座屈拘束型ブレース
【課題】柱・梁のフレーム内等に架設され、軸方向力を負担する芯材が圧縮力を負担したときの全体座屈と局部座屈を拘束し、その座屈を拘束するための溶接熱の影響による芯材の構造性能への影響を極力、低減する。
【解決手段】軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、その中間区間に位置し、軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分し、中間部4Cを、軸方向力を負担する芯材41と、芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束し、芯材41から分離する筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束し、少なくとも中間部4Cの区間において芯材41から分離する内側拘束材43から構成し、芯材41を中間部4Cから端部4Bにまで連続させ、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44を配置して芯材41に接合する。
【解決手段】軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、その中間区間に位置し、軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分し、中間部4Cを、軸方向力を負担する芯材41と、芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束し、芯材41から分離する筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束し、少なくとも中間部4Cの区間において芯材41から分離する内側拘束材43から構成し、芯材41を中間部4Cから端部4Bにまで連続させ、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44を配置して芯材41に接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は柱・梁のフレーム内等に架設され、軸方向力を負担する芯材が圧縮力を負担したときの全体座屈と局部座屈を拘束しながらも、その拘束に伴う芯材の構造性能への影響を極力、低減する形態の座屈拘束型ブレースに関するものである。
【背景技術】
【0002】
鋼材を用いたブレースは地震時等のフレームの層間変形時に繰り返して作用する軸方向力を受け、軸方向の一部に形成される塑性化区間において、ブレース本体部となる芯材が軸方向引張力、あるいは軸方向圧縮力を受けて降伏することによりエネルギ吸収能力を発揮する。但し、芯材が軸方向圧縮力の負担により座屈を生じたとき以降は、耐力とエネルギ吸収能力を期待することができなくなるため、終局時にまで芯材に座屈を発生させないこと、あるいは座屈が発生したときにそれを進展させないことがブレースを構成する上での課題になる。
【0003】
芯材に想定される座屈の発生は通常、図17〜図19に示すように塑性化区間を含む芯材の回りを例えば鋼材やコンクリートでクリアランスを置いて、もしくは接触した状態で包囲することにより防止される。これらの場合、芯材が断面の周囲から中心側へ向かって拘束され、クリアランスを超える変形が阻止されることにより座屈が防止されるか、制限される。
【0004】
但し、図17のように芯材を他の鋼材を用いて拘束する方法では、芯材の断面上の周囲に複数枚の鋼材を組み立てて各鋼材同士を溶接するため、芯材に溶接熱の影響が及び、溶接熱により芯材に残留応力が発生する等、芯材の構造性能の低下を招く可能性を否定できない。
【0005】
芯材の周囲を付着の切れたモルタルで包囲し、モルタルを鋼管で包囲する図18に示す例では、モルタルの鋼管内への充填によって十字形断面の芯材が溶接熱の影響を受けることはないが、芯材を2方向のプレートから構成していることで、この2方向のプレートの溶接によって芯材の形成時に溶接熱が影響することになる。
【0006】
芯材に鋼管を使用した図19に示す形態では、フレームに接合されるための接合部を、フレーム側に接合されているガセットプレートに接合されることに適した十字形断面にする関係で、芯材の端部に端部プレートを溶接し、この端部プレートに十字形断面の接合部を溶接するため、芯材への溶接熱の影響がないとは言えない。
【0007】
芯材の座屈を防止するための変形を拘束する上で、芯材への溶接熱の影響を低減させるために、溶接箇所を少なくしながら、芯材の変形を拘束する方法もある(特許文献1、2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第3334526号公報(請求項1、段落0029〜0036、図1、図2)
【特許文献2】特開平7−324377号公報(請求項1、段落0011、図1、図2)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1では芯材(平鋼)の断面上の中心付近に座屈止めが配置されるに過ぎず、芯材は全成(全高)に亘って変形を拘束されてはいないため、芯材の断面上の周辺部における局部座屈を防止することが難しい。特許文献2ではH形断面の芯材に外接する鋼管を芯材の座屈を防止する拘束材として利用しているが、断面上、芯材の各部が拘束された状態にないため、局部座屈を防止することは難しい。
【0010】
特許文献1、2に限らず、芯材がI形断面でない、ウェブの断面上の周辺にフランジを有するH形断面や十字形断面の場合には、局部座屈は主に断面上の中心からの距離が大きいフランジに発生する傾向があるものの、ウェブとフランジが一体化(連続)している以上、ウェブにも局部座屈が発生することがあるため、フランジの局部座屈を拘束する働きをウェブに期待することができない。結局、芯材への溶接熱の影響を低減することと、芯材として軸方向力を負担する部分の全断面の座屈を有効に防止することの課題を同時に解決する手法はこれまで存在していない。
【0011】
本発明は上記背景より、溶接熱による芯材の構造性能への影響を低減しながら、芯材の局部座屈を防止することが可能な座屈拘束型ブレースを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
請求項1に記載の発明の座屈拘束型ブレースは、柱・梁のフレームに架設され、フレームの層間変形時に軸方向力を負担するブレースであり、軸方向両側部分に位置する端部と、この両側の端部間の中間区間に位置し、前記軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部とに前記軸方向力の作用方向に区分され、
前記中間部が前記軸方向力を負担する芯材と、この芯材を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材と、この外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも前記中間部の区間において前記芯材から分離する内側拘束材とを備え、
前記芯材が前記中間部から前記端部にまで連続し、少なくとも前記端部の区間に、前記外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束する端部拘束材が配置され、この端部拘束材が前記芯材に接合され、前記端部において前記芯材と前記端部拘束材が一体になっていることを構成要件とする。
【0013】
「柱・梁のフレームに架設される」とは、ブレース4がフレーム3の構面内(フレーム3内)に配置される場合と、構面の外側(フレーム3外)に配置される(外付けされる)場合を含む趣旨である。ブレース4の両側部分の接続部4A,4Aは主に柱1・梁2の接合部(フレーム3の隅角部)に接合されるが、ブレース4は柱1・梁2の接合部(フレーム3隅角部)間の他、図16に示すように梁2の中間部と柱1・梁2の接合部間等に架設される場合もあるため、ブレース4の接続部4Aはブレース4の架設状態に応じ、フレーム3のいずれかの部分に接合され、必ずしも柱1・梁2接合部に接合されるとは限らない。
【0014】
芯材は軸方向の圧縮力と引張力を負担し、塑性化(降伏)によりエネルギを吸収しながら、圧縮力の負担により座屈の発生が想定される部分であり、例えばブレースがH形(I形)断面や十字形断面等の断面を形成する場合のフランジに相当し、ブレースの断面上の中心から半径(放射)方向の外側に分散して配置される部分である。
【0015】
ブレースがH形(I形)断面であれば、フランジはウェブの両側に2箇所配置されるから、芯材はその断面上、2箇所に分散し(図4)、ブレースが十字形断面であれば、4箇所に分散される形になるが(図5)、ブレースの断面形状はこれらには限られない。H形断面には例えば2本の溝形鋼をウェブにおいて背中合わせに接合した形も含まれ、十字形断面には4本の山形鋼を組み合わせて接合した形も含まれる。ブレースはこのように山形鋼を含め、複数本の形鋼を任意の断面形状に組み合わせて構成される場合もある。
【0016】
内側拘束材43は外側拘束材42の断面(軸に直交する断面)上の内周側(内側)から、外側拘束材42と共に芯材41(フランジ)を拘束する部材(部位)を指し、ブレース4がH形(I形)断面や十字形断面等である場合のウェブに相当する。ブレース4がH形断面の場合は、ウェブはI形になり(図4)、十字形断面の場合は十字形になる(図5)。内側拘束材43(ウェブ)は外側拘束材42と対になって芯材41の圧縮力負担時の変形を拘束するが、芯材41が圧縮力を負担するときに、芯材41から圧縮力が伝達されることがないよう、あるいは芯材41から伝達される圧縮力の一部を負担することによって座屈を生ずることがないよう、内側拘束材43は少なくともブレース4の中間部の区間において芯材41(フランジ)から分離する。
【0017】
外側拘束材42と内側拘束材43が「軸方向に連続的に配置される」とは、軸方向に不連続にならずに連続して存在することと、軸方向の一部区間において不連続になる部分がありながらも、全体として連続に近い状態で断続的に配置されることを言う。「連続に近い状態」とは断続的に配置される外側拘束材42,42間、または内側拘束材43,43間に不連続部分(空隙)が存在しながらも、全体としてはその不連続部分の存在(空隙の大きさ)が、芯材41を外周側から、または内周側から拘束する効果が失われない程度に留まることを言う。
【0018】
「内側拘束材43が少なくともブレース4の中間部4Cの区間において芯材41(フランジ)から分離する」とは、内側拘束材43がブレース4の中間部4Cの区間でのみ芯材41から分離する場合と、中間部4Cの区間と端部4Bの区間の双方(ブレース4の全長)に亘って芯材41から分離する場合があることを言う。内側拘束材43がブレース4の中間部4Cの区間でのみ分離することは、端部4Bの区間では内側拘束材43が芯材41に接合され、一体化することであり、その場合の内側拘束材43は端部拘束材44を兼ねることになる(請求項3)。内側拘束材43がブレース4の全長(中間部4Cから端部4Bにまで)に亘る長さを持ちながら、ブレース4の全長に亘って分離することは、端部4Bの区間では内側拘束材43とは異なる別の端部拘束材44が端部4Bの区間に配置され、芯材41に接合され、一体化することである。その場合の内側拘束材43とは別の端部拘束材44は例えば内側拘束材43(ウェブ)の幅方向両側等に配置されることになる。
【0019】
「ブレース4の端部4B」は前記したブレース4の両側部分の接続部4A,4Aを除いた、接続部4A,4Aより中間部4C寄りの一部の区間であり、芯材41が軸方向力の負担に伴う曲げモーメントにより塑性化するときに、塑性ヒンジの形成が想定される区間を指す。「ブレース4の中間部4C」はこの「塑性ヒンジの形成が想定される区間」である軸方向両側の端部4B,4Bを除いた区間を指す。端部拘束材44は「ブレース4の端部4B」の区間において芯材41に接合され、一体化することで、芯材41の断面積を増大させ、芯材41の剛性と強度を高める働きをし、芯材41の端部における塑性ヒンジの形成を防止する機能を持つ。
【0020】
「少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44が配置され」とは、端部拘束材44が「ブレース4の端部4B」の区間にのみ配置される場合と、「端部4B」の区間から前記の接続部4Aの区間にまで連続し、接続部4Aの一部を兼ねる場合があることを言う。端部拘束材44は前記のように内側拘束材43が兼ねることもある(請求項3)。「端部4B」の区間から接続部4Aの区間までは、図1に示すように芯材41も連続することがある。図1〜図3は内側拘束材43が端部4Bから接続部4Aにまで連続し、端部4Bの端部拘束材44と接続部4Aを兼ね、芯材41も「端部4B」の区間から接続部4Aにまで連続し、接続部4Aを兼ねている場合の例を示している。
【0021】
芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)はブレース4を構成しながらも、内側拘束材43(ウェブ)が少なくともブレース4の中間部4Cの区間において芯材41(フランジ)から分離することで、芯材41がフレーム3から伝達される軸方向力を降伏後に至るまで負担する。内側拘束材43は芯材41と共に圧縮力を負担することから解放されることで、芯材41が変形しようとするときに芯材41に接触することにより芯材41の座屈を防止する役目を果たす。内側拘束材43(ウェブ)は芯材41(フランジ)と分離していない区間、例えばブレース4の軸方向の端部4Bの区間において芯材41(フランジ)に接合される場合に、この接合部分を通じて芯材41(フランジ)から伝達される限りにおいて軸方向力を負担する。
【0022】
前記のようにブレース4の端部4Bには、芯材41(フランジ)に接合されて一体となる端部拘束材44が配置され、この端部拘束材44はブレース4のウェブ(内側拘束材43)とは異なる断面形状の場合もある。但し、図1、図6、図9〜図11に示すように内側拘束材43は中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除き、あるいは端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続し、端部拘束材44が内側拘束材43と同一の断面形状になることもある(請求項2)。
【0023】
請求項2における「内側拘束材43が中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の区間を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続し」とは、図1〜図3に示すように内側拘束材43が中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の区間を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続して存在することを言う。また請求項2における「内側拘束材43が端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続し」とは、図6、図9〜図11に示す例のように内側拘束材43が端部4Bの少なくとも一部の区間、あるいは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続的に存在することを言う。
【0024】
前者(図1〜図3)の場合、内側拘束材43は端部拘束材44を兼ねる。後者(図6、図9〜図11)の場合、内側拘束材43は端部4Bの一部区間、もしくは中間部4Cと端部4Bとの境界を除き、連続して存在するのであるから、端部拘束材44は内側拘束材43(ウェブ)とは異なり(別部材になり)、端部拘束材44が内側拘束材43(ウェブ)が互いに異なる断面形状にあることもあるが、端部拘束材44と内側拘束材43との間の一部区間が不在になる(欠如する)だけで、端部拘束材44は内側拘束材43と同一の断面形状になることもある。
【0025】
図1のF−F線断面図を示す図4−(d)に示すように図1の例におけるブレース4の軸方向中央部の、後述の内側補剛材45,45で挟まれた区間は内側拘束材43が不在であることを示している。図6、図9〜図11では中間部4Cと端部4Bの境界に位置する端部拘束材44の端面と内側拘束材43の端面間は空隙(内側拘束材43と端部拘束材44が不在)であることを示している。
