JP6062187B2 - 座屈拘束ブレース - Google Patents

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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、鋼材とモルタルやコンクリートで被覆したもの等、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に記載のものは、溝形鋼材内にコンクリートを充填してなる一対の拘束材で芯材を両側から挟み付けて、芯材を補剛している。
また、エネルギー吸収性能能および剛性を高めた座屈拘束ブレースとして、芯材の長手方向の一部分にその長手方向に沿うスリットを設けることで、その部分を他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部としたものが提案されている(例えば特許文献3)。この提案例では、前記スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせることで各芯材分割部分の座屈モードを異ならせ、これにより拘束材に発生する力を分散させるようにしている。その結果、拘束材の補剛力を低減することができる。
この他に、芯材を断面十字形とし、複数の角パイプを拘束材に使用したものも提案されている。
特許第3663491号公報 特許第2996298号公報 特許第4917177号公報 実開平05−003402号公報 特開2005−194794号公報
溝形鋼材内にコンクリートを充填して拘束材を構成した座屈拘束ブレース(例えば、前記特許文献1)の場合、部材重量が重くなる。そのため、施工性が悪く、重機計画、地組計画等の建方計画において配慮が必要となる。また、コンクリートを充填した拘束材を用いる座屈拘束ブレースは、制振ブレースとして十分な性能を有するものを耐震設計に準用しているものが多く、耐震ブレースとしては、過剰性能となっている。耐震設計に対応できる範囲の性能に限定すれば、性能とコストのバランスの良い座屈拘束ブレースが開発できると考えられる。
この発明の目的は、耐震用として必要なエネルギー吸収性能を与えつつ、剛性を高めることができ、かつ軽量化も可能な座屈拘束ブレースを提供することである。
この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って対向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、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、前記芯材の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合された複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分に長手方向に沿うスリット設けられ、前記対向する一対の拘束材、前記スリット内と幅方向両端とで相互に接合され、前記各拘束材における前記スリットで分割された芯材の幅方向範囲内に位置して前記各拘束材の長手方向に延びるリブ設けられたことを基本構成とする。前記リブは、前記スリットで分割された芯材の幅方向範囲の中央であることが好ましいが、必ずしも中央でなくても良い。
この構成の座屈拘束ブレースでは、芯材の両面に配置される一対の拘束材を、芯材の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合される複数の鋼材の組み合わせ体によって構成し、かつ前記リブを設けたので、補剛性を確保しながら、拘束材の軽量化、座屈拘束ブレースの軽量化が可能となる。
芯材には長手方向の一部分にスリットを設けているので、このスリットが設けられている長さ範囲の部分が他の部分よりも断面積の小さいエネルギー吸収部となり、座屈拘束ブレースに耐震用の部材として必要なエネルギー吸収性能を持たせることができる。
各拘束材には長手方向に延びるリブを設けているので、拘束材の剛性を増大させることができる。前記リブは、スリットで分割された芯材の幅方向範囲内に位置するため、効果的に拘束材の剛性が高められる。このため、拘束材の軽量化を図りながら、拘束材として必要な剛性が確保できる。
また、対向する一対の拘束材を、芯材のスリット内と幅方向両端とで相互に接合しているので、座屈拘束ブレースの剛性が高まり、芯材の座屈をより効果的に拘束することができる。
これらの構成の組み合わせにより、座屈拘束ブレースの軽量化の効果が高められ、構造物の骨組みへ座屈拘束ブレースを組み込む際の施工性が向上すると共に、座屈拘束ブレースの低コスト化も可能となる。
この発明の第1の座屈拘束ブレースは、前記基本構成において、前記各拘束材の前記鋼材の相互の接合部が前記リブとされる。前記鋼材の相互の接合部は、接合面積を確保して堅固な接合を行うために、他の部分よりも断面積の大きな部分とする必要があるため、この接合部をリブとして兼用することにより、補剛専用のリブが省略でき、軽量で剛性の高い拘束材とできる。そのため、コスト低下にもつながる。
