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明細書 :耐力壁

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2015-183437 (P2015-183437A)
公開日 平成27年10月22日(2015.10.22)
発明の名称または考案の名称 耐力壁
国際特許分類 E04B   2/56        (2006.01)
FI E04B 2/56 605M
E04B 2/56 611C
請求項の数または発明の数 8
出願形態 OL
全頁数 20
出願番号 特願2014-060844 (P2014-060844)
出願日 平成26年3月24日(2014.3.24)
新規性喪失の例外の表示 申請有り
発明者または考案者 【氏名】岡田 章
【氏名】宮里 直也
【氏名】廣石 秀造
出願人 【識別番号】899000057
【氏名又は名称】学校法人日本大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100064908、【弁理士】、【氏名又は名称】志賀 正武
【識別番号】100126882、【弁理士】、【氏名又は名称】五十嵐 光永
【識別番号】100175824、【弁理士】、【氏名又は名称】小林 淳一
審査請求 未請求
テーマコード 2E002
Fターム 2E002FB07
2E002FB25
要約 【課題】面外方向から入力される荷重に対する耐力が高い耐力壁を提供する。
【解決手段】木造軸組工法によって建築される建築物に用いられる耐力壁1であって、土台2(支持材)と、2本の柱3と、梁4(支持材)と、木質折板構造部5と、締結部6(締結手段)とを備え、木質折板構造部5は、上下に離間する一対の支持材2,4に挟まれて配置されると共に平面視形状が波形状とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
上下に離間する一対の支持材に挟まれて配置されると共に平面視形状が波形状の木質折板構造部を備えることを特徴とする耐力壁。
【請求項2】
前記木質折板構造部は、上下方向に延在する木質の角材同士が接続されてなることを特徴とする請求項1記載の耐力壁。
【請求項3】
全ての前記角材が同一断面であることを特徴とする請求項2記載の耐力壁。
【請求項4】
複数の前記角材同士を締結する締結手段を備えることを特徴とする請求項2または3記載の耐力壁。
【請求項5】
前記締結手段は、複数の前記角材を貫通するスルーボルトと、当該スルーボルトの先端部に螺合されるナットとを有することを特徴とする請求項4記載の耐力壁。
【請求項6】
前記木質折板構造部は、前記平面視形状が三角波形状であり、前記平面視形状の角部を形成すると共に一方の前記支持材から他方の前記支持材に至る長さとされる軸部を備えることを特徴とする請求項1~5いずれか一項に記載の耐力壁。
【請求項7】
前記軸部同士に挟まれて隣り合う軸部を連結する連結部を備えることを特徴とする請求項6記載の耐力壁。
【請求項8】
前記連結部が高さ方向に離散して設けられることにより開口が形成されていることを特徴とする請求項7記載の耐力壁。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、耐力壁に関するものである。
【背景技術】
【0002】
木造軸組工法においては、軸組のみでは十分な耐力を有していないことから、適所に耐力壁を用いることにより建築物全体として耐力を向上させている。一般的には、このような耐力壁としては、梁等の横架材と柱とで形成された軸組に斜めに筋かいを設けたもの、軸組に構造用合板を釘で打ち付けた面材張り大壁、社寺などの伝統工法で使用される土塗壁が知られている。また、軸組で囲まれた領域に小さな板材を並べた落とし込み板壁も、特許文献1のように補強を行うことにより、耐力壁として使用することも可能である。
【先行技術文献】
【0003】

