(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、これら各孔の周囲が、前記鋼板に一体に成形されたリブとなり、前記孔は、鋼板の前記フレームが接合される範囲を除いて分布され、かつ前記フレームの中桟に対応する部分で区分される複数のフレーム間部分に分かれて分布されている耐力壁パネル。
【請求項２】
前記リブは円すい台状であり、その頂面が前記孔となる請求項１に記載の耐力壁パネル。
【請求項３】
フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、これら各孔の周囲が、前記鋼板に一体に成形されたリブとなり、前記リブは円筒状である耐力壁パネル。
【請求項４】
フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、これら各孔の周囲が、前記鋼板に一体に成形されたリブとなり、前記鋼板の角部に切欠が設けられている耐力壁パネル。
【請求項５】
フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、かつ角部に切欠が設けられている耐力壁パネル。
【請求項６】
前記孔は円形孔であって、鋼板の略全面に分布して設けられている請求項１記載の耐力壁パネル。
【請求項７】
前記鋼板は、フレームの長手方向に並ぶ複数枚に分割され、前記フレームは鋼板の分割部に沿って中桟を有する請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の耐力壁パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、中低層の事務所建物や、戸建住宅、集合住宅等の建物、特に鉄骨系、軽量鉄骨系等の建物に用いられる耐力壁パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軽量鉄骨系等の建物において、図１３に分解斜視図で示す耐力壁パネル２１が使用さている。これは、縦横のフレーム材２２ａ，２２ｂと中桟２２ｃで構成されるパネルフレーム２２に、直接に無孔の鋼板２３を接合し、鋼板２３の剪断耐力により水平力を負担する構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、図１３の構成の耐力壁パネル２１に対して、図１４のように水平力Ｆを加えた場合の耐力壁パネル２１の挙動を示す。同図からわかるように、座屈後の耐力上昇が著しくなる。すなわち、鋼板２３の一部が降伏しても応力分配を行うため、なかなか耐力低下に至らない。その結果、座屈後、鋼板２３の耐力が最大に至る前に、耐力壁パネル２１の周辺のパネルフレーム２２が局部変形したり、接合部が破断したりして終局状態になる。
このような状態にならないように、耐力壁パネル２１の周辺固定を確実なものとすると、かなり過大な設計となり、現実的なものとならない。逆に、鋼板２３の板厚を薄くすると、初期剛性が低下し、取扱いも難しくなる。
【０００４】
この発明の目的は、周辺鋼材の局部変形や接合部の破断を生じることなく、必要な水平耐力が効果的に得られる耐力壁パネルを提供することである。
この発明の他の目的は、耐力壁パネルの周辺拘束が解除できる耐力壁パネルを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明における第１の発明の耐力壁パネルは、フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備える。前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、これら各孔の周囲は、前記鋼板に一体に成形されたリブとされている。
この構成によれば、水平力に対して、鋼板の全体の変形の他に、孔間の鋼板部分が剪断変形することにより、座屈後もエネルギー吸収が行われる。そのため、降伏後の耐力上昇を低減しつつ、変形性能を期待できる。鋼板全体の変形も、無孔鋼板に比べて柔軟になる。また、孔の周囲のリブが面外補強となるため、座屈後のエネルギー吸収がさらに確実になる。面外補強は、薄肉鋼板では、厚肉鋼板のようにスリーブ等の溶接を行うことはできないが、この発明では、孔の周囲のリブで面外補強するため、薄肉鋼板であっても、面外補強が行える。リブの一体成形は、プレス成形等で行える。
【０００６】
