特許 6790571 耐力壁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6790571

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】耐力壁

(51)【国際特許分類】

   E04B 2/56 20060101AFI20201116BHJP

【ＦＩ】

   E04B2/56 605J

【請求項の数】1

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-158237(P2016-158237)

(22)【出願日】2016年8月10日

(65)【公開番号】特開2018-25057(P2018-25057A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年4月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河合 良道

(72)【発明者】

【氏名】藤内 繁明

(72)【発明者】

【氏名】藤橋 一紀

【審査官】 須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０３４０９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０８１１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１７０７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｂ ２／５６−２／７０

Ｅ０４Ｂ ２／８８−２／９６

Ｅ０４Ｃ ２／００−２／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向と直交する方向である水平方向に間隔をあけて長手方向である上下方向に延びる複数の縦材と、
上下方向に間隔をあけて水平方向に延びると共に、前記複数の縦材のうち水平方向に隣り合う一対の縦材を水平方向につなぐ複数の横材と、
水平方向に隣り合う一対の前記縦材のうち一方の前記縦材に接合された第１接合部及び他方の前記縦材に接合された第２接合部と、水平方向に隣り合う一対の前記縦材の間において上下方向に一定の間隔をあけて１列に配列された円形の開口部と、該開口部が形成されていない平坦な部分である一般部と、前記開口部の縁部に形成され前記一般部に対して該一般部の厚み方向に向けて突出する環状リブと、を有する一又は複数の壁面材と、
を備え、
前記複数の横材は、前記複数の縦材のうち水平方向に隣り合う一対の縦材の上方側の端部を水平方向につなぐ第１横材、前記複数の縦材のうち水平方向に隣り合う一対の縦材の下方側の端部を水平方向につなぐ第２横材、及び前記複数の縦材のうち水平方向に隣り合う一対の縦材の上下方向の中間部を水平方向につなぐ一又は複数の圧縮抵抗横材を含む、
耐力壁を設計する方法であって、
前記耐力壁の要求される終局耐力をＱ_ｕとし、
前記第１接合部と前記第２接合部との水平方向への間隔をＷとし、
前記壁面材を構成する板材の厚みをｔとし、
前記壁面材を構成する板材の降伏応力度をσ_ｙとし、
上下方向に隣り合う前記環状リブの中心間の間隔の前記環状リブの内径に対する比率をβとし、
前記壁面材の数をｋとし、
上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ａとし、
一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ｂとし、
他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ｃとし、
上下方向に隣り合う一の前記環状リブと他の前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ａとし、
一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｂとし、
他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｃとし、
一方の前記横材と該一方の前記横材と上下方向に隣り合う他方の前記横材との上下方向への間隔をＨとし、
前記開口部の半径をｒとし、
上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間を通りかつこの一の前記開口部の内縁と他の前記開口部の内縁とを通る共通接線における一の前記開口部の内縁と他の前記開口部の内縁との間の長さをＬ_ａとし、
前記共通接線と上下方向とのなす角度をθとし、
一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の上下方向の間隔をｈ_ｂ１とし、
他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の上下方向の間隔をｈ_ｃ１とし、
前記第２接合部と前記開口部との水平方向への間隔をａ_ｂ１とし、
前記第１接合部と前記開口部との水平方向への間隔ａ_ｃ１とし、
前記壁面材を構成する板材のヤング率をＥ、ポアソン比をνとした場合において、

前記要求される終局耐力Ｑ_ｕを、以下の式（１３）〜式（２２）を満たすように設定し、
設定された前記要求される終局耐力Ｑ_ｕに基づいて、前記一又は複数の圧縮抵抗横材の配置を、上下方向に隣り合う一対の前記横材の間に配置された前記開口部の最大の数ｎが、以下の式（１２）を満たすように設定する、
耐力壁の設計方法。

【数12】

【数13】

【数14】

【数15】

【数16】

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【数21】

【数22】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐力壁に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、スチールハウスやプレハブ住宅などの建物に用いられる耐力壁が開示されている。この文献に記載された耐力壁は、建物の上下方向及び水平方向に間隔をあけて配置された複数の円形孔が形成された鋼板が略格子状に形成されたパネルフレームに接合されることにより構成されている。そして、この文献に記載された耐力壁では、地震荷重が加わった際に、鋼板にはせん断応力が生じ、パネルフレームには軸力が生じるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３７３７３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、耐力壁は、当該耐力壁が適用される各々の建物の仕様に応じた耐力を満足している必要がある。

【0005】

本発明は上記事実を考慮し、要求される耐力を満足させることができる耐力壁を得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様の耐力壁は、長手方向と直交する方向である水平方向に間隔をあけて長手方向である上下方向に延びる一対の縦材と、上下方向に間隔をあけて水平方向に延びると共に、前記一対の縦材を水平方向につなぐ複数の横材と、一方の前記縦材に接合された第１接合部と、他方の前記縦材に接合された第２接合部と、前記一対の縦材の間において上下方向に一定の間隔をあけて１列に配列された円形の開口部と、該開口部が形成されていない平坦な部分である一般部と、前記開口部の縁部に形成され前記一般部に対して該一般部の厚み方向に向けて突出する環状リブと、を有する壁面材と、を備えた耐力壁であって、前記耐力壁の終局耐力をＱ_ｕとし、前記第１接合部と前記第２接合部との水平方向への間隔をＷとし、前記壁面材を構成する板材の厚みをｔとし、前記壁面材を構成する板材の降伏応力度をσ_ｙとし、上下方向に隣り合う前記環状リブの中心間の間隔の前記環状リブの内径に対する比率をβとし、上下方向に隣り合う一対の前記横材の間に配置された前記開口部の最大の数ｎが、以下の式（１）を満たすように設定されている。

