JP6466075B2 - 分割型座屈拘束ブレースの接合構造 - Google Patents

Description

この発明は、それぞれ芯材を拘束材で挟み付けた２本の座屈拘束ブレース分割体を直列に接合して１本の座屈拘束ブレースとする分割型座屈拘束ブレースの接合構造に関する。

従来の一般的な座屈拘束ブレースは、新築建物への取付を想定した一体の構造のものであった。ところが、座屈拘束ブレースを例えば建物内部の耐震改修に活用する場合には、耐震改修の箇所までクレーン等の重機を使わずエレベータなどで搬入できることが要求される。そのため、このような用途に適合する座屈拘束ブレースでは、運搬時の部材長さや重量の制約が大きい。
上記課題を解決するために、複数のブレース分割体を直列に接合して１本の座屈拘束ブレースを構成するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１）。この場合、複数のブレース分割体に分割して座屈拘束ブレースを現場まで搬入できるので、運搬時の部材長さや重量の制約を達成できる。

特許第３８７５９２４号公報

しかし、上記提案例の分割型座屈拘束ブレースでは、各ブレース分割体の両端部を、拘束材よりも大きな断面寸法となる断面十字状の接合部とし、これらの接合部を躯体への接合や、ブレース分割体同士の接合に用いている。そのため、ブレース分割体同士の接合部の断面寸法が大きくなって、壁厚内等に配置するにつき、納まりが悪く、コストも高くなるという問題点がある。また、ブレース長さは物件ごとに異なるため、一品生産で設計・製造しなければならず、この点でもコスト高となるという問題点がある。

この発明の目的は、耐震改修等の用途に座屈拘束ブレースを用いる場合にも、運搬時の部材長さや重量の制約を達成でき、かつ納まり良く、コストも低減できる分割型座屈拘束ブレースの接合構造を提供することである。
この発明の他の目的は、種々の長さの分割型座屈拘束ブレースを簡単に製造可能とすることである。

この発明の分割型座屈拘束ブレースの接合構造は、それぞれ芯材を拘束材で挟み付けた２本の座屈拘束ブレース分割体が直列に接合されて１本の座屈拘束ブレースとなり、引っ張り力および圧縮力を負担する分割型座屈拘束ブレースの接合構造であって、
前記両座屈拘束ブレース分割体の互いの接合側の芯材の端部が、拘束材よりも突出した芯材接合側突出部となり、これら芯材接合側突出部の先端に、芯材軸芯方向に垂直な相互接合プレートが溶接され、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記相互接合プレート同士が、直接にまたは間接的に、前記芯材軸方向の前記複数本のボルトを用いて引張接合でボルト接合される。

この構成によると、２本の座屈拘束ブレース分割体を直列に接合して１本の座屈拘束ブレースとするため、耐震改修等の用途に座屈拘束ブレースを用いる場合にも、運搬時の部材長さや重量の制約を達成できる。２本の座屈拘束ブレース分割体の相互の接合については、両座屈拘束ブレース分割体の芯材接合側突出部の先端に、芯材軸心方向に垂直な相互プレートを溶接し、両座屈拘束ブレース分割体の相互接合プレート同士を、直接にまたは間接的に、芯材軸心方向のボルトを用いて引張接合形式でボルト接合しており、座屈拘束ブレースに加わる引張り力および圧縮力が、前記相互接合プレートを介して両側の座屈拘束ブレース分割体に伝達される。このような接合構造としたため、座屈拘束ブレース分割体の相互の接合部の断面形状が小さくて済み、そのため、壁厚内等に配置するにつき、納まりが良く、コストも低減できる。

また、この発明の分割型座屈拘束ブレースの接合構造は、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記芯材接合側突出部に、前記相互接合プレートから離れた箇所で前記芯材軸芯方向に垂直な第１のリブプレートが設けられ、前記芯材接合側突出部にこの芯材接合側突出部に対して垂直で前記芯材軸心方向に沿う第２のリブプレートが、前記相互接合プレート、前記第１のリブプレート、および前記芯材接合側突出部に溶接して設けられる。
このように第１およびリブプレートを設けた場合、両座屈拘束ブレース分割体の接合部に、引張り力および圧縮力に対して、より一層優れた強度を持たせることができる。