【特許文献1】特開2007-63767号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述のような耐力壁は、面内方向(壁面と平行な方向)から入力される荷重に対する耐性は高いものの、面外方向(壁面と直交する方向)から入力される荷重に対する耐性は十分に高くない。
【0005】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、面外方向から入力される荷重に対する耐力が高い耐力壁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【0007】
第1の発明は、耐力壁であって、上下に離間する一対の支持材に挟まれて配置されると共に平面視形状が波形状の木質折板構造部を備えるという構成を採用する。
【0008】
第2の発明は、上記第1の発明において、上記木質折板構造部が、上下方向に延在する木質の角材同士が接続されてなるという構成を採用する。
【0009】
第3の発明は、上記第2の発明において、全ての上記角材が同一断面であるという構成を作用する。
【0010】
第4の発明は、上記第2または第3の発明において、複数の上記角材同士を締結する締結手段を備えるという構成を採用する。
【0011】
第5の発明は、上記第4の発明において、上記締結手段が、複数の上記角材を貫通するスルーボルトと、当該スルーボルトの先端部に螺合されるナットとを有するという構成を採用する。
【0012】
第6の発明は、上記第1~第5いずれかの発明において、上記木質折板構造部が、上記平面視形状が三角波形状であり、上記平面視形状の角部を形成すると共に一方の上記支持材から他方の上記支持材に至る長さとされる軸部を備えるという構成を採用する。
【0013】
第7の発明は、上記第6の発明において、上記軸部同士に挟まれて隣り合う軸部を連結する連結部を備えるという構成を採用する。
【0014】
第8の発明は、上記第7の発明において、上記連結部が高さ方向に離散して設けられることにより開口が形成されているという構成を採用する。
【発明の効果】
【0015】
本発明の耐力壁によれば、上下に離間する一対の支持材に挟まれて配置される木質折板構造部を備える。この木質折板構造部は、平面視形状が波形状をしていることから、面内方向(すなわち波の進行方向)への耐力を有するとともに、面外方向(波の振幅方向)への耐力も有する。したがって、本発明の耐力壁によれば、面外方向から入力される荷重に対する耐力を、落とし込み板壁等の従来の耐力壁よりも向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第1実施形態における耐力壁の斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態における耐力壁が備える木質折板構造部及び締結部の構成図であり、(a)が斜視図であり、(b)が平面図である。
【図3】本発明の第1実施形態における耐力壁が備える木質折板構造部及び締結部の拡大図であり、(a)が木質折板構造部の下端部を拡大した斜視図であり、(b)が木質折板構造部の平面図の拡大図である。
【図4】本発明の第2実施形態における耐力壁の斜視図である。
【図5】本発明の第2実施形態における耐力壁が備える木質折板構造部及び締結部の構成図であり、(a)が斜視図であり、(b)が平面図である。
【図6】本発明の第2実施形態における耐力壁が備える木質折板構造部及び締結部の拡大図であり、(a)が木質折板構造部の下端部を拡大した斜視図であり、(b)が木質折板構造部の平面図の拡大図である。
【図7】小規模水平載荷実験において第1試験体を用いた実験により得られた荷重-変形角関係を示すグラフである。
【図8】小規模水平載荷実験において第1試験体を用いた実験により得られた包絡線を示すグラフである。
【図9】(a)が小規模水平載荷実験において第1試験体を用いた実験により得られた剛性を示すグラフであり、(b)が小規模水平載荷実験において第1試験体を用いた実験により得られたγ=0(rad)時の荷重を示すグラフである。
【図10】小規模水平載荷実験において第2試験体を用いた実験により得られた荷重-変形角関係を示すグラフである。
【図11】小規模水平載荷実験において第2試験体を用いた実験により得られた包絡線を示すグラフである。
【図12】(a)が小規模水平載荷実験において第2試験体を用いた実験により得られた剛性を示すグラフであり、(b)が小規模水平載荷実験において第2試験体を用いた実験により得られたγ=0(rad)時の荷重を示すグラフである。
【図13】小規模水平載荷実験において第3試験体を用いた実験により得られた荷重-変形角関係を示すグラフである。
【図14】小規模水平載荷実験において第3試験体を用いた実験により得られた包絡線を示すグラフである。
【図15】(a)が小規模水平載荷実験において第3試験体を用いた実験により得られた剛性を示すグラフであり、(b)が小規模水平載荷実験において第3試験体を用いた実験により得られたγ=0(rad)時の荷重を示すグラフである。
【図16】実大規模水平載荷実験における荷重-変形角関係を示すグラフであり、(a)が平板型(PSなし)を用いた結果を示し、(b)が平板型(PSあり)を用いた結果を示し、(c)が折板型Type1を用いた結果を示し、(d)が折板型Type2(開口なし)を用いた結果を示し、(e)が折板型Type2(開口あり)を用いた結果を示している。
【図17】(a)が実大規模水平載荷実験により得られた包絡線を示すグラフであり、(b)が実大規模水平載荷実験により得られた剛性を示すグラフである。
【図18】(a)が実大規模水平載荷実験により得られた等価剛性を示すグラフであり、(b)が実大規模水平載荷実験により得られた等価粘性減衰定数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して、本発明に係る耐力壁の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

【0018】
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の耐力壁1の斜視図である。本実施形態の耐力壁1は、木造軸組工法によって建築される建築物に用いられ、図1に示すように、土台2(支持材)と、2本の柱3と、梁4(支持材)と、木質折板構造部5と、締結部6(締結手段)とを備えている。

【0019】
土台2は、木質折板構造部5の下部に配設される横架材であり、断面矩形の角材からなる。柱3は、土台2に立設されており、土台2の延在方向(すなわち水平方向)に一定間隔を空けて配列されている。これらの柱3は、同一の高さを有する角材からなり、梁4を水平支持する。梁4は、木質折板構造部5の上部に配設される横架材であり、断面矩形の角材からなる。

【0020】
これらの土台2と、2本の柱3と、梁4とによって枠状の軸組が形成されている。また、土台2と梁4とは、本発明における上下に離間する一対の支持材を構成している。つまり、土台2及び梁4は、いずれも木質折板構造部5を支持する本発明の支持材である。

