JP7548826B2

JP7548826B2 - 壁体

Info

Publication number: JP7548826B2
Application number: JP2021000430A
Authority: JP
Inventors: 大樹日向; 淳久保田; 宜和高稻
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2024-09-10
Anticipated expiration: 2041-01-05
Also published as: JP2022105845A

Description

本発明は壁体に関する。

近年、環境負荷低減などの観点から、建物への木質材料の利用が推奨されている。特許文献１では、火災時におけるコンクリート柱の爆裂を抑制するためコンクリート柱を木質被覆材で耐火被覆する構造が提案されている。

一方、地震力を負担する構造要素である耐震壁については、鉄筋コンクリート（ＲＣ）による壁体（ＲＣ耐震壁）とすることが一般的である。

特開2020－16044号公報

しかしながら、ＲＣ耐震壁を用いると、室内で感じる閉塞感が強く、建物の美観の面からは、耐震壁が木質材料で被覆されることが望ましい。特許文献１では特殊な装置を用いて棒状のコンクリート柱を回転させながらその周囲に帯状の木質被覆材を巻き付けているが、係る方法を面状の壁体に適用することは現実的ではなかった。

また通常の耐震壁では、配筋と型枠設置、コンクリート打設、脱型といった工程が壁体工事において必要となり、施工が複雑で工費が嵩むという問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、施工が容易で美観に優れた壁体等を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、木質材料による板状の埋設型枠と、２枚の前記埋設型枠の内側に設けられた板状のコンクリート部材と、前記２枚の前記埋設型枠の間に、鉛直方向に間隔を空けて複数設けられる木質材料による束材と、を具備し、コンクリートに埋設される横筋が、複数の前記束材の間を通して配置されることを特徴とする壁体である。

本発明では、耐震壁などの壁体について、木質板材をコンクリート部材の埋設型枠として用いることで、壁体の表面が木現しとなって閉塞感が低減され、美観に優れる。また通常の壁体工事における脱型工程が不要となり、壁体が容易に施工できる。また、コンクリート部材の一部が木質の束材で代替されるので壁体を軽量化でき、また束材により埋設型枠の設置精度の管理も容易になる。

前記２枚の前記埋設型枠が連結材により連結されることも望ましい。
建物の内壁等では、壁体の両面を木現しとすることが美観の面で特に好ましい。この場合、コンクリート部材を挟んだ２枚の埋設型枠を連結材で連結することで、連結材が、２枚の埋設型枠の間にコンクリートを打設する際に埋設型枠に加わる側圧に抵抗し、埋設型枠の間隔を保持できる。また埋設型枠がコンクリート部材を拘束することで、壁体の耐力、靭性等の向上も期待できる。

前記壁体は、前記埋設型枠と前記コンクリート部材を一体化するためのせん断補強材を有することが望ましい。
これにより埋設型枠とコンクリート部材が一体化し、壁体の面外剛性が向上してその面外変形が抑制される。

本発明によれば、施工が容易で美観に優れた壁体等を提供できる。

耐震壁１を示す図。耐震壁１の構築方法を示す図。ボルト６とナット７を示す図。ドリフトピン８、棒材９、９ａ、コッター４５、カプラー１０を示す図。耐震壁１の配置の例。耐震壁１ａ、１ｂを示す図。埋設型枠４の小口面にコッター４５、棒材４６を設ける例。引張材４７を示す図。束材４９を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の壁体の実施形態に係る耐震壁１を示す図である。図１（ａ）は耐震壁１の立面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ－Ａに沿った水平方向の断面図である。

図１に示すように、耐震壁１は、柱２と梁３とに囲まれた構面内に配置される。柱２と梁３はＲＣ部材であるが、鉄骨部材でもよい。

耐震壁１は、埋設型枠４、コンクリート部材５、ボルト６、ナット７等を有する。

埋設型枠４は、CLT（Cross Laminated Timber）、LVL（Laminated Veneer Lumber）、集成材などの木質材料により形成された板状の部材であり、コンクリート部材５と共に地震力を負担する。本実施形態では、２枚の埋設型枠４が、板面同士が対向するように配置される。また柱２により長期荷重を負担する設計とすることで、埋設型枠４を長期荷重の負担を考慮する部材として取り扱わずに済み、当該部材に要求される耐火被覆が不要になる。

ここで、埋設型枠４としては、CLTを特に好適に用いることができる。すなわち、地震力等の外力には正負があり１方向からの力ではない。そのため、埋設型枠４の材料としては、繊維方向の強度が高く繊維直交方向の強度が低い異方性材料である通常の木質材料よりも、木材を繊維方向が直交するように積層接着することで方向毎の性質の差異を低減したCLTが優れている。

