特許 7436741 座屈拘束ブレースの設計製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-22

(54)【発明の名称】座屈拘束ブレースの設計製造方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20240214BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20240214BHJP

   F16F 7/12 20060101ALI20240214BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 D

E04H9/02 311

F16F7/12

F16F15/02 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023198140

(22)【出願日】2023-11-22

【審査請求日】2023-11-30

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100217249

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100221279

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健吾

(74)【代理人】

【識別番号】100207686

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 恭宏

(74)【代理人】

【識別番号】100224812

【弁理士】

【氏名又は名称】井口 翔太

(72)【発明者】

【氏名】脇田 直弥

(72)【発明者】

【氏名】中村 泰教

(72)【発明者】

【氏名】岸原 洋也

(72)【発明者】

【氏名】川村 典久

(72)【発明者】

【氏名】中村 博志

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 厚

【審査官】土屋 保光

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３４００７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－１４１０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／５８

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｆ１６Ｆ ７／００ － ７／１４

Ｆ１６Ｆ １５／００ －１５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺状かつ板状であり、長手方向の中央部に、前記中央部以外の部分よりも幅狭の塑性化部を有する芯材、
を備える座屈拘束ブレースの設計製造方法であって、
設計工程と、製造工程と、を備え、
前記設計工程では、前記塑性化部の降伏軸力が目標降伏軸力となるように、前記芯材に使用される鋼材に予定される降伏強度である基準降伏強度に基づいて、前記塑性化部の設計形状を設定し、
前記製造工程では、前記芯材に実際に使用される鋼材の降伏強度である実降伏強度を取得し、
前記実降伏強度が、前記基準降伏強度を含む許容範囲以内の場合、前記塑性化部の形状を設計形状に維持し、
前記実降伏強度が、前記許容範囲外の場合、前記降伏軸力が前記目標降伏軸力に近づくように前記塑性化部の形状を補正する、
ことを特徴とする座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項2】

前記設計形状の前記芯材が示す降伏軸力の範囲であって前記許容範囲に対応する降伏軸力の範囲を許容降伏軸力範囲とし、
前記製造工程では、補正後の形状の前記塑性化部の降伏軸力が、前記許容降伏軸力範囲の範囲以内になるように、前記塑性化部の形状を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項3】

前記許容範囲外において前記基準降伏強度より大きい値を上限降伏強度とし、
前記製造工程では、前記実降伏強度が、前記上限降伏強度以下の場合、前記塑性化部の形状を、補正後の形状の前記塑性化部の降伏軸力が前記許容降伏軸力範囲の範囲以内になるように補正し、
前記実降伏強度が前記上限降伏強度より大きい場合、前記塑性化部の形状を、補正後の形状の前記塑性化部の降伏軸力が前記許容降伏軸力範囲の上限になるように補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項4】

前記製造工程では、前記塑性化部の形状を補正する場合の補正量が、前記実降伏強度の大きさに応じて段階的に設定されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項5】

前記設計工程では、前記基準降伏強度を、前記芯材に使用する予定の鋼材についての規格が保証する保証値の１．３倍の値に設定する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項6】

前記設計工程では、前記基準降伏強度を、過去に前記芯材の材料として使用された鋼材の降伏強度に基づいて設定する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項7】

前記設計工程では、前記基準降伏強度を、前記芯材に使用する予定の鋼材についての規格が保証する保証値に設定する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【請求項8】

前記製造工程では、前記芯材に実際に使用する鋼材の降伏強度を実測して前記実降伏強度を取得する、又は、前記鋼材についてのミルシートに記載された値から前記実降伏強度を取得する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースの設計製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、座屈拘束ブレースの設計製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

建築物等に取り付けられる座屈拘束ブレースの中には、例えば、軸力を負担するために鋼材で形成された芯材を備え、芯材に塑性化部を有するものが知られている。座屈拘束ブレースの芯材に実際に使用される鋼材の降伏強度が、芯材に使用される鋼材に予定される降伏強度よりも大きいことがある。このとき、芯材は、座屈拘束ブレースの諸元で規定された目標降伏軸力を十分に確保できる一方、その目標降伏軸力以上の軸力が発生しても降伏せず、過度に大きな軸力が発生し得る。

【0003】

すると、地震が発生した場合に、座屈拘束ブレースの芯材における塑性化部が目標降伏軸力で塑性変形せずに、芯材に過大な軸力が発生する原因となる。このことで、柱や梁をはじめとする、建築物において本来破損を回避すべき構造材に大きな荷重が付加され、これらが破損するおそれがある。したがって、座屈拘束ブレースにおいては、目標降伏軸力で芯材の塑性化部が降伏することが好ましい。

【0004】

ここで、芯材の材料に用いられる鋼材は、その鋼材の規格に規定された降伏強度を満足することは保証されているものの、実際の鋼材の降伏強度にはばらつきが存在する。これに対応するため、芯材の材料となる鋼材の降伏強度のばらつきに着目して座屈拘束ブレースを設計、製造する方法として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

