JP2015105482A - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】 地震による芯材の破損状況を確認でき、芯材のみの交換も容易に行うことができる座屈拘束ブレースを提供する。【解決手段】 この座屈拘束ブレース１は、片面が対向し合うように互いに平行に配置され両端が建物の躯体に接続される一対の板状の芯材２，２と、両芯材２，２に挟まれて両芯材２の座屈を拘束する拘束材３とを備える。一対の芯材２，２は、拘束材３と共に、長手方向に間隔を開けて配置した複数のボルト４により相互に接合する。【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。

従来の座屈拘束ブレースは、いずれも、一対の拘束材で芯材を両側から挟み付けるなど、芯材を内側、拘束材を外側に配置して、芯材の座屈を補剛する構成とされている。図７，図８にその一例を示す。
同図の例の座屈拘束ブレース２１は、細長い板状の芯材２２と、この芯材２２の両面に沿って対向配置した一対の拘束材２３，２３とを有する。芯材２２の両端は、建物の躯体と接合する継手部２２Ｂとされ、拘束材２３は、芯材２２の継手部２２Ｂの先端側を除く芯材２２の略全体を覆うように配置される。

前記一対の拘束材２３，２３は、図９に断面図で示すように、それぞれ前記芯材２２との対向方向に開口した溝形鋼２４と、この溝形鋼２４内に充填されたコンクリート系材２５とでなる。拘束材２３の芯材２２と対向する表面には、アンボンド材２６が貼り付けられる。この例では、芯材２２は、長手方向の中央部に他よりも幅の狭い絞り部２２Ａを有し、絞り部２２Ａの両側には、スペーサ２７が配置されている。

特開２００４−２４４８３３号公報 特開２００７−１９１９８７号公報 特開２００９−１６１９３７号公報

従来の座屈拘束ブレースは、いずれも一対の拘束材で芯材を両側から挟み付けるなど、芯材を内側、拘束材を外側に配置して構成されているため、以下のような課題がある。
（１） 芯材２２が拘束材２３で覆われているため、地震後に芯材２２の損傷具合を確認できない。
（２） 損傷した芯材２２だけを取り替えることができないため、取り替えには大掛かりな工事が必要になり、コストも高くなる。
（３） 一般的な従来の座屈拘束ブレースでは芯材２２が１枚であるため、図１０のように芯材２２の継手部２２Ｂを、建物躯体の接合板３１にスプライスプレート２８で挟み付けて連結する必要があり、継手部２２Ｂが長くなってしまう。また継手部２２Ｂが長いと、局部座屈を抑えるためのリブ２９などによる補強も大きくなる。
（４） 地震時に建物の極端な変形を抑えるフェイルセーフ機構も有しない。

この発明の目的は、地震による芯材の破損状況を確認し易く、かつ芯材のみの交換も容易に行うことができる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、片面が対向し合うように互いに平行に配置され両端が建物の躯体に接続される一対の板状の芯材と、これら芯材に挟まれて両芯材の座屈を拘束する拘束材とを備え、前記一対の芯材を前記拘束材と共に、長手方向に間隔を開けて配置した複数のボルトにより相互に接合したことを特徴とする。

この構成によると、拘束材を一対の芯材で挟み付けており、芯材が外側にあるため、地震による芯材の破損状況を確認し易く、また芯材のみの交換も容易に行うことができる。また、芯材が２枚であるため、芯材を建物躯体の接合板に接合するにつき、２対の芯材の端部で前記接合板を挟み付けることができ、スプライスプレートが不要となる。そのため、芯材端部の継手部を短くでき、局部座屈防止のためのリブ等による補強も不要化または小さくできる。

この発明において、前記芯材を、外部から目視可能に露出させても良い。
芯材が外部から目視可能に露出していると、部材の分解等を行うことなく芯材の破損状況を確認することができて、より一層確認し易く、また芯材の取り替えもさらに容易となる。

この発明において、前記ボルトのピッチを一定ピッチとし、このピッチを前記芯材の座屈長さに合わせても良い。
芯材の座屈長さにボルトのピッチが合わせてあると、ボルトのピッチにより芯材の圧縮耐力（座屈耐力）を決定することができる。

この発明において、前記拘束材に設けられるボルト挿通孔を、前記芯材の長手方向に長い長孔としても良い。
ボルト挿通孔が長孔であると、このボルト挿通孔の長さを調整することにより、芯材の変形性能に上限を設定することができ、拘束材が芯材の変形抑制装置としても働くことになり、建物の大変形を抑えるフェイルセーフ機構を付加することができる。

