せん断壁

せん断壁は、平面内の横方向の力、通常は風や地震の荷重 に耐えるように設計された構造工学システムの要素です。

せん断壁は、壁の平面に平行な荷重に抵抗します。コレクター (ドラッグメンバーとも呼ばれる) は、ダイヤフラムのせん断力をせん断壁や地震力抵抗システムの他の垂直要素に伝達します。せん断壁は通常、合板やその他の構造的に剛性のあるパネル、鉄筋コンクリート、鉄筋石積み、または鋼板 などのせん断抵抗材料で覆われた軽量フレームまたはブレース付きの木製壁で作られています。

合板は木材せん断壁に使用される従来の材料ですが、技術の進歩と現代の建築方法により、開口部を囲む狭い壁に使用される鋼板や鋼板裏打ちせん断パネルなどのプレハブのオプションが開発され、より強力な耐震性を発揮することが実証されています。

多くの管轄区域では、国際建築基準法と国際住宅基準法がせん断壁の設計を規定しています。

せん断壁は、その主軸 X と Y の方が Z よりも剛性が高くなっています。せん断壁は、その平面に作用する垂直方向と水平方向の力に対して比較的剛性の高い抵抗力を発揮する主要構造物と見なされます。この複合荷重条件下では、せん断壁には、軸方向、せん断方向、ねじり方向、曲げ方向のひずみが同時に発生し、複雑な内部応力分布が生じます。このようにして、荷重は建物の基礎に垂直に伝達されます。したがって、図 1 に示すように、4 つの重要な破損メカニズムがあります。破損メカニズムを決定する要因には、形状、荷重、材料特性、拘束、および構造が含まれます。せん断壁は、コレクター ポイントとアンカー ポイントに結び付けられた軽量鋼の斜めブレース メンバーを使用して構築することもできます。

壁の細長比は、有効高さを壁断面の有効厚さまたは回転半径で割った関数として定義されます。これは、要素が「細長い」または「ずんぐりした」と分類される境界である細長限界と密接に関係しています。細長い壁は、軸圧縮によるオイラー面内座屈、軸圧縮によるオイラー面外座屈、曲げモーメントによる横方向ねじり座屈など、座屈破壊モードの影響を受けやすいです。設計プロセスでは、構造エンジニアは、壁の設計がさまざまな荷重条件下で安全であることを保証するために、これらすべての破壊モードを考慮する必要があります。

実際の構造システムでは、せん断壁は、その配置と接続に応じて、独立した壁ではなく結合システムとして機能する場合があります。 2 つの隣接する壁パネルは、インターフェイスが変形モードに抵抗するために縦方向のせん断を伝達する場合に、結合されていると見なすことができます。 この応力は、セクションが曲げ応力または拘束された反り応力を受けるたびに発生し、その大きさは結合要素の剛性に依存します。 この剛性に応じて、結合セクションのパフォーマンスは、同様の総平面断面を持つ理想的な均一要素のパフォーマンスと、独立した構成部品を組み合わせたパフォーマンスの間になります。 結合のもう 1 つの利点は、全体的な曲げ剛性がせん断剛性とは不釣り合いに強化され、せん断変形が小さくなることです。

耐震壁の位置は、自然換気や採光性能など、建物の機能に大きく影響します。建物の機能によって性能要件は異なります。

ホテルや寮の建物には、せん断壁を挿入できるような多くの間仕切りが必要です。これらの構造では、伝統的なセル構造 (図 2) が好まれ、部屋間の横方向の交差壁と中央の廊下の両側にある縦方向の背壁を備えた規則的な壁配置が使用されます。

大きな建物の中央にあるせん断壁の構造（エレベータ シャフトや階段を囲んでいることが多い）はせん断コアを形成します。複数階建ての商業ビルでは、せん断壁が少なくとも 1 つのコアを形成します (図 3)。建物の設備の観点から見ると、せん断コアには階段、エレベータ、トイレ、サービス ライザーなどの共用設備が収容されています。建物の保守要件を満たすには、せん断コアを適切に配置する必要があります。構造の観点から見ると、せん断コアは建物の横方向の荷重、つまり風荷重や地震荷重に対する耐性を強化し、建物の安全性を大幅に向上させることができます。

コンクリートせん断壁は、水平方向と垂直方向の両方の補強材で補強されています (図 4)。補強材比は、補強材に直交する断面におけるコンクリート総面積の比率として定義されます。施工基準では、補強材の最大量と最小量、および鉄筋の詳細が定義されています。現場打ちコンクリート壁の一般的な施工方法には、従来のシャッターリフト、スリップフォーム、ジャンプフォーム、トンネルフォームなどがあります。

伝統的なシャッター式エレベーター方式は、壁の総数が少ない場合や配置が不規則な場合に使用します。この方式では、柱とともに壁が 1 階ずつ一度に形成されます。時間はかかりますが、この技法により、高品質の仕上げや質感を実現できます。

スリップ フォーミングは、コンクリートの配置方法であり、可動型枠を使用して連続壁押し出しを作成します。この方法は、フランジ付き壁システムやコア壁システムなどの適切な構造に非常に効果的です。非常に正確な壁厚を実現できますが、壁の型枠の摩耗により表面が粗くなります。

ジャンプ フォーミングはクライミング フォーミングとも呼ばれ、壁を個別のリフトで鋳造する建設方法です。これは、各リフト レベルでデイ ジョイントが形成される停止と開始のプロセスです。スリップ フォーミングと同様に、ジャンプ フォーミングは壁の配置が繰り返される構造にのみ有効です。さらに、個別の特徴があるため、床レベルで接続と押し出しを追加するのに便利です。ただし、デイ ジョイントを含めると、欠陥や不完全さが発生する可能性が高くなります。

トンネル型枠工事では、型枠システムを使用して、スラブと壁を 1 回の注入作業で鋳造します。水平部材と垂直部材の両方が規則的に繰り返されるセル構造に適しています。この方法の利点は、建設を垂直方向と水平方向に同時に進めることができるため、構造の完全性と安定性が向上することです。

機能上の要件により、設計者は長方形/バーベル断面などの平面断面ではなく、C、L ^{[説明が必要]}などの非平面断面を選択する場合があります。非平面断面には 3D 解析が必要であり、研究対象となっています。

モデリング技術は過去 20 年間で徐々に更新され、線形静的から非線形動的に移行し、全体的な動作やさまざまな破損モードをより現実的に表現できるようになりました。せん断壁のさまざまなモデリング技術は、修正された梁柱要素などのマクロ モデルから、3D 有限要素モデルなどのミクロ モデルにまで及びます。適切なモデリング技術は、次の要件を満たしている必要があります。

• 非弾性応答を予測できる
• 重要な材料特性を取り入れる
• 動作特性をシミュレート: ラップ接合とバースリップ
• 中立軸の移動を表す
• 張力による硬化
• 曲げとせん断作用の相互作用

マクロモデル、垂直線要素モデル、有限要素モデル、多層モデルなど、さまざまなモデルが開発されてきました。最近では、有限要素モデルに伴う複雑さを回避しながら、ほとんどのグローバル応答および破損モードを適切にモデル化できるため、ファイバーセクションビームコラム要素が人気を集めています。^[1]

• 有限要素法
• ストリンガーパネルモデル

• 押し続ける
• 地震工学

• ライターマン、ロバート (2012)。『地震とエンジニア：国際史』。バージニア州レストン：ASCE プレス。ISBN 97807844107142012年7月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。

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