JP2006037581A - 制震間柱 - Google Patents

Abstract

【課題】面内曲げ及び剪断力には抵抗するが、鉛直軸力及び面外方向の曲げに対しては抵抗が小さい波形鋼板を使用した制震間柱を提供する。
【解決手段】波形鋼板２がその波形の筋を水平方向に向けた配置とされ、波形鋼板２の鉛直方向の端縁部に沿ってフランジ鋼板３、３が接合され、上下の水平端縁部に沿ってベースプレート４、４が水平に接合され、フランジ鋼板３、３とベースプレート４、４は交点を一体的に接合されて成り、上下のベースプレート４、４を建物の上下の梁又はスラブ５と接合して設置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、地震や風等により建物に作用する水平力に降伏してエネルギーを吸収する制震間柱の技術分野に属し、更に云えば、面内曲げ及び剪断力には抵抗するが、鉛直軸力及び面外方向の曲げに対しては抵抗が小さい波形鋼板を使用した制震間柱に関する。

従来、地震や風等により建物に作用する水平力に降伏して塑性変形し、水平方向の層間変位エネルギーを吸収する制震間柱として、例えば、特許文献１には、極軟鋼を中空の筒状に形成されたエネルギー吸収部材の上下の水平端縁部に沿ってブラケットが接合され、上下のブラケットを梁又はスラブと接合して設置された構成の制震間柱が開示されている。

特許文献２には、２枚の低降伏点鋼板を平面的に見た形状が十字状に組み合わされて形成され、或いは低降伏点鋼を平面的に見た形状が中空の四角柱形状に形成されたエネルギー吸収部材の上下の水平端縁部に沿ってベースプレートが水平に接合され、上下のベースプレートを梁又はスラブに接合して設置された構成の制震間柱が開示されている。

特許文献３には、低降伏点鋼を平面的に見た形状が円形又は角形に形成されたエネルギー吸収部材の上下の水平端縁部に沿ってベースプレートが水平に接合され、上下のベースプレートを梁又はスラブに接合して設置された構成の制震間柱が開示されている。

特許文献４には、上側の梁の下面に板材が固定され、この板材の下縁の２箇所に下向きに突出したブラケットが固定されており、一方下側の梁の上面には板材が固定され、その板材の上縁に低降伏点鋼で形成された公知の減衰部材が固定され、更に前記減衰部材の上縁に剪断抵抗板が固定されており、この剪断抵抗板が前記ブラケットに挟まれ、上面の梁の下面に固定した板材と前記剪断抵抗板との間に一定の隙間を介在させた構成の制震間柱が開示されている。

特開平１０−１７６４３４号公報 特開２０００−７３６０３号公報 特開２０００−１４５８５９号公報 特開平１１−２４１５２５号公報

上記特許文献１〜３に開示された制震間柱は、水平力が入力したときに発生する剪断力に対して、梁が延在する水平方向だけでなく、梁の向きと直交する方向にも抵抗して塑性変形する構成であり、水平面において全方向の層間変位エネルギーを吸収することができる点で注目できる。しかし、鉛直軸力に対しても、その変形を拘束する形状となっているため、面外力や剪断座屈に配慮した強度及び剛性の設計が必要となる。

その点、特許文献４に開示された制震間柱は、剪断伝達材と剪断抵抗板との間で剪断力を伝達し、鉛直軸力を伝達することがなく、エネルギー吸収部材に剪断力を伝達することが可能である。しかし、剪断力伝達材、剪断抵抗板及びその周辺部材には大きな剪断力が集中するので、その部分の設計が非常に困難である。

ところで、波形鋼板の力学的特性について着目すると、次の特徴が認められる。なお、本発明で言う波形鋼板とは、ＪＩＳ規格では「鋼鉄性波板」と記載され、現業では単に折り板とか波板とも称されているもので、断面形状としては図７Ａ〜Ｄに例示した台形波形状（図７Ａ）、矩形波形状（図７Ｂ）、三角形形状（図７Ｃ）、円弧波形状（図７Ｄ）等を指している。
図５に例示したように、波形鋼板は、折り板になっているので一枚一枚が剪断力に対して抵抗し、その集合として全体が剪断力として抵抗する。折り板になっているので、剪断座屈長さが短く、その剪断強度を平板と比較した場合、剪断耐力ははるかに大きい。しかも、剪断耐力及び剛性は、鋼板の材質固有の強度のほか、板厚の大きさ、折り板のピッチ及び波高の大きさにより、かなり自由に制御可能である。
鉛直軸力に対しては、図６Ａに例示したように、アコーディオンのごとく自由に延び縮みするので、平板と比較すると剛性、耐力ははるかに小さい。また、波形面内の曲げに対しても、図６Ｂに例示したようにアコーディオンのごとく自由に伸び縮みし、平板に比較すると剛性、耐力ははるかに小さい。一方、波形の筋に直角な方向の面外力（曲げ及び剪断）に対する剛性、耐力は、折り板になっているので十分に大きい。しかし、波形の筋に平行な方向の面外曲げ及び剪断に対しては、折り板になっているが故に抵抗は小さいのである。