コンクリート部材５は、２枚の埋設型枠４の内側に設けられる板状の部材である。本実施形態の耐震壁１では、埋設型枠４が地震力を負担することで、コンクリート部材５の厚さを一般的な耐震壁より薄くでき、コンクリート量の低減による環境負荷の軽減、軽量化を実現できる。ただし、耐震壁１ではコンクリート部材５を主な耐震要素とすることから、原則としてコンクリート部材５の厚さは埋設型枠４よりも大きい。しかしながら、環境面や耐震壁１の重量に配慮してコンクリート部材５を埋設型枠４より薄くすることも考えられる。

コンクリート部材５は、コンクリート５１に補強筋として横筋５２と縦筋５３を埋設したものである。横筋５２は埋設型枠４と平行に配置される水平方向の鉄筋であり、鉛直方向に間隔を空けて複数本設けられる。縦筋５３は鉛直方向の鉄筋であり、横筋５２に沿って水平方向に間隔を空けて複数本設けられる。

これらの補強筋はシングル配筋として配置され、横筋５２は平面において一列のみ設けられる。複数本の縦筋５３は、横筋５２の両埋設型枠４側に交互に配置される。このように縦筋５３を千鳥状配置とすることで、横筋５２の片側のみに縦筋５３が配置される場合と比較して、地震時等に耐震壁１に加わる圧縮力に対し、耐震壁１の面外変形を抑制できる。なお、上下複数本の横筋５２を、縦筋５３の両埋設型枠４側に交互に配置することも可能である。

ボルト６とナット７（以下、ボルト６等ということがある）は２枚の埋設型枠４を連結する連結材であり、ボルト６は埋設型枠４とコンクリート部材５の間のせん断補強材としても機能する。すなわち、耐震壁１の面外変形時に埋設型枠４とコンクリート部材５の間で生じるせん断力にボルト６が抵抗することで、埋設型枠４とコンクリート部材５が構造的に一体化し、耐震壁１の面外剛性が向上してその面外変形が抑制される。ボルト６等は、水平方向および鉛直方向に間隔を空けて複数配置される。

図２は耐震壁１の構築方法を示す図である。本実施形態では、図２（ａ）に示すように耐震壁１のコンクリート部材５の補強筋（横筋５２および縦筋５３）と柱２の補強筋２１を配筋した後、図２（ｂ）に示すように柱２を構築する。前記したように柱２はＲＣ部材であり、補強筋２１の周囲に型枠（不図示）を配置してコンクリートを打設することで構築される。

本実施形態では、その後、図２（ｃ）に示すように柱２の間で２枚の埋設型枠４を対向させて配置する。ここで、図３（ａ）に示すように、２枚の埋設型枠４には頭付きのボルト６の軸部を通すための貫通孔４１が設けられる。ボルト６の軸部を一方の埋設型枠４側から両埋設型枠４の貫通孔４１に通し、他方の埋設型枠４の貫通孔４１から突出した軸部の先端にナット７を締め込むことにより、図３（ｂ）に示すように２枚の埋設型枠４が連結される。ボルト６の頭部とナット７は、埋設型枠４の外面に設けた凹部４２に収容される。ただし、埋設型枠４の壁面外にボルト６の頭部とナット７が突出する形（不図示）で連結されていても構わない。

ボルト６とナット７により２枚の埋設型枠４を連結した状態を図２（ｄ）に示す。この後、２枚の埋設型枠４の内側にコンクリート５１を打設することで、図１に示す耐震壁１が構築される。ボルト６等は、コンクリート５１の打設時に埋設型枠４に加わる側圧に抵抗し、埋設型枠４の間隔を保持する。埋設型枠４は、表面仕上げ材を兼ねた永久型枠としてコンクリート５１の硬化後も残置される。

なお、埋設型枠４の収まりとして、埋設型枠４が柱２や梁３に直接接しない（埋設型枠４と柱２や梁３の間に若干の隙間がある）場合もあり、このようなケースでは、上記隙間に外側から当て板をしてコンクリート５１を打設すればよい。

以上説明したように、本実施形態では、耐震壁１について、木質板材をコンクリート部材５の埋設型枠４として用いることで、耐震壁１の表面が木現しとなって閉塞感が低減され、美観に優れる。また通常の壁体工事における脱型工程が不要となり、耐震壁１を容易に施工できる。