【0026】
内側拘束材43が中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間において、あるいは端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界において不連続(不在)になり、内側拘束材43の一部に空隙が形成されることには、芯材41が特に軸方向圧縮力を負担し、一部に変形が生じて内側拘束材43に接触したときに、芯材41からの圧縮力が内側拘束材43の全長に伝達されないようにする意味がある。軸方向圧縮力により変形した芯材41が内側拘束材43に接触することがあったとしても、内側拘束材43の軸方向の一部区間が分断されていることで、内側拘束材43に反力が生じにくくなるため、内側拘束材43に圧縮力が伝達されにくくなる。仮に内側拘束材43に圧縮力が伝達されたとしても、後述の分割された内側拘束材構成材43a,43a単位で圧縮力が負担されるため、内側拘束材43の全長が圧縮力を負担する状態にならなくなる。同じことは軸方向の一部区間において不連続になる部分を有する場合の外側拘束材42にも言える。
【0027】
図1〜図3に示す例のように中間部4Cの軸方向中央部の区間において内側拘束材43が不在になり、内側拘束材43が空隙区間を挟んで後述の内側拘束材構成材43a,43aに分割される場合には、芯材41の軸方向の一部区間において内側拘束材43が不在であること(空隙の形成)によって芯材41に局部的な塑性化が生ずる可能性があり得る。空隙の形成によって芯材41の局部的な塑性化が想定される状況は、前記した「内側拘束材43に不連続部分(空隙)が形成されることの結果として内側拘束材43による芯材41の拘束効果が失われる状況」に相当する。
【0028】
内側拘束材43への空隙の形成に伴い、芯材41に局部的な塑性化が想定される場合には、芯材41に座屈が引き起こされる可能性も想定されるため、芯材41の局部的な塑性化の発生を回避するために、図7、図8に示すように必要により空隙に芯材41を補剛するための付加内側補剛材47が溶接等により接合される。いずれの配置例においても付加内側補剛材47は内側拘束材43の軸方向の一部区間において内側拘束材43を不在にしたことによる、芯材41が負担する圧縮力の、内側拘束材43への伝達回避の効果が失われないよう、内側拘束材43に接触しない状態に配置される。
【0029】
図7は対向する芯材(フランジ)41,41間に、芯材41の幅と同程度の幅を持つ板状の付加内側補剛材47を内側補剛材45に平行に配置し、両芯材41,41に接合した場合、図8は内側拘束材43の空隙(内側拘束材構成材43a,43a間の間隔)と同程度の幅を持つ付加内側補剛材47を内側拘束材43に平行に配置し、両芯材41,41に接合した場合である。図7では付加内側補剛材47の幅が芯材41の幅に等しく、図8では付加内側補剛材47の幅が内側拘束材43の空隙の幅に等しいが、それぞれの幅の大きさは任意である。図7、図8では付加内側補剛材47を分かり易くするために、便宜的に網目を掛けて示している。
【0030】
前記のようにブレース4の端部4Bには、芯材41(フランジ)に接合されて一体となる端部拘束材44が配置されるが、請求項3において端部拘束材44を内側拘束材43(ウェブ)が兼用する図1〜図3に示す例の場合には、内側拘束材43が芯材41の一部区間と接合されることに伴い、接合部分(接合区間)を通じて内側拘束材43が芯材41の負担している圧縮力の一部を負担することがあり得る。
【0031】
この場合には、内側拘束材43が圧縮力を負担する状態になり得るため、内側拘束材43はブレース4の中間部4C区間のいずれかの部分において軸方向に分離し(請求項3)、分割された複数本の内側拘束材構成材43a,43aから構成されることになる(図1、図3)。図1、図3ではブレース4の軸方向中央部において内側拘束材43(ウェブ)が不在になり、軸方向中央部に関して両側に、2本の内側拘束材構成材43a,43aに分割されているが、内側拘束材43(ウェブ)が不在になる軸方向の位置は任意であり、内側拘束材構成材43aの軸方向の分割数も任意である。
【0032】
但し、図6、図9〜図11に示すように内側拘束材43(ウェブ)が端部拘束材44を兼用せず、内側拘束材43とは別の端部拘束材44が芯材41に接合される場合には、内側拘束材43はその全長に亘って芯材41から分離した状態になるため、中間部4C区間のいずれかの部分において分離する必要はなく、複数本の内側拘束材構成材43aから構成される必要はない。内側拘束材43が全長に亘って芯材41から分離した状態は、図6に示すように例えば後述の内側補剛材45が内側拘束材43に接合されると共に、内側拘束材43(ウェブ)と内側補剛材45の上下端が芯材41に接触した状態に置かれることで維持される。
【0033】
図6、図9〜図11に示す例の場合、芯材41がブレース4を構成する鋼材のフランジであり、端部拘束材44と内側拘束材43は前記のように同一の断面形状の、または異なる断面形状のウェブになるが、中間部4Cから端部4Bにまで連続する芯材41(フランジ)には端部拘束材44のみが溶接等により接合される。図6では端部拘束材44と芯材41との接合(溶接)区間を太線で示している。この場合の端部4B側のウェブ(端部拘束材44)から分離した中間部4C側のウェブ(内側拘束材43)には芯材41(フランジ)から軸方向力が伝達されることがないため、中間部4C側のウェブ(内側拘束材43)は図1〜図3に示す例のように必ずしも中間部4Cの区間において軸方向に分離する必要はない。内側拘束材43とは異なる別の端部拘束材44を芯材41に接合することは、図6、図9〜図11に示す例の他、H形鋼等のウェブとは異なる断面形状の端部拘束材44を使用することによっても可能である。
【0034】
このように請求項1では内側拘束材43とは別部品の端部拘束材44が芯材41に接合されることもあるが、請求項2では内側拘束材43がブレース4の端部4B区間にまで連続し、端部拘束材44を兼ねる図1〜図3に示す例、あるいは内側拘束材43と端部拘束材44がブレース4の端部4B区間において分離する図6に示す例のいずれの場合にも、例えばH形鋼を構成するウェブプレートとフランジプレートを配置し、軸方向の一部区間においてウェブプレートとフランジプレートを溶接すればよいことになる。すなわち、ウェブプレートとフランジプレートを組み立ててH形鋼を完成させる組立H形鋼の製造要領でブレース4を製作することが可能であり、ブレース4の製作作業性がよい。
【0035】
内側拘束材43はブレース4の本体(芯材41(フランジ)+内側拘束材43(ウェブ))がH形断面、もしくは十字形断面等である場合のウェブに相当する部分であるから、芯材41(フランジ)の曲げ変形を軸方向の全長に亘って拘束するため、主に芯材41が接触し得る部分(芯材41の幅方向中心部)の曲げ変形を拘束する。芯材41が内側拘束材43に接触しない部分(芯材41の幅方向中心部以外の部分)における曲げ変形をも拘束する必要性がある場合は、その曲げ変形は内側拘束材43の軸方向に沿い、間隔を置いて断続的に配置される、例えば図1、図3、図10に示す板状等の内側補剛材45によって拘束される(請求項4、請求項5)。
【0036】
図1、図3、図10に示す板状の内側補剛材45は芯材41(ブレース4)の軸方向に断続的に配置される点で断続型内側補剛材と、あるいは板部分の面内方向が芯材41(ブレース4)の幅方向を向く点で幅方向型内側補剛材と呼ぶことができる。この断続型、もしくは幅方向型の内側補剛材45はブレース4の幅方向には、内側拘束材43の両側に配置されることで、主として内側拘束材43の幅方向の変形を拘束する働きをする。
【0037】
断続型の内側補剛材45は芯材41が内側拘束材43に接触しない部分(芯材41の幅方向中心部以外の部分)における曲げ変形を拘束する働きをするから、芯材41の、内側拘束材43に接触しない部分に接触し得る形状をすればよいため、図1、図3、図10に示すように面内方向が芯材41の幅方向を向く板状の形状をすることが使用鋼材量の点から合理的である。但し、断続型の内側補剛材45は必ずしも板状である必要はなく、芯材41の軸方向に一定の長さを持つ溝形鋼、山形鋼等の使用も可能である。内側補剛材45は板状の場合には、内側拘束材43の軸方向(面内方向)に交差する方向を向いて配置されるが、形鋼の場合には、その軸方向が内側拘束材43の軸方向を向いて配置される。
【0038】
断続型の内側補剛材45は機能的には内側拘束材43と同様に外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する働きをするため、芯材41が負担する軸方向力の一部を負担することがないよう、原則として、あるいは実質的に芯材41から分離した状態に置かれる(請求項4、請求項5)。内側補剛材45の少なくとも一部は基本的には内側拘束材43(ウェブ)に接合され、内側補剛材45は内側拘束材43に保持されることにより、芯材41から分離しながら、内側拘束材43の軸方向に間隔を置いて断続的に配置される状態を維持する(請求項4)。「内側補剛材45の少なくとも一部」とは、内側拘束材43(ウェブ)に接触し得る部分、あるいは内側拘束材43に対向する部分の少なくとも一部を言う。
【0039】
但し、内側拘束材43が芯材41から分離した状態にある(芯材41と接合されない状態にある)限り、断続型の、特に面内方向が芯材41の幅方向を向く板状の内側補剛材45の少なくとも一部が芯材41と接触した状態にあっても、芯材41が圧縮力を負担するときに芯材41から内側補剛材45を通じて内側拘束材43に伝達される圧縮力による影響はないか、小さい。また内側拘束材43が芯材41から分離している限り、断続型の内側補剛材45の少なくとも一部が図9〜図11に示すように芯材41に接合された状態にあっても、内側補剛材45と内側拘束材43が分離していれば(接合されていなければ)、芯材41が圧縮力を負担するときに芯材41から内側補剛材45を通じて内側拘束材43に伝達される圧縮力による影響はないか、小さい。この場合も、「内側補剛材45の少なくとも一部」とは、芯材41に接触し得る部分、あるいは芯材41に対向する部分の少なくとも一部を言う。
【0040】
このことから、内側補剛材45を芯材41の軸方向に間隔を置いて断続的に配置した状態を維持する役目を内側拘束材43に代わって芯材41に持たせるために、内側補剛材45の少なくとも一部は芯材41に接合されることもある(請求項5)。この場合、内側補剛材45は内側拘束材43から分離しながら、芯材41の軸方向に間隔を置いて断続的に配置され、少なくとも一部において芯材41に接合される(請求項5)。内側補剛材45は芯材41の変形時に内側補剛材45を経て芯材41から内側拘束材43に圧縮力が伝達されることがないよう、芯材41に接合される場合は、芯材41にのみ接合され、内側拘束材43には接合(溶接)されない。
【0041】
この場合の内側補剛材45は請求項4における内側拘束材43に代わり、芯材41に接合されることで、内側拘束材43(芯材41)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置される状態を維持する。「内側補剛材45が内側拘束材43から分離すること」とは、内側補剛材45から内側拘束材43に芯材41の圧縮力が伝達されない程度に分離していればよい趣旨であり、内側補剛材45が内側拘束材43に接触していることを含む。図10−(a)、(b)では内側補剛材45と芯材41との接合(溶接)区間、及び端部拘束材44と芯材41との接合(溶接)区間を太線で示している。図10−(c)は(b)における内側補剛材45部分を拡大して示している。
【0042】
断続型の内側補剛材45が内側拘束材43と共に芯材41の周囲に配置される請求項4、請求項5では、芯材41が内側拘束材43と内側補剛材45に拘束されることで、芯材41の全体曲げ座屈と局部座屈に対する安定性が向上するため、芯材41が圧縮力を負担するときの降伏後の塑性変形能力が高まり、エネルギ吸収能力も上昇する。
【0043】
外側拘束材42は請求項1では内側拘束材43と対になって芯材41を拘束する働きをすればよいため、前記のように芯材41と共に中間部4Cから端部4Bにまで連続する場合と、連続に近い状態で断続的に(不連続に)配置される場合がある。外側拘束材42は芯材41と同じく、ブレース4の中間部4Cから端部4Bにまで連続するか、連続的に配置されることで、芯材41の変形を全長に亘って断面上の外周側から拘束する。
【0044】
外側拘束材42は芯材41の変形を拘束する機能のみを発揮すればよいため、軸方向に連続する場合は、芯材41と共に、軸方向力を負担することがないよう、芯材41からは芯材41の全長に亘って実質的に分離する。「実質的に分離する」とは、外側拘束材42の全長の内の一部において芯材41に接触する、あるいは接合されることがあっても、そのことが芯材41の変形を阻害しなければ、接触、もしくは接合を含む趣旨である。外側拘束材42が芯材41の軸方向に断続的に配置される場合は、少なくとも不連続区間においては隣接する外側拘束材42,42間で軸方向力が伝達されることはないため、必ずしも全外側拘束材42が芯材41から分離する必要はない。
【0045】
外側拘束材42が断続的に配置される場合、全外側拘束材42は芯材41の外周面との間にクリアランスを置いて芯材41から分離する場合と、接触した状態で分離する場合がある。外側拘束材42が軸方向に断続的に配置される場合に、各外側拘束材42が軸方向の一部において芯材41に接合されていたとしても、芯材41の軸方向の伸縮や曲げ変形に全長が追従することはないため、全外側拘束材42の全体としては芯材41から分離しているに等しい。
【0046】
外側拘束材42と芯材41間にクリアランスが確保される場合は、そのクリアランスの範囲での芯材42の曲げ変形が許容される。クリアランスは芯材41の断面上、芯材41のいずれかの部分との間に確保される場合と、芯材41の全外周面(表面)との間に確保される場合がある。クリアランスが芯材41の断面上、芯材41のいずれかの一部との間に確保される場合は、芯材41の他のいずれかの部分は外側拘束材42に接触する。
【0047】
請求項1では芯材41の断面上の外周に外側拘束材42が配置され、内周に、芯材41から分離した内側拘束材43が配置されることで、芯材41の全体曲げ座屈と局部座屈が防止される。芯材41の局部座屈防止の効果は芯材41に断面上の中心側から接触し得る断続型の内側補剛材45が配置される場合(請求項4、請求項5)に向上する。
【0048】
請求項1ではまた、ブレース4の端部4Bにおいてその端部4Bの区間に配置される端部拘束材44と芯材41とが接合され、一体になっていることで、端部4Bにおける芯材41の断面積が中間部4Cにおける断面積より増大し、ブレース4の端部4Bの区間における芯材41の剛性と強度が増加するため、塑性ヒンジの形成が回避される。
【0049】
芯材41から分離し、内側拘束材43に接合される断続型の内側補剛材45、もしくは芯材41に接合される断続型の内側補剛材45は内側拘束材43(芯材41)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されるが(請求項4、請求項5)、内側補剛材45が断続型でない場合は、図12〜図14に示すように中間部4Cの区間から端部4Bの区間にまで連続的に(連続して、もしくは連続に近い状態で断続的に)配置されることもある(請求項6)。後者の場合、内側補剛材46は中間部4Cの区間から端部4Bの区間にまで連続的に配置されるから、請求項4、請求項5における内側拘束材43に接触し得る区間では内側拘束材43を兼ねることができるため、図12〜図14に示すように内側拘束材43自体を不在にすることが可能である。
【0050】
