JP2015194024A - 弾塑性エネルギー吸収体及びこれを備えた耐力壁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー吸収性能を高水準で発揮することができる弾塑性エネルギー吸収体や、これを備えた耐力壁構造を提供する。
【解決手段】本発明の弾塑性エネルギー吸収体Ａは、幅方向Ｘと長さ方向Ｙを有する平板材１を、長さ方向Ｙに沿う山折筋１０と谷折筋１１で折り曲げることによって、上フランジ１２と下フランジ１４を、ウエブ１３を介して幅方向Ｘに交互に形成したものである。下フランジ１４が、建築構造体に固定される固定フランジである。ウエブ１３と上フランジ１２の境界にある山折筋１０の長さ方向Ｙの寸法を、該ウエブ１３と下フランジ１４の境界にある谷折筋１１の長さ方向Ｙの寸法よりも、小さく設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板材を折り曲げて形成した弾塑性エネルギー吸収体や、この弾塑性エネルギー吸収体を備えた耐力壁構造に関する。

面内せん断力に対してそのエネルギーを吸収することのできる建築構造用の折板パネル構造として、平板材を折り曲げることによって交互に凹凸を設けた構造の折板パネル構造が、特許文献１等に開示されている。

前記折板パネル構造は、上フランジと下フランジがウエブを介して幅方向に交互に屈曲形成された折板の下フランジのみを、枠材に接合・固定することで形成される。前記折板パネル構造では、上フランジとウエブの境界には山折筋が位置し、ウエブと下フランジの境界には谷折筋が位置する。

特許第５１７６８５５号公報

前記した従来の折板は、地震等が生じたときに弾塑性変形を生じることでエネルギーを吸収するものであるが、その際、枠材に接合・固定された下フランジは変形が拘束されるので、下フランジ側に位置する谷折筋の端部近傍に、比較的大きな応力集中が生じる。折板の変形が進行するに伴って谷折筋の端部近傍には塑性ひずみが集中し、その結果、弾塑性エネルギー吸収体として機能する折板全体が塑性変形によるエネルギー吸収性能を十分に発揮する前に、谷折筋の端部近傍で割れ等の破壊が生じるリスクを有していた。

本発明は前記課題を解決するもので、弾塑性エネルギー吸収体の谷折筋での早期破壊を抑えることで、エネルギー吸収性能を高水準で発揮することができるように設けた弾塑性エネルギー吸収体、及び、これを備えた耐力壁構造を提供することを、目的とする。

前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備する弾塑性エネルギー吸収体とする。

本発明は、幅方向と長さ方向を有する平板材を、長さ方向に沿う山折筋と谷折筋で折り曲げることによって、上フランジと下フランジを、ウエブを介して幅方向に交互に形成した弾塑性エネルギー吸収体である。前記下フランジが、建築構造体に固定される固定フランジである。前記ウエブと前記上フランジの境界にある前記山折筋の長さ方向の寸法を、該ウエブと前記下フランジの境界にある前記谷折筋の長さ方向の寸法よりも小さく設ける。

本発明において、前記平板材は、長さ方向の寸法が最小の領域である最短領域と、長さ方向の寸法が最大の領域である最長領域と、前記最長領域と前記最短領域との間に位置する中間領域とを有し、前記上フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最短領域で構成され、前記下フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最長領域で構成され、前記山折筋は、前記平板材の前記最短領域と前記中間領域とを区分けするように一直線状の境界線をひいたときに、この境界線に対して、幅方向にずれた位置に形成されることが好ましい。

本発明において、前記平板材は、長さ方向の寸法が最小の領域である最短領域と、長さ方向の寸法が最大の領域である最長領域と、前記最長領域と前記最短領域との間に位置する中間領域とを有し、前記上フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最短領域で構成され、前記下フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最長領域で構成され、前記谷折筋は、前記平板材の前記最長領域と前記中間領域とを区分けするように一直線状の境界線をひいたときに、この境界線に対して、幅方向にずれた位置に形成されることが好ましい。

前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備する耐力壁構造とする。

本発明は、前記弾塑性エネルギー吸収体と、前記弾塑性エネルギー吸収体が幅方向の両端に有する前記下フランジのうち、一端側の前記下フランジに固定される第一柱体と、他端側の前記下フランジに固定される第二柱体とを具備する。前記弾塑性エネルギー吸収体は、幅方向の中央に前記上フランジを一つ形成した断面ハット形の部材である。

