JP4533359B2 - 座屈拘束ブレース、及び座屈拘束ブレースを用いた耐力フレーム - Google Patents

Description

本発明は、建築物の壁などの垂直構面、及び床などの水平構面の内側に架け渡されて、、水平力に対する建築物の変形を有効に防止できる座屈拘束ブレースと、この座屈拘束ブレースを用いた耐力フレームに関する。

従来の座屈拘束ブレースは、鋼板等を用いたブレース本体としてのブレース芯材を、鋼管等を用いた補剛材の内側に挿入し、これらブレース芯材と補剛材との隙間に、モルタル、合成樹脂等硬化性の材料を充填した構造が多く採用されている。

このように構成された座屈拘束ブレースでは、圧縮荷重を受ける際に発生するブレース芯材の座屈が、補剛材の曲げ剛性によって拘束されることから、比較的小さな断面のブレース芯材で、引張力及び圧縮力の両方に充分抵抗して、ブレースとして必要な補強効果を得ることができる。その結果、地震発生時など建築物に大きな水平力が発生すると、小断面のブレース芯材はこれらの外力に応じて柔軟に弾性伸縮できることから、エネルギー吸収効果の高い紡錘型の復元力特性を生じて、建築物の接合部、周辺の構造材の強度を高めることなく、優れた耐震性を発揮できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２２０６３７号公報

しかしながら、ブレース芯材が座屈しようとする力を補剛材に確実に伝達するためには、モルタル等の硬化性材料を隙間なく充填することが要求される。更にはブレース芯材が自由に伸縮できるようにするため、ブレース芯材に絶縁材を被覆して、ブレース芯材と充填材とを縁切りする処置が必要となるなど、高いレベルの技術、及び品質管理が必要となる。その結果、工程が煩雑となって充填作業自体に手間がかかる。

しかもブレース芯材に、充填剤の重さが加わることから、部材の全体重量が大きく増加する。その結果、部材製造・物流の作業性が低下するとともにスペースの狭い施工現場での荷扱いが特にやり難く、更には上階への部材搬入の際、荷役機械の設置が必要となるため能率が低下し、他方作業者の負荷が大きく労働障害を発生する恐れもある。

本発明は、主補剛材の受板部と副補剛材のウェブとで前記ブレース芯材を挟着してブレース芯材の座屈を抑制することを基本とし、構造がシンプル化でき、軽量で機能的な座屈拘束ブレース、及びこの座屈拘束ブレースを構成部材として用いた耐力フレームの提供を課題としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、軸力を負担する長尺板状のブレース芯材と、このブレース芯材と略同じ長さを有し、前記ブレース芯材に外挿する補剛材とを具え、前記補剛材は、ブレース芯材に向き合う受板部を有する主補剛材と、断面コ字状をなし、前記主補剛材の受板部を覆って主補剛材と固着する副補剛材とからなり、前記主補剛材の受板部は、幅方向の中央部分が分離して形成され、主補剛材の受板部と副補剛材のウェブとで前記ブレース芯材を挟着してブレース芯材の座屈を抑制することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、主補剛材は、前記受板部を含む４つの平板部が前記中央部分を除いて連続した角筒状をなし、前記主補剛材、及び副補剛材は、金属を用いて形成されるとともに、受板部を挟んで向き合う一対の平板部に副補剛材の双方のフランジを溶着して、主補剛材と副補剛材とを固着することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、前記ブレース芯材は、メッキ仕上げされていることを特徴とする。

本発明の耐力フレームは、請求項１〜３の何れかに記載の座屈拘束ブレースを構成部材として用いた耐力フレームであって、矩形状の外周枠と、この外周枠の内側に張り出した取付プレートを有し、座屈拘束ブレースを外周枠の内側に配するとともに、ブレース芯材の両端部を、各々取付プレートに固着したことを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、曲げ剛性を向上させて座屈防止を図る主補剛材と副補剛材とで前記ブレース芯材を挟着して構成することから、ブレース芯材の剛性を改善して座屈防止を図る為に直接的に必要なもの以外には、何ら部品を用いることがないため、軽量で機能的な座屈拘束ブレースが得られる。しかも主補剛材の受板部と副補剛材のウェブとで前記ブレース芯材を挟着していることから、ブレース芯材の圧縮力に対する剛性が効果的に補強されて座屈の発生を確実に抑制できる。さらに、主補剛材の受板部の幅方向の中央部分が分離していると、２つに分かれた受板部によって副補剛材との間で弾性を効かせてブレース芯材を挟着できるため、振動による接触音を抑制できるとともに、ブレース芯材を適度なバネ力で挟着できる。

