特開 2024-1603 接合部材および耐震工法

(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】P2024001603

(43)【公開日】2024-01-10

(54)【発明の名称】接合部材および耐震工法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20231227BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20231227BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 D

E04H9/02 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100360

(22)【出願日】2022-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三輪 隆治

【テーマコード（参考）】

2E125

2E139

【Ｆターム（参考）】

2E125AA33

2E125AB13

2E125AC13

2E139AA01

2E139AB03

2E139AC33

2E139BD13

(57)【要約】

【課題】ブレースの耐力を有効に発揮する接合部材を提供する。
【解決手段】接合部材は、１つのブレースを構成する２本の棒状部材の間に配置される。接合部材は、一対の弾性部材と、２つの接合部と、付勢部材と、固定部材と、を備える。一対の弾性部材は、対向する面を有し、対向する面が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態と、の間で変形可能に構成されている。接合部は、一対の弾性部材の端部と結合する結合プレートと、棒状部材と接合する接合金具と、を有する。付勢部材は、一対の弾性部材に挟まれるようにして配置され、一対の弾性部材を離隔状態となる方向に付勢する。固定部材は、一対の弾性部材に着脱自在であり、一対の弾性部材に取り付けられたときに、一対の弾性部材を近接状態に維持する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つのブレースを構成する２本の棒状部材の間に配置される接合部材であって、
対向する面を有する一対の弾性部材であって、前記対向する面が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態と、の間で変形可能に構成された一対の弾性部材と、
一対の前記弾性部材の端部と結合する結合プレートと、前記棒状部材と接合する接合金具と、を有する２つの接合部と、
一対の前記弾性部材に挟まれるようにして配置され、一対の前記弾性部材を前記離隔状態となる方向に付勢する付勢部材と、
一対の前記弾性部材に着脱自在であり、一対の前記弾性部材に取り付けられたときに、一対の前記弾性部材を前記近接状態に維持する固定部材と、を備える、接合部材。

【請求項2】

請求項１に記載の接合部材であって、
前記弾性部材は、曲げばねである、接合部材。

【請求項3】

請求項１または２に記載の接合部材であって、
前記付勢部材は、圧縮コイルばねである、接合部材。

【請求項4】

請求項３に記載の接合部材であって、
前記固定部材は、ボルトと、前記ボルトに嵌合するナットと、を備える、接合部材。

【請求項5】

柱と梁によって構成される架構フレームを備える建築物の耐震構造を構築する耐震工法であって、
２本の棒状部材と、２本の前記棒状部材の間に配置された接合部材と、を備えるブレースを準備する工程であって、前記接合部材は、対向する面を有する一対の弾性部材であって、前記対向する面が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態との間で変形可能に構成された一対の弾性部材と、一対の前記弾性部材の端部と結合する結合プレートと、前記棒状部材と接合する接合金具とを有する２つの接合部と、一対の前記弾性部材に挟まれるようにして配置され、一対の前記弾性部材を前記離隔状態となる方向に付勢する付勢部材と、一対の前記弾性部材に着脱自在であり、一対の前記弾性部材に取り付けられ、一対の前記弾性部材を前記近接状態に維持している固定部材と、を有する、ブレースを準備する工程と、
前記ブレースを前記架構フレームに設置する設置工程と、
前記弾性部材から前記固定部材を取り外すことによって、前記弾性部材を前記離隔状態に付勢し、前記ブレースにプリテンションを導入するプリテンション導入工程と、
を備える、耐震工法。

【請求項6】

請求項５に記載の耐震工法であって、
前記弾性部材は、曲げばねである、耐震工法。

【請求項7】

請求項５または６に記載の耐震工法であって、
前記付勢部材は、圧縮コイルばねである、耐震工法。

【請求項8】

請求項７に記載の耐震工法であって、
前記固定部材は、ボルトと、前記ボルトに嵌合するナットと、を備える、耐震工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される技術は、接合部材に関する。

【背景技術】

【0002】

柱と梁によって構成される架構フレームを備える建築物において、架構フレームの内側にブレースを備える耐震構造がある。ブレースは、地震時における水平方向の荷重に抵抗し、架構フレームの変形を防止する。一般的なブレースの類型の１つとしてＸ型ブレースがあり、架構フレーム内の対角を結ぶようにして、１つの架構フレームにつき２本のブレースが設置される（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許６３５６３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

