JP6678436B2 - 制振ブレース - Google Patents

Description

本発明は、座屈補剛された制振ブレースに関する。

補剛管内にブレース鋼材を挿入して構成され、ブレース鋼材の座屈を抑制する座屈補剛ブレースがある。例えば、特許文献１には、補剛管としての鋼管内にブレース鋼材が挿入され、ブレース鋼材の軸方向の中央部と両端部とに部分的に設けられたリブプレートにより、ブレース鋼材と鋼管の内壁との間に所定のクリアランスを確保した座屈補剛ブレースが開示されている。

一方、補剛管内に挿入したブレース鋼材に耐力差を設け、耐力の小さい部分を塑性変形させて振動エネルギーを吸収することにより制振効果を発揮させる制振ブレースがある。

しかし、この制振ブレースに対して、特許文献１のようにブレース鋼材にリブプレートを部分的に設けても、ブレース鋼材の耐力の小さい部分がリブプレート間で座屈してしまい圧縮耐力が低下してしまうので、この耐力の小さい部分を十分に塑性変形させるのが難しい。

特開２０１２−１１２０９８号公報

本発明は係る事実を考慮し、ブレース鋼材が十分に塑性変形できるようにブレース鋼材と補剛管の内壁との間にクリアランスを確保することを課題とする。

第１態様の発明は、建物の架構に取り付けられ、中央部分が端部分より耐力の小さいブレース鋼材と、前記ブレース鋼材が内側に挿通された補剛管と、前記中央部分に沿って前記中央部分と前記補剛管の内壁との間に配置され、前記中央部分と前記補剛管の内壁との間にクリアランスを形成した第１スペーサーと、前記端部分の一部と前記補剛管の内壁との間に配置され、前記端部分と前記補剛管の内壁との間にクリアランスを形成した第２スペーサーと、を有する制振ブレースである。

第１態様の発明では、建物の架構が小地震等により小変形したときに、耐力差を有するブレース鋼材の中央部分が塑性変形しながら振動エネルギーを吸収し、制振効果を発揮することができる。

また、建物の架構が大地震等により大変形したときに、ブレース鋼材の中央部分は、ブレース鋼材の中央部分に沿ってブレース鋼材の中央部分と補剛管の内壁との間に配置された第１スペーサーによってブレース鋼材の中央部分と補剛管の内壁との間で圧縮軸力を伝達することなくブレース鋼材の中央部分と補剛管の内壁との間にクリアランスが確保された状態で、補剛管により座屈補剛されて座屈することなく塑性変形しながら安定した振動エネルギー吸収能力を発揮するとともに、優れた繰り返し変形能力による良好な疲労特性を発揮することができる。

さらに、第２スペーサーによってブレース鋼材の端部分と補剛管の内壁との間にクリアランスを確保することにより、ブレース鋼材の端部分に作用する圧縮軸力をブレース鋼材の中央部分に効率よく伝えることができる。すなわち、ブレース鋼材の中央部分が十分に塑性変形できるように、第１スペーサー及び第２スペーサーによってブレース鋼材と補剛管の内壁との間にクリアランスを確保することができる。

これらにより、制振ブレースは、建物の架構に生じる小変形から大変形までの変形に対して制振効果を発揮することができる。

第２態様の発明は、第１態様の制振ブレースにおいて、前記補剛管の両端部には、内周形状が前記補剛管の内周形状よりも小さい枠形状のフランジが設けられている。
第３態様の発明は、第１態様の制振ブレースにおいて、前記ブレース鋼材の外周面の前記補剛管よりも軸方向外側の部位に、前記ブレース鋼材の軸方向と交差する方向の端部が前記補剛管の端部よりも当該交差する方向の外側とされた略板形状のストッパー部材が設けられている。
第４態様の発明は、第１態様から第３態様の何れか１態様の制振ブレースにおいて、前記第１スペーサーの一端部は、前記端部分に接合されている。

第４態様の発明では、第１スペーサーの一端部が、ブレース鋼材の端部分に接合されているので、第１スペーサーによって抑制されずにブレース鋼材の中央部分を塑性変形させることができる。

第５態様の発明は、第１態様から第４態様の何れか１態様の制振ブレースにおいて、前記第１スペーサーは、間隔をおいて並列に複数配置され、保持部材により互いに連結された棒状部材である。

