特許 7495252 座屈拘束ブレース

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】座屈拘束ブレース

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20240528BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020045667

(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公開番号】P2021147781

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-28

(73)【特許権者】

【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】吉田 文久

(72)【発明者】

【氏名】中川 学

(72)【発明者】

【氏名】西 拓馬

(72)【発明者】

【氏名】薮田 智裕

【審査官】山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１８０５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０７０４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８６８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９３４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２０４５５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０５５２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７４９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１４８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の対向する第一プレートと、一対の対向する第二プレートと、を有する断面矩形の鋼管により形成される芯材と、
前記一対の対向する第一プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている木製で一対の拘束材と、前記一対の対向する第二プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設され、前記一対の拘束材に接続されている木製で一対の側材と、により形成される木製拘束体と、を有し、
前記拘束材には第一ボルト孔が開設され、
前記一対の側材において、前記第一ボルト孔に対応する位置には第二ボルト孔が開設され、該第二ボルト孔に直交する第三ボルト孔がさらに開設されており、
対応する前記第一ボルト孔と前記第二ボルト孔により第一ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第一ボルト孔ユニットにそれぞれ第一長ボルトが挿通されてナット締めされており、
複数の第三ボルト孔にそれぞれ第二長ボルトが挿通されてナット締め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】

一対の対向する第一プレートと、一対の対向する第二プレートと、を有する断面矩形の鋼管により形成される芯材と、
前記一対の対向する第一プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている二つの第一拘束材と、前記一対の対向する第二プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている二つの第二拘束材と、を備え、該第一拘束材の一端と該第二拘束材の側面が矩形枠状に相互に接続されることにより形成される木製拘束体と、を有し、
前記第一拘束材と前記第二拘束材はいずれも、相互に直交する第四ボルト孔と第五ボルト孔を備え、
前記第一拘束材の前記第四ボルト孔と前記第二拘束材の前記第五ボルト孔が連通して第三ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第三ボルト孔ユニットにそれぞれ第三長ボルトが挿通されてナット締めされ、
前記第一拘束材の前記第五ボルト孔と前記第二拘束材の前記第四ボルト孔が連通して第四ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第四ボルト孔ユニットにそれぞれ第四長ボルトが挿通されてナット締め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】

前記一対の対向する第一プレートの端部と前記一対の対向する第二プレートの端部にはそれぞれ、前記芯材の長手方向に延設する第一スリットと第二スリットが開設されており、
相互に直交する第三プレートと第四プレートにより形成され、その長手方向に直交する断面が十字状の端部補強材が、前記第一スリットに該第三プレートが挿通され、前記第二スリットに該第四プレートが挿通されることにより前記芯材の両端部と接合されており、
前記木製拘束体のうち、前記第三プレートと前記第四プレートに対応する位置には、該第三プレートと該第四プレートに干渉しない第三スリット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】

前記第三プレートと前記第三スリットの間、及び、前記第四プレートと前記第三スリットの間にそれぞれ隙間を有していることを特徴とする、請求項３に記載の座屈拘束ブレース。

【請求項5】

前記端部補強材の十字状の断面積に比べて、前記芯材の矩形枠状の断面積が小さいことを特徴とする、請求項３又は４に記載の座屈拘束ブレース。

【請求項6】

前記第一プレートと前記第二プレートの少なくとも一方には突起が張り出しており、該突起が前記木製拘束体に開設されている係合孔に係合していることを特徴とする、請求項１乃至５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】

そこで、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（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第４９０１４９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

鋼製の芯材が木製の拘束材にて包囲された座屈拘束ブレースに対して、例えば大地震時に架構が大きく変形した際に、この変形に起因する、所謂、付加曲げモーメント（あるいは、単に、付加曲げ）が拘束材に作用し得る。この付加曲げモーメントが木製の拘束材に作用することにより、拘束材が破損に至る可能性が生じる。そして、拘束材が破損することにより、拘束材による芯材の座屈拘束機能が低下し、芯材が座屈に至り得る。特許文献１には、このような所謂付加曲げモーメントが拘束材に作用することを防止する措置についての言及がない。

