專利名稱：建筑物的墻體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，更具體是涉及具有用分散型非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工法(DUP)(Distributed and Unbonded Prestress)進行建造的砌磚結(jié)構(gòu)的外墻的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的各種建筑方法有木制、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)、預(yù)制塊砌筑結(jié)構(gòu)等。作為建筑建造方法的一種，有砌磚建造墻體的砌磚建造法。將粘土高溫煅燒而制成的磚在外墻、厚重感、質(zhì)感以及色彩等構(gòu)思或美觀方面都受到很高的評價。并且，磚在耐久性、隔音性、防火性以及蓄熱性等物理性能方面也較為優(yōu)越。因此，自古以來磚在世界各國廣受喜愛，作為建筑物的墻體材料被長期廣泛使用。
作為干式施工法的砌磚建造法，本發(fā)明者提出了分散型非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工法(DUP)。該建造法是利用金屬螺栓的緊固力，一面導(dǎo)入預(yù)應(yīng)力一面將磚多層層疊的砌磚建造法，該實用化研究仍在繼續(xù)進行(本國專利申請，特愿平4-51893號，特愿平5-91674、特愿平6-20659號、特愿平7-172603號、特愿平8-43014號)。
一般來說，降低住宅建筑物的建筑費用是建筑商、建筑設(shè)計人員以及建筑施工人員共同的課題。使用國外生產(chǎn)的價格低廉的進口材料被認為是降低建筑費用的有效手段。因此，按照國外的標準和規(guī)格制造的住宅建筑材料被進口到本國。這種進口材料對自重以及承載載荷等垂直負載可發(fā)揮充分的承載能力。但是，這種進口材料在抗震性和抗風(fēng)性方面很多時候不符合本國標準。因此，在采用進口材料的情況下，有必要采取對部件進行加固、使部件剖面大型化等措施。
例如，現(xiàn)有的住宅建筑物在確定主體結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式后，根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)體負擔長期負載(自重、承載載荷)和短期負載(地震負載、風(fēng)負載)兩種負載的概念進行設(shè)計。相反，按照非地震國的標準設(shè)計、制造的結(jié)構(gòu)部件(2×4(two-by-four)木制板構(gòu)件等)對長期負載(自重、承載載荷)雖然可以發(fā)揮與本國的結(jié)構(gòu)部件相同的耐力，但對地震負載的耐力很多情況下不符合本國(特別是地震國)標準。因此，產(chǎn)生了只因?qū)Χ唐谒截撦d的耐力低而無法采用進口材料的狀況。
也考慮過在具有磚墻的住宅建筑物中，通過由進口材料或廉價制造的強度較低的建筑材料建造內(nèi)墻，并將該墻與外墻側(cè)的磚墻進行組合，以此降低住宅建筑物等的建筑費用的方案。但是，在現(xiàn)有的濕式施工法的磚墻的情況下，即使可以支撐自重，負擔作用于建筑物的地震力等的短期水平負載也是困難的。因此，有必要利用內(nèi)墻支撐短期水平負載。但是，如上所述，利用按照各國的標準、規(guī)格制造的建筑材料或比較廉價的建筑材料制造的內(nèi)墻難以充分發(fā)揮對地震負載等短期水平負載的耐力。因此，需要進行內(nèi)墻的加固或更改設(shè)計等，其結(jié)果，產(chǎn)生了增加建筑費用反而增加的問題。對此，通過近年來的研究，證明了DUP施工法的磚墻對短期水平負載可發(fā)揮較高耐力。但是，由于目前的DUP施工法的磚墻被建造成支撐包括屋頂負載的長期垂直負載，因此，在磚墻進一步負擔建筑物的短期水平負載的情況下，磚墻負擔的負載將大幅度增加。另外，在磚墻負擔長期負載和短期負載兩種負載的情況下，內(nèi)墻承受的負載大幅度減輕，在內(nèi)墻上產(chǎn)生剩余的耐力。從建筑物的各結(jié)構(gòu)部件應(yīng)以適當?shù)仄胶庳摀ㄖ锏呢撦d的觀點來看這是不恰當?shù)摹?br> 另外，縮短建筑施工的工期與降低建筑費用相同，對所有建筑結(jié)構(gòu)來說都是共同的課題。在干式施工法(DUP)的磚墻的情況下，與現(xiàn)有的濕式施工法的砌磚工序相比較，可以大幅度地縮短砌磚工序的工期。但是，在砌磚結(jié)構(gòu)的磚墻的情況下，由于在建造磚墻后需要進行內(nèi)裝施工，因此有砌磚工序和內(nèi)裝施工工序成為整個工序的關(guān)鍵部分(critical path)的趨勢。因此，進一步縮短工期則需要有可以同時進行砌磚工序和內(nèi)裝施工工序的措施。
另外，干式施工法(DUP施工法)的磚墻具有在標準的氣象條件下可以早期施工的砌磚結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮縮短工期的優(yōu)點。例如，在由于氣象異常而導(dǎo)致惡劣天氣長期持續(xù)的情況下，上述干式施工法(DUP施工法)的磚墻也會同濕式施工法的外墻一樣，有使砌磚工序的工期延長的趨勢。因此，希望有即使在惡劣天氣持續(xù)的情況下，也可以在不受天氣影響的環(huán)境下進行砌磚的措施。
