特開 2023-125557 座屈拘束ブレース

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023125557

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】座屈拘束ブレース

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20230831BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022029729

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】西村 健

(72)【発明者】

【氏名】松田 誠樹

(72)【発明者】

【氏名】吉田 文久

(72)【発明者】

【氏名】西 拓馬

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA33

2E125AC15

2E125AG02

2E125BB03

2E125BB05

2E125BB13

2E125BB16

(57)【要約】

【課題】拘束材と補剛材を接続する溶接部の溶接量を低減しながら、面外座屈に対する座屈耐力の低下が抑止された座屈拘束ブレースを提供すること。
【解決手段】鋼製でプレート状の芯材１０と、芯材１０の有する二つの広幅面１０ａに対してウェブを当接させるようにして配設されている、溝形鋼からなる一対の拘束材３０と、芯材１０と拘束材３０を包囲するように配設されている、山形鋼からなる一対の補剛材５０と、芯材１０と拘束材３０の間に介在するアンボンド材２０とを有し、一対の補剛材５０の近接する双方の端部領域６０が溶接接合されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼製でプレート状の芯材と、
前記芯材の有する二つの広幅面に対してウェブを当接させるようにして配設されている、溝形鋼からなる一対の拘束材と、
前記芯材と前記拘束材を包囲するように配設されている、山形鋼からなる一対の補剛材と、
前記芯材と前記拘束材の間に介在するアンボンド材とを有し、
前記一対の補剛材の近接する双方の端部領域が溶接接合されていることを特徴とする、座屈拘束ブレース。

【請求項2】

双方の前記補剛材の端面同士が溶接接合され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。

【請求項3】

一方の前記補剛材の端面と、他方の前記補剛材の側面とが溶接接合され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。

【請求項4】

前記山形鋼は、その屈曲部の内側に曲率面を有しており、
前記溝形鋼の前記ウェブの長さは前記芯材の幅よりも短く設定され、該溝形鋼が該山形鋼に包囲された姿勢において、該溝形鋼の端部が前記曲率面に干渉していないことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。

【請求項5】

前記山形鋼は、その屈曲部の内側に曲率面を有しており、
前記溝形鋼のうち、前記曲率面に対応する位置にあるフランジの端面がテーパー面とされ、該溝形鋼が該山形鋼に包囲された姿勢において、該溝形鋼の端部が前記曲率面に干渉していないことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。

【請求項6】

前記芯材の両端には、前記広幅面に直交して他部材に接合される、一対の接合板が固定されており、
前記一対の接合板に対して補強板が固定され、前記広幅面と該一対の接合板と該補強板により形成される空間に前記拘束材と前記補剛材の端部が収容されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

従来より、建物架構（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。

【0002】

ここで、特許文献１には、芯材が一対の角形鋼管により形成される拘束材にて拘束された座屈拘束ブレースに関し、芯材から押圧力を受けた拘束材に局部破壊を生じさせない座屈拘束ブレースが提案されている。具体的には、板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、板状部の弱軸方向に直交する各面に対向して配置された拘束材とを備える座屈拘束ブレースである。この座屈拘束ブレースでは、芯材を包囲する一対の拘束材に対して、補剛材の両端が隅肉溶接による溶接部を介して接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６４４５８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の座屈拘束ブレースによれば、既製の角形鋼管などの部材を拘束材として用いることが容易になり、高コスト化を招来することなく、芯材から押圧力を受けた拘束材の局部破壊を抑制することが可能になる。

【0005】

ところで、特許文献１に記載の座屈拘束ブレースでは、芯材を包囲する一対の拘束材に対して、補剛材の両端がアーク溶接（隅肉溶接）による溶接部を介して接続されていることから、一つの補剛材の両端にて計二本の長い溶接部を要し、二つ（一対）の補剛材が一対の拘束材に接続されていることから、計四本の長い溶接部を要することになる。従って、溶接量が多くなるといった課題が内包されており、溶接量に関して改善の余地がある。溶接量が多いことにより、溶接時間も自ずと長くなり、拘束材や補剛材が溶接熱に晒される時間が長くなることに起因して、溶接ひずみも大きくなる。

