JP4222200B2 - ブレース材 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の補強に用いるブレース材に関する。

建物が地震によって倒壊するのを防止するために、躯体開口部に適宜ブレース材（筋交いとも言う）を斜めに入れて躯体の強度を向上させることが通常行われている。近年、ブレース材の一部に変形しやすい部分を設け、地震が起こったときに、その部分が塑性変形することによって振動エネルギーを吸収し、制震作用を発揮するようにしたものが開発されている。そのようなブレース材は、特許文献１から特許文献３に示されているように、金属の帯板を何枚も組み合わせて構成したものであって、中心となる基材の一部に切り欠きや孔を設けて変形しやすい状態としておき、その部分でブレース材が座屈するのを防止するべく、基材の周囲に補強用の帯板をボルト等で組み付けて、全体としてＴ形やＨ形等の断面形状に構成してある。
特開２００３−３４９８４号公報 特開２００２−１７３９８１号公報 特開２００３−２１３８１５号公報

ブレース材は、躯体の構造に合わせて適宜設置するものであるため、種々の長さで簡易に製作できることが望ましい。上記したようなブレース材は、その全長にわたって複数の帯板を組み合わせて構成されているため、長さが種々異なるブレース材を製作しようとすれば、部品一つ一つから新たに設計・製作しなければならず、製作が非常に面倒になる。また、従来のこうしたブレース材は断面形状がＴ形やＨ形で、太さもかなり太いものとなっており、主に鉄骨造の大きな構造物に利用されており、一般の木造建築の壁内の限られたスペース内に簡便に設置できるようなものはなかった。本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、制震作用と建物の倒壊を防ぐ作用を合わせ持ち、種々の長さのものを簡単に製作することができる利便性に優れたブレース材の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明によるブレース材は、基材と補強材と固定具とを備え、基材は、横断面が略縦長の長方形であり、内部に中空部を上下方向に３つ並べて形成してあり、真ん中の中空部を囲む周囲の壁を切り残し自在部とし、上下の中空部を囲む三方の壁をそれぞれ切除自在部としてあると共に、切除自在部と切り残し自在部とを長手方向に有し、長手方向の一部において切除自在部を切除して切り残し自在部のみを残存してあり、補強材は、切除自在部を切除した部分において基材の外周部に設けるものであって、基材の切り残し自在部を挿通する中空部と、基材の切除部分を被覆する被覆部とを有し、固定具は、補強材を基材に固定するものであり、基材と固定具、又は基材と補強材との間には、基材の長手方向の変形を許容するための空間が設けてあることを特徴とすることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明によるブレース材は、基材と補強材と固定具とを備え、基材は、横断面の略中心部に中空部を有し、その中空部を囲む壁のうちの前後の壁を切除自在部としてあり、断面略Ｔ字状の切り残し自在部が切除自在部の上側と下側に一体に設けてあり、切除自在部と切り残し自在部とを長手方向に有し、長手方向の一部において切除自在部を切除して切り残し自在部のみを残存してあり、補強材は、切除自在部を切除した部分において基材の外周部に設けるものであって、基材の切り残し自在部を挿通する中空部と、基材の切除部分を被覆する被覆部とを有し、固定具は、補強材を基材に固定するものであり、基材と固定具、又は基材と補強材との間には、基材の長手方向の変形を許容するための空間が設けてあることを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によるブレース材は、基材の長手方向に切除自在部と切り残し自在部とを有していることで、長さの異なるブレース材を簡単に製作することができると共に、基材の切除自在部を切除するだけで、地震等による外力のエネルギーを吸収する部分の設置位置、長さ、数などを、使用する場所に合わせて自由に設定できる。また、切除自在部を切除した部分において補強材を基材の外周部に固定具で取付けてあり、補強材は基材の切り残し自在部を挿通する中空部と基材の切除部分を被覆する被覆部とを有し、固定具と基材との間に基材の長手方向の変形を許容する空間を設けてあることで、地震等の際に基材の切り残し自在部のみ残存させた部分が引張・圧縮変形して地震等のエネルギーを吸収し、補強材が当該部分の座屈を確実に防止できる。また本発明のブレース材は、基材の切除自在部を切除した部分の外周部に補強材を取り付けるだけの簡易な構成であるため、安価に提供することができ、さらに、基材を中空断面とし、請求項１のように切り残し自在部を中空、又は請求項２のように略断面Ｔ字状とすることで、荷重が加わったときに、同一断面積で捉えた場合、圧縮座屈に対する抵抗力が長方形断面よりも高まって補強材をスリムにでき、木造住宅の躯体の補強にも簡便に用いることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１１と図１２は、本発明のブレース材の使用状態の一例で、木造住宅の軸組構造の躯体の開口部の補強に用いた場合を示している。躯体開口部を構成する左右の柱１２の内側面の略全長に、アルミニウム合金の押出形材からなる断面略Ｔ字形のベース材１３が木ネジ１４で取付けてあり、ベース材１３の突出片１５に差し込む形でレール状の取付部材１６がボルト・ナット１７で取付けてあり、左右の取付部材１６の取付片１８に、本発明に係るブレース材１９を複数本斜めに架設してある。ブレース材１９は、二本をＸ字状に交差させ、中心部にスペーサ２０を挟んでボルト・ナット２１で連結してあり、斜めになった各ブレース材１９の両端部を、取付部材１６の取付片１８の室内側面ないし室外側面に当接し、ボルト・ナット２２により取付片１８に固定してある。

