第 2 章 CLT 制震壁部材構成の検討
2.1 全体構成及び部材配置 (1) 構成概要図 2-1.1 に CLT 制震壁の全体構成及び部材配置図を示す CLT 制震壁は 鉄骨造建物の一つのフレーム ( 柱と梁に囲まれた部分 ) に配置することを想定した 頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > CLT 制震壁の範囲 鉄骨造梁 CLT パネル 鉄骨造柱 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > CLT パネル 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 鉄骨造柱 ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 端部柱 鉄骨造梁 脚部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 端部柱 図 2-1.1 CLT 制震壁の全体構成及び部材配置図 2-1
CLT パネル CLT パネルは 矩形の7 層 7プライの厚さ 2mm のものにダンパー設置金物 <LSB 接合部 > の等辺山形鋼と接する部分にV 字 (5 ) カット加工を ラグスクリューボルト (LSB) 挿入部分に LSB の先孔加工をしたものである また CLT パネルは 建物に配置した際の意匠上のことを考慮して 極低降伏点鋼材ダンパー (LSB 接合部及び端部柱を含む ) を隠せるように 左右端部の表層を mm( ラミナ1 層分 ) カットしている CLT パネルの部品図を図 2 参.1 に示す ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > は 極低降伏点鋼材ダンパーの取り付けるために CLT パネルと接合する金物で 等辺山形鋼と鋼板を溶接組立てした金物を CLT パネルに挿入された LSB と高力ボルトで接合するものである また 極低降伏点鋼材ダンパーの取り付けは 高力ボルトとする なお ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > に生じるせん断力に対しては CLT パネルとの接地面 (V 字カット部 ) の圧縮 ( めり込み ) で抵抗し 引張力に対しては LSB の引抜きで抵抗するものである 図 2-1.2 に CLT パネルとダンパー設置金物 <LSB 接合部 > の組立てイメージを 写真 2-1.1 に CLT パネルとダンパー設置金物 <LSB 接合部 > の組立て写真を示す ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > の部品図を図 2 参.2 に示す 表層カット ラグスクリューボルト (LSB) CLT パネル V 字カット 接合ボルト LSB 用先孔 等辺山形鋼と鋼板の溶接組立て 図 2-1.2 CLT パネルとダンパー設置金物 <LSB 接合部 > の組立てイメージ CLT パネルの加工及び LSB LSB の挿入 LSB 接合部の設置 写真 2-1.1 CLT パネルとダンパー設置金物 <LSB 接合部 > の組立て写真 2-2
頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > は CLT パネルと接合する金物で U 形に加工した鋼板及びその他の鋼板をピン接合と見なせるように溶接組立てした金物としビスを用いて接合する また 鉄骨造梁との接合は 高力ボルトとする なお 頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > は 長期時の鉛直荷重を負担しない計画とし水平力時のせん断力のみを負担する計画であり 上部の鉄骨梁と応力伝達するものである 頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > の部品図を図 2 参.3 に示す 脚部鋼材ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 脚部鋼材ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > は CLT パネルと接合する金物で U 形に加工した鋼板及びその他の鋼板の溶接と丸鋼のピンで組立てした金物としビスを用いて接合する また 鉄骨造梁との接合は 高力ボルトとする なお 脚部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > は 長期時の鉛直荷重を負担しない計画とし水平力時のせん断力のみを負担する計画であり 下部の鉄骨梁と応力伝達するものである 脚部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > の部品図を図 2 参. に示す 端部柱端部柱は 極低降伏点鋼材ダンパーの取り付けるための金物で 角形鋼管と鋼板を溶接組立てした金物であり 頭部を鋼板でピン接合と見なせるように溶接組立てとし 脚部を鋼板の溶接と丸鋼のピンとで組立てたものである