(57)【要約】【課題】大地震時に損傷する耐力パネルを第１層に限定し、また損傷する部位も限定するとともに容易に交換可能な構成として修復工事にかかる手間やコストを可及的に低減できる建物を提供する。【解決手段】柱１０、１１、１５梁１〜４の接合部をピン接合された軸組の各層に耐力パネルＡ、Ｂを複数配置して架構が形成された建物において、大地震時に、第１層の耐力パネルＡが上層の各耐力パネルＢよりも先行して降伏するように構成される。耐力パネルＡは他の部位に先行して降伏する変形部２２を有し、且つ変形部２２が交換可能に構成される。耐力パネルＢは耐力パネルＡに比べて靭性に劣り且つ構成が単純な材料からなる。耐力パネルＡの変形部位２２は、鋼材からなり、耐力パネルＢは、一対の斜材をＸ字状に配置してなるブレース１６で構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱梁の接合部をピン接合された軸組の各層に耐力パネルを配置して架構が形成され、大地震時に第１層の耐力パネルが上層の各耐力パネルよりも先行して降伏するように構成されたことを特徴とする建物。
【請求項２】
前記第１層の耐力パネルは、耐力パネルを構成する他の部位に先行して降伏する変形部を有し、且つ該変形部が交換可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載した建物。
【請求項３】
前記上層の耐力パネルは、前記第１層の耐力パネルに比べて靭性が小さく、且つ構成が単純であることを特徴とする請求項１又は２に記載した建物。
【請求項４】
前記第１層の耐力パネルの変形部は鋼材からなり、前記上層の耐力パネルは、一対の斜材をＸ字状に配置してなるブレースで構成されたことを特徴とする請求項３に記載した建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各層毎に耐力パネルを配置した複数層からなる建物であって、大地震時に第１層の耐力パネルが上層の耐力パネルよりも先行して降伏するように構成した建物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数層からなる建築物は、柱を梁より強くすることで地震によるエネルギーを各層に分散するように構成することが望ましいとされてきた。しかし、このように構成された建物では、大地震時に被る損傷が建物の各層にわたって広範囲に発生する虞があり、修復工事に手間やコストがかかるという問題があった。特に、上層の建物外周部を修復しなければならない場合には、建物の周囲に作業用の足場を組む必要があり、いっそう手間やコストがかかることになる。
【０００３】
一方、低層の住宅建築では、各層が独立して降伏するピンブレース工法や、壁式工法が多く用いられている。このような構造の建物は、特定の層のブレースや耐力壁等の耐力パネルが他の層の耐力パネルと影響を及ぼしあうことなく単独で降伏するので、修復工事にかかる手間やコストはラーメン構造の建築物よりも抑えることができる。しかし、このような構成であったとしても、大地震時に上層（第２層以上）の耐力パネルが降伏して終局を迎える可能性があり、その際に資材等の上げ下げが必要となる、建物外周部に損傷が及んで足場が必要となるなどして補修費用が高くなる虞がある。また、上層の耐力パネルで吸収できるエネルギー量は少ないので、エネルギーの吸収能力の高い高価な耐力パネルを設置しなければならないという問題もある。また、従来の耐力パネルであるブレースやラーメンフレームなどは、特定の層に損傷が集約されたとしても耐力パネルのどの部位が損傷しているか特定することが難しく、耐力パネルの損傷度合いの確認や交換に伴う内装材や設備等の撤去・復旧を耐力パネル周辺の広い範囲にわたって行わなければならず、補修が容易でないという問題もある。
【０００４】
特許文献１には、既存建物の耐震補強を実施するための補強フレームに関する発明が記載されている。これは、各層の変形を均一化して各層で均等にエネルギーを消費して高い耐震性能を発揮するものである。
【０００５】
また、特許文献２には、建物内部に居室保持ゾーンと修復ゾーンとを形成し、地震時の損傷を修復ゾーンに集中させる技術が開示されている。この技術によれば、大地震事の損傷を修復ゾーンに限定して発生させるので、地震後の補修を低コストで実施することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７０３９２号公報
