(57)【要約】【課題】通常の木造構造物にも設置でき、装置コストが抑えられる構造物耐震フレームを提供する。【解決手段】木造構造物を構成する垂直なフレーム１の四隅に通常設けられるアンカーボルト３を、フレーム１の縦部材７に上下方向に対してホールダウン金物５により固定し、このアンカーボルト３の周囲に、座屈拘束のためのスリーブ１１を遊嵌してアンボンドブレースを形成し、地震の振動エネルギーを吸収するダンパーとする。地震時にフレーム１に加わる水平力に対して、このフレーム１が水平方向の変形を生じる前に、アンカーボルト３が降伏するように、フレーム１の水平剛性を高めておく。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木造構造物を構成する垂直なフレームであって、前記フレームの隅に設けられるアンカーボルトの周囲に座屈拘束のためのスリーブを遊嵌して形成するアンボンドブレースと、前記アンカーボルトを前記フレームの縦部材に上下方向に対して固定し、前記縦部材に対する姿勢が剛性を有するホールダウン金物と、地震時に前記フレームに加わる水平力に対して、前記フレームが水平方向の変形を生じる前に、前記アンカーボルトが降伏する程度以上に、前記フレームの水平剛性を高めるための手段と、を備えたことを特徴とする構造物耐震フレーム。
【請求項２】
前記アンカーボルトを上下方向に対して固定するホールダウン金物は、前記アンカーボルトの上下に設けられたナットにより、挟まれることで、前記上下方向に対しての固定をおこなうことを特徴とする請求項１に記載の構造物耐震フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、木造構造物の耐震性を高めるための構造物耐震フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
木造構造物の耐震性を高めるためは、いろいろな工夫がなされている。
（Ａ）地震の水平力により木造建物に生じる振動エネルギーを吸収する吸収能力を向上する工夫。
＜フレームの剪断変形を利用するダンパー＞
たとえば、図５に示すように、フレーム１０１の剪断変形を利用して制震する技術がある。すなわち、四角形の木造フレーム１０１に対角線状に設けられた斜め材１０３である筋かいに、ダンパー１０５を設ける。そして、木造フレーム１０１に剪断変形が起こると、斜め材１０３に圧縮や引っ張りが生じ、この圧縮や引っ張りに伴って、ダンパー１０５が伸縮し、その伸縮の際に振動エネルギーを吸収する。
【０００３】
＜柱下端のベースプレートを基礎に固定するアンカーボルトに、座屈を拘束するためのスリーブを遊嵌し、アンボンドブレースとするダンパー＞
また、特許文献１の技術が開示されている。すなわち、図６に示すように、木造ではなく、主に鉄骨造であるが、一般に柱１０７の下端に水平に固定される小さなベースプレート１０９は、このベースプレート１０９の四隅に設けられるアンカーボルト１１１によって、基礎コンクリート１１３に固定される。この技術では、このアンカーボルト１１１に、座屈を拘束するためのスリーブ１１５を遊嵌し、アンボンドブレース１１７とする。
【０００４】
よって、基礎コンクリート１１３内に水平方向の動きを完全に封じられたアンボンドブレース１１７を、ダンパーとして設けることになり、柱１０７が左右へ振れると、ベースプレート１０９が垂直面内で微少量ローリングし（図６中に曲げモーメント「Ｍ」の方向で表される）、このローリングによって、ベースプレート１０９の左右が上下し、この上下により、アンボンドブレース１１７であるダンパーに圧縮や引っ張りが生じ、この圧縮や引っ張りに伴って伸縮が起き、その伸縮の際に、アンカーボルト１１１が降伏することで、大きな振動エネルギーを吸収する。
【０００５】
（Ｂ）木造構造物の全体が一体に保持される工夫。
＜アンカーボルトとホールダウン金物＞
すなわち、図７に示すように、木造構造物が地震時に基礎や土台から外れてしまわないようにする工夫である。すなわち、基礎コンクリート１１９には、上向きに、長いアンカーボルト１２１が設けられ、基礎コンクリート１１９の上に横置きにされる木製の土台１２３を貫通する。この土台１２３の上には、柱１２５の下端が据え付けられるが、アンカーボルト１２１は、ホールダウンと呼ばれる金物１２７によって、柱１２５の下端の側面に固定される。同様に、図示しないが、梁にも下向きに、長いアンカーボルトが設けられ、柱の上端の側面に、同様の金物によって固定される。これにより、地震時に柱１２５が土台や梁から抜けて外れるのを防ぐ。これらのアンカーボルト１２１は、引っ張り強度部材であり、圧縮には弱く、簡単に座屈する。
【０００６】
なお、発明者は、アンボンドブレースに関し、長年、優れた研究を継続している専門家であり、基礎的な特許も取得している（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２５６８８５