請求項２に係る発明のように、受板部を挟んで向き合う一対の平板部に副補剛材の双方のフランジを溶着し、固着される主補剛材の受板部と副補剛材のウェブとでブレース芯材を挟着すると、ブレース芯材を長手方向にズレ可能にしかも座屈を有効に抑制しつつ補強することができる。さらには溶接された主補剛材、及び副補剛材は堅牢に一体化されることから、圧縮力がかかる際のブレース芯材の座屈変形を確実に抑制できる。

請求項３に係る発明のように、メッキ仕上げしたブレース芯材を用いると、ブレース芯材の伸縮時に、主補剛材、副補剛材との間に滑らかなズレを生じることから、ブレース芯材による地震エネルギー吸収効果を低減させることなく発揮できる。

請求項４に記載の本発明の耐力フレームは、矩形状の外周枠の内側に張り出して設けた取付プレートに、座屈拘束ブレースのブレース芯材の両端部を固着していることから、外周枠に負荷する地震時の水平力が、ブレース芯材によって確実に支持できるとともに、ブレース芯材の伸縮により、地震エネルギーを熱エネルギーに変換して有効に減衰できる。従って、耐力フレームを取り付けた建築架構体は、その耐力フレームにより水平耐力を向上しつつ、優れた制震機能を発揮できる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１に示すように、座屈拘束ブレース１は、長手方向に作用する引張、圧縮両方向の軸力を支持するブレース芯材２と、このブレース芯材２を略同じ長さを有し、ブレース芯材２に外挿する補剛材３とを具え、更にこの補剛材３は、主補剛材５と副補剛材６とを含み構成される。

前記ブレース芯材２は、長尺板状をなし、幅寸法が例えば、２０〜１００ｍｍ程度、本形態では４４ｍｍとし、厚さ寸法が例えば、３〜１５ｍｍ程度、本形態では６ｍｍに形成されている。長さ寸法はブレース芯材２を取付ける構造体のサイズに応じて適宜設定されるが、本形態では１３００ｍｍのものが例示される。

ブレース芯材２は、通常炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼などの鉄鋼材料が好適に用いられる。さらに本形態のブレース芯材２には、メッキ仕上げが施されている。メッキ仕上げは、０．１〜５μ程度の金属被膜を設けたもので、金属として亜鉛、錫、鉛など防食メッキの他、硬質クロムメッキが好適に採用される。メッキ手段としては、電気メッキ、化学変化による化学メッキ、溶融メッキ、蒸着メッキなどから基材、目的によって選ぶことができる。このようにブレース芯材２をメッキ仕上げすると、ブレース芯材２が伸縮する際、接触する相手方の主補剛材５、副補剛材６との間でスムースな滑りを生じることから、ブレース芯材２がフリーに伸縮できて地震エネルギーの吸収効果を充分発揮できる点で好ましい。

前記主補剛材５は図２に示すように、ブレース芯材２に向き合う平板状の受板部４を有し、本形態では、この受板部４を含んだ４つの平板部８が各々直角に折れ曲がって連続した角筒状をなすものが例示される。しかも本形態の主補剛材５は、前記受板部４が幅方向の中央部分で分離するとともに、一定幅で欠如したものが例示される。このように、受板部４としては、途切れなく連続した平板以外に、同一平面上に並びつつ複数の板片に分割されたものも含まれる。

主補剛材５としてはこれ以外にも、断面形状が長矩形、三角形、正多角形などの角筒体、或いは円筒体など筒状体のほか、断面Ｔ字状、Ｌ字状、コ字状など各種の断面形状の長尺材を用いることができる。また本形態の主補剛材５には金属が用いられ、ブレース芯材２と同様、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼を含む鉄鋼材料が好適に用いられる。

前記副補剛材６は、前記主補剛材５の受板部４に向き合うウェブ７、及びこのウェブ７の両側から直角に折れ曲がる一対のフランジ９、９とで断面コ字状に形成される。また本形態の副補剛材６は、主補剛材５と同様に炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼などの金属が用いられる。