【0021】
図2は、木質折板構造部5及び締結部6の構成図であり、(a)が斜視図であり、(b)が平面図である。これらの図に示すように、木質折板構造部5は、平面視形状が三角波形状(波形状)とされている。

【0022】
木質折板構造部5は、平面視形状の角部を形成する軸部5a同士が側面同士を当接させて締結部6により締結されることによって形成されている。各軸部5aは、断面が正方形の角材であり、一方の支持材である土台2から他方の支持材である梁4に至る長さとされている。また、全ての軸部5aは、断面形状及び長さが同一とされている。すなわち、本実施形態においては、木質折板構造部5は、上下方向に延在する木質の角材同士が接続されてなり、全ての角材が同一断面とされている。

【0023】
このような木質折板構造部5は、ある1つの軸部5aが有する4つの側面のうち、他の軸部5aと当接しないように隣り合う2つの側面の各々に他の軸部5aが当接され、軸部5a同士が2つ以上の他の軸部5aと当接しない構造とされることで、平面視が三角波形状とされている。

【0024】
図3は、締結部6を含む木質折板構造部5の拡大図であり、(a)が木質折板構造部5の下端部を拡大した斜視図であり、(b)が木質折板構造部5の平面図の拡大図である。これらの図に示すように、締結部6は、スルーボルト6aと、ナット6bとを有している。スルーボルト6aは、先端部が軸部5aから突出するように隣り合う2つの軸部5aを貫通して設けられている。ナット6bは、スルーボルト6aの先端部と螺合されている。このような締結部6は、スルーボルト6aの頭部とナット6bとの間で2つの軸部5aを挟持することによって、これらの2つの軸部5aを締結する。

【0025】
このような締結部6では、ナット6bの締付け量を調節することによって、2つの軸部5aを締結する締結力の調整を行うことができる。このような締結力の強さは、木質折板構造部5に外部から荷重が入力されて木質折板構造部5が変形するときに、軸部5a間に作用する摩擦力に比例する。すなわち、締結部6のナット6bの締付け量を調整することによって、荷重入力時の軸部5a間の摩擦力を調整することができる。

【0026】
このような軸部5a間の摩擦力が強い場合には、隣り合う軸部5aにせん断力が維持されたまま伝達されることになり、木質折板構造部5の剛性を高めることができる。このため、外部から耐力壁1に入力した荷重を木質折板構造部5に伝達されやすくし、土台2、柱3及び梁4の負担を低減することができる。ただし、木質折板構造部5の剛性が高すぎる場合には、木質折板構造部5の靭性が損なわれる。このため、本実施形態の耐力壁1に要求される耐力性に応じて、木質折板構造部5の剛性すなわちナット6bの締付け量を調節する。

【0027】
なお、軸部5a間の摩擦力をより高めるためる必要がある場合には、軸部5a同士を接着剤が接合するようにしても良い。このような場合には、締結部6を設けない構成を採用することも可能である。また、締結部6による締結力が強い場合には、スルーボルト6aの頭部やナット6bとの当接領域に作用する応力が局所的に高くなる恐れがあることから、必要に応じて座金を設置しても良い。

【0028】
このような締結部6は、全ての隣り合う軸部5a同士を締結するように、図3(b)に示すように、木質折板構造部5の平面視形状である三角波形状の直線領域ごと(半周期ごと)に設けられている。また、締結部6は、水平方向において隣の締結部6同士が干渉しないように、千鳥状に複数の締結部6が水平方向に配列されている。本実施形態においては、このような締結部6の水平列が、高さ方向に4か所に設けられている(図1及び図2(a)参照)。

【0029】
このように構成された本実施形態の耐力壁1では、面内方向から外部荷重が入力されると、当該荷重は、土台2、柱3及び梁4から木質折板構造部5に伝達される。ここで、木質折板構造部5は、平面視形状が、面内方向に進行する三角波形状とされている。このため、面内方向から入力される荷重に対しては、幅W1(図3(b)参照)と同一幅の板材と同様の耐力を発揮する。

【0030】
また、本実施形態の耐力壁1では、面外方向から外部荷重が入力された場合にも、当該荷重は、土台2、柱3及び梁4から木質折板構造部5に伝達される。ここで、木質折板構造部5は、平面視形状が、面外方向に振幅する三角波形状とされている。このため、面外方向から入力される荷重に対しては、厚みD1(図3(b)参照)と同一厚みの板材と同様の耐力を発揮する。

