JPS647193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐力が高く靭性に富み、しかもひび
割れの生じにくい、超高層建築などの柔構造に適
した耐震架構を提供するものである。

地震や台風による水平荷重にもたせるには、建
物の要所に耐震壁やブレースを設けるのが最も有
効であり経済的でもあるが、通常の鉄筋コンクリ
ート造耐震壁は、柱・梁によつて構成されるラー
メンに比べて剛性が高く靭性が低いので、換言す
れば硬くて脆いので、地震時に建物に生ずる入力
が大きくなつて破損又は建物の転倒を起し易く不
利であると共に、第４図ａに示す如く耐震壁部分
に応力が過度に集中してその部分が変形に追随で
きずに先づ破壊し、それによつて全体の耐力が低
下して建物が崩壊に至ることとなる。

一方鉄骨ブレースは、大きな断面の形鋼や鋼管
を使用する場合以外は、圧縮側ブレースはすぐ座
屈して効かなくなり、又鉄筋コンクリート造の
柱・梁などに比べて剛性が低いので、鉄筋コンク
リート構造部が最大耐力を超えた時点でもブレー
スの張力はまだ低く、その強度を十分発揮するま
でに至らないうちにコンクリートの方が割れて全
体の耐力が失われてしまう。

本発明はこのような諸欠点をすべて克服するよ
うに改善したもので、以下実施例により説明す
る。

第１図は本耐震壁を用いた耐震架構の姿図の一
例で、１は一本又は複数本の高強度鋼のブレース
２を内蔵したプレキヤスト鉄筋コンクリート造の
壁版（以下“PCa版”と略称する）である。ブレ
ース２は引張強さと降伏点が高く弾性変形域が広
く張力の導入が容易なPC鋼棒またはPC鋼より線
などで、薄肉鋼管シース２ａの中に入れるか或い
はアンボンド被覆２ａを施したアンポンドテンド
ンを使用することにより緊張可能にしておく。又
PCa版の周辺、即ち左右の柱との境界の側面１ａ
と梁との境界の上下面１ｂとは、一般のプレキヤ
スト耐震壁に見られるように剪断力を伝えるため
のシヤ−コツターや剪断補強筋又はジベル等は一
切用いずに平滑ないしは適度の粗面なコンクリー
ト面のままとし、それによつて地震水平力がかか
つて架構や変形するときに、柱・梁（以下“フレ
ーム”と略称する）との間で適当な摩擦抵抗力を
保持しながら剪断破壊を起すことなしにスリツプ
するようにする。

このPCa版１を所定位置に建て、その四周の鉄
筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の
フレーム、即ち両側の柱３、下方の梁又は基礎梁
４、上方の梁５のコンクリートを打設するのであ
るが、一般には下方の梁又は基礎梁４は下層の躯
体と同時に先打ちされているので、その場合は第
１図のようにブレース２の下部２′をその下端に
定着金具２ｂをつけて柱３と下方梁４の節点に予
め埋設しておいて、PCa版１を建ててからブレー
ス２と２′をカツプラー等の継手金具２ｊで継ぐ
ことになる。

なおブレース２の上部は、柱３と下方梁４の節
点と対向する位置にある柱３と上方梁５の節点
を、薄肉鋼管シース又はアンボンド被覆２ａによ
り貫通して、その上端に定着金具２ｃをつけ、コ
ンクリートの所要強度発現後にブレースの上端を
ジヤツキ等で引張つて緊張し定着する。そのとき
の緊張力は、セツト後のブレース張力がその降伏
点荷重の約50％前後になるように緊張し、このブ
レースの初期張力によつてPCa版とその周囲の
柱・梁のコンクリートには、面内の水平および鉛
直方向にプレストレスが導入されることになる。
なおこの初期張力の値は、最も適当と考えられる
一例を挙げたものであつて必ずしも降伏点荷重の
50％前後に限定したものではなく、例えば30〜40
％或いは60〜70％であつてもそれなりの効果を発
揮するので、本発明はそれ等の範囲すべてを含む
ものとする。

