耐震パネル
【課題】軸組構造を有する構造物に適用される耐震パネルであって、耐力が大きく、大地震の際にも軸組みの損傷及び構造物の倒壊を可及的に防止する耐震パネルを提供すること。
【解決手段】耐震パネル１０は、所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより、軸組み１２に印加される負荷を軽減する矩形状の薄板１と、薄板１の全辺に設けられ、軸組み１２に取り付けられることにより薄板１を全辺に亘って軸組み１２に拘束させる枠２と、薄板１の隅部（四隅）にそれぞれ配置され、枠２と一体化されると共に薄板１と面接触する複数の火打ち板３，３，３，３と、を有し、軸組み１２の開口部１３に挿入されて軸組み１２に装着される。
【解決手段】耐震パネル１０は、所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより、軸組み１２に印加される負荷を軽減する矩形状の薄板１と、薄板１の全辺に設けられ、軸組み１２に取り付けられることにより薄板１を全辺に亘って軸組み１２に拘束させる枠２と、薄板１の隅部（四隅）にそれぞれ配置され、枠２と一体化されると共に薄板１と面接触する複数の火打ち板３，３，３，３と、を有し、軸組み１２の開口部１３に挿入されて軸組み１２に装着される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸組構造を有する構造物に装着される耐震パネルに関し、例えば、一般住宅の軸組み、或いは、寺社などの伝統的建築物の軸組みに装着される耐震パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸組構造を有する構造物が、地震によって損傷したり、倒壊したりすることを防止するため、鉄骨架橋、油圧ダンパー、又は、パネルなどを、軸組みの開口部に後から装着する耐震補強構造が提案されている。
【０００３】
特許文献１及び２には、木造建物の軸組みの開口部に薄板を取り付け、薄板が軸組みと共に耐力壁を形成する構造が提案されている。
【０００４】
特許文献３には、パネルを梁と土台の間に配置し、このパネルを梁には固定するが、土台には固定しないで載置する構造が提案されている。
【０００５】
特許文献４には、二枚の金属平板の間に発泡体を挟み、さらに、金属平板の周囲四辺に額縁状の金属枠組を取り付けた複層金属平板を、木造建物の木枠に取り付ける構造が提案されている。
【０００６】
特許文献５には、軸組みを成す柱材に釘を用いて面材を取り付け、さらに、面材の裏面に断面がコの字状の受材を取り付け、受材の裏面にゴム等からなる粘弾性ダンパーを貼り付け、受材に粘弾性ダンパーを介して断面がＬ字状の取付部材の一面を取り付け、取付部材の他面を柱材に取り付けた、構造が開示されている。
【０００７】
特許文献６には、木造軸組みの矩形空間に嵌める金属製外枠の内部に、二つの筋交いを交叉させて配置し、筋交いと外枠が接する四隅と筋交い同士が交叉する中心部に補強板を取り付けた、筋交いパネルが提案されている。この筋交いパネルにおいて、外枠の内部は、Ｘ字状の筋交い以外の部分、すなわち、左側中間部、右側中間部、上側中間部及び下側中間部は、空間である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７２８１２号公報
【特許文献２】特開２００７−４００２３号公報
【特許文献３】特許４０９８３３４号公報
【特許文献４】特開２００７−２４１６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２２２８９９号公報
【特許文献６】特開２００２−１０６０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜５の発明は、軸組みに薄板などを含む制震部材を取り付けることにより、軸組みの高剛性化を図るものとなっている。このため、大地震の場合には、軸組みに大きな負荷がかかり、制震部材を取り付けたことが、却って、軸組みの損傷を招くことが考えられる。
【００１０】
また、特許文献１〜５の発明は、薄板などを、基本的には弾性域で使用するものであって、実質的には塑性域で使用することを想定していない。したがって、特許文献１〜６の制震構造等は、小地震の場合には、小さな地震エネルギーを弾性的に吸収できるが、大地震の場合には、大きな地震エネルギーを十分に吸収することができず、この結果、軸組みの損傷を十分に防止することが困難である。
【００１１】
特に、特許文献３の発明のように、耐震パネルの四辺が固定されていない構造では、制震機能はあるが、耐震機能が十分ではなく、大地震の場合、大きな地震エネルギーを十分に吸収することができないという問題がある。
【００１２】
特に、特許文献５の発明のように、面材と軸組みの間に粘弾性ダンパーを設けた場合には、粘弾性ダンパーを設けたことによって、地震エネルギーが面材に十分に伝達されずに軸組みに伝達され、軸組みが損傷を受ける可能性が高まるという問題がある。
【００１３】
或いは、特許文献６の発明のように、薄板ではなく、棒状の筋交いを用いた構造によれば、筋交いの面積ないし容量が小さいため、耐力が小さく、特に、大地震の場合、大きな地震エネルギーを十分に吸収することができないという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、軸組構造を有する構造物に適用される耐震パネルであって、耐力が大きく、大地震の際にも軸組みの損傷及び構造物の倒壊を可及的に防止する耐震パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、第１の視点において、軸組構造を有する構造物の耐震性を改善するよう軸組みの開口部に挿入されて該軸組みに装着される耐震パネルであって、所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、該所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより前記軸組みに印加される地震エネルギーを吸収する矩形状の薄板と、前記薄板の全辺に設けられ、前記軸組みに取り付けられることにより該薄板を全辺に亘って該軸組みに拘束させる枠と、前記薄板の隅部にそれぞれ配置され、前記枠と一体化されると共に前記薄板と面接触する複数の火打ち板と、を有する耐震パネルを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の耐震パネルによれば、枠及び火打ち板によって、耐震パネルの耐力を負担できる薄板の有効部分が拡大されて、薄板が大きな耐力を負担することができ、又、薄板の広い範囲が弾性ないし塑性変形して大きな地震エネルギーを吸収できる。この結果、本発明の耐震パネルが装着された軸組みを有する構造物の耐震性が大幅に改善される。さらに、本発明の耐震パネルは、社殿又は寺院のような文化財の外観を維持しながら、それらの耐震性を改善することもできる。以下、本発明の作用効果を詳細に説明する。
【００１７】
（１）薄板の隅部に配置された火打ち板と薄板の全辺に配置される枠との両方によって、薄板が拘束されていることにより、薄板の中央付近だけが局所的に表側又は裏側に向かって大きく突出することが防止され（面外変形の抑制）、薄板の広い範囲が略波状に変形するようになる。これによって、薄板の局所的な破壊が防止され、薄板の耐力が向上され、薄板による大きな地震エネルギーの吸収が期待される。
（２）薄板の隅部に、それぞれ火打ち板が配置され、火打ち板が薄板と面接触して薄板を押圧していることにより、薄板において、大きな耐力を負担できる領域が拡大される。
（３）薄板の全周ないし全辺が枠によって拘束されていることにより、薄板において、火打ち板により大幅な耐力向上が期待される領域以外の部分に対しても、応分の耐力を負担させることができる。
（４）本発明の耐震パネルは、軸組みの全ての開口部に装着しなくても耐震性が改善できるため、耐震パネルが装着される構造物の外観、特に、社殿又は寺院のような文化財の外観を維持しながら、その耐震性を改善することができる。
（５）本発明の耐震パネルの薄板は、汎用の材料、例えば、建築基準法で定められた鋼、ステンレス鋼から形成することができる。
（６）本発明の耐震パネルにおいては、軸組みの変形特性ないし耐震要求に適合させて、例えば、火打ち板の寸法を可変することにより、耐力等の耐震性を自在に変化させることができる。
（７）本発明の耐震パネルは、薄板、枠及び火打ち板の寸法変更が容易であるため、様々な開口幅を有する軸組みに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る耐震パネルの正面図である。
