JP7365173B2 - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 令和１年７月２０日に２０１９年度日本建築学会大会（北陸） 大会プログラムの目次（１１２頁左上 ２２４９８・２２４９９）及び梗概集（９９５頁～９９７頁）にて、令和１年８月８日に大和ハウスのウェブサイトにて、令和１年９月５日に２０１９年度日本建築学会大会（北陸）にて公開した。

本発明は、座屈拘束ブレースに関する。

従来より、建物の架構（柱・梁架構、屋根架構等）を形成するブレースとして、座屈防止措置が講じられた座屈拘束ブレースが適用されている。座屈拘束ブレースとしては、鋼製の芯材の周囲を鋼板のみで補剛した形態、鋼製の芯材の周囲をＲＣ（Reinforced Concrete：鉄筋コンクリート）で補剛した形態、鋼製の芯材の周囲を鋼材とモルタルで被覆した形態など、多様な補剛形態が存在する。

ところで、昨今、木造建築物（木造住宅、木造の倉庫、木造の競技場など）の耐火性能や耐震性能の向上が図られている。木造住宅は本来的に、間取りやデザインの自由度の高さ、自然物の木材による癒し効果、木材の有する調湿効果、住宅などの建物用途によっては鉄骨造やＲＣ造に比べて建設費用が一般に安価であるといった利点を備えているが、上記する耐火性や耐震性の向上が木造住宅をはじめとする木造建築物の注目度を高めている一つの要因である。このような木造住宅の架構内に上記する従来の座屈拘束ブレースを組み込む場合、木製の柱や梁と、金属製もしくはコンクリート製の補剛材を有する座屈拘束ブレースとが混在することになり、不釣合いな外観となることが否めない。

そこで、座屈拘束ブレースの全体を木製もしくは紙製のパネル等で覆うことにより、金属製もしくはコンクリート製の補剛材を外部から視認できないようにする方策が考えられるが、この方策には多大な作業手間を要することから建設費の増加が懸念される。また、従来の座屈拘束ブレースは、金属やコンクリート、モルタル等が多用されていることから、重量が重くなる傾向にあり、木造住宅を構成する軽量な木製の梁や柱の中に重量のある座屈拘束ブレースを取り付けることは構造的にも不釣合いである。

そこで、木造住宅をはじめとする木造建築物の架構内に組み込んで使用するのに適した座屈拘束ブレースが提案されている。具体的には、芯材と、芯材の両面に沿って配置した一対の拘束材とを有する座屈拘束ブレースであり、芯材を鋼材にて形成し、一対の拘束材を木材にて形成し、この拘束材に集成材を適用し、集成材は芯材と平行にラミナが積層されたものとした座屈拘束ブレースである（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９０１４９１号公報

鋼製の芯材が木製の拘束材にて包囲された座屈拘束ブレースに対して、例えば大地震時に架構が大きく変形した際に、この変形に起因する、所謂、付加曲げモーメント（あるいは、単に、付加曲げ）が拘束材に作用し得る。この付加曲げモーメントが木製の拘束材に作用することにより、拘束材が破損に至る可能性が生じる。そして、拘束材が破損することにより、拘束材による芯材の座屈拘束機能が低下し、芯材が座屈に至り得る。特許文献１には、このような所謂付加曲げモーメントが拘束材に作用することを防止する措置についての言及がない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、木造建築物等の架構内に組み込んで使用するのに好適であり、例えば大地震時に架構が大きく変形し、所謂付加曲げモーメントが木製拘束体に作用して破損することを解消できる座屈拘束ブレースを提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による座屈拘束ブレースの一態様は、
鋼製で、二つの広幅面と二つの狭幅面を有するプレート状の芯材と、
前記芯材を包囲し、少なくとも一対の拘束材により形成される木製拘束体と、を備え、
前記芯材の長手方向の端部の前記広幅面には、該広幅面に直交する補強リブが接合されて断面十字状を呈していることを特徴とする。

本態様によれば、少なくとも一対の拘束材同士が接続されて、四つの壁面による閉合構造を有する木製拘束体が形成され、鋼製の芯材が木製拘束体にて包囲されていることにより、本態様の座屈拘束ブレースを木造建築物の架構に適用した場合においても、架構構成部材と不釣合いな外観を与える恐れはない。また、芯材の長手方向の端部において、芯材の広幅面に直交する補強リブが接合されて断面十字状を呈していることにより、芯材の端部が補強されるとともに、芯材の広幅面における補強リブの根元の領域を所謂付加曲げモーメントを吸収する領域とすることができる。芯材の広幅面において補強リブが存在する領域は剛性が高く、その近傍の補強リブが存在しない上記根元の領域は剛性が低く、双方の剛性の相違が顕著な領域であることがその理由である。

