JPH08135251A - 制振ブレース構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 履歴エネルギ吸収率を向上し制振効果を生じ
しめて鉄骨構造骨組等の建物の制振を行うと共に、これ
等の強度を保持し、安全性，信頼性の向上を図る制振ブ
レース構造を提供する。 【構成】 ブレース材１は鉄骨構造骨組等の梁７および
柱８間の空間１１内においてガゼットプレート９および
ガゼットプレート１０内に架設される。両端側にこれ等
を連結する端部鋼管４，４を有し、中央部に極低降伏点
鋼管２を介在させ、外部を鞘管３で被包する二重構造管
からなる。鞘管３と端部鋼管４は一般鋼で形成され、極
低降伏点鋼管２はこれ等より強度が低く、伸び能力の高
い材料からなる。極低降伏点鋼管２により早期に塑性変
形を生じせしめ鉄骨構造骨組に負荷される外力を低減し
その損傷，振動減衰を行うと共に、鞘管により極低降伏
点鋼管の全体および局部座屈を防止し、強度保持を図
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄骨構造骨組の補強と
制振のために梁と柱で囲まれる空間内に配置される制振
ブレース構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来鉄骨構造骨組にはその強度と剛性を
増すためにブレース材が配設されることがある。図１３
はその一例を示すものである。鉄骨構造骨組は梁７と、
柱８等からなり、ブレース材１ａは図示のように、梁７
と柱８で囲まれる空間１１内に斜めに配置される。梁７
と柱８との交叉するコーナ部にはガゼットプレート９が
溶接されると共に梁７の中心部にはガゼットプレート１
０が溶接される。ブレース材１ａはガゼットプレート９
とガゼットプレート１０間の空間１１内に架設される。
ブレース材１ａは、両端に形成される継手金具５ａ，５
ａと、その間に介在する鋼管１２とからなる。これ等は
いずれもＳＳ４００やＳＭ４９０の一般鋼から形成され
る。継手金具５ａ，５ａをガゼットプレート９およびガ
ゼットプレート１０に固定することによりブレース材１
ａはコーナ部と梁７の中心部との間に斜めに架設され
る。以上の構造の鉄骨構造骨組に地震力等の外力が作用
すると、ブレース材１ａは伸縮しながら外力に抵抗す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示した従来の
ブレース材１ａの場合は前記したように鋼管１２が一般
鋼から形成される。鉄骨構造骨組に地震力等の水平力が
作用するとその力が一般鋼の弾性限界以下の場合には図
１２に示すように減衰作用が殆ど生じない。すなわち、
図１２において横軸に水平変位をとり、縦軸に水平力を
とると両者は直線的に変化し引張りと圧縮間に履歴減衰
が生じない。一方、図１０および図１１に示すように、
前記水平力が弾性限度以上の力が作用するとブレース材
１ａは圧縮力の作用時に座屈し（図１０）、強度が低下
すると共に不安定なヒステリシス特性を示す（図１１）
問題点がある。

