JP2002138583A - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブレース芯材両端部における局部座屈、架設
状態での拘束部材の片寄りを防止でき、かつ納まりがコ
ンパクトで経済的な座屈拘束ブレースを提供する。 【解決手段】 座屈拘束ブレース１は、鋼板からなる芯
材２と、芯材２の断面周囲に設けられた鋼製の座屈拘束
材３とからなり、芯材２の材軸方向中間部の板厚が材軸
方向端部の板厚よりも大きくすることにより、芯材２の
降伏耐力を高め、また芯材２の材軸方向端部には、鋼管
からなるリブ２４を芯材２と直交するように設けること
により、大きな軸方向力に対しても、芯材２の材軸方向
端部で局部座屈を生じさせない。芯材２の材端部の拡幅
部は比較的小さく納めることができ、ガセットプレート
を介して柱・梁フレームにボルト接合する。芯材２の材
軸方向中央部に設けた凸部５と、座屈拘束材３の材軸方
向中央部の凹部６とを係止することで、座屈拘束材３に
対する芯材２の軸方向の移動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は構造物の主要骨組
の層間に組み込まれ、大きな層間変形が生じたとき鋼板
からなるブレース芯材が塑性変形することでエネルギー
を吸収し、構造物の揺れを減少させる座屈拘束ブレース
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の座屈拘束ブレースとしては、例え
ば実開昭５６−８７６８号公報に記載されるように、ブ
レース芯材に形鋼あるいは平鋼を用い、その周囲を鉄筋
コンクリートで補剛したものがある。

【０００３】同公報記載のものでは、ブレース芯材の外
周面に付着防止材を塗布してコンクリートとの付着を切
り、コンクリートの端部を帯材で補強するなどして、コ
ンクリートの剥落を防止している。

【０００４】また、実公平４−１９１２１号公報には、
ブレース芯材となる鋼材の座屈を拘束するための座屈拘
束用コンクリート部材を鋼材で補強したものが記載され
ており、ブレース芯材の周囲に鋼管を配し、コンクリー
トを充填して製作される。

【０００５】さらに、実開平５−３４０２号公報には、
座屈拘束ブレースを細く、かつ軽量にするとともに、低
コストで迅速に製作する目的で、座屈拘束材として各種
形鋼を用い、鋼製のブレース芯材を鋼材のみで座屈拘束
した構造が示されている。

【０００６】このように、鋼板をブレース芯材として用
いる場合、圧縮荷重負担時の座屈を防止する必要から、
ブレース芯材は両端部を除き、縁が切られたコンクリー
ト、もしくは鋼材により拘束するものが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の座屈拘束ブレー
スにおいては、コンクリートや鋼材による拘束の結果、
ブレース芯材の中間部における圧縮荷重作用時の耐力が
引張荷重作用時の耐力より大きくなることがあり、極端
に圧縮時と引張時の耐力差が大きくなれば、圧縮時の荷
重が拘束のない端部に集中し、損傷を与える問題が生ず
る。

【０００８】例えば、実公平４−１９１２１号公報にお
ける弾性材が配置されるリブプレートの中間部側の端面
とコンクリートとの間や、実開平５−３４０２号公報に
おけるリブプレートの中間部側の端面と拘束部材の端面
との間にはブレース芯材の圧縮変形を見込んだ変形代が
確保されるが、この変形代の区間は拘束と補強がなく、
ブレース芯材が軸方向力で降伏した後の曲げ抵抗が０で
あるため、ある長さになれば局部座屈する可能性があ
る。

【０００９】また、変形代はブレース芯材の両端部に形
成され、局部座屈防止上、一方の変形代の区間が長くな
らないよう、ブレース芯材は使用状態で両変形代の大き
さが等しくなるように架設される必要がある。

【００１０】しかし、前述のように、ブレース芯材と拘
束部材とは付着防止材等により縁が切れているため、柱
・梁のフレーム内に架設された際に拘束部材が自重で下
側に片寄る結果、上側の変形代が大きくなり、局部座屈
を発生させやすくなる。

【００１１】これに対し、本願出願人は、特願平１１−
０７５１４６号において、ブレース芯材両端部における
局部座屈を防止し、また架設状態での拘束部材の片寄り
を防止するための座屈拘束ブレースの構造を提案してい
る。

【００１２】しかし、ブレースの芯材が材軸方向全長に
わたって同じ板厚の単材で構成されている場合、ブレー
スに作用する軸方向力が大きくなるにつれて、芯材の断
面が大きくなり、芯材材端部の断面も大きくなる。

