JP2007191946A - 鉄骨造フレームにおけるブレースの座屈防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】弱軸方向がフレームの面外方向を向いてブレースが架設される場合において、その弱軸方向の座屈を防止する。
【解決手段】柱鉄骨１と梁鉄骨２からなる鉄骨造のフレーム３において、フレーム３内に架設されるブレース４を、その弱軸方向をフレーム３の面外方向に向けて架設し、そのブレース４の中間部に、フレーム３の面内方向に平行に配置した座屈拘束材５を接合する。
フレーム３間、もしくはフレーム３と座屈拘束材５間、または隣接する座屈拘束材５、５間につなぎ材８を架設し、このつなぎ材８をブレース４に接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は柱鉄骨と梁鉄骨からなる鉄骨造フレームにおいて、ブレースの弱軸方向の変形を拘束し、座屈を防止する鉄骨造フレームにおけるブレースの座屈防止構造に関するものである。

鉄骨造フレーム内に例えばＨ形鋼のブレースを架設する場合、ブレースはフレームの面内方向の水平力に対する耐震要素であることと、柱・梁の接合部との取り合いの関係から、強軸方向が面内方向を向いて架設されることが多い。この結果、ブレースの弱軸方向がフレームの面外方向を向くため、ブレースが圧縮力を負担したときの弱軸方向の座屈が問題になる。

ブレースの座屈耐力は弱軸方向の細長比（断面２次モーメント）で決まることから、ブレースの座屈耐力を強軸方向と同程度にまで増大させるには、ブレース材としてＨ形鋼ではなく、角形鋼管を用いるか、Ｈ形鋼の弱軸方向に当て板をして日の字形断面にし、弱軸方向の断面性能を上げることが必要になる。

しかしながら、角形鋼管を使用した場合には柱鉄骨及び梁鉄骨への納まりが複雑化し、柱鉄骨及び梁鉄骨に対する加工が不可欠になるため、加工費と、加工に伴う鋼材費が上昇する。当て板を用いて日の字形にする場合にも弱軸方向両側に板を溶接しなければならないため、加工が複雑化し、そのためのコストが上昇する。

ブレース材に形鋼を使用することによる加工や溶接の手間を解消する方法としてブレース材に引張材を使用する方法があるが（特許文献１参照）、外壁に加わる面外力（風圧力）を間柱のみでなく、架構全体に負担させることを内容とするに留まるため、ブレース材にＨ形鋼を使用した場合の座屈の問題を解消することには至らない。

これに対し、ブレースを耐力壁パネル内に組み込み、同じ耐力壁パネルを構成する縦枠材をブレースに接合することによりブレースの座屈長さを短くし、併せてパネルが受ける外力を縦枠材に分担させる方法がある（特許文献２参照）。

特開平７−３３１７６８号公報（請求項１、段落００３１〜００３５、第１図、第３図） 特開２００４−１１６０３６号公報（請求項１、段落００１８〜００１９、図１）

特許文献２の方法ではブレースの中間部に、間柱に相当する中間縦枠材が接合されることで、ブレースの座屈長さを短くすることができ、ブレースの弱軸方向が面外方向を向くときに弱軸方向の座屈を防止することができると考えられる。

しかしながら、特許文献２ではブレースと両側縦枠材及び中間縦枠材が耐力壁パネルの一部となり、両側縦枠材が柱鉄骨に、上下の枠材が梁鉄骨に相当している。また耐力壁パネルは一定寸法を持った形で製品化されていることから、パネルをそのまま鉄骨造フレームに組み込むことはできないため、一般の鉄骨造フレームに拡張して適用することができない。

また前記のようにフレーム内に架設されるブレースはフレームの面内に作用する水平力に対する抵抗要素であることから、強軸方向がフレームの面内方向を向いた状態で架設されることに起因してブレースの弱軸方向の座屈が問題になる。これに対し、特許文献２ではブレースを幅方向両側から中間縦枠材が挟んでいることから、ブレースの座屈が問題になる余地がないため、特許文献２にはブレースの弱軸方向の座屈を拘束しなければならない動機付けとなる課題が存在していない。

本発明は上記背景より、弱軸方向がフレームの面外方向を向いてブレースが架設される場合において、その弱軸方向の座屈を防止するブレースの座屈防止構造を提案するものである。

請求項１に記載の発明のブレースの座屈防止構造は、柱鉄骨と梁鉄骨からなる鉄骨造のフレームにおいて、前記フレーム内に架設されるブレースが、その弱軸方向がフレームの面外方向を向いて架設され、そのブレースの中間部に、前記フレームの面内方向に平行に配置される座屈拘束材が接合されていることを構成要件とする。鉄骨造のフレームは鉄骨鉄筋コンクリート造のフレームを含み、座屈拘束材は上下の梁鉄骨間に架設される場合と、フレームを構成する隣接する柱鉄骨間に架設される場合がある。