この発明の耐力壁パネルにおいて、前記孔は、鋼板のフレームが接合される範囲を除いて分布され、かつフレームの中桟に対応する部分で区分される複数のフレーム間部分に分かれて分布されていてもよい。この構成の場合、孔の周辺のリブに阻害されずに、鋼板をフレームに接合できる。
【０００７】
この発明の耐力壁パネルにおいて、前記リブを円すい台状とし、その頂面が前記孔となるようにしてもよい。この構成の場合、鋼板を円すい台状に深絞り加工した後に、その円すい台状の頂面を打ち抜くという一工程の加工で、鋼板にリブ付きの孔を容易に形成できる。
【０００８】
この発明の耐力壁パネルにおいて、前記リブは円筒状であってもよい。この構成の場合、円筒状のリブで面外補強されるため、より一層、降伏後の耐力上昇を低減しつつ、エネルギー吸収を確保することができる。また、リブが垂直になることで、有効な孔径を広げることができ、降伏後の耐力上昇をさらに低減できる。
【０００９】
この発明の耐力壁パネルにおいて、前記鋼板の角部に切欠が設けられていてもよい。切欠は、例えば鋼板の四隅に設ける。切欠の形状は、例えば矩形状とされ、または直線状に角部を切り落とした形状とされる。切欠は、上記のように分布して設けられる孔に達したものであっても良い。
この構成の場合、鋼板の角部の切欠により、鋼板外周の拘束を解除する作用が得られる。切欠を設けない場合、耐力壁パネルの剛性が高いために、この耐力壁パネルを建物に設置した場合に、柱脚の浮き上がりが大きくなることがあるが、上記のように切欠を設けることにより、柱脚が負担する引き抜き力を減少することができる。柱脚の回転による層間変形角の増分は、切欠のない場合に大きくなり過ぎ、このために十分に耐力壁パネルの耐力を生かすことができない場合があるが、切欠の形成によりこのような問題が解消される。切欠を設けることによる初期剛性の低下はない。
【００１０】
この発明における第２の発明の耐力壁パネルは、フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、かつ角部に切欠が設けられたものである。上記複数の孔の周辺には、上記リブは設けないものとする。切欠は四隅の角部に設けることが好ましい。切欠の形状は、例えば矩形状とされ、または直線状に角部を切り落とした形状とされる。切欠は、上記のように分布して設けられる孔に達したものであっても良い。
この構成の場合も、水平力に対して、鋼板の全体の変形の他に、孔間の鋼板部分が剪断変形することにより、座屈後もエネルギー吸収が行われる。そのため、降伏後の耐力上昇を低減しつつ、変形性能を期待できる。鋼板全体の変形も、無孔鋼板に比べて柔軟になる。
また、鋼板の角部の切欠により、鋼板外周の拘束を解除する作用が得られる。第１の発明における孔の周囲にリブを設けたものは、座屈後の耐力上昇が大きくなり過ぎ、フレームの端部破壊に繋がる恐れがあるが、上記鋼板として、孔周囲のリブがなく、角部に切欠を設けたものは、周辺鋼材の局部変形や接合部の破断を生じることなく、必要な水平耐力が効果的に得られることにおいて、優れたものと成り得る。切欠を設けることによる初期剛性の低下はない。
【００１１】
この発明における第１および第２発明の耐力壁パネルにおいて、前記孔が円形孔であって、鋼板の略全面に分布して設けられているものとしてもよい。この構成の場合、鋼板の全域に対して外力が均等に加わるので、全体の変形が柔軟になり、降伏後の耐力上昇の低減と、エネルギー吸収がより向上する。
【００１２】
この発明における第１および第２発明の耐力壁パネルにおいて、前記鋼板はフレームの長手方向に並ぶ複数枚に分割され、前記フレームが鋼板の分割部に沿って中桟を有するものとしてもよい。この構成の場合、一枚の鋼板が小さくて済むため、鋼板の製造が容易で、保管，運搬等も行い易く、コストを低減できる。このように複数毎に分割しても、必要な水平耐力が効果的に得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図８と共に説明する。図１はこの実施形態に係る耐力壁パネルの分解斜視図を示す。この耐力壁パネル１は、枠組されたパネルフレーム２に鋼板３を接合したものである。パネルフレーム２は、両側辺の縦フレーム材２ａと、上下辺の横フレーム材２ｂとで矩形に枠組され、これに縦横の中桟２ｃ，２ｄが設けられている。中桟２ｃは省略しても良い。縦横のフレーム材２ａ，２ｂおよび中桟２ｃ，２ｄには、溝形鋼等の軽量形鋼が用いられている。鋼板３は、板厚が１ｍｍ程度の薄肉鋼板からなり、例えば、リベット，タッピングビス，またはスポット溶接等でパネルフレーム２に直接に接合されている。
