また、U形部材2を構成する素材の特性(降伏応力σy、ヤング係数、伸び等)も任意に設定することができ、素材の種類についても鋼材に限らずアルミニウムや鉛、これらを含む合金等を適用することができる。
In addition, the characteristics (yield stress σy, Young's modulus, elongation, etc.) of the material constituting the
1 :耐震壁構造
2 :U形部材
21 :湾曲部
21a :両端部
22 :中間部
22a :端部
23 :固定部
3 :支持材
30 :デバイス締結材
30e :デバイス締結材の角
30r :デバイス締結材の面取
40 :デバイス接合材
40r :デバイス接合材の面取
J1 :(デバイス締結材とU形部材の)接合
J1a :ボルト
J1b :ナット
J2 :(枠締結材と枠材の)接合
31 :枠締結材
32 :補剛材
8 :枠体
80 :内部
81 :横枠
82 :縦枠
α :面内方向
β :面外方向
X :奥行方向
Y :幅方向
Z :高さ方向
F :水平力
Δ :水平変位
P :(U形部材の)荷重
δ :(U形部材の)変形(変位)
G :断面直交方向に作用する力
K :変形拘束
B :折れ曲り部
BR :(任意の曲げ半径を有した)折れ曲り部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: 1 Seismic wall structure 2: U-shaped member 21:
G: Force acting in the direction orthogonal to the cross section K: Deformation constraint B: Bent part BR: Bent part (with an arbitrary bending radius)
Claims (4)
横枠及び縦枠を組み合わせた枠体と、前記枠体の内部に設けられて耐震デバイスとなるU形部材と、前記U形部材が前記枠体の内部で支持される支持材とを備え、
前記U形部材は、断面方向で略U形状に形成されて、湾曲部と、前記湾曲部の両端部から連続して延びる一対の中間部と、一対の前記中間部の端部から連続して延びる一対の固定部とを有して、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、前記支持材に取り付けられ、
前記U形部材は、前記湾曲部の両端部から高さ方向に離間した位置で、前記固定部のみが前記支持材に固定されること
を特徴とする耐震壁構造。 It is a seismic wall structure in which seismic devices are provided in the construction surface, and
A frame formed by combining a horizontal frame and a vertical frame, a U-shaped member provided inside the frame to be a seismic device, and a support member supported by the U-shaped member inside the frame;
The U-shaped member is formed in a substantially U-shape in a cross-sectional direction, and is continuous from a curved portion, a pair of intermediate portions continuously extending from both ends of the curved portion, and an end portion of the pair of intermediate portions A pair of extending fixing parts, which are attached to the support as resistance to a force acting in a direction orthogonal to the cross section ,
Shear wall structure wherein the U-shaped member, at a position spaced apart in the height direction from both ends of the curved portion, in which only the fixing portion is characterized Rukoto is fixed to the support member.
を特徴とする請求項1記載の耐震壁構造。 The U-shaped member is formed to extend in the cross-sectional orthogonal direction as resisting a force acting in the cross-sectional orthogonal direction, and the width dimension of the U-shaped member in the cross-sectional orthogonal direction is the cross-sectional direction of the U-shaped member The seismic wall structure according to claim 1, wherein the wall thickness is at least three times the plate thickness dimension of
を特徴とする請求項1又は2記載の耐震壁構造。 In the U-shaped member, a pair of the fixing portions is provided such that the in-plane direction of the frame formed by the horizontal frame and the vertical frame is substantially parallel to the cross-sectional direction formed in a substantially U-shape. The shear wall structure according to claim 1 or 2, which is attached to the support member in a state of extending in substantially the same direction.
を特徴とする請求項1又は2記載の耐震壁構造。 The U-shaped member has a pair of in-plane directions orthogonal to each other, in which the in-plane direction of the frame formed by the horizontal frame and the vertical frame is substantially orthogonal to the cross-sectional direction formed in a substantially U shape. The earthquake resistant wall structure according to claim 1 or 2, wherein the fixing portions are attached to the support member in a state where they are inclined in different directions.
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