図１と図２は、本発明のブレース材の第一実施形態を示している。このブレース材は、アルミニウム合金を押出成形してなる基材１と、補強材２とを備え、基材１は、図２（ａ）に示すように、横断面が全体として略縦長の長方形となっており、内部に四角い中空部２３ａ，２３ｂ，２３ｃを上下方向に並べて三つ形成してあり、真ん中の中空部２３ｂを囲む周囲の壁が切り残し自在部３を構成し、上下の中空部２３ａ，２３ｃを囲む三方の壁がそれぞれ切除自在部４となっている。切り残し自在部３の横幅は、切除自在部４の横幅よりも若干小さくなっている。基材１は、先端から約１００ｍｍ程度内側に入ったところで、上下の切除自在部４を同じ長さ（例えば１２０ｍｍ）だけ切除し、その間は切り残し自在部３のみが残存する形となっている。切除自在部４の切除は、エンドミル、フライス等で削ったり、糸鋸で切断したりして行うことができる。図中の３０は、基材１を取付片１８に取付けるボルトの挿通孔である。

補強材２は、切除自在部４を切除した範囲において、図２（ｂ）に示すように、前後方向から切り残し自在部３を挟むように基材１の外周部に取付ける二部材２ａ，２ｂで構成してあり、二部材により、基材１の切り残し自在部３を挿通する中空部５と、中空部５の上側と下側に位置し、切除自在部の切除部分２４を被覆する被覆部６とを構成している。補強材２の中空部５の内面と基材１の切り残し自在部３の外面との間には、僅かな隙間ｄを設けてある。被覆部６は、内部に空洞３１を設けて中空状に形成してある。被覆部６の両側の端面は、基材１の切除部分２４の端面８への当接自在部７となっており、当接自在部７間の寸法Ｌ１を切除部分の端面間寸法Ｌ２よりも小さくし、切除部分の端面８と当接自在部７との間に片側当り５〜１０ｍｍ程度の隙間が空くようにしている。補強材２を構成する二部材２ａ，２ｂは、被覆部６に前後方向に挿通したボルト９と、ボルト９に螺合するナット２５により結合してあり、ボルト９と基材１との間には基材１の長手方向の変形を許容するための空間Ｓを設けてある。補強材２の外周面は、図１に示すように、四面とも基材１の外周面と同一面となっている。

本ブレース材は、以上のような構成となっているため、地震や強風などによってブレース材に引張荷重や圧縮荷重が作用すると、補強材２は引張荷重や圧縮荷重を負担せず、基材１の切り残し自在部３のみ残存した部分で切り残し自在部３が最初に引張・圧縮変形し、地震等のエネルギーを吸収して制震作用を発揮する。このとき補強材２は、切り残し自在部３を周囲から拘束して座屈を防止する。