Ｘ型ブレースを備える架構フレームに水平方向の荷重が加わると、架構フレームの変形により、片方のブレースには引張力が作用し、もう一方のブレースには圧縮力が作用する（以下、引張力が働くブレースは引張側と呼び、圧縮力が働くブレースは圧縮側と呼ぶ）。このとき、ブレースを構成する材料によっては、材料固有の圧縮耐力の弱さに起因して、圧縮側が十分に耐力を発揮できず、実質的に引張側のみが荷重を負担する場合がある。この場合、ブレース設置台数を増やす等の対策を講じることによって、建築物の耐力を増強することが可能である。しかしながら、ブレースの設置台数を増やすことは、コスト面や施工性の観点で課題が生じる。

【0005】

なお、このような課題は、Ｘ型ブレースに限らず、Ｋ型ブレースやＶ型ブレース等、他の類型のブレース構造においても共通の課題である。

【0006】

本明細書では、上述した課題の少なくとも一部を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。

【0008】

（１）本明細書に開示される接合部材は、１つのブレースを構成する２本の棒状部材の間に配置される接合部材である。前記接合部材は、一対の弾性部材と、２つの接合部と、付勢部材と、固定部材と、を備える。一対の前記弾性部材は、対向する面を有し、前記対向する面が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態と、の間で変形可能に構成されている。前記接合部は、一対の前記弾性部材の端部と結合する結合プレートと、前記棒状部材と接合する接合金具と、を有する。前記付勢部材は、一対の前記弾性部材に挟まれるようにして配置され、一対の前記弾性部材を前記離隔状態となる方向に付勢する。前記固定部材は、一対の前記弾性部材に着脱自在であり、一対の前記弾性部材に取り付けられたときに、一対の前記弾性部材を前記近接状態に維持する。

【0009】

本接合部材を備えるブレースを架構フレームに設置した際、常時において、付勢部材の付勢力によって引張力が作用する。さらに、外部から荷重がかかることによって架構フレームに変形が生じた際も、付勢部材が圧縮力を受ける範囲では、引張側のブレースと、圧縮側のブレースとのいずれにも引張力が作用する。すなわち、引張側と圧縮側の両方のブレースで荷重を負担することができる。従って、本接合部材を用いることによってブレースの耐力を簡易な方法で有効に発揮することができ、建築物全体としてブレースの設置台数を削減することで、建築コストを削減できる。

【0010】

（２）上記接合部材において、前記弾性部材は、曲げばねである構成としてもよい。本接合部材は、弾性部材として低コストである曲げばねを使用することで、建築コストをさらに削減することができる。

【0011】

（３）上記接合部材において、前記付勢部材は、圧縮コイルばねである構成としてもよい。本接合部材は、付勢部材として低コストである圧縮コイルばねを使用することで、建築コストをさらに削減することができる。

【0012】

（４）上記接合部材において、前記固定部材は、ボルトと、前記ボルトに嵌合するナットと、を備える構成としてもよい。本接合部材は、固定部材として着脱が容易なボルトおよびナットを使用することで、施工性をさらに向上することができる。

【0013】

（５）本明細書に開示される耐震工法は、柱と梁によって構成される架構フレームを備える建築物の耐震構造を構築する耐震工法である。前記耐震工法は、ブレースを準備する工程と、前記ブレースを前記架構フレームに設置する設置工程と、前記ブレースにプリテンションを導入するプリテンション導入工程と、を備える。前記ブレースは、２本の棒状部材と、２本の前記棒状部材の間に配置された前記接合部材と、を備える。前記接合部材は、一対の弾性部材と、２つの接合部と、付勢部材と、固定部材と、を有する。一対の前記弾性部材は、対向する面を有し、前記対向する面が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態との間で変形可能に構成されている。前記接合部は、一対の前記弾性部材の端部と結合する結合プレートと、前記棒状部材と接合する接合金具と、を有する。前記付勢部材は、一対の前記弾性部材に挟まれるようにして配置され、一対の前記弾性部材を前記離隔状態となる方向に付勢する。前記固定部材は、一対の前記弾性部材に着脱自在であり、一対の前記弾性部材に取り付けられ、一対の前記弾性部材を前記近接状態に維持している。前記プリテンション導入工程は、前記弾性部材から前記固定部材を取り外すことによって、前記弾性部材を前記離隔状態に付勢し、前記ブレースにプリテンションを導入する工程である。

【0014】

本耐震工法によれば、接合部材を用いた簡易な方法でブレースにプリテンションを導入することができる。従って、１本のブレースあたりの耐力を有効に発揮させることができ、建築物全体としてのブレース設置台数を削減することで、建築コストを削減できる。

【0015】

（６）上記耐震工法において、前記弾性部材は、曲げばねである構成としてもよい。本耐震工法は、弾性部材として低コストである曲げばねを使用することで、建築コストをさらに削減することができる。

