| 【発明の名称】 |
座屈拘束ブレース |
| 【発明者】 |
【氏名】福田 浩司
【氏名】一戸 康生
【氏名】佐々木 正道
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| 【要約】 |
【課題】全体として細く、軽量であり、圧縮時と引張時の耐力差が小さく安定した復元力特性を発揮するととともに、製作が容易な低コストの座屈拘束ブレースを提供する。
【解決手段】鋼板からなる芯材２の材端部に、フランジ鋼板３を芯材２と直交するように設ける。芯材２の軸と直角方向の変形を拘束するための座屈補剛材４を鋼板の隅肉溶接等により組み立てる。座屈拘束材４の内面には緩衝材５を貼り付ける。構造物の主要骨組との接合を芯材２の材端部に設けたフランジ鋼板３を介して行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 鋼板からなる芯材と、前記芯材の断面周囲に設けた鋼製の座屈拘束材とからなる座屈拘束ブレースにおいて、前記座屈拘束材の端部から突出する前記芯材の材端部の幅方向両端部に、芯材の幅方向とほぼ直交するフランジ鋼板が設けられていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
【請求項２】 前記芯材の材端部には芯材の幅方向の少なくとも一部の厚さを増加させた増厚部が形成されており、前記座屈拘束材の材端部には前記増厚部の厚さに対応させて前記芯材の軸方向の変形に伴う前記増厚部の移動を許容する拡大孔またはスリットが形成されている請求項１記載の座屈拘束ブレース。
【請求項３】 前記座屈拘束材の材端部の断面について、少なくとも前記芯材の幅方向と直角方向の変形を拘束する部分の一部が材軸方向に延長されて、前記芯材の前記フランジ鋼板設置位置近傍まで延びている請求項１記載の座屈拘束ブレース。
【請求項４】 前記芯材と前記座屈拘束材との間に緩衝材を介在させてある請求項１、２または３記載の座屈拘束ブレース。
【請求項５】 前記芯材の材軸方向中央部と前記座屈拘束材の材軸方向中央部が接合または係止されている請求項１、２、３または４記載の座屈拘束ブレース。
【請求項６】 前記フランジ鋼板の材料強度が前記芯材の材料強度以上である請求項１、２、３、４または５記載の座屈拘束ブレース。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、構造物の主要骨組の層間に組み込まれ、大きな層間変形が生じた際に芯材となる鋼材が塑性変形することでエネルギーを吸収し、構造物の揺れを減少させる座屈拘束ブレースに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の座屈拘束ブレースとしては、例えば実公平４−１９１２１号公報記載のものが挙げられる。これは、芯材となる鋼板を鋼管コンクリートで座屈拘束したものであり、芯材とコンクリートとの間には型枠剥離剤、オイルペイント、あるいはアスファルト等からなる付着防止被膜が塗布形成されている。
【０００３】また、芯材の材端部に補強用リブプレートを設け、芯材の鋼板とリブプレートとで十字状断面を形成したものも記載されており、芯材の軸方向変形代を確保するため、リブプレート端面には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が設けられている。
【０００４】また、座屈拘束材に鋼材を用いた例としては、例えば特開平９−２２１８３０号公報記載のものが挙げられる。これは、芯材となる鋼板を丸鋼管または角形鋼管からなる補剛管に内挿し、補剛管の内側に設けた座屈止め等により座屈拘束したものである。ブレースと主要構造骨組とは、芯材の材軸方向両端部に溶接接合された十字形の鋼板を介して接合される。
【０００５】特開平１１−１７２７８３号公報には、上記特開平９−２２１８３０号公報記載のものをさらに発展させたものとして、芯材となる鋼板と座屈拘束材である角形鋼管が接触する角部に２枚のライナーを挟み、この２枚のライナーの間に潤滑材を介在させたものが開示されている。
【０００６】この他、本願出願人による特開平１０−３０６４９８号公報には、ブレース断面を大型化することなく、十分な補剛効果が得られ、製作が容易で納まりの良い、軽量、薄型の座屈拘束ブレースとして、芯材となる鋼板の材軸方向両端部に板厚を中央部の板厚より厚くした増厚部を設けたものが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平９−２２１８３０号公報記載の座屈拘束ブレースの場合、芯材となる鋼板と座屈拘束材である鋼管は、芯材断面端部等、その一部のみ接触しており、芯材となる鋼板の断面の大半は座屈拘束されていない。
