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(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】
(24)【登録日】2024-07-04
(45)【発行日】2024-07-12
(54)【発明の名称】耐震壁、及び耐震壁施工方法
(51)【国際特許分類】
   E04B 2/56 20060101AFI20240705BHJP
   E04H 9/02 20060101ALI20240705BHJP
   E04B 2/86 20060101ALI20240705BHJP
   E04G 21/14 20060101ALI20240705BHJP
   E04B 1/35 20060101ALI20240705BHJP
【FI】
E04B2/56 604B
E04B2/56 604C
E04B2/56 631S
E04B2/56 631B
E04B2/56 631C
E04B2/56 643A
E04H9/02 321B
E04B2/86 611F
E04G21/14
E04B1/35 K
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2020140487
(22)【出願日】2020-08-21
(65)【公開番号】P2022035876
(43)【公開日】2022-03-04
【審査請求日】2023-06-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000003621
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】太田 義弘
(72)【発明者】
【氏名】井戸硲 勇樹
(72)【発明者】
【氏名】小林 楓子
(72)【発明者】
【氏名】岡▲崎▼ 智仁
【審査官】家田 政明
(56)【参考文献】
【文献】特開平11-050529(JP,A)
【文献】特開2020-026099(JP,A)
【文献】特開2020-111941(JP,A)
【文献】特開昭55-122974(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E04B 2/00- 2/86
E04H 9/00- 9/16
E04B 1/00- 1/36
E04G 21/00-21/22
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱梁架構内へ梁長方向に隙間をあけて複数配置され、上端部が上梁に連結され、下端部が下梁または基礎に連結された鉄筋コンクリート版と、
複数の前記鉄筋コンクリート版の外面をそれぞれ取り囲み、前記鉄筋コンクリート版のコンンクリートより強度が低い水硬性材料で構成された外殻と、
を有する耐震壁。
【請求項2】
水硬性材料を3Dプリンタのノズルから吐出し、下部構造部材に設けられた差し筋を取り囲む複数の中空部を梁長方向に備えた外殻を形成する外殻形成工程と、
前記外殻の中空部に壁鉄筋を挿入して前記差し筋と重ね継手を形成する配筋工程と、
前記外殻の中空部に前記水硬性材料よりも強度の高いコンクリートを打設して鉄筋コンクリート版を形成するコンクリート打設工程と、
前記外殻の両側に柱部材を構築し、前記外殻及び前記鉄筋コンクリート版の上部に前記柱部材に架設される梁部材を構築する架構構築工程と、
を有する耐震壁施工方法。
【請求項3】
前記ノズルから前記水硬性材料を吐出して前記水硬性材料を積層しながら隣り合う前記壁鉄筋と重ね継手される横筋を配筋する横筋配筋工程を有する、
請求項2に記載の耐震壁施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐震壁、及び耐震壁を施工するための耐震壁施工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
構造物の一つの形成方法として、第1モルタルからなる外形形成体の内部に第2モルタルを注入して形成される構造物の形成方法がある(例えば、特許文献1参照)。
また、構造物の他の形成方法として、第一の水溶性混合物からなる周囲が閉じた殻壁部の区画内に第二の水溶性混合物を充填して複合構造物を施工する施工方法がある(例えば、特許文献2参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2020-26099号公報
【文献】特開2018-199939号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、構造物の形成方法が記載されているが、耐震壁として望まれている地震力に対する高い耐久性を確保可能な耐震壁の構成、及び耐震壁施工方法は記載されていない。