【図２】（Ａ）は、図１のＡ矢視部分図であり、（Ｂ）は、図１のＢ部分断面図であり、（Ｃ）は、図１のＣ部分断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの部品図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける火打ち板及び枠の効果を説明する図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の耐震パネルが有する薄板及び火打ち板の変形例を示す図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける全辺拘束効果を説明する図である。
【図６】本発明の一実施例に係る耐震パネルの適用例を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの軸組みへの装着例又は表装例を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係る耐震パネルの荷重−変形曲線を示すグラフである。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの耐力試験前後の状態を示す写真であって、（Ａ）は荷重印加前、図９（Ｂ）は荷重印加後の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、極めて稀な大地震に際して、薄板は、広範囲に塑性変形して大きな地震エネルギーを吸収することにより、軸組みの破壊や構造物の倒壊を可及的に防止する。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、薄板の材質及び厚さは、構造物が設置されている地盤、想定される地震などの外部要因を考慮して、最適に設定される。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、前記薄板は、前記薄板の隅部に配置された複数の火打ち板によって拘束される領域と、前記枠によって拘束される領域と、を有することにより、耐震パネルの耐力を負担する領域がさらに拡大され、より大きな耐震性能が発揮される。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板を挟持するよう該薄板の表裏両側に設けられる。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板の表側に設けられ、前記枠及び複数の火打ち板の裏側と前記軸組みの表側との間で、前記薄板が挟持されるよう、該枠が該軸組みに取り付けられる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、対角配置されている一方の火打ち板と他方の火打ち板は、完全に対向していなくてもよい。地震時、薄板において、一方の火打ち板によって拘束されて変形する領域と、他方の火打ち板によって拘束されて変形する領域が、薄板の対角線上で繋がることによって、耐震パネル全体の耐力が向上され、耐震パネルが装着される軸組みの損傷が防止される。本発明の耐震パネルでは、薄板の左右方向の幅と、上下方向の長さの比は、１（左右幅）／２（上下長さ）程度よりも大きく設定することにより、火打ちの板の効果をより得ることができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、枠は、軸組みに、ねじ等の締結部材を用いて固定される。枠は、薄板と面接触することがよい。なお、枠を薄板と一体に形成してもよい。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、火打ち板は、枠に、ねじ等の締結部材を用いて固定される。また、火打ち板を、枠と一体に形成してもよい。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態において、本発明による耐震パネルは、耐震建具として、一般住宅の他、社殿や寺院のような軸組構造による伝統的木造建築物に装着され、文化財としての価値を有する建築物の外観ないし機能を維持させながら、それらの耐震性を改善することができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルは、軸組みの様々に箇所に装着することができ、例えば、床上、床下、或いは、天井下などに装着できる。本発明の耐震パネルを、床下に設置する場合、耐震パネルの下辺を土台（基礎）に取り付けることができる。本発明の耐震パネルを、天井下に設置する場合、欄間に取り付けることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルは、金属、又は、その他の材料から製作することができ、特に、建築基準法で規定されている構造材に使用される材質の金属を好適に採用することができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、薄板には、ＳＳ４００等の構造材用の鋼板、好ましくは、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０７等の構造材用のステンレス鋼板を用いることができる。
【００３１】
本発明による耐震パネルにおいて、薄板が薄すぎると極めて稀な大地震における地震エネルギーを十分に吸収できず、又、薄板が厚すぎて剛性が高すぎると、軸組みに過負荷が加わる。したがって、薄板の厚さは、目的とする耐震能力に合わせて定められるものであるが、一例として、０．４〜２．３ｍｍの範囲が好ましい。
【実施例１】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの正面図であって、耐震パネルを構造物の軸組みに取り付けた様子を示している。図２（Ａ）は、図１のＡ矢視部分図であり、図２（Ｂ）は、図１のＢ部分断面図であり、図２（Ｃ）は、図１のＣ部分断面図である。図３（Ａ）〜（Ｅ）は、図１に示した耐震パネルの部品図である。
【００３３】
［耐震パネル１０の構造］
図１及び図２（Ａ）を参照すると、本発明の一実施例に係る耐震パネル１０は、軸組構造を有する構造物の耐震性を改善するよう、軸組み１２の開口部１３に挿入されて軸組み１２（梁１２ａ，柱１２ｂ等）に装着される。
【００３４】
耐震パネル１０は、所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより、軸組み１２に印加される負荷を軽減する矩形状の薄板１と、薄板１の全辺に設けられ、軸組み１２に取り付けられることにより薄板１を全辺に亘って軸組み１２に拘束させる枠２と、薄板１の隅部（四隅）にそれぞれ配置され、枠２と一体化されると共に薄板１と面接触する複数の火打ち板３，３，３，３と、を有している。
【００３５】
［薄板１］
図３（Ａ）に示す薄板１は、鋼板やステンレス鋼板などの金属板から形成され、薄板１の周縁には、枠取付用の複数の孔１ａが形成され、薄板１の四隅には、火打ち板取付用の複数の孔１ｂがそれぞれ形成されている。
【００３６】
［枠２］
図３（Ｃ）に示す枠２は、図３（Ｂ）に示すような山型鋼（アングル形鋼）２０を、複数本組み合わせて、それらの端部同士を溶接により一体化して形成することができる。枠２は、互いに直交する二つの面２１，２２を有し、一方の面（正面）２１は薄板１に面接触し、他方の面（上下左右の側面）２２は、軸組み１２に取り付けられる。一方の面２１には複数の孔２ａ、他方の面２２には複数の孔２ｂがそれぞれ形成されている。
【００３７】
［火打ち板３］
図３（Ｄ）を参照すると、火打ち板３は、略三角片状であって、薄板１を挟持するための複数の孔３ｅが形成されている。図３（Ｅ）は、火打ち板３の変形例を示す正面図である。図３（Ｅ）を参照して、火打ち板３は、底辺ないし斜辺の一部を面取りすることができ、又、斜辺を複数の辺の組み合わせから構成したり、円弧状に形成したりすることができる。
【００３８】
［耐震パネル１０の製造方法］
（１）枠２の薄板１への取り付け
図２（Ｂ）を参照して、薄板１の表裏面にそれぞれ枠２を取り付ける場合には、薄板１の表面に表側の枠２を載置し、薄板１の裏面に裏側の枠２を載置し、孔２ａ，１ａ，２ａにボルト４を通し、ボルトにナット５を締め込み、表裏の枠２，２の一方の面（正面）２１，２１を薄板１の表裏面にそれぞれ面接触させて、表裏の枠２に、薄板１を強固に挟持させる。
（２）枠２と火打ち板３の一体化
