JP6719199B2 - 座屈補剛ブレース - Google Patents

Description

本発明は、ブレース鋼材が座屈補剛された座屈補剛ブレースに関する。

ブレース鋼材に設けられた補剛部材により、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、鋼製のブレース材が内側に挿入された補剛部材としての鋼管によりブレース材の座屈を抑制する座屈補剛ブレースが開示されている。また、例えば、特許文献２には、アンボンド平鋼ブレースが内蔵され、アンボンド平鋼ブレースの座屈を抑制する補剛部材としてのプレキャスト製の鉄筋コンクリート壁が開示されている。

しかし、これらの補剛部材は、鋼製やコンクリート製で重いので取り扱い難く、建物の架構に取り付ける際の施工性が悪い。また、鋼製やコンクリート製の補剛部材が設けられた座屈補剛ブレースの重量は重く、このような座屈補剛ブレースが設けられた建物の重量も重くなるので、建物の耐震性能上において不利になってしまう。

特開２０１２−１１２０９８号公報 特開平６−１０１２９２号公報

本発明は係る事実を考慮し、座屈補剛ブレースの軽量化を図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たブレース鋼材と、前記ブレース鋼材の弱軸方向に対して前記ブレース鋼材の両側に設けられ、前記ブレース鋼材の座屈を抑制する木質の補剛部材と、を有する座屈補剛ブレースである。

第１態様の発明では、建物の架構が地震等により変形したときに、ブレース鋼材が、軸力を受けるとともに、補剛部材によって座屈することなくこの軸力に抵抗したり又は振動エネルギーを吸収したりしてブレースとして機能する。これによって、建物の架構の変形を低減することができる。また、補剛部材は木質なので、座屈補剛ブレースの軽量化を図ることができる。

第２態様の発明は、第１態様の座屈補剛ブレースにおいて、前記補剛部材は、前記架構内に配置された板状の壁部材であり、最外層の繊維方向が上下方向となっている。

第２態様の発明では、補剛部材を壁として用いることができる。また、補剛部材の最外層の繊維方向を上下方向とすることにより、ブレース鋼材の弱軸方向への変形を補剛部材により効果的に拘束し、ブレース鋼材の座屈抑制効果を向上させることができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の座屈補剛ブレースにおいて、前記補剛部材は、前記ブレース鋼材の弱軸方向へ前記補剛部材を貫通するボルトで拘束されている。

第３態様の発明では、ボルトで木質の補剛部材を拘束することで、ブレース鋼材の弱軸方向への変形を補剛部材により効果的に拘束し、ブレース鋼材の座屈抑制効果を向上させることができる。

本発明は上記構成としたので、座屈補剛ブレースの軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースを示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースの変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースの変形例を示す正面図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースの変形例を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースの変形例を示す断面図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースの変形例を示す正面図である。 図１０（ａ）は、図９（ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）のＥ−Ｅ断面図であり、図１０（ｃ）は、図９（ｃ）のＦ−Ｆ断面図である。 本発明の実施形態に係る支持部材を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るブレース鋼材の梁への接合方法を示す正面図である。 本発明の実施形態に係るブレース鋼材の梁への接合方法を示す正面図である。

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座屈補剛ブレースについて説明する。

図１の正面図に示すように、本実施形態の座屈補剛ブレース１０は、２つのブレース鋼材１２と、木質の補剛部材１４とを有して構成されている。

ブレース鋼材１２は、平鋼からなり、建物１６の鉄骨造の柱梁架構１８内に斜めに配置されて、柱梁架構１８に取り付けられている。

柱梁架構１８は、左右に配置された角形鋼管からなる柱２０、２２と、上下に配置されたＨ形鋼からなる梁２４、２６とを有して構成されており、ブレース鋼材１２の上端部が梁２４の下フランジ下面に溶接接合され、ブレース鋼材１２の下端部が梁２６の上フランジ上面に溶接接合されている。柱梁架構１８では、梁２４と梁２６との間のスパンが、柱２０と柱２２との間のスパンよりも短くなっている。すなわち、上下方向がスパンの短い方向になっている。

