(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】P2024018609
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】座屈拘束ブレース
(51)【国際特許分類】
E04B 1/58 20060101AFI20240201BHJP
【FI】
E04B1/58 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022122040
(22)【出願日】2022-07-29
(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】中川 学
(72)【発明者】
【氏名】吉田 文久
(72)【発明者】
【氏名】薮田 智裕
【テーマコード(参考)】
2E125
【Fターム(参考)】
2E125AA33
2E125AB12
2E125AC14
2E125AC24
(57)【要約】
【課題】木造建築物等の架構内に組み込んで使用するのに好適であり、製作コストを抑制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、1枚の第1鋼板11と、第1鋼板11の広幅面に対して直交するように接合されている、2枚の第2鋼板12とにより形成され、断面形状が十字状である芯材10と、第1鋼板11と第2鋼板12とにより形成されている4つの配置領域A3にそれぞれ配置され、芯材10の長手方向に延設する木軸材21と、隣接する木軸材21を相互に繋ぐ繋ぎ手段22とを備えている、拘束材20とを有する。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
1枚の第1鋼板と、該第1鋼板の広幅面に対して直交するように接合されている、2枚の第2鋼板とにより形成され、断面形状が十字状である、芯材と、
前記第1鋼板と前記第2鋼板とにより形成されている4つの配置領域にそれぞれ配置され、前記芯材の長手方向に延設する木軸材と、隣接する該木軸材を相互に繋ぐ繋ぎ手段を備えている、拘束材と、を有することを特徴とする、座屈拘束ブレース。
【請求項2】
隣接する前記木軸材と、前記第1鋼板の端部もしくは前記第2鋼板の端部とにより形成される隙間に、スペーサーが介在していないことを特徴とする、請求項1に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項3】
前記木軸材は、断面矩形の角材により形成され、
前記第1鋼板に対して、前記第2鋼板が溶接接合されており、
前記木軸材のうち、前記第1鋼板と前記第2鋼板の溶接接合側の隅角部が面取りされて、溶接余盛りとの干渉防止手段を形成し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】
前記繋ぎ手段が、隣接する前記木軸材に跨がる1枚の第1面材と、該第1面材を隣接する該木軸材のそれぞれに固定する軸状固定部材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5】
前記繋ぎ手段が、隣接する前記木軸材に跨がる複数の第2面材と、該第2面材を隣接する該木軸材のそれぞれに固定する軸状固定部材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6】
前記第1面材もしくは前記第2面材が木質面材であり、前記拘束材が木製拘束材であることを特徴とする、請求項4又は5に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項7】
前記第1面材もしくは前記第2面材が鋼板であり、前記拘束材が、前記木軸材と該鋼板によるハイブリッド拘束材であることを特徴とする、請求項4又は5に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項8】
前記繋ぎ手段が、鎹であ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9】
前記第1鋼板と前記第2鋼板はいずれも、長手方向の中央側において広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部を有し、長手方向の端部側において広幅面の幅が相対的に広い広幅部を有し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10】
前記木軸材の両端部には、少なくとも前記第2鋼板との間に隙間を形成するための凹部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。
