座屈拘束ブレースの作動制御装置及びこれを用いた構造物
【課題】建物の地震応答変位を低減しつつ、座屈拘束ブレースを過度の応力負担から解放することが可能な座屈拘束ブレースの作動制御装置を提供する。
【解決手段】座屈拘束ブレースの作動制御装置は、建物の梁４と柱からなる主架構と、主架構に設けた座屈拘束ブレース６と、梁４の長手方向に対する建物における予め定めた所定の層間変形角と同等の長さを有する制御孔１５と、制御孔１５と係合するピン１３とを少なくとも有する制御機構７とから構成されている。制御機構７は、主架構の梁４と座屈拘束ブレース６とに取り付けられ、ピン１３が制御孔１５の端部に移動したときに座屈拘束ブレース６を作動させる。
【解決手段】座屈拘束ブレースの作動制御装置は、建物の梁４と柱からなる主架構と、主架構に設けた座屈拘束ブレース６と、梁４の長手方向に対する建物における予め定めた所定の層間変形角と同等の長さを有する制御孔１５と、制御孔１５と係合するピン１３とを少なくとも有する制御機構７とから構成されている。制御機構７は、主架構の梁４と座屈拘束ブレース６とに取り付けられ、ピン１３が制御孔１５の端部に移動したときに座屈拘束ブレース６を作動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の層間変形角に対応して座屈拘束ブレースの作動を制御する座屈拘束ブレースの作動制御装置及びこれを用いた構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物における外装材の一般的な耐震安全性は、大地震に対しては、たとえば、外装材の脱落による避難路の阻害など外装材の破損による直接的な被害を生じさせないことが要求され、また、発生頻度の高い中小規模の地震に対しては、外装材に破損、過大変形を生じさせず、外装材の損傷により建物の居住性、経済性が損なわれないことが要求される。
【０００３】
このような耐震安全性の要求を満たすため、建物の応答変位を低減すると共に地震時のエネルギーを吸収する座屈拘束ブレースが建物の柱と梁の間に取り付けられており、その一例として、構造物の柱および梁の各々に固定する一対のガゼットと、内面にコンクリート層を有する一対の鋼材間にブレース板を挟持させた座屈拘束ブレースとを有し、前記ガゼットは前記柱および梁に固定する平面部と前記平面部から直立する舌部とを備え、前記舌部に前記ブレース板を受ける切込部を形成し、前記切込部に前記ブレース板の先端を挿入して前記舌部と前記ブレース板とを十字型に直交させて溶接する柱と梁の接合構造が知れられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の接合構造は、大地震時に座屈拘束ブレースがエネルギー吸収を十分に発揮し建物の応答変位を低減したとしても、座屈拘束ブレースが損傷することによって、この座屈拘束ブレースを支持材として取り付けられる外装材が損傷する直接的な原因となるおそれがある。
【０００６】
また、中小規模の地震時においては、座屈拘束ブレースが層間変形角１／１０００程度からエネルギー吸収部材として機能するため、外装材は座屈拘束ブレースの損傷による過大変形などの影響を受けるおそれがある。
ここで、層間変形角とは、地震時に対する建物の水平変位を階高で割った値である。
【０００７】
したがって、大地震時および中小規模地震時のどちらにおいても座屈拘束ブレースに過度の応力負担がかかるため、外装材は、座屈拘束ブレースの損傷による上記の影響を受けることになる。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、建物の地震応答変位を低減すると共に、座屈拘束ブレースにかかる応力負担を低減する座屈拘束ブレースの作動制御装置及びこれを用いた構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の座屈拘束ブレースの作動制御装置は、柱と梁からなる主架構を持つ構造物に、座屈拘束ブレースの一端を接続し、前記座屈拘束ブレースの他端を、２つの部材が所定の相対的距離の範囲内では力の伝達を無くす構成を持つ制御機構の一方の部材に連結し、他方の部材を前記構造物に連結したことを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
このため、前記制御機構により、中小地震時には、２つの部材が相対的距離の範囲内となり、構造物が一定の層間変形角至らず、座屈拘束ブレースへの力の伝達は無い。すなわち、座屈拘束ブレースに引張り又は圧縮作用である応力負担を無くすことになる。それを超える大地震時には、座屈拘束ブレースへの力の伝達が始まり、座屈拘束ブレースが作動する。すなわち、座屈拘束ブレースは、層せん断力を負担する。この制御機構は、主架構の所定の層間変形角まで、座屈拘束ブレースの作動を行わせない働きを担っている。これによって、構造物の応答変位を低減すると共に、座屈拘束ブレースの過度な応力負担から解放している。
【００１１】
また、前記制御機構は、一方の部材に細長い孔の制御孔を形成し、他方の部材にピンを取り付け、このピンを前記制御孔を通して両部材を連結したことを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
さらに、前記制御孔内のピンが移動する距離を前記構造物における所定の層間変形角と対応する長さとすることを特徴としている（請求項３）。