【００１３】その結果、構造物の主要骨組とブレースを
接合する際、主要骨組側に取り付けるガセットプレート
の断面を大きくするか、または芯材板厚とガセットプレ
ートの板厚との差をなくすためのフィラープレートなど
が必要となる。

【００１４】また、ブレース芯材として板厚が４０ｍｍ
を越える鋼板を用いる場合、通常、耐震設計において設
計用降伏応力度は低減させて用いらなければならないた
め、結果として芯材中間部の断面積がさらに大きくな
り、コストを押し上げる要因となる。

【００１５】本願発明は、上述のような背景の下に発明
されたものであり、ブレース芯材両端部における局部座
屈、架設状態での拘束部材の片寄りを防止でき、かつ納
まりがコンパクトで経済的な座屈拘束ブレースを提供す
ることを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明は、鋼板からなる芯材と、前記芯材の断面周囲に設け
られた鋼製の座屈拘束材とからなる座屈拘束ブレースに
おいて、前記芯材の材軸方向中間部の板厚が前記芯材の
材軸方向端部の板厚よりも大きいことを特徴とするもの
である。

【００１７】ブレースの降伏耐力は地震のエネルギー吸
収を行う芯材の断面積と前述した芯材の耐震設計用降伏
応力度との積で表されるため、本体部分であるブレース
芯材の中間部の板厚を大きくすることにより、ブレース
の降伏耐力を大きくすることができるとともに、ブレー
ス材端部の板厚が小さいことにより、ガセットプレート
の板厚を小さくしたり、または前述したフィラープレー
トを不要としたりすることができる。

【００１８】請求項２は、請求項１に係る座屈拘束ブレ
ースにおいて、前記芯材の材軸方向端部に材軸方向に延
びるリブが突設され、前記座屈拘束材の両端部に端面側
が開放したスリットが形成され、前記スリットに前記リ
ブが嵌入されている場合を限定したものである。

【００１９】スリットにブレース芯材のリブを差し込む
ことにより、リブによる補強区間と座屈拘束材による補
強区間をブレース芯材の軸方向に重複させて補強と拘束
のない区間をなくし、ブレース芯材の局部座屈を防止す
ることができる。

【００２０】リブによる補強区間と座屈拘束材による拘
束区間が重複することで、ブレース芯材の端部は補強と
拘束のいずれかを受けた状態になり、圧縮荷重がブレー
ス芯材の端部に集中することによる局部座屈の発生が防
止される。

【００２１】ブレース芯材の局部座屈が防止されること
により、ブレース芯材の圧縮耐力が発揮され、引張荷重
時と圧縮荷重時のいずれのときにおいても、ブレース芯
材が塑性変形することによる座屈拘束ブレースのエネル
ギー吸収能力が引き出される。

【００２２】スリットはブレース芯材の圧縮変形を阻害
しないよう、ブレース芯材のリブの中間部側の端面との
間にブレース芯材の変形代分の長さを持たせることが望
ましい。

【００２３】請求項３は、請求項１または２に係る座屈
拘束ブレースにおいて、前記芯材と前記座屈拘束材との
間に緩衝材を介在させてある場合である。緩衝材を介在
させることで、芯材と座屈拘束材との間の摩擦力を低減
させることができ、それにより引張、圧縮に対して安定
した復元力特性を発揮させることができる。

【００２４】緩衝材は、芯材と座屈拘束材との間の摩擦
力を低減させることができるものであれば、材料、形態
等、特に限定されないが、取り扱いやすさの点ではシー
ト状の緩衝材を芯材と座屈拘束材との間に挿入すること
が考えられる。その場合、緩衝材は芯材の塑性変形区間
（材軸方向中間部）の全幅、ほぼ全長にわたり挿入する
ことが望ましい。

【００２５】緩衝材の種類としては、引張強さ、耐磨耗
性が要求されることから、天然ゴム、イソプレンゴム、
クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ウレタン
ゴム等が適している。硬さはＪＩＳ硬さ７０〜１００程
度である。また、緩衝材を貼り付ける場合、座屈拘束材
側に貼り付けるのが望ましい。

【００２６】請求項４は、請求項１または２に係る座屈
拘束ブレースにおいて、前記芯材の材軸方向中央部と前
記座屈拘束材の材軸方向中央部が接合または係止されて
いる場合である。

