JP2014020091A - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】剛性を高めることができ、かつ軽量化も可能な座屈拘束ブレースを提供する。
【解決手段】芯材２と、この芯材２の両面に沿って配置した拘束材３とを有する座屈拘束ブレース１である。芯材２は帯状の平板鋼板からなる。各拘束材３は、それぞれ芯材２の両面において芯材２の長手方向に延び幅方向に並べられて互いに接合される複数の鋼材４Ａ，４Ｂの組み合わせ体からなる。これら各鋼材４Ａ，４Ｂは互いの接合部がリブ４ａとなる。前記鋼材４Ａ，４Ｂには、例えば角形鋼管が用いられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、構造物の骨組みに組み込まれ、地震等の際に振動エネルギーを吸収して振動を減衰させる座屈拘束ブレースに関する。

座屈拘束ブレースとしては、従来より、芯材の周囲を鋼板のみで補剛したもの、ＲＣで補剛したもの、鋼材とモルタルやコンクリートで被覆したもの等、様々な補剛形式が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１に記載のものは、溝形鋼材内にコンクリートを充填してなる一対の拘束材で芯材を両側から挟み付けて、芯材を補剛している。

特許第３６６３４９１号公報 特許第２９９６２９８号公報 特許第４９１７１７７号公報

座屈拘束ブレースの剛性を高めるためには、拘束材の補剛力を大きくする必要がある。しかし、例えば、特許文献１に記載のように、溝形鋼材内にコンクリートを充填して拘束材を構成した場合、拘束材の補剛力を大きくすることはできるが、座屈拘束ブレースが重くなるため、施工性が悪くコスト増にもなるという問題がある。

この発明の目的は、剛性を高めることができて、かつ軽量化も可能な座屈拘束ブレースを提供することである。

この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って配置された拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、それぞれ前記芯材の両面において芯材の長手方向に延び幅方向に並べられて互いに接合される複数の鋼材の組み合わせ体からなり、これら各鋼材は互いの接合部が、芯材表面に対して垂直な方向に幅広となる断面形状のリブであることを特徴とする。

この構成によると、拘束材が、芯材の幅方向に並べて互いに接合される複数の鋼材の組み合わせ体によって構成され、その各鋼材同士の接合部が、芯材表面に対して垂直な方向に幅広となる断面形状のリブとされているため、座屈拘束のために必要な拘束材表面に垂直な方向の拘束材の剛性が前記リブによって高められる。そのため、拘束材を厚肉としたり、コンクリートやモルタル等を併用することなく、必要な座屈拘束性が確保される。したがって、座屈拘束性を確保しながら、拘束材の軽量化ひいては座屈拘束ブレースの軽量化が可能となる。これにより、構造物の骨組みへ座屈拘束ブレースを組み込む際の施工性が向上すると共に、座屈拘束ブレースの低コスト化も可能となる。特に、前記拘束材を構成する各鋼材は、相互の接合部をリブとしているため、鋼材相互の間の接合面積が充分に確保できて、堅固な接合が行えるうえ、そのリブを、拘束材の剛性増大に利用できる。このため、前記鋼材を、効率的に利用できる断面形状とできて、材料の無駄なく効果的に座屈拘束に利用でき、前記座屈拘束ブレースの低コスト化が図り易い。

この発明において、前記芯材の長手方向の一部分における幅方向の中央位置に長手方向に沿うスリットを１つ設けても良い。
この構成の場合、芯材のスリットが形成されている長さ範囲の部分が、他の部分よりも断面二次モーメントの小さいエネルギー吸収部となり、座屈拘束ブレースに制振部材として必要なエネルギー吸収性能を持たせることができる。

この場合に、前記芯材の幅方向における前記スリットが設けられていない部分の幅方向中央位置に、すなわちスリットと芯材の縁部との間の中央位置に、前記鋼材の組み合わせ体の前記接合部を位置させるのが望ましい。
このように構成した場合、拘束材の隣り合う鋼材同士の接合部、つまり拘束材のリブが、芯材の幅方向におけるスリットが設けられていない部分の幅方向中央位置に位置することになるので、芯材の全体座屈と芯材の補剛力に対する剛性を効率良く確保することができる。

