JP3221088U

JP3221088U - 耐力壁

Info

Publication number: JP3221088U
Application number: JP2019000482U
Authority: JP
Inventors: 河合　良道; 良道河合; 藤内　繁明; 繁明藤内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2029-02-13

Abstract

【課題】縦材と壁面材とを有する耐力壁において、縦材と壁面材との接合部の配置を適正化して、接合部の数の削減を図る。
【解決手段】耐力壁は、上下方向に延びる一対の縦材（縦枠材２６）と、一対の縦材にそれぞれ接合され、縁部に環状リブが設けられた開口部５４が上下方向に間隔をあけて形成された壁面材５０と、縦材と壁面材とを上下方向に間隔をあけて接合する接合部６０と、を備えており、接合部が開口部間の側方よりも開口部の側方で密に配置されている。
【選択図】図３

Description

本考案は、耐力壁に関する。

特許文献１には、物の上下の水平部材に接合される一対の縦材と、一対の縦材に接合され、複数のバーリング孔が上下に１列に形成された壁面材と、を備える耐力壁が開示されている。この耐力壁では、縦材と壁面材が上下に略一定の間隔をあけてねじ込まれたドリルねじによって接合されている。

特許５８０５８９３号公報

ところで、耐力壁の壁面材は、せん断変形の初期段階ではほぼ剛体として挙動すると考えられてきた。すなわち、縦材と壁面材の接合部（ドリルねじによる接合部）にはせん断力が均一に伝達されると考えられてきた。そのため、耐力壁では、縦材と壁面材の接合部が略一定間隔で設けられている。しかし、市場では、縦材と壁面材の接合部の配置を適正化することで、接合部の数量を削減することが望まれている。

本考案は上記事実を考慮し、縦材と壁面材とを有する耐力壁において、縦材と壁面材との接合部の配置を適正化して、接合部の数の削減を図ることを課題とする。

本考案の請求項１に記載の耐力壁は、上下方向に延びる一対の縦材と、一対の前記縦材にそれぞれ接合され、縁部に環状リブが設けられた開口部が前記上下方向に間隔をあけて形成された壁面材と、前記縦材と前記壁面材とを上下方向に間隔をあけて接合する接合部と、を備え、前記接合部は、前記開口部間の側方よりも前記開口部の側方で密に配置されている。

耐力壁のせん断変形時において、縦材と壁面材の接合部のうち、開口部間の側方に位置する接合部に作用するせん断力よりも、開口部側方に位置する接合部に作用するせん断力が大きい。このため、請求項１に記載の耐力壁では、縦材と前記壁面材との接合部を開口部間の側方よりも開口部の側方で密に配置している。これにより、請求項１に記載の耐力壁は、例えば、壁面材と縦材との接合部を一定間隔で設ける構成（従来の構造）と比べて、縦材と壁面材との接合部の配置が適正化されて、接合部の数が削減可能となる。

本考案の請求項２に記載の耐力壁は、請求項１に記載の耐力壁において、前記開口部間の側方に位置する前記接合部の配置間隔は、前記開口部の側方に位置する前記接合部の配置間隔の２倍以上である。

請求項２に記載の耐力壁では、開口部間の側方に位置する接合部の配置間隔を開口部の側方に位置する接合部の配置間隔の２倍以上としていることから、例えば、２倍未満の構成と比べて、接合部の数が削減可能となる。

本考案の請求項３に記載の耐力壁は、請求項１又は請求項２に記載の耐力壁において、前記開口部が、円形である。

請求項３に記載の耐力壁では、壁面材の開口部を円形としていることから、例えば、開口部を多角形状とした構成と比べて、応力集中が緩和されて、せん断変形に対する剛性及び耐力が向上する。

本考案の請求項４に記載の耐力壁は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐力壁において、一方の前記縦材の前記上下方向に隣接する前記接合部の中心を通る第１中心線と前記上下方向に隣接する前記開口部のうち、一方の前記開口部の中心を通り水平方向に延びる第１水平線との第１交点から、他方の前記縦材の前記上下方向に隣接する前記接合部の中心を通る第２中心線と前記上下方向に隣接する前記開口部のうち、他方の前記開口部の中心を通り水平方向に延びる第２水平線との第２交点へ向けて延びる直線が前記上下方向に対して３０度〜６０度の範囲で傾斜している。

請求項４に記載の耐力壁では、第１交点から第２交点へ向けて延びる直線が上下方向に対して３０度〜６０度の範囲で傾斜するように、上下方向に隣接する開口部の中心間距離を設定している。これにより、上記耐力壁では、開口部の配置間隔が適正化される。

