JP2023008619A - 座屈拘束ブレースおよび座屈拘束ブレースの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
近年のSDGs(Sustainable Development Goals)への取り組みの一環として、木材の利用促進が求められている。座屈拘束ブレースの分野では、拘束管に木材を使用する商品が市場に出始めている(例えば、特許文献1参照)。
なお、第1拘束材および第2拘束材を芯材に単に密接させるだけに留めて、第1拘束材および第2拘束材を芯材に直接的に接合しないことで、前述のように、第1拘束材および第2拘束材が芯材の面外座屈を拘束しつつも、芯材の材軸方向への伸縮(変位)が、第1拘束材および第2拘束材によって拘束されることがない。そのため、座屈拘束ブレースの性能に影響が生じることが抑えられる。
第1スペーサーおよび第2スペーサーが、芯材に対して、芯材の板幅方向の両側に配置されている。芯材に圧縮力が作用して芯材が面内座屈しようとしても、第1スペーサーおよび第2スペーサーがその面内座屈を拘束することができる。これにより、芯材の圧縮耐力を確保することができる。
第1スペーサーの厚さおよび第2スペーサーの厚さがいずれも、芯材の厚さ以下である。したがって、第1拘束材および第2拘束材が芯材に密接することを、第1スペーサーおよび第2スペーサーが阻害し難い。
なおこのように、木製の拘束材によって芯材の面外座屈を拘束する座屈拘束ブレースを、一般的に乾式ブレースと称することがある。ここで、一般的な座屈拘束ブレースとしては、乾式ブレースの他に湿式ブレースも知られている。湿式ブレースは、芯材に加え、芯材が挿入された鋼管と、芯材と鋼管との間に充填されたモルタル(拘束材)と、を備えている。湿式ブレースの製造時には、鋼管内に芯材を挿入した状態で、鋼管内に液状のモルタルを充填させた後、モルタルを硬化させる。このように、湿式ブレースでは、液状のモルタルを硬化させて拘束材とする。そのため、拘束材が、拘束材の周囲の形状にあわせて製造時に適宜変形可能である。よって、拘束材の形状について精度が要求されない。
一方、乾式ブレースの場合、拘束材が木製である。よって、湿式ブレースとは異なり、拘束材は実質的に変形不能である。よって、仮に第1スペーサーの厚さや第2スペーサーの厚さがいずれも、芯材の厚さよりも大きい場合、拘束材を芯材に密接させることが困難になる。拘束材が芯材に密接しないと、芯材の面外座屈の拘束がされ難くなる。
以上から、この座屈拘束ブレースのように、第1スペーサーの厚さおよび第2スペーサーの厚さがいずれも、芯材の厚さ以下であることによる前述した作用効果が顕著に奏功される。
またこのように、第1スペーサーの厚さおよび第2スペーサーの厚さがいずれも、芯材の厚さ未満である場合、第1スペーサーや第2スペーサーを、芯材を形成する鋼板よりも薄い鋼板(例えば、1サイズ下の鋼板等)から形成することができる。よって、例えば、第1スペーサーや第2スペーサーを、芯材と同一の溶鋼から切り出す場合などに比べて材料調達が容易になり、第1スペーサーや第2スペーサーを容易に形成し易くすることができる。
そこで、この座屈拘束ブレースでは、第1拘束材と第1スペーサーとの間、第1拘束材と第2スペーサーとの間、第2拘束材と第1スペーサーとの間、および、第2拘束材と第2スペーサーとの間、のうちの少なくとも1つに、薄板が配置されている。よって、前述の隙間を薄板で埋めることができる。
ところで、エンジニアードウッドでは、その積層方向に直交する方向である幅方向の大きさ(エンジニアードウッドの幅)について、製作上の都合により制限が生じる。そのため、エンジニアードウッドの幅は一定値(例えば、210mm)以下となる。よって、例えば、エンジニアードウッドの幅方向が、芯材の板幅方向と一致する場合、芯材の幅が前記一定値よりも大きい場合には、複数のエンジニアードウッドを芯材の板幅方向に並べて二次接着させる必要が生じる。
これに対して、この座屈拘束ブレースのように、エンジニアードウッドの幅方向ではなく積層方向が、芯材の板幅方向と一致する場合、芯材の幅に応じて、単に、エンジニアードウッドにおける木板の積層数を変更すればよい。よって、例えば、座屈拘束ブレースの製造コストを抑えること等ができる。
