JP2733556B2

JP2733556B2 - 耐震構造物用構造材

Info

Publication number: JP2733556B2
Application number: JP1096642A
Authority: JP
Inventors: 岳彦寺田; 喜堂矢部; 知巳兼光; 壽郎宇野; 伸治真瀬; 敏彦平間
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JPH02274947A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、地震などの外力に対して良好な耐震効果
を示す耐震構造物に用いられる柱などの構造材に関す
る。

「従来の技術」近年、建築構造物等の耐用年限内に発生が予想される
最大級の地震で負荷される外力に対し、建築構造物等が
倒壊しない程度に建築構造物の一部分に若干の塑性変形
を許容し、この塑性変形によって前記外力のエネルギー
を吸収するという考え方が認められており、このいわゆ
る、塑性化を指向した終局設計法と呼ばれる設計法が実
際に適用されつつある。即ち、この設計法を応用すれ
ば、建築構造物等の所定の階の強度を他の階に比較して
低くしておくことで、地震エネルギーによる外力を所定
の階に集中させることができ、この階に設けた部材を塑
性変形させることで前記外力を吸収することができ、こ
れにより建築構造物等の全体への免震効果をもたらすこ
とができる。

以上のような背景に基づいて本願発明者らは先に、地
震エネルギーより建築物に作用する外力を吸収する機能
を備えた建築構造物として、第７図に示す建築構造物を
提案している。

第７図に示す建築構造物は、鉄骨構造の建築構造物Ａ
の１階部分を前記外力の吸収階として構成したもので、
建築構造物Ａの躯体は、地盤Ｇ上に立設された高張力鋼
製の角形鋼管からなる１階部分の柱（柔部材）１…と、
１階部分の柱１よりも径が大きな他の階の柱２…と、Ｈ
形鋼からなる梁３…を主体として構成されている。そし
て、１階の柱1,1の間の地盤Ｇには、一般構造用鋼材か
らなる塑性化部材（剛部材）4,4が立設され、塑性化部
材4,4の上端はＨ形鋼製の連結部材５により連結される
とともに、連結部材５の両端部が取付プレート７と高張
力鋼製のブレース８とガゼットプレート９を介して柱１
と梁３の接合された仕口部分に連結されている。

なお、前記建築構造物Ａの躯体を構成する各部材は、
建築構造物Ａの耐用年限内に数回程度発生が予想される
地震のエネルギーによる外力に対して十分に耐えるよう
に設計されるが、前記塑性化部材４は、前記地震のう
ち、最大規模の地震エネルギーの外力により降伏するよ
うに設計されている。

即ち前記構造では、最大級の地震のエネルギーによる
外力を前記塑性化部材4,4に伝達することで塑性化部材
4,4を降伏させ、これにより前記外力を吸収することが
できるようになっている。

「発明が解決しようとする課題」ところが、前記の建築構造物においては、地震エネル
ギーによる外力を吸収する効果は十分に高いものの、柔
部材である柱１と剛部材である塑性化部材４を別個に分
けて配置しているために、平面的にも立面的にも場所と
空間を大きく占有するので建築上の制約が大きかった。
また、柔部材となる柱１…は他の階の柱２…よりかなり
細長い形状になるために、座屈に対する設計面から見て
も厳しい状態であった。

