(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】P2023132321
(43)【公開日】2023-09-22
(54)【発明の名称】座屈拘束ブレースの製造方法及び座屈拘束ブレース
(51)【国際特許分類】
E04B 1/58 20060101AFI20230914BHJP
【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 2022037559
(22)【出願日】2022-03-10
(71)【出願人】
【識別番号】303056368
【氏名又は名称】東急建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】240000327
【弁護士】
【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】春木 久幸
(72)【発明者】
【氏名】勝木 隆洋
(72)【発明者】
【氏名】上村 徹
(72)【発明者】
【氏名】嶋司 靖彦
【テーマコード(参考)】
2E125
【Fターム(参考)】
2E125AA33
2E125AB03
2E125AB16
2E125AB17
2E125AC16
2E125AG04
(57)【要約】
【課題】環境に与える負荷を抑えて簡単に製作することが可能になる座屈拘束ブレースを提供する。
【解決手段】架構構造に取り付けられる座屈拘束ブレース5である。
そして、架構構造に両端部が固定される断面十字状の芯材52と、芯材の長手方向の周囲を取り囲む角形鋼管によって形成される外殻部51と、芯材のすべての入隅部と外殻部の内周面との間に配置される円形鋼管によって形成される補剛鋼管53とを備えている。
また、芯材の両端には、外殻部の内空に対する向きによって通過の可否の切り替えが可能な拡幅端部521が設けられている。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
断面正方形の角形鋼管によって形成される外殻部及び前記外殻部の内空に挿入される長手方向の両端が拡幅された芯材を準備する工程と、
前記外殻部の内空に対して前記芯材を拡幅端部が通過可能な向きにして前記芯材を挿入する工程と、
前記芯材の前記拡幅端部が前記外殻部から抜け出した後に、前記芯材を回転させることで、前記芯材が前記外殻部から抜け出さない状態にする工程と、
前記芯材と前記外殻部の内周面との間に補剛鋼管を挿入する工程とを備えたことを特徴とする座屈拘束ブレースの製造方法。
【請求項2】
架構構造に取り付けられる座屈拘束ブレースであって、
前記架構構造に両端部が固定される断面十字状の芯材と、
前記芯材の長手方向の周囲を取り囲む角形鋼管によって形成される外殻部と、
前記芯材のすべての入隅部と前記外殻部の内周面との間に配置される円形鋼管によって形成される補剛鋼管とを備え、
前記芯材の両端には、前記外殻部の内空に対する向きによって通過の可否の切り替えが可能な拡幅端部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3】
前記拡幅端部と前記芯材の長手方向の中央との間には、断面が減少する少なくとも1箇所の段差部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項4】
前記拡幅端部の断面視の最長箇所は、前記外殻部の内空の平面視の最短箇所より長くて最長箇所より短くなるように形成されているとともに、
前記芯材の長手方向の中央側の断面視の最長箇所は、前記外殻部の内空の平面視の最短箇所より短く形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項5】
前記補剛鋼管の長さは、前記外殻部の長さと略同じであることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項6】
前記外殻部の端面を塞ぐ蓋部を備えたことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の座屈拘束ブレース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、架構構造に取り付けられる座屈拘束ブレースの製造方法及び座屈拘束ブレースに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、芯材の軸方向に圧縮力が作用したときに、芯材の面外方向の撓みを拘束することによって、エネルギー吸収能力を大きくする座屈拘束ブレースが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1には、平鋼からなる主軸材と、主軸材を包囲して主軸材の面外変形を拘束するための補剛鋼管とを有する鋼管補剛ブレース材が開示されている。ここで、補剛鋼管は、主軸材の周囲において4枚の帯板状の平鋼を隅肉溶接で接合させることによって、断面正方形の角筒状に製作される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1の鋼管補剛ブレース材は、主軸材及び補剛鋼管の両方を溶接によって組み立てるなど溶接箇所が多く、製作に手間がかかるため、製造コストが高くなる。また、多くの溶接作業によって、大量の二酸化炭素を発生させることになるため、環境に与える負荷も大きい。