<9>本発明の一態様に係る座屈拘束ブレースの製造方法は、上記<6>に係る座屈拘束ブレースの製造方法であって、座屈拘束ブレースの製造方法であって、前記芯材の両表面に前記アンボンド材を施工した後、前記第1拘束材および前記第2拘束材によって前記芯材を前記板厚方向に挟む。
以下、図1から図4を参照し、本発明の第1実施形態に係る座屈拘束ブレース10を説明する。
図1から図4に示すように、座屈拘束ブレース10は、芯材20と、拘束材30と、スペーサー40と、化粧木50(継ぎ木、継ぎ材)と、締結部材60と、を備えている。
芯材20は、板状である。芯材20は、材軸方向Yに長く、板幅方向Zに短い。以下では、芯材20の材軸方向Yを単に材軸方向Yといい、板幅方向Zを単に板幅方向Zといい、板厚方向Xを単に板厚方向Xという。
芯材20における材軸方向Yの中央が狭幅部21であり、材軸方向Yの端部が広幅部22であることで、芯材20における材軸方向Yの中央(狭幅部21)が塑性化し易い領域となり、塑性化領域が前記中央に限定される。
広幅部22と補強リブ24にはそれぞれ、ボルト孔が開設されている。座屈拘束ブレース10は、ボルト孔に差し込まれる図示しないボルトによって、構造物(建物)に取り付けられる。
なお、芯材20の表面にアンボンド材20aが設けられている場合、芯材20の厚さとは、芯材20そのものにアンボンド材20aも加えた全体の厚さを意味する。ただし、アンボンド材20aの厚さは、芯材20そのものの厚さに比べて、無視できるほど小さい。
図1に示すように、拘束材30は、第1拘束材31と、第2拘束材32と、を備えている。第1拘束材31および第2拘束材32は、芯材20を板厚方向Xに拘束し、芯材20の面外変位(板厚方向Xへの変位)を規制する。第1拘束材31は、芯材20に対して、板厚方向Xの第1側に配置されている。第2拘束材32は、芯材20に対して、芯材20の板厚方向Xの第2側に配置されている。
第1拘束材31および第2拘束材32はいずれも、芯材20の狭幅部21よりも材軸方向Yに長く、かつ、芯材20の全長よりも材軸方向Yに短い。芯材20の広幅部22は、第1拘束材31および第2拘束材32から材軸方向Yに張り出している。
第1拘束材31および第2拘束材32はいずれも、芯材20に密接(面接触)している。第1拘束材31において板厚方向Xの第2側を向く面が、芯材20において板厚方向Xの第1側を向く面に配置されたアンボンド材20aに密接している。第2拘束材32において板厚方向Xの第1側を向く面が、芯材20において板厚方向Xの第2側を向く面に配置されたアンボンド材20aに密接している。
スペーサー40は、第1スペーサー41と、第2スペーサー42と、を備えている。第1スペーサー41および第2スペーサー42は、芯材20を板幅方向Zに拘束し、芯材20の面内変位(板幅方向Zへの変位)を規制する。第1スペーサー41は、芯材20に対して、板幅方向Zの第1側に配置されている。第2スペーサー42は、芯材20に対して、芯材20の板幅方向Zの第2側に配置されている。
材軸方向Yに直交する断面視において、第1スペーサー41および第2スペーサー42はいずれも、板厚方向Xよりも板幅方向Zに長い矩形状である。第1スペーサー41および第2スペーサー42はいずれも、芯材20の狭幅部21よりも板幅方向Zに狭い。
本実施形態では、第1薄板101は、前記(1)第1拘束材31と第1スペーサー41との間、および、前記(3)第2拘束材32と第1スペーサー41との間、の両方に配置されている。ただし、第1薄板101は、前記(1)または前記(3)に配置されていてもよい。第1スペーサー41の厚さと第1薄板101の厚さとの合計は、芯材20の厚さと同等である。
本実施形態では、第2薄板102は、前記(2)第1拘束材31と第2スペーサー42との間、および、前記(4)第2拘束材32と第2スペーサー42との間、の両方に配置されている。ただし、第2薄板102は、前記(2)または前記(4)に配置されていてもよい。第2スペーサー42の厚さと第2薄板102の厚さとの合計は、芯材20の厚さと同等である。