【００１４】
鋼板３には、複数の円形孔４が鋼板３の略全面に分布するように設けられている。円形孔４は、鋼板３のパネルフレーム２が接合される範囲を除いて分布させてあり、かつパネルフレーム２の中桟２ｃ，２ｄに対応する部分で区分される複数のフレーム間部分Ａに分かれて分布させてある。
【００１５】
鋼板３の円形孔４の周囲には、鋼板３の片面側に突出するリブ４ａ（図２）が形成されている。このリブ４ａは円すい台状であり、その頂部が前記円形孔４となるようにされている。リブ４ａの突出高さは、例えば２〜１２ｍｍ程度とされる。鋼板３は、リブ４ａの突出側面をパネルフレーム２に向けて、パネルフレーム２に接合されている。なお、鋼板３は、上記と表裏逆にパネルフレーム２に接合しても良い。
【００１６】
図４は、鋼板３における円形孔４およびリブ４ａの加工工程例を示す説明図である。この加工例では、図４（Ａ）に示すように鋼板３に円すい台状部分を深絞り加工し、これに続けて図４（Ｂ）に示すように円すい台状部分の頂部を打ち抜き加工する。この深絞りから打ち抜きまでの加工は、適宜の工具を用いることにより、１工程で行える。なお、これとは逆に、打ち抜き加工した後で、深絞り加工してもよい。
鋼板３は、一般の鋼板の他に、例えばメッキ鋼板、ステンレス鋼板、または低降伏点鋼単体を用いることができる。このような材質の鋼板３を用いた場合、材料が連続的で、防錆効果も向上する。
【００１７】
図５および図６は、耐力壁パネル１を、鉄骨造建物の躯体に取付けた状態を示す破断水平断面図および縦断面図である。耐力壁パネル１の側部は、パネルフレーム２の縦フレーム材２ａをボルト等の締結具で柱５に締め付けることにより取り付けられている。耐力壁パネル１の上下部は、パネルフレーム２の横フレーム材２ｂを床梁６および天井梁７にボルト等の締結具（図示せず）で取り付けられる。耐力壁パネル１は、上下の梁６，７のみに取付けるようにしても、また左右の柱５のみに取付けるようにしても良い。１階部では、耐力壁パネル１の下部は、鋼製等の土台（図示せず）上に取付けるようにしても良い。
【００１８】
上記構成の作用を説明する。図７に示すように、耐力壁パネル１に水平力Ｆが加えられた場合に、鋼板３は、図８（Ａ）の状態から図８（Ｂ）のように変形する。このとき、円形孔４，４間の板部分の変形でエネルギーが吸収され、全体の変形も従来の無孔鋼板の場合に比べて柔軟になる。そのため、降伏後の耐力上昇を低減しつつ、エネルギー吸収が確保される。また、円形孔４の周囲のリブ４ａによって鋼板３の面外補強が得られるので、降伏後のエネルギー吸収性能が、より一層向上する。さらに、鋼板３の面外拘束による座屈後の音鳴りも削減することができる。
鋼板３の孔は円形孔４とされ、鋼板３の略全面に分布するように設けられているので、鋼板３の全域に対して外力が均等に加わり、全体の変形が柔軟になり、降伏後の耐力上昇の低減と、エネルギー吸収がより向上する。
円形孔４は、鋼板３のパネルフレーム２が接合される範囲を除いて分布させてあり、かつパネルフレーム２の中桟２ｃ，２ｄに対応する部分で区分される複数のフレーム間部分Ａに分けて分布させてあるので、孔４の周辺のリブ４ａに阻害されずに、鋼板３をパネルフレーム２に接合できる。
【００１９】
リブ４ａは円すい台状とし、その頂面が円形孔４となるようにしているので、前述したように、鋼板３に対して円すい台状に深絞り加工した後、その円すい台状の頂面を打ち抜くという１工程のパンチ加工で、鋼板３にリブ４ａ付きの円形孔４を容易に形成できる。
鋼板３は、厚肉であれば、溶接により面外方向にスリーブ等を設けて補強を施せるが、１mm程度の薄肉鋼板では、これは困難である。これに対して、上記のようなプレス加工を採用すると、薄肉の鋼板３に対して、周囲にリブ４ａを有する円形孔４を容易に加工でき、面外補強が容易に行える。
【００２０】
また、この構成の耐力壁パネル１によると、円形孔４のサイズやピッチを変えるだけで、必要な耐力を有する耐力壁パネル１が製作でき、耐力設計を変える場合も、納まりの変更が不要となる。
さらに、この耐力壁パネル１は、使用箇所によっては内装材や外装材の下地にも兼用できる。この場合に、各円形孔４のリブ４ａはパネルフレーム側に突出させているため、内装材や外装材の張り付けの邪魔にならない。
【００２１】