【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、例えば大地震時に架構が大きく変形し、所謂付加曲げモーメントが木製拘束体に作用して破損することを解消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、
一対の対向する第一プレートと、一対の対向する第二プレートと、を有する断面矩形の鋼管により形成される芯材と、
前記一対の対向する第一プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている木製で一対の拘束材と、前記一対の対向する第二プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設され、前記一対の拘束材に接続されている木製で一対の側材と、により形成される木製拘束体と、を有し、
前記拘束材には第一ボルト孔が開設され、
前記一対の側材において、前記第一ボルト孔に対応する位置には第二ボルト孔が開設され、該第二ボルト孔に直交する第三ボルト孔がさらに開設されており、
対応する前記第一ボルト孔と前記第二ボルト孔により第一ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第一ボルト孔ユニットにそれぞれ第一長ボルトが挿通されてナット締めされており、
複数の第三ボルト孔にそれぞれ第二長ボルトが挿通されてナット締めされていることを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、断面矩形の鋼管により形成される芯材の周囲において、一対の拘束材とその側方にある一対の側材がそれぞれ複数の第一長ボルトをナット締めすることにより接合され、側材においてはさらに複数の第二長ボルトがナット締めされることにより、一対の拘束材と一対の側材による拘束性の高い木製拘束体を形成することができる。このことにより、作用し得る付加曲げモーメントに対して破損の生じ難い、高剛性の木製拘束体を有する座屈拘束ブレースを形成することができる。また、相互に直交する第一長ボルトと第二長ボルトの双方がナット締めされて木製拘束体が形成されることにより、木製拘束体に補剛力が作用した際に、この補剛力に起因して拘束材や側材がその繊維直交方向に割裂破壊されることを効果的に防止できる。

【0011】

尚、第二長ボルトをナット締めすることなく、第一長ボルトのみをナット締めすることによっても、拘束材と側材を組み付けて木製拘束体を形成することはできるが、この場合は、拘束材にのみナット締めによる軸力が導入され、側材には軸力が導入されないことから、木製拘束体の全閉合断面（閉合方向）に軸力が導入された高剛性の木製拘束体を形成することができない。そこで、本態様においては、側材に第三ボルト孔を設け、第三ボルト孔に第二長ボルトを挿通してナット締めすることにより、側材にも軸力を導入し、拘束材と側材の双方に軸力が導入された木製拘束体を形成している。

【0012】

本態様においては、「拘束材」と「側材」を相互に入れ替えた構成であってもよい。この場合、上記構成は、「前記一対の対向する第一プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている木製で一対の側材と、前記一対の対向する第二プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設され、前記一対の側材に接続されている木製で一対の拘束材と、により形成される木製拘束体と、を有し、前記側材には第一ボルト孔が開設され、前記一対の拘束材において、前記第一ボルト孔に対応する位置には第二ボルト孔が開設され、該第二ボルト孔に直交する第三ボルト孔がさらに開設されており、対応する前記第一ボルト孔と前記第二ボルト孔により第一ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第一ボルト孔ユニットにそれぞれ第一長ボルトが挿通されてナット締めされており、複数の第三ボルト孔にそれぞれ第二長ボルトが挿通されてナット締めされている」のように置き換えることができる。

【0013】

ここで、「断面矩形の鋼管」とは、断面が正方形の鋼管と長方形の鋼管の双方を含んでいる。第一プレートと第二プレートの幅（芯材の長手方向に直交する方向の長さ）が同じ場合は断面正方形となり、第一プレートと第二プレートの幅が異なる場合は断面長方形となる。また、断面矩形の四つの隅角がＲ加工されている形態も、断面矩形に含まれるものとする。この鋼管には、角形鋼管の他、四面ボックス部材（四枚の平鋼による溶接組立箱形断面部材）、二つの溝形鋼による溶接組立箱形断面部材等が含まれる。芯材が断面矩形の鋼管にて形成されていることにより、芯材の高次座屈モードの波長が長くなり、それに伴って木製拘束体に作用する補剛力を小さくすることができ、このことに起因して木製拘束体の局部破壊を生じ難くすることができる。

【0014】

また、木製で一対の拘束材が「第一プレートの二つの広幅面に当接する」とは、拘束材と第一プレートとの間に隙間が無い状態を意味している。双方の間に隙間があると、芯材が圧縮力を受けた際に芯材がその長手方向に亘り波を打った態様で変形し得る。そして、この波の頂部が拘束材を内側から押圧することにより、作用する押圧力により拘束材が破損に至り得る。隙間（の高さ）が大きくなるに従い、芯材の変形量が大きくなり、拘束材に作用する押圧力が大きくなる。例えば従来の座屈拘束ブレースのように、鋼製でプレート状の芯材の周囲に鋼製の拘束材が配設されている形態においては、芯材と拘束材の間に隙間が無い場合に、圧縮力を受けた芯材はそのポアソン比に応じて側方に膨らむように変形し、膨らんだ芯材が拘束材を内側から押圧して双方の界面に大きな摩擦力が生じたり、芯材で押圧された拘束材が破損に至り得るといった課題があった。

【0015】

それに対して、本態様の座屈拘束ブレースのように、芯材の周囲に木製拘束体が配設されていることにより、芯材（第一プレート）と拘束材の間に隙間が無い場合に、芯材（第一プレート）が側方に膨らんで木製拘束体をその内側から押圧した際に、芯材（第一プレート）に対してヤング率の小さな木製拘束体は適度に変形して、押し込んできた芯材（第一プレート）を吸収することができる。すなわち、木製拘束体を適用する本態様においては、木製で一対の拘束材は、第一プレートの二つの広幅面に対して隙間無く当接することにより、拘束材の破損が抑止されながら、木製拘束体による高い拘束効果を期待することができる。