【0006】

また、一般の住宅に適用される比較的低軸力の座屈拘束ブレースでは、市販品の中で上記する角形鋼管のサイズが存在しないことから、市販品の角形鋼管を使用する場合は芯材の断面を削減するためのスリット加工等が必要になり、結果として製作コストアップに繋がる。

【0007】

そこで、角形鋼管に代わり、拘束材に溝形鋼を適用し、一対の溝形鋼が芯材を挟持した状態で、一対の溝形鋼に対して補剛材が隅肉溶接を介して接続される構成が代替構成として考えられる。しかしながら、この構成でも、一つの補剛材の両端にて計二本の長い溶接部を要し、二つ（一対）の補剛材が一対の拘束材に接続されていることから、計四本の長い溶接部を要することに変わりはなく、溶接量の低減を図ることはできない。さらに、この代替構成では、拘束材に溝形鋼を適用することから、角形鋼管と比べて一枚の鋼板が少なくなり、座屈拘束ブレースの弱軸方向の端部に溝形鋼の開口が位置することから、弱軸方向の断面性能（断面二次モーメント）が小さくなり、座屈拘束ブレースの弱軸方向の面外座屈に対する座屈耐力の低下に繋がり得る。

【0008】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、拘束材と補剛材を接続する溶接部の溶接量を低減しながら、面外座屈に対する座屈耐力の低下が抑止された座屈拘束ブレースを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、
鋼製でプレート状の芯材と、
前記芯材の有する二つの広幅面に対してウェブを当接させるようにして配設されている、溝形鋼からなる一対の拘束材と、
前記芯材と前記拘束材を包囲するように配設されている、山形鋼からなる一対の補剛材と、
前記芯材と前記拘束材の間に介在するアンボンド材とを有し、
前記一対の補剛材の近接する双方の端部領域が溶接接合されていることを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、溝形鋼からなる一対の拘束材と、芯材と拘束材を包囲するように配設されている山形鋼からなる一対の補剛材を有し、一対の補剛材の近接する双方の端部領域が溶接接合されていることにより、溶接部を一対の補剛材同士を繋ぐ二箇所とすることができ、上記する四箇所の溶接部に比べて溶接量を格段に低減することが可能になる。

【0011】

さらに、拘束材に溝形鋼を適用しながらも、一対の拘束材を一対の山形鋼で完全に包囲する構成を有することにより、拘束材を上記する角形鋼管から溝形鋼に変更して、一般の住宅に適用される比較的低軸力の座屈拘束ブレースの製作における製作コストアップを防止しながらも、弱軸方向の断面性能（断面二次モーメント）の低下を抑制して、座屈拘束ブレースの弱軸方向の面外座屈に対する座屈耐力の低下を抑制することが可能になる。

【0012】

本態様において、アンボンド材は、ブチルゴム等の変形性能を有する弾性材により形成される。このアンボンド材が芯材の広幅面と拘束材の間に介在することで、アンボンド材の厚みをクリアランスとして、芯材が圧縮力を受けた際にこのクリアランス内で高次モードの座屈を生じさせることが可能になる。また、芯材において、その弱軸方向に高次モードの座屈を有効に生じさせるべく、芯材の広幅面にスリットを設けてもよい。そして、このように広幅面にスリットを設けたことにより、芯材の強軸方向の強度が弱くなることから、必要に応じて、広幅面のスリットにスペーサーを挿入してもよい。

【0013】

さらに、アンボンド材と拘束材の間に、内挿板が介在している形態であってもよい。この形態によれば、アンボンド材と拘束材の間に例えば鋼製の内挿板が介在していることにより、芯材の弱軸方向への高次モードの座屈による押圧力が拘束材に直接作用して、拘束材が局部破壊することを効果的に抑制することができる。