【００１３】
さらにまた、前記座屈拘束ブレースに固着の一方の部材の両移動方向線上に、一対のストッパを設けたことを特徴としている（請求項４）。
【００１４】
これにより、座屈拘束ブレースに固着の一方の部材が移動してストッパに当たるようになり、このストッパの構造物への取り付け位置を所定の層間変形角を所望の範囲内で調節することが可能となる。また、制御孔の長さの調節を不要とすることで、汎用性を向上させることができる。
【００１５】
柱と梁からなる主架構の構造物にあって、前記主架構に設けられる座屈拘束ブレースを、前記請求項１ないし４のいずれかに記載の座屈拘束ブレースの作動制御装置を介在して前記主架構の梁と梁又は柱との間に設けられたことを特徴としている（請求項５）。
【００１６】
これにより、座屈拘束ブレースの損傷と中小規模の地震時には応力負担を無くし、座屈拘束ブレース間のガラス製などの外装材への応力負担を一般的な設計クライテリア内に抑えられ、直接的な損傷を回避することができる。大地震時には、座屈拘束ブレースは作動を開始し、構造物の損傷を防ぐ作用が行われる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように請求項１の発明によれば、座屈拘束ブレースの作動制御装置が座屈拘束ブレースの作動を制御する制御機構を備えることにより、中小地震時には、制御機構を構成する２つの部材が相対的距離の範囲内となり、座屈拘束ブレースに引張り又は圧縮作用である応力負担を無くすことが可能となる。それを超える大地震時には、座屈拘束ブレースへの力の伝達が始まり、層せん断力を座屈拘束ブレースに負担させる。この制御機構は、主架構の所定の層間変形角まで、座屈拘束ブレースの作動を行わせない働きを担っている。これによって、座屈拘束ブレースの過度な応力負担から解放することができる。
また、請求項４の発明によれば、座屈拘束ブレースに固着の一方の部材が移動してストッパに当たるため、このストッパの構造物への取り付け位置を所定の層間変形角を所望の範囲内で調節することが可能となる。また、制御孔の長さの調節を不要とすることで、汎用性を向上させることができる。
さらに、請求項５の発明によれば、中小規模の地震時には構造物に取り付けられた座屈拘束ブレースの応力負担を無くすとともに損傷を防止するため、ガラス製などの外装材への応力負担を防止することができる。また、大地震時には、座屈拘束ブレースを作動させることで構造物の損傷を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、屈拘束ブレースの作動制御装置を示した構成図である。
【図２】図２は、制御機構の構成を示す図であり、（ａ）は制御機構の各部品を示した分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した各部品を組み上げたときの制御機構の構成図である。
【図３】図３は、屈拘束ブレースの作動制御装置の正面図である。
【図４】図４は、建物の層間変形角に対する層せん断力を示したグラフである。
【図５】図５は、それぞれの層間変形角における座屈拘束ブレースの作動制御装置を示したものであり、（ａ）は振動が入力されていない状態を示し、（ｂ）は層間変形角（δ１）の状態を示し、（ｃ）は、層間変形角（δ２）の状態を示したものである。
【図６】図６は、それぞれの層間変形角における屈拘束ブレースの作動制御装置の作動状態を示したイメージ図であり、（ａ）は振動が入力されていない状態を示し、（ｂ）は層間変形角（δ１）の状態を示し、（ｃ）は、層間変形角（δ２）の状態を示したものである。
【図７】図７は、実施例２における屈拘束ブレースの作動制御装置の正面図である。
【図８】図８は、実施例３における屈拘束ブレースの作動制御装置の正面図である。
【図９】図９は、座屈拘束ブレースの作動制御装置の変位に対する荷重の変化を示したグラフである。
【図１０】図１０は、座屈拘束ブレースを取り付けた建物の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、層間変形角に対するせん断力を示したものであり、（ｂ）は、各階層における座屈拘束ブレースの塑性率を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の座屈拘束ブレースの作動制御装置について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１において、建物２に座屈拘束ブレース６の作動制御装置１を付した例が示されている。この建物（構造物）２は、柱３群と、この柱３群との間に直交に設けられた梁４群とよりなる主架構５を有して構成され、この主架構５の柱３と梁４に多数の座屈拘束ブレース６が設けられている。この例では、座屈拘束ブレース６は、一端を下段の梁４に、他端を下記する制御機構７を介して上段の梁４に取り付けられている。詳しく図示しないが、座屈拘束ブレース６群間に、ガラス製の外装材８が取り付けられている。
【００２１】
前記座屈拘束ブレース６は、公知の構造のもので、たとえば、鋼材をブレース芯材として用いたものであり、このブレース芯材が両端の連結部を除いて内在するコンクリート（モルタル）及びコンクリートを外包する鋼材により拘束される構成となっている。
【００２２】
