JP4901491B2 - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Description

この発明は、構造物の骨組みに組み込まれ、地震等の際に振動エネルギーを吸収して振動を減衰させる座屈拘束ブレースに関し、特に木造構造物の骨組みに組み込んで使用するのに適した座屈拘束ブレースに関する。

座屈拘束ブレースとしては、従来より、芯材の周囲を鋼板のみで補剛したもの、ＲＣで補剛したもの、鋼材とモルタルで被覆したもの等、様々な補剛形式が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１には、鋼管とその内部に配置された鋼材との間にコンクリートを充填した座屈拘束ブレースが開示されている。また、特許文献２には、鉄筋コンクリート製の座屈拘束材でブレース芯材を取り囲んだ座屈拘束ブレースが開示されている。
特開平６−５７８２０号公報 特開平１０−３０６４９８号公報

上記従来の座屈拘束ブレースを木造構造物の骨組みに組み込む場合、木の柱および梁と、金属やコンクリート製の補剛材を有する座屈拘束ブレースとが混在することとなり、デザイン面で不釣合いな感じとなることが否めない。これを避けるためには、座屈拘束ブレース全体を木製や紙製のパネル状物で覆って隠すことが考えられるが、その場合、作業手間がかかる上、コストアップにもなる。
また、従来の座屈拘束ブレースは、金属、コンクリート、モルタル等が多用されているため、重量が重いという傾向がある。重量が重いと、現場への運搬や現場での建物各部への搬入に困難を伴う。また、金属製の補剛材は単価が高く、かつ補剛材にコンクリートやモルタルを用いるのは座屈拘束ブレースの製作工程が多くなることから、金属、コンクリート、モルタル等を多用した従来の座屈拘束ブレースは、それ自体のコストが高かった。
さらに、組み込まれる対象が木造住宅等の比較的小さな構造物の骨組みである場合、座屈拘束ブレースも小さなものとなるため、特に補剛材にコンクリートやモルタルを用いるのは、製作および品質管理が難しい。

この発明の目的は、木造構造物の骨組みに組み込んで使用するのに適し、軽量かつ安価で、製作および品質管理が容易な座屈拘束ブレースを提供することである。

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、前記芯材を鋼材とし、前記一対の拘束材を木材とし、この拘束材に集成材を用い、この集成材は、上記芯材と平行にラミナが積層されたものとしたことを特徴とする。前記集成材からなる拘束材は、芯材に対する最外層のラミナに、他の層よりも強度の高い木材を用いるのが良い。
この発明の構成によれば、座屈拘束ブレースを建築構造物の骨組みに筋かいや方丈等として組み込んだ場合、地震等の振動エネルギーが座屈拘束ブレースの芯材によって吸収される。芯材は、その両面に沿って配置した一対の拘束材によって座屈拘束されているため、圧縮耐力が付与され、構造物に対する良好な耐震補強機能を奏する。
拘束材を木材としたため、この座屈拘束ブレースを木造構造物に用いた場合に、木の柱や梁と混在していても、デザイン面での不釣合い感が生じない。拘束材が木材である座屈拘束ブレースは、軽量であるため、現場への運搬や現場での建物各部への搬入が容易である。また、木材は金属に比べて比較的安価であり、かつ木材は加工が容易であるため、拘束材を木材とすることで、製作コストの低減および製作効率の向上が図れる。さらに、木材は細かな加工も可能であるため、小さな構造物用の座屈拘束ブレースにも適する。

前記拘束材には集成材を用いたため、拘束材の断面を大きくする必要がある場合にも対応できる。また、コストを低く抑えることができる。芯材が薄板状である場合、集成材を、芯材と平行にラミナが積層されたものとすると、一対の拘束材の間隔を狭くでき、両拘束材の接合が容易になる。芯材に対する最外層のラミナに、他の層のラミナよりも強度の高い木材を用いると、座屈拘束力を高めることができる。

前記芯材と拘束材との間にアンボンド材を介在させても良い。
座屈拘束ブレースは、芯材と拘束材との軸方向の相対移動が許容されることで座屈拘束の機能を得るものであるが、芯材と拘束材との間にアンボンド材を介在させることで、芯材と拘束材が接触してその摩擦により相互移動が妨げられることがなく、常に良好な相対移動の許容状態が維持され、座屈防止機能が確保される。