【0014】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
双方の前記補剛材の端面同士が溶接接合されていることを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、一対の補剛材の対応する端面同士が溶接接合されることにより、芯材と一対の拘束材が山形鋼からなる一対の補剛材にて包囲された座屈拘束ブレースを形成できる。

【0016】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
一方の前記補剛材の端面と、他方の前記補剛材の側面とが溶接接合されていることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、一方の補剛材の端面と他方の補剛材の側面が溶接接合されることによっても、芯材と一対の拘束材が山形鋼からなる一対の補剛材にて包囲された座屈拘束ブレースを形成できる。

【0018】

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、
前記山形鋼は、その屈曲部の内側に曲率面を有しており、
前記溝形鋼の前記ウェブの長さは前記芯材の幅よりも短く設定され、該溝形鋼が該山形鋼に包囲された姿勢において、該溝形鋼の端部が前記曲率面に干渉していないことを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、溝形鋼のウェブの長さが芯材の幅よりも短く設定されることにより、溝形鋼が山形鋼に包囲された姿勢において、溝形鋼の端部を山形鋼の備える曲率面に干渉させない構成とすることができる。

【0020】

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、
前記山形鋼は、その屈曲部の内側に曲率面を有しており、
前記溝形鋼のうち、前記曲率面に対応する位置にあるフランジの端面がテーパー面とされ、該溝形鋼が該山形鋼に包囲された姿勢において、該溝形鋼の端部が前記曲率面に干渉していないことを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、溝形鋼のうち、山形鋼の備える曲率面に対応する位置にあるフランジの端面がテーパー面とされていることにより、溝形鋼が該山形鋼に包囲された姿勢において、溝形鋼の端部を山形鋼の備える曲率面に干渉させない構成とすることができる。

【0022】

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、
前記芯材の両端には、前記広幅面に直交して他部材に接合される、一対の接合板が固定されており、
前記一対の接合板に対して補強板が固定され、前記広幅面と該一対の接合板と該補強板により形成される空間に前記拘束材と前記補剛材の端部が収容されていることを特徴とする。

【0023】

本態様によれば、芯材の両端において広幅面に直交する一対の接合板が固定され、一対の接合板に対して補強板が固定され、広幅面と一対の接合板と補強板により形成される空間に拘束材の端部が収容されていることにより、高強度な端部構造を備えた座屈拘束ブレースとなる。ここで、接合板が接合される他部材とは、建物架構の隅角部等から構面内に張り出すブラケットやガセットプレート等の接続治具が一例として挙げられる。また、芯材の端部をウェブとした場合は、このウェブに直交する一対の接合板は一対のフランジとなる。

【発明の効果】

【0024】

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、拘束材と補剛材を接続する溶接部の溶接量を低減しながら、面外座屈に対する座屈耐力の低下が抑止された座屈拘束ブレースを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例の分解斜視図である。

【図2】実施形態に係る座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面図である。

【図3】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4】従来の座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面図である。

【図5】実施形態に係る座屈拘束ブレースの変形例の軸直交方向の縦断面図である。

【図6】芯材から拘束材に対して、高次モードの座屈の際の押圧力が作用している状態を説明する、座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、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。

【0027】

［実施形態に係る座屈拘束ブレース］
図１乃至図６を参照して、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１は、実施形態に係る座屈拘束ブレースの一例の分解斜視図であり、図２は、実施形態に係る座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面図である。また、図３は、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。

【0028】

座屈拘束ブレース１００は、芯材１０と、芯材１０の有する二つの広幅面１０ａに対向するように配設されている一対の拘束材３０と、芯材１０と拘束材３０の間に介在するアンボンド材２０とを有する。ここで、図示例の他に、アンボンド材２０と拘束材３０の間に内挿板が介在する形態であってもよい。

【0029】

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、これらの材料からなる芯材１０を適用することにより、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。

【0030】

芯材１０は、細長の鋼板により形成され、その長手方向の中央側において広幅面１０ａの幅が相対的に狭い狭幅部１１を有し、その長手方向の端部側において広幅面１０ａの幅が相対的に広い広幅部１２を有している。

