耐震構造、耐震構造の設計方法、及び建物
【課題】波形鋼板のせん断座屈強度・耐力を確保し、配置の自由度を向上させた耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物を提供する目的とする。
【解決手段】波形鋼板２０を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが交差するように波形鋼板２０と波形鋼板２２を対向させ、ボルト４０によって接合する。これにより、波形鋼板２０及び波形鋼板２２の弱軸周りの断面２次モーメントが、対向する他方の波形鋼板２２又は波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントによって補完される。従って、波形鋼板２０、波形鋼板２２の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、波形鋼板２２のせん断座屈が防止される。
【解決手段】波形鋼板２０を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが交差するように波形鋼板２０と波形鋼板２２を対向させ、ボルト４０によって接合する。これにより、波形鋼板２０及び波形鋼板２２の弱軸周りの断面２次モーメントが、対向する他方の波形鋼板２２又は波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントによって補完される。従って、波形鋼板２０、波形鋼板２２の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、波形鋼板２２のせん断座屈が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架構の構面に波形鋼板を配置した耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物における耐震壁としては、特許文献１に示すように、波形形状に折り曲げて加工した波形鋼板を、その折り筋を横にして架構の構面に配置した波形鋼板耐震壁が提案されている。この波形鋼板耐震壁は、上下方向にアコーディオンのように伸縮するため鉛直力を負担しないが、水平力に対しては抵抗可能であり、せん断剛性・せん断耐力を確保しつつ優れた変形性能を有している。更に、せん断剛性及び強度については、鋼板の材質強度、板厚、重ね合わせ枚数、波形のピッチ、波高等を変えることにより調整可能であり、剛性及び強度等の設計自由度が高い耐震壁を実現している。そして、地震荷重等の外力より架構を構成する上下の水平部材が相対変位すると、せん断力が波形鋼板に作用し、波形鋼板がせん断変形する。これにより、外力に対して波形鋼板が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、外力に対して波形鋼板が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮させることができる。
【０００３】
ところで、このように耐震性能、制震性能に優れた波形鋼板耐震壁は、板厚を薄く抑えることが可能であり、一般的な鉄筋コンクリート造の耐震壁と比べて、その設置幅（波形鋼板の面と直交する方向の長さ）を小さく抑えることができ、省スペース化を実現している。更に、板厚を薄く抑えることで一般的なプレス機を用いて鋼板を波形形状に加工できるため、波形鋼板の製作コストを削減できる。しかし、板厚を薄くした場合には、せん断座屈を防止するための手段を講じることが望ましい。
【０００４】
せん断座屈を防止する手段としては、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、架構２００の構面に配置された波形鋼板２０２に、複数の補剛リブ２０４を溶接することが考えられる。しかし、この溶接作業には熟練を要し、更に、溶接熱によって波形鋼板２０２が歪み、波形鋼板２０２の寸法誤差が大きくなる場合がある。
【０００５】
また、複数の波形鋼板を対向させて、ボルト及びナットで接合する方法が考えられる（例えば、特許文献２）。この波形鋼板耐震壁は、対向する波形鋼板の折り筋同士を略平行にして重ね合わせたり、若しくは背合わせにしたりして波形鋼板同士を接合して構成されている。この場合、対向する波形鋼板が協同してせん断力に抵抗するため、波形鋼板耐震壁の断面２次モーメントが大きくなり、せん断座屈が防止される。
【０００６】
しかしながら、波形鋼板は折り筋と平行する軸線を回転軸として折れ曲るような曲げ（曲げ変形）に対しては抵抗力が小さいという機械的性質を有している。特許文献２の波形鋼板耐震壁では、波形鋼板の左右の端部に取り付けられた縦フランジによって、このような曲げ変形に対する強度（曲げ剛性）を確保しているが、波形鋼板耐震壁に求められる耐震性能、制震性能によっては、縦フランジの高さ（波形鋼板の面と直交する方向の長さ）を大きくしなければならない。そのため、波形鋼板耐震壁の設置幅が大きくなり、設置の自由度が低下する場合がある。
【特許文献１】特開２００５−２６４７１３号公報
【特許文献２】特開２００８−３１６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、波形鋼板のせん断座屈強度・耐力を確保し、配置の自由度を向上させた耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物を提供する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の耐震構造は、柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と、前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に、前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、を備えている。
【０００９】
上記の構成によれば、柱と水平部材とから構成される架構に、第１波形鋼板と第２波形鋼板とが配置されている。これらの第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、架構に接合されると共に、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、第１波形鋼板の折り筋と第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向して配置されている。更に、第１波形鋼板と第２波形鋼板とは、接合手段によって接合されている。
【００１０】
ここで、第１波形鋼板、第２波形鋼板は、折り筋と平行な軸線（以下、「弱軸」という）を回転軸として折れ曲るような曲げ（曲げ変形）に対しては抵抗力（弱軸周りの断面２次モーメント）が小さい一方で、折り筋と直交する軸線（以下、「強軸」という）を回転軸して折れ曲がるような曲げ（曲げ変形）に対しては、抵抗力（強軸周りの断面２次モーメント)が大きいという機械的性質を有している。
【００１１】
請求項１に記載の耐震構造は、この機械的性質を活かし、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、各々の折り筋が交差するように第１波形鋼板と第２波形鋼板を対向させて接合手段により接合する。即ち、第１波形鋼板及び第２波形鋼板の弱軸周りの断面２次モーメントを、対向する他方の第２波形鋼板又は第１波形鋼板の強軸周りの断面２次モーメントによって補完させる。従って、弱軸を回転軸としてはらみ出すようなせん断座屈に対する抵抗力、即ち、弱軸周りの曲げ剛性が大きくなり、第１波形鋼板、第２波形鋼板の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなる。従って、第１波形鋼板、第２波形鋼板のせん断座屈が防止される。
【００１２】
更に、第１波形鋼板、第２波形鋼板に補剛リブを溶接する場合と比較して、施工性が良いためコスト削減を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の耐震構造は、請求項１に記載の耐震構造において、前記第１波形鋼板を面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが直交している。
【００１４】
上記の構成によれば、各々の折り筋が直交するように第１波形鋼板と第２波形鋼板とが対向して配置されている。従って、各々の折り筋が直交していない場合と比較して、弱軸周りの断面２次モーメントに対する補完効果が向上する。よって、第１波形鋼板、第２波形鋼板の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなり、第１波形鋼板、第２波形鋼板のせん断座屈が防止される。
【００１５】
請求項３に記載の耐震構造は、請求項２に記載の耐震構造において、前記第１波形鋼板が、該第１波形鋼板の折り筋を横にして配置され、前記第２波形鋼板が、該第２波形鋼板の折り筋を縦にして配置されている。
【００１６】
上記の構成によれば、第１波形鋼板がその折り筋を横にして配置され、第２波形鋼板がその折り筋を縦にして配置される。これにより、第１波形鋼板、第２波形鋼板の折り筋を斜めにして配置する場合と比較して、第１波形鋼板、第２波形鋼板の製作が容易となり、コスト削減を図ることができる。
【００１７】
請求項４に記載の耐震構造は、請求項３に記載の耐震構造において、前記第２波形鋼板を前記水平部材に接合しない。
【００１８】
第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、その折り筋と直交する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮するため剛性が小さい。一方、折り筋と平行する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮せず、折り板の軸剛性によって抵抗する。即ち、折り筋を縦にして架構に配置された第２波形鋼板は、第１波形鋼板と比較して鉛直剛性が大きくなり易い。
【００１９】
従って、このような第２波形鋼板を水平部材に接合しないことで水平部材の拘束が軽減され、水平部材の変形性能が確保される。これにより、ラーメン構造としての架構の靭性が確保することができる。
【００２０】
更に、第２波形鋼板を水平部材に接合しないことで、柱の軸変形や柱・水平部材のクリープ変形等によって、水平部材から第２波形鋼板に軸力が導入されることがなく、第２波形鋼板の変形性能の低下が防止される。
【００２１】
請求項５に記載の耐震構造は、水平部材から構成される架構に接合される第１波形鋼板と、前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、を備えている。
【００２２】
上記の構成によれば、第１波形鋼板と第２波形鋼板とを水平部材によって構成された架構、例えば、床面や屋根面に配置する。
【００２３】
架構の床面に配置された第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、架構に作用する水平力の伝達経路となる。この水平力に第１波形鋼板及び第２波形鋼板が抵抗して耐震性能を発揮する。また、水平力に対して第１波形鋼板及び第２波形鋼板が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮し得る。従って、一般的なコンクリートスラブ等と比較して、軽量かつ耐震性能、制震性能に優れた床構造を構築できる。
【００２４】
架構の床面と同様に、架構の屋根面に配置された第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、水平力の伝達経路となる。従って、第１波形鋼板及び第２波形鋼板が耐震要素、制震要素として機能する。これに加え、第１波形鋼板及び第２波形鋼板を屋根面に配置した場合は、外側に配置された第１波形鋼板又は第２波形鋼板が、風雨を防ぐ屋根材として役割を果たす。一般的な屋根構造では、屋根材と耐震要素との２つ部材を取り付ける必要があるところ、本耐震構造は第１波形鋼板及び第２波形鋼板を取り付けるだけ良いため、施工性が向上すると共に、軽量かつ耐震性能、制震性能に優れた屋根構造を構築できる。