第５態様の発明では、補剛管の内壁面に対して棒状部材を所定間隔で配置させることができ、ブレース鋼材の中央部分と補剛管の内壁との間に所定のクリアランスを確保することができる。

本発明は上記構成としたので、ブレース鋼材が十分に塑性変形できるようにブレース鋼材と補剛管の内壁との間にクリアランスを確保することができる。

本発明の実施形態に係る制振ブレースを示す平面図である。 本発明の実施形態に係る制振ブレースを示す側面断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 図２のＤ−Ｄ断面図及びＥ−Ｅ断面図である。 図２のＦ−Ｆ断面図及びＧ−Ｇ断面図である。 本発明の実施形態に係るブレース鋼材を示す平面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る制振ブレースについて説明する。

図１の平面図、及び図２の側面断面図に示すように、本実施形態の制振ブレース１０は、心材としてのブレース鋼材１２、補剛管１４、第１スペーサー１６、及び第２スペーサー１８を有して構成されている。

制振ブレース１０は、鉄骨造の建物の有する柱梁架構（不図示）の構面内に配置され、この柱梁架構にブレースとして機能するように取り付けられている。図１及び図２には、柱梁架構に設けられた接合部２０、２２に、添え板２４、２６、ボルト２８、及びナット３０によって、一端部（ブレース鋼材１２の端部分３２の端部に設けられた接合部３６）と他端部（ブレース鋼材１２の端部分３４の端部に設けられた接合部３８）とが接合された制振ブレース１０が示されている。説明の都合上、図１及び図２には、制振ブレース１０が水平に配置されているように描かれているが、制振ブレース１０は、制振ブレース１０の一端部（接合部３６）が他端部（接合部３８）よりも高くなるようにして、又は他端部（接合部３８）が一端部（接合部３６）よりも高くなるようにして斜めに配置されて柱梁架構に取り付けられている。

図２、図２のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である図３、図２のＣ−Ｃ断面図である図４、図２のＤ−Ｄ断面図及びＥ−Ｅ断面図である図５、並びに図２Ｆ−Ｆ断面図及びＧ−Ｇ断面図である図６に示すように、ブレース鋼材１２は、中央部分４０が、極軟鋼（例えば、LY225鋼材）からなるＨ形鋼により形成された中央部材４２により構成され、中央部分４０以外の端部分３２、３４が一般鋼（例えば、SN490B鋼材）からなるＨ形鋼により形成された端部材４４、４６により構成されている。すなわち、ブレース鋼材１２は、中央部分４０が端部分３２、３４よりも耐力が小さい、耐力差を有する部材となっている。

ブレース鋼材１２は、平鋼を溶接により接合して組み立てられたビルトＨ形鋼である。また、端部材４４、４６、及び中央部材４２の断面は、同一であり、これらの部材のフランジ幅、厚さ、ウェブ高さ、厚さは同一になっている。中央部材４２と端部材４４の端部同士、及び中央部材４２と端部材４６の端部同士は、溶接により接合されている。

図１〜５に示すように、補剛管１４は、冷間成形により形成された既製の角形鋼管により構成され、内側にブレース鋼材１２が挿通されて配置されている。なお、補剛管１４は、平鋼を溶接により接合して組み立てられたビルト鋼管としてもよい。

図２、及び図７の平面図に示すように、第１スペーサー１６は、棒状部材としての長尺の丸鋼からなり、ブレース鋼材１２の中央部分４０の上面（上フランジのフランジ面）と下面（下フランジのフランジ面）において、ブレース鋼材１２の中央部分４０の上面と下面との全長に沿って中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に、制振ブレース１０の幅方向４８に対して所定間隔をおいて並列に複数（本例では、３つ）配置されている。

また、第１スペーサー１６は、一端部が端部分３２のフランジ面に溶接接合され、他の部分がブレース鋼材１２に接合されていない。なお、第１スペーサー１６は、他端部が端部分３４のフランジ面に溶接接合され、他の部分がブレース鋼材１２に接合されていないようにしてもよい。