すなわち、請求項6に記載の発明の座屈拘束型ブレースは、軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、この両側の端部4B,4B間の中間区間に位置し、軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分され、中間部4Cが軸方向力を負担する芯材41と、この芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも中間部4Cの区間において芯材41から分離する内側補剛材46とを備える。芯材41は中間部4Cから端部4Bにまで連続し、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44が配置され、この端部拘束材44が芯材41に接合され、端部4Bにおいて芯材41と端部拘束材44が一体になる。
【0051】
請求項6では内側補剛材46と外側拘束材42が、請求項1における外側拘束材42と内側拘束材43の関係と同じく、互いに対になって芯材41を拘束する働きをすればよいため、いずれも芯材41と共に中間部4Cから端部4Bにまで連続する場合と、連続に近い状態で断続的に(不連続に)配置される場合がある。連続する場合は芯材41から分離するが、断続的な場合は必ずしもその必要はない。
【0052】
請求項6の内側補剛材46は芯材41(ブレース4)の軸方向に連続的に配置される点で連続型、もしくは軸方向型内側補剛材と呼ぶことができ、この連続型の内側補剛材46は中間部4Cの区間においては図12−(a)に示すように芯材41を外側拘束材42の断面上の内周側から拘束し、端部4Bの区間においては図12−(b)に示すように端部拘束材44をその厚さ方向両側から拘束する。連続型(軸方向型)の内側補剛材46はコンクリートブロック(部材)のような中実断面材の他、溝形鋼、山形鋼等の開放形の鋼材、あるいは角形鋼管等の閉鎖形の中空断面材等が使用される。
【0053】
いずれの形状の場合も、連続型の内側補剛材46は芯材41の変形を拘束するために芯材41に接触し得る状態に置かれる。芯材41には芯材41からの軸方向力が伝達されないよう、接合されない。内側補剛材46が例えば図示するようにブロック状等の場合には、内側補剛材46は外側拘束材42よりも剛性が圧倒的に高いことで、芯材41の変形を拘束することに伴う外側拘束材42の変形を拘束する働きもし得るため、その働きが期待される場合には、内側補剛材46は外側拘束材42にも接触し得る状態に置かれる。
【0054】
請求項6では内側補剛材46が芯材41の軸方向に沿って連続する形状をするか、連続的に配置され、請求項1〜5における内側拘束材43を兼ねることで、請求項1〜5で必要とされた内側拘束材43が不要になるため、ブレース4の構成部材の種類が削減され、ブレース4の組み立てが単純化される。
【発明の効果】
【0055】
ブレースを構成し、軸方向力を負担する芯材41の断面上の外周に外側拘束材42を配置し、内周に、芯材41から分離した内側拘束材43を配置することで、外側拘束材42と内側拘束材43に、芯材41が負担する圧縮力の負担から解放させた状態で、対になって芯材41の変形を拘束する機能を発揮させるため、芯材41の全体曲げ座屈と局部座屈を芯材41の外周側と内周側から防止することができる。
【0056】
ブレース4の端部においては端部の区間に配置される端部拘束材44と芯材41とが接合され、一体になることで、端部の区間における芯材41の断面積が中間部における断面積より増大し、ブレース4の端部の区間における芯材41の剛性と強度が増加するため、塑性ヒンジの形成を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】H形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側拘束材(ウェブ)からなり、内側拘束材がブレースの端部に配置される端部拘束材(ウェブ)を兼ねる場合のブレースの構成例を示した、ブレースを幅方向に見た断面図であり、図4−(b)のA−A線断面図である。
【図2】(a)は図1の立面(側面)図であり、(b)は(a)のy−y線端面(矢視)図である。
【図3】図1のx−x線断面図である。
【図4】(a)は図1のC−C線断面図、(b)は図1のD−D線断面図、(c)は図1のE−E線断面図、(d)は図1のF−F線断面図、(e)は(c)の拡大図である。
【図5】(a)は十字形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側拘束材(ウェブ)からなり、内側拘束材がブレースの端部に配置される端部拘束材(ウェブ)を兼ねる場合のブレースの構成例を示した軸方向に直交する断面図であり、図1のブレースが十字形断面であると仮定した場合の図1のC−C線断面図である。(b)、(c)、(d)は同じく図1のブレースが十字形断面であると仮定した場合のそれぞれ図1のD−D線断面図、E−E線断面図、F−F線断面図である。
【図6】H形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側拘束材(ウェブ)からなり、内側拘束材と端部拘束材(ウェブ)とが分離した場合のブレースの構成例を示したブレース幅方向の断面図である。
【図7】(a)は図1〜図3に示す例において対向する芯材(フランジ)間に、芯材の幅と同程度の幅を持つ付加内側補剛材を内側補剛材に平行に配置し、両芯材に接合した様子を示した縦断面図、(b)は(a)のa−a線断面図である。
【図8】(a)は図1〜図3に示す例において対向する芯材(フランジ)間に、内側拘束材の空隙と同程度の幅を持つ付加内側補剛材を内側拘束材に平行に配置し、両芯材に接合した様子を示した縦断面図、(b)は(a)のb−b線断面図である。
【図9】断続型の内側補剛材が内側拘束材(芯材)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置され、芯材に接合された場合のブレースの外観を示した側面図である。
【図10】(a)は図9の軸を通る縦断面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(b)における内側補剛材部分の拡大図である。
【図11】(a)は図10−(a)のB−B線断面図、(b)は図10−(a)のC−C線断面図、(c)は図10−(a)のD−D線断面図である。
【図12】H形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側補剛材(連続型)からなり、芯材が中間部から端部にまで連続し、内側補剛材がブレースの端部に配置される端部拘束材(ウェブ)を拘束している場合のブレースの構成例を示したブレース幅方向の断面図であり、図4−(b)のA−A線断面図である。
【図13】(a)は図12の立面(側面)図であり、(b)は(a)のy−y線端面(矢視)図である。
【図14】図12のx−x線断面図である。
【図15】(a)は図1のブレースの中間部が芯材と外側拘束材、及び(連続型)内側補剛材からなると仮定した場合の図1のC−C線断面図、(b)は図1のD−D線断面図である。
【図16】図1〜図15のいずれかに示すブレースのフレーム内への架設例を示した立面図である。
【図17】(a)は従来の座屈拘束型ブレースの例を示した側面図、(b)は平面図、(c)は軸に直交する断面図である。
【図18】(a)は従来の座屈拘束型ブレースの他の例を示した側面図、(b)は平面図、(c)は軸に直交する断面図である。
【図19】(a)は従来の座屈拘束型ブレースの他の例を示した側面図、(b)は軸に直交する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0058】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【0059】
図1〜図3は柱1と梁2からなるフレーム3に接合される接続部4A,4Aを除き、軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、この両側の端部4B,4B間の中間区間に位置し、フレーム3の層間変形時の軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分され、中間部4Cが軸方向力を負担する芯材41と、この芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束する筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する内側拘束材43とを備えた座屈拘束型ブレース(以下、ブレース)4の製作例を示す。
【0060】
外側拘束材42は軸方向に連続的に配置され、内側拘束材43も軸方向に連続的に配置される。「連続的に配置」とは連続して存在する場合と、連続に近い状態で断続的に配置される場合を言う。「連続に近い状態」とは断続的に配置され、軸方向に隣接する外側拘束材42,42間、または内側拘束材43,43間に距離(クリアランス)が確保されながらも、その大きさが、全外側拘束材42、または全内側拘束材43としては連続している場合と変わらない程度に芯材41に対する変形拘束効果を発揮できることを言う。
【0061】
図示するように外側拘束材42が軸方向に連続する場合、外側拘束材42は全長に亘って実質的に芯材41から分離するが、断続的に配置される場合はその必要はない。「実質的に分離」は外側拘束材42が芯材41の変形を阻害しない限り、外側拘束材42の軸方向の一部が芯材41に接触するか、接合されることもあることを意味する。内側拘束材43は少なくとも中間部4Cの区間において芯材41から分離する。
【0062】
芯材41は中間部4Cから端部4Bにまで連続し、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44が配置され、この端部拘束材44が芯材41に接合され、端部4Bにおいて芯材41と端部拘束材44が一体になっている。端部4Bにおいてはこの一体になった芯材41と端部拘束材44がブレース4の軸方向力の他、ブレース4が全体曲げ変形を生じようとするときの曲げモーメントを負担し、端部4Bにおける芯材41の塑性ヒンジの形成を防止する。
【0063】
図1〜図4はブレース4の、外側拘束材42(と後述の内側補剛材45)を除く本体(芯材41と内側拘束材43(及び端部拘束材44)を合わせた部分)がH形断面(H形鋼)である場合のブレース4の構成例を示す。H形断面の場合、ブレース4の本体は上下のフランジと両フランジを繋ぐウェブから構成されるが、上下のフランジが芯材41に相当し、ウェブが内側拘束材43に相当する。H形断面の場合、ブレース4の本体は上下の芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)を組立H形鋼の製造の要領で配置し、内側拘束材43が兼用する場合の端部拘束材44、または内側拘束材43から分離した端部拘束材44を芯材41,41に溶接等によって接合することにより製作される。
【0064】
芯材41はフレーム3から伝達される軸方向力を負担するから、少なくともブレース4の全長である端部4B,4Bと中間部4Cに亘る長さを持ち、外側拘束材42も連続するか断続的であるかに拘らず、芯材41の全長を拘束するために、全体としてはブレース4の端部4B,4Bと中間部4Cに亘る(ブレース4の全長に亘る)長さを持つ。芯材41は一方の端部4Bから中間部4Cを経て他方に端部4Bにまで連続する。図面では外側拘束材42を芯材41と同じように連続させているが、軸方向に断続的に配置することもある。図面ではまた、芯材41を接続部4Aにまで連続させることで、芯材41に接続部4Aを兼用させているが、芯材41とは別に接続部4Aとなる鋼材(形鋼)を配置することもある。
【0065】
外側拘束材42が図示するように軸方向に連続している場合は、外側拘束材42は芯材41からの軸方向力を負担しないよう、上記のように全長に亘って芯材41から実質的に分離する。外側拘束材42が軸方向に断続的に配置される場合には、隣接する外側拘束材42,42が不連続になることで、仮に各主構造体42が部分的に芯材41に接合されていたとしても、隣接する外側拘束材42,42間では軸方向に互いに接触しない限り、芯材41からの軸方向力が伝達され合うことはないため、必ずしも芯材41から分離している必要はない。隣接する外側拘束材42,42間に芯材41の伸縮変形時にも接触しない程度のクリアランスが確保されていれば、外側拘束材42,42間で力を及ぼし合うことがないため、各外側拘束材42が芯材41に接合されていてもよい。
【0066】
外側拘束材42が軸方向に連続している場合、外側拘束材42は芯材41の外周に、芯材41の表面(外周面)との間にクリアランスを置いて、あるいは芯材41の表面に外接する状態で配置されることにより芯材41から分離した(絶縁された)状態で芯材41を包囲する。図面では図1のC−C線断面図である図4−(a)、図1のD−D線断面図である図4−(b)に示すように外側拘束材42に角形鋼管を使用しているが、鋼管(円形鋼管)を使用することもできる。図4−(c)は図1のE−E線の断面を示している。
【0067】
内側拘束材43は芯材41が負担する全軸方向力が内側拘束材43に伝達されることなく、芯材41の曲げ変形を拘束できるよう、図1、図3に示すように中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続するか、または図6、図9〜図11に示すように端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続する。図面では上記のように芯材41(フランジ)を端部4Bから接続部4Aにまで連続させていることに伴い、芯材41(フランジ)と対になる内側拘束材43(ウェブ)も端部4Bから接続部4Aにまで連続させ、芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)を接続部4Aの構成要素としている。
【0068】
内側拘束材43は芯材41から軸方向力が伝達されることがないよう、図4−(a)〜(c)、及び(c)の拡大図である(e)に示すように軸方向に連続している場合の外側拘束材42と同様に、芯材41の内側拘束材43側の面との間にクリアランスを置いて、あるいは接する状態で配置されることにより芯材41から分離し(絶縁され)、芯材41の変形(曲げ変形)時に芯材41に接触し得る状態に置かれる。
【0069】
図1に示すように内側拘束材43が端部拘束材44を兼ねる場合は、内側拘束材43と端部拘束材44が連続するため、内側拘束材43は中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続する。内側拘束材43はその少なくとも軸方向中央部の一部の区間において図1、図3、及び図1のF−F線断面図である図4−(d)に示すように軸方向に複数本の内側拘束材構成材43a,43aに分離し、軸方向に不連続になる。
【0070】
内側拘束材43が軸方向中央部の一部の区間において軸方向に不連続になる結果として、芯材(フランジ)41,41に局部的な塑性化の発生が想定される場合に備え、図7、図8では内側拘束材43が不在になる区間(空隙区間)における芯材41,41を面外方向の変形に対して補助的に補剛するために、内側拘束材43の不在区間に付加内側補剛材47を配置している。
【0071】
内側拘束材43は前記のように芯材41が軸方向圧縮力を負担したときに、芯材41の変形した部分が内側拘束材43に接触することにより芯材41の圧縮力が内側拘束材43に伝達された場合にも、圧縮力が内側拘束材43の全長に作用しないよう、軸方向の一部区間において不連続になっているが、付加内側補剛材47の配置によっても内側拘束材43の不連続状態を維持するよう、付加内側補剛材47は内側拘束材43に連続しない位置に配置される。内側拘束材43と交わらない位置であれば、付加内側補剛材47の配置位置と向きは問われない。
【0072】
図7は対向する芯材(フランジ)41,41間に内側補剛材45と同様の、1枚のプレート状の付加内側補剛材47を内側拘束材43の空隙の中間部(中央部)に、内側補剛材45に平行に、内側拘束材43(内側拘束材構成材43a)に直交させて配置し、両芯材41,41に溶接により接合した場合を示す。ここでは付加内側補剛材47の幅が芯材41の幅と同程度の大きさになっているが、芯材41の幅より小さい場合もある。
【0073】
