JP2018138715A - Brace - Google Patents
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Abstract
【課題】建物の耐力が急激に喪失される現象を回避することができ、結果として建物の構造強度が向上するブレースを提供すること。【解決手段】柱及び梁を有する構造物を補強する、少なくとも一つのブレース材からなるブレースにおいて、上記ブレース材の両端に位置し、少なくとも上記柱及び／又は梁に接合される２つの接合部と、一の上記接合部側に位置する第１直線部、及び他の上記接合部側に位置する第２直線部を有し、該第１直線部及び該第２直線部は所定角度をもって連設されて連設部を形成しており、上記ブレース材が該所定角度に折り曲げられた状態となっていることを特徴とするブレース。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brace capable of avoiding a phenomenon in which the yield strength of a building is suddenly lost, and as a result, the structural strength of the building is improved. SOLUTION: In a brace made of at least one brace material for reinforcing a structure having columns and beams, two joints located at both ends of the brace material and joined to at least the columns and / or beams. , A first straight line portion located on the joint portion side, and a second straight line portion located on the other joint portion side, and the first straight line portion and the second straight line portion are continuously provided at a predetermined angle. The brace is formed by forming a continuous portion, and the brace material is bent at a predetermined angle. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、鉄骨建物の構造部材であるブレースに関するものである。 The present invention relates to a brace that is a structural member of a steel building.
建物の構造材であるブレース（筋交い）は、柱や梁に接続される斜材であり、地震や風などの水平力が建物に作用した際に、それに抵抗する役割を担うものである。しかし、地震や風などの水平力が建物に作用すると、ブレースには圧縮と引張の軸力が発生する。ブレースが過大な圧縮力を受けると、材軸と直交方向に変形する座屈現象が起こる。ブレースが座屈すると、圧縮耐力が急激に失われることから、建物が倒壊するなどの危険性がある。
かかる観点から建物の強度を向上させるために、建物の構造体やブレースに関して種々提案もなされている。
たとえば、特許文献１には、軸方向の剛性を変化させ地震等に対応可能とするために、軸方向に対して湾曲又は屈曲させた主部材を軸方向力の抵抗材として用い、湾曲又は屈曲する面内で、全機種部材の中央部には前記軸方向と直角な方向に力を加え、主部材の軸方向の変形量をコントロールする逝去装置を向けてあることを特徴とする建物架構の軸方向可変剛性材が提案されている。また、特許文献２には、建造物の強度を高めながら工事費用をより抑制し、工事期間をさらに短縮することが可能となるブレース構造として、湾曲させてなるブレースが提案されている。
Braces, which are structural materials for buildings, are diagonal members connected to columns and beams, and play a role in resisting horizontal forces such as earthquakes and winds that act on buildings. However, when horizontal forces such as earthquakes and winds act on the building, the brace generates compressive and tensile axial forces. When the brace receives an excessive compressive force, a buckling phenomenon that deforms in a direction orthogonal to the material axis occurs. If the brace buckles, the compressive strength is lost rapidly, and there is a risk that the building will collapse.
In order to improve the strength of the building from this point of view, various proposals have been made regarding the building structure and braces.
For example, in Patent Document 1, a main member bent or bent with respect to the axial direction is used as a resistance material for the axial force in order to change the axial rigidity to cope with an earthquake or the like. In the surface of the building frame, the center part of all model members is directed with a removal device that applies a force in a direction perpendicular to the axial direction and controls the deformation amount of the main member in the axial direction. Axial variable stiffness materials have been proposed. Patent Document 2 proposes a curved brace as a brace structure that can further reduce the construction cost while increasing the strength of the building and further reducing the construction period.