ここで、木製拘束体が「少なくとも一対の拘束材により形成される」とは、木製拘束体が二つの拘束材により形成される形態、木製拘束体が二つの拘束材と二つの側材により形成される形態等を含む意味である。尚、木製の拘束材は、例えば、無垢材や、ラミナが積層された集成材等により形成できる。

芯材の広幅面が建物の構面に平行に配設されるようにして座屈拘束ブレースがガセットプレートに取り付けられる場合、芯材が構面に平行な広幅面に直交する補強リブを有することにより、芯材の端部において構面外方向の剛性を高めることができる。このように断面十字状の芯材が取り付けられる構面のガセットプレートにおいては、ガセットプレートに対してフィンスチフナが取り付けられ、座屈拘束ブレースの芯材とガセットプレート、補強リブとフィンスチフナがそれぞれスプライスプレートを介してハイテンションボルト等により接合される。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、前記狭幅面と前記木製拘束体との間に隙間を有し、該隙間にスペーサーが介在していることを特徴とする。

本態様によれば、芯材の狭幅面と木製拘束体の間にある隙間にスペーサーが介在していることにより、芯材の強軸方向（芯材の広幅面に平行な方向）の座屈を防止することができる。さらに、芯材と木製拘束体の間にスペーサーを介在させることにより、地震時等における振動エネルギーを芯材の塑性化によって効果的に吸収することができる。尚、スペーサーは、鋼製部材、木製部材のいずれを適用してもよい。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様において、前記芯材は、その長手方向に亘り前記広幅面の幅が一定であり、
前記補強リブが取り付けられている領域の前記狭幅面の側方にある前記隙間には、前記スペーサーが存在していないことを特徴とする。

本態様によれば、芯材の広幅面の幅が一定であって、補強リブのある領域の狭幅面の側方にスペーサーが存在していないことにより、上記するように芯材の強軸方向の座屈を防止しながら、構面が大きく変形した場合においても隙間（スペーサーが存在していない隙間）にて芯材の変形を吸収することができ、付加曲げモーメントが木製拘束体に作用することを解消できる。例えば大地震時における構面の変形量は設計者の裁量に委ねられ、例えば層間変形角１／１００の際の構面の変形量や層間変形角１／７５の際の構面の変形量などに基づいて、座屈拘束ブレースの芯材の端部の変形量が算定される。そして、例えばこの算定された変形量よりも大きな隙間が設定されることにより、付加曲げモーメントが木製拘束体に作用することを解消できる。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様において、前記芯材は、その長手方向の中央側において前記広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部を有し、その長手方向の端部側において前記広幅面の幅が相対的に広い広幅部を有しており、
前記広幅部に対応する前記狭幅面の側方にある前記隙間には、前記スペーサーが存在していないことを特徴とする。

本態様によれば、芯材がその長手方向の中央側において広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部を有し、その長手方向の端部側において広幅面の幅が相対的に広い広幅部を有していることにより、中央側の狭幅部を塑性化し易い領域とすることができ、さらに、塑性化領域を中央側の狭幅部に限定させることができる。また、広幅部と狭幅部の境界領域は芯材の平面積及び断面積が変化する変化領域であることから、芯材に作用する付加曲げモーメントをこの変化領域にて吸収することができる。このように、本態様においては、芯材に作用する付加曲げモーメントは芯材の広幅部と狭幅部の境界領域にて効果的に吸収することができる。さらに、広幅部に対応する狭幅面の側方の隙間にスペーサーが存在していないことにより、上記するように、構面が大きく変形した場合においても隙間（スペーサーが存在していない隙間）にて芯材の変形を吸収することができる。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様において、前記木製拘束体のうち、前記補強リブに対応する位置には該補強リブに干渉しないスリットが設けられており、
平面視において、前記スリットと前記補強リブとの間に隙間を有していることを特徴とする。

本態様によれば、スリットと補強リブとの間に隙間が存在することにより、構面の変形に応じて芯材が伸縮した際に、この芯材の伸縮を隙間が吸収することができ、伸縮する芯材がスリットの壁面に接触して木製拘束体が破損に至るといった課題を解消することができる。ここで、この隙間の設定も設計者の裁量に委ねられ、設定された層間変形角に基づいて芯材の伸縮量が算定され、例えば隙間が芯材の伸縮量以上に設定される。尚、ここでの「隙間」は、スリットの長手方向の端部と補強リブの間の隙間の他、スリットの側面と補強リブの間の隙間が含まれ、スリットの側面と補強リブの間の隙間としては、上記する芯材の狭幅面と木製拘束体の間の隙間と同じ隙間が設定できる。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、前記芯材から突起が張り出しており、該突起が前記木製拘束体に開設されている係合孔に係合していることを特徴とする。

