JP6440942B2 - 鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造 - Google Patents

Description

この発明は、鉄骨系の戸建住宅等の鉄骨造建物におけるブレース使用耐力壁構造に関する。

鉄骨系の戸建住宅としては、引張ブレース型のものが一般的であるが、近年、鉄骨系の戸建住宅の耐力壁として、紡錘型の履歴特性を持つものが各種提案されている。その例を図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図９（Ａ）の例ではブレース３１をＸ形に、図９（Ｂ）の例ではブレース３２をＫ形に配置し、これらのブレース３１，３２に、地震等により加わるエネルギーを吸収するダンパーを兼用するものを用い、またはダンパー（図示せず）を介在させている。図９（Ｃ）に示す例では、Ｘ型のブレース３４を上下に２組用い、上下の各ブレース３４の交差部にダンパー３３を介在させている。

特開２０１１−１６２９８２号公報 特許第０３６１８７２２号公報

図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す各形式の従来例では、耐力壁の両側に必ず反力を受けるための柱３５が必要である。そのため、例えば２枚連続して耐力壁を配置する場合には、柱３５が３本必要となり、その箇所に開口が設けられなくて設計自由度が限定され、コストアップの要因ともなる。軸組構造の戸建て住宅である場合、その傾向が顕著となりやすい。

図９（Ｄ）に示す型耐力壁は、先に提案した例であり（特願２０１２−２０６７７８号）、ブレース３６の上端が左側柱３７と梁３８の接合部である上側隅部に接合され、下端は紡錘型履歴のダンパー３９を介して右側柱３７の下端部に接合されている。これは、他部材に対してダンパー３９を降伏させるものであり、ブレース３６が圧縮ブレースとしても作用する。この例においても、ブレース３６の反力を受けるための柱３５が必要である。

この発明は、上記課題を解消するものであり、柱の削減が可能で、設計自由度の拡大とコストダウンが可能な鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造を提供することを目的とする。

この発明の鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造は、ブレースを用いた複数枚または１枚の耐力壁を有する鉄骨造建物において、
前記いずれかの耐力壁における前記ブレースの上端が柱と梁の接合部付近または梁に接合され、ＲＣ造基礎における柱が建てられていない箇所に下端が接合された接合金物の側面に、紡錘型履歴のダンパーの一側面が取付けられ、このダンパーの前記接合金物に取付けられた前記一側面とは反対側の側面に前記ブレースの下端が接合され、前記ブレースは、引張力と圧縮力の両方を負担する機能を有し、前記ダンパーは、互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続されかつ前記ウェブ部に接合された一対の垂直板部とを有し、これら一対の垂直板部は、それぞれ前記ダンパーの前記一側面、および前記ダンパーの前記反対側の側面を構成し、前記ウェブ部は、前記耐力壁の壁面および前記平行板部に対して傾斜を成して長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なる断面山形とされ、前記平行板部における前記ウェブ部の縁が連結される位置が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向に前記平行板部の縁から離れている。なお、上記の「柱が建てられていない箇所」とは、ブレースの下端をＲＣ造基礎に接合した箇所が、柱の直ぐ側でないことを意味する。

この構成によると、ブレースの下端を、ＲＣ造基礎に接合するので、ブレースから作用する力の反力がＲＣ造基礎で受けられ、前記反力を受ける部材として柱が不要となる。そのため、柱の削減が可能で、柱を省略した部分で開口を設けることが可能となるなど、設計自由度が拡大する共に、柱の削減によりコストダウンが可能となる。

前記ブレースは、引張力と圧縮力の両方を負担する機能を有するものである。引張力と圧縮力の両方を負担するブレースを用いると、耐力壁に用いるブレースが１本であっても、左右両方の水平力を１枚の耐力壁で負担することができ、ブレースの本数や耐力壁の枚数の削減が可能であり、設計自由度がより一層拡大する。

また、紡錘型履歴のダンパーを用いると、制振機能に優れるが、このようなダンパーを用いる場合にも、そのダンパーを介してブレースをＲＣ造基礎に接合することで、柱の削減が可能で、設計自由度の拡大とコストダウンが可能となる。