【特許文献２】特開２００１−０４９８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術であっても、大地震の際には各層が損傷し、補修に手間やコストがかかるという問題を完全に解決することは困難であるという問題を有している。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載された技術では、損傷ゾーンが複数の層に及び、修復工事の際に上下間の移動、資材の上げ下げ、複数の層の養生等が必要となるので、手間やコストがかかるという問題が解消されていない。また、修復すべき部位が凡そ柱と梁の接合部近傍に限定はできるものの、それ以上の精度で修復すべき部位を限定することは困難であり、どの程度の修復工事が必要になるのかを想定することも難しく、場合によっては修復ゾーンに限定されるとはいえ広範囲な修復が必要となる虞もある。
【０００９】
本発明の目的は、大地震時に損傷する耐力パネルを第１層に限定でき、また損傷する部位も限定できるとともに容易に交換可能な構成として修復工事にかかる手間やコストを可及的に低減できる建物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係る建物は、柱梁の接合部をピン接合された軸組の各層に耐力パネルを配置して架構が形成され、大地震時に第１層の耐力パネルが上層の各耐力パネルに先行して降伏するように構成されたものである。
【００１１】
上記建物に於いて、第１層の耐力パネルは、耐力パネルを構成する他の部位に先行して降伏する変形部を有し、且つ該変形部が交換可能に構成されたことが好ましい。
【００１２】
また上記何れかの建物に於いて、上層の耐力パネルは、第１層の耐力パネルに比べて構成が単純であることが好ましい。
【００１３】
また上記建物に於いて、第１層の耐力パネルの変形部は鋼材からなり、前記上層の耐力パネルは、一対の斜材をＸ字状に配置してなるブレースで構成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明に係る建物では、大地震時に、第１層の耐力パネルが上層の各耐力パネルに先行して降伏するように構成されているので、大地震時の耐力パネルの損傷を第１層に集中させることができる。従って、補修工事の際に作業者の上下移動、資材等の上げ下げ、建物外周部の補修を行う際の作業用の足場の架設等の必要がなく、補修にかかる手間や費用を抑えることができる。また、構造躯体の変形に伴う建物の内外装部材の損傷も第１層に集中させることができ、これらの補修に要する費用を軽減することもできる。
【００１５】
また、第１層に配置される耐力パネルは耐力パネルを構成する他の部位に先行して降伏する変形部を有しているので、補修すべき場所の特定が容易で、且つ部位が限定されるため、手間やコストを抑えることができる。特に、変形部が容易に交換可能に構成されているため、なおいっそう手間やコストを抑えることができる。
【００１６】
特に、第１層の耐力パネルの変形部を、交換が容易で、エネルギー吸収に優れた制振部材とすることによって、大地震時に降伏した後の補修工事の範囲を最小限として容易に初期の耐震性能を復旧することができる。
【００１７】
また、上層の耐力パネルを、第１層に配置される耐力パネルに比べて構成を単純にすることによって、建設費用を抑えることができる。
【００１８】
また、第１層の耐力パネルの変形部位を鋼材で構成し、上層の耐力パネルをブレースで構成することによって、コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施例に係る建物の構成を説明する模式図である。
【図２】第１層に配置される耐力パネルの構成を説明する図である。
【図３】第２層を含む上層に配置される耐力パネルの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る建物の実施例について図を用いて説明する。図１は本実施例に係る建物の構成を説明する模式図である。図２は第１層に配置される耐力パネルの構成を説明する図である。図３は第２層を含む上層に配置される耐力パネルの構成を説明する図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施例の建物は、３層からなる鉄骨造の工業化住宅であり、梁勝ち工法の軸組の各層に耐力パネルＡ、Ｂが配置された架構構成となっている。そして第１層に配置された耐力パネルＡは、大地震に際して第２層、第３層に配置された耐力パネルＢに先行して降伏し得るように構成されると共に変形部が容易に交換し得るように構成されている。
【００２２】
第１層に配置された耐力パネルＡは、図２に示すように、所定の間隔をもって上下の梁１、２に対しボルトによってピン接合された一対の柱１０と、一対の柱１０の内部側に縦方向に取り付けられた２組の耐力部材２０とからなる。
【００２３】
耐力部材２０は、一対の柱１０に沿って取り付けられた一対の枠材２１と、一対の枠材２１どうしを連結する連結材２２とからなる。
【００２４】