【００２７】中央部を接合または係止させるのは、芯材
と座屈拘束材のずれをなくし、両端の変形代がほぼ同じ
大きさになるようにするためである。より具体的には、
接着剤を芯材の材軸方向中央部と座屈拘束材の材軸方向
中央部の内面側との間（緩衝材が介在する場合には緩衝
材との間）に塗布して接合したり、芯材の軸方向中央部
に凸部を設け、座屈拘束材の軸方向中央部にその凸部を
係止するための凹部を設け、これらを係止させる手段等
がある。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は本願の請求項１〜４に対応
する座屈拘束ブレース１の一実施形態を示したもので、
鋼板からなる芯材２の材軸方向端部に鋼板からなるリブ
２４を芯材２と直交するように設けてある。

【００２９】芯材２の材端部の幅は柱・梁のフレームに
接合されるガセットプレートにボルト接合されるため
に、中央平行部（材軸方向中間部）の幅よりも大きく、
その拡幅部にはボルト孔２５が形成される。ボルト孔２
５はリブ２４にも形成される。

【００３０】座屈拘束材３は、芯材２の材軸と直角方向
の変形を拘束するように、芯材２の断面周囲に平鋼板を
用いて隅肉溶接等により組み立てられている。この例に
おいて、座屈拘束材３の中央部の幅方向の少なくとも片
側には凸部５が形成され、また座屈拘束材３の中央部に
は凹部６が形成されている。芯材２と座屈拘束材３とが
組み合わされる時、これら凸部５と凹部６とを係止する
ことにより、座屈拘束ブレースをフレーム内に架設する
際に座屈拘束材３に対する芯材２の軸方向の移動が防止
される。

【００３１】また、前述のリブ２４と重ならないように
材端部にスリット２６を入れた鋼板２１が、芯材２の上
下面の材軸方向に設けられ、溶接などにより接合されて
いる。

【００３２】この時、前記芯材の上下面に溶接するそれ
ぞれの鋼板２１は同じ鋼種かつ同じ板厚であることが望
ましい。また、前記鋼板２１の鋼種は芯材２の鋼種と異
なっていても良いが、ブレースの降伏耐力は芯材２と鋼
板２１のそれぞれの設計用降伏応力度の内の小さい方の
値と、芯材２と鋼板２２の断面積の総計とを掛け合わせ
たもので表されるため、芯材２と鋼板２２とは同じ鋼種
であることが望ましい。

【００３３】さらに、鋼板２１と座屈拘束材３との間に
は緩衝材４を介在させており、座屈拘束材３の内面にシ
ート状の緩衝材４が貼り付けられている。図２は本願の
請求項１〜３に対応する座屈拘束ブレース１の一実施形
態を示したもので、芯材２が板厚の大きい鋼板２２と板
厚の小さい鋼板２３とを溶接で材軸方向に接合すること
によって形成されている。

【００３４】鋼板２２と鋼板２３とは鋼種が異なっても
良いが、ブレースの平行部において安定的な塑性変形を
実現するためには鋼板２３の軸方向の降伏耐力は鋼板２
２の軸方向の降伏耐力よりも大きくなるように鋼種を選
ぶと良い。

【００３５】図３は本願の請求項１〜３に対応する座屈
拘束ブレース１の他の実施形態を示したもので、単材を
ロール加工することにより、板厚の大きい部分と板厚の
小さい部分のある芯材２を形成している。

【００３６】図４は本願の請求項１〜３に対応する座屈
拘束ブレース１のさらに他の実施形態を示したもので、
図２の芯材２について、鋼板２２と鋼板２３との溶接部
を板幅の大きい部分としている。

【００３７】芯材２の断面の大きさが変化する部分で
は、発生する応力集中が大きいため、鋼板２２と鋼板２
３との溶接位置を応力集中が小さくなる芯材の拡幅部に
設定することにより、溶接位置における芯材の局部的な
変形や破断を防ぐことができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１に係る発明では、ブレース芯材
とブレース芯材の板厚方向の変形を拘束する座屈拘束材
からなる座屈拘束ブレースにおいて、芯材の材軸方向中
間部の板厚が材軸方向端部の板厚よりも大きいことによ
り、大きな軸方向力に対しても、設計上、芯材の材軸方
向端部の板厚を小さくすることができる。

【００３９】その結果、主要骨組側に取り付けるガセッ
トプレートの断面を小さくすることができ、あるいは芯
材板厚とガセットプレートの板厚との差をなくすための
フィラープレートが不要となる。

