JP6983857B2 - トラス拘束式の座屈拘束ブレース - Google Patents

Description

本発明は、トラス拘束式の座屈拘束ブレースに関し、特に周辺トラスで中央の核心材を支持するトラス拘束式の座屈拘束ブレースに関する。

座屈拘束ブレースは、建造物における支持構造であり、建造物が周期的な軸荷重に耐えるように建造物を支持する。通常、前記のような荷重は地震により発生する。座屈拘束ブレースは、細長い核心材と拘束構造により形成される。拘束構造は、コンクリート層と、核心材とコンクリート層の間に存在する界面領域と、を備える。コンクリート層は、軸圧縮による湾曲を防止できるように、連続して核心材を支持する。界面領域は、前記コンクリート層と核心材による予期しない相互作用を防ぐことができる。コンクリート層の外側には、強度を高めるために、さらに拘束チューブを設置してもよい。座屈拘束ブレースで支持されたフレームは、従来の方式で支持されたフレームに比べて、エネルギー散逸や衝撃吸収の性能が優れている。

しかし、従来の座屈拘束ブレースの構造において、核心材に対して充分な強度で支持するために、拘束構造の断面を一定以上の大きさにする必要がある。特に長スパンとなった場合に、核心材への支持力は高くする必要がある。そのため、拘束構造の断面を拡大する必要がある。それによって、拘束構造は体積が過大となるとともに、重量も重すぎることになるので、運搬や工事を行うことが困難になる恐れがある。

本発明は、周辺トラスで中央の核心材を支持することで、中央の拘束構造に求められる支持力を軽減し、中央の拘束構造の直径を小さくし、断面を小さくすることができる、トラス拘束式の座屈拘束ブレースを提供することを目的とする。本発明は、周辺トラスの体積を加算しても合計体積が小さいので、少ない建造スペースで済む。また、座屈拘束ブレースの体積が過大になり、建造物自体の美しさが損なわれることはない。

本発明のもう一つの目的は、従来の座屈拘束ブレースにおいて自体重量が重すぎるという課題を改善する。周辺トラスで支持することによって、中央の拘束構造のコンクリート層は、従来の座屈拘束ブレースに比べて、薄くすることができる。本発明は、従来の構造と同等の強靭さ及びエネルギー散逸や衝撃吸収の性能を有するほか、重量が軽くなるので、運搬や工事が行いやすくなる。

上記目的を達成するため、本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースは、中心構造と周辺拘束構造とを備える。前記中心構造は、核心材、コンクリート層、及び拘束チューブを備える。前記核心材は、前記拘束チューブの中央に貫設される。前記コンクリート層は、前記核心材と前記拘束チューブの間に介在する。前記周辺拘束構造は、より高い軸荷重に耐えるように、前記中心構造を強化する。前記周辺拘束構造は、複数の拘束システムを備える。前記拘束システムは、前記拘束チューブに軸対称で設置される。

各前記拘束システムは、弦材、複数の垂直材、及び複数の斜材を備える。前記弦材は、前記拘束チューブの長さ方向に沿って設置される。前記垂直材は、それぞれ前記拘束チューブと前記弦材に接続され、前記拘束チューブに垂直である。前記斜材は、それぞれ斜めに前記拘束チューブと前記弦材に接続される。

本発明の実施例において、前記周辺拘束構造は、さらに複数の横材を備える。前記横材は、それぞれ軸対称で前記弦材に接続される。

本発明の実施例において、前記弦材は、それぞれストレートロッドである。各前記垂直材の長さは一致し、各前記斜材の長さは一致している。

本発明のもう一つの実施例において、前記弦材は、それぞれノンストレートロッドである。前記垂直材と前記斜材の長さは、前記弦材と前記拘束チューブの間の距離によって決められる。

本発明の実施例において、前記弦材は、中空のパイプ体である。

本発明のもう一つの実施例において、前記弦材は、中実のロッドである。

本発明のもう一つの実施例において、前記拘束システムは、さらにプレートを備える。

本発明の実施例において、前記プレートは、相対する２つの直線の長辺を有する。前記プレートは、それぞれ一方の前記長辺で前記拘束チューブに接続される。

前記拘束システムは、さらに弦材を備える。前記弦材は、前記拘束チューブと対向し、前記プレートの他方の前記長辺に接続される。

本発明のもう一つの実施例において、前記プレートは、相対する長辺と湾曲辺を有する。前記長辺は直線である。前記プレートは、それぞれ前記長辺で前記拘束チューブに接続される。