【００２５】
請求項６に記載の耐震構造の設計方法は、柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と前記架構に接合される第２波形鋼板とを、該第１波形鋼板の面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向させて接合する。
【００２６】
上記の構成によれば、柱と水平部材とから構成される架構に、第１波形鋼板及び第２波形鋼板を配置する。これらの第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、架構に接合されると共に、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、第１波形鋼板の折り筋と第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向して接合される。これにより、第１波形鋼板及び第２波形鋼板の弱軸周りの断面２次モーメントが、対向する他方の第２波形鋼板又は第１波形鋼板の強軸周りの断面２次モーメントによって補完される。
【００２７】
従って、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、第１波形鋼板の折り筋と第２波形鋼板の折り筋とが平行する場合と比較して、第１波形鋼板、第２波形鋼板の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなり、座屈防止手段としての補剛リブ等を減らすことができる。従って、第１波形鋼板、第２波形鋼板の製作性の向上、コスト削減を図ることができる。
【００２８】
請求項７に記載の建物は、請求項１〜５の何れか１項に記載の耐震構造を有している。
【００２９】
上記の構成によれば、請求項１〜５の何れか１項に記載の耐震構造を有することにより、耐震性能が向上した建築構造物を構築することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、上記の構成としたので、波形鋼板のせん断座屈強度・耐力を確保しつつ、波形鋼板の配置の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図面を参照しながら本発明の実施形態に係る耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物について説明する。以下、本発明の耐震構造を鉄筋コンクリート造（以下、「ＲＣ造」という）の建物に適用した場合を例に説明するが、本発明の耐震構造は、鉄骨鉄筋コンクリート造、プレキャストコンクリート造、鉄骨造等の種々の構造の建物に適用することができる。
【００３２】
先ず、第１の実施形態に係る耐震構造１０の構成について説明する。
【００３３】
図１〜図３に示すように、耐震構造１０は、波形鋼板２０（第１波形鋼板）及び波形鋼板２２（第１波形鋼板）を備えている。これらの波形鋼板２０、２２は建物１２を構成する架構１４の構面に配置されている。この架構１４は、ＲＣ造の左右の柱１６と、ＲＣ造の上下の梁１８（水平部材）とから構成されている。
【００３４】
波形鋼板２０及び波形鋼板２２は、鋼板を略同一の波形形状に折り曲げて形成されている。波形鋼板２０はその折り筋２０Ａを横（折り筋２０Ａの向きを横方向）にして架構１４の構面に配置され、波形鋼板２２は、その折り筋２２Ａを縦（折り筋２２Ａの向きを上下方向）にして架構１４の構面に配置されている。これらの波形鋼板２０及び波形鋼板２２は、波形鋼板２０（波形鋼板２２）を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとが直交（仮想平面上に投影した折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとが直交）するように架構１４の構面に対向して配置されている。また、これらの波形鋼板２０、２２には、普通鋼や低降伏点鋼等が用いられる。なお、説明の便宜上、波形鋼板２０を面外方向から見た場合を例に説明するが、波形鋼板２２を面外方向から見ても良く、即ち、対向する波形鋼板の何れか一方を面外方向から見れば良い。また、面外方向とは、波形鋼板２０、２２の鋼板面と直交する方向を意味する。
【００３５】
波形鋼板２０の左右の端部には、鋼製の縦フランジ２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ設けられている。この縦フランジ２４Ａ、２４Ｂはプレート状に形成されており、波形鋼板２０の左右の端部に沿って溶接固定されている。また、波形鋼板２０の上下の端部には、鋼製の横フランジ２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ２６Ａ、２６Ｂは、波形鋼板２０の上下の端部に沿って溶接固定されている。縦フランジ２４Ａ、２４Ｂ及び横フランジ２６Ａ、２６Ｂは、各々の端部同士が溶接等によって接合されており、波形鋼板２０の外周部を囲む枠体２８を構成している。この枠体２８及び波形鋼板２０によって波形鋼板耐震壁が構成されている。また、枠体２８を柱１６及び梁１８に接合することで、架構１４と波形鋼板２０とがせん断力（水平力）を相互に伝達可能に接合される。具体的には、図４に示すように、枠体２８には、せん断力伝達要素としてのスタッド３０が複数設けられている。スタッド３０は枠体２８の外面に溶接固定されており、これらのスタッド３０を架構１４の施工時に柱１６及び梁１８の内周部に埋め込むことで波形鋼板２０と架構１４とがせん断力を相互に伝達可能に接合される。
【００３６】
波形鋼板２２の左右の端部には、鋼製の縦フランジ３２Ａ、３２Ｂがそれぞれ設けられている。この縦フランジ３２Ａ、３２Ｂはプレート状に形成されており、波形鋼板２２の左右の端部に沿って溶接固定されている。また、波形鋼板２２の上下の端部には、鋼製の横フランジ３４Ａ、３４Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ３４Ａ、３４Ｂは、波形鋼板２２の上下の端部に沿って溶接固定されている。縦フランジ３２Ａ、３２Ｂ及び横フランジ３４Ａ、３４Ｂは、各々の端部同士が溶接等によって接合されており、波形鋼板２２の外周部を囲む枠体３６を構成している。この枠体３６及び波形鋼板２２によって波形鋼板耐震壁が構成されている。この枠体３６を柱１６及び梁１８に接合することで、架構１４と波形鋼板２２とが相互にせん断力を伝達可能に接合される。架構１４と波形鋼板２２とは、波形鋼板２０と同様の方法によって接合される。
【００３７】
なお、架構１４と波形鋼板２０、２２との接合方法は、上記したものに限らず、架構１４と波形鋼板２０、２２とがせん断力を相互に伝達可能に接合できれば良い。例えば、柱１６及び梁１８の内周部にスタッド等のせん断力伝達要素を備えた接合用プレートを埋め込み、この接合用プレートに波形鋼板２０、２２に設けられた枠体２８、３６をボルト又は溶接等によって接合しても良い。更には、柱１６及び梁１８の内周部にせん断力を伝達可能なナット等のジョイント部材を埋め込み、このジョイント部材と波形鋼板２０、２２に設けられた枠体２８、３６とをボルトによって接合しても良い。
【００３８】
また、波形鋼板２０、２２は、必ずしも柱１６及び梁１８に接合する必要はなく、柱１６又は梁１８にのみ接合しても良い。
【００３９】
図２（Ｂ）又は図３（Ｂ）に示すように、波形鋼板２０、２２には、それぞれ貫通孔３８、３９が形成されている。これらの貫通孔３８、３９に貫通されるボルト４０（接合手段）によって波形鋼板２０、２２同士が全面に渡って接合されている。なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、波形鋼板２０、２２との間に空間４６が存在する位置では、波形鋼板２０又は波形鋼板２２の対向面に長ナット４２（接合手段）に溶接固定しておき、この長ナット４２を介して波形鋼板２０と波形鋼板２２とを接合しても良い。また、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、波形鋼板２０、２２の対向面が接触する位置では、ボルト４０及びナット４４（接合手段）によって接合しても良いし、溶接、リベット、高力ボルト等を用いて接合しても良い。更に、斜辺部が長くなる場合には、斜辺部をボルト等の接合手段によって接合しても良い。このように対向する波形鋼板２０、２２を接合手段によって接合することで、架構１４から伝達される水平力（せん断力）に対して波形鋼板２０、２２が協同して抵抗可能となる。
【００４０】
なお、波形鋼板２０、２２は、工場で接合しても良いし、現場で接合しても良い。また、本実施形態では枠体２８、３６を別々の部材として構成したが、枠体２８、３６を一つの部材で構成しても良い。この場合、波形鋼板２０、２２を接合した後に、これらの波形鋼板２０、２２の外周部に枠体を溶接等によって接合する。更に、これらの枠体２８、３６を構成する縦フランジ２４Ａ、２４Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ及び横フランジ２６Ａ、２６Ｂ、３４Ａ、３４Ｂは、プレート状に限らず、Ｈ型鋼、Ｌ型鋼、チャネル鋼等で構成しても良い。
【００４１】
次に、第１の実施形態に係る耐震構造１０の作用について説明する。
【００４２】
風や地震等によって架構１４に水平力が作用し、架構１４に層間変形が生じると、枠体２８、３６を介して波形鋼板２０、２２にせん断力が伝達され、波形鋼板２０、２２がそれぞれせん断変形する。これにより、水平力に対して波形鋼板２０、２２が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２０、２２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。この場合、波形鋼板２０、２２に充分な耐震性能・制震性能を発揮させるためには、波形鋼板２０、２２が面外方向にはらみ出すせん断座屈を適切に防止することが望ましい。
【００４３】
ここで、波形鋼板耐震壁の弾性全体座屈強度について説明する。なお、弾性全体座屈強度とは、せん断座屈に対する強度の度合いを示す設計値である。
【００４４】
図５（Ｂ）には、モデル化した波形鋼板耐震壁５０が示されている。この波形鋼板耐震壁５０は、波形鋼板５２と枠体５４とから構成されており、波形鋼板５２には２枚の補剛リブ５６Ａ、５６Ｂが所定の間隔ｈｉで設けられている。これらの補剛リブ５６Ａ、５６Ｂは、波形鋼板５２の折り筋５２Ａと直交するように上下方向に延設されている。この波形鋼板耐震壁５０の弾性全体座屈強度τｅｃｒは式（１）によって与えられる。なお、図５（Ｂ）では、縦軸をＸ軸とし、横軸をＹ軸としている。また、波形鋼板５２の各寸法を図６に示す。なお、式（１）では、枠体５４の剛性・耐力を考慮していない。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、Ｄｘ：一枚の折り板の水平方向の単位長さ当たりの曲げ剛性（Ｄｘ＝Ｅ０×Ｉｙ、Ｅ０：鋼板のヤング係数、Ｉｙ：Ｙ軸周りの断面２次モーメント）、Ｄｙ：一枚の折り板の鉛直方向の単位長さ当たりの曲げ剛性（Ｄｙ＝Ｅ０×Ｉｘ、Ｉｘ：Ｘ軸周りの断面２次モーメント）、Ｌｘ：波形鋼板の高さ、ｔ：波形鋼板の板厚、ｋ：波形鋼板の形状によって決まる座屈係数である。
【００４７】
また、座屈係数ｋは、式（２）、式（３）及び図５（Ａ）に示す表から算出される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
ここで、θ：曲げ・ねじり剛性比、φ：パネル寸法と剛性の縦横比、Ｄｘｙ：波形鋼板のねじり剛性（Ｄｘｙ＝Ｇ０×Ｉｘｙ、Ｇ０：鋼板のせん断弾性係数、Ｉｘｙ：ねじりモーメント）、Ｌｙ：波形鋼板の幅である。
【００５０】
Ｘ軸周りの断面２次モーメントＩｘ、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙ、及び、ねじりモーメントは式（４）〜式（６）によって与えられる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