この発明において、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記相互接合プレートの間に長さ調整用部材が介在し、この長さ調整用部材は両端に、前記相互接合プレートに対面して接する対面プレートを有し、これら対面プレートと前記相互接合プレートとが、前記芯材軸芯方向の前記ボルトを用いて引張接合でボルト接合されても良い。
この構成の場合、長さ調整用部材の長さだけを調整することで、種々の長さの座屈拘束ブレースを簡単に製造することができ、低コストで様々な用途に対応できる。

この発明の分割型座屈拘束ブレースの接合構造は、それぞれ芯材を拘束材で挟み付けた２本の座屈拘束ブレース分割体が直列に接合されて１本の座屈拘束ブレースとなり、引っ張り力および圧縮力を負担する分割型座屈拘束ブレースの接合構造であって、
前記両座屈拘束ブレース分割体の互いの接合側の芯材の端部が、拘束材よりも突出した芯材接合側突出部となり、これら芯材接合側突出部の先端に、芯材軸芯方向に垂直な相互接合プレートが溶接され、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記相互接合プレート同士が、直接にまたは間接的に、前記芯材軸方向の複数本のボルトを用いて引張接合でボルト接合され、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記芯材接合側突出部に、前記相互接合プレートから離れた箇所で前記芯材軸芯方向に垂直な第１のリブプレートが設けられ、前記芯材接合側突出部にこの芯材接合側突出部に対して垂直で前記芯材軸心方向に沿う第２のリブプレートが、前記相互接合プレート、前記第１のリブプレート、および前記芯材接合側突出部に溶接して設けられたため、耐震改修等の用途に座屈拘束ブレースを用いる場合にも、運搬時の部材長さや重量の制約を達成でき、かつ納まりが良く、コストも低減できる。 前記両座屈拘束ブレース分割体の前記相互接合プレートの間に長さ調整用部材が介在し、この長さ調整用部材は両端に、前記相互接合プレートに対面して接する対面プレートを有し、これら対面プレートと前記相互接合プレートとが、前記芯材軸芯方向の前記複数本のボルトを用いて引張接合でボルト接合される場合は、種々の長さの座屈拘束ブレースを簡単に製造することができ、低コストで様々な用途に対応できる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる分割型座屈拘束ブレースの接合構造の正面図、（Ｂ）は同平面図である。 （Ａ）は同接合構造における座屈拘束ブレース分割体の正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるａ−ａ矢視平面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるｂ−ｂ矢視断面図である。 （Ａ）は座屈拘束ブレース分割体における芯材の正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるａ−ａ矢視平面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるｂ−ｂ矢視断面図、（Ｄ）は（Ａ）におけるｃ−ｃ矢視断面図である。 （Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかる分割型座屈拘束ブレースの接合構造の正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるａ−ａ矢視平面図、（Ｃ）は同接合構造に用いられる長さ調整用部材の正面図、（Ｄ）は同断面図である。 同接合構造における長さ調整用部材の最大長さを算定するための模式図である。

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。この分割型座屈拘束ブレースの接合構造は、図２のように、平板状の芯材２を一対の拘束材３，３で挟み付けた２本の座屈拘束ブレース分割体１Ａ，１Ａのそれぞれを、図１のように直列に接合して１本の分割型座屈拘束ブレース１とする。座屈拘束ブレース分割体１Ａは、図２（Ａ），（Ｂ）に正面図および平面図で示すように、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、細長い帯状の平鋼板で、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）やＬＹ材（低降伏点鋼材）等の鉄鋼材料からなる。図２（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図を示す図２（Ｃ）のように、拘束材３は角パイプからなる。

