JP6726864B2 - 木造構造体用の座屈拘束ブレース及びこれを備えたフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、木造構造体用の座屈拘束ブレース及びこれを備えたフレーム構造に関する。

特許文献１には、従来の座屈拘束ブレースが記載されている。

座屈拘束ブレースは、長板状のブレース芯材と、ブレース芯材を挟み込んだ状態で互いに結合される一対の座屈拘束部材と、ブレース芯材の両端部の一面から突出する補強材とを備える。

この座屈拘束ブレースでは、ブレース芯材の両端部が一対の固定片を有し、これら一対の固定片が、鉄骨構造体（柱、梁等）に溶接される。

特開２０１５−２１４８８７号公報

上記した座屈拘束ブレースの技術は、鉄骨構造体に用いる技術である。

この技術を、地震等の揺れで変形しやすい木造構造体に採用した場合には、座屈拘束ブレースの剛性が高いため、繰り返しの大きな揺れが生じたときに木造構造体と座屈拘束ブレースとで剛性が調和しづらく、耐力低下を生じるおそれがある。

本発明は、木造構造体に用いて高い制振機能を発揮することのできる木造構造体用の座屈拘束ブレース、及びこれを備えたフレーム構造を提供することを、目的とする。

本発明に係る形態の木造構造体用の座屈拘束ブレースは、互いに直交する長さ方向、厚み方向及び幅方向を有する長板状のブレース芯材と、前記ブレース芯材を前記厚み方向に挟み込んだ状態で互いに結合される一対の座屈拘束部材と、前記ブレース芯材の前記長さ方向の両端部にそれぞれ設けられる接合構造とを備える。

前記接合構造は、前記ブレース芯材の前記長さ方向の端部の一面から、前記厚み方向に沿って突出する補強材と、前記ブレース芯材とは距離を隔てた位置で前記補強材に接合される接続プレートとを備える。

前記接続プレートは、木ネジが挿し込まれるように貫通形成された複数の貫通孔を有する。

また、本発明に係る形態のフレーム構造は、木造構造体用の前記座屈拘束ブレースと、前記座屈拘束ブレースの前記複数の貫通孔に挿し込まれる複数の木ネジと、前記座屈拘束ブレースが接続される木造の矩形フレームとを備える。前記座屈拘束ブレースの前記接続プレートが、前記複数の木ネジを介して、前記矩形フレームに接合される。

本発明の木造構造体用の座屈拘束ブレース及びこれを備えたフレーム構造は、木造構造体において高い制振機能を発揮することができるという効果を奏する。

図１は、第一実施形態の座屈拘束ブレースを備えて構成されたフレーム構造を示す正面図である。 図２は、同上の座屈拘束ブレースを示す正面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、同上の座屈拘束ブレースから一対の座屈拘束部材が外された状態を示す正面図である。 図５は、図４のＢ矢視図である。 図６は、図４のＣ矢視図である。 図７は、第二実施形態の座屈拘束ブレースを示す正面図である。 図８は、図７のＤ矢視図である。 図９は、図７のＥ矢視図である。

（第一実施形態）
図１〜図６に基づいて、第一実施形態の座屈拘束ブレースＢ１と、これを備えて構成されたフレーム構造Ｆ１について説明する。

図１に示すように、フレーム構造Ｆ１は、木造建築の構造体（木造構造体）に用いられる木造の矩形フレーム６に、上下二つの座屈拘束ブレースＢ１を接合させた構造である。

矩形フレーム６は、上下一対の梁材６１と、左右一対の柱材６５とを備える。一対の梁材６１は、上下に距離を隔てて互いに平行に位置する。一対の柱材６５は、左右（水平方向）に距離を隔てて互いに平行に位置する。

以下において、一対の柱材６５のうち一方の柱材６５を第一柱材６５１、他方の柱材６５を第二柱材６５２と称する。

第一柱材６５１と第二柱材６５２のそれぞれの上端部は、上側の梁材６１に接合される。第一柱材６５１と第二柱材６５２のそれぞれの下端部は、下側の梁材６１に接合される。

上側の座屈拘束ブレースＢ１は、上側の梁材６１と第一柱材６５１とに、接合される。下側の座屈拘束ブレースＢ１は、下側の梁材６１と第一柱材６５１とに、接合される。上側の座屈拘束ブレースＢ１と、下側の座屈拘束ブレースＢ１は、ハ字状に配置される。