ここで、図６に示すように、ａ：頂面部の折り目長さ、ｂ：斜辺部の折り目長さ、ｃ：斜辺部の折り目の投影長さ、ｈ：波の高さ、ｔｒｉｂ：補剛リブの板厚、ｈｒｉｂ：補剛リブの片側高さ（補剛リブの総高さは２ｈｒｉｂ）、ｈｉ：補剛リブの間隔、である。
【００５３】
具体的に、波形鋼板５２の各種寸法を表１にように設定すると、Ｘ軸周りの断面２次モーメントＩｘは５２２６ｍｍ４／ｍｍとなり、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙは８６９ｍｍ４／ｍｍとなる。この場合、波形鋼板５２のＸ軸周りの断面２次モーメントＩｘは、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙの約６倍（Ｉｘ／Ｉｙ＝５２２６／８６９＝６．０１）大きくなることが分かる。即ち、波形鋼板５２は、折り筋５２Ａと直交する軸線（強軸）を回転軸として面外方向へ折れ曲がるような曲げ（曲げ変形）に対しては抵抗力（剛性）が大きく、折り筋５２Ａと平行なＹ軸方向を回転軸として折れ曲がるような曲げに対しては抵抗力（剛性）が小さいことが分かる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
ここで、式（１）より波形鋼板耐震壁５０の弾性全体座屈強度τｅｃｒは、波形鋼板５２の水平方向の単位長さ当たりの曲げ剛性Ｄｘの３／４乗に比例し、この波形鋼板５２の水平方向の単位長さ当たりの曲げ剛性Ｄｘは、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙに比例していることが分かる。従って、波形鋼板耐震壁５０の弾性全体座屈強度τｅｃｒを大きくするためには、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙを大きくすることが有効かつ効果的である。
【００５６】
本実施形態では、図１に示すように、波形鋼板２０を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように、波形鋼板２０と波形鋼板２２とを対向させてボルト４０等により接合する。即ち、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す模式図のように、波形鋼板２０の弱軸周りの断面２次モーメントＩｙ１が、波形鋼板２２の強軸周りの断面２次モーメントＩｙ２によって補完されると共に、波形鋼板２２の弱軸周りの断面２次モーメントＩｘ２が波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントＩｘ１によって補完される。従って、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒがそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、２２のせん断座屈が防止される。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、理解を容易にするために波形鋼板２０、２２を対向させずに左右に並べて示している。
【００５７】
また、２枚の波形鋼板２０、２２をボルト４０によって接合することで、耐震構造１０全体のせん断耐力が大きくなり、更に、これらの波形鋼板２０、２２が地震等の水平力に対して協同して抵抗可能となる。従って、耐震構造１０の耐震性能・制震性能が向上する。
【００５８】
一方、式（５）より、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙは、補剛リブの片側高さｈｒｉｂの３乗に比例していることが分かる。従って、補剛リブ５６Ａ、５６Ｂ（図５（Ｂ）参照）の片側高さｈｒｉｂ（図６参照）を大きくしてＹ軸周りの断面２次モーメントＩｙを大きくする方法も考えられる。しかしながら、補剛リブ５６Ａ、５６Ｂの片側高さｈｒｉｂによってＹ軸周りの断面２次モーメントＩｙを確保しようとすると、波形鋼板耐震壁５０に求められる耐震性能、制震性能によっては片側高さｈｒｉｂが過大となり、波形鋼板耐震壁５０の設置幅（波形鋼板５２の面と直交する方向の長さ）が大きくなって、波形鋼板耐震壁５０の設置位置の自由度が損なわれる場合がある。
【００５９】
これ対して耐震構造１０では、その設置幅を小さく抑えつつ、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒを大きくすることができる。また、対向して配置された波形鋼板２０、２２は、力学的に並列バネとして水平力に抵抗するため、各々の波形鋼板２０、２２が負担する耐力（せん断力）が小さくなる。従って、波形鋼板２０、２２の板厚等を薄く抑えることができる。
【００６０】
更に、補剛リブ５６Ａ、５６Ｂの溶接には熟練するため、波形鋼板耐震壁５０の製作に手間がかかるところ、耐震構造１０であれば、このような補剛リブを削減又は省略することができる。また、対向する波形鋼板２０、２２をボルト４０等によって接合するだけ良いため施工性が良く、コスト削減を図ることができる。
【００６１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る耐震構造１０の変形例について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
【００６２】
図８に示すように、本変形例では、第１の実施形態に変えて波形鋼板２２を上下の梁１８に接合せず、左右の柱１６にのみ接合している。なお、図８では、波形鋼板２２を架構１４の前面に配置し、波形鋼板２０の架構１４の背面に配置している。
【００６３】
波形鋼板２２は、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂを左右の柱１６にそれぞれ接合することで架構１４の構面に配置されている。また、波形鋼板２２の横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８との間には、それぞれ空間が設けられている。
【００６４】
ここで、波形鋼板２０、２２は、その折り筋２０Ａ、２２Ａと直交する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮するため剛性が小さい。一方、折り筋２０Ａ、２２Ａと平行する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮せず、各折り板の軸剛性によって抵抗する。即ち、折り筋２２Ａを縦にして架構１４に配置された波形鋼板２２は、波形鋼板２０と比較して鉛直剛性が大きくなり易い。
【００６５】
従って、波形鋼板２２を上下の梁１８に接合すると上下の梁１８が拘束され、ラーメン構造としての靭性・耐力に影響を与える場合がある。このように架構１４の靭性・耐力に波形鋼板２２の鉛直剛性が影響を及ぼす場合には、本変形例のように波形鋼板２２を上下の梁１８に接合しないことが望ましい。この場合、上下の梁１８が波形鋼板２２によって拘束されず、架構１４の靭性・耐力を確保することができる。また、上下の梁１８の変形が拘束されないため、上下の梁１８から波形鋼板２０へのせん断力の伝達が良好となり、波形鋼板２０における耐震効果、制震効果が大きくなる。更に、柱１６の軸変形や柱１６及び梁１８のクリープ変形等によって、梁１８から波形鋼板２２に軸力が導入されず、波形鋼板２２の耐震性能、制震性能の低下が防止される。
【００６６】
なお、図１に示す構成のように、波形鋼板２２を上下の梁１８と接合する場合には、波形鋼板２２に軸力が導入されないように、架構１４、建物１２等の施工の最終段階で、波形鋼板２２を上下の梁１８に接合することが好ましい。
【００６７】
また、本変形例では、理解を容易にするために、波形鋼板２２の横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８との間にそれぞれ空間を設けたが、これらの空間を設けずとも横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８とを接合しなければ良い。更に、上下の梁１８の何れか一方と横フランジ３４Ａ、３４Ｂとを接合しなければ良い。
【００６８】
次に、第２の実施形態に係る耐震構造６０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
【００６９】
図９（平面図）に示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態に替えて、波形鋼板２０、２２を床面に取り付ける。耐震構造６０は、建物１２の架構６６の構面（床面）に床材として波形鋼板２０、２２を配置する。この架構６６は、ＲＣ造の柱６２から張り出すＲＣ造の梁６４（水平部材）によって構成されている。
【００７０】
第１の実施形態と同様に、波形鋼板２０、２２の外周部には、枠体２８、３６が設けられており、これらの枠体２８、３６を梁６４の内周面に接合することで梁６４と波形鋼板２０、２２とがせん断力を相互に伝達可能に接合される。なお、梁６４と枠体２８、３６との接合は、第１の実施形態と同様の方法によって接合される。
【００７１】
波形鋼板２０、２２は、波形鋼板２０を面外方向（図９において、紙面手前から奥に向かう方向）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向して配置され、第１の実施形態と同様にボルト４０（接合手段）によって接合されている。
【００７２】
次に、第２の実施形態に係る耐震構造６０の作用について説明する。
【００７３】
先ず、一般的な床構造６８を図１０に示し、地震荷重等によって床構造６８（床面）に作用する水平力の荷重分布について説明する。なお、図１０は従来の床構造６８を示す平面図である。
【００７４】
図１０には、ＲＣ造の柱７０から張り出した梁７２によって構成される４つの架構７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄが示されている。各架構７４Ａ〜７４Ｄの構面（床面）には、鉄筋コンクリート造のスラブ７６を敷設されている。また、架構７４Ａ及び架構７４Ｄを構成する梁７２には、耐震要素としての鉄骨ブレース７８が設置されている。
【００７５】
風や地震等によって床構造６８に水平力Ｆが作用すると、剛性・強度が大きい鉄骨ブレース７８に水平力Ｆが流れる。即ち、スラブ７６に発生するせん断力の荷重分布は、矢印Ｒのように、床構造６８の中央から鉄骨ブレース７８に向かって大きくなる。
【００７６】
このように各スラブ７６はせん断力の伝達経路となるが、せん断力は主に耐震要素としての鉄骨ブレース７８において吸収される。本実施形態では、これらのスラブ７６に替えて波形鋼板２０、２２を架構の構面（床面）に配置することで、床材に振動エネルギー吸収機能を持たせるものである。
【００７７】
即ち、図９に示す構成において、風や地震等によって架構６６に水平力が作用すると、枠体２８、３６を介して波形鋼板２０、２２にせん断力が伝達され、波形鋼板２０、２２がそれぞれせん断変形する。これにより、水平力に対して波形鋼板２０、２２が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２０、２２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。従って、上記した一般的な床構造６８と比較して、軽量かつ耐震性能、制震性能に優れた床構造を構築できる。
【００７８】
更に、本実施形態では、波形鋼板２０を面外方向から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向させて接合する。従って、波形鋼板２０、２２の弱軸周りの断面２次モーメントが、他方の波形鋼板２２又は波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントによって補完されるため、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒがそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、２２のせん断座屈が防止される。
