JP2023136489A - ブレース構造 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの上昇を抑制できるとともに、圧縮側のブレースの支点間隔を短くしつつ圧縮力に抵抗できるブレース構造を提供する。【解決手段】矩形フレーム１０の一対の対角線Ｌ１，Ｌ１に沿ってＸ形に配置された４本のブレース２０と、ブレース２０の交差部で前記ブレースをピン接合する連結部材とを備えたブレース構造１である。ブレース２０は、一端部が連結部材３０に接合され、他端部が矩形フレーム１０の角部に設けられた取付プレート１３に接合されており、ブレース２０と連結部材３０との接合中心と、ブレース２０と取付プレート１３との接合中心は、対角線Ｌ１上に配置されており、連結部材３０および取付プレート１３の引張強度は、ブレース２０の引張強度以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、ブレース構造に関する。

鉄骨構造にはラーメン構造とブレース構造があり、プランに応じて適宜選択されて構造計画されている。ブレース構造は引張ブレースをＸ状に構成するのが一般的で、水平力に対して伸びる側のブレースが機能して、縮む側のブレースは機能しない。Ｘ状の鉛直ブレースでは支点間隔が長いので、圧縮力に機能するにはブレース断面の強化（大型化）が必要になる。また、支点間隔を短くするため、Ｘ状の鉛直ブレースを分割する方法も考えられる。いずれもＸ状の交差部の芯ズレ対策方法などが課題なので、Ｘ状ではなく筋交い状の単一斜材として圧縮力および引張力ともに機能する方法がとられている。さらに、ブレースの中間部に可撓性の連結部材を介設することで、圧縮側のブレースの座屈を抑制するＸ状の鉛直ブレースもあった（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のブレース構造は、柱と梁で構成される矩形フレームの対角線上でＸ形に配置されたブレースの交差部（中央部）に連結部材が設けられている。連結部材は、低降伏点鋼などの鋼製の可撓性筒状体を備えて構成されており、変形可能となっている。このブレース構造に振動エネルギー（水平外力）が作用すると、連結部材が塑性変形し、振動エネルギーを吸収する。連結部材の筒状体は、引張り側のブレースからの荷重を受けて引張り方向に伸ばされて楕円形に変形する。他方、引張り方向と交差する方向（縮む側）では、筒状体が潰される方向に変形する。縮む側のブレースは、筒状体の変形に追従して引っ張られるので座屈を起こし難くなる。

特開平１１－１３１８６０号公報

Ｘ状の鉛直ブレースを分割して複数段設けるブレース構造や、ブレースの断面を強化するブレース構造では、部材点数や接合箇所が増加したり、ブレースの断面が大きくなることで、製造コストが上昇する問題があった。
ところで、近年では、圧縮側のブレースで圧縮力に抵抗することで制振性能を向上させることが注目されているが、特許文献１のブレース構造は、連結部材を積極的に変形させることで、圧縮側のブレースに引張力を作用させることで圧縮ブレースに圧縮力がかからないため座屈し難くするものであって、圧縮力に抵抗させるものではない。

そこで、本発明は、製造コストの上昇を抑制できるとともに、圧縮側のブレースの支点間隔を短くしつつ圧縮力に抵抗できるブレース構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決する本発明は、矩形フレームの一対の対角線に沿ってＸ形に配置された４本のブレースと、前記ブレースの交差部で前記ブレースをピン接合する連結部材とを備えたブレース構造であって、前記ブレースは、一端部が前記連結部材に接合され、他端部が前記矩形フレームの角部に設けられた取付プレートに接合されており、前記ブレースと前記連結部材との接合中心と、前記ブレースと前記取付プレートとの接合中心は、前記対角線上に配置されており、前記連結部材および前記取付プレートの引張強度は、前記ブレースの引張強度以上であることを特徴とするブレース構造である。

本発明におけるピン接合とは、曲げ応力を伝達しない接合であって、剛接合とは異なるものである。また、本発明における接合中心とは、ブレースと連結部材との接合点、またはブレースと取付プレートとの接合点の重心位置を言う。接合点が一つの場合は、当該接合点が接合中心となり、接合点が複数ある場合には、各接合点の重心位置が接合中心となる。本発明のブレース構造によれば、矩形フレームに水平力が作用した際に、一方の対角線に沿ったブレースが引張ブレースとなり、連結部材が引張ブレースに引っ張られる。このとき、連結部材は、引張ブレースにより対角線に沿った直線方向に引っ張られるので、面外方向への移動が拘束される。さらに、連結部材の引張強度は、ブレースの引張強度以上であるので、連結部材は変形しない板状の部材である。また、連結部材は、対角線上にブレースと接合して引っ張られるので回転しない。よって、連結部材に接合されっている圧縮ブレースの接合点は、面内・面外ともに移動が拘束される支点になるので、圧縮ブレースの支点間の長さは、連結部材と取付プレートとの間隔寸法（全対角長さの１／２）になる。したがって、対角線全体にかける従来の圧縮ブレースより小さく、１／２の長さになるので、圧縮力への抵抗が大きくなる。これにより、ブレースは圧縮力と引張力の両方に抵抗することができる。よって、製造コストの上昇を抑制しつつ、圧縮力による偏心座屈を防止できるので耐震性能を向上させることができる。