【0031】
以上のような本実施形態の耐力壁1によれば、上下に離間する土台2及び梁4に上下方向から挟まれて配置される木質折板構造部5を備える。この木質折板構造部5は、平面視形状が三角波形状をしていることから、面内方向への耐力を有するとともに、面外方向への耐力も有する。したがって、本実施形態の耐力壁1によれば、面外方向から入力される荷重に対する耐力を、落とし込み板壁等の従来の耐力壁よりも向上させることが可能となる。このような面内方向への耐力及び面外方向への耐力に優れる耐力壁1は、例えば、今後増加することが考えられる中小規模の公共建築物に好適に適用することができる。

【0032】
また、本実施形態の耐力壁1においては、木質折板構造部5が上下方向に延在する木質の角材(軸部5a)同士が接続されてなる。近年、日本の林業の発展を目指すべく、間伐材の有効利用が課題となっている。本実施形態の木質折板構造部5は、1つ1つの角材が太い必要はない(例えば、30mm角以下)ことから、このような間伐材を加工することによって得られる角材を用いて形成する必要はない。したがって、間伐材の有効利用が可能となり、日本の林業の発展を促進することが可能となる。

【0033】
また、本実施形態の耐力壁1においては、全ての軸部5aが同一断面及び同一長さの角材とされている。すなわち、木質折板構造部5が同一規格の角材のみによって形成されている。このため、木質折板構造部5を安価かつ容易に形成することができる。

【0034】
また、本実施形態の耐力壁1においては、複数の軸部5a同士を締結する締結部6を備える。このため、締結部6による締結力を調整することによって、変形時の軸部5a間の摩擦力の強さを調整することができ、木質折板構造部5の剛性を調整することができる。

【0035】
また、本実施形態の耐力壁1においては、締結部6は、複数の軸部5aを貫通するスルーボルト6aと、当該スルーボルト6aの先端部に螺合されるナット6bとを有する。このため、ナット6bの締込み量を調整するのみで、容易に締結力を調整することができる。

【0036】
また、本実施形態の耐力壁1においては、木質折板構造部5は、平面視形状の角部を形成すると共に土台2から梁4に至る長さとされる軸部5aを備えている。このため、木質折板構造部5が軸力を発揮し、建築物の重量の一部を木質折板構造部5で支持することが可能となる。

【0037】
(第2実施形態)
続いて、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

【0038】
図4は、本実施形態の耐力壁1Aの斜視図である。なお、図4においては、後述の開口7bの視認性を高めるため、耐力壁1Aの裏側にハッチングを入れた仮想面を入れて図示している。本実施形態の耐力壁1Aは、上記第1実施形態の木質折板構造部5に換えて、連結部7aを有する木質折板構造部7を備えている。

【0039】
図5は、木質折板構造部7及び締結部6の構成図であり、(a)が平面図であり、(b)が平面図である。なお、図5(a)においても、後述の開口7bの視認性を高めるため、耐力壁1Aの裏側にハッチングを入れた仮想面を入れて図示している。これらの図に示すように、木質折板構造部7は、上記第1実施形態の耐力壁1と同様に、平面視形状が三角波形状(波形状)とされている。

【0040】
木質折板構造部7は、上記第1実施形態の耐力壁1の軸部5a間に連結部7aを有する構造を有している。すなわち、本実施形態の木質折板構造部7は、平面視形状の角部を形成すると共に土台2から梁4に至る長さとされる軸部5aと、この軸部5a同士に水平方向から挟まれて隣り合う軸部5aを連結する連結部7aを有している。

【0041】
連結部7aは、軸部5aと断面が同一の木質の角材からなる。この連結部7aは、図4及び図5(a)に示すように、軸部5aと比較して短く、2つの軸部5a同士間に設けられる1つの隙間に対して上下方向に離散して設けられている。本実施形態においては、連結部7aは、1つの上記隙間に4つ設けられている。このように連結部7aが1つの上記隙間に上下方向に離散して設けられることによって、連結部7a間に開口7bが形成されている。

【0042】
このような木質折板構造部7は、断面が正方形の角材からなる軸部5aと、断面が同様に正方形の角材からなる連結部7aとによって形成されている。すなわち、本実施形態において木質折板構造部7は、上記第1実施形態の木質折板構造部5と同様に木質の角材同士が接続されて形成されており、全ての角材が同一断面とされている。

【0043】
また、木質折板構造部7は、上記第1実施形態の木質折板構造部5の軸部5a間に1つの連結部7aが介装され、この連結部7aの4つの側面のうち、2つの対向する側面の各々が軸部5aの側面と当接される構造とされることで、平面視が三角波形状とされている。

【0044】
図6は、締結部6を含む木質折板構造部7の拡大図であり、(a)が木質折板構造部7の下端部を拡大した斜視図であり、(b)が木質折板構造部7の平面図の拡大図である。これらの図に示すように、本実施形態においては、スルーボルト6aが1つの連結部7aとこの連結部7aを挟持する2つの軸部5aを貫通している。