図２、図３において、前記制御機構７は、主架構５の梁４と座屈拘束ブレース６との間に介在され、建物２の梁４の下方に固定されるサブプレート１０と、このサブプレート１０と相対的に動かされるセンタプレート１２、両プレート１０、１２とを連結するピン１３とから構成されている。
【００２３】
前記サブプレート１０は、手前の前面部１０ａと、後方の後面部１０ｂとから構成され、前記前面部１０ａと後面部１０ｂとの間に凹部１１が設けられている。また、このサブプレート１０の前面部１０ａと後面部１０ｂとには、横方向に所定の長さｌを持つ細長い制御孔１５が形成されている。
【００２４】
センタプレート１２は、長方形状の板状の部材で、前記サブプレート１０の凹部１１に挿入され且つ摺動可能な所定の厚みを持ち、中央には、取付孔１８が形成され、その取り付け孔１８に下記するピン１３が嵌入される。この取付孔１８は、センタプレート１２が凹部１１に挿入されると、サブプレート１０に形成の制御孔１５内に監まされる。また、センタプレート１２の表面と裏面のそれぞれに前記座屈拘束ブレース６と結合するための取付プレート１６ａ，１６ｂを前記取付孔１８と端部との中間点に２箇所それぞれ設けられている。
【００２５】
前記ピン１３は、円柱状部材で、前記取付孔１８の径と同径で、センタプレート１２が前記サブプレート１０の凹部１１に挿入された後に、前記取付孔１８内に嵌入固定され、これにより、サブプレート１０とセンタプレート１２とを連結すると共に、相対的位置関係を規制している。
【００２６】
上述の制御機構７は、まず、サブプレート１０を建物２の梁４の下面に溶接などで固着される。それから、センタプレート１２をサブプレート１０の凹部１１内に挿入すると、その取付孔１８がサブプレート１０の制御孔１５内に監まされ、制御孔１５を介して取付孔１８にピン１３が嵌入され、固定される。すると、センタプレート１２の横方向の動きは、制御孔１５に規制を受けることになる。すなわち、センタプレート１２の横方向の動きは、センタプレートの長さｌからピン１３の径Ａを引き、且つ１／２の長さとなる。この横方向移動距離 （ｌ−Ａ）／２は、座屈拘束ブレース６の作動開始点を決定する層間変形角に対応している。
最後に、センタプレート１２の取付プレート１６ａ，１６ｂに座屈拘束ブレース６の連結部６ａを連結する。
なお、センタプレート１２は、その横方向の動きが妨げられるのを防止するため、梁４との間に少なくとも２ｍｍほどのクリアランス（ｃ）が持たされている。
【００２７】
以上のように構成された座屈拘束ブレースの作動制御装置の動作について説明する。
なお、以下に示す層間変形角（δ１）および（δ２）については、次のように定義した。
層間変形角（δ１）：座屈拘束ブレースが機能し始める層間変形角であり、層間変形角１/２００を想定して設定した。
層間変形角（δ２）：座屈拘束ブレースが降伏する層間変形角であり、層間変形角１/１００を想定して設定した。
【００２８】
また、建物２の層間変形角と層せん断力との関係について、建物２が層間変形角（δ１）に達するまでの間を第１段階とし、建物２が層間変形角（δ１）を超えて層間変形角（δ２）に達するまでの間を第２段階とし、層間変形角δ２を超えたときを第３段階として説明する。
【００２９】
（層間変形角：第１段階について）
図４に示す第１段階においては、主架構５の耐震性に依存し、座屈高速ブレース６は層せん断力を負担しない。これは、図５（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）に示すように、制御機構７が作動することによって、座屈拘束ブレース６を作動させることなく建物２にかかる応力を低減させているためである。
【００３０】
（層間変形角：第２段階について）
図４に示す第２段階においては、層せん断力が徐々に発生して層間変形角がδ２に達したときに層せん断力（Ｑｙ）を示す。これは、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、制御機構７において座屈拘束ブレース６を作動させる層間変形角δ１に達したため、座屈拘束ブレース６を作動させて建物２にかかる層せん断力を低減させると共に、建物２の地震応答変位を低減させるためである。
【００３１】
（層間変形角：第３段階について）
図４に示す第３段階では、座屈拘束ブレース６が降伏する。このとき、主架構５にもせん断力がかかり、層せん断力は一定値（Ｑｙ）を示す。
【実施例２】
【００３２】
図７において、本発明の実施例２が示されている。
実施例１では、座屈拘束ブレース６が応力を負担する際、ピン１３により応力の伝達を行ったが、制御機構７にストッパを設けることによって、ピン１３の応力の集中を回避して制御機構７の損傷を防ぐことができる。
なお、以降の実施例においては実施例１と同じ箇所には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
具体的には、図７に示すように、ストッパ２０ａ，２０ｂは、センタプレート１２の両移動方向線上に対になって梁４に設けられている。そして、センタプレート１２の端部とストッパ２０ａ，２０ｂとの間には予め定めた所定距離を有するように取り付けられ、この所定の距離Ｄは、建物２において座屈拘束ブレース６が作動する層間変形角と同等であり、前記実施例１に示すピン１３の横方向移動距離（ｌ−Ａ）／２と等しい。
【００３４】