また 極低降伏点鋼材ダンパーの取り付けは 高力ボルトとする なお 端部柱は 長期時の鉛直荷重を負担しない計画とし水平力時の鉛直力のみを負担する計画であり 下部の鉄骨梁と応力伝達するものである 端部柱の部品図を図 2 参.5 に示す 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > は 極低降伏点鋼材 (LYP2 新日鉄住金規格 降伏点 2N/mm 2 ) を用いたせん断降伏の履歴型の制震ダンパーである また 取り付けは ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 又は端部柱に高力ボルトを用いて接合する 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > の部品図を図 2 参. に示す 2-3
(2) 材料の規格 形状及び寸法等 以下に CLT 制震壁に用いる材料の規格 形状及び寸法等を以下に示す CLT パネル ( 直交集成板の日本農林規格に規定する直交集成板 ) 樹種 スギ 強度等級 S0-7-7 ラ 等級 外層 :M0A 内層:M0A CLT パネルのラミナ構成 ミ ラミナ厚さ mm ナ ラミナ幅 120mm 構成 幅はぎ部分 鉄骨柱及び接合金物等 1, 7 層目 : 外層用ラミナを使用し 鉛直方向に繊維並行に配置 3,5 層目 : 内層用ラミナを使用し 鉛直方向に繊維並行に配置 2,, 層目 : 内層用ラミナを使用し 1,3,5,7 層目と直交になる向きに配置接着有 1 層目 2 層目 3 層目 層目 5 層目 層目 7 層目 2 厚 7 層 7 ply 部位 部品 規格 等辺山形鋼 12 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 鋼板 t=1 9 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 ダンパー設置金物 ラグスクリューボルト φ L=3mm JIS G 3138 建築構造用圧延棒鋼 SNR90B <LSB 接合部 > JIS B 51 炭素鋼及び合金製締結用部品の機械六角ボルト M1 的性質に定める強度区分.9 座金鋼板 t=9 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 鋼板 (U 形 ) t=.5 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 六角穴付きタッピンねじ頭部鋼板ビス打ち JIS G 37-2 冷間圧造炭素鋼線 HR-5 ( 株式会社カネシン社製 ) せん断金物 < ビス接合部 > 鋼板 t= 32 1 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 JIS B 118 摩擦接合用高力六角ボルト 六角ナッ接合ボルト M2 ト 平座金のセット FT 鋼板 (U 形 ) t=.5 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 六角穴付きタッピンねじ脚部鋼板ビス打ち HR-5 ( 株式会社カネシン社製 ) JIS G 37-2 冷間圧造炭素鋼線 せん断金物 鋼板 t=32 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 < ビス接合部 > JIS B 118 摩擦接合用高力六角ボルト 六角ナッ接合ボルト M2 ト 平座金のセット FT 丸鋼ピン φ0 JIS G 051 機械構造用炭素鋼鋼材 S5C 角形鋼管 1 1 12 JIS G 3 一般構造用角形鋼材 STKR00 鋼板 t= 32 9 JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 端部柱 JIS B 118 摩擦接合用高力六角ボルト 六角ナッ接合ボルト M2 ト 平座金のセット FT 丸鋼ピン φ0 JIS G 051 機械構造用炭素鋼鋼材 S5C ダンパー 部位 部品 規格 鋼板 ( 極低降伏点鋼 ) t= LYP2( 新日鉄住金規格 降伏点 2N/mm 2 ) 極低降伏点鋼材 鋼板 t= JIS G 31 一般構造用圧延鋼材 SS00 ダンパー 円形鋼管 15.2 JIS G 3 一般構造用炭素鋼鋼管 STK00 < 鋼材ダンパー > JIS B 118 摩擦接合用高力六角ボルト 六角ナッ接合ボルト M20 ト 平座金のセット FT 2 -