図8は2枚のプレート状の付加内側補剛材47を内側拘束材43(内側拘束材構成材43a)に平行に配置し、両芯材41,41に溶接により接合した場合を示す。ここでは付加内側補剛材47の幅が内側拘束材43の空隙の幅(内側拘束材構成材43a,43a間の間隔)と同程度の大きさになっているが、空隙の幅と相違する場合もある他、付加内側補剛材47が1枚の場合、または3枚以上の場合もある。図7、図8のいずれの例においても、内側拘束材43の不連続状態が維持されれば、付加内側補剛材47にはプレート状以外の形鋼も使用可能である。
【0074】
内側拘束材43が端部拘束材44を兼ねる図1の場合、内側拘束材43(端部拘束材44)は図1に太線で示すように端部4Bの区間において芯材41に接合される。内側拘束材43(ウェブ)と芯材41(フランジ)との接合は図示するように互いの突き合わせ面を溶接(突合せ溶接、もしくは隅肉溶接)することにより、あるいは断面上、内側拘束材43(ウェブ)と芯材41(フランジ)に跨る山形鋼等の鋼材を配置し、各板部分をボルト接合することにより行われる。溶接は端部4Bの区間において軸方向に連続して、もしくは断続的に行われる。
【0075】
内側拘束材43が図6、図9〜図11に示すように端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cと端部4B間との境界を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続する場合は、端部4Bの区間に、あるいは端部4Bの区間から接続部4Aまでの区間に、内側拘束材43から分離した端部拘束材44が配置されるため、この端部拘束材44が芯材1に溶接等により接合される。「中間部4Cから端部4Bにまで連続する区間の内、前記した除かれる一部区間、もしくは境界」は内側拘束材43、もしくは端部拘束材44が不在であることを意味し、この区間、もしくは境界では内側拘束材43、もしくは端部拘束材44は軸方向に不連続になる。
【0076】
この場合、内側拘束材43は図6、図10に示すように中間部4Cの区間にのみ連続して、もしくは断続的に配置されるか、端部4Bの区間にまで連続的に配置され、その区間のいずれかにおいて端部拘束材44から分離する。内側拘束材43から分離する端部拘束材44は内側拘束材43と同一の断面形状(同一寸法)である場合と、異なる断面形状である場合がある。異なる断面形状には端部拘束材44と内側拘束材43が共にプレート状である場合にそれぞれの板厚が相違する場合と、端部拘束材44と内側拘束材43を構成する鋼材自体の断面形状が相違する場合がある。
【0077】
図1はまた、芯材41(フランジ)が前記した内側拘束材43(ウェブ)に接触し得る箇所以外の範囲の変形を防止するための内側補剛材45を内側拘束材43(ウェブ)の幅方向両側に、軸方向に間隔を置いて配置し、内側拘束材43に溶接等により接合した場合の例を示している。内側補剛材45は芯材41(フランジ)の、内側拘束材43(ウェブ)に接触しない部分の変形を拘束する役目を持つため、芯材41からの軸方向力を受けないよう、図1のE−E線断面図である図4−(c)、(e)に示すように芯材41から分離する。内側補剛材45は芯材41の軸方向には間隔を置いて断続的に配置され、内側拘束材43に溶接やボルトにより接合される。内側補剛材45は外側拘束材42との間での力の伝達がないよう、原則として図4−(e)に示すように外側拘束材42からも分離する。
【0078】
図1に示す内側補剛材45は面内方向が芯材41の幅方向を向く面(板)状をし、芯材41の軸方向に間隔を置いて部分的に配置されるため、断続型(幅方向型)の内側補剛材45として後述の連続型(軸方向型)の内側補剛材46と区別される。
【0079】
図5−(a)〜(d)はブレース4の、外側拘束材42(と内側補剛材45)を除く本体(芯材41と内側拘束材43(及び端部拘束材44)を合わせた部分)が十字形断面(クロスH形)である場合のブレース4の構成例を示す。十字形断面の場合、ブレース4の本体は上下(成方向両側)と左右(幅方向両側)の4箇所のフランジと全フランジを繋ぐ十字形断面のウェブから構成されるが、4箇所のフランジが芯材41に相当し、ウェブが内側拘束材43に相当する。図5の(a)〜(d)は図4の(a)〜(d)に対応し、図1のC−C線〜F−F線の断面に対応する。
【0080】
図5の例においても、内側拘束材43は(b)、(c)に示すように中間部4Cの区間では芯材41とは接触、もしくは非接触状態にあり、端部4Bの区間で(a)に示すように端部拘束材44を兼ねる場合に、端部拘束材44の区間で芯材41に接合される。内側拘束材43は中間部4Cの中央部等、いずれかの区間においては(d)に示すように不在になり、軸方向に複数本の内側拘束材構成材43a,43aに分割される。内側補剛材45は(c)に示すように原則的に内側拘束材43に接合されることにより内側拘束材43の軸方向に間隔を置いた配置状態を維持し、芯材41からは軸方向力を受けないよう、芯材41とは分離する。または内側補剛材45は内側拘束材43に接合されることなく、芯材41に接合されることにより芯材41の軸方向に間隔を置いた配置状態を維持し、芯材41からの軸方向力を内側拘束材43に伝達しないよう、内側拘束材43から分離する。
【0081】
図9〜図11は内側拘束材43が中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから前記端部4Bにまで連続する場合に、芯材41に接合される内側補剛材45が芯材41の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されている場合の例を示す。図10−(a)は図9の軸を通る縦断面を、(b)は(a)のA−A線の断面を、(c)は(b)の一部を拡大して示す。図11−(a)は図10−(a)のB−B線の断面を、(b)はC−C線の断面を、(c)はD−D線の断面を示す。図10−(c)、図11−(c)に示すように内側補剛材45はその幅方向には内側拘束材43寄りの部分を除いて上下の芯材41,41に溶接され、内側拘束材43に接合されることなく、芯材41,41に接合されている。
【0082】
図9〜図11に示す例は図6に示す例と同様に内側拘束材43が端部4Bの少なくとも一部の区間、あるいは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続的に存在すると共に、芯材41(内側拘束材43)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されている内側補剛材45が内側拘束材43から分離しながら、芯材41に溶接等により接合されている場合の例を示す。この場合、端部4Bの区間から接続部4Aの区間までには内側拘束材43とは異なる端部拘束材44が配置され、端部拘束材44が芯材41に溶接等によって接合される。「内側拘束材43とは異なる端部拘束材44」とは端部拘束材44に内側拘束材43とは別の部材が使用されることを言い、形状と寸法自体は同一の場合と相違する場合がある。
【0083】
図9〜図11に示す例は図1〜図3に示す例における内側拘束材43が端部4Bの区間において不連続になり、端部4Bの区間に内側拘束材43から分離した端部拘束材44が配置され、芯材41に接合されている点と、内側補剛材45が内側拘束材43に代わって芯材41に接合されている点で、図1〜図3に示す例と相違する。端部拘束材44が芯材41に溶接されている区間を図10−(a)に太線で示し、端部拘束材44と内側補剛材45が芯材41に溶接されている、水平断面上の範囲を図10−(b)に太線で示している。端部拘束材44と芯材41との溶接の様子を図11−(a)に、内側補剛材45と芯材41との溶接の様子を図11−(c)に示しているが、端部拘束材44と内側補剛材45はそれぞれ芯材41に接触し得る(対向する)部分の少なくとも一部において芯材41に溶接されれば足り、必ずしも図11−(a)に示すように芯材41に接触し得る部分の全長に亘って溶接される必要はない。
【0084】
図9〜図11に示す例では内側補剛材45は高さ方向の上端面と下端面において芯材41,41に接触し得る状態にあり、幅方向の一方の側面において内側拘束材43に接触し得る状態にあるが、図11−(c)では芯材41の変形時に内側補剛材45を経て芯材41から内側拘束材43に圧縮力が伝達されることによる内側拘束材43の座屈を回避するために、内側補剛材45の芯材41に接触し得る部分のみを芯材41に溶接し、内側拘束材43に接触し得る部分を内側拘束材43に溶接していない。内側補剛材45の内側拘束材43に接触し得る部分は内側拘束材43に接触している場合と、内側拘束材43との間にクリアランスが確保される場合がある。
【0085】
図1〜図3に示すようにブレース4本体の端部4Bに連続する接続部4Aはブレース4の軸方向に直交する二方向からの外力に対しても十分な曲げ剛性を確保した状態でフレーム3に接合されるよう、例えばブレース4の軸方向に直交する二方向に接合のための片を有する十字形の断面形状に形成される。図1〜図3では前記のように芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)を端部4Bから接続部4Aにまで連続させていることから、芯材41と内側拘束材43を用いて接続部4Aを構成している。
【0086】
この場合、接続部4Aの芯材41と内側拘束材43を合わせた部分はH形断面に形成されるため、上側の芯材41(フランジ)の上面と下側の芯材41の下面にガセットプレート40a、40bを接合(溶接)し、接続部4Aの断面をブレース4の成方向(高さ方向)に2個の十字形が連結された形状に形成している。
【0087】
ブレース4の接続部4Aが接合されるフレーム3の隅角部、または柱1や梁2の中間部等には図16に示すようにこの2個の十字形が連結された形状の接合部材5が接合されている。ブレース4の接続部4Aは図16に示すようにこのフレーム3の接合部材5に突き合わせられ、同一面で突き合わせられる双方の板要素の両面間に継手プレート40cを跨設し、継手プレート40cと各板要素を貫通するボルト40dによって継手プレート40cと各板要素を接合することにより接続部4Aが接合部材5に接合される。
【0088】
図12〜図15は柱1と梁2からなるフレーム3に架設され、軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、この両側の端部4B,4B間の中間区間に位置し、フレーム3の層間変形時の軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分され、中間部4Cが軸方向力を負担する芯材41と、この芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束する筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する内側補剛材46とを備えた座屈拘束型ブレース(ブレース)4の製作例を示す。この例においても、外側拘束材42は軸方向に連続的に配置され、内側補剛材46も軸方向に連続的に配置される。
【0089】
図12〜図15においても、芯材41は中間部4Cから端部4Bにまで連続し、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から、外側拘束材42と対になって芯材41を拘束する端部拘束材44が配置される。この端部拘束材44が図12のC−C線断面図である図15−(a)に示すように芯材41に接合され、端部4Bにおいて芯材41と端部拘束材44が一体になる。端部4Bにおいてはこの一体になった芯材41と端部拘束材44がブレース4の軸方向力の他、ブレース4が全体曲げ変形を生じようとするときの曲げモーメントを負担し、端部4Bにおける芯材41の塑性ヒンジの形成を防止する。
【0090】
図12〜図15の例でも外側拘束材42は軸方向に連続する場合には、全長に亘って芯材41から分離するが、断続的に配置される場合は各外側拘束材42が全長に亘って芯材41から分離する場合と、一部において芯材41に接合される場合がある。図12〜図15の例では内側補剛材46に図1の例における内側拘束材43の機能を持たせるために、内側補剛材46は芯材41の軸方向に連続した形状(連続型)をするか、連続に近い状態の間隔を置いて断続的に配置される。
【0091】
連続型の内側補剛材46は図12〜図15に示すようにコンクリートブロック(部材)のような中実断面材の他、溝形鋼等の開放形の、あるいは角形鋼管等の閉鎖形の中空断面材等使用される。
【0092】
いずれの形状も場合も、内側補剛材46は図12のD−D線断面図である図15−(b)に示すように、図1の例における内側拘束材43との接触部分を除き、芯材41のほぼ全幅に接触し得る状態になることで、芯材41を全幅に亘って拘束することができるため、図1の例における内側拘束材43の機能と内側補剛材45の機能を同時に果たすことになる。このように図12の例では軸方向に連続的に配置される(連続型)内側補剛材46が芯材41を断面上の内周側から拘束する状態になるため、図1の例における内側拘束材43と(断続型)内側補剛材45を不要(不在)にすることができる。
【符号の説明】
【0093】
1……柱、2……梁、3……フレーム、
4……座屈拘束型ブレース、
4A……接続部、4B……端部、4C……中間部、
40a、40b……ガセットプレート、40c……継手プレート、40d……ボルト、
41……芯材、42……外側拘束材、43……内側拘束材、43a……内側拘束材構成材、44……端部拘束材、
45……内側補剛材(断続型)、46……内側補剛材(連続型)、
47……付加内側補剛材、
5……接合部材。
【技術分野】
【0001】
本発明は柱・梁のフレーム内等に架設され、軸方向力を負担する芯材が圧縮力を負担したときの全体座屈と局部座屈を拘束しながらも、その拘束に伴う芯材の構造性能への影響を極力、低減する形態の座屈拘束型ブレースに関するものである。
【背景技術】
【0002】
鋼材を用いたブレースは地震時等のフレームの層間変形時に繰り返して作用する軸方向力を受け、軸方向の一部に形成される塑性化区間において、ブレース本体部となる芯材が軸方向引張力、あるいは軸方向圧縮力を受けて降伏することによりエネルギ吸収能力を発揮する。但し、芯材が軸方向圧縮力の負担により座屈を生じたとき以降は、耐力とエネルギ吸収能力を期待することができなくなるため、終局時にまで芯材に座屈を発生させないこと、あるいは座屈が発生したときにそれを進展させないことがブレースを構成する上での課題になる。
【0003】
芯材に想定される座屈の発生は通常、図17〜図19に示すように塑性化区間を含む芯材の回りを例えば鋼材やコンクリートでクリアランスを置いて、もしくは接触した状態で包囲することにより防止される。これらの場合、芯材が断面の周囲から中心側へ向かって拘束され、クリアランスを超える変形が阻止されることにより座屈が防止されるか、制限される。
【0004】
但し、図17のように芯材を他の鋼材を用いて拘束する方法では、芯材の断面上の周囲に複数枚の鋼材を組み立てて各鋼材同士を溶接するため、芯材に溶接熱の影響が及び、溶接熱により芯材に残留応力が発生する等、芯材の構造性能の低下を招く可能性を否定できない。
【0005】
芯材の周囲を付着の切れたモルタルで包囲し、モルタルを鋼管で包囲する図18に示す例では、モルタルの鋼管内への充填によって十字形断面の芯材が溶接熱の影響を受けることはないが、芯材を2方向のプレートから構成していることで、この2方向のプレートの溶接によって芯材の形成時に溶接熱が影響することになる。
【0006】
芯材に鋼管を使用した図19に示す形態では、フレームに接合されるための接合部を、フレーム側に接合されているガセットプレートに接合されることに適した十字形断面にする関係で、芯材の端部に端部プレートを溶接し、この端部プレートに十字形断面の接合部を溶接するため、芯材への溶接熱の影響がないとは言えない。
【0007】
芯材の座屈を防止するための変形を拘束する上で、芯材への溶接熱の影響を低減させるために、溶接箇所を少なくしながら、芯材の変形を拘束する方法もある(特許文献1、2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第3334526号公報(請求項1、段落0029〜0036、図1、図2)