【0005】

特許文献１の設計製造方法は、製造工程で、芯材に実際に使用される鋼材の降伏強度である実降伏強度を計測し、その実降伏強度に応じて芯材における塑性化部の板幅を設計形状から補正する。これにより、鋼材の実降伏強度にばらつきがあっても、設計工程で設定された目標降伏軸力を適切に発生させることが可能である。ちなみに、特許文献１では、このような設計製造方法を採用することで、降伏強度のばらつきの大きい普通鋼をも芯材の材料として採用でき、材料選択の幅を拡げるメリットがあるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００２－３４００７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように、特許文献１の設計製造方法は、鋼材の実降伏強度に応じて芯材における塑性化部の板幅を設計形状から補正することで、座屈拘束ブレースの諸元で規定される目標降伏軸力に対応した適度な軸力で芯材の塑性化部を降伏させることができる。
しかしながら、上述の通り、芯材の材料として用いる鋼材の実降伏強度にはばらつきがあり、実降伏強度が基準降伏強度に一致することは殆どなく、殆どの場合、両者に差が存在する。

【0008】

そのため、特許文献１の設計製造方法では、実際に使用する鋼材の実降伏強度でも目標降伏軸力となるように、殆どの場合に、塑性化部の形状を設計形状から補正することになり、鋼材から芯材を切り出すカットマシン等の製造装置の動作設定を、設計形状に対応した設定から変更する作業が頻発することになる。製造装置の動作設定を頻繁に変更することは、製造工程において生産性が低下する原因となる。

【0009】

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、製造工程における生産性の低下を抑えることができ、座屈拘束ブレースにおいて求められる適度な軸力で塑性化部を降伏させることができる座屈拘束ブレースの設計製造方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
＜１＞本発明の態様１に係る座屈拘束ブレースの設計製造方法は、長尺状かつ板状であり、長手方向の中央部に、前記中央部以外の部分よりも幅狭の塑性化部を有する芯材、を備える座屈拘束ブレースの設計製造方法であって、設計工程と、製造工程と、を備え、前記設計工程では、前記塑性化部の降伏軸力が目標降伏軸力となるように、前記芯材に使用される鋼材に予定される降伏強度である基準降伏強度に基づいて、前記塑性化部の設計形状を設定し、前記製造工程では、前記芯材に実際に使用される鋼材の降伏強度である実降伏強度を取得し、前記実降伏強度が、前記基準降伏強度を含む許容範囲以内の場合、前記塑性化部の形状を設計形状に維持し、前記実降伏強度が、前記許容範囲外の場合、前記降伏軸力が前記目標降伏軸力に近づくように前記塑性化部の形状を補正することを特徴とする。

【0011】

態様１によれば、設計工程において、塑性化部の降伏軸力が座屈拘束ブレースに求められる目標降伏軸力となるように、芯材に使用される鋼材に予定される降伏強度である基準降伏強度に基づいて、塑性化部の設計形状を設定する。製造工程において、芯材に実際に使用される鋼材の降伏強度である実降伏強度を取得する。
そして、実降伏強度が、基準降伏強度を含む許容範囲以内の場合、塑性化部の形状は設計形状に維持される。そして、実降伏強度が、許容範囲外の場合は、降伏軸力が目標降伏軸力に近づくように塑性化部の形状が補正される。これにより、実降伏強度が基準降伏強度と異なっていても、実降伏強度が許容範囲以内であれば、設計形状のままの形状で芯材を製造できる。したがって、製造工程において、芯材を製造する製造装置の動作設定の変更の機会を減らすことができ、製造工程における生産性の低下を抑えることができる。
また、実降伏強度が許容範囲外であれば、製造工程において、塑性化部の形状が補正され、降伏軸力が目標降伏軸力に近づくことになる。したがって、塑性化部を、座屈拘束ブレースにおいて求められる適度な軸力で降伏させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、製造工程における生産性の低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る実施形態の座屈拘束ブレースを建築物に備えた例を示す概念図である。

【図2】実施形態の座屈拘束ブレースを示す概念図である。

【図3】図２の座屈拘束ブレースを分解した斜視図である。

【図4】実施形態の座屈拘束ブレースにおける降伏軸力及び降伏変位のばらつきを説明するグラフである。

【図5】実施形態の芯材の設計形状を示す平面図である。

【図6】実施形態の芯材を設計形状から補正した状態を示す平面図である。

【図7】鋼材の実降伏強度が標準偏差５の正規分布に従うと想定した場合の実降伏強度の分布を示す分布図である。

【図8】実施形態の座屈拘束ブレースの設計製造方法における設計工程及び製造工程を説明するフローチャートである。

【図9】実施形態の座屈拘束ブレースの設計製造方法における製造工程を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る座屈拘束ブレース１０の設計製造方法を説明する。
図１は、実施形態の座屈拘束ブレース１０を建築物１に備えた例を示す概念図である。
図１に示すように、建築物１は、例えば超高層ビル等の構造材として、柱２と、梁材４と、座屈拘束ブレース１０と、を備える。柱２は、横方向（水平方向）に間隔をあけて配置され、鉛直に立ち上げられている。梁材４は、上下方向に間隔をあけて配置され、一対の柱２に横方向を向けて架け渡されている。座屈拘束ブレース１０は、柱２と梁材４との交差部６に傾斜状に設けられている。