梁２４、２６の上フランジ上面には、鉄筋コンクリートにより形成された床スラブ２８、３０が設けられており、ブレース鋼材１２の下端部が床スラブ３０中に埋設されている。

図１に示すように、補剛部材１４は、柱梁架構１８内に配置された板状の壁部材であり、外縁部全周に渡って補剛部材１４の端面と柱梁架構１８の内面との間に隙間を有する、正面視にて略矩形の形状になっている。この隙間は、大地震等により建物１６が大きく揺れて柱梁架構１８の層間変形角度が所定角度以上になったときに、柱梁架構１８が補剛部材１４に接触する大きさになっている。また、ブレース鋼材１２の上端部付近においては、ブレース鋼材１２の上端部を梁２４の下フランジ下面に溶接接合するために、この隙間の大きさが大きくなっている。

図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、補剛部材１４は、ひき板を並べた層（本例では、層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、３２Ｇからなる７つの層）を、ひき板の繊維方向がこの層ごとに略直交するように重ねるとともに接着剤により接着して一体化した、所謂、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber）によって形成されている。なお、層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、３２Ｇは、接着剤以外のもので一体化してもよい。例えば、ボルトによって層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、３２Ｇを一体化してもよい。

図１及び図２に示すように、補剛部材１４は、最外層となる層３２Ａ、３２Ｇの繊維方向が、ブレース鋼材１２の上端部が梁２４に接合されている接合部からブレース鋼材１２の下端部が梁２６に接合された接合部へ渡る方向となるように配置されている。すなわち、補剛部材１４の最外層となる層３２Ａ、３２Ｇの繊維方向が上下方向３４（梁２４と梁２６との間のスパンと、柱２０と柱２２との間のスパンとの短い方のスパンの方向）となっている。補剛部材１４は、奇数の層（層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、３２Ｇからなる７つの層）によって構成されているので、補剛部材１４をＣＬＴとしても最外層となる層３２Ａ、３２Ｇの両方の繊維方向をともに上下方向３４とすることができる。

ブレース鋼材１２は、補剛部材１４の内部に形成され、補剛部材１４の上端面から下端面へ斜めに貫通する収容孔３６内に配置されている。これにより、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８に対してブレース鋼材１２の両側に設けられている補剛部材１４によって、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８への変形に対するブレース鋼材１２の座屈を抑制することができ、ブレース鋼材１２の強軸方向５２に対してブレース鋼材１２の両側に設けられている補剛部材１４によって、ブレース鋼材１２の強軸方向５２への変形に対するブレース鋼材１２の座屈を抑制することができる。収容孔３６は、例えば、層３２Ｄに溝を形成することにより構成することができる。

図１及び図２に示すように、補剛部材１４は、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８へ補剛部材１４を貫通するボルト４０と、ナット４２とにより弱軸方向３８に対して拘束されている。ボルト４０とナット４２とは、ブレース鋼材１２の上端部、中間部及び下端部付近に複数設けられている。

図２に示すように、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８に対してブレース鋼材１２に対向する収容孔３６の内面４４には、絶縁材４６が設けられている。絶縁材４６は、補剛部材１４（内面４４）に対してブレース鋼材１２を滑り易くして、ブレース鋼材１２と補剛部材１４（内面４４）との縁を切り、補剛部材１４（内面４４）に対してブレース鋼材１２をスムーズに動かすために設けられている。これにより、ブレース鋼材１２に軸力を均等に掛けることができる。絶縁材４６は、板状のものでもよいし、塗料状のものでもよい。

図２に示すように、ブレース鋼材１２の上端面と下端面に対向する収容孔３６の内面４８には、保護材５０が設けられている。保護材５０は、ブレース鋼材１２の強軸方向５２への変形や収容孔３６の施工誤差に起因して生じる、補剛部材１４（内面４８）に対するブレース鋼材１２の接触や干渉を避けるために設けられている。保護材５０には、スポンジなどのクッション材等を用いることができる。

また、絶縁材４６とブレース鋼材１２との間、及び保護材５０とブレース鋼材１２との間には、所定の大きさの隙間が形成されている。すなわち、ブレース鋼材１２は、収容孔３６の内周面（内面４４、４８）に付着していないアンボンドで補剛部材１４の内部に設けられている。

図１のＢ−Ｂ断面図である図３に示すように、補剛部材１４の下端部は、支持部材５４によって梁２６の上フランジに固定されている。支持部材５４は、Ｔ形鋼により構成されており、ラグスクリュー等のネジ５６により支持部材５４のフランジ部５８を補剛部材１４の下端部に固定することによって、補剛部材１４の下端部に取り付けられている。そして、この支持部材５４のウェブ部６０を梁２６の上フランジ上面に略鉛直に設けられた鋼製の接合プレート６２に溶接接合することによって、補剛部材１４の下端部は梁２６の上フランジに固定されている。