本発明の目的は、上記した力学特性を有する波形鋼板を構成部材として使用し、鉛直軸力に対しては抵抗しないが、面内曲げ及び剪断力に対しては抵抗して塑性変形し、水平方向の層間変位エネルギーを吸収することができ、地震又は風等において安定した履歴性状を示す、制震間柱を提供することである。

本発明の次の目的は、梁又はスラブが延在する水平方向のみならず、梁又はスラブに直交する水平方向にも安定した履歴性状を示す、制震間柱を提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る制震間柱は、
波形鋼板２がその波形の筋を水平方向に向けた配置とされ、前記波形鋼板２の鉛直方向の端縁部に沿ってフランジ鋼板３、３が接合され、上下の水平端縁部に沿ってベースプレート４、４が水平に接合され、前記フランジ鋼板３、３とベースプレート４、４は交点を一体的に接合されて成り、上下のベースプレート４、４を建物の上下の梁又はスラブ５と接合して設置される構成であることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係る制震間柱は、
上下に水平に配置されたベースプレート４、４の間に、４本の支柱８…が平面的に見て四角形の四隅位置に配置され前記ベースプレート４、４と一体的に接合されており、
前記ベースプレート４、４と支柱８…とが形成する４つの面内に波形鋼板２…がその波形の筋を水平方向に向けた配置で組み入れられ、前記波形鋼板２…と前記ベースプレート４、４及び支柱８…とが水平力の伝達が可能に接合されて成り、上下のベースプレート４、４を建物の上下の梁又はスラブ５と接合して設置される構成であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した制震間柱において、
波形鋼板２は、低降伏点鋼、普通鋼、又は高張力鋼のいずれか一の鋼材で、又は鋼板２の一部を異種の鋼材と組み合わせて製作されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した制震間柱において、
波形鋼板２の四隅位置には、応力集中を回避する切り欠き７…が設けられていることを特徴とする。

本発明の制震間柱は、面内の曲げ及び剪断力に対する剪断耐力及び剛性に優れる上に、剪断耐力および剪断剛性の制御の自由度が大きい波形鋼板をその波形の筋を水平方向に向けた配置で使用した構成であるから、水平方向の層間変位エネルギーを吸収して制震効果を奏する。しかも、鉛直軸力に対しては、アコーディオンのごとく自由に延び縮みして剛性、耐力が小さく、波形の筋に平行な方向の面内曲げ及び剪断に対しても同様に小さいので、波形鋼板の剪断座屈強度及び靱性を高く維持できる。つまり、建物が鉛直軸方向の縮みを起こしても鉛直軸力を負担せず、制震間柱の力学性状に悪影響を及ぼさないので、地震又は風等に対して安定した履歴性状を示す。

請求項２に記載した発明の制震間柱は、上下に水平に配置したベースプレートの間に４本の支柱を平面的に見て四角形の四隅位置に配置して形成した４つの面内に波形鋼板がその波形の筋を水平方向に向けた配置で組み入れて所謂立体角柱の構成としたので、梁又はスラブが延在する水平方向のみならず、梁又はスラブに直交する水平方向にも安定した履歴性状を示して制震効果を発揮する。

波形鋼板２をその波形の筋を水平方向に向けた配置とし、この波形鋼板２の鉛直方向の端縁部に沿ってフランジ鋼板３、３を接合し、上下の水平端縁部に沿ってベースプレート４、４を水平に接合し、このフランジ鋼板３、３とベースプレート４、４との交点を一体的に接合した構成とし、上下のベースプレート４、４は、建物の上下の梁又はスラブ５と接合し設置して実施する。

図１Ａ〜Ｃは、請求項１の発明に係る制震間柱の実施例を示す。
この制震間柱１は、波形鋼板２がその波形の筋を水平方向に向けた配置とされ、この波形鋼板２の鉛直方向の端縁部に沿ってフランジ鋼板３、３が接合され、上下の水平な端縁部に沿ってベースプレート４、４が水平に接合され、前記フランジ鋼板３、３とベースプレート４、４は各々の交点を一体的に接合された構成である。

上記の波形鋼板２は、建物の制震設計の必要に応じて、降伏強度が異なる低降伏点鋼、普通鋼又は高張力鋼のいずれかで製作されている。場合によっては、例えば全体を普通鋼で形成された波形鋼板２の一部を低降伏点鋼板と置換して、建物の設計に応じた制震機能を発揮できるように、鋼板の一部を異種の鋼材と組み合わせて実施することもできる。
また、波形鋼板２は、折り板になっているので、その剪断耐力及び剛性は、鋼材の材質固有の強度のほか、板厚の大きさ（通例９ｍｍ〜２２ｍｍ程度）、波形ピッチ（通例５００ｍｍ〜７００ｍｍ程度）及び波高の大きさ（通例８０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度）、波形鋼板２の重ね合わせ枚数などの設計如何により、かなり自由に制御可能である（請求項３記載の発明）。