【0016】

また、本態様においては、側材も第二プレートに隙間無く当接している。このように、一対の拘束材が一対の第一プレートに隙間無く当接し、一対の側材が一対の第二プレートに隙間無く当接していることにより、木製拘束体の内部における芯材が、ブレースの長手方向に直交する方向へずれることを防止できる。従って、このようにずれを生じる場合に、ずれ防止用のスペーサーを芯材と木製拘束体の間に介在させるといった措置は不要になる。尚、拘束材と側材の当接面が接着剤により接合された上で、第一長ボルトにより締付けられていてもよい。このように拘束材と側材の当接面が接着剤により接合され、さらに第一長ボルトにより締付けられていることにより、拘束材と側材の当接面である接着面が第一長ボルトにて圧着され、拘束材と側材の接続強度がより一層高い木製拘束体を有する座屈拘束ブレースを形成することができる。

【0017】

また、本態様においては、一対の拘束材と一対の側材が相互に接続されて、四つの面材による閉合構造を有する木製拘束体が形成され、断面矩形の鋼管からなる芯材が木製拘束体にて包囲されている構成により、本態様の座屈拘束ブレースを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。ここで、拘束材と側材は、無垢材により形成されてもよいし、ラミナが積層された集成材により形成されてもよい。

【0018】

さらに、本態様においては、木製拘束体が、一対の拘束材を挟んで一対の側材が接続される構成を有していることから、木製拘束体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、一対の拘束材に対して一対の側材を接続して木製拘束体を製作し、例えばこの木製拘束体の有する中空に芯材を挿通することにより座屈拘束ブレースを製作することができる。そのため、座屈拘束ブレースの製作がより一層容易になる。

【0019】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、
一対の対向する第一プレートと、一対の対向する第二プレートと、を有する断面矩形の鋼管により形成される芯材と、
前記一対の対向する第一プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている二つの第一拘束材と、前記一対の対向する第二プレートのそれぞれの広幅面に当接するように配設されている二つの第二拘束材と、を備え、該第一拘束材の一端と該第二拘束材の側面が矩形枠状に相互に接続されることにより形成される木製拘束体と、を有し、
前記第一拘束材と前記第二拘束材はいずれも、相互に直交する第四ボルト孔と第五ボルト孔を備え、
相互に直交する前記第一拘束材の前記第四ボルト孔と前記第二拘束材の前記第五ボルト孔が連通して第三ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第三ボルト孔ユニットにそれぞれ第三長ボルトが挿通されてナット締めされ、
相互に直交する前記第一拘束材の前記第五ボルト孔と前記第二拘束材の前記第四ボルト孔が連通して第四ボルト孔ユニットが形成され、複数の該第四ボルト孔ユニットにそれぞれ第四長ボルトが挿通されてナット締めされていることを特徴とする。

【0020】

本態様によれば、二つの第一拘束材と二つの第二拘束材を第三長ボルトと第四長ボルトをナット締めすることにより矩形枠状の木製拘束体を形成し、この木製拘束体にて断面矩形の鋼管からなる芯材を包囲することにより、一対の第一拘束材及び一対の第二拘束材による拘束性の高い木製拘束体を形成することができる。このことにより、作用し得る付加曲げモーメントに対して破損の生じ難い、高剛性の木製拘束体を有する座屈拘束ブレースを形成することができる。また、相互に直交する第三長ボルトと第四長ボルトの双方がナット締めされて木製拘束体が形成されることにより、木製拘束体に補剛力が作用した際に、この補剛力に起因して拘束材や側材がその繊維直交方向に割裂破壊されることを効果的に防止できる。

【0021】

ここで、「第一拘束材の一端と第二拘束材の側面が矩形枠状に相互に接続されることにより形成される木製拘束体」とは、第一拘束材の一端が第二拘束材の端部の側面に接続されることにより、断面Ｌ形の拘束材が形成され、このように形成された二つの断面Ｌ形の拘束材が相互に接続されることにより、矩形枠状の木製拘束体が形成されることを意味している。この木製拘束体においては、第三長ボルトと第四長ボルトが相互に矩形枠状の木製拘束体の各拘束材の内部に配設され、ナット締めされる。例えば、芯材が断面正方形の鋼管により形成される場合は、第一拘束材と第二拘束材はいずれも同じ寸法の拘束材により形成でき、したがって、四つの同じ拘束材により木製拘束体が形成されることから、木製拘束体の加工性が良好になり、加工に要するコスト削減に繋がる。