支持部材５４は、床スラブ３０のコンクリート打設前に、補剛部材１４を梁２６上に鉛直支持するとともに、補剛部材１４の倒れや、柱梁架構１８の面外方向６４に対する補剛部材１４のズレを抑制する。

図１のＣ−Ｃ断面図である図４に示すように、補剛部材１４の上端部は、保持部材６６によって梁２４の下フランジに保持されている。保持部材６６は、補剛部材１４の厚さ方向６８に対して補剛部材１４を両側から挟み込むようにして梁２４の下フランジ下面に略鉛直に設けられた一対の鋼製の保持プレート７０により構成されている。

保持部材６６は、補剛部材１４の倒れや、柱梁架構１８の面外方向６４に対する補剛部材１４のズレを抑制する。

次に、本発明の実施形態に係る座屈補剛ブレースの作用と効果について説明する。

本実施形態の座屈補剛ブレース１０では、図１及び図２に示すように、建物１６の柱梁架構１８が地震等により変形したときに、ブレース鋼材１２が、軸力を受けるとともに、補剛部材１４によって座屈することなくこの軸力に抵抗してブレースとして機能する。これによって、建物１６の柱梁架構１８の変形を低減することができる。

また、図１及び図２に示すように、本実施形態の座屈補剛ブレース１０を構成する補剛部材１４は木質なので、座屈補剛ブレース１０の軽量化を図ることができる。これにより、座屈補剛ブレース１０が取り扱い易くなり、建物１６の柱梁架構１８に取り付ける際の施工性が向上する。また、このような軽量の座屈補剛ブレース１０が設けられた建物１６の重量も軽くなるので、建物１６の耐震性能上において有利になる。

さらに、本実施形態の座屈補剛ブレース１０を構成する補剛部材１４は木質なので、高い精度での補剛部材１４の加工が容易である。さらに、本実施形態では、補剛部材１４をＣＬＴにより形成しているので、より高い精度で補剛部材１４を加工することができる。

また、図１及び図２に示すように、本実施形態の座屈補剛ブレース１０を構成する補剛部材１４は木質なので、補剛部材１４の表面に仕上げ材を貼り付ける等の仕上げを施さないで済ませることができる。

さらに、本実施形態の座屈補剛ブレース１０では、図１に示すように、補剛部材１４を壁として用いることができる。また、補剛部材１４の外縁部全周に渡って補剛部材１４の端面と柱梁架構１８の内面との間に隙間を有しているので、柱梁架構１８内に補剛部材１４を容易に配置することができる。また、この隙間が補剛部材１４の寸法誤差を吸収することができるので、補剛部材１４の加工精度を落とすことができる。

また、本実施形態の座屈補剛ブレース１０では、図１に示すように、補剛部材１４の外縁部全周に渡って補剛部材１４の端面と柱梁架構１８の内面との間に隙間を有しているので、地震等により建物１６が揺れて柱梁架構１８が変形したときに、柱梁架構１８の変形を補剛部材１４により拘束せずに、補剛部材１４をブレース鋼材１２の座屈補剛材として有効に機能させることができる。また、大地震等により建物１６が大きく揺れて柱梁架構１８の層間変形角度が所定角度以上になったときに、柱梁架構１８が補剛部材１４に接触して、ブレース鋼材１２とともに補剛部材１４に地震力を負担させることができる。すなわち、補剛部材１４を耐震壁として機能させることができる。

さらに、本実施形態の座屈補剛ブレース１０では、図２に示すように、補剛部材１４の最外層である層３２Ａ、３２Ｇの繊維方向を上下方向３４とすることにより、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８（補剛部材１４の面外方向）への変形を補剛部材１４により効果的に拘束し、ブレース鋼材１２の座屈抑制効果を向上させることができる。

また、本実施形態の座屈補剛ブレース１０では、図２に示すように、ボルト４０及びナット４２で木質の補剛部材１４を拘束することにより、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８（補剛部材１４の面外方向）への変形を補剛部材１４により効果的に拘束し、ブレース鋼材１２の座屈抑制効果を向上させることができる。

