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対震ブレース - 清水建設株式会社
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発明の名称 対震ブレース
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−191987(P2007−191987A)
公開日 平成19年8月2日(2007.8.2)
出願番号 特願2006−13735(P2006−13735)
出願日 平成18年1月23日(2006.1.23)
代理人 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
発明者 真瀬 伸治
要約 課題
1つのブレースが、耐震機能及び制震機能を有し、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる対震ブレースを提供することを目的としている。

解決手段
構造物の構造体に斜めに設置される対震ブレースであって、両端部が構造体に対してそれぞれ固定される帯板状の心材10と、心材10に外装されて心材10の座屈を拘束する拘束部材11とが備えられ、心材10が、降伏変位が異なる複数の鋼板12,13,14を積層させた構成からなる。
特許請求の範囲
【請求項1】
構造物の構造体間に斜めに設置される対震ブレースであって、
両端部が構造体に対してそれぞれ固定される帯板状の心材と、心材に外装されて該心材の座屈を拘束する拘束部材とが備えられ、
前記心材が、降伏変位が異なる複数の鋼板を積層させた構成からなることを特徴とする対震ブレース。
【請求項2】
請求項1記載の対震ブレースにおいて、
前記拘束部材が、心材を両面側から挟み込むように配置された複数の鋼材からなることを特徴とする対震ブレース。
【請求項3】
請求項1または2記載の対震ブレースにおいて、
前記心材を構成する複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板は、中央部が縮幅されて括れていることを特徴とする対震ブレース。
【請求項4】
請求項1から3の何れかに記載の対震ブレースにおいて、
前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴とする対震ブレース。
【請求項5】
請求項1から3の何れかに記載の対震ブレースにおいて、
前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴とする対震ブレース。
【請求項6】
請求項1から3の何れかに記載の対震ブレースにおいて、
前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、第一の鋼板よりも小さい軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴とする対震ブレース。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、構造物に設置される対震ブレースに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、地震に対する建築構造物の性能(以下、対震性能という。なお、本発明における「対震」とは、耐震および制震を含む概念である。)を向上させる技術として、座屈拘束されたブレースを建築構造物の架構内に斜めに組み込む技術が提供されている。上記したブレースを大別すると、中小地震時には弾性に留まり大地震時には塑性化を許容する耐震ブレースと、中小地震時に塑性化して地震エネルギーを吸収する制震ブレースとに分けられる。
【0003】
制震ブレースとしては、両端が架構に固定された低降伏点鋼からなる帯板状の心材と、心材の座屈を拘束する拘束部材とから構成されたものがある。上記した拘束部材は、2つの溝形鋼のウェブで心材を両面側から挟み込み、平鋼を介して両側の溝形鋼のフランジを連結した構成からなっている。このような制震ブレースによれば、中小地震時に心材が塑性化して地震エネルギーが吸収されるとともに拘束部材によって心材の座屈強度が向上されている(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開2002−235380号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記した従来の耐震ブレースや制震ブレースでは、それぞれ単機能の部材であるため、建築構造物に対して耐震ブレースの機能(耐震機構)と制震ブレースの機能(制震機能)とをそれぞれ付与させる場合、耐震ブレースと制震ブレースとを別々の空間にそれぞれ取り付ける必要がある。建築構造物において、上記ブレースを取り付けることが可能な空間は限られているため、上記した従来の耐震ブレースや制震ブレースでは、建築構造物に対して両方の機能を付与することが困難であり、容量も不十分になるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、1つのブレースが、耐震機能及び制震機能を有し、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる対震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】