【特許文献2】特開平7−324377号公報(請求項1、段落0011、図1、図2)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1では芯材(平鋼)の断面上の中心付近に座屈止めが配置されるに過ぎず、芯材は全成(全高)に亘って変形を拘束されてはいないため、芯材の断面上の周辺部における局部座屈を防止することが難しい。特許文献2ではH形断面の芯材に外接する鋼管を芯材の座屈を防止する拘束材として利用しているが、断面上、芯材の各部が拘束された状態にないため、局部座屈を防止することは難しい。
【0010】
特許文献1、2に限らず、芯材がI形断面でない、ウェブの断面上の周辺にフランジを有するH形断面や十字形断面の場合には、局部座屈は主に断面上の中心からの距離が大きいフランジに発生する傾向があるものの、ウェブとフランジが一体化(連続)している以上、ウェブにも局部座屈が発生することがあるため、フランジの局部座屈を拘束する働きをウェブに期待することができない。結局、芯材への溶接熱の影響を低減することと、芯材として軸方向力を負担する部分の全断面の座屈を有効に防止することの課題を同時に解決する手法はこれまで存在していない。
【0011】
本発明は上記背景より、溶接熱による芯材の構造性能への影響を低減しながら、芯材の局部座屈を防止することが可能な座屈拘束型ブレースを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
請求項1に記載の発明の座屈拘束型ブレースは、柱・梁のフレームに架設され、フレームの層間変形時に軸方向力を負担するブレースであり、軸方向両側部分に位置する端部と、この両側の端部間の中間区間に位置し、前記軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部とに前記軸方向力の作用方向に区分され、
前記中間部が前記軸方向力を負担する芯材と、この芯材を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材と、この外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも前記中間部の区間において前記芯材から分離する内側拘束材とを備え、
前記芯材が前記中間部から前記端部にまで連続し、少なくとも前記端部の区間に、前記外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束する端部拘束材が配置され、この端部拘束材が前記芯材に接合され、前記端部において前記芯材と前記端部拘束材が一体になっていることを構成要件とする。
【0013】
「柱・梁のフレームに架設される」とは、ブレース4がフレーム3の構面内(フレーム3内)に配置される場合と、構面の外側(フレーム3外)に配置される(外付けされる)場合を含む趣旨である。ブレース4の両側部分の接続部4A,4Aは主に柱1・梁2の接合部(フレーム3の隅角部)に接合されるが、ブレース4は柱1・梁2の接合部(フレーム3隅角部)間の他、図16に示すように梁2の中間部と柱1・梁2の接合部間等に架設される場合もあるため、ブレース4の接続部4Aはブレース4の架設状態に応じ、フレーム3のいずれかの部分に接合され、必ずしも柱1・梁2接合部に接合されるとは限らない。
【0014】
芯材は軸方向の圧縮力と引張力を負担し、塑性化(降伏)によりエネルギを吸収しながら、圧縮力の負担により座屈の発生が想定される部分であり、例えばブレースがH形(I形)断面や十字形断面等の断面を形成する場合のフランジに相当し、ブレースの断面上の中心から半径(放射)方向の外側に分散して配置される部分である。
【0015】
ブレースがH形(I形)断面であれば、フランジはウェブの両側に2箇所配置されるから、芯材はその断面上、2箇所に分散し(図4)、ブレースが十字形断面であれば、4箇所に分散される形になるが(図5)、ブレースの断面形状はこれらには限られない。H形断面には例えば2本の溝形鋼をウェブにおいて背中合わせに接合した形も含まれ、十字形断面には4本の山形鋼を組み合わせて接合した形も含まれる。ブレースはこのように山形鋼を含め、複数本の形鋼を任意の断面形状に組み合わせて構成される場合もある。
【0016】
内側拘束材43は外側拘束材42の断面(軸に直交する断面)上の内周側(内側)から、外側拘束材42と共に芯材41(フランジ)を拘束する部材(部位)を指し、ブレース4がH形(I形)断面や十字形断面等である場合のウェブに相当する。ブレース4がH形断面の場合は、ウェブはI形になり(図4)、十字形断面の場合は十字形になる(図5)。内側拘束材43(ウェブ)は外側拘束材42と対になって芯材41の圧縮力負担時の変形を拘束するが、芯材41が圧縮力を負担するときに、芯材41から圧縮力が伝達されることがないよう、あるいは芯材41から伝達される圧縮力の一部を負担することによって座屈を生ずることがないよう、内側拘束材43は少なくともブレース4の中間部の区間において芯材41(フランジ)から分離する。
【0017】
外側拘束材42と内側拘束材43が「軸方向に連続的に配置される」とは、軸方向に不連続にならずに連続して存在することと、軸方向の一部区間において不連続になる部分がありながらも、全体として連続に近い状態で断続的に配置されることを言う。「連続に近い状態」とは断続的に配置される外側拘束材42,42間、または内側拘束材43,43間に不連続部分(空隙)が存在しながらも、全体としてはその不連続部分の存在(空隙の大きさ)が、芯材41を外周側から、または内周側から拘束する効果が失われない程度に留まることを言う。
【0018】
「内側拘束材43が少なくともブレース4の中間部4Cの区間において芯材41(フランジ)から分離する」とは、内側拘束材43がブレース4の中間部4Cの区間でのみ芯材41から分離する場合と、中間部4Cの区間と端部4Bの区間の双方(ブレース4の全長)に亘って芯材41から分離する場合があることを言う。内側拘束材43がブレース4の中間部4Cの区間でのみ分離することは、端部4Bの区間では内側拘束材43が芯材41に接合され、一体化することであり、その場合の内側拘束材43は端部拘束材44を兼ねることになる(請求項3)。内側拘束材43がブレース4の全長(中間部4Cから端部4Bにまで)に亘る長さを持ちながら、ブレース4の全長に亘って分離することは、端部4Bの区間では内側拘束材43とは異なる別の端部拘束材44が端部4Bの区間に配置され、芯材41に接合され、一体化することである。その場合の内側拘束材43とは別の端部拘束材44は例えば内側拘束材43(ウェブ)の幅方向両側等に配置されることになる。
【0019】
「ブレース4の端部4B」は前記したブレース4の両側部分の接続部4A,4Aを除いた、接続部4A,4Aより中間部4C寄りの一部の区間であり、芯材41が軸方向力の負担に伴う曲げモーメントにより塑性化するときに、塑性ヒンジの形成が想定される区間を指す。「ブレース4の中間部4C」はこの「塑性ヒンジの形成が想定される区間」である軸方向両側の端部4B,4Bを除いた区間を指す。端部拘束材44は「ブレース4の端部4B」の区間において芯材41に接合され、一体化することで、芯材41の断面積を増大させ、芯材41の剛性と強度を高める働きをし、芯材41の端部における塑性ヒンジの形成を防止する機能を持つ。
【0020】
「少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44が配置され」とは、端部拘束材44が「ブレース4の端部4B」の区間にのみ配置される場合と、「端部4B」の区間から前記の接続部4Aの区間にまで連続し、接続部4Aの一部を兼ねる場合があることを言う。端部拘束材44は前記のように内側拘束材43が兼ねることもある(請求項3)。「端部4B」の区間から接続部4Aの区間までは、図1に示すように芯材41も連続することがある。図1〜図3は内側拘束材43が端部4Bから接続部4Aにまで連続し、端部4Bの端部拘束材44と接続部4Aを兼ね、芯材41も「端部4B」の区間から接続部4Aにまで連続し、接続部4Aを兼ねている場合の例を示している。
【0021】
芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)はブレース4を構成しながらも、内側拘束材43(ウェブ)が少なくともブレース4の中間部4Cの区間において芯材41(フランジ)から分離することで、芯材41がフレーム3から伝達される軸方向力を降伏後に至るまで負担する。内側拘束材43は芯材41と共に圧縮力を負担することから解放されることで、芯材41が変形しようとするときに芯材41に接触することにより芯材41の座屈を防止する役目を果たす。内側拘束材43(ウェブ)は芯材41(フランジ)と分離していない区間、例えばブレース4の軸方向の端部4Bの区間において芯材41(フランジ)に接合される場合に、この接合部分を通じて芯材41(フランジ)から伝達される限りにおいて軸方向力を負担する。
【0022】
前記のようにブレース4の端部4Bには、芯材41(フランジ)に接合されて一体となる端部拘束材44が配置され、この端部拘束材44はブレース4のウェブ(内側拘束材43)とは異なる断面形状の場合もある。但し、図1、図6、図9〜図11に示すように内側拘束材43は中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除き、あるいは端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続し、端部拘束材44が内側拘束材43と同一の断面形状になることもある(請求項2)。
【0023】
請求項2における「内側拘束材43が中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の区間を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続し」とは、図1〜図3に示すように内側拘束材43が中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の区間を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続して存在することを言う。また請求項2における「内側拘束材43が端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続し」とは、図6、図9〜図11に示す例のように内側拘束材43が端部4Bの少なくとも一部の区間、あるいは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから端部4Bにまで連続的に存在することを言う。
【0024】
前者(図1〜図3)の場合、内側拘束材43は端部拘束材44を兼ねる。後者(図6、図9〜図11)の場合、内側拘束材43は端部4Bの一部区間、もしくは中間部4Cと端部4Bとの境界を除き、連続して存在するのであるから、端部拘束材44は内側拘束材43(ウェブ)とは異なり(別部材になり)、端部拘束材44が内側拘束材43(ウェブ)が互いに異なる断面形状にあることもあるが、端部拘束材44と内側拘束材43との間の一部区間が不在になる(欠如する)だけで、端部拘束材44は内側拘束材43と同一の断面形状になることもある。
【0025】
図1のF−F線断面図を示す図4−(d)に示すように図1の例におけるブレース4の軸方向中央部の、後述の内側補剛材45,45で挟まれた区間は内側拘束材43が不在であることを示している。図6、図9〜図11では中間部4Cと端部4Bの境界に位置する端部拘束材44の端面と内側拘束材43の端面間は空隙(内側拘束材43と端部拘束材44が不在)であることを示している。
【0026】
内側拘束材43が中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間において、あるいは端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界において不連続(不在)になり、内側拘束材43の一部に空隙が形成されることには、芯材41が特に軸方向圧縮力を負担し、一部に変形が生じて内側拘束材43に接触したときに、芯材41からの圧縮力が内側拘束材43の全長に伝達されないようにする意味がある。軸方向圧縮力により変形した芯材41が内側拘束材43に接触することがあったとしても、内側拘束材43の軸方向の一部区間が分断されていることで、内側拘束材43に反力が生じにくくなるため、内側拘束材43に圧縮力が伝達されにくくなる。仮に内側拘束材43に圧縮力が伝達されたとしても、後述の分割された内側拘束材構成材43a,43a単位で圧縮力が負担されるため、内側拘束材43の全長が圧縮力を負担する状態にならなくなる。同じことは軸方向の一部区間において不連続になる部分を有する場合の外側拘束材42にも言える。
【0027】
図1〜図3に示す例のように中間部4Cの軸方向中央部の区間において内側拘束材43が不在になり、内側拘束材43が空隙区間を挟んで後述の内側拘束材構成材43a,43aに分割される場合には、芯材41の軸方向の一部区間において内側拘束材43が不在であること(空隙の形成)によって芯材41に局部的な塑性化が生ずる可能性があり得る。空隙の形成によって芯材41の局部的な塑性化が想定される状況は、前記した「内側拘束材43に不連続部分(空隙)が形成されることの結果として内側拘束材43による芯材41の拘束効果が失われる状況」に相当する。
【0028】
内側拘束材43への空隙の形成に伴い、芯材41に局部的な塑性化が想定される場合には、芯材41に座屈が引き起こされる可能性も想定されるため、芯材41の局部的な塑性化の発生を回避するために、図7、図8に示すように必要により空隙に芯材41を補剛するための付加内側補剛材47が溶接等により接合される。いずれの配置例においても付加内側補剛材47は内側拘束材43の軸方向の一部区間において内側拘束材43を不在にしたことによる、芯材41が負担する圧縮力の、内側拘束材43への伝達回避の効果が失われないよう、内側拘束材43に接触しない状態に配置される。
【0029】
図7は対向する芯材(フランジ)41,41間に、芯材41の幅と同程度の幅を持つ板状の付加内側補剛材47を内側補剛材45に平行に配置し、両芯材41,41に接合した場合、図8は内側拘束材43の空隙(内側拘束材構成材43a,43a間の間隔)と同程度の幅を持つ付加内側補剛材47を内側拘束材43に平行に配置し、両芯材41,41に接合した場合である。図7では付加内側補剛材47の幅が芯材41の幅に等しく、図8では付加内側補剛材47の幅が内側拘束材43の空隙の幅に等しいが、それぞれの幅の大きさは任意である。図7、図8では付加内側補剛材47を分かり易くするために、便宜的に網目を掛けて示している。
【0030】
前記のようにブレース4の端部4Bには、芯材41(フランジ)に接合されて一体となる端部拘束材44が配置されるが、請求項3において端部拘束材44を内側拘束材43(ウェブ)が兼用する図1〜図3に示す例の場合には、内側拘束材43が芯材41の一部区間と接合されることに伴い、接合部分(接合区間)を通じて内側拘束材43が芯材41の負担している圧縮力の一部を負担することがあり得る。
【0031】
この場合には、内側拘束材43が圧縮力を負担する状態になり得るため、内側拘束材43はブレース4の中間部4C区間のいずれかの部分において軸方向に分離し(請求項3)、分割された複数本の内側拘束材構成材43a,43aから構成されることになる(図1、図3)。図1、図3ではブレース4の軸方向中央部において内側拘束材43(ウェブ)が不在になり、軸方向中央部に関して両側に、2本の内側拘束材構成材43a,43aに分割されているが、内側拘束材43(ウェブ)が不在になる軸方向の位置は任意であり、内側拘束材構成材43aの軸方向の分割数も任意である。
【0032】
但し、図6、図9〜図11に示すように内側拘束材43(ウェブ)が端部拘束材44を兼用せず、内側拘束材43とは別の端部拘束材44が芯材41に接合される場合には、内側拘束材43はその全長に亘って芯材41から分離した状態になるため、中間部4C区間のいずれかの部分において分離する必要はなく、複数本の内側拘束材構成材43aから構成される必要はない。内側拘束材43が全長に亘って芯材41から分離した状態は、図6に示すように例えば後述の内側補剛材45が内側拘束材43に接合されると共に、内側拘束材43(ウェブ)と内側補剛材45の上下端が芯材41に接触した状態に置かれることで維持される。
【0033】