本考案に係る耐力壁は、縦材と壁面材との接合部の配置が適正化されて、接合部の数が削減可能となる、という優れた効果を有する。

本実施形態の耐力壁の正面図である。図１に示される耐力壁の枠材の正面図である。図１の矢印３Ｘで指し示す部分を拡大した拡大図である。図１に示される耐力壁の枠材と壁面材とを接合する各接合部に作用するせん断力の大きさを矢印の長さで示す図３に対応する部分の拡大図である。図１の６Ｘ−６Ｘ線に沿って切断した耐力壁の断面図である。図１の７Ｘ−７Ｘ線に沿って切断した耐力壁の断面図である。比較例の耐力壁の正面図である。図７に示される耐力壁の枠材と壁面材とを接合する各接合部に作用するせん断力の分布を示す分布図である（耐力壁の層間変形角１／１００００時）。図７に示される耐力壁の枠材と壁面材とを接合する各接合部に作用するせん断力の分布を示す分布図である（耐力壁の層間変形角１／１０００時）。図７に示される耐力壁の枠材と壁面材とを接合する各接合部に作用するせん断力の分布を示す分布図である（耐力壁の層間変形角１／３００時）。その他の本実施形態の耐力壁の図３に対応する部分の拡大図である。その他の本実施形態の耐力壁の図３に対応する部分の拡大図である。その他の本実施形態の耐力壁の正面図である。

図１〜図６を用いて本考案の実施形態に係る耐力壁について説明する。なお、図中に示された矢印Ｕは、本実施形態の耐力壁が適用される建物の上方向を示している。また、図中に示された矢印Ｗは、耐力壁の幅方向を示している。なお、本実施形態では、耐力壁の幅方向と建物の水平方向が一致している。

図１に示されるように、本実施形態の耐力壁２０は、枠材２２と、壁面材５０と、接合部６０と、を備えている。

図１及び図２に示されるように、枠材２２は、矩形状に形成されている。この枠材２２は、水平方向に間隔をあけて配置され、上下方向に延びる縦枠材２４、２６、２８と、縦枠材２４、２６、２８の各々の上端を水平方向につなぐ横枠材３０と、縦枠材２４、２６、２８の各々の下端を水平方向につなぐ横枠材３２と、備えている。

なお、本実施形態の縦枠材２４、２６、２８は、本考案における縦材の一例である。

（縦枠材２４）
図２に示されるように、縦枠材２４は、枠材２２の幅方向（図中矢印Ｗ方向）一方側（図２及び図５では左側）の部分を形成している。なお、本実施形態では、枠材２２の幅方向と耐力壁２０の幅方向は一致している。

この縦枠材２４は、図５及び図６に示されるように、幅方向外側の外枠部分を形成する角形鋼管３４と、幅方向内側の内枠部分を形成し、縦枠材２６側（言い換えると、枠材２２の幅方向他方側（図２及び図５では右側））が開放された断面がＣ字形状の形鋼３６と、を備えている。

角形鋼管３４は、断面が正方形状とされており、枠材２２の厚み方向（図中矢印Ｔ方向）に２つ並べて配置されている。これらの角形鋼管３４は、溶接により接合されている。

形鋼３６は、リップ溝形鋼であり、ウェブ部３６Ａの外面が角形鋼管３４の枠内側（枠材２２の内側）の面に接合されている。具体的には、形鋼３６は、２つの角形鋼管３４にドリルねじ３８を用いてそれぞれ接合されている。なお、本考案は上記構成に限定されず、例えば、溶接などの他の方法を用いて形鋼３６と角形鋼管３４を接合してもよい。また、形鋼３６の内面には、断面Ｃ字状の補強部材４０が接合されている。この補強部材４０は、溝形鋼であり、ウェブ部４０Ａの外面及び両フランジ部４０Ｂの外面が形鋼３６のウェブ部３６Ａの内面及び両フランジ部３６Ｂの内面にそれぞれ接合されている。なお、形鋼３６と補強部材４０の接合方法は、特に限定されない。例えば、溶接で形鋼３６と補強部材４０を接合してもよい。