枠材２１は、縦枠２１ａと、一端が縦枠の高さ方向の中心位置に接合されて該縦枠とは直角をなす水平枠２１ｂと、一端が縦枠の上下端と接合され他端が水平枠２１ｂの他端と連結板２１ｃを介して接合されることで斜めに配置された第１斜め枠２１ｄ及び第２斜め枠２１ｅと、からなり、枠材２１は全体として二等辺三角形をなしている。連結板２１ｃにはボルト孔が穿設されており、このボルト孔を利用して枠材２１を構成する水平枠２１ｂ、第１斜め枠２１ｄ、及び第２斜め枠２１ｅが連結板とボルト接合され、更に連結板２１ｃどうしが変形部である連結材２２にて連結されている。枠材２１は高い剛性および耐力を有し、大地震の際にも耐震性能に影響を及ぼす変形や破断を生じることがない。
【００２５】
連結材２２は、正面視蝶形の板状の極低降伏点鋼からなり、くびれ部分が所定の値を越える外力によって降伏し、塑性変形することで地震力のエネルギーを吸収するように構成されている。連結材２２の両端部にはボルト穴が穿設されており、このボルト穴を利用して枠材２１の連結板２１ｃとボルト接合されている。連結材２２は、必要とされるエネルギー吸収量に応じて１または複数個連結し得るように構成されている。
【００２６】
なお連結材２２は、所定の外力により塑性変形しエネルギー吸収しうる普通鋼や低降伏点鋼で構成されていてもよい。
【００２７】
また、耐力パネルＡは、上記構成以外に、例えば上下の梁間の寸法に対応した高さを有する四角枠体の内部に斜材や板材を適宜配置し、該四角枠体内部の地震時に変形あるいは変位する部位に、等粘弾性体、高減衰ゴム、各種ダンパー等からなりエネルギーを吸収する変形部を介在させて構成してもよい。該変形部は、繰り返しの地震力が作用することによってエネルギー吸収能力等が低下し、メンテナンスや交換が必要となる虞があるので、上記構成と同様にボルト等で容易に着脱しうるように取り付けられるのが好ましい。
【００２８】
第２層を含む上層に配置される耐力パネルＢは、図３に示すように、所定の間隔をもって上下の梁２、３または３、４に対しボルトによってピン接合された一対の柱１５と、一対の柱１５の内部側にＸ字状に取り付けられた一対のブレース材１６とからなる。
【００２９】
ブレース材１６の一端は一方の柱１５の下端部に設けられたボルト孔にボルト接合（図示せず）され、他端は他方の柱１５の上端部に設けられたボルト孔にボルト接合（図示せず）されて構成されている。
【００３０】
ブレース材１６は、入手が容易で安価な材料を用いて単純な構成することが可能である。このような材料としては、山形鋼、平鋼、丸鋼、溝形鋼等があり、何れも好ましく利用することが可能である。本実施例では、ブレース材１６の主要材料として、普通鋼からなる丸鋼をもちいて、該丸鋼の中間部に長さ調整用のターンバックルを介在させ、端部に柱１５に対してボルトで固定するための平鋼からなる接合プレートを溶接して構成しており、軸方向に作用する引張力に対してのみ対抗しうるように設計されている。
【００３１】
上記の如く構成された耐力パネルＢは、第１層に配置される耐力パネルＡに比べて靭性が低くエネルギー吸収能力は劣るが、高い耐力を有するように構成することが可能である。また、構成が単純で、使用する材料も一般的なものであるので耐力パネルＡに比べて低廉である。
【００３２】
耐力パネルＢは、上記構成以外に、例えば上下の梁間の寸法に対応した高さを有する四角い枠体の内部に斜材をＸ字状、「く」字状等に適宜配置して構成したものでもよく、このような耐力パネルＢも、前述した入手が容易で安価な材料を用いて単純に構成することが可能である。
【００３３】
なお、図１に示す１１は柱であり、耐力パネルＡを構成する柱１０及び耐力パネルＢを構成する柱１５と同一の仕様を有し、上下の端部が梁１−２、２−３、３−４にボルトによって接合されている。そして、各梁１〜４、柱１１、耐力パネルＡ、Ｂとによって建物の架構が構成されている。
【００３４】
上記の如く構成された建物において、第１層に配置された耐力パネルＡ、上層に配置された耐力パネルＢは、通常、木材や軽鉄材料を下地に対し石膏ボード等の壁材を貼って構成される内装壁に覆われた状態となっている。
【００３５】
この建物が、所定の大きさ以下の地震力を受けた場合、第１層に配置された耐力パネルＡ、上層に配置された耐力パネルＢ、ともに変形は弾性域に留まる。
【００３６】
地震力が所定の大きさを超えた場合、第１層に配置された耐力パネルＡについては、上層に配置された耐力パネルＢに先行して降伏することで、耐力パネルＡの連結材２２が塑性変形を開始し、塑性変形することによって地震エネルギーを吸収する。
【００３７】
連結材２２は、繰り返しの塑性変形によって疲労し、エネルギー吸収能力が低下した際に交換する必要があるが、枠材２１に対してボルトにより着脱可能に接合されており、その位置も容易に特定でき、サイズも小さいので、限定された狭い範囲の壁材を撤去することによって短時間で容易に交換することができる。従って、補修工事にかかる手間や費用を抑えることができる。
