JPH09317001A - 座屈拘束斜め柱を要素とする構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜め柱と梁からなる構造体が水平力を受けた
とき、斜め柱が座屈せず、想定する軸力以上で安定的に
塑性化して、エネルギーを吸収する。 【解決手段】 エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱２を
含む斜め柱本体１を、複数の交差関節３で結合して略菱
形枠が集合してなる傾斜柱枠５を構成し、対をなして立
設される前記傾斜柱枠５の前記交差関節部で梁材６を支
持して構造体８を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地震の水平エネルギ
ーを円滑に吸収できる座屈拘束斜め柱を要素とする構造
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】阪神大震災の教訓から、特に大地震の際
の地震エネルギーにより構造体が破壊されるのをいかに
して防ぐかという観点で種々の研究開発がなされてい
る。この地震エネルギーから構造体を守る対策として
は、いわゆる積層ゴム等で構造物を支持する免震構造に
よるものと、構造体自身の揺れを制御するようにした制
振構造によるものとがあり、本発明の対象とするのは後
者に属する。

【０００３】地震による構造体の揺れを、構造体自身で
制御する方法として例えば次のような手段がある。梁
や垂直柱間に座屈拘束されたブレース材を用いて、地震
エネルギーがブレース材の降伏耐力を越えたとき、この
ブレース材が塑性変形して地震エネルギーを吸収する。
垂直柱と梁による構造体において、この垂直柱または
梁の曲げ降伏により地震エネルギーを吸収する。斜め
柱で構造体を構成し、地震力が生じたとき、そのエネル
ギーを斜め柱に軸力として作用させ、この軸力が降伏耐
力を越えると斜め柱が降伏することで地震エネルギーを
吸収する。

【０００４】前記の方法では、あくまでもブレース材
のみで地震エネルギーを吸収するものであるからそのエ
ネルギー吸収能力には限界があり、一定値以上の大地震
力に対しては適応不能事態が生じる。の方法では構造
体が垂直柱と梁との組合わせであるから、地震の水平力
に対して垂直柱はその水平力を最も有効に受け止め得る
構造とは言い難く、この場合も一定値以上の大地震に対
しては適応不能事態が生じる。の方法では、地震の水
平力を斜め柱でその軸力として最も有効に受けることは
できるが、座屈後の耐力低下によるエネルギー吸収能力
は不安定で、所期の通り大地震エネルギーを吸収できる
とは限らない。特に地震による水平力が軸力として作用
する斜め柱の降伏耐力は予め想定された地震等エネルギ
ーの強さ、建築構造物の強度等により適切な大きさに設
定されていなければ、地震発生時等におけるエネルギー
吸収部材としての本来の耐震性能を発揮させることがで
きない。つまり、座屈拘束部材の降伏耐力は大きすぎて
も、小さすぎてもその性能を発揮できないため、その降
伏耐力は適正に制御される必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
制振構造タイプの地震エネルギー吸収構造体は、いずれ
も一長一短があって満足し得る構造ではなかった。本発
明はこのような従来の欠点を改良した制振構造タイプの
地震エネルギー吸収構造体を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る座屈拘束斜め柱を要素とする構造体
は、エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱を含む斜め柱本
体を、複数の交差関節で結合して略菱形枠が集合してな
る傾斜柱枠を構成し、対をなして立設される前記傾斜柱
枠の前記交差関節部で梁材を支持した構成を特徴とす
る。

【０００７】前記エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱
は、鋼管で補強された座屈拘束用充填部材内に、鋼製中
心軸力部材を配設し、その鋼製中心軸力部材の表面と前
記座屈拘束用充填部材との間に、付着防止被膜を設けて
構成するとよい。

