JP4896759B2 - 耐力壁用接合金物及び制震構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば住宅などの小規模な壁構造建築物において、耐力壁と基礎とを接合し、耐震及び制震効果を発揮する耐力壁用接合金物及び制震構造に関するものである。

住宅やアパート等の小規模建築物においては、壁構造が多く採用されている。壁構造では、例えば１階の耐力壁の下側の左右端部に、耐力壁と基礎とを接合する接合金物が取り付けられる。

従来、このような耐力壁において、大規模な地震等を想定した二次設計では、耐力壁が塑性変形してエネルギー吸収することを前提としていた。すなわち、図１０（Ａ）に示すように、耐力壁５２はアンカボルト等の接合金物５１により基礎に直接固定され、地震等による水平方向の外力が作用したときには、耐力壁５２が変形することにより、外力によるエネルギーを吸収する。そのため、接合金物５１は、耐力壁５２より先に破壊しないように設計する必要があった。

ところが、図１０（Ｂ）に示すように、耐力壁の耐力は極めて大きいため、構造物全体の耐力が過大なものとなり、無駄が生じるという問題がある。また、耐力壁よりも先に接合金物が破壊しないようにするためには、接合金物の耐力を極めて大きくしなければならない。そのため、接合金物の寸法を大きくしたり、基礎との付着強度を高めたりしなければならず、コストの上昇を招く。

しかも、耐力壁自体は、地震動の繰り返し振動に対し、塑性変形後のエネルギー吸収量が少なく、地震動を低減させる制震効果が低い。

そこで、特許文献１に、制震効果を有する金物の構造が開示されている。これは、柱脚部と基礎との間に、エネルギーを吸収するベースプレートダンパを介装することにより、制震効果を得るものである。

特開２００４−９２０９６号公報

しかしながら、上記特許文献の制震構造においては、図１１に示すように、制震部となるダンパ部材５３の左右両側辺だけが固定され、ダンパ部材５３の上下辺は拘束されていない。そのため、柱脚部と基礎との間に発生した圧縮力又は引張力がダンパ部材５３の一部分にしか伝達されない。すなわち図１１（Ａ）の範囲Ｓ１のみにより応力が伝達されるため、ダンパ部材５３の全面に効率よく応力が伝達されない。また、アンカボルト５１とダンパ部材５３とは、支承プレート５４を介して離れて配置されるため、支承プレート５４に面外曲げが生じ、ダンパ部材５３をせん断変形させることが極めて難しい。したがって、柱脚部と基礎との間に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーをダンパ部材５３の全面で吸収することができず、ダンパ５３部材全体を無駄なく利用しているとは言い難い。加えて、制震部材及びその取付部が柱脚近傍に露出するため、柱５５周りの設計上の制約が生じるという問題もあった。

本発明の目的は、大規模な地震時に備えた十分且つ適正な制震効果を有し、経済的で無駄のない耐力壁用接合金物を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明によれば、耐力壁と基礎とを接合する接合金物であって、前記耐力壁と前記基礎との間に引張力又は圧縮力が作用した際に、前記引張力又は圧縮力によるエネルギーを面内方向におけるせん断変形で吸収する板状のダンパ部材と、前記ダンパ部材の外周を囲んで配置され、前記耐力壁及び前記基礎への取付部を有する枠体とを備え、前記ダンパ部材が矩形状の板材であり、前記枠体は、前記ダンパ部材の任意の一辺に固定された円管状の鋼管と、前記ダンパ部材の残りの三辺に固定されたコ字状の枠部材とからなることを特徴とする、耐力壁用接合金物が提供される。また、前記ダンパ部材の降伏点が、前記枠体の降伏点よりも低いことが好ましい。本発明によれば、図１２に示すように、ダンパ部材３の外周が枠体で固定されているので、（Ａ）に示す範囲Ｓ２により応力が伝達され、耐力壁１２と基礎１１との間に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーを、ダンパ部材３の全面で吸収できるようになる。