【0006】
請求項1記載の発明は、構造物の構造体間に斜めに設置される対震ブレースであって、両端部が構造体に対してそれぞれ固定される帯板状の心材と、心材に外装されて該心材の座屈を拘束する拘束部材とが備えられ、前記心材が、降伏変位が異なる複数の鋼板を積層させた構成からなることを特徴としている。
【0007】
このような特徴により、降伏変位が異なる複数の鋼板毎に、構造物に対する対震機能が発揮される。
【0008】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の対震ブレースにおいて、前記拘束部材が、心材を両面側から挟み込むように配置された複数の鋼材からなることを特徴としている。
【0009】
このような特徴により、心材の周りに鋼材を組み立てることで拘束部材が形成される。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板は、中央部が縮幅されて括れていることを特徴としている。
【0011】
このような特徴により、鋼板が降伏した時の変位は、括れた中央部の区間長さに応じて決定される。
【0012】
請求項4記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴としている。
【0013】
このような特徴により、中小地震時には、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮され、大地震時には、第一,第二の鋼板によって制震機能が発揮される。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴としている。
【0015】
このような特徴により、中小地震時だけでなく大地震時にも、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮される。
【0016】
請求項6記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の対震ブレースにおいて、前記心材を構成する複数の鋼板として、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、第一の鋼板よりも小さい軸力で塑性化する第二の鋼板とがあることを特徴としている。
【0017】
このような特徴により、中小地震時に、第一の鋼板及び第二の鋼板によって制震機能が段階的に発揮される。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る対震ブレースによれば、降伏変位が異なる複数の鋼板毎に、構造物に対する対震機能が発揮されるため、1つの対震ブレースによって複数の対震機能を発揮することができる。したがって、本発明に係る対震ブレースを用いることで、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる。
【0019】
また、心材を両面側から挟み込むように配置された複数の鋼材からなる拘束部材を用いることにより、心材の周りに鋼材を組み立てることで拘束部材が形成されるため、対震ブレースの施工を簡単に行うことができる。
【0020】
また、心材を構成する複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板を、中央部が縮幅されて括れている構成とすることにより、鋼板が降伏した時の変位が、括れた中央部の区間長さに応じて決定されるため、鋼板中央部の括れた部分の区間長さを調整することで、その鋼板が降伏するときの対震ブレースの変位を自在に調整することができる。
【0021】
また、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とを積層させて心材を構成することにより、中小地震時には、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮され、大地震時には、第一,第二の鋼板によって制震機能が発揮されるため、1つの対震ブレースによって、構造物に対して耐震機能と制震機能の両方を付与することができる。
【0022】
また、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板とを積層させて心材を構成することにより、中小地震時だけでなく大地震時にも、第一の鋼板によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板によって制震機能が発揮されるため、高性能の対震性能を発揮させることができる。
【0023】
また、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板と、第一の鋼板よりも小さい軸力で塑性化する第二の鋼板とを積層させて心材を構成することにより、中小地震時に、第一の鋼板及び第二の鋼板によって制震機能が段階的に発揮されるため、1つの対震ブレースによって、構造物に対して2段階に分けて制震機能を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明に係る対震ブレースの第一、第二、第三の実施の形態について、図面に基いて説明する。
