JP2018193745A - ブレース芯材およびこれを備えた座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構造で降伏荷重を自在に設定することができるブレース芯材およびこれを備えた座屈拘束ブレースを提案する。
【解決手段】ブレース芯材８は、長板状の芯材本体５と、芯材本体５に形成されたスリット構造６を備える。スリット構造６は、芯材本体５のうち、長さ方向Ｄ１の中央部分５１を挟んで位置する両側の部分５２において、厚み方向に貫通するように形成されている。座屈拘束ブレース９は、このブレース芯材８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレース芯材およびこれを備えた座屈拘束ブレースに関する。

従来、建物の耐震性を高めるために、長板状のブレース芯材を備えた座屈拘束ブレースが用いられている。この種の座屈拘束ブレースにおいて、ブレース芯材の降伏荷重を抑える必要がある場合（たとえば、木造建築物に対応した座屈拘束ブレースを提供する場合）には、ブレース芯材の断面積が小さく設定される。

ここで、ブレース芯材全体を通常よりも大幅に幅狭に形成すると、このブレース芯材を挟み込む一対の座屈拘束部材についても、通常よりも大幅に幅狭な特別サイズで形成する必要がある。また、ブレース芯材全体を通常よりも大幅に幅狭に形成すると、ブレース芯材の溶接作業を行いにくくなる。

そのため、ブレース芯材の全体を幅狭に形成するのではなく、ブレース芯材の長さ方向の両端部の幅は標準サイズのままで、ブレース芯材のうち両端部を除いた部分を幅狭に形成することが、一般的に行われる（特許文献１等参照）。

特開２０１５−１０５４８２号公報

上記のように、長板状のブレース芯材の一部分だけを幅狭に設けた場合には、この幅狭の部分と座屈拘束部材との間に、隙間があいてしまう。この隙間を埋めるために、隙間の形状に対応したスペーサを用意して配置する必要があり、構造および組み立て工程が複雑化する。

本発明は、シンプルな構造で降伏荷重を自在に設定することができるブレース芯材およびこれを備えた座屈拘束ブレースを提案することを、目的とする。

本発明の一様態に係るブレース芯材は、芯材本体と、前記芯材本体に形成されたスリット構造と、を備える。前記芯材本体は、互いに直交する３方向を長さ方向、幅方向および厚み方向とする長板状の部材である。前記スリット構造は、前記芯材本体のうち、前記長さ方向の中央部分を挟んで位置する両側の部分において、前記厚み方向に貫通するように形成されている。

本発明の一様態に係る座屈拘束ブレースは、前記ブレース芯材と、前記ブレース芯材の前記厚み方向の第一面に沿って配置される第一座屈拘束部材と、前記ブレース芯材の前記厚み方向の第二面に沿って配置される第二座屈拘束部材と、を備える。前記第一座屈拘束部材と前記第二座屈拘束部材が、前記ブレース芯材を前記厚み方向に挟み込んだ状態で、互いに結合されている。

本発明によれば、シンプルな構造で降伏荷重を自在に設定することができるブレース芯材およびこれを備えた座屈拘束ブレースを提案することができる。

図１は、第一実施形態のブレース芯材を備える座屈拘束ブレースの正面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、同上の座屈拘束ブレースの側面図である。 図５は、同上のブレース芯材の正面図である。 図６は、第二実施形態のブレース芯材の正面図である。

［第一実施形態］
第一実施形態のブレース芯材８とこれを備える座屈拘束ブレース９について、添付図面に基づいて説明する。

まず、第一実施形態のブレース芯材８を備える座屈拘束ブレース９の全体の構成について、図１〜図４に基づいて説明する。

座屈拘束ブレース９は、全体が板板状に形成されたブレース芯材８と、長尺の金属部材である第一座屈拘束部材１と、長尺の金属部材である第二座屈拘束部材２を備える。

ブレース芯材８は、たとえば炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の鉄鋼で形成されるが、ブレース芯材８の材質は特に限定されず、アルミニウム等の他の材質で形成されてもよい。