しかしながら、上述の提案に係るブレースでは未だ十分に建物の構造強度を挙げることができていない。その原因として、地震や風などの水平力が建物に作用すると、ブレースには圧縮と引張の軸力が発生するところ、ブレース材が過大な圧縮力を受けると、材軸と直交方向に変形する座屈現象が生じることが挙げられる。この座屈現象により、ブレースが座屈すると、圧縮耐力が急激に失われ、建物が倒壊するのである。
このため、座屈により圧縮耐力が急激に失わることがなく、建物の強度を向上させることができるブレースの開発が要望されていた。
However, the braces according to the above-mentioned proposals still cannot sufficiently increase the structural strength of the building. As a cause, when horizontal force such as earthquake or wind acts on the building, compression and tension axial force is generated in the brace. When the brace material receives excessive compression force, it deforms in the direction perpendicular to the material axis. A buckling phenomenon occurs. When the brace buckles due to this buckling phenomenon, the compressive strength is suddenly lost and the building collapses.
For this reason, there has been a demand for the development of a brace capable of improving the strength of a building without causing a sudden loss of compressive strength due to buckling.
したがって、本発明の目的は、建物の耐力が急激に喪失される現象を回避することができ、結果として建物の構造強度が向上するブレースを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a brace capable of avoiding a phenomenon in which the strength of a building is suddenly lost and consequently improving the structural strength of the building.
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。即ち、特許文献１記載の発明のように補強するのでは、従来のブレース同様に座屈現象が生じ、更には特許文献２記載の発明のように湾曲させた場合にも座屈現象が生じていた。この原因を追究し鋭意検討した結果、圧縮軸力下で、座屈よりも曲げによる降伏が先行するようにすればよいことを見出し、そのためのブレース形状について種々検討した結果本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
１．柱及び梁を有する構造物を補強する、少なくとも一つのブレース材からなるブレースにおいて、
上記ブレース材の両端に位置し、少なくとも上記柱及び／又は梁に接合される２つの接合部と、
一の上記接合部側に位置する第１直線部、及び他の上記接合部側に位置する第２直線部を有し、該第１直線部及び該第２直線部は所定角度をもって連設されて連設部を形成しており、上記ブレース材が該所定角度に折り曲げられた状態となっている
ことを特徴とするブレース。
２．上記連設部は上記ブレース材のほぼ中央に設けられていることを特徴とする１記載のブレース。
３．２つのブレース材からなり、
各ブレース材はそれぞれ一端側の接合部が上方の梁の中央部に形成され、他端側の接合部が構造物の下方に形成されていることを特徴とする１又は２記載のブレース。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention. That is, if the reinforcement is performed as in the invention described in Patent Document 1, a buckling phenomenon occurs as in the case of the conventional brace, and further, a buckling phenomenon occurs even when bent as in the invention described in Patent Document 2. It was. As a result of investigating the cause and diligently examining it, it was found that yielding by bending precedes buckling under compression axial force, and as a result of various studies on the brace shape for that purpose, the present invention was completed. It came.
That is, the present invention provides the following inventions.
1. In a brace made of at least one brace material that reinforces a structure having columns and beams,
Two joints located at both ends of the brace material and joined to at least the pillars and / or beams;
A first linear portion located on one of the joint portions, and a second linear portion located on the other joint portion side, and the first linear portion and the second straight portion are continuously provided at a predetermined angle. The brace is characterized by forming a continuous portion and the brace material being bent at the predetermined angle.
2. 2. The brace according to claim 1, wherein the connecting portion is provided at substantially the center of the brace material.
3. Made of two brace materials,
3. The brace according to claim 1 or 2, wherein each brace material has a joint at one end formed at the center of the upper beam and a joint at the other end formed below the structure.
本発明のブレースは、建物の耐力が急激に喪失される現象を回避することができ、結果として建物の構造強度が向上するものである。 The brace of the present invention can avoid the phenomenon that the yield strength of the building is suddenly lost, and as a result, the structural strength of the building is improved.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１に示す本実施形態のブレース１は、柱２及び梁４を有する構造物Ａを補強するものであり、少なくとも一つのブレース材１０からなる。
ブレース１は、ブレース材１０の両端に位置し、柱及び／又は梁に接合される２つの接合部１２ａ、１２ｂと、
一の接合部１２ａ側に位置する第１直線部１４、及び他の接合部１２ｂ側に位置する第２直線部１６を有し、第１直線部１４及び第２直線部１６は所定角度をもって連設されて連設部１８を形成しており、ブレース材１０が所定角度に折り曲げられた状態となっている。
以下、さらに詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
A brace 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 reinforces a structure A having columns 2 and beams 4 and is composed of at least one brace material 10.