各薄板100には、第3貫通孔103が設けられている。第3貫通孔103は、各薄板100を板厚方向Xに貫通する。第3貫通孔103は、第1貫通孔36や第2貫通孔45と同軸に配置される。
化粧木50は、第1化粧木51と、第2化粧木52と、を備えている。第1化粧木51および第2化粧木52は、芯材20(スペーサー40)を板幅方向Zから覆う。第1化粧木51および第2化粧木52は、芯材20に対して板幅方向Zにずらされた状態で、第1拘束材31と第2拘束材32との間に配置されている。
締結部材60は、第1拘束材31と、第1スペーサー41または第2スペーサー42と、第2拘束材32と、を締結する。本実施形態では、締結部材60は、ボルト61と、ナット62と、付勢部材63と、を備えている。ボルト61およびナット62は、第1貫通孔36および第2貫通孔45の数に応じて複数設けられている。
ボルト61は、頭部64と、軸部65と、を備えている。頭部64は、第1拘束材31の表面に配置される。図示の例では、頭部64と第1拘束材31の表面との間には、付勢部材63が配置されている。
次に、上記座屈拘束ブレースの製造方法について説明する。
また、製造者は、芯材20の両表面にアンボンド材20aを施工(例えば塗布や貼付)する。アンボンド材20aの施工は、第1拘束材31および第2拘束材32によって芯材20を板厚方向Xに挟む前に実施すればよい。
次に、芯材20、拘束材30、スペーサー40、薄板100を重ね合わせ、その後、締結部材60でこれらの各部材を締結する。
以上により、座屈拘束ブレース10が製造される。
ここで本実施形態では、第1拘束材31および第2拘束材32が、アンボンド材20aに密接している。したがって、第1拘束材31や第2拘束材32と、芯材20と、が、意図せず固着することを抑制することができる。その結果、芯材20の材軸方向Yへの伸縮(変位)が、第1拘束材31および第2拘束材32によって拘束されることが効果的に抑制される。そのため、座屈拘束ブレース10の性能に影響が生じることが確実に抑えられる。
本実施形態では、締結部材60が、第1拘束材31と、第1スペーサー41または第2スペーサー42と、第2拘束材32と、を締結する。これにより、芯材20の面内座屈を第1スペーサー41や第2スペーサー42によって効果的に拘束することができる。
なおこのように、木製の拘束材30によって芯材20の面外座屈を拘束する座屈拘束ブレース10を、一般的に乾式ブレースと称することがある。ここで、一般的な座屈拘束ブレースとしては、乾式ブレースの他に湿式ブレースも知られている。湿式ブレースは、芯材に加え、芯材が挿入された鋼管と、芯材と鋼管との間に充填されたモルタル(拘束材)と、を備えている。湿式ブレースの製造時には、鋼管内に芯材を挿入した状態で、鋼管内に液状のモルタルを充填させた後、モルタルを硬化させる。このように、湿式ブレースでは、液状のモルタルを硬化させて拘束材とする。そのため、拘束材が、拘束材の周囲の形状にあわせて製造時に適宜変形可能である。よって、拘束材の形状について精度が要求されない。
一方、乾式ブレースの場合、拘束材30が木製である。よって、湿式ブレースとは異なり、拘束材30は実質的に変形不能である。よって、仮に第1スペーサー41の厚さや第2スペーサー42の厚さがいずれも、芯材20の厚さよりも大きい場合、拘束材30を芯材20に密接させることが困難になる。拘束材30が芯材20に密接しないと、芯材20の面外座屈の拘束がされ難くなる。
以上から、この座屈拘束ブレース10のように、第1スペーサー41の厚さおよび第2スペーサー42の厚さがいずれも、芯材20の厚さ以下であることによる前述した作用効果が顕著に奏功される。
そこで、この座屈拘束ブレース10では、第1拘束材31と第1スペーサー41との間、第1拘束材31と第2スペーサー42との間、第2拘束材32と第1スペーサー41との間、および、第2拘束材32と第2スペーサー42との間、のうちの少なくとも1つに、薄板100が配置されている。よって、前述の隙間を薄板100で埋めることができる。