図6、図9〜図11に示す例の場合、芯材41がブレース4を構成する鋼材のフランジであり、端部拘束材44と内側拘束材43は前記のように同一の断面形状の、または異なる断面形状のウェブになるが、中間部4Cから端部4Bにまで連続する芯材41(フランジ)には端部拘束材44のみが溶接等により接合される。図6では端部拘束材44と芯材41との接合(溶接)区間を太線で示している。この場合の端部4B側のウェブ(端部拘束材44)から分離した中間部4C側のウェブ(内側拘束材43)には芯材41(フランジ)から軸方向力が伝達されることがないため、中間部4C側のウェブ(内側拘束材43)は図1〜図3に示す例のように必ずしも中間部4Cの区間において軸方向に分離する必要はない。内側拘束材43とは異なる別の端部拘束材44を芯材41に接合することは、図6、図9〜図11に示す例の他、H形鋼等のウェブとは異なる断面形状の端部拘束材44を使用することによっても可能である。
【0034】
このように請求項1では内側拘束材43とは別部品の端部拘束材44が芯材41に接合されることもあるが、請求項2では内側拘束材43がブレース4の端部4B区間にまで連続し、端部拘束材44を兼ねる図1〜図3に示す例、あるいは内側拘束材43と端部拘束材44がブレース4の端部4B区間において分離する図6に示す例のいずれの場合にも、例えばH形鋼を構成するウェブプレートとフランジプレートを配置し、軸方向の一部区間においてウェブプレートとフランジプレートを溶接すればよいことになる。すなわち、ウェブプレートとフランジプレートを組み立ててH形鋼を完成させる組立H形鋼の製造要領でブレース4を製作することが可能であり、ブレース4の製作作業性がよい。
【0035】
内側拘束材43はブレース4の本体(芯材41(フランジ)+内側拘束材43(ウェブ))がH形断面、もしくは十字形断面等である場合のウェブに相当する部分であるから、芯材41(フランジ)の曲げ変形を軸方向の全長に亘って拘束するため、主に芯材41が接触し得る部分(芯材41の幅方向中心部)の曲げ変形を拘束する。芯材41が内側拘束材43に接触しない部分(芯材41の幅方向中心部以外の部分)における曲げ変形をも拘束する必要性がある場合は、その曲げ変形は内側拘束材43の軸方向に沿い、間隔を置いて断続的に配置される、例えば図1、図3、図10に示す板状等の内側補剛材45によって拘束される(請求項4、請求項5)。
【0036】
図1、図3、図10に示す板状の内側補剛材45は芯材41(ブレース4)の軸方向に断続的に配置される点で断続型内側補剛材と、あるいは板部分の面内方向が芯材41(ブレース4)の幅方向を向く点で幅方向型内側補剛材と呼ぶことができる。この断続型、もしくは幅方向型の内側補剛材45はブレース4の幅方向には、内側拘束材43の両側に配置されることで、主として内側拘束材43の幅方向の変形を拘束する働きをする。
【0037】
断続型の内側補剛材45は芯材41が内側拘束材43に接触しない部分(芯材41の幅方向中心部以外の部分)における曲げ変形を拘束する働きをするから、芯材41の、内側拘束材43に接触しない部分に接触し得る形状をすればよいため、図1、図3、図10に示すように面内方向が芯材41の幅方向を向く板状の形状をすることが使用鋼材量の点から合理的である。但し、断続型の内側補剛材45は必ずしも板状である必要はなく、芯材41の軸方向に一定の長さを持つ溝形鋼、山形鋼等の使用も可能である。内側補剛材45は板状の場合には、内側拘束材43の軸方向(面内方向)に交差する方向を向いて配置されるが、形鋼の場合には、その軸方向が内側拘束材43の軸方向を向いて配置される。
【0038】
断続型の内側補剛材45は機能的には内側拘束材43と同様に外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する働きをするため、芯材41が負担する軸方向力の一部を負担することがないよう、原則として、あるいは実質的に芯材41から分離した状態に置かれる(請求項4、請求項5)。内側補剛材45の少なくとも一部は基本的には内側拘束材43(ウェブ)に接合され、内側補剛材45は内側拘束材43に保持されることにより、芯材41から分離しながら、内側拘束材43の軸方向に間隔を置いて断続的に配置される状態を維持する(請求項4)。「内側補剛材45の少なくとも一部」とは、内側拘束材43(ウェブ)に接触し得る部分、あるいは内側拘束材43に対向する部分の少なくとも一部を言う。
【0039】
但し、内側拘束材43が芯材41から分離した状態にある(芯材41と接合されない状態にある)限り、断続型の、特に面内方向が芯材41の幅方向を向く板状の内側補剛材45の少なくとも一部が芯材41と接触した状態にあっても、芯材41が圧縮力を負担するときに芯材41から内側補剛材45を通じて内側拘束材43に伝達される圧縮力による影響はないか、小さい。また内側拘束材43が芯材41から分離している限り、断続型の内側補剛材45の少なくとも一部が図9〜図11に示すように芯材41に接合された状態にあっても、内側補剛材45と内側拘束材43が分離していれば(接合されていなければ)、芯材41が圧縮力を負担するときに芯材41から内側補剛材45を通じて内側拘束材43に伝達される圧縮力による影響はないか、小さい。この場合も、「内側補剛材45の少なくとも一部」とは、芯材41に接触し得る部分、あるいは芯材41に対向する部分の少なくとも一部を言う。
【0040】
このことから、内側補剛材45を芯材41の軸方向に間隔を置いて断続的に配置した状態を維持する役目を内側拘束材43に代わって芯材41に持たせるために、内側補剛材45の少なくとも一部は芯材41に接合されることもある(請求項5)。この場合、内側補剛材45は内側拘束材43から分離しながら、芯材41の軸方向に間隔を置いて断続的に配置され、少なくとも一部において芯材41に接合される(請求項5)。内側補剛材45は芯材41の変形時に内側補剛材45を経て芯材41から内側拘束材43に圧縮力が伝達されることがないよう、芯材41に接合される場合は、芯材41にのみ接合され、内側拘束材43には接合(溶接)されない。
【0041】
この場合の内側補剛材45は請求項4における内側拘束材43に代わり、芯材41に接合されることで、内側拘束材43(芯材41)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置される状態を維持する。「内側補剛材45が内側拘束材43から分離すること」とは、内側補剛材45から内側拘束材43に芯材41の圧縮力が伝達されない程度に分離していればよい趣旨であり、内側補剛材45が内側拘束材43に接触していることを含む。図10−(a)、(b)では内側補剛材45と芯材41との接合(溶接)区間、及び端部拘束材44と芯材41との接合(溶接)区間を太線で示している。図10−(c)は(b)における内側補剛材45部分を拡大して示している。
【0042】
断続型の内側補剛材45が内側拘束材43と共に芯材41の周囲に配置される請求項4、請求項5では、芯材41が内側拘束材43と内側補剛材45に拘束されることで、芯材41の全体曲げ座屈と局部座屈に対する安定性が向上するため、芯材41が圧縮力を負担するときの降伏後の塑性変形能力が高まり、エネルギ吸収能力も上昇する。
【0043】
外側拘束材42は請求項1では内側拘束材43と対になって芯材41を拘束する働きをすればよいため、前記のように芯材41と共に中間部4Cから端部4Bにまで連続する場合と、連続に近い状態で断続的に(不連続に)配置される場合がある。外側拘束材42は芯材41と同じく、ブレース4の中間部4Cから端部4Bにまで連続するか、連続的に配置されることで、芯材41の変形を全長に亘って断面上の外周側から拘束する。
【0044】
外側拘束材42は芯材41の変形を拘束する機能のみを発揮すればよいため、軸方向に連続する場合は、芯材41と共に、軸方向力を負担することがないよう、芯材41からは芯材41の全長に亘って実質的に分離する。「実質的に分離する」とは、外側拘束材42の全長の内の一部において芯材41に接触する、あるいは接合されることがあっても、そのことが芯材41の変形を阻害しなければ、接触、もしくは接合を含む趣旨である。外側拘束材42が芯材41の軸方向に断続的に配置される場合は、少なくとも不連続区間においては隣接する外側拘束材42,42間で軸方向力が伝達されることはないため、必ずしも全外側拘束材42が芯材41から分離する必要はない。
【0045】
外側拘束材42が断続的に配置される場合、全外側拘束材42は芯材41の外周面との間にクリアランスを置いて芯材41から分離する場合と、接触した状態で分離する場合がある。外側拘束材42が軸方向に断続的に配置される場合に、各外側拘束材42が軸方向の一部において芯材41に接合されていたとしても、芯材41の軸方向の伸縮や曲げ変形に全長が追従することはないため、全外側拘束材42の全体としては芯材41から分離しているに等しい。
【0046】
外側拘束材42と芯材41間にクリアランスが確保される場合は、そのクリアランスの範囲での芯材42の曲げ変形が許容される。クリアランスは芯材41の断面上、芯材41のいずれかの部分との間に確保される場合と、芯材41の全外周面(表面)との間に確保される場合がある。クリアランスが芯材41の断面上、芯材41のいずれかの一部との間に確保される場合は、芯材41の他のいずれかの部分は外側拘束材42に接触する。
【0047】
請求項1では芯材41の断面上の外周に外側拘束材42が配置され、内周に、芯材41から分離した内側拘束材43が配置されることで、芯材41の全体曲げ座屈と局部座屈が防止される。芯材41の局部座屈防止の効果は芯材41に断面上の中心側から接触し得る断続型の内側補剛材45が配置される場合(請求項4、請求項5)に向上する。
【0048】
請求項1ではまた、ブレース4の端部4Bにおいてその端部4Bの区間に配置される端部拘束材44と芯材41とが接合され、一体になっていることで、端部4Bにおける芯材41の断面積が中間部4Cにおける断面積より増大し、ブレース4の端部4Bの区間における芯材41の剛性と強度が増加するため、塑性ヒンジの形成が回避される。
【0049】
芯材41から分離し、内側拘束材43に接合される断続型の内側補剛材45、もしくは芯材41に接合される断続型の内側補剛材45は内側拘束材43(芯材41)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されるが(請求項4、請求項5)、内側補剛材45が断続型でない場合は、図12〜図14に示すように中間部4Cの区間から端部4Bの区間にまで連続的に(連続して、もしくは連続に近い状態で断続的に)配置されることもある(請求項6)。後者の場合、内側補剛材46は中間部4Cの区間から端部4Bの区間にまで連続的に配置されるから、請求項4、請求項5における内側拘束材43に接触し得る区間では内側拘束材43を兼ねることができるため、図12〜図14に示すように内側拘束材43自体を不在にすることが可能である。
【0050】
すなわち、請求項6に記載の発明の座屈拘束型ブレースは、軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、この両側の端部4B,4B間の中間区間に位置し、軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分され、中間部4Cが軸方向力を負担する芯材41と、この芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも中間部4Cの区間において芯材41から分離する内側補剛材46とを備える。芯材41は中間部4Cから端部4Bにまで連続し、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44が配置され、この端部拘束材44が芯材41に接合され、端部4Bにおいて芯材41と端部拘束材44が一体になる。
【0051】
請求項6では内側補剛材46と外側拘束材42が、請求項1における外側拘束材42と内側拘束材43の関係と同じく、互いに対になって芯材41を拘束する働きをすればよいため、いずれも芯材41と共に中間部4Cから端部4Bにまで連続する場合と、連続に近い状態で断続的に(不連続に)配置される場合がある。連続する場合は芯材41から分離するが、断続的な場合は必ずしもその必要はない。
【0052】
請求項6の内側補剛材46は芯材41(ブレース4)の軸方向に連続的に配置される点で連続型、もしくは軸方向型内側補剛材と呼ぶことができ、この連続型の内側補剛材46は中間部4Cの区間においては図12−(a)に示すように芯材41を外側拘束材42の断面上の内周側から拘束し、端部4Bの区間においては図12−(b)に示すように端部拘束材44をその厚さ方向両側から拘束する。連続型(軸方向型)の内側補剛材46はコンクリートブロック(部材)のような中実断面材の他、溝形鋼、山形鋼等の開放形の鋼材、あるいは角形鋼管等の閉鎖形の中空断面材等が使用される。
【0053】
いずれの形状の場合も、連続型の内側補剛材46は芯材41の変形を拘束するために芯材41に接触し得る状態に置かれる。芯材41には芯材41からの軸方向力が伝達されないよう、接合されない。内側補剛材46が例えば図示するようにブロック状等の場合には、内側補剛材46は外側拘束材42よりも剛性が圧倒的に高いことで、芯材41の変形を拘束することに伴う外側拘束材42の変形を拘束する働きもし得るため、その働きが期待される場合には、内側補剛材46は外側拘束材42にも接触し得る状態に置かれる。
【0054】
請求項6では内側補剛材46が芯材41の軸方向に沿って連続する形状をするか、連続的に配置され、請求項1〜5における内側拘束材43を兼ねることで、請求項1〜5で必要とされた内側拘束材43が不要になるため、ブレース4の構成部材の種類が削減され、ブレース4の組み立てが単純化される。
【発明の効果】
【0055】
ブレースを構成し、軸方向力を負担する芯材41の断面上の外周に外側拘束材42を配置し、内周に、芯材41から分離した内側拘束材43を配置することで、外側拘束材42と内側拘束材43に、芯材41が負担する圧縮力の負担から解放させた状態で、対になって芯材41の変形を拘束する機能を発揮させるため、芯材41の全体曲げ座屈と局部座屈を芯材41の外周側と内周側から防止することができる。
【0056】
ブレース4の端部においては端部の区間に配置される端部拘束材44と芯材41とが接合され、一体になることで、端部の区間における芯材41の断面積が中間部における断面積より増大し、ブレース4の端部の区間における芯材41の剛性と強度が増加するため、塑性ヒンジの形成を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】H形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側拘束材(ウェブ)からなり、内側拘束材がブレースの端部に配置される端部拘束材(ウェブ)を兼ねる場合のブレースの構成例を示した、ブレースを幅方向に見た断面図であり、図4−(b)のA−A線断面図である。
【図2】(a)は図1の立面(側面)図であり、(b)は(a)のy−y線端面(矢視)図である。
【図3】図1のx−x線断面図である。
【図4】(a)は図1のC−C線断面図、(b)は図1のD−D線断面図、(c)は図1のE−E線断面図、(d)は図1のF−F線断面図、(e)は(c)の拡大図である。
【図5】(a)は十字形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側拘束材(ウェブ)からなり、内側拘束材がブレースの端部に配置される端部拘束材(ウェブ)を兼ねる場合のブレースの構成例を示した軸方向に直交する断面図であり、図1のブレースが十字形断面であると仮定した場合の図1のC−C線断面図である。(b)、(c)、(d)は同じく図1のブレースが十字形断面であると仮定した場合のそれぞれ図1のD−D線断面図、E−E線断面図、F−F線断面図である。
【図6】H形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側拘束材(ウェブ)からなり、内側拘束材と端部拘束材(ウェブ)とが分離した場合のブレースの構成例を示したブレース幅方向の断面図である。
【図7】(a)は図1〜図3に示す例において対向する芯材(フランジ)間に、芯材の幅と同程度の幅を持つ付加内側補剛材を内側補剛材に平行に配置し、両芯材に接合した様子を示した縦断面図、(b)は(a)のa−a線断面図である。
