JPS6389743A

JPS6389743A - 地震エネルギ−吸収機能を備えたブレ−ス・タイプの柔剛混合構造

Info

Publication number: JPS6389743A
Application number: JP23168986A
Authority: JP
Inventors: 壽郎宇野; 矢部　喜堂; 伊倉　清; 真瀬　伸治; 敏彦平間
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-20
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0733685B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、建築構造物の梁間等に設けられるブレース
・タイプの柔剛混合構造に係わり、特に、自身の塑性変
形により外力からのエネルギーを吸収するような地震エ
ネルギー吸収機能を有するブレース・タイプの柔剛混合
構造に関する。

「従来の技術およびその問題点」従来、建築構造物の補強要素として設けられるブレース
構造には、本来の補強機能を発揮させるための高い剛性
は勿論、例えば地震等の外力に対して生じる軸力や曲げ
モーメントによって座屈することのない、十分な靭性も
要求される。

ところで、前記ブレース構造のブレースには主に鉄骨が
用いられるが、このようなブレース構造においては、特
に圧縮時のブレースの座屈により急激な耐力低下を招く
恐れがあることから、新耐震規定においてら、設計応力
の割り増し、及び構造特性係数の割り増し等の規定が設
けられており、ブレース耐力を増加させることで地震エ
ネルギーを吸収させる、いわゆる耐力指向型の対策が採
られている。しかしながら、このようなブレース構造は
、応力割り増しも分だけブレース構造が大きくなるこ浜
から、必然的に部材断面の増加、部材重量の増加という
傾向を招き、これが故に材料費の高騰、構造バランスの
不均衡等解決すべき問題点を遺していた。

近年、建築構造物の耐用年限内に発生が予想される最大
級の地震のような規模の外力に対しては、前記建築構造
物が倒壊しない程度において、この建築構造物全体の部
材に若干の塑性変形を許容して前記外力のエネルギーを
吸収する、という考えが認められており、この、いわゆ
る塑性化を指向した終局設計法と呼ばれる設計法が実際
に適用されつつある。

この発明は、前記終局設計法の思想をブレース構造の設
計に応用したものであり、ブレース構造を構成する印材
の耐力を増加さけることなく、建築構造物全体のエネル
ギー吸収能力を向上させることの可能な、地震エネルギ
ー吸収機能を有するブレース・タイプの柔剛混合構造を
如何にして実現するかを問題にしている。

「問題点を解決するための手段」本発明者等は、前記問題点に鑑みて鋭き研究した結果、
以下の知見を得るに至った。

すなわち、地震による荷重効果をエネルギーとして評価
するエネルギー理論に基づく耐震極限設計法によれば、
建築物各層の強度（降伏層性断力）の最適分布、言い替
えれば第１層における降伏層剪断力係数分布７１は一義
的に求めることができ、これは次式で与えられる（秋山
宏著、「建築物の耐震極限設計」（東京大学出版会））
。

了ｉ　＝　ｒ（−）ｆ（ｘ）−１＋　１．５９２７ｘ−１１，８５１９ｘ２
＋　４２．５８３３ｘ’−５９，４８２７ｘ’＋　３０
．１５８６ｘ５そして、ある層の強度αｉが、この最適
分布ｉｉよりも小さい場合、この層に地震等による外力
のエネルギーが集中することになる。逆に、この原理を
利用すれば、各層の強度αｉを適宜調整することで、外
力のエネルギーを所望の割合で各層に配分することがで
き、例えば、建築物の第１層の強度あみを低減させるこ
とで、この第１層に外力エネルギーを集中さけることが
できる。さらに、萌述の終局設計法に従って、第Ｘ層に
集中した外力エネルギーを、この第１層の部材の塑性変
形によって吸収すれば、第２層以上に伝達する外力エネ
ルギーを小さくすることができ、よって、建築物全体へ
の免震効果をもたらすことができる。