【００４０】さらに、芯材の材軸方向中間部の鋼板の構
成や鋼種を変えることによって、芯材平行部の断面を小
さく抑えることができる。請求項２では、座屈拘束材の
両端部に端面側が開放されたスリットを形成し、スリッ
トにブレース芯材のリブを差し込むことにより、リブに
よる補強区間と座屈拘束材による拘束区間をブレース芯
材の軸方向に重複させ、補強と拘束のない区間をなくす
ため、ブレース芯材が降伏した後の局部座屈を防止する
ことができる。

【００４１】その結果、ブレース芯材の圧縮耐力が発揮
され、引張荷重時と圧縮荷重時のいずれのときにも、ブ
レース芯材が塑性変形することによる座屈拘束ブレース
のエネルギー吸収性能を引き出すことができる。

【００４２】請求項３では、ブレース芯材と座屈拘束材
との間に緩衝材を介在させるため、ブレース芯材の軸方
向の変形を自由に生じさせることができる。また、緩衝
材によってブレース芯材と座屈拘束材間での摩擦力の伝
達がなくなるため、摩擦力の伝達による圧縮時と引張時
の極端な耐力差がなくなり、圧縮時、引張時ともに設計
耐力通りに座屈拘束ブレースを挙動させることができ
る。

【００４３】請求項４では、ブレース芯材に凸部を、座
屈拘束材に凹部を形成し、凸部と凹部を軸方向に係止さ
せるため、座屈拘束ブレースをフレーム内に架設した際
の、座屈拘束材のブレース芯材に対する移動を防止する
ことができるとともに、座屈拘束ブレースの使用状態で
両側の変形代の大きさを等しく保つことができる。

【００４４】両側の変形代が等しく保たれることによ
り、両変形代の長さの相違に起因する局部座屈の発生の
可能性がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願の請求項１〜４に係る発明の一実施形態
を示したもので、(a) は座屈拘束ブレース全体を示す正
面図、(b) は片側の鋼板を除いた状態の座屈拘束材を示
す正面図、(c) は芯材とリブのみの正面図、(d) は芯材
とリブのみの側面図、(e) は(a) のＡ−Ａ断面図、(f)
は(c) のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】 本願の請求項１〜３に係る発明の一実施形態
を示したもので、(a) は座屈拘束ブレースを示す正面
図、(b) は芯材とリブのみの正面図、(c) は芯材とリブ
のみの側面図、(d) は(a) のＣ−Ｃ断面図、(e) は(b)
のＤ−Ｄ断面図である。

【図３】 本願の請求項１〜３に係る発明の他の実施形
態を示したもので、(a) は座屈拘束ブレースを示す正面
図、(b) は芯材とリブのみの正面図、(c) は芯材とリブ
のみの側面図、(d) は(a) のＥ−Ｅ断面図、(e) は(b)
のＦ−Ｆ断面図である。

【図４】 本願の請求項１〜３に係る発明のさらに他の
実施形態を示したもので、(a) は座屈拘束ブレースを示
す正面図、(b) は芯材とリブのみの正面図、(c) は芯材
とリブのみの側面図、(d) は(a) のＧ−Ｇ断面図、(e)
は(b) のＨ−Ｈ断面図である。

【符号の説明】

１…座屈拘束ブレース、２…芯材、２１…鋼板、２２…
鋼板、２３…鋼板、２４…リブ、２５…ボルト孔、２６
…スリット、３…座屈拘束材、３３…スリット、４…緩
衝材、５…凸部、６…凹部

フロントページの続き (72)発明者 一戸 康生 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AA33 AC14 AG03 AG12 BB01 BB22 BD01 BE08 BF01 CA05 EA00 EB00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板からなる芯材と、前記芯材の断面周
   囲に設けられた鋼製の座屈拘束材とからなる座屈拘束ブ
   レースにおいて、前記芯材の材軸方向中間部の板厚が前
   記芯材の材軸方向端部の板厚よりも大きいことを特徴と
   する座屈拘束ブレース。
2. 【請求項２】 前記芯材の材軸方向端部に材軸方向に延
   びるリブが突設され、前記座屈拘束材の両端部に端面側
   が開放したスリットが形成され、前記スリットに前記リ
   ブが嵌入されていることを特徴とする座屈拘束ブレー
   ス。
3. 【請求項３】 前記芯材と前記座屈拘束材との間に緩衝
   材を介在させてある請求項１または２記載の座屈拘束ブ
   レース。
4. 【請求項４】 前記芯材の材軸方向中央部と前記座屈拘
   束材の材軸方向中央部が接合または係止されている請求
   項１、２または３記載の座屈拘束ブレース。