JP2005146773A - 制振用座屈拘束部材 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で耐火性に優れ、断面寸法を増加することなく、且つ、製作コストの安価な制振用座屈拘束部材を提供することを目的とする。
【解決手段】制振用座屈拘束部材１において、鋼製中心軸力部材２の外側に鋼製外管３が配置され、鋼製中心軸力部材と鋼製外管との間に充填材６が充填され、鋼製中心軸力部材と充填材との間に付着防止膜５又は所定の間隙を有する制振用座屈拘束部材において、前記充填材が断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物その他の構造物において、地震力又は風力等の水平力に抵抗させる構造要素として使用する制振用座屈拘束部材に関する。

従来、建築物その他の構造物に使用する制振用座屈拘束部材としては、鋼管により補強された座屈拘束用コンクリート部材に鋼製軸力部材が挿通され、その軸力部材の表面とコンクリート部材との間を非付着状態とした構造のものが知られている。
特開２０００−１４４９００号公報 特開平５−９９７６号公報

従来の制振用座屈拘束部材においては、火災等の熱により軸力部材の引張耐力の低下を防止するために、コンクリート部材のかぶり厚を厚くするとか、軸力部材に耐火被覆を施すことや、軸力部材を耐火鋼材とすることが知られている。
しかし、コンクリート部材のかぶり厚を厚くすると、座屈拘束部材の重量が重くなって運搬及び取扱いが悪くなり、かつ、座屈拘束部材の断面が大きくなるので、建築設計の平面計画上、デッドスペースが大きくなるという問題を有するものであった。
また、軸力部材に耐火被覆を施すものや、軸力部材を耐火鋼材とすりと、製作コストが高くなるという問題が発生する。

本発明は、従来の制振用座屈拘束部材の持つ課題を解決した、軽量で耐火性に優れ、断面寸法の増加を招くことなく、且つ、製作コストの安価な制振用座屈拘束部材を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、制振用座屈拘束部材において、鋼製中心軸力部材の外側に鋼製外管が配置され、鋼製中心軸力部材と鋼製外管との間に充填材が充填され、鋼製中心軸力部材と充填材との間を非付着状態とした制振用座屈拘束部材において、前記充填材が断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートであることを特徴とする。

本第２発明は、本第１発明の制振用座屈拘束部材において、前記充填材の断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートが、断熱軽量骨材として無機系発泡体粒子を用いることを特徴とする。

本第３発明は、本第２発明の制振用座屈拘束部材において、前記無機系発泡体粒子が、パーライト、バーミキュライト、軽石、石炭スラグ、火山灰、及びこれらの混合物から選ばれることを特徴とする。

本第４発明は、本第１発明の制振用座屈拘束部材において、前記充填材の断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートが、断熱軽量骨材として熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子を用いることを特徴とする。

本第５発明は、本第４発明の制振用座屈拘束部材において、前記熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子が、一定粒度分布を有するように成形され、非吸水性独立気泡体の弾性体であることを特徴とする。

本第６発明は、本第４又は第５発明の制振用座屈拘束部材において、前記熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子が、ポリオレフィン系樹脂及びポリスチレン系樹脂から選ばれた熱可塑性合成樹脂を発泡させ粒子化し、その表面に高分子エマルジョン、セメント高流動化剤を付着させて形成されることを特徴とする。