【数1】

【0007】

第１の態様の耐力壁によれば、地震や風等による荷重が建物に作用すると、壁面材において上下方向に隣り合う一の開口部と他の開口部との上下方向の中間部の応力が高まる。そして、建物に作用する荷重が所定の荷重を超えると、壁面材において上記の応力が高まった部位が塑性変形される。これにより、建物に入力された地震や風等によるエネルギーを吸収することができる。ここで、第１の態様の発明では、建物の上下方向に隣り合う一対の横材の間に配置された開口部の最大の数ｎが、上記式（１）を満たすように設定されている。これにより、終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁を得ることができる。なお、横材とは、一対の縦材の上方側の端部を水平方向につなぐ部材、一対の縦材の下方側の端部を水平方向につなぐ部材、及び一対の縦材の上下方向の中間部を水平方向につなぐ部材のことである。また、一対の縦材の上下方向の中間部を水平方向につなぐ部材を含まない構成も第１の態様の耐力壁に含まれる。

【0008】

第２の態様の耐力壁は、第１の態様の耐力壁において、上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ａとし、一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ｂとし、他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ｃとし、上下方向に隣り合う一の前記環状リブと他の前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ａとし、一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｂとし、他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｃとし、一方の前記横材と該一方の前記横材と上下方向に隣り合う他方の前記横材との上下方向への間隔をＨとし、前記開口部の半径をｒとし、上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間を通りかつこの一の前記開口部の内縁と他の前記開口部の内縁とを通る共通接線における一の前記開口部の内縁と他の前記開口部の内縁との間の長さをＬ_ａとし、前記共通接線と上下方向とのなす角度をθとし、一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の上下方向の間隔をｈ_ｂ１とし、他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の上下方向の間隔をｈ_ｃ１とし、前記第２接合部と前記開口部との水平方向への間隔をａ_ｂ１とし、前記第１接合部と前記開口部との水平方向への間隔ａ_ｃ１とし、前記壁面材を構成する板材のヤング率をＥ、ポアソン比をνとした場合において、前記終局耐力Ｑ_ｕが、以下の式（２）〜式（１１）を満たすように設定されている。

【数2】

【数3】

【数4】

【数5】

【数6】

【数7】

【数8】

【数9】

【数10】

【数11】

【0009】

第２の態様の耐力壁によれば、終局耐力Ｑ_ｕが、上記の式（２）〜式（１１）を満たすように設定されている。これにより、終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁の形状（耐力壁を構成する部材の寸法）を得ることができる。

【0010】

第３の態様の耐力壁は、長手方向と直交する方向である水平方向に間隔をあけて長手方向である上下方向に延びる複数の縦材と、上下方向に間隔をあけて水平方向に延びると共に、前記複数の縦材のうち水平方向に隣り合う一対の縦材を水平方向につなぐ複数の横材と、水平方向に隣り合う一対の前記縦材のうち一方の前記縦材に接合された第１接合部及び他方の前記縦材に接合された第２接合部と、水平方向に隣り合う一対の前記縦材の間において上下方向に一定の間隔をあけて１列に配列された円形の開口部と、該開口部が形成されていない平坦な部分である一般部と、前記開口部の縁部に形成され前記一般部に対して該一般部の厚み方向に向けて突出する環状リブと、を有する複数の壁面材と、を備えた耐力壁であって、前記耐力壁の終局耐力をＱ_ｕとし、前記第１接合部と前記第２接合部との水平方向への間隔をＷとし、前記壁面材を構成する板材の厚みをｔとし、前記壁面材を構成する板材の降伏応力度をσ_ｙとし、上下方向に隣り合う前記環状リブの中心間の間隔の前記環状リブの内径に対する比率をβとし、前記壁面材の数をｋとし、上下方向に隣り合う一対の前記横材の間に配置された前記開口部の最大の数ｎが、以下の式（１２）を満たすように設定された耐力壁。

【数12】

【0011】

第３の態様の耐力壁によれば、建物の上下方向に隣り合う一対の横材の間に配置された開口部の最大の数ｎが、上記式（１２）を満たすように設定されている。これにより、終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁を得ることができる。なお、横材とは、一対の縦材の上方側の端部を水平方向につなぐ部材、一対の縦材の下方側の端部を水平方向につなぐ部材、及び一対の縦材の上下方向の中間部を水平方向につなぐ部材のことである。また、一対の縦材の上下方向の中間部を水平方向につなぐ部材を含まない構成も第３の態様の耐力壁に含まれる。

