JP5254767B2

JP5254767B2 - 耐震構造、耐震構造を有する建物、及び改修方法。

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Publication number: JP5254767B2
Application number: JP2008312022A
Authority: JP
Inventors: 剛有竹; 義弘太田; 満竹内
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: JP2010133187A

Description

本発明は、柱と水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板を備える耐震構造に関する。

従来から建物の耐震壁として、鋼板を用いた鋼板耐震壁が知られている。また、鋼板を波形形状に折り曲げ加工した波形鋼板耐震壁が知られている（例えば、特許文献１）。この波形鋼板耐震壁は、鉛直方向にアコーディオンのように伸縮するため鉛直力を負担しないが、水平力に対しては抵抗可能であり、せん断剛性・せん断耐力を確保しつつ優れた変形性能を有している。更に、せん断剛性・せん断耐力については、鋼板の材質強度、板厚、重ね合わせ枚数、波形のピッチ、波高等を変えることにより調整可能であり、設計自由度の高い耐震壁を実現している。

ところで、建物は、用途変更（例えば、住宅からオフィス）による増改築や建築基準法の改正等の要因により、耐震設計用外力が増加することがある。この対策として、上記した鋼板耐震壁や波形鋼板耐震壁等の耐震要素を新たに建物に追加して、建物を増強することが考えられる。しかしながら、耐震要素を設置すると、当該耐震要素が設置された建物の部位の剛性・耐力が相対的に大きくなり、追加部位に作用する外力が増加する結果、耐震要素が設置された周辺の柱や梁に対して補強が必要となる場合がある。一例として、図２２（Ａ）に示すように、左右の柱２００、２０２と上下の梁２０４、２０６から構成された架構２０８に波形鋼板耐震壁２１０を新たに追加した場合、波形鋼板耐震壁２１０がせん断変形（図２０（Ｂ）参照）したときに左右の縦フランジ２０４Ａ、２０４Ｂに発生する鉛直力Ｎが、架構２０８に作用する外力の増加に伴って大きくなり、柱２００、２０２及び梁２０４、２０６に対し補強が必要となる場合がある。これと同様に、一般的な鋼板耐震壁を新たに建物に追加した場合も、柱、梁に対して補強が必要となる場合がある。
特開２００５−２３２７６０号公報

本発明は、上記の事実を考慮し、周辺部材の補強を低減できる耐震構造を提供する目的とする。

請求項１に記載の耐震構造は、柱と上下の水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板と、新設時よりも耐震設計用外力が増加した前記架構の改修時に前記既存鋼板の板面に接合され、改修前よりも前記既存鋼板が小さい層間変形で降伏するように、該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成する補剛部材と、を備えている。

上記の構成によれば、柱と水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板に補剛部材が設けられている。補剛部材は、新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に既存鋼板の板面に接合される。この補剛部材によって既存鋼板に形成された上下のせん断剛性が異なる領域により、既存鋼板が改修前よりも小さい層間変形で降伏するように改修される。即ち、既存鋼板には、補剛部材によって相対的にせん断剛性が小さい領域と大きい領域が上下に形成され、この相対的にせん断剛性が小さい領域が改修前よりも小さい層間変形で降伏する。従って、地震等により架構に層間変形が生じた場合、相対的にせん断剛性が小さい領域が早期に降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。

このように単に既存鋼板の剛性・耐力を大きくするのではなく、既存鋼板に相対的にせん断剛性が小さい領域を設け、当該領域を改修前よりも小さい層間変形で降伏させることで、改修前の既存鋼板よりも振動エネルギー吸収容量を大きくすることができる。従って、既存鋼板の剛性・耐力の増加を抑えつつ、耐震用設計外力の増加に対応させることが可能となり、架構を構成する柱や水平部材等の補強を低減できる。

請求項２に記載の耐震構造は、柱と上下の水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板と、新設時よりも耐震設計用外力が増加した前記架構の改修時に前記既存鋼板を埋設し、改修前よりも前記既存鋼板が小さい層間変形で降伏するように、該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成するセメント系部材と、を備えている。

上記の構成によれば、柱と水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板にセメント系部材が設けられている。セメント系部材は、新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に既存鋼板に設けられる。このセメント系部材は、例えば既存鋼板の周囲に仮設された型枠内にセメント、コンクリート等を流し込み、これを固化させることにより形成され、その内部に既存鋼板が埋められる。これにより、セメント系部材に埋められた既存鋼板のせん断剛性が大きくなるため、セメント系部材に埋められていない既存鋼板の他の領域のせん断剛性が相対的に小さくなり、当該他の領域が改修前よりも小さい層間変形で降伏する。従って、地震等により架構に層間変形が生じた場合、相対的にせん断剛性が小さい領域が早期に降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。
このように単に既存鋼板の剛性・耐力を大きくするのではなく、既存鋼板に相対的にせん断剛性が小さい領域を設け、当該領域を改修前よりも小さい層間変形で降伏させることで、改修前の既存鋼板よりも振動エネルギー吸収容量を大きくすることができる。よって、既存鋼板の剛性・耐力の増加を抑えつつ、耐震用設計外力の増加に対応させることが可能となり、架構を構成する柱や水平部材等の補強を低減できる。

