JPS647192B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄骨造の柱・梁又は鉄筋コンクリー
ト造・鉄骨鉄筋コンクリート造・プレキヤスト鉄
筋コンクリート造の柱・梁（以下総称して「コン
クリート柱・梁」という）の節点間に設けた鋼製
ブレース、および柱・梁に囲まれた鉄筋コンクリ
ート造又はプレキヤスト鉄筋コンクリート造の耐
震壁（以下総称して「コンクリート耐震壁」とい
う）に内蔵した鋼製ブレースに、予め降伏応力の
１／２程度以上で降伏応力までに所要の余力を残し
て初期張力を与えることによつて、耐力が高く靭
性が優れ、地震や台風等による大きな水平荷重を
受けてもブレースの座屈や耐震壁の破損を生ずる
ことのない、経済的で施工し易く合理的な架構を
提供するものである。

地震や風等による水平荷重に対しては、第１図
ａに示すように柱，、梁，の節点
間にブレース，を設けてもたせるのが有
効であるが、一般に形鋼・棒鋼や帯鋼などの鋼製
ブレースは柱・梁に比べて断面が小さく細長比が
大きいので、第１図ｂのように架構が水平荷重Ｐ
を受けたときに収縮側ブレースは、圧縮荷重
に対してすぐ座屈してしまい効かなくなる。従つ
てブレースに大きな断面の形鋼や鋼管を使用する
場合以外は、収縮側ブレースの耐力を無視し
伸張側ブレースの引張力のみ有効として構造
計算を行い。その引張力Ｔ＝Ｐ／cosθにもつよう
にブレースの断面等を決めて設計することが一般
に行われている。しかし地震や風による水平荷重
は正負繰り返してかかる動的荷重であるので、ブ
レースにも引張りと圧縮が交互に繰り返し荷重と
して加わることになり、一旦圧縮座屈により部材
が彎曲や局部変形を起してしまうと、第１図Ｃの
荷重Ｐと変位δの関係を示す履歴曲線のように、
繰り返し水平荷重に対して架構の耐力が急激に低
下してしまうこととなる。所謂「復元力特性」が
よくなく、地震エネルギー等を有効に吸収するこ
とができにくく、「靭性」即ち建物の粘り強さが
小さいという宿命的な欠点がある。又上述のよう
に片方のブレースだけしか効かないので架構の剛
性も低く、地震や風などによる建物の揺れも大き
くなる。

なおこの鋼製ブレースをコンクリート耐震壁に
内蔵した架構についても、上記と全く同じ欠点が
ある他、更に次のような短所もある。即ち、 (イ) コンクリートは鉄骨に比べて固く脆いので、
初期剛性は高いが僅かの変形でもひび割れが発
生して最大耐力に達してしまい、それ以上変形
が進めばひび割れが拡大して急激に耐力が低下
する。それに比べて鋼製ブレースは剛性が遥か
に低いので、その引張り耐力を十分発揮できる
変形量にまで達しないうちにコンクリート耐震
壁が大きな亀裂を生じて崩壊してしまうことに
なる。

(ロ) 又鋼製ブレースが圧縮力を受けて座屈する
と、架構面外へはらみ出そうとする力が働い
て、かぶりコンクリートを押し出し脱落させ
る。

本発明は以上の諸欠点をすべて解消するよう考
案したものであつて、以下略図により第１の発明
から詳細に説明する。

第２図ｄは鋼製ブレース材の引張応力Ｔと歪
（伸び）εとの関係を示すグラフで、この場合第
２図ａに示すように両ブレースには何れも降伏応
力T_yの1/2程度以上で降伏応力T_yまでに所要の余
力を残した初期張力T₀を与えておく。即ちこの
初期張力によつて柱，と梁，には
夫々T₀sinθおよびT₀cosθの圧縮軸力が導入され
ることになる。この架構が水平荷重Ｐを受けれ
ば、第２図ｂのように伸張側ブレースは引張
力が増加してT₁＝T₀＋ΔTとなるのに対し収縮側
ブレースは引張力が減少してT₂＝T₀−ΔTと
なる。この引張力の増減量はΔT＝Ｐ／２×cosθに て前記Ｔ＝Ｐ／cosθの1/2であり、伸張側ブレー
スの引張力の増加分だけでなく収縮側ブレー
スの引張減少分ΔTも、あたかも圧縮ブレー
スがΔTで突張つて抵抗しているような形で架構
の水平耐力に寄与していることが判る。従つて本
架構の特徴その他を列記すれば、 (1) 両ブレースが何れも同じだけ有効に働くので
それだけ経済設計が可能であり、又架構の剛性
も第１図の場合の２倍となつて地震や台風など
による建物の揺れが半減する。