本発明のブレース構造においては、前記ブレースは、所定の間隔をあけて背中合わせに配置された一対の溝形鋼と、一対の前記溝形鋼の背面間に介設されたスペーサとを備えているものが好ましい。このような構成によれば、溝形鋼を用いることで圧縮ブレースが面外方向に圧縮座屈し難くなり、また、溝形鋼が所定の間隔をあけて背中合わせに配置されることで、弱軸寸法が広くなり、断面二次半径が大きくなる。これによって、ブレースの軽量化を図りつつ、断面を強化することができる。

また、本発明のブレース構造においては、一対の前記溝形鋼の一端部は前記取付プレートを挟持し、一対の前記溝形鋼の他端部は前記連結部材を挟持しており、前記スペーサの厚さ寸法は、前記取付プレートの厚さ寸法の厚さ寸法より大きく、且つ前記連結部材の厚さ寸法より大きいものが好ましい。このような構成によれば、ブレースの中間部が厚くなり、中間部の断面性能（断面二次半径）が大きくなる。ブレースに圧縮力が作用した際にはブレースの中間部に最も大きな曲げ力がかかるが、中間部の断面性能を大きくすることで、効果的な座屈防止が達成される。また、溝形鋼で連結部材と取付プレートを挟持しているので、少ない数の接合ボルトで軸力を伝達することができる。

本発明のブレース構造においては、前記ブレースは、所定の間隔をあけて背中合わせに配置された一対の溝形鋼と、一対の前記溝形鋼の側面間に掛け渡された複数の接続板とを備えているものが好ましい。このような構成によれば、溝形鋼を用いることで圧縮ブレースが面外方向に圧縮座屈し難くなり、また、溝形鋼が所定の間隔をあけて背中合わせに配置されることで、弱軸寸法が広くなり、断面二次半径が大きくなる。これによって、ブレースの軽量化を図りつつ、断面を強化することができる。

また、本発明のブレース構造においては、一対の前記溝形鋼の一端部の背面には所定の厚さの挟持プレートがそれぞれ設けられ、前記挟持プレートを介して前記取付プレートが挟持され、一対の前記溝形鋼の他端部の背面には所定の厚さの挟持プレートがそれぞれ設けられ、前記挟持プレートを介して前記連結部材が挟持されており、一対の前記溝形鋼の長手方向中間部の離間距離は、一対の前記溝形鋼の長手方向両端部の離間距離より大きいものが好ましい。このような構成によれば、ブレースの中間部が厚くなり、中間部の断面性能（断面二次半径）が大きくなる。ブレースに圧縮力が作用した際にはブレースの中間部に最も大きな曲げ力がかかるが、中間部の断面性能を大きくすることで、効果的な座屈防止が達成される。また、溝形鋼の両端部に挟持プレートが設けられているので、溝形鋼の背面に作用する応力を挟持プレートに分散でき、背面の変形を抑制できる。

さらに、本発明のブレース構造においては、前記連結部材の図芯は、前記ブレースの軸線の延長線上に位置しているものが好ましい。このような構成によれば、ブレースと連結部材が直線状に配置され、連結部材の回転を効果的に防止できる。

本発明のブレース構造によれば、製造コストの上昇を抑制できるとともに、圧縮側のブレースの支点間隔を短くし、圧縮力がかかるブレースに合理的に圧縮力を負担させることができる。

本発明の第一実施形態に係るブレース構造を示した側面図である。 本発明の第一実施形態に係るブレース構造を示した拡大側面図である。 図２のIII－III線断面図である。 図２のIV－IV線断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の実施形態に係るブレース構造の設置手順を説明するための側面図である。 本発明の第二実施形態に係るブレース構造を示した拡大側面図である。 本発明の第二実施形態に係るブレース構造のブレースを示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は図６のVII線矢視図、（ｃ）は端面図である。 図６のIIX－IIX線断面図である。 図６のIX－IX線断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係るブレース構造を示した拡大側面図である。 本発明の第三実施形態に係るブレース構造を示した側面図である。 図１１のXII－XII線断面図である。 図１１のXIII－XIII線矢視図である。 本発明の第四実施形態に係るブレース構造を示した側面図である。 本発明の第五実施形態に係るブレース構造を示した側面図である。 本発明の第五実施形態に係るブレース構造の横材と縦材との接合部分を示した図であって、（ａ）は一部断面平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は一部断面側面図である。 本発明の第五実施形態に係るブレース構造のブレースと連結部材との接合部分を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。

（第一実施形態）
本発明のブレース構造を実施するための第一の形態を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図１および図２に示すように、第一実施形態に係るブレース構造１は、矩形フレーム１０と、ブレース２０と、連結部材３０とを備えている。

矩形フレーム１０は、上下の横材（梁）１１，１１と、横材１１，１１間に立設された一対の縦材（柱）１２，１２にて構成され、側面視で縦長の長方形形状を呈している。横材１１は、例えばＨ型鋼等の鋼材にて構成されている。縦材１２は、例えば角パイプ等の鋼材にて構成されている。矩形フレーム１０の角部の内側には、ブレース２０を取り付けるための取付プレート１３が設けられている。取付プレート１３は、鋼板にて構成されており、基端部が角部の内周面に当接し、先端部が矩形フレーム１０の中心側に向かって延在している。取付プレート１３の引張強度は、ブレース２０の引張強度以上であり、且つ取付プレート１３の圧縮強度は、ブレース２０の圧縮強度以上である。取付プレート１３は、厚さ方向中間部が、横材１１および縦材１２の厚さ方向(図２の紙面表裏方向)の中間部に合うように配置されている。