火打ち板３は、枠２の四隅に溶接等によってそれぞれ取り付けられる。火打ち板３は、その一角が薄板１ないし枠２の角に合うよう配置され、その両底辺が薄板１ないし枠２の上下辺又は左右辺に沿って延在するよう配置され、その斜辺が、対角にある別の火打ち板３の斜辺と向き合うよう配置される。
（３）火打ち板３と薄板１の密着
図２（Ｃ）を参照して、薄板１の表側に配置された火打ち板３の孔３ｅ、薄板１の孔１ｂ、薄板１の裏側に配置された火打ち板３の孔３ｅに、ボルト４を通し、ボルト４にナット５を締め込み、表裏の火打ち板３，３を薄板１の表裏面にそれぞれ面接触させて、表裏の火打ち板３，３に、薄板１を強固に挟持させる。
【００３９】
［耐震パネル１０の軸組み１２への取付け］
図１に示したネジ（釘）６が、枠２の他方の面（上下左右の側面）２２に形成された孔２ｂを通じて、軸組み１２に打ち込まれ（ないしネジ込まれ）、耐震パネル１０が軸組み１２に固定される。なお、ボルトやナットを用いて、耐震パネル１０を軸組み１２に取り付けてもよい。
【００４０】
［火打ち板及び枠の効果］
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける火打ち板及び枠の効果を説明する図であり、（Ａ）は、耐震パネルの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）の対角線上断面（Ｂ−Ｂ断面）を模式的に示す断面図であって、塑性変形前後の薄板の状態を示し、（Ｃ）は、（Ａ）の耐震パネルが有する薄板及び火打ち板の変形例を示す図である。
【００４１】
図４（Ａ）を参照すると、薄板１は、長方形状であり、図中、左上隅、右下隅、左下隅及び右上隅に配置された四枚の火打ち板３ａ，３ｂ，３ｃ及び３ｄはいずれも、直角二等辺三角形状である。以下、左上隅と右下隅に対角配置された二枚の火打ち板３ａ，３ｂに関して、上記効果を説明するが、右上隅と左下隅に対角配置された二枚の火打ち板３ｄ，３ｃに関しても同様である。なお、薄板１上で対角配置されている左上隅と右下隅の二枚の火打ち板３ａ，３ｂにおいて、薄板１の角に位置する火打ち板３ａ，３ｂの頂角から火打ち板３ａ，３ｂの斜辺に下ろした垂線３０ａ，３０ｂが互いにずれている。換言すると、薄板１上で対角配置されている二枚の火打ち板３ａ，３ｂにおいて、火打ち板３ａ，３ｂの頂角の二等分線が互いにずれている。
【００４２】
図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、火打ち板３ａ，３ｂによって、薄板１は、垂線３０ａ，３０ｂの間の領域、すなわち、薄板１の対角線上に延在する有効幅Ｗの領域で、大きな荷重を負担することができる。また、薄板１の隅部に配置された火打ち板３ａ，３ｂと薄板１の全辺に配置される枠２との両方によって、薄板１が拘束されていることにより、薄板１の中央付近だけが局所的に表側又は裏側に向かって大きく突出することが防止され（面外変形の抑制）、薄板１の広い範囲が略波状に変形するようになる。これによって、薄板１の局所的な破壊が防止され、薄板１の耐力が向上され、薄板１による大きな地震エネルギーの吸収が期待される。
【００４３】
なお、薄板１の厚み（ｔ）ないし火打ち板３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの斜辺の幅（有効幅Ｗに関係する）は、耐震パネル１０に要求される耐力と、薄板１の材質に応じて定まる降伏荷重を考慮して、設定することが好ましい。
【００４４】
図４（Ｃ）を参照して、薄板１の形状は長方形に限定されず、正方形でもよく、正方形の場合、対角配置された火打ち板３ａ，３ｂ同士、火打ち板３ｃ，３ｄ同士がそれぞれ完全に対向してもよい。
【００４５】
［全辺拘束の効果］
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける全辺拘束効果を説明する図であって、（Ａ）は、本発明の一実施例に関し、（Ｂ）は、比較例に関する。
【００４６】
図５（Ａ）を参照すると、実施例に係る薄板１は、矩形状であって、全辺が軸組みに拘束される。薄板１は、四隅に設けた火打ち板３の効果によって、対角線付近上の領域で、大きな荷重を負担することができる。加えて、薄板１は、薄板１の四辺が枠２によって拘束されていることにより、薄板１は、対角線付近上の領域以外の領域、すなわち、左側中間部、右側中間部、上側中間部及び下側中間部の領域も、荷重を負担することができる。さらに、火打ち板３ａ，３ｂと枠２の両方によって、薄板１が拘束されていることにより、薄板１の面外変形が抑制され、薄板１の広い範囲が略波状に変形するようになる。これによって、薄板１の局所的な破壊が防止され、薄板１の耐力が向上され、薄板１による大きな地震エネルギーの吸収が期待される。
【００４７】
図５（Ｂ）を参照すると、比較例に係る薄板１は、対角線付近上の領域の外側の領域が切り抜かれて４箇所の窓が形成されて、側面拘束がされていない。これによって、薄板１は、対角線付近上の領域でしか、荷重を負担することができない。よって、比較例に係る薄板１は、実施例に係る薄板１に比べて、耐力が劣る。また、比較例に係る薄板１は、枠２による側面拘束がないため、薄板１の中央付近だけが局所的に表側又は裏側に向かって大きく突出する（面外変形の発生）。これによって、薄板１の局所的な破壊が発生しやすくなり、薄板１の耐力が低下する。なお、筋交いをＸ字状に交差させて軸組みの開口部に取り付けた場合も、図５（Ｂ）に示した薄板１を用いた場合と同様である。
【実施例２】
【００４８】
本実施例においては、上述した本発明の一実施例に係る耐震パネル１０を、社殿の軸組みに適用する例を説明する。図６は、本発明の一実施例に係る耐震パネルを社殿に装着する適用例を示す図であって、木造軸組構造を有する社殿を模式的示す正面図である。
【００４９】
図６を参照すると、耐震パネル１０は、下記に例示するように、社殿４０の軸組み１２の開口部１３の様々な箇所に、図１に示したネジ６等を用いて装着することができる。
（１）社殿４０の床下の軸組み１２に耐震パネル１０を装着する場合、耐震パネル１０の下辺は、基礎を介して軸組み１２に間接的に固定され、耐震パネル１０の左右辺は、軸組み１２の左右の柱に固定され、耐震パネル１０の上辺は、軸組み１２の梁に固定される。
（２）社殿４０の床上の軸組み１２に耐震パネル１０を装着する場合、耐震パネル１０の上下辺は、軸組み１２の上下の梁に固定され、耐震パネル１０の左右辺は、軸組み１２の左右の柱に固定される。
（３）社殿４０の天井下の軸組み１２に耐震パネル１０を装着する場合、耐震パネル１０の上下左右辺は、軸組み１２の一部を構成する欄間に固定される。
【００５０】
なお、耐震パネル１０は、軸組み１２の全ての開口部１３に装着しなくてもよく、一部の開口部１３に装着しても、社殿４０の耐震性を改善することができる。これによって、耐震パネル１０が装着されていない開口部１３から、社殿４０の奥を見ることができるため、社殿４０の外観が維持される。また、耐震パネル１０を、例えば、欄間に装着する場合、枠２及び複数の火打ち板３を薄板１の表側に設け、枠２及び複数の火打ち板３の裏側と軸組み（欄間）１２の表側との間で、薄板１が挟持されるよう、枠２を軸組み１２に取り付けてもよい。
【００５１】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの軸組みへの装着例を示す図である。図７（Ｄ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの表装例を示す図である。
【００５２】
図７（Ａ）を参照すると、耐震パネル１０は、軸組み１２の開口部１３に挿入され、梁、柱、柱及び梁（又は基礎）にネジ６等によって固定される。図７（Ｂ）を参照すると、耐震パネル１０は、欄間において、梁、柱、柱及び梁にネジ６等によって固定される。図７（Ｃ）を参照すると、軸組み１２の幅広な開口部１３に中間柱が立てられ、耐震パネル１０は、梁、柱、中間柱及び梁（又は基礎）にネジ６等によって固定される。図７（Ｄ）を参照すると、耐震パネル１０の表面及び／又は裏面には、格子戸が装着される。
【実施例３】
【００５３】
上述した構造を有する、本発明の一実施例に係る耐震パネルの耐力試験を行った。本試験においては、耐震パネルを実際の建築物の軸組みを模擬した軸組みに装着し、軸組みや薄板に変形量を検出する検出器を取り付けた。そして、アクチュエータによって、軸組み及び耐震パネルに水平方向の荷重を印加して、耐震パネル（軸組み）の変形量と荷重の関係、及び、耐震パネルの薄板の変形状態などを調査した。
【００５４】
［実験に用いた耐震パネル］
・ＳＳ鋼製耐震パネル 材質は全てＳＳ４００鋼
薄板 ：厚さ１．２又は１．６ｍｍ、縦２２４０ｍｍ×横１２５０ｍｍ