図９は他の実施形態を示す。この実施形態は、鋼板３の円形孔４の周囲のリブ４ａを円筒状としたものである。その他の構成は先の実施形態と同であるため、重複した説明を省略する。
【００２２】
円形孔４およびリブ４ａの加工は、例えば図１０に示すように行われる。まず図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、先の実施形態と同様に、鋼板３に円すい台状部分を深絞り加工し、その円すい台状部分の頂面を打ち抜き加工し、続いて図１０（Ｃ）に示すように、打ち抜き後のリブ４ａを外径側にほぼ垂直姿勢となるまで押し広げる。このように、リブ４ａを円筒形とする場合も、一工程のプレス加工で円形孔４とその周囲のリブ４ａの成形とが行える。すなわち、深絞り、孔明け、リブ部分の押し広げの３要素を一工程で仕上げてしまうことができる。
【００２３】
この構成のように、リブ４ａを円筒状とした場合、リブ４ａによる面外補強の効果が高められ、より一層、降伏後の耐力上昇を低減しつつ、エネルギー吸収を確保することができる。リブ４ａが孔４の内周に沿ってある場合、リブ４ａの先端の孔径が強度上で有効な孔となる。製作上、円形孔４のピッチには限界があるが、リブ４ａをテーパ状から垂直にすることで、有効な孔径を広げることができ、降伏後の耐力上昇の低下およびエネルギー吸収能力の向上を得ることが、さらに容易となる。
【００２４】
図１１はさらに他の実施形態の分解斜視図を示し、図１２はその側面図を示すす。この実施形態では、パネルフレーム２に接合する鋼板３を、パネルフレーム２の長手方向に並ぶ複数枚（ここでは３枚）で構成している。パネルフレーム２は、両側辺の縦フレーム材２ａと、上下辺の横フレーム材２ｂと、２本の横中桟２ｄとで、長手方向に３つの枠部が並ぶ矩形に枠組され、それらの各枠部に矩形の上記各鋼板３が対応付けて接合される。各鋼板３は、横中桟２ｄにもタッピングビス等の固着具、または溶接等で接合される。これらの鋼板３が、パネルフレーム２の接合される範囲を除く部分に複数の円形孔４が分布させてあることについては、上記実施形態と同様である。上記実施形態において、鋼板３における各円形孔４の周囲に設けたリブ４ａ（図１，図２等）は、この実施形態では設けておらず、鋼板３は平板状のものとしてある。なお、この実施形態においても、鋼板３における各円形孔４の周囲に、上記各実施形態と同様にリブ４ａを設けても良い。
【００２５】
鋼板３の各角部には、切欠８が設けてある。この切欠８は、複数分布して設けられた円形孔４のうち、角部に位置する円形孔４の一部（ここでは１／４円に相当する部分）に達するように設けられている。切欠８の形状は、矩形状としてあるが、この他に、例えば斜めのの直線状に角部を切り落とした形状等としても良い。
【００２６】
鋼板３の上には断熱材となる板材９が重ねられ、この板材９と共に鋼板３がタッピングビスなどの締結具１０によりパネルフレーム２に接合される。さらに、前記板材９の上には、パネルフレーム２と同じ外形とした別の枠材１１が重ねられ、締結具等により板材９に接合される。このようにして、耐力壁パネル１が構成される。
【００２７】
この耐力壁パネル１では、パネルフレーム２に接合する鋼板３が、複数枚（３枚）に分割されているので、同じ鋼板３を、その枚数を変えることにより寸法の異なる耐力壁パネル１にも共用でき、部材の管理が容易になると共にコストを低減できる。
また、鋼板３の角部には、その角部に位置する円形孔４の一部に達する切欠８が形成されているので、この切欠８により、鋼板３の周辺拘束がなくなる。そのため、この耐力壁パネル１を建物に設置した場合に、柱脚が負担する引き抜き力を減少することができる。また、パネルフレーム２を例えばリベットで組み立てる場合、パネルフレーム２の表面に突出するリベット頭を前記切欠８により避けて鋼板３をパネルフレーム２に容易に接合することができる。
【００２８】
なお、次の各耐力壁パネルにつき、面内せん断試験を行い、初期剛性、保有耐力、限界変形、および構造特性等を測定した。
試験体は、図１１の実施形態に相当する耐力壁パネル１において、鋼板３を各種変えたものであり、次の４種類を比較した。
▲１▼．鋼板３に円形孔４を設けないもの。
▲２▼．鋼板３に、円形孔４を設け、リブ４ａ、切欠８を設けないもの。
▲３▼．鋼板３に、円形孔４および切欠８を設け、リブ４ａを設けないもの。
▲４▼．鋼板３に、円形孔４、切欠８、およびリブ４ａを設けたもの。
これらの試験結果では、上記▲３▼．▲４▼の性能が優れていることが確認された。