【0015】

図２は、実施形態の座屈拘束ブレース１０を示す概念図である。図３は、図２の座屈拘束ブレース１０を分解した斜視図である。
図１から図３に示すように、座屈拘束ブレース１０は、例えば、軸力を負担する芯材１２と、芯材１２を拘束するモルタル１３及び鋼管１４と、を備える。座屈拘束ブレース１０は、例えば芯材１２とモルタル１３との間に緩衝材（不図示）が介在されている。よって、芯材１２に入力した軸力がモルタル１３及び鋼管１４に伝達することを緩衝材で防止できる。
この座屈拘束ブレース１０によれば、引張、圧縮ともに同性状の安定した力学的特性を有する耐震ブレースや制振ダンパーとしての利用が可能である。また、座屈拘束ブレース１０は、主に建物の筋交い材として活用され、地震時の建物の揺れを低減するだけではなく、柱２や梁材４の損傷を抑制することも可能である。

【0016】

芯材１２は、鋼材（鋼板）で長尺状かつ板状に形成されている。芯材１２は、例えば一対の取付け部１６と、一対の弾性部１８と、塑性化部２０（降伏領域）と、を備える。塑性化部２０は、芯材１２の長手方向の中央部に位置し、芯材１２の中央部以外の部分よりも幅狭に形成されている。
芯材１２の軸剛性Ｋは、
軸剛性Ｋ＝１／（１／Ｋ２＋１／Ｋ１＋１／Ｋｃ＋１／Ｋ１＋１／Ｋ２）
で表される。
但し、Ｋ１＝ＥＡ１／Ｌ１
Ｋ２＝ＥＡ２／Ｌ２
Ｋｃ＝ＥＡｃ／Ｌｃ
Ａ１：弾性部１８平均断面積
Ｌ１：弾性部１８の長さ
Ａ２：取付け部１６の平均断面積
Ｌ２：取付け部１６の長さ
Ａｃ：塑性化部２０の平均断面積
Ｌｃ：塑性化部２０の長さ
Ｅ：芯材１２の弾性係数

【0017】

また、芯材１２の降伏軸力Ｎｙは、
降伏軸力Ｎｙ＝Ａｃσｙ
で表される。
但し、σｙ：芯材１２の降伏強度
降伏軸力Ｎｙとは、塑性化部２０を芯材１２の長手方向に引っ張った際の耐力をいう。
以下、設計工程における、芯材１２に使用される鋼材に予定される降伏強度を「基準降伏強度σｙ」ということがある。

【0018】

ここで、座屈拘束ブレース１０の芯材１２に実際に使用される鋼材は、例えば、ＳＮ４９０、ＳＭ４９０、ＳＮ４００、ＳＭ４００などのＪＩＳ規格材である。この時、芯材１２の降伏強度は、規格により下限値が保証される(例えば、板厚２２ｍｍのＳＮ４９０Ｂ材の場合、３２５ＭＰａ以上)ものの、具体的な降伏強度は鋼材のロットによりばらつきが存在する。このため、芯材１２に実際に使用される鋼材において、設計工程で設定した芯材１２の基準降伏強度σｙと異なる降伏強度の材料が用いられることになり、その場合、芯材１２の降伏軸力Ｎｙや降伏変位δｙが設計工程で設定したものと異なる場合が生じることになる。
以下、芯材１２に実際に使用される鋼材の降伏強度を「実降伏強度σｙ”」ということがある。

【0019】

図４は、実施形態の座屈拘束ブレース１０における降伏軸力Ｎｙ及び降伏変位δｙのばらつきを説明するグラフである。図４において、縦軸は芯材１２の降伏軸力Ｎｙ、横軸は芯材１２の降伏変位δｙを示す。グラフＧ１は、基準降伏強度σｙの鋼材を用いた芯材１２の降伏軸力Ｎｙ及び降伏変位δｙの関係を示す。グラフＧ２は、実降伏強度σｙ”の鋼材を用いた芯材１２の降伏軸力Ｎｙ及び降伏変位δｙの関係を示すグラフである。
図４に示すように、グラフＧ２における芯材１２の降伏軸力Ｎｙ及び降伏変位δｙは、実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙと異なるため、グラフＧ１における芯材１２の降伏軸力Ｎｙ及び降伏変位δｙと異なる値となる。

【0020】

図１に示す超高層ビル等の建築物１の耐震設計時に検討される地震応答解析では、芯材１２は一般的に完全弾塑性体であると想定し、バイリニアモデルが用いられる。ここで、降伏軸力Ｎｙや軸剛性Ｋのばらつきが大きい場合、そのバイリニアモデルの想定範囲（ばらつき）も大きくなり、地震応答解析の結果の信頼性（すなわち、精度）が低下するおそれがある。
このとき、例えば、ばらつきによって降伏軸力Ｎｙが設計値よりも大きい値となった場合、芯材１２の塑性化が遅れる。結果として、柱２、梁材４や、柱２と梁材４との交差部６等の長期荷重を支える部材が先行して塑性化するおそれがある。

【0021】

長期荷重を支える部材の塑性化は、建築物１の被害の修復性の観点から好ましくない。一方、芯材１２（すなわち、座屈拘束ブレース１０）は、長期荷重を支える必要のない部材であり、地震によって塑性化しても、必要に応じて交換が可能である。このため、実降伏強度σｙ”が、ばらつきによって基準降伏強度σｙと異なる場合であっても、芯材１２の降伏軸力Ｎｙは設計通りとすることが好ましい。