前記芯材は長手方向に沿うスリットを有さず、この芯材の幅方向中央位置に、前記鋼材の組み合わせ体の前記接合部を位置させても良い。

この発明において、前記鋼材の組み合わせ体を構成する複数の鋼材を溶接により接合しても良い。この構成の場合、鋼材の溶接による接合部がリブとなる。

この発明において、前記鋼材の組み合わせ体を構成する隣り合う鋼材の間にプレートを介在させても良い。特に、前記複数の鋼材を互いに溶接により接合する場合に、前記プレートを介在させることが良い。
鋼材の組み合わせ体を構成する複数の鋼材を溶接で直接に接合する場合、拘束材の芯材に対向する側では接触面の平坦性を確保するために溶接を避けることが考えられる。しかし、それでは、芯材に対向する側で溶接歪みにより隣り合う鋼材間に開きが生じてしまう恐れがある。これに対し、隣り合う鋼材の間にプレートを介在させた場合、プレートの介在で生じた隙間を溶接で埋めることができるので、拘束材の芯材に背を向く側だけでなく対向する側でも隣り合う鋼材同士を溶接により接合でき、前記溶接歪みによる開きを緩和することができる。また、隣り合う鋼材間にプレートを介在させるので、拘束材のリブとなる鋼材同士の接合部の強度が向上し、局部変形に対してより強い拘束材とすることができる。

前記鋼材の組み合わせ体を構成する複数の鋼材は、前記のように溶接で接合する他に、これら複数の鋼材を貫通するボルトで締め付けて接合しても良い。
前記鋼材の組み合わせ体を構成する複数の鋼材を溶接で接合した場合、溶接歪みにより、拘束材の芯材との接触面の平坦性が損なわれる恐れがあるが、鋼材の組み合わせ体を構成する複数の鋼材を、これらを貫通するボルトで締め付けて接合した場合、芯材との接触面の平坦性を確保することができる。

この発明において、前記鋼材の組み合わせ体を構成する複数の鋼材が形鋼であっても良い。この形鋼として角形鋼管を用いても良い。前記各鋼材は、芯材に沿う部分と前記リブとなる部分とを有する断面形状であるが、形鋼を用いると、鋼材メーカーの規格品を必要長さに切断するだけで用いることができ、生産性に優れると共に、低コスト化が図れる。角形鋼管とした場合は、優れた剛性が得られるうえ、鋼材相互の接合も行い易い。

この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って配置された拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、それぞれ前記芯材の両面において芯材の長手方向に延び幅方向に並べられて互いに接合される複数の鋼材の組み合わせ体からなり、これら各鋼材は互いの接合部が、芯材表面に対して垂直な方向に幅広となる断面形状のリブであるため、剛性を高めることができて、かつ軽量化も可能となる。

この発明の一実施形態にかかる座屈拘束ブレースの分解斜視図である。 （Ａ）は同座屈拘束ブレースの平面図、（Ｂ）は同側面図である。 （Ａ）は図２（Ａ）におけるIIIa− IIIa 矢視断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるIIIb− IIIb 矢視断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１はこの座屈拘束ブレースの分解斜視図、図２（Ａ），（Ｂ）はその平面図および側面図である。この座屈拘束ブレース１は、芯材２と、この芯材２の両面に沿って配置した一対の拘束材３とを有する。

芯材２は、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）やＬＹ材（低降伏点鋼材）等の降伏点の低い鉄鋼材料の平板鋼板からなり、拘束材３との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い細長い帯板状とされる。芯材２の両端部２ａは、柱や梁等の鉄骨材との継手となる部分であり、その両面の幅方向中央位置からそれぞれ垂直に突出するリブ５を有する断面十字状とされている。芯材２の両端部２ａには、複数のボルト孔６が穿孔されている。

図１に示すように、芯材２は、その長手方向の一部分における幅方向の中央位置に、長手方向に沿う一本のスリット８が設けられている。前記スリット８は、いわば、構造スリである。スリット８により隔てられた２つの芯材分割部分９，１０の幅寸法は互いに同一とされている。図例のスリット８は、一定の隙間幅の溝状で、両端は円弧状に形成されている。スリット８内にはスペーサ１１が配置される。