フランジ９を主補剛材５側に向けた副補剛材６は、主補剛材５の受板部４との間にブレース芯材２を挟むとともに、受板部４を覆いながら主補剛材５に外嵌している。そして本形態では、副補剛材６のフランジ９先端と主補剛材５の受板部４を挟んで向き合う一対の平板部８、８とが、隅肉溶接によって固着されている。このときブレース芯材２は、受板部４と副補剛材６のウェブ７の間で、隙間なく挟着されている。従って、受板部４と副補剛材６の間のブレース芯材２は、長手方向にズレ可能に支持され、しかも圧縮力が作用した際に生じ易い面外方向への座屈変形が、受板部４及び副補剛材６に挟まれることにより安定して支持されることから、座屈発生を確実に防止できる。このようにして補強されるブレース芯材２自体は、比較的小断面のものを使用できることから、地震荷重による引張力、圧縮力を受けて柔軟に伸縮できるため、地震エネルギーが熱エネルギーに変換され、その結果制震効果が大きく発揮される。また溶着された主補剛材５、及び副補剛材６が一体化されて堅牢な構造体を形成し、前記ブレース芯材２の座屈変形を確実に抑制することから、耐震性能において高い信頼性が得られる。

しかも本形態の受板部４は、前記の如く幅方向の中央部分を分離して構成している。そのため、２つに分かれた受板部４と副補剛材６との間で挟着するブレース芯材２は、金属材料が持つネバリのある弾性力を充分発揮して支持されることから、地震エネルギーを一層効果的に吸収できるとともに、地震、交通振動などによる接触音を抑制できる点で好ましい。

また座屈拘束ブレース１は、ブレース芯材２の座屈強度を補強するため、硬化性の充填剤などを一切使用することなく、主補剛材５と副補剛材６とで前記ブレース芯材２を直接挟着することによって座屈補強している。従ってブレース芯材２の挟着部材以外には、何ら部品を用いることがないため、軽量で機能的な座屈拘束ブレースが得られる。

図７（Ａ）（Ｂ）は、各々座屈拘束ブレースの他の実施形態を例示している。以下異なる内容について説明し、それ以外は図中に表れた主要構成に同じ符号を付すだけとする。図７（Ａ）に示す座屈拘束ブレース１は、主補剛材５が副補剛材６のフランジ９、９間に内嵌しうる大きさの溝形状をなす。そして副補剛材６のフランジ９間に主補剛材５を嵌合することにより副補剛材６のウェブ７と主補剛材のウェブ２３からなる受板部４とでブレース芯材２を挟着し、その状態において、主補剛材５のフランジ２４の外面に副補剛材６のフランジ９の先端部を溶着することにより主補剛材５及び副補剛材６を固着している。

図７（Ｂ）に示す座屈拘束ブレース１の主補剛材５は、受板部４を構成する長板状の主板２５と、この主板２５の幅方向中央部に垂直に接する脚板２６とを一体化した断面Ｔ字状の長尺材によって構成される。前記主板２５の幅は、副補剛材６のフランジ９の間隙と略同寸に形成される。そして副補剛材６のフランジ９間に主補剛材５の主板２５を嵌合することにより副補剛材６のウェブ７と主補剛材の主板２５からなる受板部４とでブレース芯材２を挟着し、その状態において、主補剛材５の主板２５の両端部を副補剛材６のフランジ２４の内面に溶着して主補剛材５及び副補剛材６を固着している。

本発明の耐力フレームは、前記の如く形成された座屈拘束ブレース１を構成部材として含むものであり、建築架構体に取付けることにより、水平耐力を負担して耐震強度を向上する。また耐力フレームは図３に示すように矩形状の外周枠１０と、この外周枠１０の内側に張り出して設けられた取付プレート１１とを含み構成される。

前記外周枠１０は上、下に水平に配される上枠１０Ｕ、下枠１０Ｄ及び、この上枠１０Ｕ、下枠１０Ｄの左右両端部間を繋ぐ垂直な竪枠１０Ｖ、１０Ｖとからなり、各枠材端部相互が固着され、縦長の矩形状をなす。各々の枠材は断面正方形の角筒状をなし、本形態では５０ｍｍ角の鋼管を用いている。

図４に示すように、竪枠１０Ｖの上端部と上枠１０Ｕの側端部は、双方の枠材端部に形成したスリットに上のプレート２７を嵌合するとともに溶接して固着している。同様に図６に示すように、竪枠１０Ｖの下端部と下枠１０Ｄの側端部とを、下のプレート２８を介して固着している。更に前記上のプレート２７の上側端部には、水平な上取付板２９を固着している。また竪枠１０Ｖ下部に設けた下開口のコ字材２１及び下のプレート２８下部に、水平な下取付板２２を固着している。尚上取付板２９にはネジ孔３０が穿設され、梁（図示せず）に挿通された取付ボルト３１をこのネジ孔３０に螺着して、耐力フレームの上部を固着できる。他方下取付板２２には挿通孔３２が穿設され、この挿通孔３２に挿通する取付ボルト（図示せず）を用いて耐力フレーム下部を土台、梁などに固着できる。