【0022】

次に、実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙと異なる場合における芯材１２の形状の補正について、図５、図６に基づいて説明する。本実施形態において、実降伏強度σｙ”は、例えば、引張試験による実測や、実際の鋼材についてのミルシートに記載された値から取得する。

【0023】

図５は、実施形態の芯材１２の設計形状を示す平面図である。図６は、実施形態の芯材１２を設計形状から補正した形状を示す平面図である。
図５に示す芯材１２において、設計工程での降伏軸力である目標降伏軸力Ｎｙ”は、
目標降伏軸力Ｎｙ”＝Ａｃσｙ＝ＷｃＴσｙ・・・（１）
で表される。
但し、基準降伏強度：σｙ
塑性化部２０の板幅：Ｗｃ
塑性化部２０の板厚：Ｔ
塑性化部２０の断面積：Ａｃ＝ＷｃＴ

【0024】

ここで、実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙと異なる場合に、目標降伏軸力Ｎｙ”を維持するためには、図６に示すように塑性化部２０の形状を補正することで、
Ｎｙ＝Ａｃ”σｙ”＝Ｗｃ”Ｔσｙ”・・・（２）
を満たす必要がある。
但し、実降伏強度σｙ”
補正後の塑性化部２０の板幅：Ｗｃ”
塑性化部２０の板厚：Ｔ
補正後の塑性化部２０の断面積：Ａｃ”＝Ｗｃ”Ｔ

【0025】

よって、設計工程の芯材１２の塑性化部２０の板幅Ｗｃを、下記の（３）式に基づき、補正後の塑性化部２０の板幅Ｗｃ”に変更する必要がある。
Ｗｃ”＝Ｗｃσｙ／σｙ”・・・（３）
これにより、実降伏強度σｙ”の鋼材によって形成された芯材１２において、設計工程で用いた目標降伏軸力Ｎｙ”を得ることができる。
ここで、実降伏強度σｙ”は、一般的に鋼材の保証値（規格で保証されている降伏強度の下限値）より大きいことから、σｙ＜σｙ”の関係が成立する。よって、上記（３）式によれば、Ｗｃ＞Ｗｃ”となる。
したがって、設計工程において、基準降伏強度σｙを芯材１２に使用する予定の鋼材についての規格が保証する保証値に設定することで、製造工程で実行される塑性化部２０の形状の補正は、補正後の塑性化部２０の板幅Ｗｃ”が、設計工程の板幅Ｗｃよりも狭くなるように鋼材を切り出すことによって行うことができる。つまり、塑性化部２０の板幅Ｗｃを広くする補正を回避することができ、以下に説明するように、軸剛性を設計形状のものに合わせるために、塑性化部２０の長さLｃを長くする形状補正は回避できる。これにより、座屈拘束ブレース１０の限られた全長に占める取付け部の長さが確保できなくなる問題を回避できる。

【0026】

塑性化部２０の板幅ＷｃをＷｃ”に変更した後において、塑性化部２０の軸剛性Ｋｃが変化しないようにするためには、
Ｋｃ＝ＥＡｃ／Ｌｃ＝ＥＷｃＴ／Ｌｃ・・・（４）
Ｋｃ＝ＥＡｃ”／Ｌｃ”＝ＥＷｃ”Ｔ／Ｌｃ”・・・（５）
を満たす必要がある。
但し、芯材１２の弾性係数：Ｅ
塑性化部２０の断面積：Ａｃ＝ＷｃＴ
塑性化部２０の長さ：Ｌｃ
補正後の塑性化部２０の断面積：Ａｃ”＝Ｗｃ”Ｔ
補正後の塑性化部２０の長さ：Ｌｃ”
よって、設計工程の芯材１２の塑性化部２０の長さＬｃを、下記の（６）式に基づき、補正後の塑性化部２０の長さＬｃ”に変更する必要がある。
Ｌｃ”＝ＬｃＷｃ”／Ｗｃ・・・（６）

【0027】

これにより、実降伏強度σｙ”を有する実際の鋼材によって形成された芯材１２において、設計工程で設定した軸剛性Ｋｃを得ることができる。
さらに、塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙと軸剛性Ｋｃとを設計工程で設定した値に合わせることにより、降伏変位δｙについても、設計時に設定した降伏変位δｙを得ることができる。

【0028】

ここで、設計工程において、基準降伏強度σｙを芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値に設定すれば、実降伏強度σｙ”は、前述したようにσｙ＜σｙ”の関係を満たすことになり、（３）式からＷｃ＞Ｗｃ”の関係が成立する。また、（６）式からＬｃ＞Ｌｃ”の関係が成立する。

【0029】

このため、設計工程において、基準降伏強度σｙを芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値に設定すれば、芯材１２における塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを大きくする補正が行われることはなく、座屈拘束ブレース１０の限られた全長に占める取付け部の長さが確保できなくなる問題を回避できる。したがって、例えば、芯材１２に用いる鋼材を発注した後であっても、納入された鋼材の実降伏強度σｙ”に応じて、ＷｃをＷｃ”に変更し、ＬｃをＬｃ”に変更することが可能である。