すなわち、座屈拘束ブレース６が応力を負担する際、制御機構７を損傷させないよう、ピン１３で応力を伝達させるのではなく、センタプレート１２とストッパ２０ａ，２０ｂによって応力を伝達させる。したがって、制御孔１５は、その長さｌの設定はせずに、ピン１３のガイド孔として機能することになる。
【実施例３】
【００３５】
図８において、本発明の実施例３が示されている。
実施例１および２ではサブプレート１０に制御孔１５を設け、センタプレート１２の取付孔１８を設けて制御機構７を構成したが、センタプレート１２に制御孔１５'を設け、サブプレート１０に取付孔１８’を設けて構成しても実施することができる。
【００３６】
具体的には、図８に示すように、センタプレート１２の中心に設けられた制御孔１５’とサブプレート１０の中心に設けられた取付孔１８’とをピン１３で係合することで構成する。
【００３７】
（実験例）
静的載荷試験
実施例２に係る座屈拘束ブレースの作動制御装置１の一対の座屈拘束ブレース６を土台に固定し、次いで、梁４の先端にロードセルの受感シャフトを取り付けた。そして、地震の横揺れを想定し、油圧ジャッキにより、ロードセル本体を梁４の長手方向に複数サイクルにて往復振動させた。この振動において、座屈拘束ブレースの作動制御装置１からロードセルに作用する荷重と、梁４の長手方向における変位量とから、実施例１に係る変位−荷重曲線を求めた。
なお、層間変形角（δ１）を１／１５０として実験を行った。
【００３８】
図９に示すように、変形が約１８ｍｍに達すると、徐々にロードセルの荷重が上昇する。これは、上述の第１段階と同様に考えることができ、層間変形角δ１に達するまでは制御機構７が作動するため荷重が掛からないことを示し、また、上述の第２段階と同様にδ１に達した後、座屈拘束ブレース６が作動していることを示している。
【００３９】
（比較例）
解析対象建物を１３層の鉄骨造オフィスビルと想定する。解析モデルを表１に示す。
【表１】
【００４０】
座屈拘束ブレース６の剛性と耐力は一定とし、座屈拘束ブレース６が機能し始める層間変形角δ１をパラメータとする。層間変形角δ１は、１／４００，１／３００，１／２４０，１／２００とし、それぞれＴ４００タイプ、Ｔ３００タイプ、Ｔ２４０タイプ、Ｔ２００タイプとした。また、これらをまとめてＴシリーズとする。また、比較検討のため制御機構７を装着していないＦタイプ、主架構５のみのＳタイプについても解析を行った。
【００４１】
図１０（ａ）に示すように、進入度についてＴシリーズとＦタイプを比較すると、大きな違いは見られなかった。しかし、図１０（ｂ）に示すように、座屈拘束ブレース６の塑性率を比較すると、Ｆタイプに比べＴシリーズのほとんどのタイプで低減した。このことから、座屈拘束ブレースの作動制御装置１によって座屈拘束ブレース６の応力負担を低減することができる。
なお、図１０（ｂ）における塑性率において、塑性率１．０において座屈拘束ブレース６が損傷する目安となる。したがって、Ｔシリーズのほとんどは座屈拘束ブレースの損傷を受けない結果となり、Ｆタイプは全ての階層において座屈拘束ブレースが損傷していることが明らかである。
【００４２】
次にＴシリーズ内で比較すると、Ｔシリーズでは、各層の進入度が平均化していることが確認できる。各タイプで進入度に大きな違いが見られない。しかし、座屈拘束ブレース６の塑性率を比較すると、層間変形角が大きくなるにつれて、塑性率は小さくなる。特に、Ｔ２００タイプでは、座屈拘束ブレース６を弾性範囲内に留めつつ応答を低減させている。
【００４３】
以上のように、座屈拘束ブレースの作動制御装置１の制御機構７に、層間変形角を適切に設定することで、建物２の応答変位を外装材８の一般的な設計クライテリア以内に抑えながら、座屈拘束ブレース６を過度の応力負担から解放し、懸念される外装材８の直接的な損傷を避けることが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 座屈拘束ブレースの作動制御装置
３ 柱
４ 梁
５ 主架構
６ 座屈拘束ブレース
７ 制御機構
８ 外装材
１０ サブプレート
１１ 凹部
１２ センタプレート
１３ ピン
１５，１５’ 制御孔
１８，１８’ 取付孔
２０ａ，２０ｂ ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の層間変形角に対応して座屈拘束ブレースの作動を制御する座屈拘束ブレースの作動制御装置及びこれを用いた構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物における外装材の一般的な耐震安全性は、大地震に対しては、たとえば、外装材の脱落による避難路の阻害など外装材の破損による直接的な被害を生じさせないことが要求され、また、発生頻度の高い中小規模の地震に対しては、外装材に破損、過大変形を生じさせず、外装材の損傷により建物の居住性、経済性が損なわれないことが要求される。
【０００３】
このような耐震安全性の要求を満たすため、建物の応答変位を低減すると共に地震時のエネルギーを吸収する座屈拘束ブレースが建物の柱と梁の間に取り付けられており、その一例として、構造物の柱および梁の各々に固定する一対のガゼットと、内面にコンクリート層を有する一対の鋼材間にブレース板を挟持させた座屈拘束ブレースとを有し、前記ガゼットは前記柱および梁に固定する平面部と前記平面部から直立する舌部とを備え、前記舌部に前記ブレース板を受ける切込部を形成し、前記切込部に前記ブレース板の先端を挿入して前記舌部と前記ブレース板とを十字型に直交させて溶接する柱と梁の接合構造が知れられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の接合構造は、大地震時に座屈拘束ブレースがエネルギー吸収を十分に発揮し建物の応答変位を低減したとしても、座屈拘束ブレースが損傷することによって、この座屈拘束ブレースを支持材として取り付けられる外装材が損傷する直接的な原因となるおそれがある。