図２（Ａ）のIIIa−IIIa矢視断面図（芯材２のスリット８を横切る部分の断面図）を図３（Ａ）に示す。同図のように、前記各拘束材３は、それぞれ芯材２の両面において芯材２の長手方向に延び幅方向に並べられて互いに接合される複数の鋼材の組み合わせ体からなる。その組み合わせ体を構成する鋼材として、ここでは３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａが用いられ、これらの角形鋼管４Ａ，４Ｂは互いに溶接により接合される。この溶接は、例えば、互いの接触面の両縁部に沿って溶ビードを形成する溶接であっても、また接触面における抵抗溶接等であっても良い。これら角形鋼管４Ａ，４Ｂの芯材２からの高さ寸法は互いに同一とされる。そのうち、左右の角形鋼管４Ａは互いに幅寸法が同一とされ、かつ中央の角形鋼管４Ｂの幅寸法よりも狭くされている。これにより、芯材２の幅方向におけるスリット８が設けられていない各芯材分割部分９，１０における幅方向の中央位置に、すなわちスリット８と芯材２の側縁との間の中央位置に、隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂの接合部が位置している。拘束材３を構成する鋼材が同図の例のように角形鋼管４Ａ，４Ｂである場合、各角形鋼管４Ａ，４Ｂの四周の側板部分のうち、角形鋼管４Ａ，４Ｂ同士が互いに隣り合う側板部分が、芯材２の表面に対して垂直方向に幅広となるリブ４ａとなり、このリブ４ａが前記接合部となる。前記両拘束材３の両側部には、鋼材からなるプレート１２が跨がって配置されて溶接されており、これにより両拘束材３が一体に連結されている。これら両プレート１２と芯材２の両側端との間には、芯材２の長手方向に延びるスペーサ１３が配置される。なお、図３（Ｂ）は、図２（Ａ）のIIIb−IIIb矢視断面図、すなわち芯材２のスリット８を横切らない部分の断面図を示す。

この構成の座屈拘束ブレース１によると、芯材２を帯状の平板鋼板で構成すると共に、その両面に配置される一対の拘束材３を、芯材２の長手方向に延び幅方向に並べられて互いに接合される複数の鋼材である角形鋼管４Ａ，４Ｂの組み合わせ体によって構成しているので、拘束材３の軽量化ひいては座屈拘束ブレース１の軽量化が可能となる。また、拘束材３における各角形鋼管４Ａ，４Ｂは溶接により接合され、それらの接合部が拘束材３のリブとされるので、拘束材３の剛性を十分に高めることができる。すなわち、剛性を高めることができて、かつ軽量化も可能な座屈拘束ブレース１とすることができる。これにより、構造物の骨組みへ座屈拘束ブレース１を組み込む際の施工性が向上すると共に、座屈拘束ブレース１の低コスト化も可能となる。特に、拘束材３を構成する各鋼材は、角形鋼管４Ａ，４Ｂを用いていて、相互の接合部がリブ４ａとして機能するため、鋼材相互の間の接合面積が充分に確保できて、堅固な接合が行えるうえ、そのリブ４ａを、拘束材の剛性増大に利用できる。

また、この実施形態では、芯材２の長手方向の一部分における幅方向の中央位置に、長手方向に沿うスリット８を設けているので、芯材２のスリット８が形成されている長さ範囲の部分が、他よりも断面二次モーメントの小さいエネルギー吸収部となり、座屈拘束ブレース１に制振部材として必要なエネルギー吸収性能を持たせることができる。また、芯材２の幅方向におけるスリット８が設けられていない各芯材分割部分９，１０における幅方向の中央位置に、隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂの接合部、つまり拘束材３のリブが位置しているので、芯材２の全体座屈と芯材２の補剛力に対する剛性を効率良く確保することができる。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース１では、図１〜図３に示した実施形態において、拘束材３を構成する３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａとして、芯材２からの高さ寸法が異なるものを用いている。すなわち、左右の角形鋼管４Ａに対して中央の角形鋼管４Ｂの高さ寸法が高くなっている。この構成の場合、幅方向の両端の角形鋼管４Ａ，４Ａに断面形状が正方形のものを用いることができ、正方形の角形鋼管であれば、特注形状ではなく規格品の角形鋼管を用いることができて、より一層低コストで座屈拘束ブレース１を製造することができる。その他の構成および作用効果は、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース１では、図１〜図３に示した実施形態において、拘束材３を構成する複数の鋼材である３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを溶接で接合するのに代えて、これら角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを貫通するボルト１４で締め付けて互いに接合している。具体的には、ボルト１４に両端に雄ねじ部を有するものを用い、各雄ねじ部に螺合させたナット１４ａ，１４ａ間で角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを締め付けている。その他の構成は、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを溶接で接合した図１〜図３の実施形態の場合、溶接歪みにより、拘束材３の芯材２との接触面の平坦性が損なわれる恐れがあるが、ボルト１４で角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを締め付けて互いに接合するこの実施形態の場合、芯材２との接触面の平坦性を確保することができる。その他の作用効果は、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース１では、図１〜図３に示した実施形態において、拘束材３を構成する複数の鋼材である３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを直接溶接で接合するのに代えて、隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａの間に鋼材からなるプレート１５を介在させ、プレート１５の介在で生じた隙間を溶接で埋めることで３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを接合している。その他の構成は、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

