JP2007191987A - 対震ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】１つのブレースが、耐震機能及び制震機能を有し、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる対震ブレースを提供することを目的としている。
【解決手段】構造物の構造体に斜めに設置される対震ブレースであって、両端部が構造体に対してそれぞれ固定される帯板状の心材１０と、心材１０に外装されて心材１０の座屈を拘束する拘束部材１１とが備えられ、心材１０が、降伏変位が異なる複数の鋼板１２，１３，１４を積層させた構成からなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、構造物に設置される対震ブレースに関する。

従来より、地震に対する建築構造物の性能（以下、対震性能という。なお、本発明における「対震」とは、耐震および制震を含む概念である。）を向上させる技術として、座屈拘束されたブレースを建築構造物の架構内に斜めに組み込む技術が提供されている。上記したブレースを大別すると、中小地震時には弾性に留まり大地震時には塑性化を許容する耐震ブレースと、中小地震時に塑性化して地震エネルギーを吸収する制震ブレースとに分けられる。

制震ブレースとしては、両端が架構に固定された低降伏点鋼からなる帯板状の心材と、心材の座屈を拘束する拘束部材とから構成されたものがある。上記した拘束部材は、２つの溝形鋼のウェブで心材を両面側から挟み込み、平鋼を介して両側の溝形鋼のフランジを連結した構成からなっている。このような制震ブレースによれば、中小地震時に心材が塑性化して地震エネルギーが吸収されるとともに拘束部材によって心材の座屈強度が向上されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２３５３８０号公報

しかしながら、上記した従来の耐震ブレースや制震ブレースでは、それぞれ単機能の部材であるため、建築構造物に対して耐震ブレースの機能（耐震機構）と制震ブレースの機能（制震機能）とをそれぞれ付与させる場合、耐震ブレースと制震ブレースとを別々の空間にそれぞれ取り付ける必要がある。建築構造物において、上記ブレースを取り付けることが可能な空間は限られているため、上記した従来の耐震ブレースや制震ブレースでは、建築構造物に対して両方の機能を付与することが困難であり、容量も不十分になるという問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、１つのブレースが、耐震機能及び制震機能を有し、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる対震ブレースを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、構造物の構造体間に斜めに設置される対震ブレースであって、両端部が構造体に対してそれぞれ固定される帯板状の心材と、心材に外装されて該心材の座屈を拘束する拘束部材とが備えられ、前記心材が、降伏変位が異なる複数の鋼板を積層させた構成からなることを特徴としている。

このような特徴により、降伏変位が異なる複数の鋼板毎に、構造物に対する対震機能が発揮される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の対震ブレースにおいて、前記拘束部材が、心材を両面側から挟み込むように配置された複数の鋼材からなることを特徴としている。

このような特徴により、心材の周りに鋼材を組み立てることで拘束部材が形成される。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板は、中央部が縮幅されて括れていることを特徴としている。

このような特徴により、鋼板が降伏した時の変位は、括れた中央部の区間長さに応じて決定される。

請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴としている。

このような特徴により、中小地震時には、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮され、大地震時には、第一，第二の鋼板によって制震機能が発揮される。

請求項５記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴としている。

このような特徴により、中小地震時だけでなく大地震時にも、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮される。

請求項６記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、第一の鋼板よりも小さい軸力で塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴としている。

このような特徴により、中小地震時に、第一の鋼板及び第二の鋼板によって制震機能が段階的に発揮される。

本発明に係る対震ブレースによれば、降伏変位が異なる複数の鋼板毎に、構造物に対する対震機能が発揮されるため、１つの対震ブレースによって複数の対震機能を発揮することができる。したがって、本発明に係る対震ブレースを用いることで、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる。

また、心材を両面側から挟み込むように配置された複数の鋼材からなる拘束部材を用いることにより、心材の周りに鋼材を組み立てることで拘束部材が形成されるため、対震ブレースの施工を簡単に行うことができる。

また、心材を構成する複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板を、中央部が縮幅されて括れている構成とすることにより、鋼板が降伏した時の変位が、括れた中央部の区間長さに応じて決定されるため、鋼板中央部の括れた部分の区間長さを調整することで、その鋼板が降伏するときの対震ブレースの変位を自在に調整することができる。

