JPH02274947A - 耐震構造物用構造材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は地震などの外力に対して良好な耐震効果を示
す耐震構造物に用いられる柱などの構造材に関する。

「従来の技術」 近年、建築構造物等の耐用年限内に発生が予想される最
大級の地震で負荷される外力に対し、建築構造物等が倒
壊しない程度に建築構造物の一部分に若干の塑性変形を
許容し、この塑性変形によって前記外力のエネルギーを
吸収するという考え方が認められており、このいわゆる
、塑性化を指向した終局設計法と呼ばれる設計法が実際
に適用されつつある。即ち、この設計法を応用すれば、
建−築構造物等の、所定の階の強度を他の階に比較して
低くしておくことで、地震エネルギーによる外力を所定
の階に集中させることができ、この階に設けた部材を塑
性変形させることで前記外力を吸収することができ、こ
れにより建築構造物等の全体への免震効果をもたらすこ
とができる。

以上のような背景に基づいて本願発明者らは先に、地震
エネルギーにより建築物に作用する外力を吸収する機能
を備えた建築構造物として、第７図に示す建築構造物を
提案している。

第７図に示す建築構造物は、鉄骨構造の建築構造物Ａの
１階部分を前記外力の吸収階として構成したもので、建
築構造物Ａの躯体は、地盤Ｇ上に立設された高張力鋼製
の角形鋼管からなる１階部分の住（柔部材）■・・・と
、１階部分の柱ｌよりも径が大きな他の階の柱２・・・
と、Ｈ形鋼からなる粱３・・・を主体として構成されて
いる。そして、１階の注１．Ｉの間の地盤Ｇには、−膜
構造用鋼材からなる塑性化部材（剛部材）４，４が立設
され、塑性化部材４，４の上端はＨ形鋼製の連結部材５
により連結されるとともに、連結部材５の両端部が取付
プレート７と高張力鋼製のプレース８とガゼツトプレー
ト９を介して柱１と粱３の接合された仕口部分に連結さ
れている。

なお、前記建築構造物Ａの躯体を構成する各部材は、建
築構造物Ａの耐用年限内に数回程度発生が予想される地
震のエネルギーによる外力に対して十分に耐えるように
設計されるが、前記塑性化部材４は、前記地震のうち、
最大規模の地震エネルギーの外力により降伏するように
設計されている。

即ち前記構造では、最大級の地震のエネルギーによる外
力を前記塑性化部材４．４に伝達することで塑性化部材
４．４を降伏させ、これにより前記外力を吸収すること
ができるようになっている。

「発明が解決しようとする課題」 とこ゛ろが、前記の建築構造物においては、地震エネル
ギーによる外力を吸収する効果は十分に高いものの、柔
部材である柱ｌと剛部材である塑性化部材４を別個に分
けて配置しているために、平面的にも立面的にも場所と
空間を大きく占何するので建築上の制約が大きかった。

また、柔部材となる柱ｌ・・・は他の階の柱２・・・よ
りかなり細長い形状になるために、座屈に対する設計面
から見ても厳しい状態であった。

なお、前記のように構造物に対して種々の外力が作用す
る状況は、一般の建築構造物に限らず、原子炉格納容器
などの構造物、あるいは、船舶などの構造物においても
予想されるものであり、これらの構造物に対する効果的
な耐震碑造が望まれている。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、耐
震構造物に適用する場合に建築上あるいは製造上の制約
が少なくて容易に適用できるとともに、地πエネルギー
などによる外力を効果的に吸収することができる耐震構
造物用構造材を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
内部側の部材と外部側の部材を具備してなる多重構造を
有し、耐震構造物に用いられる構造材であって、内部側
に設けられて構造物に作用する最大規模の外力により弾
性変形する柔部材と、この柔部材の外方に一体的に設け
られて前記最大規模の外力により塑性変形する剛部材と
、萌記柔部材と剛部材の境界部分に設けられて柔部材と
剛部材の相対摺動を許容する遮断層とから構成したもの
である。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
多層階の構造物の少なくとも１つの階に地震エネルギー
による外力を吸収するエネルギー吸収階を設けてなる耐
震構造物に用いられ、面記エネルギー吸収階の一部を構
成する柱などの構造材が、最大規模の地震エネルギーに
よる外力で弾性変形する内側の柔部材と、この柔部材の
外方に一体的に設けられて前記最大規模の地震エネルギ
ーによる外力で塑性変形する剛部材と、柔部材と剛部材
の境界部分に設けられて柔部材と剛部材の相対摺動を許
容する遮断層とから構成したしのである。

「作用　」 内側の柔部材の外方に遮断層を介して剛部材を設けてい
るので、外力に対して柔部材と剛部材は別々に挙動する
ことができる結果、剛性と強度は雨音の合計となるので
、１つの構造材が柔構造と剛性を併せ持つ。また、柱状
の構造材とした場合、従来の耐震構造物では、座屈危険
性の高かった柔部材が、より安全となるとともに、従来
の耐震構造物では、局部座屈の危険性が高かった剛部材
がより安全となり、エネルギー吸収能力が向上する。