更に図３、５に示すように、一方の竪枠１０Ｖの略中間高さ位置に、内側に向いた縦長の中間のプレート３４が溶着される。

耐力フレームに使用される座屈拘束ブレースは図１に示すように、副補剛材６の両端部からブレース芯材２の両端部が各々２０〜１００ｍｍ程度食み出す程度に長く形成されている。また副補剛材６のウェブ７両端部には、Ｕ字状に切欠した回避部３６が形成され、主補剛材５の両端部は、副補剛材６側が長くのびたテーパ状に形成される。

本形態では、外周枠１０の内側に、くの字状に一対の座屈拘束ブレースが配置され、前記上のプレート２７と中間のプレート３４との間、及び中間のプレート３４と下のプレート２８との間に各々が架け渡される。そして上、下のプレート２７、２８及び中間のプレート３４に斜め方向に線状に形成された切込みに、ブレース芯材２の端部を嵌合するとともに溶接してブレース芯材２の両端を固着している。従って建築架構体に取付けられることにより外周枠１０に掛かる地震時の水平力を、ブレース芯材２によって確実に支持することができる。更にはブレース芯材２が主補剛材５及び副補剛材６に支持されることから座屈を生じることなく伸縮するため、地震エネルギーが熱エネルギーに変換されて効果的に減衰する。このように、耐力フレームを取り付けた建築架構体は、耐力フレームによって水平耐力を向上しつつも、同時に優れた制震機能を発揮することができる。

なお本形態では、前記上、下のプレート２７、２８の外周枠１０の内側の領域、及び中間のプレート３４が、ブレース芯材２の端部を固着する取付プレート１１を構成している。更に前記副補剛材６の回避部３６によって、座屈拘束ブレースと取付プレート１１との干渉を回避し、前記副補剛材６の端部をテーパ状に形成することにより、竪枠１０Ｖとの干渉を防止している。

図８、９に示す耐力フレームに取付けた座屈拘束ブレースは、ブレース芯材２の両面側に沿って配された一対の溝形材３７、３７を、この溝形材３７、３７を両側から挟んで向き合う長尺板３８、３８に溶着することにより溝形材３７及び長尺板３８を一体化し、その結果溝形材３７、３７の間で、ブレース芯材２をズレ可能な状態に挟着している。

尚、叙上の説明は本発明の実施の形態を例示したものである。従って本発明の技術的範囲はこれに何ら限定されるものではなく、前記した実施の形態の他にも、各種の変形例が含まれる。

本発明の座屈拘束ブレースの一実施の形態を例示する斜視図である。 その断面図である。 本発明の耐力フレームの一実施の形態を例示する斜視図である。 その要部拡大斜視図である。 異なる要部の拡大斜視図である。 更に異なる要部の拡大斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は各々異なる座屈拘束ブレースの実施形態を例示する断面図である。 他の耐力フレームの斜視図である。 その要部拡大斜視図である。

符号の説明

１ 座屈拘束ブレース
２ ブレース芯材
３ 補剛材
４ 受板部
５ 主補剛材
６ 副補剛材
７ ウェブ
８ 平板部
９ フランジ
１０ 外周枠
１１ 取付プレート

Claims (4)

1. 軸力を負担する長尺板状のブレース芯材と、このブレース芯材と略同じ長さを有し、前記ブレース芯材に外挿する補剛材とを具え、
   前記補剛材は、ブレース芯材に向き合う受板部を有する主補剛材と、断面コ字状をなし、前記主補剛材の受板部を覆って主補剛材と固着する副補剛材とからなり、
   前記主補剛材の受板部は、幅方向の中央部分が分離して形成され、
   主補剛材の受板部と副補剛材のウェブとで前記ブレース芯材を挟着してブレース芯材の座屈を抑制することを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 主補剛材は、前記受板部を含む４つの平板部が前記中央部分を除いて連続した角筒状をなし、
   前記主補剛材、及び副補剛材は、金属を用いて形成されるとともに、受板部を挟んで向き合う一対の平板部に副補剛材の双方のフランジを溶着して、主補剛材と副補剛材とを固着することを特徴とする請求項１記載の座屈拘束ブレース。
3. 前記ブレース芯材は、メッキ仕上げされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の座屈拘束ブレース。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の座屈拘束ブレースを構成部材として用いた耐力フレームであって、
   矩形状の外周枠と、この外周枠の内側に張り出した取付プレートを有し、
   座屈拘束ブレースを外周枠の内側に配するとともに、ブレース芯材の両端部を、各々取付プレートに固着したことを特徴とする耐力フレーム。

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