2.2 部材断面等の検討以下に CLT パネル 接合部及び鋼材ダンパー等の部材断面とビス及びボルトの必要本数の算定を示す CLT 制震壁の最大減衰力は 20 から 階建て程度の鉄骨造超高層建築物に制震壁を配置した際に 制震壁の応答低減効果を確認した解析的検討の結果から 00kN 程度を目標値とした なお 本検討の CLT 制震壁の最大減衰力は 5kN として 部材断面等の算定を行った (1) 力の流れ図 2-2.1 に CLT 制震壁の力の流れ図を示す なお CLT 制震壁は 長期荷重を鉄骨造梁及び柱のみで支持するものとし 水平力時にのみを効果があるものとする 水平力 高力ボルト接合水平力伝達 鋼材ダンパー接合部鉛直力伝達 ビス接合部水平力伝達 ビス接合部水平力伝達 鋼材ダンパー接合部鉛直力伝達 鋼材ダンパー接合部鉛直力伝達 端部柱脚部高力ボルト接合鉛直力伝達 CLT パネルせん断力伝達 ビス接合部水平力伝達 高力ボルト接合水平力伝達 CLT パネルせん断力伝達 ビス接合部水平力伝達 鋼材ダンパー接合部鉛直力伝達 端部柱脚部高力ボルト接合鉛直力伝達 図 2-2.1 CLT 制震壁の力の流れ (2) 必要断面 必要本数の算定 CLT パネル 頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 及び脚部鋼材ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > には 水平力の 1/2 のせん断力が生じると仮定し ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 及び端部柱の脚部には 端部柱位置で水平力を偶力置換した鉛直力が生じると仮定し 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー >1 基当たりには 端部柱位置で水平力を偶力置換した鉛直力の 1/2 のせん断力が生じると仮定して断面及び本数等の算定を行った CLT パネル 応力値 CLT パネルに生じるせん断力 :5(kN)/2=582.5(kN) CLT パネルの規格選定 (S0 7 層 7プライ 厚さ 2mm) 2-5
CLT パネル短期許容せん断力耐力 : 検討用の面内せん断基準強度 (N/mm 2 ) 2/3 厚さ (mm) 長さ (mm) =2.7(N/mm 2 ) 2/3 2(mm) 1770(mm)/00=9.0(kN) CLT パネルの余裕率 :9.0 (kn)/ 582.5(kN)=1.1 ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 応力値 LSB 接合部に生じるせん断力 :5(kN)/ 528(mm) 000(mm)=881.(kN) 等辺山形鋼及び LSB の箇所数 ( 等辺山形鋼 1 箇所当たり LSB を2 本配置 ) CLT パネルと等辺山形鋼接地面 1 箇所当たりの短期許容圧縮耐力 :118.(kN)< 要素試験結果より > 等辺山形鋼及び LSB の必要箇所数 :881.(kN)/ 118.(kN)=8( 箇所 ) 等辺山形鋼及び LSB の箇所数は 鋼材ダンパーのせん断力負担時に生じる LSB の引抜力等 (CLT パネルを 5 の V 時にカットしているためせん断力を同等の引抜力と曲げ応力による引抜力 ) を考慮し 鋼材ダンパー 1 基に対して5 箇所設けることとした また 本検討では 鋼材ダンパーの設置基数や配置の自由度を持たせるため CLT パネルの鉛直方向に mm 間隔で均等に配置した (13 箇所 ) 頭部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 応力値頭部ビス接合部に生じるせん断力 :5(kN)/2=582.5(kN) ビス(HR-5) の本数ビス1 本当たりの短期許容せん断耐力 :.11(kN)< 要素試験結果より > ビスの必要本数 :582.5(kN)/.11(kN)=12( 本 ) ビス本数は ある程度の余裕率と変形量をできるだけ小さくするため 178( 本 ) とした ( 余裕率 1.) 接合ボルト(M2 FT) の本数接合ボルト1 本当たりの短期許容せん断耐力 :7.7(kN) 接合ボルトの必要本数 :582.5 (kn)/ 7.7(kN)=8( 本 ) プレート(SS00 PL- 幅 mm 長さ 00mm) プレートの短期許容圧縮耐力 :fc(n/mm 2 ) A(mm 2 )= 197(N/mm 2 ) 000(mm 2 )/00=1182(kN) プレートの余裕率 :1182 (kn)/ 582.5(kN)=2.02 脚部鋼材ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 応力値脚部ビス接合部に生じるせん断力 :5(kN)/2=582.5(kN) ビス(HR-5) の本数ビス1 本当たりの短期許容せん断耐力 :.11(kN)< 要素試験結果より > ビスの必要本数 :582.5(kN)/.11(kN)=12( 本 ) ビス本数は ある程度の余裕率と変形量をできるだけ小さくするため 19( 本 ) とした ( 余裕率 1.38) 接合ボルト(M2 FT) の本数接合ボルト1 本当たりの短期許容せん断耐力 :7.7(kN) 接合ボルトの必要本数 :582.5 (kn)/ 7.7(kN)=8( 本 ) 丸鋼ピン母材(S5C φ0) 丸鋼ピン母材の短期許容せん断耐力 :2 F(N/mm 2 )/ 3 A(mm 2 ) /00 2 -