【０００４】本発明は以上の問題点を解決するもので、
履歴エネルギ吸収量を向上し制振効果を生じしめると共
に、座屈破壊を有効に防止し、鉄骨構造骨組の安全性，
信頼性を向上し得る制振ブレース構造を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、梁と柱を組み合わせてなる鉄骨構造骨
組の空間内に架設され制振機能を有する管体状のブレー
スであって、その両端側に配置される端部鋼管と、その
間に介在する中間部鋼管と、前記端部鋼管と前記中間部
鋼管を囲む鞘管とから構成され、前記端部鋼管と鞘管は
一般鋼からなり、前記中間部鋼管は一般鋼より強度が低
く変形能力が高い極低降伏点鋼である制振ブレース構造
を構成するものである。更に具体的に、前記一般鋼がＳ
Ｍ４９０又はＳＳ４００であり、前記極低降伏点鋼はそ
の降伏点又は耐力が前記一般鋼の１／３乃至２／３程度
であり、前記鞘管は前記中間部鋼管の全長より少し長目
の全長を有し前記中間部鋼管を完全に被包すると共に前
記端部鋼管の一部を覆うものであり、前記制振ブレース
部材が、梁と柱で囲まれる前記空間内に斜めに配置され
ることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】ブレース材に圧縮力が作用すると、まず中央部
の極低降伏点鋼管が降伏する。そのため、降伏点以上の
圧縮力が作用しない。そのためブレース材の両端の一般
鋼の鋼管に作用する圧縮応力度は低くなり、当該鋼管は
座屈しない。極低降伏点鋼管が圧縮降伏し全断面降伏状
態になると極低降伏点鋼管に全体座屈や局部座屈が生じ
る可能性がある。しかし、極低降伏点鋼管は一般鋼の鞘
管により被包されているため鞘管が極低降伏点鋼管の座
屈を防止する。これにより極低降伏点鋼管には圧縮降伏
後に安定した塑性変形が生じる。極低降伏点鋼は一般鋼
より小さい応力（すなわち小さいひずみ）で降伏するの
で、地震力等の水平力が作用した時、ブレ−ス材端部や
柱梁骨組が弾性範囲の状態に留まるような小さい水平荷
重で降伏する。以上のように、極低降伏点鋼管の塑性変
形による安定した履歴エネルギの吸収と鞘管による座屈
防止効果により鉄骨構造骨組は十分な強度を保持しなが
ら制振効果を上げることが出来る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本実施例のブレース材が設けられた鉄骨構造
骨組の一部分を示す部分正面図、図２は本実施例のブレ
ース材の全体構造を示す軸断面図、図３は図２の丸印Ｄ
の拡大断面図、図４は図２の線Ａ−Ａ拡大断面図、図５
は図２の線Ｂ−Ｂ拡大断面図、図８は図２の線Ｃ−Ｃ拡
大断面図、図７は水平力作用時における鉄骨構造骨組の
変形状態を説明する模式図、図８は本実施例の適用され
る鉄骨構造骨組の塑性域での繰返し水平力の作用時にお
ける荷重変形関係の履歴を示す線図、図９は本実施例の
適用される鉄骨構造骨組の小変形の繰返し水平力作用時
における荷重変形関係の履歴を示す線図である。

【０００８】まず、図１により、本実施例のブレース材
１が設けられた鉄骨構造骨組の部分的構造を示す。鉄骨
構造骨組は、梁７と柱８からなる。梁７と柱８との交叉
部にはガゼットプレート９が溶着され、梁７の中央部に
はガゼットプレート１０がそれぞれ溶着される。本実施
例のブレース材１はガゼットプレート９とガゼットプレ
ート１０間の空間１１内に架設され、斜めに配設され
る。

【０００９】図１および図２に示すように、ブレース材
１は、両端側に配置される端部鋼管４と、端部鋼管４，
４間に介在される前記中間部鋼管である極低降伏点鋼管
２と、これ等を被包する鞘管３等からなる。なお、端部
鋼管４，４には前記したガゼットプレート９およびガゼ
ットプレート１０とブレース材１を連結するための継手
金具５，５が固着される。なお、継手金具５，５とガゼ
ットプレート９およびガゼットプレート１０との固定は
高力ボルト６等により行われる。なお、端部鋼管４と極
低降伏点鋼管２は同一外径のものからなり、鞘管３は端
部鋼管４や極低降伏点鋼管２に挿着される内径を有する
中空鋼管からなる。なお、鞘管３は落下防止のため端部
鋼管４や極低降伏点鋼管２側に軽く接合される。以上の
構造によりブレース材１の軸力は内側の端部鋼管４，４
と極低降伏点鋼管２のみが負担し、外側の鞘管３には何
等作用しない。

【００１０】本実施例では端部鋼管４と鞘管３とは共に
一般鋼からなり、例えばＳＭ４９０が採用される。一
方、極低降伏点鋼管２は端部鋼管４等より降伏点又は耐
力において１／３乃至２／３程度で伸び能力が約２倍程
度のものが一例として採用される。

