JP4848647B2 - 座屈補剛ブレース材 - Google Patents

Description

本発明は，建築構造物に設置されて地震発生時の地震エネルギを吸収する座屈補剛ブレースに関し、制振工法による建築物に好適なものに関する。

建築構造物に設置されて地震発生時の地震エネルギを吸収する座屈補剛ブレース材は、軸力材と該軸力材を補剛する補剛材から構成され、軸力材が吸収する地震エネルギを増大させるため、軸力材の全体座屈を防止し、安定した圧縮・引張塑性変形を発揮する技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、曲げ抵抗パイプからなる軸力材の外周に、鋼管材を設置した二重鋼管型構造部材において，各部の寸法や相互に固定する位置の調整により、弾塑性座屈を抑制したり、軸方向への圧縮塑性変形を大きくする技術が記載されている。

特許文献２は、地震力や風力等の水平力に抵抗するための座屈拘束筋交い部材に関し、中間部を小径断面とし、その両端部を大径断面とした軸力材を、鋼管に挿入し、両者の間にモルタルを詰めたりすることによって全体座屈を防止する技術が記載されている。
特開平６−３４６５１０号公報 特開平７−２２９２０４号公報

しかしながら、特許文献1に記載された技術は、軸力管とエンドプレートとの溶接による加工度が高いため、軸力管の軸断面積が比較的小さい場合は、ブレース１本当たりの加工コストを低減することができない。

さらに、所期の性能を得るためには、軸力管と補剛管との隙間を溶接ビード等によって最小にする必要があるが、ブレース材の製作の際，軸力管を補剛管に挿入できるように所定の隙間（例えば，5〜10mm）が必要になるため，最小隙間の保証が困難である。

また，特許文献2に記載された技術は、座屈を補剛する鋼管にモルタルを詰めるため，ブレース1本当たりの重量が重くなるという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、加工工数の高い溶接を極力抑え、アングルやフラットバー等の市場から入手しやすい既製品を補剛材として利用し、且つ軸力材と補剛材との隙間の管理が容易な座屈補剛ブレース材を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成できる。

１．軸力材と、前記軸力材の軸力方向に沿って配置される補剛材を有する座屈補剛ブレース材であって、前記軸力材は長方形断面を有し、前記補剛材は前記軸力材を長方形断面の左右の長辺側で挟持する、厚板を挟んで対称となるようにボルト結合された一対のアングルで構成された部材と前記軸力材の長方形断面の短辺側で前記部材を前記軸力材の短辺側と隙間を設けて連結する平鋼で構成され、前記平鋼と前記軸力材の短辺側との隙間は前記厚板の板厚を変更することで調整可能なことを特徴とする座屈補剛ブレース材。

２．その両端部に、建築物取り付け用手段が構成されていることを特徴とする１記載の座屈補剛ブレース材。

本発明によれば、座屈補剛ブレース材の溶接よる加工工数が低減できるので、廉価なブレースを提供することができる。

また、製作の際に軸力材と補剛材の密着を図ることができるので、両材の隙間の管理が容易になり製作工程を短縮することが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図1は本発明の１実施形態に係る座屈補剛ブレース材を模式的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。

図において１は軸力材、２は軸力材１を挟持する補剛材、２１ａ，２１ｂは補剛材２を構成するアングル（山形鋼の略称）、２２ｃ、２２ｄは上下のアングル２１ａ，２１ｂの間に挿入される厚板、２３は厚板２２を挿入した、上下のアングル２１ａ，２１ｂを締結する高力ボルト部、３は軸力材１の左右に配置されるアングル２１ａ（２１ｂ）をその上面側（または下面側）において結合するフラットバー（平鋼の略称）、４ａ，４ｂは軸力材１の軸力方向（長手方向）端面に接合され、建築物に座屈補剛ブレース材をとりつける十字取り付け部、４３、４４は十字取り付け部４ａ，４ｂを構成する取り付け用部材、ａは軸力材１と十字取り付け部４ａ，４ｂの溶接接合部、ｂはフラットバー３と軸力材１の間隔を示す。

図２に、図１のＡ−Ａ矢視図で、座屈補剛ブレース材の断面構造を示す。
図示した座屈補剛ブレース材は、長方形断面を有する軸力材１と、その軸力方向に沿って、軸力材１を，その長方形断面の左右の長辺側から挟持するように配置される一対の補剛材２を有する。

補剛材２は、厚板２２ｃ（２２ｄ）を板厚方向の上下から挟持する一対のアングル２１ａ，２１ｂと両者を締結する高力ボルト部２３から構成され、軸力材１を挟持するようにその左右の側面（長辺）側に一対が配置される。

補剛材２は、アングル２１ａ（２１ｂ）の上部（下部）において、軸力材１が挿入される間隔を設けてフラットバー３により溶接結合されている。

軸力材1と一対となった補剛材２との隙間管理は、厚板２２ｃ（２２ｄ）の板厚を選定することにより、フラットバー３と軸力材１の間隔ｂを調整して可能で、隙間管理が容易となる。

