JP3215633U

JP3215633U - ブレース取付構造

Info

Publication number: JP3215633U
Application number: JP2018000326U
Authority: JP
Inventors: 耕次森田; 角屋　治克; 治克角屋
Original assignee: 株式会社Ｂ＆Ｂ技術事務所
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2028-01-12

Abstract

【課題】地震時において、鉄骨架構の梁に横座屈を生じさせることなく、また柱や柱脚部に捻じれ変形を生じさせることのない経済的なブレース取付構造を提供する。【解決手段】鋼管柱６とＨ形鋼梁７を骨組みとする鉄骨架構の矩形状架構面に設けたガセットプレート５１、５２に２本１組のブレース体１を傾斜状に連結するブレース取付構造であって、ブレース体１が、それぞれ両端側に定着金具３を結合したブレース芯材とブレース芯材を内部に収容する座屈拘束鋼管４からなり、ガセットプレートが、鋼管柱の矩形状架構面に平行な両方の側面６１の対向位置に接合された１対の柱側ガセットプレート５１とＨ形鋼梁のフランジ面の１か所に近接状態で接合された１対の梁側ガセットプレート５２からなり、ブレース体はそれぞれ柱側ガセットプレートと梁側ガセットプレートに両端側の定着金具３を介してピン接合される。【選択図】図３

Description

本考案は、特に中小規模の鉄骨造建築物で従来から多用されている引張ブレースに代わる座屈拘束ブレースの設置形態に係り、地震時において、構造体の耐力低下や変形量の増加を抑制し、構造躯体の梁においては横座屈を防ぎ、柱や柱脚部では捻じれ変形の発生に伴う付加的な応力の発生を阻止し、経済的で耐震性能の向上が実現できるブレース取付構造に関する。

鉄骨ラーメンフレーム架構は、主要構造部材である柱（Ｈ形鋼、角形鋼管、円形鋼管）とＨ形鋼からなる梁が剛接合されたもので、一般的に広く採用されている架構形式である。本考案は、柱を角形鋼管または円形鋼管とし、梁をＨ形鋼とする鉄骨ラーメンフレーム架構にブレースを使用する、いわゆるラーメンブレース架構に関するものである。鉄骨構造に用いられるブレースの種類は機能別に区分される。具体的には、引張ブレース、圧縮ブレース及び座屈拘束ブレース（引張と圧縮を働かせるブレース）に大別される。引張ブレースは主に新築の建築物に使用され、圧縮ブレースと座屈拘束ブレースは大規模な建築物や耐震補強する建築物に多く用いられている。ブレースの構造形式としては、Ｘ型、Ｚ型、Ｋ型、ひし形と呼ばれる形が一般的である。ブレースの構造形式の選択は、構造設計、意匠設計での設計者の意向や、ブレースの特性等の条件で選択される。

引張ブレースは、非常に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築物に多く用いられている。一方、圧縮ブレースは、座屈強度に基づいて圧縮力の負担で設計される。また、座屈拘束ブレースは、引張力と圧縮力を負担することができ、引張力と圧縮力のいずれもブレース芯材で負担するが、ブレース芯材の座屈を防ぐ座屈拘束鋼管を用いてブレース芯材を覆うことにより、ブレースの剛性および降伏耐力が引張と圧縮が同等として設計される。このことから、座屈拘束ブレースは、引張ブレースや圧縮ブレースと比較して、一本のブレースが引張力と圧縮力を負担することにより、従来のブレースを使用するときに必要な本数やブレース重量等の低減につながり、経済性の高いものとなる。

ところで、ブレースを用いる鉄骨建築物においては、外装材等の取付条件などによって、柱芯と梁芯が一致しない設計も多い。この場合、ブレースは単体仕様であり、梁側では一般的に梁芯に一致させて取り付けるが、柱に対しては偏芯した状態で取りつくことになる（特許文献１，２参照）。このような取付構造では、ブレースに対して地震時に引張力が作用したとき、柱や柱脚部（アンカーボルト等）に「捻じり応力」が生じ、建築物の耐震性を低下させる原因となる。また、柱がＨ形鋼の場合には、補剛材を柱の内部に溶接して容易に補強できるが、柱が角形鋼管などの場合では、柱の端部付近での柱内部の補強は可能であるものの、柱中間部における柱内部の補強は不可能である。さらに、角形鋼管柱の架構面側に向いた面（フランジ面と呼ぶ。）にガセットプレートを溶接し、このガセットプレートにブレースを接続する取付構造の場合には、地震等により引張力や圧縮力が作用すると、ガセットプレートが接続されている角形鋼管柱の側面（フランジ面）で凸形状や凹形状の局部変形が生じ、柱とガッセトプレート接合部での耐力低下や破壊などにつながる可能性がある。