【００１１】図４に示すように、この部分は二重構造に
形成される。最内側には極低降伏点鋼管２があり、外側
に鞘管３がこれを被包して配設される。次に、図５は最
内側に端部鋼管４があり、外側に鞘管３がこれを被包し
て配設される。また、図６は端部鋼管４のみが示されて
いる。

【００１２】次に、本実施例の作用を説明する。図１に
示すように、本実施例のブレース材１は梁７と柱８に継
手金具５を介して連結されているため梁７および柱８に
作用する力はブレース材１の軸線方向に沿って負荷され
ていると共にブレース材１には軸方向力が作用する。こ
の軸線方向に対してはブレース材１の端部鋼管４と極低
降伏点鋼管２のみが軸力を負担し、鞘管３には軸力は何
等作用しない。従って、軸力が作用するとブレース材１
の中央部の最も強度の低い極低降伏点鋼管２が大きく伸
縮し、ある程度以上の圧縮軸力が作用すると早期に降伏
する。従って、ブレース材１に作用する圧縮軸力がそれ
以上負荷されても極低降伏点鋼管２の降伏が進行するの
みでそれ以上の圧縮軸力はブレース材１に作用しない。
そのため、ブレース材１の両端が連結されている梁７や
柱８の鉄骨構造骨組には大きな圧縮力が作用せず、これ
等の部分に座屈が生じない。すなわち、図７に示すよう
に、点線で示す位置に当初あったブレース材１の梁７お
よび柱８は圧縮軸力が作用しても実線のように変位し、
図１０に示した従来技術のように梁７の部分における凹
状の変位が発生しない。

【００１３】極低降伏点鋼管２の部分が圧縮降伏し全断
面が降伏状態となると、この部分での全体座屈や局部座
屈が生じる可能性がある。両端部の端部鋼管４，４は前
記の全体座屈や局部座屈に対しては抗力がない。しかし
ながら、鞘管３が極低降伏鋼管２を全面的に被包すると
共に端部鋼管４，４の一部を覆ってそれ等の外側に２重
管として挿着されているため、極低降伏点鋼管２の前記
の座屈が防止される。そのため、極低降伏点鋼管２は圧
縮降伏後も安定した塑性変形を生じる。図８および図９
は以上の安定塑性変形の状態を示すものである。すなわ
ち、図８，図９において横軸に水平変位をとり縦軸に水
平力をとると、図９に示すように極低降伏点鋼管２は引
張りおよび圧縮力の作用により図示のように塑性変形が
生じ、履歴減衰が発生する。この履歴減衰により地震力
等の外力のエネルギを消費する。そのため、建物の振動
が抑制される。一方、図８に示すように、多数回の引張
り圧縮力が交互に作用すると、図１１に示した従来技術
のような圧縮ブレース材の座屈が生じないため、水平変
形の増加に伴う水平力の低下を防止することが出来る。
以上により、鉄骨構造骨組の強度が保持されると共に、
振動の減衰を早め制振効果を上げることが出来る。