「実施例」 第１図ないし第３図は本発明を管状の柱に適用した第１
実施例を示すもので、この例の柱（垂直構造材）１０は
、第１図に示すような管状の柔部材ＩＩとこの柔部材１
１の外周を覆って設けられた遮断層１２と、この遮断層
Ｉ２を覆って設けられた管状の剛部材１３とから構成さ
れ、第３図に示す構造の建築構造物にの１階部分の柱と
して用いられる。

萌記柔部材ＩＩは、高張力鋼などからなり、第３図に示
す建築構造物にの耐用年限内に発生が予想される最大規
模の地震のエネルギーによ−）で注に加わることが予想
される外力が柔部材１１の許容応力限度内になるように
、その材質と断面形状が決定される。即ち、柔部材１１
は、自身の大きな弾性変形能力により、前記最大級の規
模の地震の外力に対しても弾性状態を保つことにより、
エネルギー吸収階の最大変形と残留変形の増大を抑制す
る。

前記剛部材１３は、−膜構造用鋼材などからなり、第３
図に示す建築構造物にの耐用年限内に発生が予想される
最大規模の地震のエネルギーによって柱に加わることが
予想される外力が、剛部材Ｉ３の許容応力限度を超える
ように、かつ、前記外力で剛部材１３が塑性変形可能な
ようにその材質と断面形状が決定される。

前記遮断層１２は、アスファルトなどの軟質材からなる
もので、前記柱ｌＯに負荷がかかった際に、柔部材１１
と剛部材１３とが別個に挙動できるように、即ち、柔部
材１１と剛部材１３とが違いに摺動自在なように両部材
を区切るものである。

従ってこの遮断層１２は、アスファルトの他に、ゴムア
スファルトあるいは樹脂などで形成しても差し支えない
。

第３図に示す建築構造物にの２階以上の部分に用いられ
る柱１５・と粱・１６・・・にあっては、建築構造物に
の耐用年限内に数度程度発生が予想される規模の地震に
よる外力に対して発生ずる応力か、住１５と粱１６の許
容応力限度以内であるように、その材質と断面形状が決
定される。

また、建築構造物Ｋにおいて、１階のコーナ部側の柱１
７・・は、２階以上の階の住１５よりも細く形成されて
いる。そして、この建築構造物Ｋにおいて大きな軸力が
作用すると思われる中央部分の柱として前記構造の柱Ｉ
Ｏが採用されている。

なお、この例では、建築構造物にの１階の中央部分の柱
のみをこの実施例の住ｌＯとしているが、１階の池の部
分の複数の柱をこの実施例の柱ｌＯで構成しても良いの
は勿論である。

前記構造の建築構造物Ｋにおいては、１階部分において
径が小さい注１７・・・が用いられているので、１階部
分の強度と２階以上の部分の強度に格差が生じ、地震等
により外力が作用した場合、１階部分にエネルギーが集
中される。よって、建築構造物にの耐用年限内に数度程
度発生が予想される規模の地震が発生して外力が負荷、
された場合、１階部分の柱１７と柱ＩＯの柔部材１１は
復元力特性における弾性域内で挙動することになる。

また、建築構造物にの耐用年限内で発生が予想される最
大級の規模の地震による外力が加えられた場合、前記柱
１０の剛部材が降伏し、これにより外力エネルギーの大
部分が塑性歪エネルギーとして吸収されるので、これ以
外の部分に伝達されるエネルギーが減少して建築構造物
にの全体への耐震効果を得ることができる。

また、前記柱１５は自身の大きな弾性変形能力により、
前記最大規模の地震の外力に対してら弾性状態を保つこ
とにより、エネルギー吸収階である１階部公金体の最大
変形、残留変形の増大を抑止し、変形時に生じた水平変
形によるＰ−δ効果で建築構造物にの劣化を防止し、復
元力を確保する。

前記構造の柱ＩＯを建築構造物Ｋに適用するならば、従
来の如く柔部材と剛部材を分けて配置する必要がなく、
柔部材１１と剛部材１３を柱ＩＯの内部に組み込んであ
るために、従来構造と同等の耐震効果を得ることができ
る上に、従来構造に比較して平面的にも立面的にも建築
構造物にの設計が容易になる効果がある。

第４図はこの発明を柱に適用した第２実施例を示すもの
で、この例の柱（垂直構造材）２０は、横断面４角形状
に形成された柔部材２１と遮断層２２と剛部材２３とか
ら構成されている。

第５図はこの発明を柱に適用した第３実施例を示すもの
で、この例の柱（垂直構造材）３０の構造は、第１図と
第２図に示す第１実施例の柱とほぼ同等であるが、最外
周に設けた剛部材をスリット３１を介して上部剛部材１
３ａと下部剛部材１３ｂに分割してなる構成が異なって
いる。この例の柱３０においてスリット３１を設ける位
置は、柱３０の反曲点位置に設ける。