また、図１０に示すように、Ｈ形鋼梁７が曲げ荷重Ｑを受けると、初めは荷重面内に撓むだけであるが、曲げモーメントがある値に達すると、突然、Ｈ形鋼梁７は横方向にも撓み、同時に捻じりを伴った変形が生じて、耐力が低下する。一般的に、Ｈ形鋼梁７は荷重Ｑの作用する方向の曲げ剛性に較べ、それと直角方向の曲げ剛性の方がかなり小さい。そのため、横方向の変形に対する支えが少ないＨ形鋼梁７ではこのような現象がよく生じる。これは座屈現象の一つで、梁の「横座屈」と称されている。このような横座屈は、Ｈ形鋼梁７の曲げ耐力や変形性能の低下を招くので、梁を設計するうえで極めて重要な問題である。図１１は、横座屈に対する補強方法の従来例である。この補強例は、アングル鋼１０を用いた引張ブレースによる補強例を示したものである。この例では、引張ブレースを取り付けるための別の鋼材を用意しなければならず実用的でない。

特開２０１５−２１３０１号公報特開２００４−１０７９４５号公報特許第３６２１９４７号公報

本考案は、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、地震時において、梁においては横座屈の発生による構造体の耐力低下を防ぎ、柱や柱脚部においては、柱の捻じれ変形に伴う付加応力の増加による構造体の耐力低下、さらに、ブレースからの圧縮力および引張力による柱の局部的な変形によるガセットプレートと柱の溶接部の破壊を回避できる経済的なブレース取付構造の提供を目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本考案は、鋼管柱とＨ形鋼梁を骨組みとする鉄骨架構の矩形状架構面に設けたガセットプレートに２本１組のブレース体を傾斜状に連結するブレース取付構造であって、ブレース体が、それぞれ両端側に定着金具を結合したブレース芯材とこのブレース芯材を内部に収容する座屈拘束鋼管からなり、ガセットプレートが、鋼管柱の矩形状架構面に平行な両方の側面の対向位置に接合された１対の柱側ガセットプレートとＨ形鋼梁のフランジ面の１か所に近接状態で接合された１対の梁側ガセットプレートからなり、ブレース体はそれぞれ柱側ガセットプレートと梁側ガセットプレートに両端側の定着金具を介してピン接合（構造面内にのみブレース体の回転をフリーとする。）されることを主たる構成として採用した点に特徴がある。

また、本考案の他の構成としては、上記主たる構成において、ブレース芯材は両端側にねじ部を形成した丸鋼からなり、定着金具が該ブレース芯材のねじ部にそれぞれ螺合する一対の筒状雌ねじ部材と、これら筒状雌ねじ部材の他端側でその軸心と平行に互いに間隔をいた並列状態で結合され、柱側ガセットプレートおよび梁側ガセットプレートを対向面間に受け入れ、それぞれ垂直方向に貫通するピン部材により他端側でピン接合される一対の接合プレート部材を備えたものである。