本態様によれば、芯材の広幅面もしくは狭幅面から張り出す突起が木製拘束体に開設されている係合孔に係合していることにより、木製拘束体の内部に差し込まれている芯材が木製拘束体の一方の端部に偏ることを防止できる。そのため、このように芯材が木製拘束体の一方の端部に偏った際に、芯材が存在しない木製拘束体の他方の端部が強度上の弱部になるといった課題を解消することができる。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、前記芯材の前記広幅面と前記拘束材が密着していることを特徴とする。

本態様によれば、芯材の広幅面と拘束材が隙間なく密着していることにより、高次の座屈モードにおける補剛効果が高められる。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、前記芯材の前記広幅面と前記拘束材の間に内挿材が介在していることを特徴とする。

本態様によれば、芯材の広幅面が内挿材を介して拘束材の広幅面に密着していることにより、高次の座屈モードにおける補剛効果が高められる。そして、芯材の高次の座屈変形により、芯材から拘束材に局所的に圧縮力等が作用し、この局所的な力に起因した拘束材の破損を抑制することができる。芯材の広幅面と拘束材の間に内挿材を介在させることにより、芯材の高次の座屈変形の凸部から作用する力は内挿材にまず伝達され、伝達された力は内挿材内に広がり、内挿材内に拡散された力が木製の拘束材に作用することになる。このことにより、芯材から作用する複数の局所的な力による木製の拘束材の破損が効果的に抑制される。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様において、前記拘束材は、その長手方向に直交する断面形状が、Ｌ字状もしくはコの字状を呈し、二つのＬ字状もしくは二つのコの字状の前記拘束材が閉合して断面形状が矩形枠状の前記木製拘束体を形成していることを特徴とする。

本態様によれば、二つのＬ字状もしくは二つのコの字状の拘束材が閉合して断面形状が矩形枠状の木製拘束体が形成されることにより、可及的に少ない部材により木製拘束体を形成すことができる。ここで、二つの拘束材の接合形態には、接着による接合、ビスや釘、ボルトによる接合などがある。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様において、前記木製拘束体は、前記一対の拘束材と、前記芯材の有する二つの狭幅面に対向するように配設され、前記一対の拘束材に接続されている木製で一対の側材と、により形成されていることを特徴とする。

本態様によれば、例えば合計四枚の平坦な拘束材及び側材により木製拘束体が構成されることから、拘束材をＬ型等の三次元形状に加工する手間を解消でき、可及的にシンプルな構成部材により木製拘束体を形成することができる。

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様において、前記木製拘束体が、ラミナ、もしくは複数のラミナが積層した集成材のいずれかにより形成されていることを特徴とする。

本態様によれば、木製拘束体を構成する拘束材や側材がラミナやラミナを積層した集成材により形成されていることから、所望する強度を有し、製作コストが可及的に安価な木製拘束体を得ることができ、従って座屈拘束ブレースの製作コストも可及的に安価になる。

以上の説明から理解できるように、本発明の座屈拘束ブレースによれば、木造建築物等の架構内に組み込んで使用するのに好適であり、例えば大地震時に架構が大きく変形し、所謂付加曲げモーメントが木製拘束体に作用して破損することを解消できる。

第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例をスペーサーとともに示す斜視図である。 第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の他の例をスペーサーとともに示す斜視図である。 第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の一例の斜視図である。 第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の他の例の斜視図である。 第１実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例の斜視図である。 図５のVI方向矢視図である。 図５のVII方向矢視図である。 図５のVIII－VIII矢視図である。 第１実施形態に係る座屈拘束ブレースが木造建物等の架構に組み込まれた状態を示す図である。 大地震時における架構の変形態様と、架構の変形に起因する座屈拘束ブレース接合部における付加曲げモーメントを説明する図である。 第２実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例をスペーサーとともに示す斜視図である。 第２実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例の縦断面図である。 図１２のXIII部の拡大図であって、芯材の表面の凸部から局所的に作用する力が内挿材を介して拡散されて拘束材に伝達されることを説明する図である。 座屈拘束ブレースの全体座屈曲線を示す図である。