以上示した知見に従って、この発明は、建築構造物の骨
組の一部である梁等水平部材と柱等垂直部付とで囲まれ
る領域内に設けられるブレース・タイプの柔剛混合構造
において、前記垂直部材を高張力綱等からなる弾性ｇｒ
Ｓ材（梁部材）で形成すると共に、前記水平部材と垂直
部材とで囲まれる領域内に普通綱等からなる塑性化部材
（剛部材）を設け、かつ、この塑性化部材からりり記水
平部材と垂直部材との交叉部に向って、前記弾性部材か
らなるブレースを延出させたようなブレース・タイプの
柔剛混合構造を構成して、前記問題点を解決している。

「作用　」この発明では、ブレース・タイプの柔剛混合構造に外力
が加えられた場合、ブレースを介して外力のエネルギー
かこの構造内に設けられた塑性化部材に伝達されること
で、この塑性化部材が降伏し、これにより、外力のエネ
ルギーの大部分が、前記構造内で塑性歪エネルギーとし
て吸収される。

［実施例Ｊ以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、この発明の第１実施例である地震エネルギー
吸収機能を備えたブレース・タイプの柔剛混合構造（以
下、単に「ブレース構造Ｊと称する）を示す図であり、
このブレース構造Ｂは、第２図に示すような建築物Ａの
第１層Ｆに設けられている。第１図ないし第２図におい
て、地盤Ｇ上に構築された建築物Ａは、いわゆる鉄骨構
造の建築物であり、高張力鋼（弾性部材）製の角形鋼管
からなる柱（垂直部材）ｌ、１、・・・と、Ｈ形鋼から
なろ粱（水平部材）２．２、・・・とからその躯体が構
成されている。ｈｔは、建築物Ａの第１　、ｒｓ　Ｆ’
においぞ、その径が縮小された小径部１ａに形成されて
いる。

前記建築物Ａには、その第１層Ｆに普通鋼製の角形鋼管
からなる塑性化部材４．４が設けられている。この塑性
化部材４．４は、前記往１，１間に位置するように、地
盤Ｇに２本ずつ立設され、これら塑性化部材４．４の上
端部は、Ｈ形鋼からなる連結部材５により連結されてい
る。この塑性化部材４からは、前記柱ｌと梁２との交叉
部（仕口）Ｃに向って、普通鋼又は高張力鋼製の鋼管か
らなるブレース３が取付プレート７を介して延出され、
このブレース３は、ガゼツトプレート８により、前記交
叉部Ｃにおいて梁２に取り付けられている。

そして、この建築物Ａを構成する部材（角形鋼管、ｒ−
ｉ形鋼、鋼管）は、建築物Ａの耐用年限中に成度発生が
予想される地震規模の外力に対して発生する応力が許容
応力度以内であるように、その材質及び断面形状が選択
されている。そして、建築物Ａの第１層Ｆに設けられて
いる前記塑性化部材４は、この建築物Ａの耐用年限中に
発生が予想される最大級の地震規模の外力に対して降伏
するように、その材質及び断面形状が選択されている。

ここで、前記塑性化部材４は、その長さが短い短柱タイ
プの部材であるので、細長比が小さく、従って座屈によ
る耐力低下が抑止されると共に、中厚比を大きく設計す
ることで、有害なねじれ、局部変形を生じないようにす
ることができ、これにより塑性化部材４自体の塑性変形
能力を大きく確保することが可能となる。

以上のようなブレース構造Ｂが設けられた建築物Ａに、
建築物への耐用年限中に成度発生が予想される地震規模
の外力が加えられた場合、各部材は復元力特性における
弾性域内で挙動することとなる。また、建築物Ａの耐用
年限中に発生が予想される最大級の地震規模の外力が加
えられた場合、前記ブレース３を介して外力のエネルギ
ーが前記塑性化部材４．４に伝達されることで、この塑
性化部材４．４が降伏する。これにより、外力のエネル
ギーの大部分がこの第１層Ｆで塑性歪エネルギーとして
吸収されることで、これ以上の層に伝達されるエネルギ
ーが減少され、よって、建築構造物全体への耐震効果を
得ることができる。従って、前記従来の如く、ブレース
構造Ｂを構成する部材の耐力を増加させて耐震効果を得
るのと異なり、塑性化部材４の塑性変形能力により外力
のエネルギーを吸収しているので、ブレース構造Ｂを構
成する部材、特に、ブレース３そのものの耐力を増加さ
せることなく地震エネルギー吸収効果を得ることのでき
るブレース構造Ｂを実現することが可能となる。そして
、これに上り府述の如く部材断面の増加、部材重量の増
加に伴う材料費の高騰、構造バランスの不均衡、という
問題点も解決される。