【００１４】以上の説明において、鞘管３と端部鋼管４
の材質を例えばＳＭ４９０又はＳＳ４００としたが、勿
論これ等に限定するものではなく一般鋼が適用される。
また、両者はそれぞれ異なる一般鋼であっても勿論よ
い。また、極低降伏点鋼管２を一般鋼の１／３乃至２／
３程度の降伏点又は耐力で約２倍の変形能力を有するも
のとしたが、勿論これに限定するものではなく、強度が
一般鋼より低く、かつ伸び能力の高いものであればよ
い。また、極低降伏点鋼管２と鞘管３および端部鋼管４
をパイプ管としたが無垢の円柱管でもよい。また、これ
等は円形のものに限らず多角管（多角中空管を含む）で
あってもよい。更に、本実施例ではブレース材１を空間
１１に斜めに配置したが、これに限定するものでなく、
縦横方向又は縦横斜めの組み合わせでもよい。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 １）一般鋼に較べて強度が低く、かつ伸び能力の高い極
低降伏点鋼管を軸線方向に沿う中央部に配置する構造を
採用するため、この部分がまず塑性変形し、それ以上の
圧縮力が発生しない。そのため、梁や柱等の鉄骨構造骨
組への作用力が低減し、それ等の破壊が防止される。 ２）極低降伏点鋼管が全体および局部座屈しようとして
も、二重管構造の鞘管がそれ等の座屈を防止する。この
ためブレース材は圧縮降伏後に安定した塑性変形が保持
される。 ３）極低降伏点鋼管の塑性変形により履歴減衰が生じ、
その履歴エネルギ吸収により地震力等の外力のエネルギ
が消費されるため多数回の引張圧縮交互の降伏の間も破
壊することなく梁や柱等の鉄骨構造骨組の主要構造部材
の損傷，破壊が防止される。 ４）極低降伏点鋼管の塑性変形により、鉄骨構造骨組の
振動減衰が早くなり、制振効果を上げることが出来る。 ５）構造が簡単で安価に実施出来ると共に、外観形状は
従来品と相異しないため、鉄骨構造骨組の構築構造を変
えることなく適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブレース材が設けられた鉄
骨構造骨組の一部分を示す部分正面図。

【図２】本実施例のブレース材の全体構造を示す軸断面
図。

【図３】図２の丸印Ｄの拡大断面図。

【図４】図２の線Ａ−Ａ拡大断面図。

【図５】図２の線Ｂ−Ｂ拡大断面図。

【図６】図２の線Ｃ−Ｃ拡大断面図。

【図７】本実施例の適用される鉄骨構造骨組の水平力作
用時における変形状態を示す模式図。

【図８】本実施例の適用される鉄骨構造骨組の塑性域で
の繰返し水平力の作用時における荷重変形関係の履歴を
示す線図。

【図９】本実施例の適用される鉄骨構造骨組の小変形の
繰返し水平力作用時における荷重変形関係の履歴を示す
線図。

【図１０】従来のブレース材を用いた鉄骨構造骨組の水
平力作用時における変形状態を示す模式図。

【図１１】従来のブレース材を用いた鉄骨構造骨組にお
ける塑性変形時の圧縮ブレース座屈による不安定な荷重
変形関係の履歴を示す線図。

【図１２】従来のブレース材鉄骨構造骨組の弾性変形状
態における荷重変形関係を示す線図。

【図１３】従来のブレース材を設けた鉄骨構造骨組の一
部分を示す部分正面図。

【符号の説明】

１ ブレース材 １ａ ブレース材 ２ 極低降伏点鋼管（中間部鋼管） ３ 鞘管 ４ 端部鋼管 ５ 継手金具 ６ 高力ボルト ７ 梁 ８ 柱 ９ ガゼットプレート １０ ガゼットプレート １１ 空間 １２ 鋼管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 梁と柱を組み合わせてなる鉄骨構造骨組
   の空間内に架設され制振機能を有する管体状のブレース
   であって、その両端側に配置される端部鋼管と、その間
   に介在する中間部鋼管と、前記端部鋼管と中間部鋼管を
   囲む鞘管とから構成され、前記端部鋼管と鞘管は一般鋼
   からなり、前記中間部鋼管は一般鋼より強度が低く変形
   能力が高い極低降伏点鋼であることを特徴とする制振ブ
   レース構造。
2. 【請求項２】 前記一般鋼がＳＭ４９０又はＳＳ４００
   であり、前記極低降伏点鋼はその降伏点又は耐力が前記
   一般鋼の１／３乃至２／３程度である請求項１の制振ブ
   レース構造。
3. 【請求項３】 前記鞘管は前記中間部鋼管の全長より少
   し長目の全長を有し前記中間部鋼管を完全に被包すると
   共に前記端部鋼管の一部を覆うものである請求項１の制
   振ブレース構造。
4. 【請求項４】 前記制振ブレース構造が、梁と柱で囲ま
   れる前記空間内に斜めに配置されてなる請求項１の制振
   ブレース構造。