連層耐震壁の場合は第１図のように上階にも同
様の耐震壁が積み重ねられ、又連スパン耐震壁で
は隣スパンにも連続して同様の耐震壁を設ける。

以上によつて本耐震壁の概要と標準的な施工法
について述べたが、次に各効目毎に分析してその
特徴と夫々の効果を詳細に説明する。

() 緊張ブレースについて、 一般のＸ型ブレース内蔵耐震壁は、第２図ａ
の状態から同図ｂのように架構に水平力Ｐがか
かればブレースは圧縮力を受けすぐ座屈し
て効かなくなる上に、一且部材が圧縮座屈によ
り彎曲や局部変形を起してしまうと急激に架構
耐力が低下して復元力を失う。しかも座屈した
ブレースが面外にはらんでかぶりコンクリート
を押し出し剥落させ、壁体コンクリートを破壊
する。

これに対して第３図ｃのように、高強度鋼の
ブレースに、予め降伏点荷重Tyの約50％程度
の初期張力Toを与えた本耐震壁は、以下のよ
うな特徴と示す。

(1) 架構に水平力Ｐがかかれば、第３図ａの状
態から同図ｂのように伸張側ブレースは
引張力が増加してT1＝To＋△Ｔとなるのに
対し、収縮側ブレースは引張力が減少し
てT₂＝T₀−Ｔ△となる。この場合伸張側ブ
レースの引張力の増加分“＋△Ｔ”だけ
でなく、収縮側ブレースの張力減少分
“−△Ｔ”も、あたかも圧縮ブレースが△で
突張つて抵抗しているような形で架構の水平
耐力に寄与する。即ち両ブレースが何れも同
じだけ有利に働くので、ブレースによる架構
の剛性が初期張力をかけない第２図の場合の
２倍となり、即ち変形量δ2はδ1の1/2となる
ので、地震や台風などによる建物の揺れが半
減する。

(2) ブレースの軸力はT₀を中心として０とTy
≒T1maxの間の引張領域内を上下するだけ
であつて、収縮側ブレースも圧縮力がかかる
ことがないので座屈は起らず、かぶりコンク
リートを押し出して壁体コンクリートを破壊
することがない。

(3) 従つて地震による繰り返し水平荷重を受け
ても耐力が低下することがなく、復元力を失
わない。

(4) ブレースに降伏点荷重と引張強さが普通剛
材の数倍高く、逆にヤング係数は普通鋼と同
等又はれ以下であるPC鋼棒又はPCより線を
使用するので、初期張力を与えて第３図Ｃに
おける０〜εy間を二分してもなお一般鋼材
に比べて弾性変形領域（ε0→０およびε0→
εy）は広く、大地震でもブレース軸力を正
の弾性域（０〜εy）内におさめられる。

() プレストレストコンクリートよる効果 (1) ブレースの初期張力によつて柱・梁および
壁体を鉛直・水平両方向から締め付けてコン
クリートにプレストレスを導入するので、そ
れだけ柱・梁のせん断および引張り、曲げ耐
力と壁体のせん断耐力が向上する。即ち一般
の鉄筋コンクリート構造とプレストレスト鉄
筋コンクリート構造の差だけ、架構の耐震強
度も高くなることとなる。

(2) それによつて壁体およびフレームのコンク
リートにひび割れが生じにくくなり、又たと
え一旦ひび割れが入つてもその拡大成長が抑
制され、かつ外力がなくなるとそのひび割れ
幅が閉じて消滅し殆んど目に見えない位に復
元することが実験によつて確認済みである。

(3) 第４図ａ，ｂは夫々一般の鉄筋コンクリー
ト造（（以下“RC”と略称する）と本耐震壁
架構における荷重Ｐと変形δとの関係を表
し、その中で点線Ｒはラーメン・一点鎖線Ｗ
は耐震壁・実験Σはその合計を示したもので
あつて、この両者を比較すると次のようにな
る。

即ち一般のRC耐震壁は第４図ａにおける
Ｗのように、初期剛性とせん断強度は大きい
が硬くて脆く最大耐力以降は急激に耐力を失
つてしまうので、ラーメンＲとの組み合せで
は両者の最大耐力到達時点が喰い違い、両者
の最大耐力を加算できない。