以下、各実施形態に係る座屈拘束ブレースについて添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［第１実施形態に係る座屈拘束ブレース］
＜芯材＞
はじめに、図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例及び他の例について説明する。ここで、図１及び図２はそれぞれ、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例及び他の例をスペーサーとともに示す斜視図である。

まず、図１に示す芯材１０は、細長の平鋼にて形成されており、その長手方向の中央側において広幅面１１ａの幅が相対的に狭い狭幅部１３を有し、その長手方向の端部側において広幅面１１ａの幅が相対的に広い広幅部１２を有している。また、芯材１０の長手方向の端部の広幅面１１ａには、広幅面１１ａに直交する補強リブ１４が溶接により接合されて断面十字状を呈している。

芯材１０がその長手方向の中央側に狭幅部１３を有し、長手方向の端部側に広幅部１２を有することにより、中央側の狭幅部１３を塑性化し易い領域とすることができ、さらに、塑性化領域を中央側の狭幅部１３に限定させることができる。

また、広幅部１２と補強リブ１４にはそれぞれ、以下で説明するように、構面に設けられているガセットプレートやガセットプレートに取り付けられているフィンスチフナ（図７参照）にスプライスプレートを介してボルト接合されるためのボルト孔１２ａ、１４ａが開設されている。芯材１０の広幅面１１ａが建物の構面に平行に配設されるようにして座屈拘束ブレースがガセットプレートに取り付けられる場合、芯材１０が構面に平行な広幅面１１ａに直交する補強リブ１４を有することにより、芯材１０の端部において構面外方向の剛性を高めることができる。

芯材１０は、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）や、ＬＹＰ材（極低降伏点鋼材）等の降伏点の低い鋼材にて形成されているのが好ましく、芯材１０の降伏による地震エネルギー吸収性が良好になる。

芯材１０の狭幅部１３の中央位置において、狭幅部１３の上下の平面（広幅面）から鋼製で円柱状の突起１５が張り出している。突起１５は、狭幅部１３の上下の平面に対してスタッド溶接等により接合されている。この突起１５は、以下で説明する木製拘束体（図３等参照）を構成する拘束材２１の対応する位置に係合孔が開設され、ここに突起１５が係合する。尚、突起１５が狭幅部１３の左右の側面（狭幅面）から張り出している形態であってもよく、この場合は、木製拘束体（図３等参照）を構成する側材２２の対応する位置に係合孔が開設され、ここに突起１５が係合する。

狭幅部１３の左右の側方に対して、細長の四角柱状のスペーサー１６がＸ１方向に配設され、狭幅部１３の左右の側方にスペーサー１６が配設された状態で芯材１０が以下に示す木製拘束体の内部に収容される。スペーサー１６は、鋼製部材と木製部材のいずれであってもよい。また、スペーサー１６は、円柱状等、図示例以外の形態であってもよい。

一方、図２に示す芯材１０Ａは、その長手方向に亘り広幅面１１ａの幅が一定であり、図１に示す芯材１０のように狭幅部１３を有していない。そして、芯材１０と同様に、芯材１０Ａの長手方向の端部の広幅面１１ａには、広幅面１１ａに直交する補強リブ１４が溶接により接合されて断面十字状を呈している。また、芯材１０Ａの上下の平面の中央に突起１５が取り付けられている。

尚、以下、図８を参照して説明するように、芯材１０が適用される場合は、広幅部１２と狭幅部１３の境界領域Ａが、芯材１０に作用する付加曲げモーメントを吸収する付加曲げ吸収エリアとなるが、芯材１０Ａにおいては、補強リブ１４の根元の近傍領域Ａ'が付加曲げ吸収エリアとなる。芯材１０Ａの広幅面１１ａにおいて補強リブ１４が存在する領域は剛性が高く、その近傍の補強リブ１４が存在しない根元の近傍領域Ａ'は剛性が低く、双方の剛性の相違が顕著になるためである。

また、狭幅面１１ｂの側方に配設されるスペーサー１６Ａは、芯材１０に適用されるスペーサー１６よりも長い。芯材１０においては、スペーサー１６の長さは狭幅部１３の長さに対応しているが、芯材１０Ａに適用されるスペーサー１６Ａは、芯材１０Ａにおける例えば両端の補強リブ１４の根元近傍の間の長さを有するためである。そのため、芯材１０Ａとスペーサー１６Ａが図３もしくは図４に示す木製拘束体に収容された際には、木製拘束体を構成する拘束材等と芯材１０Ａの間の、補強リブ１４に対応する範囲において、スペーサー１６Ａが存在しない隙間が形成されることになる。