請求項３に記載の耐震構造は、請求項１又は請求項２に記載の耐震構造において、前記既存鋼板が波形鋼板である。

上記の構成によれば、既存鋼板が波形鋼板とされている。波形鋼板は、鋼板を波形形状とすることで、せん断座屈耐力・変形性能を向上することができ、通常の鋼板を用いる場合よりもせん断座屈防止手段としての補剛リブを減らすことができる。また、波形鋼板は、折り筋と直交する方向に剛性が弱いというアコーディオン効果を有するため、上下の水平部材の曲げ変形を阻害しない特性、及び、クリープや積載荷重の変化による水平部材のたわみ増大に起因する軸力変動がない特性を有するため、既存建物の性能を向上させることが容易である。

請求項４に記載の耐震構造は、請求項１〜３の何れか１項に記載の耐震構造において、前記既存鋼板が、上の前記水平部材に設けられた上連結部と、下の前記水平部材に設けられた下連結部と、を連結する。

上記の構成によれば、架構を構成する上の水平部材に上連結部が設けられ、下の水平部材に下連結部が設けられており、これらの上連結部及び下連結部に既存鋼板が連結されている。このように、本発明は耐震間柱にも適用することができる。

請求項５に記載の建物は、請求項１〜４の何れか１項に記載の耐震構造を有する。

上記の構成によれば、請求項１〜４の何れか１項に記載の耐震構造を有することで、改修のコストが削減された建物を構築することができる。

請求項６に記載の改修方法は、柱と水平部材とから構成されると共に新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に、該架構に取り付けられている既存鋼板が改修前よりも小さい層間変形で降伏するように、前記既存鋼板の板面に補剛部材を接合して該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成する。

上記の方法によれば、新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に、既存鋼板にせん断剛性が異なる領域が上下に形成される。これにより、せん断剛性が相対的に小さい領域が、改修前よりも小さい層間変形で降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。

このように単に既存鋼板の剛性・耐力を大きくするのではなく、既存鋼板に相対的にせん断剛性が小さい領域を設け、当該領域を改修前よりも小さい層間変形で降伏させることで、改修前の既存鋼板よりも振動エネルギー吸収容量を大きくすることができる。従って、既存鋼板の剛性・耐力の増加を抑えつつ、耐震用設計外力の増加に対応させることが可能となり、架構を構成する柱や水平部材等の補強を低減できる。
請求項７に記載の改修方法は、柱と水平部材とから構成されると共に新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に、該架構に取り付けられている既存鋼板が改修前よりも小さい層間変形で降伏するように、前記既存鋼板をセメント系部材で埋設し、該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成する。
上記の方法によれば、新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に、既存鋼板にせん断剛性が異なる領域が上下に形成される。これにより、せん断剛性が相対的に小さい領域が、改修前よりも小さい層間変形で降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。
このように単に既存鋼板の剛性・耐力を大きくするのではなく、既存鋼板に相対的にせん断剛性が小さい領域を設け、当該領域を改修前よりも小さい層間変形で降伏させることで、改修前の既存鋼板よりも振動エネルギー吸収容量を大きくすることができる。従って、既存鋼板の剛性・耐力の増加を抑えつつ、耐震用設計外力の増加に対応させることが可能となり、架構を構成する柱や水平部材等の補強を低減できる。

本発明は、上記の構成としたので、周辺部材の補強を低減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態に係る耐震構造１０について説明する。図１及び図２には、改修前の架構１２が示されており、図３及び図４には、改修後の架構１２が示されている。

建物２２の構成する架構１２は、左右の鉄筋コンクリート（以下、「ＲＣ」という）造の柱１４、１６とＲＣ造の上下の梁１８、２０（水平部材）によって構成され、ラーメン構造とされている。

耐震構造１０は、架構１２に設けられた既存の波形鋼板耐震壁２６を備えている。波形鋼板耐震壁２６は波形鋼板２８と枠体３０とを備えている。波形鋼板２８（既存鋼板）は、鋼板を波形形状に折り曲げ加工して構成されており、その折り筋を横（折り筋の向きを横方向）にして架構１２の構面に配置されている。波形鋼板２８の材料としては、普通鋼（例えば、ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）や低降伏点鋼（例えば、ＬＹ２２５等）等が用いられる。

波形鋼板２８の左右の端部には、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂがそれぞれ設けられている。この縦フランジ３２Ａ、３２Ｂはプレート状に形成されており、波形鋼板２８の左右の端部に沿って溶接固定されている。また、波形鋼板２８の上下の端部には、鋼製の横フランジ３４Ａ、３４Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ３４Ａ、３４Ｂは、プレート状に形成されており、波形鋼板２８の上下の端部に沿って溶接固定されている。これらの縦フランジ３２Ａ、３２Ｂ及び横フランジ３４Ａ、３４Ｂは、各々の端部同士が溶接等によって接合されており、これによって波形鋼板２８の外周部を囲む枠体３０が構成されている。

