特開 2023-49140 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】P2023049140

(43)【公開日】2023-04-10

(54)【発明の名称】座屈拘束ブレース

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20230403BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021158706

(22)【出願日】2021-09-29

(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

2E125AB08

2E125AB16

2E125AC13

(57)【要約】

【課題】端部の強度が高く、芯材の全域において、その弱軸方向に高次モードの座屈をスムーズに生じさせることのできる座屈拘束ブレースを提供すること。
【解決手段】座屈拘束ブレース１００は、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に対向するように配設されている、角形鋼管からなる一対の拘束材３０と、芯材１０と拘束材３０の間に介在するアンボンド材２０とを有し、拘束材３０の両端の内部に、端部補強材６０が挿通されて拘束材３０の内面に接合されている。
【選択図】図１

【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向するように配設されている、角形鋼管からなる一対の拘束材と、
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、
端部補強材が、前記拘束材の両端の内部に挿通されて該拘束材の内面に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】

前記端部補強材が溝形鋼であ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】

前記端部補強材の長さが、前記芯材の弱軸方向に生じる高次モードの座屈である波状の変形における、２波長乃至３波長の長さに設定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の座屈拘束ブレース。

【請求項4】

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】

前記芯材の側方において、前記一対の拘束材の両側を一対の補剛材が繋いでおり、
前記芯材が、前記一対の拘束材と前記一対の補剛材とにより包囲されていることを特徴とする、請求項１乃至４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】

【技術分野】

【0001】

本発明は、座屈拘束ブレースに関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

この座屈拘束ブレースにおいて、板状部と拘束材との間には拘束材に接触する内挿板が設けられ、角形鋼管からなる拘束材はその各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を備えている。内挿板における拘束材と接触する側の面と拘束材の角部との間には、拘束材と内挿板とを固定する溶接部が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

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。

【0007】

ところで、座屈拘束ブレースは、その両端部が建物架構の隅角部等に設けられているブラケットやガセットプレート等の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ことになる。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ブラケット等を介して座屈拘束ブレースの端部に入り、芯材の端部からその全域に外力が圧縮力等として伝達されることにより、芯材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。より具体的には、芯材に圧縮力が作用した際にその全域でその弱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の全体の塑性変形性能を発揮することができる。

【0008】

これに対して、地震時に外力が直接入力される座屈拘束ブレースの端部の強度が弱く、従って芯材の端部のみが座屈すると、圧縮力等が芯材の全域に伝達されず、芯材がその全域で高次モードの座屈を生じることができないことに起因して、座屈拘束ブレースの初期の降伏耐力よりも遙かに小さな耐力しか発揮できないことになる。従って、座屈拘束ブレースの端部の補強は、座屈拘束ブレースが初期のエネルギー吸収性能を発揮することを保証する観点から極めて重要である。尚、特許文献１には、この座屈拘束ブレースの端部の補強に関する具体的な言及はない。

【0009】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、端部の強度が高く、芯材の全域において、その弱軸方向に高次モードの座屈をスムーズに生じさせることのできる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】

【0010】

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向するように配設されている、角形鋼管からなる一対の拘束材と、
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、
端部補強材が、前記拘束材の両端の内部に挿通されて該拘束材の内面に接合されていることを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、鋼製でプレート状の芯材との二つの広幅面が角形鋼管からなる一対の拘束材により拘束されている座屈拘束ブレースにおいて、拘束材の両端の内部に端部補強材が挿通されて拘束材の内面に接合されていることにより、座屈拘束ブレースの端部強度を高強度にすることができる。そして、一対の拘束材の端部が効果的に補強されることにより、一対の拘束材にて挟持されている芯材の端部が補強され、芯材を、その端部のみならずその全域において、その弱軸方向に高次モードの座屈（波状の変形）をスムーズに生じさせることができる。

【0012】

ここで、「端部補強材」には、山形鋼や溝形鋼、Ｈ形鋼等の形鋼材のピースの他、拘束材を形成する角形鋼管よりも小断面寸法の角形鋼管等も含まれる。

【0013】

また、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。

【0014】

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。

【0015】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
前記端部補強材が溝形鋼であることを特徴とする。

【0016】

本態様によれば、端部補強材として溝形鋼を適用することにより、角形鋼管のシームの位置に関わらず、角形鋼管の端部からその内部へ溝形鋼を容易に挿通させ、接合することが可能になる。

【0017】

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、
前記端部補強材の長さが、前記芯材の弱軸方向に生じる高次モードの座屈である波状の変形における、２波長乃至３波長の長さに設定されていることを特徴とする。

【0018】

本態様によれば、端部補強材の長さが、芯材の弱軸方向に生じる高次モードの座屈である波状の変形における２波長乃至３波長の長さに設定されていることにより、座屈拘束ブレースの端部が十分に補強されながら、芯材の中央側に対して波状の変形をスムーズに生じさせることが可能になる。