本考案に係るブレース取付構造では、上記構成を採用することにより、次のような効果が得られる。
（１）鉄骨架構（構造躯体）に対して地震等による水平力が負荷されると、座屈拘束型であるブレース体には長手方向に向けて、右方向の移動に対して引張力（圧縮力）が、左方向の移動に対して圧縮力（引張力）が交互に作用する。このとき、ブレース体の両端部が矩形状架構面の対角位置にあるガセットプレートに対して、矩形状架構面内で相対回転可能にピン接合されることにより、この接合部で部材相互の相対的な移動が拘束され、ブレース体に作用する引張力や圧縮力の伝達がスムーズに行われる。
そして、鋼管柱側では２本１組のブレース体のそれぞれ一方の端部が、矩形状架構面に平行な鋼管柱のウエブに相当する側面の対向位置に溶接されたガセットプレートにピン接合され、また他方の端部がＨ形鋼梁のフランジ面の１か所に近接状態で接合された１対の梁側ガセットプレートにピン接合されるので、地震力等が作用したとき、一方の２本１組となったブレース体が引張耐力を、また他方の２本１組となったブレース体が圧縮耐力を負担する。さらに、梁材が横座屈現象によって構造面外に変形移動をし始めると、２本１組となったブレース体が引張力と圧縮力に対して同時に働くことで梁材の横座屈を防止し、柱や柱脚部での捻じれ変形を効果的に阻止することができ、さらに２本１組のブレース体の２対をＫ型に配置することにより、Ｈ型鋼梁の横座屈を効果的に防止することができる。
（２）柱側のガセットプレートが、矩形状架構面と平行な位置関係にある鋼管柱の側面（ウエブに相当）の両方に対向状態で溶接されるので、従来のように鋼管柱の矩形状架構面に向いた側面（フランジに相当）にガセットプレートが接合され、このガセットプレートにブレース体が連結された場合のように、地震等による引張力で鋼管柱の側面を凸状あるいは凹状とするような面外変形を生じさせることがなくなる。
（３）本考案で用いるブレース体が座屈拘束型であり、ブレース体に働く引張力に対する許容耐力と、圧縮力に対する剛性・耐力は同等であることから、基本的に圧縮力の負担ができない同じ断面の引張ブレースと比較して２倍の有効耐力を有することになる。このため、同一建築物でのブレースの数量を比較すると、引張ブレースの概ね半数で同じ耐力を有することになり、耐震補強構造として経済的である。
（４）ブレース芯材が、両端側にねじ部を形成した丸鋼からなり、定着金具が該ブレース芯材のねじ部にそれぞれ螺合する一対の筒状雌ねじ部材と、これら筒状雌ねじ部材の他端側でその軸心と平行に互いに間隔をおいた並列状態で結合され、柱側ガセットプレートおよび梁側ガセットプレートを対向面間に受け入れ、それぞれ垂直方向に貫通するピン部材により他端側でピン接合される一対の接合プレート部材を備える構成とした場合には、ブレース芯材のねじ部と筒状雌ねじ部材の螺合構造により、それぞれの定着金具を回転させること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。

本考案に係るブレース取付構造で使用するブレース体の部分断面図である。（ａ）と（ｂ）は、図１に示すブレース体およびガセットプレートの関係を示した正面図と平面図である。本考案に係るブレース取付構造の第１実施形態の底面図である。本考案に係るブレース取付構造の第１実施形態の正面図である。（ａ）と（ｂ）は、本考案で使用する座屈拘束型のブレース体と引張ブレースに地震力等の水平力が作用した時のブレースの挙動を示した説明図である。本考案で使用する座屈拘束型のブレース体と引張ブレースについて、変位と荷重の関係を示した説明図である。本考案に係るブレース取付構造の形式の例を示した説明図である。本考案に係るブレース取付構造の第２実施形態であって、ブレース体の一端側を柱脚部に連結した事例の正面図である。図８の柱脚部を拡大した斜視図である。Ｈ形鋼梁で発生する横座屈現象の説明図である。図１０に示した横座屈に対する補強方法の従来例の正面図である

以下、図面を参照しながら本考案の実施形態について説明する。図１は本考案に係るブレース取付構造（鉄骨架構との接合構造）の第一実施形態で使用するブレース体について、一方の端部を断面で表示した部分断面図、図２は図１に示したブレース体とガセットプレートの関係を示した正面図と平面図である。図示のブレース体１は、ねじ部２１が両端側に形成された丸鋼からなるブレース芯材２と、このブレース芯材２の両端側に結合される定着金具３と、これら定着金具３の間にあってブレース芯材２を内部に遊嵌状態で収容する座屈拘束鋼管４からなり、いわゆる座屈拘束型ブレースに分類されるものである。

