(57)【要約】【課題】平板面内にせん断力を受ける軽金属平板の補強構造で、極めて薄く且つ強度の低いアルミニウム合金材料を利用し、小規模建物を対象とする制振型耐震壁板として降伏後もせん断耐力が下がることなく安定した力学挙動となるようにする。【解決手段】本発明の軽金属平板は、（ａ）図の帯板幅広面で構成する額縁状枠組み３を周囲四辺に設け、前記枠組み内部に平板状のアルミコア，ペーパーコア，各種発泡体等５を配して中間層を構成し更にその表裏面に薄いアルミニウム合金板２を添接して複層軽金属平板１とするもので、（ｂ）図のせん断降伏後の表裏金属平板に生ずる斜め方向の波状せん断変形の成長を額縁状周辺枠材で押え、更に周辺帯板と表裏面の平板で形成する平板状の管体として捩り剛性を大幅に高めることで降伏後もせん断耐力が下がることのないようにしている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面内にせん断力を受ける軽金属平板の補強構造で、帯状矩形板の幅広面で構成する額縁状枠組みに薄い軽金属平板を前記枠組みの表裏両面に添接し複層金属平板とするもので、前記枠組み内部の略全域に枠と同厚のアルミコア，ペーパーコア，各種発泡体等を配して表裏の薄い金属平板が互いに変形拘束するようにし、周辺部帯板と表裏面の平板とで構成する管体として捩り剛性を大幅に高め、複層軽金属平板としてのせん断座屈荷重を上げ且つせん断降伏後の大変形領域に於いても耐力を維持し得るようにした補強構造。
【請求項２】
平面内にせん断力を受ける軽金属平板の補強構造で、帯板による額縁状枠組みの内部に枠組みと平行に一本乃至複数本の帯板を配して小区分化し乃至は平板全体を予め複数の平板に分割しその後一体化する請求項１に記載する複層軽金属平板で、降伏以降のせん断変形に伴う面外曲げ変形の成長を低く抑え、せん断降伏後の大変形領域で正負交番に加わるせん断力に対して紡錘形の履歴特性となるようにした補強構造。
【請求項３】
平面内にせん断力を受ける軽金属平板の補強構造で、帯板による額縁状枠組みの板幅は矩形平板を構成する二辺の内短辺方向長さの略５％乃至それ以上とし、表裏の軽金属平板がせん断降伏後張力場への移行に伴い生ずる斜め方向の波状のせん断変形を小さく抑え、せん断降伏後のせん断耐力の低下を防ぐための請求項１乃至請求項２の何れかに記載の補強構造。
【請求項４】
小規模建物用制振型耐震壁板としてせん断耐力を低く押さえることを意図し、標準的大きさ１，８００ｍｍｘ９００ｍｍの平板に対し中間層を構成する周辺枠の厚さを５ｍｍ〜１５ｍｍとする複層構成の平板で、せん断耐力を決定する表裏両面の薄い軽金属平板は１ｍｍ厚さ乃至それ以下で材料の引張強度が略１０ｋＮ／ｃｍ2かそれ以下且つ応力ー歪み関係がラウンドハウス型非線形となるアルミニウム合金材料とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の軽金属平板の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小規模建物用制振型耐震壁構造で、主にせん断力を受ける軽金属平板について弾性領域での早期のせん断座屈発生を回避してせん断降伏荷重を確保するとともに降伏後の変形に伴う荷重の低下を防ぎ、軽金属平板の塑性変形能力を高めることを意図した補強壁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
せん断力を受ける略矩形金属平板は、せん断座屈荷重を高くして降伏耐力を確保できてもその後の座屈変形が成長する過程で耐力を維持するのは難しく、その目的を達成するためにはせん断座屈応力度τｃｒをせん断降伏応力度τｙの１０倍ないしそれ以上と平板の幅厚比を相当に小さくしなければならず、結果的にはかなり厚い板厚とするか多くのスティフナ−を格子状に配して平板全域を細分化する必要がある。