【0031】

芯材１０がその長手方向の中央側に狭幅部１１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１１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１１に限定させることができる。

【0032】

芯材１０の狭幅部１１の中央位置において、狭幅部１１の二つの広幅面１０ａには、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１１の広幅面１０ａに対して溶接等により接合されている。

【0033】

また、芯材１０の狭幅部１１の突起１５の両側には、細長のスリット１４が設けられており、スリット１４には、鋼製のスペーサー１７がＸ１方向に挿通されるようになっている。

【0034】

スリット１４は、芯材１０の耐力調整用の細孔であり、スペーサー１７は、芯材１０がスリット１４を設けたことにより内部へ変形すること（強軸方向への変形）を防止する内部変形防止材として機能する。スリット１４に挿通されたスペーサー１７は、一対の拘束材３０により位置規制される。

【0035】

芯材の両端にある広幅部１２には、その広幅面１０ａに直交して他部材に接合される、一対の鋼板からなる接合板１３が溶接等により接合されている。

【0036】

広幅部１２と接合板１３にはそれぞれボルト孔１２ａ，１３ａが設けられており、不図示の建物架構の隅角部等から構面内に張り出すブラケットやガセットプレート等の接続治具（他部材）のボルト孔と位置合わせされ、ボルト接合されるようになっている。

【0037】

一対の接合板１３に対して鋼板からなる補強板１８が溶接等により接合され、芯材１０の広幅部１２と一対の接合板１３と補強板１８とにより形成される空間に、拘束材３０の端部が収容されるようになっている。

【0038】

アンボンド材２０は、芯材１０の狭幅部１１と拘束材３０の間に介挿され、アンボンド材２０の厚みをクリアランスとして、建物架構の変形の際に芯材１０に圧縮力が作用して狭幅部１１に面外方向（弱軸方向）の高次モードの座屈（波状の変形）が生じるようになっている。

【0039】

アンボンド材２０としては、例えばブチルゴム等の弾性材が適用される。また、アンボンド材２０の長手方向の中央位置には、芯材１０の突起１５が嵌まり込む突起孔２０ａが設けられている。

【0040】

拘束材３０は、溝形鋼により形成されており、溝形鋼のウェブに対してアンボンド材２０がＸ２方向に当接される。拘束材３０のうち、アンボンド材２０に当接するウェブにも、芯材１０の突起１５が嵌まり込む突起孔３０ａが設けられている。

【0041】

芯材１０を上下から挟持する一対の拘束材３０の周囲には、山形鋼により形成される一対の補剛材５０が配設され、双方の山形鋼５０の端部領域同士が溶接接合されることにより、芯材１０と一対の拘束材３０が一対の補剛材５０にて包囲され、図２と図３に示すように座屈拘束ブレース１００が形成される。

【0042】

図２に示すように、一対の補剛材５０の二箇所の端部領域６０において、一方の補剛材５０の端面５１と、他方の補剛材５０の側面５２が溶接部Ｙを介して接合されている。

【0043】

山形鋼により形成される補剛材５０の屈曲部は曲率面５３を有している。そこで、一対の補剛材５０の内部に収容される一対の拘束材３０の端部が補剛材５０の曲率面５３と干渉するのを防止するために、拘束材３０のウェブの幅が補剛材５０のフランジや芯材１０の幅よりも短く設定されている。

【0044】

ここで、座屈拘束ブレース１００と比較するべく、従来の座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面図を図４に示す。

【0045】

従来の座屈拘束ブレース１００'は、角形鋼管により形成される一対の拘束材３０'に対して、鋼板により形成される一対の補剛材５０'が溶接部Ｙを介して接続される構成を有している。

【0046】

既に説明したように、一般の住宅に適用される比較的低軸力の座屈拘束ブレース１００'では、市販品の中で上記する角形鋼管のサイズが存在しないことから、市販品の角形鋼管を使用する場合は芯材１０の断面を削減するためのスリット加工等が必要になり、製作コストアップに繋がるといった課題を有している。