The brace 1 is located at both ends of the brace material 10 and has two joint portions 12a and 12b joined to columns and / or beams,
The first straight portion 14 located on the one joining portion 12a side and the second straight portion 16 located on the other joining portion 12b side are provided. The bracing material 10 is bent at a predetermined angle.
This will be described in more detail below.
＜構造物＞
本実施形態において、構造物Ａは柱２と梁４と土台６とからなる矩形状のフレームを基本構造体としてなる。構造物Ａの下方両隅における柱２と土台６との接合部分において接合部１２ｂが設けられており、上方における梁４のほぼ中央部において梁４とブレース材１０とを接合することで接合部１２ａが形成されている。
本実施形態において構造物Ａを構成する柱、梁、土台、ブレースはそれぞれＨ鋼により形成されており、それらの材料は通常建築用構造体に用いられるものを特に制限なく用いることができる。
<Structure>
In the present embodiment, the structure A has a rectangular frame made up of the pillar 2, the beam 4, and the base 6 as a basic structure. A joint portion 12b is provided at the joint portion between the pillar 2 and the base 6 at the lower corners of the structure A, and the joint portion is obtained by joining the beam 4 and the brace material 10 at substantially the center of the beam 4 at the upper portion. 12a is formed.
In the present embodiment, the pillars, beams, foundations, and braces constituting the structure A are each formed of H steel, and those materials that are usually used for building structures can be used without particular limitation.
＜ブレース＞
本実施形態において、ブレースは２つ設けられており、各ブレース材１０はそれぞれ一端側の接合部１２ａが上方の梁４の中央部に形成され、他端側の接合部１２ｂが構造物の下方に形成されている。
各ブレースを形成するブレース材１０は、長さ方向ほぼ中央に連設部１８が設けられており、第１直線部１４と第２直線部１６とはほぼ同じ長さとされている。本実形態においては、直線状のＨ形鋼２つを、所定角度をもって溶接により接合して一つのブレース材とされており、この接合部分により連設部１８が形成されている。
本実施形態のブレース１は、ブレース材１０の長さ方向の中央付近に設けられた連設部１８が折れ点となり、外部から力がかかった際にこの連設部１８の部材角度が変化する。これにより圧縮軸力下で偏心による曲げモーメントが発生し、座屈よりも曲げ降伏が先行する機構となる。
このような機能を発揮するためには、上述のような所定角度に折れ曲がった形態となされた連設部１８の存在が必須であるが、更には図２に示すブレース材が直線状だったと仮定した線Ｂ（図２の直線Ｂ部分）とブレース材１０との偏心角度（図２参照）を適切な範囲に設定することが重要である。
ここで偏心角度は３度〜１５度の範囲とするのが好ましく、３度〜１０度の範囲とするのがさらに好ましく、３度〜５度とするのが最も好ましい。この範囲内とすることにより後述する実施例にも記載するように、高い耐力と靱性を両立させることができるので、好ましい。
<Brace>
In this embodiment, two braces are provided, and each brace material 10 has a joint portion 12a on one end side formed at the center of the upper beam 4, and a joint portion 12b on the other end side below the structure. Is formed.
The brace material 10 that forms each brace is provided with a continuous portion 18 at substantially the center in the length direction, and the first straight portion 14 and the second straight portion 16 have substantially the same length. In this embodiment, two straight H-shaped steels are joined together by welding at a predetermined angle to form one brace material, and a continuous portion 18 is formed by this joined portion.
In the brace 1 of the present embodiment, the connecting portion 18 provided near the center in the length direction of the brace material 10 becomes a break point, and the member angle of the connecting portion 18 changes when a force is applied from the outside. . As a result, a bending moment due to eccentricity occurs under the compression axial force, resulting in a mechanism in which bending yielding precedes buckling.