=2 (N/mm 2 )/ 3 282(mm 2 ) /00=11(kN) 丸鋼ピン母材の余裕率 :11 (kn)/ 582.5(kN)=1.93 丸鋼ピン部分の支圧(SS00 PL-32) 丸鋼ピン部分の短期許容支圧耐力 :1.5 fp(n/mm 2 ) 厚さ (mm) 径 (mm) =1.5 21(N/mm 2 ) 32(mm) 0(mm) /00=1(kN) 丸鋼ピン部分の支圧の余裕率 :1 (kn)/ 582.5(kN)=1.05 端部柱 応力値端部柱に生じる軸力 :5(kN)/ 528(mm) 000(mm)=881.(kN) 母材(STKR00-1 1 12) 母材の短期許容圧縮耐力 :fc(n/mm 2 ) A(mm 2 )=180(N/mm 2 ) 3(mm 2 ) /00=11(kN) 母材の余裕率 :11 (kn)/ 582.5(kN)=1.93 丸鋼ピン母材(S5C φ0) 丸鋼ピン母材の短期許容せん断耐力 :2 F(N/mm 2 )/ 3 A(mm 2 ) /00 =2 (N/mm 2 )/ 3 282(mm 2 ) /00=11(kN) 丸鋼ピン母材の余裕率 :11 (kn)/ 881.(kN)=1.27 丸鋼ピン部分の支圧(SS00 PL-) 丸鋼ピン部分の短期許容支圧耐力 :1.5 fp(n/mm 2 ) 厚さ (mm) 径 (mm) =1.5 21(N/mm 2 ) (mm) 0(mm) /00=93(kN) 丸鋼ピン部分の支圧の余裕率 :93 (kn)/ 881.(kN)=1.09 接合ボルト(M2 FT) の本数接合ボルト1 本当たりの短期許容引張耐力 :15.1(kN) 接合ボルトの必要本数 :881. (kn)/ 15.1(kN)=( 本 ) 接合ボルト本数は ある程度の余裕率を考慮して8( 本 ) とした ( 余裕率 1.33) 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > 応力値鋼材ダンパーに生じるせん断力 :5(kN)/ 528(mm) 000(mm) / 2( 基 )=0.8(kN) 接合ボルト(M20 FT) の本数接合ボルト1 本当たりの短期許容せん断耐力 :9.3(kN) 接合ボルトの必要本数 :0.8 (kn)/ 9.3(kN)=7( 本 ) 接合ボルト本数は 鋼材ダンパーの形状を考慮して8( 本 ) とした 2.3 まとめ第 2 章では CLT 制震壁の全体構成 各部材の概要及びその部材の断面等の算定について述べた 2-7
< 参考 > 部品図 00 00 58 58 図 2 参.1 CLT パネル部品図 00 1 2 1 8 0 0 1 2 1 1.5 2,733 1.5 27 27 27 27 9 1,770 1,920 82 58 82 8 17 82 58 82 35 5533 9 1 2,733 1.5 1.5 8 8 1,770 1,920 2,733 27 27 5 12 5 00 00 33 58 27 表層カット ( 厚さ mm 幅 mm) 座掘り 2-φ (V 字谷部から L=mm) 13 箇所 等辺山形鋼 (L- 12) 配置用 V カット (13 箇所 5 加工 ) ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) LSB 用先孔 φ27 (L=00mm) LSB 用先孔 φ27 (L=00mm) ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) 表層カット ( 厚さ mm 幅 mm) ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) LSB 用先孔 2-φ27 (L=00mm) 13 箇所 LSB 用先孔 2-φ27 (L=00mm) 13 箇所 座掘り 2-φ (V 字谷部から L=mm) 13 箇所 等辺山形鋼 (L- 12) 配置用 V カット (13 箇所 5 加工 ) ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) 材料 :JAS に準拠 S0 7 層 7 プライ ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) 座掘り 2-φ (V 字谷部から L=mm) LSB 用先孔 φ27 (L=00mm)13 箇所 LSB 用先孔 2-φ27(L=00mm) V カット (5 加工 ) 部分の拡大 (A3:1/5) 等辺山形鋼 (L- 12) 配置用 V カット (13 箇所 5 加工 ) ビス接合部配置用コーナー部面取り (mm mm) ( 株 ) 日本システム設計 図面名 縮尺 図面番号 プロジェクト名 CLT パネルを用いた超高層建築物用制震壁の開発 CLT パネル部品図 A3 1/20 P-1 2-8
2,5 2,5 図 2 参.2 ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 部品図 1 5 0 5 1 5 0 5 1 9 1 0 2,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 111 5 1 5 111 1 70.5 9 70.5 5 0 5 1 13-φ20 13-φ20 1 00 00 00 1 2,5 PL-1 PL-( リブ ) 13-L- 12 材質 :00N/m m2級ボルト :M1( 強度区分.9) LSB:φ L=3mm(SNR90B) 2-φ22 PL-9 13-L- 12 13-L- 12 2-φ20 PL-1 ( 株 ) 日本システム設計 図面名 縮尺 図面番号 プロジェクト名 CLT パネルを用いた超高層建築物用制震壁の開発 A3 1/ P-2 ダンパー設置金物 <LSB 接合部 > 部品図 2-9