【0012】

第４の態様の耐力壁は、第３の態様の耐力壁において、上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ａとし、一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ｂとし、他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の前記一般部のせん断座屈応力度をτ_ｃとし、上下方向に隣り合う一の前記環状リブと他の前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ａとし、一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｂとし、他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記環状リブの内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｃとし、一方の前記横材と該一方の前記横材と上下方向に隣り合う他方の前記横材との上下方向への間隔をＨとし、前記開口部の半径をｒとし、上下方向に隣り合う一の前記開口部と他の前記開口部との間を通りかつこの一の前記開口部の内縁と他の前記開口部の内縁とを通る共通接線における一の前記開口部の内縁と他の前記開口部の内縁との間の長さをＬ_ａとし、前記共通接線と上下方向とのなす角度をθとし、一方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の上下方向の間隔をｈ_ｂ１とし、他方の前記横材と該横材と上下方向に隣り合う前記開口部との間の上下方向の間隔をｈ_ｃ１とし、前記第２接合部と前記開口部との水平方向への間隔をａ_ｂ１とし、前記第１接合部と前記開口部との水平方向への間隔ａ_ｃ１とし、前記壁面材を構成する板材のヤング率をＥ、ポアソン比をνとした場合において、前記終局耐力Ｑ_ｕが、以下の式（１３）〜式（２２）を満たすように設定されている。

【数13】

【数14】

【数15】

【数16】

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【数21】

【数22】

【0013】

第４の態様の耐力壁によれば、終局耐力Ｑ_ｕが、上記の式（１３）〜式（２２）を満たすように設定されている。これにより、終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁の形状（耐力壁を構成する部材の寸法）を得ることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る耐力壁は、要求される耐力を満足させることができる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態の耐力壁を示す正面図である。

【図2】図１に示された２−２線に沿って切断した耐力壁の壁面材の断面を示す断面図である。

【図3】壁面材の第１変形領域を模式的に示す模式図である。

【図4】壁面材の第２変形領域を模式的に示す模式図である。

【図5】壁面材の第３変形領域を模式的に示す模式図である。

【図6】壁面材における一対の開口部及びその周縁部を模式的に示す模式図である。

【図7】壁面材の仮想応力帯部分を示す図１に対応する正面図である。

【図8】１つの圧縮抵抗横材が設けられた耐力壁を示す図１に対応する正面図である。

【図9】２つの圧縮抵抗横材が設けられた耐力壁を示す図１に対応する正面図である。

【図10】２つの壁面材を備えた耐力壁を示す図１に対応する正面図である。

【図11】２つの壁面材及び２つの圧縮抵抗横材を備えた耐力壁を示す図１に対応する正面図である。

【図12】２つの壁面材及び４つの圧縮抵抗横材を備えた耐力壁を示す図１に対応する正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１〜図７を用いて、本発明の実施形態に係る耐力壁について説明する。なお、各図に示す矢印ＶＥ及び矢印ＨＯは、本実施形態の耐力壁を備えた建物の上下方向及び水平方向を示すものとする。また、以下の説明で特記なく上下の方向を用いる場合は、建物の上下方向を示すものとし、左右の方向を用いる場合は、耐力壁を正面から見た建物の水平方向一方側（左側）及び他方側（右側）を示すものとする。

【0017】

図１に示されるように、本実施形態の耐力壁１０は、矩形枠状に形成されたフレーム１２に板状の壁面材１４が接合されることにより構成されている。

【0018】

フレーム１２は、水平方向に間隔をあけて上下方向を長手方向として延びる一対の縦材１６と、上下方向に間隔をあけて水平方向に延びると共に一対の縦材１６の上端部どうし及び下端部どうしをそれぞれ連結する一対の横材１８と、を備えている。なお、本実施形態では、縦材１６及び横材１８は、所定の長さとされた鋼管や形鋼であり、縦材１６と横材１８とは溶接や締結部材を介して接合されている。ここで、一対の縦材１６のうちの左側に配置された縦材を第１縦材１６Ｔ１というものとし、右側に配置された縦材を第２縦材１６Ｔ２というものとする。また、第１縦材１６Ｔ１及び第２縦材１６Ｔ２の上端部どうしをつなぐ横材１８を第１横材１８Ｙ１というものとし、第１縦材１６Ｔ１及び第２縦材１６Ｔ２の下端部どうしをつなぐ横材１８を第２横材１８Ｙ２というものとする。

【0019】

壁面材１４は、略矩形状の鋼板を用いて形成されている。この壁面材１４は、第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２の間に形成された矩形状の開口を閉止するように、当該第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２に接合されている。本実施形態では、複数のドリルねじが壁面材１４の左側の端部、右側の端部、上方側の端部及び下方側の端部にそれぞれ螺入されることで、壁面材１４の左側の端部、右側の端部、上方側の端部及び下方側の端部が、第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２及び第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２にそれぞれ接合されている。

【0020】

詳述すると、壁面材１４の左側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第１接合部２０というものとし、壁面材１４の右側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第２接合部２２というものとする。そして、第１接合部２０及び第２接合部２２は、上下方向に略等間隔に配列されている。また、壁面材１４の上方側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第３接合部２４というものとし、壁面材１４の下方側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第４接合部２６というものとする。そして、第３接合部２４及び第４接合部２６は、水平方向に略等間隔に配列されている。なお、第１接合部２０と第２接合部２２との水平方向への間隔をＷとし、第３接合部２４と第４接合部２６との水平方向への間隔をＨとする。