枠 ：正面幅４０ｍｍ×奥行幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ×縦長２２４０ｍｍ×
横長１２５０ｍｍのアングル状、
火打ち板：頂辺３０ｍｍ×頂辺３０ｍｍの直角二等辺三角形状、厚さ４．５ｍｍ
・ＳＵＳ鋼製耐震パネル 材質は全てＳＵＳ３０４鋼
薄板 ：厚さ１．２ｍｍ、縦２２４０ｍｍ×横１２５０ｍｍ
枠 ：正面幅４０ｍｍ×奥行幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ×縦長２２４０ｍｍ×
横長１２５０ｍｍのアングル状、
火打ち板：頂辺４０ｍｍ×頂辺４０ｍｍの直角二等辺三角形状、厚さ５ｍｍ
【００５５】
［試験１］
耐震パネル（ＳＳ鋼製、薄板の厚さ１．６ｍｍ）を、その上下左右の全辺で軸組みに拘束して耐力試験を行った。比較のため、同様の耐震パネルを、その側面（左右辺）を軸組みに拘束しないで耐力試験を行った。なお、側面拘束の効果を調べるため、いずれの耐震パネルとも、火打ち板を設けなかった。
【００５６】
これらの耐力試験の結果、全辺拘束される耐震パネルは、側面拘束されない耐震パネルに比べて、破壊耐力が２０％以上高かった。したがって、耐震パネルないし薄板の側面を含めた全辺を枠によって拘束することにより、耐震パネルの耐震性が向上することが確認された。さらに、薄板の厚さを１．２ｍｍとして、上下左右の全辺で軸組みに拘束される耐震パネルの耐力試験を行ったところ、薄板を薄くしても同様に側面拘束及び全辺拘束の効果が得られることを確認した。
【００５７】
［試験２］
図５（Ａ）に示すように、四角形状であって窓や切り欠きのない矩形状（全面）な薄板を有する耐震パネルと、図５（Ｂ）に示すように、四箇所の窓（切り欠き）が形成されたＸ字状の薄板を有する耐震パネルと、を用いて、耐力試験を行った。用いた耐震パネルはいずれも、ＳＵＳ鋼製であって、薄板の厚さは１．２ｍｍとした。なお、いずれの耐震パネルとも、火打ち板を設けている。
【００５８】
これらの耐力試験の結果、矩形状で全面な薄板を有する耐震パネルは、Ｘ字状の薄板を有する耐震パネルに比べて、破壊耐力が２０％以上高かった。したがって、全面な薄板においては、火打ち板によって特に耐力等が向上される対角線付近上の領域の外でも、荷重が負担され、薄板全体として、さらに耐力等が向上されることが確認された。
【００５９】
［試験３：耐震パネルの荷重−変形特性］
図５（Ａ）に示すような、本発明の一実施例に係る耐震パネルに水平方向の荷重を印加して、耐震パネルやそれが装着された軸組みの変形を調べた。図８は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの荷重−変位特性を示すグラフである。図８の変位角は、軸組みの水平方向変位量を階高で除したものである（変位角＝軸組みの水平方向変位量／階高）。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの変形状態を示す写真であって、図９（Ａ）は荷重印加前、図９（Ｂ）は荷重印加後の状態を示している。以下、図８並びに図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の一実施例に係る耐震パネルの荷重−変形特性、さらに、この耐震パネルによる社殿の耐震性改善を考察する。
【００６０】
図８を参照すると、荷重−変位特性線の直線部分が薄板の弾性域に相当し、曲線部分が薄板の塑性域に相当し、ヒステリシスを示すループ内の面積が吸収できる地震エネルギーに相当する。本発明の一実施例に係る耐震パネルは、稀な地震（中地震）時の地震力に相当する荷重（約１５ｋＮ）を受けても変位が小さく、高い復元力を示し、又極めて稀な地震（大地震）時の地震力に相当する領域の荷重（約５０ｋＮ）を受けても、塑性変形しながらも変位は小さく、破壊しなかった。したがって、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、薄板の弾性領域における耐力が高く、薄板の塑性領域におけるエネルギー吸収力も高いことが確認された。
【００６１】
また、図９（Ｂ）の６６．３ｋＮの荷重印加後の写真を参照すると、極めて稀な大地震時の地震力に相当する荷重を受けた後でも、耐震パネルないし薄板は、全体として形状を維持している。また、薄板において、対角に配置された火打ち板に挟まれた領域（図５（Ａ）参照）で、大きな張力場が発生していることから、この領域で、大きな地震力が吸収されたことが確認された。また、薄板は、波状に変形して、大きな面外変形は抑制されていた。なお、図９（Ｂ）の薄板においては、左上隅から右下隅に張力場が発生しているが、これは、水平方向荷重の方向に関係するものであり、写真時と反対方向に荷重を印加したときには、右上隅から左下隅に張力場が発生する。図８中、荷重−変形角曲線が横にスリップしている部分を参照して、このような張力場の逆転が発生しても、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、耐力を維持した。
【００６２】
次に、図８に示した荷重−変形特性を有する本発明の一実施例に係る耐震パネルを、伝統的木造建築である社殿の軸組みに装着することによる、社殿の耐震性改善を検討した。
【００６３】
社殿の揺れの許容値は、建築基準法、神戸地震および“重文基礎診断実施要綱”（文化庁）を参照すると、変形角（ｒａｄ）に関して、稀な地震時（中地震時）に対しては１／２００、極めて稀な地震時（大地震時）に対しては１／３０と、設定できる。
【００６４】
［稀な地震時（中地震時）］
図８を参照すると、変形角１／２００（＝０．００５）以上でも、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、荷重の増加に対応して変形角が増加し、変形能力が高いから、本発明の一実施例に係る耐震パネルを軸組みに装着することによって、社殿の耐震性が改善されることがわかる。
【００６５】
［極めて稀な地震時（大地震時）］
図８を参照すると、変形角１／３０（＝０．０３３）以上でも、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、荷重の増加に対応して変形角が増加し、変形能力が高いから、本発明の一実施例に係る耐震パネルを軸組みに装着することによって、社殿の耐震性が改善されることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の耐震パネルは、軸組構造を有する構造物に装着され、特に、木造軸組からなる建築物に装着され、一般住宅、或いは、寺社などの伝統的木造建築物の軸組みにも装着される。
【符号の説明】
【００６７】
１ 薄板
１ａ 孔
１ｂ 孔
２ 枠
２ａ 孔
２ｂ 孔
２０ 山型鋼（アングル型鋼）
２１ 一方の面（正面）
２２ 他方の面（上下左右の側面）
３ 火打ち板
３ａ 左上隅の火打ち板
３ｂ 右下隅の火打ち板
３ｃ 左下隅の火打ち板
３ｄ 右上隅の火打ち板
３ｅ 孔
４ ボルト
５ ナット
６ ネジ（釘）
１０ 耐震パネル
１２ 軸組み
１２ａ 梁
１２ｂ 柱
１３ 開口部
３０ａ，３０ｂ 火打ち板の頂角から同斜辺に下ろした垂線
４０ 社殿（軸組み構造物、伝統的木造建築物）
Ｗ 有効幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸組構造を有する構造物に装着される耐震パネルに関し、例えば、一般住宅の軸組み、或いは、寺社などの伝統的建築物の軸組みに装着される耐震パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸組構造を有する構造物が、地震によって損傷したり、倒壊したりすることを防止するため、鉄骨架橋、油圧ダンパー、又は、パネルなどを、軸組みの開口部に後から装着する耐震補強構造が提案されている。
【０００３】
特許文献１及び２には、木造建物の軸組みの開口部に薄板を取り付け、薄板が軸組みと共に耐力壁を形成する構造が提案されている。
【０００４】
特許文献３には、パネルを梁と土台の間に配置し、このパネルを梁には固定するが、土台には固定しないで載置する構造が提案されている。
【０００５】
特許文献４には、二枚の金属平板の間に発泡体を挟み、さらに、金属平板の周囲四辺に額縁状の金属枠組を取り付けた複層金属平板を、木造建物の木枠に取り付ける構造が提案されている。
【０００６】
特許文献５には、軸組みを成す柱材に釘を用いて面材を取り付け、さらに、面材の裏面に断面がコの字状の受材を取り付け、受材の裏面にゴム等からなる粘弾性ダンパーを貼り付け、受材に粘弾性ダンパーを介して断面がＬ字状の取付部材の一面を取り付け、取付部材の他面を柱材に取り付けた、構造が開示されている。