本発明は、弾塑性エネルギー吸収体の谷折筋で早期に破壊が生じることを抑えることができ、これにより、弾塑性エネルギー吸収体のエネルギー吸収性能を高水準で発揮することが可能になるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体を形成する平板材の正面図である。 図２に示す平板材の要部を概略的に示す要部正面図である。 比較例の弾塑性エネルギー吸収体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。 サイクル面内せん断実験を行うための実験装置の正面図である。 サイクル面内せん断実験の結果を示すグラフ図であり、（ａ）は比較例の弾塑性エネルギー吸収体の実験結果を示し、（ｂ）は本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体の実験結果を示す。 サイクル面内せん断実験での最大変形時を示す斜視図であり、（ａ）は比較例の弾塑性エネルギー吸収体の最大変形時を示し、（ｂ）は本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体の最大変形時を示す。 本発明の他の実施形態の弾塑性エネルギー吸収体を示し、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれの他の実施形態の要部を概略的に示す正面図である。 本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体を用いた耐力壁構造を示す正面図である。 本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体を用いた耐力壁構造を示す背面図である。 図９のａ−ａ線断面図である。 本発明の更に他の実施形態の弾塑性エネルギー吸収体を用いた耐力構造の正面図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１には、本発明の一実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａを示している。本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａは、図２に示す平坦な平板材１を、ロール成形やプレス成形で折り曲げ加工したものである。換言すると、図２に示す平板材１の平面図は、図１に示す弾塑性エネルギー吸収体Ａの展開図に相当する。

まず、折り曲げ加工前の平板材１について説明する。

平板材１は、弾塑性変形を生じ得る鋼材から成り、幅方向Ｘと長さ方向Ｙに沿ってそれぞれ二辺が位置する略矩形状の外形を有する。幅方向Ｘと長さ方向Ｙは、互いに直交する方向である。幅方向Ｘと長さ方向Ｙに直交する方向を、厚み方向Ｚとする（図１参照）。

平板材１は、その長さ方向Ｙの寸法（以下、単に「長さ寸法」という。）に基づいて、最短領域１５、中間領域１６及び最長領域１７に区分される。

最短領域１５は、平板材１のうち長さ寸法が最小となる領域であって、平板材１の幅方向Ｘの中央に位置する。最長領域１７は、平板材１のうち長さ寸法が最大となる領域であって、平板材１の幅方向Ｘの両端に位置する。

平板材１の最短領域１５と最長領域１７の間には、中間領域１６が位置する。中間領域１６は、隣接する最短領域１５よりも長さ寸法が大きく、且つ、隣接する最長領域１７よりも長さ寸法が小さな領域である。

平板材１の最短領域１５は、長さ方向Ｙの両端に、互いに平行な一直線状の端縁１５０，１５１を有する。両端の端縁１５０，１５１間の距離が、平板材１の最短領域１５の長さ寸法であり、最短領域１５全体を通じて長さ寸法は一定である。なお、最短領域１５の長さ寸法は、全体を通じて厳密に一定である必要はなく、多少の寸法差は許容される。

平板材１の最長領域１７は、長さ方向Ｙの両端に、互いに平行な一直線状の端縁１７０，１７１を有する。両端の端縁１７０，１７１は、互いに平行である。両端の端縁１７０，１７１間の距離が、平板材１の最長領域１７の長さ寸法であり、最長領域１７全体を通じて長さ寸法は一定である。なお、最長領域１７の長さ寸法は、全体を通じて厳密に一定である必要はなく、多少の寸法差は許容される。最長領域１７には、複数の固定孔１７２，１７２，…を、長さ方向Ｙに等間隔を隔てて貫通形成している。

平板材１の中間領域１６は、長さ方向Ｙの両端に、互いに非平行な一直線状の端縁１６０，１６１を有する。両端の端縁１６０，１６１間の距離が、平板材１の中間領域１６の長さ寸法である。中間領域１６の長さ寸法は、中間領域１６の幅方向Ｘの位置によって変化し、最短領域１５から最長領域１７に近づくほど大きくなる。

中間領域１６の一方の端縁１６０は、隣接する最短領域１５の一方の端縁１５０と、隣接する最長領域１７の一方の端縁１７０に対して、クランク状をなすように一連に形成される。中間領域１６の端縁１６０は、互いに平行である最短領域１５の端縁１５０と最長領域１７の端縁１７０に対して、角度αだけ傾いて位置する。