【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、建物の架構(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】
ところで、昨今、木造建築物(木造住宅、木造の倉庫、木造の競技場など)の耐火性能や耐震性能の向上が図られている。木造住宅は本来的に、間取りやデザインの自由度の高さ、自然物の木材による癒し効果、木材の有する調湿効果、住宅などの建物用途によっては鉄骨造やRC造に比べて建設費用が一般に安価であるといった利点を備えているが、上記する耐火性や耐震性の向上が木造住宅をはじめとする木造建築物の注目度を高めている一つの要因である。このような木造住宅の架構内に上記する従来の座屈拘束ブレースを組み込む場合、木製の柱や梁と、金属製もしくはコンクリート製の補剛材を有する座屈拘束ブレースとが混在することになり、不釣合いな外観となることが否めない。
【0004】
そこで、座屈拘束ブレースの全体を木製もしくは紙製のパネル等で覆うことにより、金属製もしくはコンクリート製の補剛材を外部から視認できないようにする方策が考えられるが、この方策には多大な作業手間を要することから建設費の増加が懸念される。また、従来の座屈拘束ブレースは、金属やコンクリート、モルタル等が多用されていることから、重量が重くなる傾向にあり、木造住宅を構成する軽量な木製の梁や柱の中に重量のある座屈拘束ブレースを取り付けることは構造的にも不釣合いである。
【0005】
ここで、特許文献1には、木造住宅をはじめとする木造建築物の架構内に組み込んで使用するのに適した座屈拘束ブレースが提案されている。具体的には、芯材と、芯材の両面に沿って配置した一対の拘束材とを有する座屈拘束ブレースであり、芯材を鋼材にて形成し、一対の拘束材を木材にて形成し、この拘束材に集成材を適用し、集成材は芯材と平行にラミナが積層されたものとした座屈拘束ブレースである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の座屈拘束ブレースを形成する鋼製の芯材を包囲する拘束材は、芯材の二つの広幅面に対向する一対の拘束板と、一対の拘束板の端部同士を繋ぐ一対の側板とにより構成されるが、これらの拘束板や側板はそれぞれに固有の断面形状及び断面寸法を有し、例えば一般に流通している角材等をそのまま適用できないことから、拘束材の単位面積当たりの単価が高くならざるを得ず、座屈拘束ブレース全体の製作コストが往々にして高くなるといった課題がある。
【0008】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、木造建築物等の架構内に組み込んで使用するのに好適であり、製作コストを抑制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】
【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、
1枚の第1鋼板と、該第1鋼板の広幅面に対して直交するように接合されている、2枚の第2鋼板とにより形成され、断面形状が十字状である、芯材と、
前記第1鋼板と前記第2鋼板とにより形成されている4つの配置領域にそれぞれ配置され、前記芯材の長手方向に延設する木軸材と、隣接する該木軸材を相互に繋ぐ繋ぎ手段を備えている、拘束材と、を有することを特徴とする。
【0010】
本態様によれば、第1鋼板と第2鋼板とにより形成される断面形状が十字状の芯材における4つの配置領域にそれぞれ、芯材の長手方向に延設する木軸材が配置され、隣接する木軸材が繋ぎ手段にて相互に繋がれて拘束材を形成していることにより、木軸材には、芯材の十字状の1つの配置領域に収容できる例えば一般に流通されている角材を適用することができるため、製作コストが抑制された座屈拘束ブレースとなる。ここで、木軸材には、一般に流通する角材以外の木製部材が適用されてもよい。
【0011】
また、拘束材が、4本の木軸材により形成されることから、拘束材の加工が容易になる。例えば、特許文献1に記載の座屈拘束ブレースは、集成材を加工して断面L型の二つの拘束材を製作し、これらを相互に逆さまにして、芯材を挟んだ状態で接続する加工を要する。これに対して、本態様の座屈拘束ブレースは、断面が十字状の芯材の周囲に4本の木軸材を配置し、木軸材同士を相互に繋いで拘束材を製作した際に、同時に座屈拘束ブレースが製作されることから、座屈拘束ブレースの製作がより一層容易になり、上記する一般に流通されている角材を適用できることと相俟って、座屈拘束ブレースの製作コストの抑制を図ることができる。また、仮に木軸材が一般に流通されている角材により形成されていない場合であっても、この製作容易性により製作コストの抑制を図ることが可能になる。
【0012】
さらに、芯材が4つの木軸材にて包囲されることにより、外観意匠性に優れた座屈拘束ブレースとなることから、木造建築物の架構に適用した場合でも、架構構成部材と不釣合いな外観を与える恐れはない。