この発明において、前記スリット前記芯材の幅方向の中央から偏った位置に設けられていても良い。
スリットを偏った配置とした場合、芯材の幅方向におけるスリットが設けられていない各芯材分割部分における幅方向寸法が互いに異なるので、エネルギー吸収部のうちでも各芯材分割部分によって座屈モードが異なり、拘束材に発生する力が分散される。よって、拘束材の必要となる補剛力が低減される。このため、複数の鋼材の組み合わせ体によって拘束材を構成してその軽量化を図っても、拘束材として十分な補剛力を確保することができる。
この発明において、前記対向する一対の拘束材の前記スリット内での接合、前記スリット内に入れたスペーサを介して行われていても良い。スペーサを介して接合することで、対向する一対の拘束材の接合が行い易くなる。
この発明の第2の座屈拘束ブレースは、前記基本構成において、前記対向する一対の拘束材の前記スリット内での接合、前記対向する両側の拘束材を構成する鋼材を兼ね、かつ前記スリットに位置するスペーサ兼用する部材で行われている。この構成の場合、専用のスペーサが不要となり、部材の共用化によって、より一層のコスト低下が図れ、かつ対向する一対の拘束材の接合がより堅固に行える。
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対向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、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、前記芯材の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合された複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分に長手方向に沿うスリットを設け、前記対向する一対の拘束材を、前記スリット内と幅方向両端とで相互に接合し、前記各拘束材における前記スリットで分割された芯材の幅方向範囲内に位置して前記各拘束材の長手方向に延びるリブを設けたため、耐震用として必要なエネルギー吸収性能を与えつつ、剛性を高めることができ、かつ軽量化も可能となる。
この発明の第1の座屈拘束ブレースは、前記各拘束材の前記鋼材の相互の接合部が前記リブであるため、拘束材の必要となる補剛力が低減される。このため、複数の鋼材の組み合わせ体によって拘束材を構成してその軽量化を図っても、拘束材として十分な補剛力を確保することができる。
この発明の第2の座屈拘束ブレースは、前記対向する一対の拘束材の前記スリット内での接合が、前記対向する両側の拘束材を構成する鋼材を兼ね、かつ前記スリットに位置するスペーサが兼用する部材で行われているため、専用のスペーサが不要となり、部材の共用化によって、より一層のコスト低下が図れ、かつ対向する一対の拘束材の接合がより堅固に行える。
この発明の一実施形態にかかる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の平面図、(B)は同側面図である。 (A)は図2(A)におけるIIIa−IIIa矢視断面図、(B)は図2(A)におけるIIIb−IIIb矢視断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。 (A)はこの発明のさらに他の実施形態にかかる座屈拘束ブレースの平面図、(B)は同側面図である。 (A)は図7(A)におけるVIIIa −VIIIa 矢視断面図、(B)は図7(A)におけるVIIIb −VIIIb 矢視断面図である。 (A)は参考例の座屈拘束ブレースの平面図、(B)は同側面図である。 図9(A)におけるX−X矢視断面図である。 他の参考例の座屈拘束ブレースの断面図である。
この発明の第1の実施形態を図1ないし図3と共に説明する。図1はこの座屈拘束ブレースの分解斜視図、図2(A),(B)はその平面図および側面図である。この座屈拘束ブレース1は、芯材2と、この芯材2の両面に沿って対向配置した一対の拘束材3とを有する。
芯材2は、SN材(建築構造用圧延鋼材)やLY材(低降伏点鋼材)等の降伏点の低い鉄鋼材料の平板鋼板からなり、拘束材3との重なり方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い細長い帯板状とされる。芯材2の長手方向の両端部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5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、複数のボルト孔6が設けられている。
図1に示すように、芯材2は、その長手方向の一部分における幅方向の中央から偏った位置に、長手方向に沿う1つのスリット8が設けられている。これにより、スリット8により隔てられた2つの芯材分割部分9,10の幅寸法は互いに異なる。なお、スリット8は複数設けられても良い。図例のスリット8は、一定の隙間幅の溝状で、両端は円弧状に形成されている。このスリット8は、いわば構造スリットである。スリット8内にはスペーサ11が配置される。スペーサ11は鋼板等からなる。