【００７９】
次に、第３の実施形態に係る耐震構造８０の構成について説明する。なお、第１、第２の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
【００８０】
図１１（Ａ）又は図１１（Ｂ）に示すように、第３の実施形態では、第１の実施形態に替えて、屋根構造８２の構面（屋根面）に屋根材として波形鋼板２０、２２を配置する。屋根構造８２は、Ｈ型鋼からなる棟木材８４と、この棟木材８４から左右に張り出したＨ型鋼からなる垂木材８６、８８から構成されている。これらの垂木材８６、８８（水平部材）は、棟木材８４の長手方向に沿って所定の間隔で複数配置され、棟木材８４に接合されている。隣接する垂木材８６の間、及び隣接する垂木材８８の間には、Ｈ型鋼からなる桟木材９０、９２（水平部材）がそれぞれ所定の間隔で架け渡されている。
【００８１】
図１１（Ｂ）は、屋根構造８２をＳ方向から見た図であり、垂木材８６及び桟木材９０によって構成される架構９４が示されている。この架構９４の構面には、波形鋼板２０、２２が配置されている。第１の実施形態と同様に、波形鋼板２０、２２の外周部には、枠体２８、３６が設けられており、これらの枠体２８、３６を垂木材８６、８８のウェブ部及び桟木材９０、９２のウェブ部に接合することで、垂木材８６、８８及び桟木材９０、９２と波形鋼板２０、２２とがせん断力を相互に伝達可能に接合されている。垂木材８６、８８、桟木材９０、９２と枠体２８、３６とは、ボルト、高力ボルト、リベット、溶接等によって接合される。
【００８２】
波形鋼板２０、２２は、波形鋼板２０を面外方向（図１１（Ｂ）において、紙面手前から奥に向かう方向）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向して配置され、ボルト４０（接合手段）によって接合されている。
【００８３】
次に、第３の実施形態に係る耐震構造８０の作用について説明する。
【００８４】
風や地震等によって架構９４に水平力が作用すると、枠体２８、３６を介して波形鋼板２０、２２にせん断力が伝達され、波形鋼板２０、２２がそれぞれせん断変形する。これにより、水平力に対して波形鋼板２０、２２が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２０、２２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。このように、屋根構造８２に形成された架構９４の構面（屋根面）に波形鋼板２０、２２を配置すると、外側に配置された波形鋼板２０が耐震要素、制震要素として機能すると共に、風雨を防ぐ屋根材として役割を果たす。一般的な屋根構造ではルーフデッキ等の屋根材と制震ブレース等の耐震要素との２つ部材を取り付ける必要があるところ、本実施形態では、波形鋼板２０がこれらの２つの機能を兼ね備えている。従って、波形鋼板２０を架構９４に配置するだけで良いため施工性が向上する。なお、本実施形態では、傾斜した屋根面（いわゆる勾配屋根）に波形鋼板２０を配置したがこれに限らず、水平な屋根面（いわゆる陸屋根）にも波形鋼板２０を配置することができる。
【００８５】
更に、本実施形態では、波形鋼板２０を面外方向から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向させて接合する。従って、波形鋼板２０、２２の弱軸周りの断面２次モーメントが、他方の波形鋼板２２又は波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントによって補完されるため、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒがそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、２２のせん断座屈が防止される。
【００８６】
なお、上記第１〜３の実施形態では、波形鋼板２０を面外方向から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように、波形鋼板２０と波形鋼板２２とを対向させて、架構１４、６６、９４の構面に配置したがこれに限らない。波形鋼板２０、２２の弱軸周りの断面２次モーメントの補完効果を大きくする上では、各々の折り筋２０Ａ、２２Ａを直交させた方が好ましいが、図１２に示すように、波形鋼板２０を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとが所定の角度θで交差していれば、上記の補完効果を得ることができる。即ち、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとを交差させることで、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとを平行に配置した場合と比較して、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒを向上させることができる。
【００８７】
また、図１２に示すように、波形鋼板２０、２２は、その折り筋２０Ａ、２２Ａを斜めにして架構１４に配置することができる。ただし、波形鋼板２０、２２の製作性の観点からすると、図１に示す構成のように折り筋２０Ａ、２２Ａを横又は縦にして配置した方が好ましい。
【００８８】
更に、上記第１〜３の実施形態では、波形鋼板２０、２２の全面に渡ってボルト４０等を配置し、対向する波形鋼板２０、２２同士を接合したがこれに限らない。波形鋼板２０、２２の外周部は各架構１４、６６、９４によって拘束されるため、中央部と比較してせん断座屈が起こり難い。従って、図１３に示すように、波形鋼板２０、２２の中央部にボルト４０を集約させて、対向する波形鋼板２０、２２同士を接合しても良い。この場合、波形鋼板２０、２２に形成する貫通孔３８、３９の数が減るため波形鋼板２０、２２の製作性が向上すると共に、接合作業の手間が減るため施工性、コスト削減を図ることができる。なお、図１３に示す構成では、ボルト４０を千鳥状に配置して、ボルト４０の数を削減している。
【００８９】
また、対向する波形鋼板２０、２２は、波形形状、強度、耐力等が同一である必要がない。更に、強度・耐力も同一である必要がない。波形形状、耐力等は、求められる耐震性能、制震性能、及び波形鋼板２０、２２が配置される架構の形状に応じて適宜設計すれば良い。更に、上記した架構１４、６６、９４には２枚の波形鋼板２０、２２を配置したがこれに限らず、３枚以上の波形鋼板を対向させて配置しても良い。例えば、図１４及び図１５に示す構成では、架構１４の構面に３枚の波形鋼板２０、２２、９６を対向させて配置している。波形鋼板９６は、波形鋼板２２と同一構成とされており、その折り筋９６Ａを横（折り筋９６Ａの向きを横方向）にして架構１４の構面に配置されている。そして、波形鋼板２０又は波形鋼板９６を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、折り筋２０Ａ、２２Ａ、９６Ａが相互に直交するように架構１４の構面に対向して配置されている。なお、各波形鋼板２０、２２、９６には、左右の端部に縦フランジ２４Ａ、２４Ｂが設けられると共に上下の端部に横フランジ２６Ａ、２６Ｂが設けられている。これらの縦フランジ２４Ａ、２４Ｂ及び横フランジ２６Ａ、２６Ｂを接合して構成される一つの枠体２８によって波形鋼板２０、２２、９６の外周部が囲まれている。このように、３枚以上の波形鋼板を架構１４に配置することができる。この場合、波形鋼板を面外方向から見たときに、少なくとも、対向する１組の波形鋼板の折り筋同士が交差していれば良い。更に、波形鋼板２０、２２、９６には、図１６（Ａ）〜（Ｄ）に示すような断面形状をした波形鋼板を用いることができる。
【００９０】
また、上記第１、２の実施形態における柱１６、梁１８は、鉄筋コンクリート造に限らず、また、上記第３の実施形態における垂木材８６、８８及び桟木材９０、９２等は、鉄骨造に限らない。架構１４、６６、９４を構成する柱、梁、垂木材、及び桟木材等は、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、プレストレスコンクリート造、鉄骨造、更には現場打ち工法、プレキャスト工法等の種々の工法を用いた構造部材に適用可能である。また、第１の実施形態において、梁１８に替えてコンクリートスラブや小梁で架構１４を構成しても良い。
【００９１】
更に、本発明の耐震構造１０、６０、８０を有することで、耐震性能、制震性能が向上された建物１２を構築することができる。この場合、耐震構造１０、６０、８０は、建物の一部に用いても良いし、全てに用いても良い。また、これらの耐震構造１０、６０、８０を組み合せて建物１２を構築しても良い。更に、本発明の耐震構造１０、６０、８０は、新設及び改修建物の両方に適用可能である。改修建物に適用する場合であって設置済みの波形鋼板が存在する場合には、設置済みの波形鋼板の折り筋に対して、新たな波形鋼板の折り筋が交差すように対向させて接合すれば良い。
【００９２】
以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１〜第３の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造を示す正面図である。
【図２】（Ａ）は図１の１−１線断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図である。
【図３】（Ａ）は図１の２−２線断面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の要部拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の断片を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は座屈係数と剛性縦横比との関係を示すグラフであり、（Ｂ）モデル化した波形鋼板を示す正面図である。
【図６】モデル化した波形鋼板の断面形状を示す説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る波形鋼板を模式化した斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る耐震構造を示す平面図である。
【図１０】従来の床構造を示す平面図である。
【図１１】（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る耐震構造が適用された屋根構造を示す説明図であり、（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＲ方向から見た図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図１５】図１４の８−８線断面図である。
【図１６】本発明の全ての実施形態に係る波形鋼板の断面形状を示す断面図である。
【図１７】（Ａ）は従来の波形鋼板耐震壁を示す正面図であり、（Ｂ）は図１７（Ａ）の９−９線断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 耐震構造
１２ 建物
１４ 架構
１６ 柱
１８ 梁（水平部材）
２０Ａ 折り筋
２０ 波形鋼板（第１波形鋼板）
２２ 波形鋼板（第２波形鋼板）
２２Ａ 折り筋
３８ 貫通孔（接合手段）
４０ ボルト（接合手段）
４２ 長ナット（接合手段）
４４ ナット（接合手段）
６０ 耐震構造
６４ 梁（水平部材）
６６ 架構
８０ 耐震構造
８４ 棟木材（水平部材）
８６ 垂木材（水平部材）
８８ 垂木材（水平部材）
９０ 桟木材（水平部材）