【０００７】
特許文献６には、木造軸組みの矩形空間に嵌める金属製外枠の内部に、二つの筋交いを交叉させて配置し、筋交いと外枠が接する四隅と筋交い同士が交叉する中心部に補強板を取り付けた、筋交いパネルが提案されている。この筋交いパネルにおいて、外枠の内部は、Ｘ字状の筋交い以外の部分、すなわち、左側中間部、右側中間部、上側中間部及び下側中間部は、空間である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７２８１２号公報
【特許文献２】特開２００７−４００２３号公報
【特許文献３】特許４０９８３３４号公報
【特許文献４】特開２００７−２４１６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２２２８９９号公報
【特許文献６】特開２００２−１０６０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜５の発明は、軸組みに薄板などを含む制震部材を取り付けることにより、軸組みの高剛性化を図るものとなっている。このため、大地震の場合には、軸組みに大きな負荷がかかり、制震部材を取り付けたことが、却って、軸組みの損傷を招くことが考えられる。
【００１０】
また、特許文献１〜５の発明は、薄板などを、基本的には弾性域で使用するものであって、実質的には塑性域で使用することを想定していない。したがって、特許文献１〜６の制震構造等は、小地震の場合には、小さな地震エネルギーを弾性的に吸収できるが、大地震の場合には、大きな地震エネルギーを十分に吸収することができず、この結果、軸組みの損傷を十分に防止することが困難である。
【００１１】
特に、特許文献３の発明のように、耐震パネルの四辺が固定されていない構造では、制震機能はあるが、耐震機能が十分ではなく、大地震の場合、大きな地震エネルギーを十分に吸収することができないという問題がある。
【００１２】
特に、特許文献５の発明のように、面材と軸組みの間に粘弾性ダンパーを設けた場合には、粘弾性ダンパーを設けたことによって、地震エネルギーが面材に十分に伝達されずに軸組みに伝達され、軸組みが損傷を受ける可能性が高まるという問題がある。
【００１３】
或いは、特許文献６の発明のように、薄板ではなく、棒状の筋交いを用いた構造によれば、筋交いの面積ないし容量が小さいため、耐力が小さく、特に、大地震の場合、大きな地震エネルギーを十分に吸収することができないという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、軸組構造を有する構造物に適用される耐震パネルであって、耐力が大きく、大地震の際にも軸組みの損傷及び構造物の倒壊を可及的に防止する耐震パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、第１の視点において、軸組構造を有する構造物の耐震性を改善するよう軸組みの開口部に挿入されて該軸組みに装着される耐震パネルであって、所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、該所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより前記軸組みに印加される地震エネルギーを吸収する矩形状の薄板と、前記薄板の全辺に設けられ、前記軸組みに取り付けられることにより該薄板を全辺に亘って該軸組みに拘束させる枠と、前記薄板の隅部にそれぞれ配置され、前記枠と一体化されると共に前記薄板と面接触する複数の火打ち板と、を有する耐震パネルを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の耐震パネルによれば、枠及び火打ち板によって、耐震パネルの耐力を負担できる薄板の有効部分が拡大されて、薄板が大きな耐力を負担することができ、又、薄板の広い範囲が弾性ないし塑性変形して大きな地震エネルギーを吸収できる。この結果、本発明の耐震パネルが装着された軸組みを有する構造物の耐震性が大幅に改善される。さらに、本発明の耐震パネルは、社殿又は寺院のような文化財の外観を維持しながら、それらの耐震性を改善することもできる。以下、本発明の作用効果を詳細に説明する。
【００１７】
（１）薄板の隅部に配置された火打ち板と薄板の全辺に配置される枠との両方によって、薄板が拘束されていることにより、薄板の中央付近だけが局所的に表側又は裏側に向かって大きく突出することが防止され（面外変形の抑制）、薄板の広い範囲が略波状に変形するようになる。これによって、薄板の局所的な破壊が防止され、薄板の耐力が向上され、薄板による大きな地震エネルギーの吸収が期待される。
（２）薄板の隅部に、それぞれ火打ち板が配置され、火打ち板が薄板と面接触して薄板を押圧していることにより、薄板において、大きな耐力を負担できる領域が拡大される。
（３）薄板の全周ないし全辺が枠によって拘束されていることにより、薄板において、火打ち板により大幅な耐力向上が期待される領域以外の部分に対しても、応分の耐力を負担させることができる。
（４）本発明の耐震パネルは、軸組みの全ての開口部に装着しなくても耐震性が改善できるため、耐震パネルが装着される構造物の外観、特に、社殿又は寺院のような文化財の外観を維持しながら、その耐震性を改善することができる。
（５）本発明の耐震パネルの薄板は、汎用の材料、例えば、建築基準法で定められた鋼、ステンレス鋼から形成することができる。
（６）本発明の耐震パネルにおいては、軸組みの変形特性ないし耐震要求に適合させて、例えば、火打ち板の寸法を可変することにより、耐力等の耐震性を自在に変化させることができる。
（７）本発明の耐震パネルは、薄板、枠及び火打ち板の寸法変更が容易であるため、様々な開口幅を有する軸組みに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る耐震パネルの正面図である。
【図２】（Ａ）は、図１のＡ矢視部分図であり、（Ｂ）は、図１のＢ部分断面図であり、（Ｃ）は、図１のＣ部分断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの部品図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける火打ち板及び枠の効果を説明する図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の耐震パネルが有する薄板及び火打ち板の変形例を示す図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける全辺拘束効果を説明する図である。
【図６】本発明の一実施例に係る耐震パネルの適用例を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの軸組みへの装着例又は表装例を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係る耐震パネルの荷重−変形曲線を示すグラフである。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの耐力試験前後の状態を示す写真であって、（Ａ）は荷重印加前、図９（Ｂ）は荷重印加後の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、極めて稀な大地震に際して、薄板は、広範囲に塑性変形して大きな地震エネルギーを吸収することにより、軸組みの破壊や構造物の倒壊を可及的に防止する。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、薄板の材質及び厚さは、構造物が設置されている地盤、想定される地震などの外部要因を考慮して、最適に設定される。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、前記薄板は、前記薄板の隅部に配置された複数の火打ち板によって拘束される領域と、前記枠によって拘束される領域と、を有することにより、耐震パネルの耐力を負担する領域がさらに拡大され、より大きな耐震性能が発揮される。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板を挟持するよう該薄板の表裏両側に設けられる。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板の表側に設けられ、前記枠及び複数の火打ち板の裏側と前記軸組みの表側との間で、前記薄板が挟持されるよう、該枠が該軸組みに取り付けられる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、対角配置されている一方の火打ち板と他方の火打ち板は、完全に対向していなくてもよい。