【0021】

壁面材１４には、上下方向に所定の間隔をあけて１列に配列された複数の開口部２８がそれぞれ形成されている。本実施形態では、これらの複数の開口部２８は、略同じ内径Ｒ（半径ｒ）に形成されているとともに、上下方向に隣り合う開口部２８間の上下方向への距離ｄが全て略同じ寸法となるように設定されている。また、本実施形態では、上下方向に隣り合う開口部２８の中心軸２８Ａの間の距離Ｄは、開口部２８の内径Ｒ、開口部２８と第１接合部２０との間の距離ａ_ｃ１（図５参照）、及び開口部２８と第２接合部２２との間の距離ａ_ｂ１（図４参照）の合計よりも短くなるように設定されている。これにより、地震や風による建物の水平方向への荷重が耐力壁１０に作用した際に、壁面材１４において第１接合部２０と開口部２８との水平方向の中間部のせん断応力値、並びに、壁面材１４において第２接合部２２と開口部２８との水平方向の中間部のせん断応力値を、壁面材１４において上下方向に隣り合う一の開口部２８と他の開口部２８との上下方向の中間部のせん断応力値よりも低くすることが可能となっている。

【0022】

ここで、壁面材１４において開口部２８が形成されていない平坦な部分を一般部としての平板部３０とすると、上下方向に隣り合う開口部２８間の平板部３０の最少長さｄ（隣り合う開口部２８間の距離ｄ）は、開口部２８と第１接合部２０との間の平板部３０の最少長さａ_ｃ１（開口部２８と第１接合部２０との間の距離ａ_ｃ１）と、開口部２８と第２接合部２２との間の平板部３０の最少長さａ_ｂ１（開口部２８と第２接合部２２との間の距離ａ_ｂ１）との合計よりも短くなっている。なお、壁面材１４を構成する板材の厚みをｔとする。すなわち、平板部３０の厚みをｔとする。また、壁面材１４を構成する板材の降伏応力度をσ_ｙとする。なお、降伏応力度σ_ｙは、壁面材１４を構成する板材の材質によって適宜決定すればよい。例えば、降伏応力度σ_ｙは、JIS Z 2241 金属材料引張試験方法に基づく下降伏応力（下降伏点）又は「耐力（オフセット法）」によるものとすればよい。また、壁面材１４を構成する板材のヤング率をＥ、ポアソン比をνとする。

【0023】

図２に示されるように、開口部２８の縁部２８Ｂには、平板部３０と一体に形成された環状リブ３２（バーリング）が形成されている。この環状リブ３２は、平板部３０に対して当該平板部３０の厚み方向一方側（縦材１６及び横材１８（図１参照）が配置されている側）に突出している。また、環状リブ３２の径方向内側の面は、断面視で略円弧状に湾曲されており、さらに環状リブ３２の径方向内側の面は、平板部３０と離れるにつれて次第に窄まっている。これにより、環状リブ３２の内径が平板部３０と離れるにつれて次第に小さくなっている。なお、以下の説明において「環状リブ３２の内径φ」とは、当該環状リブ３２において最も内径が小さい部分の内径φのことを言うものとする。また、環状リブ３２の幅（環状リブ３２の径方向への寸法）をｂ_ｒとする。さらに、上下方向に隣り合う環状リブ３２の中心間の間隔Ｄ（上下方向に隣り合う開口部２８の中心軸２８Ａの間の距離Ｄに相当する間隔）の環状リブ３２の内径φに対する比率をβとする。そして、この環状リブ３２が開口部２８の縁部２８Ｂに形成されていることにより、開口部２８の縁部２８Ｂの近傍に作用する曲げ応力の値を、壁面材１４において上下方向に隣り合う一の開口部２８と他の開口部２８との上下方向の中間部のせん断応力値よりも低くすることが可能となっている。

【0024】

図１に示されるように、以上説明した耐力壁１０の壁面材１４に形成された開口部２８の数は、要求される許容耐力Ｑ_ｃｒ及び終局耐力Ｑ_ｕを考慮して設定されている。なお、「許容耐力Ｑ_ｃｒ」とは、建物の水平方向への荷重が耐力壁１０に作用して、壁面材１４に生じる応力が弾性限度となる際に、第１縦材１６Ｔ１の下端部と第２横材１８Ｙ２との接合部と第２縦材１６Ｔ２の上端部と第１横材１８Ｙ１との接合部を結ぶ線ＬＦの方向に作用する引張力Ｆの水平方向への分力のことである。また、「終局耐力Ｑ_ｕ」とは、保有終局耐力であり、この「終局耐力Ｑ_ｕ」は、建物の水平方向への荷重が耐力壁１０に作用して、第１縦材１６Ｔ１の下端部と第２横材１８Ｙ２との接合部と第２縦材１６Ｔ２の上端部と第１横材１８Ｙ１との接合部を結ぶ線ＬＦの方向に作用する引張力Ｆが降伏した際の当該引張力の水平方向への分力である。なお、「許容耐力Ｑ_ｃｒ」は、大地震や強大台風を想定（建物に０．２Ｇの水平方向への加速度が生じた際を想定）した耐力であり、「終局耐力Ｑ_ｕ」は、極大地震を想定（建物に０．３Ｇの水平方向への加速度が生じた際を想定）した耐力である。

