JP3294495B2 - 弾塑性エネルギー吸収体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下梁と、この上
下梁間に設置される左右柱とからなる鉄骨架構体に作用
する地震エネルギーを吸収するように構成した架構体の
弾塑性エネルギー吸収体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建物の架構体の設計方法として、
比較的大きな外力によって降伏する場所を具体的に設定
し、その降伏耐力をコントロールすることによってエネ
ルギー吸収量を明確化することにより、架構体全体の崩
壊をくいとめるようにした弾塑性設計が一般に知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際上
は、降伏する場所を具体的に設定し、その降伏耐力をコ
ントロールするのは必ずしも容易ではなく、また、設定
した場所が地震等で破損した場合に復旧が容易でない。

【０００４】そこで本出願人は、特開平6-330653号公報
により現在出願公開中である技術を開発した。この技術
は、上下梁とこの上下梁間に設置される左右柱とからな
る架構体の前記上下梁または前記左右柱に添え付けて立
て付けられる主枠材と、この主枠材間に設置される連結
枠材と、この連結枠材と前記主枠材間に夫々斜めに設置
される複数本の斜め枠材とを備え、且つ前記連結枠材の
中央部を前記架構体に作用する、所定値を越える外力に
よって降伏し、塑性変形するように形成したことによ
り、架構体の降伏する場所を容易に設定すると共に、そ
の降伏耐力のコントロールを容易に出来るものである。

【０００５】しかしながら、上記連結枠材のエネルギー
吸収部において要求される部材の形状や素材の剛性、強
度等の性質要素と、エネルギー吸収部以外の部位におい
て要求されるそれとは相反するのが一般であり、上記技
術では、連結枠材がエネルギー吸収部とそれ以外の部位
とに分割されず、一部材で構成されていたため、当該連
結枠材に用いる素材や形状が制限され、本来エネルギー
吸収に優れた素材や形状を積極的に連結枠材に用いるこ
とが出来ない場合が生じていた。

【０００６】また、連結枠材がエネルギー吸収部とそれ
以外の部位とに分割されず、一部材で構成されていたた
め、地震災害後の補修において、交換補修する範囲が広
くなり、交換補修にかかる時間と費用が増大するという
問題があった。

【０００７】本発明は前記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、本来エネルギー吸収に優れた
素材や形状を積極的に適用出来、且つ降伏する場所を容
易に設定し、その降伏力のコントロールも容易に行なう
ことが出来、更に地震等で破損した場合に容易に短時間
で安価に復旧できることを可能にした弾塑性エネルギー
吸収体を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る代表的な構成は、上下梁と、該上下梁間
に設置される左右柱とからなる架構体の前記左右柱また
は上下梁に添え付けられる主枠体と、該主枠体間に設置
される連結枠材と、該連結枠材と前記主枠体間に夫々斜
めに設置される複数本の斜め枠体とを備えた弾塑性エネ
ルギー吸収体において、前記連結枠材が連結枠体と、中
央のエネルギー吸収部とに分割され、当該エネルギー吸
収部が所定の外力により降伏し、塑性変形されるように
構成されると共に、前記エネルギー吸収部は両端部の巾
が広く中央部にくびれ部が形成され、該両端部が連結部
材を介し前記連結枠体にボルト結合により着脱可能に取
り付けられていることを特徴とする弾塑性エネルギー吸
収体である。

【０００９】本発明は、上述の如く構成したので、連結
枠材が、連結枠体と中央のエネルギー吸収部とに分割さ
れ、該エネルギー吸収部が連結枠体に対して着脱可能に
取り付けられる。そして、中央のエネルギー吸収部のみ
が所定の外力により降伏し、塑性変形される。従って、
連結枠体と中央のエネルギー吸収部とを、夫々要求され
る部材の形状や素材の剛性、強度等の性質要素で別々に
構成することが出来、これによって、本来エネルギー吸
収に優れた素材や形状で中央のエネルギー吸収部を構成
することが出来る。