【0045】
本実施形態においては、ナット6bの締付け量を調整することによって、1つの連結部7aとこの連結部7aを挟持する2つの軸部5aとを締結する締結力の調整を行うことができる。このような締結力の強さは、木質折板構造部7に外部から荷重が入力され、木質折板構造部7が変形するときに、軸部5aと連結部7aとの間に作用する摩擦力に比例する。すなわち、締結部6のナット6bの締付け量を調整することによって、荷重入力時の軸部5aと連結部7aとの間の摩擦力を調整することができる。

【0046】
このような軸部5aと連結部7aとの間の摩擦力が強い場合には、軸部5aと連結部7aとの間でせん断力が維持されたまま伝達されることになり、木質折板構造部7の剛性を高めることができる。このため、外部から耐力壁1に入力した荷重を木質折板構造部7に伝達されやすくし、土台2、柱3及び梁4の負担を低減することができる。ただし、木質折板構造部7の剛性が高すぎる場合には、木質折板構造部7の靭性が損なわれる。このため、本実施形態の耐力壁1Aに要求される耐力性に応じて、木質折板構造部7の剛性すなわちナット6bの締付け量を調節する。

【0047】
なお、軸部5aと連結部7aとの間の摩擦力をより高めるためる必要がある場合には、軸部5aと連結部7aとを接着剤が接合するようにしても良い。このような場合には、締結部6を設けない構成を採用することも可能である。また、締結部6による締結力が強い場合には、スルーボルト6aの頭部やナット6bとの当接領域に作用する応力が局所的に高くなる恐れがあることから、必要に応じて座金を設置しても良い。

【0048】
このように構成された本実施形態の耐力壁1Aでは、面内方向から外部荷重が入力されると、当該荷重は、土台2、柱3及び梁4から木質折板構造部7に伝達される。ここで、木質折板構造部7は、平面視形状が、面内方向に進行する三角波形状とされている。このため、面内方向から入力される荷重に対しては、幅W2(図6(b)参照)と同一幅の板材と同様の耐力を発揮する。

【0049】
また、本実施形態の耐力壁1Aでは、面外方向から外部荷重が入力された場合にも、当該荷重は、土台2、柱3及び梁4から木質折板構造部7に伝達される。ここで、木質折板構造部7は、平面視形状が、面外方向に振幅する三角波形状とされている。このため、面外方向から入力される荷重に対しては、厚みD2(図6(b)参照)と同一厚みの板材と同様の耐力を発揮する。

【0050】
以上のような本実施形態の耐力壁1Aによれば、上下に離間する土台2及び梁4に上下方向から挟まれて配置される木質折板構造部7を備える。この木質折板構造部7は、平面視形状が三角波形状をしていることから、面内方向への耐力を有するとともに、面外方向への耐力も有する。したがって、本実施形態の耐力壁1によれば、面外方向から入力される荷重に対する耐力を、落とし込み板壁等の従来の耐力壁よりも向上させることが可能となる。

【0051】
また、本実施形態の耐力壁1Aにおいては、木質折板構造部7が上下方向に延在する木質の角材(軸部5a及び連結部7a)同士が接続されてなる。このため、間伐材を有効利用して木質折板構造部7を形成することができる。

【0052】
また、本実施形態の耐力壁1Aにおいては、全ての軸部5a及び連結部7aが同一断面の角材とされている。このため、同一規格の角材の長さを加工し、後はこれらの角材を組み合わせることで木質折板構造部7を形成することができるため、木質折板構造部7を安価かつ容易に形成することができる。

【0053】
また、本実施形態の耐力壁1Aにおいては、軸部5aと連結部7aとを締結する締結部6を備える。このため、締結部6による締結力を調整することによって、変形時の軸部5aと連結部7aとの間の摩擦力の強さを調整することができ、木質折板構造部7の剛性を調整することができる。

【0054】
また、本実施形態の耐力壁1Aにおいては、軸部5a同士に挟まれて隣り合う軸部5aを連結する連結部7aを備える。このため、木質折板構造部7の見かけ上の厚み(図6(b)に示す厚みD2)を上記第1実施形態の木質折板構造部5よりも厚くすることができ、面外方向への耐力をより向上させることができる。

【0055】
また、本実施形態の耐力壁1Aにおいては、連結部7aが高さ方向に離散して設けられることにより開口7bが形成されている。このため、木質折板構造部7を光が通過することができ、採光性に優れた耐力壁1Aとすることができる。

【0056】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0057】
例えば、上記第1及び第2実施形態においては、木質折板構造部5及び木質折板構造部7の平面視形状が三角波形状である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、軸部5aの角部を面取りすることによって、木質折板構造部5及び木質折板構造部7の平面視形状を略正弦波形状とすることも可能である。また、同平面視形状を矩形波形状や水面波形状としても良い。