【0030】

次に、実施形態における座屈拘束ブレース１０の設計製造方法の具体例を図７から図９に基づいて説明する。
図７は、鋼材の実降伏強度σｙ”が正規分布に従うと想定した場合の実降伏強度σｙ”の分布を示す分布図である。図７において、横軸は実降伏強度σｙ”を示す。グラフＧ３は、鋼材における実降伏強度σｙ”の統計的に推定される分布を示す。

【0031】

図７に示すように、正規分布に従う鋼材の実降伏強度σｙ”は、その正規分布の標準偏差をσとして、実降伏強度σｙ”の平均値に対して－３σ～＋３σの範囲に９９．７％が含まれる。また、鋼材の実降伏強度σｙ”は、実降伏強度σｙ”の平均値に対して－２σ～＋２σの範囲に９５％が含まれる。さらに、鋼材の実降伏強度σｙ”は、実降伏強度σｙ”の平均値に対して－１σ～＋１σの範囲に６８％が含まれる。
本実施形態では、設計工程において、この鋼材における実降伏強度σｙ”が正規分布に従うと想定しその場合の実降伏強度σｙ”の標準偏差σを考慮して、基準降伏強度σｙを設定するようにした。

【0032】

具体的には、設計時に、基準降伏強度σｙを、
基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値－２×σ（標準偏差）
基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値－１×σ（標準偏差）
基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値
の設定レベルから選択して定義するようにした。

【0033】

本実施形態では、設計工程において、実降伏強度σｙ”の許容範囲を、次のように設定する。実降伏強度σｙ”の許容範囲とは、基準降伏強度σｙを含む、鋼材の降伏強度のばらつきの許容範囲である。すなわち、上述のように定義した基準降伏強度σｙに対する、実降伏強度σｙ”のばらつきの許容範囲を、基準降伏強度σｙの例えば±５％以内、又は±１０％以内に抑えるように設定する。
本実施形態では、製造工程において、実降伏強度σｙ”が、基準降伏強度σｙを含む許容範囲以内、例えば、基準降伏強度σｙの±５％以内の場合には、塑性化部２０の形状補正を行わず、設計形状を維持する。製造工程における生産性を重視する場合は、実降伏強度σｙ”の許容範囲をより広く、例えば、基準降伏強度σｙの±１０％とすればよい。ただし、実降伏強度σｙ”の許容範囲が大きいと、製品である座屈拘束ブレース１０の軸力のばらつきも大きくなることに注意が必要である。そのため、実降伏強度σｙ”の許容範囲は、塑性化部２０の降伏強度として許容できる範囲において、できるだけ大きく設定することが好ましい。

【0034】

ここで、実降伏強度σｙ”の許容範囲を、基準降伏強度σｙの±１０％とした場合における、塑性化部２０の形状補正を不要とする範囲の複数の例を図７に示す。
図７において、許容範囲Ａは、基準降伏強度σｙを実績データの平均値よりも２σ低い値に設定した場合における許容範囲を示す。許容範囲Ｂは、基準降伏強度σｙを実績データの平均値よりも１σ低い値に設定した場合における許容範囲を示す。許容範囲Ｃは、基準降伏強度σｙを実績データの平均値に設定した場合における許容範囲を示す。

【0035】

設計工程において許容範囲Ａが設定された場合、すなわち、基準降伏強度σｙを実績データの平均値よりも２σ低い値とした場合において、実降伏強度σｙ”が、図７に示す許容範囲Ａに収まっている場合には、製造工程において塑性化部２０の形状は補正されない。一方、実降伏強度σｙ”が許容範囲Ａから外れている場合には、塑性化部２０の形状の補正が必要と判断される。ここで、基準降伏強度σｙを実績データの平均値よりも２σ低い値とした場合には、図７に示されるように、実降伏強度σｙ”が許容範囲Ａから外れるとすれば、その殆どの実降伏強度σｙ”について、設計工程で設定された基準降伏強度σｙに対しては、σｙ＜σｙ”の関係が成立する。よって、塑性化部２０の補正は、設計時に設定した塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを小さくするものとなるので、補正の対応は容易である。

【0036】

基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値－１σとした場合において、実降伏強度σｙ”が、図７に示す許容範囲Ｂに収まっている場合には、製造工程において塑性化部２０の形状は補正されない。一方、実降伏強度σｙ”が許容範囲Ｂから外れている場合には、塑性化部２０の形状の補正が必要と判断される。このとき、σｙ＜σｙ”が成立する場合は、塑性化部２０の補正は、設計時に設定した塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを小さくするものとなるので、補正の対応は容易である。

【0037】

基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値とした場合において、実降伏強度σｙ”が、図７に示す許容範囲Ｃに収まっている場合には、製造工程において塑性化部２０の形状は補正されない。一方、実降伏強度σｙ”が許容範囲Ｃから外れている場合には、塑性化部２０の形状の補正が必要と判断する。このとき、σｙ＜σｙ”が成立する場合は、塑性化部２０の補正は、設計時に設定した塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを小さくするものとなるので、補正の対応は容易である。

【0038】

ここで、基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値－１σとした場合や、基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値とした場合には、σｙ＞σｙ”となる場合が確率的に考えられる。この状況に対応するためには、塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを大きくする補正が必要となる。