【特許文献２】特許３９６５２１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、フレーム１０１の剪断変形を利用するダンパー１０５には、一般に、専用のダンパーを用意しなければならず、装置コストが高くなる。
また、特許文献１の柱１０７下端のベースプレート１０９を基礎に固定するアンカーボルト１１１に、座屈を拘束するためのスリーブ１１５を遊嵌し、アンボンドブレース１１７とするダンパーでは、スリーブ１１５を遊嵌するだけなので、装置コストは抑えられる。しかし、曲げモーメントＭを生ぜしめるために、柱１０７下端のベースプレート１０９が必須の構成要素となり、そのようなベースプレート１０９を有さない、通常の木造構造物の柱には、装置を設置できない。
この発明は、以上の問題点を解決するために、通常の木造構造物にも設置でき、装置コストが抑えられる構造物耐震フレーム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】
以上の課題を解決するために、第一発明は、木造構造物を構成する垂直なフレームであって、前記フレームの隅に設けられるアンカーボルトの周囲に座屈拘束のためのスリーブを遊嵌して形成するアンボンドブレースと、前記アンカーボルトを前記フレームの縦部材に上下方向に対して固定し、前記縦部材に対する姿勢が剛性を有するホールダウン金物と、地震時に前記フレームに加わる水平力に対して、前記フレームが水平方向の変形を生じる前に、前記アンカーボルトが降伏する程度以上に、前記フレームの水平剛性を高めるための手段と、を備えたことを特徴とする構造物耐震フレームである。
第二発明は、さらに、前記アンカーボルトを上下方向に対して固定するホールダウン金物は、前記アンカーボルトの上下に設けられたナットにより、挟まれることで、前記上下方向に対しての固定をおこなうことを特徴とする構造物耐震フレームである。
【発明の効果】
【００１０】
第一、又は第二発明によれば、通常の木造構造物を構成する垂直なフレームでは、フレームの隅に設けられることが多いアンカーボルトを、フレームの縦部材に上下方向に対してホールダウン金物により固定し、このアンカーボルトの周囲に、座屈拘束のためのスリーブを遊嵌してアンボンドブレースを形成し、ダンパーとする。すなわち、水平剛性を高めたフレームは、地震時に、垂直面内で踊るようなロッキング運動をおこし、その際に、アンカーボルトは圧縮力と引張力を受け、降伏し、地震の振動エネルギーを吸収する。
よって、通常の木造構造物に容易に設置できる。また、スリーブを遊嵌するだけなので、装置コストは抑えられる。
【００１１】
もっとも、地震時に、垂直なフレームに加わる水平力に対して、フレームが水平方向の変形を生じてしまうと、地震の振動エネルギーはこの変形に使われ、破壊が生じてしまう。このために、フレームが水平方向の変形を生じる前に、アンカーボルトが降伏する程度以上に、フレームの水平剛性を高めておく。このように水平剛性を高めたフレームは、木造構造物のあまり多くない個所にだけ設けることが可能なので、装置コストはやはり抑えられる。
第二発明によれば、さらに、上下のナットを用いる簡易な構造により、アンカーボルトの上下方向に対しての固定がおこなえ、装置コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施形態にかかる構造物耐震フレームを示す全体の正面図である。
【図２】（Ａ）は、図１の要部ＩＩ（Ａ）を示す拡大図、（Ｂ）は、（Ａ）の平面図である。
【図３】水平剛性を高めたフレームが地震時におこすロッキング運動を示すもので、（Ａ）はフレームの下端中央を中心としたロッキング運動を示す正面図、（Ｂ））はフレームの両端を中心としたロッキング運動を示す正面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は、図３のロッキング運動によりアンカーボルトに加わる圧縮力と引張力を説明する図である。
【図５】（Ａ）は従来のフレームを示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）に設けられ剪断変形を利用するダンパーを示す図である。
【図６】従来の柱下端のベースプレートを基礎に固定するアンカーボルトを利用してアンボンドブレースとするダンパーを示す図である。
【図７】従来のアンカーボルトとホールダウン金物を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の実施形態を、図１から図４に示す。
「全体概略」
図１、図２に示すように、この実施形態の構造物耐震フレームは、木造構造物を構成する壁などの垂直なフレーム１として用いられる。このフレーム１の下の各隅には、各々、多くの木造構造物の場合でそうであるように、アンカーボルト３とホールダウン金物５が対で設けられる。