＜木製拘束体＞
次に、図３及び図４を参照して、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の一例及び他の例について説明する。ここで、図３及び図４はそれぞれ、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の一例及び他の例の斜視図である。

まず、図３に示す木製拘束体２０は、一対の拘束材２１と、一対の拘束材２１を繋ぐ一対の側材２２とを有し、一対の拘束材２１の間の隙間２５に芯材１０が配設されるようになっている。木製で一対の拘束材２１は、芯材１０の有する二つの広幅面１１ａ（図１参照）に対向するように配設されており、一対の拘束材２１に接続されている木製で一対の側材２２は、芯材１０の有する二つの狭幅面１１ｂ（図１参照）に対向するように配設されている。拘束材２１に対して、側材２２は、所定のピッチｔ３でビスや釘等の固定金具２３にて固定される。尚、このピッチｔ３の設定方法は、以下で詳説する。このように、一対の拘束材２１に一対の側材２２を固定金具２３にて固定することにより、四つの面材による閉合構造を有する木製拘束体２０を容易に製作することができる。

上下の拘束材２１には、その長手方向の中央位置において、芯材１０，１０Ａの有する突起１５が係合する係合孔２１ａが開設されている。芯材１０の有する突起１５が木製拘束体２０に開設されている係合孔２１ａに係合していることにより、木製拘束体２０の内部に差し込まれている芯材１０が木製拘束体２０の一方の端部に偏ることを防止できる。そのため、このように芯材１０が木製拘束体２０の一方の端部に偏った際に、芯材１０が存在しない木製拘束体２０の他方の端部が強度上の弱部になるといった課題は生じない。

拘束材２１と側材２２は、無垢材、又は、ラミナが積層された集成材を含む木質材料のいずれにより形成されてもよい。例えば、集成材により形成される拘束材２１が、ラミナの積層方向を芯材１０，１０Ａに対して直交するように形成されてもよいし、ラミナの積層方向を芯材１０，１０Ａに対して平行に形成されてもよい。また、側材２２は、一層のラミナにより形成されてもよいし、集成材により形成されてもよく、側材２２が集成材により形成される場合は、そのラミナの積層方向が拘束材２１のラミナの積層方向に直交してもよいし、平行であってもよい。

尚、以下で詳説するように、座屈拘束ブレースの全体座屈を防止できるように、木製拘束体２０の断面積や断面剛性、ヤング係数等が設定される。そして、このヤング係数は木材の材質により決定される。木材の材質としては、アカマツやカラマツ、モミ、エゾマツ、スギ、ヒノキ等が挙げられる。尚、図示例の木製拘束体２０は、拘束材２１に対して側材２２をビス等の固定金具２３で固定する形態であるが、拘束材２１と側材２２が接着剤等で固定されてもよい。

拘束材２１の端部のうち、隙間２５に芯材１０が収容された際に補強リブ１４に対応する位置には、補強リブ１４に干渉しないスリット２４が設けられている。

一方、図４に示す木製拘束体２０Ａは、その長手方向に直交する断面形状がＬ字状の二つの拘束材２６が閉合されることにより、断面形状が矩形枠状に形成されている。尚、図示を省略するが、断面形状がコの字状の二つの拘束材が閉合されることにより、断面形状が矩形枠状に形成されている形態であってもよい。

二つの拘束材２６の当接箇所は、接着により接続されることの他、図３に示すようにビスや釘等の固定金具により固定される。

二つの拘束材２６には、その長手方向の中央位置において、芯材１０，１０Ａの有する突起１５が係合する係合孔２６ａが開設されている。

拘束材２６を適用して木製拘束体２０Ａを製作する場合は、可及的に部材点数を少なくすることができる（図示例は、二つの拘束材２６）。

＜座屈拘束ブレース＞
次に、図５乃至図８を参照して、これまでに説明した芯材と木製拘束体のうち、図１に示す芯材１０と図３に示す木製拘束体２０を取り上げ、これらにより形成される、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例について説明する。ここで、図５は、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例の斜視図であり、図６、図７、及び図８はそれぞれ、図５のVI方向矢視図、VII方向矢視図、及びVIII－VIII矢視図である。

座屈拘束ブレース１００は、芯材１０の狭幅部１３と広幅部１２の一部を包囲するように木製拘束体２０が配設され、広幅部１２の端部の十字状の部分が木製拘束体２０の端部から張出すようにしてその全体が構成されており、外側に張り出している広幅部１２と補強リブ１４の有するボルト孔１２ａ、１４ａが外部に臨んでいる。座屈拘束ブレース１００によれば、鋼製の芯材１０が木製拘束体２０にて包囲されていることにより、座屈拘束ブレース１００を木造建築物の架構に適用した場合でも、架構構成部材と不釣合いな外観を与えない。