ブレース２０は、矩形フレーム１０の一対の対角線Ｌ１，Ｌ１に沿ってＸ形に配置されている。ブレース２０は、矩形フレーム１０の対角線Ｌ１，Ｌ１の交差部（矩形フレーム１０の中央部）で４分割されており、４本設けられている。各ブレース２０は、矩形フレーム１０の中心部で、連結部材３０を介して連結されている。なお、対角線Ｌ１は、図２に示すように、横材１１の芯Ｌ２と縦材１２の芯Ｌ３との交点Ｐのうち、互いに対向する角部に位置する交点Ｐ（図２では下側の交点Ｐのみを図示している）同士を結んだ線である。

図２乃至図４に示すように、ブレース２０は、一対の溝形鋼２１，２１と、スペーサ２２とを備えている。溝形鋼２１は、ウエブ面に線対称の等辺形状の断面コ字形状を呈しており、横材１１および縦材１２の厚さ方向に所定の間隔をあけて背中合わせに配置されている。溝形鋼２１は、等辺形状であり、背中合わせに配置されているので、接合時に偏心が生じない構成となっている。一対の溝形鋼２１，２１の長手方向一端部（外側端部）は、取付プレート１３を挟持している。一対の溝形鋼２１，２１の長手方向他端部（内側端部）は連結部材２０を挟持している。

スペーサ２２は、一対の溝形鋼２１，２１同士を一体化しつつ間隔を保持することで、溝形鋼２１に圧縮力がかかった際に、弱軸側（溝形鋼２１の解放側）に座屈するのを防止するためのものである。スペーサ２２は、溝形鋼２１，２１の背面（ウエブ面）間に介設されている。スペーサ２２は、所定厚さの鋼製プレートにて構成されている。スペーサ２２は、ブレース２０の長手方向中間部に設けられている。

本実施形態のスペーサ２２は、円形の鋼製プレートにて構成されており、溝形鋼２１，２１に挟まれている。スペーサ２２は、溝形鋼２１の幅寸法より小さい外径寸法を備えており、溝形鋼２１からはみ出さない形状となっている。スペーサ２２の形状は、円形に限定されるものではなく、矩形、多角形、楕円等の他の形状であってもよい。スペーサ２２には、ボルト挿通孔２３が形成されている。ボルト挿通孔２３の芯は、溝形鋼２１の幅方向中間部に位置し、且つ対角線Ｌ１上に位置している。ボルト挿通孔２３は、スペーサ２２の中央に形成されている。各溝形鋼２１の長手方向中間部にもそれぞれボルト挿通孔が形成されている。溝形鋼２１のボルト挿通孔と、スペーサ２２のボルト挿通孔２３にボルト５４が挿通され、ナット５５で締め付けることでスペーサ２２と溝形鋼２１とが連結され、つづり部（連結部）が形成される。なお、スペーサ２２の設置位置（つづり部の形成位置）および個数は、ブレース２０の長手方向中間部の一つに限定されるものではなく、ブレース２０の長さに応じて適宜設定されるものである。つづり部を複数形成する場合の隣り合うつづり部の間隔は、溝形鋼２１の圧縮座屈がブレース２０の座屈より先行しない長さである。

ボルト５４は、高力ボルトではなく一般的なボルトであって、一本で溝形鋼２１，２１およびスペーサ２２を固定している。スペーサ２２の板厚（厚さ寸法）ｔ２は、連結部材３０の板厚（厚さ寸法）よりも大きく、且つ取付プレート１３の板厚（厚さ寸法）ｔ１よりも大きい。具体的には、連結部材３０および取付プレート１３の板厚（厚さ寸法）ｔ１は９ｍｍで、スペーサ２２の板厚（厚さ寸法）ｔ２は１２ｍｍである。これによって、一対の溝形鋼２１，２１は、長手方向中間部の離間距離が両端部の離間距離より大きく、ブレース２０は、中間部が膨らんだ樽型となっている。

なお、本実施形態では、ボルト５４，ナット５５で、溝形鋼２１，２１およびスペーサ２２を固定しているが、固定方法はボルト５４に限定されるものではない。溝形鋼２１とスペーサ２２を直接溶接（スポット溶接）するようにしてもよい。このような構成によれば、溝形鋼２１の断面欠損がなくなるので、引張強度の低下を防ぐことができる。