３つの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａを溶接で直接に接合した図１〜図３の実施形態の場合、拘束材３の芯材２に対向する側では接触面の平坦性を確保するために溶接を避けることが考えられる。しかし、それでは、芯材２に対向する側で溶接歪みにより隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａの間に開きが生じてしまう恐れがある。図６の実施形態の場合は、プレート１５の介在で生じた隙間を溶接で埋めるので、拘束材２の芯材２に背を向く側だけでなく対向する側でも隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａ同士を溶接により接合でき、前記溶接歪みによる開きを緩和することができる。また、隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａの間にプレート１５を介在させるので、拘束材３のリブとなる角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ａ同士の接合部の強度が向上し、局部変形に対してより強い拘束材３とすることができる。

図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース１では、図１〜図３に示した実施形態において、芯材２に設けたスリット８を省略すると共に、各拘束材３を、芯材２の幅方向に並ぶ互いに同サイズの２つの角形鋼管４Ｄ，４Ｄを溶接により接合して構成している。２つの角形鋼管４Ｄ，４Ｄは幅寸法が同じため、それらの接合部つまり拘束材３のリブは、芯材２の幅方向の中央に位置させたことになる。これにより、拘束材３を同一規格の角形鋼管を用いて構成でき、所要材料の種類を少なくすることができる。その他の構成および作用効果は、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース１では、図１〜図３に示した実施形態において、各拘束材３を構成する鋼材として、幅寸法が異なる３つの溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ａを用い、これらを互いに溶接で接合している。各拘束材３を構成する鋼材が溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ａである場合、これら溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ａの隣合うフランジ部がリブ７ａとなり、拘束材３の隣り合う溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ａを接合する接合部を構成する。この実施形態において、芯材２の幅方向におけるスリット８が設けられていない各芯材分割部分９，１０における幅方向の中央位置に位置していることや、その他の構成、および作用効果は、図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

なお、前記各実施形態では、拘束材３を構成する鋼材が角形鋼管であるかまたは溝形鋼である場合につき説明したが、前記鋼材は、相互の接合部がリブとなるものであれば、他の断面形状の形鋼やさらに他の鋼材を用いても良い。例えば、Ｌ形鋼を用いても良い。

１…座屈拘束ブレース
２…芯材
３…拘束材
４Ａ，４Ｂ，４Ｄ…角形鋼管
４ａ…リブ
７Ａ，７Ｂ…溝形鋼材
７ａ…リブ
８…スリット
９，１０…芯材分割部分
１４…ボルト
１５…プレート

Claims (7)

1. 芯材と、この芯材の両面に沿って配置された拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、それぞれ前記芯材の両面において芯材の長手方向に延び幅方向に並べられて互いに接合される複数の鋼材の組み合わせ体からなり、これら各鋼材は互いの接合部が、芯材表面に対して垂直な方向に幅広となる断面形状のリブであることを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 請求項１において、前記芯材の長手方向の一部分における幅方向の中央位置に長手方向に沿うスリットを１つ設けた座屈拘束ブレース。
3. 請求項２において、前記芯材の幅方向における前記スリットが設けられていない部分の幅方向中央位置に、前記鋼材の組み合わせ体の前記接合部を位置させた座屈拘束ブレース。
4. 請求項１において、前記芯材がスリットを有せず、この芯材の幅方向中央位置に、前記鋼材の組み合わせ体の前記接合部を位置させた座屈拘束ブレース。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記鋼材の組み合わせ体を構成する隣り合う鋼材の間にプレートを介在させた座屈拘束ブレース。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記鋼材の組み合わせ体を構成する複数の前記鋼材が形鋼である座屈拘束ブレース。
7. 請求項６において、前記形鋼が角形鋼管である座屈拘束ブレース。

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