図１４（ａ）に示すように、全長に亘って同一断面の部材からなる通常のブレース材を躯体開口部２６にＸ字状にクロスして設置した場合に、躯体に水平荷重Ｐが作用すると、荷重方向に向かって下向きに傾斜したブレース材５０ａには引張荷重が作用し、上向きに傾斜したブレース材５０ｂには圧縮荷重が作用する。一般に棒材は、引張荷重よりも圧縮荷重に対して弱いため、この状態では引張荷重を負担するブレース材５０ａが破断するよりも先に、圧縮荷重を負担するブレース材５０ｂが座屈する。その結果、図１４（ｂ）に示すように、引張荷重を負担するブレース材５０ａだけが残ることとなり、これらのブレース材は水平荷重Ｐに対して抵抗しないで、柱１２の中間部に曲げ力Ｍを発生させ、躯体の構造耐力に悪影響を及ぼす。

これに対して、図１３（ａ）に示すように、本発明のブレース材を躯体開口部２６にＸ字状にクロスさせて設置した場合に、躯体に水平荷重Ｐが作用すると、圧縮荷重を負担するブレース材１９ｂは、まず基材１の切り残し自在部３のみを残存させた部分で切り残し自在部３が圧縮変形し、引張荷重を負担するブレース材１９ａは、同じように基材１の切り残し自在部３のみ残存させた部分で切り残し自在部３が引張変形する。切り残し自在部３は補強材２により補強してあり、且つ補強材は圧縮荷重や引張荷重を負担せず、座屈を防止するため、切り残し自在部３の変形量が大きくなってくると、引張り荷重を負担するブレース材１９ａが、圧縮荷重を負担するブレース材１９ｂが座屈するよりも先に切り残し自在部３で破断し、図１３（ｂ）に示すように、圧縮荷重を負担するブレース材１９ｂのみが残ることになる。この状態であれば、残ったブレース材１９ｂは水平荷重Ｐによる躯体の歪みに抵抗し、建物の倒壊を阻止できる。

図３と図４は、本発明のブレース材の第二実施形態を示している。基材１の形状は第一実施形態のものと同一であり、補強材２の形態が若干異なる。補強材２は、切除自在部４を切除した部分の基材１の切り残し自在部３を前後方向から挟む二部材２ａ，２ｂで構成してあるが、補強材２の前後の壁２７，２８を、切除部分２４の両側に約５０ｍｍ程度延ばし、その間に切除していない切除自在部４を含む基材１を呑み込ませてある。このように形成すると、補強材２が基材１の切除した部分での座屈を防止する作用が向上する。補強材２が引張りや圧縮荷重を負担しないこと、補強材の被覆部６に切除部分の端面８への当接自在部７を備え、補強材２が切除部分から外れないようにしてあることは、第一実施形態のブレース材と同様である。

図５と図６は、本発明のブレース材の第三実施形態を示している。基材１及び補強材２の形状は第二実施形態のものとほとんど同じであり、二部材２ａ，２ｂからなる補強材２を一体に結合しているボルト９の配置が異なる。第二実施形態では、ボルト９を基材１の切除部分２４の内側に配置し、ボルト９が基材１を貫通しないようにしてあったが、この実施形態では、切除部分２４の外側に外れた基材１の切り残し自在部３に長手方向の長孔２９を形成し、その長孔２９にボルト９を挿通してあり、図６（ｃ）に示すように、補強材２及び基材１を挟むようにボルト９とナット２５で締め付けてある。長孔２９の内側の空間が、基材１の長手方向の変形を許容するための空間Ｓとなっている。基材１に設けるボルト９挿通用の孔は、二本のボルト９のうちの一箇所だけを長孔２９とし、他方は普通の丸孔としてある。

