特開 2023-49141 座屈拘束ブレースとその製作方法

(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】P2023049141

(43)【公開日】2023-04-10

(54)【発明の名称】座屈拘束ブレースとその製作方法

(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】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021158707

(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

2E125AC15

2E125AG31

2E125CA06

2E125EA25

(57)【要約】

【課題】座屈拘束ブレースの形状や寸法への適応性が良好なアンボンド材を備えた座屈拘束ブレースとその製作方法を提供すること。
【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の対向面の少なくとも一方に取り付けられているアンボンド材２０とを有し、アンボンド材２０が、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されている。
【選択図】図４

【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対向面の少なくとも一方に取り付けられているアンボンド材とを有し、
前記アンボンド材が、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成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】

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、一対の内挿板と、
前記一対の内挿板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、
前記芯材と前記内挿板の対向面の少なくとも一方に取り付けられているアンボンド材と、を有し、
前記アンボンド材が、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されていることを特徴とする、座屈拘束ブレース。

【請求項3】

前記アンボンド材における、前記芯材もしくは前記拘束材もしくは前記内挿板への取り付け面と反対側には、前記芯材の座屈変形用の隙間が設けら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】

請求項３に記載の座屈拘束ブレースの製作方法であって、
前記芯材もしくは前記拘束材もしくは前記内挿板への前記アンボンド材の取り付け面に対して、前記混合材を塗布もしくは散布して該アンボンド材を形成し、
前記アンボンド材における前記取り付け面と反対側に、前記隙間を設けた状態で組み付けることを特徴とする、座屈拘束ブレースの製作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、座屈拘束ブレースとその製作方法に関する。

【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】

特許文献１に記載の座屈拘束ブレースでは、上記する高次モードの座屈を生じさせるべく、ブチルゴム等の変形性能を有するアンボンド材を芯材の広幅面と拘束材の間に介在させ、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ようにしている。

【0009】

上記するブチルゴムをアンボンド材に適用する場合、市販品である定形のブチルゴムでは、座屈拘束ブレースに対してそのまま適用できる寸法の製品が一般に存在せず、座屈拘束ブレースへの適用に際しては切断加工して寸法合わせをしているのが現状であることから、座屈拘束ブレースへの断面適応性が良いとは言い難く、例えば様々な形状及び寸法の角形鋼管（拘束材）に対応し難いといった課題がある。

【0010】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、座屈拘束ブレースの形状や寸法への適応性が良好なアンボンド材を備えた座屈拘束ブレースとその製作方法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】

【0011】

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対向面の少なくとも一方に取り付けられているアンボンド材と、を有し、
前記アンボンド材が、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されていることを特徴とする。

【0012】

本態様によれば、アンボンド材が定形の市販品でなく、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されていることにより、芯材と拘束材の対向面の少なくとも一方にアンボンド材を塗布や散布等により塗工して形成されることから、座屈拘束ブレースの形状や寸法への適応性が良好なアンボンド材を備えた座屈拘束ブレースとなる。

【0013】

また、「芯材と拘束材の対向面の少なくとも一方」とは、芯材と拘束材の対向面（広幅面）の双方と、芯材と拘束板の対向面のいずれか一方を含む意味である。

【0014】

従来のブチルゴム等からなるアンボンド材は、そ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を可能としているのに対して、芯材と拘束材の対向面の少なくとも一方に塗工によりアンボンド材が形成される本態様では、アンボンド材の一方に芯材の高次モードの座屈を生じさせるための隙間（クリアランス）が設けられることになる。

【0015】

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。

【0016】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
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、一対の内挿板と、
前記一対の内挿板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、
前記芯材と前記内挿板の対向面の少なくとも一方に取り付けられているアンボンド材と、を有し、
前記アンボンド材が、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されていることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、芯材と拘束材の間に内挿板が配設されている形態において、芯材と内挿板の対向面の少なくとも一方にアンボンド材を塗布や散布等により塗工して形成されることから、座屈拘束ブレースへの断面適応性が良好なアンボンド材を備えた座屈拘束ブレースとなる。また、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。

【0018】

ここで、「芯材と内挿板の対向面の少なくとも一方」とは、芯材と内挿板の対向面（広幅面）の双方と、芯材と内挿板の対向面のいずれか一方を含む意味である。

【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、
前記アンボンド材における、前記芯材もしくは前記拘束材もしくは前記内挿板への取り付け面と反対側には、前記芯材の座屈変形用の隙間が設けられていることを特徴とする。

