JP2014020092A - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】 必要なエネルギー吸収性を与えつつ、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，４Ｃの組み合わせ体からなる。芯材２の長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置には、長手方向に沿うスリット８を１つ以上設ける。前記各鋼材４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、例えば角形鋼管からなる。
【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。

また、エネルギー吸収性能および剛性を高めた座屈拘束ブレースとして、芯材の長手方向の一部分にその長手方向に沿うスリットを設けることで、その部分を他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部としたものが提案されている（例えば特許文献３）。この提案例では、前記スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせることで各芯材分割部分の座屈モードを異ならせ、これにより拘束材に発生する力を分散させるようにしている。その結果、拘束材の補剛力を低減することができる。

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

前記特許文献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、その補剛力を低減するためにコンクリート量を少なくしても、座屈拘束ブレースの軽量化には十分な効果が得られない。座屈拘束ブレースが重いと、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、必要なエネルギー吸収性を与えつつ、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し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た複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置に、長手方向に沿うスリットを１つ以上設けたことを特徴とする。

この構成の座屈拘束ブレースでは、芯材の両面に配置される一対の拘束材を、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によって構成したので、補剛性をある程度確保しながら、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。
また、芯材の長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置に、長手方向に沿うスリットを設けているので、このスリットの設けら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。特に、芯材の幅方向におけるスリットが設けられていない各芯材分割部分における幅方向寸法が互いに異なるので、エネルギー吸収部のうちでも各芯材分割部分によって座屈モードが異なり、拘束材に発生する力が分散される。すなわち、座屈の波長が各芯材分割部分によって異なり、波形の頂部で押される拘束材の部分が分散する。よって、拘束材の必要となる補剛力が低減する。このため、複数の鋼材の組み合わせ体によって拘束材を構成してその軽量化を図っても、拘束材として十分な補剛力を確保することができる。その結果、必要なエネルギー吸収性を与えつつ、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とすることができる。これらにより、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。

この発明において、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、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互いの接合部を位置させるのが望ましい。前記各鋼材は互いの接合部がリブであっても良い。
このように、芯材の幅方向におけるスリットが設けられていない各芯材分割部分における幅方向の中央位置に、前記鋼材の組み合わせ体の互いの接合部を位置させることで、芯材の座屈に対する補剛性が高まり、座屈拘束ブレースの剛性を効率良く確保することができる。また、拘束材を構成する各鋼材の相互の接合部をリブとした場合、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。この場合に、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。
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、拘束材の芯材に背向する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。

なお、前記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を角形鋼管としても良い。角形鋼管であると、軽量で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し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た複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置に、長手方向に沿うスリットを１つ以上設けたため、必要なエネルギー吸収性を与えつつ、剛性を高めることができ、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から偏った位置に、長手方向に沿う１つのスリット８が設けられている。これにより、スリット８により隔てられた２つの芯材分割部分９，１０の幅寸法は互いに異なる。なお、スリット８は複数設けられても良い。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。このスリット８は、いわば構造スリットである。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）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，４Ｃが用いられ、これらの角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃは互いに溶接により接合される。これら角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの芯材２からの高さ寸法は互いに同一とされ、幅寸法は互いに異なる値とされる。すなわち、図３において、中央の角形鋼管４Ｂの幅寸法が最も大きく、ついで左側の角形鋼管４Ａの幅寸法が大きく、右側の角形鋼管４Ｃの幅寸法が最も小さい。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、隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂの接合部が位置されている。

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，４Ｃである場合、各角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの四側の側板部分のうち、角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ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。
これらの両拘束材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。

この座屈拘束ブレース１によると、芯材２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，４Ｃの組み合わせ体によって構成したので、補剛性を確保しながら、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、芯材２の長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置に、長手方向に沿うスリット８を設けているので、このスリット８が設けら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。特に、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における幅方向寸法が互いに異なるので、エネルギー吸収部のうちでも各芯材分割部分９，１０によって座屈モードが異なり、拘束材３に発生する力が分散される。すなわち、座屈の波長が各芯材分割部分９，１０によって異なり、波形の頂部で押される拘束材３の部分が分散する。よって、拘束材３の補剛力を低減することができる。これにより、角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの組み合わせ体によって拘束材３を構成してその軽量化を図っても、拘束材３として十分な補剛力を確保することができる。これらにより、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。

また、拘束材３を構成する各鋼材である角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの相互の接合部をリブ４ａとしたため、角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの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３の剛性増大に利用できる。このように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より一層向上すると共に、座屈拘束ブレース１の低コスト化も可能となる。

また、この実施形態では、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，４Ｃ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の座屈に対する補剛力を効率良く確保することができ、座屈拘束ブレース１の剛性が高まる。

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，４Ｃ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，４Ｃに対して中央の角形鋼管４Ｂの高さ寸法が大きくなっている。この構成の場合、幅方向の端部の角形鋼管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，４Ｃを溶接で接合するのに代えて、これら角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを貫通するボルト１４で締め付けて互いに接合している。ボルト１４は、両側に雄ねじ部を有するものとされ、両雄ねじ部にそれぞれ螺合するナット１４ａ，１４ａの間で角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃが締め付けられている。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，４Ｃ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，４Ｃ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，４Ｃ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，４Ｃ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，４Ｃ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，４Ｃ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，４Ｃの間に開きが生じてしまう恐れがある。この実施形態の場合、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に背向する側だけでなく対向する側でも隣り合う角形鋼管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ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，４Ｃ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，４Ｃ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、各拘束材３を構成する鋼材として、幅寸法が互いに異なる３つの溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ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，７Ｃである場合、これら溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ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，７Ｃを接合する接合部を構成する。拘束材３のリブ７ａで構成される隣り合う溝形鋼材７Ａ，７Ｂ，７Ｃの接合部が、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，４Ｃ…角形鋼管
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…溝形鋼材
８…スリット
９，１０…芯材分割部分
１４…ボルト
１５…プレート

Claims (5)

1. 芯材と、この芯材の両面に沿って配置し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た複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置に、長手方向に沿うスリットを１つ以上設けた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互いの接合部を位置させた座屈拘束ブレース。
3. 請求項１または請求項２において、前記各鋼材は互いの接合部がリブである座屈拘束ブレース。
4. 請求項１ないし請求項３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、これらプレートと鋼材とを溶接により接合し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複数の鋼材が角形鋼管からなる座屈拘束ブレース。

Images