木製拘束体２０の隙間２５内において、狭幅部１３の左右の側方にスペーサー１６が配設された状態で芯材１０が収容され、狭幅部１３の上下の平面から上下に張り出す突起１５が係合孔２１ａに係合されている。そして、芯材１０の広幅面１１ａと木製拘束体２０は、隙間なく相互に密着している。

座屈拘束ブレース１００において、芯材１０の広幅部１２の側面と木製拘束体２０の側材２２の間には幅ｔ１の隙間Ｇ１が設けられている。さらに、補強リブ１４と木製拘束体２０の拘束材２１の有するスリット２４の間には、補強リブ１４の長手方向に幅ｔ２であり、補強リブ１４の側方に幅ｔ１の隙間Ｇ２が設けられている。このように、広幅部１２の側面と木製拘束体２０の側材２２の間に隙間Ｇ１を有していることにより、座屈拘束ブレース１００が取り付けられている構面が大きく変形した場合に、この隙間Ｇ１にて芯材１０の変形を吸収し、所謂付加曲げモーメントが木製拘束体２０に作用することを解消できる。一方、スリット２４と補強リブ１４との間に隙間Ｇ２が存在することにより、構面の変形に応じて芯材１０が伸縮した際に、この芯材１０の伸縮を隙間Ｇ２が吸収することができ、伸縮する芯材１０がスリット１４の壁面に接触して木製拘束体２０が破損に至るといった課題を解消できる。

また、図８に示すように、広幅部１２と狭幅部１３の境界領域Ａは芯材１０の平面積及び断面積が変化する変化領域であることから、芯材１０に作用する付加曲げモーメントをこの変化領域にて吸収することができる付加曲げ吸収エリアとなっている。このように、芯材１０に作用する付加曲げモーメントを芯材１０の広幅部１２と狭幅部１３の境界領域Ａにて効果的に吸収し、芯材１０と木製拘束体２０の側材２２の間に設けられた隙間Ｇ１により、芯材１０に作用する付加曲げモーメントを木製拘束体２０の側材２２に作用させないようにすることができる。

さらに、芯材１０の中央側に狭幅部１３を設けたことにより狭幅部１３と側材２２の間に存在する比較的大きな隙間Ｇ３（芯材１０の端部側の広幅部１２と側材２２の間の隙間Ｇ１よりも大きな隙間）に対して、この隙間Ｇ３にスペーサー１６を介在させて隙間Ｇ３を閉塞することにより、芯材１０の強軸方向（芯材１０の広幅面１１ａに平行な方向）の座屈を防止することができる。そのため、座屈拘束ブレース１００の全体座屈が抑制され、座屈拘束ブレース１００の圧縮耐力が向上することにより、座屈拘束ブレース１００が組み込まれた架構とこの架構を含む木造建築物に対して優れた耐震補強効果を付与できる。

尚、既述するように、図２に示す芯材１０Ａを適用して座屈拘束ブレースを形成する場合は、補強リブ１４の根元の近傍領域Ａ'が付加曲げ吸収エリアとなる。

＜架構への座屈拘束ブレースの適用例＞
次に、図９及び図１０を参照して、架構への座屈拘束ブレースの適用例について説明する。ここで、図９は、第１実施形態に係る座屈拘束ブレースが木造建物等の架構に組み込まれた状態を示す図である。また、図１０は、大地震時における架構の変形態様と、架構の変形に起因する座屈拘束ブレース接合部における付加曲げモーメントを説明する図である。尚、図示例の座屈拘束ブレースは、木造建物の架構以外にも、Ｓ造（S:Steel）建物の架構、ＲＣ造建物の架構、ＳＲＣ造（SRC:Steel Reinforced Concrete）建物の架構に組み込まれてもよい。

図９に示す架構Ｓは、木造建築物等を構成する木製の柱Ｃと梁Ｂにて形成されている。対角線位置にある２つの隅角部には、平鋼により形成されるガセットプレートＧＰが取付けられている。ガセットプレートＧＰの表面には、該表面に直交するようにフィンスチフナＦＳが溶接にて接合されている。柱Ｃの柱芯Ｌ１と梁Ｂの梁芯Ｌ２の交点Ｏに対して、フィンスチフナＦＳの芯Ｌ３が交差するようにしてフィンスチフナＦＳがガセットプレートＧＰに接合される。そして、座屈拘束ブレース１００も、対角位置にある双方の交点Ｏを通る線状に配設される。