上側の座屈拘束ブレースＢ１は、上側の梁材６１のうち、第二柱材６５２から水平方向に所定距離ｄ１だけ離れた箇所に、接合される。下側の座屈拘束ブレースＢ１は、下側の梁材６１のうち、第二柱材６５２から水平方向に所定距離ｄ１だけ離れた箇所に、接合される。

上側の座屈拘束ブレースＢ１は、第一柱材６５１の上下方向の中間点から、所定距離ｄ２だけ上方に離れた箇所に、接合される。下側の座屈拘束ブレースＢ１は、第一柱材６５１の上下方向の中間点から、所定距離ｄ２だけ下方に離れた箇所に、接合される。

上側の座屈拘束ブレースＢ１が第一柱材６５１に接合される箇所と、下側の座屈拘束ブレースＢ１が第一柱材６５１に接合される箇所とは、所定距離ｄ３（＝ｄ２×２）だけ互いに離れて位置する。たとえば、ｄ１は１４７．５［ｍｍ］、ｄ２は３００［ｍｍ］、ｄ３は６００［ｍｍ］である。

次に、木造構造体用の座屈拘束ブレースＢ１の詳細な構造について、図２〜図６に基づいて説明する。

図２には座屈拘束ブレースＢ１を示しており、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図４には、図２に示す座屈拘束ブレースから一対の座屈拘束部材３，４が外された状態を示しており、図５は図４のＢ矢視図、図６は図４のＣ矢視図である。

座屈拘束ブレースＢ１は、長板状のブレース芯材１と、ブレース芯材１を挟み込んだ状態で互いに結合される一対の座屈拘束部材３，４とを備える。

ブレース芯材１は、互いに直交する長さ方向Ｄ１、厚み方向Ｄ２及び幅方向Ｄ３を有する。ブレース芯材１は、長さ方向Ｄ１に細長い薄板状の芯材である。ブレース芯材１の表面には、メッキが施されている。

ブレース芯材１は、厚み方向Ｄ２の寸法（厚み寸法）が３．６〜１．０［ｍｍ］の範囲内に収まり、幅方向Ｄ３の寸法（幅寸法）が３０〜１０［ｍｍ］の範囲内に収まるように、低降伏点鋼を用いて形成される。

低降伏点鋼は、添加元素を極力低減させた純鉄に近いものであり、一般的な鋼材に比較して強度が低く、非常に高い伸び性能を有するという特徴がある。ブレース芯材１に用いる低降伏点鋼としては、たとえば降伏点が２０５〜２９５［Ｎ／ｍｍ^２］の範囲内のものが採用される。

一対の座屈拘束部材３，４は共に、長さ方向Ｄ１に沿って長尺の金属部材である。

一対の座屈拘束部材３，４の一方を構成する第一座屈拘束部材３は、長板状であるウェブ３２と、ウェブ３２の幅方向Ｄ３の両端部から厚み方向Ｄ２に突出する一対のフランジ３４とを備えた、断面コ字状の部材である（図３参照）。

一対の座屈拘束部材３，４の他方を構成する第二座屈拘束部材４は、長板状であるウェブ４２と、ウェブ４２の幅方向Ｄ３の両端部から厚み方向Ｄ２に突出する一対のフランジ４４とを備えた、断面コ字状の部材である。第二座屈拘束部材４は、第一座屈拘束部材３と比較して、厚み方向Ｄ２の寸法と幅方向Ｄ３の寸法が一まわり小さい。

ブレース芯材１は、第一座屈拘束部材３と第二座屈拘束部材４によって、厚み方向Ｄ２に挟み込まれる。具体的には、第一座屈拘束部材３のウェブ３２の内面（フランジ３４が突出する方向を向く面）と、第二座屈拘束部材４のウェブ４２の外面（フランジ４４が突出する方向とは逆方向を向く面）との間に、ブレース芯材１が挟み込まれる。