【０００８】本発明によると、構造体が地震エネルギー
により水平力を受けるとき、その水平力は、斜め柱本体
に軸力として伝わる。本発明では、この斜め柱本体の降
伏耐力を適正に制御することにより大小の地震エネルギ
ーを最も有効に吸収制御し得るものである。つまり、降
伏耐力を所期値に確実、容易に設定できるエネルギー吸
収用の座屈拘束斜め柱が、斜め柱本体の構成要素をなし
ているので、結果として、大規模地震からの構造体破壊
を最も効果的に防ぐことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明を図を参照して説明す
る。図１〜図８は本発明の第１例を示し、各図におい
て、斜め柱本体１は、エネルギー吸収用の座屈拘束斜め
柱２と、この斜め柱２に交差関節３を介して直列に接続
される非エネルギー吸収用斜め柱４とから構成され、複
数本の前記斜め柱本体１を複数の前記交差関節３で結合
して略菱形枠体が上下左右に集合してなる傾斜柱枠５が
構成される。さらに、この傾斜柱枠１を対をなして基礎
７に垂直に立設し、左右の傾斜柱枠（図１では片側のみ
を図示する）５の間において、前記交差関節部３で梁材
６を多段に支持することで構造体８が構成される。また
このとき、梁材６と斜め柱本体１とで、梁材６の上下側
に三角支持枠１０が構成される。

【００１０】図１におけるＡ部の詳細構造を図２〜図７
によって説明すると、交差関節３は、略Ｘ字状に伸びる
連結腕部１１を有した構成であり、 左右の上下斜め方
向に向う各連結腕部１１に座屈拘束斜め柱２の端部が溶
接１２で固着されている。

【００１１】第１例に係る座屈拘束斜め柱２は、図３、
図４に示すように所定厚の帯状鋼板１３からなる鋼製中
心軸力部材１４が４角形断面の鋼管１５に挿通され、か
つ中心軸力部材１４の両端部側面には、斜面１５を内側
基端部に有する鋼製の補強用リブプレート１６が溶接で
固着されていて、この斜面１５に中心軸力部材１４の塑
性変形を吸収する（後述する）空隙確保のため、合成樹
脂スポンジまたはゴムからなる変形吸収用弾性材１７が
接着剤等により固定されている。さらに、中心軸力部材
１４と補強用リブプレート１６の外端面に連結体１８が
溶接で固定されている。前記中心軸力部材１４を構成す
る帯状鋼板１３の厚みと、幅は、地震エネルギーにより
塑性変形させる降伏耐力の大きさに応じて決定される。

【００１２】中心軸力部材１４の外面と、補強用リブプ
レート１６の外面と変形吸収用弾性材１７とを被んで、
これらが鋼管２０内に位置する部分に型枠剥離、オイル
ペイント、アスファルト等からなる付着防止被膜２１が
塗布形成され、さらに、前記鋼管２０内に座屈拘束用充
填部材の一例としてコンクリート２２が充填され、その
コンクリート２２と前記鋼管２０とにより、鋼材で補強
された座屈拘束用コンクリート部材２３が構成されてい
る。前記鋼管２０の端部と前記連結体１８の間には一定
の間隔２４があけられているが、前記補強用リブプレー
ト１６は、この間隔２４部位における中心軸力部材１４
の強度を補強している。

【００１３】連結体１８には、所定の長さを有する長さ
調整鋼管２５の一端が溶接１２で固定されており、その
他端は交差関節３の連結腕部１１の端面に環状ガイド突
起２６をガイドとして当接させてあり、この当接部を溶
接１２で固着している。連結腕部１１の端面に凹部２７
が設けられているが、交差関節３の強度調節と軽量化の
両面から、このように設計されているものである。エネ
ルギー吸収用の座屈拘束斜め柱２は、前述のように座屈
拘束用コンクリート部材２３と、その両端部の連結体１
８と、長さ調整鋼管２５とからなり、長さＬを有してい
る。

【００１４】図１に示すように座屈拘束斜め柱２は、複
数の交差関節３を用いて斜め直線状に構成される斜め柱
本体１の、少なくとも一部の構成要素をなすべく配設さ
れている。図１の例では、１本の直線状の斜め柱本体１
において、それぞれ２つの座屈拘束斜め柱２が配設され
ており、他はこの座屈拘束斜め柱２よりも座屈耐力が大
きい非エネルギー吸収用斜め柱４が配設されている。