ガセットプレートＧＰと芯材１０の広幅部１２は、スプライスプレートＳＰを介してハイテンションボルトにより接合され、フィンスチフナＦＳと補強リブ１４は、スプライスプレートＳＰを介してハイテンションボルトにより接合される。

図１０に示すように、大地震時において構面が変形することにより、座屈拘束ブレース接合部においては、接合部を剛と見なした場合に、以下の式（１）に示す付加曲げモーメントが作用し得る。

座屈拘束ブレース１００によれば、芯材１０の広幅部１２の側面と木製拘束体２０の側材２２の間に幅ｔ１の隙間Ｇ１が設けられていることにより、座屈拘束ブレース１００が取り付けられている構面が大きく変形した場合に、この隙間Ｇ１にて芯材１０の変形を吸収し、付加曲げモーメントが木製拘束体２０に作用することを解消できる。また、補強リブ１４と木製拘束体２０の拘束材２１の有するスリット２４の間において、補強リブ１４の長手方向に幅ｔ２であり、補強リブ１４の側方に幅ｔ１の隙間Ｇ２が設けられていることにより、構面の変形に応じて芯材１０が伸縮した際に、この芯材１０の伸縮を隙間Ｇ２が吸収することができ、伸縮する芯材１０がスリット１４の壁面に接触して木製拘束体２０が破損に至るといった課題を解消できる。

［第２実施形態に係る座屈拘束ブレース］
次に、図１１乃至図１３を参照して、第２実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例について説明する。ここで、図１１は、第２実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例をスペーサーとともに示す斜視図であり、図１２は、第２実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例の縦断面図である。また、図１３は、図１２のXIII部の拡大図であって、芯材の表面の凸部から局所的に作用する力が内挿材を介して拡散されて拘束材に伝達されることを説明する図である。

座屈拘束ブレース１００Ａは、芯材１０の広幅面１１ａと拘束材２１の間に内挿材１７が介在している点において、座屈拘束ブレース１００と相違している。内挿材１７としては、鋼製プレート、木製プレートのいずれを適用してもよく、木製プレートとしては、例えばＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber:単板積層材）が適用できる。本実施形態においては、突起１５が狭幅部１３の側面から側方に張り出しており、突起１５を挟むようにして二本のスペーサー１６が狭幅部１３の側方に配設されている。尚、突起１５が狭幅部１３の上下の表面（広幅面１１ａ）から上下に張り出し、内挿材１７における突起１５に対応する位置に突起孔（図示せず）が開設され、突起孔に突起１５が挿通されて拘束材２１に係合される形態であってもよい。

内挿材１７の広幅面において、その長手方向の端部には、芯材１０の有する補強リブ１４と対応する位置において、補強リブ１４と干渉しないようにスリット１８が開設されている。

座屈拘束ブレース１００Ａによれば、芯材１０の高次の座屈変形により、図１３に示すように、芯材１０から拘束材２１に局所的に圧縮力Ｐが作用し、この局所的な力に起因して拘束材２１が破損することが抑制できる。このように局所的な力Ｐが作用することにより、木製の拘束材２１が破損に至り得る。そこで、芯材１０の広幅面１１ａと拘束材２１の間に内挿材１７を介在させることにより、芯材１０の高次の座屈変形の凸部１０ａから作用する力Ｐは内挿材１７にまず伝達され、伝達された力Ｐは内挿材１７内に広がり、内挿材１７内に拡散された力が木製の拘束材２１に分散力ｑとして作用することになる。このことにより、芯材１０から作用する複数の局所的な力Ｐによる木製の拘束材２１の破損が効果的に抑制される。

［全体座屈の検討］
次に、座屈拘束ブレースの全体座屈を防止するための設計方法について説明する。

座屈拘束ブレースの設計においては、以下の式（２）を満足して座屈拘束ブレースの全体座屈が生じないように設計する。

ここで、拘束材の中央に作用する曲げモーメントは、以下の式（３）で示すことができる。

木製拘束体の全体座屈を防止する条件は、以下の式（４）を満足することとなる。

式（４）を座屈拘束ブレースの全体座屈曲線として図１４に示す。図１４において、全体座屈曲線の上側は安全域であり、下側は危険域であり、安全域に入るように木製拘束体の設計用軸力、オイラー荷重、芯材の一般部の長さ、及び木製拘束体の降伏曲げ耐力が設定される。

尚、上記する木製拘束体の降伏曲げ耐力と作用する曲げモーメントとの関係を照査することの他にも、短期の木製拘束体の許容曲げ耐力が芯材降伏時に作用する曲げモーメントよりも大きくなることも合せて照査するのがよい（数式は省略）。