また、特許文献2では、フーチングの形成方法が記載されており、該形成方法が、梁、柱等の底面積が大きな複合構造物に適用可能であることが記載されているが、耐震壁として望まれている地震力に対する高い耐久性を確保可能な耐震壁の構成、及び耐震壁施工方法は記載されていない。
【0005】
本発明は上記事実を考慮し、地震力に対する高い耐久性を備えた耐震壁、及び耐震壁施工方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の耐震壁は、柱梁架構内へ梁長方向に隙間をあけて複数配置され、上端部が上梁に連結され、下端部が下梁または基礎に連結された鉄筋コンクリート版と、複数の前記鉄筋コンクリート版の外面をそれぞれ取り囲み、前記鉄筋コンクリート版のコンンクリートより強度が低い水硬性材料で構成された外殻と、を有している。
【0007】
請求項1の耐震壁においては、柱梁架構に地震力が作用すると耐震壁にせん断力が作用して耐震壁がせん断変形する。
小さい地震力では、鉄筋コンクリート版と外殻がせん断変形して地震力を負担することができる。
【0008】
地震力がさらに大きくなると、外殻がせん断破壊され、梁長方向に間隔を開けて複数配置された鉄筋コンクリート版が曲げ変形して靭性のある壁として地震エネルギーを吸収する。
【0009】
請求項2に記載の耐震壁施工方法は、水硬性材料を3Dプリンタのノズルから吐出し、下部構造部材に設けられた差し筋を取り囲む複数の中空部を梁長方向に備えた外殻を形成する外殻形成工程と、前記外殻の中空部に壁鉄筋を挿入して前記差し筋と重ね継手を形成する配筋工程と、前記外殻の中空部に前記水硬性材料よりも強度の高いコンクリートを打設して鉄筋コンクリート版を形成するコンクリート打設工程と、前記外殻の両側に柱部材を構築し、前記外殻及び前記鉄筋コンクリート版の上部に前記柱部材に架設される梁部材を構築する架構構築工程と、を有している。
【0010】
請求項2に記載の耐震壁施工方法では、外殻形成工程において、水硬性材料を3Dプリンタのノズルから吐出し、下部構造部材に設けられた差し筋を取り囲む複数の中空部を梁長方向に備えた外殻を形成する。
【0011】
配筋工程では、外殻の中空部に壁鉄筋を挿入し、差し筋と重ね継手を形成する。
【0012】
コンクリート打設工程では、外殻の中空部に、水硬性材料よりも強度の高いコンクリートを打設して鉄筋コンクリート版を形成する。
【0013】
架構構築工程では、外殻の両側に柱部材を構築し、外殻及び鉄筋コンクリート版の上部に柱部材に架設される梁部材を構築する。
【0014】
以上の工程を経ることで、柱梁架構内へ耐震壁を構築することができる。
耐震壁の外殻は、鉄筋コンクリート版を形成する際の型枠の代わりになるため、従来の耐震壁を形成する際に必要とされた型枠工事を必要としない。
また、隣り合う中空部の間が鉄筋コンクリート版の隙間となるので、従来のように耐震壁にスリットを形成して変形性能を確保した靭性壁と比較して施工が容易である。
さらに、3Dプリンタを使用することで、施工現場で多様な形状の外殻を形成できる。
【0015】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の耐震壁施工方法において、前記ノズルから前記水硬性材料を吐出して前記水硬性材料を積層しながら隣り合う前記壁鉄筋と重ね継手される横筋を配筋する横筋配筋工程を有する。
【0016】
請求項3に記載の耐震壁施工方法では、横筋配筋工程で横筋を配筋する。
請求項3に記載の耐震壁施工方法では、隣接する横筋と壁鉄筋を重ね継手することで、耐震壁の耐力を高めることができる。
【発明の効果】
【0017】
以上説明したように本発明の耐震壁によれば、水硬性材料の耐久力を加えることで地震力に対して高い耐久性が得られる。
【0018】
また、本発明の耐震壁施工方法によれば、地震力に対する高い耐久性を備えた耐震壁を容易に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】(A)は、本発明の一実施形態に係る耐震壁が構築された柱梁架構を示す正面図であり、(B)は、図1(A)に示す耐震壁が構築された柱梁架構を示す平面図である。
図2】3Dプリンタのノズルからモルタルを吐出させて外殻を形成する工程を説明する外殻周辺を示す斜視図である。
図3】耐震壁の形成途中の外殻を示す正面図であり、(B)は図3(A)に示す形成途中の外殻を示す平面図である。
図4】(A)は 外殻の内部に壁鉄筋を挿入する工程を説明する構築途中の耐震壁を示す正面図であり、(B)は図4(A)に示す構築途中の耐震壁を示す平面図である。
図5】(A)は 耐震壁を示す正面図であり、(B)は図5(A)に示す耐震壁を示す平面図である。