９４ 架構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架構の構面に波形鋼板を配置した耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物における耐震壁としては、特許文献１に示すように、波形形状に折り曲げて加工した波形鋼板を、その折り筋を横にして架構の構面に配置した波形鋼板耐震壁が提案されている。この波形鋼板耐震壁は、上下方向にアコーディオンのように伸縮するため鉛直力を負担しないが、水平力に対しては抵抗可能であり、せん断剛性・せん断耐力を確保しつつ優れた変形性能を有している。更に、せん断剛性及び強度については、鋼板の材質強度、板厚、重ね合わせ枚数、波形のピッチ、波高等を変えることにより調整可能であり、剛性及び強度等の設計自由度が高い耐震壁を実現している。そして、地震荷重等の外力より架構を構成する上下の水平部材が相対変位すると、せん断力が波形鋼板に作用し、波形鋼板がせん断変形する。これにより、外力に対して波形鋼板が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、外力に対して波形鋼板が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮させることができる。
【０００３】
ところで、このように耐震性能、制震性能に優れた波形鋼板耐震壁は、板厚を薄く抑えることが可能であり、一般的な鉄筋コンクリート造の耐震壁と比べて、その設置幅（波形鋼板の面と直交する方向の長さ）を小さく抑えることができ、省スペース化を実現している。更に、板厚を薄く抑えることで一般的なプレス機を用いて鋼板を波形形状に加工できるため、波形鋼板の製作コストを削減できる。しかし、板厚を薄くした場合には、せん断座屈を防止するための手段を講じることが望ましい。
【０００４】
せん断座屈を防止する手段としては、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、架構２００の構面に配置された波形鋼板２０２に、複数の補剛リブ２０４を溶接することが考えられる。しかし、この溶接作業には熟練を要し、更に、溶接熱によって波形鋼板２０２が歪み、波形鋼板２０２の寸法誤差が大きくなる場合がある。
【０００５】
また、複数の波形鋼板を対向させて、ボルト及びナットで接合する方法が考えられる（例えば、特許文献２）。この波形鋼板耐震壁は、対向する波形鋼板の折り筋同士を略平行にして重ね合わせたり、若しくは背合わせにしたりして波形鋼板同士を接合して構成されている。この場合、対向する波形鋼板が協同してせん断力に抵抗するため、波形鋼板耐震壁の断面２次モーメントが大きくなり、せん断座屈が防止される。
【０００６】
しかしながら、波形鋼板は折り筋と平行する軸線を回転軸として折れ曲るような曲げ（曲げ変形）に対しては抵抗力が小さいという機械的性質を有している。特許文献２の波形鋼板耐震壁では、波形鋼板の左右の端部に取り付けられた縦フランジによって、このような曲げ変形に対する強度（曲げ剛性）を確保しているが、波形鋼板耐震壁に求められる耐震性能、制震性能によっては、縦フランジの高さ（波形鋼板の面と直交する方向の長さ）を大きくしなければならない。そのため、波形鋼板耐震壁の設置幅が大きくなり、設置の自由度が低下する場合がある。
【特許文献１】特開２００５−２６４７１３号公報
【特許文献２】特開２００８−３１６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、波形鋼板のせん断座屈強度・耐力を確保し、配置の自由度を向上させた耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物を提供する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の耐震構造は、柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と、前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に、前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、を備えている。
【０００９】
上記の構成によれば、柱と水平部材とから構成される架構に、第１波形鋼板と第２波形鋼板とが配置されている。これらの第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、架構に接合されると共に、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、第１波形鋼板の折り筋と第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向して配置されている。更に、第１波形鋼板と第２波形鋼板とは、接合手段によって接合されている。
【００１０】
ここで、第１波形鋼板、第２波形鋼板は、折り筋と平行な軸線（以下、「弱軸」という）を回転軸として折れ曲るような曲げ（曲げ変形）に対しては抵抗力（弱軸周りの断面２次モーメント）が小さい一方で、折り筋と直交する軸線（以下、「強軸」という）を回転軸して折れ曲がるような曲げ（曲げ変形）に対しては、抵抗力（強軸周りの断面２次モーメント)が大きいという機械的性質を有している。
【００１１】
請求項１に記載の耐震構造は、この機械的性質を活かし、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、各々の折り筋が交差するように第１波形鋼板と第２波形鋼板を対向させて接合手段により接合する。即ち、第１波形鋼板及び第２波形鋼板の弱軸周りの断面２次モーメントを、対向する他方の第２波形鋼板又は第１波形鋼板の強軸周りの断面２次モーメントによって補完させる。従って、弱軸を回転軸としてはらみ出すようなせん断座屈に対する抵抗力、即ち、弱軸周りの曲げ剛性が大きくなり、第１波形鋼板、第２波形鋼板の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなる。従って、第１波形鋼板、第２波形鋼板のせん断座屈が防止される。
【００１２】
更に、第１波形鋼板、第２波形鋼板に補剛リブを溶接する場合と比較して、施工性が良いためコスト削減を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の耐震構造は、請求項１に記載の耐震構造において、前記第１波形鋼板を面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが直交している。
【００１４】
上記の構成によれば、各々の折り筋が直交するように第１波形鋼板と第２波形鋼板とが対向して配置されている。従って、各々の折り筋が直交していない場合と比較して、弱軸周りの断面２次モーメントに対する補完効果が向上する。よって、第１波形鋼板、第２波形鋼板の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなり、第１波形鋼板、第２波形鋼板のせん断座屈が防止される。
【００１５】
請求項３に記載の耐震構造は、請求項２に記載の耐震構造において、前記第１波形鋼板が、該第１波形鋼板の折り筋を横にして配置され、前記第２波形鋼板が、該第２波形鋼板の折り筋を縦にして配置されている。
【００１６】
上記の構成によれば、第１波形鋼板がその折り筋を横にして配置され、第２波形鋼板がその折り筋を縦にして配置される。これにより、第１波形鋼板、第２波形鋼板の折り筋を斜めにして配置する場合と比較して、第１波形鋼板、第２波形鋼板の製作が容易となり、コスト削減を図ることができる。
【００１７】
請求項４に記載の耐震構造は、請求項３に記載の耐震構造において、前記第２波形鋼板を前記水平部材に接合しない。
【００１８】
第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、その折り筋と直交する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮するため剛性が小さい。一方、折り筋と平行する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮せず、折り板の軸剛性によって抵抗する。即ち、折り筋を縦にして架構に配置された第２波形鋼板は、第１波形鋼板と比較して鉛直剛性が大きくなり易い。
【００１９】
従って、このような第２波形鋼板を水平部材に接合しないことで水平部材の拘束が軽減され、水平部材の変形性能が確保される。これにより、ラーメン構造としての架構の靭性が確保することができる。
【００２０】
更に、第２波形鋼板を水平部材に接合しないことで、柱の軸変形や柱・水平部材のクリープ変形等によって、水平部材から第２波形鋼板に軸力が導入されることがなく、第２波形鋼板の変形性能の低下が防止される。
【００２１】
請求項５に記載の耐震構造は、水平部材から構成される架構に接合される第１波形鋼板と、前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、を備えている。
【００２２】
上記の構成によれば、第１波形鋼板と第２波形鋼板とを水平部材によって構成された架構、例えば、床面や屋根面に配置する。
【００２３】
架構の床面に配置された第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、架構に作用する水平力の伝達経路となる。この水平力に第１波形鋼板及び第２波形鋼板が抵抗して耐震性能を発揮する。また、水平力に対して第１波形鋼板及び第２波形鋼板が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮し得る。従って、一般的なコンクリートスラブ等と比較して、軽量かつ耐震性能、制震性能に優れた床構造を構築できる。
【００２４】
架構の床面と同様に、架構の屋根面に配置された第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、水平力の伝達経路となる。従って、第１波形鋼板及び第２波形鋼板が耐震要素、制震要素として機能する。これに加え、第１波形鋼板及び第２波形鋼板を屋根面に配置した場合は、外側に配置された第１波形鋼板又は第２波形鋼板が、風雨を防ぐ屋根材として役割を果たす。一般的な屋根構造では、屋根材と耐震要素との２つ部材を取り付ける必要があるところ、本耐震構造は第１波形鋼板及び第２波形鋼板を取り付けるだけ良いため、施工性が向上すると共に、軽量かつ耐震性能、制震性能に優れた屋根構造を構築できる。
【００２５】
請求項６に記載の耐震構造の設計方法は、柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と前記架構に接合される第２波形鋼板とを、該第１波形鋼板の面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向させて接合する。
【００２６】
上記の構成によれば、柱と水平部材とから構成される架構に、第１波形鋼板及び第２波形鋼板を配置する。これらの第１波形鋼板及び第２波形鋼板は、架構に接合されると共に、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、第１波形鋼板の折り筋と第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向して接合される。これにより、第１波形鋼板及び第２波形鋼板の弱軸周りの断面２次モーメントが、対向する他方の第２波形鋼板又は第１波形鋼板の強軸周りの断面２次モーメントによって補完される。
【００２７】
従って、第１波形鋼板を面外方向から見たときに、第１波形鋼板の折り筋と第２波形鋼板の折り筋とが平行する場合と比較して、第１波形鋼板、第２波形鋼板の弾性全体座屈強度がそれぞれ大きくなり、座屈防止手段としての補剛リブ等を減らすことができる。従って、第１波形鋼板、第２波形鋼板の製作性の向上、コスト削減を図ることができる。
【００２８】
請求項７に記載の建物は、請求項１〜５の何れか１項に記載の耐震構造を有している。
【００２９】