＜木製拘束体のめり込み破壊の検討＞
次に、木製拘束体のめり込み破壊の検討方法について説明する。芯材が木製拘束体に対してめり込むことにより、木製拘束体が破壊することを防止するには、以下の式（５）を満足することを検証する。

尚、上記する拘束材のめり込み耐力と作用する補剛力との関係を照査することの他にも、短期の拘束材の許容めり込み耐力が芯材降伏時に作用する補剛力よりも大きくなることも合せて照査するのがよい（数式は省略）。

＜拘束材に側材を接続する固定金具のピッチの検討＞
次に、拘束材に側材を接続する固定金具のピッチの設定方法について説明する。まず、拘束材と側材の接合部のせん断破壊を防止するには、以下の式（６）を満足することを検証する。

上式（６）を満たすべく、固定金具のピッチを以下の式（７）により設定することができる。

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０，１０Ａ：芯材
１１ａ：広幅面
１１ｂ：狭幅面
１２：広幅部
１２ａ：ボルト孔
１３：狭幅部
１４：補強リブ
１４ａ：ボルト孔
１５：突起
１６，１６Ａ：スペーサー
１７：内挿材
２０，２０Ａ：木製拘束体
２１：２６：拘束材
２２：側材
２３：固定金具（ビス）
２４：スリット
２５：隙間
１００，１００Ａ：座屈拘束ブレース
Ｃ：柱
Ｂ：梁
ＧＰ：ガセットプレート
ＦＳ：フィンスチフナ
ＳＰ：スプライスプレート

Claims (11)

1. 鋼製で、二つの広幅面と二つの狭幅面を有するプレート状の芯材と、
   前記芯材を包囲し、少なくとも一対の拘束材により形成される木製拘束体と、を備え、
   前記芯材の長手方向の端部の前記広幅面には、該広幅面に直交する補強リブが接合されて断面十字状を呈しており、
   前記狭幅面と前記木製拘束体との間に隙間を有し、該隙間にスペーサーが介在しており、
   前記芯材は、その長手方向に亘り前記広幅面の幅が一定であり、
   前記補強リブが取り付けられている領域の前記狭幅面の側方にある前記隙間には、前記スペーサーが存在していないことを特徴とする、座屈拘束ブレース。
2. 前記拘束材は、その長手方向に直交する断面形状が、Ｌ字状もしくはコの字状を呈し、二つのＬ字状もしくは二つのコの字状の前記拘束材が閉合して断面形状が矩形枠状の前記木製拘束体を形成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. 鋼製で、二つの広幅面と二つの狭幅面を有するプレート状の芯材と、
   前記芯材を包囲し、少なくとも一対の拘束材により形成される木製拘束体と、を備え、
   前記芯材の長手方向の端部の前記広幅面には、該広幅面に直交する補強リブが接合されて断面十字状を呈しており、
   前記木製拘束体は、前記一対の拘束材と、前記芯材の有する二つの狭幅面に対向するように配設され、前記一対の拘束材に接続されている木製で一対の側材と、により形成されていることを特徴とする、座屈拘束ブレース。
4. 前記狭幅面と前記木製拘束体との間に隙間を有し、該隙間にスペーサーが介在していることを特徴とする、請求項３に記載の座屈拘束ブレース。
5. 前記芯材は、その長手方向に亘り前記広幅面の幅が一定であり、
   前記補強リブが取り付けられている領域の前記狭幅面の側方にある前記隙間には、前記スペーサーが存在していないことを特徴とする、請求項４に記載の座屈拘束ブレース。
6. 前記芯材は、その長手方向の中央側において前記広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部を有し、その長手方向の端部側において前記広幅面の幅が相対的に広い広幅部を有しており、
   前記広幅部に対応する前記狭幅面の側方にある前記隙間には、前記スペーサーが存在していないことを特徴とする、請求項４に記載の座屈拘束ブレース。
7. 前記木製拘束体のうち、前記補強リブに対応する位置には該補強リブに干渉しないスリットが設けられており、
   平面視において、前記スリットと前記補強リブとの間に隙間を有していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。
8. 前記芯材から突起が張り出しており、該突起が前記木製拘束体に開設されている係合孔に係合していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。
9. 前記芯材の前記広幅面と前記拘束材が密着していることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。
10. 前記芯材の前記広幅面と前記拘束材の間に内挿材が介在していることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。
11. 前記木製拘束体が、ラミナ、もしくは複数のラミナが積層した集成材のいずれかにより形成されていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。

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