同様に、中間領域１６の他方の端縁１６１は、隣接する最短領域１５の他方の端縁１５１と、隣接する最長領域１７の他方の端縁１７１に対して、クランク状をなすように一連に形成される。中間領域１６の端縁１６１は、互いに平行である最短領域１５の端縁１５１と最長領域１７の端縁１７１に対して、角度βだけ傾いて位置する。本実施形態では、角度αと角度βは共に４５°であるが、角度αと角度βを相違させることも可能である。

換言すると、本実施形態の平板材１は、長さ方向Ｙの両端に位置する端縁１８，１９に、それぞれ台形状の切り欠き１８０，１９０を形成することで、平板材１全体を最短領域１５、中間領域１６及び最長領域１７に区分している。

平板材１の端縁１８のうち切り欠き１８０が形成された部分は、最短領域１５の端縁１５０と中間領域１６の端縁１６０を構成する。端縁１８のうち切り欠き１８０が形成されていない部分は、最長領域１７の端縁１７０を構成する。

同様に、平板材１の端縁１９のうち切り欠き１９０が形成された部分は、最短領域１５の端縁１５１と中間領域１６の端縁１６１を構成する。端縁１９のうち切り欠き１９０が形成されていない部分は、最長領域１７の端縁１７１を構成する。

前記した構成の平板材１を、図２に破線で示す二本の谷折筋１１で９０°だけ谷折りし、且つ、図２に一点鎖線で示す二本の山折筋１０で９０°だけ山折りすることによって、図１に示す断面ハット形状の弾塑性エネルギー吸収体Ａが形成される。

本実施形態では、図２に示すような各領域１５，１６，１７を有する形状に平板材１を成形した後に、この平板材１を折り曲げ加工しているが、折り曲げ加工後に各領域１５，１６，１７を成形することも可能である。即ち、例えば、平板材１をまずは平面視矩形状に成形し、その後に、平板材１を山折線１０と谷折線１１に沿って折り曲げ加工し、折り曲げ加工後の平板材１の端縁部を切除することで、図１に示すような形状の弾塑性エネルギー吸収体Ａを形成することも可能である。いずれの手順で形成した弾塑性エネルギー吸収体Ａであっても、本発明の技術的範囲に含まれる。

折り曲げ加工した平板材１で構成される弾塑性エネルギー吸収体Ａは、上フランジ１２と下フランジ１４が、ウエブ１３を介して幅方向Ｘに交互に位置する構造となる。弾塑性エネルギー吸収体Ａは、上フランジ１２とその両側のウエブ１３，１３とが山部を構成し、下フランジ１４とその片側のウエブ１３とが谷部を構成し、この山部と谷部が幅方向Ｘに沿って交互に位置する凹凸形状である。

なお、図１２に示す実施形態のように、弾塑性エネルギー吸収体Ａが山部を複数有する構造である場合には、下フランジ１４とその片側のウエブ１３とで構成される谷部（弾塑性エネルギー吸収体Ａの両端に位置する谷部）と、下フランジ１４とその両側のウエブ１３，１３とで構成される谷部（弾塑性エネルギー吸収体Ａの両端以外に位置する谷部）とが、共に存在する。

弾塑性エネルギー吸収体Ａのうち、幅方向Ｘの両端に位置する下フランジ１４が、柱等の建築構造体に固定される固定フランジとなる。下フランジ１４には、厚み方向Ｚに貫通した複数の固定孔１７２，１７２，…が、長さ方向Ｙに距離を隔てて一列に並設される。

弾塑性エネルギー吸収体Ａは、谷部をなす両端の下フランジ１４が建築構造体に固定され、山部をなす上フランジ１２と両側のウエブ１３，１３は、建築構造体に対して非固定となる。

本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、山折筋１０と谷折筋１１を二本ずつ設けることで、山部を中央に一つ形成し、その両側に谷部を二つ形成しているが、山折筋１０と谷折筋１１を更に多く設定することで、山部を複数形成することも可能である（図１２参照）。この場合においても、折り曲げ加工された弾塑性エネルギー吸収体Ａは、山部と谷部が幅方向Ｘに交互に位置し、幅方向Ｘの両端に谷部が位置する。

谷折筋１１と山折筋１０の間に形成されるウエブ１３は、平板材１の中間領域１６を含む。そのため、ウエブ１３と上フランジ１２の境界にある山折筋１０の長さ方向Ｙの寸法は、該ウエブ１３と下フランジ１４の境界にある谷折筋１１の長さ寸法よりも小さく設定される。

図３には、平板材１の各領域１５，１６，１７の区分と、山折筋１０及び谷折筋１１との関係を、概略的に示している。図３では、各領域１５，１６，１７の区分を明確化するために、最短領域１５と最長領域１７には互いに異なるトーンを付している。