【0020】

本態様によれば、芯材と拘束材の対向面の少なくとも一方に塗工によりアンボンド材が形成されることから、座屈変形用の隙間（クリアランス）が設けられることにより、芯材の高次モードの座屈を生じさせることが可能になる。

【0021】

また、本発明による座屈拘束ブレースの製作方法の一態様は、
前記座屈拘束ブレースの製作方法であって、
前記芯材もしくは前記拘束材もしくは前記内挿板への前記アンボンド材の取り付け面に対して、前記混合材を塗布もしくは散布して該アンボンド材を形成し、
前記アンボンド材における前記取り付け面と反対側に、前記隙間を設けた状態で組み付けることを特徴とする。

【0022】

本態様によれば、芯材と拘束材と内挿板の少なくとも一つの取り付け面に対して、混合材を塗布もしくは散布することによってアンボンド材を形成することから、座屈拘束ブレースへの断面適応性が良好なアンボンド材を備えた座屈拘束ブレースを製作することができる。さらに、塗工によりアンボンド材が形成されることから、座屈変形用の隙間（クリアランス）を設けることにより、芯材の高次モードの座屈を生じさせることを保証できる。

【発明の効果】

【0023】

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とその製作方法によれば、座屈拘束ブレースの形状や寸法への適応性が良好なアンボンド材を備え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】

【0024】

【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組立前状態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組立状態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】

【0025】

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。

【0026】

［実施形態に係る座屈拘束ブレースとその製作方法］
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とその製作方法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組立前状態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組立状態の軸直交方向の縦断面図である。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

アンボンド材２０は、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されている。ここで、潤滑剤には、固体潤滑剤と液体潤滑剤があり、固体潤滑剤には、二硫化モリブデン（MoS₂）やグラファイト（黒鉛）、フッ素樹脂（PTFE：ポリテトラフルオロエチレン）などが挙げられ、摩擦面に固体潤滑膜が形成されることにより、摩擦面材料の直接接触を抑制してかじりの発生を抑制できる。一方、液体潤滑剤には、潤滑油が挙げられる。また、合成樹脂（塗料）には、エポキシ樹脂やシリコン樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコン樹脂、塩化ゴム樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、フタル酸樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。

【0038】

図１には、アンボンド材２０を拘束材３０における芯材１０への対向面にＸ２方向に模式的に取り付ける態様で図示しているが、実際には、図４に示すように、拘束材３０の対向面に対して潤滑剤と合成樹脂の混合材を刷毛等による塗布や散布等により、薄厚で中央に突起孔２０ａを備えたアンボンド材２０が形成される。

【0039】

ここで、図示例は、拘束材３０における芯材１０への対向面にアンボンド材２０が形成されている形態であるが、芯材１０における拘束材３０への対向面にアンボンド材が形成されてもよいし、拘束材３０と芯材１０の双方の対向面にアンボンド材が形成されてもよい。さらに、芯材１０の左右の狭幅面にもアンボンド材が形成されてもよい。

【0040】

また、拘束材３０と芯材１０の間に内挿板が介在する形態では、内挿板における芯材１０への対向面にアンボンド材が形成される形態や、内挿板と芯材１０の双方の対向面にアンボンド材が形成される形態などもある。

【0041】

従来のブチルゴム等からなるアンボンド材と比べて、潤滑剤と合成樹脂の混合材により形成されるアンボンド材２０は、摩擦係数：μ＝０．０４と低摩擦を実現でき、３００℃程度の耐熱温度を実現できる。

【0042】

また、潤滑剤と合成樹脂の混合材を拘束材３０の側面や芯材１０の側面（広幅面１０ａ）等に塗工することによりアンボンド材２０が形成されることから、様々な形状及び寸法の拘束材３０や芯材１０への適応性が良好になり、従来のブチルゴム等からなるアンボンド材のように拘束材３０等の形状及び寸法に合わせて市販品を切断加工等する手間を不要にできる。

【0043】

図４に示すように、拘束材３０の対向面に形成されたアンボンド材２０と芯材１０との間（アンボンド材２０の取り付け面と反対側）には、例えば１ｍｍ前後の隙間２５が形成される。この隙間２５の内部には、座屈拘束ブレース１００が組み込まれた建物架構の変形の際に芯材１０に圧縮力が作用し、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。

【0044】

拘束材３０は、断面視矩形の角形鋼管により形成されている。拘束材３０のうち、アンボンド材２０が形成される側面にも、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。

【0045】

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。

【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】

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。

【0050】

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】

【0051】

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
２５：隙間
３０：拘束材（角形鋼管）
３０ａ：突起孔
５０：補剛材
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】