本發(fā)明的目的是提供一種適當?shù)厥褂眠M口材料等比較廉價并且低強度的建筑材料和干式施工法(DUP施工法)的磚墻兩者，并且兩者可以適當?shù)刎摀L期垂直負載和短期水平負載的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)。
另外，本發(fā)明的目的是提供一種具有主要負擔長期垂直負載的墻體和主要負擔短期水平負載的墻體，且這些墻體相互配合，能夠發(fā)揮對于設(shè)計負載的結(jié)構(gòu)耐力的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另外的目的是改良墻體結(jié)構(gòu)或墻體施工方法，以便能夠同時進行砌磚工序和內(nèi)裝施工工序，同時，能夠在不受天氣影響的狀況下建造干式施工法(DUP施工法)的磚墻。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，具有砌磚結(jié)構(gòu)的外墻，該砌磚結(jié)構(gòu)的外墻層疊磚和金屬板，同時，緊固貫通上述磚的螺栓插通孔的緊固件，在該緊固件的預(yù)應(yīng)力的作用下將上下的磚相互一體連結(jié)，其特征在于，具有建造在上述外墻內(nèi)側(cè)的內(nèi)墻和相互連結(jié)上述外墻和內(nèi)墻的剪切加強部件，上述內(nèi)墻作為可以支撐屋頂負載的干式施工法的墻體進行建造，上述剪切加強部件的內(nèi)端部被固定在上述內(nèi)墻上，該剪切加強部件的外端部被上述緊固件固定在上述外墻上，作用于上述屋頂和內(nèi)墻上的地震力通過上述剪切加強部件傳遞到上述外墻。
根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)成，建筑物的墻體結(jié)構(gòu)由負擔自重和變負載載重等的長期垂直負載的構(gòu)件(內(nèi)墻)以及負擔自重和短期水平負載(地震力以及風(fēng)負載等)的構(gòu)件(外墻)構(gòu)成。兩構(gòu)件(內(nèi)墻和外墻)相互配合發(fā)揮結(jié)構(gòu)耐力。這樣的結(jié)構(gòu)上的概念與主要目的在于裝飾效果的現(xiàn)有的磚墻(在負擔短期負載和長期負載兩者的內(nèi)墻的外側(cè)上利用濕式施工法建造磚墻、磚墻只負擔其自重)是完全不同的概念。另外，本發(fā)明的概念證明了干式施工法(DUP施工法)的磚墻可以發(fā)揮超出當初預(yù)測的高水平的耐力，這樣的建筑結(jié)構(gòu)概念在現(xiàn)有的濕式施工法的磚墻中無法得到。
另外，根據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，可以先于外墻對內(nèi)墻進行施工，在建造屋頂后進行外墻的砌磚。由于外墻的砌磚工序可以在屋頂?shù)奈蓍芟逻M行，因此可以解決受天氣的影響砌磚工序容易延期的的問題。另外，在進行外墻砌磚時，由于內(nèi)墻已經(jīng)建造，因此可以同時進行砌磚工序和內(nèi)裝施工工序。
而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，作用于屋頂和內(nèi)墻的短期水平負載通過剪切加強部件傳遞到外墻，風(fēng)壓被外墻阻擋，不對內(nèi)墻進行作用。因此，內(nèi)墻只發(fā)揮承受屋頂負載等的長期垂直負載的耐力即可，可以解決進口住宅材料或廉價材料的抗震性和抗風(fēng)性的問題。因此，可以利用進口住宅材料或廉價材料建造內(nèi)墻、降低建設(shè)費用。
剪切加強部件的一端部最好固定在磚的上面或上下磚之間，通過緊固件的緊固力固定在磚上。剪切加強部件的另一端部被牢固地固定在內(nèi)墻上。剪切加強部件也可以由固定在磚的上面或上下磚之間的外墻側(cè)托架(21)和被牢固地固定在內(nèi)墻的結(jié)構(gòu)部件上的內(nèi)墻側(cè)托架(22)構(gòu)成。這種情況下，外墻側(cè)托架和內(nèi)墻側(cè)托架被可進行應(yīng)力傳遞地相互連結(jié)。
另外，本發(fā)明提供一種建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，具有外墻和內(nèi)墻的雙重墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述外墻具有負擔外墻的自重和作用于外墻及內(nèi)墻上的短期水平負載的耐力，上述內(nèi)墻具有負擔內(nèi)墻的自重和作用于內(nèi)墻上的長期垂直負載的耐力，上述外墻和內(nèi)墻通過將內(nèi)墻的剪切力向外墻傳遞的剪切加強部件被相互連結(jié)，作用于內(nèi)墻上的短期水平負載通過上述剪切加強部件向外墻傳遞。
根據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，由于主要負擔長期負載的內(nèi)墻和主要負擔短期負載的外墻相互協(xié)作、發(fā)揮對于設(shè)計負載(短期、長期負載)的結(jié)構(gòu)耐力，因此，可以將例如抗震性能較低的廉價的2×4木制板等用于內(nèi)墻。
外墻最好由砌磚結(jié)構(gòu)的墻體構(gòu)成，該砌磚結(jié)構(gòu)的墻體將磚和金屬板進行層疊，同時，緊固插通上述磚的螺栓插通孔的緊固件，在該緊固件的預(yù)應(yīng)力的作用下將上下的磚相互一體連結(jié)。