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、７つの層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、３２Ｇを一体化したＣＬＴによって補剛部材１４を形成した例を示したが、補剛部材は、木質の部材であればよく、ひき板を並べた層の幾つを一体化して形成してもよいし（図５の断面図には、６つの層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆを一体化したＣＬＴによって補剛部材１４を形成した例が示されている）、ＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）によって形成してもよい。また、収容孔３６は、補剛部材１４のどの層に形成してもよい。

また、補剛部材１４は、複数の壁部材に分割されていてもよい。分割された壁部材は、一体化してもよいし、一体化しなくてもよい。補剛部材１４を耐震壁として機能させる場合には、分割された壁部材は一体化する。このように、補剛部材１４を、複数の壁部材に分割することにより、建物１６の柱梁架構１８に座屈補剛ブレース１０を取り付ける際の施工性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、補剛部材１４を、柱梁架構１８内に配置された板状の壁部材とした例を示したが、補剛部材１４に開口部が形成されていてもよい。例えば、図６の正面図に示す座屈補剛ブレース１２２のように、補剛部材１４に三角形状の開口部７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃが形成されていてもよい。また、この開口部の形状、大きさ、配置は、図７（ａ）、（ｂ）の正面図に示す座屈補剛ブレース１２４、１２６の開口部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７６Ａ、７６Ｂのように、どのようにしてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、大地震等により建物１６が大きく揺れて柱梁架構１８の層間変形角度が所定角度以上になったときに柱梁架構１８が補剛部材１４に接触する大きさの隙間を、補剛部材１４の外縁部全周に渡って補剛部材１４の端面と柱梁架構１８の内面との間に有している例を示したが、この隙間を、大地震等により建物１６が大きく揺れて柱梁架構１８の層間変形角度が所定角度以上になっても柱梁架構１８が補剛部材１４に接触しない大きさにしてもよい。また、この隙間を無くして、補剛部材１４を耐震壁として常時機能するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、補剛部材１４の内部に形成された収容孔３６内にブレース鋼材１２を配置した例を示したが、図８の断面図に示す座屈補剛ブレース１２８のように、ブレース鋼材１２の弱軸方向３８に対して補剛部材１４がブレース鋼材１２の両側にのみ設けられている構成であってもよい。この場合、絶縁材４６とブレース鋼材１２との間に所定の大きさの隙間を形成するために、層３２Ｃと層３２Ｅとの間にスペーサー部材７８を介在させる。ブレース鋼材１２の強軸方向５２への変形は、ボルト４０の軸部によって拘束され、これによって、ブレース鋼材１２の強軸方向５２への変形に対するブレース鋼材１２の座屈を抑制することができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、補剛部材１４を、柱梁架構１８内に配置された板状の壁部材とした例を示したが、ブレース鋼材の弱軸方向に対してブレース鋼材の両側に木質の補剛部材が設けられていれば、補剛部材は壁以外の部材であってもよく、図９（ａ）の正面図及び図９（ａ）のＤ−Ｄ断面図である図１０（ａ）に示す座屈補剛ブレース８０、図９（ｂ）の正面図及び図９（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である図１０（ｂ）に示す座屈補剛ブレース８２、並びに図９（ｃ）及び図９（ｃ）のＦ−Ｆ断面図である図１０（ｃ）に示す座屈補剛ブレース８４のように、ブレース鋼材８６、８８、９０を取り囲むようにして、軸状に形成された木質の補剛部材９２、９４、９６を設けるようにしてもよい。ブレース鋼材８６は平鋼からなり、ブレース鋼材８８はＨ形鋼からなり、ブレース鋼材９０は溝形鋼からなる。ブレース鋼材８６、８８、９０は、補剛部材９２、９４、９６に付着していないアンボンドで補剛部材９２、９４、９６の内部に設ける。また、図２に示したように、ブレース鋼材８６、８８、９０と補剛部材９２、９４、９６との間に、絶縁材や保護材を設けるのが好ましい。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、ブレース鋼材１２を平鋼とした例を示したが、ブレース鋼材は、溝形鋼、Ｈ形鋼等の耐震ブレースとして機能できる強度を有する部材であればよい。また、ブレース鋼材を、振動エネルギーを吸収する制振ブレースとして機能できる部材（例えば、耐力差を有するブレース鋼材）としてもよい。ブレース鋼材を制振ブレースとして機能できる部材とすれば、建物１６の柱梁架構１８が地震等により変形したときに、ブレース鋼材が、軸力を受けるとともに、補剛部材によって座屈することなく振動エネルギーを吸収してブレースとして機能し、これによって、建物１６の柱梁架構１８の変形を低減することができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、ブレース鋼材１２の上端部、中間部及び下端部付近にボルト４０とナット４２を複数設けた例を示したが、ボルト４０とナット４２は、ブレース鋼材１２のどの部分の付近に設けてもよく、ブレース鋼材１２の全長に渡って設けてもよい。ボルト４０とナット４２は、補剛部材１４が面外変形し易い箇所に設けるのが好ましい。接着剤の接着力で補剛部材１４の十分な一体化が図れれば、ボルト４０及びナット４２は無くてもよい。