【0058】
また、上記実施形態において、複数の軸部5aが一体化された形状の木材や、軸部5aと連結部7aとが一体化された形状の木材を使用することも可能である。具体的には、上記第1実施形態において、2つの軸部5aが一体化された形状の木材を、2つの軸部5aに換えて設置しても良い。また、上記第2実施形態において、軸部5aと連結部7aとが一体化された形状の木材を、1つの軸部5aと1つの連結部7aとに換えて設置しても良い。さらには、上記第1実施形態及び第2実施形態において、全ての軸部5aや全ての軸部5a及び連結部7aが一体化された構成を採用することも可能である。

【0059】
また、上記第2実施形態においては、軸部5aと同一長さの連結部7aを用いることによって、開口7bを設けない構成を採用することもできる。また、2つの軸部5a同士の間に連結部7aを水平方向にさらに多数直列的に配置することによって、木質折板構造部7の見かけ上の厚みをより厚くすることも可能である。

【0060】
また、上記第2実施形態において、連結部7aを土台2から梁4に到達する長さとし、軸部5aを上下方向に離散して配置することで開口を形成する構成を採用することもできる。

【0061】
続いて、上記実施形態の木質折板構造部の水平載荷時の挙動についての基礎的研究について説明する。

【0062】
木質折板構造部は、締結部6にプレストレスを導入して木材間に摩擦力を発生することで初期剛性の向上が期待できる。一般的に落とし込み板壁は、板を縦配置することで初期剛性が向上するため、本基礎的研究で用いる試験体についても木材を縦方向に用いた。また、折板型配置とすることで、水平載荷に伴う面外座屈に対する抵抗性能の向上と、最大耐力後の靱性挙動の発現が期待できる。

【0063】
荷重-変形角関係を把握し、本構造の基本的構造特性を明らかにすることを目的として小規模水平載荷実験を実施した。試験体としては、上記第2実施形態の木質折板構造部7をベースとし、2つの軸部5a間に連結部7aを2つ直列配置し、30mm角でスルーボルト6a用のφ5.5mmの孔が225mm間隔で設けられた杉の角材を用いた。第1試験体は、高さ450mm、幅450mmで、開口7bが形成されていないものとした。第2試験体は、高さ450mm、幅450mmで、開口7bが形成されているものとした。第3試験体は、高さ900mm、幅450mmで、開口7bが形成されているものとした。なお、第2試験体は高さ90mmの連結部7aからなる水平列を上下方向に2列有する構造とし、第3試験体は高さ90mmの連結部7aからなる水平列を上下方向に4列有する構造とした。

【0064】
本小規模水平載荷実験における実験パラメータはスルーボルト6aへの導入プレストレス量とし、0kgf,150kgf,300kgfの3パターンを各3体ずつ(試験体番号a~c)試験した。実験治具は、ピン接合された鉄骨フラットバーで試験体を囲むことにより、大変形が生じても純粋なせん断力の載荷を可能とした。加力は反力治具に接続したチェーンブロックを引き込むことにより水平に載荷を行った。載荷履歴は、真のせん断変形角がγ0=1/100,1/50,1/25,1/20,1/15,1/10radの変形角制御とし、各変形角につき3回の繰返し正負交番載荷を行った。なお、実験結果の分析にあたり、履歴曲線をトリリニア型に定義し、剛性を評価した。具体的には、原点から包絡線の100radまでを近似線で表した直線を、初期剛性を示すI直線とした。また、包絡線の1/100radから1/25rad までを近似線で表した直線を、第2剛性を示すII直線とした。また、包絡線の1/25radから1/15radまでを近似線で表した直線を、第3剛性を示すIII直線とした。

【0065】
なお、本小規模水平載荷実験の実験治具では、試験体の上部の面内方向の変位(δ1)と、試験体の下部の面内方向の変位(δ2)とを巻込式変位計で取得し、試験体の右部の鉛直方向の変位(δ3)と、試験体の左部の鉛直方向の変位(δ4)をレーザ変位計で取得した。そして、試験体の真のせん断変形角γ0は、水平方向変位と鉛直方向変位の差より求めた。

【0066】
本小規模水平載荷実験の実験結果を図7~図15に示す。図7~図9が第1試験体を用いた実験結果を示している。また、図10~図12が第2試験体を用いた実験結果を示している。また、図13~図15が第3試験体を用いた実験結果を示している。なお、これらの図において、「PSなし」とは導入プレストレス量が0kgfである場合の実験結果を示し、「PS150」とは導入プレストレス量が150kgfである場合の実験結果を示し、「PS300」とは導入プレストレス量が300kgfである場合の実験結果を示している。また、これらの図においてa,b,cは試験体番号を示している。