例えば、前記ダンパ部材が極軟鋼により形成され、前記枠体が普通鋼又は高張力鋼により形成されている。この場合、ダンパ部材に用いられる極軟鋼の板厚等を調整することにより、簡単な構造で、設計耐力に応じた制震機能を発揮できる。また、枠体が普通鋼又は高張力鋼であり、極軟鋼からなるダンパ部材とは降伏耐力が異なるため、ダンパ部材のみを先行してせん断降伏させることができる。

前記枠体の内周面は、前記ダンパ部材の外周面と溶接により固定されていても良い。この場合、溶接によって、確実にダンパ部材の側面全周を固定できるので、効率よく確実にダンパ部材の全面に応力の伝達が行われる。

例えば、前記枠部材が前記耐力壁に固定され、前記鋼管が前記基礎に固定される。このため、ダンパ部材以外の変形を極力無くすことができ、ダンパ部材に変形を集中させて、制震効果を効率よく発揮できる。

また、前記耐力壁に取り付けられるファスナ部材用の複数の小径孔が、前記枠部材にあけられていても良い。この場合、前記ファスナ部材が例えばドリルねじである。また、前記鋼管にアンカボルトを通し、ナットで締め付けることにより、前記鋼管が前記基礎に固定されるようにしても良い。これらによれば、耐力壁や基礎に対する固定が容易に行えるので、施工性が向上する。

更に、耐力壁と基礎とを接合するに際し、前記耐力壁の内部に収納されても良い。この場合、接合金物全体が壁面よりも室外側又は室内側に露出しないので、外観を損ねないうえ、周辺部材の設計に制約が生じなくなる。

また本発明によれば、耐力壁と基礎とを前記耐力壁用接合金物で接合した制震構造であって、前記耐力壁に所定の大きさを超える外力が作用したときに、前記ダンパ部材がせん断変形することにより、前記耐力壁と前記基礎との間に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーを吸収することを特徴とする、制震構造が提供される。

本発明によれば、耐力壁と基礎との間に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーをダンパ部材の全面で効率よく吸収できるので、高い耐震及び制震効果を発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる接合部材１を構成する各部品の組み立て前の状態を示し、図２は、接合部材１を組み立てた状態を示す。この接合金物１は、枠部材２、ダンパ部材３および鋼管４からなる。なお、枠部材２および鋼管４が、ダンパ部材３の外周を囲む枠体に相当する。

ダンパ部材３は、例えば板厚６ｍｍ程度の極軟鋼からなり、例えば降伏点が１００Ｎ／ｍｍ^２程度の弾塑性履歴型ダンパ用鋼板が用いられる。ダンパ部材３は縦方向に長い長方形の板材である。

鋼管４は、ダンパ部材３の上下方向の辺と同じ長さを有する円管であり、鋼管４の軸方向中央には、アンカボルトを挿通可能な貫通孔４４が形成されている。鋼管４は、例えば普通鋼からなる外形３４ｍｍ程度、板厚４．５ｍｍ程度の圧力用炭素鋼管である。

枠部材２は、例えば板厚４．５ｍｍ程度の普通鋼からなる。枠部材２は、図１に示す平板状態から上下をダンパ部材３の上辺と下辺に合わせてほぼ直角に折り曲げることにより、背面部２１の上下に上水平部２２と下水平部２３を形成したコ字状に成形されている。枠部材２の背面部２１の長さ（高さ）は、ダンパ部材３の上下方向の長さと同じである。

後述するように、枠部材２の背面部２１は、耐力壁１２の内側を支持する縦枠材７に固定される。そのため、枠部材２の背面部２１には、ドリルねじ等のファスナ部材取付用の複数の小径孔２６が複数個所に形成されている。小径孔２６は、上下方向に適宜間隔、例えば３０ｍｍ程度の間隔で２列に形成される。小径孔２６は、例えばねじ径が８ｍｍ程度のドリルねじを取付可能な大きさの貫通孔である。孔２６の配列は図示の例に限らず、小径孔２６の数すなわちドリルねじ等によるファスナ部材の数を多くすることにより、ファスナ部を介して、耐力壁からの応力が十分に接合金物１に伝達される。