【００１０】また、地震災害後の補修において、連結枠
体と分割され、所定の外力により降伏し、塑性変形され
た中央のエネルギー吸収部のみを脱離して交換すれば良
く、補修する範囲が少なく、交換補修にかかる時間と費
用を低減することが出来る。さらに、前記エネルギー吸
収部が降伏される場所を予め特定すると共に、ボルトの
着脱によって塑性変形されたエネルギー吸収部を簡単に
交換することが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図により本発明に係る弾塑性エネ
ルギー吸収体の一実施形態を具体的に説明する。図１は
本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の全体構成を示す
正面図、図２は本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の
要部の構成を示す断面説明図、図３（ａ）は連結枠材の
中央のエネルギー吸収部の構成を示す平面図、図３
（ｂ）はエネルギー吸収部の構成を示す側面図である。

【００１２】図１において、１は鉄骨軸組みの上下梁で
あり、２は上下梁１間に立て付けられた左右柱である。
この上下梁１と左右柱２により架構体Ａが構成される。
３は上下梁１間に左右柱２に添え付けて立て付けられた
主枠体であり、４は主枠体３間の中央部に水平に設置さ
れた連結枠材である。

【００１３】前記連結枠材４は、主枠体３に接続される
左右の連結枠体５と、中央に配置されるエネルギー吸収
部６とが連結部材７によって連結されており、該連結部
材７には、前記左右の主枠体３に一端が接続されて斜め
に設置される複数の斜め枠体８が接続されている。

【００１４】本実施形態では、例えば、上下梁１及び主
枠体３をＨ形鋼（例えば、ＳＳ４００）、左右柱２を角
形鋼管、連結枠体５を角形鋼管（例えば、ＳＴＫＲ４０
０）、エネルギー吸収部６を低降伏点鋼板（高延性熱延
軟鋼板）、連結部材７を鋼板（例えば、ＳＳ４００）、
斜め枠体８を丸形鋼管（例えば、ＳＴＫ４００）等によ
り構成されており、互いに溶接若しくは接合ボルトによ
って一体的に組み立てられている。また、エネルギー吸
収部６と連結部材７とは、トルシア型高力ボルト９（例
えば、Ｍ１６（Ｓ１０Ｔ））等により固定されている。

【００１５】前記エネルギー吸収部６の素材となる低降
伏点鋼材は、一般には、鉄と炭素、その他の微量のマン
ガン、ニッケル、リン、イオウ等の元素の合金で構成さ
れ、炭素を始め、鉄以外の元素の含有量を減らし、純鉄
に近づけたり、結晶の粒子を大きくしたり、ニオブ（Ｎ
ｂ）等の特殊な元素を微量添加することで、低降伏点鋼
材を作ることが出来る。

【００１６】一般の鋼材と比較した低降伏点鋼材の機械
的性質は、降伏点が半分程度低められ、伸び能力を高め
て、引っ張り強さを低めている。そして、一般の鋼材と
同じ高い剛性を有しながら、降伏点が低いので同じ力に
対して少ない変形段階から降伏するので、一般の鋼材が
弾性変形にとどまる変形量において、塑性歪みエネルギ
ーで振動エネルギーを吸収することが出来る。従って、
低降伏点鋼材は、小変形時のエネルギー吸収量が一般の
鋼材よりも大きくなる。

【００１７】一方、一般の鋼材を用いた構造と同じ強度
になるだけ鋼材の使用量を増して、低降伏点鋼材を用い
て構造体を作ると、伸び能力の高い分だけ破壊までの塑
性歪みエネルギーが増すので大地震時の耐震性が向上す
る。

【００１８】従って、連結枠材４を左右の連結枠体５
と、中央のエネルギー吸収部６とを接続して構成するこ
とで、力学的性質の大きく異なる一般の鋼材と、低降伏
点鋼材を組み合わせて使い分けることで構造物としての
力学的挙動を設計者の意図通りコントロールすることが
可能となる。

【００１９】上述のように、連結枠材４の中央部に配置
されたエネルギー吸収部６は、鉄骨軸組に作用する所定
値を越える外力を受けると、他の部位よりも先に降伏
し、塑性変形するように設計された塑性体で構成されて
いる。そして、このエネルギー吸収部６の材質，長さ，
形状等を適当に変える等してエネルギー吸収量が明確に
なるように降伏耐力が設計されている。