一対とした補剛材２は、軸力材１の全体座屈を防止することが可能な長さとする。但し、補剛材２を構成するアングル２１ａ（２１ｂ）、フラットバー３及び厚板２２ｃ（２２ｄ）のそれぞれは、座屈補剛ブレース材を建築構造物に取り付ける構造に応じて、軸力材１に対する長さを適宜調整することが可能である。

図示した座屈補剛ブレース材の場合、その両端部には、建築物取り付け用手段として、十字取り付け部４ａ，４ｂを形成し、建築構造物側の取り付け部（図では略）にスプライスプレートを介してボルト接合、またはピン接合する。

十字取り付け部４ａは、座屈補剛ブレース材の先端まで延長された、厚板２２ｃ，２２ｄと、軸力材１の端部に溶接接合される厚板からなる取り付け部材４４で形成された十字断面形状を有する。厚板２２ｃ，２２ｄの先端部と、取り付け部材４４には、ボルト孔４５が設けられ、スプライスプレートを介して、建築構造物に座屈補剛ブレース材をボルト結合する。

十字取り付け部４ｂは、座屈補剛ブレース材の端部から突出する軸力材１と溶接接合される取り付け部材４４と、取り付け部材４３で形成された十字断面形状を有する。取り付け部材４４と、取り付け部材４３には、建築構造物に座屈補剛ブレース材をボルト結合するためのボルト孔４５を設ける。

取り付け部材４３には、座屈補剛ブレース材側の端部にテーパ部を設け、座屈補剛ブレース材が変形した際、厚板２２ｃ，２２ｄとの干渉を防止する。

また、アングル２１ａ（２１ｂ）、フラットバー３及び厚板２２ｃ（２２ｄ）の長手方向端部には、座屈補剛ブレース材が変形した際、十字取り付け部４ａ、４ｂと干渉しないようにＲ部を設けることが好ましい。

十字取り付け部４ａ，４ｂにより、一対の補剛材２の間から、軸力材１が抜け出すことが防止される。尚、補剛材２を構成する部材と軸力材1が接触する面には，軸力材１との摩擦を低減するためにアンボンド処理を施すことが好ましい。

また、本発明において、座屈補剛ブレース材の両端部に設ける建築物取り付け用手段は十字取り付け部４ａ，４ｂに限定するものではなく、他の構成を採用することも可能である。

図３に本発明の他の実施形態に係る座屈補剛ブレース材の断面構造を示す。軸力材１の長辺の両側に、一対のカットティー（ＣＴ形鋼の略称）２４を配置し、高力ボルト部２３により軸力材１を挟持するように結合して補剛材２を構成する。

カットティー２４に設ける高力ボルト部２３のボルト孔は、軸力材１が変形した際、高力ボルト２３に接触しないように十分な間隔を設ける。尚、上記カットティー２４が軸力材1に接触する面には，軸力材１との摩擦を低減するためにアンボンド処理を施すことが好ましい。

以下、実施例により本発明の効果を具体的に示す。試験体は 上述した図１に示す平面図と側面図を有し、図２の断面構造の座屈補剛ブレース材を用いた。座屈補剛ブレース材（以下，試験体２０と称す）は，軸力材１が，幅１１４．３ｍｍ，厚さ４．５ｍｍ，長さ２７００ｍｍ，２２５Ｎ／ｍｍ^２級低降伏点鋼材（例えば，JＦＥスチール(株)社製商品名「ＲＩＶＥＲＦＬＥＸ２２５」）ＲＦ２２５の鋼材，補剛材２が，Ｌ−７５×７５×１２のアングル２１a（２１ｂ），ＦＢ−９×７０のフラットバー３，幅７０ｍｍ，長さ２７２６．５ｍｍ,厚さ１６ｍｍ，ＳＳ４００の厚板２２ｃ（２２ｄ），およびＦ１０Ｔの高力ボルト−ナットからなる高力ボルト部２３である。尚、説明において各部の符号は、図１，２で用いたものの同じ符号を用いている。

十字取り付け部４ｂは、取り付け用部材４４として厚さ１６ｍｍ，２２６．５×１５０ｍｍの長方形板（ＳＭ４９０Ａ）を1枚と，取り付け用部材４３として厚さ１６ｍｍ，２２６．５×７０ｍｍの長方形板（ＳＭ４９０Ａ）を2枚を用い、取り付け用部材４４を挟むように取り付け用部材４３を溶接し十字断面構造とした。軸力材１は取り付け用部材４４に溶接した。
十字取り付け部４ａは、補剛材２を形成する部材の一部で、アングル２１a（２１ｂ）の端部から突出させた厚板２２ｃ，厚板２２ｄと、厚さ１６ｍｍ，２２６．５×１５０ｍｍの長方形板（ＳＭ４９０Ａ）１枚を取り付け部材４４として用い，取り付け部材４４を挟むように厚板２２ｃ，厚板２２ｄを溶接して十字断面構造とした。軸力材１は取り付け部材４４に溶接した。