ブレース２０と取付プレート１３との接合点は、溝形鋼２１，２１の長手方向の外側端部で挟持された取付プレート１３の先端部に形成されている。取付プレート１３の先端部には、ボルト挿通孔１４が形成されている。ボルト挿通孔１４の芯は、対角線Ｌ１上に位置している。ボルト挿通孔１４は、対角線Ｌ１上に沿って間隔をあけて複数個所（本実施形態では二か所）に形成されている。各溝形鋼２１の外側端部にもそれぞれボルト挿通孔が形成されている。溝形鋼２１のボルト挿通孔と、取付プレート１３のボルト挿通孔１４に高力ボルト５１が挿通され、ナット５２で締め付けることでブレース２０が取付プレート１３に接合される。なお、図中、符号「５３」はワッシャを示している。高力ボルト５１の芯の位置（ボルト挿通孔１４の芯の位置）が、ブレース２０と取付プレート１３との接合点となる。つまり、ブレース２０と取付プレート１３との接合点が対角線Ｌ１上に間隔をあけて配置されている。これによって、接合点の面内方向および面外方向の剛性が向上して一対の溝形鋼２１，２１が圧縮座屈し難くなる。そして、二つの接合点の中心（重心）が、ブレース２０と取付プレート１３との接合中心となる。二つの接合点が対角線Ｌ１上に位置しているので、接合中心も対角線Ｌ１上に位置している。なお、取付プレート１３の取付プレート１３の板厚（厚さ寸法）ｔ１は、かかる軸力によって適宜設定されるが、連結部材３０の板厚（厚さ寸法）と同等であることが好ましい。

連結部材３０は、ブレース２０をピン接合する部材であって、対角線Ｌ１，Ｌ１の交差部に設けられている。本発明におけるピン接合とは、曲げ応力を伝達しない接合であって、剛接合とは異なるものである。連結部材３０は、矩形の鋼製プレートにて構成されており、連結部材３０の引張強度は、ブレース２０の引張強度以上であり、且つ連結部材３０の圧縮強度は、ブレース２０の圧縮強度以上である。連結部材３０は、その対角線が矩形フレーム１０の対角線Ｌ１と一致するように配置されている。つまり、連結部材３０の図芯Ｃ１は、ブレース２０の軸線の延長線上に位置している。本実施形態では、２本のブレース２０の軸線の交点（対角線Ｌ１の交点）に図芯Ｃ１が位置している。これによって、ブレース２０と連結部材３０が直線状に配置される。連結部材３０の四隅にブレース２０がそれぞれ接合されている。

ブレース２０と連結部材３０との接合点は、溝形鋼２１，２１の長手方向の内側端部に挟持された連結部材３０の四隅の角部に形成されている。連結部材３０の角部には、ボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。ボルト挿通孔の芯は、対角線Ｌ１上に位置している。ボルト挿通孔は、対角線Ｌ１上に沿って間隔をあけて二か所に形成されている。各溝形鋼２１の内側端部にもそれぞれボルト挿通孔が形成されている。溝形鋼２１のボルト挿通孔と、連結部材３０のボルト挿通孔に高力ボルト５１が挿通され、ナットで締め付けることでブレース２０が連結部材３０に接合される。高力ボルト５１の芯の位置（ボルト挿通孔１４の芯の位置）が、ブレース２０と連結部材３０との接合点となる。つまり、ブレース２０と連結部材３０との接合点が対角線Ｌ１上に間隔をあけて配置されている。これによって、接合点の面外方向の固定剛性が向上して一対の溝形鋼２１，２１が圧縮座屈し難くなる。そして、二つの接合点の中心（重心）が、ブレース２０と連結部材３０との接合中心となる。二つの接合点が対角線Ｌ１上に位置しているので、接合中心も対角線Ｌ１上に位置している。連結部材３０の板厚（厚さ寸法）は、取付プレート１３の板厚（厚さ寸法）ｔ１と同等である。

次に、図５を参照しながら本実施形態のブレース構造１の構築方法を説明する。ブレース構造１を構築するに際しては、まず、工場等において、上側のブレース２０と、下セット部材とを組み立てる。上側のブレース２０は、一対の溝形鋼２１，２１の長手方向中間部にスペーサ２２を設置してボルト５４を挿通し、ナット５５で締め付けて形成する。下セット部材は、下側のブレース２０と連結部材３０とを備えている。下側のブレース２０は、上側のブレース２０と同形状で、前記した手順で形成する。そして、下側のブレース２０の溝形鋼２１の内側端部で連結部材３０を挟み、仮ボルトを挿通してナットで締め付けてブレース２０を連結部材３０に仮固定する。このとき、仮ボルトは位置のブレース２０に対して一本のみ用いており、ブレース２０が連結部材３０に対して回動可能に仮固定されている。左右のブレース２０は、互いに平行になる状態で搬送される。

施工現場においては、図５の（ａ）に示すように、下セット部材のブレース２０を広げて、下側の取付プレート１３に、高力ボルトを用いてブレース２０の外側端部をそれぞれ仮固定する。そして、上側のブレース２０の外側端部を、上側の取付プレート１３に一本の高力ボルトを用いて仮固定し、ブレース２０を吊り下げた状態にしておく。

その後、図５の（ｂ）に示すように、上側のブレース２０の一方を回動させて、高力ボルトを用いてブレース２０の内側端部を連結部材３０に仮固定する。さらに、図５の（ｃ）に示すように、上側のブレース２０の他方を回動させて、高力ボルトを用いてブレース２０の内側端部を連結部材３０に仮固定する。そして、建入調整を行った後に、所定本数の高力ボルトを設置し、各高力ボルトの本締めを行う。以上の工程によって、ブレース構造１が完成する。