(2) 通常起り得る程度の地震や台風荷重に対て
は、ブレースの引張力T₁・T₂を何れも降伏応
力T_y以下として弾性変形内に納まるように設
計し、未會有の大地震に相当する巨大水平荷重
に対してもΔT≦T₀即ちT₂＝T₀−ΔT≧０とな
るように設計することによつて、収縮側ブレー
スに圧縮力がかかることがなく座屈が起ら
ない。

(3) 一方伸張側ブレースの引張力T₁は上記の
最大荷重時に降伏応力T_yを超えて若干塑性変
形域に入ることも起り得るが、その場合にも降
伏応力以上を保持し続けて耐力は低下すること
なく、外力がなくなれば第２図ｄの点線のよう
に塑性変形分だけの残留歪（ブレースの伸び）
を残して元にもどる。この残留歪はごく僅かで
あつて他に影響を及ぼす程ではないが、この伸
びた分だけを締め直してやれば完全に元通りの
初期張力の入つた状態に復元され、その作業も
簡単にできる。

(4) 繰り返し水平荷重による架構の荷重Ｐと変位
δの関係を示す履歴曲線は第２図Ｃ、のような
紡錘形となり、地震エネルギーを効果的に吸収
できて復元力特性が優れていることが判る。

(5) 即ちこのブレース架構を用いれば、通常考え
られる程度の地震や台風に対しては建物の揺れ
が小さくて快適な居住性が保たれ、万一未會有
の大地震に遭遇したとしてもブレースに圧縮座
屈が起らず復元力があつて建物に損傷を残すこ
とがないので、安全性が確保されると共に補修
費もかからない。そしてすべてのブレースが有
効に働くので、丈夫で経済的であり施工も容易
である。

(6) 超高層建築から一般の中低層建物にまで幅広
く活用できる耐震耐風架構である。

(7) なおこのブレースには圧縮力が全くかからな
いので引張力に対して必要な断面積さえあれば
その断面形状は自由であり、鋼材の材質も何で
も使うことができ、更に引張りに耐えるもので
あれば鉄鋼以外の材料でもかまわないが、その
中でも高強度で降伏点が高く弾性変形域が広く
て張力の導入が容易なPC鋼棒ややPC鋼撚線
（PCケーブル）などが構造的に見て最適であ
り、設計上の納まりもよく経済的で使い易いと
考えられる。

実施例としてPC鋼棒ブレースと鉄骨柱・梁
との接合部の態様を第３図に示す。

(8) 以上は最も基本的な形として柱・梁の単位架
構内にブレースをＸ型に配置した場合について
述べたが、実際の建物などでは多層多スパンと
なるので第５図Ｃおよび第６図の軸組図のよう
に、ブレースを２層又は２スパン或いはそれ以
上の多層又は多スパンを通して柱・梁の節点を
結ぶように配置することもできる。

第２の発明はこの鋼製ブレースを鉄筋コンクリ
ート造又はプレキヤスト鉄筋コンクリート造の耐
震壁の中に内蔵したものであつて、基本的には第
１の発明と同じであり、第１の発明で述べた構造
的特徴などはすべて具備しているのでこれ等の諸
点については説明を省略するが、更にコンクリー
ト耐震壁と協力することによつて次の相乗効果を
発揮できる。

(1) 鋼製ブレースに初期張力を導入することによ
つて、コンクリート耐震壁およびコンクリート
柱・梁に架構面内の鉛直・水平両方向にプレス
トレスを与え、コンクリート耐震壁を四周から
強く締めつける状態となるので、架構にせん断
力や引張り・曲げ荷重がかかつてもコンクリー
トにひび割れが生じにくく、又その締めつけ圧
縮力に相応してコンクリート耐震壁のせん断抵
抗力が増加する。

(2) かつその拘束によつてコンクリートのひび割
れ発生を遅延・減少させ、層間変形の進捗過程
に於いてコンクリート耐震壁が最大耐力を発揮
する時期を遅らせ、鋼製ブレースが降伏荷重に
達する時点に近づけることができるので、両者
の最大耐力をうまく相乗させることになる。