また、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とを積層させて心材を構成することにより、中小地震時には、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮され、大地震時には、第一，第二の鋼板によって制震機能が発揮されるため、１つの対震ブレースによって、構造物に対して耐震機能と制震機能の両方を付与することができる。

また、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とを積層させて心材を構成することにより、中小地震時だけでなく大地震時にも、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮されるため、高性能の対震性能を発揮させることができる。

また、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、第一の鋼板よりも小さい軸力で塑性化する第二の鋼板とを積層させて心材を構成することにより、中小地震時に、第一の鋼板及び第二の鋼板によって制震機能が段階的に発揮されるため、１つの対震ブレースによって、構造物に対して２段階に分けて制震機能を付与することができる。

以下、本発明に係る対震ブレースの第一、第二、第三の実施の形態について、図面に基いて説明する。

［第一の実施の形態］
まず、第一の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る対震ブレースが設置された構造物を表す側面図である。
図１に示すように、構造物には、隣り合う柱１，１（構造体）と、柱１，１の間に架設され上下で対向する梁２，２（構造体）とからなる架構フレーム３が形成されている。架構フレーム３の内側には、斜めに延在する２本の対震ブレース４，４がハ字状（Ｋ状）に設置されている。架構フレーム３の上枠を形成する梁２の中央部には、第１のガセットプレート５が垂設されており、架構フレーム３の下枠を形成する梁２の両端部と柱１，１との入隅には第２のガセットプレート６，６がそれぞれ設けられている。第１のガセットプレート５には対震ブレース４，４（後述する心材１０）の一端部が取り付けられており、第２のガセットプレート６，６には対震ブレース４，４（後述する心材１０）の他端部が取り付けられており、対震ブレース４，４は、第１のガセットプレート５と第２のガセットプレート６，６との間に介装されている。

図２は対震ブレース４の平面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ間の断面図であり、図４は図２に示すＢ−Ｂ間の断面図であり、図５は図２に示すＣ−Ｃ間の断面図であり、図６は図２に示すＤ−Ｄ間の断面図である。
図２，図３，図４，図５，図６に示すように、対震ブレース４は、帯板状の心材１０と、心材１０に外装されて心材１０の座屈を拘束する拘束部材１１とを備えた構成となっている。

心材１０は、降伏変位が異なる複数種類（本実施の形態では２種類）の鋼板１２，１３，１４を複数枚（本実施の形態では３枚）積層させた構成からなる。具体的には、降伏する変位が大きく耐震要素となる第一の鋼板１２を中心にして、降伏する変位が小さく制震要素となる第二の鋼板１３，１４を第一の鋼板１２の両面側にそれぞれ配置して重ね合わせた構成からなる。

第一の鋼板１２は、全長に亘って同じ幅の長尺の板状部材であり、その両端部には、軸方向に延在するリブプレート１５，１５が両面にそれぞれ垂直に溶接されている。第二の鋼板１３，１４は、その中央部１３ａ，１４ａが縮幅されて括れている長尺の板状部材であり、その両端部には、第一の鋼板１２に付設されたリブプレート１５，１５を通すための軸方向に延在するスリット（切欠き）１３ｂ…，１４ｂ…がそれぞれ形成されている。また、第一の鋼板１２に付設されたリブプレート１５，１５には、複数のボルト穴１５ａ…が形成されており、また、第一，第二の鋼板１２，１３，１４の両端には、互いに穴合わせされた複数のボルト穴１２ａ…，１３ｃ…，１４ｃ…がそれぞれ形成されており、心材１０の一端は、図１に示す第１のガセットプレート５に図示せぬスプライスプレートを介して高力ボルトにより２面摩擦接合されることで構造物に対して固定されており、心材１０の他端は、図１に示す第２のガセットプレート６に図示せぬスプライスプレートを介して高力ボルトにより２面摩擦接合されることで構造物に対して固定されている。