【0016】

（７）上記耐震工法において、前記付勢部材は、圧縮コイルばねである構成としてもよい。本耐震工法は、付勢部材として低コストである圧縮コイルばねを使用することで、建築コストをさらに削減することができる。

【0017】

（８）上記耐震工法において、前記固定部材は、ボルトと、前記ボルトに嵌合するナットと、を備える構成としてもよい。本耐震工法は、固定部材として着脱が容易なボルトおよびナットを使用することで、施工性をさらに向上することができる。

【0018】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、接合部材、耐震工法、耐震構造等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態における耐震構造１０の全体構成を示す説明図

【図2】接合部材１００を拡大した説明図

【図3】本実施形態の建築物の耐震構造１０を構築する耐震工法の概要を示すフローチャート

【図4】ブレース７０のエネルギー吸収能力を概念的に示した説明図

【発明を実施するための形態】

【0020】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．耐震構造１０の構成：
図１は、本実施形態における耐震構造１０の全体構成を示す説明図である。耐震構造１０は、架構フレーム２０と、２本のブレース７０とを備える。

【0021】

架構フレーム２０は、柱２１と梁２２によって構成される。架構フレーム２０の内側には、コーナー部３６を介して、ブレース７０が設置されている。１つの架構フレーム２０につき、２本のブレース７０が設置されており、架構フレーム２０の内側で対角を結ぶようにして設置されている。１つのブレース７０は、２本の棒状部材７２と、２本の棒状部材７２を接合する接合部材１００とを備える。棒状部材７２は、例えば、丸鋼と呼ばれる断面が円形の棒鋼である。

【0022】

図２は、接合部材１００を拡大した説明図である。接合部材１００は、一対の弾性部材１１０と、２つの接合部１２０と、付勢部材１３０と、固定部材１４０とを備える。なお、本明細書では、便宜上、ブレース７０の延伸方向を縦方向と呼び、付勢部材１３０の伸縮方向を横方向と呼び、縦方向および横方向と垂直な方向を奥行方向と呼ぶ。

【0023】

弾性部材１１０は、弾性を有する板状の部材であり、例えば、曲げばねである。弾性部材１１０は、例えば、縦方向の寸法が３００ｍｍ～４００ｍｍ程度、奥行方向の寸法が１００ｍｍ程度、厚みが１．６ｍｍ～３．２ｍｍ程度の鋼板である。弾性部材１１０は、中央付近が２段階に屈曲しており、屈曲した箇所に挟まれた平面である屈曲面１１１を有している。屈曲面１１１は、孔１１２を有している。２つの弾性部材１１０は、屈曲面１１１が外側方向に張り出すようにして、互いに対向して配置されている。弾性部材１１０は、一対の屈曲面１１１が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態との間で変形可能である。

【0024】

接合部１２０は、結合プレート１２２と、接合金具１２１とを有する。結合プレート１２２と接合金具１２１とは、例えば、溶接するなどして作製される。結合プレート１２２は、弾性部材１１０の端部と結合している。接合金具１２１は棒状部材７２と接合している。結合プレート１２２は、例えば、横方向の寸法が１２ｍｍ～１９ｍｍ程度、奥行方向の寸法が１００ｍｍ程度、厚みが５０ｍｍ程度の鋼板である。結合プレート１２２と弾性部材１１０は、例えば、溶接するなどして結合される。接合金具１２１は、例えば、金属のような剛性の高い材料によって構成される。接合金具１２１と棒状部材７２とは、例えば、ねじによって接合しており、ねじ部の寸法はＭ１０～Ｍ２４程度である。

【0025】

付勢部材１３０は、ブレース７０の延伸方向と交差する方向に伸縮するようにして、２つの弾性部材１１０の間に挟まれるようにして配置されている。付勢部材１３０は、例えば、圧縮コイルばねである。付勢部材１３０は弾性を有しており、圧縮力を受けることによって、屈曲面１１１が離隔する方向に付勢する。付勢部材１３０のばね定数は、例えば、５Ｎ／ｍｍ～１５Ｎ／ｍｍ程度である。

【0026】

固定部材１４０は、ボルト１４１と、ボルト１４１に嵌合するナット１４２とを有する。ボルト１４１は、付勢部材１３０の内側および孔１１２を貫通するようにして配置されている。ボルト１４１の直径は、例えば、Ｍ１２～Ｍ１９程度である。ナット１４２は、ボルト１４１に取り付けられている。ボルト１４１およびナット１４２は、弾性部材１１０を締め付けることによって、屈曲面１１１の近接状態を維持する。固定部材１４０は、弾性部材１１０から着脱自在であり、必要に応じて取り付けおよび取り外しが可能である。