横フランジ３４Ａ、３４Ｂには、せん断力伝達要素としてのスタッド３６が設けられている。スタッド３６は、横フランジ３４Ａの上面及び横フランジ３４Ｂの下面に溶接等によって立設されており、これらのスタッド３６を上下の梁１８、２０に埋設することにより、波形鋼板耐震壁２６が上下の梁１８、２０に取り付けられている。また、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂと左右の柱１４、１６との間には、開口３８Ａ、３８Ｂが形成されている。

なお、横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８、２０とはせん断力を伝達可能に接合できれば良く、種々の接合方法を採用し得る。例えば、スタッドが立設された接合用プレートを上下の梁１８、２０に埋設し、この接合用プレートに横フランジ３４Ａ、３４Ｂを溶接又はボルト等により接合しても良い。また、エポキシ樹脂等の接着剤により横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８、２０とを接着固定しても良い（接着工法）。更に、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂ及び横フランジ３４Ａ、３４Ｂはプレート状に限らず、Ｈ型鋼、Ｌ型鋼、チャネル鋼等でも良い。また、波形鋼板２８のせん断座屈強度・耐力が小さい場合は、波形鋼板２８に上下方向に延びる補剛リブを溶接等により接合してせん断座屈を防止することが望ましい。

図３及び図４に示すように、改修後の波形鋼板２８の上部及び下部の改修領域２８Ａ（図４参照）には、補剛用波形鋼板４０（補剛部材、せん断剛性増減手段）がそれぞれ接合されている。補剛用波形鋼板４０は、波形鋼板２８と略同一の波形形状とされており、改修時に、波形鋼板２８に重ね合わせられ、適宜形成された貫通孔に貫通されるボルト４２及びナット４４によって波形鋼板２８の板面に接合される。補剛用波形鋼板４０の上下の端部には、鋼製の横フランジ４６Ａ、４６Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ４６Ａ、４６Ｂは、プレート状に形成されており、補剛用波形鋼板４０の上下の端部に沿って溶接固定されている。なお、波形鋼板２８と補剛用波形鋼板４０との接合は、ボルトに限らず溶接等で接合しても良い。

波形鋼板２８と、波形鋼板２８の上部に設けられた補剛用波形鋼板４０とは、対向する横フランジ３４Ａ、４６Ａに貫通されるボルト４８によって接合されている。同様に、波形鋼板２８と、波形鋼板２８の下部に設けられた補剛用波形鋼板４０とは、対向する横フランジ３４Ｂ、４６Ｂに貫通されるボルト４８によって接合されている。

以上のように補剛用波形鋼板４０が接合された波形鋼板２８の改修領域２８Ａの断面積が他の領域２８Ｂよりも大きくなり、改修領域２８Ａのせん断剛性が他の領域２８Ｂよりも相対的に大きくされている。即ち、補剛用波形鋼板４０によって、波形鋼板２８にせん断剛性が異なる領域が上下に形成されている。

なお、波形鋼板２８の板面とは、波形鋼板２８の平らな面を指し、略鉛直に立てられた頂面部のみならず、傾斜された斜面部もこれに含まれる。従って、図３及び図４に示す構成では、波形鋼板２８と補剛用波形鋼板４０との頂面部同士をボルト４２及びナット４４で接合しているが、斜面部同士をボルト及びナットで接合しても良い。また、補剛用波形鋼板４０の横フランジ４６Ａ、４６Ｂは、横フランジ３４Ａ、３４Ｂと同様にプレート状に限らず、Ｈ型鋼、Ｌ型鋼、チャネル鋼等でも良い。

次に、第１の実施形態に係る耐震構造１０の作用について説明する。

図５は、地震時等における架構１２及び波形鋼板２８の変形状態を示しており、図５（Ａ）は改修前、図５（Ｂ）は改修後の波形鋼板２８を模式的に示している。なお、図５では、理解を容易にするために架構１２及び波形鋼板２８の変形状態を誇張して示している。また、図６は、地震時等における架構１２の層間変形角θ_Ｌと波形鋼板２８に作用する荷重Ｐの関係を示している。なお、図６中の符号５２は、改修前の波形鋼板２８の履歴ループを示しており、符号５４は、改修後の波形鋼板２８の履歴ループを示している。

先ず、図５（Ａ）に示すように、風や地震等によって架構１２に水平力Ｆ（外力）が作用し、架構１２に層間変形が生じると、上下の梁１８、２０から改修前の波形鋼板２８に水平力Ｆが伝達され、波形鋼板２８がせん断変形する（せん断変形角θ_Ｒ１）。これにより、波形鋼板２８が水平力Ｆに抵抗して耐震効果を発揮する。また、水平力Ｆに対して波形鋼板２８が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。

ここで、改修前の波形鋼板２８が、水平力Ｆに対して降伏するように設計されている場合であって、波形鋼板２８のせん断剛性が全領域で等しく、波形鋼板２８が層間変形角θ_Ｌ２で降伏すると仮定する。即ち、架構１２の層間変形角がθ_Ｌ２に達すると、波形鋼板２８の全領域が同時に降伏し、履歴ループ５２（図６参照）を描いて振動エネルギーを吸収するものと仮定する。