（縦枠材２６）
図２に示されるように、縦枠材２６は、縦枠材２４と縦枠材２８の間に配置されており、枠材２２の幅方向中央部に位置する部分を形成している。

この縦枠材２６は、図５及び図６に示されるように、縦枠材２８側（言い換えると、枠材２２の幅方向他方側）が開放された断面がＣ字形状の形鋼４２と、を備えている。

（縦枠材２８）
図２に示されるように、縦枠材２８は、枠材２２の幅方向他方側（図２及び図５では右側）の部分を形成している。

この縦枠材２８は、図５及び図６に示されるように、縦枠材２６を挟んで縦枠材２４と対称に構成されている。具体的には、縦枠材２８は、外枠部分を形成する角形鋼管３４と、内枠部分を形成し、縦枠材２６側（言い換えると、枠材２２の幅方向一方側（図２及び図５では左側））が開放された形鋼３６と、形鋼３６を補強する補強部材４０とを備えている。

図２に示されるように、横枠材３０は、断面が矩形状の角形鋼管によって形成されている。この横枠材３０には、縦枠材２４、２６、２８の各々の上端がねじやボルト等のファスナー又は溶接等によって接合されている。

図２に示されるように、横枠材３２は、横枠材３０と同様に、断面が矩形状の角形鋼管によって形成されている。この横枠材３０には、縦枠材２４、２６、２８の各々の下端がねじやボルト等のファスナー又は溶接等によって接合されている。

図２に示されるように、枠材２２は、横枠材３０と横枠材３２の水平方向の相対変位に対する剛性を補強するための補剛部材４４、４６を備えている。補剛部材４４は、縦枠材２４と縦枠材２６との間で且つ上下方向の略中央部に配置されている。また、補剛部材４４は、一端が縦枠材２４にドリルねじ４８で接合され、他端が縦枠材２６にドリルねじ４８で接合されている。一方、補剛部材４６は、縦枠材２４と縦枠材２６との間で且つ上下方向の略中央部に配置されている。また、補剛部材４６は、一端が縦枠材２６に補剛部材４４の他端と共にドリルねじ４８で接合され、他端が縦枠材２８にドリルねじ４８で接合されている。なお、枠材２２の剛性が確保される場合には、補剛部材４４、４６を省略してもよい。

（壁面材５０）
図１に示されるように、壁面材５０は、矩形状に形成された鋼板であり、枠材２２に接合されている。本実施形態の耐力壁２０では、壁面材５０を２枚用いており、一の壁面材５０が縦枠材２４と縦枠材２６に接合され、他の壁面材５０が縦枠材２６と縦枠材２８に接合されている。具体的には、一の壁面材５０の幅方向の両端部が一対の縦材である縦枠材２４及び縦枠材２６にそれぞれ複数のドリルねじ５２を用いて接合されている。また、他の壁面材５０の幅方向の両端部が一対の縦材である縦枠材２６及び縦枠材２８にそれぞれ複数のドリルねじ５２を用いて接合されている。なお、２枚の壁面材５０は、同一寸法であるが、本考案はこの構成に限定されない。

なお、一の壁面材５０と縦枠材２４及び縦枠材２６との接合のためにドリルねじ５２がねじ込まれた部分、及び、他の壁面材５０と縦枠材２６及び縦枠材２８との接合のためにドリルねじ５２がねじ込まれた部分、を接合部６０と称する。

また、壁面材５０には、図２に示されるように、上下方向に間隔をあけて複数（本実施形態では７つ）の開口部５４が形成されている。この開口部５４は、円形とされている。また、開口部５４の縁部には、壁面材５０と一体に形成された環状リブ５６が形成されている。また、本実施形態では、壁面材５０となる鋼板にバーリング加工を実施して開口部５４及び環状リブ５６が形成されている。なお、本考案は上記構成に限定されず、例えば、壁面材５０となる鋼板に開口を形成し、この開口の縁部に円環状部材を接合して開口部５４及び環状リブ５６を形成してもよい。
また、本実施形態では、７つの開口部５４が上下方向に１列となるように形成されている。そして、１列に並んだ開口部５４は、壁面材５０の幅方向の中心に対してオフセットしている（すなわち、幅方向の一方側又は他方側に寄っている）。

また、一の壁面材５０の上端部と他の壁面材５０の上端部は、横枠材３０にそれぞれ複数のドリルねじ５２を用いて接合されている。そして、一の壁面材５０の下端部と他の壁面材５０の下端部は、横枠材３２にそれぞれ複数のドリルねじ５２を用いて接合されている。

（接合部６０）
図３及び図４に示されるように、接合部６０は、上下方向に間隔をあけて複数形成されている。これらの接合部６０は、開口部５４間の側方よりも開口部５４の側方で密に配置されている。このため、開口部５４間の側方に位置する接合部６０の配置間隔Ｌ１が、開口部５４の側方に位置する接合部６０の配置間隔Ｌ２よりも広くなっている。なお、配置間隔Ｌ１は、配置間隔Ｌ２の２倍以上とすることが好ましい。