外墻的短期許用剪切力最好與施加在緊固件上的預(yù)應(yīng)力成比例。外墻的短期許用剪切力QAS可以通過QAs＝t·j·μ·Np/A設(shè)定，在此，t墻體的有效厚度 j墻體的應(yīng)力中心距離Np被導(dǎo)入滑動產(chǎn)生層的預(yù)應(yīng)力(力)的總和μ磚與金屬板(水平加固板)的接觸面的摩擦系數(shù)A墻體的有效截面積。
通過這樣的設(shè)定，外墻的磚墻被設(shè)計成能有效抗震的承重墻。另外，通過適當?shù)卦O(shè)定預(yù)應(yīng)力，可以自由設(shè)定磚墻的抗震性能或抗震效果。
本發(fā)明提供一種建筑物的墻體施工方法，其特征在于，具有對可支撐屋頂負載的干式施工法的內(nèi)墻進行施工的工序，在該內(nèi)墻上建造屋架的工序，在上述內(nèi)墻的外側(cè)上層疊磚和金屬板，在上述屋架的屋檐下建造砌磚結(jié)構(gòu)的外墻的工序，通過緊固貫通該磚的螺栓插通孔的緊固件，將上下磚在該緊固件的預(yù)應(yīng)力作用下相互一體連結(jié)，在將上述磚砌到規(guī)定的層數(shù)時，對將作用于上述內(nèi)墻上的短期水平負載傳遞到外墻的剪切加強部件進行施工，通過該剪切加強部件將上述外墻和內(nèi)墻相互連結(jié)。
根據(jù)該施工方法，可以不受降雨的影響，在屋頂?shù)奈蓍芟逻M行砌磚工序。另外，通過將內(nèi)裝施工工序與砌磚工序同時進行，可以縮短工期。
被先期建造的內(nèi)墻由于可以作為砌磚時的磚位置的標準或尺度，因此可以提高砌磚的精度。將磚砌到規(guī)定的層數(shù)時，剪切加強部件通過磚的緊固件的緊固力被固定在磚的上面或上下磚之間。因此，剪切加強部件無須使用特殊的緊固件或卡定件就可以通過磚的緊固件固定在磚墻上，并且，通過緊固件的緊固力被牢固地固定在磚墻上。
本發(fā)明也提供改善現(xiàn)有建筑物的抗震性以及抗風(fēng)性的建筑物的墻體施工方法作為本發(fā)明的應(yīng)用。即，本發(fā)明提供一種建筑物的墻體的施工方法，其特征在于，將砌磚結(jié)構(gòu)的外墻建造在現(xiàn)有建筑物的墻體的外側(cè)，該砌磚結(jié)構(gòu)的外墻將磚和金屬板進行層疊，同時，緊固貫通上述磚的螺栓插通孔的緊固件，在該緊固件的預(yù)應(yīng)力作用下將上下的磚相互一體連結(jié)，為了利用上述外墻支撐作用于上述現(xiàn)有建筑物上的短期水平負載，在將上述磚砌筑到規(guī)定層數(shù)時，通過剪切加強部件將上述現(xiàn)有建筑物與上述外墻相互連結(jié)。
根據(jù)這樣的施工方法，剪切加強部件將作用于現(xiàn)有建筑物的短期水平負載傳遞到外墻。由于作用于現(xiàn)有建筑物的地震力通過剪切加強部件傳遞到磚墻，因此可以提高建造外墻后的現(xiàn)有建筑物的抗震性。由于可以對應(yīng)于現(xiàn)有建筑物的墻面進行砌磚，因此可以適應(yīng)各種形狀的現(xiàn)有建筑物。另外，由于磚墻可以切斷作用于現(xiàn)有外墻的風(fēng)壓力，因此，也可以提高現(xiàn)有建筑物的抗風(fēng)性。這樣，可以通過建造磚墻，將抗震性和抗風(fēng)性欠缺的現(xiàn)有建筑物改建或加固成具有足夠抗震性和抗風(fēng)性的建筑物。


圖1是具有本發(fā)明的墻體結(jié)構(gòu)的住宅建筑物的概略剖視圖。
圖2和圖3是表示外墻的砌磚工序的剖視圖。
圖4(A)是表示磚單體的立體圖，圖4(B)和(C)是表示砌磚狀態(tài)的立體圖和正視圖。
圖5是表示設(shè)置在外墻和內(nèi)墻的最上端部的剪切加強金屬器具的結(jié)構(gòu)和安裝方法的剖視圖。
圖6是表示設(shè)置在二樓地板部分的剪切加強部件的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖7是表示DUP施工法的磚墻的負載試驗結(jié)果(負載變化曲線)的線形圖。
圖8是表示關(guān)于DUP施工法的磚墻的面外剛性的試驗結(jié)果(面外彎曲試驗結(jié)果)的線形圖。
圖9是表示二層樓住宅的建筑工序的立體圖，表示地基和一樓地板以下地面的施工過程。
圖10是表示一樓內(nèi)墻的架設(shè)過程的立體圖。
圖11是表示二樓樓板承重結(jié)構(gòu)的施工過程的立體圖。
圖12是表示二樓內(nèi)墻施工過程的立體圖。
圖13是表示屋頂施工過程的立體圖。
圖14是表示一樓外墻的砌磚過程的立體圖。
圖15是表示二樓外墻的砌磚過程的立體圖。
圖16是表示砌磚施工結(jié)束時的狀態(tài)的兩層樓住宅的立體圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，就本發(fā)明的適當?shù)膶嵤┓绞竭M行詳細說明。
圖1是具有本發(fā)明的墻體結(jié)構(gòu)的住宅建筑物的概略剖視圖。
建筑物大致由地基和地板1、外墻2、內(nèi)墻3、屋架4、二層樓板承重結(jié)構(gòu)5以及天花板6構(gòu)成。外墻2由砌筑于地基和地板1上的DUP施工法的磚墻構(gòu)成。內(nèi)墻3由木制2×4施工法(two-by-four method)使用的木制板部件構(gòu)成，并被架設(shè)在地基和地板1上。屋架4被支撐在內(nèi)墻3的上端，屋頂部件則安裝在屋架4的上面。屋架4的負載作為垂直負載對內(nèi)墻3進行作用，由內(nèi)墻3的承載力進行支撐。