【0039】

このとき、基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値－１σとした場合、すなわち、許容範囲Ｂに基づいて補正の要否が判断される場合、塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを大きくする場合の補正量は比較的少ないことから、設計工程で製造工程の際の切り出し方に余裕を持たせることで対応は可能であるが、鋼材の歩留まりが悪化する。

【0040】

しかし、基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値とした場合、すなわち、許容範囲Ｃに基づいて補正の要否を判断する場合、実降伏強度σｙ”が許容範囲Ｃの上限値や下限値から大きく異なる値であると、塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを大きくする場合の補正量は比較的大きくなり、形状補正を適切に行うことが難しくなり、当該実降伏強度σｙ”の鋼材を使用できなくなる。このため、鋼材の歩留まりを重視する場合は、基準降伏強度σｙ＝実績データの平均値に設定することは好ましくない。

【0041】

芯材１２に用いられる鋼材の降伏強度は、一般にＳＮ４９０、ＳＭ４９０、ＳＮ４００、ＳＭ４００などのＪＩＳ規格材が用いられるために、規格で保証される下限値が定められている。以下、鋼材の規格で保証されている降伏強度の下限値を「保証値」ということがある。
そこで、基準降伏強度σｙを、鋼材の降伏強度の保証値の１．３倍と設定し、かつ、ばらつきの許容範囲を基準降伏強度σｙの±１０％と設定してもよい。これにより、多くの場合の実降伏強度σｙ”が許容範囲内に収まることが統計的に推測されるため、塑性化部の形状を補正せずに済む場合をできるだけ増やすことができる。

【0042】

なお、上記に関わらず、基準降伏強度σｙは、鋼材の規格で保証されている降伏強度の下限値である保証値に設定してもよい。この場合は、納入される鋼材の全ての実降伏強度σｙ”は基準降伏強度σｙ以上となるので、塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを大きくする補正が必要となることを確実に抑えることができる。

【0043】

次に、実施形態の座屈拘束ブレース１０の設計製造方法の具体例を図８、図９に基づいて説明する。
図８は、実施形態の座屈拘束ブレース１０の設計製造方法における設計工程及び製造工程を説明するフローチャートである。
図８に示すように、座屈拘束ブレース１０の設計製造方法は、塑性化部２０の設計形状を設定する設計工程と、設計工程で設定した塑性化部２０の設計形状及び実降伏強度σｙ”に基づいて塑性化部２０を製造する製造工程と、を備える。

【0044】

まず、設計工程において塑性化部２０の設計形状を設定する具体例について説明する。
設計工程において、塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが目標降伏軸力となるように、鋼材の基準降伏強度σｙに基づいて塑性化部２０の設計形状を設定する。
目標降伏軸力は、例えば、座屈拘束ブレース１０の諸元に基づき、適度な軸力で塑性化部２０が降伏するように設定される。

【0045】

基準降伏強度σｙは、例えば、芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値の１．３倍の値に設定する。保証値は、鋼材の規格で保証されている降伏強度の下限値である。芯材１２に用いられる鋼材の降伏強度は、一般にＳＮ４９０、ＳＭ４９０、ＳＮ４００、ＳＭ４００などのＪＩＳ規格材が用いられるために、降伏強度の下限値が保証されている。そこで、規格で保証されている降伏強度の下限値を保証値とし、基準降伏強度σｙを保証値の１．３倍と設定することにした。

【0046】

上記に関わらず、基準降伏強度σｙは、例えば、過去に芯材１２の材料として使用された鋼材の降伏強度に基づいて設定されてもよい。具体的には、過去に芯材１２の材料として用いた鋼材の実降伏強度σｙ”のデータベースから実降伏強度σｙ”の分布を分析し、得られた分布の最頻値を基準降伏強度σｙに設定したり、設計形状の芯材１２よりも幅を広げる形状補正をできるだけせずに済むように、最頻値より所定割合（例えば１０％）だけ小さい値を基準降伏強度σｙに設定してもよい。

【0047】

あるいは、基準降伏強度σｙは、例えば、芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値に設定してもよい。この場合、許容範囲の下限値は基準降伏強度σｙに設定することが好ましい。すなわち、芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値を基準降伏強度σｙとした場合において、実降伏強度σｙ”が、図７に示す許容範囲Ｄに収まっている場合には、製造工程において塑性化部２０の形状は補正されないこととしてもよい。一方、実降伏強度σｙ”が許容範囲Ｄから外れている場合には、塑性化部２０の形状の補正が必要と判断する。このとき、σｙ＜σｙ”が成立する場合は、塑性化部２０の補正は、設計時に設定した塑性化部２０の板幅Ｗｃや長さＬｃを小さくするものとなるので、補正の対応は容易である。
なお、許容範囲Ｄは、基準降伏強度σｙを芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値とした場合における、下限値が基準降伏強度σｙであり、上限値が基準降伏強度σｙの＋２０％の値である許容範囲である。すなわち、許容範囲Ｄは、基準降伏強度σｙより大きい範囲だけを許容範囲としている。