【0025】

前述の構成の耐力壁１０では、壁面材１４において各々の開口部２８の間がほぼ同時にせん断変形する。この現象のもとで、許容耐力Ｑ_ｃｒについて検討する。

【0026】

許容耐力Ｑ_ｃｒは、壁面材１４における各々の開口部２８の間３４のせん断耐力の合計値と、壁面材１４において最も上方側に配置された開口部２８と第３接合部２４との間３６のせん断耐力の値と、壁面材１４において最も下方側に配置された開口部２８と第４接合部２６との間３８のせん断耐力の値と、を足し合わせた値から導かれる。具体的には、許容耐力Ｑ_ｃｒは、上記足し合わせた値に第１接合部２０と第２接合部２２との水平方向への間隔Ｗと第３接合部２４と第４接合部２６との上下方向への間隔Ｈとの比率を乗じることで、水平方向の許容耐力として計算されたものである。

【0027】

ここで、図３〜図５に示されるように、壁面材１４における一の開口部２８と他の開口部２８の間３４において変形される部分（変形が大きな部分）の仮想領域（以下この領域を「第１変形領域４０」という）、壁面材１４において最も上方側に配置された開口部２８と第３接合部２４との間３６において変形される部分（変形が大きな部分）の仮想領域（以下この領域を「第２変形領域４２」という）、壁面材１４において最も下方側に配置された開口部２８と第４接合部２６との間３８において変形される部分（変形が大きな部分）の仮想領域（以下この領域を「第３変形領域４４」という）を抜き出して検討する。

【0028】

図３に示されるように、上下方向に隣り合う一の開口部２８と他の開口部２８との間を通りかつこの一の開口部２８の内縁（縁部２８Ｂ）と他の開口部２８の内縁とを通る共通接線をＬＣとする。なお、この共通接線ＬＣと上下方向とのなす角度をθとする。また、共通接線ＬＣと一の開口部２８の内縁との接点Ｓ１を通り水平方向に伸びる線及び共通接線ＬＣと他の開口部２８の内縁との接点Ｓ１を通り水平方向に伸びる線を第１仮想線Ｌ１とする。さらに、一の開口部２８の右側の端部と他の開口部２８の右側の端部とをつなぐ線及び一の開口部２８の左側の端部と他の開口部２８の左側の端部とをつなぐ線を第２仮想線Ｌ２とする。そして、第１仮想線Ｌ１及び第２仮想線Ｌ２で囲まれた領域が第１変形領域４０である。なお、上記共通接線ＬＣにおける一の開口部２８の内縁との接点Ｓ１と他の開口部２８の内縁との接点Ｓ１の間の長さをＬ_ａとし、上下方向に隣り合う一の環状リブ３２の内縁と他の環状リブ３２の内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ａとする。また、第１変形領域４０の上下方向への寸法をｈ_ａとし、第１変形領域４０の左右方向への寸法をａ_ａとする。さらに、第１変形領域４０内におけるせん断座屈応力度をτ_ａとする。また、第１変形領域４０の上下方向への寸法ｈ_ａ、左右方向への寸法ａ_ａ、上下方向に隣り合う一の環状リブ３２の内縁と他の環状リブ３２の内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ａ、上記共通接線ＬＣにおける接点Ｓ１と接点Ｓ１との間の長さＬ_ａ、環状リブ３２の幅ｂ_ｒ及び開口部２８の半径ｒは、以下の式（２３）〜式（２５）に示された関係を有している。

【数23】

【数24】

【数25】

【0029】

図４に示されるように、壁面材１４において最も上方側に配置された開口部２８の内縁における左上の部分と前述の共通接線ＬＣ（図３参照）と対応する線（上下方向とのなす角度がθとされた線）との接点Ｓ２を通り水平方向に伸びる線を第３仮想線Ｌ３とする。また、壁面材１４において最も上方側に配置された開口部２８の左側の端部を通り上下方向に伸びる線を第４仮想線Ｌ４とする。そして、第３仮想線Ｌ３、第４仮想線Ｌ４、第２接合部２２及び第３接合部２４で囲まれた領域が第２変形領域４２である。なお、第３接合部２４と最も上方側の環状リブ３２の内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｂとする。また、第２変形領域４２の上下方向への寸法をｈ_ｂとし、第２変形領域４２の左右方向への寸法をａ_ｂとする。さらに、第２変形領域４２内におけるせん断座屈応力度をτ_ｂとする。また、第２変形領域４２の上下方向への寸法ｈ_ｂ、左右方向への寸法ａ_ｂ、第２接合部２２と開口部２８との水平方向への間隔ａ_ｂ１、第３接合部２４と最も上方側の開口部２８との上下方向への間隔ｈ_ｂ１及び開口部２８の半径ｒは、以下の式（２６）及び式（２７）に示された関係を有している。