剪切加強金屬件10的外端部被固定在外墻2的最上端、向內(nèi)墻3側(cè)水平延伸。剪切加強金屬件10的內(nèi)端部向下側(cè)呈直角彎曲、通過螺栓31與內(nèi)墻3的上端部連結(jié)。作用于屋架4和內(nèi)墻3的水平負載(地震力等)通過剪切加強金屬件10傳遞到外墻2，通過外墻2的抗震力進行支撐。
支撐二層樓板承重結(jié)構(gòu)5和上層內(nèi)墻3的橫架件30通過中間層剪切加強裝置20與外墻2的中間高度部分可以傳遞應(yīng)力地連結(jié)。剪切加強裝置20由固定在外墻2上的外墻側(cè)托架21和固定在橫架件30上的內(nèi)墻側(cè)托架22構(gòu)成。托架21、22通過螺栓、螺母組合體(無圖示)被相互一體連結(jié)。作用于內(nèi)墻3和二層樓板承重結(jié)構(gòu)5上的水平負載(地震力等)經(jīng)由托架21、22向外墻2傳遞，并通過外墻2的抗震力進行支撐。
圖2和圖3是表示外墻2的砌磚工序的剖視圖，圖4(A)是磚單體的立體圖，圖4(B)和(C)是表示砌磚狀態(tài)的立體圖和正視圖。
如圖2所示，外墻2的磚AB被上下層疊，金屬板(水平加固板)51夾裝在磚AB之間。金屬板51具有與磚上面的寬度實質(zhì)上相同的寬度，同時，具有與單體磚的長度大致相同的長度。各個金屬板51跨越鄰接的兩塊磚地進行配置。如圖4所示，磚被砌成交錯形，上下的磚被設(shè)置在相對地向墻芯方向錯位一半的位置上。
如圖2所示，夾裝在上下磚AB之間的金屬板51的螺栓插通孔53與螺栓插通孔7和大直徑貫通孔8對齊。全螺紋螺栓60插通插通孔7、貫通孔8和插通孔53。螺栓60具有與層疊成兩層的磚AB的整個高度相同的高度(長度)?？陕萑肼菟?0的長螺母70被設(shè)置在貫通孔8的空心部80中。
在已經(jīng)砌好的磚AB的上面設(shè)置有板51。圓墊片63和彈簧墊片62被設(shè)置在板51上，與螺栓插通孔53對齊。螺栓60A的上端部貫通螺栓插通孔53、圓墊片63和彈簧墊片62并向上方突出。長螺母70與螺栓60A的上端部擰合。螺栓60A的上端部螺入內(nèi)螺紋71的下半部。
為了將長螺母70與螺栓60A擰合，使用圖2中虛線所示的專用裝卸工具100。工具100具有可攜帶的驅(qū)動部101、可與螺栓60和長螺母70選擇性卡合的套筒部102和可將套筒部102的底端部與驅(qū)動部101的旋轉(zhuǎn)軸104一體連結(jié)的連結(jié)部103。套筒部102接受長螺母70，將驅(qū)動部101的轉(zhuǎn)矩向長螺母70傳遞。長螺母70向擰合方向旋轉(zhuǎn)，長螺母70相對于螺栓60A進行相對旋轉(zhuǎn)，被緊固在螺栓60A的上端部。
在接下來的砌筑工序中，上層的磚C被進一步砌筑在下層的磚B上。長螺母70被收容在空心部80內(nèi)，金屬板51被層疊在磚C上。并且，上層的磚D被層疊在金屬板51上。螺栓60B被插入到最上層的磚D的螺栓插通孔7中，螺栓60B的下端部螺入長螺母70內(nèi)。螺栓60B相對于長螺母70的緊固使用上述裝卸工具100。裝卸工具100的套筒部102接受螺栓60B的上端部，將驅(qū)動部101的轉(zhuǎn)矩向螺栓60B傳遞。螺栓60B向螺入方向旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果螺栓60B與螺母70固定。
砌筑后的磚ABCD的狀態(tài)如圖3及4所示。組裝磚、圓墊片63、彈簧墊片62、螺栓60以及長螺母70的工序在磚CD的上層進一步反復(fù)進行。這樣，通過緊固件構(gòu)成元件60626370，對具有將磚一體砌筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)的垂直墻進行施工。
在與上下長螺母70擰合的螺栓60上，與連結(jié)轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的拉伸應(yīng)力作為預(yù)應(yīng)力進行作用，在上下的板51之間的磚上，壓縮應(yīng)力作為預(yù)應(yīng)力進行作用。上層的螺栓60和長螺母70的轉(zhuǎn)矩向正下方的螺栓60和長螺母70傳遞，使其更加固定地進行作用。因此，串聯(lián)連結(jié)的一連串的螺栓60和長螺母70將上層的螺栓60和長螺母70的連結(jié)轉(zhuǎn)矩向下層的螺栓60和長螺母70傳遞。其結(jié)果，下層的螺栓60和長螺母70隨著將磚1砌筑到上層將以更強的連結(jié)轉(zhuǎn)矩擰合。這樣，相當強的預(yù)應(yīng)力作用在下層的螺栓60和磚1上，其結(jié)果，外墻2對水平激振力和垂直激振力的剛性和韌性實質(zhì)上都將有很大的提高。
圖5所示的磚D表示位于外墻2的最上端的磚。剪切加強金屬件10由具有水平部11和垂直部12的一體的金屬板構(gòu)成。水平部11具有可插通螺栓60(60B)的螺栓插通孔13。圓墊片63和彈簧墊片62被配置在水平部11上，與螺栓插通孔13對齊。螺栓60B的上端部貫通螺栓插通孔13、圓墊片63和彈簧墊片62并向上方突出。長螺母70與螺栓60B的上端部擰合。使用上述裝卸工具100緊固長螺母70。