【０００８】また、座屈拘束材が角形鋼管であり、角形鋼管の角部で芯材と接触しているタイプでは、座屈拘束力が鋼管の角部に集中し、その部分が局部的に変形することで座屈拘束効果が十分に発揮されない危険性がある。
【０００９】さらに、芯材となる鋼板と座屈拘束材である角形鋼管の角部が直接接することで、局所的に摩擦力が増大し、ブレースに圧縮力が作用した場合、その分耐力が上昇することになり、復元力特性における引張荷重側の耐力と圧縮荷重側の耐力との差が著しく異なるといった危険性もある。
【００１０】また、ブレース製作上、鋼管内径と芯材となる鋼板の隙間管理が困難であることも問題点として指摘される。このような問題点を解決するため、特開平１１−１７２７８３号記載の発明では、芯材となる鋼板と座屈拘束材である角形鋼管が接触する角部との間に２枚のライナーを挟み、さらにこの２枚のライナーの間に潤滑材を介在させている。
【００１１】これにより、摩擦力の増大が抑えられ、復元力特性が引張荷重側と圧縮荷重側とで著しく異なるという問題はある程度解決されると考えられるが、ライナープレートおよび潤滑材の追加は、座屈拘束ブレースの製作加工工数の増加につながる。
【００１２】また、芯材となる鋼板の断面の大半が座屈拘束されていない、座屈拘束力が角部に集中し鋼管の角部が局部的に変形するといった問題点は以前として残っている。
【００１３】また、座屈拘束ブレースを制震デバイスとして使用する場合、ブレース材端部はブレース芯材がある程度塑性化し、建物に制震効果が表れるまでは弾性域に留まる必要がある。
【００１４】この時、ブレース材端部の形状が、実公平４−１９１２１号公報や特開平９−２２１８３０号公報で示されるような芯材材軸方向の材端部に縦リブを接合した十字形断面の形状では、芯材および縦リブで構成される断面で許容応力のチェックをする際、縦リブに芯材よりも材料強度の高い普通鋼や高張力鋼を用いても、許容応力は芯材に用いた強度の低い極低降伏点鋼の値を用いなければならないといった場合がある。
【００１５】制震効果が表れるためのブレースの塑性化の程度は一概には定まらないが、例えば、ブレース軸歪片振幅が１％で、芯材に降伏点が低い極低降伏点鋼を使用した場合、降伏軸力の上昇率は２倍以上はあるものと推定される。
【００１６】このような場合、ブレース材端部の十字形断面積は芯材断面積の２倍以上要求されることとなり、さらにボルト接合の場合にはボルト孔欠損断面積を考慮すると、ブレース材端部は芯材中央断面に比べかなり大きな形状となる。
【００１７】これは、ブレース芯材の板取りの際の板ロスを増し、製作コストを上昇させる大きな要因となる。また、ブレース材端の形状が大きいことはブレースと接合される主要構造側の接合部も大きくなり、主要構造物側の設計についてもコストアップの要因となる。
【００１８】本願発明は上述のような課題の解決を図ったものであり、全体として細く、軽量であり、圧縮時と引張時の耐力差が小さく安定した復元力特性を発揮するととともに、製作が容易な低コストの座屈拘束ブレースを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発明は、鋼板からなる芯材と、前記芯材の断面周囲に設けた鋼製の座屈拘束材とからなる座屈拘束ブレースにおいて、前記座屈拘束材の端部から突出する前記芯材の材端部の幅方向両端部に、芯材の幅方向とほぼ直交するフランジ鋼板が設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】この場合、芯材の断面周囲に座屈拘束材がほぼ密着するように配置すれば、座屈拘束効果が効率良く得られ、また座屈拘束材に要求される鋼材重量も軽減される。
【００２１】芯材の材端部に設けたフランジ鋼板は、芯材とともに例えばＨ形断面を構成することで、材端部の補剛効果を有し、さらに主要骨組との接合をこのフランジ鋼板を介して行うことで、応力チェックの際、フランジ鋼板の材料強度で設計が可能となる。なお、主要骨組との接合は、フランジ鋼板と芯材の少なくともどちらか一方の位置で行うことができる。
【００２２】請求項２は、請求項１に係る座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材の材端部の少なくとも幅方向の一部に芯材の厚さを増加させた増厚部が形成されており、前記座屈拘束材の材端部に前記増厚部の厚さに対応させて前記芯材の軸方向の変形に伴う前記増厚部の移動を許容する拡大孔または端面が開放されたスリットが形成されている場合を限定したものである。