In order to exert such a function, it is essential that the connecting portion 18 bends at a predetermined angle as described above, but it is further assumed that the brace material shown in FIG. 2 is linear. It is important to set the eccentric angle (see FIG. 2) between the line B (the straight line B portion in FIG. 2) and the brace material 10 within an appropriate range.
Here, the eccentric angle is preferably in the range of 3 to 15 degrees, more preferably in the range of 3 to 10 degrees, and most preferably in the range of 3 to 5 degrees. By setting it within this range, as described in the examples described later, it is possible to achieve both high yield strength and toughness, which is preferable.
＜作用効果＞
本実施形態のブレースの作用効果について説明する。
鉄骨構造建物を純ラーメン構造とする場合、Ｈ形鋼の梁の強軸回りに発生する曲げモーメントにより、梁が曲げ降伏し、耐力が決定する。そのときの降伏後の耐力劣化は小さい。しかし、水平剛性が不足し、必要剛性を確保すると耐力が余る傾向がある。
本実施形態の構造物と同様のＫ形ブレース付ラーメン架構は水平荷重が加わったとき、ブレースは部材ごとに引張力と圧縮力を受ける。圧縮力が作用することで座屈が発生する。ブレースの座屈によって構造物の耐力が決定し、座屈後は耐力が急激に低下する。通常のブレースでは、圧縮側ブレースの座屈後の耐力低下を考慮することは稀で、ブレースの座屈点を保有水平耐力時として評価することが多い。ブレース座屈点のラーメン部材の塑性化は限定的であり、強度型の設計となり、靱性に期待していない。そのため、鋼材の靱性を生かした設計になっていない。ブレースは水平剛性が高く、非常に小さい水平変位で座屈が発生し、終局耐力に達する。このとき、ラーメン構造の水平耐力への寄与は極端に小さい。さらに、連層ブレースがある場合は、脚部の引き抜き対策が課題になる。また、ラーメンが繰り返し水平力を受け、ブレースに引張力や圧縮力が繰り返し作用すると、曲げ変形による塑性歪が発生する。この要因のみで疲労破断に至る可能性は低いが、同時に局部座屈が発生していると、塑性歪は局部座屈部に集中するため、早期に破断に至る。ブレースが破断すると圧縮側のみならず引張側の耐力も失われる。
近年では、このような課題を解消する方法として、座屈拘束ブレース（アンボンドブレース）が利用されている。この座屈拘束ブレースは、芯となる中心鋼材を鋼管とコンクリートで拘束し、座屈させずに安定的に塑性化するようにしたブレースであり、中心鋼材とコンクリートの間には特殊な緩衝材（アンボンド材）を用い、鋼管とコンクリートには軸力が加わらないようになっている。この組み合せにより、引張・圧縮ともに同性状の安定した履歴特性をもつ、制振ダンパー・耐震部材として利用されている。しかし、このような座屈拘束ブレースは、高価であると共に製造が容易ではなく、施工も高度な技術が必要である。
これに対して本実施形態のブレースは、ブレース１の中央部に折点となる連設部１８を有するので、この連設部１８が存在することにより、線Ｂから構面内にブレース材１０が偏心して、偏心距離が設けられている。この偏心距離を存在することにより、圧縮軸力下で座屈より曲げ降伏が先行する。その結果塑性挙動は安定し、さらに、鋼材の靭性能を利用することができる。
<Effect>
The effect of the brace of this embodiment is demonstrated.
When a steel structure building has a pure ramen structure, the beam is bent and yielded by the bending moment generated around the strong axis of the H-shaped steel beam, and the yield strength is determined. At that time, the yield strength deterioration after yielding is small. However, the horizontal rigidity is insufficient, and if the required rigidity is ensured, the yield strength tends to be excessive.