ブレース芯材１を挟み込んだ状態で、第一座屈拘束部材３のフランジ３４は、第二座屈拘束部材４のフランジ４４よりも厚み方向Ｄ２に突出する。第二座屈拘束部材４のフランジ４４の先端部と、第一座屈拘束部材３のフランジ３４の内面とが、溶接により接合される。

ブレース芯材１の長さ方向Ｄ１の両側の端部１２には、接合構造２が設けられている。両側の端部１２に設けられた接合構造２は、互いに共通の構成を具備する。以下においては、両側の接合構造２を共通に説明する。

接合構造２は、補強材２２と、補強材２２に接合された平板状の接続プレート２４とを備える。補強材２２は、補強板２２１と副補強板２２３で構成される。

補強板２２１は、ブレース芯材１の端部１２の厚み方向Ｄ２を向く一面１２５に、接合される。補強板２２１は、ブレース芯材１の一面１２５のうち幅方向Ｄ３の中央部から、厚み方向Ｄ２に沿って突出する。

補強板２２１は、ブレース芯材１の端部１２から、長さ方向Ｄ１に所定距離ｄ４（たとえば４０［ｍｍ］）だけ突出する。補強板２２１の長さ方向Ｄ１の先端縁に、全周溶接によって、接続プレート２４が接合される。補強板２２１は、ブレース芯材１の端部１２を補強し、且つ、互いに離れて位置するブレース芯材１と接続プレート２４の間に介在する部材である。

副補強板２２３は、補強板２２１に対して直交するように、補強板２２１に接合される。補強板２２１が長さ方向Ｄ１に沿って長い板材であるのに対して、副補強板２２３は幅方向Ｄ３に沿って長い板材である。本明細書で用いる直交の文言は、厳密な意味での直交に限定されず、略直交なものを含む。

副補強板２２３は、接続プレート２４に対して直交するように、接続プレート２４に接合される。副補強板２２３は、補強板２２１と接続プレート２４との間に介在し、補強板２２１がその面外方向に倒れることを抑制する。

接続プレート２４は、補強材２２（補強板２２１と副補強板２２３）に接合される。ブレース芯材１と接続プレート２４の間には、補強材２２（補強板２２１と副補強板２２３）が介在する。

接続プレート２４は、その厚み方向に貫通する複数の貫通孔２４５を有する。複数の貫通孔２４５は、互いに距離をあけて分散配置される。各貫通孔２４５は、木ネジ５が挿し込まれる孔である。

補強板２２１と副補強板２２３は、接続プレート２４の厚み方向の一面２４１に、接合される。補強板２２１と副補強板２２３は、ともに一面２４１から垂直方向に突出する。

接続プレート２４の厚み方向から視て、副補強板２２３は補強板２２１に対して十字状に交差する。補強板２２１に対して、副補強板２２３の半部は幅方向Ｄ３の一方に向けて突出し、副補強板２２３の残り半部は、幅方向Ｄ３の他方に向けて突出する。

接続プレート２４は、各貫通孔２４５に挿し込まれた木ネジ５を介して、矩形フレーム６に接合される。つまり、座屈拘束ブレースＢ１の端部１２は、接続プレート２４の複数の貫通孔２４５を通じて矩形フレーム６に打ち込まれた複数の木ネジ５によって、木造の矩形フレーム６に接合される。

（第二実施形態）
図７〜図９に基づいて、第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１について説明する。第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１の構成のうち、第一実施形態と同様の構成については、第一実施形態と同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１は、第一実施形態と比較してブレース芯材１の両側の接続構造２の構造が相違する。

第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１の補強材２２は、第一実施形態のような副補強板２２３を備えず、補強板２２１により構成される。

第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１の接続プレート２４は、Ｌ字状に折り返された端縁部２４７を有する。複数の貫通孔２４５は、接続プレート２４のうち端縁部２４７を除いた平板状の部分（以下、この部分を「メインプレート２４６」という。）に形成される。

つまり、第二実施形態の接続プレート２４は、複数の貫通孔２４５を有する平板状のメインプレート２４６と、メインプレート２４６の端縁（長さ方向Ｄ１においてブレース芯材１に近い側の端縁）から立ち上がった端縁部２４７とを、一体に備える。

