JP2019163628A

JP2019163628A - ブレース

Info

Publication number: JP2019163628A
Application number: JP2018051850A
Authority: JP
Inventors: 耕次森田; Koji Morita; 角屋　治克; Harukatsu Kadoya; 治克角屋
Original assignee: B&b Technical Office Co Ltd
Current assignee: B&b Technical Office Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP6544546B1

Abstract

【課題】ブレース全長の寸法調整と、設置後の張力導入が可能なピン接合形式の座屈拘束ブレースと、その基本構成である引張ブレースを提供する。【解決手段】ブレース７は、引張ブレース５に座屈拘束部材を付加して座屈拘束ブレースに転用したもので、２本の丸鋼２１,２１が、それぞれ座屈拘束部材としての円形鋼管８,８で包囲された構成である。両方の円形鋼管８,８は、接合部材３，４の円筒状雌ネジ部材３ｂ, ４ｂと、中央に位置する筒状雌ネジ部材６に跨るように外嵌されている。円形鋼管８,８の内側では、一対の丸鋼２１,２１（ブレース芯材）に対して、鋼製材料からなる複数のリング状スペーサー９が挿通され、長手方向に所定の間隔を空けて取り付けられている。これらのリング状スペーサー９は、円形鋼管８,８およびブレース芯材２１,２１に対してほぼ接する大きさに設定され、固定金具９１で定着されている。【選択図】図３

Description

本発明は、鉄骨建造物の補強に使用する鋼製ブレースに係り、より詳しくは、基本構成の形態では引張ブレースとしての使用が可能であり、さらに座屈拘束部材を付加して座屈拘束ブレースとしたときには、圧縮力の負担に優れ、ブレース全長の寸法調整が容易で張力の導入も可能なブレースに関するものである。

従来、鉄骨建造物の補強に使用されるブレースの種類としては、引張ブレース、圧縮ブレースおよび座屈拘束ブレースがある。引張ブレースは、鋼材の長所を有効に活用したものであり、断面の小さい鋼材でも大きな抵抗力を有することから、中小規模の鉄骨建造物に多く使用されている。一方、圧縮ブレースは、ブレース芯材（鋼材）の座屈強度に基づいてその性能が決定されるものであるが、ブレース芯材の端部に接合された接合部材と鉄骨架構側のガセットプレートとの接合条件（ピン接合または固定接合）の違いにより座屈強度が異なる。

さらに、座屈拘束ブレースは、引張ブレースと圧縮ブレースの両方の特長を備えるもので、引張ブレース材（ブレース芯材）の座屈を防ぐ手段として座屈拘束鋼管と呼ばれる鋼管を用い、引張ブレース材の外周を覆うことで、ブレース芯材の座屈によるブレース耐力の低下を防ぐ構造になっている。

ところで、上記構成からなる座屈拘束ブレースでは、施工性、生産性、補強性能などの面で以下のような問題点が存在する。
（１）鉄骨建方作業において、ブレースの取付位置間での寸法精度にばらつきが大きいため、作業性があまりよくない。
（２）高力ボルトによる固定接合では、多数のボルト挿通孔を必要とすることから、接合部材やガセットプレートにおいて挿通孔間の寸法にばらつきが生じやすく、施工性の低下につながる。
（３）ブレース取付位置での原寸法を確認してからでないと、ブレースを製作することができないため、生産性が悪い。
（４）ブレースに加工する前の段階で鋼材自体に変形や撓みが生じているため、ブレースに加工された後においても撓みが解消されない。
（５）ブレースの取付後において、ブレース自身の重量で撓みが発生し、ブレースが撓んだ状態になり修正ができない。
（６）ブレース自体の製作誤差、ガセットプレートの製作誤差、溶接で発生する誤差などに対して対応しにくい構造である。
（７）圧縮力を受けるブレースは、ブレースの端部、特に下端部側に圧縮曲げ破壊や局部的座屈破壊、首折れ現象等が生じやすい。