図2(A)のIIIa−IIIa矢視断面図(芯材2のスリット8を横切る部分の断面図)を図3(A)に示す。同図のように、前記各拘束材3は、それぞれ芯材2の両面において芯材2の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合された複数の鋼材の組み合わせ体からなる。その組み合わせ体を構成する鋼材として、ここでは幅方向両端に位置する溝形鋼4A,4Cと、幅方向中央に位置する角形鋼管4Bが用いられ、これらの鋼材は互いに溶接により接合される。幅方向両端の溝形鋼4A,4Cはそれらの開口が互いに幅方向の外向きとなるように配置され、この配置状態で、溝形鋼4A,4Cおよび角形鋼管4Bの芯材2からの高さ寸法は互いに同一とされ、幅寸法は互いに異なる値とされる。すなわち、図3において、中央の角形鋼管4Bの幅寸法が最も大きく、ついで左側の溝形鋼4Aの幅寸法が大きく、右側の溝形鋼4Cの幅寸法が最も小さい。これにより、芯材2の幅方向におけるスリット8が設けられていない各芯材分割部分9,10における幅方向の中央位置に、溝形鋼4Aと角形鋼管4Bとの接合部,および角形鋼管4Bと溝形鋼4Cとの接合部が位置している。
拘束材3を構成する鋼材が同図の例のように溝形鋼4A,4Cと角形鋼管4Bである場合、溝形鋼4A,4Cのウェブ部とこれらに隣り合う角形鋼管4Bの両側の側板部分が、芯材2の表面に対して垂直方向に幅広となるリブ4aとなり、このリブ4aが前記接合部となる。
両拘束材3の両側端の間には、芯材2の長手方向に延びるスペーサ12が配置される。スペーサ12は鋼板等からなる。このスペーサ12と両拘束材3とを貫通する複数のボルト13と、これらボルト13に螺合するナット14とによって、両拘束材3の両側端が前記スペーサ12を介して一体に連結されている。具体的には、対向する溝形鋼4A,4A,4C,4Cのフランジ部とスペーサ12とにそれぞれ形成されたボルト挿通孔(図示せず)に渡ってボルト13が挿通され、ナット14とボルト頭の間で締め付けられている。また、両拘束材3は、芯材2のスリット8内においてもスペーサ11を介して一体に連結されている。ここでは、各拘束材3を構成する鋼材のうちスリット8と重なる位置に配置される角形鋼管4Bがスペーサ11に溶接されることにより、両拘束材3がスペーサ11を介して一体に連結される。すなわち、この座屈拘束ブレース1では、対向する両拘束材3が、芯材2のスリット8内と幅方向両端とで相互に接合される。なお、図3(B)は、図2(A)のIIIb−IIIb矢視断面図、すなわち芯材2のスリット8を横切らない部分の断面図を示す。
この構成の座屈拘束ブレース1によると、芯材2の両面に配置される一対の拘束材3を、芯材2の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合される複数の鋼材である溝形鋼4A,4Cおよび角形鋼管4Bの組み合わせ体によって構成したので、補剛性を確保しながら、拘束材3の軽量化、ひいては座屈拘束ブレース1の軽量化が可能となる。
芯材2には長手方向の一部分にスリット8を設けているので、このスリット8が設けられている長さ範囲の部分が他の部分よりも断面積の小さいエネルギー吸収部となり、座屈拘束ブレース1に制振部材として必要なエネルギー吸収性能を持たせることができる。特に、ここでは、スリット8を芯材2の幅方向の中央から偏った位置に設けているので、芯材2の幅方向におけるスリット8が設けられていない各芯材分割部分9,10における幅方向寸法が互いに異なり、これに伴ってエネルギー吸収部のうちでも各芯材分割部分9,10によって座屈モードが異なることになり、拘束材3に発生する力が分散される。すなわち、座屈の波長が各芯材分割部分9,10によって異なり、波形の頂部で押される拘束材3の部分が分散する。よって、拘束材3の補剛力を低減することができる。これにより、鋼材の組み合わせ体によって拘束材3を構成してその軽量化を図っても、拘束材3として十分な補剛力を確保することができる。
また、拘束材3を構成する各鋼材である溝形鋼4A,4Cおよび角形鋼管4Bの相互の接合部を、芯材2のスリット8が存在しない幅方向範囲内に位置して各拘束材3の長手方向に延びるリブ4aとしたため、補剛専用のリブを設けることなく、拘束材3の剛性を高めることができる。すなわち、拘束材3を構成する各鋼材である溝形鋼4A,4Cおよび角形鋼管4Bの相互の接合部は、接合面積を確保して堅固な接合を行うために、他の部分よりも芯材2の表面に対する垂直方向の厚みが大きく、断面積の大きな部分とする必要があるが、この接合部をリブ4aとして兼用することにより、補剛専用のリブが省略でき、軽量で剛性の高い拘束材とできる。そのため、コスト低下にもつながる。
また、対向する一対の拘束材3を、芯材2のスリット8内と幅方向両端とで相互に接合しているので、座屈拘束ブレース1の剛性がより高まり、芯材2の座屈をより一層効果的に拘束することができる。