図6】(A)は従来の耐震壁を示す平面図であり、(B)は、耐震壁の梁長方向に沿った水平方向のせん断変形量と、耐震壁に作用する荷重との関係を示すグラフである。
図7】他の実施形態に係る耐震壁を示す平面図である。
図8】更に他の実施形態に係る耐震壁を示す一部を断面にした平面図である。
図9】他の実施形態に係る外殻の施工方法を説明する外殻の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図1図6を用いて、本発明の一実施形態に係る耐震壁10、及びその施工方法について説明する。
図1に示すように、本実施形態の耐震壁10は、一例として、ビル等の構造物12の柱梁架構14の横面に設けられている。
【0021】
図1に示すように、本実施形態の柱梁架構14は、一例として鉄筋コンクリート造の架構であり、柱16と柱16に架け渡された梁18とで形成されている。本実施形態では、上下階の梁18を、それぞれ上梁18A、下梁18Bと称する場合がある。
【0022】
柱梁架構14に構築される耐震壁10は、立面視で長方形に形成された鉄筋コンクリート版22が、梁長方向に沿って複数配置されることで構成されている。
【0023】
(耐震壁版の構造)
鉄筋コンクリート版22の外側は、一例として、コンンクリートより強度が低い水硬性材料としてのモルタルで構成された外殻24で覆われ、鉄筋コンクリート版22と鉄筋コンクリート版22の間の隙間は外殻24で埋まっている。
【0024】
鉄筋コンクリート版22は、コンクリート26の内部に、複数本の縦筋28Aとフープ筋28Bとからなる壁鉄筋28が埋設されている。
【0025】
下梁18Bの上面から、差し筋30が突出しており、この差し筋30は鉄筋コンクリート版22の縦筋28Aと重ね継手されている。これにより、鉄筋コンクリート版22と下梁18Bとが接合され、耐震壁10の下部と下梁18Bが剛接合されている。
【0026】
また、鉄筋コンクリート版22の縦筋28Aは、上端部分が鉄筋コンクリート版22の上端部よりも上方に突出しており、突出部分は上梁18Aの梁鉄筋32と重ね継手されている。これにより、鉄筋コンクリート版22と上梁18Aとが接合され、耐震壁10の上部と上梁18Aが剛接合されている。
【0027】
なお、鉄筋コンクリート版22と柱16とは、剛接合されておらず、耐震壁10の外殻24の幅方向の側面が柱16と接しているだけである。
【0028】
(耐震壁施工方法)
以下に、本実施形態の耐震壁10を施工する工程を説明する。
【0029】
(外殻形成工程)
図2に示すように、一例として、下梁18Bの上面において、図面左側の柱16の形成予定部位16Aの右側に、3Dプリンタ34を用いて外殻24を形成する。
【0030】
3Dプリンタ34のノズル34Aは、3次元(図2のX、Y、Z方向。一例として、X方向は梁長方向、Y方向はX方向と直交する水平方向、Z方向は鉛直方向)に移動可能とされ、先端からは、積層可能な硬化性を有する水硬性材料としてのモルタル36が吐出されるようになっている。
【0031】
モルタル36を吐出させながらノズル34Aを水平に矩形状(X方向、Y方向)に移動することで、モルタル36からなる矩形の枠部38を形成することができる。1層目の枠部38を形成した後、同様にして1層目の枠部38の上に2層目の枠部38を形成し、予め決められた所定の高さまで枠部38を順次積み重ねる。
【0032】
ここで、完成した下側の枠部38のモルタル36が完全に硬化する前に、その上側にモルタル36を吐出して上側の枠部38を形成し、下側の枠部38のモルタル36と上側の枠部38のモルタル36とを互いに融合させて接合する。したがって、下側の枠部38のモルタル36と上側の枠部38のモルタル36が硬化すると、下側の枠部38のモルタル36と上側の枠部38のモルタル36とは一体化する。
【0033】
なお、短い時間で枠部38を積み重ね可能なように、言い換えれば、下側の枠部38が潰れて変形しないように、モルタル36にはワーカビリティーと凝結速度を調整するために混和剤が配合されている。
【0034】
所定の高さまで枠部38を積み重ねて最初の外殻24の一部を形成した後、該外殻24の右側部に、同様にして2番目の外殻24を形成し、以後、この工程を繰り返し、耐震壁10の予定された幅になるまで外殻24を順次形成してゆく(図3参照)。
以上の工程を経て、モルタル36の鉄筋コンクリート版の型枠が形成される。
【0035】
本実施形態では、先に形成した外殻24に接するように、隣接する次の外殻24を形成するが、一例として、先に形成した外殻24のモルタル36が硬化した後に、隣接する次の外殻24の枠部38を形成するようにノズル34Aからモルタル36を吐出させる。
【0036】