【0027】

Ａ－２．耐震構造１０の耐震工法：
図３は、本実施形態の建築物の耐震構造１０を構築する耐震工法の概要を示すフローチャートである。

【0028】

本実施形態の建築物の耐震構造１０を構築する耐震工法では、はじめに、架構フレーム２０の変形量に関し、圧縮側のブレース７０に荷重の負担を期待する範囲として、架構フレーム２０の期待変形量δを設定する（Ｓ１１）。

【0029】

次に、期待変形量δをもとに付勢部材１３０のストロークを決定する（Ｓ１２）。圧縮側のブレース７０は、付勢部材１３０がストロークよりも圧縮されている間は、付勢部材１３０の付勢力によって引張力が作用する。換言すると、架構フレーム２０の変形量が付勢部材１３０のストローク以内であれば、圧縮側のブレース７０には引張力が作用し、圧縮荷重を負担することが可能である。ゆえに、Ｓ１１工程において設定された期待変形量δをもとに、付勢部材１３０のストロークを決定する。

【0030】

次に、弾性部材１１０と同等の剛性を有する付勢部材１３０を選定する（Ｓ１３）。まず、棒状部材７２の直径をもとに、弾性部材１１０の大きさを決定する。例えば、棒状部材７２の断面よりも、弾性部材１１０の断面が大きくなるように選定することが好ましい。次に、弾性部材１１０に付勢力を十分に伝達するため、付勢部材１３０および弾性部材１１０の剛性が同等となるよう、付勢部材１３０を選定する。

【0031】

次に、ブレース７０を準備する（Ｓ１４）。Ｓ１１～Ｓ１３で選定した材料をもとに接合部材１００を作製し、棒状部材７２と、接合部材１００とを接合する。このとき、固定部材１４０は、弾性部材１１０に取り付けた状態とする。具体的には、ボルト１４１をナット１４２で締め付けることにより、付勢部材１３０を圧縮する。付勢部材１３０を圧縮することにより、弾性部材１１０を近接状態に維持する。

【0032】

次に、架構フレーム２０内にブレース７０を設置する（Ｓ１５）。Ｓ１４において準備されたブレース７０を、架構フレーム２０に取り付ける。Ｓ１５の工程は、特許請求の範囲における設置工程に相当する。

【0033】

次に、ボルト１４１を外すことにより、ブレース７０にプリテンションを導入する（Ｓ１６）。ボルト１４１からナット１４２を取り外し、ボルト１４１を弾性部材１１０から取り外すことで、付勢部材１３０は、弾性部材１１０が離隔する方向に付勢する。弾性部材１１０が離隔する方向に付勢されることにより、ブレース７０には常時においても引張力が作用した状態となる。Ｓ１６の工程は、特許請求の範囲におけるプリテンション導入工程に相当する。主として以上の工程により、耐震構造１０が構築される。

【0034】

Ａ－３．本実施形態の効果：
以上説明したように、１つのブレース７０を構成する２本の棒状部材７２の間に配置される接合部材１００は、一対の弾性部材１１０と、２つの接合部１２０と、付勢部材１３０と、固定部材１４０とを有する。一対の弾性部材１１０は、対向する屈曲面１１１を有しており、対向する屈曲面１１１が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態との間で変形可能に構成されている。接合部１２０は、一対の弾性部材１１０の端部と結合する結合プレート１２２と、棒状部材７２と接合する接合金具１２１とを有する。付勢部材１３０は、一対の弾性部材１１０に挟まれるようにして配置され、一対の弾性部材１１０を離隔状態となる方向に付勢する。固定部材１４０は、一対の弾性部材１１０に着脱自在であり、一対の弾性部材１１０に取り付けられたときに、一対の弾性部材１１０を近接状態に維持する。

【0035】

本実施形態の接合部材１００によれば、接合部材１００を備えるブレース７０を架構フレーム２０に設置した際、常時において、付勢部材１３０の付勢力によってブレース７０に引張力を作用させることができる。さらに、架構フレーム２０に変形が生じた際も、付勢部材１３０が圧縮力を受ける範囲では、引張側のブレース７０と圧縮側のブレース７０のいずれにも引張力が作用し、２本のブレースで荷重を負担することができる。