また、前記柱１は、自身の大きな弾性変形能力により、
前記最大級の地震規模の外力に対しても弾性状態を保つ
ことにより、エネルギー集中層（第１層Ｆ）全体の最大
変形、残留変形の増大を抑止する効果がある。又、生じ
た水平変形によるＰ−δ効里で律店物Ａが劣什するのを
防止し、復元力を確保する機能ら持っている。

特に、この実施例では、往Ｉが、ブレース構造Ｂが設け
られている部位、すなわち第１層Ｆにおいて、その径が
縮小されているので、第１層Ｆの強度とそれ以外の層の
部分の強度に格差が生じ、これにより地震等の外力が前
記建築物Ａに加えられた時、その第１層Ｆに外力からの
エネルギーが集中される。従って、このエネルギー吸収
量を的確に把握することが容易となり、また、前記従来
の終局設計法の如く全層に亙っての塑性変形を考慮する
必要が無いため、第１層Ｆ以外の層を設計する上での自
由度が増加される。そして、前記の如く第１層Ｆ以外の
層では、外力のエネルギー伝達が減少されるので、構成
部材の剛性を大きく確保する必要がなく、このため鉄骨
等の部材重量を削減することが可能となる。

また、このブレース構造Ｂにおいては、地震等の水平力
が加えられた場合、ブレース３．３に作用する軸力の大
部分が前記塑性化部材４．４及び連結部材５の剪断力と
釣合うため、この塑性化部材４、ｊに作用する軸力が殆
ど無視できる程度までに小さくなる、という優れた効果
を奏する。また同様に、塑性化部材４．４を連結する連
結部材５の剛性を適宜調節することで、この塑性化部材
４．４の両端部に作用するモーメント分布を可能な限り
均等にし、これにより塑性化部材４．４のエネルギー吸
収能力を増太さ仕ることができる、という利点もある。

ここで、前記弾性部材たる柱Ｉ及び塑性化部材４の物性
値の最適な組み合わせについて説明する。

これら物性値の組み合わせは、本発明者等の検討結果に
よれば、次式で与えられるような組み合わせが最も好ま
しい。

ｓＱｙ／ｈＱｙ≧１／３Ｓδｙ／ｈδｙ≧３．Ｏｈア／ｈｒｔ≧０．３５ｈＱ　ｙ：塑性化部材の降伏剪断力ｓＱ　ｙ：弾性部材の降伏剪断力ｈδｙ・塑性化部材の降伏変形量Ｓδｙ：弾性部材の降伏変形ｍｈπ：見掛けの塑性変形倍率の平均値ｈ７：累積塑性変形倍率の平均値すなわち、第５図に示すグラフにおいて、斜線で囲まれ
る領域であれば良い。

次に、第３図は、この発明の第２実施例であるブレース
構造Ｂを示す図である。なお、以下の説明において、前
記第１実施例と同様の構成要素については同一の符号を
付し、その説明を省略する。

この、第２実施例たるブレース構造Ｂと、前記第１実施
例のブレース構造との相異点は、塑性化部材４が柱１，
１間に１本のみ立設されている点である。そして、この
第２実施例たるブレース構造Ｂによっても、前記第１実
施例のブレース構造と同様の作用効果を得ることができ
る。

さらに、第４図（ａ）〜（ｊ）は、この発明の他の実施
例であるブレース構造Ｂを示す図である。なお、第４図
全体において、符号１０はビン接合点を示すものであり
、また、第４図（ｂ）〜（ｃ）において、符号１’ｌは
Ｈ形鋼からなる連結部材、第４図（Ｄにおいて、符号１
２は普通鋼からなる鋼板である。