次に、改修後の波形鋼板２８では、補剛用波形鋼板４０が接合された波形鋼板２８の改修領域２８Ａが、補剛用波形鋼板４０が接合されていない他の領域２８Ｂと比較してせん断剛性が大きくされており、即ち、他の領域２８Ｂのせん断剛性が相対的に小さくなっている。

ここで、理解を容易にするために、補剛用波形鋼板４０が接合された波形鋼板２８の上部及び下部を剛体とみなすと、図５（Ｂ）に示すように、架構１２に水平力Ｆが作用し、架構１２の層間変形角がθ_Ｌ２となった場合、改修領域２８Ａが変形せずに上下の梁１８、２０と一体挙動するため、波形鋼板２８がクランク状に折れ曲がり、せん断剛性が相対的に小さくされた他の領域２８Ｂのせん断変形（せん断変形角θ_Ｒ２）が改修前よりも大きくなる（θ_Ｒ１＜θ_Ｒ２）。換言すると、架構１２の層間変形角がθ_Ｌ２になる前に、他の領域２８Ｂのせん断変形角がθ_Ｒ１に達し、改修前よりも小さい層間変形角θ_Ｌ１（図６参照）で降伏する。これは、波形鋼板２８に、改修領域２８Ａと他の領域２８Ｂを上下に形成したことで、これらの改修領域２８Ａと他の領域２８Ｂが力学的に直列バネとなり、相対的にせん断剛性が小さい他の領域２８Ｂにせん断変形が集中するためである。従って、他の領域２８Ｂが改修前よりも早期に降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量（図６における履歴ループ５４の面積）が大きくなる。

なお、上記の説明では、理解を容易にするために改修領域２８Ａを剛体とみなしたが、剛体でなくとも改修領域２８Ａのせん断剛性を他の領域２８Ｂよりも大きくすることで、他の領域２８Ｂを改修前よりも小さい層間変形角で降伏させることができる。

このように本実施形態では、単に波形鋼板２８の剛性・耐力を大きくするのではなく、波形鋼板２８に相対的にせん断剛性が小さい他の領域２８Ｂを設け、当該他の領域２８Ｂを改修前よりも小さい層間変形で降伏させることで、改修前の波形鋼板２８よりも振動エネルギー吸収容量を大きくすることができる。

また、図６から分かるように、他の領域２８Ｂの降伏荷重は、改修前の波形鋼板２８の降伏荷重Ｐ_１と同じである。即ち、改修前と同じ荷重で波形鋼板２８の領域２８Ｂを降伏させ、振動エネルギーを吸収させることが可能である。従って、架構１２に作用する水平力Ｆの増加を抑えることができ、また、図２２に示す鉛直力Ｎ等が増加することがなく、架構１２を構成する柱１４、１６、及び梁１８、２０の補強を低減することができる。
よって、増築、用途変更、設計基準変更などに伴う耐震設計用外力の増加や、耐震性能向上のニーズに対して充分対応することが可能となる。

更に、波形鋼板２８は、鋼板を波形形状とすることで、せん断座屈耐力・変形性能を向上することができ、通常の鋼板を用いる場合よりもせん断座屈防止手段としての補剛リブを減らすことができる。また、波形鋼板２８は、折り筋と直交する方向に剛性が弱いというアコーディオン効果を有するため、上下の梁１８、２０の曲げ変形を阻害しない特性、及び、クリープや積載荷重の変化による梁１８、２０のたわみ増大に起因する軸力変動がない特性を有するため、建物２２の性能を向上させることが容易である。

次に、第１の実施形態の変形例について説明する。

第１の実施形態では、波形鋼板２８の上部及び下部の改修領域２８Ａに補剛用波形鋼板４０を接合したがこれに限らない。例えば、図７（Ａ）に示すように、波形鋼板２８の上部以外の領域を改修領域２８Ａとし、この改修領域２８Ａに補剛用波形鋼板４０をボルト４２及びナット４４で接合しても良い。この場合、補剛用波形鋼板４０が接合されていない波形鋼板２８の上部の領域２８Ｂのせん断剛性が相対的に小さくなり、当該領域２８Ｂを改修前よりも小さい層間変形角で降伏させることができる。

また、図７（Ｂ）に示すように、波形鋼板２８の上下方向中央領域を改修領域２８Ａとし、この改修領域２８Ａに補剛用波形鋼板４０をボルト４２及びナット４４で接合しても良い。この場合、補剛用波形鋼板４０が接合されていない波形鋼板２８の上部及び下部の領域２８Ｂのせん断剛性が相対的に小さくなる。

ここで、理解を容易にするために、改修領域２８Ａが剛体であると仮定すると、図８に示す模試図のように、架構１２に水平力Ｆが作用し、架構１２の層間変形角がθ_Ｌ２となった場合、改修領域２８Ａが変形しないため、波形鋼板２８がクランク状に折れ曲がり、せん断剛性が相対的に小さくされた他の領域２８Ｂのせん断変形（せん断変形角θ_Ｒ３）が改修前よりも大きくなる（θ_Ｒ１＜θ_Ｒ３、図５（Ａ）参照）。従って、他の領域２８Ｂを改修前よりも小さい層間変形角で降伏させることができるため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。また、他の領域２８Ｂの降伏荷重は改修前の降伏荷重Ｐ_１（図６参照）と同じとなり、架構１２を構成する柱１４、１６及び梁１８、２０の補強を低減することができる。