【００２３】芯材の軸方向の変形を許容することから、座屈拘束ブレースの設計によっては、ブレース材端部において、座屈拘束材の端部とフランジ鋼板が設けられている部分との間に芯材のみの部分が生じる、その部分が座屈に対するウィークポイントとなる可能性があるのに対し、請求項２ではこの部分を増厚部により補強することで対処している。
【００２４】このような増厚部は、例えば芯材の材端部に補強鋼板を重ね合わせて接合することなどにより簡単に形成することができる。一方、座屈拘束材の端部に拡大孔部を形成することで、拡大孔部内に芯材の軸方向の変形に伴う変形代を確保することができる。
【００２５】なお、補強鋼板を芯材の軸方向と直交方向に接合する場合には、座屈拘束材の端部に開放されたスリットを形成してもよい。この場合、スリット内に補強鋼板が入り込むことで、芯材の軸方向の変形に伴う変形代を確保するとともに、芯材のみの部分をなくすことができる。
【００２６】請求項３は、請求項１に係る座屈拘束ブレースにおいて、前記座屈拘束材の材端部の断面について、少なくとも前記芯材の幅方向と直角方向の変形を拘束する部分の一部が材軸方向に延長されて、前記芯材の前記フランジ鋼板設置位置近傍まで延びている場合を限定したものである。
【００２７】この場合、請求項２に係る発明のように、芯材に増厚部を形成することなく、座屈拘束材の延長部分で、芯材のみの部分をなくし、座屈に対するウィークポイントを解消することができる。
【００２８】なお、座屈拘束ブレースにおける断面が芯材のみとなる区間が短く、その区間で芯材が局部座屈する恐れがない場合には、請求項２、請求項３の発明における配慮は必要なくなる。
【００２９】請求項４は、請求項１、２または３に係る座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材と前記座屈拘束材との間に緩衝材を介在させた場合である。緩衝材を介在させることで、芯材と座屈拘束材との間の摩擦力を低減させることができ、それにより引張り、圧縮に対して安定した復元力特性を発揮させることができる。
【００３０】緩衝材は、芯材と座屈拘束材との間の摩擦力を低減させることができるものであれば、材料、形態等、特に限定されないが、取り扱いやすさの点ではシート状の緩衝材を芯材と座屈拘束材との間に挿入することが考えられる。その場合、緩衝材は芯材の塑性変形区間の全幅、ほぼ全長にわたり挿入することが望ましい。
【００３１】緩衝材の種類としては、引裂強さ、耐磨耗性が要求されることから、天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴムなどが適している。硬さは、ＪＩＳ硬さ７０〜１００程度必要である。また、緩衝材を貼り付ける場合、座屈拘束材側に貼り付けるのが好ましい。
【００３２】請求項５は、請求項１、２、３または４に係る座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材の材軸方向中央部と前記座屈拘束材の材軸方向中央部が接合または係止されている場合である。
【００３３】中央部を接合または係止させるのは、芯材と座屈拘束材とのずれをなくし、両端の変形代がほぼ同じ大きさになるようにするためである。より具体的には、接着剤を芯材の材軸方向中央部と座屈拘束材の材軸方向中央部の内面側との間（緩衝材が介在する場合には緩衝材との間）に塗布して接合したり、芯材の軸方向中央部に凸部を設け、座屈拘束材の軸方向中央部にその凸部を係止するための凹部を設け、これらを係止させる手段等がある。
【００３４】請求項６は、請求項１、２、３、４または５に係る座屈拘束ブレースにおいて、前記フランジ鋼板の材料強度を前記芯材の材料強度以上とした場合である。請求項１との関係で説明したように、芯材の材端部に設けたフランジ鋼板を介して主要骨組との接合を行うことで、応力チェックの際、フランジ鋼板の材料強度で設計が可能となるが、例えば芯材が極低降伏点鋼の場合に、フランジ鋼板に普通鋼あるいは高張力鋼を用いることで、主要骨組との接合部もコンパクトになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】図１は、本願の請求項１、４、５に対応する座屈拘束ブレース１の一実施形態を示したもので、鋼板からなる芯材２の材軸方向端部にフランジ鋼板３を芯材２と直交するように設けてある。