これらにより、構造物の骨組みへ座屈拘束ブレース1を組み込む際の施工性が向上すると共に、座屈拘束ブレース1の低コスト化が可能となる。
また、この実施形態では、芯材2の幅方向におけるスリット8が設けられていない各芯材分割部分9,10における幅方向の中央位置に、隣り合う溝形鋼4A,4Cおよび角形鋼管4Bの接合部、つまり拘束材3のリブ4aが位置しているので、芯材2の座屈に対する補剛力を効率良く確保することができ、座屈拘束ブレース1の剛性が高まる。
図4は、この発明の他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース1では、図1〜図3に示した実施形態において、拘束材3を構成する複数の鋼材として、幅方向両側に配置される山形鋼4D,4Fと、幅方向中央に配置される角形鋼管4Eが用いられている。この場合、山形鋼4D,4Fの片方のフランジ部分とこれらに隣り合う角形鋼管4Bの両側の側板部分が、芯材2の表面に対して垂直方向に幅広となるリブ4aとなり、このリブ4aが隣り合う鋼材の接合部となる。その他の構成および作用効果は、図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。
図5は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース1では、図1〜図3に示した実施形態において、拘束材3を構成する複数の鋼材として、4つの山形鋼4G,4H,4I,4Jが用いられている。幅方向の一端に位置する山形鋼4Gとこれに隣接する山形鋼4Hは、互いの片方のフランジ部分が背面合わせとなるように配置され、そのフランジ部分同士がボルト15とナット16により接合され、その接合部が芯材2の表面に対して垂直方向に幅広となるリブ4aとなる。幅方向の他端に位置する山形鋼4Jとこれに隣接する山形鋼4Iも、互いの片方のフランジ部分が背面合わせとなるように配置され、そのフランジ部分同士がボルト15とナット16により接合される。幅方向の内側に位置する2つの山形鋼4H,4Iは、芯材2の表面に沿うフランジ部分同士が溶接により接合され、かつそのフランジ部分がスペーサ11に溶接により接合されている。換言すると、この実施形態では、図4に示す実施形態において、角形鋼管4Eを2つの山形鋼H,4Iに置き換えた形となっている。その他の構成および作用効果は、図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。
図6は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この座屈拘束ブレース1では、図1〜図3に示した実施形態において、拘束材3を構成する複数の鋼材として、2つのカットティ等のT形鋼4K,4Lが用いられている。これらのT形鋼4K,4Lは、頭部が芯材2の表面に沿い、頭部の中央位置から垂直に突出する脚部が芯材3の表面に対して垂直方向に突出するように配置され、互いの頭部が突き合わさる部分に重ねられたプレート17を介して、互いに溶接により接合されている。スリット8内のスペーサ11は、両側の拘束材3におけるT形鋼4K,4Lの頭部に溶接等で接合されている。この例では、T形鋼4K,4Lの脚部がリブ4aとなる。なお、この実施形態の場合、拘束材3を構成する鋼材であるT形鋼4K,4Lの相互の接合部は、リブを兼ねる構成とはなっていない。その他の構成および作用効果は、図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。
図7および図8は、この発明のさらに他の実施形態を示す。図7(A),(B)はこの座屈拘束ブレースの平面図および側面図であり、図8(A)は図7(A)のVIIIa −VIIIa 矢視断面図(芯材2のスリット8を横切る部分の断面図)である。図8(A)のように、この座屈拘束ブレース1では、図1〜図3に示した実施形態において、拘束材3を構成する複数の鋼材として、5つの角形鋼管4P,4Q.4R,4S,4Tが用いられ、これらの角形鋼管4P,4Q.4R,4S,4Tは互いに溶接により接合されている。幅方向中央部に位置する角形鋼管4Rは、拘束材3の長手方向における芯材2のスリット8のある範囲に配置される鋼材であり、前記スリット8を貫通して両拘束材3の鋼材を兼用し、かつスリット8内に配置されるスペーサにも兼用される。すなわち、この実施形態では、前記スリット8内での両拘束材3の接合が前記角形鋼管4Rによって行われている。
この例では、各角形鋼管4P,4Q.4R,4S,4Tの両側の側板部分のうち、角形鋼管4P,4Q.4R,4S,4T同士が互いに隣り合う側板部分がリブ4aとなり、このリブ4aが前記接合部となる。
対向する両拘束材3の両側端には、鋼材からなるプレート18が跨がって配置されて溶接されており、これにより両拘束材3が両側端で一体に連結されている。これら両プレート18と芯材2の両側端との間には、芯材2の長手方向に延びるスペーサ19が配置される。