【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、前記一対の第一プレートの端部と前記一対の第二プレートの端部にはそれぞれ、前記芯材の長手方向に延設する第一スリットと第二スリットが開設されており、
相互に直交する第三プレートと第四プレートにより形成され、その長手方向に直交する断面が十字状の端部補強材が、前記第一スリットに該第三プレートが挿通され、前記第二スリットに該第四プレートが挿通されることにより前記芯材の両端部と接合されており、
前記木製拘束体のうち、前記第三プレートと前記第四プレートに対応する位置には、該第三プレートと該第四プレートに干渉しない第三スリットが設けられていることを特徴とする。

【0023】

本態様によれば、断面矩形の芯材の第一プレートと第二プレートにそれぞれスリット（第一スリットと第二スリット）が開設され、各スリットに断面が十字状の端部補強材を形成する第三プレートと第四プレートが挿通され、例えば隅肉溶接等にて芯材と端部補強材が接合されることにより、芯材の端部における構面内方向及び構面外方向の剛性をともに高めることができる。芯材の端部に接続される断面十字状の端部補強材は、構面のガセットプレート等に取り付けられる。このガセットプレートにおいては、ガセットプレートに対してフィンスチフナが取り付けられ、座屈拘束ブレースの有する端部補強材の第三プレートとガセットプレート、第四プレートとフィンスチフナがそれぞれスプライスプレートを介してハイテンションボルト等により接合される。そして、木製拘束体のうち、端部補強材の第三プレートと第四プレートに対応する位置にそれぞれ第三スリットが設けられていることにより、第三プレート及び第四プレートと木製拘束体の干渉を防止することができる。

【0024】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、前記第三プレートと前記第三スリットの間、及び、前記第四プレートと前記第三スリットの間にそれぞれ隙間を有していることを特徴とする。

【0025】

本態様によれば、第三プレートと第三スリットの間、及び、第四プレートと第三スリットの間にそれぞれ隙間が存在することにより、構面の変形に応じて芯材や端部補強材が伸縮や変形した際に、この端部補強材の伸縮や変形を隙間にて吸収することができ、端部補強材の第三プレートや第四プレートが木製拘束体の第三スリットの壁面に接触して、木製拘束体が破損に至るといった問題は生じない。

【0026】

例えば大地震時における構面の変形量は設計者の裁量に委ねられ、例えば層間変形角１／１００の際の構面の変形量や層間変形角１／７５の際の構面の変形量などに基づいて、座屈拘束ブレースの芯材の端部にある端部補強材の変形量や伸縮量が算定される。そして、例えばこの算定された変形量や伸縮量よりも大きな隙間が設定されることにより、付加曲げモーメントが第三スリットを介して木製拘束体に作用することを解消できる。

【0027】

尚、ここでの「隙間」は、第三スリットの長手方向の端部と第三プレートや第四プレートの間の隙間と、第三スリットの側面と第三プレート及び第四プレートの広幅面の間の隙間の双方が含まれる。

【0028】

また、本発明による座屈拘束ブレースの他の態様は、前記端部補強材の十字状の断面積に比べて、前記芯材の矩形枠状の断面積が小さいことを特徴とする。

【0029】

本態様によれば、端部補強材の十字状の断面積に比べて芯材の矩形枠状の断面積が小さいことにより、端部補強材に比べて芯材の軸剛性を低く設定することができ、例えば芯材における端部補強材の近傍領域を、塑性化し易い塑性化領域とすることができる。さらに、この塑性化領域を、芯材における端部補強材の近傍に限定させることができる。

【0030】

また、芯材における端部補強材の近傍領域が断面積の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。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が芯材における端部補強材の近傍領域にて効果的に吸収され、端部補強材と木製拘束体の間に設けられた隙間により、芯材に作用する付加曲げモーメントを木製拘束体に作用させないようにすることができる。

【0031】

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、前記第一プレートと前記第二プレートの少なくとも一方には突起が張り出しており、該突起が前記木製拘束体に開設されている係合孔に係合していることを特徴とする。

【0032】

本態様によれば、芯材の第一プレートと第二プレートの少なくとも一方から張り出す突起が木製拘束体に開設されている係合孔に係合していることにより、木製拘束体の内部に差し込まれている芯材が木製拘束体の一方の端部に偏ることを防止できる。そのため、このように芯材が木製拘束体の一方の端部に偏った際に、芯材が存在しない木製拘束体の他方の端部が強度上の弱部になるといった課題を解消することができる。

【発明の効果】

【0033】

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、例えば大地震時に架構が大きく変形し、所謂付加曲げモーメントが木製拘束体に作用して破損することを解消できる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【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の斜視図であって、芯材の端部に端部補強材が取り付けられる前の状態を示す図である。

【図2】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の斜視図であって、芯材の端部に端部補強材が取り付けられている状態を示す図である。

【図3】実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の一例の縦断面図であって、木製拘束体を形成する拘束材と側材をともに示す図である。