前記一対の拘束材３，３の両側の幅面には、図２（Ｃ）のように、これら拘束材３，３に渡る幅方向接合材８が溶接して接合され、両側の幅方向接合材８，８間に芯材２が介在する。幅方向接合材８は、両拘束材３，３を合わせた幅よりも若干狭い幅であって、拘束材３の長手方向に延びる帯状板である。幅方向接合材８の長さは、拘束材３よりも若干短く、両端が拘束材３の端縁に達しない長さとされている。

芯材２の一端部は、座屈拘束ブレース分割体１Ａの建物躯体（柱や梁等の鉄骨材）との継手となる躯体接合側突出部２ａであり、前記拘束材３よりも突出させられている。この躯体接合側突出部２ａは、芯材２の他の部分よりも幅広とし、この幅広とした躯体接合側突出部２ａにおける幅方向の両端に補強リブ５が設けられている。躯体接合側突出部２ａにおける、芯材長手方向の中央側に向く端縁の形状は、芯材２の中間部から次第に広がる円弧状の形状とされている。この躯体接合側突出部２ａと前記補強リブ５には、それぞれ前記躯体と接合するボルト（図示せず）を挿通する複数のボルト孔１１，１２が設けられている。なお、前記幅方向接合材８における芯材２の躯体接合側突出部２ａ側に向く端部には、図２（Ｂ）のように、芯材２の躯体接合側突出部２ａの一部が係合する切欠部８ａが形成されている。

前記補強リブ５は、例えば短冊状の平板の鋼板からなり、その幅方向の中央に沿って芯材２の躯体接合側突出部２ａの幅方向の端面を突き合わせ、躯体接合側突出部２ａに溶接される。これら一対の補強リブ５と芯材２の躯体接合側突出部２ａとで断面Ｈ形の形状をなす。芯材２の前記躯体接合側突出部２ａにおける幅方向の両端の補強リブ５，５間には、前記一対の拘束材３，３を挟み込むようにして、鋼板からなる一対の補強プレート６が設けられている。これにより、拘束材３の端部が面外方向に開いて座屈拘束ブレースの端部が損傷することが防止される。

両座屈拘束ブレース分割体１Ａの互いの接合側となる芯材２の他端部は、拘束材３よりも突出させた芯材接合側突出部２ｂとされている。拘束材３は、芯材２の前記躯体継手部２ａおよび芯材接合側突出部２ｂを除く芯材２の略全体を覆うように配置されている。

前記両座屈拘束ブレース分割体１Ａの芯材２の芯材接合側突出部２ｂの先端には、それぞれ芯材軸心方向に垂直な相互接合プレート７が溶接される。この座屈拘束ブレースの接合構造では、前記両座屈拘束ブレース分割体１Ａの相互接合プレート同士７，７を、直接に、芯材軸心方向に向くボルト１０を用いて引張接合形式でボルト接合することにより、１本の座屈拘束ブレース１が構成される。図３（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図を示す図３（Ｃ）のように、前記相互接合プレート７には、前記ボルト１０を挿通する複数のボルト孔１３が設けられている。

また、前記芯材接合側突出部２ｂには、前記相互接合プレート７から前記躯体接合側突出部２ａ側に離れた箇所（前記拘束材３の端部至近位置）の両面において、芯材軸心方向に垂直な第１のリブプレート１４が溶接して設けられている。さらに、芯材接合側突出部２ｂの両面には、この芯材接合側突出部２ｂに対して垂直で芯材軸心方向に沿う第２のリブプレート１５が設けられている。この第２のリブプレート１５は、前記相互接合プレート７、第１のリブプレート１４、および芯材接合側突出部２ｂの表面にそれぞれ溶接される。これにより、座屈拘束ブレース分割体１Ａにおける芯材２の芯材接合側突出部２ｂは、前記相互接合プレート７と前記第１のリブプレート１４との間での断面形状が、図３Ｃ）のように、十字状の形状をなす。なお、図３（Ｄ）は図３（Ａ）におけるｃ−ｃ矢視断面図を示す。