When a horizontal load is applied to the K-shaped braided ramen frame similar to the structure of this embodiment, the brace receives a tensile force and a compressive force for each member. Buckling occurs due to the compression force. The yield strength of the structure is determined by the buckling of the brace, and the yield strength decreases rapidly after buckling. In a normal brace, it is rare to consider a decrease in yield strength after buckling of the compression side brace, and the buckling point of the brace is often evaluated as the retained horizontal strength. The plasticization of the brace buckling point ramen member is limited, is a strength-type design, and does not expect toughness. Therefore, it is not designed to take advantage of the toughness of steel. The brace has high horizontal rigidity, buckling occurs with a very small horizontal displacement, and the ultimate strength is reached. At this time, the contribution of the ramen structure to the horizontal strength is extremely small. Furthermore, when there are multi-layer braces, measures for pulling out the legs become a problem. Further, when the ramen is repeatedly subjected to a horizontal force and a tensile force or a compressive force is repeatedly applied to the brace, plastic strain due to bending deformation occurs. Although this factor alone is unlikely to lead to fatigue failure, if local buckling occurs at the same time, plastic strain concentrates on the local buckling portion, resulting in early failure. When the brace breaks, not only the compression side but also the tensile strength is lost.
In recent years, buckling restrained braces (unbonded braces) have been used as a method for solving such problems. This buckling-restrained brace is a brace that constrains the central steel material used as the core with steel pipes and concrete so that it can be stably plasticized without buckling. A special cushioning material is provided between the central steel material and concrete. (Unbonded material) is used so that axial force is not applied to the steel pipe and concrete. With this combination, it is used as a damping damper and earthquake-resistant member that has stable hysteresis characteristics with the same properties for both tension and compression. However, such a buckling-restrained brace is expensive and not easy to manufacture, and requires advanced techniques for construction.
On the other hand, the brace of the present embodiment has a continuous portion 18 that becomes a break point at the center portion of the brace 1. Is eccentric and an eccentric distance is provided. Due to the existence of this eccentric distance, bending yielding precedes buckling under compression axial force. As a result, the plastic behavior is stabilized and the toughness of the steel can be utilized.
このため、本実施形態のブレースによると以下の効果が得られる。
（１）座屈より降伏が先行し安定的な崩壊をする。
（２）ブレースとフレームの協和性が得られる。
（３）偏心距離と断面を変えることにより、耐力と剛性を調整できる。
（４）引き抜きの問題が軽減できる。
（５）アンボンドブレースよりも経済性と施工性が良い。
（６）K形ブレースよりも開口を大きく取れる。
以下、（2）〜（4）について詳しく述べる。
曲げブレースは、圧縮軸力下で偏心が増大する方向に曲げ変形が生じる。従って一般的なブレースよりも軸剛性が小さくなり、水平剛性が低下する。そのため、Ｋ形ブレース付ラーメン架構と純ラーメン架構の両者の中間の剛性と耐力を持つ。結果としてラーメン架構の水平耐力への寄与が大きくなる。その結果上記の（２）〜（４）の効果が得られる。
For this reason, according to the brace of this embodiment, the following effects are obtained.
(1) Yielding precedes buckling and causes stable collapse.
(2) Brace and frame compatibility can be obtained.
(3) Strength and rigidity can be adjusted by changing the eccentric distance and cross section.
(4) The problem of pulling out can be reduced.
(5) Economical and workability is better than unbonded braces.
(6) Larger opening than K-shaped brace.
Hereinafter, (2) to (4) will be described in detail.
The bending brace undergoes bending deformation in a direction in which eccentricity increases under a compression axial force. Accordingly, the shaft rigidity is smaller than that of a general brace, and the horizontal rigidity is lowered. Therefore, it has intermediate rigidity and proof strength between both the frame structure with K-type braces and the pure frame structure. As a result, the contribution to the horizontal strength of the rigid frame is increased. As a result, the effects (2) to (4) are obtained.
本発明は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上述の実施形態においては、２つのブレース材を用いるＫ型ブレースについて説明したが、これに制限されず一つのブレース材により形成されたブレースとしてもよく、３つ以上のブレース材により形成してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, a K-type brace using two brace materials has been described. However, the present invention is not limited to this, and a brace formed by one brace material may be used. May be.
以下、本発明について実施例及び比較例を示してさらに具体的に説明するが本発明はこれらに何ら制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not restrict | limited to these at all.