【００３８】
また、このような補修工事は第１層に限定されるので、建物の外周部に足場を組む必要がなく、更に補修工事にかかる手間や費用を抑えることができる。
【００３９】
また、上層に配置される耐力パネルＢが、第１層に配置される耐力パネルＡに比べて構成が単純な一般的なブレース材１６からなるので、更に費用を抑えることができる。
【００４０】
次に、第１層に配置された耐力パネルＡが上層に配置された耐力パネルＢに先行して降伏するための構造的な条件について説明する。
【００４１】
図１に示す建物において各層に偏心がないものとし、この条件で式１を満足するように第１層の耐力パネルＡ、第２層、第３層の耐力パネルＢの耐力（降伏せん断力）や配置数を設定する。なお、図１では模式的にある構面のみを取り出し、各層の耐力パネルも１つしか表記していないが、実際の建物では、構面は直交する２方向の夫々に複数存在し、各構面の各層の耐力パネルの数も１つに限定されるものではない。
【００４２】
［式１］
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【００４３】
ここで、
ｉＱｙはｉ層の降伏せん断力、Ａｉは建築基準法令に定めるｉ層のせん断力分布係数（ただし、同法令によらず固有値解析など他の解析方法によって定めてもよい）、Ｎは建物の階層数、Ｗｉはｉ層の重量である。
【００４４】
すなわち、第１層の耐力パネルＡに損傷を集中させるために、（第２層の降伏せん断力（2Ｑy））／（第１層の降伏せん断力（1Ｑy））の値が、（第２層のせん断力分布係数（Ａ2）と建物の第２層及び第３層の重量との積）／（第１層のせん断力分布係数（Ａ1）と建物の総重量との積）の値よりも大きく、且つ（第３層の降伏せん断力（3Ｑy））／（第１層の降伏せん断力（1Ｑy））の値が、（第３層のせん断力分布係数（Ａ3）と建物の第３層の重量との積）／（第１層のせん断力分布係数（Ａ1）と建物の総重量との積）の値よりも大きくなるように、耐力パネルＡ、Ｂの配置数や耐力パネル１つあたりの耐力を設定する。
【００４５】
なお、Ａｉは、複数層の建物が弾性状態で振動しているときの各層に生じている層せん断力を表す係数（各層で支持している建物の重量（ΣＷｉ）の何割がせん断力として作用するかを示す値）であり、理論的に求める場合と経験式で計算する場合（基準法のＡｉの式）がある。
【００４６】
上記の如く設定した耐力パネルＡを第１層に配置すると共に、耐力パネルＢを第２層、第３層に配置することで、所定の大きさよりも小さい地震力が作用したとき、第１層に配置された耐力パネルＡ、第２層、第３層に配置された耐力パネルＢはともに弾性領域の変形をする。そして、地震力が所定の大きさを超えた場合、第１層に配置された耐力パネルＡは、第２、第３層に配置された耐力パネルＢに先行して降伏する。
【００４７】
従って、地震時に生じる損傷を第１層にのみ集中させることが可能であり、この結果、地震によって生じた耐力パネルＡの損傷を修復する際に、修復すべき位置の特定が容易であり、且つ限定された狭い範囲となるため、補修工事にかかる手間や費用を抑えることが可能である。
【００４８】
なお、第１層が先行降伏することは、動的応答解析により確認してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の建物は、地震時に生じる損傷を第１層に集中させることができ、且つ修復工事が容易である。このため、地震時の修復の容易性を考慮した長期耐用住宅を普及させる際に利用して有利である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ、Ｂ                    耐力パネル
１〜４                    梁
１０、１１、１５          柱
１６                      ブレース材
２０                      耐力部材
２１                      枠材
２１ａ                    縦枠
２１ｂ                    水平枠
２１ｃ                    連結板
２１ｄ                    第１斜め枠
２１ｅ                    第２斜め枠
２２                      連結材（変形部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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