接続プレート２４の端縁部２４７は、補強板２２１に対してＴ字状に直交する姿勢で当接し、この姿勢で補強板２２１に接合（溶接）される。補強板２２１が長さ方向Ｄ１に沿って長い板材であるのに対して、接続プレート２４の端縁部２４７は幅方向Ｄ３に沿って長い形状を有する。

接続プレート２４の端縁部２４７は、メインプレート２４６と補強板２２１の両方に対してＴ字状に直交するように位置し、補強板２２１がその面外方向に倒れることを抑制する。補強板２２１は、メインプレート２４６の一面から垂直方向に突出し、且つ、端縁部２４７の一面から垂直方向に突出するように位置する。

第二実施形態では図示を省略しているが、第二実施形態の接続プレート２４も、各貫通孔２４５に挿し込まれた木ネジ５を介して、第一実施形態のような矩形フレーム６に接合される。つまり、第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１の端部１２も、接続プレート２４の複数の貫通孔２４５を通じて矩形フレーム６に打ち込まれた複数の木ネジ５によって、木造の矩形フレーム６に接合される。

以上、添付図面に基づいて説明したように、第一及び第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１は、互いに直交する長さ方向Ｄ１、厚み方向Ｄ２及び幅方向Ｄ３を有する長板状のブレース芯材１と、ブレース芯材１を厚み方向Ｄ２に挟み込んだ状態で互いに結合される一対の座屈拘束部材３，４と、ブレース芯材１の長さ方向Ｄ１の両端部１２にそれぞれ設けられる接合構造２とを備える。

接合構造２は、ブレース芯材１の長さ方向Ｄ１の端部１２の一面１２５から、厚み方向Ｄ２に沿って突出する補強材２２と、ブレース芯材１とは距離を隔てた位置で補強材２２に接合される接続プレート２４とを備える。接続プレート２４は、木ネジ５が挿し込まれるように貫通形成された複数の貫通孔２４５を有する。

したがって、第一及び第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１によれば、これを木造構造体に用いて高い制振機能を発揮することができる。つまり、第一及び第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１は、従来の鉄骨構造体用の座屈拘束ブレースのように、ブレース芯材１が矩形フレーム６に対して直接的に接合（溶接）されるのではなく、補強材２２と接続プレート２４を介して、複数の木ネジ５により接合される。地震等の揺れに対して、木造の矩形フレーム６は変形しやすいが、座屈拘束ブレースＢ１ではブレース芯材１に加えて補強材２２が変形するので、木造の矩形フレーム６と座屈拘束ブレースＢ１とで互いの剛性（変形しやすさ）が調和しやすく、大きな振動が繰り返し生じても、耐力低下が抑えられる。また、接続プレート２４は、複数の木ネジ５によって木造の矩形フレーム６に接合されるので、繰り返しの振動によって接続プレート２４と矩形フレーム６との間でスリップを生じることが抑えられ、変形の進行が抑制される。

加えて、第一及び第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１のブレース芯材１は、低降伏点鋼材である。

したがって、第一及び第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１によれば、木造の矩形フレーム６とブレース芯材１とで、互いの剛性がさらに調和しやすくなり、繰り返しの振動による耐力低下がさらに抑制される。

第一実施形態の座屈拘束ブレースＢ１において、補強材２２は、ブレース芯材１の長さ方向Ｄ１の端部１２に、厚み方向Ｄ２に沿って突出するように接合される補強板２２１と、補強板２２１に直交するように接合された副補強板２２３とを備える。

したがって、第一実施形態の座屈拘束ブレースＢ１によれば、地震等の揺れによって補強板２２１がその面外方向に倒れることを、副補強板２２３で効果的に抑えることができる。

第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１において、補強材２２は、ブレース芯材１の長さ方向Ｄ１の端部１２に、厚み方向Ｄ２に沿って突出するように接合される補強板２２１である。接続プレート２４は、Ｌ字状に折り返された端縁部２４７を有する。端縁部２４７は、補強板２２１に直交するように接合される。

したがって、第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１によれば、地震等の揺れによって補強板２２１がその面外方向に倒れることを、端部プレート２４の端縁部２４７で効果的に抑えることができる。