この発明において、前記一対の拘束材は、互いの対向面に、芯材の介在空間の幅方向両側に沿う２本の突条が、各拘束材に１本ずつ、または片方の拘束材に２本とも有し、上記突条で互いに接着材により固定しても良い。
このようにして一対の拘束材を互いに固定すると、芯材に対し隙間を開けて一対の拘束材を設けることができるため、別途にスペーサを設けることが不要となる。また、一対の拘束材とこれに付設した２本の突条とにより芯材が取り囲まれた状態となるため、芯材の保護効果が高い。

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、前記芯材を鋼材とし、前記一対の拘束材を木材とし、この拘束材に集成材を用い、この集成材は、上記芯材と平行にラミナが積層されたものとしたため、木の柱や梁と混じってもデザイン面で不釣合い感が生じず、木造構造物の骨組みに筋かいや方丈等として組み込むのに適したものとなった。また、拘束材を木材としたことで、軽量かつ安価で、製作および品質管理が容易なものとなった。さらに、前記拘束材には集成材を用いたため、拘束材の断面を大きくする必要がある場合にも対応でき、かつコストを低く抑えることができる。芯材が薄板状である場合、集成材を、芯材と平行にラミナが積層されたものとすると、一対の拘束材の間隔を狭くでき、両拘束材の接合が容易になる。

この発明の実施形態を図１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とを有する。芯材２は、細長い平鋼板で、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）やＬＹＰ材（極低降伏点鋼材）等の降伏点の低い鉄鋼材料からなる。芯材２の両端部２ａは中央部に比べて幅広に形成されており、その幅広になった両端部２ａの両面に補強鋼板４がそれぞれ接合されている。芯材２の両端部２ａおよび補強鋼板４には、複数のボルト孔５が穿設されている。拘束材３は、補強鋼板４よりも長手方向の中央側で、かつ芯材２の両端部２ａに一部かかるように配置されている。芯材２の端部２ａに補強鋼板４を接合して補強を図る代わりに、芯材２の端部をＨ型の断面形状として、剛性と強度を確保するようにしてもよい。また、芯材２の中央部の幅方向両側面には、ずれ止め用突起６が設けられている。このずれ止め用突起６の作用については後で説明する。

拘束材３は、芯材２よりも幅が広い複数枚（この実施形態では３枚）のラミナ７，８，９を、芯材２と平行に積層した集成材からなる。各層のラミナ７，８，９は、ほぼ同じ肉厚である。ラミナ７，８，９の素材として、アカマツ、カラマツ、モミ、エゾマツ等が挙げられるが、最外層のラミナ７には、他のラミナ８，９に比べ、強度、例えば圧縮、曲げ等の許容応力度や曲げ剛性の高い木材を用いるのが好ましい。例えば、ラミナ８，９をモミやエゾマツとした場合、これらよりも強度の高いアカマツやカラマツを最外層のラミナ７を用いる。

一対の拘束材３の互いの対向面には、芯材２の肉厚よりも若干肉厚の厚い突条１０が、芯材２の介在空間１１の幅方向両側に沿ってそれぞれ設けられている。そして、各突条１０と、これに接する対向側拘束材３とが接着材１２により接着固定されている。これにより、両拘束材３とその突条１０とによって、芯材２が取り囲まれた状態となっている。拘束材３および突条１０と芯材２との間には隙間が形成されている。両拘束材３の突条１０は、ラミナ８，９と同じ木材とすることができる。この突条１０の内側面には、芯材２の前記ずれ止め用突起６に対応する係合凹部１０ａが形成され、この係合凹部１０ａにずれ止め用突起６が係合することにより、拘束材３が芯材２の長手方向に位置ずれしないようになっている。

この座屈拘束ブレース１は、拘束材３を木材としたため、全体重量を軽量化することができる。そのため、現場への運搬や現場での建物各部への搬入が容易である。また、木材は金属に比べて比較的安価であり、かつ木材は加工が容易であるため、拘束材３を木材とすることで、製作コストの低減および製作効率の向上が図れる。木材は細かな加工も可能であるため、小さな座屈拘束ブレースにも適用できる。
さらに、拘束材３に集成材を用いることにより、大きな断面積の拘束材３にも対応できる。集成材は、薄板状の芯材２に対し平行にラミナ７，８，９が積層されたものであるため、一対の拘束材３の間隔が狭く、両拘束材３の固定が容易である。具体的には、突条１０の厚みを薄くすることができ、突条１０にラミナ８，９と同じ木材を用いることができる。また、拘束材３の固定に、接着材による接着固定が採用できる。
接合された一対の拘束材３と芯材２との間に隙間が形成されているため、別途にスペーサを設けることが不要である。また、一対の拘束材３とこれに付設した２本の突条１０とにより芯材２が取り囲まれた状態となっているため、芯材２の保護効果が高い。