【０００６】
また、中小規模の地震時においては、座屈拘束ブレースが層間変形角１／１０００程度からエネルギー吸収部材として機能するため、外装材は座屈拘束ブレースの損傷による過大変形などの影響を受けるおそれがある。
ここで、層間変形角とは、地震時に対する建物の水平変位を階高で割った値である。
【０００７】
したがって、大地震時および中小規模地震時のどちらにおいても座屈拘束ブレースに過度の応力負担がかかるため、外装材は、座屈拘束ブレースの損傷による上記の影響を受けることになる。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、建物の地震応答変位を低減すると共に、座屈拘束ブレースにかかる応力負担を低減する座屈拘束ブレースの作動制御装置及びこれを用いた構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の座屈拘束ブレースの作動制御装置は、柱と梁からなる主架構を持つ構造物に、座屈拘束ブレースの一端を接続し、前記座屈拘束ブレースの他端を、２つの部材が所定の相対的距離の範囲内では力の伝達を無くす構成を持つ制御機構の一方の部材に連結し、他方の部材を前記構造物に連結したことを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
このため、前記制御機構により、中小地震時には、２つの部材が相対的距離の範囲内となり、構造物が一定の層間変形角至らず、座屈拘束ブレースへの力の伝達は無い。すなわち、座屈拘束ブレースに引張り又は圧縮作用である応力負担を無くすことになる。それを超える大地震時には、座屈拘束ブレースへの力の伝達が始まり、座屈拘束ブレースが作動する。すなわち、座屈拘束ブレースは、層せん断力を負担する。この制御機構は、主架構の所定の層間変形角まで、座屈拘束ブレースの作動を行わせない働きを担っている。これによって、構造物の応答変位を低減すると共に、座屈拘束ブレースの過度な応力負担から解放している。
【００１１】
また、前記制御機構は、一方の部材に細長い孔の制御孔を形成し、他方の部材にピンを取り付け、このピンを前記制御孔を通して両部材を連結したことを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
さらに、前記制御孔内のピンが移動する距離を前記構造物における所定の層間変形角と対応する長さとすることを特徴としている（請求項３）。
【００１３】
さらにまた、前記座屈拘束ブレースに固着の一方の部材の両移動方向線上に、一対のストッパを設けたことを特徴としている（請求項４）。
【００１４】
これにより、座屈拘束ブレースに固着の一方の部材が移動してストッパに当たるようになり、このストッパの構造物への取り付け位置を所定の層間変形角を所望の範囲内で調節することが可能となる。また、制御孔の長さの調節を不要とすることで、汎用性を向上させることができる。
【００１５】
柱と梁からなる主架構の構造物にあって、前記主架構に設けられる座屈拘束ブレースを、前記請求項１ないし４のいずれかに記載の座屈拘束ブレースの作動制御装置を介在して前記主架構の梁と梁又は柱との間に設けられたことを特徴としている（請求項５）。
【００１６】
これにより、座屈拘束ブレースの損傷と中小規模の地震時には応力負担を無くし、座屈拘束ブレース間のガラス製などの外装材への応力負担を一般的な設計クライテリア内に抑えられ、直接的な損傷を回避することができる。大地震時には、座屈拘束ブレースは作動を開始し、構造物の損傷を防ぐ作用が行われる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように請求項１の発明によれば、座屈拘束ブレースの作動制御装置が座屈拘束ブレースの作動を制御する制御機構を備えることにより、中小地震時には、制御機構を構成する２つの部材が相対的距離の範囲内となり、座屈拘束ブレースに引張り又は圧縮作用である応力負担を無くすことが可能となる。それを超える大地震時には、座屈拘束ブレースへの力の伝達が始まり、層せん断力を座屈拘束ブレースに負担させる。この制御機構は、主架構の所定の層間変形角まで、座屈拘束ブレースの作動を行わせない働きを担っている。これによって、座屈拘束ブレースの過度な応力負担から解放することができる。
また、請求項４の発明によれば、座屈拘束ブレースに固着の一方の部材が移動してストッパに当たるため、このストッパの構造物への取り付け位置を所定の層間変形角を所望の範囲内で調節することが可能となる。また、制御孔の長さの調節を不要とすることで、汎用性を向上させることができる。
さらに、請求項５の発明によれば、中小規模の地震時には構造物に取り付けられた座屈拘束ブレースの応力負担を無くすとともに損傷を防止するため、ガラス製などの外装材への応力負担を防止することができる。また、大地震時には、座屈拘束ブレースを作動させることで構造物の損傷を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、屈拘束ブレースの作動制御装置を示した構成図である。