上水平部２２と下水平部の長さは、ダンパ部材３の水平方向の辺の長さよりも長くなっており、そのため、上水平部２２と下水平部２３の先端部は、鋼管４の上面４２及び下面４３の位置まで達している。但し、上水平部２２と下水平部２３の先端部には、アンカボルトを挿通可能な孔２４，２５がそれぞれ形成されている。

この接合金具１の組み立て方法の一例を示せば、以下の通りである。ダンパ部材３の上下方向の一辺３２を枠部材２の背面部２１の中央に当接させ、ダンパ部材３の上下方向の反対側の一辺３４に鋼管４の側面４１を当接させた状態で、図１に示す平板状態の枠部材２の上下の上水平部２２と下水平部２３を折り曲げる。これら上水平部２２と下水平部２３は、それぞれ、ダンパ部材の上面３１及び下面３３、鋼管４の上面４２及び下面４３に当接させる方向に、直角に折り曲げる。こうして、図２に示すように、コ字状に折り曲げられた枠部材２の上水平部２２と下水平部２３に形成された孔２４，２５が、鋼管４の貫通孔４４と中心軸が一致するように組み立てる。

そして、枠部材２の上水平部２２と下水平部２３の内側（上水平部２２の下面と下水平部２３の上面）と、ダンパ部材３の上面３１及び下面３３、ならびに鋼管４の上面４２及び下面４３との当接部、枠部材２の背面部２１とダンパ部材の側面３２との当接部、及び、鋼管４の側面４１とダンパ部材の側面３４との当接部を、それぞれ溶接により固定する。これにより、ダンパ部材３の全外周を枠部材２及び鋼管４で囲むように固定する。

枠部材２の上水平部２２と下水平部２３に形成された孔２４，２５は、図２に示す状態に折り曲げたときに、それぞれの中心軸が鋼管４の中心軸に一致し、鋼管４の貫通孔４４の上下に連通する位置に形成されている。尚、枠部材２は、図のように折り曲げて成形するものに限らず、それぞれ別体の上水平部２２、下水平部２３、背面部２１を溶接等により組み立ててもよい。

図３〜図５は、本発明の接合金物１の取付状態を示す。

下端部が基礎に埋設され上端部が基礎の上方に突出しているアンカボルト８を、枠部材２の上下の孔２４，２５及び鋼管４の貫通孔４４に挿通する。アンカボルト８にはナット５が螺合され、枠部材２の上下の水平部２２，２３の上下両面を挟み込むようにナット５が取り付けられる。これにより、接合金物１が、アンカボルト８に固定され、すなわち、ダンパ部材３の一端辺側が基礎に固定される。

ナット５は、基礎に埋設されているアンカボルト８や、基礎に固定されたボルトに螺合されるものであり、小型ナット等が用いられる。

枠部材２の背面部２１は、耐力壁１２の内側を支持する縦枠材７に固定される。縦枠材７は、例えば図５に示すようにリップ溝形鋼からなり、溝部７１の底面７２同士を当接させ、開口を外側に向けて立設されている。この底面７２に枠部材２の背面部２１を当接させ、小径孔２６から複数のドリルねじ６を取り付けて、縦枠材７に固定する。これにより、接合金物１が縦枠材７に固定され、すなわち、ダンパ部材３のもう一方の一端辺側が耐力壁１２に固定される。この場合、ドリルねじ６を用いることにより、縦枠材７にねじ孔等を設けなくても容易に取り付けることができ、施工性が向上する。