さらに、埋設型枠４に地震力を負担させることで、耐震壁１の剛性や耐力が向上する。結果、耐震壁１におけるコンクリート量を低減でき、環境面で優れ、耐震壁１も軽量化できる。またコンクリート部材５が埋設型枠４で覆われるので、地震時などにコンクリート部材５にひび割れが生じても耐震壁１の美観が損なわれず、ひび割れへの水の侵入やそれに伴う補強筋の腐食を防止できる。

また本実施形態では、２枚の埋設型枠４の間にコンクリート部材５を設けて耐震壁１とすることで、耐震壁１の両面が木現しとなり、耐震壁１を建物の内壁に用いる場合等において特に好ましい美観となる。

ボルト６等は、２枚の埋設型枠４の間にコンクリート５１を打設する際に埋設型枠４に加わる側圧に抵抗し、埋設型枠４の間隔を保持する。また埋設型枠４がコンクリート部材５を拘束することで、耐震壁１の耐力、靭性等の向上も期待できる。

また、ボルト６は埋設型枠４とコンクリート部材５の間のせん断補強材としても機能する。すなわち、地震力や建物の長期荷重などにより柱２や梁３から耐震壁１に圧縮力が作用すると、耐震壁１の面外変形により埋設型枠４とコンクリート部材５との境界面にせん断（ずれ）が生じる可能性があるが、ボルト６をこのせん断に抵抗するせん断補強材として用いることで、埋設型枠４とコンクリート部材５が一体化し、耐震壁１の面外剛性が向上してその面外変形を抑制できる。

さらに、埋設型枠４と柱２や梁３との間に隙間がある場合、ボルト６はコンクリート部材５に加わった地震力を埋設型枠４に伝達し、コンクリート部材５の応力を緩和させるためにも有効である。

ただし、埋設型枠４とコンクリート部材５の間のせん断を問題としない場合や、埋設型枠４が柱２および梁３に直接接している場合等では、ボルト６を省略することも可能である。この場合、コンクリート５１の打設時には、埋設型枠４の外側に仮設のサポート材（不図示）を設けて埋設型枠４に加わる側圧を支持させ、埋設型枠４の間隔を保持する。あるいは埋設型枠４を連結する連結材としてセパレータ等を用いてもよい。

本実施形態では、コンクリート部材５の補強筋をシングル配筋とすることにより、配筋作業の省力化とコストダウンが可能になり、鉄筋のかぶり厚も確保しやすく鉄筋の腐食防止にも有効である。通常のＲＣ耐震壁で壁厚が200mm以上の場合にはダブル配筋が推奨されるが、本実施形態の耐震壁１では、コンクリート部材５の厚さが200mm以上であっても、横筋５２および縦筋５３の径を大きくすることによりシングル配筋を実現することが可能である。

しかしながら、本発明が以上の実施形態に限ることはない。例えば本実施形態では埋設型枠４の連結材兼せん断補強材としてボルト６を用いたが、図４（ａ）に示すように、せん断補強材としてドリフトピン８を用いてもよい。

この場合、２枚の埋設型枠４のうち一方に貫通孔４３を、他方に凹部４４を設け、ドリフトピン８を貫通孔４３に挿入して凹部４４に向かって押し込むことで、ドリフトピン８の先端を凹部４４内に位置させ、ドリフトピン８の基端を貫通孔４３内に位置させる。その後、貫通孔４３の残りの空間４３１を栓（不図示）で塞ぐことも可能である。

ドリフトピン８は、２枚の埋設型枠４をセットした後で配置してもよいが、一方の埋設型枠４の貫通孔４３に予めドリフトピン８を挿入した状態で両埋設型枠４をセットし、その後ドリフトピン８を他方の埋設型枠４の凹部４４に向かって押し込んでもよい。

その他、せん断補強材としては、図４（ｂ）に示すように埋設型枠４から内側に突出する棒材（ダボ）９を設けてもよく、図４（ｃ）に示すように棒材９ａの先端を拡径させてもよい。

さらに、図４（ｄ）に示すように、２枚の埋設型枠４の内面にコッター（凹部）４５を形成してもよく、この場合、埋設型枠４のコッター４５にコンクリート５１が入り込むことで埋設型枠４とコンクリート部材５が一体化する。

また図４（ｅ）に示すように、棒材９としてネジ鉄筋やミリネジを用い、２枚の埋設型枠４から突出する棒材９の先端をカプラー１０に螺合させ、棒材９同士をカプラー１０によって連結してもよい。この場合、棒材９とカプラー１０が埋設型枠４の連結材としても機能し、埋設型枠４によるコンクリート部材５の拘束効果も期待できる。