上記ブレース体１において、ブレース芯材２は、丸鋼の他に鉄筋、鋼管、平鋼等を使用することができる。座屈拘束鋼管４の外径は、ブレース芯材２の２〜３倍程度が好適である。また、座屈拘束鋼管４とブレース芯材２の隙間には、コンクリート、モルタルなどの充填材、あるいは複数の鋼製リングなどのスペーサーを設けることができる。具体例としては、座屈拘束鋼管４とブレース芯材２の間隔としては１０〜２０ｍｍ程度、ブレース芯材２の外径は１６〜３６ｍｍ程度である。

定着金具３は、ブレース芯材２の両端側のねじ部２１にそれぞれ一端側で螺合する一対の筒状雌ねじ部材３１と、これら筒状雌ねじ部材３１の他端側に円板部３２を介して結合される２枚１組の接合プレート部材３３からなるものである。２枚１組の接合プレート部材３３は、図２に示したようにピン孔５０を有するガセットプレート５を対向面間に受け入れ可能な間隔を空けて並設され、それぞれにピン孔３４が互いの軸心を合わせて形成されている。また、定着金具３の筒状雌ねじ部材３１の外径は、座屈拘束鋼管４の内径よりも僅かに小さい大きさである。そして、座屈拘束鋼管４は、ブレース芯材２の両端側に位置する円板部３２，３２間の距離よりもやや短い長さに設定されている。

図３，４は、図１，２に示したブレース体１を使用する本考案に係るブレース取付構造の第一実施形態であって、それぞれ底面図と正面図である。すなわち、角形鋼管または円形鋼管からなる鉄骨柱６とＨ形鋼からなる鉄骨梁７を骨組みとする鉄骨架構の矩形状架構面にブレース体１を傾斜状に接合したものである。本考案では、同一の寸法形状からなるブレース体１（座屈拘束ブレース）を２本１組として使用し、ガセットプレート５も２枚１組として使用する。この場合、２枚１組の柱側のガセットプレート５１は、矩形状架構面と平行な位置関係にある鉄骨柱６の側面６１に対して対向状態で溶接されている。また、２枚１組の梁側のガセットプレート５２は、鉄骨梁７の下方のフランジ面７１に対して、鉄骨柱６から同じ距離の位置に互いに近接して接合されている。図３の底面図からわかるように、２枚１組の梁側のガセットプレート５２は、鉄骨柱６の両方の側面６１に接合されている２枚の柱側のガセットプレート５１に対応するように略Ｖ字状に開いた状態で配置されている。そして、ブレース体１とガセットプレート５１，５２とは、ピンボルト８１とナット８２からなるピン部材８によりピン接合される。この場合、丸鋼からなるブレース芯材２の両端部にねじが形成され、これらねじ部２１に対して、それぞれ接合プレート部材３３と一体の筒状雌ねじ部材３１が螺合していることにより、定着金具３を所望の方向に回転することで、ブレース体１の長さ調整を簡単に行うことができる。

図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ引張ブレースＴと本考案で使用する座屈拘束型のブレース体１について、地震力が作用した時のブレースの挙動を示した説明図である。図に示すように、同じ大きさの水平力Ｑが鉄骨架構（構造躯体）に作用したとき、引張ブレースＴでは座屈が生じるのに対して、座屈拘束型のブレース体１ではブレース芯材２が外側にある座屈拘束鋼管５で補剛されるため座屈することがない。図６は、同じく引張ブレースＴと本考案で使用する座屈拘束型のブレース体１について、荷重Ｑと変形量δの関係を示した説明図である。本考案で使用する座屈拘束型のブレース体１は、引張力および圧縮力を交互に負担することが可能で、ブレース体１の剛性および降伏耐力は、引張力および圧縮力に対してほぼ同等の剛性と降伏耐力を有する。これに対して、引張ブレースＴでは、ブレース体１に比べて低荷重で圧縮降伏する。

本考案のブレース取付構造は、鋼管４（座屈拘束鋼管）でブレース芯材２の外周を覆うことによりブレース体１の座屈を阻止する座屈拘束型のブレース体１を使用するとともに、ブレース体１の両端に設けた定着金具３を介して柱側および梁側のガセットプレート５１，５２に対してピン接合する構造である。これにより、ブレース体１は架構面内で相対回転が可能になり、このピン接合部で部材相互の相対的な移動が拘束されるので、ブレース芯材２に作用する引張力や圧縮力の伝達がスムーズに行われ、構面外への座屈変形を効果的に抑制して耐震性能を向上させることができる。なお、本考案に係るブレースの形式としては、図７に示す（ａ）方杖型、（ｂ）Ｋ型ブレース、（ｃ）菱型ブレース等と呼ばれる形式とすることもできる。