【0006】
そこで本発明は、環境に与える負荷を抑えて簡単に製作することが可能になる座屈拘束ブレースの製造方法及び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】
【0007】
前記目的を達成するために、本発明の座屈拘束ブレースの製造方法は、断面正方形の角形鋼管によって形成される外殻部及び前記外殻部の内空に挿入される長手方向の両端が拡幅された芯材を準備する工程と、前記外殻部の内空に対して前記芯材を拡幅端部が通過可能な向きにして前記芯材を挿入する工程と、前記芯材の前記拡幅端部が前記外殻部から抜け出した後に、前記芯材を回転させることで、前記芯材が前記外殻部から抜け出さない状態にする工程と、前記芯材と前記外殻部の内周面との間に補剛鋼管を挿入する工程とを備えたことを特徴とする。
【0008】
また、座屈拘束ブレースの発明は、架構構造に取り付けられる座屈拘束ブレースであって、前記架構構造に両端部が固定される断面十字状の芯材と、前記芯材の長手方向の周囲を取り囲む角形鋼管によって形成される外殻部と、前記芯材のすべての入隅部と前記外殻部の内周面との間に配置される円形鋼管によって形成される補剛鋼管とを備え、前記芯材の両端には、前記外殻部の内空に対する向きによって通過の可否の切り替えが可能な拡幅端部が設けられていることを特徴とする。
【0009】
ここで、前記拡幅端部と前記芯材の長手方向の中央との間には、断面が減少する少なくとも1箇所の段差部が設けられている構成とすることができる。また、前記拡幅端部の断面視の最長箇所は、前記外殻部の内空の平面視の最短箇所より長くて最長箇所より短くなるように形成されているとともに、前記芯材の長手方向の中央側の断面視の最長箇所は、前記外殻部の内空の平面視の最短箇所より短く形成されている構成とすることができる。
【0010】
さらに、前記補剛鋼管の長さは、前記外殻部の長さと略同じであることが好ましい。また、前記外殻部の端面を塞ぐ蓋部を備えた構成とすることもできる。
【発明の効果】
【0011】
このように構成された本発明の座屈拘束ブレースの製造方法では、断面正方形の角形鋼管によって形成される外殻部に対して、長手方向の両端が拡幅された芯材を挿入するとともに、芯材と外殻部の内周面との間に補剛鋼管を挿入する。
【0012】
要するに、外殻部として既製の角形鋼管を使用するため、外殻部を組み立てるための溶接が必要なく、溶接作業時に発生する二酸化炭素の排出量を削減して環境に与える負荷を抑えることが可能なうえに、簡単に製作することができる。
【0013】
また、座屈拘束ブレースの発明は、架構構造に両端部が固定される断面十字状の芯材と、芯材の長手方向の周囲を取り囲む角形鋼管によって形成される外殻部との間に、円形鋼管によって形成される補剛鋼管が配置された構成となっている。
【0014】
芯材の入隅部に配置される補剛鋼管が既製の円形鋼管であれば、溶接作業などで改めて製作する必要がない。そのうえに、断面正方形の入隅部に円形鋼管が配置される構成であれば、芯材との間で接触や摩擦による付着を極力抑えたアンボンドな状態に簡単にできるので、芯材から補剛鋼管への軸力の伝達を防いで、芯材の面外方向への変形を拘束するという座屈防止機能を充分に発揮させることができる。
【0015】
また、芯材が拡幅端部から中央に向けて段階的に断面減少する構成であれば、端部より先に中央部が破壊するという、一般的にブレースに求められる破壊モードを実現することができるようになる。
【0016】
さらに、拡幅端部の断面視の最長箇所が外殻部の内空の平面視の最長箇所より短ければ、芯材の向きを調整することで、芯材を拡幅端部から外殻部に挿入して配置することが可能になり、簡単に座屈拘束ブレースを製造することができるようになる。
【0017】
また、補剛鋼管の長さが外殻部の長さと略同じであれば、外殻部の全長にわたって、芯材の面外方向への変形を拘束することができる。さらに、外殻部の端面を塞ぐ蓋部を備えていれば、補剛鋼管の外殻部からの抜け出しを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本実施の形態の座屈拘束ブレースの構成を示した斜視図である。
【
図2】座屈拘束ブレースが使用される建物の構造を示す側面図である。