(3) コンクリート耐震壁が最大耐力に達した後
も、クラツクの拡大と亀裂部の剥落崩壊による
急激な耐力低下を、四周からの強い拘束によつ
て防止する。

(4) 収縮側ブレースにも圧縮力を生ぜしめないの
で、圧縮座屈に伴うブレースのはらみ出しによ
り、かぶりコンクリートが面外に押し出されて
脱落破壊することがない。

(5) これ等の柱・梁に囲まれたコンクリート耐震
壁架構の性能アツプは、プレストレスト鉄筋コ
ンクリート造と通常の鉄筋コンクリート造との
差に相当するものと見ることもでき、ひび割れ
の防止・減少、架構のせん断耐力・曲げ耐力の
増大から、靭性および終局耐力の向上にまで及
び広範囲な改善が期待できる。

(6) なおブレースの種類・断面形状・材質は前述
のように自由であるが、コンクリート柱・梁お
よび耐震壁に内蔵するには、高強度鋼のPC鋼
棒およびPC鋼撚線を付着絶縁材で被覆したア
ンボンドテンドンを埋設しておいて、コンクリ
ート打設後所要強度が出た後に緊張してブレー
スに引張力を導入する方法などが適している。

(7) ブレースは柱・梁の単位架構内のＸ型配置以
外に多層又は多スパンの通し配置も可能である
ことは前述の通りであるが、更に耐震壁の場合
には内蔵ブレースの端末は必ずしも柱・梁の節
点に結ばなくてもよく、例えば第４図ａのよう
に柱高と梁スパンの中点を結ぶ菱型配置などは
有効である。その理由は、コンクリート耐震壁
が大きな水平せん断力を受けて亀裂破壊を起す
ときには一般にその周辺の柱・梁は内側の耐震
壁から押されて外側へはみ出すように曲がる
が、その柱・梁の中点をブレースでつないで強
く緊張すると、柱・梁の変形を拘束するだけで
なくコンクリート耐震壁をその四辺の中央部か
ら鉛直・水平両方向に強く締めつけてプレスト
レスを導入することになり、ひび割れを防ぐと
共にせん断耐力を増大させて耐震壁としての性
能向上に極めて有効である。それは菱型のダイ
ヤゴナルフープが柱のせん断補強に役立つのと
似ている。

なおこのブレースを菱型に配置内蔵した耐震
壁は単体でも使えるが、第４図ｂの軸組のよう
に多層多スパンへの使用もし易い。

(8) その他にも内蔵ブレースの配置形には、軸組
図の第５図ａ，ｂ，ｃのように∨型・∧型およ
びその組み合せや、第６図のようなＫ型と逆Ｋ
型の組み合せ等種々あり、何れも初期張力の導
入によつてコンクリート耐震壁の性能が向上す
るので、夫々の場合に応じて使い分ければよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは夫々、鋼製ブレースをＸ型
に配置した一般の架構の形、水平荷重に対する変
形とブレース引張力との関係、および履歴曲線を
示し、第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄは夫々、その鋼製ブ
レースに初期張力を与えた本発明架構の初期の状
態、水平荷重を受けたときの変形とブレース張力
との関係、および履歴曲線、並びにブレース材の
応力と歪の関係を示す図であり、第３図はブレー
ス接合部の実施例を、第４図ａ，ｂは夫々ブレー
スを菱型に配置した架構の形とそれを用いた軸組
図を、第５図と第６図はその他のブレース配置形
の軸組図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 柱・梁の節点間に設けた鋼製ブレースに、予
   め降伏応力の1/2程度以上で降伏応力までに所要
   の余力を残した初期張力を与えることを特徴と
   し、かつ当該ブレースの断面強度すなわちブレー
   ス鋼材の降伏応力度と部材断面積の積を、架構が
   地震等による水平荷重を受けたときに、初期張力
   から張力が減少する収縮側ブレースに最大水平荷
   重時においても圧縮力を生ぜしめないだけの大き
   さとしたブレース構造。 ２ 柱、梁で囲まれた鉄筋コンクリート造又はプ
   レキヤスト鉄筋コンクリート造の耐震壁に内蔵し
   た鋼製ブレースに、予め降伏応力の1/2程度以上
   で降伏応力までに所要の余力を残した初期張力を
   与えることを特徴とし、かつ当該ブレースの断面
   強度すなわちブレース鋼材の降伏応力度と部材断
   面積の積を、架構が地震等による水平荷重を受け
   たときに、初期張力から張力が減少する収縮側ブ
   レースに最大水平荷重時においても圧縮力を生ぜ
   しめないだけの大きさとしたブレース内蔵耐震
   壁。