【図4】木製拘束体の一例の斜視図である。

【図5】実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の他例の縦断面図であって、木製拘束体を形成する第一拘束材と第二拘束材をともに示す図である。

【図6】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7】図６のVII－VII矢視図である。

【図8】図６のVIII－VIII矢視図である。

【図9】図６のIX－IX矢視図である。

【図10】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11】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。

【発明を実施するための形態】

【0035】

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。

【0036】

［実施形態に係る座屈拘束ブレース］
＜芯材＞
はじめに、図１及び図２を参照して、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の斜視図であって、芯材の端部に端部補強材が取り付けられる前の状態を示す図であり、図２は、芯材の端部に端部補強材が取り付けられている状態を示す図である。

【0037】

芯材１０は、一対の対向する第一プレート１１と、一対の対向する第二プレート１２とを有する、断面矩形（図示例は断面正方形）の鋼管により形成される。ここで、図示例の芯材１０は断面正方形の角形鋼管により形成されているが、芯材はその他、断面長方形であってもよいし、四枚の平鋼による溶接組立箱形断面部材（四面ボックス部材）や、二つの溝形鋼による溶接組立箱形断面部材等であってもよい。

【0038】

一対の第一プレート１１の両端部と一対の第二プレート１２の両端部にはそれぞれ、芯材１０の長手方向に延設する第一スリット１４と第二スリット１５が開設されている。

【0039】

芯材１０の両端部には、断面が十字状の端部補強材１８が取り付けられる。端部補強材１８は、鋼製の第四プレート１７と二つの第三プレート１６とにより形成され、第四プレート１７の二つの広幅面の中央にそれぞれ、当該第四プレート１７に直交するように第三プレート１６が溶接接合されている。

【0040】

第一プレート１１の第一スリット１４に第三プレート１６がＸ１方向に挿通され、第二プレート１２の第二スリット１５に第四プレート１７がＸ１方向に挿通されることにより、図２に示すように、芯材１０の両端部に端部補強材１８が取り付けられる。より詳細には、図２において、第一スリット１４と第三プレート１６の嵌り込みラインに沿って隅肉溶接が行われ、同様に第二スリット１５と第四プレート１７の嵌り込みラインに沿って隅肉溶接が行われることにより、芯材１０と端部補強材１８が溶接接合される。

【0041】

以下で詳説するが、端部補強材１８の断面積Ｄ１は、芯材の断面積Ｄ２よりも大きく設定されている。鋼製の端部補強材１８の十字状の断面積Ｄ１に比べて鋼製の芯材１０の矩形枠状の断面積Ｄ２が小さいことにより、双方のヤング率が同じ場合に、端部補強材１８に比べて芯材１０の軸剛性を低く設定することができ、例えば芯材１０における端部補強材１８の近傍領域（断面寸法が変化する領域）を塑性化し易い領域（塑性化領域Ａ）とすることができる。そして、この塑性化領域Ａを、芯材１０における端部補強材１８の近傍に限定させることができる。

【0042】

また、端部補強材１８を形成する第三プレート１６と第四プレート１７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１０参照）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１６ａ、１７ａが開設されている。芯材１０を構成する第一プレート１１の広幅面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の芯材１０が端部補強材１８を介してガセットプレートに取り付けられる場合、芯材１０が構面に平行な第一プレート１１の広幅面に直交する第二プレート１２を有する断面矩形の鋼管にて形成され、芯材１０の端部に断面十字状の端部補強材１８が取り付けられていることにより、芯材１０の端部においては、構面内方向に加えて構面外方向の剛性も高められる。

【0043】

芯材１０や端部補強材１８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。

【0044】

一対の第一プレート１１の中央位置には、鋼製で円柱状の突起１３が張り出している（図１及び図２には、一方の第一プレート１１の突起１３のみを図示）。突起１３は、第一プレート１１の広幅面に対して溶接等により接合されている。この突起１３は、以下で説明する木製拘束体２０（図４参照）の拘束材２１に開設されている係合孔２１ａに係合する。尚、突起１３が第二プレート１２の広幅面から張り出している形態であってもよく、この場合は、木製拘束体２０（図４参照）において側材２２の対応する位置に係合孔が開設され、ここに突起１３が係合する。

【0045】

＜木製拘束体＞
次に、図３及び図４を参照して、実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の一例について説明する。ここで、図３は、実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の一例の縦断面図であって、木製拘束体を形成する拘束材と側材をともに示す図であり、図４は、木製拘束体の一例の斜視図である。

【0046】

木製拘束体２０は、一対の拘束材２１と一対の側材２２とを有する。拘束材２１と側材２２はそれぞれ、ラミナ２１'、２２'が積層された集成材により形成されている。尚、拘束材２１と側材２２は、集成材以外にも無垢材により形成されてもよく、座屈拘束ブレースの全体座屈を防止できるように、木製拘束体２０の断面積や断面剛性、ヤング率等が設定される。そして、このヤング率は木材の材質により決定される。木材の材質としては、ヒノキやアカマツ、カラマツ、モミ、エゾマツ等が挙げられる。