この発明の鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造において、前記鉄骨造建物が、前記ＲＣ造基礎上のモジュールの整数倍の位置に柱が建てられたモジュール設計の建物であり、前記ブレースの下端を、ＲＣ造基礎におけるモジュール位置で前記柱が建てられていない箇所に接合しても良い。上記整数倍は、１倍を含む。
このようなモジュール設計の建物においても、この発明によると、モジュール位置に柱を設けることを省略し、設計自由度の拡大とコストダウンが可能となる。

この発明の鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造は、ブレースを用いた複数枚または１枚の耐力壁を有する鉄骨造建物において、前記いずれかの耐力壁における前記ブレースの上端が柱と梁の接合部付近または梁に接合され、ＲＣ造基礎における柱が建てられていない箇所に下端が接合された接合金物の側面に、紡錘型履歴のダンパーの一側面が取付けられ、このダンパーの前記接合金物に取付けられた前記一側面とは反対の側面に前記ブレースの下端が接合され、前記ブレースは、引張力と圧縮力の両方を負担する機能を有し、前記ダンパーは、互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続されかつ前記ウェブ部に接合された一対の垂直板部とを有し、これら一対の垂直板部は、それぞれ前記ダンパーの前記一側面、および前記ダンパーの前記反対側の側面を構成し、前記ウェブ部は、前記耐力壁の壁面および前記平行板部に対して傾斜を成して長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なる断面山形とされ、前記平行板部における前記ウェブ部の縁が連結される位置が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向に前記平行板部の縁から離れているため、柱の削減が可能で、設計自由度の拡大とコストダウンが可能となる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造の正面図、（Ｂ）は同ブレース使用耐力壁構造の模式図である。 （Ａ）は同ブレース使用耐力壁構造に組み込まれるダンパーの正面図、（Ｂ）は同破断側面図、（Ｃ）は同斜視図である。 （Ａ）は同ダンパーの変形例の正面図、（Ｂ）は同破断側面図、（Ｃ）は同斜視図である。 同ブレース使用耐力壁構造を用いた鉄骨造建物での応力集中緩和の説明図である。 他の実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造の正面図である。 上記いずれかの実施形態のブレース使用耐力壁構造を用いた鉄骨造建物の立面シルエットの各例を示す説明図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造の正面図、（Ｂ）は同ブレース使用耐力壁構造の模式図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造の正面図、（Ｂ）は同ブレース使用耐力壁構造の模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は従来例の概略図を示し、（Ｄ）は提案例の概略図を示す。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１（Ａ）は、鉄骨系の戸建て住宅の耐力壁を示し、同図（Ｂ）は同耐力壁２０を模式化して示している。なお、この耐力壁２０を用いる建物は、事務所や工場等の建物であっても良い。
この鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造では、図１（Ａ）のようにブレース２４を用いた複数枚または１枚の耐力壁２０を有する鉄骨造建物において、いずれかの耐力壁２０における前記ブレース２４の上端を柱２１と梁２２との接合部付近に接合し、ブレース２４の下端を、前記柱２１の柱脚を接合したＲＣ造基礎１０における柱が建てられていない箇所に接合している。ブレース２４の上端は、柱２１と梁２２のいずれに接合しても、また両方に接合しても良い。なお、前記耐力壁２０は前記柱２１、梁２２、ブレース２４等のフレーム材と、外装面材や内装面材等の面材とで構成されるが、面材については説明を省略する。

この実施形態は、前記鉄骨造建物が、モジュールの整数倍（１倍を含む）の位置でＲＣ造基礎１０上に柱２１が建てられたモジュール設計の建物である場合を例示しており、前記ブレース２４の下端は、ＲＣ造基礎１０におけるモジュール位置で前記柱２１が建てられていない箇所に接合している。ブレース２４の下端は、具体的には、ダンパー１および接合金物１１を介してＲＣ造基礎１０に接合している。柱２１は、その柱脚が、ＲＣ造基礎１０の天端面から突出するアンカーボルト（図示せず）によりＲＣ造基礎１０に接合され、前記接合金物１１は、柱２１と同様に、ＲＣ造基礎１０の天端面から突出するアンカーボルト（図示せず）によりＲＣ造基礎１０に下端が接合されている。