【００１４】
そして、このアンカーボルト３をフレーム１の縦部材７に、ホールダウン金物５により、上下方向に対して固定する。すなわち、ホールダウン金物５は、アンカーボルト３の上下に設けられたナット９Ａ，９Ｂにより、挟まれることで、上下方向に対しての固定をおこなう。さらに、アンカーボルト３の周囲に座屈拘束のためのスリーブ１１を遊嵌して、アンボンドブレース１２を形成する。
【００１５】
このアンボンドブレース１２は、心材であるアンカーボルト３の座屈を拘束し起こさせないようにするので、降伏するまで圧縮力を受けることができ、この圧縮に伴う変形により大きなエネルギーを吸収することができる。
さらに、フレーム１は水平剛性を高めておく。すなわち、地震時にフレーム１に加わる水平力に対して、フレーム１が水平方向の変形を生じる前に、アンカーボルト３が降伏する程度に、あるいはそれ以上に、フレーム１の水平剛性を高めておく。
【００１６】
「各説」
＜フレーム＞
図１に示すように、このフレーム１は、木造構造物の１階で壁を構成する垂直なフレーム１として、用いられる。すなわち、木造構造物の基礎コンクリート１３の上には、木製土台１５が据え付けられ、その上に、このフレーム１の下端が接続する。フレーム１の上端は、梁１６に接続する。
このフレーム１は、幅が狭く、縦に長い四角形を有し、この四角形に沿った枠１７が設けられる。枠１７の左右の縦枠１８は、いわば小さな柱である。この枠１７は、上下方向に、６つの区画に区切られ、各区画では、斜め材１９が、表面と裏面でＸ字状に、設けられる。また、枠１７が、一対の縦部材７である柱２０の間に設けられ、全体としてフレーム１となる。このようにしてフレーム１は高い剛性を有する。
この剛性の高さは、地震時にフレーム１に加わる水平力に対して、フレーム１が水平方向の変形を生じる前に、アンカーボルト３が降伏する程度に、あるいはそれ以上に、フレーム１の水平剛性が高くなるように設定する。
【００１７】
フレーム１の下の二隅には、アンカーボルト３とホールダウン金物５の対が設けられる。すなわち、基礎コンクリート１３には、上向きに、長いアンカーボルト３が埋め込まれて設けられる。そして、アンカーボルト３は、基礎コンクリート１３の上に横置きに据え付けられる木製の土台１５を貫通する。この土台１５の上には、柱２０の下端が据え付けられるが、アンカーボルト３は、ホールダウンと呼ばれる金物５によって、縦部材７である柱２０の下端の側面に固定される。
【００１８】
＜アンボンドブレース＞
図２に示すように、ホールダウン金物５は、柱２０の側面に沿って密着して固定される柱側プレート２１を有し、この柱側プレート２１に直角な状態で溶接され、縦に配置される取付プレート２３が、２枚互いに平行に設けられる。２枚の取付プレート２３の先端には、コの字状断面のコの字金具２５が被せられ溶接される。コの字金具２５のコの字状の間に、アンカーボルト３が挿通される。
【００１９】
コの字金具２５と２枚の取付プレート２３を貫通して、２本の水平ボルト２７が、アンカーボルト３に近接し直行して、設けられ、ナット９Ｃ，９Ｄにより締め付けられる。また、アンカーボルト３には、雄ネジ２９が形成される。この雄ネジ２９に螺合して二つのナット９Ａ，９Ｂが上下に設けられ、ホールダウン金物５を、上下から挟む。これにより、アンカーボルト３は、柱２０に、図中の左右前後方向のみならず、上下方向に対しての固定がされる。
さらに、アンカーボルト３の周囲に座屈拘束のためのスリーブ１１を遊嵌して、アンボンドブレース１２を形成する。スリーブ１１は、上端が、下のナット９の近くに位置し、下端が土台１５の上に位置する。
【００２０】
このスリーブ１１は、心材であるアンカーボルト３を囲んで、アンカーボルト３の座屈を拘束し起こさせないようにするもので、アンカーボルト３には固着していない。このために、アンカーボルト３は降伏するまで圧縮力を受けることができ、この圧縮に伴う変形により大きなエネルギーを吸収することができる。
【００２１】
「実施形態の作用・効果」
この実施形態によれば、以下の作用・効果を有する。
（１）すなわち、通常の木造構造物を構成する垂直なフレーム１では、フレーム１の下の各隅に設けられることが多い。そのアンカーボルト３を、フレーム１の柱２０である縦部材７に上下方向に対してホールダウン金物５により固定し、このアンカーボルト３の周囲に、座屈拘束のためのスリーブ１１を遊嵌することでアンボンドブレース１２を形成し、容易に、ダンパーとすることができる。
【００２２】
（２）そして、図３に示すように、水平剛性を高めたフレーム１は、地震時に、垂直面内で踊るようなロッキング運動をおこす。このロッキング運動は、はフレーム１の下端中央を中心としたロッキング運動（図３（Ａ））、あるいは、フレーム１の両端を中心としたロッキング運動（図３（Ｂ））となる。