【0047】

拘束材２１には第一ボルト孔２３が開設されている。一方、一対の側材２２において、第一ボルト孔２３に対応する位置には第二ボルト孔２４が開設され、第二ボルト孔２４に直交する第三ボルト孔２５がさらに開設されている。

【0048】

図３に示すように、一対の拘束材２１の両端部を一対の側材２２がＸ２方向に挟み込むように配設され、第一ボルト孔２３とその両側の第二ボルト孔２４により第一ボルト孔ユニット２６が形成される。第二ボルト孔２４には座ぐり溝２４'が設けられており、第一ボルト孔ユニット２６に第一長ボルト３１が挿通され、座ぐり溝２４'において、座金３２を介して第一長ボルト３１の先端の螺子溝にナット３３が締め付けられる。

【0049】

一方、側材２２に設けられている第三ボルト孔２５にも座ぐり溝２５'が設けられており、第三ボルト孔２５に第二長ボルト３４が挿通され、座ぐり溝２５'において、座金３５を介して第二長ボルト３４の先端の螺子溝にナット３６が締め付けられる。

【0050】

一対の拘束材２１と一対の側材２２が正方形枠状に組み付けられることにより、中央には断面正方形の芯材１０が収容される中央開口２７が形成される。尚、拘束材２１と側材２２の当接面には、予め接着剤が塗布され、接着剤が硬化する前に第一長ボルト３１をナット３３にて締め付ける加工が行われる。

【0051】

ここで、接着剤には、ウレタン系接着剤とエポキシ系接着剤等があるが、拘束材２１と側材２２の当接面に接着剤を塗布した後、接着剤が硬化する前に第一長ボルト３１をナット３３にて締め付ける加工を行うことを可能とするべく、硬化までにある程度の時間を要する（例えば２４時間程度）ウレタン系接着剤を適用するのが好ましい。接着剤が硬化することにより形成される接着面は、第一長ボルト３１がナット３３にて締め付けられる締付け力により強固に圧着される。

【0052】

このように、一対の拘束材２１とその側方にある一対の側材２２がそれぞれ複数の第一長ボルト３１をナット締めすることにより接合され、側材２２においてはさらに複数の第二長ボルト３４がナット締めされることにより、正方形枠状の閉合方向に軸力が導入され、一対の拘束材２１と一対の側材２２による拘束性の高い木製拘束体２０を形成することができる。

【0053】

図４に示すように、木製拘束体２０は、その長手方向に間隔を置いて、複数本の第一長ボルト３１と第二長ボルト３４によりその全体が一体に組み付けられる。また、木製拘束体２０の両端部には、断面正方形の中央開口２７の各面の中央位置において、外側に張り出す計四つの第三スリット２８が設けられている。以下で詳説するように、各第三スリット２８には、端部補強材１８を形成する第三プレート１６と第四プレート１７が隙間を有した状態（第三スリット２８に接しない状態）で挿入されるようになっている。

【0054】

一対の拘束材２１には、その長手方向の中央位置において、芯材１０の有する突起１３が係合する係合孔２１ａが開設されている。芯材１０の有する突起１３が木製拘束体２０に開設されている係合孔２１ａに係合することにより、木製拘束体２０の内部に差し込まれている芯材１０が木製拘束体２０の一方の端部に偏ることを防止できる。そのため、このように芯材１０が木製拘束体２０の一方の端部に偏った際に、芯材１０が存在しない木製拘束体２０の他方の端部が強度上の弱部になるといった課題は生じない。

【0055】

次に、図５を参照して、木製拘束体の他例を示す。ここで、図５は、実施形態に係る座屈拘束ブレースを形成する木製拘束体の他例の縦断面図であって、木製拘束体を形成する第一拘束材と第二拘束材をともに示す図である。

【0056】

図示する木製拘束体２０Ａは、一対の第一拘束材２１Ａと、一対の第二拘束材２１Ｂとを有し、第一拘束材２１Ａの一端２１ａが第二拘束材２１Ｂの側面２１ｂに当接されるように双方をＸ２方向に配設し、それらが相互に矩形枠状に接続されることにより形成される。

【0057】

図示する第一拘束材２１Ａと第二拘束材２１Ｂは同寸法の拘束材であり、従って、木製拘束体２０Ａは図３及び図４に示す木製拘束体２０と同様に正方形枠状を呈し、その中央に正方形断面の中央開口２７を備える。