更に、第１の実施形態では、補剛部材としての補剛用波形鋼板４０を波形鋼板２８に重ね合わせて接合したがこれに限らない。波形鋼板２８にせん断剛性の異なる領域を設けることができれば良く、例えば、図９に示すように、補剛用波形鋼板４０と波形鋼板２８の頂面部同士を突き合わせて、ボルト４２及びナット４４で接合しても良い。また、補剛用波形鋼板４０と波形鋼板２８との間に形成された空間５６に長ナット５８を配置し、この長ナット５８の両端部からボルト４２を捻じ込んで接合しても良い。この長ナット５８により、補剛用波形鋼板４０と波形鋼板２８とがより一体化され、せん断剛性を確保し易くなる。また、補剛用波形鋼板４０の波形形状は、波形鋼板２８と同一に限らず、波形鋼板２８の波のピッチよりも大きくしても良い。

また、図１０に示すように、波形鋼板２８の面外方向両側に、鋼、ＡＣＬ、スパンクリート等からなる板材６０を配置し、この板材６０を波形鋼板２８の板面（頂面部）に沿わせて接合しても良い。この際、板材６０と波形鋼板２８との間に形成された空間６２に長ナット６１を配置し、この長ナット６１に貫通されるボルト４２及びナット４４で接合しても良い。なお、板材６０は波形鋼板２８の片側にのみ設けることができるが、波形鋼板２８の面外方向両側に板材６０を配置し、これらの板材６０で波形鋼板２８を挟み込むことで、改修領域２８Ａの断面２次モーメントが大きくなるとともに、せん断剛性を確保し易くなる。

また、図１１に示すように、波形鋼板２８の改修領域２８Ａをセメント系部材６４に埋め込んでも良い。このセメント系部材６４は、例えば、改修領域２８Ａの周囲に型枠（不図示）を仮設し、この型枠内にセメント、コンクリート等を流し込み、これを固化させることにより形成される。これにより、セメント系部材６４の内部に改修領域２８Ａが埋め込まれ、改修領域２８Ａのせん断剛性が大きくなる。従って、セメント系部材６４に埋められていない波形鋼板２８の他の領域２８Ｂのせん断剛性が相対的に小さくなり、当該他の領域２８Ｂを改修前よりも小さい層間変形で降伏させることができる。よって、波形鋼板２８の剛性・耐力の増加を抑えつつ、耐震用設計外力の増加に対応させることが可能となり、架構１２を構成する柱１４、１６及び梁１８、２０の補強を低減できる。

次に、第２の実施形態に係る耐震構造７０ついて説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図１２及び図１３に示すように、耐震構造７０は、改修時に、波形鋼板２８の改修領域２８Ａ（図１３参照）の板面に円形の開口７２を形成し、当該改修領域２８Ａのせん断剛性を相対的に小さくする。開口７２は、波形鋼板２８の上下方向中央部にある改修領域２８Ａの頂面部（板面）に所定の間隔で複数形成される。隣接する開口７２の間には、せん断座屈防止用の補剛リブ７４が設けられる。鋼製の補剛リブ７４は、プレート状に形成されており、波形鋼板２８の波形形状に沿って上下方向に溶接固定されている。なお、補剛リブ７４は必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。

次に、第２の実施形態に係る耐震構造７０の作用について説明する。

図１４は、地震時等における架構１２の層間変形角θ_Ｌと波形鋼板２８に作用する荷重Ｐの関係を示している。なお、図１４中の符号５２は、改修前の波形鋼板２８の履歴ループを示しており、符号７６は、改修後の波形鋼板２８の履歴ループを示している。また、比較のために、第１の実施形態に係る耐震構造１０の履歴ループ５４が示されている。

改修時に、波形鋼板２８の改修領域２８Ａの板面に開口７２を形成したことにより、当該改修領域２８Ａの断面積が小さくなり、他の領域２８Ｂと比較してせん断剛性が小さくなると共に、降伏荷重（Ｐ_２）が小さくなる。従って、改修領域２８Ａが、改修前よりも小さい層間変形角θ_Ｌ３で、且つ、改修前よりも小さい降伏荷重Ｐ_２で降伏するため、履歴ループ７６による振動エネルギー吸収容量（履歴ループ７６の面積）が大きくなる。従って、架構１２に作用する水平力Ｆ（既存鋼板に流れる外力）の増加を抑えることができ、架構１２を構成する柱１４、１６、及び梁１８、２０の補強を低減することができる。

ここで、本実施形態に係る耐震構造７０は、改修前の波形鋼板２８が、弾性範囲内において挙動するように設計されている場合に特に有効である。即ち、図１４に示す改修前の波形鋼板２８は、層間変形角θ_Ｌ２で降伏し、その後履歴ループを描くように設計されている。これに対して、図１５に示すように、改修前の波形鋼板２８の変形量が層間変形角θ_Ｌ４までしか許容されておらず、波形鋼板２８が弾性範囲内において挙動するように設計されている場合、波形鋼板２８が降伏しないため振動エネルギーを吸収しない。一方、改修時に、改修領域２８Ａに開口７２を形成し、当該改修領域２８Ａの降伏荷重を改修前よりも小さくすることで、改修領域２８Ａを降伏させることが可能となり、履歴ループ７６を描かせることができる。従って、改修前の波形鋼板２８よりも振動エネルギー吸収容量を大きくすることができ、波形鋼板２８の剛性・耐力の増加を抑えつつ、耐震用設計外力の増加に対応させることが可能となり、架構１２を構成する柱１４、１６及び梁１８、２０の補強を低減できる。

