JP5448562B2

JP5448562B2 - 座屈拘束ブレース

Info

Publication number: JP5448562B2
Application number: JP2009117380A
Authority: JP
Inventors: 勇紀岡本
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: JP2010265662A

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する。

座屈拘束ブレースとして、従来より、芯材の周囲を鋼板のみで補鋼したもの、ＲＣで補鋼したもの、鋼材とモルタルで被覆したもの等、様々な補鋼形式が提案され、実用化されている。例えば、図１６および図１７に示すように、両フランジ２４ｂが不均等となった溝形断面に鋼板を曲げ加工した溝形鋼材２４内に、モルタルやコンクリートである硬化充填材２５を充填してなる一対の拘束材２３，２３で、芯材２２を挟み付けた構成のものがある。
このほか、分割された複数の半筒状分割体からなる外管内に芯材を挿通させた後で、半筒状分割体を接合して外管を構成し、その外管内に硬化充填材を充填させて座屈拘束ブレースとしたものも提案されている（例えば特許文献１）。

特開平２００５−２３７７４号公報

図１６および図１７に示す構成の座屈拘束ブレース２１では、溝形鋼材２４内の全空間に硬化充填材２５を充填して拘束材２３としているため、座屈拘束ブレース２１が重くなり施工性が悪いという問題がある。特許文献１に開示の座屈拘束ブレースの場合も同様である。

この発明の目的は、強度および優れた振動減衰作用を保持しながら、軽量化が可能な座屈拘束ブレースを提供することである。

この発明に係る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し、各拘束材が主にモルタルまたはコンクリートである座屈拘束ブレースにおいて、前記モルタルまたはコンクリートが、内部に複数の空洞を有する中空体である。この構成によると、拘束材におけるモルタルまたはコンクリートを、内部に複数の空洞を有する中空体としたので、座屈拘束ブレースを軽量化することができ、モルタルまたはコンクリートの量も低減できる。軽量化により、座屈拘束ブレースを使用した構造物の組付作業の施工性も向上する。モルタルまたはコンクリートは、内部に空洞を設けたものであり、圧縮力が負荷されたときにアンボンド材を介してまたは直接に接する芯材との接触面は空洞で凹凸等が生じないため、摺動時の引っ掛かり等の支障の発生がなく、芯材と拘束材との間の円滑な滑りによる優れた振動減衰作用を保持される。また、拘束材となるモルタルまたはコンクリートは内部に複数の空洞を有する中空体としたため、薄形化等により軽量化を図るものに比べ、軽量化を図りながら、強度低下への影響が低く、必要な強度が確保することができる。
なお、拘束材は、モルタルまたはコンクリートの単独の部材であっても、また芯材側の開口した溝形鋼材等の型枠兼用の外面構成部材にモルタルまたはコンクリートを充填したものであっても良い。

上記構成において、前記モルタルまたはコンクリートに複数本の金属製のパイプを埋め込み、これら各パイプの内部空間を前記空洞とする。また、前記複数本の金属製のパイプは、前記拘束材の全長に渡って延び、かつ互いに前記拘束材の幅方向に間隔を開けて並べて配置する。このように金属製のパイプを埋め込むことで、断面係数等の断面性能を増加させることができ、拘束材の拘束力が向上する。これにより、軽量でかつ高性能な断面性能を持つ拘束材とすることができる。

この発明に係る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し、各拘束材が主にモルタルまたはコンクリートであって、前記モルタルまたはコンクリートが、内部に複数の空洞を有する中空体であり、前記モルタルまたはコンクリートに複数本の金属製のパイプを埋め込み、これら各パイプの内部空間を前記空洞とし、前記複数本の金属製のパイプは、前記拘束材の全長に渡って延び、かつ互いに前記拘束材の幅方向に間隔を開けて並べて配置したため、強度および優れた振動減衰作用を保持しながら、軽量化が可能となり、座屈拘束ブレースを使用した構造物の組付作業の施工性が向上する。

この発明の一実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。同座屈拘束ブレースの分解斜視図である。（Ａ）は同座屈拘束ブレースにおける拘束材の平面図、（Ｂ）はその断面図である。同拘束材の拡大断面図である。提案例にかかる座屈拘束ブレースの拘束材の拡大断面図である。（Ａ）は他の提案例にかかる座屈拘束ブレースにおける拘束材の平面図、（Ｂ）は同断面図である。同拘束材の拡大断面図である。図６（Ｂ）の部分拡大断面図である。同拘束材の他の構成例の拡大断面図である。（Ａ）はさらに他の提案例にかかる座屈拘束ブレースにおける拘束材の平面図、（Ｂ）は同断面図である。図１０（Ａ）におけるXI−XI矢視拡大断面図である。図１０（Ａ）におけるXII −XII 矢視拡大断面図である。（Ａ）はさらに他の提案例にかかる座屈拘束ブレースにおける拘束材の平面図、（Ｂ）は同断面図である。図１３（Ａ）におけるXIV −XIV 矢視拡大断面図である。同拘束材の他の構成例の拡大断面図である。従来例の断面図である。同従来例の分解斜視図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１はこの座屈拘束ブレースの断面図を、図２はその分解斜視図を示す。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とを有する。芯材２は、図２のように細長い平鋼板で、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、柱や梁等の鉄骨材との継手となる部分であり、その両面の幅方向中央位置からそれぞれ垂直に突出するリブ２ａを有する断面十字状とされている。芯材２の両端部２Ａには図示しない複数のボルト孔が穿設されている。拘束材３は、芯材２の両端部２Ａの先端側部分を除く芯材２の略全体を覆うように配置されている。