本実施形態のブレース構造１によれば、矩形フレーム１０に水平力が作用した際に、一方の対角線Ｌ１に沿ったブレース２０，２０が引張ブレースとなり、連結部材３０が引張ブレースに引っ張られる。このとき、連結部材３０は、対角線Ｌ１上に配置された高力ボルト５１でブレース２０に固定されており、対角線Ｌ１に沿った直線方向に引っ張られるので面外方向への移動が拘束される。さらに、連結部材３０の引張強度は、ブレース２０の引張強度以上であるので、連結部材３０は変形しない板状の部材である。また、連結部材３０は、対角線Ｌ１上でブレース２０と接合して、対角線Ｌ１に沿って直線状に引っ張られるので回転しない。よって、連結部材３０に接合されている圧縮ブレースの接合点は、面内・面外ともに移動が拘束される支点になるので、圧縮ブレースの支点間の長さは、連結部材と取付プレートとの間隔寸法（全対角長さの１／２）になる。したがって、対角線全体にかける従来の圧縮ブレースより小さく、１／２の長さになるので、圧縮力への抵抗が大きくなり、座屈し難くなっている。

また、かかるブレース構造１によれば、ブレース２０を圧縮力に抵抗できる断面にすることで、圧縮力に抵抗することができる。つまり、座屈長さが短くなることで、引張力にしか抵抗できなかったブレース２０が圧縮力にも抵抗するので、ブレース２０の製造コストの上昇を抑制しつつ、ブレース耐力壁量が少なくなり広い空間を構成できる。

また、本実施形態では、溝形鋼２１は、ウエブの両側のフランジの立上り高さが等しい形状であり、所定間隔をあけて背中合わせに配置されているので、接合時に偏心が生じない構成となっている。これによって、ブレース２０が圧縮を受けるとき、圧縮ブレースが圧縮座屈し難くなり、効率良く抵抗できる断面形状となる。したがって、圧縮力による偏心座屈を抑制することができる。

さらに、一対の溝形鋼２１，２１の背面間にスペーサ２２が介設されているので、溝形鋼２１，２１同士が離間される。これによって、ブレース２０の断面二次半径が大きくなり、断面積が効率的に大きくなる。つまり、ブレース２０の軽量化を図りつつ、断面を強化することができる。

また、スペーサ２２は、ブレース２０の長手方向中間部に設けられているので、ブレース２０の中間部の溝形鋼２１の離間距離を規制できる。これによって、ブレース２０の中間部が厚くなり、中間部の断面性能（断面二次半径）が大きくなる。ブレース２０に圧縮力が作用した際にはブレース２０の中間部に最も大きな曲げ力がかかるが、中間部の断面性能を大きくすることで、溝形鋼２１の面外への移動が規制され、効果的な座屈防止が達成される。また、溝形鋼で連結部材と取付プレートを挟持しているので、少ない数の接合ボルトで軸力を伝達することができる。さらに、溝形鋼２１の圧縮座屈が、合成断面より先行しない離間距離でつづられる（連結される）こととなる。したがって、ブレース２０がより一層座屈し難くなる。

さらに、ブレース２０の長手方向中間部に設けられたスペーサ２２の厚さ寸法ｔ２は、ブレース２０の外側端部の取付プレート１３の厚さ寸法ｔ１より大きく、且つ内側端部の連結部材３０の厚さ寸法より大きいので、ブレース２０が、一対の溝形鋼２１，２１の中間部が広がった樽型となる。したがって、圧縮力に対して溝形鋼２１が座屈変形し難く、ブレース２０がより一層座屈し難くなる。

以上説明したように、ブレース構造１によれば、製造コストの上昇を抑制できるとともに、圧縮側のブレース２０の支点間隔を短くし、圧縮力がかかるブレース２０に合理的に圧縮力を負担させることができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係るブレース構造について説明する。第二実施形態に係るブレース構造１０１は、ブレース１２０の形状が第一実施形態と異なる。その他の構成については、第一実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。図６乃至図９に示すように、ブレース１２０は、一対の溝形鋼１２１，１２１と、接続板１２２とを備えている。溝形鋼１２１は、第一実施形態の溝形鋼２１と同等の断面形状であり、所定の間隔をあけて背中合わせに配置されている。

図７乃至図９に示すように、接続板１２２は、一対の溝形鋼１２１，１２１の側面間に掛け渡されている（図７の（ｂ）および図８参照）。接続板１２２は、矩形形状を呈しており、両端面が各溝形鋼１２１の側面に隅肉溶接されて固定されている。一対の溝形鋼１２１，１２１は所定の間隔をあけて配置されており、接続板１２２が溝形鋼１２１，１２１の離間距離を保持している。接続板１２２は、溝形鋼１２１の幅方向両側から溝形鋼１２１を挟むように設けられて、つづり部（連結部）が形成されている。溝形鋼１２１を挟む接続板１２２，１２２は、溝形鋼１２１の長手方向に所定間隔をあけて複数組（本実施形態では六組）設けられている。隣り合うつづり部の間隔は、溝形鋼１２１の圧縮座屈がブレース１２０の座屈より先行しない長さである。