【0025】
[第一の実施の形態]
まず、第一の実施の形態について説明する。
図1は本発明に係る対震ブレースが設置された構造物を表す側面図である。
図1に示すように、構造物には、隣り合う柱1,1(構造体)と、柱1,1の間に架設され上下で対向する梁2,2(構造体)とからなる架構フレーム3が形成されている。架構フレーム3の内側には、斜めに延在する2本の対震ブレース4,4がハ字状(K状)に設置されている。架構フレーム3の上枠を形成する梁2の中央部には、第1のガセットプレート5が垂設されており、架構フレーム3の下枠を形成する梁2の両端部と柱1,1との入隅には第2のガセットプレート6,6がそれぞれ設けられている。第1のガセットプレート5には対震ブレース4,4(後述する心材10)の一端部が取り付けられており、第2のガセットプレート6,6には対震ブレース4,4(後述する心材10)の他端部が取り付けられており、対震ブレース4,4は、第1のガセットプレート5と第2のガセットプレート6,6との間に介装されている。
【0026】
図2は対震ブレース4の平面図であり、図3は図2に示すA−A間の断面図であり、図4は図2に示すB−B間の断面図であり、図5は図2に示すC−C間の断面図であり、図6は図2に示すD−D間の断面図である。
図2,図3,図4,図5,図6に示すように、対震ブレース4は、帯板状の心材10と、心材10に外装されて心材10の座屈を拘束する拘束部材11とを備えた構成となっている。
【0027】
心材10は、降伏変位が異なる複数種類(本実施の形態では2種類)の鋼板12,13,14を複数枚(本実施の形態では3枚)積層させた構成からなる。具体的には、降伏する変位が大きく耐震要素となる第一の鋼板12を中心にして、降伏する変位が小さく制震要素となる第二の鋼板13,14を第一の鋼板12の両面側にそれぞれ配置して重ね合わせた構成からなる。
【0028】
第一の鋼板12は、全長に亘って同じ幅の長尺の板状部材であり、その両端部には、軸方向に延在するリブプレート15,15が両面にそれぞれ垂直に溶接されている。第二の鋼板13,14は、その中央部13a,14aが縮幅されて括れている長尺の板状部材であり、その両端部には、第一の鋼板12に付設されたリブプレート15,15を通すための軸方向に延在するスリット(切欠き)13b…,14b…がそれぞれ形成されている。また、第一の鋼板12に付設されたリブプレート15,15には、複数のボルト穴15a…が形成されており、また、第一,第二の鋼板12,13,14の両端には、互いに穴合わせされた複数のボルト穴12a…,13c…,14c…がそれぞれ形成されており、心材10の一端は、図1に示す第1のガセットプレート5に図示せぬスプライスプレートを介して高力ボルトにより2面摩擦接合されることで構造物に対して固定されており、心材10の他端は、図1に示す第2のガセットプレート6に図示せぬスプライスプレートを介して高力ボルトにより2面摩擦接合されることで構造物に対して固定されている。
【0029】
図7は第一の実施の形態における対震ブレース4に作用する軸力と第一,第二の鋼板12,13,14の軸変形との関係を示したグラフである。なお、図7に示すδy1は第一の鋼板12が降伏するときの変位量であり、図7に示すδy2は第二の鋼板13,14が降伏するときの変位量であり、図7に示すPy1は第一の鋼板12が降伏するときの軸力であり、図7に示すPy2は第二の鋼板13,14が降伏するときの軸力である。
【0030】
図7に示すように、第一の鋼板12は、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり、大地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。一方、第二の鋼板13,14は、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。具体的には、第一の鋼板12には、降伏応力が325〜720N/mmの鋼材が用いられ、第二の鋼板13,14には、降伏応力が235N/mm以下の低降伏鋼が用いられる。
【0031】
拘束部材11は、心材10を両面側から挟み込む2本の溝形鋼(鋼材)16,16と、両側の溝形鋼16,16同士を連結するカバープレート(綴り材)17,17とから構成されている。2本の溝形鋼16,16は、心材10を挟んで互いのウェブ16a,16aの外側面同士を対向させた状態で平行に配置されている。カバープレート17,17は、2本の溝形鋼16,16のフランジ16b,16bにそれぞれ接面した状態で2本の溝形鋼16,16に沿って延在されており、溝形鋼16,16のフランジ16b,16bに対して複数の綴りボルト18…によってそれぞれ接合されている。つまり、拘束部材11は、2本の溝形鋼(鋼材)16,16と2枚のカバープレート17,17によって矩形筒状に組み立てられた部材であり、その内部には、断面視矩形状の閉鎖空間Eが形成されている。また、2つの溝形鋼16,16の中間部分には、軸方向と直交する方向に延在するリブプレート19…が中央およびその両側に間隔をあけてそれぞれ溶接されており、間隔をあけて配置されたリブプレート19,19間には軸方向に延在するリブプレート20,20がそれぞれ溶接されている。