前記一対の拘束材３，３は、図４のように、それぞれ前記芯材２側が開口した溝形鋼材４と、この溝形鋼材４内に充填したモルタルまたはコンクリートである硬化充填材５とを有する。溝形鋼材４は、ウェブ部４ａの両端から垂直に立ち上がる両フランジ部４ｂが不等辺となった溝形断面に鋼板を折り曲げた曲げ加工品である。前記両フランジ部４ｂのうち、幅寸法を長くした一方のフランジ部４ｂの内面における芯材２の配置される高さ相当位置には、溝形鋼材４の長さ方向に延びて芯材２を幅方向に位置規制する棒状のスペーサ６（図１）が溶接等により固定されている。なお、図４ではスペーサ６を省略して図示している。上記幅寸法を長くしたフランジ部４ｂは、図１のように他方の拘束材３の溝形鋼材４における幅寸法の短い方のフランジ部４ｂの外面に被さり、その被さり部分が互いに溶接等で接合されている。

溝形鋼材４の両端部には、それらの端部開口を閉塞する蓋片４ｃ（図２）がそれぞれ設けられ、これら両蓋片４ｃと、前記ウェブ部４ａおよび両フランジ部４ｂにより、溝形鋼材４内が方形箱状に囲まれている。前記両蓋片４ｃには、溝形鋼材４内側に延びて芯材２の両端部２Ａのリブ２ａの一部が係合する凹部４ｃａ（図２）が形成されている。また、芯材２と拘束材３の対向面間には、図示しないアンボンド材が介在する。アンボンド材は、例えば、芯材２または拘束材３に塗布されたグリースや、芯材２または拘束材３に貼り付けられた板状ないしシート状のブチルゴム等、あるいはアスファルトからなる。

拘束材３における前記硬化充填材５は、図４のように内部に複数の空洞７を有する中空体とされている。ここでは、前記硬化充填材５に複数本の角形のパイプ（例えば６０mm
×６０mm×２．３mmの鋼管）８を埋め込むことにより、これら各パイプ８の内部空間を前記空洞７としている。この場合、図３のように各パイプ８は溝形鋼材４の長手方向に沿わせ、溝形鋼材４の幅方向に等間隔に並べて配置されている。各パイプ８は拘束材３の全長に渡って延びている。パイプ８は角形のものに限らず、丸形のものであってもよい。また、ここでは、溝形鋼材４のウェブ部４ａから離してパイプ８を配置しているが、ウェブ部４ａに接して配置しても良い。なお、図１ではパイプ８の図示を省略している。

この構成の座屈拘束ブレース１によると、拘束材３における溝形鋼材４内の硬化充填材５を、内部に複数の空洞７を有する中空体としているので、座屈拘束ブレース１を軽量化することができ、硬化充填材５の量も低減できる。軽量化により、座屈拘束ブレース１を使用した構造物の組付作業の施工性も向上する。また、この実施形態では、拘束材３の硬化充填材５に複数本のパイプ８を埋め込んで、各パイプ８の内部空間を前記空洞７としているので、パイプ８の持つ断面性能を拘束材３の拘束力として付与する設計も可能となる。

また、この実施形態では、パイプ８が硬化充填材５で完全に覆われた状態に埋め込まれているので、硬化充填材５の表面全体が芯材２に接することになる。これにより、摺動時の引っ掛かり等の支障の発生がなく、芯材２と拘束材３との間の円滑な滑りによる優れた振動減衰作用を保持される。

なお、参考提案例につき説明すると、上記実施形態において、図５のようにパイプ８を用いないで、硬化充填材５に空洞７を直接に形成しても良い。ただし、この場合は、パイプ８を用いた場合のような断面性能を拘束力として拘束材３に付与することはできない。

図６ないし図８は、さらに他の提案例を示す。この提案例では、図１〜図４に示す先の実施形態において、拘束材３における硬化充填材５の複数の空洞７が、図６のように溝形鋼材４の幅方向に沿わせ、溝形鋼材４の長手方向に等間隔に並べて配置されている。これらの空洞７が、硬化充填材５に埋め込んだ複数本のパイプ８の内部空間からなることなど、その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。パイプ８を設ける場合、パイプ８の両端を溝形鋼材４のフランジ４ｂに溶接等で接合しても良い。
なお、この提案例の場合も、図９のようにパイプ８を用いないで、硬化充填材５に空洞７を直接に形成しても良い。また、上記各実施形態において、拘束材３は、溝形鋼材４を有しないもの、例えば、プレキャスト製のモルタルまたはコンクリーからなるものであっても良い。