上記問題点のうち特に（１）〜（３）に関しては、その解決手段として、ブレース全体の長さ調整を可能にした座屈拘束ブレースが提案されている（特許文献１）。

特許第５５０６７４４号公報（図１〜３、段落００３２等参照）

上記従来例の座屈拘束ブレースは、棒状または管状からなる一対のブレース芯材の雌ネジ部に、ブレース芯材よりも断面積の小さい棒状鋼材の両端の雄ネジ部を螺合して直線状（同軸状）に連結し、中間に位置する棒状鋼材を回転させることにより、ブレース全体の長さ調整を行う構造である。しかしながら、これら一対のブレース芯材を連結する棒状鋼材は、ガセットプレートにブレースの両端部を接合した状態では座屈拘束管の内部に隠れるため、ブレースの設置後にあっては、そのターンバックル機能を利用して撓みの解消や張力の導入が困難である。このため、上記従来技術の座屈拘束ブレースでは、上記問題点（４）〜（６）に対しては有効でないという問題点があった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するために創出されたもので、ブレース全体の長さ調整を容易に行うことができ、しかも設置後においても張力の導入が可能な座屈拘束ブレースと、座屈拘束部材のない基本構成の状態では引張ブレースとしての使用も可能な利便性の高いブレースの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の主たる構成に係るブレースは、端部が右ネジと左ネジに形成された丸鋼からなるブレース芯材と、このブレース芯材の各端部に一端側の雌ネジ部で螺合し、他端側のプレート部で鉄骨架構の矩形状架構面に取り付けた一対のガセットプレートにそれぞれピン接合される一対の接合部材を備えるという技術手段を採用したことに特徴がある（請求項１）。

上記構成によれば、ブレース芯材に用いる丸鋼の大きな抵抗力により引張ブレースとして使用することができる。さらに、ブレース芯材を筒状雌ネジ部材で連結された一対の丸鋼とした場合（請求項２）には、中央の筒状雌ネジ部材を回転することにより、ブレースの全長寸法の調整が可能となり、また、ブレース芯材に引張力を導入でき、鋼材の加工前から存在する元歪や、自重によるブレース自身の撓みも解消される。

また、本発明の他の構成は、ブレース芯材が、複数のリング状スペーサーを長手方向に所定の間隔で挿着し、このリング状スペーサーの外径に近い内径の円形鋼管でその全長を包囲したことである（請求項３）。

上記他の構成において、リング状スペーサーで区画された部分に、円形鋼管の内径よりも小さい外径の円形鋼管を挿通することも可能である（請求項４）。また、小径の円形鋼管に代えて、円形鋼管の内径よりも小さいコイル外径のコイル状棒鋼を挿通してもよい（請求項５）。これら円形鋼管でブレース芯材の全体を包囲した構成では、円形鋼管が内側のブレース芯材の座屈を防止するため、座屈拘束ブレースとして有効に使用することができる。なお、ブレース芯材を複数のリング状スペーサーで区画することなく、円形鋼管の内径よりもコイル外径が小さい１本のコイル状棒鋼をブレース芯材の全長に渡るように挿通してもよい（請求項６）。

さらに、主たる構成の接合部材について、プレート部が、ガセットプレートを対向面間に受け入れた状態でピンボルトが挿通される２枚１組のプレートとすることができる（請求項７）。このような構成によれば、ガセットプレートのピン孔と２枚１組のプレートのピン孔とを一致させた状態でピンボルトを挿入することにより、簡単かつ確実にブレースをピン接合することができる。

本発明に係るブレースでは、上記構成を採用することにより、以下のような効果が得られる。
（１）本発明に係るブレースは、円形鋼管（座屈拘束部材）でブレース芯材を包囲しない場合には、引張ブレースとして使用することができ、また円形鋼管でブレース芯材を包囲した場合には、座屈拘束ブレースとしての使用が可能であることから、その選択によって種々の使用条件に対応しやすく、使い勝手の良好なブレースとなる。
（２）ブレース芯材を筒状雌ネジ部材で連結された一対の丸鋼とした場合には、中間に位置する筒状雌ネジ部材の回転により、一対の丸鋼が互いに近接または離反する方向に変位するので、ブレース全体の長さ寸法の調整を広い範囲で簡単に行うことができる。
（３）さらに、一対の丸鋼を螺合連結する筒状雌ネジ部材が外部に露出しているため、ブレースがガセットプレートに取り付けられた状態であっても、筒状雌ネジ部材を適宜の方向に回転することでブレース本体に対して確実に張力を導入することが可能になる。