前記ダンパー１は、紡錘型の履歴特性を持つ構成のものとされ、また前記ブレース２４として、引張力と圧縮力の両方を負担する機能，断面性能を有するものが用いられる。柱２１は、角パイプやリップ溝形鋼等の形鋼、梁２２はＨ形鋼やリップ溝形鋼等の形鋼、ブレース２４には角パイプやリップ溝形鋼等の形鋼等が用いられ、いずれも軽量形鋼または重量鉄骨が用いられる。

前記ダンパー１は、耐力壁２０に組み込まれて、地震などにより加わるエネルギーを吸収する部材である。この例では前記ダンパー１は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に正面図、破断側面図、斜視図で示すように、互いに上下に位置して平行に配置される一対の平行板部２，２と、これら平行板部２を連結するエネルギー吸収用の板状のウェブ部３と、前記一対の平行板部２，２の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部４，４とでなる。前記一対の平行板部２，２および垂直板部４，４は帯鋼等の平板状の鋼板からなり、ウェブ部３は後述の鋼材からなる。平行板部２，２とウェブ部３、および平行板部２，２と垂直板部４，４とは、隅肉溶接等の溶接により接合され、ウェブ部３と垂直板部４，４とも隅肉溶接等で接合されている。

一対の垂直板部４，４は、震動により耐力壁２０の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合される。この実施形態の耐力壁２０では、ブレース２４の下端に図２（Ａ）における左側の垂直板部４が接合され、右側の垂直板部４は接合金物１１を介してＲＣ造基礎１０に接合される。

ダンパー１のウェブ部３は、その表面が耐力壁２０の壁面に対して出入り方向の傾斜を成すように配置される。すなわち、図２（Ｂ）において、紙面の上下が耐力壁２０の上下に対応し、紙面の幅方向が耐力壁２０の厚み方向（前記出入り方向）に対応し、耐力壁２０の壁面は紙面に対して垂直である。ここでは、ウェブ部３の長手方向の一部が耐力壁２０の壁面に対して所定角度の傾斜を成し、ウェブ部３の長手方向の他部が前記壁面に対して前記傾斜角度と異なる角度の傾斜を成すように断面山形とされている。ウェブ部３を断面山形とするため、ここでは２枚の帯鋼等の平板状の鋼板１３Ａ，１３Ｂを互いに隅肉溶接等により接合してウェブ部３が構成される。これにより、ダンパー１の全体の断面はＭ字形とされる。すなわち、ウェブ部３の上側部分となる鋼板１３Ａは壁面に対して下向きに傾斜し、ウェブ部３の下側部分となる鋼板１３Ｂは壁面に対して上向きに傾斜した姿勢となる。

前記ダンパー１の作用、効果を説明する。垂直板部４は、ウェブ部３の鋼板１３Ａ，１３Ｂの荷重を伝達する。このダンパー１では、そのウェブ部３が、耐力壁２０の壁面に対して出入り方向の傾斜を成しているので、高い変形能力が得られる。そのため、材料として低降伏点鋼を用いたり、ウェブ部３にスリットなどの加工を施すことなく、地震などにより耐力壁２０の壁面に沿う水平方向の荷重を受けたとき、十分な変形能力を確保することができる。

図３は、前記ダンパー１の変形例を示す。この例では、ダンパー１のウェブ部３が帯板鋼等の鋼板を曲げ加工してなり、その断面形状は全体的にはＶ字状であって、突出端３ａが円弧状ないし楕円状となった形状とされている。すなわち、ウェブ部３の長手方向の一部が耐力壁２０の壁面に対して所定角度を成す傾斜部３Ａとされ、ウェブ部３の長手方向の他部が前記壁面に対して前記傾斜角度と異なる角度の傾斜部３Ｂとされ、２つの傾斜部３Ａ，３Ｂが付き合わさる突出端３ａの断面が円弧状ないし楕円状とされる。その他の構成および作用効果は、図２に示したダンパー１の例と略同様である。

この鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造によると、上記のように１枚の耐力壁２０におけるブレース２４の上端を柱２１と梁２２の接合部付近に接合し、ブレース２４の下端を、ＲＣ造基礎１０に接合しているため、ＲＣ造基礎１０でブレース２４の反力が受けられる。そのため、１枚の耐力壁２０において柱２１を１本削減することが可能で、設計自由度の拡大とコストダウンが可能となる。例えば、柱２１が省略されていると、その位置に大きな窓等の開口を設けることが可能となる。なお図１（Ｂ）では削減される柱２１を破線で示している。

また、柱２１が削減されることにより、ＲＣ造基礎１０や柱脚接合部への応力集中緩和も可能となる。例えば、図４に示すように、１階部分と２階部分にわたって連層で耐力壁２０，２０Ａが配置されるとき、２階の耐力壁２０Ａからの反力が左右の柱に分散して流れるため、柱２１が削減されない場合に比べて１階の耐力壁２０におけるＲＣ造基礎１０での柱脚部（柱が省略された部分）に作用する力が緩和される。なお、図４における各矢印は鉄骨造建物に作用する各力を示し、省略された柱２１を破線で示している。

図５は、上記ダンパー１を用いた１階部分の耐力壁２０におけるダンパー１の設置構造の変形例を示す。この例では、ブレース２４の上端は接合金物１２を介して柱２１と梁２２との接合部付近で柱２１に接合され、ブレース２４の下端は、上側の接合金物１１Ａと、ダンパー１と、下側の接合金物１１Ｂとを介して、ＲＣ造基礎１０に接合されている。ダンパー１は、具体的には、片方の垂直板部４（図２参照）が上側の接合金物１１Ａに、もう片方の垂直板部４が下側の接合金物１１Ｂに接合されている。
柱２１は、図１の実施形態と同様にアンカーボルト（図示せず）によってＲＣ造基礎１０に接合され、下側の接合金物１１Ｂが柱２１と同様にアンカーボルト（図示せず）によってＲＣ造基礎１０に接合されている。上側の接合金物１１Ａとブレース２４の下端とは溶接等によって接合されている。

なお、同図の１階部分の耐力壁２０を用いた建物を、図４の例のような２階建の建物に適用する場合、２階部分の耐力壁２０Ａは、１階部分の耐力壁２０とブレース２４が左右逆向きに配置され、そのブレース２４の下端は、例えば１階部分と同様の接合金物１１Ａ，１１Ｂおよびダンパー１を介して梁２２に接合される。

また、上記各実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造によると、柱２１の削減が可能になることから、図６（Ａ），（Ｂ）のように斜面２６がある敷地でも、この斜面２６上に建物１００の一部が位置し、または近接するように、斜面２６側の外壁面１０１の１階部分または全体を傾斜させて、敷地上の空間を有効に利用できる立面シルエットの鉄骨造建物１００が構築できる。
また、図６（Ｃ）〜（Ｅ）のような建物１００の妻面となる外壁面１０１に傾斜部を有する特殊な立面シルエットの鉄骨造建物を構築できる。なお、図６（Ｃ）〜（Ｅ）において、１点鎖線は外壁面１０１の変形例を示す。図６（Ｃ）は、外壁面１０１が１〜２階に渡って上側が突出するように傾斜した例（図６（Ｂ）の例と同じ）を実線で示し、各階部分の外壁面１０１がそれぞれ上側引っ込み形状に傾斜した例を一点鎖線で示す。図６（Ｄ）は、外壁面１０１が１階部分では上側引っ込み形状に、２階部分が上側突出形状とされた例を実線で示し、１階部分では上側突出形状に、２階部分が上側引っ込み形状とされた例を１点実線で示す。図６（Ｅ）は、外壁面１０１が１階部分および２階部分に渡って上側引っ込み形状とされた例を実線で示し、１階部分が上側突出形状、２階部分が上側引っ込み形状とされた例を１点鎖線で示す。図６のいずれの例も、外壁面は前記ブレース２４の傾斜に沿わせている。

なお、上記各実施形態では、ブレース２４の下端を、ダンパー１を介してＲＣ造基礎１０に接合したが、ブレース２４の下端はＲＣ造基礎１０に、ダンパー１を介在させることなく接合しても良い。