図１０ないし図１２は、さらに他の提案例を示す。この提案例では、図１〜図４に示す実施形態において、拘束材３における溝形鋼材４のウェブ部４ａに、長手方向に沿って複数（ここでは２つ）の仕切りリブ９を設けている。仕切りリブ９は、例えば厚み１．６mmの鋼板からなり、溶接により溝形鋼材４のウェブ部４ａに接合されている。隣合う仕切りリブ９，９間、および仕切りリブ９と溝形鋼材４のフランジ部４ｂとの間で形成される各仕切り空間のうち、いずれかの仕切り空間を、前記硬化充填材５が充填されていない中抜き部１０とし、残りの仕切り空間を、硬化充填材５が充填された充填部１１とする。図示の例では、隣合う仕切りリブ９，９間で形成される１つの仕切り空間を中抜き部１０とし、仕切りリブ９と溝形鋼材４のフランジ部４ｂとの間で形成される２つの仕切り空間を充填部１１としている。なお、拘束材３の両端部では、図１２に拡大断面図で示すように、芯材２の両端部２Ａのリブ２ａの一部が係合する凹部４ｃａと、前記中抜き部１０とが傾斜姿勢とされた仕切り板１２で仕切られている。その他の構成は、図１〜図４に示した先の実施形態の場合と同様である。

この提案例では、図１〜図４に示す実施形態における硬化充填材５の空洞７に替えて、溝形鋼材４内における隣合う仕切りリブ９，９間で形成される空間を硬化充填材５が充填されていない中抜き部１０としている。このように中抜き部１０を設けたため、硬化充填材５を複数の空洞７を有する中空体とした先の実施形態の場合と同様に、座屈拘束ブレース１を軽量化することができ、硬化充填材５の量も低減できる。軽量化により、座屈拘束ブレース１を使用した構造物の組付作業の施工性も向上する。芯材２は、アンボンド材を介してその表面全面が拘束材３の硬化充填材５に接触した状態にあるのが理想的であるが、前記中抜き部１０の芯材２に対向する開口は拘束材３の長手方向に延びているので
、振動発生時における芯材２と拘束材３との間の円滑な滑りによる優れた振動減衰作用を保持される。また、この提案例では、隣合う仕切りリブ９，９間の仕切り空間を中抜き部１０としているので、仕切りリブ９の持つ断面性能を拘束材３の拘束力として付与する設計も可能となる。

図１３，図１４は、さらに他の提案例を示す。この提案例では、図１０〜図１２に示す先の提案例において、前記仕切りリブ９を３枚としている。溝形鋼材４のフランジ部４ｂと仕切りリブ９との間で形成される２つの仕切り空間と、隣合う仕切りリブ９，９間で形成される１つの仕切り空間を、硬化充填材５が充填された充填部１１とし、隣合う仕切りリブ９，９間で形成される残る２つの仕切り空間を、硬化充填材５が充填されていない中抜き部１０としている。これにより、溝形鋼材４内の幅方向に中抜き部１０と充填部１１が交互に並ぶようにしている。その他の構成は、図１０〜図１２に示す提案例の場合と同様である。

なお、この提案例において、図１４の場合とは逆に、図１５のように溝形鋼材４のフランジ部４ｂと仕切りリブ９との間で形成される２つの仕切り空間と、隣合う仕切りリブ９，９間で形成される１つの仕切り空間を、硬化充填材５が充填されていない中抜き部１０とし、隣合う仕切りリブ９，９間で形成される残る２つの仕切り空間を、硬化充填材５が充填された充填部１１とすることで、溝形鋼材４内の幅方向に中抜き部１０と充填部１１が交互に並ぶようにしても良い。具体的には、溝形鋼材４の幅方向両側と幅方向中央位置に３本の中抜き部１０が位置し、中央位置の中抜き部１０の両側に各１本の充填部１１が位置している。

１…座屈拘束ブレース（モルタルまたはコンクリート）
２…芯材
３…拘束材
４…溝形鋼材
４ａ…ウェブ部
４ｂ…フランジ部
５…硬化充填材
７…空洞
８…パイプ
９…仕切りリブ
１０…中抜き部
１１…充填部

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し、各拘束材が主にモルタルまたはコンクリートである座屈拘束ブレースにおいて、
前記モルタルまたはコンクリートが、内部に複数の空洞を有する中空体であり、
前記モルタルまたはコンクリートに複数本の金属製のパイプを埋め込み、これら各パイプの内部空間を前記空洞とし、
前記複数本の金属製のパイプは、前記拘束材の全長に渡って延び、かつ互いに前記拘束材の幅方向に間隔を開けて並べて配置した座屈拘束ブレース。