弱軸方向がフレームの面外方向を向いた状態で、フレーム内に架設されたブレースの中間部に座屈拘束材が接合されることで、ブレースの座屈長さが短くなり、細長比が小さくなるため、弱軸方向の座屈に対する安定性が得られる。

ブレースの座屈安定性は座屈拘束材の間隔を調整することにより任意に設定されるが、座屈拘束材の間隔を自由に設定できない場合には、請求項２に記載のようにフレーム間、もしくはフレームと座屈拘束材間、または隣接する座屈拘束材間につなぎ材が架設され、このつなぎ材がブレースに接合される。この場合、更にブレースの座屈長さを短くすることができるため、座屈安定性が向上する。フレーム間とは、ブレースが架設されたフレームを構成する柱鉄骨間、もしくは梁鉄骨間、あるいは柱鉄骨と梁鉄骨間を言う。

座屈拘束材はブレースの幅方向片側、もしくは両側に、フレームの面内に平行に配置され、フレームに接合される。座屈拘束材はフレームに接合されることで、構造物の外周壁部分においてはＡＬＣ版等の外壁材を支持しながら、外壁材が受ける風圧力をフレームに流す役目を持つ。ここで、座屈拘束材がフレームの構面外に配置されることになるときに、座屈拘束材の表面と柱鉄骨の表面が同一面にない場合には、外壁材の表面を面一にしながら、外壁材を座屈拘束材と柱鉄骨に支持させることができなくなる。

このような場合には請求項３に記載のようにフレームを構成する柱鉄骨の構面外に、外壁材を受ける受け材が突設されることにより、座屈拘束材の表面と柱鉄骨の表面が同一面に揃えられる。特許文献２では耐力壁パネルの厚さ方向両側に壁版が接合されているため、耐力壁パネルが一般の鉄骨造フレームに適用されたときに、耐力壁パネルの両側に外壁材を配置しようがないため、縦枠材に外壁材を支持させる必要は生じない。

弱軸方向がフレームの面外方向を向いた状態で、フレーム内に架設されたブレースの中間部に、フレームの面内方向に平行に配置される座屈拘束材を接合することで、ブレースの座屈長さを短くし、細長比を小さくすることができるため、ブレースの弱軸方向の座屈に対する安定性を得ることができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は柱鉄骨１と梁鉄骨２からなる鉄骨造のフレーム３において、フレーム３内に架設されるブレース４が、その弱軸方向がフレーム３の面外方向を向いて架設され、そのブレース４の中間部に、フレーム３の面内方向に平行に配置される座屈拘束材５が接合されている座屈防止構造の具体例を示す。前記の通り、フレーム３は鉄骨造の場合と鉄骨鉄筋コンクリート造の場合がある。図２は図１のＡ−Ａ線の断面を示す。

図面では柱鉄骨１と梁鉄骨２、及びブレース４にＨ形鋼を使用しているが、必ずしもその必要はなく、弱軸方向と強軸方向の違いがある、すなわち弱軸回りと強軸回りの断面２次モーメントに差のある鋼材であればブレース４として使用される鋼材の種類は問われない。

ブレース４は柱鉄骨１と梁鉄骨２からなるフレーム３の面内方向に強軸方向が一致するように架設される。図面ではフレーム３内にＫ字形となるようにブレース４を下階の柱・梁接合部と上階の梁鉄骨２の中間部との間に架設しているが、上階の柱・梁接合部と下階の梁鉄骨２との間の他、上階の柱・梁接合部と下階の柱・梁接合部との間に架設することもある。また柱鉄骨１はその強軸方向が面内方向を向いているが、必ずしもその必要はない。

座屈拘束材５はフレーム３を構成する隣接する柱鉄骨１、１間、または図示するように上下の梁鉄骨２、２間に架設され、それぞれ柱鉄骨１、または梁鉄骨２に接合される。座屈拘束材５は柱鉄骨１や梁鉄骨２に対しては溶接により、または柱鉄骨１や梁鉄骨２と座屈拘束材５の少なくともいずれか一方に突設されるブラケット等を介してボルトにより接合される。

図面では座屈拘束材５がブレース４の弱軸方向の変形を拘束するときに、座屈拘束材５自身が変形しないよう、座屈拘束材５の強軸方向をフレーム３の面外方向に向けた状態で座屈拘束材５をブレース４と梁鉄骨２に接合しているが、座屈拘束材５が変形する可能性がなければ、座屈拘束材５の向きは特に限定されない。図面ではまた、上下の梁鉄骨２、２間に２本の座屈拘束材５を架設しているが、フレーム３への座屈拘束材５の架設本数は問われない。