図７と図８は、本発明のブレース材の第四実施形態を示している。第一から第三実施形態と異なり、基材１は、図８（ａ）に示すように、横断面の略中心部の前後の壁が切除自在部４となっており、断面略Ｔ字状の切り残し自在部３が切除自在部４の上側と下側に一体に設けてある。ブレース材は、その一端側において、図７（ｂ）に示すように、切除自在部４を四角い孔状に切除して上下の切り残し自在部３，３のみを残存させてあり、その切り残し自在部３，３を前後方向から挟むように、二部材２ａ，２ｂからなる補強材２を基材１に取付けてある。補強材２は、二部材２ａ，２ｂにより上下の切り残し自在部３，３を挿通する中空部５と、基材１の切除部分２４を被覆する被覆部６を形成しており、被覆部６に前後方向に挿通したボルト９と、そのボルト９に螺合するナット２５により二部材２ａ，２ｂを結合してある。被覆部６の両側の端面は、基材１の切除部分の端面８への当接自在部７となっており、当接自在部７間の寸法Ｌ１を切除部分の端面間寸法Ｌ２よりも小さくしてある。基材１の切り残し自在部３と補強材の中空部５との間には、僅かな隙間ｄを形成してある。被覆部６は、内部に空洞３１を設けて中空状に形成してある。補強材２の外周面は、図７に示すように、四面とも基材１の外周面と同一面上に位置している。引張・圧縮荷重に対して本ブレース材がどのように作用するかは、第一実施形態のブレース材について述べたことと同様である。

図９と図１０は、本発明のブレース材の第五実施形態を示している。基材１の形状は第四実施形態のものと同一であり、補強材２の形態が若干異なる。補強材２は、基材の切除部分２４よりも両側に約５０ｍｍ程ずつ長く形成してあり、この延長した部分に、図１０（ｂ）に示すように、切除していない切除自在部４を含む基材１の全体を呑み込ませてある。補強材の被覆部６には、基材の切除部分２４内に挿入される挿入部３２を有しており、挿入部３２の両側の端面が切除部分の端面８への当接自在部７となっている。当接自在部７間の寸法Ｌ１を切除部分の端面間寸法Ｌ２よりも小さくしてある。このように形成すると、補強材２が基材１の切除した部分での座屈を防止する作用が向上する。

第五実施形態において、補強材を一体に結合するボルトは、切除部分の両側に外れた位置に配置し、ボルトが補強材及び基材を貫通する状態としてもよい。その場合、基材のボルトが貫通する孔は、基材の長手方向に長い長孔にしておく。

図１５と図１６は、本発明に係るブレース材の第六実施形態を示している。基材１の断面形状は、第一から第三実施形態のものに似ているが、切り残し自在部３が基材１の断面の中心に対して下方に偏心している。補強材２は、基材１を前後から挟む二部材２ａ，２ｂより、基材の切除部分２４とその両側部分をすっぽり囲む筒状に形成され、ボルト９、ナット２５により二部材２ａ，２ｂを結合して基材１に固定してある。基材１に設けられるボルト９の挿通孔は、一方側が長孔２９となっているため、補強材２は基材１に作用する引張・圧縮荷重を負担せず、補強材２が基材の切除部分２４をすっぽり覆う形となっているため、座屈を防止する効果が高い。なお補強材２には、これまでの実施形態のような、基材１の切除部分の端面８への当接自在部は有していない。また補強材２は、基材１の切り残し自在部３を挿通する挿通部５と、基材の切除部分２４を被覆する被覆部６を一体的に有している。

本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。基材は、長手方向に切除自在部と切り残し自在部を有し、切除自在部を適宜切除できる形状であればよい。補強材は、切除自在部を切除した基材の外周部に固定して取り付けられ、基材の長手方向の変形を拘束せず、且つ基材がその部分で座屈するのを防止できるものであればよい。第一乃至第三実施形態において、基材は、切り残し自在部の前側と後側に切除自在部を設け、補強材は、上下方向から基材の切り残し自在部を挟むように取付ける二部材で構成してもよい。第四乃至第五実施形態において、基材は、切除自在部の前側と後側に切り残し自在部を設け、補強材は、上下方向から基材の切り残し自在部を挟むように取付ける二部材で構成してもよい。補強材を構成する二部材は、一方に雌ネジ孔を形成しておいてボルトのみで結合してもよい。また二部材は、リベットなどの他の固定具で結合してもよい。