【
図3】本実施の形態の座屈拘束ブレースの構成を示した側面図である。
【
図4】本実施の形態の座屈拘束ブレースの断面を示した図であって、(a)は
図3のA-A矢視方向で見た断面図、(b)は
図3のB-B矢視方向で見た断面図、(c)は
図3のC-C矢視方向で見た断面図である。
【
図5】本実施の形態の座屈拘束ブレースの製造方法の芯材の挿入前の状態を示した説明図である。
【
図6】外殻部に芯材を挿入する工程を示した説明図である。
【
図7】外殻部への芯材の挿入が完了した状態を示した説明図である。
【
図8】外殻部の中で芯材を45°回転させた状態を示した説明図である。
【
図9】外殻部に補剛鋼管を挿入する工程を示した説明図である。
【
図10】外殻部の端面を蓋部で塞ぐ工程を説明する図であって、(a)は蓋部の斜視図、(b)は蓋部が取り付けられた座屈拘束ブレースを示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本実施の形態の座屈拘束ブレース5の構成を示した斜視図である。一方、
図2は、座屈拘束ブレース5が取り付けられた建物1の構造を例示した側面図である。
【0020】
図2に示した建物1は、鉄骨造の架構構造を備えており、その架構構造に座屈拘束ブレース5が取り付けられた例を示している。この図に示した建物1は、鉄骨製の柱2及び梁3によって架構構造が構築されている。
【0021】
また、梁3には、複数のガセットプレート4が設けられている。そして、ガセットプレート4間には、2本の座屈拘束ブレース5の端部(521)が、それぞれボルト固定される。2本の座屈拘束ブレース5は、側面から見てV字状に配置され、建物1の強度及び剛性を増加させることで耐震性や制振性を高めている。
【0022】
図1は、座屈拘束ブレース5の上部を拡大して示した斜視図である。一方、
図3,
図4は、座屈拘束ブレース5の詳細な構成を説明するための図で、
図3に示した矢視方向の断面図を
図4に示している。
【0023】
本実施の形態の座屈拘束ブレース5は、断面十字状に形成されている芯材52と、芯材52の長手方向の周囲を取り囲む外殻部51と、芯材52と外殻部51との間に配置される補剛鋼管53とを備えている。なお、
図3では、図面を見やすくするために補剛鋼管53の図示を省略しているが、
図4の各断面図においては、補剛鋼管53を図示している。
【0024】
芯材52は、断面の縦横が同じ長さとなる断面十字状に形成され、4つの入隅部を有している。芯材52は、座屈拘束ブレース5の全長となる長尺状に形成され、長手方向の両方の端部は、
図3に示すように、中央部523より拡幅された拡幅端部521,521となる。
【0025】
芯材52は、
図1,
図4に示すように、例えば1枚の長尺状の平鋼の両面に対して、それぞれの面の幅方向中央に直交するように、長尺状の平鋼を溶接によって接合させることで製作することができる。
【0026】
芯材52は、十字状の断面が、拡幅端部521から中央部523に向けて減少する構成となっている。本実施の形態で説明する芯材52は、両端の拡幅端部521,521と、それよりも断面が少ない遷移部522,522と、断面が最小となる中央部523とによって構成されている。
【0027】
芯材52は、拡幅端部521、遷移部522及び中央部523のそれぞれにおいて一定の断面積に形成され、拡幅端部521と遷移部522との間及び遷移部522と中央部523との間には、それぞれ段差部が発生する。
【0028】
ここで、
図3のA-A矢視方向で見た断面図である
図4(a)には、芯材52の拡幅端部521の端面が図示され、
図3のB-B矢視方向で見た断面図である
図4(b)には、芯材52の遷移部522の断面が図示され、
図3のC-C矢視方向で見た断面図である
図4(c)には、芯材52の中央部523の断面が図示されている。
【0029】
図4(a)に示すように、十字状の拡幅端部521の一辺の長さL1は、外殻部51の平面視略正方形の内空の対角線の長さL2より短く、外殻部51の内空の一辺の長さL3より長い。また、
図4(b)に示すように、十字状の遷移部522の一辺の長さL4は、外殻部51の内空の一辺の長さL3より僅かに短い。ここで、外殻部51の内空の一辺の長さL3は、補剛鋼管53の外径φを2倍にした長さに、芯材52の板厚dを加えた長さ(2φ+d)より長い。
【0030】
さらに、
図4(c)に示すように、十字状の中央部523の一辺の長さL5は、外殻部51の内空の一辺の長さL3より短く形成されるが、補剛鋼管53の外径φとの関係で、L5>L3-φとなる長さに設定される。
【0031】
また、芯材52の端部となる拡幅端部521には、
図1に示すように、ボルトを通すための複数の孔521aが穿孔されている。要するに、複数の孔521aを介して、拡幅端部521は、ボルトによってガセットプレート4に連結される。すなわち、芯材52は、梁3に取り付けられたガセットプレート4に、両端部が固定されることになる。