図７（ｂ）のＫ型ブレースの応用例として、柱脚部に適用することも可能である。すなわち、図８に示すように、柱脚部において、アンカーボルト１０で基礎コンクリート１１の上面に固定されるベースプレート９の上面と、鋼管柱６の下端部の側面とに溶接したベースプレート９の補剛材９０のうちで架構面側に位置する補剛材９０ａを柱側のガセットプレートとみなし、Ｈ形鋼梁７の下面に溶接した梁側のガセットプレート５２に対して、ブレース体１の両端部をピン接合したものである。図９は、柱脚部を拡大した斜視図であり、補剛材９０は２枚１組として互いに間隔をおいた状態で鋼管柱６の各側面に溶接される。なお、柱側のガセットプレートとして使用する補剛材９０ａにだけピン孔９１を形成する。この実施形態において、ブレース体１は２本１組として使用され、柱側のガセットプレートに相当する補剛材９０ａ側ではブレース体１が互いに間隔をおいてピン接合される一方、Ｈ形鋼梁７側では前記第１実施形態と同様に近接状態でピン接合される。

ところで、図１０に示すように、Ｈ形鋼梁７が曲げ荷重Ｑを受けると、梁に横座屈現象が生じやすい。しかしながら、本考案のブレース取付構造では、２本１組のブレース体１を一端側では互いに間隔をおいてガセットプレート５にピン接合し、他端側では近接状態でピン接合することにより、上記のようなＨ形鋼梁７の横座屈現象を効果的に抑制することができ、特に２本１組のブレース体の２対を図７（ｂ）に示すＫ型に配置することにより、Ｈ形鋼梁の横座屈を防止することができる。

以上、実施形態に基づいて本考案の構成とその作用効果について説明したが、本考案は上記実施形態に限定されるものではなく、この考案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。

本考案に係るブレースの取付構造は、鉄骨建造物の耐震性能を経済的に向上させることができるので、耐震補強技術としてさらなる展開が期待される。

１：ブレース体、２：ブレース芯材（丸鋼）、２１：ねじ部、３：定着金具、３１：筒状雌ねじ部材、３２：円板部、３３：接合プレート部材、４：座屈拘束鋼管、５，５１，５２：ガセットプレート、６：鋼管柱、７：Ｈ形鋼梁、８：ピン部材、９：ベースプレート、９０，９０ａ：補剛材、１０：アングル鋼

Claims

鋼管柱とＨ形鋼梁を骨組みとする鉄骨架構の矩形状架構面に設けたガセットプレートに２本１組のブレース体を傾斜状に連結するブレース取付構造であって、前記ブレース体はそれぞれ両端側に定着金具を結合したブレース芯材とこのブレース芯材を内部に収容する座屈拘束鋼管からなり、前記ガセットプレートは前記鋼管柱の矩形状架構面に平行な両方の側面の対向位置に接合された１対の柱側ガセットプレートと前記Ｈ形鋼梁のフランジ面の１か所に近接状態で接合された１対の梁側ガセットプレートからなり、前記ブレース体がそれぞれ前記柱側ガセットプレートと前記梁側ガセットプレートに両端側の定着金具を介してピン接合されていることを特徴とするブレース取付構造。
前記ブレース芯材が両端側にねじ部を形成した丸鋼からなり、前記定着金具が該ブレース芯材のねじ部にそれぞれ螺合する一対の筒状雌ねじ部材と、これら筒状雌ねじ部材の他端側でその軸心と平行に互いに間隔をおいた並列状態で結合され、前記柱側ガセットプレートおよび前記梁側ガセットプレートを対向面内に受け入れ、それぞれ垂直方向に貫通するピン部材により他端側でピン接合される一対の接合プレート部材を備えたものであることを特徴とする請求項１記載のブレース取付構造。