地震時、薄板において、一方の火打ち板によって拘束されて変形する領域と、他方の火打ち板によって拘束されて変形する領域が、薄板の対角線上で繋がることによって、耐震パネル全体の耐力が向上され、耐震パネルが装着される軸組みの損傷が防止される。本発明の耐震パネルでは、薄板の左右方向の幅と、上下方向の長さの比は、１（左右幅）／２（上下長さ）程度よりも大きく設定することにより、火打ちの板の効果をより得ることができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、枠は、軸組みに、ねじ等の締結部材を用いて固定される。枠は、薄板と面接触することがよい。なお、枠を薄板と一体に形成してもよい。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、火打ち板は、枠に、ねじ等の締結部材を用いて固定される。また、火打ち板を、枠と一体に形成してもよい。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態において、本発明による耐震パネルは、耐震建具として、一般住宅の他、社殿や寺院のような軸組構造による伝統的木造建築物に装着され、文化財としての価値を有する建築物の外観ないし機能を維持させながら、それらの耐震性を改善することができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルは、軸組みの様々に箇所に装着することができ、例えば、床上、床下、或いは、天井下などに装着できる。本発明の耐震パネルを、床下に設置する場合、耐震パネルの下辺を土台（基礎）に取り付けることができる。本発明の耐震パネルを、天井下に設置する場合、欄間に取り付けることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルは、金属、又は、その他の材料から製作することができ、特に、建築基準法で規定されている構造材に使用される材質の金属を好適に採用することができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態に係る耐震パネルにおいて、薄板には、ＳＳ４００等の構造材用の鋼板、好ましくは、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０７等の構造材用のステンレス鋼板を用いることができる。
【００３１】
本発明による耐震パネルにおいて、薄板が薄すぎると極めて稀な大地震における地震エネルギーを十分に吸収できず、又、薄板が厚すぎて剛性が高すぎると、軸組みに過負荷が加わる。したがって、薄板の厚さは、目的とする耐震能力に合わせて定められるものであるが、一例として、０．４〜２．３ｍｍの範囲が好ましい。
【実施例１】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの正面図であって、耐震パネルを構造物の軸組みに取り付けた様子を示している。図２（Ａ）は、図１のＡ矢視部分図であり、図２（Ｂ）は、図１のＢ部分断面図であり、図２（Ｃ）は、図１のＣ部分断面図である。図３（Ａ）〜（Ｅ）は、図１に示した耐震パネルの部品図である。
【００３３】
［耐震パネル１０の構造］
図１及び図２（Ａ）を参照すると、本発明の一実施例に係る耐震パネル１０は、軸組構造を有する構造物の耐震性を改善するよう、軸組み１２の開口部１３に挿入されて軸組み１２（梁１２ａ，柱１２ｂ等）に装着される。
【００３４】
耐震パネル１０は、所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより、軸組み１２に印加される負荷を軽減する矩形状の薄板１と、薄板１の全辺に設けられ、軸組み１２に取り付けられることにより薄板１を全辺に亘って軸組み１２に拘束させる枠２と、薄板１の隅部（四隅）にそれぞれ配置され、枠２と一体化されると共に薄板１と面接触する複数の火打ち板３，３，３，３と、を有している。
【００３５】
［薄板１］
図３（Ａ）に示す薄板１は、鋼板やステンレス鋼板などの金属板から形成され、薄板１の周縁には、枠取付用の複数の孔１ａが形成され、薄板１の四隅には、火打ち板取付用の複数の孔１ｂがそれぞれ形成されている。
【００３６】
［枠２］
図３（Ｃ）に示す枠２は、図３（Ｂ）に示すような山型鋼（アングル形鋼）２０を、複数本組み合わせて、それらの端部同士を溶接により一体化して形成することができる。枠２は、互いに直交する二つの面２１，２２を有し、一方の面（正面）２１は薄板１に面接触し、他方の面（上下左右の側面）２２は、軸組み１２に取り付けられる。一方の面２１には複数の孔２ａ、他方の面２２には複数の孔２ｂがそれぞれ形成されている。
【００３７】
［火打ち板３］
図３（Ｄ）を参照すると、火打ち板３は、略三角片状であって、薄板１を挟持するための複数の孔３ｅが形成されている。図３（Ｅ）は、火打ち板３の変形例を示す正面図である。図３（Ｅ）を参照して、火打ち板３は、底辺ないし斜辺の一部を面取りすることができ、又、斜辺を複数の辺の組み合わせから構成したり、円弧状に形成したりすることができる。
【００３８】
［耐震パネル１０の製造方法］
（１）枠２の薄板１への取り付け
図２（Ｂ）を参照して、薄板１の表裏面にそれぞれ枠２を取り付ける場合には、薄板１の表面に表側の枠２を載置し、薄板１の裏面に裏側の枠２を載置し、孔２ａ，１ａ，２ａにボルト４を通し、ボルトにナット５を締め込み、表裏の枠２，２の一方の面（正面）２１，２１を薄板１の表裏面にそれぞれ面接触させて、表裏の枠２に、薄板１を強固に挟持させる。
（２）枠２と火打ち板３の一体化
火打ち板３は、枠２の四隅に溶接等によってそれぞれ取り付けられる。火打ち板３は、その一角が薄板１ないし枠２の角に合うよう配置され、その両底辺が薄板１ないし枠２の上下辺又は左右辺に沿って延在するよう配置され、その斜辺が、対角にある別の火打ち板３の斜辺と向き合うよう配置される。
（３）火打ち板３と薄板１の密着
図２（Ｃ）を参照して、薄板１の表側に配置された火打ち板３の孔３ｅ、薄板１の孔１ｂ、薄板１の裏側に配置された火打ち板３の孔３ｅに、ボルト４を通し、ボルト４にナット５を締め込み、表裏の火打ち板３，３を薄板１の表裏面にそれぞれ面接触させて、表裏の火打ち板３，３に、薄板１を強固に挟持させる。
【００３９】
［耐震パネル１０の軸組み１２への取付け］
図１に示したネジ（釘）６が、枠２の他方の面（上下左右の側面）２２に形成された孔２ｂを通じて、軸組み１２に打ち込まれ（ないしネジ込まれ）、耐震パネル１０が軸組み１２に固定される。なお、ボルトやナットを用いて、耐震パネル１０を軸組み１２に取り付けてもよい。
【００４０】
［火打ち板及び枠の効果］
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける火打ち板及び枠の効果を説明する図であり、（Ａ）は、耐震パネルの正面図、（Ｂ）は、（Ａ）の対角線上断面（Ｂ−Ｂ断面）を模式的に示す断面図であって、塑性変形前後の薄板の状態を示し、（Ｃ）は、（Ａ）の耐震パネルが有する薄板及び火打ち板の変形例を示す図である。
【００４１】
図４（Ａ）を参照すると、薄板１は、長方形状であり、図中、左上隅、右下隅、左下隅及び右上隅に配置された四枚の火打ち板３ａ，３ｂ，３ｃ及び３ｄはいずれも、直角二等辺三角形状である。以下、左上隅と右下隅に対角配置された二枚の火打ち板３ａ，３ｂに関して、上記効果を説明するが、右上隅と左下隅に対角配置された二枚の火打ち板３ｄ，３ｃに関しても同様である。なお、薄板１上で対角配置されている左上隅と右下隅の二枚の火打ち板３ａ，３ｂにおいて、薄板１の角に位置する火打ち板３ａ，３ｂの頂角から火打ち板３ａ，３ｂの斜辺に下ろした垂線３０ａ，３０ｂが互いにずれている。換言すると、薄板１上で対角配置されている二枚の火打ち板３ａ，３ｂにおいて、火打ち板３ａ，３ｂの頂角の二等分線が互いにずれている。
【００４２】
図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、火打ち板３ａ，３ｂによって、薄板１は、垂線３０ａ，３０ｂの間の領域、すなわち、薄板１の対角線上に延在する有効幅Ｗの領域で、大きな荷重を負担することができる。また、薄板１の隅部に配置された火打ち板３ａ，３ｂと薄板１の全辺に配置される枠２との両方によって、薄板１が拘束されていることにより、薄板１の中央付近だけが局所的に表側又は裏側に向かって大きく突出することが防止され（面外変形の抑制）、薄板１の広い範囲が略波状に変形するようになる。これによって、薄板１の局所的な破壊が防止され、薄板１の耐力が向上され、薄板１による大きな地震エネルギーの吸収が期待される。