溝形鋼１２１の端部の背面には所定の厚さの挟持プレート１２３が設けられている。図９に示すように、挟持プレート１２３は、取付プレート１３または連結部材３０を挟持するプレートであって、一対の溝形鋼１２１，１２１の互いに対向する背面にそれぞれ固定されている。挟持プレート１２３は、矩形形状を呈しており、溝形鋼１２１の幅寸法と同じ幅寸法を備えている。挟持プレート１２３には、溝形鋼１２１の端部に形成されたボルト挿通孔に相当する位置に同径のボルト挿通孔１２４が形成されている。ボルト挿通孔１２４には、ブレース１２０を取付プレート１３または連結部材３０に取り付けるための高力ボルトが挿通される（図９参照）。挟持プレート１２３の厚さ寸法は、溝形鋼１２１の厚さ寸法より大きい。二枚の挟持プレート１２３と取付プレート１３または連結部材３０を合わせた厚さが、溝形鋼１２１の端部の離間距離となる。

溝形鋼１２１，１２１の離間距離は、長手方向中間部が長手方向両端部よりも僅かに大きくなっている。具体的には、長手方向中間部の離間距離は、長手方向両端部の離間距離より１ｍｍ大きい。これによって、ブレース１２０は、長手方向中間部が膨らんだ樽型となっている。このような構成のブレース１２０においては、取付プレート１３および連結部材３０の引張強度は、ブレース１２０の引張強度以上であり、且つ取付プレート１３および連結部材３０の圧縮強度は、ブレース１２０の圧縮強度以上である。

このような構成のブレース構造１０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果を得られる他に、溝形鋼１２１の圧縮座屈がブレース１２０の座屈より先行しない間隔で接続板１２２を設ける（つづる）ことで、ブレース１２０の圧縮強度がより一層強くなり、座屈を防止できる。

以上、本発明の第一および第二の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態では、ブレース２０と連結部材３０との接合点と、ブレース２０と取付プレート１３との接合点は、対角線Ｌ１上に配置されているが、その配置位置は、図１０に示すように、対角線Ｌ１上に代えて、対角線Ｌ１を挟む線対称の位置としてもよい（図１０では、ブレース２０と取付プレート１３との接合点を図示している）。具体的には、対角線Ｌ１を挟むように高力ボルト５７が配置されており、対角線Ｌ１を挟んで互いに対向する高力ボルト５７は、対角線Ｌ１から等間隔位置に配置されている。高力ボルト５７は長方形の角部四か所に設けられており、高力ボルト５７の設置位置を結ぶ対角線の交点が接合中心Ｃ２となる。接合中心Ｃ２は対角線Ｌ１上にある。なお、その他の構成については、前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。このように対角線Ｌ１を挟む対称位置に高力ボルト５７を設けると、接合の応力が作用する点は対角線Ｌ１上になるので、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態に係るブレース構造について説明する。第三実施形態に係るブレース構造２０１は、ブレース２２０の形状が第一実施形態および第二実施形態と異なる。その他の構成については、第一実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。図１１乃至図１３に示すように、ブレース２２０は、角形鋼管にて構成されている。ブレース２２０は、角形鋼管の芯が矩形フレーム１０の一対の対角線Ｌ１，Ｌ１に沿うように、Ｘ形に配置されている。なお、ブレース２２０は、角形鋼管に限定されるものではなく、丸形鋼管にて構成してもよい。

本実施形態のブレース２２０の端部には、取付プレート１３または連結部材３０が挿入されるスリット２２１が形成されている。スリット２２１は、ブレース２２０の軸方向に沿って延在し、ブレース２２０の両側面にそれぞれ形成されている。スリット２２１に取付プレート１３または連結部材３０が挿入された状態で溶接することで、ブレース２２０が取付プレート１３または連結部材３０に固定されている。詳しくは、図１２および図１３に示すように、角形鋼管の側面の外側表面で、取付プレート１３または連結部材３０の両面において隅肉溶接されている。隅肉溶接は、スリット２２１の周縁部の全周に渡ってコ字状に為されている。本実施形態では、溶接部分がブレース２２０と取付プレート１３または連結部材３０との接合点となる。角形鋼管の各側面のコ字状の溶接部分の重心同士を結んだ直線の中心部が接合中心となる。この接合中心は、対角線Ｌ１上に位置している。このような構成のブレース２２０においては、取付プレート１３および連結部材３０の引張強度は、ブレース２２０の引張強度以上であり、且つ取付プレート１３および連結部材３０の圧縮強度は、ブレース２２０の圧縮強度以上である。

ブレース２２０と、取付プレート１３または連結部材３０との接合構造は、スリット２２１を形成する前記構造に限定されるものではない。例えば、角形鋼管の両端部を斜めカットして、残置され開放された板状部と取付プレートまたは連結部材とを、高力ボルトで接合するようにしてもよい。

このような構成のブレース構造２０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果を得られる他に、ブレース２２０が角形鋼管にて構成されているので、ブレース２２０自体の強度が高く、ブレース２２０の圧縮強度がより一層強くなる。また、ブレース２２０の構造が、第一または第二実施形態と比較して簡単であるので、ブレース２２０の作成手間が軽減される。