すなわち、円形孔４を設け、切欠８を設けたものが優れており、またリブ４ａを設けたものは、座屈後の耐力上昇が大きかった。
【００２９】
【発明の効果】
この発明における第１の発明の耐力壁パネルは、フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、これら各孔の周囲が、前記鋼板に一体に成形されたリブとなるようにしたため、降伏後の耐力上昇を低減しつつ、エネルギー吸収を確保できて、周辺鋼材の局部変形や接合部の破断を生じることなく、必要な水平耐力が効果的に得られる。
前記孔が鋼板のフレームが接合される範囲を除いて分布され、かつフレームの中桟に対応する部分で区分される複数のフレーム間部分に分かれて分布されている場合は、孔の周辺のリブに阻害されずに、鋼板をフレームに接合できる。
前記リブが円すい台状であり、その頂面が前記孔となるようにされている場合は、鋼板を円すい台状に深絞り加工した後に、その円すい台状の頂面を打ち抜くという一工程の加工で、鋼板にリブ付きの孔を容易に形成できる。
前記リブを円筒状とした場合は、鋼板における円形孔の有効孔径を大きくできて、降伏後の耐力上昇の低減、エネルギー吸収性能の向上が得られ、また面外補強効果も高められる。
前記鋼板の角部に切欠が設けた場合は、鋼板外周の拘束が解除され、この耐力壁パネルを設置した柱脚が負担する引き抜き力を減少することができる。
この発明における第２発明の耐力壁パネルは、フレームと、このフレームに接合された鋼板とを備え、前記鋼板は、複数の孔が分布して設けられ、かつ角部に切欠が設けられたものであるため、周辺鋼材の局部変形や接合部の破断を生じることなく、必要な水平耐力が効果的に得られる。特に、鋼板外周の拘束の解除の効果が大きい。
これら第１および第２の発明において、前記孔を円形孔とし、鋼板の略全面に分布して設けた場合は、耐力壁パネル全体の変形も従来の無孔鋼板の耐力壁パネルに比べて柔軟になり、それだけ降伏後の耐力上昇をさらに低減して、エネルギー吸収をより十分に確保できる。
これら第１および第２の発明において、前記鋼板がフレームの長手方向に並ぶ複数枚に分割されている場合は、製造が容易で、保管，運搬等も行い易く、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る耐力壁パネルを示す分解斜視図である。
【図２】（Ａ）は同耐力壁パネルにおける鋼板の部分拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるII−II矢視断面図である。
【図３】同鋼板の裏面側を示す部分拡大斜視図である。
【図４】同鋼板における円形孔およびリブの加工説明図である。
【図５】前記耐力壁パネルの取付状態を示す水平断面図である。
【図６】同取付状態を示す縦断面図である。
【図７】同耐力壁パネルに水平力を負荷した状態を示す説明図である。
【図８】水平力付加時の鋼板の変形状態を示す説明図である。
【図９】（Ａ）はこの発明の他の実施形態に係る耐力壁パネルにおける鋼板の部分拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるIX−IX矢視断面図である。
【図１０】同鋼板への丸孔およびリブの加工工程を示す説明図である。
【図１１】この発明のさらに他の実施形態に係る耐力壁パネルの分解斜視図である。
【図１２】同耐力壁パネルの側面図である。
【図１３】従来例の耐力壁パネルを示す分解斜視図である。
【図１４】同耐力壁パネルに対して水平力を付加した状態を示す説明図である。
【図１５】同水平力付加時の耐力壁パネルの挙動を示す説明図である。
【符号の説明】
１…耐力壁パネル
２…パネルフレーム
３…鋼板
４…円形孔
４ａ…リブ
８…切欠
Ａ…フレーム間部分
【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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【図１２】
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【図１３】
0003737368.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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