図７は第一の実施の形態における対震ブレース４に作用する軸力と第一，第二の鋼板１２，１３，１４の軸変形との関係を示したグラフである。なお、図７に示すδｙ１は第一の鋼板１２が降伏するときの変位量であり、図７に示すδｙ２は第二の鋼板１３，１４が降伏するときの変位量であり、図７に示すＰｙ１は第一の鋼板１２が降伏するときの軸力であり、図７に示すＰｙ２は第二の鋼板１３，１４が降伏するときの軸力である。

図７に示すように、第一の鋼板１２は、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり、大地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。一方、第二の鋼板１３，１４は、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。具体的には、第一の鋼板１２には、降伏応力が３２５〜７２０Ｎ／ｍｍ^２の鋼材が用いられ、第二の鋼板１３，１４には、降伏応力が２３５Ｎ／ｍｍ^２以下の低降伏鋼が用いられる。

拘束部材１１は、心材１０を両面側から挟み込む２本の溝形鋼（鋼材）１６，１６と、両側の溝形鋼１６，１６同士を連結するカバープレート（綴り材）１７，１７とから構成されている。２本の溝形鋼１６，１６は、心材１０を挟んで互いのウェブ１６ａ，１６ａの外側面同士を対向させた状態で平行に配置されている。カバープレート１７，１７は、２本の溝形鋼１６，１６のフランジ１６ｂ，１６ｂにそれぞれ接面した状態で２本の溝形鋼１６，１６に沿って延在されており、溝形鋼１６，１６のフランジ１６ｂ，１６ｂに対して複数の綴りボルト１８…によってそれぞれ接合されている。つまり、拘束部材１１は、２本の溝形鋼（鋼材）１６，１６と２枚のカバープレート１７，１７によって矩形筒状に組み立てられた部材であり、その内部には、断面視矩形状の閉鎖空間Ｅが形成されている。また、２つの溝形鋼１６，１６の中間部分には、軸方向と直交する方向に延在するリブプレート１９…が中央およびその両側に間隔をあけてそれぞれ溶接されており、間隔をあけて配置されたリブプレート１９，１９間には軸方向に延在するリブプレート２０，２０がそれぞれ溶接されている。

上記した閉鎖空間Ｅには、心材１０が両端をそれぞれ張り出させた状態で挿装されており、拘束部材１１（溝形鋼１６，１６のウェブ１６ａ，１６ａ）と心材１０（第二の鋼板１３，１４）との間には、ゴムパッキン（緩衝材）２１，２１が介在されている。ゴムパッキン２１，２１は、拘束部材１１の長さ寸法と略同一の長さ寸法を有するものとされており、心材１０は、これらのゴムパッキン２１，２１を介して拘束部材１１（溝形鋼１６，１６のウェブ１６ａ，１６ａ）から均等に押圧されている。

上記した構成からなる対震ブレース４によれば、心材１０が、降伏変位が異なる複数の鋼板１２，１３，１４を積層させた構成からなるため、降伏変位が異なる複数の鋼板１２，１３，１４毎に対震機能が発揮され、構造物に対して複数の対震機能を付与することができる。具体的には、心材１０は、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板１２と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板１３，１４とからなるため、降伏変位が大きい第一の鋼板１２によって耐震ブレースの機能が発揮され、降伏変位が小さい第二の鋼板１３，１４によって制震ブレースの機能が発揮される。つまり、上記した対震ブレース４は、耐震ブレースの機能と制震ブレースの機能とを併せ持ったブレースである。これによって、１つの対震ブレース４を設置するだけで、耐震ブレースと制震ブレースとをそれぞれ設けた場合と同様の機能を構造物に対して付与することができ、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる。

また、拘束部材１１が、心材１０を両面側から挟み込む溝形鋼１６，１６と、両側の溝形鋼１６，１６のフランジ１６ｂ，１６ｂ同士を連結するカバープレート１７，１７とからなる構成となっており、心材１０の周りに溝形鋼１６，１６とカバープレート１７，１７とを組み立てることで拘束部材１１が形成されるため、対震ブレース４の施工を簡単に行うことができる。