また本実施形態では柱２と梁３で囲まれた構面内に立面視で１枚の埋設型枠４が配置されているが、図５（ａ）に示すように上記構面内に複数枚（図の例では２枚）の埋設型枠４が並置されてもよい。さらに、図５（ｂ）に示すように、建物の上下層に耐震壁１を配置し、これらの耐震壁１をＰＣ鋼棒１１により導入したプレストレス力で緊結することで、耐力を向上させることもできる。

また、壁式構造とする場合等では、耐震壁１の全周が柱２や梁３に囲まれていなくてもよく、例えば耐震壁１の平面における端部の一方のみに柱２が設けられていてもよい。また耐震壁１を、図５（ｃ）に示すように平面視でＬ字状に交差するように設けてもよく、平面視で十字状に交差するように設けることも可能である。さらに、耐震壁１に開口を設けることも可能であり、窓や出入口などとして用いることができる。耐震壁１では、必要に応じて開口の補強材も設けられる。

また、本実施形態ではコンクリート部材５を鉄筋コンクリートとしているが、図６（ａ）の耐震壁１ａのように、横筋５２や縦筋５３を省略し、コンクリート部材５ａを無筋コンクリートとしてもよい。本実施形態では埋設型枠４に地震力を負担させることでコンクリート部材５ａを薄くできるが、耐震壁１ａでは埋設型枠４の座屈防止効果によって部材の薄さを補える。また、無筋コンクリートはひび割れが入りやすいが、埋設型枠４で覆うことで美観が保たれる。なおコンクリート部材５ａに用いるコンクリートを繊維補強コンクリートとし、靭性を向上させてもよい。

さらに、本実施形態では２枚の埋設型枠４の内側にコンクリート部材５を設けているが、図６（ｂ）の耐震壁１ｂのように、２枚の埋設型枠４の一方を省略し、１枚の埋設型枠４の側方にコンクリート部材５を設けた構成としてもよい。

例えば耐震壁を建物の外壁に適用する場合など、耐火仕様の制限により片面を耐火材料とする時には、埋設型枠４と通常型枠の間にコンクリート５１を打設し、通常型枠を脱型して図６（ｂ）に示すように片面を耐火材料であるコンクリート部材５とすることができる。なお図６（ｂ）の例では埋設型枠４とコンクリート部材５の間のせん断補強材として前記した棒材９（図４（ｂ）参照）を用いている。

また本実施形態では、埋設型枠４の小口面を未処理の平らな状態としたが、埋設型枠４の柱２や梁３に面した小口面、あるいは図５（ａ）のように埋設型枠４を並置する場合の隣接する埋設型枠４の小口面について、接着剤やダボ、コッター等を採用し、部材間のせん断力に対し抵抗させてもよい。

接着剤を用いる場合は、埋設型枠４の小口面に接着剤を塗布するだけでなく、埋設型枠４の小口面と柱２や梁３との間、あるいは、隣接する埋設型枠４の小口面の間に隙間を設け、当該隙間に接着剤を圧入してもよい。

また図７（ａ）は小口面にコッター４５を形成した例であり、隣接する埋設型枠４の小口面を凹凸形状に切削してコッター４５を設け、両小口面の凹凸を互いに噛み合わせたものである。

図７（ｂ）はダボとコッターを併用する例であり、埋設型枠４の梁３に面した小口面にコッター４５が形成され、コッター４５の底面から梁３側に突出するように埋設型枠４に棒材（ダボ）４６が固定される。棒材４６にはラグスクリューボルトなどを用いることができる。埋設型枠４の小口面と梁３との間には後打ちモルタル１２などの充填材が打設され、棒材４６の突出部が後打ちモルタル１２に埋設される。

図７（ｂ）は埋設型枠４の梁３に面した小口面の例であるが、埋設型枠４の柱２に面した小口面を同様の構成とすることも可能であり、柱２に面した小口面と梁３に面した小口面の双方を同様の構成とすることも可能である。

また図８（ａ）に示すように、埋設型枠４と梁３に跨るように引張材４７を設けてもよい。引張材４７には例えば鉄筋やボルトを用いることができる。図８（ａ）の例では、引張材４７が耐震壁１の上下辺の両端部の計４箇所に配置される。

地震等により耐震壁１に図８（ａ）の矢印ａに示すように層間せん断力が作用すると、耐震壁１に生じる回転モーメントにより、矢印ｂに示すように耐震壁１の上下辺の一方の端部において埋設型枠４と梁３が離間する方向の引張力が生じる。また矢印ａ’に示すように耐震壁１に反対方向の層間せん断力が作用すると、耐震壁１に生じる反対方向の回転モーメントにより、矢印ｂ’に示すように耐震壁１の上下辺の他方の端部において埋設型枠４と梁３が離間する方向の引張力が生じる。引張材４７はこれらの引張力に抵抗し、耐震壁１の耐力を向上させることができる。