前記拘束システムは、さらに弦材を備える。前記弦材は、前記拘束チューブと対向し、前記プレートの前記湾曲辺に接続される。

本発明の実施例において、前記プレートは、複数の貫通孔を有する。

本発明の実施例において、前記拘束チューブは、円形のチューブである。

本発明のもう一つの実施例において、前記拘束チューブは、角形のチューブである。

本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースの実施例を示す側面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースを示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースを示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異る数量の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の構造ユニットを備える実施例を示す模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の構造ユニットを備える実施例を示す模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の横材を備える実施例を示す模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の横材を備える実施例を示す模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる数量の横材を備える実施例を示す模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の拘束チューブ及び異なる形態の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の拘束チューブ及び異なる形態の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の拘束チューブ及び異なる形態の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の拘束チューブ及び異なる形態の拘束システムを備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の弦材を備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の弦材を備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の弦材を備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる形状の弦材を備える実施例を示す軸方向断面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースの第二実施例を示す斜視図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる断面の拘束システムを備える実施例を示す一部模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる断面の拘束システムを備える実施例を示す一部模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、異なる断面の拘束システムを備える実施例を示す一部模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、等断面のプレートを備える実施例を示す側面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、等断面のプレートを備える実施例を示す側面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、不等断面のプレートを備える実施例を示す側面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、不等断面のプレートを備える実施例を示す側面図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、貫通孔を有するプレートを備える実施例を示す模式図である。 本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレースにおいて、貫通孔を有するプレートを備える実施例を示す模式図である。

図１は、本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００の第一実施例を示す模式図である。トラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００は、中心構造１と周辺拘束構造２とを備える。第一実施例に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００には、トラス式の周辺拘束構造２が設置される。

図２は、トラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００を示す軸方向断面図である。中心構造１は、核心材１１、コンクリート層１２、及び拘束チューブ１３を備える。核心材１１は、トラス拘束式の座屈拘束ブレースの中心ロッドであり、拘束チューブ１３の中央に貫設される。コンクリート層１２は、拘束チューブ１３内に形成され、核心材１１と拘束チューブ１３の間に介在する。図３Ａ〜図３Ｃ、図６Ａ〜図６Ｄ、及び図７Ａ〜図７Ｄにおける中心構造１は、図２のものと同様である。中心構造１は、前記図３Ａ〜図３Ｃ、図６Ａ〜図６Ｄ、及び図７Ａ〜図７Ｄで説明する特徴ではないため、前記図面において核心材１１とコンクリート層１２を省略し、拘束チューブ１３のみで中心構造を表示する。

周辺拘束構造２は、より高い軸荷重、特に地震による周期的な軸荷重に耐えるように、中心構造１を強化する。周辺拘束構造２は、複数の拘束システム２１と複数の横材２２を備える。図３Ａ〜図３Ｃに示すように、拘束システム２１の数量は、必要に応じて変更可能であり、設計上に弱い軸が無ければよい。一般的な構造配置には、２つ以上の拘束システム２１が備えられる。この実施例においては、３つの拘束システム２１が備えられることを例として説明する。

図１及び図２Ａ〜図２Ｂに示すように、各拘束システム２１は、拘束チューブ１３に軸対称で設置される（通常は２つ以上の対称軸がある）。各拘束システム２１は、弦材２１１、複数の垂直材２１２、及び複数の斜材２１３を備える。弦材２１１は、拘束チューブ１３の長さ方向に沿って設置される。垂直材２１２は、それぞれ拘束チューブ１３と弦材２１１に接続され、拘束チューブ１３に垂直である。斜材２１３は、それぞれ斜めに拘束チューブ１３と弦材２１１に接続される。

図２Ｂに示すように、横材２２は、それぞれ隣接した２つの弦材２１１に接続され、かつ核心材１１を中心に軸対称で設置される（通常は２つ以上の対称軸がある）。横材２２は、弦材２１１及び垂直材２１２に垂直な方向の荷重に抵抗する。それによって、弦材２１１、垂直材２１２、及び斜材２１３は、拘束チューブ１３に対して荷重で傾斜や回転することはない。

図４Ａ〜図４Ｂに示すように、周辺拘束構造２は、複数の構造ユニット２３を備える。各構造ユニット２３は、複数の垂直材２１２、複数の斜材２１３、及び複数の弦材２１１の一部によって形成される。複数の構造ユニット２３を組み合わせると、周辺拘束構造２が形成される。各構造ユニット２３における弦材２１１、垂直材２１２、及び斜材２１３の強度は異なってもよい。