この座屈拘束ブレース１の使用状態の１例を図２に示す。同図は、木造住宅の軸組構造に、座屈拘束ブレース１を筋かいとして組み込んだ例である。軸組構造を構成する柱２０と梁２１の交差部のうち互いに対向する２箇所にボルト孔付きの金具２２を取付け、両金具２２に座屈拘束ブレース１の両端部をボルト２３とナット（図示せず）により締結して、座屈拘束ブレース１を柱２０および梁２１に対し斜めに設けている。なお、ボルト２３は、座屈拘束ブレース１のボルト孔５、および金具２２の図示しないボルト孔に挿通してある。拘束材３が木材であるため、木製の柱２０および梁２１と拘束材３とが混在しても、デザイン面での不釣合い感が生じない。

このように木造住宅の軸組構造に座屈拘束ブレース１を筋かいとして用いることで、この軸組構造に地震等の大きな振動が加わったときの軸組構造の変形を防げる。その際、降伏点の低い鉄鋼材料からなる芯材２が振動エネルギーを吸収して、軸組構造の揺れを減衰させる。芯材２は、その両面に沿って配置した一対の拘束材３によって座屈拘束されているため、圧縮荷重に対する曲げ座屈が防止されている。拘束材３である集成材の最外層のラミナ７に、他の層のラミナ８，９よりも強度の高い木材が用いられているため、座屈拘束力が高い。

座屈拘束ブレース１を筋かいとして用いる場合、図３（Ａ），（Ｂ）のように、柱２０および梁２１からなる軸組構造に組み込んで建築構造物２４を構築する。また、座屈拘束ブレース１を方杖として用いる場合、図３（Ｃ）のように、柱２０および梁２１からなる軸組構造に組み込んで建築構造物２４を構築する。このように、建築構造物２４に座屈拘束ブレース１を筋かいまたは方杖として組み込むことによって、建築構造物２４の耐震性が強化される。この発明の座屈拘束ブレース１は、軸組構造の他に、２×４工法等の面材を組立てた工法の木造建物や、木造のパネル工法住宅に筋かいや方杖として組み込むこともできる。また、この発明の座屈拘束ブレース１は、鉄骨建物についても、平屋等の比較的低層の建物の場合に適用できる。

上記実施形態は、一対の拘束材３にそれぞれ１本ずつ突条１０を設けた構成であるが、図４に示すように、片方の拘束材３Ａに、芯材２の介在空間１１の幅方向両側に沿う２本の突条１０の両方を設けた構成としてもよい。

また、図５に示すように、芯材２の介在空間１１における芯材２と拘束材３との間にアンボンド材１３を介在させても良い。アンボンド材１３としては、例えばグリースが好適に使用できる。座屈拘束ブレース１は、芯材２と拘束材３との軸方向の相対移動が許容されることで座屈拘束の機能を得るものであるが、芯材２と拘束材３との間にアンボンド材１３を介在させることで、芯材２と拘束材３が接触してその摩擦により相互移動が妨げられることがなく、常に良好な相対移動の許容状態が維持され、座屈防止機能が確保される。

（Ａ）はこの発明の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの正面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はＩＣ−ＩＣ断面図である。 同座屈拘束ブレースの使用状態の１例を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ座屈拘束ブレースを筋かいまたは方杖として組み込んだ建築構造物を概念的に示す説明図である。 異なる座屈拘束ブレースの断面図である。 さらに異なる座屈拘束ブレースの断面図である。

符号の説明

１…座屈拘束ブレース
２…芯材
３…拘束材
７，８，９…ラミナ
１０…突条
１１…芯材の介在空間
１２…接着材
１３…アンボンド材
２０…柱
２１…梁
２４…建築構造物

Claims (4)

1. 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、前記芯材を鋼材とし、前記一対の拘束材を木材とし、この拘束材に集成材を用い、この集成材は、上記芯材と平行にラミナが積層されたものとしたことを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 請求項１において、前記集成材からなる拘束材は、芯材に対する最外層のラミナに、他の層のラミナよりも強度の高い木材を用いた座屈拘束ブレース。
3. 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アンボンド材を介在させた座屈拘束ブレース。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記一対の拘束材は、互いの対向面に、芯材の介在空間の幅方向両側に沿う２本の突条が、各拘束材に１本ずつ、または片方の拘束材に２本とも有し、上記突条で互いに接着材により固定された座屈拘束ブレース。

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