【図２】図２は、制御機構の構成を示す図であり、（ａ）は制御機構の各部品を示した分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した各部品を組み上げたときの制御機構の構成図である。
【図３】図３は、屈拘束ブレースの作動制御装置の正面図である。
【図４】図４は、建物の層間変形角に対する層せん断力を示したグラフである。
【図５】図５は、それぞれの層間変形角における座屈拘束ブレースの作動制御装置を示したものであり、（ａ）は振動が入力されていない状態を示し、（ｂ）は層間変形角（δ１）の状態を示し、（ｃ）は、層間変形角（δ２）の状態を示したものである。
【図６】図６は、それぞれの層間変形角における屈拘束ブレースの作動制御装置の作動状態を示したイメージ図であり、（ａ）は振動が入力されていない状態を示し、（ｂ）は層間変形角（δ１）の状態を示し、（ｃ）は、層間変形角（δ２）の状態を示したものである。
【図７】図７は、実施例２における屈拘束ブレースの作動制御装置の正面図である。
【図８】図８は、実施例３における屈拘束ブレースの作動制御装置の正面図である。
【図９】図９は、座屈拘束ブレースの作動制御装置の変位に対する荷重の変化を示したグラフである。
【図１０】図１０は、座屈拘束ブレースを取り付けた建物の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、層間変形角に対するせん断力を示したものであり、（ｂ）は、各階層における座屈拘束ブレースの塑性率を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の座屈拘束ブレースの作動制御装置について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１において、建物２に座屈拘束ブレース６の作動制御装置１を付した例が示されている。この建物（構造物）２は、柱３群と、この柱３群との間に直交に設けられた梁４群とよりなる主架構５を有して構成され、この主架構５の柱３と梁４に多数の座屈拘束ブレース６が設けられている。この例では、座屈拘束ブレース６は、一端を下段の梁４に、他端を下記する制御機構７を介して上段の梁４に取り付けられている。詳しく図示しないが、座屈拘束ブレース６群間に、ガラス製の外装材８が取り付けられている。
【００２１】
前記座屈拘束ブレース６は、公知の構造のもので、たとえば、鋼材をブレース芯材として用いたものであり、このブレース芯材が両端の連結部を除いて内在するコンクリート（モルタル）及びコンクリートを外包する鋼材により拘束される構成となっている。
【００２２】
図２、図３において、前記制御機構７は、主架構５の梁４と座屈拘束ブレース６との間に介在され、建物２の梁４の下方に固定されるサブプレート１０と、このサブプレート１０と相対的に動かされるセンタプレート１２、両プレート１０、１２とを連結するピン１３とから構成されている。
【００２３】
前記サブプレート１０は、手前の前面部１０ａと、後方の後面部１０ｂとから構成され、前記前面部１０ａと後面部１０ｂとの間に凹部１１が設けられている。また、このサブプレート１０の前面部１０ａと後面部１０ｂとには、横方向に所定の長さｌを持つ細長い制御孔１５が形成されている。
【００２４】
センタプレート１２は、長方形状の板状の部材で、前記サブプレート１０の凹部１１に挿入され且つ摺動可能な所定の厚みを持ち、中央には、取付孔１８が形成され、その取り付け孔１８に下記するピン１３が嵌入される。この取付孔１８は、センタプレート１２が凹部１１に挿入されると、サブプレート１０に形成の制御孔１５内に監まされる。また、センタプレート１２の表面と裏面のそれぞれに前記座屈拘束ブレース６と結合するための取付プレート１６ａ，１６ｂを前記取付孔１８と端部との中間点に２箇所それぞれ設けられている。
【００２５】
前記ピン１３は、円柱状部材で、前記取付孔１８の径と同径で、センタプレート１２が前記サブプレート１０の凹部１１に挿入された後に、前記取付孔１８内に嵌入固定され、これにより、サブプレート１０とセンタプレート１２とを連結すると共に、相対的位置関係を規制している。
【００２６】
上述の制御機構７は、まず、サブプレート１０を建物２の梁４の下面に溶接などで固着される。それから、センタプレート１２をサブプレート１０の凹部１１内に挿入すると、その取付孔１８がサブプレート１０の制御孔１５内に監まされ、制御孔１５を介して取付孔１８にピン１３が嵌入され、固定される。すると、センタプレート１２の横方向の動きは、制御孔１５に規制を受けることになる。すなわち、センタプレート１２の横方向の動きは、センタプレートの長さｌからピン１３の径Ａを引き、且つ１／２の長さとなる。この横方向移動距離 （ｌ−Ａ）／２は、座屈拘束ブレース６の作動開始点を決定する層間変形角に対応している。
最後に、センタプレート１２の取付プレート１６ａ，１６ｂに座屈拘束ブレース６の連結部６ａを連結する。
なお、センタプレート１２は、その横方向の動きが妨げられるのを防止するため、梁４との間に少なくとも２ｍｍほどのクリアランス（ｃ）が持たされている。
【００２７】
以上のように構成された座屈拘束ブレースの作動制御装置の動作について説明する。