なお、周辺拘束構造２を形成した各構造ユニット２３は、左右対称の配列で配置されると、より良いサポートになる。各構造ユニット２３は、必ずしも同様の構造でなくてもよい。図５Ａ〜図５Ｃは、同じような拘束システム２１において、異なる数量の横材２２を備える実施例を示す図である。図５Ａ〜図５Ｃに示す３つの実施例においては、それぞれ異なる構造ユニット２３が備えられる。そのうちの一つは、３つの横材２２を備える構造ユニット２３であり（図２Ｂ参照）、もう一つは、横材２２を備えない構造ユニット２３である（図２Ａ参照）。各実施例において、横材２２は数量が異なるが、対称の配置で設置されるため、荷重は均等にトラス拘束式の座屈拘束ブレース全体にかかることになる。

また、図６Ａ〜図６Ｄ及び図７Ａ〜図７Ｄに示すように、中心構造１の拘束チューブ１３及び周辺拘束構造２の弦材２１１は、形状を変更してもよい。拘束チューブ１３は、円形のチューブであってもよいし、角形のチューブであってもよい。弦材２１１は、中空のパイプ体であってもよいし、中実のロッドであってもよい。弦材２１１の断面は、円形であってもよいし、角形であってもよい。ただし、それに限定されない。各弦材２１１は、核心材１１を対称の中心として軸対称で設置されればよい。

詳しくは、核心材１１を中心として軸対称で周辺拘束構造２を設置するには、各拘束システム２１は必ずしも同様な構成でなくてもよい。図６Ａ及び図６Ｃに示す形態は、同様に４つの拘束システム２１を備える。図６Ａに示す形態には、各拘束システム２１は同様に形成されているが、図６Ｃに示す形態には、拘束システム２１は２つの異なるタイプに分かれている。前記２つの形態における拘束システム２１は、それぞれ軸対称で設置されている。詳しくは、図６Ｃに示す周辺拘束構造２において、上下に配置された２つの拘束システム２１は互いに同じタイプのものである。垂直材２１２は細長いものであり、弦材２１１は断面が比較的に小さいものである。左右に配置された２つの拘束システム２１は互いに同じタイプのものである。垂直材２１２は太くて短いものであり、弦材２１１は断面が比較的に大きいものである。前記形態は、図面の水平線と垂直線を対称軸として双方向の軸対称で配置されている。なお、弦材２１１、垂直材２１２、及び斜材２１３の太さ、長さ、及び形状を調整することによって、様々な構造を形成することができる。図６Ｂと図６Ｄとの相違点は、図６Ａと図６Ｃとの相違点に類似する。周辺拘束構造２は、同様に２つの異なるタイプの拘束システム２１を備えるが、詳しい内容については省略する。

図８は、本発明に係るトラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００の第二実施例を示す斜視図である。第二実施例の中心構造１は第一実施例と類似し、同様にトラス式の周辺拘束構造２が設置されている。周辺拘束構造２にも複数の横材２２が設置されている（横材２２の導入により構造が強化される）。第二実施例は、各拘束システム２１の断面２１５で、第一実施例と相違する。

本実施例の核心材１１は、十字形の断面を有するが、それに限定されない。その他の実施例において、核心材１１は、他の形状の断面を有してもよい。また、この実施例において、拘束チューブ１３の端部付近に設置された横材２２は板材である。図８に示すように、拘束チューブ１３の端部に近づくほど、各弦材２１１の間の距離は短くなる。そのため、拘束チューブ１３の端部付近に設置された横材２２として、パイプ材に比べて板材を利用したほうがより良いサポートになる。その他の実施例において、横材２２はパイプ材または板材であってもよい。例えば、全部の横材２２としてすべてパイプ材または板材を利用してもよいし、この実施例のように全部の横材２２としてパイプ材と板材を合わせて利用してもよい。

断面２１５とは、各拘束システム２１と拘束チューブ１３の間に形成された平面領域である。第一実施例において、各断面２１５は等断面である。即ち、各弦材２１１はストレートロッドであり、各垂直材２１２の長さは一致し、各斜材２１３の長さも一致している。第二実施例において、各断面２１５は不等断面である。即ち、各弦材２１１はノンストレートロッドであるため、各垂直材２１２及び各斜材２１３の長さは、各弦材２１１と拘束チューブ１３の間の距離によって決められる。