長板状であるブレース芯材８の長さ方向Ｄ１、幅方向Ｄ２および厚み方向Ｄ３は、互いに直交する３方向である。以下においては、これらの方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を用いて、座屈拘束ブレース９の各構成を説明する。

長さ方向Ｄ１は、ブレース芯材８が最も長い寸法を有する方向であり、厚み方向Ｄ３は、ブレース芯材８が最も短い寸法を有する方向である。幅方向Ｄ２は、長さ方向Ｄ１と厚み方向Ｄ３に直交する方向である。ブレース芯材８は、厚み方向Ｄ３において互いに反対側を向く第一面８１と第二面８２を有する（図２、図３参照）。

ブレース芯材８の長さ方向Ｄ１の一端部には、一対の固定片８３が固定されている。一対の固定片８３は、幅方向Ｄ２に互いに距離をあけて位置する。一対の固定片８３は、建物の柱、梁等の構造物（図示略）に接続される部分である。

ブレース芯材８の第一面８１の長さ方向Ｄ１の両端部には、さらに補強材８５が固着されている。補強材８５は、ブレース芯材８の幅方向Ｄ２の中間部に固着されている。ブレース芯材８と補強材８５は、Ｔ字状をなすように互いに結合されている。ブレース芯材８のより具体的な構造については後述する。

第一座屈拘束部材１は、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、アルミニウム等を用いて四角筒型に形成された角型金属筒１０である（図２、図３等参照）。

角型金属筒１０は、ブレース芯材８の第一面８１に対して、長さ方向Ｄ１のほぼ全長に亘って当接する平坦な第一座屈拘束面１１を有する。

第二座屈拘束部材２は、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、アルミニウム等を用いて形成されたコ字型の溝型金属材２０である（図２、図３等参照）。

溝型金属材２０は、ブレース芯材８の第二面８２に対して、長さ方向Ｄ１のほぼ全長に亘って当接する平坦な第二座屈拘束面２２を有する。

溝型金属材２０は、長板状であるウエブ２０５と、ウエブ２０５の幅方向Ｄ２の両端縁から、厚み方向Ｄ３の同一側に突出した一対のフランジ２０７を備える。ウエブ２０５の厚み方向Ｄ３の両面のうち、フランジ２０７が突出する側を向く面が、第二座屈拘束面２２である。第二座屈拘束面２２は、角型金属筒１０の第一座屈拘束面１１と協働して、ブレース芯材８の座屈を拘束するように構成されている。

角型金属筒１０と溝型金属材２０の長さ方向Ｄ１の寸法は、互いに同一である。本文で用いる同一の文言は、略同一の場合を含む。ブレース芯材８の長さ方向Ｄ１の寸法は、角型金属筒１０および溝型金属材２０の長さ方向Ｄ１の寸法よりも、所定寸法だけ長く設定されている。

ブレース芯材８が角型金属筒１０と溝型金属材２０に結合された状態において、ブレース芯材８の長さ方向Ｄ１の両端部は、角型金属筒１０と溝型金属材２０よりも、長さ方向Ｄ１の外側に突出して位置する。

角型金属筒１０と溝型金属材２０は、溶接によって互いに結合される。ブレース芯材８は、角型金属筒１０と溝型金属材２０の少なくとも一方に対して、溶接によって結合される。ブレース芯材８は、溶接された箇所以外においては、角型金属筒１０と溝型金属材２０に対して相対的に移動可能である。

次に、第一実施形態のブレース芯材８のさらに具体的な構成について、図５等に基づいて説明する。

第一実施形態のブレース芯材８は、ブレース芯材８の主体を構成する長板状の芯材本体５と、この芯材本体５に形成されたスリット構造６を備える。芯材本体５の長さ方向Ｄ１、幅方向Ｄ２および厚み方向Ｄ３は、ブレース芯材８のそれと一致する。