これら第４図に示した実施例によっても、前記第１実施
例のブレース構造と同様の作用効果を得ることができる
。

なお、この発明のブレース構造Ｂは、前記実施例に限定
されない。例えば、このブレース構造Ｂは、第１層Ｆの
みならずいずれの層に設けられても良く、また、複数の
層に設けられても良い。また、前記弾性部オたる柱１及
び塑性化部材４も、その材質が前記実施例のそれに限定
されることなく、前述の物性値の組み合わせに従って、
周知の材質から適宜選択されれば良い。さらに、前記塑
性化部材４の降伏時期ム、前記実施例の如く、最大吸の
地震規模の外力に対してのみばかりでなく、より小さな
外力に対して降伏を許すように設定されてら良く、要は
どの程度の外力に対して顕粁な耐震効果を期待するかに
よって、適宜選択されれば良い。そして、このブレース
構造Ｂは、前記実ｔ、（ｇｍｌ−７＝＋−＋＆ｌＲ−五
、１：！ｍｚ−ｋｌ＆Ａ＋−；ｉｍ−に？ブｌ）？−ｖ
’ｌ（鉄筋コンクリート溝道、鉄骨鉄筋コンクリート構
造等にも適用可能である。

「発明の効果」以上詳細に説明したように、この発明によれば、建築構
造物の骨組みの一部である梁等水平部材と柱等垂直部材
とで囲まれる領域内に設けられるブレース・タイプの柔
剛混合構造において、前記垂直部付を高張力綱等からな
る弾性部材で形成すると共に、前記水平部材と垂直部材
とで囲まれる領域内に普通綱等からなる塑性化部材を設
け、かつ、この塑性化部材から前記水平部材と垂直部材
との交叉部に向って、前記弾性部材からなるブレースを
延出させたようなブレース・タイプの柔剛混合構造を構
成したので、このような柔剛混合構造に外力が加えられ
た場合、前記ブレースを介して外力のエネルギーが前記
塑性化印材に伝達されることで、この塑性化部材が降伏
する。これにより、外力のエネルギーの大部分かこの柔
剛混合構造内で塑性歪エネルギーとして吸収されること
で、これ以外の部分に伝達されろエネルギーが減少され
、よって、建築構造物全体の地震エネルギー吸収能力を
増加させることができる。従って、前記従来の如く、ブ
レース構造を構成する部材の耐力を増加させて免震効果
を得るのと異なり、塑性化部材の塑性変形能力により外
力のエネルギーを吸収しているので、ブレース構造を構
成する部材の耐力を増加させることなく耐震効果を得る
ことのできる柔剛混合構造を実現することが可能となる
。

また、この発明によれば、弾性部材たる柱自身の大きな
弾性変形能力により、柔剛混合構造全体の最大変形、残
留変形の増大を抑止する、という優れた効果を奏する。

又、生じた水平変形によるＰ−δ効果で建築物が劣化す
るのを防止し、復元力を確保する機能をも持つことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例である地震エネルギー吸
収機能を備えたブレース・タイプの柔剛混合構造を示す
正面図、第２図はこの柔剛混合構造が設けられた建築物
を示す正面図、第３図はこの発明の第２実施例である地
震エネルギー吸収機能を備えたブレース・タイプの柔剛
混合構造を示す正面図、第４図はこの発明の他の実施例
である地震エネルギー吸収機能を備えたブレース・タイ
プの柔剛混合構造を示す模式図、第５図は降伏剪断力と
降伏変形量の組み合わせを示す図である。Ａ・・・・・・建築物（建築構造物）、Ｂ・・・・・・
ブレース構造（ブレース・タイプ柔剛混合構造）、Ｃ・
・・・・・交叉部、Ｆ・・・・・・第１層（領域）ｌ・・・・・・住（垂直部材及び弾性部材）、２・・・
・・・粱（水平部材）、３・・・・・・ブレース、４・
・・・・・塑性化部材。

Claims

【特許請求の範囲】

建築構造物の骨組の一部である梁等水平部材と柱等垂直
部材とで囲まれる領域内に設けられるブレース・タイプ
の柔剛混合構造であって、前記垂直部材が高張力綱等か
らなる弾性部材（柔部材）で形成されていると共に、前
記水平部材と垂直部材とで囲まれる領域内には普通綱等
からなる塑性化部材（剛部材）が設けられ、かつ、この
塑性化部材から前記水平部材と垂直部材との交叉部に向
って、前記弾性部材からなるブレースが延出されている
ことを特徴とする地震エネルギー吸収機能を備えたブレ
ース・タイプの柔剛混合構造。