【0019】

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の端部が収容されていることを特徴とする。

【0020】

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、拘束材の端部が端部補強材にて補強されていることと相俟って、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。

【0021】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
前記芯材の側方において、前記一対の拘束材の両側を一対の補剛材が繋いでおり、
前記芯材が、前記一対の拘束材と前記一対の補剛材とにより包囲されていることを特徴とする。

【0022】

本態様によれば、芯材の側方において一対の拘束材の両側を一対の補剛材が繋いでいることにより、芯材の幅方向（強軸方向）の変形を補剛材により拘束することができる。

【0023】

また、本発明による座屈拘束ブレースは、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。

【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、端部の強度が高く、芯材の全域における高次モードの座屈が保証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端部に関する、組立前状態の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】実施形態に係る座屈拘束ブレースの端部に関する、組立状態の座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面図である。

【図5A】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。

【図5B】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５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端部に関する、組立前状態の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り、図４は、実施形態に係る座屈拘束ブレースの端部に関する、組立状態の座屈拘束ブレースの軸直交方向の縦断面図である。

【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、断面視矩形の角形鋼管により形成されており、矩形の長辺に対応する側面がアンボンド材２０に当接している。拘束材３０のうち、アンボンド材２０に当接する側面にも、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の側方において、一対の拘束材３０の両側（矩形の短辺に対応する側面）を一対の鋼板からなる補剛材５０が溶接等によって繋いでおり、芯材１０は、一対の拘束材３０と一対の補剛材５０とにより包囲されている。

【0042】

図１に示すように、拘束材３０の両端の内部には、端部補強材６０がＸ２方向へ挿通され、拘束材３０の内面に溶接接合されている。このことにより、図２乃至図４に示すように、一対の拘束材３０の両端部が補強され、一対の拘束材３０の両端部の補強によって芯材１０を含む座屈拘束ブレース１００の両端部が補強される。

【0043】

ここで、端部補強材６０は、山形鋼や溝形鋼、Ｈ形鋼等の形鋼材のピースの他、拘束材３０を形成する角形鋼管よりも小断面寸法の角形鋼管のピース等により形成できるが、角形鋼管３０のシームの位置に関わらず、角形鋼管３０の端部からその内部へ容易に挿通させて溶接接合できる観点から、図示例の溝形鋼の適用が好ましい。

【0044】

また、端部補強材６０の長さｔ（図１参照）は、芯材１０の弱軸方向に生じる高次モードの座屈である波状の変形における、２波長乃至３波長の長さに設定されている。端部補強材６０の長さが上記長さに設定されていることにより、座屈拘束ブレース１００の端部が十分に補強されながら、芯材１０の中央側に対して波状の変形をスムーズに生じさせることが可能になる。

【0045】

このように、拘束材３０の両端を端部補強材６０にて補強することにより、拘束材３０の全体の板厚を厚くすることなく、必要最小限の補強にて芯材１０の全域に高次モードの座屈を生じさせることができるため、座屈拘束ブレース１００の製作コストの高騰の抑制にも繋がる。

【0046】

次に、図５を参照して、芯材１０の弱軸方向に生じる高次モードの座屈について説明する。

【0047】

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Ｎ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。言い換えると、芯材１０に圧縮力Ｎが作用した際に芯材１０の全域でその弱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。

【0048】

図５Ｂに示すように、芯材１０に作用する圧縮力Ｎ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拘束材３０に当接し、拘束材３０に対して押圧力Ｑを付与することになる。

【0049】

地震時に外力が直接入力される座屈拘束ブレースの端部の強度が弱く、従って芯材１０の端部のみが座屈すると、圧縮力Ｎが芯材１０の全域に伝達されず、芯材１０がその全域で高次モードの座屈を生じることができないことに起因して、座屈拘束ブレースの初期の降伏耐力よりも遙かに小さな耐力しか発揮できないことになる。

【0050】

この点に関し、図示する座屈拘束ブレース１００では、拘束材３０の両端の内部に端部補強材６０が挿通され、拘束材３０の内面に溶接接合されることにより、一対の拘束材３０の両端部が十分に補強されて高強度な端部構造を形成していることから、一対の拘束材３０の高強度な端部構造により、芯材１０を含む座屈拘束ブレース１００の端部が補強される。このことにより、芯材１０を、その端部のみならずその全域において、その弱軸方向に高次モードの座屈をスムーズに生じさせることが可能になる。

【0051】

拘束材３０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。

【0052】

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】

【0053】

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（角形鋼管）
３０ａ：突起孔
５０：補剛材
６０：端部補強材（形鋼材、溝形鋼）
１００：座屈拘束ブレース
Ｎ：軸力（圧縮力）
Ｑ：押圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】