スリット構造６は、レーザー等を用いたスリット加工によって、芯材本体５を厚み方向Ｄ３に貫通するように形成されている。スリット構造６は、芯材本体５の長さ方向Ｄ１の中央部分５１には形成されていない。

スリット構造６は、芯材本体５の長さ方向Ｄ１の中央部分５１を挟んで位置する両側の部分５２に、形成されている。スリット構造６は、中央部分５１を通過して幅方向Ｄ２に伸びる仮想線Ｌ１を中心として、線対称な形状を有する。以下においては、スリット構造６のうち、一方の側の部分５２に形成される構造について説明する。

芯材本体５の部分５２には、互いに平行に形成された一対のスリット６１と、一対のスリット６１のそれぞれに繋がるように切り欠かれた一対の切欠き溝６３が設けられている。

一対のスリット６１は、幅方向Ｄ２に互いに距離をあけた位置で、それぞれが長さ方向Ｄ１に沿って一直線状に形成されている。各スリット６１は、芯材本体５の幅方向Ｄ２の両側の端縁５５に対して平行である。

各スリット６１が有する長さ方向Ｄ１の両側の端部６１５のうち、中央部分５１から遠い側の端部６１５は、切欠き溝６３に繋がる位置にある。

一対の切欠き溝６３は、対応する部分５２の両側の端縁５５から、それぞれ幅方向Ｄ２の内側に向けて切り欠かれている。各切欠き溝６３は、一対のスリット６１のうち近い側のスリット６１の一部（端部６１５）に繋がるように、切り欠かれている。

各切欠き溝６３は、長さ方向Ｄ１において所定の開口幅を有するように、厚み方向Ｄ３から視て台形状に切り欠かれている。各切欠き溝６３は、幅方向Ｄ２の内側に位置する箇所ほど、長さ方向Ｄ１の開口幅が小さくなるように形成されている。各切欠き溝６３のうち幅方向Ｄ２の最も内側に位置する箇所が、スリット６１に繋がっている。各切欠き溝６３の長さ方向Ｄ１の開口幅は、芯材本体５の長さ方向Ｄ１の伸縮を許容するように設定されている。

芯材本体５のうち、長さ方向Ｄ１の両端部５３には、スリット構造６が形成されていない。両端部５３は、芯材本体５のうち、両側の部分５２よりもさらに長さ方向Ｄ１の外側に位置する。両端部５３に補強材８５が固着され、一方の端部５３に一対の固定片８３が固着される。

つまり、第一実施形態のブレース芯材８の主体をなす芯材本体５には、長さ方向Ｄ１の中央に、スリット加工が施されていない中央部分５１が設けられ、中央部分５１を挟んだ両側の部分５２に、一対のスリット６１間の幅狭部分５６と、幅狭部分５６に対して各スリット６１を挟んで幅方向Ｄ２の外側に位置する長尺部分５７が、それぞれ設けられている。幅狭部分５６は、隣接する中央部分５１と端部５３に対して、一体に連続している。長尺部分５７は、中央部分５１に対して一体に連続し、且つ、隣接する端部５３に対しては切欠き溝６３を介して分離されている。

第一実施形態の座屈拘束ブレース９は、上記構成のブレース芯材８を、角型金属筒１０と溝型金属材２０で厚み方向Ｄ３に挟み込んだ構造であるから、複雑な構造を要することなく、降伏荷重が自在に設定可能である。

つまり、第一実施形態のブレース芯材８では、長板状の芯材本体５に対してスリット加工を施すことで、ブレース芯材８としての実質的な機能を発揮する幅狭部分５６（一対のスリット６１間の部分）の断面を、自在に設定することができる。たとえば、一対のスリット６１間の距離を小さく設定するほど、ブレース芯材８の降伏荷重を抑えることができる。

加えて、第一実施形態のブレース芯材８においては、降伏荷重を抑えるためにブレース芯材８の外形を幅狭に設ける必要がないので、従来の座屈拘束ブレースのように、第一座屈拘束部材１と第二座屈拘束部材２の間にスペーサをさらに配置する必要がない。