なお、第２の実施形態では、開口７２を円形にしたがこれに限らない。開口７２は、波形鋼板２８の改修領域２８Ａの断面積を小さくできれば良く、例えば、図１６に示すように、スリット状の開口７２を形成しても良い。

また、上記第１、第２の実施形態では、波形鋼板耐震壁２６の縦フランジ３２Ａ、３２Ｂと左右の柱１４、１６との間に開口３８Ａ、３８Ｂを形成したがこれに限らず、図１７に示すように、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂと左右の柱１４、１６とを接合しても良い。具体的には、横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８、２０との接合と同様に、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂにせん断力伝達要素としてのスタッド３６を溶接等によって立設し、これらのスタッド３６を左右の柱１４、１６に埋設することにより、波形鋼板耐震壁２６が左右の柱１４、１６に取り付けられている。これにより、左右の柱１４、１６と波形鋼板耐震壁２６とがせん断力で伝達可能に接合される。

ここで、左右の柱１４、１６に波形鋼板耐震壁２６を接合した場合、柱１４、１６周辺の波形鋼板２８の領域では、柱１４、１６によって波形鋼板２８が拘束されるため、せん断剛性が小さい領域とせん断剛性が大きい領域とのせん断変形量に差異が生じ難く、相対的にせん断剛性が小さい領域が早期に降伏しない傾向にある。しかし、左右の柱１４、１６から波形鋼板２８の水平方向中央部に向かうに従って、柱１４、１６による拘束力の影響が低下するため、相対的にせん断剛性が小さい領域が改修前よりも小さい層間変形で降伏する。従って、波形鋼板耐震壁２６を左右の柱１４、１６に接合した場合は、波形鋼板２８の水平方向中央部付近に、せん断剛性が異なる領域を形成することが効率的である。

次に、第３の実施形態に係る耐震構造７８について説明する。

図１８に示すように、耐震構造７８は、架構１２に設けられた既存の耐震間柱８０を備えている。耐震間柱８０は、上連結部８２、下連結部８４、及び波形鋼板８６（既存鋼板）を備えている。上連結部８２は、コンクリート製で梁１８の下面から下向きに突出して設けられ、下連結部８４は、コンクリート製で梁２０の上面から上向きに突出して設けられている。これらの上連結部８２及び下連結部８４は、波形鋼板８６によって連結されている。なお、上連結部８２及び下連結部８４は、コンクリート製に限らず、例えば、角型鋼管等の鋼製で形成しても良い。

波形鋼板８６の左右の端部には、縦フランジ９０Ａ、９０Ｂがそれぞれ設けられている。この縦フランジ９０Ａ、９０Ｂはプレート状に形成されており、波形鋼板８６の左右の端部に沿って溶接固定されている。また、波形鋼板８６の上下の端部には、鋼製の横フランジ９２Ａ、９２Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ９２Ａ、９２Ｂは、プレート状に形成されており、波形鋼板８６の上下の端部に沿って溶接固定されている。これらの縦フランジ９０Ａ、９０Ｂ及び横フランジ９２Ａ、９２Ｂは、各々の端部同士が溶接等によって接合されており、これによって波形鋼板８６の外周部を囲む枠体８８が構成されている。

波形鋼板８６は、横フランジ９２Ａ、９２Ｂを上連結部８２の下面、下連結部８４の上面にそれぞれ接着工法等によって接合されており、これにより上連結部８２と下連結部８４とが波形鋼板８６によって連結されている。また、波形鋼板８６の上部及び下部の改修領域８６Ａには、改修時に接合された補剛用波形鋼板９４が設けられている。補剛用波形鋼板９４は、波形鋼板８６と略同一の波形形状とされおり、波形鋼板８６に重ね合わせられてボルト９６によって波形鋼板８６の板面に接合されている。

補剛用波形鋼板９４の上下の端部には横フランジ９８Ａ、９８Ｂが設けられている。横フランジ９８Ａ、９８Ｂは、プレート状に形成されており、波形鋼板８６の上下の端部に沿って溶接固定されている。なお、図示を省略するが、波形鋼板８６の上部に設けられた補剛用波形鋼板９４の横フランジ９８Ａは、波形鋼板８６の横フランジ９２Ａとボルト又は溶接等によって接合されており、波形鋼板８６の下部に設けられた補剛用波形鋼板９４の横フランジ９８Ｂは、波形鋼板８６の横フランジ９２Ｂとボルト又は溶接等によって接合されている。このように、耐震間柱８０を構成する波形鋼板８６の上部及び下部の改修領域８６Ａの板面に補剛用波形鋼板９４を接合することで、改修領域８６Ａのせん断剛性が大きくなる結果、補剛用波形鋼板９４が接合されていない波形鋼板８６の他の領域８６Ｂのせん断剛性が相対的に小さくされている。