なお、ここでいう開口部５４の側方とは、開口部５４の側方領域（図３では、矢印Ｒ１）を指し、開口部５４間の側方とは、上下方向に隣接する開口部５４間の側方領域（図３では、矢印Ｒ２）を指している。

また、本実施形態では、開口部５４の側方に３つの接合部６０が配置され、開口部５４間の側方に２つの接合部６０が配置されている。

また、本実施形態では、縦枠材２４の上下方向に隣接する接合部６０の中心を通る第１中心線ＣＬ１と上下方向に隣接する開口部５４のうち、一方の開口部５４の中心を通り水平方向に延びる第１水平線ＨＬ１との第１交点Ｐ１から、縦枠材２６の上下方向に隣接する接合部６０の中心を通る第２中心線ＣＬ２と上下方向に隣接する開口部５４のうち、他方の開口部５４の中心を通り水平方向に延びる第２水平線ＨＬ２との第２交点Ｐ２へ向けて延びる直線ＳＬが上下方向に対して３０度〜６０度の範囲で傾斜している。なお、図３では、直線ＳＬの上下方向に対する角度をθで示している。

また、上下方向に隣接する開口部５４の中心間距離Ｄ１は、縦枠材２４における接合部６０と縦枠材２６における接合部６０との間の水平距離Ｄ２よりも短くなっている。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

従来から耐力壁のせん断変形の初期段階では、壁面材がほぼ剛体として挙動する(壁面材と縦材の接合部にはせん断力が均一に伝達される)と仮定されてきた。このため、接合部の配置間隔は、最も大きいせん断力に対応する配置間隔を基準として、略一定間隔とされてきた（図７には、接合部６０の配置間隔を略一定とした耐力壁７０を示す）。しかし、本考案者らは、壁面材と縦材との接合部の数量を削減する（ドリルねじの数量を削減する）ため、接合部６０の配置間隔が略一定とされた耐力壁７０における壁面材５０の面内せん断挙動を分析し、各接合部６０に伝達される力（せん断力）を定量化することで、接合部６０に必要とされる耐力を見極めた。その結果、耐力壁７０のせん断変形の初期段階から、接合部６０に作用するせん断力が均一でないことが明らかとなった（図８〜図１０参照）。具体的には、図８〜図１０に示されるように、壁面材５０の開口部５４側方に位置する接合部６０に作用するせん断力は、上下に隣接する開口部５４間側方に位置する接合部６０に作用するせん断力を超えることが明らかになった。これらを考慮して本考案者らは、本考案の開発に至った。

本実施形態の耐力壁２０では、例えば、地震等によって、耐力壁２０の上部と下部を水平方向に相対変位させる力（水平荷重）が入力されると、図４に示されるように、縦枠材２４及び縦枠材２６の各接合部６０にせん断力がそれぞれ伝達される。ここで、比較例の耐力壁７０に示されるように、接合部６０を略一定間隔で配置した場合、各々の接合部６０のうち、開口部５４間の側方に位置する接合部６０に作用するせん断力よりも、開口部５４側方に位置する接合部６０に作用するせん断力が大きくなる。このため、耐力壁２０では、接合部６０を開口部５４間の側方よりも開口部５４の側方で密に配置している（図３及び図４参照）。これにより、耐力壁２０は、例えば、接合部の配置間隔を略一定とする構成（比較例の耐力壁７０）と比べて、縦枠材２４、２６、２８と壁面材５０との接合部６０の配置が適正化されて、接合部６０の数が削減可能となる。なお、図４に示されるように、接合部６０を開口部５４間の側方よりも開口部５４の側方で密に配置することで、各々の接合部６０に伝達されるせん断力ＳＦが略均等に近づく。

また、耐力壁２０では、開口部５４間の側方に位置する接合部６０の配置間隔Ｌ２を開口部５４の側方に位置する接合部６０の配置間隔Ｌ１の２倍以上としていることから、例えば、２倍未満の構成と比べて、接合部の数が削減可能となる。

さらに耐力壁２０では、壁面材５０の開口部５４を円形としていることから、例えば、開口部５４を多角形状とした構成と比べて、応力集中が緩和されて、せん断変形に対する剛性及び耐力が向上する。