この発明の座屈拘束ブレースは、片面が対向し合うように互いに平行に配置され両端が建物の躯体に接続される一対の板状の芯材と、これら芯材に挟まれて両芯材の座屈を拘束する拘束材とを備え、前記一対の芯材を前記拘束材と共に、長手方向に間隔を開けて配置した複数のボルトにより相互に接合したため、地震による芯材の破損状況を確認し易く、かつ芯材のみの交換も容易に行うことができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる座屈拘束ブレースの正面図、（Ｂ）は同断面図である。 （Ａ）は同座屈拘束ブレースの平面図、（Ｂ）は同座屈拘束ブレースにおける芯材の座屈イメージ図である。 同座屈ブレースにおける２枚の芯材を並べて示す平面図である。 （Ａ）は同座屈ブレースにおける拘束材の正面図、（Ｂ）は同側面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は芯材の各種の例を示す正面図、（Ｅ）は同図（Ｄ）に示す芯材の断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は各実施形態に係る座屈拘束ブレースの側面図である。 従来例の分解斜視図である。 同従来例の外観斜視図である。 同従来例の断面図である。 同従来例の建物躯体への連結部を示す説明図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１（Ａ），（Ｂ）はこの実施形態の座屈拘束ブレースの正面図および断面図を示す。この座屈拘束ブレース１は、それぞれの片面が対向し合うように互いに平行に配置される一対の板状の芯材２，２と、これら芯材２，２に挟まれて芯材２の座屈を拘束する１本の拘束材３とを有する。前記一対の芯材２，２は、拘束材３と共に、長手方向に間隔を開けて配置した複数のボルト４により相互に接合する。芯材２の両端は建物の躯体に接続される。

芯材２は、図３に示すように細長い平鋼板からなり、その長さ方向の中間部が、両側に長さ方向に沿う切欠部２ａを有する狭幅部２Ａとされている。この狭幅部２Ａは、地震時等の層間変位の早期の段階から降伏し、大きなエネルギー吸収が行える部分となる。芯材２の拘束材３よりも突出した両端部は、建物の躯体となる柱や梁等の鉄骨材１０に連結される継手部２Ｂとされる。

一対の芯材２，２を拘束材３と共に接合するボルト４は、芯材２の長さ方向における拘束材３と重なる区間において、図２（Ａ）のように一定ピッチＰで配置される。このピッチＰで、芯材２には、図３のように複数のボルト挿通孔７が設けられる。図２（Ａ），（Ｂ）は、この座屈拘束ブレース１の平面図と芯材２の座屈イメージ図とを示す。芯材２は、同図に示すように一定の座屈長さｐで波打つように表裏両面へ座屈変形する。この座屈長さｐに、ボルト４のピッチＰが合わせてある。芯材２の両端部は継手部２Ｂとなり、この継手部２Ｂには図３のように建物の躯体へボルト接合するためのボルト挿通孔８が設けられる。建物の躯体へ接合するボルトには、高力ボルトが用いられる。

拘束材３は、図４のように芯材２よりも剛性の高いＨ形鋼からなり、そのウェブ部３ａに前記ボルト４のピッチＰに合わせて複数のボルト挿通孔９が設けられる。ここでは、このボルト挿通孔９を、芯材２の長手方向に長い長孔とし、芯材２の変形から拘束材３が独立するようにしている。そのため、芯材２で拘束材３を挟み込むボルト４には、高力ボルトではなく、中ボルトを使用する。ただし、拘束材３の長手方向の中央のボルト挿通孔９は長孔ではなく円形孔とされ、拘束材３の端部に近いボルト挿通孔９ほど、次第に長く形成されている。この長孔からなるボルト挿通孔９は、例えばこの孔内の長手方向の拘束材中央側端が前記芯材２のボルト挿通孔７に整合する位置とされる。前記各ボルト４は、一対の芯材２，２のボルト挿通孔７と、拘束材３のボルト挿通孔９に渡って挿通され、ナット４ａにより芯材２，２と拘束材３とを締めつける。
拘束材３を挟み付ける一対の芯材２，２の外面側には、これを覆う部材がなく、芯材２は外部から目視可能に露出させられている。

この構成の座屈拘束ブレース１によると、一対の芯材２，２で拘束材３を挟み込み、これらを長手方向に並ぶ複数のボルト４により接合している。このため、地震等によりこの座屈拘束ブレース１に圧縮力が作用したときに、拘束材３によって芯材２の座屈が拘束され、震動エネルギーを吸収する座屈拘束ブレースとして機能する。
従来の座屈拘束ブレースとは異なり、芯材２を２枚として外面側に配置しているが、そのため、地震による芯材２の破損状況を確認し易く、かつ芯材２のみの交換も容易に行うことができる。また、芯材２を２枚としているので、建物の躯体に設けられた接合板１３を２枚の芯材２の端部の継手部２Ｂで挟み付けて芯材２を建物の躯体に接合できる。そのため、従来で必要であった芯材端部の継手部と建物側の接合板とに渡って挟み付ける連結用プレート（図１０のスプライスプレート２８）が不要となる。さらに、連結用プレートが不要であるため、芯材２の継手部２Ｂの長さを短くでき、また継手部２Ｂのリブなどによる補強を小さくでき、あるいは省略でき、継手部２Ｂの構造を簡素化できる。