本発明の鋼製中心軸力部材の外側に鋼製外管が配置され、鋼製中心軸力部材と鋼製外管との間に充填材が充填され、鋼製中心軸力部材と充填材との間を非付着状態とした制振用座屈拘束部材において、前記充填材が断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートとする構成により、制振座屈拘束部材の軽量化、断面寸法の小型化及び耐火性能を向上させ、運搬の容易性及び建築物への取付け作業の容易性を向上させ、さらに建築物のデッドスペースの発生を防止することができる。
充填材の断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートが、安価に手に入り、セメントとの混合相性のよいパーライト、バーミキュライト、軽石、石炭スラグ、火山灰、及びこれらの混合物から選ばれる無機系発泡体粒子の断熱軽量骨材を用いることにより、製作コストの低減化を図ることができる。
熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子が、一定粒度分布を有するように成形され、非吸水性独立気泡体の弾性体とする構成により、セメント、水、断熱軽量骨材とを混練して断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリート作る際に、水が断熱軽量骨材の空隙に吸水されることがないため、水、セメント比が大きくなることがなく、硬化乾燥の時間を短くすることができ、さらに、断熱軽量骨材が弾性体であるため、混練中に圧縮破壊することがなく、断熱軽量骨材の多孔空隙が保持され、断熱性が確保できる。
熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子が、ポリオレフィン系樹脂及びポリスチレン系樹脂から選ばれた熱可塑性合成樹脂を発泡させ粒子化し、その表面に高分子エマルジョン、セメント高流動化剤を付着させることにより、セメントペースト、モルタル、コンクリートなどと混練する際、セメント高流動化剤は緩やかに溶け出し、非吸水性の発泡体粒子の表面を親水性とする高分子エマルジョンが離脱しないので、発泡粒子とセメントとの親和性が維持され発泡粒子の浮き上がりによる分離も防止でき、断熱軽量骨材がセメント中に均等に安定して分散し、強度のむらのない、断熱性の高い断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートとすることができる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１（ａ）（ｂ）は、制振用座屈拘束部材１の一実施形態を示す平面図とＡ−Ａ線断面図である。制振用座屈拘束部材１は、断面十字形の鋼製中心軸力部材２の外側に鋼製外管３が配置され、鋼製外管３の両端部から鋼製中心軸力部材１の両端が突出し、継手部４を形成する。鋼製中心軸力部材２の鋼製外管３の配置される部分の表面には、型枠剥離材、オイルペイント、アスファルト等の塗布により形成される付着防止膜５が設けられる。鋼製外管３と鋼製中心軸力部材２との間に充填材６としての断熱モルタル又は断熱コンクリートが充填される。この実施形態において鋼製中心軸力部材２と充填材６との間には、付着防止膜４を設けているが、鋼製中心軸力部材２と充填材６との間に一定の空隙を設けて鋼製中心軸力部材２と充填材６とを非付着状態としてもよい。本発明の制振用座屈拘束部材１としては、図１にあげた実施形態に限定されるものではなく、鋼製中心軸力部材２及び鋼製外管３の形状はどのようなものであってもよい。

このような制振用座屈拘束部材１は、例えば、建築物の柱と梁の軸組構造に斜めに配置される制振ブレースとして用いられる。
制振用座屈拘束部材１の鋼製中心軸力部材２は、地震等による水平力が軸組構造に作用すると、軸組構造の変形に伴い、座屈拘束用の充填材６と非付着状態とされた鋼製中心軸力部材２が伸縮し、そのエネルギーを吸収する機能をもっている。
充填材６としての断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートは、鋼製中心軸力部材２の伸縮時の応力により座屈するのを防止する機能と、火災時の熱による鋼製中心軸力部材２の引張耐力の低下を防止するための断熱機能を果す。
鋼製外管３は、断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートの充填のための型枠としての機能と、鋼製中心軸力部材２の伸縮時の応力により座屈するのを防止する機能を果す。
このような制振用座屈拘束部材１には、運搬の容易性や、現場での取り付け作業の容易性を確保するための軽量化、建築物のデッドスペースの発生を防止するための断面の小型化及び火災等の熱による鋼製中心軸力部材１の引張耐力の低下を防止するための耐火性の向上が重要な課題になってくる。

本発明は、制振用座屈拘束部材１の持つ軽量化、断面小型化と耐火性の向上という課題を解決するために、充填材６として断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートを用いることを特徴とする。
本発明の第１実施例としては、充填材６としての断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートの断熱軽量骨材として、パーライト、バーミキュライト、軽石、石炭スラグ、火山灰、及びこれらの混合物から選ばれる無機系発泡体粒子を用いる。これらの無機系発泡体粒子は、安価に容易に手に入る材料であり、セメントとの混合相性も良く、断熱性にもすぐれており、製作コストの低減化を図ることができる。

本発明の第２実施例としては、充填材６としての充填材６としての断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートの断熱軽量骨材として、熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子を用いる。熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子としては、発泡ポリオレフィン粒子又は発泡ポリスチレン粒子である。これらの発泡粒子は、吸水性がほとんどないので、セメント、水比を小さくすることができるので、硬化乾燥の時間を短くすることができる。発泡倍率は、熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の強度と経済的観点から、ポリスチレンの場合は２０〜７０倍、ポリオレフィンの場合は、１．５〜１０倍が好ましい。発泡粒子の０．１〜５ｍｍが好ましく、０．５〜２．８ｍｍがより好ましい。０．１ｍｍ未満のものが多いと施工時の流動性が悪く、５ｍｍを越えると浮力が大きくなり、コンクリート中に均一に分散されないという問題が発生する。

熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の表面が疎水性であるためセメントとの親和性が悪く、コンクリート中に均一に分散しないという問題を解決するために、熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の表面に高分子エマルジョン、セメント高流動化剤を混合又は非混合として、乾燥状態又は非乾燥状態に付着させる。

高分子エマルジョンとしては、エポキシ系樹脂エマルジョン、アクリル系樹脂エマルジョン、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）ラテックス、クロロプレンゴム（ＣＲ）ラテックス、アスファルトエマルジョン、これらの混合物などが挙げられる。なかでも、セメント混和用に調整したアスファルトエマルジョンとアクリル樹脂エマルジョンの混合物が、熱可塑性樹脂系発泡粒子の表面への付着性に優れ、経済性にも優れているので好ましい。

