JP4879723B2

JP4879723B2 - 座屈拘束ブレース

Info

Publication number: JP4879723B2
Application number: JP2006339350A
Authority: JP
Inventors: 勇紀岡本
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: JP2008150842A

Description

この発明は、鉄骨造建物等に制振構造等として使用される座屈拘束ブレースに関する。

座屈拘束ブレースは、塑性化させる芯材を拘束材で座屈補強し、かつ芯材と拘束材を軸力方向には絶縁することによって、芯材の圧縮降伏を引っ張り降伏と同等の性状とする部材であり、座屈しないブレースとして、鉄骨造建物等において、柱や梁等の主構造材の間に接合される。従来の座屈拘束ブレースは、芯材に平鋼やＨ形鋼などを用いている（例えば、特許文献１）。なお、制振壁としては、波形鋼板を用いたものがある（例えば、特許文献２）。
特開平１０−３０６４９８号公報実公平５−５１９号公報

従来の芯材に平鋼を用いた座屈拘束ブレースは、平鋼に高次の座屈モードを起こす場合に、その座屈モードの次数や波長などを予測することが難しいため、芯材全体を一様に拘束することが多く、経済性・合理性に欠ける。

この発明の目的は、芯材の拘束材による拘束必要箇所が特定できて、経済的・合理的な座屈拘束が可能となる座屈拘束ブレースを提供することである。
この発明の他の目的は、補剛調整が容易で、座屈モードを適正化できるものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、粘弾性体のエネルギー吸収による制振機能を与える場合に、粘弾性体の接着性能に依存しない優れた制振機能が得られるものとすることである。

この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って配置した一対の拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材を、ブレース長さ方向に沿って波山が並ぶ波形鋼板としたことを特徴とする。
この構成によると、芯材を波形鋼板としたので、芯材に圧縮と引張の軸力が繰り返し入力されても、芯材から拘束材に入力される力の入力部位は、芯材の各波山部分と対応する箇所のみに特定される。したがって、拘束材は、波形鋼板からなる芯材の各波山部分に必要な拘束力を与えるものであれば良く、拘束材は全体に強い拘束力が得られるものとする必要がない。そのため、拘束材による経済的・合理的な座屈拘束が可能となる。

この発明において、前記芯材となる波形鋼板に他の波形鋼板を重ねて互いに接合しても良い。例えば、前記芯材となる波形鋼板の端部に、他の波形鋼板を重ねても良い。芯材が波形鋼板であるため、部分的に他の波形鋼板を重ねて端部のみを補剛することができる。そのため、芯材の端部での局部座屈を防ぎ、理想的な座屈モードに近づけることができる。

この発明において、前記芯材と拘束材との間に、粘弾性材を充填しても良い。粘弾性材を充填した場合、粘弾性材の変形によるエネルギー吸収作用が得られ、これにより制振効果が得られる。一般的な粘弾性材による制振機能では、粘弾性材のせん断抵抗によるエネルギー吸収に期待するものであるため、粘弾性材と拘束材等の母材との接着性能が悪いと、剥離が生じて十分なエネルギー吸収機能が得難いことがある。しかし、この発明は、芯材を波形鋼板としたため、芯材に圧縮と引張の軸力が繰り返し入力された場合、芯材の各波山の高さが変わるように芯材が変形し、粘弾性材は、芯材の各波部の箇所で波山高さが変化するように変形を生じる。この変形の抵抗でエネルギー吸収が得られる。そのため、粘弾性体の接着性能に依存しない優れた制振機能を得ることができる。

この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って配置した一対の拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材を、ブレース長さ方向に沿って波山が並ぶ波形鋼板としたため、芯材の拘束材による拘束必要箇所が特定できて、経済的・合理的な座屈拘束が可能となる。
前記芯材となる波形鋼板の端部に、他の波形鋼板を重ねて互いに接合した場合は、補剛調整が可能で、座屈モードを容易に適正化することができる。
前記芯材と拘束材との間に、粘弾性材を充填した場合は、粘弾性体のエネルギー吸収による制振機能が得れ、その場合に、芯材が波形鋼板であることから、粘弾性体の接着性能に依存しない優れた制振機能を得ることができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この座屈拘束ブレース１は、芯材２と、この芯材２の両面に沿って配置した一対の拘束材３，３と、これら芯材２と各拘束材３との間に充填した粘弾性体４とを有し、芯材２を、ブレース長さ方向に沿って波山２ａが並ぶ波形鋼板としたものである。

芯材２は、拘束材３よりも幅狭であり、ブレース長さ方向に両端が突出している。芯材２の両側で、両拘束材３，３の間には、図２のようにスペーサ５が介在させてある。スペーサ４は、拘束材３の長さ方向に沿って全長にわたって連続して延びるものであっても、また拘束材３の長さ方向に並んで複数設けられてものであっても良い。スペーサ５の厚さは、例えば、両側の拘束材３の間に、芯材２が僅かな隙間を介して介在可能な程度の間隔を与える厚さとされる。