【０００３】
また、金属平板のせん断座屈と座屈後の耐力低下を避けるため、降伏点応力度の極めて低い材料を使うことで設計として要求されるせん断強度に対し降伏点応力度の低い分だけ金属平板の板厚を上げて板剛度を高め、早期に発生する座屈を回避し塑性化後の塑性変形能力を高める方法がある。
【０００４】
この他、木造住宅等小規模建物の耐震補強壁として、補強壁のせん断強度を低く押さえるために軽金属材料を利用したものもあり、アルミニウム発泡体を免震材とする壁板や粘弾性材料から成る制振用板材を挿んでアルミニウム合金の波板を層状に重ねた補強壁等がある。
【特許文献１】特開平１１−２４７３５１    公開特許公報
【特許文献２】特開２００２−６７２１７    公開特許公報
【特許文献３】特開２００２−２３５３７９  公開特許公報
【特許文献４】特開２００３−３１４０８３  公開特許公報
【特許文献５】特開２００４−１２４６０５  公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、せん断力を受ける金属平板に対して板厚を出来る限り薄くし且つ剛性，強度の低いアルミニウム合金等の金属材料を利用出来るようにすることで、早期のせん断座屈発生を回避し更にせん断降伏後のせん断耐力の低下を防いで塑性変形能力を高め、簡単で有効な補強構造による小規模建物等に対する薄くて軽量の耐震補強壁を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
平板面内にせん断力を受ける軽金属平板の補強構造として、周囲四辺に金属帯板が幅を与える面で構成する額縁状の金属枠組みを設け且つその内部略全面に平板状のアルミコア，ペーパーコア，各種発泡体等を挿入し、前記補強構造の表裏面に薄い金属平板を添接して一体とする複層金属平板で、平板全体としてせん断荷重に対し安定した力学挙動となることを意図している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の複層軽金属平板は、表裏面の薄い金属平板と周辺部枠材を両側とする薄い矩形状管体を構成し且つ表裏面の平板が充填材により平行な間隔が保持されることからサンブナン捩り剛性が高くなり、複層金属平板全体としての板剛性は極めて大きくなりせん断降伏以降もせん断耐力の安定的な維持が可能となる。
【０００８】
本発明の軽金属平板は、表裏金属平板を面的に拘束することにより極めて薄い平板が利用でき且つ補強のためのに特別な加工を必要とせず、中小建物の制振ないし耐震補強壁として有効である。加えて枠組み内部に挿入する各種材料についても一般的に使用されているものでよくて調達し易く、壁板として薄く且つ軽いため小規模建物の工事に於ける取り扱いも容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の軽金属平板は図１（ａ）に示すように平面内に主にせん断力Ｑを受ける金属平板で、（ｂ）図はその組立図で周囲四辺に軽金属帯板が幅を与える面で構成する額縁状の枠組み３を更に必要に応じ内部補強材４を配し、前記帯板に囲まれた略全域に平板状のアルミコア，ペーパーコア，各種発泡体等５を挿入し、その表裏両面に軽金属薄板２を添接して複層軽金属平板１とするもので、図中破線で示すように分割して製作しその後一体化することもある。
【実施例１】
【００１０】
図２は、本発明の構造的特徴である額縁状枠組みの力学的性能を確認するための解析例で、（ａ）図は大きさ１，８００ｍｍｘ９００ｍｍの表裏金属平板２と周辺部枠組み３とで構成される複層金属平板の構成図であり、（ｂ）図はせん断降伏後表裏金属平板に形成される張力場の概念図で，周辺枠に沿うせん断力と斜め引張力とがトラス的釣合いにあり且つそれと交差するように⇒方向に圧縮力が作用し、これが斜め方向に生じる波状のせん断変形の成長を加速させ降伏以降のせん断耐力の低下に影響すると考えられる。