なお、前記のように構造物に対して種々の外力が作用
する状況は、一般の建築構造物に限らず、原子炉格納容
器などの構造物、あるいは、船舶などの構造物において
も予想されるものであり、これらの構造物に対する効果
的な耐震構造が望まれている。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、
耐震構造物に適用する場合に建築上あるいは製造上の制
約が少なくて容易に適用できるとともに、地震エネルギ
ーなどによる外力を効果的に吸収することができる耐震
構造物用構造材を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」請求項１に記載の発明は、内部側の部材と外部側の部
材を具備してなる多重構造を有し、耐震構造物に用いら
れる構造材であって、内部側に設けられて前記耐震構造
物に対して固定され、該耐震構造物に作用する最大規模
の外力を受けた際に弾性変形する柔部材と、該柔部材の
外側に相対変形可能に設けられて前記耐震構造物に対し
て固定され、前記最大規模の外力を受けた際に塑性変形
する剛部材と、前記柔部材と剛部材の境界部分に設けら
れて柔部材と剛部材の相対摺動を許容する遮断層とから
なることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、多層階の構造物の少なくと
も１つの階に地震エネルギーによる外力を吸収するエネ
ルギー吸収階を設けてなる耐震構造物に用いられ、前記
エネルギー吸収階の一部を構成する柱などの構造部材と
して適用される構造材であって、前記エネルギー吸収階
に固定されて最大規模の地震エネルギーによる外力を受
けた際に弾性変形する内側の柔部材と、該柔部材の外側
に相対変形可能に設けられて前記エネルギー吸収階に対
して固定され、前記最大規模の地震エネルギーによる外
力を受けた際に塑性変形する剛部材と、柔部材と剛部材
の境界部分に設けられて柔部材と剛部材の相対摺動を許
容する遮断層とからなることを特徴とするものである。

「作用」内側の柔部材の外方に遮断層を介して剛部材を設け、
それら柔部材と剛部材を相対変形可能な状態でそれぞれ
構造物に対して固定しているので、外力に対して柔部材
と剛部材は別々に挙動することができる結果、剛性と強
度は両者の合計となるので、１つの構造材が柔構造と剛
性を併せ持つ。また、柱状の構造材とした場合、従来の
耐震構造物では、座屈危険性の高かった柔部材が、より
安全となるとともに、従来の耐震構造物では、局部座屈
の危険性が高かった剛部材がより安全となり、エネルギ
ー吸収能力が向上する。

「実施例」第１図ないし第３図は本発明を管状の柱に適用した第
一実施例を示すもので、この例の柱（垂直構造材）10
は、第１図に示すような管状の柔部材11とこの柔部材11
の外周を覆って設けられた遮断層12と、この遮断層12を
覆って設けられた管状の剛部材13とから構成され、第３
図に示す構造の建築構造物Ｋの１階部分の柱として用い
られる。

前記柔部材11は、高張力鋼などからなり、第３図に示
す建築構造物Ｋの耐用年限内に発生が予想される最大規
模の地震のエネルギーによって柱に加わることが予想さ
れる外力が柔部材11の許容応力限度内になるように、そ
の材質と断面形状が決定される。即ち、柔部材11は、自
身の大きな弾性変形能力により、前記最大級の規模の地
震の外力に対しても弾性状態を保つことにより、エネル
ギー吸収階の最大変形と残留変形の増大を抑制する。

前記剛部材13は、一般構造用鋼材などからなり、第３
図に示す建築構造物Ｋの耐用年限内に発生が予想される
最大規模の地震のエネルギーによって柱に加わることが
予想される外力が、剛部材13の許容応力限度を超えるよ
うに、かつ、前記外力で剛部材13が塑性変形可能なよう
にその材質と断面形状が決定される。

前記遮断層12は、アスファルトなどの軟質材からなる
もので、前記柱10に負荷がかかった際に、柔部材11と剛
部材13とが別個に挙動できるように、即ち、柔部材11と
剛部材13とが違いに摺動自在なように両部材を区切るも
のである。従ってこの遮断層12は、アスファルトの他
に、ゴムアスファルトあるいは樹脂などで形成しても差
し支えない。

第３図に示す建築構造物Ｋの２階以上の部分に用いら
れる柱15…と梁…16…にあっては、建築構造物Ｋの耐用
年限内に数度程度発生が予想される規模の地震による外
力に対して発生する応力が、柱15と梁16の許容応力限度
以内であるように、その材質と断面形状が決定される。

また、建築構造物Ｋにおいて、１階のコーナ部側の柱
17…は、２階以上の階の柱15よりも細く形成されてい
る。そして、この建築構造物Ｋにおいて大きな軸力が作
用すると思われる中央部分の柱として前記構造の柱10が
採用されていて、その柱10を構成している内側の柔部材
11と外側の剛部材13の両端がそれぞれこの建築構造物Ｋ
に対して固定されている。そして、建築構造物Ｋが地震
時に振動した際には、遮断層12により柔部材11と剛部材
13との相対変形が許容されるようになっている。なお、
この例では、建築構造物Ｋの１階の中央部分の柱のみを
この実施例の柱10としているが、１階の他の部分の複数
の柱をこの実施例の柱10で構成しても良いのは勿論であ
る。