本実施形態においては、平板材１の最長領域１７と中間領域１６とを区分けするように一直線状の境界線Ｌ２をひいたとき、谷折筋１１は、この境界線Ｌ２に対して幅方向Ｘに所定距離だけずれた位置にある。谷折筋１１は、境界線Ｌ２よりも所定距離だけ最長領域１７側に位置し、即ち、最長領域１７内に位置する。

また、平板材１の最短領域１５と中間領域１６とを区分けするように一直線状の境界線Ｌ１をひいたときに、山折筋１０は、この境界線Ｌ１に対して幅方向Ｘに所定距離だけずれた位置にある。山折筋１０は、境界線Ｌ１よりも所定距離だけ最長領域１７と近い側に位置し、即ち、中間領域１６内に位置する。

そのため、弾塑性エネルギー吸収体Ａの上フランジ１２は、平板材１の最短領域１５と、その両側の中間領域１６の一部で構成される。弾塑性エネルギー吸収体Ａの両側のウエブ１３は、両側の中間領域１６の他部と最長領域１７の一部によってそれぞれ構成される。弾塑性エネルギー吸収体Ａの両端の下フランジ１４は、両端の最長領域１７の他部によってそれぞれ構成される。

換言すると、平板材１の最短領域１５が、弾塑性エネルギー吸収体Ａの上フランジ１２の幅方向Ｘの中央部を構成する。平板材１の中間領域１６が、弾塑性エネルギー吸収体Ａの上フランジ１２の幅方向Ｘの端部と、これに連続するウエブ１３の一部を構成する。平板材１の最長領域１７が、ウエブ１３の他部と、弾塑性エネルギー吸収体Ａの下フランジ１４の全部を構成する。

図４には、比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ１を示している。この弾塑性エネルギー吸収体Ａ１は、幅方向Ｘの位置によって長さ寸法が変化しないように構成した点でのみ、図１に示す弾塑性エネルギー吸収体Ａと相違する。即ち、図４に示す弾塑性エネルギー吸収体Ａ１は、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａのような切り欠き１８０，１９０を有さず、本実施形態のように最短領域１５、中間領域１６及び最長領域１７に区分されない。比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ１の加工条件は、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａと同一である。

図５〜図７には、本実施形態と比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ，Ａ１に対して行った多サイクル面内せん断実験について示している。

図５には、この実験に用いた実験装置５を示している。実験装置５は、弾塑性エネルギー吸収体Ａ，Ａ１の幅方向Ｘの一端部を固定する第一柱治具５０と、弾塑性エネルギー吸収体Ａ，Ａ１の幅方向Ｘの他端部を固定する第二柱治具５１と、第一柱治具５０と第二柱治具５１の頭部をボルト接合する柱頭つなぎ梁５２とを具備し、第一柱治具５０と第二柱治具５１の底部をベース５３に対してボルト接合し、柱頭つなぎ梁５２を油圧ジャッキ５４で水平方向に往復駆動させる。柱頭つなぎ梁５２の水平方向（幅方向Ｘ）の往復動により、弾塑性エネルギー吸収体Ａ，Ａ１には、図中に矢印で示す方向（長さ方向Ｙ）に沿った剪断変形が生じる。

図６には、多サイクル面内せん断実験の実験結果を示している。図６（ａ）は、比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ１の実験結果を示し、図６（ｂ）は、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａの実験結果を示す。図６（ａ）と図６（ｂ）のグラフでは、横軸が、長さ方向Ｙに生じるせん断変形量［ｍｍ］、縦軸が、長さ方向Ｙに生じるせん断荷重［ｋＮ］である。

比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ１は、図６（ａ）に示す変形履歴のＰ点において、谷折筋の端部近傍で表面に若干の亀裂が生じ、変形履歴のＱ点において、谷折筋の端部に割れが発生した。これに対して、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、図６（ｂ）に示す変形履歴のＲ点において、谷折筋の端部近傍で表面に若干の亀裂が生じた程度であり、高い繰り返し耐力性能を有することが確認された。

図７（ａ）には、比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ１において最大変形時（せん断変形量が２０ｍｍ超）に生じた割れの様子を示している。図６（ａ）に基づいて説明したように、最大変形時においては、弾塑性エネルギー吸収体Ａ１の谷折筋の端部に、割れが発生している。

これに対して、図７（ｂ）には、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａにおける最大変形時（せん断変形量が２０ｍｍ超）の様子を示している。図６（ｂ）に基づいて説明したように、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、最大変形時においても割れが発生しない。