言い換えれば、第一実施形態のブレース芯材８においては、芯材本体５の幅方向Ｄ２の各端縁５５とこれに近い側のスリット６１との間に形成される長尺部分５７が、実質的なスペーサとして機能する。そのため、座屈拘束ブレース９の組立工程もシンプルで済む。

加えて、第一実施形態のブレース芯材８においては、第一座屈拘束部材１と第二座屈拘束部材２の少なくとも一方に対する溶接を、簡易な作業で且つ高い確実性で行うことができる。

つまり、第一実施形態のブレース芯材８によれば、幅狭部分５６に溶接を行うのではなく、幅狭部分５６に一体に連続した中央部分５１と、同じく幅狭部分５６に一体に連続した両端の長尺部分５７に対して溶接を行えばよいので、溶接作業を行いやすく、且つ、溶接がより確実に行われる。

しかも、第一座屈拘束部材１と第二座屈拘束部材２としては、ブレース芯材８のスリット構造６がどのような構造であるか（あるいはスリット構造６を設けているか否か）に関わらず、共通の部材を用いることができ、部材の共通化が図られる。

また、ブレース芯材８のスリット構造６がどのような構造であるか（あるいはスリット構造６を設けているか否か）に関わらず、共通の溶接作業で座屈拘束ブレース９を組み立てることができ、組立作業の共通化が図られる。

［第二実施形態］
第二実施形態のブレース芯材８について、以下に説明する。なお、第二実施形態のブレース芯材８の構成のうち、第一実施形態において既述した構成と同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図６に示すように、第二実施形態のブレース芯材８が備えるスリット構造６は、長板状の芯材本体５の中央部分５１を挟んだ両側の部分５２のそれぞれにおいて、互いに平行に形成された一対のスリット６１と、一対のスリット６１の同士を繋ぐように形成された連通溝６５を備える。

連通溝６５は、幅方向Ｄ２に距離をあけて位置する一対のスリット６１のうち、中央部分５１から遠い側の端部６１５同士を繋ぐように形成されている。

連通溝６５は、長さ方向Ｄ１において所定の開口幅を有する。連通溝６５は、厚み方向Ｄ３から視たときに、全体として、長さ方向Ｄ１の外側に向けて膨らむように円弧状に湾曲した形状を有する。連通溝６５の長さ方向Ｄ１の開口幅は、芯材本体５の長さ方向Ｄ１の伸縮を許容するように設定されている。

第二実施形態のブレース芯材８においては、芯材本体５の幅方向Ｄ２の各端縁５５とこれに近い側のスリット６１との間に形成される幅狭部分５８が、ブレース芯材８としての実質的な機能を発揮する。一対のスリット６１間の長尺部分５９は、実質的なスペーサとして機能する。

幅方向Ｄ２の両側に位置する幅狭部分５８は、隣接する中央部分５１と端部５３に対して、一体に連続している。幅方向Ｄ２の中央に位置する長尺部分５９は、中央部分５１に対して一体に連続し、且つ、隣接する端部５３に対しては連通溝６５を介して分離されている。

つまり、第二実施形態のブレース芯材８の主体をなす芯材本体５には、長さ方向Ｄ１の中央に、スリット加工が施されていない中央部分５１が設けられ、中央部分５１を挟んだ両側の部分５２に、一対のスリット６１間の長尺部分５９と、長尺部分５９に対して各スリット６１を挟んで幅方向Ｄ２の外側に位置する幅狭部分５８が、それぞれ設けられている。

長尺部分５９は、中央部分５１に対して一体に連続し、且つ、隣接する端部５３に対しては連通溝６５を介して分離されている。幅狭部分５８は、隣接する中央部分５１と端部５３に対して、一体に連続している。