【００１５】非エネルギー吸収用斜め柱４は、図８に拡
大図示するように、角パイプ、丸パイプ等の中空鋼管、
或いは中実の鋼棒等で構成されており、その両端部が交
差関節３の各連結腕部１１に溶接１２で固定されてい
る。また、本発明では、エネルギー吸収用の座屈拘束斜
め柱３は、前述のように１本の斜め柱本体１の中に少な
くとも１本以上有していれば、その降伏耐力を適正に設
定することにより所期の目的を達成可能であり、１本の
斜め柱本体１の全部を前記座屈拘束斜め柱２で構成する
ことによっても所期の目的を達成することは可能であ
る。

【００１６】図９〜図１１には、本発明の第２例に係る
エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱２ａが示されてい
る。この第２例の座屈拘束斜め柱２ａでは、第１の座屈
拘束斜め柱２における長さ調整鋼管２５が設けられてい
ない。つまり、第２例の座屈拘束斜め柱２ａでは、座屈
拘束用コンクリート部材２３の鋼管２０の両端におい
て、中心軸力部材１４の端部に第１例と同じ連結体１８
が溶接１２で固着され、この連結体１８が、交差関節３
の連結腕部１１に設けられた連結端部２８に溶接１２で
固定されている。第２例の座屈拘束斜め柱２では、第１
例における長さ調整鋼管２５が存在しないので、これの
長さに相当する分だけ座屈拘束用コンクリート部材２３
が長く設けられている。他の構成は第１例と同じである
ので、同一要素には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１７】前述のように、エネルギー吸収用の座屈拘
束斜め柱２を要素とする斜め柱本体１で傾斜柱枠５が構
成され、この傾斜柱枠５を所定の間隙をあけて対をなし
て図１に示す基礎７の上に垂直に立設し、両側の傾斜柱
枠５の間において、前記交差関節３で梁材６を多段に支
持することで構造体８が構成される。なお、梁材６の構
成と、梁材６を交差関節３に固定する手段は周知の構成
を用いて構わない。この構造体８において、斜め方向に
交差して傾斜する複数列の斜め柱本体１によって、多数
の略菱形枠３０が構成されると共に、梁材６と斜め柱本
体１とによって多数の三角支持枠１０が構成される。

【００１８】本発明の実施形態に係る構造体８におい
て、非地震時における平常値レベルの下向の荷重や水平
方向の力は交差関節３と、梁材６と、斜め柱本体１とで
構成される三角支持枠１０の剛性に富む枠構造により受
け止められることで、この構造体８の安定性を保持する
ことができる。

【００１９】一方、地震時に水平力が構造体８に作用し
たときは、その水平力は梁材６と交差関節３を介して斜
め柱本体１に軸力として作用し、その軸力（つまり、地
震の水平力）がエネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱２の
降伏耐力を越えたとき、この座屈拘束斜め柱２の中心軸
力部材１４がコンクリート２２と鋼管２０で拘束されて
いることにより座屈せず、圧縮降伏（あるいは引張降
伏）して安定的に塑性変形することでそのエネルギーを
吸収して、構造体８を地震から守るものである。

【００２０】ところで、地震エネルギーによる軸力に対
し、エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱２を座屈させな
いことはもちろんであるが、降伏耐力も予め想定された
地震等エネルギーの強さ、建築構造物の強度等により適
切な大きさに設定されていなければ、地震発生時等にお
けるエネルギー吸収部材としての本来の耐震性能を発揮
させることができない。つまり、座屈拘束部材の降伏耐
力は大きすぎても、小さすぎてもその性能を発揮できな
いため、その降伏耐力は適正に制御される必要がある。