【0047】

また、一対の補剛材５０'の幅Ｌを長くして座屈拘束ブレース１００'全体の剛性を高めようとすると、補剛材５０'の幅が広くなることで強軸方向への変位δが大きくなり、補剛材５０'に関してはその面外曲げ剛性が低下することから好ましくない。

【0048】

これに対して、図２に示す座屈拘束ブレース１００では、拘束材３０が溝形鋼により形成されていることから、一般の住宅に適用される比較的低軸力の座屈拘束ブレースにも対応することが可能になる。このことに加えて、拘束材３０が溝形鋼であるものの、その周囲を山形鋼により形成される一対の補剛材５０が包囲していることで、座屈拘束ブレース１００の強軸方向と弱軸方向の双方の断面性能（断面二次モーメント）の低下が抑制され、面外座屈に対する座屈耐力の低下を抑制することができる。

【0049】

さらに、拘束材と補剛材の溶接量に関し、図４に示す座屈拘束ブレース１００'では、計四本の長い溶接部Ｙを要することになるのに対して、図２に示す座屈拘束ブレース１００では、計二本の長い溶接部Ｙのみとなることから、溶接量を格段に低減することができ、溶接ひずみによる影響低減を図ることも可能になる。

【0050】

次に、図５を参照して、実施形態に係る座屈拘束ブレースの変形例について説明する。ここで、図５は、実施形態に係る座屈拘束ブレースの変形例の軸直交方向の縦断面図である。

【0051】

座屈拘束ブレース１００Ａは、一対の補剛材５０の端面５１同士が溶接部Ｙを介して接続される点において、端面５１と側面５２が溶接部Ｙを介して接続される座屈拘束ブレース１００と相違する。

【0052】

座屈拘束ブレース１００Ａにおいても、山形鋼により形成される補剛材５０の屈曲部は曲率面５３を有している。ここでは、一対の補剛材５０の内部に収容される一対の拘束材３０の端部のうち、曲率面５３に対応する端部の端面がテーパー面３１とされていることにより、補剛材５０の曲率面５３と干渉するのが防止される。

【0053】

次に、図６を参照して、芯材１０の強軸方向に生じる高次モードの座屈について説明する。

【0054】

座屈拘束ブレース１００は、その両端部が建物架構の隅角部等に設けられている接続治具に対してボルト接合等されることにより、建物架構に組み込まれる。そして、建物架構が地震時に変形した際には、地震時の水平力等の外力が接続治具を介して座屈拘束ブレース１００の端部に入り、芯材１０の端部からその全域に外力が圧縮力として伝達されることにより、芯材１０の全域が塑性変形することで地震時のエネルギー吸収性能が発揮されることになる。

【0055】

言い換えると、芯材１０に圧縮力が作用した際に芯材１０の全域でその強軸方向に高次モードの座屈（波状の変形）が生じることにより、芯材１０の全体を可及的均等に座屈させることで座屈拘束ブレース１００の全体の塑性変形性能を発揮することができる。

【0056】

芯材１０に作用する圧縮力によって高次モードの座屈が生じ、座屈による波状の変形の山が補剛材５０に当接し、図６に示すように補剛材５０に対して押圧力Ｑを付与することになる。

【0057】

補剛材５０は、局所的に作用する押圧力Ｑに対して局部破壊を生じないように、その局部降伏耐力が設定される。

【0058】

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。

【符号の説明】

【0059】

１０：芯材
１０ａ：広幅面
１１：狭幅部
１２：広幅部
１２ａ：ボルト孔
１３：接合板
１３ａ：ボルト孔
１４：スリット
１５：突起
１７：スペーサー
１８：補強板
２０：アンボンド材
２０ａ：突起孔
３０：拘束材（溝形鋼）
３１：端面（テーパー面）
３０ａ：突起孔
５０：補剛材（山形鋼）
５１：端面
５２：側面
５３：曲率面
６０：端部領域
１００，１００Ａ：座屈拘束ブレース
Ｙ：溶接部
Ｑ：押圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】