（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第１実施形態（引張ブレース）に係る正面図および側面図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第２実施形態（引張ブレース）に係る正面図および側面図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第３実施形態（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、図３の第３実施形態で使用するリング状スペーサーの正面図および縦断面図である。図４のリング状スペーサーの取付方法を示した説明図である。図４のリング状スペーサーの定着に使用する固定金具の正面図である。（ａ），（ｂ）は、図３の第３実施形態に係る座屈拘束ブレースの耐荷モデルとその座屈形状を示した説明図である。（ａ），（ｂ）は、図７に対応する比較例として、図７と同じブレース長でブレース芯材を１本とした場合の座屈拘束ブレースの耐荷モデルとその座屈形状を示した説明図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第４実施形態（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、従来技術による座屈拘束ブレースにおいて、ブレース芯材の座屈に至る挙動を模式的に示した説明図と実際の変形状態を示した説明図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第５実施形態（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第６実施形態（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。第３実施形態ないし第６実施形態の座屈拘束ブレースの施工において、ガセットプレートとの結合方法を示した正面図である。図１３の次の工程として、座屈拘束ブレースに張力を導入する方法を示した正面図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係るブレースの実施形態について説明する。なお、各実施形態で同一部分に関しては同一符号で示し、重複する説明を省略することもある。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第１実施形態に係る正面図および側面図である。図示のブレース１は、ブレース芯材２と、その両端側に配置される一対の接合部材３，４で構成され、引張ブレースとして使用されるものである。ブレース芯材２は丸鋼からなり、その両端部には右ネジ２ａと左ネジ２ｂが形成されている。接合部材３，４は、中間に位置する鍔板３ａ，４ａの一方の面に円筒状雌ネジ部材３ｂ（右ネジ）, ４ｂ（左ネジ）が溶接され、これら円筒状雌ネジ部材３ｂ, ４ｂを介してブレース芯材２とネジ結合している。また、鍔板３ａ，４ａの他方の面には、２枚１組のプレート材３ｃ，４ｃが溶接されている。２枚１組のプレート材３ｃ，４ｃは、挿通孔を有するガセットプレート（図示せず）が対向面間に挿入可能な間隔で並設され、それぞれのプレート材３ｃ，４ｃにピンボルトの挿通孔３ｄ，４ｄが互いの軸心を合わせて形成されている。これらの接合部材３, ４は、一般的にクレビス式と称されている二股状の継手金物が使用される。

図２は、本発明のブレースの第２実施形態に係り、第１実施形態と同様に引張ブレースに適用した事例である。図示のブレース５は、ブレース芯材２が１本の丸鋼ではなく、筒状雌ネジ部材６で連結された一対の丸鋼２１,２１からなる点で第１実施形態とは異なる。この場合、一対の丸鋼２１,２１は、それぞれ両端部が右ネジ２１ａと左ネジ２１ｂに形成され、筒状雌ネジ部材６の内部は、これに対応すべく中央を境にして右ネジと左ネジに区分されている。連結状態での２本の丸鋼２１,２１における各雄ネジ部の方向は、図面上では、下端部から上端部に向けて右ネジ、左ネジ、右ネジ、左ネジと交互に配置されている。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第３実施形態に係る正面図および部分断面図である。図示のブレース７は、第２実施形態に係る引張ブレース５に座屈拘束部材を付加して座屈拘束ブレースに転用したものである。すなわち、２本の丸鋼２１,２１は、それぞれ座屈拘束部材としての円形鋼管８,８で包囲された構成である。両方の円形鋼管８,８は、接合部材３，４の円筒状雌ネジ部材３ｂ, ４ｂと、中央に位置する筒状雌ネジ部材６に跨るように外嵌されている。また、円形鋼管８,８の内側では、一対の丸鋼２１,２１（ブレース芯材）に対して、鋼製材料からなる複数のリング状スペーサー９が挿通され、長手方向に所定の間隔を空けて取り付けられている。これらのリング状スペーサー９は、円形鋼管８,８およびブレース芯材２１,２１に対してほぼ接する大きさに設定され、固定金具９１（図６参照）で定着されている。なお、リング状スペーサー９の配置間隔は、ブレース芯材２１の軸径ｄ１の６〜８倍程度が好適である。この実施形態では、ブレース全体で6個のリング状スペーサー９が使用されているが、リング状スペーサー９の数量を増加することにより、ブレース芯材２１を長くして、ブレース７の全長を長くする仕様も可能で、また圧縮曲げ限界荷重をより高めることもできる。