（第四実施形態）
次に、第四実施形態に係るブレース構造について説明する。図１４に示すように、第四実施形態に係るブレース構造３０１は、柱３１２の長さ寸法が大きく、柱３１２，３１２間において上下に複数段の矩形フレーム３１０が形成されている。矩形フレーム３１０は、柱３１２，３１２の間に掛け渡された水平材３１１と左右両側の柱３１２の一部（上下の水平材３１１で挟まれた所定長さの部分）とで構成されている。なお、図１４では、建物の下層部を図示しており、基礎３１１ａが下側の横材となっている。柱３１２の下端部は、アンカーボルト等を介して基礎３１１ａに強固に固定されている。基礎３１１ａが下側の横材となる場合の対角線Ｌ１の起点となる下側の交点Ｐは、柱３１２の芯Ｌ３と、基礎３１１ａの表面（柱３１２の下端面）とが交差する位置である。他方、上側の矩形フレーム３１０は、上下の水平材３１１と左右両側の柱３１２の一部とで構成されている。

ブレース２２０の形状は第三実施形態と同じである。また、ブレース２２０と取付プレート１３または連結部材３０との接合構造も第三実施形態と同じである。水平材３１１は、ブレース２２０と同等の構成であり、角形鋼管にて構成されている。水平材３１１の両端部には、スリットが形成されており、スリットに取付プレート１３を挿入して溶接することで柱３１２に固定されている。

このような構成のブレース構造３０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果を得られる他に、長い柱３１２を水平材３１１で区画するので、細長比を小さくすることができ、柱３１２が座屈し難くなる。また、ブレース２２０の長さを短くできるので、座屈長さが短くなる。

（第五実施形態）
次に、第五実施形態に係るブレース構造について説明する。図１５に示すように、第五実施形態に係るブレース構造４０１は、木造構造の矩形フレーム４１０を補強する。矩形フレーム４１０は、上下の横材（梁と土台）４１１，４１１と、横材４１１，４１１間に立設された一対の縦材（柱）４１２，４１２にて構成され、側面視で縦長の長方形形状を呈している。横材４１１および縦材４１２は、ともに木製の角材にて構成されている。具体的には、１階の横材４１１は土台であり、例えば断面正方形（１０５ｍｍ×１０５ｍｍ）のスギにて構成されている。２階以上の横材４１１は梁であり、例えば断面縦長の長方形（１８０ｍｍ×１０５ｍｍ）のベイ松にて構成されている。縦材４１２は柱であり、土台と梁の間に立設されている。縦材４１２は、例えば断面正方形（１０５ｍｍ×１０５ｍｍ）のスギにて構成されている。

横材４１１と縦材４１２とは、縦材４１２の端面に形成されたほぞ４１２ａを、横材４１１に形成されたほぞ穴４１１ａに差し込むことで接続されている（木造標準接合）。本実施形態では、さらに、横材４１１と縦材４１２の接続部分には、Ｌ型金具４１３が設けられている。Ｌ型金具４１３は、横材４１１と縦材４１２との接続強度を補強するとともに、ブレース４２０を接合する取付プレートの役目を果たす。図１６にも示すように、Ｌ型金具４１３は、縦材４１２の側面に当接する縦板部４１４ａと、横材４１１の上面または下面に当接する横板部４１４ｂとを備えている。Ｌ型金具４１３は、縦板部４１４ａおよび横板部４１４ｂに木ネジ４１５をそれぞれ挿通させることで、木ネジ剪断接合で横材４１１（梁）および縦材４１２（柱）に軸力を伝達している。縦材４１２および縦板部４１４ａには、ブレース４２０の一端が溶接されている。土台である横材４１１との接合は、縦材４１２の上部と下部のＬ型金具４１３からの合計軸力である引抜力（圧縮側は柱とＬ型金具４１３の支圧のみ）を伝達するために、引張力とせん断力を負担可能なボルト接合としている。ボルト４１６は、通しボルトを用いており、横材４１１を上下に貫通させている。ボルト４１６の下端部は、土台の下部に形成された凹部に収容され、ワッシャプレート４１７を介して締め付けられている（図１６の（ｂ），（ｃ）参照）。ボルト４１６は、横材４１１の幅方向に間隔をあけて一対設けられている。ワッシャプレート４１７は、隣り合うボルト４１６，４１６間に掛け渡されており、ボルト４１８を介して凹部の上側の底面に固定されている。

図１５に示すように、ブレース４２０は、前記実施形態と同様に、矩形フレーム４１０の一対の対角線Ｌ１，Ｌ１に沿ってＸ形に配置されている。ブレース４２０は、矩形フレーム４１０の対角線Ｌ１，Ｌ１の交差部（矩形フレーム１０の中央部）で４分割されており、４本設けられている。各ブレース４２０は、矩形フレーム４１０の中心部で、連結部材４３０を介して連結されている。ブレース４２０は、角形鋼管にて構成されている。ブレース４２０は、角形鋼管の芯が矩形フレーム４１０の一対の対角線Ｌ１，Ｌ１に沿うように、Ｘ形に配置されている。なお、ブレース４２０は、角形鋼管に限定されるものではなく、丸形鋼管にて構成してもよい。本実施形態のブレース４２０は、鉄骨構造の矩形フレームを補強するブレースよりも小さい寸法（例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ）となっている。