垂直部12具有螺栓插通孔14。如圖1所示，向外墻側(cè)突出的全螺紋螺栓31被固定在二樓內(nèi)墻3的上端部。垂直部12以全螺紋螺栓的突出端部分貫通垂直部12的螺栓孔14的方式被定位在內(nèi)墻3的上端部側(cè)面上。如圖5所示，螺母(用虛線表示)被緊固在貫通孔14的全螺紋螺栓31(用虛線表示)的前端部上。剪切加強金屬件10通過螺母的緊固被與二層內(nèi)墻3的上端部一體連結(jié)。這樣，剪切加強金屬件10可傳遞應(yīng)力地連結(jié)外墻2的上端部和二樓內(nèi)墻3的上端部。
圖6是表示設(shè)置在二樓地板部分上的中間層剪切加強裝置20的結(jié)構(gòu)的立體圖。
剪切加強裝置20被設(shè)置在與橫架件30相同的高度上，可傳遞應(yīng)力地相互連結(jié)外墻2的中間部和橫架件30。在將磚砌筑到規(guī)定的高度時，金屬制托架21被設(shè)置在磚的上面。托架22由水平部分24和傾斜部分25構(gòu)成。水平部分24具有跨越多塊磚的長度，并且被定位在磚上面。傾斜部分25相對于水平部分24形成有規(guī)定的角度地向上方傾斜且向內(nèi)墻3側(cè)延伸?？刹逋菟?0的螺栓孔26被隔開規(guī)定的間隔地穿設(shè)在水平部分24上。螺栓60的上端部貫通水平部分24的各螺栓孔26地向上方突出。如上所述，長螺母70通過裝卸工具100被緊固在規(guī)定位置的螺栓60上。水平部分24通過長螺母70的緊固力被水平固定在磚的上面。
金屬制托架22的垂直部分27被固定在橫架件30側(cè)面。突設(shè)在橫架件30側(cè)面的螺栓33貫通穿設(shè)在垂直部分27上的螺栓孔(無圖示)。螺母34被緊固在螺栓33的前端部。垂直部分27通過螺母34的緊固力被一體地且可傳遞應(yīng)力地固定在橫架件30上。金屬制托架22的傾斜部分28從垂直部分27的下端向外墻2側(cè)延伸。傾斜部分28的傾斜角度與傾斜部分25的傾斜角度一樣。傾斜部分28、25在內(nèi)墻3及外墻2之間的中空區(qū)域中相互重合。螺栓孔(無圖示)隔開規(guī)定間隔地形成在傾斜部分25、28的重疊區(qū)域上，傾斜部分25、28通過螺栓、螺母組合體29被牢固地連結(jié)。螺栓、螺母組合體29由插通螺栓孔的螺栓29a和緊固在螺栓29a上的螺母29b構(gòu)成。另外，磚被進一步砌筑在水平部分24上。
這樣，內(nèi)墻3通過剪切加強金屬件10和剪切加強裝置20與外墻2連結(jié)，作用于內(nèi)墻3和屋架4上的地震負載或風(fēng)負載等短期水平負載通過剪切加強金屬件10和剪切加強裝置20向外墻傳遞。DUP(Distributed and Unbonded Prestress)施工法的磚墻構(gòu)成的外墻2由于具有充分的承受短期水平負載的耐力，因此內(nèi)墻3實際上只負擔垂直負載。
圖7是表示構(gòu)成外墻2的DUP磚墻的負載試驗結(jié)果(負載變化曲線)的線形圖。圖7中實線所示的負載變化曲線表示作用于磚墻的水平負載與磚墻的剪切變形角的關(guān)系。在圖7的線形圖中，鋼架純框架(“Rahmen”frame)的負載變化曲線作為比較例用虛線表示。另外，在圖7的線形圖中，縱軸表示面內(nèi)水平負載Q對短期許用剪切力QAS的比(Q/QAS)，橫軸是指剪切變形角。另外，實驗中使用的磚墻是使用M12的鋼制螺栓砌筑而成的磚墻，對各螺栓一律導(dǎo)入7.0KN/根的預(yù)應(yīng)力。
如圖7所示，磚墻的負載變化曲線整體與鋼結(jié)構(gòu)的負載變化曲線類似，形成紡錘形的穩(wěn)定環(huán)圈?？梢酝茰y這是由于在金屬板和磚構(gòu)成的干式材料組織體的內(nèi)部，吸收地震力等的短期水平負載的滑動在磚和板之間產(chǎn)生而引起的。由于這樣的滑動，墻體柔軟地回應(yīng)短期水平負載，避免墻體整體的破壞或破碎。即，磚墻發(fā)揮高能量吸收能力，具有相對于相當強的地震力不產(chǎn)生墻體整體破壞或破碎的耐力。在此，為了確保達到最終耐力的高安全率，磚墻的短期許用剪切力被設(shè)定為不允許產(chǎn)生由滑動引起的塑性變形的條件(Q/QAS≤1)。
用于磚墻設(shè)計的剪切應(yīng)力度-變形角計算公式如下。
Θ＝{(H·hm2/2EwIw-hm3/6EwIw)·A/H+1/G}τθ墻體的剪切變形角 τ剪切應(yīng)力度A墻體的有效剖面積 H墻體的高度hm測定點的高度G干式材料組織體(磚、板以及由螺栓、螺母構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體)的剪切彈性系數(shù)其中EwIw＝EbIb+EIEb螺栓的楊氏模量E干式材料組織體的楊氏模量Ib整個螺栓的剖面慣性矩I干式材料組織體的整個剖面的剖面慣性矩建筑物的各墻體負擔短期水平負載的比例根據(jù)相對于單位剪切應(yīng)力產(chǎn)生的變形角等而確定。對應(yīng)于建筑物的設(shè)計用地震力的各墻體的短期設(shè)計用剪切力(內(nèi)面剪切)根據(jù)短期水平負載的負擔率而設(shè)定。
關(guān)于DUP磚墻的內(nèi)面剪切的設(shè)計公式如下。
DQS/QAS≤1…(1)DQs墻體的短期設(shè)計用剪切力QAS墻體的短期許用剪切力(損壞界限時的剪切耐力)QAS(短期許用剪切力)通過以下公式(2)求出(無開口墻體的情況下)QAS＝t·j·fs…(2)t墻體的有效厚度j墻體的應(yīng)力中心距離fs墻體的短期許用剪切應(yīng)力度(損壞界限時的剪切強度)另外，j＝7d/8(d是從墻體壓縮側(cè)端部到拉伸側(cè)端部的垂直加強元件中心(螺栓中心)的距離)fs(短期許用剪切應(yīng)力度)由被導(dǎo)入螺栓的預(yù)應(yīng)力決定，通過以下公式(3)求出。