付勢部材63が、第1拘束材31の表面とボルト61の頭部64との間、および、第2拘束材32の表面とナット62との間にそれぞれ配置されている。したがって、第1拘束材31の表面と頭部64との間に配置された付勢部材63が、第1拘束材31を芯材20に向けて付勢する。かつ、第2拘束材32の表面とナット62との間に配置された付勢部材63が、第2拘束材32を芯材20に向けて付勢する。これにより、第1拘束材31および第2拘束材32と芯材20とが一層密接し易くなる。また、仮に第1拘束材31や第2拘束材32が乾燥に伴って収縮したとしても、第1拘束材31や第2拘束材32と、芯材20と、の間に隙間が生じるのを抑制することができる。
ところで、エンジニアードウッドでは、その積層方向に直交する方向である幅方向の大きさ(エンジニアードウッドの幅)について、製作上の都合により制限が生じる。そのため、エンジニアードウッドの幅は一定値(例えば、210mm)以下となる。よって、例えば、エンジニアードウッドの幅方向が、芯材20の板幅方向Zと一致する場合、芯材20の幅が前記一定値よりも大きい場合には、複数のエンジニアードウッドを芯材20の板幅方向Zに並べて二次接着させる必要が生じる。
これに対して、この座屈拘束ブレース10のように、エンジニアードウッドの幅方向ではなく積層方向が、芯材20の板幅方向Zと一致する場合、芯材20の幅に応じて、単に、エンジニアードウッドにおける木板(ラミナ33)の積層数を変更すればよい。よって、例えば、座屈拘束ブレース10の製造コストを抑えること等ができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る座屈拘束ブレース10を、図5から図8を参照して説明する。
なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図9に示す座屈拘束ブレース10Bでは、第1貫通孔36に座繰り36a(大径部)が設けられている。ボルト61は、図1から図4に示す座屈拘束ブレース10におけるボルト61よりも、板厚方向Xに短い。ボルト61の頭部64、ナット62および付勢部材63は、座繰り36aに収容されている。木栓90は、座繰り36aに嵌め込まれている。
図10に示す座屈拘束ブレース10Cでは、ドリフトピン80における板厚方向Xの第1側の端部が、第1拘束材31の第1貫通孔36に配置されている。ドリフトピン80における板厚方向Xの第2側の端部が、第2拘束材32の第1貫通孔36に配置されている。そして木栓90が、第1拘束材31および第2拘束材32それぞれの第1貫通孔36に配置されている。木栓90は、ドリフトピン80を板厚方向Xから覆っている。
これらの変形例に係る座屈拘束ブレース10B、10Cによれば、木栓90が、締結部材60を板厚方向Xから覆っている。したがって、第1拘束材31や第2拘束材32から締結部材60が露出することがなく、座屈拘束ブレース10B、10Cの意匠性を高めることができる。
なお締結部材60が、ボルト61、ナット62および付勢部材63を含む第1締結部材と、ドリフトピン80を含む第2締結部材と、を複数ずつ混合して備えていてもよい。
内挿板110の板厚方向は、前記板厚方向Xと一致する。内挿板110の板幅方向は、前記板幅方向Zと一致する。内挿板110の板幅(板幅方向Zの大きさ)は、芯材20の板幅よりも大きい。内挿板110の板幅方向Zの外側の端部は、スペーサー40に対して板厚方向Xに積層されている。なお図示の例では、スペーサー40と内挿板110との間に薄板100がないが、薄板100があってもよい。また図示の例では、座屈拘束ブレース10Dが化粧木50を備えていないが、座屈拘束ブレース10Dが化粧木50を備えていてもよい。
各内挿板110には、第4貫通孔111が設けられている。第4貫通孔111は、各内挿板110を板厚方向Xに貫通する。第4貫通孔111は、各内挿板110に、材軸方向Yに間隔をあけて複数配置されている。第4貫通孔111は、第1貫通孔36や第2貫通孔45と同軸に配置される。
各内挿板110の材軸方向Yの長さは、各拘束材30の材軸方向Yの長さと同等である。各内挿板110は、構造物には固定されていない。