また、心材１０を構成する第二の鋼板１３，１４は、その中央部１３ａ，１４ａが縮幅されて括れている構成となっているため括れた中央部１３ａ，１４ａの区間長さに応じて、、第二の鋼板１３，１４が降伏した時の変位が決定される。したがって、第二の鋼板１３，１４の中央部１３ａ，１４ａの括れた部分の区間長さを調整することで、第二の鋼板１３，１４が降伏するときの対震ブレース４の変位を自在に調整することができる。

［第二の実施の形態］
次に、第二の実施の形態について説明する。なお、第二の実施の形態の構成は、下記する点以外は上述した第一の実施の形態における構成と同様であるため、その説明を省略する。
図８は第二の実施の形態における対震ブレース４に作用する軸力と第一，第二の鋼板１２，１３，１４の軸変形との関係を示したグラフである。なお、図８に示すδｙ１’は第一の鋼板１２が降伏するときの変位量であり、図８に示すδｙ２’は第二の鋼板１３，１４が降伏するときの変位量であり、図８に示すＰｙ１’は第一の鋼板１２が降伏するときの軸力であり、図８に示すＰｙ２’は第二の鋼板１３，１４が降伏するときの軸力である。

図８に示すように、心材１０中央に配置された第一の鋼板１２は、中小地震時だけでなく大地震時に作用する軸力に対しても弾性に留まる部材である。一方、心材１０両側に配置された第二の鋼板１３，１４は、上記した第一の実施の形態と同様に、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。具体的には、第一の鋼板１２には、降伏応力が４００Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼材が用いられ、第二の鋼板１３，１４には、降伏応力が２３５Ｎ／ｍｍ^２以下の低降伏鋼が用いられる。

上記した構成からなる対震ブレース４によれば、心材１０が、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板１２と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板１３，１４とからなるため、中小地震時だけでなく大地震時にも、第一の鋼板１２によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板１３，１４によって制震機能が発揮される。よって、構造物に対して高性能の対震性能を発揮させるこができる。

［第三の実施の形態］
次に、第三の実施の形態について説明する。なお、第三の実施の形態の構成は、下記する点以外は上述した第一の実施の形態における構成と同様であるため、その説明を省略する。
図９は第三の実施の形態における対震ブレース４に作用する軸力と第一，第二の鋼板１２，１３，１４の軸変形との関係を示したグラフである。なお、図９に示すδｙ１”は第一の鋼板１２が降伏するときの変位量であり、図９に示すδｙ２”は第二の鋼板１３，１４が降伏するときの変位量であり、図９に示すＰｙ１”は第一の鋼板１２が降伏するときの軸力であり、図８に示すＰｙ２”は第二の鋼板１３，１４が降伏するときの軸力である。

図９に示すように、心材１０を構成する第一，第二の鋼板１２，１３，１４は、ともに降伏する変位が小さく制震要素となる部材である。また、心材１０中央に配置された第一の鋼板１２は、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。一方、心材１０両側に配置された第二の鋼板１３，１４は、中小地震時に第一の鋼板１２よりも小さい軸力で塑性化する部材である。具体的には、第一の鋼板１２には、降伏応力が２３５Ｎ／ｍｍ^２以下の低降伏鋼が用いられ、第二の鋼板１３，１４には、降伏応力が２２５Ｎ／ｍｍ^２以下の極低降伏鋼を用い、中央部の断面を縮減して降伏変位を小さく設定する。

上記した構成からなる対震ブレース４によれば、心材１０が、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板１２と、第一の鋼板よりも小さい軸力で塑性化する第二の鋼板１３，１４とからなるため、中小地震時に、第一の鋼板１２及び第二の鋼板１３，１４によって制震機能が段階的に発揮されるため、１つの対震ブレース４によって、構造物に対して２段階に分けて制震機能を付与することができる。