この構成の分割型座屈拘束ブレースの接合構造によると、２本の座屈拘束ブレース分割体１Ａ，１Ａを直列に接合して１本の座屈拘束ブレース１とするため、耐震改修等の用途に座屈拘束ブレースを用いる場合にも、運搬時の部材長さや重量の制約を達成できる。この場合に、両座屈拘束ブレース分割体１Ａの相互接合プレート同士７，７を、直接に、芯材軸心方向に向くボルト１０を用いて引張接合形式でボルト接合している。このように接合された分割型座屈拘束ブレース１では、これに加わる引張り力および圧縮力が、前記相互接合プレート７を介して両側の座屈拘束ブレース分割体１Ａに伝達される。そのため、両座屈拘束ブレース分割体１Ａの相互の接合部の断面寸法を大きくすることなく、必要な強度が得られ、壁幅内等に配置する場合に納まりが良く、コストも低減できる。

また、この実施形態では、座屈拘束ブレース分割体１Ａの芯材接合側突出部２ｂに、前記相互接合プレート７から離れた箇所で芯材軸方向に垂直な第１のリブプレート１４を設けると共に、芯材接合側突出部２ｂに芯材軸心方向に沿う第２のリブプレート１５を配置し、これを前記相互接合プレート７、第１のリブプレート１４、および芯材接合側突出部２ｂに溶接して設けている。そのため、両座屈拘束ブレース分割体１Ａの接合部に、引張り力および圧縮力に対して、より一層優れた強度を持たせることができる。

図４および図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、先の実施形態の分割型座屈拘束ブレースの接合構造において、前記両座屈拘束ブレース分割体１Ａの相互接合プレート７，７の間に、これら相互接合プレート７に対面して接する対面プレート１７を両端に有する長さ調整用部材１６を介在させ、これら対面プレート１７と相互接合プレート７とを、芯材軸方向のボルト１０を用いて引張接合形式でボルト接合している。

長さ調整用部材１６は、前記両対面プレート１７，１７間に芯材２の芯材接合側突出部２ｂと同幅でこれに平行な芯材相当プレート１８と、この芯材相当プレート１８の両面に配置されて前記第２のリブプレート１５と平行なリブプレート１９とが設けられている。前記芯材相当プレート１８は、その両端が両対面プレート１７に突き合わされて溶接されている。前記リブプレート１９は、前記両対面プレート１７および芯材相当プレート１８に溶接されている。これにより、長さ調整用部材１６の断面形状は、図４（Ｄ）のように、座屈拘束ブレース分割体１Ａにおける芯材２の芯材接合側突出部２ｂの、相互接合プレート７と第１のリブプレート１４との間での断面形状（図３（Ｃ））と略同じ十字状の形状を成す。前記対面プレート１７には、図４（Ｄ）のように、前記ボルト１０を挿通する複数のボルト孔２０が設けられている。

この実施形態では、上記のように、前記両座屈拘束ブレース分割体１Ａの相互接合プレート７，７の間に、これら相互接合プレート７に対面して接する対面プレート１７を両端に有する長さ調整用部材１６を介在させ、これら対面プレート１７と相互接合プレート７とをボルト接合している。そのため、長さ調整用部材１６の長さだけを異なるものに交換するだけで、他の部材は全て各種の長さの分割型座屈拘束ブレース１において共通して使用できる。このように、種々の長さの分割型座屈拘束ブレース１を簡単に製造することができ、低コストで様々な用途に対応することができる。その他の構成および作用効果は先の実施形態の場合と同様である。図４（Ａ）は両側の座屈拘束ブレース分割体１Ａを接合してなる分割型座屈拘束ブレースの正面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視平面図を示し、図４（Ｃ）は長さ調整用部材の正面図、（Ｂ）は同断面図を示す。