前記構造の建築構造物Ｋにおいては、１階部分におい
て径が小さい柱17…が用いられているので、１階部分の
強度と２階以上の部分の強度に格差が生じ、地震等によ
り外力が作用した場合、１階部分にエネルギーが集中さ
れる。すなわち、本例の建築構造物Ｋではその１階がエ
ネルギー吸収階とされている。よって、建築構造物Ｋの
耐用年限内に数度程度発生が予想される規模の地震が発
生して外力が負荷された場合、１階部分の柱17と柱10の
柔部材11は復元力特性における弾性域内で挙動する（す
なわち塑性変形するには致らない）ことになる。

また、建築構造物Ｋの耐用年限内で発生が予想される
最大級の規模の地震による外力が加えられた場合、前記
柱10の剛部材が降伏し、これにより外力エネルギーの大
部分が塑性歪エネルギーとして吸収されるので、これ以
外の部分に伝達されるエネルギーが減少して建築構造物
Ｋの全体への耐震効果を得ることができる。

また、前記柱15は自身の大きな弾性変形能力により、
前記最大規模の地震の外力に対しても弾性状態を保つこ
とにより、エネルギー吸収階である１階部分全体の最大
変形、残留変形の増大を抑止し、変形時に生じた水平変
形によるＰ−δ効果で建築構造物Ｋの劣化を防止し、復
元力を確保する。

前記構造の柱10を建築構造物Ｋに適用するならば、従
来の如く柔部材と剛部材を分けて配置する必要がなく、
柔部材11と剛部材13を柱10の内部に組み込んであるため
に、従来構造と同等の耐震効果を得ることができる上
に、従来構造に比較して平面的にも立面的にも建築構造
物Ｋの設計が容易になる効果がある。

第４図はこの発明を柱に適用した第２実施例を示すも
ので、この例の柱（垂直構造材）20は、横断面４角形状
に形成された柔部材21と遮断層22と剛部材23とか構成さ
れている。

第５図はこの発明を柱に適用した第３実施例を示すも
ので、この例の柱（垂直構造材）30の構造は、第１図と
第２図に示す第１実施例の柱とほぼ同等であるが、最外
周に設けた剛部材をスリット31を介して上部剛部材13a
と下部剛部材13bに分割してなる構成が異なっている。
この例の柱30においてスリット31を設ける位置は、柱30
の反曲点位置に設ける。

第５図に示す構造を採用することにより、剛部材13a,
13bに柱軸力が作用しないようにすることができ、剛部
材13a,13bの局部座屈を防止することができる。

第６図はこの発明をブロック状の垂直構造材に適用し
たもので、この例の垂直構造材40は、板状の柔部材41の
両側面に遮断層42を介して板状の剛部材43を貼り合わせ
た構造になっている。

第６図に示すような構造の垂直構造材40を用いて建築
構造物の一部分を構成することによって前記第１実施例
と同等の効果が得られる。

なお、この発明を耐力壁の構造に適用することもで
き、耐力壁に適用した場合は、第６図に示す実施例と同
様に３層構造を採用すれば良い。

なおまた、前記実施例においては、鉄骨構造の建築構
造物Ｋにこの発明を適用しているが、鉄筋コンクリート
構造の建築構造物の柱として、あるいは、鉄骨鉄筋コン
クリート構造の建築構造物の柱としてこの発明を適用し
ても良いのは勿論である。また、多重構造の構造材は、
垂直構造材の他にブレースなどの斜方向に配設される斜
構造材にも適用することができる。