次に、リング状スペーサー９の取付方法について、図４〜６を参照しながら説明する。図４（ａ），（ｂ）は、リング状スペーサー９の正面図および縦断面図である。リング状スペーサー９は、全体が丸ナット状を呈しているが、雌ネジ部９ａのネジ谷が通常よりも浅く形成されている。その理由は、ブレース芯材（丸鋼２１,２１）と座屈拘束鋼管（円形鋼管８,８）との隙間がブレースの座屈拘束耐力に影響を及ぼすため、リング状スペーサー９の使用条件として、密着に近い状況が望まれるからである。ブレース芯材２１に丸鋼を使用する場合、図５に示すように、ブレース軸部の外径ｄ１と雄ネジ部２１ａの外径ｄ２とは、一般的にｄ１≦ｄ２の関係である。このため、雄ネジ部２１ａを通過させてリング状スペーサー９を取り付けようとした場合には、リング状スペーサー９の内周面とブレース芯材２１の外周面との間に隙間が生じてしまう。このような事情から、リング状スペーサー９とブレース芯材２１との密着性を高めるために、リング状スペーサー９の雌ネジ部９ａのネジ谷を浅くした形状とすることが有効である。そして、所定の位置において、図６に示す略Ｃ字状でバネ性を有する２個１組の固定金具９１で両側から挟むようにしてリング状スペーサー９の位置決めと移動防止がなされる。

図７（ａ），（ｂ）は図３の第３実施形態に係る座屈拘束ブレースの耐荷モデルとその座屈形状を示し、図８（ａ），（ｂ）は比較例としてブレース芯材が１本の場合の座屈拘束ブレース（従来技術）の耐荷モデルとその座屈形状を示した説明図である。この座屈形状モデルでの座屈荷重の比較では、本発明による座屈拘束ブレースでの座屈荷重Pcr1は、従来技術での座屈荷重Pcr2の４倍になることが想定される。

図９（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第４実施形態に係る正面図および部分縦断面図である。図示のブレース１０は、第３実施形態で用いたリング状スペーサー９に代えてコイル状棒鋼１１をスペーサーとして使用した構成であり、２本１組のブレース芯材２１，２１に対してその全長に渡る長さで１本ずつ挿通されている。この場合、コイル状棒鋼１１の軸径は、円形鋼管８（座屈拘束部材）とブレース芯材２１の間隔に近い円形棒鋼の軸径とする。また、コイル状棒鋼１１の螺旋ピッチは、５ｄ以下とするのがよい。この実施形態では、固定金具９１が不要であり、また、ブレース芯材２１に圧縮力が働くと同時に、コイル状棒鋼１１には、バネ力による反力が発生するので、ブレース芯材２１の圧縮曲げ変形を低減させる効果でブレース芯材２１の剛性と圧縮耐力を高めることが期待できる。

図１０（ａ），（ｂ）は、一般的な座屈拘束ブレースにおけるブレース芯材２の座屈荷重に至る直前の挙動を模式的に示した説明図と実際の変形状態を示した説明図である。（ａ）のようにブレース芯材２は比較的なだらかな座屈曲げ変形を示すが、実際には（ｂ）に示すように、ブレース芯材２が捻じれを伴う塑性変形を行い、座屈曲げ変形となることが知られている。

このような状況を考慮したものが、次に説明する第５実施形態および第６実施形態である。図１１（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第５実施形態に係る正面図および部分縦断面図である。図示のブレース１２は、第３実施形態のブレース７の変形例である。すなわち、リング状スペーサー９で区分された各区間に対して、当該区間とほぼ同じ長さで円形鋼管８よりも小径の円形鋼管１３（２次座屈拘束鋼管）を挿通して取り付けることで、座屈曲げ変形に伴うブレース芯材２１の耐力低下と、剛性低下を効果的に回避することができる。この円形鋼管１３は、リング状スペーサー９の位置決めも兼ねているが、リング状スペーサー９間で発生するブレース芯材２１の座屈による過大な変形を拘束させ、ブレース１２の座屈耐力と剛性の向上と安定を一段と図ることができる。

図１２（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第６実施形態に係る正面図および部分縦断面図である。図示のブレース１４は、第５実施形態のブレース１２で使用する小径の円形鋼管１３に代えてコイル状棒鋼１５を使用したものである。このコイル状棒鋼１５は、バネ力も加わって、小径の円形鋼管１３と同等以上の機能を発揮する。