【0032】
外殻部51は、
図1に示すように、断面正方形の既製の角形鋼管によって形成される。外殻部51の長さは、芯材52の長さと比べて、両端の拡幅端部521,521の長さ分だけ短い。すなわち、外殻部51は、芯材52の両側の遷移部522,522及び中央部523の周囲を取り囲むことになる。
【0033】
外殻部51の内空は、芯材52の拡幅端部521の通過が可能となる大きさに形成される。要するに、
図5に示すように、拡幅端部521の断面視の最長箇所の長さをL1とすると、外殻部51の内空の平面視の最長箇所の長さL2は、L1より長くなる。すなわち、十字状の拡幅端部521の突出部間(L1)が、外殻部51の平面視正方形の内空の対角線(L2)内に収まるような相対的な関係となる。
【0034】
断面十字状の芯材52のすべての入隅部に配置される補剛鋼管53は、既製の円形鋼管によって形成される。補剛鋼管53には、外殻部51とほぼ同じ長さで、芯材52と外殻部51の内周面との間に挿入可能なサイズの円形鋼管が使用される。
【0035】
詳細には、
図4(b)に示すように、十字形の遷移部522によって区切られた外殻部51の内空のそれぞれの略正方形の区画に、挿入することが可能なサイズ(
図4(c)の外径φ参照)の補剛鋼管53が使用される。補剛鋼管53は、遷移部522の側面及び外殻部51の内周面にそれぞれ同時に接触できる大きさであることが好ましい。
【0036】
要するに、補剛鋼管53は、芯材52から軸力が伝達されないように軸方向滑りが生じることが好ましいが、芯材52の面外方向の変形を抑えるように機能させるには、芯材52が外殻部51の内周面に向けて変形しないように、隙間を埋める大きさであることが好ましい。
【0037】
次に、本実施の形態の座屈拘束ブレース5の製造方法について、
図5-
図10を参照しながら説明する。
【0038】
まず、芯材52を製作する。芯材52は、例えば断面十字形の最長箇所の長さL1の幅の1枚の平鋼と、長さL1の半分程度の幅の2枚の平鋼とによって製作する。3枚の平鋼には、それぞれ遷移部522と中央部523の形状に合わせて、幅を減少させる切り込み加工を施す。
【0039】
幅広平鋼の側面の軸線位置に対して、幅の狭い平鋼の側縁を直角に当てて、溶接によって接合を行う。幅の狭い平鋼の取り付けは、幅広平鋼の反対側の側面に対しても同様に行われる。本実施の形態の座屈拘束ブレース5の製造方法において、溶接作業のほとんどは、芯材52の製作時に行われる。
【0040】
このようにして芯材52を準備するとともに、芯材52を挿入する外殻部51となる断面正方形の角形鋼管を準備する。
図5に示すように、角形鋼管は、内空の対角線の長さL2が、芯材52の最長箇所の長さL1より長くなるものが、既製品の中から選ばれる。
【0041】
そして、
図5に示すように、外殻部51の内空に対して拡幅端部521が通過可能な向きに芯材52の向きを合わせて、芯材52を外殻部51の内空に挿入する。
図6は、外殻部51に芯材52を挿入している状況を示している。
【0042】
図7は、外殻部51への芯材52の挿入が完了した状態を示している。
図7は、芯材52の上端側の拡幅端部521の状態を図示したものであるが、芯材52の下端側の拡幅端部521が外殻部51から抜け出した状態も、同様である。
【0043】
続いて、
図8に示すように、外殻部51の中で芯材52を45°回転させることで、芯材52が外殻部51から抜け出さない状態に切り替える。要するに、芯材52の最長箇所の長さL1は、外殻部51の内空の平面視の最短箇所の長さL3より長いので、芯材52をこの向きにしたときには、拡幅端部521が外殻部51の端面に引っかかって、芯材52が抜け出すことはない。
【0044】
一方、外殻部51の内空に挿入されている芯材52の遷移部522及び中央部523の最長箇所の長さ(
図4(b),(c)のL4,L5参照)は、外殻部51の内空の最短箇所の長さL3より短く形成されているので、外殻部51に挿入したままで芯材52を回転させることができる。
【0045】
このように外殻部51に芯材52を挿入した後に、芯材52の4箇所の入隅部に対して、
図9に示すように、それぞれ補剛鋼管53を挿入する。補剛鋼管53は、芯材52と外殻部51の内周面との間に挿入するため、この区画に挿入可能なサイズのものを使用する必要があるが、可能な限り大きなサイズの円形鋼管にすることで、芯材52の面外方向の変形を効果的に抑えることができるようになる。
【0046】
図10は、外殻部51の端面を蓋部54で塞ぐ工程を説明する図である。この工程は、必要に応じて行われる。すなわち、外殻部51の内空に4本の補剛鋼管53を挿入した後に、