〔実施例１〕
ＳＮ４００,Ｆ=２３５Ｎ/ｍｍ2の鋼材（Ｈ形鋼）を用いて、図１に示す構造物を得た。なお、柱・梁・土台には幅広系列のＨ−４００×４００×１３×２１（たとえば新日鉄住金社製など）を、ブレース材にはＨ−２００×２００×８×１２（たとえば新日鉄住金社製など）を用いた。
得られた構造物を用いて、水平荷重の静的増分解析を公知の手法により行った。その結果を図３に示す。また、解析条件は後述する。
また、比較対象として、ブレースを用いていない構造物（純ラーメン架構）と通常の直線状のＫ形ブレースを用いた構造物とについて、同様に静的増分解析を行った。その結果を合わせて図３に示す。
図３に示す結果から明らかなように、本発明のブレースを有する構造物の水平耐力はブレースのない場合よりも高いのはもちろん、通常のブレースを有する構造物のブレースが座屈するときの水平耐力より高いことがわかる。また、ブレースのない構造物と同等の変形性能を有することがわかる。このことから本発明のブレースは高い耐力と靱性を両立させて有するものであることがわかる。
解析条件
スパン6400mm×高さ3800mmの1フレーム
鋼材：SN400（基準強度F＝235N/mm2）
柱・梁：H-400×400×13×21
K形ブレース：P-318.5×6
曲げブレース：H-200×200×8×12
[Example 1]
The structure shown in FIG. 1 was obtained using steel material (H-section steel) of SN400, F = 235 N / mm 2 . In addition, a wide series of H-400 × 400 × 13 × 21 (for example, manufactured by Nippon Steel & Sumikin Co., Ltd.) is used for columns, beams, and foundations, and H-200 × 200 × 8 × 12 (for example, manufactured by Nippon Steel & Sumikin Co., Ltd.) for brace materials. Etc.) were used.
Using the obtained structure, static incremental analysis of horizontal load was performed by a known method. The result is shown in FIG. Analysis conditions will be described later.
For comparison, static incremental analysis was similarly performed on a structure using no brace (pure ramen frame) and a structure using a normal straight K-shaped brace. The results are shown in FIG.
As is apparent from the results shown in FIG. 3, the horizontal strength of the structure having the brace of the present invention is higher than that without the brace, and the horizontal strength when the brace of the structure having the normal brace buckles. You can see that it is higher. Moreover, it turns out that it has a deformation | transformation performance equivalent to the structure without a brace. This shows that the brace of the present invention has both high yield strength and toughness.
Analysis condition <br/> One frame steel with span 6400mm x height 3800mm: SN400 (reference strength F = 235N / mm 2 )
Pillar / Beam: H-400 × 400 × 13 × 21
K-shaped brace: P-318.5 × 6
Bending brace: H-200 × 200 × 8 × 12
Claims (3)
上記ブレース材の両端に位置し、少なくとも上記柱及び／又は梁に接合される２つの接合部と、
一の上記接合部側に位置する第１直線部、及び他の上記接合部側に位置する第２直線部を有し、該第１直線部及び該第２直線部は所定角度をもって連設されて連設部を形成しており、上記ブレース材が該所定角度に折り曲げられた状態となっている
ことを特徴とするブレース。
In a brace made of at least one brace material that reinforces a structure having columns and beams,
Two joints located at both ends of the brace material and joined to at least the pillars and / or beams;
A first linear portion located on one of the joint portions, and a second linear portion located on the other joint portion side, and the first linear portion and the second straight portion are continuously provided at a predetermined angle. The brace is characterized by forming a continuous portion and the brace material being bent at the predetermined angle.
The brace according to claim 1, wherein the continuous portion is provided at substantially the center of the brace material.
各ブレース材はそれぞれ一端側の接合部が上方の梁の中央部に形成され、他端側の接合部が構造物の下方に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のブレース。
Made of two brace materials,
3. The brace according to claim 1 or 2, wherein each brace material has a joint portion on one end side formed at a central portion of the upper beam and a joint portion on the other end side formed below the structure. .
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| JP2017032986A JP6913929B2 (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Brace |
Applications Claiming Priority (1)
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