図１３は、図３の第３実施形態に係るブレース７の施工方法を示した正面図である。まず、鉄骨柱９１と鉄骨梁９２で構成される鉄骨架構の矩形状架構面９０の対角位置に溶接されている上部ガセットプレート９３に対して、第３実施形態のブレース７の一端側にある接合部材４の挿通孔とガセットプレート９３の挿通孔とを一致させた状態でピンボルト９４を挿通し、反対側からのナットの螺合によりブレース７の上部を仮固定する。ピンボルト９４でブレース７を吊り下げた状態において、中央部分に露出している筒状雌ネジ部材６を回転してブレース７の長さを調整する。そして、ブレース７の他端側（下部側）にある接合部材３の挿通孔と下部ガセットプレート９５の挿通孔９６の位置が一致した位置でピンボルト９４を挿入し、反対側からのナットの締め付けると、ブレース７の取付けが完了する。

次に、図１４に示すように、筒状雌ネジ部材６を所定の方向に回転させると、両端に位置する円筒状雌ネジ部材３ｂ，４ｂ間の距離が狭まり、ブレース芯材２１に所望の引張軸力が導入されるので、ブレース芯材２１の撓み等を解消させることができる。このようにして取り付けられる本発明のブレース７を使用する取付構造では、上下のガセットプレート９３，９５とブレース７の接合部材３，４とがクレビス式のピン接合形式となるため、ブレース７が圧縮応力を負担したときに生じる圧縮曲げ変形を、柱梁で囲まれた構造面内の変形に限定させ、外壁等の破損を防ぐことができる。また、引張力が働くときは、高力ボルトによる固定形式と異なり、ブレース芯材２１のピン間が直線的になるので、接合部材３，４が引張力によって曲げ変形等の応力集中を受けにくくなる。

以上、実施形態に基づいて本発明の構成とその作用効果について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、接合部材にクレビス以外のものを使用することは可能であり、ブレースの端部の一方は、鉄骨柱と鉄骨梁の交差部ではなく、鉄骨柱とその下端に接合されるベースプレートに跨って設けられたガセットプレートに接合するなど、この発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。

本発明のブレースは、基本構成では引張ブレースとしての使用が可能であるとともに、適宜の座屈拘束部材を付加することで座屈拘束ブレースにもなり、さらにブレース全長の寸法調整と張力導入が可能となることから、鉄骨建造物等の補強用ブレースとしての利用のさらなる展開が期待される。

１，５，７，１０，１２，１４：ブレース、２，２１：ブレース芯材（丸鋼）、３，４：接合部材、２ａ，２１ａ：右ネジ、２ｂ，２１ｂ：左ネジ、３ａ，４ａ：鍔板、３ｂ，４ｂ：円筒状雌ネジ部材、３ｃ，４ｃ：プレート材、３ｄ，４ｄ：挿通孔、６：筒状雌ネジ部材、８：円形鋼管（座屈拘束部材）、９：リング状スペーサー、９ａ：雌ネジ部、１１：コイル状棒鋼、１３：円形鋼管（２次座屈拘束部材）、９０：矩形状架構面、９１：固定金具、９３，９５：ガセットプレート、９４：ピンボルト

上記課題を解決するため、本発明の主たる構成に係るブレースは、端部が右ネジと左ネジに形成された丸鋼からなるブレース芯材と、このブレース芯材の各端部に一端側の雌ネジ部で螺合し、他端側のプレート部で鉄骨架構の矩形状架構面に取り付けた一対のガセットプレートにそれぞれピン接合される一対の接合部材と、前記ブレース芯材の全長を包囲する円形鋼管からなる座屈拘束部材を備えるブレースであって、前記ブレース芯材には、前記円形鋼管よりも小径でその内径に近い外径の複数のリング状スペーサーが長手方向に所定の間隔で挿通され、それらリング状スペーサーで区分された各区間に、前記円形鋼管の内径よりも小さい外径で当該区間とほぼ同じ長さの円形鋼管またはコイル状棒鋼からなる２次座屈拘束部材が個別に挿通されている、という技術手段を採用したことに特徴がある（請求項１）。

上記構成によれば、円形鋼管からなる座屈拘束部材を使用しない場合には、ブレース芯材に用いる丸鋼の大きな抵抗力により引張ブレースとして使用することができる。さらに、ブレース芯材を筒状雌ネジ部材で連結された一対の丸鋼とした場合（請求項２）には、中央の筒状雌ネジ部材を回転することにより、ブレースの全長寸法の調整が可能となり、また、ブレース芯材に引張力を導入でき、鋼材の加工前から存在する元歪や、自重によるブレース自身の撓みも解消される。