図8(B)は、図7(A)のVIIIb −VIIIb 矢視断面図、すなわち芯材2のスリット8を横切らない部分の断面図を示す。同図のように、芯材2のスリット8がない長手方向の範囲では、両拘束材3における前記角形鋼管4Rの並び位置の鋼材として、各拘束材3ごとに別々の角形鋼管4R’が配置される。その他の構成および作用効果は、図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。
図9および図10は、座屈拘束ブレースの参考例を示す。図9(A),(B)はこの座屈拘束ブレースの平面図および側面図であり、図10は図9(A)のX−X矢視断面図である。図9(A)のように、この座屈拘束ブレース21では、図1〜図3に示した実施形態において、芯材2の長手方向の一部分が、両側に切欠部2bを有する狭幅部2Aとされており、図1〜図3で示したスリット8は設けられていない。拘束材3は1つの鋼材からなり、この場合にはその鋼材として、図10のようにT形鋼24が用いられ、その脚部が芯材2の表面に対して垂直方向に幅広となるリブ24aとされている。芯材2を挟んで対向する一対の拘束材3は、前記芯材2の切欠部2b内に配置されたスペーサ22と両拘束材3とを貫通する複数のボルト23と、これらボルト23に螺合するナット25とによって、両側端が前記スペーサ22を介して一体に連結されている。その他の構成は図1〜図3の実施形態の座屈拘束ブレース1の場合と同様である。
この参考例の座屈拘束ブレース21では、芯材2にスリットが設けられていず、拘束材3も1つの鋼材(T形鋼24)からなっているが、T形鋼24の副板部がリブ24aとなることから、拘束材3の剛性を増大させることができる。このため、補剛性を確保しながら、拘束材3の軽量化、ひいては座屈拘束ブレース21の軽量化が可能となる。
図11は、座屈拘束ブレースの他の参考例を示す。この座屈拘束ブレース21では、図9および図10に示した参考例において、拘束材3が2つの山形鋼24A,24Bの組み合わせ体で構成されている。2つの山形鋼24A,24Bは、互いの片方のフランジ部分が背面合わせとなるように配置され、そのフランジ部分同士がボルト26とナット27により接合され、その接合部が芯材2の表面に対して垂直方向に幅広となるリブ24aとされている。その他の構成および作用効果は、図9および図10に示した参考例の場合と同様である。
1…座屈拘束ブレース
2…芯材
3…拘束材
4A,4C…溝形鋼
4B,4E,4P〜4T…角形鋼管
4D,4F,4G〜4J…山形鋼
4K,4L…T形鋼
4a…リブ
8…スリット
11…スペーサ

Claims (5)

  1. 芯材と、この芯材の両面に沿って対向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、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、前記芯材の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合された複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分に長手方向に沿うスリット設けられ、前記対向する一対の拘束材、前記スリット内と幅方向両端とで相互に接合され、前記各拘束材における前記スリットで分割された芯材の幅方向範囲内に位置して前記各拘束材の長手方向に延びるリブ設けられ前記各拘束材の前記鋼材の相互の接合部が前記リブであることを特徴とする座屈拘束ブレース。
  2. 請求項1に記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記スリット前記芯材の幅方向の中央から偏った位置に設けられた座屈拘束ブレース。
  3. 請求項1または請求項2に記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記対向する一対の拘束材の前記スリット内での接合、前記スリット内に入ったスペーサを介して行われた座屈拘束ブレース。
  4. 芯材と、この芯材の両面に沿って対向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、前記芯材が帯状の平板鋼板からなり、前記各拘束材が、前記芯材の幅方向に並べられて長手方向に延び互いに接合された複数の鋼材の組み合わせ体からなり、前記芯材の長手方向の一部分に長手方向に沿うスリットが設けられ、前記対向する一対の拘束材が、前記スリット内と幅方向両端とで相互に接合され、前記各拘束材における前記スリットで分割された芯材の幅方向範囲内に位置して前記各拘束材の長手方向に延びるリブが設けられ、前記対向する一対の拘束材の前記スリット内での接合が、前記対向する両側の束材を構成する鋼材を兼ね、かつ前記スリットに位置するスペーサを兼用する部材で行われた座屈拘束ブレース。
  5. 請求項2または請求項3に記載の座屈拘束ブレースにおいて、前記対向する一対の拘束材の前記スリット内での接合が、前記対向する両側の拘束材を構成する鋼材を兼ね、かつ前記スリットに位置するスペーサを兼用する部材で行われた座屈拘束ブレース。
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