図７（Ａ）はこの発明の他の実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造の正面図を示し、（Ｂ）はその模式図を示す。この例のブレース使用耐力壁構造は、複数枚の耐力壁２０を有する鉄骨造建物において、隣り合う耐力壁２０，２０のブレース２４，２４を互いに上側が近づく方向に傾斜させ、両ブレース２４，２４の上端を、共通の接合金物１２を介して梁２２に接合することで、２つのブレース２４が逆Ｖ字状を成すように配置している。各ブレース２４の下端は、それぞれ接合金物１１Ａ，１１Ｂ、およびダンパー１を介してＲＣ造基礎１０における柱２１がない箇所、すなわちＲＣ造基礎１０におけるモジュール位置でかつ前記柱２１が建てられていない箇所に接合している。その他の構成は図１〜図６に示した前記実施形態の場合と同様である。

この実施形態の場合、横並びに配置される２枚の耐力壁２０，２０を構成するにつき、２枚の耐力壁２０，２０の並びの両端の柱２１と、中間の柱２１との３本の柱２１を削減することができる。その他の作用効果は先の実施形態の場合と同様である。なお、図７（Ｂ）において、削減される柱２１を破線で示している。

図８（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造の正面図を示し、（Ｂ）はその模式図を示す。この例のブレース使用耐力壁構造は、複数枚の耐力壁２０を有する鉄骨造建物において、隣り合う耐力壁２０，２０を構成する各ブレース２４の上端を各耐力壁２０における互いに隣接しない側の柱２１と梁２２との接合部で柱２１または梁２２にそれぞれ接合して、２つのブレース２４がＶ字状をなすように配置している。各ブレース２４の下端は、それぞれ上側の接合金物１１Ａ，１１Ａ、ダンパー１，１、および下側の接合金物１１Ｂを介してＲＣ造基礎１０における柱２１がない箇所、すなわちＲＣ造基礎１０におけるモジュール位置で前記柱２１が建てられていない箇所に接合している。下側の接合金物１１Ｂは、２本のブレース２４に共通の接合金物とされる。その他の構成は図１〜図６に示した前記実施形態の場合と同様である。

この実施形態の場合、２本のブレース２４に共通して用いられた下側の接合金物１１Ｂは、耐力壁２０に水平力が作用するときに、両側のブレース２２から上下力につき互いに逆方向の力が作用し、相殺されるため、柱脚部のせん断のみに抵抗できる形状で可能である。この実施形態の場合、横並びに配置される２枚の耐力壁２０，２０を構成するにつき、中間の１本の柱２１を削減することができる。その他の作用効果は先の実施形態の場合と同様である。なお、図８（Ｂ）では削減される柱２１を破線で示している。

１…ダンパー
１０…ＲＣ造基礎
２０…耐力壁
２１…柱
２２…梁
２４…ブレース
１００…建物
１０１…外壁面

Claims (2)

1. ブレースを用いた複数枚または１枚の耐力壁を有する鉄骨造建物において、
   前記いずれかの耐力壁における前記ブレースの上端が柱と梁の接合部付近または梁に接合され、ＲＣ造基礎における柱が建てられていない箇所に下端が接合された接合金物の側面に、紡錘型履歴のダンパーの一側面が取付けられ、このダンパーの前記接合金物に取付けられた前記一側面とは反対側の側面に前記ブレースの下端が接合され、前記ブレースは、引張力と圧縮力の両方を負担する機能を有し、前記ダンパーは、互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続されかつ前記ウェブ部に接合された一対の垂直板部とを有し、これら一対の垂直板部は、それぞれ前記ダンパーの前記一側面、および前記ダンパーの前記反対側の側面を構成し、前記ウェブ部は、前記耐力壁の壁面および前記平行板部に対して傾斜を成して長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なる断面山形とされ、前記平行板部における前記ウェブ部の縁が連結される位置が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向に前記平行板部の縁から離れている鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造。
2. 請求項１に記載の鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造において、前記鉄骨造建物が、前記ＲＣ造基礎上のモジュールの１倍を含む整数倍の位置に柱が建てられたモジュール設計の建物であり、前記ブレースの下端を、ＲＣ造基礎におけるモジュール位置で前記柱が建てられていない箇所に接合した鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造。

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