fs＝μNp/A …(3)Np被導(dǎo)入滑動產(chǎn)生層的預(yù)應(yīng)力(力)的總和μ磚與水平加強板(金屬板)的接觸面的摩擦系數(shù)A墻體的有效剖面積圖8是表示關(guān)于構(gòu)成外墻2的磚墻的面外剛性的試驗結(jié)果(面外彎曲試驗結(jié)果)的線形圖。在圖8中，對磚墻作用的彎曲應(yīng)力度表示對墻面進行直角作用的水平負載的結(jié)果。
若增加垂直于磚墻的面外方向的負載(例如風(fēng)壓等)，則墻體開始彎曲變形，在拉伸側(cè)的墻面上，在上下磚之間產(chǎn)生微小的間隙(拉伸緣開口點)。若超過該點的彎曲應(yīng)力對墻體內(nèi)進行作用，則表示變形角-彎曲應(yīng)力度關(guān)系的曲線從超過剛性降低點的時刻起坡度變?yōu)榫徠露?坡度降低)，顯示出類似于塑性變形區(qū)域中的變形角-彎曲應(yīng)力度關(guān)系的趨勢。但是，通過面外方向負載的釋放，墻體恢復(fù)到大致初期的狀態(tài)，殘留扭曲或殘留變形非常小。這是由于向螺栓導(dǎo)入的預(yù)應(yīng)力而引起的。從反復(fù)實驗的結(jié)果可得出，磚墻對于風(fēng)壓等作用于面外方向的短期水平負載，實際上彈性變形到相當大的變形角。因此，證明了通過對相對于該磚墻設(shè)置于正交方向設(shè)置的其他的磚墻等，并用適當?shù)貍鬟f負載應(yīng)力的功能，可以適當?shù)卦O(shè)計、施工外墻，使之不產(chǎn)生因面外方向的地震力或風(fēng)壓等而導(dǎo)致的整體破壞或破碎。
圖9至圖16是概略表示兩層樓住宅的建筑工序的立體圖。
在使用本發(fā)明的墻體結(jié)構(gòu)的建筑物中，如圖9～圖16所示，在建造外墻2的磚墻之前建造內(nèi)墻3。在圖9和圖10所示的地基、地板工序以及一層內(nèi)墻組裝工序中，在對地基和地板1進行施工后，將構(gòu)成一層內(nèi)墻3的木制板部件3a依次架設(shè)在地基和地板1上。然后，如圖11和圖12所示，組裝二層樓板承重結(jié)構(gòu)5，用與一層內(nèi)墻相同的木制板部件架設(shè)二層內(nèi)墻3，并且，如圖13所示，將屋架4和屋頂建造在二層內(nèi)墻3上。由于內(nèi)墻3具有充分承受垂直負載的承重性(對垂直負載的耐久性)，因此，建造了內(nèi)墻3、屋架4和樓板承重結(jié)構(gòu)5的狀態(tài)下的建筑物瞬間穩(wěn)定。
如圖14所示，外墻2的磚通過上述的DUP施工法砌筑在地基和地板1的外周區(qū)域。由于屋架4已經(jīng)被建造，因此砌磚操作不受天氣影響，無需特別對磚進行防止雨水的養(yǎng)護。砌磚操作時，由于可以在不受降雨影響的屋檐下的環(huán)境中進行，因此可以避免由于降雨而導(dǎo)致砌磚作業(yè)的延期。另外，由于內(nèi)墻3已經(jīng)被建造，因此可以與外墻2的砌磚工序同時進行屋內(nèi)裱糊板工序等內(nèi)裝工序。因此，通過同時進行砌磚工序和內(nèi)裝工序，可以縮短建筑工序工期。
如圖14所示，在將一層的外墻2砌筑到二層地板高度的階段，進行上述剪切加強裝置20(圖6)的施工。外墻2和內(nèi)墻3通過剪切加強裝置20被相互連結(jié)。然后，如圖15所示，砌筑二層部分的外墻2的磚。在對外墻2最上層的磚進行施工的階段，外墻2的上端部通過剪切加強金屬件10(圖5)與內(nèi)墻3的最上端部連結(jié)。這樣，如圖16所示，外墻2被建造在建筑物的整個外周上。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻3支撐內(nèi)墻3的自重、屋架4的負載、二層地板的負載以及建筑物的載重等垂直負載，作用于內(nèi)墻3的地震負載通過剪切加強金屬件10和剪切加強裝置20傳遞到外墻2，并通過外墻2支撐。另外，由于外墻2截斷作用于內(nèi)墻3的風(fēng)壓，因此，風(fēng)壓力不對內(nèi)墻3進行作用。因此，由于內(nèi)墻3實際上只負擔垂直負載即可，因此可以利用抗震性以及抗風(fēng)性低的低強度的木制板部件建造內(nèi)墻3。
另外，本發(fā)明的上述構(gòu)成可以應(yīng)用于抗震性以及抗風(fēng)性差的現(xiàn)有的建筑物的改建或加固。建筑物通常以其墻體負擔自重和載重等的長期負載以及地震力和風(fēng)壓力等的短期負載的兩種負載的狀態(tài)存在。但是，過去的建筑物由于長年使用而劣化，耐力降低。另外，過去建造的建筑物不象現(xiàn)在的建筑物，不具有足夠的抗震性和抗風(fēng)性的情況居多。以下，將圖13所示的墻體3和屋架4作為現(xiàn)有的建筑物的外墻和屋架，就將本發(fā)明的構(gòu)成用于現(xiàn)有的建筑物改建的應(yīng)用示例進行說明。