【0032】
上記した閉鎖空間Eには、心材10が両端をそれぞれ張り出させた状態で挿装されており、拘束部材11(溝形鋼16,16のウェブ16a,16a)と心材10(第二の鋼板13,14)との間には、ゴムパッキン(緩衝材)21,21が介在されている。ゴムパッキン21,21は、拘束部材11の長さ寸法と略同一の長さ寸法を有するものとされており、心材10は、これらのゴムパッキン21,21を介して拘束部材11(溝形鋼16,16のウェブ16a,16a)から均等に押圧されている。
【0033】
上記した構成からなる対震ブレース4によれば、心材10が、降伏変位が異なる複数の鋼板12,13,14を積層させた構成からなるため、降伏変位が異なる複数の鋼板12,13,14毎に対震機能が発揮され、構造物に対して複数の対震機能を付与することができる。具体的には、心材10は、中小地震時に作用する軸力に対して弾性に留まり大地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板12と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板13,14とからなるため、降伏変位が大きい第一の鋼板12によって耐震ブレースの機能が発揮され、降伏変位が小さい第二の鋼板13,14によって制震ブレースの機能が発揮される。つまり、上記した対震ブレース4は、耐震ブレースの機能と制震ブレースの機能とを併せ持ったブレースである。これによって、1つの対震ブレース4を設置するだけで、耐震ブレースと制震ブレースとをそれぞれ設けた場合と同様の機能を構造物に対して付与することができ、ブレース設置空間が限定されている構造物に対するブレース設置数を低減させることができる。
【0034】
また、拘束部材11が、心材10を両面側から挟み込む溝形鋼16,16と、両側の溝形鋼16,16のフランジ16b,16b同士を連結するカバープレート17,17とからなる構成となっており、心材10の周りに溝形鋼16,16とカバープレート17,17とを組み立てることで拘束部材11が形成されるため、対震ブレース4の施工を簡単に行うことができる。
【0035】
また、心材10を構成する第二の鋼板13,14は、その中央部13a,14aが縮幅されて括れている構成となっているため括れた中央部13a,14aの区間長さに応じて、、第二の鋼板13,14が降伏した時の変位が決定される。したがって、第二の鋼板13,14の中央部13a,14aの括れた部分の区間長さを調整することで、第二の鋼板13,14が降伏するときの対震ブレース4の変位を自在に調整することができる。
【0036】
[第二の実施の形態]
次に、第二の実施の形態について説明する。なお、第二の実施の形態の構成は、下記する点以外は上述した第一の実施の形態における構成と同様であるため、その説明を省略する。
図8は第二の実施の形態における対震ブレース4に作用する軸力と第一,第二の鋼板12,13,14の軸変形との関係を示したグラフである。なお、図8に示すδy1’は第一の鋼板12が降伏するときの変位量であり、図8に示すδy2’は第二の鋼板13,14が降伏するときの変位量であり、図8に示すPy1’は第一の鋼板12が降伏するときの軸力であり、図8に示すPy2’は第二の鋼板13,14が降伏するときの軸力である。
【0037】
図8に示すように、心材10中央に配置された第一の鋼板12は、中小地震時だけでなく大地震時に作用する軸力に対しても弾性に留まる部材である。一方、心材10両側に配置された第二の鋼板13,14は、上記した第一の実施の形態と同様に、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。具体的には、第一の鋼板12には、降伏応力が400N/mm以上の鋼材が用いられ、第二の鋼板13,14には、降伏応力が235N/mm以下の低降伏鋼が用いられる。
【0038】
上記した構成からなる対震ブレース4によれば、心材10が、中小地震時及び大地震時に作用する軸力に対してそれぞれ弾性に留まる第一の鋼板12と、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第二の鋼板13,14とからなるため、中小地震時だけでなく大地震時にも、第一の鋼板12によって耐震機能が発揮されるとともに第二の鋼板13,14によって制震機能が発揮される。よって、構造物に対して高性能の対震性能を発揮させるこができる。
【0039】
[第三の実施の形態]
次に、第三の実施の形態について説明する。なお、第三の実施の形態の構成は、下記する点以外は上述した第一の実施の形態における構成と同様であるため、その説明を省略する。
図9は第三の実施の形態における対震ブレース4に作用する軸力と第一,第二の鋼板12,13,14の軸変形との関係を示したグラフである。なお、図9に示すδy1”は第一の鋼板12が降伏するときの変位量であり、図9に示すδy2”は第二の鋼板13,14が降伏するときの変位量であり、図9に示すPy1”は第一の鋼板12が降伏するときの軸力であり、図8に示すPy2”は第二の鋼板13,14が降伏するときの軸力である。
【0040】