上記の構成によれば、請求項１〜５の何れか１項に記載の耐震構造を有することにより、耐震性能が向上した建築構造物を構築することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、上記の構成としたので、波形鋼板のせん断座屈強度・耐力を確保しつつ、波形鋼板の配置の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図面を参照しながら本発明の実施形態に係る耐震構造、耐震構造の設計方法、及び耐震構造を有する建物について説明する。以下、本発明の耐震構造を鉄筋コンクリート造（以下、「ＲＣ造」という）の建物に適用した場合を例に説明するが、本発明の耐震構造は、鉄骨鉄筋コンクリート造、プレキャストコンクリート造、鉄骨造等の種々の構造の建物に適用することができる。
【００３２】
先ず、第１の実施形態に係る耐震構造１０の構成について説明する。
【００３３】
図１〜図３に示すように、耐震構造１０は、波形鋼板２０（第１波形鋼板）及び波形鋼板２２（第１波形鋼板）を備えている。これらの波形鋼板２０、２２は建物１２を構成する架構１４の構面に配置されている。この架構１４は、ＲＣ造の左右の柱１６と、ＲＣ造の上下の梁１８（水平部材）とから構成されている。
【００３４】
波形鋼板２０及び波形鋼板２２は、鋼板を略同一の波形形状に折り曲げて形成されている。波形鋼板２０はその折り筋２０Ａを横（折り筋２０Ａの向きを横方向）にして架構１４の構面に配置され、波形鋼板２２は、その折り筋２２Ａを縦（折り筋２２Ａの向きを上下方向）にして架構１４の構面に配置されている。これらの波形鋼板２０及び波形鋼板２２は、波形鋼板２０（波形鋼板２２）を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとが直交（仮想平面上に投影した折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとが直交）するように架構１４の構面に対向して配置されている。また、これらの波形鋼板２０、２２には、普通鋼や低降伏点鋼等が用いられる。なお、説明の便宜上、波形鋼板２０を面外方向から見た場合を例に説明するが、波形鋼板２２を面外方向から見ても良く、即ち、対向する波形鋼板の何れか一方を面外方向から見れば良い。また、面外方向とは、波形鋼板２０、２２の鋼板面と直交する方向を意味する。
【００３５】
波形鋼板２０の左右の端部には、鋼製の縦フランジ２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ設けられている。この縦フランジ２４Ａ、２４Ｂはプレート状に形成されており、波形鋼板２０の左右の端部に沿って溶接固定されている。また、波形鋼板２０の上下の端部には、鋼製の横フランジ２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ２６Ａ、２６Ｂは、波形鋼板２０の上下の端部に沿って溶接固定されている。縦フランジ２４Ａ、２４Ｂ及び横フランジ２６Ａ、２６Ｂは、各々の端部同士が溶接等によって接合されており、波形鋼板２０の外周部を囲む枠体２８を構成している。この枠体２８及び波形鋼板２０によって波形鋼板耐震壁が構成されている。また、枠体２８を柱１６及び梁１８に接合することで、架構１４と波形鋼板２０とがせん断力（水平力）を相互に伝達可能に接合される。具体的には、図４に示すように、枠体２８には、せん断力伝達要素としてのスタッド３０が複数設けられている。スタッド３０は枠体２８の外面に溶接固定されており、これらのスタッド３０を架構１４の施工時に柱１６及び梁１８の内周部に埋め込むことで波形鋼板２０と架構１４とがせん断力を相互に伝達可能に接合される。
【００３６】
波形鋼板２２の左右の端部には、鋼製の縦フランジ３２Ａ、３２Ｂがそれぞれ設けられている。この縦フランジ３２Ａ、３２Ｂはプレート状に形成されており、波形鋼板２２の左右の端部に沿って溶接固定されている。また、波形鋼板２２の上下の端部には、鋼製の横フランジ３４Ａ、３４Ｂがそれぞれ設けられている。この横フランジ３４Ａ、３４Ｂは、波形鋼板２２の上下の端部に沿って溶接固定されている。縦フランジ３２Ａ、３２Ｂ及び横フランジ３４Ａ、３４Ｂは、各々の端部同士が溶接等によって接合されており、波形鋼板２２の外周部を囲む枠体３６を構成している。この枠体３６及び波形鋼板２２によって波形鋼板耐震壁が構成されている。この枠体３６を柱１６及び梁１８に接合することで、架構１４と波形鋼板２２とが相互にせん断力を伝達可能に接合される。架構１４と波形鋼板２２とは、波形鋼板２０と同様の方法によって接合される。
【００３７】
なお、架構１４と波形鋼板２０、２２との接合方法は、上記したものに限らず、架構１４と波形鋼板２０、２２とがせん断力を相互に伝達可能に接合できれば良い。例えば、柱１６及び梁１８の内周部にスタッド等のせん断力伝達要素を備えた接合用プレートを埋め込み、この接合用プレートに波形鋼板２０、２２に設けられた枠体２８、３６をボルト又は溶接等によって接合しても良い。更には、柱１６及び梁１８の内周部にせん断力を伝達可能なナット等のジョイント部材を埋め込み、このジョイント部材と波形鋼板２０、２２に設けられた枠体２８、３６とをボルトによって接合しても良い。
【００３８】
また、波形鋼板２０、２２は、必ずしも柱１６及び梁１８に接合する必要はなく、柱１６又は梁１８にのみ接合しても良い。
【００３９】
図２（Ｂ）又は図３（Ｂ）に示すように、波形鋼板２０、２２には、それぞれ貫通孔３８、３９が形成されている。これらの貫通孔３８、３９に貫通されるボルト４０（接合手段）によって波形鋼板２０、２２同士が全面に渡って接合されている。なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、波形鋼板２０、２２との間に空間４６が存在する位置では、波形鋼板２０又は波形鋼板２２の対向面に長ナット４２（接合手段）に溶接固定しておき、この長ナット４２を介して波形鋼板２０と波形鋼板２２とを接合しても良い。また、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、波形鋼板２０、２２の対向面が接触する位置では、ボルト４０及びナット４４（接合手段）によって接合しても良いし、溶接、リベット、高力ボルト等を用いて接合しても良い。更に、斜辺部が長くなる場合には、斜辺部をボルト等の接合手段によって接合しても良い。このように対向する波形鋼板２０、２２を接合手段によって接合することで、架構１４から伝達される水平力（せん断力）に対して波形鋼板２０、２２が協同して抵抗可能となる。
【００４０】
なお、波形鋼板２０、２２は、工場で接合しても良いし、現場で接合しても良い。また、本実施形態では枠体２８、３６を別々の部材として構成したが、枠体２８、３６を一つの部材で構成しても良い。この場合、波形鋼板２０、２２を接合した後に、これらの波形鋼板２０、２２の外周部に枠体を溶接等によって接合する。更に、これらの枠体２８、３６を構成する縦フランジ２４Ａ、２４Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ及び横フランジ２６Ａ、２６Ｂ、３４Ａ、３４Ｂは、プレート状に限らず、Ｈ型鋼、Ｌ型鋼、チャネル鋼等で構成しても良い。
【００４１】
次に、第１の実施形態に係る耐震構造１０の作用について説明する。
【００４２】
風や地震等によって架構１４に水平力が作用し、架構１４に層間変形が生じると、枠体２８、３６を介して波形鋼板２０、２２にせん断力が伝達され、波形鋼板２０、２２がそれぞれせん断変形する。これにより、水平力に対して波形鋼板２０、２２が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２０、２２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。この場合、波形鋼板２０、２２に充分な耐震性能・制震性能を発揮させるためには、波形鋼板２０、２２が面外方向にはらみ出すせん断座屈を適切に防止することが望ましい。
【００４３】
ここで、波形鋼板耐震壁の弾性全体座屈強度について説明する。なお、弾性全体座屈強度とは、せん断座屈に対する強度の度合いを示す設計値である。
【００４４】
図５（Ｂ）には、モデル化した波形鋼板耐震壁５０が示されている。この波形鋼板耐震壁５０は、波形鋼板５２と枠体５４とから構成されており、波形鋼板５２には２枚の補剛リブ５６Ａ、５６Ｂが所定の間隔ｈｉで設けられている。これらの補剛リブ５６Ａ、５６Ｂは、波形鋼板５２の折り筋５２Ａと直交するように上下方向に延設されている。この波形鋼板耐震壁５０の弾性全体座屈強度τｅｃｒは式（１）によって与えられる。なお、図５（Ｂ）では、縦軸をＸ軸とし、横軸をＹ軸としている。また、波形鋼板５２の各寸法を図６に示す。なお、式（１）では、枠体５４の剛性・耐力を考慮していない。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、Ｄｘ：一枚の折り板の水平方向の単位長さ当たりの曲げ剛性（Ｄｘ＝Ｅ０×Ｉｙ、Ｅ０：鋼板のヤング係数、Ｉｙ：Ｙ軸周りの断面２次モーメント）、Ｄｙ：一枚の折り板の鉛直方向の単位長さ当たりの曲げ剛性（Ｄｙ＝Ｅ０×Ｉｘ、Ｉｘ：Ｘ軸周りの断面２次モーメント）、Ｌｘ：波形鋼板の高さ、ｔ：波形鋼板の板厚、ｋ：波形鋼板の形状によって決まる座屈係数である。
【００４７】
また、座屈係数ｋは、式（２）、式（３）及び図５（Ａ）に示す表から算出される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
ここで、θ：曲げ・ねじり剛性比、φ：パネル寸法と剛性の縦横比、Ｄｘｙ：波形鋼板のねじり剛性（Ｄｘｙ＝Ｇ０×Ｉｘｙ、Ｇ０：鋼板のせん断弾性係数、Ｉｘｙ：ねじりモーメント）、Ｌｙ：波形鋼板の幅である。
【００５０】
Ｘ軸周りの断面２次モーメントＩｘ、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙ、及び、ねじりモーメントは式（４）〜式（６）によって与えられる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
ここで、図６に示すように、ａ：頂面部の折り目長さ、ｂ：斜辺部の折り目長さ、ｃ：斜辺部の折り目の投影長さ、ｈ：波の高さ、ｔｒｉｂ：補剛リブの板厚、ｈｒｉｂ：補剛リブの片側高さ（補剛リブの総高さは２ｈｒｉｂ）、ｈｉ：補剛リブの間隔、である。
【００５３】
具体的に、波形鋼板５２の各種寸法を表１にように設定すると、Ｘ軸周りの断面２次モーメントＩｘは５２２６ｍｍ４／ｍｍとなり、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙは８６９ｍｍ４／ｍｍとなる。この場合、波形鋼板５２のＸ軸周りの断面２次モーメントＩｘは、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙの約６倍（Ｉｘ／Ｉｙ＝５２２６／８６９＝６．０１）大きくなることが分かる。即ち、波形鋼板５２は、折り筋５２Ａと直交する軸線（強軸）を回転軸として面外方向へ折れ曲がるような曲げ（曲げ変形）に対しては抵抗力（剛性）が大きく、折り筋５２Ａと平行なＹ軸方向を回転軸として折れ曲がるような曲げに対しては抵抗力（剛性）が小さいことが分かる。
【００５４】
【表１】
【００５５】
ここで、式（１）より波形鋼板耐震壁５０の弾性全体座屈強度τｅｃｒは、波形鋼板５２の水平方向の単位長さ当たりの曲げ剛性Ｄｘの３／４乗に比例し、この波形鋼板５２の水平方向の単位長さ当たりの曲げ剛性Ｄｘは、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙに比例していることが分かる。従って、波形鋼板耐震壁５０の弾性全体座屈強度τｅｃｒを大きくするためには、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙを大きくすることが有効かつ効果的である。
【００５６】