次に、第３の実施形態に係る耐震構造７８の作用について説明する。

風や地震等によって架構１２に水平力が作用し、架構１２の層間変形角が生じると、上連結部８２及び下連結部８４がそれぞれ梁１８、２０と一体挙動し、上連結部８２及び下連結部８４から波形鋼板８６に水平力が伝達され、波形鋼板８６がせん断変形する。これにより、波形鋼板８６が水平力に抵抗して耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２８が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。
なお、上記の説明では、上連結部８２及び下連結部８４を剛体とみなし、上下の梁１８、２０と一体挙動するものとして説明したが、上連結部８２及び下連結部８４は剛体でなくても良い。

ここで、改修時に、波形鋼板８６の改修領域８６Ａの板面に、補剛用波形鋼板９４を接合したことにより、当該改修領域８６Ａのせん断剛性が大きくなる結果、補剛用波形鋼板９４が接合されていない波形鋼板８６の他の領域８６Ｂのせん断剛性が相対的に小さくされている。従って、他の領域８６Ｂが、改修前よりも小さい層間変形で降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。従って、架構１２に作用する水平力の増加を抑えることができ、架構１２を構成する柱１４、１６、及び梁１８、２０の補強を低減することができる。

なお、本実施形態では、波形鋼板８６の改修領域８６Ａに補剛用波形鋼板９４を接合したがこれに限らず、図１２に示されるような開口７２を改修領域８６Ａの板面に形成しても良い。改修領域８６Ａに開口７２を形成することで、第２の実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

なお、上記第１〜３の実施形態では、既存鋼板として波形鋼板２８、８６を用いたが、図１９及び図２０に示すように、平板状の鋼板１０２を用いることができる。

具体的には、架構１２の構面には、既存の鋼板耐震壁１００が設けられている。鋼板耐震壁１００は、複数（図１９では、４つ）の断面Ｃ型の鋼板１０２を備えている。これらの鋼板１０２はフランジ部を対向させて上下方向に隣接配置され、対向するフランジ部に貫通されるボルト１０４及びナット１０６によって接合されている。また、鋼板１０２の長手方向両端部には、枠部材１０８が上下方向に延設されている。枠部材１０８はＬ型鋼からなり、４つの鋼板１０２に跨って配置され、各鋼板１０２とボルト１１０及びナット１１２によって接合されている。なお、鋼板１０２の材料としては、普通鋼（例えば、ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）や低降伏点鋼（例えば、ＬＹ２２５等）等が用いられる。

最上段の鋼板１０２と梁１８との間、及び最下段の鋼板１０２と梁２０との間には、固定部材１２０がそれぞれ設けられている。鋼製の固定部材１２０はＨ型鋼からなり、一方のフランジ部を鋼板１０２のフランジ部に対向させ、対向するフランジ部に貫通されるボルト１０４及びナット１０６によって最上段の鋼板１０２又は最下段の鋼板１０２と接合されている。また、固定部材１２０の他方のフランジ部は、梁１８の下面又は梁２０の上面にスタッド、ボルト又は接着工法等により固定されている。

図２０に示すように、最上段及び最下段の鋼板１０２は改修領域とされており、補剛用鋼板１１４（補剛部材）が接合されている。補剛用鋼板１１４は鋼板１０２と同一構成とされており、改修時に、ボルト１１６及びナット１１８によって鋼板１０２の裏面に接合される。このように、最上段及び最下段の鋼板１０２に補剛用鋼板１１４を接合することで、改修領域のせん断剛性が大きくなる結果、補剛用鋼板１１４が接合されていない他の鋼板１０２のせん断剛性が相対的に小さくされている。

ここで、架構１２に水平力が作用し、架構１２に層間変形角が生じると、上下の梁１８、２０から鋼板１０２に水平力が伝達され、各鋼板１０２がせん断変形する。これにより、鋼板１０２が水平力に抵抗して耐震効果を発揮する。また、水平力に対して鋼板１０２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。

また、改修時に、鋼板耐震壁１００の最上段及び最下段の鋼板１０２（改修領域）に、補剛用鋼板１１４を接合したことにより、当該改修領域のせん断剛性が大きくなる結果、補剛用鋼板１１４が接合されていない鋼板１０２のせん断剛性が相対的に小さくされている。従って、補剛用鋼板１１４が接合されていない鋼板１０２が、改修前よりも小さい層間変形で降伏するため、履歴ループによる振動エネルギー吸収容量が大きくなる。従って、架構１２に作用する水平力の増加を抑えることができ、架構１２を構成する柱１４、１６、及び梁１８、２０の補強を低減することができる。

なお、図１９に示す構成では、複数の鋼板１０２を積み上げて鋼板耐震壁１００を構成したが、一つの鋼板１０２を架構１２に配置し、所望の改修領域に補剛用鋼板１１４を接合して、せん断剛性が異なる領域を上下に形成することもできる。