【図8】(a)は図1〜図3に示す例において対向する芯材(フランジ)間に、内側拘束材の空隙と同程度の幅を持つ付加内側補剛材を内側拘束材に平行に配置し、両芯材に接合した様子を示した縦断面図、(b)は(a)のb−b線断面図である。
【図9】断続型の内側補剛材が内側拘束材(芯材)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置され、芯材に接合された場合のブレースの外観を示した側面図である。
【図10】(a)は図9の軸を通る縦断面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(b)における内側補剛材部分の拡大図である。
【図11】(a)は図10−(a)のB−B線断面図、(b)は図10−(a)のC−C線断面図、(c)は図10−(a)のD−D線断面図である。
【図12】H形断面のブレースの中間部が芯材(フランジ)と外側拘束材、及び内側補剛材(連続型)からなり、芯材が中間部から端部にまで連続し、内側補剛材がブレースの端部に配置される端部拘束材(ウェブ)を拘束している場合のブレースの構成例を示したブレース幅方向の断面図であり、図4−(b)のA−A線断面図である。
【図13】(a)は図12の立面(側面)図であり、(b)は(a)のy−y線端面(矢視)図である。
【図14】図12のx−x線断面図である。
【図15】(a)は図1のブレースの中間部が芯材と外側拘束材、及び(連続型)内側補剛材からなると仮定した場合の図1のC−C線断面図、(b)は図1のD−D線断面図である。
【図16】図1〜図15のいずれかに示すブレースのフレーム内への架設例を示した立面図である。
【図17】(a)は従来の座屈拘束型ブレースの例を示した側面図、(b)は平面図、(c)は軸に直交する断面図である。
【図18】(a)は従来の座屈拘束型ブレースの他の例を示した側面図、(b)は平面図、(c)は軸に直交する断面図である。
【図19】(a)は従来の座屈拘束型ブレースの他の例を示した側面図、(b)は軸に直交する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0058】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【0059】
図1〜図3は柱1と梁2からなるフレーム3に接合される接続部4A,4Aを除き、軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、この両側の端部4B,4B間の中間区間に位置し、フレーム3の層間変形時の軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分され、中間部4Cが軸方向力を負担する芯材41と、この芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束する筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する内側拘束材43とを備えた座屈拘束型ブレース(以下、ブレース)4の製作例を示す。
【0060】
外側拘束材42は軸方向に連続的に配置され、内側拘束材43も軸方向に連続的に配置される。「連続的に配置」とは連続して存在する場合と、連続に近い状態で断続的に配置される場合を言う。「連続に近い状態」とは断続的に配置され、軸方向に隣接する外側拘束材42,42間、または内側拘束材43,43間に距離(クリアランス)が確保されながらも、その大きさが、全外側拘束材42、または全内側拘束材43としては連続している場合と変わらない程度に芯材41に対する変形拘束効果を発揮できることを言う。
【0061】
図示するように外側拘束材42が軸方向に連続する場合、外側拘束材42は全長に亘って実質的に芯材41から分離するが、断続的に配置される場合はその必要はない。「実質的に分離」は外側拘束材42が芯材41の変形を阻害しない限り、外側拘束材42の軸方向の一部が芯材41に接触するか、接合されることもあることを意味する。内側拘束材43は少なくとも中間部4Cの区間において芯材41から分離する。
【0062】
芯材41は中間部4Cから端部4Bにまで連続し、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する端部拘束材44が配置され、この端部拘束材44が芯材41に接合され、端部4Bにおいて芯材41と端部拘束材44が一体になっている。端部4Bにおいてはこの一体になった芯材41と端部拘束材44がブレース4の軸方向力の他、ブレース4が全体曲げ変形を生じようとするときの曲げモーメントを負担し、端部4Bにおける芯材41の塑性ヒンジの形成を防止する。
【0063】
図1〜図4はブレース4の、外側拘束材42(と後述の内側補剛材45)を除く本体(芯材41と内側拘束材43(及び端部拘束材44)を合わせた部分)がH形断面(H形鋼)である場合のブレース4の構成例を示す。H形断面の場合、ブレース4の本体は上下のフランジと両フランジを繋ぐウェブから構成されるが、上下のフランジが芯材41に相当し、ウェブが内側拘束材43に相当する。H形断面の場合、ブレース4の本体は上下の芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)を組立H形鋼の製造の要領で配置し、内側拘束材43が兼用する場合の端部拘束材44、または内側拘束材43から分離した端部拘束材44を芯材41,41に溶接等によって接合することにより製作される。
【0064】
芯材41はフレーム3から伝達される軸方向力を負担するから、少なくともブレース4の全長である端部4B,4Bと中間部4Cに亘る長さを持ち、外側拘束材42も連続するか断続的であるかに拘らず、芯材41の全長を拘束するために、全体としてはブレース4の端部4B,4Bと中間部4Cに亘る(ブレース4の全長に亘る)長さを持つ。芯材41は一方の端部4Bから中間部4Cを経て他方に端部4Bにまで連続する。図面では外側拘束材42を芯材41と同じように連続させているが、軸方向に断続的に配置することもある。図面ではまた、芯材41を接続部4Aにまで連続させることで、芯材41に接続部4Aを兼用させているが、芯材41とは別に接続部4Aとなる鋼材(形鋼)を配置することもある。
【0065】
外側拘束材42が図示するように軸方向に連続している場合は、外側拘束材42は芯材41からの軸方向力を負担しないよう、上記のように全長に亘って芯材41から実質的に分離する。外側拘束材42が軸方向に断続的に配置される場合には、隣接する外側拘束材42,42が不連続になることで、仮に各主構造体42が部分的に芯材41に接合されていたとしても、隣接する外側拘束材42,42間では軸方向に互いに接触しない限り、芯材41からの軸方向力が伝達され合うことはないため、必ずしも芯材41から分離している必要はない。隣接する外側拘束材42,42間に芯材41の伸縮変形時にも接触しない程度のクリアランスが確保されていれば、外側拘束材42,42間で力を及ぼし合うことがないため、各外側拘束材42が芯材41に接合されていてもよい。
【0066】
外側拘束材42が軸方向に連続している場合、外側拘束材42は芯材41の外周に、芯材41の表面(外周面)との間にクリアランスを置いて、あるいは芯材41の表面に外接する状態で配置されることにより芯材41から分離した(絶縁された)状態で芯材41を包囲する。図面では図1のC−C線断面図である図4−(a)、図1のD−D線断面図である図4−(b)に示すように外側拘束材42に角形鋼管を使用しているが、鋼管(円形鋼管)を使用することもできる。図4−(c)は図1のE−E線の断面を示している。
【0067】
内側拘束材43は芯材41が負担する全軸方向力が内側拘束材43に伝達されることなく、芯材41の曲げ変形を拘束できるよう、図1、図3に示すように中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続するか、または図6、図9〜図11に示すように端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続する。図面では上記のように芯材41(フランジ)を端部4Bから接続部4Aにまで連続させていることに伴い、芯材41(フランジ)と対になる内側拘束材43(ウェブ)も端部4Bから接続部4Aにまで連続させ、芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)を接続部4Aの構成要素としている。
【0068】
内側拘束材43は芯材41から軸方向力が伝達されることがないよう、図4−(a)〜(c)、及び(c)の拡大図である(e)に示すように軸方向に連続している場合の外側拘束材42と同様に、芯材41の内側拘束材43側の面との間にクリアランスを置いて、あるいは接する状態で配置されることにより芯材41から分離し(絶縁され)、芯材41の変形(曲げ変形)時に芯材41に接触し得る状態に置かれる。
【0069】
図1に示すように内側拘束材43が端部拘束材44を兼ねる場合は、内側拘束材43と端部拘束材44が連続するため、内側拘束材43は中間部4Cの少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続する。内側拘束材43はその少なくとも軸方向中央部の一部の区間において図1、図3、及び図1のF−F線断面図である図4−(d)に示すように軸方向に複数本の内側拘束材構成材43a,43aに分離し、軸方向に不連続になる。
【0070】
内側拘束材43が軸方向中央部の一部の区間において軸方向に不連続になる結果として、芯材(フランジ)41,41に局部的な塑性化の発生が想定される場合に備え、図7、図8では内側拘束材43が不在になる区間(空隙区間)における芯材41,41を面外方向の変形に対して補助的に補剛するために、内側拘束材43の不在区間に付加内側補剛材47を配置している。
【0071】
内側拘束材43は前記のように芯材41が軸方向圧縮力を負担したときに、芯材41の変形した部分が内側拘束材43に接触することにより芯材41の圧縮力が内側拘束材43に伝達された場合にも、圧縮力が内側拘束材43の全長に作用しないよう、軸方向の一部区間において不連続になっているが、付加内側補剛材47の配置によっても内側拘束材43の不連続状態を維持するよう、付加内側補剛材47は内側拘束材43に連続しない位置に配置される。内側拘束材43と交わらない位置であれば、付加内側補剛材47の配置位置と向きは問われない。
【0072】
図7は対向する芯材(フランジ)41,41間に内側補剛材45と同様の、1枚のプレート状の付加内側補剛材47を内側拘束材43の空隙の中間部(中央部)に、内側補剛材45に平行に、内側拘束材43(内側拘束材構成材43a)に直交させて配置し、両芯材41,41に溶接により接合した場合を示す。ここでは付加内側補剛材47の幅が芯材41の幅と同程度の大きさになっているが、芯材41の幅より小さい場合もある。
【0073】
図8は2枚のプレート状の付加内側補剛材47を内側拘束材43(内側拘束材構成材43a)に平行に配置し、両芯材41,41に溶接により接合した場合を示す。ここでは付加内側補剛材47の幅が内側拘束材43の空隙の幅(内側拘束材構成材43a,43a間の間隔)と同程度の大きさになっているが、空隙の幅と相違する場合もある他、付加内側補剛材47が1枚の場合、または3枚以上の場合もある。図7、図8のいずれの例においても、内側拘束材43の不連続状態が維持されれば、付加内側補剛材47にはプレート状以外の形鋼も使用可能である。
【0074】
内側拘束材43が端部拘束材44を兼ねる図1の場合、内側拘束材43(端部拘束材44)は図1に太線で示すように端部4Bの区間において芯材41に接合される。内側拘束材43(ウェブ)と芯材41(フランジ)との接合は図示するように互いの突き合わせ面を溶接(突合せ溶接、もしくは隅肉溶接)することにより、あるいは断面上、内側拘束材43(ウェブ)と芯材41(フランジ)に跨る山形鋼等の鋼材を配置し、各板部分をボルト接合することにより行われる。溶接は端部4Bの区間において軸方向に連続して、もしくは断続的に行われる。
【0075】
内側拘束材43が図6、図9〜図11に示すように端部4Bの少なくとも一部の区間、もしくは中間部4Cと端部4B間との境界を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続する場合は、端部4Bの区間に、あるいは端部4Bの区間から接続部4Aまでの区間に、内側拘束材43から分離した端部拘束材44が配置されるため、この端部拘束材44が芯材1に溶接等により接合される。「中間部4Cから端部4Bにまで連続する区間の内、前記した除かれる一部区間、もしくは境界」は内側拘束材43、もしくは端部拘束材44が不在であることを意味し、この区間、もしくは境界では内側拘束材43、もしくは端部拘束材44は軸方向に不連続になる。
【0076】
この場合、内側拘束材43は図6、図10に示すように中間部4Cの区間にのみ連続して、もしくは断続的に配置されるか、端部4Bの区間にまで連続的に配置され、その区間のいずれかにおいて端部拘束材44から分離する。内側拘束材43から分離する端部拘束材44は内側拘束材43と同一の断面形状(同一寸法)である場合と、異なる断面形状である場合がある。異なる断面形状には端部拘束材44と内側拘束材43が共にプレート状である場合にそれぞれの板厚が相違する場合と、端部拘束材44と内側拘束材43を構成する鋼材自体の断面形状が相違する場合がある。
【0077】
図1はまた、芯材41(フランジ)が前記した内側拘束材43(ウェブ)に接触し得る箇所以外の範囲の変形を防止するための内側補剛材45を内側拘束材43(ウェブ)の幅方向両側に、軸方向に間隔を置いて配置し、内側拘束材43に溶接等により接合した場合の例を示している。内側補剛材45は芯材41(フランジ)の、内側拘束材43(ウェブ)に接触しない部分の変形を拘束する役目を持つため、芯材41からの軸方向力を受けないよう、図1のE−E線断面図である図4−(c)、(e)に示すように芯材41から分離する。内側補剛材45は芯材41の軸方向には間隔を置いて断続的に配置され、内側拘束材43に溶接やボルトにより接合される。内側補剛材45は外側拘束材42との間での力の伝達がないよう、原則として図4−(e)に示すように外側拘束材42からも分離する。
【0078】
図1に示す内側補剛材45は面内方向が芯材41の幅方向を向く面(板)状をし、芯材41の軸方向に間隔を置いて部分的に配置されるため、断続型(幅方向型)の内側補剛材45として後述の連続型(軸方向型)の内側補剛材46と区別される。
【0079】
図5−(a)〜(d)はブレース4の、外側拘束材42(と内側補剛材45)を除く本体(芯材41と内側拘束材43(及び端部拘束材44)を合わせた部分)が十字形断面(クロスH形)である場合のブレース4の構成例を示す。十字形断面の場合、ブレース4の本体は上下(成方向両側)と左右(幅方向両側)の4箇所のフランジと全フランジを繋ぐ十字形断面のウェブから構成されるが、4箇所のフランジが芯材41に相当し、ウェブが内側拘束材43に相当する。図5の(a)〜(d)は図4の(a)〜(d)に対応し、図1のC−C線〜F−F線の断面に対応する。
【0080】
図5の例においても、内側拘束材43は(b)、(c)に示すように中間部4Cの区間では芯材41とは接触、もしくは非接触状態にあり、端部4Bの区間で(a)に示すように端部拘束材44を兼ねる場合に、端部拘束材44の区間で芯材41に接合される。内側拘束材43は中間部4Cの中央部等、いずれかの区間においては(d)に示すように不在になり、軸方向に複数本の内側拘束材構成材43a,43aに分割される。内側補剛材45は(c)に示すように原則的に内側拘束材43に接合されることにより内側拘束材43の軸方向に間隔を置いた配置状態を維持し、芯材41からは軸方向力を受けないよう、芯材41とは分離する。または内側補剛材45は内側拘束材43に接合されることなく、芯材41に接合されることにより芯材41の軸方向に間隔を置いた配置状態を維持し、芯材41からの軸方向力を内側拘束材43に伝達しないよう、内側拘束材43から分離する。
【0081】