本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、山折筋１０の長さ寸法を谷折筋１１の長さ寸法よりも小さく設けることで、山折筋１０と谷折筋１１の長さ寸法が同一である場合（即ち、比較例のような場合）に比べて、上フランジ１２と両側のウエブ１３で構成される山部の長さ方向Ｙの端部において、折筋方向と直交する方向（即ち、平面視における幅方向Ｘ）に倒れ込む変形への抵抗力を低下させている。山部の長さ方向Ｙの端部が、折筋方向と直交する方向に倒れ込む際には、曲げモーメントによる引張応力（曲げ戻し部分の表層の応力）が生じるが、前記抵抗力を低下させた結果として、曲げモーメントによる引張応力の集中箇所を、谷折筋１１の端部近傍からウエブ１３の領域側に移動させることが可能となっている。

また、山部の端部において、折筋方向と直交する方向に倒れ込む変形が進行するに伴って、谷折筋１１の端部近傍では、局所的な張力（引張応力）が増大する。これに対して、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、谷折筋１１の長さ寸法を山折筋１０よりも大きく設け、局所的な張力（引張応力）に対して抵抗する谷部範囲を、大きく設けている。そのため、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、谷折筋１１の端部近傍に生じるひずみの集中が、折筋方向に分散される。本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａにおいては、谷折筋１１の端部が、切断や成形による残存ダメージが大きい部分となるが、谷折筋１１のうち比較的ダメージの小さな折筋方向内側に向けて、ひずみの集中を分散させることで、谷折筋１１の端部近傍での割れの発生を抑制することが可能となっている。

これらの効果により、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、谷折筋１１の端部近傍で割れを生じることが抑えられ、結果として、弾塑性エネルギー吸収体Ａのエネルギー吸収性能を高水準で発揮することが可能となる。

加えて、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、前記したように、山折筋１０の位置を、最短領域１５と中間領域１６の境界線Ｌ１に対して、幅方向Ｘに所定距離だけずらし、且つ、谷折筋１１の位置を、最長領域１７と中間領域１６の境界線Ｌ２に対して、幅方向Ｘに所定距離だけずらしている。このように、山折筋１０と境界線Ｌ１をずらし、且つ、谷折筋１１と境界線Ｌ２をずらして設定することで、山部で生じる応力の集中を、山折筋１０で曲げられる箇所と境界線Ｌ１の箇所に分散させることができ、且つ、谷部で生じる応力の集中を、谷折筋１１で曲げられる箇所と境界線Ｌ２の箇所に分散させることができるため、弾塑性エネルギー吸収体Ａの一部に塑性ひずみが集中し難くなり、早期破壊が抑えられる。その結果として、弾塑性エネルギー吸収体Ａのエネルギー吸収性能が、更に高水準で発揮される。

これらの作用効果は、前記した実験結果に加えて、ＦＥＭモデルでの解析によっても確認されている。即ち、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａの仕様によれば、比較例の弾塑性エネルギー吸収体Ａ１の仕様に比べて、山部の端部が倒れ込むように変形する際の曲げモーメントによる引張応力の集中箇所が、谷折筋１１の端部近傍からウエブ１３の領域側に移動することや、谷折筋１１の端部近傍に生じるひずみの集中が、折筋方向内側に分散することが、ＦＥＭモデルでの解析によっても確認されている。また、山折筋１０と境界線Ｌ２をずらすこと、及び、谷折筋１１と境界線Ｌ１をずらすことで、当該部分での応力集中が緩和されることも、確認されている。

ところで、本発明の弾塑性エネルギー吸収体Ａは、図１や図３に示す構造に限定されず、図８に示す他の実施形態のような構造を備えることも可能である。

図８（ａ）の実施形態では、中間領域１６の端縁１６０が一直線状ではなく、湾曲した波状やＳ字状となっている。また、この実施形態では、谷折筋１１が境界線Ｌ２と一致し、山折筋１０が境界線Ｌ１と一致している。そのため、最短領域１５と上フランジ１２が一対一に対応し、中間領域１６とウエブ１３が一対一に対応し、最長領域１７と下フランジ１４が一対一に対応する。

図８（ｂ）の実施形態では、図８（ａ）と同様に、中間領域１６の端縁１６０が湾曲した波状やＳ字状となっている。この実施形態では、二つの谷折筋１１のうち一方は対応する境界線Ｌ２と一致し、他方の谷折筋１１は、対応する境界性Ｌ２に対して最長領域１７側にずれて位置している。二つの山折筋１０のうち一方は対応する境界線Ｌ１と一致し、他方の山折筋１０は、対応する境界性Ｌ１に対して中間領域１６側にずれて位置している。