【0036】

図４は、ブレース７０のエネルギー吸収能力を概念的に示した説明図である。図中のＡは従来の接合部材を用いた場合、図中のＢは本明細書における接合部材１００を用いた場合のエネルギー吸収量を示している。グラフ中の縦軸は、架構フレーム２０にかかる荷重を表しており、グラフ中の横軸は、架構フレーム２０の変形量を表している。グラフ中のハッチングされた箇所が、エネルギー吸収量を表している。図４に示した通り、接合部材１００を用いることによって、ブレース７０によるエネルギー吸収能力が向上する。

【0037】

従来の接合部材を用いた場合、架構フレーム２０に荷重がかかっている間、圧縮側のブレース７０は圧縮力を受けるため耐力を十分に発揮できず、引張側のブレース７０のみで荷重を負担することになる。これに対し、接合部材１００を用いた場合においては、圧縮側のブレース７０においても引張力が作用するため、架構フレーム２０に設置された２本のブレース７０の両方で荷重を負担することができる。以上に述べたように、接合部材１００を用いることによって、１本のブレース７０あたりの耐力を簡易な方法で有効に発揮させることができ、建築物全体としてのブレース７０設置台数の削減することで、建築コストを削減できる。

【0038】

また、接合部材１００において、弾性部材１１０は、曲げばねである構成としてもよい。曲げばねは低コストであるため、建築コストをさらに削減することができる。

【0039】

また、接合部材１００において、付勢部材１３０は、圧縮コイルばねである構成としてもよい。圧縮コイルばねは低コストであるため、建築コストをさらに削減することができる。

【0040】

また、接合部材１００において、固定部材１４０は、ボルト１４１とボルト１４１に嵌合するナット１４２とを備える構成としてもよい。ボルト１４１およびナット１４２は着脱が容易であることから、施工性をさらに向上することができる。

【0041】

また、本実施形態において、柱２１と梁２２によって構成される架構フレーム２０を備える建築物の耐震構造１０を構築する耐震工法は、ブレース７０を準備する工程と、ブレース７０を架構フレーム２０に設置する設置工程と、ブレース７０にプリテンションを導入するプリテンション導入工程とを備える。ブレース７０は、２本の棒状部材７２と、２本の棒状部材７２の間に配置された接合部材１００とを備える。接合部材１００は、一対の弾性部材１１０と、２つの接合部１２０と、付勢部材１３０と、固定部材１４０とを有する。一対の弾性部材１１０は、対向する屈曲面１１１を有しており、対向する屈曲面１１１が互いに近接した近接状態と、互いに離隔した離隔状態との間で変形可能に構成されている。接合部１２０は、一対の弾性部材１１０の端部と結合する結合プレート１２２と、棒状部材７２と接合する接合金具１２１とを有する。付勢部材１３０は、一対の弾性部材１１０に挟まれるようにして配置され、一対の弾性部材１１０を離隔状態となる方向に付勢する。固定部材１４０は、一対の弾性部材１１０に着脱自在であり、一対の弾性部材１１０に取り付けられ、一対の弾性部材１１０を近接状態に維持している。プリテンション導入工程は、弾性部材１１０から固定部材１４０を取り外すことによって、弾性部材１１０を離隔状態に付勢し、ブレース７０にプリテンションを導入する工程である。

【0042】

本耐震工法によれば、接合部材１００を用いた簡易な方法でブレース７０にプリテンションを導入することができる。そのため、１本のブレース７０あたりの耐力を有効に発揮させることができ、建築物全体としてのブレース７０設置台数の削減が可能になる。

【0043】

Ｂ．変形例：
本明細書に開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0044】

上記実施形態では、棒状部材７２は、断面が円形の丸鋼であるとしているが、棒状部材７２の材質や形状は限定されるものではない。

【0045】

上記実施形態では、弾性部材１１０は曲げばねである構成としているが、近接状態と離隔状態との間で変形可能な部材であれば、弾性部材１１０の構成は限定されるものではない。

【0046】

上記実施形態では、付勢部材１３０は圧縮コイルばねである構成としているが、弾性部材１１０を離隔状態に付勢することが可能であれば、付勢部材１３０の構成は限定されるものではない。

【0047】

上記実施形態では、固定部材１４０は、ボルト１４１とナット１４２によって構成されるものとしているが、着脱自在であって、弾性部材１１０を近接状態に維持することが可能であれば、固定部材１４０の構成は限定されるものではない。

【符号の説明】

【0048】

１０：耐震構造 ２０：架構フレーム ２１：柱 ２２：梁 ３６：コーナー部 ７０：ブレース ７２：棒状部材 １００：接合部材 １１０：弾性部材 １１１：屈曲面 １１２：孔 １２０：接合部 １２１：接合金具 １２２：結合プレート １３０：付勢部材 １４０：固定部材 １４１：ボルト １４２：ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】