【数26】

【数27】

【0030】

図５に示されるように、壁面材１４において最も下方側に配置された開口部２８の内縁における右下の部分と前述の共通接線ＬＣ（図３参照）と対応する線（上下方向とのなす角度がθとされた線）との接点Ｓ３を通り水平方向に伸びる線を第５仮想線Ｌ５とする。また、壁面材１４において最も下方側に配置された開口部２８の右側の端部を通り上下方向に伸びる線を第６仮想線Ｌ６とする。そして、第５仮想線Ｌ５、第６仮想線Ｌ６、第１接合部２０及び第４接合部２６で囲まれた領域が第３変形領域４４である。なお、第４接合部２６と最も下方側の環状リブ３２の内縁との間の上下方向への間隔をｗ_ｃとする。また、第３変形領域４４の上下方向への寸法をｈ_ｃとし、第３変形領域４４の左右方向への寸法をａ_ｃとする。さらに、第３変形領域４４内におけるせん断座屈応力度をτ_ｃとする。また、第３変形領域４４の上下方向への寸法ｈ_ｃ、左右方向への寸法ａ_ｃ、第１接合部２０と開口部２８との水平方向への間隔ａ_ｃ１、第４接合部２６と最も下方側の開口部２８との上下方向への間隔ｈ_ｃ１及び開口部２８の半径ｒは、以下の式（２８）及び式（２９）に示された関係を有している。

【数28】

【数29】

【0031】

そして、許容耐力Ｑ_ｃｒは、以下の式（３０）〜式（３３）に基づいて算出される。なお、以下の式（３０）〜式（３３）は、American Iron and Steel Instituteの設計基準式より引用している（AISI Standard North American Specification for the Design of Cold-formed Steel Structural Members,2007 Edition,ANSI S100-2007,October,2007参照）。

【数30】

【数31】

【数32】

【数33】

【0032】

なお、本実施形態では、右方向への荷重が耐力壁１０に入力された場合を考慮して、図４に示されるように、壁面材１４において最も上方側に配置された開口部２８の左側の端部を通り上下方向に伸びる線を第４仮想線Ｌ４として第２変形領域４２の範囲を決定すると共に、図５に示されるように、壁面材１４において最も下方側に配置された開口部２８の右側の端部を通り上下方向に伸びる線を第６仮想線Ｌ６として第３変形領域４４の範囲を決定した。しかしながら、左方向への荷重が耐力壁１０に入力された場合を考慮して、第２変形領域４２及び第３変形領域４４の範囲を決定してもよい。右方向への荷重が耐力壁１０へ入力された場合を考慮して第２変形領域４２及び第３変形領域４４の範囲を設定するか左方向への荷重が耐力壁１０へ入力された場合を考慮して第２変形領域４２及び第３変形領域４４の範囲を設定するかについては、上記式（３０）〜式（３３）によって算出される許容耐力Ｑ_ｃｒが小さくなる側で（安全側で）設定すればよい。

【0033】

また、要求される終局耐力Ｑ_ｕは、当該終局耐力Ｑ_ｕで想定される建物への加速度と許容耐力Ｑ_ｃｒで想定される建物への加速度との比を許容耐力Ｑ_ｃｒに掛け合わせて以下の式（３４）で表される。

【数34】

【0034】

ところで、耐力壁１０の終局耐力Ｑ_ｕは、一対の横材１８の間に配置された開口部２８の数ｎと相関がある。ここで、図７に示された仮想応力帯部分４６が引張降伏した時点を耐力壁１０の終局耐力Ｑ_ｕとする。なお、図６及び図７に示されるように、各々の環状リブ３２の内周面（内径φとされた部分）の右側の端部どうしをつなぐ線及び左側の端部どうしをつなぐ線を第７仮想線Ｌ７とし、第７仮想線Ｌ７の上端どうし及び下端どうしをつなぐ線を第８仮想線Ｌ８とする。そして、第７仮想線Ｌ７及び第８仮想線Ｌ８で囲まれた領域が仮想応力帯部分４６である。また、仮想応力帯部分４６の左右方向への寸法は環状リブ３２の内径φと対応する幅φとなっており、仮想応力帯部分４６の上下方向への寸法は、上下方向に隣り合う環状リブ３２間の距離βφに環状リブ３２の数ｎ（開口部の数ｎ）を掛け合わせたｎβφとなっている。

【0035】

上記終局耐力Ｑ_ｕについて詳述すると、上下に隣り合う開口部２８の間の全てがせん断変形した後、さらに大きな水平方向への荷重が耐力壁１０に作用すると、仮想応力帯部分４６には、当該仮想応力帯部分４６の２つの頂点（第７仮想線Ｌ７と第８仮想線Ｌ８との交点）を通る対角線ＬＴの方向への引張力が生じる。なお、対角線ＬＴの上下方向に対する傾斜角度はφ／（ｎβφ）である（図６も参照）。そして、仮想応力帯部分４６が上記引張力によって引張降伏した時点を終局耐力Ｑ_ｕとすると、当該終局耐力Ｑ_ｕと開口部２８の数ｎとの関係が以下の式（３５）で表される。

【数35】

【0036】

上記式（３５）を１／ｎについて２次方程式とすると、以下の式（３６）で表される。

【数36】

【0037】

また、上記式（３６）をｎについて解くと以下の式（３７）となる。

【数37】

【0038】

上記式（３７）より、耐力壁１０において上下方向に隣り合う一対の横材１８の間の開口部２８の数ｎを以下の式（３８）を満たす範囲に設定することで、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁１０を得ることができる。