本実施形態では、図１に示すように、波形鋼板２０を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように、波形鋼板２０と波形鋼板２２とを対向させてボルト４０等により接合する。即ち、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す模式図のように、波形鋼板２０の弱軸周りの断面２次モーメントＩｙ１が、波形鋼板２２の強軸周りの断面２次モーメントＩｙ２によって補完されると共に、波形鋼板２２の弱軸周りの断面２次モーメントＩｘ２が波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントＩｘ１によって補完される。従って、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒがそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、２２のせん断座屈が防止される。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、理解を容易にするために波形鋼板２０、２２を対向させずに左右に並べて示している。
【００５７】
また、２枚の波形鋼板２０、２２をボルト４０によって接合することで、耐震構造１０全体のせん断耐力が大きくなり、更に、これらの波形鋼板２０、２２が地震等の水平力に対して協同して抵抗可能となる。従って、耐震構造１０の耐震性能・制震性能が向上する。
【００５８】
一方、式（５）より、Ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙは、補剛リブの片側高さｈｒｉｂの３乗に比例していることが分かる。従って、補剛リブ５６Ａ、５６Ｂ（図５（Ｂ）参照）の片側高さｈｒｉｂ（図６参照）を大きくしてＹ軸周りの断面２次モーメントＩｙを大きくする方法も考えられる。しかしながら、補剛リブ５６Ａ、５６Ｂの片側高さｈｒｉｂによってＹ軸周りの断面２次モーメントＩｙを確保しようとすると、波形鋼板耐震壁５０に求められる耐震性能、制震性能によっては片側高さｈｒｉｂが過大となり、波形鋼板耐震壁５０の設置幅（波形鋼板５２の面と直交する方向の長さ）が大きくなって、波形鋼板耐震壁５０の設置位置の自由度が損なわれる場合がある。
【００５９】
これ対して耐震構造１０では、その設置幅を小さく抑えつつ、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒを大きくすることができる。また、対向して配置された波形鋼板２０、２２は、力学的に並列バネとして水平力に抵抗するため、各々の波形鋼板２０、２２が負担する耐力（せん断力）が小さくなる。従って、波形鋼板２０、２２の板厚等を薄く抑えることができる。
【００６０】
更に、補剛リブ５６Ａ、５６Ｂの溶接には熟練するため、波形鋼板耐震壁５０の製作に手間がかかるところ、耐震構造１０であれば、このような補剛リブを削減又は省略することができる。また、対向する波形鋼板２０、２２をボルト４０等によって接合するだけ良いため施工性が良く、コスト削減を図ることができる。
【００６１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る耐震構造１０の変形例について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
【００６２】
図８に示すように、本変形例では、第１の実施形態に変えて波形鋼板２２を上下の梁１８に接合せず、左右の柱１６にのみ接合している。なお、図８では、波形鋼板２２を架構１４の前面に配置し、波形鋼板２０の架構１４の背面に配置している。
【００６３】
波形鋼板２２は、縦フランジ３２Ａ、３２Ｂを左右の柱１６にそれぞれ接合することで架構１４の構面に配置されている。また、波形鋼板２２の横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８との間には、それぞれ空間が設けられている。
【００６４】
ここで、波形鋼板２０、２２は、その折り筋２０Ａ、２２Ａと直交する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮するため剛性が小さい。一方、折り筋２０Ａ、２２Ａと平行する方向の外力に対しては、アコーディオンのように伸縮せず、各折り板の軸剛性によって抵抗する。即ち、折り筋２２Ａを縦にして架構１４に配置された波形鋼板２２は、波形鋼板２０と比較して鉛直剛性が大きくなり易い。
【００６５】
従って、波形鋼板２２を上下の梁１８に接合すると上下の梁１８が拘束され、ラーメン構造としての靭性・耐力に影響を与える場合がある。このように架構１４の靭性・耐力に波形鋼板２２の鉛直剛性が影響を及ぼす場合には、本変形例のように波形鋼板２２を上下の梁１８に接合しないことが望ましい。この場合、上下の梁１８が波形鋼板２２によって拘束されず、架構１４の靭性・耐力を確保することができる。また、上下の梁１８の変形が拘束されないため、上下の梁１８から波形鋼板２０へのせん断力の伝達が良好となり、波形鋼板２０における耐震効果、制震効果が大きくなる。更に、柱１６の軸変形や柱１６及び梁１８のクリープ変形等によって、梁１８から波形鋼板２２に軸力が導入されず、波形鋼板２２の耐震性能、制震性能の低下が防止される。
【００６６】
なお、図１に示す構成のように、波形鋼板２２を上下の梁１８と接合する場合には、波形鋼板２２に軸力が導入されないように、架構１４、建物１２等の施工の最終段階で、波形鋼板２２を上下の梁１８に接合することが好ましい。
【００６７】
また、本変形例では、理解を容易にするために、波形鋼板２２の横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８との間にそれぞれ空間を設けたが、これらの空間を設けずとも横フランジ３４Ａ、３４Ｂと上下の梁１８とを接合しなければ良い。更に、上下の梁１８の何れか一方と横フランジ３４Ａ、３４Ｂとを接合しなければ良い。
【００６８】
次に、第２の実施形態に係る耐震構造６０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
【００６９】
図９（平面図）に示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態に替えて、波形鋼板２０、２２を床面に取り付ける。耐震構造６０は、建物１２の架構６６の構面（床面）に床材として波形鋼板２０、２２を配置する。この架構６６は、ＲＣ造の柱６２から張り出すＲＣ造の梁６４（水平部材）によって構成されている。
【００７０】
第１の実施形態と同様に、波形鋼板２０、２２の外周部には、枠体２８、３６が設けられており、これらの枠体２８、３６を梁６４の内周面に接合することで梁６４と波形鋼板２０、２２とがせん断力を相互に伝達可能に接合される。なお、梁６４と枠体２８、３６との接合は、第１の実施形態と同様の方法によって接合される。
【００７１】
波形鋼板２０、２２は、波形鋼板２０を面外方向（図９において、紙面手前から奥に向かう方向）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向して配置され、第１の実施形態と同様にボルト４０（接合手段）によって接合されている。
【００７２】
次に、第２の実施形態に係る耐震構造６０の作用について説明する。
【００７３】
先ず、一般的な床構造６８を図１０に示し、地震荷重等によって床構造６８（床面）に作用する水平力の荷重分布について説明する。なお、図１０は従来の床構造６８を示す平面図である。
【００７４】
図１０には、ＲＣ造の柱７０から張り出した梁７２によって構成される４つの架構７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄが示されている。各架構７４Ａ〜７４Ｄの構面（床面）には、鉄筋コンクリート造のスラブ７６を敷設されている。また、架構７４Ａ及び架構７４Ｄを構成する梁７２には、耐震要素としての鉄骨ブレース７８が設置されている。
【００７５】
風や地震等によって床構造６８に水平力Ｆが作用すると、剛性・強度が大きい鉄骨ブレース７８に水平力Ｆが流れる。即ち、スラブ７６に発生するせん断力の荷重分布は、矢印Ｒのように、床構造６８の中央から鉄骨ブレース７８に向かって大きくなる。
【００７６】
このように各スラブ７６はせん断力の伝達経路となるが、せん断力は主に耐震要素としての鉄骨ブレース７８において吸収される。本実施形態では、これらのスラブ７６に替えて波形鋼板２０、２２を架構の構面（床面）に配置することで、床材に振動エネルギー吸収機能を持たせるものである。
【００７７】
即ち、図９に示す構成において、風や地震等によって架構６６に水平力が作用すると、枠体２８、３６を介して波形鋼板２０、２２にせん断力が伝達され、波形鋼板２０、２２がそれぞれせん断変形する。これにより、水平力に対して波形鋼板２０、２２が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２０、２２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。従って、上記した一般的な床構造６８と比較して、軽量かつ耐震性能、制震性能に優れた床構造を構築できる。
【００７８】
更に、本実施形態では、波形鋼板２０を面外方向から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向させて接合する。従って、波形鋼板２０、２２の弱軸周りの断面２次モーメントが、他方の波形鋼板２２又は波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントによって補完されるため、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒがそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、２２のせん断座屈が防止される。
【００７９】
次に、第３の実施形態に係る耐震構造８０の構成について説明する。なお、第１、第２の実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に適宜省略して説明する。
【００８０】
図１１（Ａ）又は図１１（Ｂ）に示すように、第３の実施形態では、第１の実施形態に替えて、屋根構造８２の構面（屋根面）に屋根材として波形鋼板２０、２２を配置する。屋根構造８２は、Ｈ型鋼からなる棟木材８４と、この棟木材８４から左右に張り出したＨ型鋼からなる垂木材８６、８８から構成されている。これらの垂木材８６、８８（水平部材）は、棟木材８４の長手方向に沿って所定の間隔で複数配置され、棟木材８４に接合されている。隣接する垂木材８６の間、及び隣接する垂木材８８の間には、Ｈ型鋼からなる桟木材９０、９２（水平部材）がそれぞれ所定の間隔で架け渡されている。
【００８１】
図１１（Ｂ）は、屋根構造８２をＳ方向から見た図であり、垂木材８６及び桟木材９０によって構成される架構９４が示されている。この架構９４の構面には、波形鋼板２０、２２が配置されている。第１の実施形態と同様に、波形鋼板２０、２２の外周部には、枠体２８、３６が設けられており、これらの枠体２８、３６を垂木材８６、８８のウェブ部及び桟木材９０、９２のウェブ部に接合することで、垂木材８６、８８及び桟木材９０、９２と波形鋼板２０、２２とがせん断力を相互に伝達可能に接合されている。垂木材８６、８８、桟木材９０、９２と枠体２８、３６とは、ボルト、高力ボルト、リベット、溶接等によって接合される。
【００８２】
波形鋼板２０、２２は、波形鋼板２０を面外方向（図１１（Ｂ）において、紙面手前から奥に向かう方向）から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向して配置され、ボルト４０（接合手段）によって接合されている。
【００８３】
次に、第３の実施形態に係る耐震構造８０の作用について説明する。
【００８４】
風や地震等によって架構９４に水平力が作用すると、枠体２８、３６を介して波形鋼板２０、２２にせん断力が伝達され、波形鋼板２０、２２がそれぞれせん断変形する。これにより、水平力に対して波形鋼板２０、２２が抵抗し、耐震効果を発揮する。また、水平力に対して波形鋼板２０、２２が降伏するように設計することで、鋼板の履歴エネルギーによって振動エネルギーが吸収され、制振効果を発揮する。このように、屋根構造８２に形成された架構９４の構面（屋根面）に波形鋼板２０、２２を配置すると、外側に配置された波形鋼板２０が耐震要素、制震要素として機能すると共に、風雨を防ぐ屋根材として役割を果たす。一般的な屋根構造ではルーフデッキ等の屋根材と制震ブレース等の耐震要素との２つ部材を取り付ける必要があるところ、本実施形態では、波形鋼板２０がこれらの２つの機能を兼ね備えている。従って、波形鋼板２０を架構９４に配置するだけで良いため施工性が向上する。なお、本実施形態では、傾斜した屋根面（いわゆる勾配屋根）に波形鋼板２０を配置したがこれに限らず、水平な屋根面（いわゆる陸屋根）にも波形鋼板２０を配置することができる。