【0013】
また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
隣接する前記木軸材と、前記第1鋼板の端部もしくは前記第2鋼板の端部とにより形成される隙間に、スペーサーが介在していないことを特徴とする。
【0014】
本態様によれば、隣接する木軸材と、第1鋼板の端部もしくは第2鋼板の端部とにより隙間が形成される形態、すなわち、断面が十字状の芯材の1つの辺の長さよりも木軸材の一辺の長さが長い形態においても、十字状の芯材の4つの配置領域にそれぞれ木軸材の位置が規定された状態で木軸材同士が繋ぎ手段にて繋がれることから、形成される隙間に対して、木軸材の位置ずれを防止するためのスペーサーを設置する必要がなくなる。このように、従来の座屈拘束ブレースにおいて必須の構成であるスペーサーを不要にできることも、座屈拘束ブレースの製作コストの抑制に繋がる。
【0015】
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、
前記木軸材は、断面矩形の角材により形成され、
前記第1鋼板に対して、前記第2鋼板が溶接接合されており、
前記木軸材のうち、前記第1鋼板と前記第2鋼板の溶接接合側の隅角部が面取りされて、溶接余盛りとの干渉防止手段を形成していることを特徴とする。
【0016】
本態様によれば、第1鋼板に対して第2鋼板が溶接接合され、従って双方の鋼板の隅角部に溶接余盛りが存在する形態において、断面矩形(例えば正方形)の角材により形成される木軸材の溶接余盛り側の隅角部が面取りされ、この面取りが溶接余盛りとの干渉防止手段を形成していることにより、角材からなる木軸材を第1鋼板と第2鋼板の双方にがたつきなく面接触させることができ、4本の木軸材が相互に高強度に接続された拘束材によって芯材が拘束されている座屈拘束ブレースを形成できる。ここで、角材には、上記する一般に流通している角材が適用されるのが好ましい。
【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、
前記繋ぎ手段が、隣接する前記木軸材に跨がる1枚の第1面材と、該第1面材を隣接する該木軸材のそれぞれに固定する軸状固定部材であることを特徴とする。
【0018】
本態様によれば、繋ぎ手段が、隣接する木軸材に跨がる1枚の第1面材と、第1面材を隣接する木軸材のそれぞれに固定する軸状固定部材であることにより、例えば長尺の1枚の第1面材により隣接する木軸材の一体化を図ることで、良好な製作性を享受でき、隣接する木軸材の高い一体性を得ることができる。
【0019】
ここで、第1面材には、鋼板や無機系ボード材、繊維強化プラスチック面材、木質面材等が挙げられる。また、軸状固定部材には、釘やビス等が挙げられる。
【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、
前記繋ぎ手段が、隣接する前記木軸材に跨がる複数の第2面材と、該第2面材を隣接する該木軸材のそれぞれに固定する軸状固定部材であることを特徴とする。
【0021】
本態様によれば、繋ぎ手段が、隣接する木軸材に跨がる複数の第2面材と、第2面材を隣接する木軸材のそれぞれに固定する軸状固定部材であることにより、例えばピース状の複数の第2面材を使用して隣接する木軸材同士を接続することができるため、第2面材の製作過程で生じ得る廃材の発生を可及的に抑制することができる。第2面材の平面視形状としては、矩形や三角形等が挙げられる。
【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、
前記第1面材もしくは前記第2面材が木質面材であり、前記拘束材が木製拘束材であることを特徴とする。
【0023】
本態様によれば、第1面材もしくは第2面材が木質面材であり、拘束材が木製拘束材であることにより、外観意匠性に優れた座屈拘束ブレースを形成できる。また、軸状固定部材に木ねじを適用することにより、外部には木材のみしか露出しないことから、より一層外観意匠性に優れた座屈拘束ブレースとなる。尚、仮に軸状固定部材にビスやボルト等を適用した場合でも、ビス等の頭部を面材の内部に埋没させ、表面に埋木を埋め込むことにより、ビス等を外部から視認不可にすることができる。
【0024】
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、
前記第1面材もしくは前記第2面材が鋼板であり、前記拘束材が、前記木軸材と該鋼板によるハイブリッド拘束材であることを特徴とする。
【0025】
本態様によれば、第1面材もしくは第2面材が鋼板であり、拘束材が木軸材と鋼板によるハイブリッド拘束材であることにより、芯材の拘束性が極めて高い座屈拘束ブレースを形成できる。本態様において、軸状固定部材には、ビスや釘、ボルト等が適用される。