芯材２となる波形鋼板は、図１（Ｂ）に示すように、各波山部分（ここでは波の谷となる部分も波山部分と称す）２ａが台形山形のものであるが、例えば図６に示すような円弧状の山形、つまりサイン波状の波形のものであっても良い。
拘束材３は、例えばコンクリート版製の拘束プレートからなる。拘束材３は、コンクリートに代えて、形鋼やその組み合わせ材等からなる鋼材を用いても良い。
粘弾性体４には、アスファルト等が用いられる。粘弾性体４の代わりに、コンクリートやセメント等の硬化性の充填材を充填しても良い。
スペーサ５の材質は、コンクリートまたは鋼材等である。

この構成の座屈拘束ブレース１によると、図４（Ａ）に概念図で示すように、芯材２に軸力として圧縮力ＦＡが作用したときは、芯材２の各波山部分２ａが高くなるように芯材２が変形し、同図（Ｂ）のように引張力ＦＢが作用したときは、芯材２の各波山部分２ａが偏平化するように変形する。
同図（Ａ）のように、圧縮力ＦＡが作用したとき、芯材２から拘束材３に入力される力ｆ１の入力部位は、芯材２の各波山部分２ａと対応する箇所のみに特定される。したがって、その入力部位のみに拘束力ｆ２が与えられれば、力学的に成立する。このため、拘束材３は、芯材２の各波山部分２ａに必要な拘束力ｆ２を与えるものであれば良く、拘束材３は全体に強い拘束力が得られるものとする必要がない。そのため、拘束材３による経済的・合理的な座屈拘束が可能となる。

また、芯材２と拘束材３との間に、粘弾性材４を充填したため、粘弾性材４の変形によるエネルギー吸収作用が得られ、しかも粘弾性材４の接着力に依存しない優れた制振機能を得ることができる。これにつき、従来の制振壁と対比して説明する。

図８は、従来の制振壁を上から見た図であり、波形鋼板２１，２１間に粘弾性材２２を介在させたものである。このような制振壁において、同図（Ａ）に矢印で示すように、両側の波形鋼板２１，２１を互いにずらせる力Ｆが作用し、同図（Ｂ）のように波形鋼板２１，２１にずれを生じた場合、粘弾性材２２は、これら図８（Ａ），（Ｂ）の下部に示すように変形する。この場合、粘弾性材２２は、接着面Ｓで接着を維持し、せん断抵抗が生じることでエネルギー吸収の作用が生じる。このような抵抗機構の場合、粘弾性材２２と母材との接着性能が悪いと、その剥離で壊れてしまい、十分な制振能力が発揮できない場合がある。

これに対して、この実施形態のものでは、図３に概念的に示すように、芯材２に軸力として圧縮力ＦＡが作用したときと、引張力ＦＢが作用したときとでは、芯材２の各波山部分２ａが高さ変わるように芯材２が変形する。このとき、粘弾性材４は、同図（Ａ），（Ｂ）の下部に示すように変形する。
このように、粘弾性材４は接着面Ｓに対して垂直方向に変形し、この変形の抵抗でエネルギーの吸収作用が得られる。したがって、粘弾性体４の接着性能に依存しない優れた制振機能を得ることができる。

図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、芯材２となる波形鋼板の両側の端部に、他の波形鋼板２Ａを重ねて互いに接合したものである。この接合は例えば溶接またはボルト等により行う。その他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。

この実施形態の場合、端部に波形鋼板２Ａを重ねることで、芯材２の端部のみが補剛される。そのため、芯材２の端部での局部座屈が防止され、理想的な座屈モードに近づけることができる。

図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ座屈拘束ブレース１を筋かいとして用いた例であり、鋼製柱１２ａおよび鋼製梁１２ｂによって組まれた鉄骨構造物１２に、第１の実施形態（図１）にかかる座屈拘束ブレース１を接合している。図７（Ｃ）は、鉄骨構造物１２に上記座屈拘束ブレース１を方杖として接合した例を示す。
このように、鉄骨構造物１２に上記実施形態の座屈拘束ブレース１を組み込むことにより、鉄骨構造物１２の耐震性が強化される。なお、この座屈拘束ブレース１は、方杖に用いるような短いものから、例えば１０ｍを超えるような長尺のものまで適用することができる。

この発明の第１の実施形態に係る座屈拘束ブレースの平面図および縦断面図である。同座屈拘束ブレースの横断面図である。同座屈拘束ブレースの粘弾性材の変形を示す説明図である。同座屈拘束ブレースの拘束力の作用箇所を示す説明図である。この発明の他の実施形態に係る座屈拘束ブレースの縦断面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る座屈拘束ブレースの部分縦断面図である。この発明の座屈拘束ブレースを用いた鉄骨構造物の各例の骨組構式を示す部分正面図である。提案例の課題を示す断面図である。

符号の説明

１…座屈拘束ブレース
２…芯材
２Ａ…他の波形鋼板
３…拘束材
４…粘弾性材
５…スペーサ

Claims

芯材と、この芯材の両面に沿って配置した一対の拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材を、ブレース長さ方向に沿って波山が並ぶ波形鋼板としたことを特徴とする座屈拘束ブレース。
請求項１において、前記芯材となる波形鋼板の端部に、他の波形鋼板を重ねて互いに接合した座屈拘束ブレース。
請求項１または請求項２において、前記芯材と拘束材との間に、粘弾性材を充填した座屈拘束ブレース。