【００３６】本実施形態における座屈拘束材４は、芯材２の材軸と直角方向の変形を拘束するように、芯材２の断面周囲に平鋼板を用いて隅肉溶接により組み立てられている。また、座屈拘束材４内面の平行部にはシート状の緩衝材５が貼り付けられている。
【００３７】この例で、芯材２となる鋼板の板幅は材軸方向に一定であり、かつ、芯材２の材端部に、後述する図３や図４に示すような補強プレートを設けていないため、板幅が変わるものや補強プレートを添接するものに比べ、コンパクトで無駄のない形態となっており、コストの低減が図れる。
【００３８】また、座屈拘束材４と芯材２とは緩衝材５に貼った接着剤７によるずれ止めを施してあり、芯材２と座屈拘束材４とのずれをなくし、両端の変形代がほぼ同じ大きさとなるようにしている。
【００３９】図２は、本願の請求項１、４、５に対応する座屈拘束ブレース１の他の実施形態を示したもので、芯材２の材端部、座屈拘束材４の材端部のディテール、座屈拘束材４の断面形状及びシート状の緩衝材５の配置は、図１のものと同様である。この例では、座屈拘束材４と芯材２とずれ止めを、座屈拘束ブレース１の芯材２の中央部に凸部８を設け、座屈拘束材４中央部の上下に、それぞれに一対の鋼片９ａを取り付けて間に凹部９を形成し、芯材２側の凸部８と座屈拘束材４側の凹部９との係合により、座屈拘束材４と芯材２とずれを防止し、両端の変形代がほぼ同じ大きさとなる構造としている。
【００４０】芯材２側の凸部８に関しては、応力の集中を避けるため丸みを持たせるとよい。また、耐疲労の観点からは、凸部８について鋼片などを溶接するよりむしろ、芯材２に用いる平鋼板を削り出して、軸方向中央部が通常の区間より広幅（凸部）になるように製作するのがよい。
【００４１】図３は、本願の請求項２に対応する座屈拘束ブレース１の一実施形態を示したもので、芯材２となる鋼板の材軸方向端部の上下にフランジ鋼板３を、芯材２と直交させて設けた点、およびシート状の緩衝材５の配置等は、図１、図２の実施形態の場合と同様であるが、図３の例では芯材２の端部に増厚する形の補強鋼板１０を設けている。
【００４２】これに伴い、座屈拘束材４の材端部に鋼板１１を用いて拡大孔部を形成し、芯材２の軸方向の変形に伴って、補強鋼板１０で増厚された増厚部が拡大孔部内に移動できるようにして変形代を確保している。
【００４３】また、この例では図３(e) に示されるように、芯材２の端部の増厚部に用いた補強鋼板１０の板幅を芯材２の板幅より狭くし、拡大孔部の四隅の補強鋼板１０と干渉しない位置に、芯材２の軸と直角方向の変形を拘束するための鋼片１２を設けてある。すなわち、変形代部分についても、四隅の鋼片１２で芯材２の軸と直角方向の変形を拘束し、変形代部分での局部座屈を抑制したものである。
【００４４】なお、鋼片１２の長さは、芯材２の変形代の２倍以上の長さとすることが望ましく、また芯材２端部の補強鋼板１０を溶接している場合には、その溶接部が四隅に取り付けた鋼片１２と接しないように設計し、鋼片１２が直接芯材２に接するようにすることが望ましい。
【００４５】図４は、本願の請求項２に対応する座屈拘束ブレースの他の実施形態を示したもので、芯材２となる鋼板の材軸方向端部の上下にフランジ鋼板３を芯材２と直交させて設けた点、シート状の緩衝材５の配置等は、図１、図２、図３の実施形態の場合と同様であるが、図４の例では、図３において芯材２の端部に設ける補強鋼板１０を芯材の幅方向と直交する方向に接合したものである。
【００４６】これに伴い、座屈拘束材４の材端部において端面側に開放されたスリット２５を形成し、補強鋼板１０がスリット２５に入り込むことにより、芯材２の軸方向の変形に伴って、補強鋼板１０で増厚された増厚部がスリット２５内に移動できるようにして変形代を確保するとともに、常に前記増厚部の少なくとも一部がスリット２５内に入り込んでいることにより芯材のみの部分をなくしている。
【００４７】図５は本願の請求項３に対応する座屈拘束ブレース１の一実施形態を示したもので、芯材２の材端部、座屈拘束材４の断面形状、およびシート状の緩衝材５の配置は図１の場合と同様であるが、芯材２の板幅に対して直角方向の変形を拘束できるように、座屈拘束材４の一部、この例では座屈拘束材４の前後面を構成する部分を芯材２の材端部にあるフランジ鋼板３の位置まで延長した延長部１３を設けている。
【００４８】この場合、図３や図４の実施形態の場合のように、芯材２の材端部を増厚する必要がなく、かつ、断面が芯材２のみとなる位置をなくし、座屈に対するウィークポイントをなくすことができる。