【0026】
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、
前記繋ぎ手段が、鎹であることを特徴とする。
【0027】
本態様によれば、繋ぎ手段が鎹であることにより、面材を必要とせず、鎹のみで隣接する木軸材同士を接続できることから、座屈拘束ブレースの製作コストをより一層抑制することができる。ここで、鎹が芯材の長手方向に直交する方向で隣接する木軸材同士を繋ぎ、複数の鎹が当該長手方向に亘って間隔をおいて配設されている形態であってもよいし、例えば、複数の鎹が、芯材の長手方向に亘ってハの字状もしくは逆ハの字状に配設されて鎹トラスを形成する形態であってもよい。このように鎹トラスを形成することにより、隣接する木軸材同士をより一層強固に接続することができ、拘束材における断面十字状の芯材の2方向の断面剛性を高めることができる。尚、例えば、第1鋼板と第2鋼板の厚みが同じであり、かつ、双方の張り出し長が同じ場合は、断面十字状の芯材の2方向(第1鋼板に沿う方向と第2鋼板に沿う方向)に強軸方向と弱軸方向は生じないが、例えば、第1鋼板に対して第2鋼板の厚みが相対的に薄い形態や、第2鋼板の張り出し長が相対的に短い形態では、第1鋼板に沿う方向が強軸方向となり、第2鋼板に沿う方向が弱軸方向となる。
【0028】
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、
前記第1鋼板と前記第2鋼板はいずれも、長手方向の中央側において広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部を有し、長手方向の端部側において広幅面の幅が相対的に広い広幅部を有していることを特徴とする。
【0029】
本態様によれば、第1鋼板と第2鋼板がいずれも、それらの長手方向の中央側において広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部を有し、その長手方向の端部側において広幅面の幅が相対的に広い広幅部を有していることにより、中央側の狭幅部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に限定させることができる。また、広幅部と狭幅部の境界領域は芯材の平面積及び断面積が変化する変化領域であることから、芯材に作用する付加曲げモーメントをこの変化領域にて吸収することができる。付加曲げモーメント(あるいは、単に、付加曲げ)とは、例えば大地震時に架構と座屈拘束ブレースが大きく変形した際に、この変形に起因して芯材に作用するとともに、拘束材に作用し得る曲げモーメントのことである。このように、本態様においては、芯材に作用する付加曲げモーメントを、芯材の広幅部と狭幅部の境界領域にて効果的に吸収することが可能になる。
【0030】
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、
前記木軸材の両端部には、少なくとも前記第2鋼板との間に隙間を形成するための凹部が設けられていることを特徴とする。
【0031】
本態様によれば、木軸材の両端部においてそれぞれ、少なくとも第2鋼板との間に隙間を形成するための凹部が設けられていることにより、芯材の変形を隙間で吸収することができ、当該芯材の変形に起因して拘束材を構成する木軸材の端部に付加曲げモーメントが作用することを効果的に抑制することができる。ここで、「少なくとも第2鋼板との間に隙間を形成するための凹部が設けられている」とは、第1鋼板が構面の面内方向に配置され、これに接続される第2鋼板が構面の面外方向に張り出す場合に、付加曲げモーメントが作用し得る第2鋼板との間に隙間を形成するための凹部が設けられていることを意味しているが、その他、木軸材の両端部においてそれぞれ、第2鋼板と第1鋼板の双方との間に隙間を形成するための2つの凹部が設けられてもよいことを含んでいる。
【発明の効果】
【0032】
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、木造建築物等の架構内に組み込んで使用するのに好適であり、製作コストを抑制できる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】
【0033】
【
図1】実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する芯材の一例を示す斜視図である。
【
図2A】第1実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する拘束材の一例の斜視図である。
【