【0067】
図7~図9に示すように、第1試験体を用いた各ケースの載荷履歴は、「PSなし」でスリップ型、「PS150」及び「PS300」で残留変形がみられるスリップ-バイリニア型となった。また、初期剛性は「PSなし」と比較して「PS150」が2.09倍、「PS300」が2.50倍と導入プレストレス量の増加に伴い、増加する傾向が確認された。一方、第2及び第3剛性は導入プレストレス量に依存せず、ほぼ一定となった(図9(a))。各履歴ループにおけるせん断変形角γ0=0rad通過時の荷重(摩擦力)を比較すると、「PSなし」と比較して「PS150」では3.50倍、「PS300」では4.56倍に増加している(図9(b))。このことから導入プレストレス量の増加によって部材同士に働く摩擦力の増加が、初期剛性の向上に寄与していると考えられる。

【0068】
図10~図12に示すように、第2試験体を用いた実験結果からは、第1試験体を用いた実験結果と同様に、「PSなし」ではスリップ型、「PS150」及び「PS300」ではスリップ-バイリニア型の履歴性状が得られた。また、導入プレストレス量ごとの初期剛性の値も第1試験体を用いた実験結果とほぼ同等であり、設定したパラメータにおいては、連結部7aの長さすなわち開口7bを設けたことに伴う影響は認められなかった。なお、最大耐力は第2試験体を用いた実験結果の方が大きいが、誤差の範囲内と評価できる。

【0069】
図13~図15に示すように、第3試験体を用いた実験結果からは、第1試験体を用いた実験結果及び第2試験体を用いた実験結果と同様、「PSなし」ではスリップ型、「PS150」及び「PS300」ではスリップ-バイリニア型の履歴性状が得られた。しかし、「PS300」が「PS150」とほぼ同等の剛性、耐力を示した。これは、アスペクト比の増加に伴う曲げ変形の増大が原因であると考えられる。しかし、剛性の低減を見込むことで小規模実験の結果から実規模での性能は推測できると考えられる。

【0070】
上述の小規模水平載荷実験より、プレストレスの導入により、角材間の摩擦力増加による初期剛性の向上と靱性型挙動の発現が確認され、エネルギー吸収能力を有する制振要素としての適用性が示唆された。このことから実大規模実験を通じて、上記実施形態の木質折板構造部の構造性能を把握すると共に、実用性の検討を行った。

【0071】
本実大規模水平載荷実験では、試験体として、平板型(PSなし)と、平板型(PSあり)、折板型Type1と、折板型Type2(開口なし)、折板型Type2(開口あり)の5パターンを用いた。

【0072】
平板型(PSなし)は、45mm角で長さ2580mmの杉の角材を面内方向に15本並べ、全ての角材を貫通するスルーボルト及び当該スルーボルトに螺合されるナットにより締結した構造を有する。
平板型(PSあり)は、45mm角で長さ2580mmの杉の角材を面内方向に15本並べ、全ての角材を貫通するスルーボルト及び当該スルーボルトに螺合されるナットにより締結すると共に、スルーボルトにプレストレスを導入した構造を有する。
折板型Type1は、上記第1実施形態の木質折板構造部5をベースとし、45mm角でスルーボルト6a用のφ10mmの孔が上下方向に6か所設けられた軸部5aを用いた構造を有する。この折板型Type1は、高さが2580mm、幅が700mm、デプス(図3(b)に示す厚みD1)が95.5mmとされている。
折板型Type2(開口なし)は、上記第2実施形態の木質折板構造部7をベースとし、45mm角でスルーボルト6a用のφ10mmの孔が上下方向に6か所設けられた軸部5aと、軸部5aと同一長さの連結部7aを用いた構造を有する。この折板型Type2(開口なし)は、高さが2580mm、幅が700mm、デプス(図6(b)に示す厚みD2)が127.3mmとされている。
折板型Type2(開口あり)は、上記第2実施形態の木質折板構造部7をベースとし、45mm角でスルーボルト6a用のφ10mmの孔が上下方向に6か所設けられた軸部5aと、2つの軸部5a間の隙間の上端部及び下端部に長さ135mmで45mm角の連結部7aが配置され、これらの間に高さ270mmで45mm角の連結部7aが連結部7a同士の間隔が590mmとなるように配置された構造を有する。この折板型Type2(開口あり)は、高さが2580mm、幅が700mm、デプス(図6(b)に示す厚みD2)が127.3mmとされている。