本発明によるブレース材は、あらゆる構造物の補強にあらゆる態様で用いることができるが、特に木造住宅の軸組の開口部に用いるのに適しており、とりわけＸ字状に交差して設置した場合に効果的である。

（ａ）図は、本発明の第一実施形態に係るブレース材の一端側を示す平面図であり、（ｂ）図は、同正面図である。 （ａ）図は、図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図は、図１のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）図は、本発明の第二実施形態に係るブレース材の一端側を示す平面図であり、（ｂ）図は、同正面図である。 （ａ）図は、図３のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図は、図３のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）図は、図３のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）図は、本発明の第三実施形態に係るブレース材の一端側を示す平面図であり、（ｂ）図は、同正面図である。 （ａ）図は、図５のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図は、図５のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）図は、図５のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）図は、本発明の第四実施形態に係るブレース材の一端側を示す平面図であり、（ｂ）図は、同正面図である。 （ａ）図は、図７のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図は、図７のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）図は、本発明の第五実施形態に係るブレース材の一端側を示す平面図であり、（ｂ）図は、同正面図である。 （ａ）図は、図９のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図は、図９のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）図は、図９のＣ−Ｃ断面図である。 本発明のブレース材の使用状態の一例を示す正面図である。 本発明のブレース材の使用状態の一例を示す平面図である。 本発明のブレース材を躯体開口部にＸ字状にクロスして設置したときに、ブレース材が水平荷重に対してどのように作用するかを段階的に示す図である。 全長に亘り同一断面のブレース材を躯体開口部にＸ字状にクロスして設置したときに、ブレース材が水平荷重に対してどのように作用するかを段階的に示す図である。 （ａ）図は、本発明の第六実施形態に係るブレース材の一端側を示す平面図であり、（ｂ）図は、同正面図である。 （ａ）図は、図１５のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）図は、図１５のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）図は、図１５のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ 基材
２ 補強材
２ａ，２ｂ 二部材
３ 切り残し自在部
４ 切除自在部
５ 中空部
６ 被覆部
９ ボルト（固定具）
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 中空部
２４ 切除部分
Ｓ 空間

Claims (2)

1. 基材と補強材と固定具とを備え、基材は、横断面が略縦長の長方形であり、内部に中空部を上下方向に３つ並べて形成してあり、真ん中の中空部を囲む周囲の壁を切り残し自在部とし、上下の中空部を囲む三方の壁をそれぞれ切除自在部としてあると共に、切除自在部と切り残し自在部とを長手方向に有し、長手方向の一部において切除自在部を切除して切り残し自在部のみを残存してあり、補強材は、切除自在部を切除した部分において基材の外周部に設けるものであって、基材の切り残し自在部を挿通する中空部と、基材の切除部分を被覆する被覆部とを有し、固定具は、補強材を基材に固定するものであり、基材と固定具、又は基材と補強材との間には、基材の長手方向の変形を許容するための空間が設けてあることを特徴とすることを特徴とするブレース材。
2. 基材と補強材と固定具とを備え、基材は、横断面の略中心部に中空部を有し、その中空部を囲む壁のうちの前後の壁を切除自在部としてあり、断面略Ｔ字状の切り残し自在部が切除自在部の上側と下側に一体に設けてあり、切除自在部と切り残し自在部とを長手方向に有し、長手方向の一部において切除自在部を切除して切り残し自在部のみを残存してあり、補強材は、切除自在部を切除した部分において基材の外周部に設けるものであって、基材の切り残し自在部を挿通する中空部と、基材の切除部分を被覆する被覆部とを有し、固定具は、補強材を基材に固定するものであり、基材と固定具、又は基材と補強材との間には、基材の長手方向の変形を許容するための空間が設けてあることを特徴とするブレース材。
   

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