在圖13所示的現(xiàn)有的住宅建筑物中，現(xiàn)有的墻體3支撐其自重、屋架4的負載、二層地板的負載以及建筑物的載重等的長期垂直負載，同時，支撐作用于建筑物的地震力和風(fēng)負載等的短期水平負載。為了減輕作用于現(xiàn)有建筑物的短期水平負載，在建筑物的外側(cè)新建造DUP施工法的砌磚結(jié)構(gòu)的外墻2。具體是，如圖13所示，支撐磚的最下層的地基1沿著現(xiàn)有的墻體3的下端部進行施工，，砌磚結(jié)構(gòu)的外墻2如圖14、圖15和圖16所示那樣進行建造。在建造外墻2的過程(圖14和圖15)中，剪切加強金屬件10和剪切加強裝置20被安裝在磚墻2上，現(xiàn)有墻3與外墻2連結(jié)。作用于現(xiàn)有建筑物的地震力通過剪切加強金屬件10和剪切加強裝置20應(yīng)力傳遞到新建的外墻2上，并通過外墻2進行支撐。由于外墻2截斷作用于現(xiàn)有墻3的風(fēng)壓，因此風(fēng)壓力不對現(xiàn)有墻3進行作用。因此，建造外墻2后的現(xiàn)有建筑物被從地震力和風(fēng)壓力等的短期水平負載中解放，只支撐長期負載即可。這樣，現(xiàn)有的建筑物通過建造砌磚結(jié)構(gòu)的外墻2而被加固。
以上就本發(fā)明適當?shù)膶嵤┓绞竭M行了詳細說明，但本發(fā)明不局限于上述實施方式，在權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進行各種變形或變更，而該變形例或變更例當然也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，剪切加強金屬件10和剪切加強裝置20可以設(shè)置在二層地板層和屋架層之間，或也可在二層地板層和地基層之間設(shè)置。
另外，考慮到剪切加強金屬件10和托架21、22的安裝時的操作性、剪切加強金屬件10以及托架21、22與內(nèi)墻3以及外墻2的相對少許位移，或托架21、22彼此之間的相對位移等，可以將剪切加強金屬件10和托架21、22的螺栓孔設(shè)計成松孔或長孔的形式。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供適當使用DUP施工法的磚墻和外國規(guī)格或低廉價格規(guī)格等強度較低或廉價的建筑材料兩者的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)。DUP施工法的磚墻與現(xiàn)有的施工法的磚墻不同，具有可以負擔建筑物短期水平負載的充分的抗震性和抗風(fēng)性。由于DUP施工法的磚墻負擔自重和短期水平負載，因此內(nèi)墻只需負擔自重和長期垂直負載即可。因此，可以利用進口住宅材料或價格低廉的材料建造內(nèi)墻，能夠降低建筑費用。
另外，根據(jù)本發(fā)明的墻體結(jié)構(gòu)或墻體施工方法，通過同時進行砌磚工序和內(nèi)裝工序可以縮短工期，同時，可以在不受天氣影響的屋架的屋檐下的環(huán)境中進行磚墻施工。
而且，本發(fā)明的墻體結(jié)構(gòu)適用于任何結(jié)構(gòu)的墻體。這種情況下，外墻具有負擔外墻的自重以及作用于外墻和內(nèi)墻的短期水平負載的耐力，內(nèi)墻具有負擔內(nèi)墻的自重以及作用于內(nèi)墻的長期垂直負載的耐力。屋頂和上層地板的負載以及載重等的長期垂直負載被內(nèi)墻支撐。作用于內(nèi)墻的地震負載通過剪切加強部件傳遞到外墻，并通過外墻支撐，另外，風(fēng)負載只對外墻作用。這樣，內(nèi)墻和外墻相互配合、發(fā)揮對設(shè)計負載的結(jié)構(gòu)耐力，尤其是地震負載或風(fēng)負載(即短期水平負載)實際上不對內(nèi)墻進行作用，因此，內(nèi)墻可以用外國規(guī)格或低價格規(guī)格等的強度較低或廉價的建筑材料進行建造。
權(quán)利要求
1.一種建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，具有砌磚結(jié)構(gòu)的外墻，該砌磚結(jié)構(gòu)的外墻層疊磚和金屬板，同時，緊固貫通上述磚的螺栓插通孔的緊固件，在該緊固件的預(yù)應(yīng)力的作用下將上下的磚相互一體連結(jié)，其特征在于，具有建造在上述外墻內(nèi)側(cè)的內(nèi)墻和相互連結(jié)上述外墻和內(nèi)墻的剪切加強部件，上述內(nèi)墻作為可以支撐屋頂負載的干式施工法的墻體進行建造，上述剪切加強部件的內(nèi)端部被固定在上述內(nèi)墻上，該剪切加強部件的外端部被上述緊固件固定在上述外墻上，作用于上述屋頂和內(nèi)墻上的地震力通過上述剪切加強部件傳遞到上述外墻。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述剪切加強部件的一端部被固定在上述磚的上面或上述磚之間，通過上述緊固件的緊固力固定在上述磚上，上述剪切加強部件的另一端部被牢固地固定在上述內(nèi)墻的結(jié)構(gòu)部件上。
3.如權(quán)利要求1所述的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述剪切加強部件由被固定在上述磚的上面或上述磚之間的外墻側(cè)托架(21)和被牢固地固定在上述內(nèi)墻的結(jié)構(gòu)部件上的內(nèi)墻側(cè)托架(22)構(gòu)成，外墻側(cè)托架和內(nèi)墻側(cè)托架被可進行應(yīng)力傳遞地相互連結(jié)。