第５図に示す構造を採用することにより、剛部材１３ａ
、１３ｂに柱軸力が作用しないようにすることができ、
剛部材１３ａ、１３ｂの局部座屈を防止することができ
る。

第６図はこの発明をブロック状の垂直構造材に適用した
もので、この例の垂直構造材４０は、板状の柔部材４１
の両側面に遮断層４２を介して板状の剛部材４３を貼り
合わせた構造になっている。

第６図に示すような構造の垂直構造材４０を用いて建築
構造物の一部分を構成することによって前記第１実施例
と同等の効果が得られる。

なお、この発明を耐力壁の構造に適用することらでき、
耐力壁に適用した場合は、第６図に示す実施例と同様に
３層構造を採用すれば良い。

なおまた、前記実施例においては、鉄骨構造の建築構造
物Ｋにこの発明を適用しているが、鉄筋コンクリート構
造の建築構造物の柱として、あるいは、鉄骨鉄筋コンク
リート構造の建築構造物の柱としてこの発明を適用して
も良いのは勿論である。また、多重構造の構造材は、垂
直構造材の他にプレースなどの斜方向に配設される斜横
造材にも適用することができる。

ところで前記の実施例は、いずれも、一般の建築構造物
にこの発明を適用した例について説明したが、この発明
を原子炉格納容器、あるいは、船体の構造などに適用し
ても良いのは勿論である。

そして、これらの場合は、原子炉格納容器に作用すると
予想される最大規模の地震のエネルギーに対応させて柔
部材と剛部材を設計すれば良く、船体に適用する場合は
、航行中などにおいて船体に作用すると予想される波力
や風力などによる最大の外力に応じて柔部材と剛部材を
設計する必要がある。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、内側の柔部材の外方に遮
断層を介して剛部材を設け、両者を相対摺動自在に構成
し、外力に対して柔部材と剛部材を別々に挙動させるこ
とができるので、剛性と強度を両者の合計とすることが
でき、１つの構造材に柔構造と剛性を併せ持た仕ること
ができる。このため、座屈危険性の少ないエネルギー吸
収能力か大きな構造材を提供することができる。

また、建築構造物の一部にエネルギー吸収階を設け、こ
のエネルギー吸収階を構成する構造材として前記柔部材
と剛部材とからなる構造材を用いることで、最大規模の
地震による外力が建築構造物に付加された場合に、剛部
材の塑性変形によりエネルギーを吸収することができ、
他の部材に伝達されるエネルギーを減少させることがで
きるので、構造物に免震効果を発揮させることかできる
。

また、柔部材と剛部材を遮断層を介して摺動自在に設け
て１つの構造材としているので、柔部材と剛部材を別々
に配置していた従来構造に比較して平面的にも立面的に
も建築し易い効果がある。

一方、この発明を柱状の構造材として建築構造物に用い
た場合、従来の耐震構造物では、座屈危険性の高かった
エネルギー吸収階の柔部材が、より安全となるとともに
、従来の耐震構造物では、局部座屈の危険性が高かった
エネルギー吸収階の剛部材がより安全となるので、耐震
構造物の安全性がより向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を注に適用した第１実施例を示す乙の
で、第１図は横断面図、第２図は側面図、第３図は建築
構造物の躯体を示す側面図、第４図はこの発明を柱に適
用した第２実施例を示す横断面図、第５図はこの発明を
柱に適用した第３実施例を示す側面図、第６図はこの発
明をブロックに適用した実施例を示す断面図、第７図は
従来のエネルギー吸収階を備えた建築構造物の躯体の一
部を示す側面図である。 Ａ・建築構造物、１０，２０．３０・・・住（垂直構造
（オ）、＋１．２１．４１・・柔部材、＋２．２２．４
２　・遮断層、＋３．２３．４３・・・剛部材、１５・
・・注、１６・・・粱、１７・・・柱、４０・・・垂直
構造材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部側の部材と外部側の部材を具備してなる多重
   構造を有し、耐震構造物に用いられる構造材であって、
   内部側に設けられて構造物に作用する最大規模の外力に
   より弾性変形する柔部材と、この柔部材の外方に一体的
   に設けられて前記最大規模の外力により塑性変形する剛
   部材と、前記柔部材と剛部材の境界部分に設けられて柔
   部材と剛部材の相対摺動を許容する遮断層とからなるこ
   とを特徴とする耐震構造物用構造材。
2. （２）多層階の構造物の少なくとも１つの階に地震エネ
   ルギーによる外力を吸収するエネルギー吸収階を設けて
   なる耐震構造物に用いられ、前記エネルギー吸収階の一
   部を構成する柱などの構造材が、最大規模の地震エネル
   ギーによる外力で弾性変形する内側の柔部材と、この柔
   部材の外方に一体的に設けられて前記最大規模の地震エ
   ネルギーによる外力で塑性変形する剛部材と、柔部材と
   剛部材の境界部分に設けられて柔部材と剛部材の相対摺
   動を許容する遮断層とからなることを特徴とする耐震構
   造物用構造材。