図3】第1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】第2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5】第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6】第1実施形態に係る座屈拘束ブレースが木造建物等の架構に組み込まれた状態を示す図である。
【
図7】大地震時における架構の変形態様と、架構の変形に起因する座屈拘束ブレース接合部における付加曲げモーメントを説明する図である。
【
図8】座屈拘束ブレースの全体座屈曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、各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。
【0035】
[第1実施形態に係る座屈拘束ブレース]
はじめに、
図1乃至
図3を参照して、第1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を形成する芯材の一例を示す斜視図であり、
図2Aは、第1実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する拘束材の一例の斜視図であり、
図2Bは、木軸材の一例の斜視図である。また、
図3は、第1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。尚、図示する芯材10は、第1実施形態乃至第3実施形態に係る座屈拘束ブレース100、100A,100Bの全てに共通に適用される。
【0036】
図1に示すように、芯材10は、細長でプレート状の平鋼により形成されている第1鋼板11に対して、同様に平鋼により形成されている2枚の第2鋼板12が溶接接合され、その長手方向に直交する断面が十字状を呈している。第1鋼板11に対して第2鋼板12を隅肉溶接することにより、双方の鋼板の隅角部(取り合い部)には溶接余盛り15が形成される。
【0037】
第1鋼板11は、長手方向の中央側において広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部11Aを有し、長手方向の端部側において広幅面の幅が相対的に広い広幅部11Bを有している。
【0038】
同様に、第2鋼板12も、長手方向の中央側において広幅面の幅が相対的に狭い狭幅部12Aを有し、長手方向の端部側において広幅面の幅が相対的に広い広幅部12Bを有している。
【0039】
図示する芯材10では、第1鋼板11の狭幅部11Aの幅t1と、2枚の第2鋼板12の狭幅部12Aと第1鋼板11の厚みの総計の幅t1が同じとなるように設定されている。また、第1鋼板11の広幅部11Bの幅t2と、2枚の第2鋼板12の広幅部12Bと第1鋼板11の厚みの総計の幅t2が同じとなるように設定されている。さらに、第1鋼板11と第2鋼板12の双方の厚みは同じに設定されている。
【0040】
この構成により、断面十字状の芯材10のX方向とY方向の剛性は同じとなり、直交2方向の剛性が同じ芯材が形成される。また、断面十字状の芯材10のうち、第1鋼板11と2枚の第2鋼板12により形成される4つの配置領域A3には、以下で説明する拘束材20を構成する4本の木軸材21(
図2,3参照)がそれぞれ配置されることになる。
【0041】
ここで、例えば第2鋼板12の厚みが相対的に薄い形態や、2枚の第2鋼板12と第1鋼板11の厚みの総計の幅が第1鋼板11の幅よりも相対的に狭い形態であってもよく、これらの形態では、X方向が強軸方向となり、Y方向が弱軸方向となる。また、図示例では、第1鋼板11と第2鋼板12がいずれも、狭幅部11A,12Aから広幅部11B,12Bに向かってテーパー状に幅が広がる段状(1段)の形態であるが、2段以上の多段状に幅が広がる形態であってもよい。
【0042】
第1鋼板11と第2鋼板12がいずれも、その長手方向の中央側に狭幅部11A,12Aを有し、長手方向の端部側に広幅部11B,12Bを有することにより、中央側の狭幅部11A,12Aのうち、広幅部側の領域A1,A2を塑性化し易い領域とすることができ、さらに、これらの塑性化し易い領域A1,A2を狭幅部11A,12Aのうちの広幅部側の領域に限定させることができる。
【0043】
また、第1鋼板11と第2鋼板12の双方の広幅部11B,12Bにはそれぞれ、以下で説明するように、構面に設けられているガセットプレートやガセットプレートに取り付けられているフィンスチフナ(
図6参照)にスプライスプレートを介してボルト接合されるためのボルト孔11a、12aが開設されている。芯材10の第1鋼板11が建物の構面に平行に配設されるようにして座屈拘束ブレース100がガセットプレートに取り付けられる場合、芯材10が構面に平行な第1鋼板11に直交する第2鋼板12を有することにより、芯材10の構面内方向の剛性に加えて構面外方向の剛性を高めることができる。