【００２０】本実施形態では、例えば、エネルギー吸収
部６を高延性熱延軟鋼板を図３（ａ），（ｂ）に示す形
状にプレス加工して成形されており、板厚４．２ｍｍ、
全長１８０ｍｍ、両端部の幅１００ｍｍ、中央部のくび
れの幅５０ｍｍ、中央部のくびれの長さ３０．２ｍｍ、
上下側端部の垂直立上部の幅１７ｍｍで構成されてい
る。

【００２１】このような構成において、鉄骨軸組が大き
な地震力を受けると、エネルギー吸収部６が最初に降伏
し、塑性変形することにより鉄骨軸組の崩壊が阻止され
る。また、この弾塑性エネルギー吸収体を新しいものに
交換する場合には、高力ボルト９を外して外力により降
伏し、塑性変形等したエネルギー吸収部６を連結部材７
から取り外し、新しいエネルギー吸収部６を高力ボルト
９によって連結部材７に固定するだけで鉄骨軸組を当初
の状態に容易に復帰させることが出来る。

【００２２】尚、本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体
は鉄骨軸組の上下梁１間に設置されるように構成しても
同様の効果を得ることが出来る。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、上述の如き構成と作用とを有
するので、架構体に作用する所定値を越える外力によっ
てエネルギー吸収部の中央のくびれ部が最初に降伏し、
塑性変形する。従って、この弾塑性エネルギー吸収体を
架構体に設置することにより、架構体の降伏する場所を
容易に設定することが出来、また、そのコントロールも
容易に行なうことが出来る。かつ、前述のように降伏し
たエネルギー吸収部は、ボルトの着脱によって簡単に新
しいものと交換することが出来る。

【００２４】また、連結枠材が連結枠体と中央のエネル
ギー吸収部とに着脱可能に分割されているため、本来エ
ネルギー吸収に優れた素材や形状をエネルギー吸収部に
積極的に適用することが出来、これによってエネルギー
吸収量が増大するので、経済性を確保しながら、降伏し
て塑性変形する効果を向上させることが出来、建物の耐
震安全性を向上させることが出来る。

【００２５】また、地震時に弾塑性エネルギー吸収体の
エネルギー吸収部が破損した時、エネルギー吸収部を局
部的に且つ簡易に脱着出来るように構成したことで、地
震災害後の補修において、中央のエネルギー吸収部のみ
を新規なものに交換することにより、当初の状態に容易
に復帰させることが出来、交換補修する範囲が小さくな
って交換補修にかかる時間と費用を低減することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の全体構
成を示す正面図である。

【図２】本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体の要部の
構成を示す断面説明図である。

【図３】（ａ）は連結枠材の中央のエネルギー吸収部の
構成を示す平面図、（ｂ）はエネルギー吸収部の構成を
示す側面図である。

【符号の説明】

１…上下梁 ２…左右柱 ３…主枠体 ４…連結枠材 ５…連結枠体 ６…エネルギー吸収部 ７…連結部材 ８…斜め枠体 ９…高力ボルト Ａ…架構体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下梁と、該上下梁間に設置される左
   右柱とからなる架構体の前記左右柱または上下梁に添え
   付けられる主枠体と、該主枠体間に設置される連結枠材
   と、該連結枠材と前記主枠体間に夫々斜めに設置される
   複数本の斜め枠体とを備えた弾塑性エネルギー吸収体に
   おいて、前記連結枠材が連結枠体と、中央のエネルギー
   吸収部とに分割され、当該エネルギー吸収部が所定の外
   力により降伏し、塑性変形されるように構成されると共
   に、前記エネルギー吸収部は両端部の巾が広く中央部に
   くびれ部が形成され、該両端部が連結部材を介し前記連
   結枠体にボルト結合により着脱可能に取り付けられてい
   ることを特徴とする弾塑性エネルギー吸収体。
2. 【請求項２】 前記エネルギー吸収部の両端部は、連結
   部材を介し高力ボルトによるボルト結合により前記連結
   枠体に着脱可能に取付けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の弾塑性エネルギー吸収体。