ところで前記の実施例は、いずれも、一般の建築構造
物にこの発明を適用した例について説明したが、この発
明を原子炉格納容器、あるいは、船体の構造などに適用
しても良いのは勿論である。そして、これらの場合は、
原子炉格納容器に作用すると予想される最大規模の地震
のエネルギーに対応させて柔部材と剛部材を設計すれば
良く、船体に適用する場合は、航行中などにおいて船体
に作用すると予想される波力や風力などによる最大の外
力に応じて柔部材と剛部材を設計する必要がある。

「発明の効果」以上説明したように本発明は、内側の柔部材の外方に
遮断層を介して剛部材を設け、両者を相対摺動自在な状
態でそれぞれを耐震構造物に固定した構成とすること
で、外力に対して柔部材と剛部材を別々に挙動させるこ
とができるので、剛性と強度を両者の合計とすることが
でき、１つの構造材に柔構造と剛性を併せ持たせること
ができる。このため、座屈危険性の少ないエネルギー吸
収能力が大きな構造材を提供することができる。

また、多層階の構造物の一部にエネルギー吸収階を設
け、このエネルギー吸収階を構成する構造材として前記
柔部材と剛部材とからなる構造材を用いて、その構造材
の柔部材と剛部材を相対変形可能な状態でそれぞれエネ
ルギー吸収階に対して固定することで、最大規模の地震
による外力が耐震構造物に付加された場合に、剛部材の
塑性変形によりエネルギーを吸収することができ、他の
部材に伝達されるエネルギーを減少させることができる
ので、構造物に免震効果を発揮させることができる。ま
た、柔部材と剛部材を遮断層を介して摺動自在に設けて
１つの構造材としているので、柔部材と剛部材を別々に
配置していた従来構造に比較して平面的にも立面的にも
建築し易い効果がある。

一方、この発明を柱状の構造材として耐震構造物に用
いた場合、従来の耐震構造物では、座屈危険性の高かっ
たエネルギー吸収階の柔部材が、より安全となるととも
に、従来の耐震構造物では、局部座屈の危険性が高かっ
たエネルギー吸収階の剛部材がより安全となるので、耐
震構造物の安全性がより向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を柱に適用した第１実施例を示すもの
で、第１図は横断面図、第２図は側面図、第３図は建築
構造物の躯体を示す側面図、第４図はこの発明を柱に適
用した第２実施例を示す横断面図、第５図はこの発明を
柱に適用した第３実施例を示す側面図、第６図はこの発
明をブロックに適用した実施例を示す断面図、第７図は
従来のエネルギー吸収階を備えた建築構造物の躯体の一
部を示す側面図である。Ｋ……建築構造物（耐震構造物）、10,20,30……柱（構
造材）、11,21,41……柔部材、12,22,42……遮断層、13
（13a,13b）,23,43……剛部材、40……垂直構造材（構
造材）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇野壽郎東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者真瀬伸治東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者平間敏彦東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (56)参考文献特公昭62−21098（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部側の部材と外部側の部材を具備してな
る多重構造を有し、耐震構造物に用いられる構造材であ
って、内部側に設けられて前記耐震構造物に対して固定され、
該耐震構造物に作用する最大規模の外力を受けた際に弾
性変形する柔部材と、該柔部材の外側に相対変形可能に設けられて前記耐震構
造物に対して固定され、前記最大規模の外力を受けた際
に塑性変形する剛部材と、前記柔部材と剛部材の境界部分に設けられて柔部材と剛
部材の相対摺動を許容する遮断層とからなることを特徴
とする耐震構造物用構造材。
【請求項２】多層階の構造物の少なくとも１つの階に地
震エネルギーによる外力を吸収するエネルギー吸収階を
設けてなる耐震構造物に用いられ、前記エネルギー吸収
階の一部を構成する柱などの構造部材として適用される
構造材であって、前記エネルギー吸収階に固定されて最大規模の地震エネ
ルギーによる外力を受けた際に弾性変形する内側の柔部
材と、該柔部材の外側に相対変形可能に設けられて前記エネル
ギー吸収階に対して固定され、前記最大規模の地震エネ
ルギーによる外力を受けた際に塑性変形する剛部材と、柔部材と剛部材の境界部分に設けられて柔部材と剛部材
の相対摺動を許容する遮断層とからなることを特徴とす
る耐震構造物用構造材。