図８（ｃ）の実施形態では、中間領域１６の端縁１６０が一直線状である。この実施形態では、谷折筋１１が対応する境界線Ｌ２と一致して位置し、且つ、山折筋１０が対応する境界線Ｌ１に対して中間領域１６側にずれて位置している。

図８（ｄ）の実施形態では、中間領域１６の端縁１６０が外側に膨らんだ円弧状である。この実施形態では、谷折筋１１が対応する境界線Ｌ２に対して中間領域１６側にずれて位置し、且つ、山折筋１０が対応する境界線Ｌ１に対して中間領域１６側にずれて位置している。

図８（ｅ）の実施形態では、中間領域１６の端縁１６０が内側にへこんだ円弧状である。この実施形態では、谷折筋１１が対応する境界線Ｌ２に対して最長領域１７側にずれて位置し、且つ、山折筋１０が対応する境界線Ｌ１に対して最短領域１５側にずれて位置している。

これら他の実施形態にも示すように、中間領域１６の端縁１６０は、傾斜した一直線状の形状に限定されず、波状、Ｓ字状、円弧状等の他形状が採用可能である。同様に、中間領域１６の他方の端縁１６１も、傾斜した一直線状の形状に限定されず、波状、Ｓ字状、円弧状等の他形状が採用可能である。

また、谷折筋１１は境界線Ｌ２に一致させてもよいし、境界線Ｌ２に対して最長領域１７側又は中間領域１６側にずらすことも可能である。更に、山折筋１０を境界線Ｌ１に一致させてもよいし、境界線Ｌ１に対して最短領域１５側又は中間領域１６側にずらすことも可能である。

図９〜図１１には、図１に示す本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａを用いて構成した耐力壁構造Ｂを示している。

耐力壁構造Ｂは、鉄骨軸組工法建築物で用いる耐力壁構造Ｂであって、角形鋼管を用いて形成した第一柱体２と、同じく角形鋼管を用いて形成した第二柱体３とを、共に鉛直方向に立設し、第一柱体２と第二柱体３を上下の梁体４，４に固定している。上下の梁体４，４の代わりにスラブを用い、第一柱体２と第二柱体３をスラブに固定させてもよいし、下の梁体４の代わりに基礎を用い、第一柱体２と第二柱体３を基礎に固定させてもよい。

第一柱体２には、第二柱体３を向く側の面上に、第二柱体３に向けて突出するように第一連結板２０を固定させている。第二柱体３には、第一柱体２を向く側の面上に、第一柱体２に向けて突出するように第二連結板３０を固定させている。この第一連結板２０と第二連結板３０との間に、弾塑性エネルギー吸収体Ａと連結プレート８を結合させる。

連結プレート８は、図１０や図１１に示すように、長い板状の鋼材である。連結プレート８は、長手方向の一方に第一端部８０を有し、長手方向の他方に第二端部８１を有する。第一端部８０には貫通孔８００を形成し、第二端部８１には貫通孔８１０を形成している。

弾塑性エネルギー吸収体Ａの一端側の下フランジ１４と連結プレート８とは、第一ボルト６０とこれに螺合する第一ナット６１を介して、第一柱体２が有する第一連結板２０に結合される。同様に、弾塑性エネルギー吸収体Ａが有する他端側の下フランジ１４と連結プレート８とは、第二ボルト７０とこれに螺合する第二ナット７１を介して、第二柱体３が有する第二連結板３０に結合される。

弾塑性エネルギー吸収体Ａと連結プレート８とは、第一連結板２０と第二連結板３０を挟んだ表裏の位置で、第一ボルト６０や第二ボルト７０を介して、互いに結合される。

第一柱体２と第二柱体３との間には、弾塑性エネルギー吸収体Ａを、鉛直方向に距離をあけて複数配置している。そして、各弾塑性エネルギー吸収体Ａの裏側にあたる箇所に、連結プレート８を複数ずつ配置している。

具体的には、同一寸法形状の弾塑性エネルギー吸収体Ａを、鉛直方向に距離をあけて上下に二つ配置し、各弾塑性エネルギー吸収体Ａの裏側の上端部にあたる箇所と下端部にあたる箇所に、それぞれ同一寸法形状の連結プレート８を配置している。このとき、弾塑性エネルギー吸収体Ａの長さ方向Ｙが、鉛直方向となる。