さらに、本実施形態では、支持部材５４によって補剛部材１４の下端部を梁２６の上フランジに固定した例を示したが、支持部材は、床スラブ３０のコンクリート打設前に補剛部材１４を鉛直支持するとともに、補剛部材１４の倒れや、柱梁架構１８の面外方向６４に対する補剛部材１４のズレを抑制することができるものであればよい。

例えば、図１１の断面図に示す支持部材９８によって補剛部材１４の下端部を梁２６の上フランジに固定してもよい。支持部材９８は、Ｔ形鋼１０４と、Ｔ形鋼１０４のフランジ部１０６上面に略鉛直に設けられた一対の鋼製の挟持プレート１００とにより構成されており、補剛部材１４の下端部が、フランジ部１０６上面に載置されるとともに、補剛部材１４の厚さ方向６８に対して補剛部材１４の両側から挟持プレート１００で挟み込まれて支持部材９８に保持されている。そして、この支持部材９８のウェブ部１０８を梁２６の上フランジ上面に略鉛直に設けられた鋼製の接合プレート６２に溶接することによって、補剛部材１４の下端部は梁２６の上フランジに固定されている。

また、本実施形態では、座屈補剛ブレース１０が鉄骨造の柱梁架構１８に取り付けられている例を示したが、本実施形態の座屈補剛ブレース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柱梁架構に対して適用することができる。

例えば、図１２及び図１３の正面図に示すように、柱梁架構１１０を構成する梁１１２が鉄筋コンクリート造の場合には、梁１１２を貫通するボルト１１４によって梁１１２に固定された鋼製のガセットプレート１１６にブレース鋼材１２の端部をボルト接合したり、梁１１２に埋設されたアンカー鉄筋１１８によって梁１１２に固定された接合プレート１２０にブレース鋼材１２の端部を溶接接合したりすることにより、柱梁架構１１０にブレース鋼材１２を取り付けることができる。

さらに、本実施形態の座屈補剛ブレース１０は、建物の新築工事や耐震改修工事等において設けることができる。

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、８０、８２、８４、１２２、１２４、１２６、１２８ 座屈補剛ブレース
１２、８６、８８、９０ ブレース鋼材
１４、９２、９４、９６ 補剛部材
１６ 建物
１８、１１０ 柱梁架構（架構）
３８ 弱軸方向
４０ ボルト

Claims (3)

1. 建物の架構に取り付けられたブレース鋼材と、
   前記架構内において前記架構の内面との間に隙間をあけて配置された板状の壁部材からなり、前記ブレース鋼材の弱軸方向に対して前記ブレース鋼材の両側に設けられ、前記ブレース鋼材の座屈を抑制する木質の補剛部材と、
   を有し、
   前記補剛部材の上端部及び下端部は、それぞれ支持部材によって前記架構を構成する梁に固定され、
   前記補剛部材は、互いに重ねて一体化された複数のひき板を繊維方向が層毎に略直交するように重ねて一体化されて構成されていると共に最外層の前記ひき板の繊維方向が上下方向となっている、
   座屈補剛ブレース。
2. 前記補剛部材は、前記ブレース鋼材を間に挟んで前記ブレース鋼材の弱軸方向へ前記補剛部材を貫通する一対のボルトで拘束され、
   一対の前記ボルトの間に前記ブレース鋼材が配置されている、
   請求項１に記載の座屈補剛ブレース。
3. 前記ブレース鋼材と前記補剛部材との間には、前記ブレース鋼材と前記補剛部材の接触を抑制するクッション材が設けられ、
   前記ブレース鋼材の上端部及び下端部は、それぞれ前記梁のみに梁合されている、
   ている、
   請求項１又は請求項２に記載の座屈補剛ブレース。