十字取り付け部４ａ，４ｂの端部に試験機に取付けるための取付け用プレート４２として，厚さ５０ｍｍ，一辺２６０ｍｍの正方形，ＳＭ４９０Ａの鋼板を固定した。アングル２１の角部は，取り付け用プレートの左側端面から２００ｍｍとなる範囲を切断除去している。

軸力材１に補剛材２を取付ける手順を説明する。該手順は、(a)軸力材1の端部と十字取り付け部４ａ（４ｂ）と取り付け部材４４の溶接接合工程と、(b)アングル２１ａ，２１ｂとフラットバー３を取付ける工程とからなっている。

(a)軸力材1の両端部と取り付け部材４４を溶接し、取り付け部材４４の他方の端部は取り付け用プレートに溶接する。

(b)アングル２１ａ，２１ｂと厚板２２ｃ，２２ｄに開けた孔へ高力ボルトを挿入して連結する。試験体３０に用いた高力ボルト２３はＦ１０Ｔであり，ピッチ２００ｍｍ（一部１２０ｍｍ）としている。

(c)その後、取付けたアングル２１ａ，２１ｂとフラットバー３とを断続のすみ肉溶接にて接合する。

図４に試験状況を示す。試験機３０は，固定側の加力用治具８１（以下，受力治具８１と称す）と，傾動支点８２を中心に傾動する加力用柱８３と，加力用柱８３に固定された傾動側の加力用治具８４（以下，付力治具８４と称す）と，加力用柱８３を傾動する図示しない傾動駆動手段とを有している。

試験体２０の軸力材1の両端にそれぞれ固定された取付け用プレート４２は，受力治具８１および付力治具８４にそれぞれボルトによって剛体的に結合されている。加力用柱８３が平面内を繰り返し傾動するため（所定範囲内で転倒および起立を繰り返す），軸力材1には，軸方向の引張力および圧縮力に加え，曲げ力が作用する。

図５に試験結果を応力−歪み線図で示す。図５における加力用柱８３の位置C（傾動支点８２から２５００ｍｍの距離）が水平方向に所定変位しては，元の位置に戻る場合（図中，位置Cと位置Dの間を繰り返し往復する場合）である．
図５において，縦軸は軸力材に発生する応力（傾動駆動手段によって付加された荷重の軸力管1の軸方向成分を軸力材1の断面で除した計算値）で，圧縮方向をプラス方向（上方向）に示している．
横軸は，十字取り付け部４に設けた標点Aと標点Bとの距離の伸び量を当初の長さで除した測定値であって，圧縮歪みプラス方向（右方向）に示している．
まず，加力用柱８３が図５において左側に傾動し，軸力材1には圧縮力が加わっている．原点から弾性変形を開始し，圧縮降伏した後，極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいる．やがて，加力用柱８３が図５の位置Dに到達したところで，加力用柱８３は位置Cに向かって戻る．
さらに，加力用柱８３は図５において左側に傾動するため，軸力材1には引張力が加わって，引張降伏し，極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいる．やがて，加力用柱８３が図５の位置Eに到達したところで，加力用柱８３は位置Cに向かって戻る．
以下，同様に加力用柱８３は傾動を繰り返すため，軸力材1には図示するようなバウシンガー効果を有するヒステリシス曲線が描かれている．
そして，13回の加力のとき，位置「イ」において，応力が急激に増加し，終局を迎えている． 以上の試験結果は，軸力材1への繰り返し加力回数が多く，十分なエネルギを吸収していることを示し，本発明による効果が顕著なことが確認された。

本発明の１実施形態に係る座屈補剛ブレース材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。 図１のＡ−Ａ矢視図で座屈補剛ブレース材の断面構造を示す図。 本発明の他の実施形態に係る座屈補剛ブレース材の断面図。 実施例（試験装置）。 実施例（試験結果）。

符号の説明

１ 軸力材
２ 補剛材
２１ａ，２１ｂ アングル（山形鋼）
２２ｃ、２２ｄ 厚板
２３ 高力ボルト部
３ フラットバー（平鋼）
４、４ａ，４ｂ 十字取り付け部
４２ 取付け用プレート
４３、４４ 取り付け用部材
４５ ボルト孔
ａ 溶接接合部
ｂ 間隔
２０ 座屈補剛ブレース材（実施例：試験体）
３０ 試験機
８１ 固定側の加力用治具
８２ 傾動支点
８３ 加力用柱
８４ 加力用治具

Claims (2)

1. 軸力材と、前記軸力材の軸力方向に沿って配置される補剛材を有する座屈補剛ブレース材であって、前記軸力材は長方形断面を有し、前記補剛材は前記軸力材を長方形断面の左右の長辺側で挟持する、厚板を挟んで対称となるようにボルト結合された一対のアングルで構成された部材と前記軸力材の長方形断面の短辺側で前記部材を前記軸力材の短辺側と隙間を設けて連結する平鋼で構成され、前記平鋼と前記軸力材の短辺側との隙間は前記厚板の板厚を変更することで調整可能なことを特徴とする座屈補剛ブレース材。
2. その両端部に、建築物取り付け用手段が構成されていることを特徴とする請求項１記載の座屈補剛ブレース材。