本実施形態では、隣接する一方の外殻24のモルタル36と他方の外殻24のモルタル36とが互いに融合して一体化しないようにしている。このようにしてモルタル36で外殻24を形成すると、一方の外殻24とこれに隣接する他方の外殻24との間に上下方向(Z方向)にずれるせん断力が作用した際に、一方の外殻24のモルタル36と他方の外殻24のモルタル36とが接する境界部分において、亀裂を生じさせ、一方の外殻24のモルタル36と他方の外殻24のモルタル36とを境界部分で分離(剥離)させることができる。
【0037】
(2)配筋工程
以上のようにして複数の外殻24を形成した後、図4に示すように、各々の外殻24の内部に壁鉄筋28を上から挿入する。これにより、図1に示すように、下梁18Bの上面から突出した差し筋29と、壁鉄筋28の縦筋28Aとが互いに隣接して重ね継手が形成される。
【0038】
(3)コンクリート打設工程
各々の外殻24に壁鉄筋28を挿入した後、外殻24の内部に、コンクリートを打設し硬化させる(図5参照)。これにより、モルタルからなる外殻24の中に、鉄筋コンクリートの鉄筋コンクリート版22が形成され、鉄筋コンクリート版22の下部が下梁18Bに剛接合される。以上により、下梁18Bの上面に、外殻24と鉄筋コンクリート版22を備えた耐震壁10が形成される。
【0039】
(4)架構構築工程
耐震壁10の完成後、図示しない型枠を組み付け、型枠内に配筋をして図示しないコンクリートを打設して、耐震壁10に接するように柱16、及び上梁18Aを形成する。
以上により、鉄筋コンクリート版22の縦筋28Aの上部が上梁18Aのコンクリートに定着され、柱梁架構14の内部に耐震壁10が構築される。
【0040】
(作用、効果)
次に、本実施形態の耐震壁10、及び耐震壁施工方法の作用、効果について説明する。
一例として、図1に示すように、地震力によって上梁18Aが、下梁18Bに対して矢印A方向に相対変位した場合(層間変位した場合)について説明を進める。
地震力が小さい場合、耐震壁10が、即ち、複数の鉄筋コンクリート版22と外殻24とからなる耐震壁10がせん断変形して地震力を負担する。
【0041】
ここで、さらに大きな水平力(地震力)が作用すると、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22と他方の鉄筋コンクリート版22との間に、せん断力(図1の矢印F)が作用する。地震力が小さい場合には、上下方向のせん断力が作用しても、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22の外殻24と他方の鉄筋コンクリート版22の外殻24との境界部分で亀裂(剥離)が生じることは無く、一体となってせん断力に対して抵抗する。
【0042】
図6(B)に示すグラフは、一例として、耐震壁の下部を固定し、耐震壁の上部を梁長方向に荷重をかけて変位させた場合の変位量(横軸)と、耐震壁に作用する荷重(縦軸)との関係を概略的に示している。図6(B)に示すグラフ線Aは、実施形態の耐震壁の変位量と荷重との関係を示しており、グラフ線Bは、図6(A)に示すように、1枚の鉄筋コンクリート版で形成された比較例に係る耐震壁の変位量と荷重との関係を示している。
なお、比較例に係る耐震壁は、複数本の縦筋と、耐震壁の幅方向一方側から他方側へ連続して延びる複数の横筋とからなる壁鉄筋がコンクリートの内部に配筋された耐震壁であり、単位面積当たりの鉄筋量は実施例の耐震壁と同等であり、壁厚も同じである。
【0043】
ここで、地震力が比較的小さく変位量が比較的小さい場合には、グラフ線Aの部分aに示すように、変位量に比例して荷重が上昇し、部分aの傾斜は比較的急である。
【0044】
地震力が大きくなって、変位量が大きくなり、外殻が破断して鉄筋コンクリート版22だけがせん断力を負担するようになると、変位量と荷重との関係はグラフ線Aの部分bのようになり、曲げ変形に移行して傾斜はなだらかになり塑性変形には至らない。
【0045】
さらに変位量が大きくなると、グラフ線Aの部分cで示すように、塑性変形に移行して鉄筋コンクリート版22の縦筋28Aが降伏する耐震壁10は耐力を維持している。
【0046】
一方、比較例の耐震壁100は、グラフ線Bで示すように、実施例の鉄筋コンクリート版22が曲げ変形に移行している状態で、せん断破壊して耐力が急低下して耐震壁100として機能しなくなる。
【0047】
このように、本実施形態の耐震壁10は、比較例の耐震壁100に比較して梁長方向のせん断変形の変位量がある程度大きくなっても、曲げ変形に移行して耐震壁10の機能が維持され、地震エネルギーを吸収することができる、大地震において急激に壊れることを抑制することができる。
【0048】
また、本実施形態の耐震壁10の施工方法によれば、3Dプリンタ34を用いて型枠兼用の外殻24を形成するので、耐震壁10(鉄筋コンクリート版22)を形成するための型枠を必要とせず、耐震壁10の構築が容易になる。