【0044】
芯材10を形成する第1鋼板11と第2鋼板12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、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。
【0045】
図2Aに示すように、拘束材20は、断面が正方形(矩形の一例)の4本の木軸材21と、
図1に示す芯材10を構成する第1鋼板11と第2鋼板12が配置される隙間G1,G2を挟んで隣接する木軸材21同士を繋ぐ4組の繋ぎ手段22とにより形成される。
【0046】
ここで、木軸材21は、一般に流通している角材により形成され、杉や松等の無垢材の他、ラミナが積層された集成材等からなる、105角(105mm角)や120角(120mm角)の断面正方形の角材が一例として挙げられる。また、角材21の長さは、芯材10の長さに応じて、例えば3m程度に設定できる。
【0047】
角材21のうち、第1鋼板11と第2鋼板12の溶接接合側の隅角部は面取りされており、この面取り21aが溶接余盛り15との干渉防止手段を形成している。
【0048】
さらに、
図2Bに示すように、角材21の両端部には、長手方向に一定長さt5の凹部21bが設けられている。芯材10と拘束材20が組み付けられた座屈拘束ブレース100(
図3参照)において、芯材10を構成する第2鋼板12と、各角材21の端部との間にそれぞれ、凹部21bによって隙間G4が形成されることになる。座屈拘束ブレース1100が構面に設置された際に、芯材10の第1鋼板11が構面の面内方向に配置され、第2鋼板12が構面の面外方向に張り出すように配置される場合に、各角材21の両端部において、構面の面外方向に張り出す第2鋼板12との間に隙間G4が設けられていることにより、芯材10の地震時の変形を隙間G4で吸収することができ、芯材10の変形に起因して角材21の端部に付加曲げモーメントが作用することを抑制することが可能になる。このことから、凹部21bの長さは、付加曲げモーメントが作用し得る長さにより設定される。尚、角材21の両端部において、第2鋼板12側に凹部21bが設けられていることに加えて、第1鋼板11側にも別途の凹部が設けられてもよい。
【0049】
繋ぎ手段22は、隣接する2本の木軸材21の各側面のほぼ全域を包囲する長尺の第1面材23と、第1面材23を各木軸材21に固定する複数の軸状固定部材24とにより形成される。
【0050】
ここで、第1面材23は、鋼板や無機系ボード材(セメント板、石膏ボード、ケイ酸カルシウム板等)、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics 炭素繊維強化プラスチック)やGFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic ガラス繊維強化プラスチック)等の繊維強化プラスチック面材、合板やCLT(Cross Laminated Timber)パネル、単板積層材(LVL:Laminated Veneer Lumber)等の木質面材が挙げられる。木質面材が適用されることにより、外観意匠性に優れた座屈拘束ブレースを形成できる。また、鋼板が適用されることにより、芯材10の拘束性が極めて高い座屈拘束ブレースを形成できる。
【0051】
第1面材23に木質面材が適用される場合に、拘束材20は木製拘束材となる。一方、第1面材23に鋼板が適用される場合に、拘束材20は、木軸材と鋼板により形成されるハイブリッド拘束材となる。
【0052】
軸状固定部材24には、釘やビス、ねじ(木ねじを含む)、ボルト(ラグスクリューボルトを含む)等が適用できるが、第1面材23に木質面材が適用される場合、軸状固定部材24に木ねじが適用されることにより、外部には木材のみしか露出しないこととなり、より一層外観意匠性に優れた座屈拘束ブレースを形成できる。一方、第1面材23に鋼板が適用される場合、軸状固定部材24には、釘やビス、ねじ、ボルトが適用される。
【0053】
実際には、
図1に示す芯材10の4つの配置領域A3にそれぞれ木軸材21を配置し、隣接する木軸材21に跨がるようにして第1面材23を配置し、複数の軸状固定部材24にて双方の木軸材21に対して第1面材23を固定することにより、4本の木軸材21が4枚の第1面材23にて相互に繋がれた拘束材20が形成される。そして、芯材10の周囲に拘束材20が形成されると同時に、
図3に示す座屈拘束ブレース100が形成される。
【0054】
繋ぎ手段22が、隣接する木軸材21に跨がる1枚の第1面材23と、第1面材23を隣接する木軸材21のそれぞれに固定する軸状固定部材24であることにより、長尺の1枚の第1面材23により隣接する木軸材21の一体化を図ることで、良好な製作性を享受でき、隣接する木軸材21同士の一体性の高い拘束材20を形成できる。