また、上記の第１〜３の実施形態では、波形鋼板２８、８６を、その折り筋を横（折り筋を横方向）にして架構１２に配置した場合の例について説明したが、折り筋を縦（折り筋を上下方向）にして架構１２に配置しても良い。折り筋を縦にして架構１２に配置した場合は、波形鋼板２８、８６に軸力が導入されないように、波形鋼板２８、８６を上下の梁１８、２０に接合する時期を考慮することが望ましい。また、波形鋼板２８、８６及び補剛用波形鋼板４０、９４には、図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）に示すような断面形状をした波形鋼板を用いても良い。

また、架構１２を構成する柱１４、１６及び梁１８、２０は、鉄筋コンクリート造に限らず、鉄骨鉄筋コンクリート造、プレストレスコンクリート造、鉄骨造、ＣＦＴ構造、更には現場打ち工法、プレキャスト工法等の種々の工法を用いることができる。また、梁１８、２０に替えてコンクリートスラブ又は小梁等であっても良い。

更に、第１〜第３の実施形態で示した耐震構造１０、７０、７８は、建物２２の一部に用いても、全てに用いても良い。これらの耐震構造１０、７０、７８を用いることにより、改修のコストが削減された建物２２を構築することができる。また、第１〜第３の実施形態は、新築の建物に対しても適用可能である。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１〜第３の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

本発明の第１の実施形態に係る改修前の耐震構造を示す正面図である。本発明の第１の実施形態に係る改修前の耐震構造を示す、図１の１−１線拡大断面図である。本発明の第１の実施形態に係る改修後の耐震構造を示す正面図である。本発明の第１の実施形態に係る改修後の耐震構造を示す、図３の３−３線拡大断面図である。本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形状態を示す模式図であり、（Ａ）は改修前、（Ｂ）改修後の耐震構造を示す正面図である。本発明の第１の実施形態に係る耐震構造における層間変形角と荷重との関係を示すグラフである。本発明の第１の実施形態に係る改修後の耐震構造の変形例を示す拡大断面図である。本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例の変形状態を示す正面模式図である。本発明の第１の実施形態に係る改修後の耐震構造の変形例を示す拡大断面図である。本発明の第１の実施形態に係る改修後の耐震構造の変形例を示す拡大断面図である。本発明の第１の実施形態に係る改修後の耐震構造の変形例を示す拡大断面図である。本発明の第２の実施形態に係る改修後の耐震構造を示す正面図である。本発明の第２の実施形態に係る改修後の耐震構造を示す図１２の４−４線拡大断面図である。本発明の第２の実施形態に係る耐震構造における層間変形角と荷重との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る耐震構造における層間変形角と荷重との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す拡大正面図である。本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。本発明の第３の実施形態に係る改修後の耐震構造を示す正面図である。本発明の第１〜第３の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。本発明の第１〜第３の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す図１９の５−５線断面図である。本発明の第１〜第３の実施形態に係る波形鋼板の断面形状を示す断面図である。（Ａ）、（Ｂ）は従来の波形鋼板耐震壁を示す正面図である。

符号の説明

１０耐震構造
１２架構
１４柱
１６柱
１８梁（水平部材）
２０梁（水平部材）
２２建物
２８波形鋼板（既存鋼板）
２８Ａ改修領域
４０補剛用波形鋼板（せん断剛性増減手段、補剛部材）
６４セメント系部材
７０耐震構造
７２開口（せん断剛性増減手段）
７８耐震構造
８２上連結部
８４下連結部
８６Ａ改修領域
８６波形鋼板（既存鋼板）
９４補剛用波形鋼板（せん断剛性増減手段、補剛部材）
１０２鋼板（既存鋼板）
１１４補剛用鋼板（せん断剛性増減手段、補剛部材）

Claims

柱と上下の水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板と、
新設時よりも耐震設計用外力が増加した前記架構の改修時に前記既存鋼板の板面に接合され、改修前よりも前記既存鋼板が小さい層間変形で降伏するように、該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成する補剛部材と、
を備える耐震構造。
柱と上下の水平部材とから構成された架構に取り付けられた既存鋼板と、
新設時よりも耐震設計用外力が増加した前記架構の改修時に前記既存鋼板を埋設し、改修前よりも前記既存鋼板が小さい層間変形で降伏するように、該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成するセメント系部材と、
を備える耐震構造。
前記既存鋼板が波形鋼板である請求項１又は請求項２に記載の耐震構造。
前記既存鋼板が、上の前記水平部材に設けられた上連結部と、下の前記水平部材に設けられた下連結部と、に連結される請求項１〜３の何れか１項に記載の耐震構造。
請求項１〜４の何れか１項に記載の耐震構造を有する建物。
柱と水平部材とから構成されると共に新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に、該架構に取り付けられている既存鋼板が改修前よりも小さい層間変形で降伏するように、前記既存鋼板の板面に補剛部材を接合して該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成する改修方法。
柱と水平部材とから構成されると共に新設時よりも耐震設計用外力が増加した架構の改修時に、該架構に取り付けられている既存鋼板が改修前よりも小さい層間変形で降伏するように、前記既存鋼板をセメント系部材で埋設し、該既存鋼板にせん断剛性が異なる領域を上下に形成する改修方法。