【００８５】
更に、本実施形態では、波形鋼板２０を面外方向から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように対向させて接合する。従って、波形鋼板２０、２２の弱軸周りの断面２次モーメントが、他方の波形鋼板２２又は波形鋼板２０の強軸周りの断面２次モーメントによって補完されるため、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒがそれぞれ大きくなり、波形鋼板２０、２２のせん断座屈が防止される。
【００８６】
なお、上記第１〜３の実施形態では、波形鋼板２０を面外方向から見たときに、波形鋼板２０の折り筋２０Ａと波形鋼板２２の折り筋２２Ａとが直交するように、波形鋼板２０と波形鋼板２２とを対向させて、架構１４、６６、９４の構面に配置したがこれに限らない。波形鋼板２０、２２の弱軸周りの断面２次モーメントの補完効果を大きくする上では、各々の折り筋２０Ａ、２２Ａを直交させた方が好ましいが、図１２に示すように、波形鋼板２０を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとが所定の角度θで交差していれば、上記の補完効果を得ることができる。即ち、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとを交差させることで、折り筋２０Ａと折り筋２２Ａとを平行に配置した場合と比較して、波形鋼板２０、２２の弾性全体座屈強度τｅｃｒを向上させることができる。
【００８７】
また、図１２に示すように、波形鋼板２０、２２は、その折り筋２０Ａ、２２Ａを斜めにして架構１４に配置することができる。ただし、波形鋼板２０、２２の製作性の観点からすると、図１に示す構成のように折り筋２０Ａ、２２Ａを横又は縦にして配置した方が好ましい。
【００８８】
更に、上記第１〜３の実施形態では、波形鋼板２０、２２の全面に渡ってボルト４０等を配置し、対向する波形鋼板２０、２２同士を接合したがこれに限らない。波形鋼板２０、２２の外周部は各架構１４、６６、９４によって拘束されるため、中央部と比較してせん断座屈が起こり難い。従って、図１３に示すように、波形鋼板２０、２２の中央部にボルト４０を集約させて、対向する波形鋼板２０、２２同士を接合しても良い。この場合、波形鋼板２０、２２に形成する貫通孔３８、３９の数が減るため波形鋼板２０、２２の製作性が向上すると共に、接合作業の手間が減るため施工性、コスト削減を図ることができる。なお、図１３に示す構成では、ボルト４０を千鳥状に配置して、ボルト４０の数を削減している。
【００８９】
また、対向する波形鋼板２０、２２は、波形形状、強度、耐力等が同一である必要がない。更に、強度・耐力も同一である必要がない。波形形状、耐力等は、求められる耐震性能、制震性能、及び波形鋼板２０、２２が配置される架構の形状に応じて適宜設計すれば良い。更に、上記した架構１４、６６、９４には２枚の波形鋼板２０、２２を配置したがこれに限らず、３枚以上の波形鋼板を対向させて配置しても良い。例えば、図１４及び図１５に示す構成では、架構１４の構面に３枚の波形鋼板２０、２２、９６を対向させて配置している。波形鋼板９６は、波形鋼板２２と同一構成とされており、その折り筋９６Ａを横（折り筋９６Ａの向きを横方向）にして架構１４の構面に配置されている。そして、波形鋼板２０又は波形鋼板９６を面外方向（矢印Ａ）から見たときに、折り筋２０Ａ、２２Ａ、９６Ａが相互に直交するように架構１４の構面に対向して配置されている。なお、各波形鋼板２０、２２、９６には、左右の端部に縦フランジ２４Ａ、２４Ｂが設けられると共に上下の端部に横フランジ２６Ａ、２６Ｂが設けられている。これらの縦フランジ２４Ａ、２４Ｂ及び横フランジ２６Ａ、２６Ｂを接合して構成される一つの枠体２８によって波形鋼板２０、２２、９６の外周部が囲まれている。このように、３枚以上の波形鋼板を架構１４に配置することができる。この場合、波形鋼板を面外方向から見たときに、少なくとも、対向する１組の波形鋼板の折り筋同士が交差していれば良い。更に、波形鋼板２０、２２、９６には、図１６（Ａ）〜（Ｄ）に示すような断面形状をした波形鋼板を用いることができる。
【００９０】
また、上記第１、２の実施形態における柱１６、梁１８は、鉄筋コンクリート造に限らず、また、上記第３の実施形態における垂木材８６、８８及び桟木材９０、９２等は、鉄骨造に限らない。架構１４、６６、９４を構成する柱、梁、垂木材、及び桟木材等は、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、プレストレスコンクリート造、鉄骨造、更には現場打ち工法、プレキャスト工法等の種々の工法を用いた構造部材に適用可能である。また、第１の実施形態において、梁１８に替えてコンクリートスラブや小梁で架構１４を構成しても良い。
【００９１】
更に、本発明の耐震構造１０、６０、８０を有することで、耐震性能、制震性能が向上された建物１２を構築することができる。この場合、耐震構造１０、６０、８０は、建物の一部に用いても良いし、全てに用いても良い。また、これらの耐震構造１０、６０、８０を組み合せて建物１２を構築しても良い。更に、本発明の耐震構造１０、６０、８０は、新設及び改修建物の両方に適用可能である。改修建物に適用する場合であって設置済みの波形鋼板が存在する場合には、設置済みの波形鋼板の折り筋に対して、新たな波形鋼板の折り筋が交差すように対向させて接合すれば良い。
【００９２】
以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１〜第３の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造を示す正面図である。
【図２】（Ａ）は図１の１−１線断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図である。
【図３】（Ａ）は図１の２−２線断面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の要部拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の断片を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は座屈係数と剛性縦横比との関係を示すグラフであり、（Ｂ）モデル化した波形鋼板を示す正面図である。
【図６】モデル化した波形鋼板の断面形状を示す説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る波形鋼板を模式化した斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る耐震構造を示す平面図である。
【図１０】従来の床構造を示す平面図である。
【図１１】（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る耐震構造が適用された屋根構造を示す説明図であり、（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＲ方向から見た図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る耐震構造の変形例を示す正面図である。
【図１５】図１４の８−８線断面図である。
【図１６】本発明の全ての実施形態に係る波形鋼板の断面形状を示す断面図である。
【図１７】（Ａ）は従来の波形鋼板耐震壁を示す正面図であり、（Ｂ）は図１７（Ａ）の９−９線断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 耐震構造
１２ 建物
１４ 架構
１６ 柱
１８ 梁（水平部材）
２０Ａ 折り筋
２０ 波形鋼板（第１波形鋼板）
２２ 波形鋼板（第２波形鋼板）
２２Ａ 折り筋
３８ 貫通孔（接合手段）
４０ ボルト（接合手段）
４２ 長ナット（接合手段）
４４ ナット（接合手段）
６０ 耐震構造
６４ 梁（水平部材）
６６ 架構
８０ 耐震構造
８４ 棟木材（水平部材）
８６ 垂木材（水平部材）
８８ 垂木材（水平部材）
９０ 桟木材（水平部材）
９４ 架構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に、前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、
を備える耐震構造。
【請求項２】
前記第１波形鋼板を面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが直交する請求項１に記載の耐震構造。
【請求項３】
前記第１波形鋼板が、該第１波形鋼板の折り筋を横にして配置され、
前記第２波形鋼板が、該第２波形鋼板の折り筋を縦にして配置される請求項２に記載の耐震構造。
【請求項４】
前記第２波形鋼板を前記水平部材に接合しない請求項３に記載の耐震構造。
【請求項５】
水平部材から構成される架構に接合される第１波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、
を備える耐震構造。
【請求項６】
柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と前記架構に接合される第２波形鋼板とを、該第１波形鋼板の面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向させて接合する耐震構造の設計方法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の耐震構造を有する建物。
【請求項１】
柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に、前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、
を備える耐震構造。
【請求項２】
前記第１波形鋼板を面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが直交する請求項１に記載の耐震構造。
【請求項３】
前記第１波形鋼板が、該第１波形鋼板の折り筋を横にして配置され、
前記第２波形鋼板が、該第２波形鋼板の折り筋を縦にして配置される請求項２に記載の耐震構造。
【請求項４】
前記第２波形鋼板を前記水平部材に接合しない請求項３に記載の耐震構造。
【請求項５】
水平部材から構成される架構に接合される第１波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と対向して前記架構に接合されると共に前記第１波形鋼板を面外方向から見たときにその折り筋が前記第１波形鋼板の折り筋と交差する第２波形鋼板と、
前記第１波形鋼板と前記第２波形鋼板とを接合する接合手段と、
を備える耐震構造。
【請求項６】
柱と水平部材とから構成される架構に接合される第１波形鋼板と前記架構に接合される第２波形鋼板とを、該第１波形鋼板の面外方向から見たときに、前記第１波形鋼板の折り筋と前記第２波形鋼板の折り筋とが交差するように対向させて接合する耐震構造の設計方法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の耐震構造を有する建物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−７０９８９（Ｐ２０１０−７０９８９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４０４２６（Ｐ２００８−２４０４２６）
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]