【００２１】本発明の座屈拘束斜め柱２において、前記
の降伏耐力を決定するのは、座屈拘束用コンクリート部
材２３であり、なかでもとくに、コンクリート２２で拘
束されている中心軸力部材１４の断面積である。そし
て、中心軸力部材１４を構成する鋼材としては、１０kg
／mm² 〜５０kg／mm² の範囲の鋼板を使用することがで
き、これらを適正に選択することで、剛性および塑性挙
動（保有耐力、復元力特性）を任意に調整することがで
きる。

【００２２】また、中心軸力部材１４の両端部におい
て、補強用リブプレート１６の斜面１５に接するように
変形吸収用弾性材１７が設けられているので、鋼製中心
軸力部材１４の軸方向の変形が妨げられるのを防止する
ことができる。中心軸力部材１４としては、丸鋼、形鋼
その他の任意断面のものを使用してもよく、また鋼管２
０としては丸形あるいは６角断面のものを使用してもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る構造
体は、交差関節で連結された複数の斜め柱本体で構成さ
れているので、この構造体が地震エネルギーにより水平
力を受けるとき、その水平力を斜め柱本体に軸力として
伝え、この斜め柱本体で最も有効に受けることができ
る。しかもこの斜め柱本体は、エネルギー吸収用柱とし
て降伏耐力を所期値に確実、容易に設定できる座屈拘束
斜め柱を構成要素としているので、座屈が生ぜず、所定
の軸力以上では安定的に塑性化してエネルギーを吸収で
きる。したがって、本発明によると柱の座屈後の耐力低
下によるエネルギー吸収能力の不安定化の問題点を解消
できると共に、当該構造物において、予定値の地震エネ
ルギーを最も有効に吸収すべく最適な降伏耐力を有した
座屈拘束斜め柱を容易に構成でき、結果として、大規模
地震による構造体の破壊を最も有効に防ぐことができ、
しかも個々の座屈拘束斜め柱の交換も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１例に係る座屈拘束斜め柱を要素と
する構造体の正面図である。

【図２】図１のＡ部の拡大図である。

【図３】図２における座屈拘束斜め柱の断面図である。

【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】図３のＤ−Ｄ断面図である。

【図６】図３のＥ−Ｅ断面図である。

【図７】図３のＦ−Ｆ断面図である。

【図８】図１のＢ部の拡大図である。

【図９】本発明の第２例に係る座屈拘束斜め柱を要素と
する構造体の要部の拡大図である。

【図１０】図９における座屈拘束斜め柱の断面図であ
る。

【図１１】図１０のＧ−Ｇ断面図である。

【符号の説明】

１ 斜め柱本体 ２ 座屈拘束斜め柱 ３ 交差関節 ４ 非エネルギー吸収用斜め柱 ５ 傾斜柱枠 ６ 梁材 ７ 基礎 ８ 構造体 １０ 三角支持枠 １１ 連結腕部 １２ 溶接 １３ 帯状鋼板 １４ 鋼製中心軸力部材 １５ 斜面 １６ 補強用リブプレート １７ 変形吸収用弾性材 １８ 連結体 ２０ 鋼管 ２１ 付着防止被膜 ２２ コンクリート ２３ 座屈拘束用コンクリート部材 ２４ 間隔 ２５ 長さ調整鋼管 ２６ ガイド突起 ２７ 凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱を含
   む斜め柱本体を、複数の交差関節で結合して略菱形枠が
   集合してなる傾斜柱枠を構成し、対をなして立設される
   前記傾斜柱枠の前記交差関節部で梁材を支持した構成を
   特徴とする座屈拘束斜め柱を要素とする構造体。
2. 【請求項２】 前記エネルギー吸収用の座屈拘束斜め柱
   は、鋼管で補強された座屈拘束用充填部材内に、鋼製中
   心軸力部材を配設し、その鋼製中心軸力部材の表面と前
   記座屈拘束用充填部材との間に、付着防止被膜を設けて
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の座屈拘
   束斜め柱を要素とする構造体。