1,720 図 2 参.3 頭部鋼材ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 部品図 9 0 0 0 391 15 15 1,91 1,15.5 120 9.5 32 9.5 221.5.5 120 221.5 5 5 1,770 15 15 80 5 20 129.5 129.5 1.5.5 15 15 15 370 0 1,91 1,15 3 1,15 0 120 0 5 5 1,770 PL-.5 2 PL-1( リブ ) ( 株 ) 日本システム設計 80 32 80 PL-1( リブ ) 材質 :00N/m m2級ビス :HR-5( 株式会社カネシン社製 ) ボルト :M2(FT) PL- 8-φ2 PL- PL-32 PL-.5 73-φ.5 32-φ.5 プロジェクト名図面名縮尺図面番号 CLT パネルを用いた超高層建築物用制震壁の開発頭部鋼板ビス打ちせん断金物 A3 < ビス接合部 > 部品図 1/ P-3 2 -
材質 :00N/m m2級ビス :HR-5( 株式会社カネシン社製 ) ボルト :M2(FT) ピン : 丸鋼 φ0(s5c) 221.5 120.5 1,770 5 5 mm 溶接なし 1,770 5 5 mm 溶接なし mm 溶接なし 図 2 参. 脚部鋼材ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 部品図.5 120.5 9.5 32 9.5 221 80 80 153 98 98 129.5.5 20.5 129.5 1 φ0( ピン ) PL-32 73-φ.5 PL-.5 32 3 1,227 1,770 -φ.5 PL-.5 8 1,2 1,720 0 8.5 33 8.5 79 70 11 20 271 0 8.5 33 8.5 95 80 95 80 1 1 95 80 1 205 95 80 95 80 φ0 ( ピン ) PL- 205 1 0 0 0 0 0 8-φ2 PL- 0 0 0 0 ( 株 ) 日本システム設計 プロジェクト名 CLT パネルを用いた超高層建築物用制震壁の開発 図面名脚部鋼板ビス打ちせん断金物 < ビス接合部 > 部品図 縮尺 A3 1/ 図面番号 P- 2-11
図 2 参.5 端部柱部品図 9 9 12 1 12 12 2,8 5 80 15 15 1 9 0 15 15 1 55 22 1 00 00 00 1 2,0 1 00 00 00 1 58 328 15 15 12 2 12 81 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 218 5 1 55 5 80 2,785 215 33 15 180 0 0 111 95.5 9 95.5 90 90 92.5 32 0 51 32 92.5 0 380 183 0 0 0 0 58.5 83 58.5 1 95 80 1 205 233 17 97 0 0 0 00 1 95 80 2-φ2 PL- PL- 材質 :00N/m m2級ボルト :M2(FT) ピン : 丸鋼 φ0(s5c) -1 1 12 2-φ22 PL-9 PL- φ0 ( ピン ) φ0( ピン ) PL-32 PL-( リブ ) PL- 8-φ2 PL- 0 0 0 00 ( 株 ) 日本システム設計 プロジェクト名 CLT パネルを用いた超高層建築物用制震壁の開発 図面名 端部柱部品図 縮尺 A3 1/ 図面番号 P-5 2-12
87. 図 2 参. 極低降伏点鋼材ダンパー < 鋼材ダンパー > 部品図 270 15.2 790 7 20 20 20 20 20 20 790 5 0 0 0 5 87. 270 20 20 20 20 87. 82. 82. 87. 5 790 0 0 0 5 7 195 195 7 0 190 0 スリーブ (t=) 円形鋼管 ( 外径 15.2) リブ (t=) 190 リブ (t=) リブ (t=) リブ (t=) -φ22 リブ (t=) リブ (t=) 材質 : 極低降伏点鋼材 (LYP2 新日鉄住金規格 降伏点 2N/m m2 ) スリーブ及びリブ 00N/m m2級ボルト :M20(FT) 半円の中心 極低降伏点鋼材プレート (t=) 半円の中心 r=82. r=82. r=82. r=82. -φ22 スリーブ (t=) 円形鋼管 ( 外径 15.2) 3-φ15.2 スリーブ (t=) 円形鋼管 ( 外径 15.2) スリーブ (t=) 円形鋼管 ( 外径 15.2) 極低降伏点鋼材プレート (t=) リブ (t=) リブ (t=) 極低降伏点鋼材プレート (t=) 極低降伏点鋼材プレート (t=) ( 株 ) 日本システム設計 プロジェクト名図面名縮尺図面番号 CLT パネルを用いた超高層建築物用制震壁の開発極低降伏点鋼材ダンパー A3 < 鋼材ダンパー > 部品図 1/5 P- 2-13