【００４９】図６は、本願の請求項３に対応する座屈拘束ブレース１の他の実施形態を示したもので、図５で示した形状に加え、座屈拘束材４の延長部１３に縦リブ１４を設け、断面の補強を行っている。
【００５０】図７は、本願の請求項３に対応する座屈拘束ブレース１のさらに他の実施形態を示したもので、図６に示した縦リブ１４が座屈拘束材４の全長に設けられており、座屈拘束材端部の補強だけではなく、全体座屈拘束の効果および芯材板幅直角方向の変形を拘束する座屈拘束材４の局部的な補剛も兼ねている。
【００５１】図８は、本願の請求項２、３に対応する座屈拘束ブレース１のさらに他の実施形態を示したもので、図４で示した形状に加え、芯材２材端部近傍の座屈拘束材４に補強鋼板１５を設け断面の補強を行っている。
【００５２】図９は、本願の請求項１に対応する座屈拘束ブレース１のさらに他の実施形態を示したもので、芯材２の材端部とフランジ鋼板３の接合部の応力集中を軽減するため、芯材２の材端部の幅を拡幅したものである。
【００５３】図１０は、本願発明の座屈拘束ブレース１と構造物の主要骨組とをフランジ鋼板３を介して接合する場合の実施形態を示したものである。図１０(a) の例は、座屈拘束ブレース１と主要骨組とをフランジ鋼板３およびスプライスプレート１７を介して、高力ボルト１６によりボルト接合した場合である。
【００５４】図１０(b) の例は、座屈拘束ブレース１と主要骨組とをフランジ鋼板３を介して溶接１８により接合した場合である。図１０(c) の例は、座屈拘束ブレース１と主要骨組とをフランジ鋼板３と芯材２部分を介して溶接１８、１９により接合した場合である。
【００５５】図１１は、本願発明の座屈拘束ブレース１と構造物の主要骨組とをフランジ鋼板３と芯材２の両方で接合する場合の実施形態を示したものであり、フランジ鋼板３と芯材２の両方をそれぞれスプライスプレート１７を介して高力ボルト１６でボルト接合している。
【００５６】図１２は、本願発明で用いる座屈拘束材４の組立構造の例を示したものである。図１２(a) は、４枚の鋼板２０を溶接して組み立てた場合、図１２(b) は溝形鋼２１と鋼板２０を溶接して組み立てた場合、図１２(c) は溝形鋼２１と鋼板２０をボルト２３により接合して組み立てた場合、図１２(d) は２枚の山形鋼２１を溶接２２により組み立てた場合である。
【００５７】
【発明の効果】■芯材の断面周囲に座屈拘束材がほぼ密着するように配置することができ、座屈拘束効果が効率良く得られ、また座屈拘束材に要求される鋼材重量も軽減される。
【００５８】■芯材の材端部に設けたフランジ鋼板は材端部の補剛効果を有し、さらに主要骨組との接合をこのフランジ鋼板を介して行うことで、応力チェックの際、フランジ鋼板の材料強度で設計が可能となる。
【００５９】■請求項２に係る発明では、芯材の局部座屈の恐れがある部分が増厚部により補強されることで、局部座屈の防止が図れる。また、請求項３に係る発明では芯材に増厚部を形成することなく、座屈拘束材の延長部分で局部座屈の防止が図れる。
【００６０】■請求項４に係る発明では、緩衝材を介在させることで、芯材と座屈拘束材との間の摩擦力を低減させることができ、それにより引張り、圧縮に対して安定した復元力特性を発揮させることができる。
【００６１】■請求項５に係る発明では、芯材の材軸方向中央部と前記座屈拘束材の材軸方向中央部が接合または係止されていることで、両者のずれをなくし、両端の変形代をほぼ同じ大きさにすることができる。
【００６２】■請求項６に係る発明では、芯材の材端部に設けるフランジ鋼板の材料強度を芯材の材料強度以上としていることで、主要骨組との接合部をコンパクトにすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１１８
【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７００９１
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 知 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１４５４１（Ｐ２００１−２１４５４１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月１０日（２００１．８．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５７５７８（Ｐ２０００−３５７５７８） |
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