第二実施形態のブレース芯材８を用いて座屈拘束ブレース９を組み立てる際には、芯材本体５の中央部分５１に対して、第一座屈拘束部材１と第二座屈拘束部材２の少なくとも一方を溶接する。ここで用いる第一座屈拘束部材１と第二座屈拘束部材２としては、ブレース芯材８のスリット構造６がどのような構造であるか（あるいはスリット構造６を設けているか否か）に関わらず、共通の部材を用いることができ、部材と組立作業の共通化が図られる。

［変形例］
上述したブレース芯材８およびこれを備える座屈拘束ブレース９の構成は一例にすぎず、適宜の設計変更を行うことが可能である。

たとえば、第一実施形態のブレース芯材８において、切欠き溝６３は、対応するスリット６１の端部６１５に繋がるように切り欠かれているが、対応するスリット６１の他の部分に繋がるように切り欠かれてもよい。

また、第二実施形態のブレース芯材８において、連通溝６５は、互いに平行に並んだ一対のスリット６１のうち、中央部分５１から遠い側の端部６１５同士を繋ぐように形成されているが、他の部分同士（たとえば中央部分５１に近い側の端部６１５同士）を繋ぐように形成されてもよい。

その他の構成においても、課題解決の主旨を逸脱しない範囲内で、適宜の設計変更を行うことが可能である。

［効果］
以上、第一実施形態および第二実施形態において説明したように、ブレース芯材（８）は、芯材本体（５）と、芯材本体（５）に形成されたスリット構造（６）を備える。

芯材本体（５）は、互いに直交する３方向を長さ方向（Ｄ１）、幅方向（Ｄ２）および厚み方向（Ｄ３）とする長板状の部材である。

スリット構造（６）は、芯材本体（５）のうち、長さ方向（Ｄ１）の中央部分（５１）を挟んで位置する両側の部分（５２）において、厚み方向（Ｄ３）に貫通するように形成されている。

したがって、上記構成を備えるブレース芯材（８）によれば、芯材本体（５）としては標準化されたサイズのものを用い、芯材本体（５）に加工するスリット構造（６）の設定に基づいて、降伏荷重を自在に設定することができる。スリット構造（６）の設定に関わらず芯材本体（５）の外形はほぼ均一化されるので、従来技術のようにスペーサを別途設けずとも、共通の部材（第一座屈拘束部材（１）、第二座屈拘束部材（２）等）を用いて座屈拘束ブレース（９）を組み立てることができる。ブレース芯材（８）の溶接は、スリット構造（６）の設定に関わらず、芯材本体（５）の中央部分（５１）で行うことができる。

また、第一実施形態において説明したように、上記のスリット構造（６）は、両側の部分（５２）のそれぞれにおいて、幅方向（Ｄ２）に距離をあけて互いに平行に形成された一対のスリット（６１）と、両側の部分（５２）のそれぞれにおいて、芯材本体（５）の幅方向（Ｄ２）の各端縁（５５）から、一対のスリット（６１）のうち近い側のスリット（６１）にまで繋がるように切り欠かれた切欠き溝（６３）を含むことが好ましい。

この場合、芯材本体（５）のうち、一対のスリット（６１）間に形成される幅狭部分（５６）が、ブレース芯材（８）としての実質的な機能を発揮し、この幅狭部分（５６）に対して各スリット（６１）を挟んで外側に位置する長尺部分（５７）が、実質的なスペーサとして機能する。ブレース芯材（８）としての降伏荷重は、一対のスリット（６１）間の距離によって、自在に設定される。

また、第一実施形態において説明したように、上記の切欠き溝（６３）は、芯材本体（５）の長さ方向（Ｄ１）の伸縮を許容するように構成されていることが好ましい。

この場合、スリット加工の際に、芯材本体（５）のうち切欠き溝（６３）に対応する部分を、レーザー等を用いて所定幅で削り落とせばよく、加工が容易である。

また、第二実施形態において説明したように、上記のスリット構造（６）は、両側の部分（５２）のそれぞれにおいて、幅方向（Ｄ２）に距離をあけて互いに平行に形成された一対のスリット（６１）と、両側の部分（５２）のそれぞれにおいて、一対のスリット（６１）の一部同士を繋ぐように形成された連通溝（６５）を含むことも好ましい。