またさらに耐力壁２０では、第１交点Ｐ１から第２交点Ｐ２へ向けて延びる直線ＳＬが上下方向に対して３０度〜６０度の範囲で傾斜するように、上下方向に隣接する開口部の中心間距離Ｄ１を設定している。これにより、耐力壁２０では、開口部５４の配置間隔が適正化される。

そして、耐力壁２０では、中心間距離Ｄ１を水平距離Ｄ２よりも短くしていることから、地震による水平荷重が耐力壁２０に伝達された際に、壁面材５０において、接合部６０と開口部５４との水平方向の中間部のせん断応力（ミーゼス応力）値を上下方向に隣接する開口部５４間の上下方向の中間部のせん断応力値よりも低くすることができる。これにより、一対の縦材（縦枠材２４と縦枠材２６、または縦枠材２６と縦枠材２８）に生じる水平方向へのせん断応力が低減される。その結果、壁面材５０において上下方向に隣接する開口部５４間の上下方向の中間部が変形する前に、壁面材５０と一対の縦材との接合部６０が変形することが抑制され、地震エネルギーを安定して吸収することが可能となる。

前述の実施形態の耐力壁２０では、枠材２２と壁面材５０との接合にドリルねじ５２を用いているが、本考案はこの構成に限定されない。例えば、ドリルねじ５２の代わり釘を用いてもよい。また、枠材２２と壁面材５０をスポット溶接で接合してもよい。スポット溶接を用いた場合は、枠材２２と壁面材５０の溶接された部分を接合部と称する。

前述の実施形態の耐力壁２０では、壁面材５０に下孔を形成していないが、本考案はこの構成に限定されず、壁面材５０に下孔又は孔開け用の目印を形成してもよい。

前述の実施形態の耐力壁２０では、開口部５４の側方に３つの接合部６０が配置され、開口部５４間の側方に２つの接合部６０が配置されているが、本考案はこの構成に限定されない。図１１に示されるように、開口部５４の側方に３つの接合部６０が配置され、開口部５４間の側方に１つの接合部６０が配置される構成でもよいし、図１２に示されるように、開口部５４の側方に３つの接合部６０が配置され、開口部５４間の側方に接合部６０が配置されない構成でもよい。

前述の実施形態の耐力壁２０は、壁面材５０が枠材２２に接合されて構成されているが、本考案はこの構成に限定されない。例えば、図１３に示される耐力壁８０のように、上下方向に延びて、上端及び下端が建物の水平部材ＨＭ１、ＨＭ２に連結される一対の縦材８２にドリルねじ５２を用いて壁面材８４を接合してもよい。なお、壁面材８４には、壁面材５０と同様に、開口部５４と環状リブ５６が形成されており、耐力壁２０と同様の作用並びに効果が得られる。

以上、本考案の一実施形態について説明したが、本考案は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

２０耐力壁
２４縦枠材（縦材）
２６縦枠材（縦材）
２８縦枠材（縦材）
５０壁面材
５４開口部
５６環状リブ
６０接合部
８０耐力壁
８２縦材
８４壁面材
ＣＬ１第１中心線
ＣＬ２第２中心線
ＨＬ１第１水平線
ＨＬ２第２水平線
Ｐ１第１交点
Ｐ２第２交点
Ｒ１開口部の側方領域（開口部の側方）
Ｒ２開口部間の側方領域（開口部間の側方）
ＳＬ直線

Claims

上下方向に延びる一対の縦材と、
一対の前記縦材にそれぞれ接合され、縁部に環状リブが設けられた開口部が前記上下方向に間隔をあけて形成された壁面材と、
前記縦材と前記壁面材とを上下方向に間隔をあけて接合する接合部と、
を備え、
前記接合部は、前記開口部間の側方よりも前記開口部の側方で密に配置されている、耐力壁。
前記開口部間の側方に位置する前記接合部の配置間隔は、前記開口部の側方に位置する前記接合部の配置間隔の２倍以上である、請求項１に記載の耐力壁。
前記開口部が、円形である、請求項１又は請求項２に記載の耐力壁。
一方の前記縦材の前記上下方向に隣接する前記接合部の中心を通る第１中心線と前記上下方向に隣接する前記開口部のうち、一方の前記開口部の中心を通り水平方向に延びる第１水平線との第１交点から、他方の前記縦材の前記上下方向に隣接する前記接合部の中心を通る第２中心線と前記上下方向に隣接する前記開口部のうち、他方の前記開口部の中心を通り水平方向に延びる第２水平線との第２交点へ向けて延びる直線が前記上下方向に対して３０度〜６０度の範囲で傾斜している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐力壁。