フレーム構造Ｆ１は、第一または第二実施形態の座屈拘束ブレースＢ１と、座屈拘束ブレースＢ１の複数の貫通孔２４５に挿し込まれる複数の木ネジ５と、座屈拘束ブレースＢ１が接続される矩形フレーム６とを備える。座屈拘束ブレースＢ１の接続プレート２４が、複数の木ネジ５を介して、矩形フレーム６に接合される。

したがって、このフレーム構造Ｆ１によれば、地震等の繰り返しの揺れに対して、木造の矩形フレーム６と、座屈拘束ブレースＢ１とが共に変形してエネルギーを吸収するとともに、座屈拘束ブレースＢ１と矩形フレーム６との間でスリップを生じることが抑えられる。そのため、高い制振機能を発揮することができる。

以上、各実施形態について説明したが、座屈拘束ブレースＢ１やこれを備えたフレーム構造Ｆ１は、前記した各実施形態に限定されない。

たとえば、補強材２２に副補強板２２３を備えず、且つ、接続プレート２４に端縁部２４７を備えないことも可能である。また、第一座屈拘束部材３や第二座屈拘束部材４として、他の構造のものを採用することも可能である。その他の構成についても、適宜の設計変更を行うことや、公知の技術を組み合わせることが可能である。

１ ブレース芯材
１２ 端部
１２５ 一面
２ 接合構造
２２ 補強材
２２１ 補強板
２２３ 副補強板
２４ 接続プレート
２４５ 貫通孔
２４７ 端縁部
３ 座屈拘束部材
４ 座屈拘束部材
５ 木ネジ
６ 矩形フレーム
Ｂ１ 座屈拘束ブレース
Ｄ１ 長さ方向
Ｄ２ 厚み方向
Ｄ３ 幅方向
Ｆ１ フレーム構造

Claims (4)

1. 互いに直交する長さ方向、厚み方向及び幅方向を有する長板状のブレース芯材と、
   前記ブレース芯材を前記厚み方向に挟み込んだ状態で互いに結合される一対の座屈拘束部材と、
   前記ブレース芯材の前記長さ方向の両端部にそれぞれ設けられる接合構造と、を備え、
   前記接合構造は、
   前記ブレース芯材の前記長さ方向の端部の前記厚み方向を向く面のうち、一面にだけ接合され、前記端部から、前記厚み方向に沿って突出しかつ前記長さ方向に所定距離だけ突出する補強板と、
   前記補強板に直交するように接合された副補強板と、
   前記ブレース芯材とは距離を隔てた位置で前記補強板及び前記副補強板に接合される接続プレートと、を備え、
   前記接続プレートは、
   木ネジが挿し込まれるように貫通形成された複数の貫通孔を有する
   ことを特徴とする木造構造体用の座屈拘束ブレース。
2. 互いに直交する長さ方向、厚み方向及び幅方向を有する長板状のブレース芯材と、
   前記ブレース芯材を前記厚み方向に挟み込んだ状態で互いに結合される一対の座屈拘束部材と、
   前記ブレース芯材の前記長さ方向の両端部にそれぞれ設けられる接合構造と、を備え、
   前記接合構造は、
   前記ブレース芯材の前記長さ方向の端部の前記厚み方向を向く面のうち、一面にだけ接合され、前記端部から、前記厚み方向に沿って突出しかつ前記長さ方向に所定距離だけ突出する補強板と、
   前記ブレース芯材とは距離を隔てた位置で前記補強板に接合される接続プレートと、を備え、
   前記接続プレートは、
   木ネジが挿し込まれるように貫通形成された複数の貫通孔を有するとともに、Ｌ字状に折り返された端縁部を有し、前記端縁部は、前記補強板に直交するように接合される
   ことを特徴とする木造構造体用の座屈拘束ブレース。
3. 前記ブレース芯材は、低降伏点鋼材である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の木造構造体用の座屈拘束ブレース。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載された座屈拘束ブレースと、
   前記座屈拘束ブレースの前記複数の貫通孔に挿し込まれる複数の木ネジと、
   前記座屈拘束ブレースが接続される木造の矩形フレームと、を備え、
   前記座屈拘束ブレースの前記接続プレートが、前記複数の木ネジを介して、前記矩形フレームに接合される
   ことを特徴とするフレーム構造。

Images