図５に示すように、耐力壁１２は、縦枠材７の外側に構造用合板１３等を固定して構成されるので、接合金物１を縦枠材７の幅よりも内側に納めることにより、接合金物１は、耐力壁１２の内部に収納される。そのため、接合金物１によって外観を損なうことがなく、設計上の制約が生じることもない。

図６は、接合金物１を設けた耐力壁１２の外力による変形例を示す。（Ａ）に示すように、耐力壁１２の下部の左右両端部に、接合金物１が取り付けられる。前述のように、枠部材２の背面部２１が耐力壁１２の縦枠材７に固定され、基礎１１から突出したアンカボルト８が鋼管４に挿通されてナット５で固定されることにより、接合金物１は、耐力壁１２と基礎１１の間に固定される。

図６（Ｂ）に示すように、地震等による水平方向（例えば、図中右向き）の外力が耐力壁１２に作用すると、耐力壁１２は、例えば図の左側が上方に浮き上がる。このとき、左側の縦枠材７が上方に変位し、接合金物１に引張力が作用する。引張力が作用したときには、縦枠材７とともに枠部材２の背面部２１が上方に変位し、ダンパ部材３がせん断変形する。ダンパ部材３が変形することにより、外力によるエネルギーを吸収するので、図７（Ａ）に示すように、耐力壁１２自体はほとんど変形しない。図６（Ｂ）の反対方向、すなわち図の右側から左側向きの外力が作用したときには、図の右側の接合金物１について同様の変形が生じる。地震等による外力が、一次設計の耐力の範囲内であれば、左右交互に、ダンパ部材３の弾性範囲でのせん断変形を繰り返す。図６（Ｂ）に示すような大きな引張力が作用した場合には、ダンパ部材３がせん断降伏して大きく変形する。ダンパ部材３が極軟鋼で形成されているため、十分な変形量により外力のエネルギーが吸収され、制震効果が得られる。ダンパ部材３に用いる極軟鋼の強度や寸法を調整することにより、設計値に応じた適正な強度を有する接合部材１を構成することができる。この場合、ダンパ部材３の全外周を枠部材２と鋼管４で囲むように固定しているので、耐力壁１２と基礎１１との間に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーをダンパ部材３の全面で効率よく吸収でき、高い耐震及び制震効果を発揮することができる。

図７（Ａ）に示すように、本発明の接合金物１を用いることにより、エネルギー吸収量の低い耐力壁１２がほとんど変形することがなく、接合金物１により、効率的に外力によるエネルギーを吸収することができる。また、図７（Ｂ）に示すように、耐力壁の耐力に関わらず、設計値に応じた適正な強度を有する接合部材を用いることにより、無駄のない耐力壁構造物が得られる。

図８及び図９は、本発明の接合金物の異なる実施形態を示す。図８は、ダンパ部材１４が波板状であり、その他の枠部材２や鋼管４の形態及び組立方法は前述の接合金物１と同様である。ダンパ部材１４を波板状にすることにより、接合金物全体の大きさを変えることなく、せん断変形するダンパ部材３の面積が広くなる。従って、縦枠材７とアンカボルト８との距離を増すことなく（偏芯を増大させることなく）、制震性能を向上させることができる。

図９は、枠部材２及び鋼管４にそれぞれ別体の板材１６，１６が固定され、２枚の板材１６，１６の間に、例えばウレタン等の樹脂やゴムなどの粘弾性体１７を介装させることによりダンパ部材１５が構成されているものである。粘弾性体１７の粘度や各板材１６，１６の幅寸法等を調整することにより、２枚の板材１６，１６同士を自在に変位させて外力を吸収させることができる。

本発明は、スチールハウスや、その他の小規模な耐力壁の構造物において、耐力壁と基礎との接合に適用できる。また、本発明の接合金物は、基礎とその上階の接合以外に、２階以上の各階の耐力壁同士の接合に用いても、制震効果を得ることができる。