なお、以下に示す層間変形角（δ１）および（δ２）については、次のように定義した。
層間変形角（δ１）：座屈拘束ブレースが機能し始める層間変形角であり、層間変形角１/２００を想定して設定した。
層間変形角（δ２）：座屈拘束ブレースが降伏する層間変形角であり、層間変形角１/１００を想定して設定した。
【００２８】
また、建物２の層間変形角と層せん断力との関係について、建物２が層間変形角（δ１）に達するまでの間を第１段階とし、建物２が層間変形角（δ１）を超えて層間変形角（δ２）に達するまでの間を第２段階とし、層間変形角δ２を超えたときを第３段階として説明する。
【００２９】
（層間変形角：第１段階について）
図４に示す第１段階においては、主架構５の耐震性に依存し、座屈高速ブレース６は層せん断力を負担しない。これは、図５（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）に示すように、制御機構７が作動することによって、座屈拘束ブレース６を作動させることなく建物２にかかる応力を低減させているためである。
【００３０】
（層間変形角：第２段階について）
図４に示す第２段階においては、層せん断力が徐々に発生して層間変形角がδ２に達したときに層せん断力（Ｑｙ）を示す。これは、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、制御機構７において座屈拘束ブレース６を作動させる層間変形角δ１に達したため、座屈拘束ブレース６を作動させて建物２にかかる層せん断力を低減させると共に、建物２の地震応答変位を低減させるためである。
【００３１】
（層間変形角：第３段階について）
図４に示す第３段階では、座屈拘束ブレース６が降伏する。このとき、主架構５にもせん断力がかかり、層せん断力は一定値（Ｑｙ）を示す。
【実施例２】
【００３２】
図７において、本発明の実施例２が示されている。
実施例１では、座屈拘束ブレース６が応力を負担する際、ピン１３により応力の伝達を行ったが、制御機構７にストッパを設けることによって、ピン１３の応力の集中を回避して制御機構７の損傷を防ぐことができる。
なお、以降の実施例においては実施例１と同じ箇所には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
具体的には、図７に示すように、ストッパ２０ａ，２０ｂは、センタプレート１２の両移動方向線上に対になって梁４に設けられている。そして、センタプレート１２の端部とストッパ２０ａ，２０ｂとの間には予め定めた所定距離を有するように取り付けられ、この所定の距離Ｄは、建物２において座屈拘束ブレース６が作動する層間変形角と同等であり、前記実施例１に示すピン１３の横方向移動距離（ｌ−Ａ）／２と等しい。
【００３４】
すなわち、座屈拘束ブレース６が応力を負担する際、制御機構７を損傷させないよう、ピン１３で応力を伝達させるのではなく、センタプレート１２とストッパ２０ａ，２０ｂによって応力を伝達させる。したがって、制御孔１５は、その長さｌの設定はせずに、ピン１３のガイド孔として機能することになる。
【実施例３】
【００３５】
図８において、本発明の実施例３が示されている。
実施例１および２ではサブプレート１０に制御孔１５を設け、センタプレート１２の取付孔１８を設けて制御機構７を構成したが、センタプレート１２に制御孔１５'を設け、サブプレート１０に取付孔１８’を設けて構成しても実施することができる。
【００３６】
具体的には、図８に示すように、センタプレート１２の中心に設けられた制御孔１５’とサブプレート１０の中心に設けられた取付孔１８’とをピン１３で係合することで構成する。
【００３７】
（実験例）
静的載荷試験
実施例２に係る座屈拘束ブレースの作動制御装置１の一対の座屈拘束ブレース６を土台に固定し、次いで、梁４の先端にロードセルの受感シャフトを取り付けた。そして、地震の横揺れを想定し、油圧ジャッキにより、ロードセル本体を梁４の長手方向に複数サイクルにて往復振動させた。この振動において、座屈拘束ブレースの作動制御装置１からロードセルに作用する荷重と、梁４の長手方向における変位量とから、実施例１に係る変位−荷重曲線を求めた。
なお、層間変形角（δ１）を１／１５０として実験を行った。
【００３８】
図９に示すように、変形が約１８ｍｍに達すると、徐々にロードセルの荷重が上昇する。これは、上述の第１段階と同様に考えることができ、層間変形角δ１に達するまでは制御機構７が作動するため荷重が掛からないことを示し、また、上述の第２段階と同様にδ１に達した後、座屈拘束ブレース６が作動していることを示している。
【００３９】
（比較例）
解析対象建物を１３層の鉄骨造オフィスビルと想定する。解析モデルを表１に示す。
【表１】
【００４０】
座屈拘束ブレース６の剛性と耐力は一定とし、座屈拘束ブレース６が機能し始める層間変形角δ１をパラメータとする。層間変形角δ１は、１／４００，１／３００，１／２４０，１／２００とし、それぞれＴ４００タイプ、Ｔ３００タイプ、Ｔ２４０タイプ、Ｔ２００タイプとした。また、これらをまとめてＴシリーズとする。また、比較検討のため制御機構７を装着していないＦタイプ、主架構５のみのＳタイプについても解析を行った。
【００４１】