【0073】
本実大規模水平載荷実験では、上記5パターンの試験体を各3体ずつ実験を行った。平面型では導入プレストレス量の有無による初期剛性の確認を目的とし、折板型では更なる靱性型挙動の発現と、デプス、開口の有無による性状の違いを確認することを目的とした。なお、試験体は120mm角の木材を用いた軸組内に、金物を介して取付けた。軸組材は横架材にベイマツを、柱、土台梁は杉材を用いた。プレストレスは、電動インパクトレンチにより40mm角の座金がめり込み始めるまで緊結を行うことで導入した。許容めり込み応力度より概ね250kgfのプレストレスが導入されていると考えられる。

【0074】
軸組材と実験治具の取付は、軸組材の2本の柱芯から200mmの位置に六角ボルト(M16)を用いて緊結した。水平加力は横架材に取付けた治具の両端にチェーンブロックを取付け、それらを引込むことによって行った。実験は上載荷重2000Nの載荷式とし、軸方向荷重は治具の柱芯となる箇所から錘と繋いだロープにより土台方向に引張ることで載荷を行った。載荷履歴は、見かけのせん断変形角が1/200,1/150,1/100,1/75,1/50,1/20,1/15radの変形角制御とし、各変形角につき3回の繰返し正負交番載荷を行った。その後一方向に加力を続け、荷重が低下するか、軸組材が破壊した時点で終了とした。なお実験は、試験体を水平面内に設置した状態で行った。荷重の計測は30kN級ロードセル、変位の計測は巻込式変位計及び高感度変位計、レーザ変位計を用いた。

【0075】
本実大規模水平載荷実験で得られた履歴性状を図16に示す。また、各履歴性状の包絡線を図17(a)、包絡線を上述の小規模水平載荷実験と同様に定義したトリリニア化した結果を図17(b)にそれぞれ示す。平面型の試験体は、プレストレスの導入によって1/100radまでの初期剛性が4.20倍に向上しており、プレストレスの導入が初期剛性の向上に有用であることが確認された。また、最大耐力は6.5kNから7.8kNに1.2倍向上しているが、最大変形角が0.15radから0.11radに低下している。プレストレスの導入に伴い部材間の間隙が減少し、試験体の変形能力が減少したためと考えられる。

【0076】
平面型(PSあり)と折板型の比較を行う。折板型Type1(デプス=95.5mm)の初期剛性は、平面型(PSあり)の278.4kN/radから257.1kN/radと8%の低下がみられたが、1/100~1/25radまでの第2剛性では1.35倍に向上している。これは、折板型の試験体の平面視形状が波形状であることから、初期縮みが収まるまで変形の進行が大きいと考えられる。

【0077】
デプスを折板型Type1の95.5mmから127.3mmへ変化させた折板型Type2を用いて比較を行う。最大荷重は、折板型Type1において8.97kN、Type2において8.62kNとほぼ同等の値を示しているが、最大変形角はそれぞれ、0.132rad、0.167radと折板型Type2が大きい値を示している。デプスの増加が変形能力の増大に寄与する可能性が示唆された。

【0078】
折板型Type2(開口なし)と折板型Type2(開口なし)との比較を行う。部材間の圧縮力が開口なしに比べ、小さくなることから、初期剛性はプレストレスを導入した試験体の中で最小となった。一方、第2及び第3剛性に関しては他の試験体と同等の性状が得られた。

【0079】
本実大規模水平載荷実験での5パターンの試験体について、実用性の判断指標として壁倍率を算出し、定量的な評価を試みる。包絡線より表1に示す(a)~(d)の耐力を算定し、その中の最小値を短期基準せん断耐力と定める。なお、短期許容せん断耐力を算出するに当たり、耐力の低減係数αは1.0として算出する。

【0080】
【表1】
JP2015183437A_000003t.gif

【0081】
この表から分かるように、平面型(PSあり)、及び折板型において、一般的な落とし込み板壁(壁倍率:0.6)に比べて、2倍以上の倍率が得られた。

【0082】
本実大規模水平載荷実験より得られた履歴曲線から、等価剛性(Keq)及び等価粘性減衰定数(heq)の算定を行った。この結果を、表2及び図18(a)及び(b)に示す。

【0083】
【表2】
JP2015183437A_000004t.gif

【0084】
等価剛性(Keq)はプレストレスを導入した試験体においてほぼ同等の値が得られた。等価粘性減衰定数(heq)は、プレストレスを導入した試験体では変形の進行に伴って減衰が大きくなる傾向が示された。一方、プレストレスを導入していない試験体においては、変形初期の滑りにより減衰が小さくなる傾向が示された。
【符号の説明】
【0085】
1……耐力壁、1A……耐力壁、2……土台(支持材)、3……柱、4……梁(支持材)、5……木質折板構造部、5a……軸部、6……締結部(締結手段)、6a……スルーボルト、6b……ナット、7……木質折板構造部、7a……連結部、7b……開口
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
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【図8】
7
【図9】
8
【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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