図７に示すように、複数の第１スペーサー１６は、第１スペーサー１６の軸方向中央部に配置された保持部材としての位置保持プレート５０と、第１スペーサー１６の他端部に配置された保持部材としての位置保持プレート５２とによって互いに連結され、所定間隔の配置が保持されている。位置保持プレート５０、５２は、ブレース鋼材１２の中央部分４０、ブレース鋼材１２の端部分３４や、補剛管１４の内壁には接合されておらず、ブレース鋼材１２の中央部分４０、ブレース鋼材１２の端部分３４や、補剛管１４の内壁と相対移動可能に設けられている。なお、複数の第１スペーサー１６は、位置保持プレート５０及び位置保持プレート５２の少なくとも一方によって互いに連結されていればよい。

図２、図３、及び図７に示すように、第２スペーサー１８は、鋼板からなり、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４の上面（上フランジのフランジ面）と下面（下フランジのフランジ面）において、端部分３２、３４の一部と補剛管１４の内壁との間に配置されている。すなわち、第２スペーサー１８は、端部分３２、３４と補剛管１４の内壁との間に部分的に配置されている。第２スペーサー１８は、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４のフランジ面に溶接接合されている。

図２、及び図４に示すように、第１スペーサー１６によって、ブレース鋼材１２の中央部分４０の全長に沿って中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に所定のクリアランスＳが形成されている。また、第１スペーサー１６と補剛管１４の内壁面との間には、隙間（例えば、３〜５ｍｍ程度の隙間）が形成されている。

このように、ブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と、補剛管１４の内壁（内壁面）との間に第１スペーサー１６を介在させることによって、ブレース鋼材１２に所定の圧縮軸力が作用してブレース鋼材１２の中央部分４０の断面が上下方向５４へ膨らんだ状態においても、ブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）が補剛管１４の内壁（内壁面）に上下で同時に直接接触しないようにすることができる。これにより、ブレース鋼材１２に所定の圧縮軸力が作用したときに、ブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間で圧縮軸力を伝達することなくブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間にクリアランスが確保された状態で、補剛管１４により座屈補剛されて座屈することなくブレース鋼材１２の中央部分４０を塑性変形させることができる。

図２、及び図３に示すように、第２スペーサー１８によって、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に所定のクリアランスＳが形成されている。また、第２スペーサー１８と補剛管１４の内壁面との間には、隙間（例えば、１〜２ｍｍ程度の隙間）が形成されている。

このように、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）と、補剛管１４の内壁（内壁面）との間に第２スペーサー１８を介在させることによって、ブレース鋼材１２に所定の圧縮軸力が作用してブレース鋼材１２の端部分３２、３４の断面が端部分３２、３４の弾性変形により上下方向５４へ僅かに膨らんだ状態においても、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）が補剛管１４の内壁（内壁面）に上下で同時に直接接触しないようにすることができる。すなわち、第２スペーサー１８によってブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間にクリアランスを確保することができ、これによって、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４に作用する圧縮軸力をブレース鋼材１２の中央部分４０に効率よく伝えることができる。

図３〜５に示すように、制振ブレース１０の幅方向４８に対する、ブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ端面）と補剛管１４の内壁（内壁面）、及びブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ端面）と補剛管１４の内壁（内壁面）とのクリアランスは、中央部分４０及び端部分３２、３４のフランジ幅の長さで設定する。

図１、図２、及び図６に示すように、補剛管１４の端部には、鋼製のフランジ５６、５８が設けられている。フランジ５６、５８は、枠状に形成されており、ブレース鋼材１２に圧縮軸力と引張軸力が繰り返し作用した際に、ブレース鋼材１２の端部分３２、４２が補剛管１４の内壁に当たって補剛管１４の端部の開口部が外側へ開いてしまうのを抑制するために設けられている。これにより、補剛管１４の端部の開口部が外側へ開いてしまうことによって補剛管１４によるブレース鋼材１２の補剛効果が低減されてしまうのを抑制することができる。

図２及び図６に示すように、フランジ５６、５８によって、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に所定のクリアランスＳ（図５を参照のこと）が形成されている。また、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）とフランジ５６、５８の内面との間には、隙間（例えば、１〜２ｍｍ程度の隙間）が形成されている。