4.一種建筑物的墻體結(jié)構(gòu)，具有外墻和內(nèi)墻的雙重墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述外墻具有負擔外墻的自重和作用于外墻及內(nèi)墻上的短期水平負載的耐力，上述內(nèi)墻具有負擔內(nèi)墻的自重和作用于內(nèi)墻上的長期垂直負載的耐力，上述外墻和內(nèi)墻通過將內(nèi)墻的剪切力向外墻傳遞的剪切加強部件被相互連結(jié)，作用于內(nèi)墻上的短期水平負載通過上述剪切加強部件向外墻傳遞。
5.如權(quán)利要求4所述的墻體結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述外墻由將磚和金屬板進行層疊的同時，緊固貫通上述磚的螺栓插通孔的緊固件、在該緊固件的預(yù)應(yīng)力的作用下將上下的磚相互一體連結(jié)的磚的墻體構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1或5所述的墻體結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述外墻的短期許用剪切力與施加在上述緊固件上的預(yù)應(yīng)力成比例。
7.如權(quán)利要求6所述的墻體結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述外墻的短期許用剪切力QAS通過QAS＝t·j·μ·Np/A設(shè)定，在此，t墻體的有效厚度j墻體的應(yīng)力中心距離Np被導(dǎo)入滑動產(chǎn)生層的預(yù)應(yīng)力(力)的總和μ磚—水平加強板的接觸面的摩擦系數(shù)A墻體的有效截面積。
8.一種建筑物的墻體施工方法，其特征在于，具有對可支撐屋頂負載的干式施工法的內(nèi)墻進行施工的工序，在該內(nèi)墻上建造屋架的工序，在上述內(nèi)墻的外側(cè)上層疊磚和金屬板，在上述屋架的屋檐下建造砌磚結(jié)構(gòu)的外墻的工序，通過緊固貫通該磚的螺栓插通孔的緊固件，將上下磚在該緊固件的預(yù)應(yīng)力作用下相互一體連結(jié)，在將上述磚砌到規(guī)定的層數(shù)時，對將作用于上述內(nèi)墻上的短期水平負載傳遞到外墻的剪切加強部件進行施工，通過該剪切加強部件將上述外墻和內(nèi)墻相互連結(jié)。
9.如權(quán)利要求8所述的建筑物的墻體施工方法，其特征在于，通過上述緊固件的緊固力、將上述剪切加強部件固定在上述磚的上面或上述磚之間。
10.如權(quán)利要求8或9所述的建筑物的墻體施工方法，其特征在于，在將上述磚砌筑到建筑物的地板部分的高度以及內(nèi)墻的最上端部的高度時，利用上述剪切加強部件將上述外墻和內(nèi)墻相互連結(jié)。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項所述的建筑物的墻體施工方法，其特征在于，固定在上述磚的上面或上述磚之間的外墻側(cè)托架(21)和被牢固地固定在上述內(nèi)墻上的內(nèi)墻側(cè)托架(22)構(gòu)成上述剪切加強部件，將外墻側(cè)托架固定在上述磚上，將內(nèi)墻側(cè)托架固定在上述內(nèi)墻上，將上述外墻側(cè)托架和內(nèi)墻側(cè)托架相互一體地連結(jié)。
12.一種建筑物的墻體施工方法，其特征在于，將砌磚結(jié)構(gòu)的外墻建造在現(xiàn)有建筑物的墻體的外側(cè)，該砌磚結(jié)構(gòu)的外墻將磚和金屬板進行層疊，同時，緊固貫通上述磚的螺栓插通孔的緊固件，在該緊固件的預(yù)應(yīng)力作用下將上下的磚相互一體連結(jié)，為了利用上述外墻支撐作用于上述現(xiàn)有建筑物上的短期水平負載，在將上述磚砌筑到規(guī)定層數(shù)時，通過剪切加強部件將上述現(xiàn)有建筑物與上述外墻相互連結(jié)。
13.如權(quán)利要求12所述的建筑物的墻體施工方法，其特征在于，通過上述緊固件的緊固力將上述剪切加強部件固定在上述磚的上面或上述磚之間。
14.如權(quán)利要求12或13所述的建筑物的墻體施工方法，其特征在于，在將上述磚砌筑到上述現(xiàn)有建筑物的地板部分的高度以及該現(xiàn)有建筑物的墻體的最上端的高度時，利用上述剪切加強部件相互連結(jié)上述外墻和內(nèi)墻。
全文摘要
本發(fā)明提供適當?shù)亟M合具有抗震性以及抗風(fēng)性的外墻和抗震性等相對較差的內(nèi)墻，并適當?shù)匾愿鞑糠重摀O(shè)計負載的建筑物的墻體結(jié)構(gòu)。建筑物的墻體結(jié)構(gòu)包括層疊磚(A～D)和金屬板(51)的砌磚結(jié)構(gòu)的外墻(2)。貫通磚的螺栓插通孔(7)的緊固件(60、62、63、70)被緊固，上下的磚在緊固件的預(yù)應(yīng)力下被相互一體連結(jié)。內(nèi)墻(3)被建造在外墻的內(nèi)側(cè)，剪切加強部件(10、20)將內(nèi)墻和外墻相互連結(jié)。內(nèi)墻作為可支撐屋頂負載等長期垂直負載的干式施工法的墻體進行建造。作用于內(nèi)墻的地震力等短期水平負載通過剪切加強部件傳遞到外墻。
文檔編號E04B1/02GK1751160SQ0382610
公開日2006年3月22日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者松藤泰典 申請人:獨立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)