【００１１】
図３は、前記大きさの複層軽金属平板について周辺部帯板を厚さ８ｍｍの６０６３−Ｔ６材，表裏軽金属平板を各０．５ｍｍの１０５０−Ｏ材，内部充填材とし弾性ヤング係数Ｅ＝３ｋＮ／ｃｍ2とし、周辺帯板幅を変えてせん断降伏以降の力学挙動を見たものである。図中●印で示すように枠幅の大きさで耐力上昇が左右されるため適切な幅を設定することが必要で、○印で示すように枠幅が小さくなると耐力低下は早くなり仮に充填材の剛性を大幅に上げてもこの傾向は変らず、枠幅ｂ１，ｂ２は平板短辺方向幅Ｂ１の略５％かそれ以上は必要と考えられる。
【実施例２】
【００１２】
図４は、複層軽金属平板の捩り剛性を調べるための説明図で、（ａ）図は大きさ１，８００ｍｍｘ９００ｍｍで周辺帯板９０ｍｍｘ８ｍｍ，表裏両面の板は厚さ０．５ｍｍとする複層軽金属平板に材端部から捩りモーメントＴを加えるものである。（ｂ）図は両側枠材を挟み表裏両面の薄い平板で構成する幅の狭い管体としてせん断応力流れであり、（ｃ）図の中央に示す表裏金属平板２と枠材３及びＥ＝３ｋＮ／ｃｍ2とする充填材５とこれを挟んで上に９ｍｍ厚のアルミニウム合金板，下に表裏薄板間が空洞となる平板の断面図である。
【００１３】
図５は、解析結果図で捩りモーメントＴと捩り角Φで示しているが、●印の実線は内部充填材が挿入された場合であり又点線は長辺方向に両側と同じ帯板が内部に加わった場合で、□印で示すアルミ平板の結果と比較して４０〜５０％であり薄い平板を複層とすることで極めて大きな捩り剛性となっていることが判る。○印は内部が空洞の場合で複層効果はなく両側の帯板の捩り剛性と考えられ、帯板幅を半分にしたものは更に略１／２になっている。これら平板の捩り剛性は座屈荷重を大きく左右し、塑性化以降の平板の力学挙動に大きく影響するものである。
【実施例３】
【００１４】
図６は、本複層軽金属平板の周辺部枠材及び内部補強材の構成が平板の力学的性状への影響を見るための解析例で、大きさ１，８００ｍｍｘ９００ｍｍの平板１で（ａ）図は７５ｍｍｘ８ｍｍの長辺方向枠３と１５０ｍｍｘ８ｍｍの短辺方向枠３で構成するもの、(ｂ)図は７５ｍｍｘ８ｍｍの帯板で四辺を構成し且つ内部二箇所に補強材４を並列し構成するものである。内部補強材は壁板耐力をあまり上げないよう１０５０−Ｏ材とした。
【００１５】
図７は、前記の複層軽金属平板について表裏面の薄板を１０５０−Ｏ材，枠材を６０６３−Ｔ６材とした解析結果であるが、○印は周辺部枠組みだけの場合で内部充填材のヤング係数Ｅ＝３ｋＮ／ｃｍ2の場合に比べＥ＝１５ｋＮ／ｃｍ2では耐力は高く、●印の内部補強材のある例では平板を小区分化することで耐力は高くなるものの安定し、充填材のヤング係数がＥ＝１ｋＮ／ｃｍ2とする低い場合に対しても同じ傾向にある。
【００１６】
図８は、前記例題での解析結果としてせん断降伏以降の大変形領域に於ける壁板の面外変形の成長を示したもので、周辺部枠材だけの例では○印，●印で示すように充填材の剛性に関わらず変形の成長は早く、（ｂ）図の中間部位に帯板補強材を配置した□印，■印の結果は前者と比較して充填材の剛性によらず面外変形の成長は遅く且つ小さくなる。これら面外変形の成長を押さえることは地震による正負交番に加わるせん断力に対し紡錘形の履歴特性とする上で極めて重要である。
【実施例４】
【００１７】
図９（ａ）は、既存木造建物の耐震補強壁として壁板二枚を組合せて建物へ取り付けた外観と、周辺枠組み３と表裏金属平板２の内側に平板状のアルミコア，ペーパーコア，各種発泡体等５を配し中間層の構成を示したもので、（ｂ）図は並立する柱面に釘乃至ネジ等で取り付けるだけとし壁板の長手方向に平行で且つ逆方向へのせん断力が作用するものである。壁板一枚を複数枚で構成することは金属平板の製作や工事での取り扱いが容易であり、両平板の接する部位で連続的乃至断続的に変形を拘束し合うことは有効である。
【００１８】