それに比べて本耐震壁は第４図ｂにおける
Ｗのように、ブレース緊張によるプレストレ
スによつてコンクリートのひび割れ発生を遅
延・減少させ、層間変形の進捗過程に於いて
コンクリート耐震壁が最大耐力を発揮する時
期を遅らせ、鋼製ブレースが降伏荷重に達す
る時点に近づけることができるので、両者の
最大耐力をうまく相乗させることになる。そ
してこの拘束によつて最大耐力以降もクラツ
クの拡大による耐力低下を防止するので第４
図ｂのようになり、ラーメンＲとの組み合せ
では両者の最大耐力を加算できる。

() スリツプ効果 従来はPCa壁版と現場打ちフレームとを一体
化することが必要不可欠と考えて、両者の打ち
継ぎ境界面には相対変位を起さずにせん断応力
を完全に伝達できるだけのシヤーコツターや相
当多量のせん断補強筋またはジベル等を手間と
費用をかけ苦心して施工しているのが現状であ
るが、本耐震壁はこの常識を破つてこれ等のせ
ん断補強を一切廃し、地震水力がかかつた場合
にその境界面で逆に自然にスリツプさせるよう
にしたものである。即ち発想の転換によつて従
来の耐震壁では求められなかつた次のような
数々の新しい利点を積極的に生み出すことがで
きる。

(1) 一体構造のRC壁に比べて初期剛性が低い
ので、それだけ建物の固有周期が長くなつて
地震時における建物への入力が小さくなる。
即ち従来の超高層建築によく使われているス
リツト入り耐震壁と同様の柔構造耐震壁であ
り、しかもスリツト入り耐震壁のように壁中
央部に面倒で目障りなスリツトなどがなく、
壁周辺の目立たない個所でスリツプさせるだ
けであるので、何につけ好都合である。

(2) 実験結果によると最大耐力到達以降も耐力
低下が殆どなく、大きな層間変形に至るまで
その耐力を持続し、塑性率の大きい耐震壁が
得られたので、それに伴つて建物の靭性を増
すことができる。

(3) またPCa壁周辺とフレーム内内法との境界
面に於て、緊張ブレースの締め付け力により
内外のコンクリートが相互に押圧された状態
で摩擦力に低抗しながら擦動するので、その
ときに大きなエネルギーが消費される。即ち
地震によつて建物に入つたエネルギーを有効
に吸収できて被害を防止できるが、このエネ
ルギー吸収は従来の耐震壁やブレースのよう
に、コンクリートの亀裂破損またはブレース
鋼材の塑性変形や座屈などの後遺症を残すも
のでなく、単なる境界面でのスリツプ現象だ
けに留まるので、地震後の補修が不要でその
面でも有利である。

(4) しかしこのスリツプによつて架構変形も吸
収してしまうので、PCa壁版中央部には大き
な層間変形角までクラツクが生じず、実験結
果でも一般構造の壁が多数のクラツクが発生
して大きく破壊するのに比べ、このスリツプ
耐震壁は最終載荷段階に於ても壁中央部に斜
めクラツクが一本発生しただけでその他には
殆どクラツクが生ぜず、壁の破損が格段に軽
微であるという顕著な特色を示した。

即ち相当規摸の地震を受けても本耐震壁は
壁の中に生じるクラツクの代りに、よく見な
いと識別できない程度の壁周辺のスリツプと
壁コーナー部の局部的な小規模圧潰のみで済
むことになる。

(5) なおたとえ同地震時に若干のクラツクが発
生しても、地震外力がなくなると前述のよう
に緊張ブレースの締め付け力によつてそのク
ラツク幅が閉じてしまうので、以上を総合し
てメンテナンスフリーの耐震壁と云うことが
できる。

(6) また施工上から見ても、PCa壁版とフレー
ムの間に手間と費用のかかるシヤ−コツター
やせん断補強筋またはジベル等が一切なく、
面倒なことは何もしなくてよいので、極めて
簡単容易で経済的であり工期的にも有利であ
る。

() まとめ 以上各項目に分割して夫々の特徴と効果につ
いて記述したが、これ等を総合して工夫すれば
更に相乗効果を発揮して種々な新しいメリツト
を生み出すものと考えられる。その主なものに
ついて述べれば次の如くである。