【0058】

第一拘束材２１Ａと第二拘束材２１Ｂはいずれも、相互に直交する第四ボルト孔４１と第五ボルト孔４２を備えている。相互に直交する第一拘束材２１Ａの第四ボルト孔４１と第二拘束材２１Ｂの第五ボルト孔４２が連通して第三ボルト孔ユニット４３が形成される。そして、第四ボルト孔４１と第五ボルト孔４２にはそれぞれ座ぐり溝４１'、４２'が設けられており、第三ボルト孔ユニット４３に第三長ボルト３７Ａが挿通され、座ぐり溝４２'において、座金３８Ａを介して第三長ボルト３７Ａの先端の螺子溝にナット３９Ａが締め付けられる。

【0059】

一方、相互に直交する第一拘束材２１Ａの第五ボルト孔４２と第一拘束材２１Ａの第四ボルト孔４１が連通して第四ボルト孔ユニット４４が形成される。そして、第四ボルト孔ユニット４４に第四長ボルト３７Ｂが挿通され、座ぐり溝４２'において、座金３８Ｂを介して第四長ボルト３７Ｂの先端の螺子溝にナット３９Ｂが締め付けられる。

【0060】

尚、木製拘束体２０Ａの製作においても、第一拘束材２１Ａの端部２１ａと第二拘束材２１Ｂの側面２１ｂ（双方の当接面）には、予め接着剤が塗布され、接着剤が硬化する前に第三長ボルト３７Ａがナット３９Ａにて締め付けられ、第四長ボルト３７Ｂがナット３９Ｂにて締め付けられる加工が行われる。

【0061】

＜座屈拘束ブレース＞
次に、図６乃至図９を参照して、これまでに説明した芯材１０及び端部補強材１８と木製拘束体２０にて形成される、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６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７乃至図９はそれぞれ、図６のVII－VII矢視図、図６のVIII－VIII矢視図、及び図６のIX－IX矢視図である。

【0062】

座屈拘束ブレース１００において、木製拘束体２０の有する断面正方形の中央開口２７に断面正方形の鋼管からなる芯材１０が収容され、中央開口２７の各面の中央位置において外側に張り出す四つの第三スリット２８に、端部補強材１８を形成する第三プレート１６と第四プレート１７が隙間を有した状態で挿入されることにより、座屈拘束ブレース１００が形成される。ここで、芯材１０を形成する一対の拘束材２１の広幅面に設けられている突起１３が、木製拘束体２０を形成する一対の拘束材２１に設けられている係合孔２１ａに係合することにより、芯材１０と木製拘束体２０の長手方向への相対移動が抑止される。

【0063】

木製拘束体２０の両端部から端部補強材１８の一部が外側に張り出しており、第三プレート１６と第四プレート１７の有するボルト孔１６ａ、１７ａが外部に臨んでいる。

【0064】

まず、芯材１０において、その長手方向に直交する断面が正方形枠状を呈していることにより、芯材１０の高次座屈モードの波長が長くなり、それに伴って木製拘束体２０に作用する補剛力を小さくすることができ、このことに起因して木製拘束体２０の局部破壊を生じ難くすることができる。

【0065】

図７に示すように、芯材１０の第一プレート１１と第二プレート１２はいずれも、木製拘束体２０の中央開口２７の壁面に隙間無く当接している。このように、芯材１０が木製拘束体２０の内部に隙間無く配設されていることにより、例えば芯材１０の第一プレート１１に圧縮力が作用して側方に膨らみ、木製拘束体２０をその内側から押圧した際に、第一プレート１１に対してヤング率の小さな木製拘束体２０は適度に変形して、押し込んできた第一プレート１１を吸収することができる。すなわち、木製拘束体２０を適用する座屈拘束ブレース１００においては、木製で一対の拘束材２１と側材２２がそれぞれ、第一プレート１１と第二プレート１２の二つの広幅面に対して隙間無く当接することにより、拘束材２１や側材２２の破損が抑止されながら、木製拘束体２０による高い拘束効果を期待することができる。

【0066】

図８に示すように、端部補強材１８を形成する第三プレート１６と第四プレート１７は、隅肉溶接による溶接部Ｙを介して相互に接続されている。また、第一スリット１４と第三プレート１６の嵌り込み箇所も、隅肉溶接による溶接部Ｙを介して相互に接続され、同様に第二スリット１５と第四プレート１７の嵌り込み箇所も、隅肉溶接による溶接部Ｙを介して相互に接続されることにより、芯材１０と端部補強材１８が相互に接続されている。

【0067】

図８に示すように、木製拘束体２０の第三スリット２８に第三プレート１６と第四プレート１７が挿入された状態において、第三スリット２８と第三プレート１６及び第四プレート１７の間には、その左右及び上下において幅ｔ１の隙間Ｇ１が設けられている。