上記構成では、リング状スペーサーで区画された部分のブレース芯材に、最外周に配置される円形鋼管（座屈拘束部材）の内径よりも小さい外径の円形鋼管、または円形鋼管（座屈拘束部材）の内径よりも小さいコイル外径のコイル状棒鋼を２次座屈拘束部材として挿通し、これらリング状スペーサーと２次座屈拘束部材を含め、円形鋼管（座屈拘束部材）でブレース芯材の全体を包囲した構成であることから、座屈拘束部材と２次座屈拘束部材とが内側のブレース芯材の座屈を効果的に防止するため、座屈拘束ブレースとして有効に使用することができる。

さらに、主たる構成の接合部材について、プレート部が、ガセットプレートを対向面間に受け入れた状態でピンボルトが挿通される２枚１組のプレートとすることができる（請求項３）。このような構成によれば、ガセットプレートのピン孔と２枚１組のプレートのピン孔とを一致させた状態でピンボルトを挿入することにより、簡単かつ確実にブレースをピン接合することができる。

（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースに関連する第１参考例（引張ブレース）に係る正面図および側面図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースに関連する第２参考例（引張ブレース）に係る正面図および側面図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースに関連する第３参考例（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、図３の第３参考例および本発明で使用するリング状スペーサーの正面図および縦断面図である。図４のリング状スペーサーの取付方法を示した説明図である。図４のリング状スペーサーの定着に使用する固定金具の正面図である。（ａ），（ｂ）は、図３の第３参考例に係る座屈拘束ブレースの耐荷モデルとその座屈形状を示した説明図である。（ａ），（ｂ）は、図７に対応する比較例として、図７と同じブレース長でブレース芯材を１本とした場合の座屈拘束ブレースの耐荷モデルとその座屈形状を示した説明図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースに関連する第４参考例（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、従来技術による座屈拘束ブレースにおいて、ブレース芯材の座屈に至る挙動を模式的に示した説明図と実際の変形状態を示した説明図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第１実施形態（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明のブレースの第２実施形態（座屈拘束ブレース）に係る正面図および部分縦断面図である。第３参考例、第４参考例、第１実施形態および第２実施形態の座屈拘束ブレースの施工において、ガセットプレートとの結合方法を示した正面図である。図１３の次の工程として、座屈拘束ブレースに張力を導入する方法を示した正面図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係るブレースの実施形態について説明する。なお、各実施形態および参考例で同一部分に関しては同一符号で示し、重複する説明を省略することもある。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明に関連するブレースの第１参考例に係る正面図および側面図である。図示のブレース１は、ブレース芯材２と、その両端側に配置される一対の接合部材３，４で構成され、引張ブレースとして使用されるものである。ブレース芯材２は丸鋼からなり、その両端部には右ネジ２ａと左ネジ２ｂが形成されている。接合部材３，４は、中間に位置する鍔板３ａ，４ａの一方の面に円筒状雌ネジ部材３ｂ（右ネジ）, ４ｂ（左ネジ）が溶接され、これら円筒状雌ネジ部材３ｂ, ４ｂを介してブレース芯材２とネジ結合している。また、鍔板３ａ，４ａの他方の面には、２枚１組のプレート材３ｃ，４ｃが溶接されている。２枚１組のプレート材３ｃ，４ｃは、挿通孔を有するガセットプレート（図示せず）が対向面間に挿入可能な間隔で並設され、それぞれのプレート材３ｃ，４ｃにピンボルトの挿通孔３ｄ，４ｄが互いの軸心を合わせて形成されている。これらの接合部材３, ４は、一般的にクレビス式と称されている二股状の継手金物が使用される。