図10(a)に示すような蓋部54で覆うことで、補剛鋼管53の外殻部51からの抜け出しを確実に防ぐことができる。また、外殻部51の内空に、ゴミなどの異物が侵入することも防ぐことができる。
【0047】
蓋部54は、芯材52の入隅部に配置されるので、区画の形状に合わせた正方形状の板材によって形成される。外殻部51の隅角部に対向する蓋部54の角は、例えば角落としの処理がされる。
以上のような工程によって、本実施の形態の座屈拘束ブレース5は製造される。
【0048】
次に、本実施の形態の座屈拘束ブレースの製造方法及び座屈拘束ブレース5の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の座屈拘束ブレース5の製造方法では、断面正方形の角形鋼管によって形成される外殻部51に対して、長手方向の両端に拡幅端部521が設けられた芯材52を挿入するとともに、芯材52と外殻部51の内周面との間に補剛鋼管53を挿入する。
【0049】
要するに、外殻部51として既製の角形鋼管を使用するため、外殻部51を組み立てるための溶接が必要なく、溶接作業時に発生する二酸化炭素の排出量を削減して環境に与える負荷を抑えることが可能なうえに、簡単に製作することができる。
【0050】
また、本実施の形態の座屈拘束ブレース5は、架構構造に両端の拡幅端部521が固定される断面十字状の芯材52と、芯材52の長手方向の周囲を取り囲む角形鋼管によって形成される外殻部51との間に、円形鋼管によって形成される補剛鋼管53が配置された構成となっている。
【0051】
芯材52の入隅部に配置される補剛鋼管53が既製の円形鋼管であれば、溶接作業などで改めて製作する必要がない。そのうえに、断面正方形の入隅部に円形鋼管が配置される構成であれば、芯材52との間で接触や摩擦による付着を極力抑えたアンボンドな状態に簡単にできるので、芯材52から補剛鋼管53への軸力の伝達を防いで、芯材52の面外方向への変形を拘束するという座屈防止機能を充分に発揮させることができる。
【0052】
また、外殻部51の内側を埋めるように芯材52と補剛鋼管53を配置すれば、座屈拘束ブレース5の断面二次モーメントが大きくなるので、座屈に対する座屈拘束ブレース5の耐力を向上させることができる。
【0053】
また、芯材52が拡幅端部521から中央部523に向けて段階的に断面減少する構成であれば、拡幅端部521より先に中央部523が破壊するという、一般的なブレースに求められる破壊モードと同様の挙動を起こさせることができるようになる。
【0054】
さらに、拡幅端部521の断面視の最長箇所の長さL1が外殻部51の内空の平面視の最長箇所の長さL2より短ければ、芯材52の向きを調整することで、芯材52を拡幅端部521から外殻部51に挿入して配置することが可能になり、簡単に座屈拘束ブレース5を製造することができるようになる。
【0055】
また、補剛鋼管53の長さが外殻部51の長さと略同じであれば、外殻部51の全長にわたって、芯材52の面外方向への変形を拘束することができる。さらに、外殻部51の端面を塞ぐ蓋部54を備えていれば、補剛鋼管53の外殻部51からの抜け出しや、外殻部51の内部に異物が侵入するのを防ぐことができる。
【0056】
さらに、本実施の形態の座屈拘束ブレース5において、外殻部51は、断面正方形に形成されている。これにより、座屈拘束ブレース5を平らな場所に置いた際に、転がらないようにすることができる。そのため、座屈拘束ブレース5を搬送する際に、座屈拘束ブレース5の荷姿が崩れないようにすることができる。
【0057】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0058】
例えば、前記実施の形態では、円形鋼管を補剛鋼管53とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本実施の形態の座屈拘束ブレースの製造方法は、角形鋼管などを補剛鋼管とする場合にも適用することができる。
【0059】
また、前記実施の形態では、座屈拘束ブレース5が側面から見てV字状に2本配置された建物1を例示したが、これに限定されるものではなく、側面から見て逆V字状に2本配置されるものや、X字状やK字状に配置されるものや、1本配置されるものにも適用することができる。
【0060】
さらに、前記実施の形態では、座屈拘束ブレース5を鉄骨造の建物1に適用する例を示したが、これに限定されるものではなく、本実施の形態の座屈拘束ブレース5は、鉄骨鉄筋コンクリート造や、鉄筋コンクリート造や、木造の架構構造にも適用することもできる。また、本実施の形態の座屈拘束ブレース5は、橋梁等の土木構造物にも適用することができる。
【符号の説明】
【0061】
5 :座屈拘束ブレース
51 :外殻部
52 :芯材
521 :拡幅端部
523 :中央部
53 :補剛鋼管
54 :蓋部