【0055】
座屈拘束ブレース100では、芯材10の第1鋼板11と第2鋼板12の狭幅部11A,12Aにおいて、拘束材20の木軸材21が狭幅部11A,12Aの端面よりも側方に張り出しており、従って隣接する木軸材21と、狭幅部11A,12Aの端面と、第1面材23との間には隙間G3が形成される。しかしながら、十字状の芯材10の4つの配置領域A3にそれぞれ木軸材21の位置が規定された状態で木軸材21同士が第1面材23にて繋がれることから、形成される隙間G3に対して、木軸材21の位置ずれを防止するためのスペーサーを設置する必要がなくなる。このように、従来の座屈拘束ブレースにおいて必須の構成であるスペーサーを不要にできることから、座屈拘束ブレースの製作コストを抑制することができる。
【0056】
また、座屈拘束ブレースを構成する拘束材20を形成する木軸材21として、芯材10の十字状の4つの配置領域A3のそれぞれに収容できる、一般に流通されている角材21が適用されることにより、拘束材20の材料コストを抑制でき、このことも座屈拘束ブレース100の製作コストの抑制に繋がる。
【0057】
また、拘束材20が、4本の木軸材21と、これらを繋ぐ繋ぎ手段22とにより形成される、簡易な構成であることから、拘束材20の製作が容易になり、このことも座屈拘束ブレース100の製作コストの抑制に繋がる。
【0058】
さらに、第1面材23が鋼板により形成され、軸状固定部材24にビスや釘、ねじ、ボルト等が適用される形態では、芯材10の拘束性が極めて高い座屈拘束ブレース100が形成される。一方、第1面材23が木質面材により形成され、軸状固定部材24に木ねじが適用される形態では、拘束材20が全て木材により形成される木製拘束材となることから、外観意匠性に優れた座屈拘束ブレース100が形成される。
【0059】
[第2実施形態に係る座屈拘束ブレース]
次に、
図4を参照して、第2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4は、第2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。
【0060】
座屈拘束ブレース100Aは、拘束材20Aを備えている点において座屈拘束ブレース100と相違する。
【0061】
拘束材20Aを形成する繋ぎ手段25は、隣接する木軸材21に跨がる複数の第2面材26と、第2面材26を隣接する木軸材21のそれぞれに固定する軸状固定部材27とを有する。第2面材26にも、鋼板や無機系ボード材、繊維強化プラスチック面材、木質面材等が適用できるが、第2面材26に木質面材が適用されることにより、外観意匠性に優れた座屈拘束ブレースを形成できる。また、第2面材26に木質面材が適用される形態では、拘束材20Aが全て木材により形成される木製拘束材となる。一方、第2面材26に鋼板が適用される形態では、芯材10の拘束性が極めて高い座屈拘束ブレースを形成できる。
【0062】
第2面材26は、両端にある平面視台形状の面材ピースと、中央にある平面視三角形状の面材ピースとを有し、隣接する面材ピース26の頂辺や頂点が相互に上下の位置関係となるように各面材ピースが配設されている。このような配置構成により、隣接する木軸材21の側面のほぼ全域に対して、複数の第2面材26が配設され、各第2面材26が双方の木軸材21に対して軸状固定部材27にて固定されることから、隣接する木軸材21同士の一体性の高い拘束材20Aを形成できる。
【0063】
また、ピース状の複数の第2面材26を使用して隣接する木軸材21同士を接続することにより、第2面材26の製作過程で生じ得る廃材の発生を可及的に抑制することができる。
【0064】
[第3実施形態に係る座屈拘束ブレース]
次に、
図5を参照して、第3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5は、第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。
【0065】
座屈拘束ブレース100Bは、拘束材20Bを備えている点において座屈拘束ブレース100,100Aと相違する。
【0066】
拘束材20Bを形成する繋ぎ手段28は、複数の鎹である。図示例は、複数の鎹28が、木軸材21の長手方向に間隔を置いて配設されている形態であるが、例えば、複数の鎹が木軸材21の長手方向に亘ってハの字状もしくは逆ハの字状に配設されて、鎹トラスを形成する形態であってもよい。
【0067】
拘束材20Bを形成する繋ぎ手段28が鎹であることにより、繋ぎ手段の構成部材として面材を必要としないことから、座屈拘束ブレースの製作コストをより一層抑制することができる。
【0068】
[架構への座屈拘束ブレースの適用例]