図１０は、幅９００ｍｍで高さ８１０ｍｍ二枚を上下に配置して一枚の壁板とするもので、周辺枠材は７５ｍｍｘ８ｍｍを基本に構成している。既存木造建物はその骨組み強度が低くそれに合わせて補強壁板のせん断強さを決める必要があり、●印で示すように板厚を下げることで対応できしかも本複層金属平板では表裏面の平板が薄くなっても安定した耐力維持が可能であり、又○印の点線で示すように不安定にならない範囲で枠幅を狭くすることによる耐力調整も一つの方法として考えられる。
【００１９】
図１１はアルミニウム合金材料の引張り試験結果で、木造住宅等小規模建物の耐震補強壁は１，８００ｍｍｘ９００ｍｍ一枚当たりのせん断耐力は１０〜２０ｋＮ程度とする必要があるため、純アルミニウム金属に近い１０００〜３０００番台のラウンドハウス型非線形性応力ー歪み関係のアルミニウム合金が最適なものと考えられる。アルミニウム合金の材料性質を構造材料であるアルミニウム合金との比較のなかで示しているが、それら弾性ヤング係数は略Ｅ＝６０００〜７５００ｋＮ／ｃｍ2であり、又図中実線で強調したものは本解析で選択した材料であり実際にも推奨される組合せである。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の補強軽金属壁板は、周辺部枠組みと表裏二面の金属平板とその内部に平板状のアルミコア，ペーパーコア，各種発泡体等を挿入して構成する複層金属平板で、表裏の軽金属平板は一定板厚の金属平板でよく敢えて特別の加工を施した金属平板としたり特殊な金属素材である必要はなく、薄い軽金属平板に対しせん断座屈荷重を上げて降伏以降もせん断耐力が下がることなく維持できるため、小規模建物に対する制振乃至耐震の構造壁として有効であって幅広く利用されるものである。
【００２１】
本発明の複層軽金属平板は周辺部枠組みと共に中間層を構成する内部挿入材が重要であるが、材料としては表裏両面の薄い金属平板の変形を互いに拘束し合うものであって強度，剛性は極めて小さくてよく、弾性ヤング係数としてアルミコアで１０〜３０ｋＮ／ｃｍ2，ペーパーコアで１〜１０ｋＮ／ｃｍ2，各種発泡体で０．３〜５ｋＮ／ｃｍ2であり、これら材料は一般的に使用されているものでその調達も容易且つ安価なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の補強軽金属壁板の構造詳細を示す説明図である。
【図２】複層軽金属平板の周辺部枠の効果を検証する構造図である。（実施例１）
【図３】本発明の壁板の外部周辺枠の効果を検証する解析結果の説明図である。
【図４】複層軽金属平板の捩り剛性を確認するための説明図である。（実施例２）
【図５】複層軽金属平板の捩り剛性に関する解析結果の説明図である。
【図６】平板の周辺枠と内部補強材の効果を見る解析対象図である。（実施例３）
【図７】本補強構造のせん断耐力の推移を見る解析結果の説明図である。
【図８】本補強構造のせん断変形の進行と平板の面外変形の成長を示す図である。
【図９】前記構造壁の既存木造建物への取付け方法を示す図である。（実施例４）
【図１０】本補強壁に並立する柱からせん断力が加わる解析結果の説明図である。
【図１１】本数値解析で扱った軽金属材料の応力−歪み関係図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    せん断力を受ける複層金属平板
２    表裏両面を構成する金属平板
３    帯板等で構成する周辺枠組み
４    帯板等で構成する枠組み内部補強材
５    中間層内部に挿入する平板要素
６    木造建物の柱・梁構造軸組み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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