以上、本発明に係る対震ブレースの実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、降伏変位が大きい第一の鋼板１２が心材１０中央に配置され、第一の鋼板１２よりも降伏変位が小さい第二の鋼板１３，１４が心材１０両側に配置されているが、本発明は、降伏変位が大きい第一の鋼板が心材両側に配置され、第一の鋼板よりも降伏変位が小さい第二の鋼板が心材中央に配置されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、心材１０が、降伏変位が異なる２種類の鋼板１２，１３，１４を３枚積層させた構成からなっているが、本発明は、心材１０が、降伏変位が異なる２種類の鋼板を２枚若しくは４枚以上積層させた構成からなっていてもよく、或いは、降伏変位が異なる３種類以上の鋼板を３枚以上積層させた構成からなっていてもよい。

また、上記した実施の形態では、架構フレーム３の内側に２本の対震ブレース４，４がハ字状（Ｋ状）に設置されているが、本発明は、対震ブレースが架構フレームの内側にＸ状或いはノ字状（Ｚ状）に設置されていてもよい。また、上記した実施の形態では、対震ブレース４が、梁２と柱１梁２の入隅との間に架け渡されているが、本発明は、上下の梁間に架け渡されていてもよく、隣り合う柱間に架け渡されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、第一の鋼板１２は全長に亘って同じ幅に形成され、第二の鋼板１３，１４は中央部１３ａ，１４ａが縮幅されて括れている構成になっているが、本発明は、第一の鋼板の中央部が縮幅されて括れていてもよく、また、第二の鋼板が全長に亘って同じ幅に形成されていてもよい。つまり、心材を構成する全ての鋼板の中央部が縮幅されて括れていてもよく、心材を構成する鋼板のうちの何れかの中央部が縮幅されて括れていてもよく、無論、心材を構成する全ての鋼板が全長に亘って同じ幅に形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、溝形鋼１６，１６のウェブ１６ａ，１６ａの外側面同士を対向させた状態で平行に配置し、溝形鋼１６，１６のフランジ１６ｂ，１６ｂ同士をカバープレート１７，１７で繋いだ構成になっているが、本発明は、溝形鋼以外の鋼材からなる拘束部材であってもよく、例えば、山形鋼を矩形筒状に組み立てた構成からなる拘束部材であってもよく、その他の鋼材からなる拘束部材であってもよい。

本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースが設置された構造物を表す側面図である。 本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す平面図である。 図２に示すＡ−Ａ間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。 図２に示すＢ−Ｂ間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。 図２に示すＣ−Ｃ間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。 図２に示すＤ−Ｄ間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。 本発明の第一の実施の形態を説明するための対震ブレースに作用する軸力と心材を構成する鋼板の軸変形との関係を示したグラフである。 本発明の第二の実施の形態を説明するための対震ブレースに作用する軸力と心材を構成する鋼板の軸変形との関係を示したグラフである。 本発明の第三の実施の形態を説明するための対震ブレースに作用する軸力と心材を構成する鋼板の軸変形との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 柱（構造体）
２ 梁（構造体）
４ 対震ブレース
１０ 心材
１１ 拘束部材
１２ 第一の鋼板（鋼板）
１３，１４ 第二の鋼板（鋼板）
１６ 溝形鋼（鋼材）

Claims (6)

1. 構造物の構造体間に斜めに設置される対震ブレースであって、
   両端部が構造体に対してそれぞれ固定される帯板状の心材と、心材に外装されて該心材の座屈を拘束する拘束部材とが備えられ、
   前記心材が、降伏変位が異なる複数の鋼板を積層させた構成からなることを特徴とする対震ブレース。
2. 請求項１記載の対震ブレースにおいて、
   前記拘束部材が、心材を両面側から挟み込むように配置された複数の鋼材からなることを特徴とする対震ブレース。
3. 請求項１または２記載の対震ブレースにおいて、
   前記心材を構成する複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板は、中央部が縮幅されて括れていることを特徴とする対震ブレース。
4. 請求項１から３の何れかに記載の対震ブレースにおいて、
   前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴とする対震ブレース。
5. 請求項１から３の何れかに記載の対震ブレースにおいて、
   前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴とする対震ブレース。
6. 請求項１から３の何れかに記載の対震ブレースにおいて、
   前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、第一の鋼板よりも小さい軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴とする対震ブレース。

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