【００４３】
なお、薄板１の厚み（ｔ）ないし火打ち板３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの斜辺の幅（有効幅Ｗに関係する）は、耐震パネル１０に要求される耐力と、薄板１の材質に応じて定まる降伏荷重を考慮して、設定することが好ましい。
【００４４】
図４（Ｃ）を参照して、薄板１の形状は長方形に限定されず、正方形でもよく、正方形の場合、対角配置された火打ち板３ａ，３ｂ同士、火打ち板３ｃ，３ｄ同士がそれぞれ完全に対向してもよい。
【００４５】
［全辺拘束の効果］
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルにおける全辺拘束効果を説明する図であって、（Ａ）は、本発明の一実施例に関し、（Ｂ）は、比較例に関する。
【００４６】
図５（Ａ）を参照すると、実施例に係る薄板１は、矩形状であって、全辺が軸組みに拘束される。薄板１は、四隅に設けた火打ち板３の効果によって、対角線付近上の領域で、大きな荷重を負担することができる。加えて、薄板１は、薄板１の四辺が枠２によって拘束されていることにより、薄板１は、対角線付近上の領域以外の領域、すなわち、左側中間部、右側中間部、上側中間部及び下側中間部の領域も、荷重を負担することができる。さらに、火打ち板３ａ，３ｂと枠２の両方によって、薄板１が拘束されていることにより、薄板１の面外変形が抑制され、薄板１の広い範囲が略波状に変形するようになる。これによって、薄板１の局所的な破壊が防止され、薄板１の耐力が向上され、薄板１による大きな地震エネルギーの吸収が期待される。
【００４７】
図５（Ｂ）を参照すると、比較例に係る薄板１は、対角線付近上の領域の外側の領域が切り抜かれて４箇所の窓が形成されて、側面拘束がされていない。これによって、薄板１は、対角線付近上の領域でしか、荷重を負担することができない。よって、比較例に係る薄板１は、実施例に係る薄板１に比べて、耐力が劣る。また、比較例に係る薄板１は、枠２による側面拘束がないため、薄板１の中央付近だけが局所的に表側又は裏側に向かって大きく突出する（面外変形の発生）。これによって、薄板１の局所的な破壊が発生しやすくなり、薄板１の耐力が低下する。なお、筋交いをＸ字状に交差させて軸組みの開口部に取り付けた場合も、図５（Ｂ）に示した薄板１を用いた場合と同様である。
【実施例２】
【００４８】
本実施例においては、上述した本発明の一実施例に係る耐震パネル１０を、社殿の軸組みに適用する例を説明する。図６は、本発明の一実施例に係る耐震パネルを社殿に装着する適用例を示す図であって、木造軸組構造を有する社殿を模式的示す正面図である。
【００４９】
図６を参照すると、耐震パネル１０は、下記に例示するように、社殿４０の軸組み１２の開口部１３の様々な箇所に、図１に示したネジ６等を用いて装着することができる。
（１）社殿４０の床下の軸組み１２に耐震パネル１０を装着する場合、耐震パネル１０の下辺は、基礎を介して軸組み１２に間接的に固定され、耐震パネル１０の左右辺は、軸組み１２の左右の柱に固定され、耐震パネル１０の上辺は、軸組み１２の梁に固定される。
（２）社殿４０の床上の軸組み１２に耐震パネル１０を装着する場合、耐震パネル１０の上下辺は、軸組み１２の上下の梁に固定され、耐震パネル１０の左右辺は、軸組み１２の左右の柱に固定される。
（３）社殿４０の天井下の軸組み１２に耐震パネル１０を装着する場合、耐震パネル１０の上下左右辺は、軸組み１２の一部を構成する欄間に固定される。
【００５０】
なお、耐震パネル１０は、軸組み１２の全ての開口部１３に装着しなくてもよく、一部の開口部１３に装着しても、社殿４０の耐震性を改善することができる。これによって、耐震パネル１０が装着されていない開口部１３から、社殿４０の奥を見ることができるため、社殿４０の外観が維持される。また、耐震パネル１０を、例えば、欄間に装着する場合、枠２及び複数の火打ち板３を薄板１の表側に設け、枠２及び複数の火打ち板３の裏側と軸組み（欄間）１２の表側との間で、薄板１が挟持されるよう、枠２を軸組み１２に取り付けてもよい。
【００５１】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの軸組みへの装着例を示す図である。図７（Ｄ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの表装例を示す図である。
【００５２】
図７（Ａ）を参照すると、耐震パネル１０は、軸組み１２の開口部１３に挿入され、梁、柱、柱及び梁（又は基礎）にネジ６等によって固定される。図７（Ｂ）を参照すると、耐震パネル１０は、欄間において、梁、柱、柱及び梁にネジ６等によって固定される。図７（Ｃ）を参照すると、軸組み１２の幅広な開口部１３に中間柱が立てられ、耐震パネル１０は、梁、柱、中間柱及び梁（又は基礎）にネジ６等によって固定される。図７（Ｄ）を参照すると、耐震パネル１０の表面及び／又は裏面には、格子戸が装着される。
【実施例３】
【００５３】
上述した構造を有する、本発明の一実施例に係る耐震パネルの耐力試験を行った。本試験においては、耐震パネルを実際の建築物の軸組みを模擬した軸組みに装着し、軸組みや薄板に変形量を検出する検出器を取り付けた。そして、アクチュエータによって、軸組み及び耐震パネルに水平方向の荷重を印加して、耐震パネル（軸組み）の変形量と荷重の関係、及び、耐震パネルの薄板の変形状態などを調査した。
【００５４】
［実験に用いた耐震パネル］
・ＳＳ鋼製耐震パネル 材質は全てＳＳ４００鋼
薄板 ：厚さ１．２又は１．６ｍｍ、縦２２４０ｍｍ×横１２５０ｍｍ
枠 ：正面幅４０ｍｍ×奥行幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ×縦長２２４０ｍｍ×
横長１２５０ｍｍのアングル状、
火打ち板：頂辺３０ｍｍ×頂辺３０ｍｍの直角二等辺三角形状、厚さ４．５ｍｍ
・ＳＵＳ鋼製耐震パネル 材質は全てＳＵＳ３０４鋼
薄板 ：厚さ１．２ｍｍ、縦２２４０ｍｍ×横１２５０ｍｍ
枠 ：正面幅４０ｍｍ×奥行幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ×縦長２２４０ｍｍ×
横長１２５０ｍｍのアングル状、
火打ち板：頂辺４０ｍｍ×頂辺４０ｍｍの直角二等辺三角形状、厚さ５ｍｍ
【００５５】
［試験１］
耐震パネル（ＳＳ鋼製、薄板の厚さ１．６ｍｍ）を、その上下左右の全辺で軸組みに拘束して耐力試験を行った。比較のため、同様の耐震パネルを、その側面（左右辺）を軸組みに拘束しないで耐力試験を行った。なお、側面拘束の効果を調べるため、いずれの耐震パネルとも、火打ち板を設けなかった。
【００５６】
これらの耐力試験の結果、全辺拘束される耐震パネルは、側面拘束されない耐震パネルに比べて、破壊耐力が２０％以上高かった。したがって、耐震パネルないし薄板の側面を含めた全辺を枠によって拘束することにより、耐震パネルの耐震性が向上することが確認された。さらに、薄板の厚さを１．２ｍｍとして、上下左右の全辺で軸組みに拘束される耐震パネルの耐力試験を行ったところ、薄板を薄くしても同様に側面拘束及び全辺拘束の効果が得られることを確認した。
【００５７】
［試験２］
図５（Ａ）に示すように、四角形状であって窓や切り欠きのない矩形状（全面）な薄板を有する耐震パネルと、図５（Ｂ）に示すように、四箇所の窓（切り欠き）が形成されたＸ字状の薄板を有する耐震パネルと、を用いて、耐力試験を行った。用いた耐震パネルはいずれも、ＳＵＳ鋼製であって、薄板の厚さは１．２ｍｍとした。なお、いずれの耐震パネルとも、火打ち板を設けている。
【００５８】
これらの耐力試験の結果、矩形状で全面な薄板を有する耐震パネルは、Ｘ字状の薄板を有する耐震パネルに比べて、破壊耐力が２０％以上高かった。したがって、全面な薄板においては、火打ち板によって特に耐力等が向上される対角線付近上の領域の外でも、荷重が負担され、薄板全体として、さらに耐力等が向上されることが確認された。
【００５９】
［試験３：耐震パネルの荷重−変形特性］
図５（Ａ）に示すような、本発明の一実施例に係る耐震パネルに水平方向の荷重を印加して、耐震パネルやそれが装着された軸組みの変形を調べた。図８は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの荷重−変位特性を示すグラフである。図８の変位角は、軸組みの水平方向変位量を階高で除したものである（変位角＝軸組みの水平方向変位量／階高）。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る耐震パネルの変形状態を示す写真であって、図９（Ａ）は荷重印加前、図９（Ｂ）は荷重印加後の状態を示している。以下、図８並びに図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の一実施例に係る耐震パネルの荷重−変形特性、さらに、この耐震パネルによる社殿の耐震性改善を考察する。