また、この実施形態では、芯材２を、外部から目視可能に露出させているので、部分的に部材の分解等を行うことなく芯材２の破損状況を確認できて、より一層簡単に確認することができ、芯材２の取り替えもさらに容易となる。具体的には、地震時に損傷した場合の取り替えは芯材２だけで良く、取り替え部の重量も軽くて済むため、地震後に座屈拘束ブレース１を交換するための補修費用を少なくすることができる。このため、この座屈拘束ブレース１は、大地震の発生後に一部を交換して復旧させるタイプの座屈拘束ブレースとして用いる場合に、より効果的となる。

また、この実施形態では、拘束材３を芯材２に接合するボルト４の配列ピッチを一定ピッチＰとし、このピッチＰを図２のように芯材２の座屈長さｐに合わせているので、ボルト４のピッチＰにより芯材２の圧縮耐力（座屈耐力）を決定することができる。

この実施形態では、拘束材３に設けられるボルト挿通孔９は、図４のように芯材２の長手方向に長い長孔としているので、そのボルト挿通孔９の長さを調整することにより、芯材２の変形性能に上限を設定することができる。すなわち、引っ張り力の作用時に芯材２に延びが生じる範囲が、ボルト挿通孔９内でボルト４が移動できる範囲に拘束材３で規制される。このように、拘束材３が芯材２の変形抑制装置として働くことになり、建物の大変形を抑えるフェイルセーフ機構を付加することができる。このとき、芯材２は長手方向の中央から離れるに従って前記中央からの変形量が大きくなるが、各ボルト挿通孔９は端部側に近いものほど長くしてあるため、各ボルト挿通孔９で前記変形の抑制機能を作用させることができる。

図５（Ａ）〜（Ｄ）には、上記座屈拘束ブレース１における芯材２の各変形例を示す。上記実施形態では、芯材２として、図５（Ｂ）のように細長い平鋼板の長さ方向中間部の両側に長さ方向に沿う切欠部２ａを形成して狭幅部２Ａとしたものを用いたが、狭幅部２Ａを形成しない図５（Ａ）のような芯材２であっても良い。また、狭幅部２Ａを持たない細長い平鋼板において、拘束材３をボルト接合するためのボルト挿通孔８を、２列に配列した図５（Ｃ）のような芯材２であっても良い。さらに、図５（Ｃ）の芯材２において、拘束材３と接面する側とは反対側の片面における幅方向の中間位置に、図５（Ｄ）のように長さ方向に延びる補強リブ２ｂを設けて断面Ｔ字状としたものでも良い。図５（Ｅ）は、図５（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視断面図を示す。

図６には、上記実施形態の座屈拘束ブレース１と、他の各実施形態の座屈拘束ブレース１Ａ〜１Ｃの側面図を示す。上記実施形態では、図６（Ａ）のようにＨ形鋼からなる拘束材３のウェブ部３ａを一対の芯材２，２で挟み付けた構造としたが、図６（Ｂ）のように、拘束材３が、Ｈ形鋼と、このＨ形鋼の両フランジ部の両端間に接合した２枚のプレート３ｂ，３ｂとでなる構造の座屈拘束ブレース１Ａとしても良い。この場合、芯材２が外部から目視可能に露出するように、前記プレート３ｂは長手方向に分散して複数配置するのが望ましい。また、他の実施形態として、図６（Ｃ）のように、拘束材３として一対の溝形鋼を互いに背面合わせに接合したものを用いて座屈拘束ブレース１Ｂとしても良い。さらに、図６（Ｄ）のように、前記拘束材３が、互いに背面合わせに接合した一対の溝形鋼と、これら両溝形鋼の両フランジ部間に接合した２枚のプレート３ｃ，３ｃとでなる構造の座屈拘束ブレース１Ｃとしても良い。この場合も、芯材２が外部から目視可能に露出するように、前記プレート３ｃは長手方向に分散して複数配置するのが望ましい。

１，１Ａ〜１Ｃ…座屈拘束ブレース
２…芯材
３…拘束材
４…ボルト
９…ボルト挿通孔

Claims (4)

1. 片面が対向し合うように互いに平行に配置され両端が建物の躯体に接続される一対の板状の芯材と、これら芯材に挟まれて両芯材の座屈を拘束する拘束材とを備え、前記一対の芯材を前記拘束材と共に、長手方向に間隔を開けて配置した複数のボルトにより相互に接合したことを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 請求項１に記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材を、外部から目視可能に露出させた座屈拘束ブレース。
3. 請求項１または請求項２に記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記ボルトのピッチを一定ピッチとし、このピッチを前記芯材の座屈長さに合わせた座屈拘束ブレース。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記拘束材に設けられるボルト挿通孔を、前記芯材の長手方向に長い長孔とした座屈拘束ブレース。

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