【数38】

【0039】

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

【0040】

図１に示されるように、以上説明した本実施形態の耐力壁１０によれば、地震や風等による荷重が建物に作用すると、壁面材１４における各々の開口部２８の間３４、最も上方側に配置された開口部２８と第３接合部２４との間３６及び最も下方側に配置された開口部２８と第４接合部２６との間３８の応力が高まる。そして、建物に作用する荷重が所定の荷重を超えると、壁面材において上記の応力が高まった部位が塑性変形される。これにより、建物に入力された地震や風等によるエネルギーを吸収することができる。

【0041】

ここで、本実施形態の耐力壁１０では、建物の上下方向に隣り合う一対の横材１８の間に配置された開口部２８の最大の数ｎを、上記式（３８）を満たすように設定することにより、終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁を得ることができる。

【0042】

また、本実施形態では、終局耐力Ｑ_ｕが、前述の式（３０）〜式（３４）により計算される。これにより、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足する耐力壁１０の形状（耐力壁１０を構成する部材の寸法）を得ることができる。

【0043】

（圧縮抵抗横材が設けられた構成）
次に、図８及び図９を用いて、耐力壁のフレーム１２が、第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２に加えて横材としての単一又は複数の圧縮抵抗横材４８を含んで構成された例について説明する。

【0044】

図８に示された耐力壁５０では、第１横材１８Ｙ１と第２横材１８Ｙ２との間において左右方向に延在すると共に第１縦材１６Ｔ１の上下方向の中間部と第２縦材１６Ｔ２の上下方向の中間部とをつなぐ単一の圧縮抵抗横材４８が設けられている。この圧縮抵抗横材４８は、左右方向へ力を伝達可能であり、第１縦材１６Ｔ１と第２縦材１６Ｔ２とが互いに引き寄せられる方向の力に対して抵抗可能に構成されている。また、圧縮抵抗横材４８は、壁面材１４に接合されておらず、本実施形態では、壁面材１４と離間している。さらに、本実施形態では、壁面材１４に形成された７つの開口部２８のうち３つの開口部２８が、第１横材１８Ｙ１と圧縮抵抗横材４８との間に配置されており、残りの４つの開口部２８が、圧縮抵抗横材４８と第２横材１８Ｙ２との間に配置されている。

【0045】

図９に示された耐力壁５２では、第１横材１８Ｙ１と第２横材１８Ｙ２との間において左右方向に延在する２つの圧縮抵抗横材４８が設けられている。なお、２つの圧縮抵抗横材４８において上方側に配置された圧縮抵抗横材を第１圧縮抵抗横材４８Ｙ１というものとし、第１圧縮抵抗横材４８Ｙ１に対して下方側に配置された圧縮抵抗横材４８を第２圧縮抵抗横材４８Ｙ２というものとする。また、本実施形態では、壁面材１４に形成された７つの開口部２８のうち２つの開口部２８が、第１横材１８Ｙ１と第１圧縮抵抗横材４８Ｙ１との間に配置されており、３つの開口部２８が、第１圧縮抵抗横材４８Ｙ１と第２圧縮抵抗横材４８Ｙ２との間に配置されており、残りの２つの開口部２８が、第２圧縮抵抗横材４８Ｙ２と第２横材１８Ｙ２との間に配置されている。

【0046】

ところで、前述した耐力壁１０と同様に、上下に隣り合う開口部２８の間の全てがせん断変形した後、さらに大きな水平方向への荷重が耐力壁５０、５２に作用すると、横材１８と圧縮抵抗横材４８との間、圧縮抵抗横材４８相互の間の各区画の仮想応力帯部分４６には、当該仮想応力帯部分４６の２つの頂点（第７仮想線Ｌ７と第８仮想線Ｌ８との交点）を通る対角線ＬＴの方向への引張力が生じる。そして、耐力壁５０、５２の終局耐力は、各仮想応力帯部分４６において最も開口部２８の数が多い仮想応力帯部分４６（又は上記対角線ＬＴの長さが最も長い仮想応力帯部分４６）の上記対角線ＬＴの方向への引張強度で決まる。

【0047】

従って、図８に示された耐力壁５０では、圧縮抵抗横材４８と第２横材１８Ｙ２との間に配置された開口部２８の数ｎが前述の式（３８）を満たす範囲に設定されていることにより、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足させることができる。また、図９に示された耐力壁５２では、第１圧縮抵抗横材４８Ｙ１と第２圧縮抵抗横材４８Ｙ２との間に配置された開口部２８の数ｎが前述の式（３８）を満たす範囲に設定されていることにより、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足させることができる。