座屈拘束材５は構造物の外周壁部分においてはＡＬＣ版やプレキャストコンクリート版等の外壁材６を支持しながら、外壁材６が受ける風圧力をフレーム３に流す役目を持つ。座屈拘束材５は外壁材６との関係で、柱鉄骨１、１間に架設される場合には胴縁となり、上下の梁鉄骨２、２間に架設される場合には間柱となる。高さ寸法と幅寸法の相違する外壁材６は前者の場合に縦張りされ、後者の場合に横張りされる。

座屈拘束材５が上階の梁鉄骨２と下階の梁鉄骨２間に架設され、両梁鉄骨２、２に直接接合されたときに、ブレース４にも直接接合されるようにする上では、ブレース４の幅寸法が梁鉄骨２の幅寸法に揃えられるが、ブレース４や梁鉄骨２にブラケット等を突設することができれば、必ずしもその必要はない。座屈拘束材５が柱鉄骨１、１間に架設される場合において、柱鉄骨１の幅寸法が梁鉄骨２の幅寸法より大きい場合には、ブラケット等を突設することなく、座屈拘束材５がブレース４に接するように座屈拘束材５を柱鉄骨１、１間に架設することができる。

図１は座屈拘束材５を、横張りされる外壁材６を受けるための間柱として上下の梁鉄骨２、２間に架設した様子を、図２は座屈拘束材５の屋外側に外壁材６を配置したときの図１のＡ−Ａ線の断面を示している。

図２に示すように梁鉄骨２の幅寸法がブレース４の幅寸法に等しい場合には、座屈拘束材５を梁鉄骨２に直接接合しながら、ブレース４にも直接接合することができる。このブレース４と座屈拘束材５の接合部分では図３に示すようにブレース４のフランジの側面に座屈拘束材５のフランジの背面が接触、または接近する形になる。

このことから、座屈拘束材５はブレース４には例えば部分的に溶接することにより簡単に接合されるが、図３−（ａ）、（ｂ）に示すようにブレース４と座屈拘束材５の双方にそれぞれ接合金物４１、５１を溶接しておき、ボルト９を用いて両接合金物４１、５１を接合することもできる。座屈拘束材５と梁鉄骨２との接合も前記のように溶接やボルト接合により行われる。

図３−（ａ）はブレース４の、座屈拘束材５寄りのフランジ間に接合金物４１を溶接し、それに対応する位置の座屈拘束材５のフランジに接合金物５１を溶接しておき、双方を重ねてボルト接合した場合、（ｂ）はブレース４の一方のフランジに、その全幅に亘る長さの接合金物４１を溶接した場合である。（ｂ）の場合にはフランジ間にその変形を拘束するためのスチフナ４２が配置される。

座屈拘束材５に外壁材６を支持させる場合に、座屈拘束材５の表面と柱鉄骨１の表面が同一線上に位置しない場合には図２に示すように外壁材６の背面の位置を揃えるために、柱鉄骨１の表面側に外壁材６を支持する受け材７が突設される。図２では座屈拘束材５にＨ形鋼を使用していることに対応し、Ｔ形鋼を柱鉄骨１のウェブに溶接している。

図４はフレーム３を構成する柱鉄骨１と座屈拘束材５との間、または柱鉄骨１と梁鉄骨２との間につなぎ材８を架設し、このつなぎ材８をブレース４に接合し、ブレース４の座屈長さを更に短くした場合の様子を示す。柱鉄骨１や梁鉄骨２の、つなぎ材８の両端位置にはつなぎ材８を接合すためのブラケット等が突設される。つなぎ材８は座屈拘束材５に接合されたブレース４の座屈長さを短くするようにブレース４に接合されればよいため、フレーム３と座屈拘束材５とで区画された任意の領域に配置される。

フレーム内に架設されたブレースに対する座屈拘束材の配置例を示した立面図である。 外壁材を配置した場合の図１のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）、（ｂ）は図１における破線部分の詳細を示したＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す座屈拘束材に対し、更につなぎ材を付加した様子を示した立面図である。

符号の説明

１………柱鉄骨
２………梁鉄骨
３………フレーム
４………ブレース
４１……接合金物
４２……スチフナ
５………座屈拘束材
５１……接合金物
６………外壁材
７………受け材
８………つなぎ材
９………ボルト

Claims (3)

1. 柱鉄骨と梁鉄骨からなる鉄骨造のフレームにおいて、前記フレーム内に架設されるブレースが、その弱軸方向がフレームの面外方向を向いて架設され、そのブレースの中間部に、前記フレームの面内方向に平行に配置される座屈拘束材が接合されていることを特徴とする鉄骨造フレームにおけるブレースの座屈防止構造。
2. フレーム間、もしくはフレームと座屈拘束材間、または隣接する座屈拘束材間につなぎ材が架設され、このつなぎ材がブレースに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨造フレームにおけるブレースの座屈防止構造。
3. フレームを構成する柱鉄骨の構面外に、外壁材を受ける受け材が突設されていることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の鉄骨造フレームにおけるブレースの座屈防止構造。
   
   

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