このように、フランジ５６、５８は、第２スペーサー１８と同様に、ブレース鋼材１２に所定の圧縮軸力が作用してブレース鋼材１２の端部分３２、３４の断面が端部分３２、３４の弾性変形により上下方向５４へ僅かに膨らんだ状態においても、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）が補剛管１４の内壁（内壁面）に上下で同時に直接接触しないようにすることができる。すなわち、フランジ５６、５８によってブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間にクリアランスを確保することができ、これによって、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４に作用する圧縮軸力をブレース鋼材１２の中央部分４０に効率よく伝えることができる。また、フランジ５６、５８は、ブレース鋼材１２に所定の圧縮軸力が作用してブレース鋼材１２の端部分３２、３４の断面が端部分３２、３４の弾性変形により幅方向４８へ僅かに膨らんだ状態においても、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）が補剛管１４の内壁（内壁面）に左右で同時に直接接触しないようにすることができ、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４に作用する圧縮軸力をブレース鋼材１２の中央部分４０に効率よく伝えることができる。

図１及び図２に示すように、ブレース鋼材１２の上下面（フランジ面）には、鋼板からなるストッパー部材６０、６２が設けられている。ストッパー部材６０、６２は、制振ブレース１０の軸方向６４に対して、補剛管１４がブレース鋼材１２から抜け出てしまうのを防止している。

制振ブレース１０は、例えば、以下の手順によって製作する。

まず、図７に示すように、第１スペーサー１６に位置保持プレート５０、５２を溶接して、複数の第１スペーサー１６を位置保持プレート５０、５２により互いに連結する。

次に、図７に示すように、第１スペーサー１６の一端部をブレース鋼材１２の端部分３２の端部（フランジ面）に溶接する。

次に、図７に示すように、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４に第２スペーサー１８を溶接接合する。

次に、図１に示すように、フランジ５６、５８が設けられたブレース鋼材１２を補剛管１４の内側へ挿入して配置する。

次に、図２に示すように、ブレース鋼材１２の上下面（フランジ面）に、ストッパー部材６０、６２を溶接接合により取り付ける。

次に、本発明の実施形態に係る制振ブレースの作用と効果について説明する。

本実施形態の制振ブレース１０では、図２に示すように、建物の柱梁架構が小地震等により小変形したときに、耐力差を有するブレース鋼材１２の中央部分４０が塑性変形しながら振動エネルギーを吸収し、制振効果を発揮することができる。

また、建物の柱梁架構が大地震等により大変形したときに、ブレース鋼材１２の中央部分４０は、ブレース鋼材１２の中央部分４０に沿ってブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に配置された第１スペーサー１６によって、ブレース鋼材１２の中央部分４０の全長に渡ってブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間で圧縮軸力を伝達することなくブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間にクリアランスが確保された状態で、補剛管１４により座屈補剛されて座屈することなく塑性変形しながら安定した振動エネルギー吸収能力を発揮するとともに、優れた繰り返し変形能力による良好な疲労特性を発揮することができる。

さらに、第２スペーサー１８によってブレース鋼材１２の端部分３２、３４（フランジ面）と補剛管１４の内壁(内壁面)との間にクリアランスを確保することにより、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４に作用する圧縮軸力をブレース鋼材１２の中央部分４０に効率よく伝えることができる。すなわち、ブレース鋼材１２の中央部分４０が十分に塑性変形できるように、第１スペーサー１６及び第２スペーサー１８によってブレース鋼材１２（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間にクリアランスを確保することができる。

これらにより、制振ブレース１０は、建物の柱梁架構に生じる小変形から大変形までの変形に対して制振効果を発揮することができる。

また、図２に示すように、制振ブレース１０は、第１スペーサー１６と第２スペーサー１８を有することにより、冷間成形角形鋼管等の既製品を補剛管１４として用いても、ブレース鋼材１２（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に所定のクリアランスを確保することができる。補剛管１４を、平鋼を溶接により接合して組み立てられたビルト箱形鋼とした場合、溶接箇所が多く、施工手間が掛かるので、補剛管１４に冷間成形角形鋼管を用いることは有効となる。

また、本実施形態の制振ブレース１０では、第１スペーサー１６の一端部が、ブレース鋼材１２の端部分３２に接合され、他の部分がブレース鋼材１２に接合されていないので、第１スペーサー１６によって抑制されずにブレース鋼材１２の中央部分４０を塑性変形させることができる。また、第１スペーサー１６は、ブレース鋼材１２の中央部分４０に接合されていないので、ブレース鋼材１２の中央部分４０が塑性変形するときの疲労特性が低減されることなく振動エネルギーを十分に吸収することができる。