【0048】

次に、製造工程において塑性化部２０を製造する具体例について説明する。
製造工程において、実降伏強度σｙ”を取得する。実降伏強度σｙ”は、例えば、芯材１２として実際に使用する鋼材の降伏強度を実測することにより取得される。あるいは、実降伏強度σｙ”は、芯材１２として実際に使用する鋼材のミルシートに記載された値から取得される。

【0049】

そして、取得した実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙを含む許容範囲以内であるか否かを判断する。許容範囲の設定方法は、上述した通りである。
実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙを含む許容範囲以内に収まる場合、塑性化部２０の形状の補正は不要と判断する。すなわち、鋼材から芯材１２を切り出すカットマシン等の製造装置の動作設定を、設計形状に対応した設定から変更することなく維持した状態で、塑性化部２０をカットマシン等により切り出して芯材１２を製造する。
一方、実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙを含む許容範囲から外れる場合、塑性化部２０の補正が必要と判断する。すなわち、降伏軸力Ｎｙが目標降伏軸力に近づくように塑性化部２０の形状を補正する。具体的には、補正後の形状に合わせて、塑性化部２０をカットマシン等により切り出して芯材１２を製造する。

【0050】

本実施形態において、塑性化部２０の形状を補正する場合の補正量は、実降伏強度σｙ”の大きさに応じて段階的に設定されている。このことで、補正量を都度決定する場合と比較して、製造工程における生産性の低下をより効率的に抑える。
なお、本実施形態においては、許容降伏軸力範囲が設定される。許容降伏軸力範囲は、設計形状の塑性化部２０が示す降伏軸力Ｎｙの範囲であって、基準降伏強度σｙを基準にした許容範囲に対応する降伏軸力Ｎｙの範囲である。
そして、製造工程においては、補正後の形状の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが、許容降伏軸力範囲以内に収まるように、塑性化部２０の形状を補正する。

【0051】

次に、製造工程において塑性化部２０を製造する具体例を図９に基づいて詳しく説明する。
図９は、実施形態の座屈拘束ブレース１０の設計製造方法における製造工程を説明するフローチャートである。図中の上限降伏強度は、基準降伏強度σｙを基準にした実降伏強度σｙ”のばらつきの許容範囲外において、基準降伏強度σｙより大きい値である。

【0052】

製造工程において、実降伏強度σｙ”が上限降伏強度以下の場合、塑性化部２０の形状を、補正後の形状の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが許容降伏軸力範囲以内に収まるように補正する。
一方、実降伏強度σｙ”が上限降伏強度より大きい場合、塑性化部２０の形状を、補正後の形状の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが許容降伏軸力範囲の上限になるように補正する。このことで、塑性化部２０の補正量を抑える。
上記工程により、本実施形態に係る座屈拘束ブレース１０は製造される。

【0053】

以上説明したように、実施形態の座屈拘束ブレース１０の設計製造方法によれば、図３、図８に示すように、設計工程において、塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが座屈拘束ブレース１０に求められる目標降伏軸力となるように、芯材１２に使用される鋼材に予定される降伏強度である基準降伏強度σｙに基づいて、塑性化部２０の設計形状を設定する。目標降伏軸力は、座屈拘束ブレース１０において求められる目標となる降伏軸力である。

【0054】

次に、製造工程において、芯材１２に実際に使用される鋼材の降伏強度である実降伏強度を当該鋼材のミルシート又は実測により取得する。
そして、実降伏強度σｙ”が、基準降伏強度σｙを含む許容範囲以内の場合、塑性化部２０の形状は設計形状に維持される。そして、実降伏強度σｙ”が、許容範囲外の場合は、降伏軸力Ｎｙが目標降伏軸力に近づくように塑性化部２０の形状が補正される。これにより、実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙと異なっていても、実降伏強度σｙ”が許容範囲以内であれば、設計形状のままの形状で芯材１２を製造できる。したがって、製造工程において、芯材１２を製造する製造装置の動作設定の変更の機会を減らすことができ、製造工程における生産性の低下を抑えることができる。

【0055】

また、実降伏強度σｙ”が許容範囲外であれば、製造工程において、塑性化部２０の形状が補正され、降伏軸力Ｎｙが目標降伏軸力に近づくことになる。したがって、塑性化部２０を、座屈拘束ブレース１０において求められる適度な軸力で降伏させることができる。

【0056】

また、製造工程で塑性化部２０の形状を補正する場合には、補正後の形状の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが、許容降伏軸力範囲の範囲以内になるように、塑性化部２０の形状が補正される。ここで、許容降伏軸力範囲は、設計形状の芯材１２が示す降伏軸力Ｎｙの範囲であって許容範囲に対応する降伏軸力Ｎｙの範囲であるから、塑性化部２０の形状が補正されることで、芯材１２の降伏軸力Ｎｙは許容降伏軸力範囲の降伏軸力Ｎｙとなる。これにより、例えば、許容降伏軸力範囲を、座屈拘束ブレース１０において求められる降伏軸力Ｎｙに基づき設定することで、塑性化部２０を、座屈拘束ブレース１０において求められる適度な軸力で降伏させることができる。