【００６０】
図８を参照すると、荷重−変位特性線の直線部分が薄板の弾性域に相当し、曲線部分が薄板の塑性域に相当し、ヒステリシスを示すループ内の面積が吸収できる地震エネルギーに相当する。本発明の一実施例に係る耐震パネルは、稀な地震（中地震）時の地震力に相当する荷重（約１５ｋＮ）を受けても変位が小さく、高い復元力を示し、又極めて稀な地震（大地震）時の地震力に相当する領域の荷重（約５０ｋＮ）を受けても、塑性変形しながらも変位は小さく、破壊しなかった。したがって、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、薄板の弾性領域における耐力が高く、薄板の塑性領域におけるエネルギー吸収力も高いことが確認された。
【００６１】
また、図９（Ｂ）の６６．３ｋＮの荷重印加後の写真を参照すると、極めて稀な大地震時の地震力に相当する荷重を受けた後でも、耐震パネルないし薄板は、全体として形状を維持している。また、薄板において、対角に配置された火打ち板に挟まれた領域（図５（Ａ）参照）で、大きな張力場が発生していることから、この領域で、大きな地震力が吸収されたことが確認された。また、薄板は、波状に変形して、大きな面外変形は抑制されていた。なお、図９（Ｂ）の薄板においては、左上隅から右下隅に張力場が発生しているが、これは、水平方向荷重の方向に関係するものであり、写真時と反対方向に荷重を印加したときには、右上隅から左下隅に張力場が発生する。図８中、荷重−変形角曲線が横にスリップしている部分を参照して、このような張力場の逆転が発生しても、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、耐力を維持した。
【００６２】
次に、図８に示した荷重−変形特性を有する本発明の一実施例に係る耐震パネルを、伝統的木造建築である社殿の軸組みに装着することによる、社殿の耐震性改善を検討した。
【００６３】
社殿の揺れの許容値は、建築基準法、神戸地震および“重文基礎診断実施要綱”（文化庁）を参照すると、変形角（ｒａｄ）に関して、稀な地震時（中地震時）に対しては１／２００、極めて稀な地震時（大地震時）に対しては１／３０と、設定できる。
【００６４】
［稀な地震時（中地震時）］
図８を参照すると、変形角１／２００（＝０．００５）以上でも、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、荷重の増加に対応して変形角が増加し、変形能力が高いから、本発明の一実施例に係る耐震パネルを軸組みに装着することによって、社殿の耐震性が改善されることがわかる。
【００６５】
［極めて稀な地震時（大地震時）］
図８を参照すると、変形角１／３０（＝０．０３３）以上でも、本発明の一実施例に係る耐震パネルは、荷重の増加に対応して変形角が増加し、変形能力が高いから、本発明の一実施例に係る耐震パネルを軸組みに装着することによって、社殿の耐震性が改善されることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の耐震パネルは、軸組構造を有する構造物に装着され、特に、木造軸組からなる建築物に装着され、一般住宅、或いは、寺社などの伝統的木造建築物の軸組みにも装着される。
【符号の説明】
【００６７】
１ 薄板
１ａ 孔
１ｂ 孔
２ 枠
２ａ 孔
２ｂ 孔
２０ 山型鋼（アングル型鋼）
２１ 一方の面（正面）
２２ 他方の面（上下左右の側面）
３ 火打ち板
３ａ 左上隅の火打ち板
３ｂ 右下隅の火打ち板
３ｃ 左下隅の火打ち板
３ｄ 右上隅の火打ち板
３ｅ 孔
４ ボルト
５ ナット
６ ネジ（釘）
１０ 耐震パネル
１２ 軸組み
１２ａ 梁
１２ｂ 柱
１３ 開口部
３０ａ，３０ｂ 火打ち板の頂角から同斜辺に下ろした垂線
４０ 社殿（軸組み構造物、伝統的木造建築物）
Ｗ 有効幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸組構造を有する構造物の耐震性を改善するよう軸組みの開口部に挿入されて該軸組みに装着される耐震パネルであって、
所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、該所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより前記軸組みに印加される地震エネルギーを吸収する矩形状の薄板と、
前記薄板の全辺に設けられ、前記軸組みに取り付けられることにより該薄板を全辺に亘って該軸組みに拘束させる枠と、
前記薄板の隅部にそれぞれ配置され、前記枠と一体化されると共に前記薄板と面接触する複数の火打ち板と、
を有する、ことを特徴とする耐震パネル。
【請求項２】
前記薄板は、前記薄板の隅部に配置された複数の火打ち板によって拘束される領域と、前記枠によって拘束される領域を有する請求項１記載の耐震パネル。
【請求項３】
前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板を挟持するよう該薄板の表裏両側に設けられる、請求項１又は２記載の耐震パネル。
【請求項４】
前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板の表側に設けられ、
前記枠及び複数の火打ち板の裏側と前記軸組みの表側との間で、前記薄板が挟持されるよう、該枠が該軸組みに取り付けられる、請求項１又は２記載の耐震パネル。
【請求項５】
前記薄板は、鋼板又はステンレス鋼板製である請求項１〜４のいずれか一に記載の耐震パネル。
【請求項１】
軸組構造を有する構造物の耐震性を改善するよう軸組みの開口部に挿入されて該軸組みに装着される耐震パネルであって、
所定値以下の大きさの揺れに対しては弾性変形し、該所定値を超える大きさの揺れに対しては塑性変形することにより前記軸組みに印加される地震エネルギーを吸収する矩形状の薄板と、
前記薄板の全辺に設けられ、前記軸組みに取り付けられることにより該薄板を全辺に亘って該軸組みに拘束させる枠と、
前記薄板の隅部にそれぞれ配置され、前記枠と一体化されると共に前記薄板と面接触する複数の火打ち板と、
を有する、ことを特徴とする耐震パネル。
【請求項２】
前記薄板は、前記薄板の隅部に配置された複数の火打ち板によって拘束される領域と、前記枠によって拘束される領域を有する請求項１記載の耐震パネル。
【請求項３】
前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板を挟持するよう該薄板の表裏両側に設けられる、請求項１又は２記載の耐震パネル。
【請求項４】
前記枠及び複数の火打ち板は、前記薄板の表側に設けられ、
前記枠及び複数の火打ち板の裏側と前記軸組みの表側との間で、前記薄板が挟持されるよう、該枠が該軸組みに取り付けられる、請求項１又は２記載の耐震パネル。
【請求項５】
前記薄板は、鋼板又はステンレス鋼板製である請求項１〜４のいずれか一に記載の耐震パネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１９２１１（Ｐ２０１３−１９２１１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４８０３（Ｐ２０１１−１５４８０３）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【特許番号】特許第４８２５９４０号（Ｐ４８２５９４０）
【特許公報発行日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（５０１０６１３１９）学校法人 東洋大学 (68)
【出願人】（０００２２１５３５）東電工業株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【特許番号】特許第４８２５９４０号（Ｐ４８２５９４０）
【特許公報発行日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（５０１０６１３１９）学校法人 東洋大学 (68)
【出願人】（０００２２１５３５）東電工業株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]