図２は、本発明のブレースに関連する第２参考例に係り、第１参考例と同様に引張ブレースに適用した事例である。図示のブレース５は、ブレース芯材２が１本の丸鋼ではなく、筒状雌ネジ部材６で連結された一対の丸鋼２１,２１からなる点で第１参考例とは異なる。この場合、一対の丸鋼２１,２１は、それぞれ両端部が右ネジ２１ａと左ネジ２１ｂに形成され、筒状雌ネジ部材６の内部は、これに対応すべく中央を境にして右ネジと左ネジに区分されている。連結状態での２本の丸鋼２１,２１における各雄ネジ部の方向は、図面上では、下端部から上端部に向けて右ネジ、左ネジ、右ネジ、左ネジと交互に配置されている。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明に関連するブレースの第３参考例に係る正面図および部分断面図である。図示のブレース７は、第２参考例に係る引張ブレース５に座屈拘束部材を付加して座屈拘束ブレースに転用したものである。すなわち、２本の丸鋼２１,２１は、それぞれ座屈拘束部材としての円形鋼管８,８で包囲された構成である。両方の円形鋼管８,８は、接合部材３，４の円筒状雌ネジ部材３ｂ, ４ｂと、中央に位置する筒状雌ネジ部材６に跨るように外嵌されている。また、円形鋼管８,８の内側では、一対の丸鋼２１,２１（ブレース芯材）に対して、鋼製材料からなる複数のリング状スペーサー９が挿通され、長手方向に所定の間隔を空けて取り付けられている。これらのリング状スペーサー９は、円形鋼管８,８およびブレース芯材２１,２１に対してほぼ接する大きさに設定され、固定金具９１（図６参照）で定着されている。なお、リング状スペーサー９の配置間隔は、ブレース芯材２１の軸径ｄ１の６〜８倍程度が好適である。この参考例では、ブレース全体で６個のリング状スペーサー９が使用されているが、リング状スペーサー９の数量を増加することにより、ブレース芯材２１を長くして、ブレース７の全長を長くする仕様も可能で、また圧縮曲げ限界荷重をより高めることもできる。

図７（ａ），（ｂ）は図３の第３参考例に係る座屈拘束ブレースの耐荷モデルとその座屈形状を示し、図８（ａ），（ｂ）は比較例としてブレース芯材が１本の場合の座屈拘束ブレース（従来技術）の耐荷モデルとその座屈形状を示した説明図である。この座屈形状モデルでの座屈荷重の比較では、本発明による座屈拘束ブレースでの座屈荷重Pcr1は、従来技術での座屈荷重Pcr2の４倍になることが想定される。

図９（ａ），（ｂ）は、本発明に関連するブレースの第４参考例に係る正面図および部分縦断面図である。図示のブレース１０は、第３参考例で用いたリング状スペーサー９に代えてコイル状棒鋼１１をスペーサーとして使用した構成であり、２本１組のブレース芯材２１，２１に対してその全長に渡る長さで１本ずつ挿通されている。この場合、コイル状棒鋼１１の軸径は、円形鋼管８（座屈拘束部材）とブレース芯材２１の間隔に近い円形棒鋼の軸径とする。また、コイル状棒鋼１１の螺旋ピッチは、５ｄ以下とするのがよい。この参考例では、固定金具９１が不要であり、また、ブレース芯材２１に圧縮力が働くと同時に、コイル状棒鋼１１には、バネ力による反力が発生するので、ブレース芯材２１の圧縮曲げ変形を低減させる効果でブレース芯材２１の剛性と圧縮耐力を高めることが期待できる。

このような状況を考慮したものが、次に説明する第１実施形態および第２実施形態である。図１１（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第１実施形態に係る正面図および部分縦断面図である。図示のブレース１２は、第３参考例のブレース７を改良したものである。すなわち、複数のリング状スペーサー９で区分されたブレース芯材２１の長手方向の各区間に対して、当該区間とほぼ同じ長さで、外側に配置される円形鋼管８（座屈拘束部材）よりも小径の円形鋼管１３（２次座屈拘束鋼管）を個別に挿通して取り付けることで、座屈曲げ変形に伴うブレース芯材２１の耐力低下と、剛性低下を効果的に回避することができる。このようにリング状スペーサー９間に配置される内側の円形鋼管１３は、リング状スペーサー９の位置決めも兼ねているが、リング状スペーサー９間で発生するブレース芯材２１の座屈による過大な変形を２次座屈拘束部材として拘束させることから、外側に配置される円形鋼管８（座屈拘束部材）による座屈拘束機能との組合せにより、ブレース１２の座屈耐力と剛性の向上と安定を一段と図ることができる。