【0057】

ここで、芯材１２の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが目標降伏軸力に近づくように塑性化部２０の形状を補正するには、塑性化部２０の板幅Ｗｃを設計形状の幅と異なる幅にすることによって行う。このとき、塑性化部２０の形状の補正量が過度に大きいと、例えば、塑性化部２０の幅が極端に小さくなり、その結果、以下のような問題が懸念される。まず、塑性化部２０の幅が極端に小さくなると、幅寸法に対する加工誤差の影響が出て断面形状が長手方向に微妙に不均一になることで軸荷重が入力された場合における応力分布が長手方向で均一にならず応力集中が発生するという問題が懸念される。また、塑性化部２０の幅が小さくなった分の芯材１２の軸剛性低下を補うために塑性化部２０の長さＬｃを短くする場合には、引張圧縮軸荷重が繰り返し入力された場合の塑性化部２０の単位長さＬｃ当たりの伸縮量が大きくなるため、疲労特性の低下の問題が懸念される。
そこで、製造工程では、実降伏強度σｙ”が、上限降伏強度以下の場合、塑性化部２０の形状は、補正後の形状の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが許容降伏軸力範囲の範囲以内になるように補正され、実降伏強度σｙ”が上限降伏強度より大きい場合、塑性化部２０の形状は、補正後の形状の塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙが許容降伏軸力範囲の上限になるように補正される。上限降伏強度は、許容範囲外において基準降伏強度σｙより大きい値である。すなわち、塑性化部２０の形状を補正するとしてもその補正量が過度に大きくなることを抑えることができる。よって、上述の問題が生じることを防止できる。

【0058】

また、実降伏強度σｙ”が許容範囲外の場合、すなわち、塑性化部２０の形状を補正する場合の補正量を、実降伏強度σｙ”の大きさに応じて段階的に設定する。これにより、例えば、塑性化部２０の補正量を実降伏強度σｙ”と基準降伏強度σｙとの差の大きさに比例させる場合と比較して、カットマシン等の製造装置の動作設定を変更する頻度を減らすことができ、製造工程における生産性の低下をより効率的に抑えることができる。

【0059】

また、基準降伏強度σｙを、芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値の１．３倍の値に設定する。これにより、多くの場合の実降伏強度σｙ”が許容範囲内に収まることが統計的に推測されるため、塑性化部２０の形状を補正せずに済む場合をできるだけ増やすことができる。

【0060】

また、基準降伏強度σｙを、過去に芯材１２の材料として使用された鋼材の降伏強度に基づいて設定する。これにより、過去の実績に基づいて、多くの場合の実降伏強度σｙ”が許容範囲内に収まるように適切な基準降伏強度σｙが設定されるため、塑性化部２０の形状を補正せずに済む場合をできるだけ増やすことができる。

【0061】

ここで、実降伏強度σｙ”によっては、実降伏強度σｙ”が許容範囲の下限値よりも小さい場合が存在するが、その場合、塑性化部２０の降伏軸力Ｎｙを目標降伏軸力に近づけるためには、塑性化部２０の板幅Ｗｃを設計形状の幅よりも広くする補正が行われる。板幅Ｗｃが広くなった芯材１２の軸剛性Ｋを設計形状の芯材１２の軸剛性Ｋに合わせるためには、塑性化部２０の長さＬｃを長くする必要がある。このことは、例えば、座屈拘束ブレース１０が取り付けられる架構寸法に応じて全長が制限された座屈拘束ブレース１０において、取り付けに必要な両端の取付け部１６の長さＬ２が不足することの原因となり好ましくない。
そこで、基準降伏強度σｙを、芯材１２に使用する予定の鋼材の保証値に設定した。これにより、実降伏強度σｙ”が基準降伏強度σｙを下回らないようにすることができるため、実降伏強度σｙ”が許容範囲の下限値より小さくなることを回避できる。よって、塑性化部２０の幅を広くする補正を回避することができる。これにより、上述の問題が生じることを抑えることができる。

【0062】

また、製造工程では、芯材１２に実際に使用する鋼材の降伏強度を実測して実降伏強度σｙ”を取得する、又は、鋼材についてのミルシートに記載された値から実降伏強度σｙ”を取得する。これにより、例えば、実降伏強度σｙ”について確実に正確な値を取得することができる。

【0063】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0064】

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 建築物
２ 柱
４ 梁材
６ 交差部
１０ 座屈拘束ブレース
１２ 芯材
１３ モルタル
１４ 鋼管
１６ 取付け部
１８ 弾性部
２０ 塑性化部
Ａ 許容範囲
Ｂ 許容範囲
Ｃ 許容範囲
Ｄ 許容範囲
Ｗｃ 板幅
σｙ 基準降伏強度
σｙ” 実降伏強度

【要約】

【課題】製造工程における生産性の低下を抑えることができ、座屈拘束ブレースにおいて求められる適度な軸力で塑性化部を降伏させることができる座屈拘束ブレースの設計製造方法を提供する。
【解決手段】座屈拘束ブレースの設計製造方法は、設計工程では、塑性化部の降伏軸力が目標降伏軸力となるように基準降伏強度に基づいて、塑性化部の設計形状を設定する。製造工程では、芯材に実際に使用される鋼材の実降伏強度を取得する。実降伏強度が、基準降伏強度を含む許容範囲以内の場合、塑性化部の形状を設計形状に維持する。実降伏強度が、許容範囲外の場合、降伏軸力が目標降伏軸力に近づくように塑性化部の形状を補正する。
【選択図】図８

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】