本発明の実施の形態における組立前の分解斜視図。 図２に示す各部材の組立後の斜視図。 図１に示す接合金物が取り付けられた状態を示す正面図。 図３のＡ−Ａ線から見た縦断面図。 図３のＢ−Ｂ線から見た横断面図。 本発明を用いた耐力壁を示す説明図であり、（Ａ）は平常時の状態、（Ｂ）は地震時の変形状態を示す説明図。 本発明による地震時の変形状態を示す説明図であり、（Ａ）は建物全体の変形を示す説明図、（Ｂ）は耐力壁及び接合金物の応力と変形の関係を示すグラフ。 本発明の異なる実施の形態を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線から見た横断面図。 本発明のさらに異なる実施の形態を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線から見た横断面図。 従来の地震時の変形状態を示す説明図であり、（Ａ）は建物全体の変形を示す説明図、（Ｂ）は耐力壁及び接合金物の応力と変形の関係を示すグラフ。 ダンパ部材の２辺（左右）に枠材がある場合の応力伝達範囲を示す説明図であり、（Ａ）はダンパ部材の変形時の模式図、（Ｂ）はダンパ部材の取付例を示す概略図。 ダンパ部材の４辺（全外周）に枠材がある場合の応力伝達範囲を示す説明図であり、（Ａ）はダンパ部材の変形時の模式図、（Ｂ）はダンパ部材の取付例を示す概略図。

符号の説明

１ 接合金物
２ 枠部材
３ ダンパ部材
４ 鋼管
５ ナット
６ ドリルねじ
７ 縦枠材
８ アンカボルト
１１ 基礎
１２ 耐力壁
１３ 構造用合板
２１ 背面部
２２，２３ 水平部
２４，２５ 孔
２６ 小径孔
３１，４２ 上面
３２，３４，４１ 側面
３３，４３ 下面
４４ 貫通孔

Claims (10)

1. 耐力壁と基礎とを接合する接合金物であって、
   前記耐力壁と前記基礎との間に引張力又は圧縮力が作用した際に、前記引張力又は圧縮力によるエネルギーを面内方向におけるせん断変形で吸収する板状のダンパ部材と、前記ダンパ部材の外周を囲んで配置され、前記耐力壁及び前記基礎への取付部を有する枠体とを備え、
   前記ダンパ部材が矩形状の板材であり、
   前記枠体は、前記ダンパ部材の任意の一辺に固定された円管状の鋼管と、前記ダンパ部材の残りの三辺に固定されたコ字状の枠部材とからなることを特徴とする、耐力壁用接合金物。
2. 前記ダンパ部材の降伏点が、前記枠体の降伏点よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の耐力壁用接合金物。
3. 前記ダンパ部材が極軟鋼により形成され、前記枠体が普通鋼又は高張力鋼により形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の耐力壁用接合金物。
4. 前記枠体の内周面は、前記ダンパ部材の外周面と溶接により固定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐力壁用接合金物。
5. 前記枠部材が前記耐力壁に固定され、前記鋼管が前記基礎に固定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐力壁用接合金物。
6. 前記耐力壁に取り付けられるファスナ部材用の複数の小径孔が、前記枠部材にあけられていることを特徴とする、請求項５に記載の耐力壁用接合金物。
7. 前記ファスナ部材がドリルねじであることを特徴とする、請求項６に記載の耐力壁用接合金物。
8. 前記鋼管にアンカボルトを通し、ナットで締め付けることにより、前記鋼管が前記基礎に固定されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の耐力壁用接合金物。
9. 耐力壁と基礎とを接合するに際し、前記耐力壁の内部に収納されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の耐力壁用接合金物。
10. 耐力壁と基礎とを請求項１〜９のいずれか１項に記載の耐力壁用接合金物で接合した制震構造であって、
    前記耐力壁に所定の大きさを超える外力が作用したときに、前記ダンパ部材がせん断変形することにより、前記耐力壁と前記基礎との間に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーを吸収することを特徴とする、制震構造。

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