図１２（ａ），（ｂ）は、本発明によるブレースの第２実施形態に係る正面図および部分縦断面図である。図示のブレース１４は、第１実施形態のブレース１２で使用する小径の円形鋼管１３に代えてコイル状棒鋼１５を２次座屈拘束部材として使用したものである。このコイル状棒鋼１５は、バネ力も加わって、小径の円形鋼管１３と同等以上の機能を発揮する。

図１３は、図３の第３参考例に係るブレース７の施工方法を示した正面図である。まず、鉄骨柱９１と鉄骨梁９２で構成される鉄骨架構の矩形状架構面９０の対角位置に溶接されている上部ガセットプレート９３に対して、第３参考例のブレース７の一端側にある接合部材４の挿通孔とガセットプレート９３の挿通孔とを一致させた状態でピンボルト９４を挿通し、反対側からのナットの螺合によりブレース７の上部を仮固定する。ピンボルト９４でブレース７を吊り下げた状態において、中央部分に露出している筒状雌ネジ部材６を回転してブレース７の長さを調整する。そして、ブレース７の他端側（下部側）にある接合部材３の挿通孔と下部ガセットプレート９５の挿通孔９６の位置が一致した位置でピンボルト９４を挿入し、反対側からナットを締め付けると、ブレース７の取付けが完了する。

次に、図１４に示すように、筒状雌ネジ部材６を所定の方向に回転させると、両端に位置する円筒状雌ネジ部材３ｂ，４ｂ間の距離が狭まり、ブレース芯材２１に所望の引張軸力が導入されるので、ブレース芯材２１の撓み等を解消させることができる。このようにして取り付けられるブレース７を使用する取付構造では、上下のガセットプレート９３，９５とブレース７の接合部材３，４とがクレビス式のピン接合形式となるため、ブレース７が圧縮応力を負担したときに生じる圧縮曲げ変形を、柱梁で囲まれた構造面内の変形に限定させ、外壁等の破損を防ぐことができる。また、引張力が働くときは、高力ボルトによる固定形式と異なり、ブレース芯材２１のピン間が直線的になるので、接合部材３，４が引張力によって曲げ変形等の応力集中を受けにくくなる。なお、このような施工方法に関しては、中間部分に筒状雌ネジ部材６を備えた本発明の上記実施形態に係るブレース１２，１４にも適用可能である。

１，５，７，１０，１２，１４：ブレース、２，２１：ブレース芯材（丸鋼）、３，４：接合部材、２ａ，２１ａ：右ネジ、２ｂ，２１ｂ：左ネジ、３ａ，４ａ：鍔板、３ｂ，４ｂ：円筒状雌ネジ部材、３ｃ，４ｃ：プレート材、３ｄ，４ｄ：挿通孔、６：筒状雌ネジ部材、８：円形鋼管（座屈拘束部材）、９：リング状スペーサー、９ａ：雌ネジ部、１１：コイル状棒鋼、１３：円形鋼管（２次座屈拘束部材）、１５：コイル状棒鋼（２次座屈拘束部材）、９０：矩形状架構面、９１：固定金具、９３，９５：ガセットプレート、９４：ピンボルト

Claims

端部が右ネジと左ネジに形成された丸鋼からなるブレース芯材と、このブレース芯材の各端部に一端側の雌ネジ部で螺合し、他端側のプレート部で鉄骨架構の矩形状架構面に取り付けた一対のガセットプレートにそれぞれピン接合される一対の接合部材を備えることを特徴とするブレース。
前記ブレース芯材は、筒状雌ネジ部材で連結された一対の丸鋼からなることを特徴とする請求項１に記載のブレース。
前記ブレース芯材は、複数のリング状スペーサーが長手方向に所定の間隔で挿着され、このリング状スペーサーの外径に近い内径の円形鋼管でその全長が包囲されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブレース。
前記リング状スペーサーで区画された部分に、前記円形鋼管の内径よりも小さい外径の円形鋼管が挿通されていることを特徴とする請求項３に記載のブレース。
前記リング状スペーサーで区画された部分に、前記円形鋼管の内径よりも小さいコイル外径のコイル状棒鋼が挿通されていることを特徴とする請求項３に記載のブレース。
前記ブレース芯材は、コイル状棒鋼が全長に渡って挿通され、このコイル状棒鋼のコイル外径に近い内径の円形鋼管でその全長が包囲されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブレース。
前記接合部材のプレート部が、前記ガセットプレートを対向面間に受け入れた状態でピンボルトが挿通される２枚１組のプレートであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のブレース。