図9に示すように、心材10を構成する第一,第二の鋼板12,13,14は、ともに降伏する変位が小さく制震要素となる部材である。また、心材10中央に配置された第一の鋼板12は、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する部材である。一方、心材10両側に配置された第二の鋼板13,14は、中小地震時に第一の鋼板12よりも小さい軸力で塑性化する部材である。具体的には、第一の鋼板12には、降伏応力が235N/mm以下の低降伏鋼が用いられ、第二の鋼板13,14には、降伏応力が225N/mm以下の極低降伏鋼を用い、中央部の断面を縮減して降伏変位を小さく設定する。
【0041】
上記した構成からなる対震ブレース4によれば、心材10が、中小地震時に作用する軸力によって塑性化する第一の鋼板12と、第一の鋼板よりも小さい軸力で塑性化する第二の鋼板13,14とからなるため、中小地震時に、第一の鋼板12及び第二の鋼板13,14によって制震機能が段階的に発揮されるため、1つの対震ブレース4によって、構造物に対して2段階に分けて制震機能を付与することができる。
【0042】
以上、本発明に係る対震ブレースの実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、降伏変位が大きい第一の鋼板12が心材10中央に配置され、第一の鋼板12よりも降伏変位が小さい第二の鋼板13,14が心材10両側に配置されているが、本発明は、降伏変位が大きい第一の鋼板が心材両側に配置され、第一の鋼板よりも降伏変位が小さい第二の鋼板が心材中央に配置されていてもよい。
【0043】
また、上記した実施の形態では、心材10が、降伏変位が異なる2種類の鋼板12,13,14を3枚積層させた構成からなっているが、本発明は、心材10が、降伏変位が異なる2種類の鋼板を2枚若しくは4枚以上積層させた構成からなっていてもよく、或いは、降伏変位が異なる3種類以上の鋼板を3枚以上積層させた構成からなっていてもよい。
【0044】
また、上記した実施の形態では、架構フレーム3の内側に2本の対震ブレース4,4がハ字状(K状)に設置されているが、本発明は、対震ブレースが架構フレームの内側にX状或いはノ字状(Z状)に設置されていてもよい。また、上記した実施の形態では、対震ブレース4が、梁2と柱1梁2の入隅との間に架け渡されているが、本発明は、上下の梁間に架け渡されていてもよく、隣り合う柱間に架け渡されていてもよい。
【0045】
また、上記した実施の形態では、第一の鋼板12は全長に亘って同じ幅に形成され、第二の鋼板13,14は中央部13a,14aが縮幅されて括れている構成になっているが、本発明は、第一の鋼板の中央部が縮幅されて括れていてもよく、また、第二の鋼板が全長に亘って同じ幅に形成されていてもよい。つまり、心材を構成する全ての鋼板の中央部が縮幅されて括れていてもよく、心材を構成する鋼板のうちの何れかの中央部が縮幅されて括れていてもよく、無論、心材を構成する全ての鋼板が全長に亘って同じ幅に形成されていてもよい。
【0046】
また、上記した実施の形態では、溝形鋼16,16のウェブ16a,16aの外側面同士を対向させた状態で平行に配置し、溝形鋼16,16のフランジ16b,16b同士をカバープレート17,17で繋いだ構成になっているが、本発明は、溝形鋼以外の鋼材からなる拘束部材であってもよく、例えば、山形鋼を矩形筒状に組み立てた構成からなる拘束部材であってもよく、その他の鋼材からなる拘束部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースが設置された構造物を表す側面図である。
【図2】本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す平面図である。
【図3】図2に示すA−A間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。
【図4】図2に示すB−B間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。
【図5】図2に示すC−C間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。
【図6】図2に示すD−D間の断面図であって、本発明の実施の形態を説明するための対震ブレースを表す断面図である。
【図7】本発明の第一の実施の形態を説明するための対震ブレースに作用する軸力と心材を構成する鋼板の軸変形との関係を示したグラフである。
【図8】本発明の第二の実施の形態を説明するための対震ブレースに作用する軸力と心材を構成する鋼板の軸変形との関係を示したグラフである。
【図9】本発明の第三の実施の形態を説明するための対震ブレースに作用する軸力と心材を構成する鋼板の軸変形との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【0048】
1 柱(構造体)
2 梁(構造体)
4 対震ブレース
10 心材
11 拘束部材
12 第一の鋼板(鋼板)
13,14 第二の鋼板(鋼板)
16 溝形鋼(鋼材)




 

 


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