図１６に示すように、ブレース４２０の一端部（Ｌ型金具４１３側の端部）は、Ｌ型金具４１３の入隅部に当接するように、側面視で出隅部が直角になる角形に切断されている。角形に切断されたブレース４２０の一端部の全長に渡って隅肉溶接が為されて、ブレース４２０がＬ型金具４１３に接合されている。この溶接の溶接部の重心部分がブレース４２０とＬ型金具４１３（取付プレート）との接合中心となる。接合中心は、対角線Ｌ１上に配置されている。Ｌ型金具４１３のブレース４２０の軸方向への引張強度は、ブレース４２０の引張強度以上であり、且つＬ型金具４１３のブレース４２０の軸方向への圧縮強度は、ブレース４２０の圧縮強度以上である。

図１５および図１７に示すように、ブレース４２０の他端部（矩形フレーム４１０の中心部の連結部材４３０側の端部）は、側面視で角形に切断されている。他端部の一対の切断面は互いに直交し、他端部の出隅部が直角になっている。切断面の傾斜角度は、ブレース４２０の傾斜角度に応じて設定されており、ブレース４２０を設置した際に、一方の切断面４２２ａが水平になり、他方の切断面４２２ｂが垂直になる傾斜角度となっている（図１７の（ａ）参照）。ところで、連結部材４３０は、鋼製プレートにて構成されている。本実施形態の連結部材４３０は、鉄骨構造を補強するための連結部材３０と比較して小さく側面視で縦長の長方形となっている。連結部材４３０の引張強度は、ブレース４２０の引張強度以上であり、且つ連結部材４３０の圧縮強度は、ブレース４２０の圧縮強度以上である。このような連結部材４３０との接合部における、４本のブレース４２０の他端部同士は、互いに所定の間隔をあけて対向して配置されている。４本のブレース４２０間の隙間は、狭い幅の十字形状になっている。ブレース４２０の他端部の切断面に繋がる側面には、板状の連結部材４３０が挿入されるスリット４２１が形成されている。スリット４２１は、ブレース４２０の軸方向に沿って延在し、ブレース４２０の両側面にそれぞれ形成されている。スリット４２１に連結部材４３０が挿入された状態で溶接することで、ブレース４２０が連結部材４３０に固定されている。角形鋼管の側面の外側表面で、連結部材４３０の両面において隅肉溶接されている。スリット４２１は、ブレース４２０の表面側の角部が面取りされて開先加工されており、溶接強度が高められている。この溶接の溶接部の重心部分がブレース４２０と連結部材４３０との接合中心となる。接合中心は、対角線Ｌ１上に配置されている。

このような構成のブレース構造４０１によれば、木造構造の矩形フレーム４１０においても、第一実施形態と同様の作用効果を得られる。以上説明したように、本発明のブレース構造は、鉄骨構造および木造構造のいずれにも適用することができる。

１ ブレース構造
１０ 矩形フレーム
１３ 取付プレート
２０ ブレース
２１ 溝形鋼
２２ スペーサ
３０ 連結部材
Ｌ１ 対角線
ｔ１ 取付プレートの厚さ寸法
ｔ２ スペーサの厚さ寸法
１０１ ブレース構造
１２０ ブレース
１２１ 溝形鋼
１２２ 接続板
１２３ 挟持プレート
２０１ ブレース構造
２２０ ブレース
３０１ ブレース構造
４０１ ブレース構造
４２０ ブレース
４３０ 連結部材

Claims (6)

1. 矩形フレームの一対の対角線に沿ってＸ形に配置された４本のブレースと、前記ブレースの交差部で前記ブレースをピン接合する連結部材とを備えたブレース構造であって、
   前記ブレースは、一端部が前記連結部材に接合され、他端部が前記矩形フレームの角部に設けられた取付プレートに接合されており、
   前記ブレースと前記連結部材との接合中心と、前記ブレースと前記取付プレートとの接合中心は、前記対角線上に配置されており、
   前記連結部材および前記取付プレートの引張強度は、前記ブレースの引張強度以上である
   ことを特徴とするブレース構造。
2. 前記ブレースは、所定の間隔をあけて背中合わせに配置された一対の溝形鋼と、一対の前記溝形鋼の背面間に介設されたスペーサとを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレース構造。
3. 一対の前記溝形鋼の一端部は前記取付プレートを挟持し、
   一対の前記溝形鋼の他端部は前記連結部材を挟持しており、
   前記スペーサの厚さ寸法は、前記取付プレートの厚さ寸法の厚さ寸法より大きく、且つ前記連結部材の厚さ寸法より大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載のブレース構造。
4. 前記ブレースは、所定の間隔をあけて背中合わせに配置された一対の溝形鋼と、一対の前記溝形鋼の側面間に掛け渡された複数の接続板とを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレース構造。
5. 一対の前記溝形鋼の一端部の背面には所定の厚さの挟持プレートがそれぞれ設けられ、前記挟持プレートを介して前記取付プレートが挟持され、
   一対の前記溝形鋼の他端部の背面には所定の厚さの挟持プレートがそれぞれ設けられ、前記挟持プレートを介して前記連結部材が挟持されており、
   一対の前記溝形鋼の長手方向中間部の離間距離は、一対の前記溝形鋼の長手方向両端部の離間距離より大きい
   ことを特徴とする請求項４に記載のブレース構造。
6. 前記連結部材の図芯は、前記ブレースの軸線の延長線上に位置している
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のブレース構造。

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