【0068】

さらに、図９に示すように、第三スリット２８の長手方向の端部と第三プレート１６及び第四プレート１７の間には、幅ｔ２の隙間Ｇ２が設けられている。

【0069】

このように、第三プレート１６と第三スリット２８の間、及び、第四プレート１７と第三スリット２８の間にそれぞれ隙間Ｇ１、Ｇ２が存在することにより、構面の変形に応じて芯材１０や端部補強材１８が変形や伸縮した際に、この端部補強材１８の変形や伸縮を隙間Ｇ１，Ｇ２が吸収することができる。このことにより、端部補強材１８の第三プレート１６や第四プレート１７が木製拘束体２０の第三スリット２８の壁面に接触して、木製拘束体２０が破損に至るといった問題は生じない。尚、芯材１０や端部補強材１８の変形量や伸縮量に応じて隙間Ｇ１の幅ｔ１と隙間Ｇ２の幅ｔ２が設定されることから、幅ｔ１と幅ｔ２は異なる幅に設定される場合もあるし、同じ値に設定される場合もある。

【0070】

また、端部補強材１８の十字状の断面積Ｄ１に比べて、芯材１０の正方形枠状の断面積Ｄ２が小さく設定されている。

【0071】

部材の軸剛性は、部材の有するヤング率Ｅと断面積Ｄの積で表すことができるが、端部補強材１８と芯材１０を同様の鋼材にて形成する（双方のヤング率Ｅが同じ）場合において、断面積Ｄ１に比べて断面積Ｄ２が小さく設定されていることにより、端部補強材１８に比べて芯材１０の軸剛性を低く設定することができる。そして、このことにより、芯材１０における端部補強材１８の近傍領域を塑性化し易い塑性化領域Ａ（図２参照）とすることができ、さらには、塑性化領域Ａを芯材１０における端部補強材１８の近傍に限定させることができる。

【0072】

また、芯材１０における端部補強材１８の近傍領域が断面積の変化する変化領域であることから、芯材１０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。このように、座屈拘束ブレース１００においては、芯材１０に作用する付加曲げモーメントが芯材１０における端部補強材１８の近傍領域にて効果的に吸収され、端部補強材１８と木製拘束体２０の間に設けられた隙間Ｇ１、Ｇ２により、芯材１０に作用する付加曲げモーメントを木製拘束体２０に作用させないようにすることができる。

【0073】

座屈拘束ブレース１００によれば、一対の拘束材２１と一対の側材２２が複数の第一長ボルト３１と第二長ボルト３４をナット締めすることによって強固に閉合されてなる木製拘束体２０により、正方形断面の芯材１０が包囲されている構成を有することから、座屈強度の高い座屈拘束ブレースとなる。さらに、鋼製の芯材１０が木製拘束体２０にて包囲されていることにより、座屈拘束ブレース１００を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ない。

【0074】

＜架構への座屈拘束ブレースの適用例＞
次に、図１０及び図１１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１０は、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１１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。

【0075】

図１０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。

【0076】

ガセットプレートＧＰと端部補強材１８の第四プレート１７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と端部補強材１８の第三プレート１６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。

【0077】

図１１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。

【0078】

【数1】

【0079】

座屈拘束ブレース１００によれば、芯材１０に取り付けられている端部補強材１８と木製拘束体２０の間に、幅ｔ１の隙間Ｇ１や幅ｔ２の隙間Ｇ２が設けられていることにより、座屈拘束ブレース１００が取り付けられている構面が大きく変形した場合に、この隙間Ｇ１、Ｇ２にて芯材１０及び端部補強材１８の変形や伸縮を吸収することができる。そのため、付加曲げモーメントが木製拘束体２０に作用して木製拘束体２０が破損するといった問題は生じない。

【0080】

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】

【0081】

１０：芯材
１１：第一プレート
１２：第二プレート
１３：突起
１４：第一スリット
１５：第二スリット
１６：第三プレート
１６ａ：ボルト孔
１７：第四プレート
１７ａ：ボルト孔
１８：端部補強材
２０，２０Ａ：木製拘束体
２１：拘束材（集成材）
２１Ａ：第一拘束材（集成材）
２１Ｂ：第二拘束材（集成材）
２１ａ：係合孔
２２：側材
２２'：ラミナ
２３：第一ボルト孔
２４：第二ボルト孔
２４'：座ぐり溝
２５：第三ボルト孔
２５'：座ぐり溝
２６：第一ボルト孔ユニット
２７：中央開口
２８：第三スリット
３１：第一長ボルト
３２：座金
３３：ナット
３４：第二長ボルト
３５：座金
３６：ナット
３７Ａ：第三長ボルト
３７Ｂ：第四長ボルト
３８Ａ，３８Ｂ：座金
３９Ａ，３９Ｂ：ナット
４１：第四ボルト孔
４２：第五ボルト孔
４３：第三ボルト孔ユニット
４４：第四ボルト孔ユニット
１００：座屈拘束ブレース
Ｇ１、Ｇ２：隙間
Ａ：付加曲げ吸収エリア（塑性化領域）
Ｙ：溶接部
Ｄ１：端部補強材の断面積
Ｄ２：芯材の断面積
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】