以上説明したような変形例に係る座屈拘束ブレース10Dによれば、第1拘束材31および第2拘束材32のうちの少なくとも一方において、板厚方向Xに沿う芯材20側を向く面に、内挿板110が配置されている。よって、鋼製の内挿板110によって木製の拘束材30を補強することができる。例えば、締結部材60を起点として拘束材30が割裂することを、内挿板110によって規制すること等ができる。
なおこのように、座屈拘束ブレース10Dが内挿板110を備えている場合、芯材20が拘束材30に密接することには、芯材20が内挿板110に密接し、内挿板110が拘束材30に密接する(芯材20が内挿板110を介して拘束材30に密接する)ことも含まれる。この場合においても、圧縮に伴う面外膨張時における芯材20の面外変位程度であれば、例えば、内挿板110が芯材20と一体的に変形し、第1拘束材31や第2拘束材32が膨張した芯材20(内挿板110)に追従することで吸収される。そのため、例えば、拘束材30がモルタルなどである場合とは異なり、第1拘束材31および第2拘束材32が、芯材20に板厚方向Xの両側から密接しても、圧縮に伴う芯材20の面外膨張を許容することができる。
20 芯材
20a アンボンド材
31 第1拘束材
32 第2拘束材
41 第1スペーサー
42 第2スペーサー
50 化粧木(継ぎ木)
60 締結部材
61 ボルト
62 ナット
64 頭部
65 軸部
80 ドリフトピン
90 木栓
100 薄板
101 第1薄板
110 内挿板
X 板厚方向
Y 材軸方向
Z 板幅方向
Claims (9)
- 板状の鋼製の芯材と、
前記芯材に対して、前記芯材の板厚方向の第1側に配置され前記芯材に密接する木製の第1拘束材と、
前記芯材に対して、前記板厚方向の第2側に配置され前記芯材に密接する木製の第2拘束材と、
前記芯材に対して、前記芯材の板幅方向の第1側で、かつ、前記第1拘束材と前記第2拘束材との間に配置され、厚さが前記芯材の厚さ以下である第1スペーサーと、
前記芯材に対して、前記板幅方向の第2側で、かつ、前記第1拘束材と前記第2拘束材との間に配置され、厚さが前記芯材の厚さ以下である第2スペーサーと、を備えている、座屈拘束ブレース。 - 前記芯材、前記第1スペーサー、および、前記第2スペーサーは、同一の溶鋼によって形成されている、請求項1に記載の座屈拘束ブレース。
- 前記第1スペーサーの厚さ、および、前記第2スペーサーの厚さは、いずれも前記芯材の厚さ未満である、請求項1に記載の座屈拘束ブレース。
- 前記第1拘束材と前記第1スペーサーとの間、前記第1拘束材と前記第2スペーサーとの間、前記第2拘束材と前記第1スペーサーとの間、および、前記第2拘束材と前記第2スペーサーとの間、のうちの少なくとも1つには、薄板が配置されている、請求項3に記載の座屈拘束ブレース。
- 前記第1拘束材および前記第2拘束材のうちの少なくとも一方において、前記板厚方向に沿う前記芯材側を向く面には、前記芯材に密接する鋼製の内挿板が配置されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の座屈拘束ブレース。
- 前記芯材における前記板厚方向の両表面にはアンボンド材が配置され、
前記第1拘束材および前記第2拘束材は、前記アンボンド材に密接している、請求項1から5のいずれか1項に記載の座屈拘束ブレース。 - 前記第1拘束材および前記第2拘束材のうちの少なくとも一方は、前記板幅方向に積層された複数の木板を備えている、請求項1から6のいずれか1項に記載の座屈拘束ブレース。
- 請求項4に記載の座屈拘束ブレースの製造方法であって、
前記薄板には、前記第1拘束材と前記第1スペーサーとの間、および、前記第2拘束材と前記第1スペーサーとの間、のうちの少なくとも1つに配置された第1薄板が含まれ、
厚さが異なる複数の板から、前記芯材の厚さと前記第1スペーサーの厚さとの差に基づいて、前記第1薄板となる板を選択する、座屈拘束ブレースの製造方法。 - 請求項6に記載の座屈拘束ブレースの製造方法であって、
前記芯材の両表面に前記アンボンド材を施工した後、前記第1拘束材および前記第2拘束材によって前記芯材を前記板厚方向に挟む、座屈拘束ブレースの製造方法。
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