【0048】

（複数の壁面材が設けられた構成）
次に、図１０〜図１２を用いて、複数の壁面材１４が設けられた構成について説明する。

【0049】

図１０に示された耐力壁５４は、２つの壁面材１４がフレーム１２に接合されることにより構成されている。この耐力壁５４のフレーム１２は、水平方向に間隔をあけて上下方向に延びる３つの縦材１６と、上下方向に間隔をあけて水平方向に延びると共に縦材１６の上端部どうし及び下端部どうしをそれぞれ連結する一対の横材１８と、を備えている。ここで、３つの縦材１６のうちの最も左側に配置された縦材を第１縦材１６Ｔ１というものとし、最も右側に配置された縦材を第３縦材１６Ｔ３というものとし、第１縦材１６Ｔ１と第３縦材１６Ｔ３との間に配置された縦材１６を第２縦材１６Ｔ２というものとする。また、第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２及び第３縦材１６Ｔ３の上端部どうしをつなぐ横材１８を第１横材１８Ｙ１というものとし、第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２及び第３縦材１６Ｔ３の下端部どうしをつなぐ横材１８を第２横材１８Ｙ２というものとする。

【0050】

また、フレーム１２には、左右方向に隣り合って配置された２つの壁面材１４が接合されている。なお、左側に配置された壁面材１４を第１壁面材１４Ｈ１というものとし、右側に配置された壁面材１４を第２壁面材１４Ｈ２というものとする。

【0051】

第１壁面材１４Ｈ１は、第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２の間に形成された矩形状の開口を閉止するように、当該第１縦材１６Ｔ１、第２縦材１６Ｔ２、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２に接合されている。なお、第１壁面材１４Ｈ１の左側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第１接合部２０というものとし、第１壁面材１４Ｈ１の右側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第２接合部２２というものとする。また、第１壁面材１４Ｈ１の上方側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第３接合部２４というものとし、第１壁面材１４Ｈ１の下方側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第４接合部２６というものとする。

【0052】

第２壁面材１４Ｈ２は、第２縦材１６Ｔ２、第３縦材１６Ｔ３、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２の間に形成された矩形状の開口を閉止するように、当該第２縦材１６Ｔ２、第３縦材１６Ｔ３、第１横材１８Ｙ１及び第２横材１８Ｙ２に接合されている。なお、第１壁面材１４Ｈ１と同様に、第２壁面材１４Ｈ２の左側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第１接合部２０というものとし、第２壁面材１４Ｈ２の右側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第２接合部２２というものとする。また、第２壁面材１４Ｈ２の上方側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第３接合部２４というものとし、第２壁面材１４Ｈ２の下方側の端部においてドリルねじが螺入された部分を第４接合部２６というものとする。

【0053】

第１壁面材１４Ｈ１及び第２壁面材１４Ｈ２は、前述の壁面材１４（図１参照）と同様に構成されている。なお、本実施形態では、第１壁面材１４Ｈ１と第２壁面材１４Ｈ２とは、両者の境界部を挟んで左右対称に構成されている。また、以上説明した耐力壁５４は、前述の耐力壁１０（図１参照）を左右方向に並べて接合したものとほぼ同様の構成である。なお、耐力壁５４において図１に示された耐力壁１０と対応する部分には、当該耐力壁１０と対応する部分と同一の符号を付している。そして、耐力壁５４においては、第１横材１８Ｙ１と第２横材１８Ｙ２との間の開口部２８の数ｎが、前述の式（３８）において壁面材１４の数（２つ）を考慮した以下の式（３９）を満たす範囲に設定されていることにより、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足させることができる。

【数39】

【0054】

また、図１１に示された耐力壁５６は、図８に示された耐力壁５０を左右方向に並べて接合したものとほぼ同様の構成であり、図１２に示された耐力壁５８は、図９に示された耐力壁５２を左右方向に並べて接合したものとほぼ同様の構成である。なお、耐力壁５６及び耐力壁５８において図１に示された耐力壁１０、図８に示された耐力壁５０及び図９に示された耐力壁５２と対応する部分には、当該耐力壁１０、５０、５２と対応する部分と同一の符号を付している。そして、図１１に示された耐力壁５６では、圧縮抵抗横材４８と第２横材１８Ｙ２との間に配置された開口部２８の数ｎが前述の式（３９）を満たす範囲に設定されていることにより、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足させることができる。また、図１２に示された耐力壁５８では、第１圧縮抵抗横材４８Ｙ１と第２圧縮抵抗横材４８Ｙ２との間に配置された開口部２８の数ｎが前述の式（３９）を満たす範囲に設定されていることにより、要求される終局耐力Ｑ_ｕを満足させることができる。

【0055】

なお、本実施形態では、単一の壁面材１４又は２つの壁面材１４が設けられた耐力壁１０、５０、５２、５４、５６、５８について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、３つ以上の壁面材１４を用いて耐力壁を構成してもよい。ここで、壁面材１４の数をｋとすると、上下方向に対向する一対の横材１８間の間、上下方向に対向する横材１８と圧縮抵抗横材４８との間、上下方向に対向する一対の圧縮抵抗横材４８との間の開口部２８の最大の数ｎが以下の式（４０）を満たす範囲に設定すればよい。また、終局耐力Ｑ_ｕは、以下の式（４１）で計算すればよい。

【数40】

【数41】

【0056】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0057】

１０ 耐力壁
１６ 縦材
１８ 横材
２０ 第１接合部
２２ 第２接合部
２８ 開口部
３０ 平板部 （一般部）
３２ 環状リブ
４８ 圧縮抵抗横材（横材）
５０ 耐力壁
５２ 耐力壁
５４ 耐力壁
５６ 耐力壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】