なお、梁３がＲＣ部材である場合は、埋設型枠４の小口面と梁３のコンクリートに引張材４７を埋設するが、梁３が鉄骨部材である場合は、図８（ｂ）に示すように梁３（Ｈ形鋼）のフランジに形成された孔に引張材４７である頭付きボルトの軸部を通し、当該軸部の先端を埋設型枠４の小口面に埋め込まれた雌ネジ４８に螺合すればよい。

また図９（ａ）に示すように、２枚の埋設型枠４を連結するように木質材料による束材４９を設けてもよい。これにより埋設型枠４間のコンクリート部材５の一部を束材４９に代替し、耐震壁１の重量を低減できる。また束材４９により埋設型枠４の設置精度の管理が容易になる。

束材４９は柱状の部材であり、例えば埋設型枠４の全高さに亘って配置される。また束材４９は、埋設型枠４と平行な水平方向に間隔を空けて複数本設けられても良い。

束材４９には、CLTを特に好適に用いることができる。すなわち、地震時には耐震壁１の面内で斜め方向の圧縮力が加わる場合があるが、この際、異方性材料である通常の木質材料を用いると、強度の低い繊維直交方向にも力が加わり、耐力や剛性の低下を起こしやすくなる。一方、CLTは前記したように異方性を有しないため、CLTを束材４９に用いることで上記した耐力や剛性の低下を防止できる。

図９（ａ）の例では、横筋５２を通すため、柱状の束材４９に横筋５２に沿った水平方向の貫通孔４９１が設けられるが、図９（ｂ）に示すように鉛直方向に間隔を空けて束材４９を設けてもよい。横筋５２は、上下の束材４９の間に通して配置することができる。なお図９（ａ）、（ｂ）ではコンクリート５１の図示を省略している。

埋設型枠４と束材４９は、接着剤、ボルト、ドリフトピン、ビス等を用いて連結される。耐震壁１の施工時は、一方の埋設型枠４を耐震壁１の位置にセットした後、当該埋設型枠４に束材４９を取り付けてもよいが、予め１枚の埋設型枠４に束材４９を取り付けたものを耐震壁１の位置にセットしてもよい。

さらに、図９（ｃ）に示すように、２枚の埋設型枠４を束材４９で連結したものをプレキャスト部材とし、当該プレキャスト部材を施工現場まで運搬して耐震壁１の位置にセットすることもできる。これは図１のようにボルト６等を用いるケース、図４（ａ）のようにドリフトピン８を用いるケース、図４（ｅ）に示すように棒材９同士をカプラー１０で連結するケースも同様であり、プレキャスト化することで耐震壁１の施工が容易となる。

また、埋設型枠４の間のコンクリート部材５を含めて耐震壁１をプレキャスト化することもでき、耐震壁１の施工が更に容易になる。本実施形態では埋設型枠４に地震力を負担させることでコンクリート量を低減し耐震壁１を軽量化できるため、コンクリート部材５を含めてプレキャスト化しても運搬、設置等に問題が生じることはない。ただし、重量面を考慮し、耐震壁１を縦あるいは横に分割したものをプレキャスト化し、現場でプレキャスト部材を組み合わせて耐震壁１を構築してもよい。これは図９（ｃ）のようにコンクリート部材５を除く部分をプレキャスト化する場合でも同様である。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ：耐震壁
２：柱
３：梁
４：埋設型枠
５、５ａ：コンクリート部材
６：ボルト
７：ナット
８：ドリフトピン
９、９ａ、４６：棒材
１０：カプラー
１１：ＰＣ鋼棒
１２：後打ちモルタル
２１：補強筋
４１、４３、４９１：貫通孔
４２、４４：凹部
４５：コッター
４７：引張材
４８：雌ネジ
４９：束材
５１：コンクリート
５２：横筋
５３：縦筋

Claims

木質材料による板状の埋設型枠と、
２枚の前記埋設型枠の内側に設けられた板状のコンクリート部材と、
前記２枚の前記埋設型枠の間に、鉛直方向に間隔を空けて複数設けられる木質材料による束材と、
を具備し、
コンクリートに埋設される横筋が、複数の前記束材の間を通して配置される
ことを特徴とする壁体。
前記２枚の前記埋設型枠が連結材により連結されることを特徴とする請求項１記載の壁体。
前記埋設型枠と前記コンクリート部材を一体化するためのせん断補強材を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の壁体。