前記したように、連結プレート８は、その第一端部８０を第一連結板２０に対して一箇所でボルト接合させ、第二端部８１を第二連結板３０に対して一箇所でボルト接合させたものである。そのため、地震のような往復振動を与えると、連結プレート８は両側のボルト接合箇所で回転しながら、第一柱体２と第二柱体３の間の距離を略一定に保持する。これにより、弾塑性エネルギー吸収体Ａが不要な水平方向の変形を生じることが抑えられる。

他方、この構造によれば、弾塑性エネルギー吸収体Ａには鉛直方向の変形が作用しやすくなる。これに対して、弾塑性エネルギー吸収体Ａは鉛直方向に山折筋１０や谷折筋１１を有する鋼材であり、且つ、前記の如くエネルギー吸収性能を高水準で発揮するものであるから、鉛直方向の変形に対して高い剛性や耐力性能を発揮する。

本実施形態の耐力壁構造Ｂによれば、上階からの荷重は第一柱体２と第二柱体３がほぼ全て負担し、弾塑性エネルギー吸収体Ａや連結プレート８に作用することは抑えられる。そして、地震のような往復振動を与えたときには、面内方向の変形に対して、弾塑性エネルギー吸収体Ａがエネルギー吸収性能を高水準で発揮する。

本発明の弾塑性エネルギー吸収体Ａを用いる耐力構造は、前記した耐力壁構造Ｂに限定されず、枠体等の他の建築構造体に弾塑性エネルギー吸収体Ａを固定することも可能である。

図１２に示す例は、矩形状をなす枠体９に対して、山部を複数有する弾塑性エネルギー吸収体Ａを固定した例である。

図１２に示す弾塑性エネルギー吸収体Ａは、本発明の更に他の実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａであり、幅方向Ｘに長い平板材１を、多数の山折筋１０と谷折筋１１で折り曲げることによって、三つの山部と四つの谷部を、幅方向Ｘに交互に形成している。谷部を構成する下フランジ１４は、それぞれ枠体９に対してボルト接合され、変形が拘束される。弾塑性エネルギー吸収体Ａの谷部と枠体９との接合部分を、弾塑性エネルギー吸収体Ａよりも先に降伏させることなく、山部の端部において折筋方向と直交する方向に倒れ込むような弾塑性変形を生じさせることで、弾塑性エネルギー吸収体Ａは高いエネルギー吸収性能を発揮する。

以上、添付図面に基づいて説明したように、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａは、幅方向Ｘと長さ方向Ｙを有する平板材１を、長さ方向Ｙに沿う山折筋１０と谷折筋１１で折り曲げることによって、上フランジ１２と下フランジ１４を、ウエブ１３を介して幅方向Ｘに交互に形成したものである。下フランジ１４が、建築構造体に固定される固定フランジである。ウエブ１３と上フランジ１２の境界にある山折筋１０の長さ方向Ｙの寸法を、該ウエブ１３と下フランジ１４の境界にある谷折筋１１の長さ方向Ｙの寸法よりも、小さく設けている。

前記構成を具備する弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、下フランジ１４を建築構造体に固定して変形を拘束しつつ、上フランジ１２とウエブ１３から成る山部の端部において、折筋方向と直交する方向に倒れ込むような弾塑性変形を生じさせることで、地震等で面内せん断力を生じたときにはそのエネルギーを効率的に吸収することができる。加えて、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａでは、山折筋１０の長さ方向Ｙの寸法を谷折筋１１よりも小さく設定しているので、上フランジ１２と両側のウエブ１３で構成される山部の端部が倒れ込むように変形する際の曲げモーメントによる引張応力の集中箇所を、谷折筋１１の端部近傍からウエブ１３の領域側に移動させることができ、且つ、谷折筋１１の端部近傍に生じるひずみの集中を、折筋方向内側に分散させることができる。これにより、谷折筋１１の端部近傍に割れが生じることを抑制し、弾塑性エネルギー吸収体Ａのエネルギー吸収性能を高水準で発揮することが可能となる。

また、弾塑性エネルギー吸収体Ａにおいて、折り曲げた平板材１は、長さ方向Ｙの寸法が最小の領域である最短領域１５と、長さ方向Ｙの寸法が最大の領域である最長領域１７と、最長領域１７と最短領域１５との間に位置する中間領域１６とを有する。上フランジ１２の全部又は一部が、平板材１の最短領域１５で構成され、下フランジ１４の全部又は一部が、平板材１の最長領域１７で構成される。そして、平板材１の最短領域１５と中間領域１６とを区分けするように一直線状の境界線Ｌ１をひいたときに、この境界線Ｌ１に対して幅方向Ｘにずれた位置に山折筋１０を形成することが好ましい。