さらに、本実施形態の制振ブレース１０では、複数の第１スペーサー１６が位置保持プレート５０、５２によって互いに連結されているので、補剛管１４の内壁面に対して第１スペーサー１６を所定間隔で配置させることができ、ブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間に所定のクリアランスを確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図２に示すように、ブレース鋼材１２の中央部分４０を極軟鋼からなるＨ形鋼により構成し、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４を一般鋼からなるＨ形鋼により構成して、中央部分４０の耐力を端部分３２、３４よりも小さくした例を示したが、ブレース鋼材１２の中央部分４０の耐力がブレース鋼材１２の端部分３２、３４よりも小さくなっていればよい。

例えば、本実施形態のようにブレース鋼材１２の端部分３２、３４よりも耐力の小さい材料によって、ブレース鋼材１２の中央部分４０を形成してもよいし、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４よりもブレース鋼材１２の中央部分４０の断面積を小さくしてもよい。また、例えば、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４よりも耐力の小さい材料によって、ブレース鋼材１２の中央部分４０を形成するとともに、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４よりもブレース鋼材１２の中央部分４０の断面積を小さくしてもよい。

また、本実施形態では、図７に示すように、第１スペーサー１６を丸鋼とした例を示したが、第１スペーサーは、ブレース鋼材１２に所定の圧縮軸力が作用したときに、ブレース鋼材１２の中央部分４０（フランジ面）と補剛管１４の内壁（内壁面）との間にクリアランスが確保された状態で、ブレース鋼材１２の中央部分４０を塑性変形させることができる長尺部材であればよい。例えば、第１スペーサーを鉄筋棒や平鋼により構成してもよい。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、第１スペーサー１６の一端部が端部分３２のフランジ面に溶接接合され、他の部分がブレース鋼材１２に接合されていない例を示したが、第１スペーサー１６が、補剛管１４の内壁に接合され、ブレース鋼材１２には接合されていないようにしてもよい。

また、本実施形態では、図２に示すように、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４の上面（上フランジのフランジ面）と下面（下フランジのフランジ面）において、端部分３２、３４と補剛管１４の内壁との間に第２スペーサー１８をそれぞれ１つ配置した例を示したが、ブレース鋼材１２の端部分３２、３４の上面（上フランジのフランジ面）と下面（下フランジのフランジ面）において、端部分３２、３４と補剛管１４の内壁との間に第２スペーサー１８をそれぞれ幾つ配置してもよい。また、フランジ５６、５８や、第１スペーサー１６の一端部や他端部を第２スペーサーとしてもよい。

さらに、本実施形態では、制振ブレース１０が鉄骨造の建物の有する柱梁架構に取り付けられている例を示したが、本実施形態の制振ブレース１０は、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建物の有する柱梁架構に対して適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 制振ブレース
１２ ブレース鋼材
１４ 補剛管
１６ 第１スペーサー
１８ 第２スペーサー
３２、３４ 端部分
４０ 中央部分
５０、５２ 位置保持プレート（保持部材）

Claims (5)

1. 建物の架構に取り付けられ、中央部分が端部分より耐力の小さいブレース鋼材と、
   前記ブレース鋼材が内側に挿通された補剛管と、
   前記中央部分に沿って前記中央部分と前記補剛管の内壁との間に配置され、前記中央部分と前記補剛管の内壁との間にクリアランスを形成した第１スペーサーと、
   前記端部分の一部と前記補剛管の内壁との間に配置され、前記端部分と前記補剛管の内壁との間にクリアランスを形成した第２スペーサーと、
   を有する制振ブレース。
2. 前記補剛管の両端部には、内周形状が前記補剛管の内周形状よりも小さい枠形状のフランジが設けられた請求項１に記載の制振ブレース。
3. 前記ブレース鋼材の外周面の前記補剛管よりも軸方向外側の部位に、前記ブレース鋼材の軸方向と交差する方向の端部が前記補剛管の端部よりも当該交差する方向の外側とされた略板形状のストッパー部材が設けられた請求項１に記載の制振ブレース。
4. 前記第１スペーサーの一端部は、前記端部分に接合されている請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制振ブレース。
5. 前記第１スペーサーは、間隔をおいて並列に複数配置され、保持部材により互いに連結された棒状部材である請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制振ブレース。
   

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