【0049】
[その他の実施形態]
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、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【0050】
上記実施形態では、施工現場にて、耐震壁10、柱16、上梁18A、及び下梁18Bを現場にて施工したが、例えば、以下の(1)~(3)に示すように、これら柱16、上梁18A、及び下梁18Bの何れかをプレキャスト化することができ、外殻24を現場以外の工場等で3Dプリンタ34を用いて形成することもできる。
【0051】
(1)方法1
柱:プレキャスト
梁:現場施工
耐震壁:現場で外殻を3Dプリンタで形成
【0052】
(2)方法2
柱:プレキャスト
梁:現場施工
耐震壁:工場で外殻を3Dプリンタで形成
【0053】
(3)方法3
柱:プレキャスト
梁:プレキャスト
耐震壁:工場で外殻を3Dプリンタで形成
なお、工場で外殻を3Dプリンタで形成し、現場にて耐震壁を構築する場合、現場にて部材間にモルタルを充填して、部材同士をモルタルで繋げる。即ち、耐震性が低下するため、部材間に隙間を設けないことが好ましい。
【0054】
上記実施形態では、鉄筋コンクリート版22の厚さが一定であったが、図7に示すように、必要に応じて角部に面取り40を形成し、隣接する他方の鉄筋コンクリート版22と接触する短辺との接触面積を少なくしてもよい。これにより、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22と他方の鉄筋コンクリート版22とを分離させ易くなる。
【0055】
また、図8に示すように、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22の外殻24の短辺側の壁部と他方の鉄筋コンクリート版22の外殻24の短辺側の壁部とを貫通する横筋42を、鉄筋コンクリート版22の上下方向に適当な間隔で配置してもよい。なお、横筋42は、壁鉄筋28を挿入する際に壁鉄筋28と干渉しない位置に配置される。この横筋42は、端部分が壁鉄筋28と重ねてられて重ね継手を形成し、鉄筋コンクリート版22のコンクリートに定着される。
このように横筋42を追加することで、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22と他方の鉄筋コンクリート版22とを横筋42で連結することができ、耐震壁10の耐力を高めることができる。
【0056】
上記実施形態では、下梁18Bに耐震壁10を形成したが、耐震壁10は基礎梁に形成することもできる。
【0057】
上記実施形態では、外殻24をモルタルで形成したが、外殻24はコンクリートよりも強度が低い水硬性材料(水分によって硬化する材料)であれば、セメントベース、グラウト等、モルタル以外の材料であってもよい。
【0058】
上記実施形態では、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22の外殻24のモルタルと、互いに隣接する他方の鉄筋コンクリート版22の外殻24のモルタルとが互いにまじりあって一体化してはいなかったが、本発明はこれに限らず、互いに隣接する一方の鉄筋コンクリート版22の外殻24のモルタルと、互いに隣接する他方の鉄筋コンクリート版22の外殻24のモルタルとを混じり合わせて一体化させてもよい。この場合、一方の柱16から他方の柱16に向けて連続する1層目の外殻24を形成し、その上に、2層目以降の外殻24を順次積み重ねるようにしてもよく、外殻24を形成するためのノズル34Aの動かし方は上記実施形態のものに限らない。
【0059】
図9(A),(B)には、一方の柱16から他方の柱16に渡って連続して外殻24を形成する例が示されている。
図面の矢印で示すように、ノズル34Aを、モルタルの吐出開始位置24Sから吐出終了位置24Eまで連続して移動させることで、一方の柱16から他方の柱16に渡って連続する一層目の外殻24を形成することができる。そして、その上に同様にして2層目以降の外殻24を順次形成することができる。
なお、図9(B)に示す例では、往路(右向きの矢印)と復路(左向き矢印)との交差部分で、往路のモルタルと復路のモルタルとが重ならないように、両者が交差する位置で往路と復路の何れか一方のモルタルの吐出を一時的に停止している。
【符号の説明】
【0060】
10 耐震壁
14 柱梁架構
18A 上梁
18B 下梁
22 鉄筋コンクリート版
24 外殻
34 3Dプリンタ
34A ノズル
42 横筋
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9