上記波形鋼板２とフランジ鋼板３及びベースプレート４とは、溶接、ボルト接合或いは嵌め込み接合等によって一体的に接合されている。

図２は、上記構成の制震間柱１を建物の柱６と梁５（又はスラブ）が形成する架構の面内に組み入れて、上下のベースプレート４を梁５と水平力を伝達可能に接合した実施例を示している。上下のベースプレート４、４と梁５の接合方法としては、具体的な図示は省略したが、例えば梁５にアンカーボルト又はスタッド材等の剪断伝達手段を設けて水平力伝達可能に接合する方法が好適に実施される。
なお、前記制震間柱１は、図３に例示したように、上下のベースプレート４、４を垂れ壁９及び腰壁１０に接合した構成で実施してもよい。

上記構成の制震間柱１は、地震又は風等の水平力が作用した場合、波形鋼板２が面内曲げ及び剪断力に対しては強く抵抗し塑性変形する形状なので、水平方向の層間変位エネルギーを効率的に吸収することができる。鉛直軸力及び波形面内の曲げに対してはアコーディオンの如く自由に伸び縮みして抵抗しない。つまり、波形鋼板２の剪断座屈強度及び靱性が高く維持することができ、軸方向の縮みを起こしても鉛直軸力を負担せず、制震間柱の力学性状に悪影響を受けないので、安定した履歴性状を示すことができる。

なお、上記フランジ鋼板３とベースプレート４との接合箇所には局部応力が集中するので、図１Ａに例示したように、波形鋼板２の四隅位置に、応力集中を回避する切り欠き７…を設けた構成で実施するのが良い。斯くすると、応力集中を緩和することができ、フランジ鋼板３及びベースプレート４の損傷を軽減できる（請求項４記載の発明）。

図４は、請求項２に係る制震間柱１の実施例を示す。
上下に水平に配置されたベースプレート４、４の間に、４本の支柱８…が平面的に見て四角形の四隅位置に配置され一体的に接合され、ベースプレート４、４と支柱８…とで形成された４つの面内に波形鋼板２…がその波形の筋を水平方向に向けた配置で組み入れられ、波形鋼板２…がベースプレート４、４及び支柱８…と水平力の伝達が可能に接合され、このベースプレート４が建物の上下の梁５（又はスラブ）に接合されている。
波形鋼板２、フランジ鋼板３及びベースプレート４との接合方法、ベースプレート４と梁５との接合方法、波形鋼板２の四隅位置に、応力集中を回避する切り欠き７…を設けること等々は、上述した実施例１と全く同様な条件で実施される。

上述した構成の制震間柱１は、支柱８…と波形鋼板２…とで立体角柱を形成しており、その波形鋼板２の波形の筋が、梁５（又はスラブ）が延在する水平方向だけでなく、梁５（又はスラブ）に直交する水平方向にも向いた所謂二次元に構成されている。したがって、地震又は風等の水平力が梁５に直交する水平方向に作用した場合であっても、上述した波形鋼板２の特性を活かし、安定した履歴性状を示して制震効果を発揮できる。

Ａは請求項１に係る制震間柱の実施例を示した立面図、ＢはＡの横断面図、ＣはＡの縦断面図である。 制震間柱を架構面内に設置した実施形態を概略的に示した立面図である。 制震間柱を架構面内に設置した異なる実施形態を概略的に示した立面図である。 請求項２に係る制震間柱の実施例を示した横断面図である。 波形鋼板の剪断変形の状態を模式的に示した斜視図である。 Ａは波形鋼板の軸圧縮の状態を示した説明図、Ｂは波形鋼板の曲げの状態を示した説明図である。 Ａ〜Ｄは波形鋼板の異なる断面形状を示した説明図である。

符号の説明

１ 制震間柱
２ 波形鋼板
３ フランジ鋼板
４ ベースプレート
５ 梁又はスラブ
６ 柱
７ 切り欠き部
８ 支柱

Claims (4)

1. 波形鋼板がその波形の筋を水平方向に向けた配置とされ、前記波形鋼板の鉛直方向の端縁部に沿ってフランジ鋼板が接合され、上下の水平端縁部に沿ってベースプレートが水平に接合され、前記フランジ鋼板とベースプレートは交点を一体的に接合されて成り、上下のベースプレートを建物の上下の梁又はスラブと接合して設置される構成であることを特徴とする、制震間柱。
2. 上下に水平に配置されたベースプレートの間に、４本の支柱が平面的に見て四角形の四隅位置に配置され前記ベースプレートと一体的に接合されており、
   前記ベースプレートと支柱とが形成する４つの面内に波形鋼板がその波形の筋を水平方向に向けた配置で組み入れられ、前記波形鋼板と前記ベースプレート及び支柱とが水平力の伝達が可能に接合されて成り、上下のベースプレートを建物の上下の梁又はスラブと接合して設置される構成であることを特徴とする、制震間柱。
3. 波形鋼板は、低降伏点鋼、普通鋼、又は高張力鋼のいずれか一の鋼材で、又は鋼板の一部を異種の鋼材と組み合わせて製作されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した制震間柱。
4. 波形鋼板の四隅位置には、応力集中を回避する切り欠きが設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した制震間柱。

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