これにより、山折筋１０に応力が集中することや、最短領域１５と中間領域１６の境界部分に応力が集中することを緩和することができ、弾塑性エネルギー吸収体Ａのエネルギー吸収性能を更に発揮させることが可能となる。

また、弾塑性エネルギー吸収体Ａにおいて、平板材１の最長領域１７と中間領域１６とを区分けするように一直線状の境界線Ｌ２をひいたときに、この境界線Ｌ２に対して幅方向Ｘにずれた位置に谷折筋１１を形成することも好ましい。

これにより、谷折筋１１に応力が集中することを更に緩和することができ、弾塑性エネルギー吸収体Ａのエネルギー吸収性能を更に発揮させることが可能となる。

また、本実施形態の弾塑性エネルギー吸収体Ａを用いた耐力壁構造Ｂは、弾塑性エネルギー吸収体Ａに加えて、弾塑性エネルギー吸収体Ａが幅方向Ｘの両端に有する下フランジ１４のうち、一端側の下フランジ１４に固定される第一柱体２と、他端側の下フランジ１４に固定される第二柱体３とを具備する。弾塑性エネルギー吸収体Ａは、幅方向Ｘの中央に上フランジ１２を一つ形成した断面ハット形の部材である。

前記構成を具備する耐力壁構造Ｂによれば、上階からの荷重は第一柱体２と第二柱体３が負担し、地震のような振動が与えられたときには、弾塑性エネルギー吸収体Ａが、第一柱体２と第二柱体３の鉛直方向の相対変位に対して抵抗力を発揮しながら、そのエネルギーを効率的に吸収する。そのため、少ない鋼材量で高い剛性や耐力性能を発揮させることができ、弾塑性エネルギー吸収体Ａの加工も容易である。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記各例の実施形態に限定されるものではない。本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

１ 平板材
２ 第一柱体
３ 第二柱体
１０ 山折筋
１１ 谷折筋
１２ 上フランジ
１３ ウエブ
１４ 下フランジ
１５ 最短領域
１６ 中間領域
１７ 最長領域
Ａ 弾塑性エネルギー吸収体
Ｂ 耐力壁構造
Ｘ 幅方向
Ｙ 長さ方向
Ｌ１ 境界線
Ｌ２ 境界線

Claims (4)

1. 幅方向と長さ方向を有する平板材を、長さ方向に沿う山折筋と谷折筋で折り曲げることによって、上フランジと下フランジを、ウエブを介して幅方向に交互に形成した弾塑性エネルギー吸収体であって、
   前記下フランジが、建築構造体に固定される固定フランジであり、
   前記ウエブと前記上フランジの境界にある前記山折筋の前記長さ方向の寸法を、該ウエブと前記下フランジの境界にある前記谷折筋の長さ方向の寸法よりも小さく設けたことを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体。
2. 折り曲げた前記平板材は、
   長さ方向の寸法が最小の領域である最短領域と、
   長さ方向の寸法が最大の領域である最長領域と、
   前記最長領域と前記最短領域との間に位置する中間領域とを有し、
   前記上フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最短領域で構成され、
   前記下フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最長領域で構成され、
   前記山折筋は、前記平板材の前記最短領域と前記中間領域とを区分けするように一直線状の境界線をひいたときに、この境界線に対して、幅方向にずれた位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の弾塑性エネルギー吸収体。
3. 折り曲げた前記平板材は、
   長さ方向の寸法が最小の領域である最短領域と、
   長さ方向の寸法が最大の領域である最長領域と、
   前記最長領域と前記最短領域との間に位置する中間領域とを有し、
   前記上フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最短領域で構成され、
   前記下フランジの全部又は一部が、前記平板材の前記最長領域で構成され、
   前記谷折筋は、前記平板材の前記最長領域と前記中間領域とを区分けするように一直線状の境界線をひいたときに、この境界線に対して、幅方向にずれた位置に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾塑性エネルギー吸収体。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾塑性エネルギー吸収体と、
   前記弾塑性エネルギー吸収体が幅方向の両端に有する前記下フランジのうち、一端側の前記下フランジに固定される第一柱体と、
   他端側の前記下フランジに固定される第二柱体とを具備し、
   前記弾塑性エネルギー吸収体は、幅方向の中央に前記上フランジを一つ形成した断面ハット形の部材であることを特徴とする耐力壁構造。

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