図１０（ａ）に示すように、進入度についてＴシリーズとＦタイプを比較すると、大きな違いは見られなかった。しかし、図１０（ｂ）に示すように、座屈拘束ブレース６の塑性率を比較すると、Ｆタイプに比べＴシリーズのほとんどのタイプで低減した。このことから、座屈拘束ブレースの作動制御装置１によって座屈拘束ブレース６の応力負担を低減することができる。
なお、図１０（ｂ）における塑性率において、塑性率１．０において座屈拘束ブレース６が損傷する目安となる。したがって、Ｔシリーズのほとんどは座屈拘束ブレースの損傷を受けない結果となり、Ｆタイプは全ての階層において座屈拘束ブレースが損傷していることが明らかである。
【００４２】
次にＴシリーズ内で比較すると、Ｔシリーズでは、各層の進入度が平均化していることが確認できる。各タイプで進入度に大きな違いが見られない。しかし、座屈拘束ブレース６の塑性率を比較すると、層間変形角が大きくなるにつれて、塑性率は小さくなる。特に、Ｔ２００タイプでは、座屈拘束ブレース６を弾性範囲内に留めつつ応答を低減させている。
【００４３】
以上のように、座屈拘束ブレースの作動制御装置１の制御機構７に、層間変形角を適切に設定することで、建物２の応答変位を外装材８の一般的な設計クライテリア以内に抑えながら、座屈拘束ブレース６を過度の応力負担から解放し、懸念される外装材８の直接的な損傷を避けることが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 座屈拘束ブレースの作動制御装置
３ 柱
４ 梁
５ 主架構
６ 座屈拘束ブレース
７ 制御機構
８ 外装材
１０ サブプレート
１１ 凹部
１２ センタプレート
１３ ピン
１５，１５’ 制御孔
１８，１８’ 取付孔
２０ａ，２０ｂ ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と梁からなる主架構を持つ構造物に、座屈拘束ブレースの一端を接続し、前記座屈拘束ブレースの他端を、２つの部材が所定の相対的距離の範囲内では力の伝達を無くす構成を持つ制御機構の一方の部材に連結し、他方の部材を前記構造物に連結したことを特徴とする座屈拘束ブレースの作動制御装置。
【請求項２】
前記制御機構は、一方の部材に細長い孔の制御孔を形成し、他方の部材にピンを取り付け、このピンを前記制御孔を通して両部材を連結した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作動制御装置。
【請求項３】
前記制御孔内のピンが移動する距離を前記構造物における所定の層間変形角と対応する長さと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作動制御装置。
【請求項４】
前記座屈拘束ブレースに固着の一方の部材の両移動方向線上に、一対のストッパを設けた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の作動制御装置。
【請求項５】
柱と梁からなる主架構の構造物にあって、前記主架構に設けられる座屈拘束ブレースを、前記請求項１ないし４のいずれかに記載の座屈拘束ブレースの作動制御装置を介在して前記主架構の梁と梁又は柱との間に設けられたことを特徴とする構造物。
【請求項１】
柱と梁からなる主架構を持つ構造物に、座屈拘束ブレースの一端を接続し、前記座屈拘束ブレースの他端を、２つの部材が所定の相対的距離の範囲内では力の伝達を無くす構成を持つ制御機構の一方の部材に連結し、他方の部材を前記構造物に連結したことを特徴とする座屈拘束ブレースの作動制御装置。
【請求項２】
前記制御機構は、一方の部材に細長い孔の制御孔を形成し、他方の部材にピンを取り付け、このピンを前記制御孔を通して両部材を連結した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作動制御装置。
【請求項３】
前記制御孔内のピンが移動する距離を前記構造物における所定の層間変形角と対応する長さと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作動制御装置。
【請求項４】
前記座屈拘束ブレースに固着の一方の部材の両移動方向線上に、一対のストッパを設けた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の作動制御装置。
【請求項５】
柱と梁からなる主架構の構造物にあって、前記主架構に設けられる座屈拘束ブレースを、前記請求項１ないし４のいずれかに記載の座屈拘束ブレースの作動制御装置を介在して前記主架構の梁と梁又は柱との間に設けられたことを特徴とする構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１０６２１７（Ｐ２０１１−１０６２１７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６４５９５（Ｐ２００９−２６４５９５）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（５９２２１８３００）学校法人神奈川大学 (243)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（５９２２１８３００）学校法人神奈川大学 (243)
【Ｆターム（参考）】
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