高分子エマルジョンの量は、固形分が５０重量％の高分子エマルジョンの場合、熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の嵩体積１ｍ^３に対して１〜１０ｋｇの範囲が好ましい。１ｋｇ未満の量では高分子エマルジョンと熱可塑性合成樹脂系発泡粒子とのなじみ性が低く、１０ｋｇを越える量では熱可塑性合成樹脂発泡粒子表面を均一にコーティングできない。

セメント高流動化剤は、セメントと水、セメントと砂と水、或いはセメントと砂と砂利と水を混合する際のセメントペースト、モルタル又はコンクリートの流動性を向上するために用いるものであり、ナフタリンのスルフォン化物、メラミン誘導体、リグニンスルフォン酸塩、これらの混合物などである。これらのセメント高流動化剤は、セメントの規定量に相当する量を、高分子エマルジョンに混合して熱可塑性合成樹脂系発泡粒子表面に付着させても、高分子エマルジョンを熱可塑性合成樹脂系発泡粒子表面に付着させた後、セメント高流動化剤を付着させてもよい。

セメント高流動化剤の使用量は、熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の嵩体積１ｍ^３に対して１〜９ｋｇの範囲が好ましい。セメント高流動化剤の使用量が１ｋｇ未満では効果が小さく、９ｋｇを越えると無駄になる。

断熱軽量骨材としての熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の製造の一実施例を示す。
先ず、発泡倍率が７０倍で、粒子径が０．１〜５ｍｍの範囲の発泡ポリスチレン粒子を攪拌機に投入する。
次に、同じ攪拌機に、熱可塑性合成樹脂系発泡粒子の嵩容積１ｍ^３につき高分子エマルジョンとしてのアスファルトエマルジョン５ｋｇと、セメント高流動化剤としてのナフタリンのスルフォン化物５ｋｇとを攪拌下に散布して断熱軽量骨材を得た。

上記断熱軽量骨材を用いて断熱軽量コンクリートを製造し、これを充填材６とした制振用座屈拘束部材１を製作する一実施例を示す。セメント３００ｋｇ及び水１２０ｋｇを攪拌機で攪拌しセメントペーストとし、これに前記実施例で示した断熱軽量骨材としての熱可塑性合成樹脂系発泡粒子を８５３リットル混入し、攪拌混合して断熱軽量コンクリートを製造し、この断熱軽量コンクリートを、ポンプで付着防止剤６を表面に設けた鋼製中心軸力部材２と鋼製外管３との間の空間に充填し硬化させて制振用座屈拘束部材１を製作した。このようにして製造された断熱軽量コンクリートは、スランプ値２３±３、比重０．４、圧縮強度１２ｋｇ／ｃｍ^２，熱伝導率０．０８ｃａｌ／ｍｈ℃であり、従来の充填材としてのコンクリートに比較し、軽量で断熱性に優れているため、軽量で耐火性に優れた制振用座屈拘束部材１とすることができた。

（ａ）（ｂ）本発明の制振用座屈拘束部材の一実施例を示す図である。

符号の説明

１：制振用座屈拘束部材
２：鋼製中心軸力部材
３：鋼製外管
４：継手部
５：付着防止剤
６：充填材

Claims (6)

1. 鋼製中心軸力部材の外側に鋼製外管が配置され、鋼製中心軸力部材と鋼製外管との間に充填材が充填され、鋼製中心軸力部材と充填材との間を非付着状態とした制振用座屈拘束部材において、前記充填材が断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートであることを特徴とする制振用座屈拘束部材。
2. 前記充填材としての断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートが、断熱軽量骨材として無機系発泡体粒子を用いることを特徴とする請求項１に記載の制振用座屈拘束部材。
3. 前記無機系発泡体粒子が、パーライト、バーミキュライト、軽石、石炭スラグ、火山灰、及びこれらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項２に記載の制振用座屈拘束部材。
4. 前記充填材としての断熱軽量モルタル又は断熱軽量コンクリートが、断熱軽量骨材として熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子を用いることを特徴とする請求項１に記載の制振用座屈拘束部材。
5. 前記熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子が、一定粒度分布を有するように成形され、非吸水性独立気泡体の弾性体であることを特徴とする請求項４に記載の制振用座屈拘束部材。
6. 前記熱可塑性合成樹脂系発泡体粒子が、ポリオレフィン系樹脂及びポリスチレン系樹脂から選ばれる熱可塑性合成樹脂を発泡させ粒子化し、その表面に高分子エマルジョン、セメント高流動化剤を付着させて形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の制振用座屈拘束部材。

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