この場合、芯材本体（５）のうち、一対のスリット（６１）間に形成される長尺部分（５９）が、実質的なスペーサとして機能し、この長尺部分（５９）に対して各スリット（６１）を挟んで外側に位置する幅狭部分（５８）が、ブレース芯材（８）として実質的な機能を発揮する。ブレース芯材（８）としての降伏荷重は、一対のスリット（６１）間の距離によって、自在に設定される。

また、第二実施形態において説明したように、上記の連通溝（６５）は、芯材本体（５）の長さ方向（Ｄ１）の伸縮を許容するように構成されていることが好ましい。

この場合、スリット加工の際に、芯材本体（５）のうち連通溝（６５）に対応する部分を、レーザー等を用いて所定幅で削り落とせばよく、加工が容易である。

また、第一実施形態および第二実施形態において説明したように、座屈拘束ブレース（９）は、上記のブレース芯材（８）と、ブレース芯材（８）の厚み方向（Ｄ３）の第一面（８１）に沿って配置される第一座屈拘束部材（１）と、ブレース芯材（８）の厚み方向（Ｄ３）の第二面（８２）に沿って配置される第二座屈拘束部材（２）を備え、第一座屈拘束部材（１）と第二座屈拘束部材（２）が、ブレース芯材（８）を厚み方向（Ｄ３）に挟み込んだ状態で、互いに結合されている。

したがって、上記構成を備える座屈拘束ブレース（９）によれば、上記のブレース芯材（８）を用いたシンプルな構造で、多様な降伏荷重を自在に設定することができる。

１ 第一座屈拘束部材
２ 第二座屈拘束部材
５ 芯材本体
５１ 中央部分
５２ 部分
５５ 端縁
６ スリット構造
６１ スリット
６３ 切欠き溝
６５ 連通溝
８ ブレース芯材
８１ 第一面
８２ 第二面
９ 座屈拘束ブレース
Ｄ１ 長さ方向
Ｄ２ 幅方向
Ｄ３ 厚み方向

Claims (6)

1. 芯材本体と、
   前記芯材本体に形成されたスリット構造と、を備え、
   前記芯材本体は、
   互いに直交する３方向を長さ方向、幅方向および厚み方向とする長板状の部材であり、
   前記スリット構造は、
   前記芯材本体のうち、前記長さ方向の中央部分を挟んで位置する両側の部分において、前記厚み方向に貫通するように形成されている
   ことを特徴とするブレース芯材。
2. 前記スリット構造は、
   前記両側の部分のそれぞれにおいて、前記幅方向に距離をあけて互いに平行に形成された一対のスリットと、
   前記両側の部分のそれぞれにおいて、前記芯材本体の前記幅方向の各端縁から、前記一対のスリットのうち近い側のスリットにまで繋がるように切り欠かれた切欠き溝と、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレース芯材。
3. 前記切欠き溝は、
   前記芯材本体の前記長さ方向の伸縮を許容するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のブレース芯材。
4. 前記スリット構造は、
   前記両側の部分のそれぞれにおいて、前記幅方向に距離をあけて互いに平行に形成された一対のスリットと、
   前記両側の部分のそれぞれにおいて、前記一対のスリットの一部同士を繋ぐように形成された連通溝と、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレース芯材。
5. 前記連通溝は、
   前記芯材本体の前記長さ方向の伸縮を許容するように構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のブレース芯材。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のブレース芯材と、
   前記ブレース芯材の前記厚み方向の第一面に沿って配置される第一座屈拘束部材と、
   前記ブレース芯材の前記厚み方向の第二面に沿って配置される第二座屈拘束部材と、を備え、
   前記第一座屈拘束部材と前記第二座屈拘束部材が、前記ブレース芯材を前記厚み方向に挟み込んだ状態で、互いに結合されている
   ことを特徴とする座屈拘束ブレース。

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