次に、
図6乃至
図8を参照して、架構への座屈拘束ブレースの適用例について説明する。ここで、
図6は、第1実施形態に係る座屈拘束ブレースが木造建物等の架構に組み込まれた状態を示す図である。また、
図7は、大地震時における架構の変形態様と、架構の変形に起因する座屈拘束ブレース接合部における付加曲げモーメントを説明する図である。尚、図示例の座屈拘束ブレースは、木造建物の架構以外にも、S造(S:Steel)建物の架構、RC造建物の架構、SRC造(SRC:Steel Reinforced Concrete)建物の架構に組み込まれてもよい。また、架構に対して、第2実施形態に係る座屈拘束ブレース100Aや第3実施形態に係る座屈拘束ブレース100Bが適用されてもよい。
【0069】
図6に示す架構Sは、木造建築物等を構成する木製の柱Cと梁Bにより形成されている。対角線位置にある二つの隅角部には、平鋼により形成されるガセットプレートGPが取付けられている。ガセットプレートGPの表面には、該表面に直交するようにフィンスチフナFSが溶接にて接合されている。柱Cの柱芯L1と梁Bの梁芯L2の交点Oに対して、フィンスチフナFSの芯L3が交差するようにしてフィンスチフナFSがガセットプレートGPに接合される。そして、座屈拘束ブレース100も、対角位置にある双方の交点Oを通る線状に配設される。
【0070】
ガセットプレートGPと芯材10の第1鋼板11は、スプライスプレートSPを介してハイテンションボルトにより接合され、フィンスチフナFSと芯材10の第2鋼板12は、スプライスプレートSPを介してハイテンションボルトにより接合される。
【0071】
図7に示すように、大地震時において構面が変形することにより、座屈拘束ブレース接合部においては、接合部を剛と見なした場合に、以下の式(1)に示す付加曲げモーメントが作用し得る。
【0072】
【0073】
座屈拘束ブレース100によれば、断面十字状の芯材10の周囲が、4本の木軸材21を備えた拘束材20にて包囲されていることにより、架構Sの構面内方向と構面外方向の双方の剛性が高められ、変形抑制効果の高い架構Sを形成することができる。
【0074】
<全体座屈の検討>
次に、座屈拘束ブレースの全体座屈を防止するための設計方法について説明する。
【0075】
座屈拘束ブレースの設計においては、以下の式(2)を満足して座屈拘束ブレースの全体座屈が生じないように設計する。
【0076】
【0077】
ここで、木軸材の中央に作用する曲げモーメントは、以下の式(3)で示すことができる。
【0078】
【0079】
拘束材の全体座屈を防止する条件は、以下の式(4)を満足することとなる。
【0080】
【0081】
式(4)を座屈拘束ブレースの全体座屈曲線として
図8に示す。
図8において、全体座屈曲線の上側は安全域であり、下側は危険域であり、安全域に入るように拘束材の設計用軸力、オイラー荷重、芯材の一般部の長さ、及び拘束材の降伏曲げ耐力が設定される。尚、
図8に示す座屈拘束ブレースの全体座屈曲線は、芯材が強軸方向と弱軸方向を有する形態において、芯材の弱軸方向の全体座屈、強軸方向の全体座屈の双方に妥当する。
【0082】
上記する拘束材の降伏曲げ耐力と作用する曲げモーメントとの関係を照査することの他にも、短期の拘束材の許容曲げ耐力が芯材降伏時に作用する曲げモーメントよりも大きくなることも合せて照査するのがよい(数式は省略)。
【0083】
<木軸材のめり込み破壊の検討>
次に、木軸材のめり込み破壊の検討方法について説明する。芯材が木軸材に対してめり込むことにより、木軸材が破壊することを防止するには、以下の式(5)を満足することを検証する。
【0084】
【0085】
尚、上記する木軸材のめり込み耐力と作用する補剛力との関係を照査することの他にも、短期の木軸材の許容めり込み耐力が芯材降伏時に作用する補剛力よりも大きくなることも合せて照査するのがよい(数式は省略)。
【0086】
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】
【0087】
10:芯材
11:第1鋼板
11A:狭幅部
11B:広幅部
11a:ボルト孔
12:第2鋼板
12A:狭幅部
12B:広幅部
12a:ボルト孔
15:溶接余盛り
20,20A,20B:拘束材
21:木軸材(角材)
21a:面取り(干渉防止手段)
21b:凹部
22:繋ぎ手段
23:第1面材
24:木ねじ(軸状固定部材)
25:繋ぎ手段
26:第2面材(面材ピース)
27:木ねじ(軸状固定部材)
28:鎹(繋ぎ手段)
100,100A,100B:座屈拘束ブレース
G1,G2,G3,G4:隙間
A1,A2:塑性化し易い領域(付加曲げ吸収領域)
A3:配置領域
S:架構(構面)
C:柱
B:梁
GP:ガセットプレート
FS:フィンスチフナ
SP:スプライスプレート