(1) 高強度、高品質の鋼材とコンクリートを使
用した建物等の構造躯体に本耐震壁を組み込
めば、丈夫で粘り強く、高精度で信頼性のあ
る架構を築造することができる。

(2) 耐震壁のコンクリート厚とその中に内蔵す
るPC鋼ブレースの量や、コンクリートと使
用鋼材の強度などを適切に選択することによ
つて、ブレースの初期張力と、それによるフ
レームおよびPCa壁版コンクリートのプレス
トレス量、並びに耐震壁コンクリートと鋼製
ブレースの地震水平力分担率などを自由に変
えることができて、建物全体としての耐力・
剛性および靭性を所望通りに調整することが
可能である。換言すれば剛性の高い強度指向
型の建物から、粘い強い靭性指向型の建物ま
で設計することができ、極端な例としては耐
震壁コンクリート又は耐震壁とフレームのコ
ンクリートをゼロとした「RC造柱・梁」＋
「PC鋼緊張ブレース」又は「鉄骨造柱・梁」
＋「PC鋼緊張ブレース」のような柔構造建築
も成立する。

(3) 以上の通りこの緊張ブレース内蔵プレキヤ
スト・スリツプ耐震壁を有効に組み入れて適
切な設計をすれば、 (i) 通常考えられる程度の地震や台風に対し
ては建物の揺れが小さくて快適な居住性が
保たれ、 (ii) 万一未曽有の大地震に遭遇したとして
も、ブレースに圧縮座屈が起らず、耐震壁
のコンクリートにも殆どクラツクが生ぜ
ず、たとえ幾許かのクラツクが出てもすぐ
閉じてしまい復元力があつて建物に有害な
損傷を残すことがないようにできるので、
安全性が確保されると共に補修費もかから
ないこととなる。

(iii) かつ緊張ブレースは架構に高い水平耐力
と靭性並びに適当な剛性を付与し、一方周
辺をスリツプさせるようにしたプレキヤス
トコンクリートの耐震壁は、一般のRC造
又はPCa造耐震壁の欠点である硬さ脆さが
なくなつて程よい剛性と高い靭性を発揮す
るので、両者の組み合せによつて丈夫で粘
り強い建物が経済的に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本耐震壁を用いた耐震架構の姿図の一
例を示し、第２図ａ，ｂは夫々、一般のＸ型ブレ
ース内蔵耐震壁の形、および水平荷重を受けたと
きの変形とブレース張力との関係を、第３図ａ，
ｂ，ｃは夫々、内蔵ブレースに初期張力を与えた
本耐震壁の初期の状態および水平荷重を受けたと
きの変形とブレース張力との関係、並びにブレー
ス材の張力と歪の関係を示す図であり、第４図
ａ，ｂは夫々、一般の鉄筋コンクリート造と本耐
震壁架構におけるラーメンと耐震壁の荷重と変形
との関係を表して比較したものである。 １……プレキヤスト鉄筋コンクリート造壁版、
１ａ……壁版側面、１ｂ……壁版上下面、２……
ブレース、２′……ブレースの下部、２ａ……薄
肉鋼管シース又はアンボンド被覆、２ｂ，２ｃ…
…定着金具、２ｊ……継手金具、３……柱、４…
…下方梁又は基礎梁、５……上方梁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地震水平力がかかつたときにスリツプするよ
   うに周辺を平滑ないしは適度の粗面なコンクリー
   ト面のままとし、高強度鋼のブレースを内蔵した
   プレキヤスト鉄筋コンクリート造壁版を所定位置
   に建て、その周囲に鉄筋コンクリート造又は鉄骨
   鉄筋コンクリート造の柱・梁のコンクリートを打
   設してブレースの一端を柱・梁の節点に定着し、
   コンクリートの所要強度発現後に対向する柱・梁
   の節点を貫通したブレースの他端を緊張定着して
   ブレースに降伏点荷重の約50％前後乃至はそれ以
   上又はそれ以下の初期張力を与え、それによつて
   壁版とその周囲の柱．梁のコンクリートにプレス
   トレスを導入するようにした、緊張ブレース内蔵
   プレキヤスト．スリツプ耐震壁。