図9〜図11は内側拘束材43が中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除き、中間部4Cから前記端部4Bにまで連続する場合に、芯材41に接合される内側補剛材45が芯材41の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されている場合の例を示す。図10−(a)は図9の軸を通る縦断面を、(b)は(a)のA−A線の断面を、(c)は(b)の一部を拡大して示す。図11−(a)は図10−(a)のB−B線の断面を、(b)はC−C線の断面を、(c)はD−D線の断面を示す。図10−(c)、図11−(c)に示すように内側補剛材45はその幅方向には内側拘束材43寄りの部分を除いて上下の芯材41,41に溶接され、内側拘束材43に接合されることなく、芯材41,41に接合されている。
【0082】
図9〜図11に示す例は図6に示す例と同様に内側拘束材43が端部4Bの少なくとも一部の区間、あるいは中間部4Cの区間と端部4Bの区間との境界を除いて中間部4Cから端部4Bにまで連続的に存在すると共に、芯材41(内側拘束材43)の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されている内側補剛材45が内側拘束材43から分離しながら、芯材41に溶接等により接合されている場合の例を示す。この場合、端部4Bの区間から接続部4Aの区間までには内側拘束材43とは異なる端部拘束材44が配置され、端部拘束材44が芯材41に溶接等によって接合される。「内側拘束材43とは異なる端部拘束材44」とは端部拘束材44に内側拘束材43とは別の部材が使用されることを言い、形状と寸法自体は同一の場合と相違する場合がある。
【0083】
図9〜図11に示す例は図1〜図3に示す例における内側拘束材43が端部4Bの区間において不連続になり、端部4Bの区間に内側拘束材43から分離した端部拘束材44が配置され、芯材41に接合されている点と、内側補剛材45が内側拘束材43に代わって芯材41に接合されている点で、図1〜図3に示す例と相違する。端部拘束材44が芯材41に溶接されている区間を図10−(a)に太線で示し、端部拘束材44と内側補剛材45が芯材41に溶接されている、水平断面上の範囲を図10−(b)に太線で示している。端部拘束材44と芯材41との溶接の様子を図11−(a)に、内側補剛材45と芯材41との溶接の様子を図11−(c)に示しているが、端部拘束材44と内側補剛材45はそれぞれ芯材41に接触し得る(対向する)部分の少なくとも一部において芯材41に溶接されれば足り、必ずしも図11−(a)に示すように芯材41に接触し得る部分の全長に亘って溶接される必要はない。
【0084】
図9〜図11に示す例では内側補剛材45は高さ方向の上端面と下端面において芯材41,41に接触し得る状態にあり、幅方向の一方の側面において内側拘束材43に接触し得る状態にあるが、図11−(c)では芯材41の変形時に内側補剛材45を経て芯材41から内側拘束材43に圧縮力が伝達されることによる内側拘束材43の座屈を回避するために、内側補剛材45の芯材41に接触し得る部分のみを芯材41に溶接し、内側拘束材43に接触し得る部分を内側拘束材43に溶接していない。内側補剛材45の内側拘束材43に接触し得る部分は内側拘束材43に接触している場合と、内側拘束材43との間にクリアランスが確保される場合がある。
【0085】
図1〜図3に示すようにブレース4本体の端部4Bに連続する接続部4Aはブレース4の軸方向に直交する二方向からの外力に対しても十分な曲げ剛性を確保した状態でフレーム3に接合されるよう、例えばブレース4の軸方向に直交する二方向に接合のための片を有する十字形の断面形状に形成される。図1〜図3では前記のように芯材41(フランジ)と内側拘束材43(ウェブ)を端部4Bから接続部4Aにまで連続させていることから、芯材41と内側拘束材43を用いて接続部4Aを構成している。
【0086】
この場合、接続部4Aの芯材41と内側拘束材43を合わせた部分はH形断面に形成されるため、上側の芯材41(フランジ)の上面と下側の芯材41の下面にガセットプレート40a、40bを接合(溶接)し、接続部4Aの断面をブレース4の成方向(高さ方向)に2個の十字形が連結された形状に形成している。
【0087】
ブレース4の接続部4Aが接合されるフレーム3の隅角部、または柱1や梁2の中間部等には図16に示すようにこの2個の十字形が連結された形状の接合部材5が接合されている。ブレース4の接続部4Aは図16に示すようにこのフレーム3の接合部材5に突き合わせられ、同一面で突き合わせられる双方の板要素の両面間に継手プレート40cを跨設し、継手プレート40cと各板要素を貫通するボルト40dによって継手プレート40cと各板要素を接合することにより接続部4Aが接合部材5に接合される。
【0088】
図12〜図15は柱1と梁2からなるフレーム3に架設され、軸方向両側部分に位置する端部4B,4Bと、この両側の端部4B,4B間の中間区間に位置し、フレーム3の層間変形時の軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部4Cとに軸方向力の作用方向に区分され、中間部4Cが軸方向力を負担する芯材41と、この芯材41を断面上の外周側から包囲して拘束する筒状の外側拘束材42と、外側拘束材42の断面上の内周側から芯材41を拘束する内側補剛材46とを備えた座屈拘束型ブレース(ブレース)4の製作例を示す。この例においても、外側拘束材42は軸方向に連続的に配置され、内側補剛材46も軸方向に連続的に配置される。
【0089】
図12〜図15においても、芯材41は中間部4Cから端部4Bにまで連続し、少なくとも端部4Bの区間に、外側拘束材42の断面上の内周側から、外側拘束材42と対になって芯材41を拘束する端部拘束材44が配置される。この端部拘束材44が図12のC−C線断面図である図15−(a)に示すように芯材41に接合され、端部4Bにおいて芯材41と端部拘束材44が一体になる。端部4Bにおいてはこの一体になった芯材41と端部拘束材44がブレース4の軸方向力の他、ブレース4が全体曲げ変形を生じようとするときの曲げモーメントを負担し、端部4Bにおける芯材41の塑性ヒンジの形成を防止する。
【0090】
図12〜図15の例でも外側拘束材42は軸方向に連続する場合には、全長に亘って芯材41から分離するが、断続的に配置される場合は各外側拘束材42が全長に亘って芯材41から分離する場合と、一部において芯材41に接合される場合がある。図12〜図15の例では内側補剛材46に図1の例における内側拘束材43の機能を持たせるために、内側補剛材46は芯材41の軸方向に連続した形状(連続型)をするか、連続に近い状態の間隔を置いて断続的に配置される。
【0091】
連続型の内側補剛材46は図12〜図15に示すようにコンクリートブロック(部材)のような中実断面材の他、溝形鋼等の開放形の、あるいは角形鋼管等の閉鎖形の中空断面材等使用される。
【0092】
いずれの形状も場合も、内側補剛材46は図12のD−D線断面図である図15−(b)に示すように、図1の例における内側拘束材43との接触部分を除き、芯材41のほぼ全幅に接触し得る状態になることで、芯材41を全幅に亘って拘束することができるため、図1の例における内側拘束材43の機能と内側補剛材45の機能を同時に果たすことになる。このように図12の例では軸方向に連続的に配置される(連続型)内側補剛材46が芯材41を断面上の内周側から拘束する状態になるため、図1の例における内側拘束材43と(断続型)内側補剛材45を不要(不在)にすることができる。
【符号の説明】
【0093】
1……柱、2……梁、3……フレーム、
4……座屈拘束型ブレース、
4A……接続部、4B……端部、4C……中間部、
40a、40b……ガセットプレート、40c……継手プレート、40d……ボルト、
41……芯材、42……外側拘束材、43……内側拘束材、43a……内側拘束材構成材、44……端部拘束材、
45……内側補剛材(断続型)、46……内側補剛材(連続型)、
47……付加内側補剛材、
5……接合部材。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱・梁のフレームに架設され、フレームの層間変形時に軸方向力を負担するブレースであり、軸方向両側部分に位置する端部と、この両側の端部間の中間区間に位置し、前記軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部とに前記軸方向力の作用方向に区分され、
前記中間部は前記軸方向力を負担する芯材と、この芯材を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材と、この外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも前記中間部の区間において前記芯材から分離する内側拘束材とを備え、
前記芯材は前記中間部から前記端部にまで連続し、少なくとも前記端部の区間に、前記外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束する端部拘束材が配置され、この端部拘束材が前記芯材に接合され、前記端部において前記芯材と前記端部拘束材が一体になっていることを特徴とする座屈拘束型ブレース。
【請求項2】
前記内側拘束材は前記中間部の少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除き、あるいは前記端部の少なくとも一部の区間、もしくは前記中間部の区間と前記端部の区間との境界を除き、前記中間部から前記端部にまで連続していることを特徴とする請求項1に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項3】
前記内側拘束材は前記端部拘束材を兼ね、ブレースの中間部区間のいずれかの部分において軸方向に分離していることを特徴とする請求項2に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項4】
前記芯材から分離し、前記内側拘束材に接合される内側補剛材が前記内側拘束材の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されていることを特徴とする請求項2、もしくは請求項3に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項5】
前記内側拘束材から分離し、前記芯材に接合される内側補剛材が前記芯材の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されていることを特徴とする請求項2、もしくは請求項3に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項6】
柱・梁のフレームに架設され、フレームの層間変形時に軸方向力を負担するブレースであり、軸方向両側部分に位置する端部と、この両側の端部間の中間区間に位置し、前記軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部とに前記軸方向力の作用方向に区分され、
前記中間部は前記軸方向力を負担する芯材と、この芯材を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材と、この外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも前記中間部の区間において前記芯材から分離する内側補剛材とを備え、
前記芯材は前記中間部から前記端部にまで連続し、少なくとも前記端部の区間に、前記外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束する端部拘束材が配置され、この端部拘束材が前記芯材に接合され、前記端部において前記芯材と前記端部拘束材が一体になっていることを特徴とする座屈拘束型ブレース。
【請求項1】
柱・梁のフレームに架設され、フレームの層間変形時に軸方向力を負担するブレースであり、軸方向両側部分に位置する端部と、この両側の端部間の中間区間に位置し、前記軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部とに前記軸方向力の作用方向に区分され、
前記中間部は前記軸方向力を負担する芯材と、この芯材を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材と、この外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも前記中間部の区間において前記芯材から分離する内側拘束材とを備え、
前記芯材は前記中間部から前記端部にまで連続し、少なくとも前記端部の区間に、前記外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束する端部拘束材が配置され、この端部拘束材が前記芯材に接合され、前記端部において前記芯材と前記端部拘束材が一体になっていることを特徴とする座屈拘束型ブレース。
【請求項2】
前記内側拘束材は前記中間部の少なくとも軸方向中央部の一部の区間を除き、あるいは前記端部の少なくとも一部の区間、もしくは前記中間部の区間と前記端部の区間との境界を除き、前記中間部から前記端部にまで連続していることを特徴とする請求項1に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項3】
前記内側拘束材は前記端部拘束材を兼ね、ブレースの中間部区間のいずれかの部分において軸方向に分離していることを特徴とする請求項2に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項4】
前記芯材から分離し、前記内側拘束材に接合される内側補剛材が前記内側拘束材の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されていることを特徴とする請求項2、もしくは請求項3に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項5】
前記内側拘束材から分離し、前記芯材に接合される内側補剛材が前記芯材の軸方向に間隔を置いて断続的に配置されていることを特徴とする請求項2、もしくは請求項3に記載の座屈拘束型ブレース。
【請求項6】
柱・梁のフレームに架設され、フレームの層間変形時に軸方向力を負担するブレースであり、軸方向両側部分に位置する端部と、この両側の端部間の中間区間に位置し、前記軸方向力を負担し、塑性化が想定される中間部とに前記軸方向力の作用方向に区分され、
前記中間部は前記軸方向力を負担する芯材と、この芯材を断面上の外周側から包囲して拘束し、軸方向に連続的に配置される筒状の外側拘束材と、この外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束し、軸方向に連続的に配置され、少なくとも前記中間部の区間において前記芯材から分離する内側補剛材とを備え、
前記芯材は前記中間部から前記端部にまで連続し、少なくとも前記端部の区間に、前記外側拘束材の断面上の内周側から前記芯材を拘束する端部拘束材が配置され、この端部拘束材が前記芯材に接合され、前記端部において前記芯材と前記端部拘束材が一体になっていることを特徴とする座屈拘束型ブレース。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図2】
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【図18】
【図19】
【公開番号】特開2013−108348(P2013−108348A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−234165(P2012−234165)
【出願日】平成24年10月23日(2012.10.23)
【出願人】(000001373)鹿島建設株式会社 (1,387)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年10月23日(2012.10.23)
【出願人】(000001373)鹿島建設株式会社 (1,387)
【Fターム(参考)】
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