図９Ａは、等断面の場合を示す模式図である。第一実施例に係る拘束システム２１は、図９Ａに示すタイプのものである。図９Ｂ、図９Ｃは、２種類の不等断面の場合を示す模式図である。図９Ｂ、図９Ｃは、より良いサポートになる拘束システム２１の不等断面を示している。拘束システム２１の断面２１５は、中央部が突出し、両側が拘束チューブ１３に近づくように形成されている。この実施例には、図９Ｃに示す断面２１５が備えられる。

また、その他の実施例において、トラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００は、第一実施例と同様な中心構造１を備えるが、弦材２１１、垂直材２１２、及び斜材２１３を備えておらず、プレート２１４のみを備える。図１０Ａ及び図１０Ｂは、トラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００に備えられる等断面の拘束システム２１を示す図である。各プレート２１４は、相対する２つの直線の長辺２１４１を有する。各プレート２１４は、それぞれ一方の長辺２１４１で拘束チューブ１３に接続される。

前記のように、その他の実施例において、各拘束システム２１は、さらに弦材２１１を備える。弦材２１１は、拘束チューブ１３と対向し、前記プレート２１４の他方の前記長辺２１４１に接続される。

また、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、その他の実施例において、トラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００は、第一実施例と同様な中心構造１を備えるが、各拘束システム２１は、弦材２１１、垂直材２１２、及び斜材２１３を備えておらず、不等断面の断面２１５を有するプレート２１４のみを備える。各プレート２１４は、相対する長辺２１４１と湾曲辺２１４２を有する。長辺２１４１は直線である。各プレート２１４は、それぞれ長辺２１４１で拘束チューブ１３に接続される。

前記のように、その他の実施例において、各拘束システム２１は、さらに弦材２１１を備える。弦材２１１は、拘束チューブ１３と対向し、前記プレート２１４の湾曲辺２１４２に接続される。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、プレート２１４を有する拘束システム２１が備えられるトラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００の実施例において、プレート２１４は複数の貫通孔２１４３を有することが望ましい。前記貫通孔２１４３の設置によって、支持強度を低減させることなく、トラス拘束式の座屈拘束ブレース１０００全体の重量を軽減することができる。

上述のように、本発明は、トラス拘束式の座屈拘束ブレースの中心構造上にトラスや中実の板材を配置することで、周辺拘束構造によって中心構造を強化することができ、中心構造の径方向のサイズを大幅に小さくしても、軸圧縮による荷重に構造全体で耐えることが可能である。また、トラス拘束式の座屈拘束ブレースの自体重量及び所要スペースを削減することができるので、建設現場の状況に柔軟に対応することができる。

上述の実施例は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明の特徴構成を説明するものであるが、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０００ トラス拘束式の座屈拘束ブレース
１ 中心構造
１１ 核心材
１２ コンクリート層
１３ 拘束チューブ
２ 周辺拘束構造
２１ 拘束システム
２１１ 弦材
２１２ 垂直材
２１３ 斜材
２１４ プレート
２１４１ 長辺
２１４２ 湾曲辺
２１４３ 貫通孔
２１５ 断面
２２ 横材
２３ 構造ユニット

Claims (5)

1. 座屈拘束ブレースであって、
   核心材、コンクリート層、及び拘束チューブを備え、前記核心材は前記拘束チューブの中央に貫設され、前記コンクリート層は前記核心材と前記拘束チューブの間に介在する中心構造と、
   前記中心構造を強化する周辺拘束構造と、を備え、
   前記周辺拘束構造は、複数の拘束システムを備え、前記拘束システムは、前記拘束チューブの長さ方向に垂直な切断面でみたときに、前記核心材を対称の中心として対称となるように設置され、
   前記拘束システムの各々は、３つ以上の弦材、複数の垂直材、及び複数の斜材を備え、前記弦材は、前記拘束チューブの長さ方向に沿って設置され、前記垂直材は、それぞれ前記拘束チューブと前記弦材に接続され、前記拘束チューブに垂直であり、前記斜材は、それぞれ斜めに前記拘束チューブと前記弦材に接続され、
   前記周辺拘束構造は、さらに複数の横材を備え、前記横材は、
   拘束チューブの長さ方向に垂直な面内において、それぞれ隣接した２つの弦材に接続され、及び、
   前記拘束チューブの長さ方向に垂直な切断面でみたときに、前記核心材を対称の中心としてそれぞれ対称となるように前記弦材に接続される、
   ことを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 前記弦材は、それぞれストレートロッドであり、前記垂直材の各々の長さは一致し、前記斜材の各々の長さは一致していることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
3. 前記弦材は、それぞれノンストレートロッドであることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
4. 前記弦材は、中空のパイプ体であることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
5. 前記弦材は、中実のロッドであることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレース。

Images