なお、上記実施形態において、前記長さ調整用部材１６が長すぎる場合、座屈拘束ブレースとしての変形性能を確保できない場合がある。そこで、前記変形性能を確保するために適正な長さ調整用部材１６の長さを、例えば図５に示す使用例の場合において前記座屈拘束ブレース分割体１Ａの各種パラメータから割り出すと、以下のようになる。前記座屈拘束ブレース分割体１Ａの各種パラメータを以下のように設定する。
ｄ：層間変位（既知数）
δ：軸方向変位（既知数）
φ：層間変形角（既知数）
ｌ：柱スパン（既知数）
ｈ：階高（既知数）
θ：ブレース角度（既知数）
Ｌｃ：節点間長さ（既知数）
Ｌｆ：端部の接合部長さ（既知数）
α：節点間長さに対する端部接合部以外の長さの割合（既知数）
Ｌｐ：塑性化部長さ（未知数）
Ｌｍ：十字接合部（長さ調整用部材１６）の長さ（未知数）
ε：目標ひずみ（既知数）
軸変位δは以下の式で表される。
δ＝ｌ・ｄ／Ｌｃ＝ｄcos θ
層間変形角φは以下の式で表される。
φ＝ｄ／ｈ
塑性化部長さＬｐは以下の式で表される。
Ｌｐ＝αＬｃ−Ｌｍ
芯材の軸方向変形δは芯材の目標変位ε・Ｌｐ以下とする。
δ≦ε・Ｌｐ
以上の式を整理すると、Ｌｍの最大長さが以下の式で表される。
Ｌｍ≦（α−φ／２ε・sin2θ）Ｌｃ （∵ｈ／Ｌｃ＝sin θ）
事例として、以下の数値とした場合、
・節点間長さに対する端部接合部以外の長さが全長の半分（α＝１／２）
・目標の層間変形角が１／５０（φ＝０．０２）
・ブレースの伸び性能が３％（ε＝０．０３）
・ブレース角度４５度（θ＝π／４）
Ｌｍ≦（１／２−０．０２／（２・０．００３）・sin2・π／４）Ｌｃ＝１／６Ｌｃ この結果から、十字接合部（長さ調整用部材１６）は、節点間長さの１／６以下とすることで、ブレース材の要求性能を満足できる。

１…分割型座屈拘束ブレース
１Ａ…座屈拘束ブレース分割体
２…芯材
２ｂ…芯材接合側突出部
３…拘束材
７…相互接合プレート
１０…ボルト
１４…第１のリブプレート
１５…第２のリブプレート
１６…長さ調整用部材
１７…対面プレート

Claims (2)

1. それぞれ芯材を拘束材で挟み付けた２本の座屈拘束ブレース分割体が直列に接合されて１本の座屈拘束ブレースとなり、引っ張り力および圧縮力を負担する分割型座屈拘束ブレースの接合構造であって、
   前記両座屈拘束ブレース分割体の互いの接合側の芯材の端部が、拘束材よりも突出した芯材接合側突出部となり、これら芯材接合側突出部の先端に、芯材軸芯方向に垂直な相互接合プレートが溶接され、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記相互接合プレート同士が、直接にまたは間接的に、前記芯材軸方向の複数本のボルトを用いて引張接合でボルト接合され、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記芯材接合側突出部に、前記相互接合プレートから離れた箇所で前記芯材軸芯方向に垂直な第１のリブプレートが設けられ、前記芯材接合側突出部にこの芯材接合側突出部に対して垂直で前記芯材軸心方向に沿う第２のリブプレートが、前記相互接合プレート、前記第１のリブプレート、および前記芯材接合側突出部に溶接して設けられた分割型座屈拘束ブレースの接合構造。
2. 請求項１に記載の分割型座屈拘束ブレースの接合構造において、前記両座屈拘束ブレース分割体の前記相互接合プレートの間に長さ調整用部材が介在し、この長さ調整用部材は両端に、前記相互接合プレートに対面して接する対面プレートを有し、これら対面プレートと前記相互接合プレートとが、前記芯材軸芯方向の前記複数本のボルトを用いて引張接合でボルト接合された分割型座屈拘束ブレースの接合構造。

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