どちらのロッキング運動であっても、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、アンカーボルト３は圧縮力と引張力を交互に受ける。
【００２３】
すなわち、フレーム１がロッキング運動すると、図４（Ｂ）に示すように、フレーム１の縦部材７である柱が左右へ振れる。この振れにより、縦部材７である柱２０、ホールダウン金物５、アンカーボルト３とスリーブ１１で構成されるアンボンドブレース１２、および、土台１５の四つで形成される四角形（上下に細長い四角形）も、左右に振れる。このとき、ホールダウン金物５は、縦部材７である柱２０に対する姿勢が剛性を有するので、この四角形の図中右上の角は、９０度を維持したまま、揺れる。これに比べ、四角形の他の３つの角は、それほど剛性が高くなく、いわば、相対的にピン結合とみなせるような動きをする。そのため、四角形の図中左の辺に相当するアンボンドブレース１２は、縦部材７である柱が右へ揺れれば、引っ張られ、逆に縦部材７である柱が左へ揺れれば、圧縮される。図中の作図から、引張に伴う伸びはδ１となり、圧縮に伴う縮みはδ２となることがわかる。
【００２４】
そして、このアンボンドブレース１２を構成するアンカーボルト３は、スリーブ１１によって座屈を起こさせないように拘束されるので、降伏するまで圧縮力を受けることができ、この圧縮に伴う変形により大きなエネルギーを吸収することができる。また、引張力により、圧縮変形したものが再び伸ばされるので、次の圧縮で再度、圧縮変形を起こす。このような繰り返しで、地震による大きなエネルギーを吸収する。このエネルギーを吸収により、フレーム１の地震による破壊が免れる。吸収したエネルギーは、主に、アンカーボルト３内の熱に変換され、空気中へ放出される。
また，アンボンドブレースの変形には、このほかにロッキングに伴う変形が加わりエネルギー吸収を更に増大する。
【００２５】
（３）通常の木造構造物には、アンカーボルト３及びホールダウン金物５は、もともと設置される必要があるものだから、このアンカーボルト３の周囲に、スリーブ１１を遊嵌することでアンボンドブレース１２を形成することで成立するこの実施形態のダンパーは、容易に設置できるのみならず、装置コストが抑えられる。
【００２６】
（４）地震時に、垂直なフレーム１に加わる水平力に対して、フレーム１が水平方向の変形を生じてしまうと、地震の振動エネルギーはこの変形に使われ、破壊が生じてしまう。その時には、この実施形態のアンボンドブレース１２からなるダンパーには、エネルギーは吸収されにくくなる。
【００２７】
そうすると、この実施形態の効果は弱くなる。そこで、弱くならないように、フレーム１が水平方向の変形を生じる前に、アンカーボルト３が降伏する程度に、あるいはその程度以上に、フレーム１の水平剛性を高めてお必要がある。しかし、このように水平剛性を高めたフレーム１は、木造構造物のすべての壁に適用する必要はない。木造構造物に十分な耐震性が得られる範囲で、木造構造物のあまり多くない個所にだけ設けることが可能なので、装置コストはやはり抑えられる。
【００２８】
（５）剛性を高めたフレーム１が、各隅をアンカーボルト３で固定され、これらのアンカーボルト３は上下方向に対してホールダウン金物５により固定されることにより、フレーム１は減衰定数が増大し、よって揺れにくくなる。このため、地震によりフレーム１に生じる振動エネルギーを、アンカーボルト３が吸収することが可能となり、木造フレーム１でありながら耐震性能の大幅な向上が可能となる。
【００２９】
（６）アンカーボルト３を上下方向に対して固定するために、ホールダウン金物５は、アンカーボルト３の上下に設けられたナット９Ａ，９Ｂにより、挟まれるという簡易な構造とすることで、装置コストを抑えることができる。
【００３０】
（７）従来技術である図５に示すように、フレーム１の剪断変形を利用するダンパーによって振動エネルギーを吸収する技術があり、この技術のダンパーにアンボンドブレース１２を用いることが考えられるものの、その場合にはフレーム１を構成する長い斜め材１９の座屈を拘束するために、長い装置が必要となり、装置の製造コストが増加してしまう。これに対して、この実施形態では、アンカーボルト３は、長さを長くする必要がなく、その分、装置の製造コストを抑えることができる。
【００３１】
「他の実施形態」
以上の実施形態では、フレーム１の剛性を高め、振動エネルギーの吸収は、専ら、フレーム１の隅に設けられたアンボンドブレース１２によって行うものであったが、他の実施形態では、この隅に設けられたアンボンドブレース１２だけではなく、フレーム１を構成する斜め材１９にもアンボンドブレース１２であるダンパーを設け、２種類のアンボンドブレースを混在させてエネルギー吸収を高めてもよい。
【００３２】
また、この場合に、フレーム１を構成する斜め材１９のダンパーには、ボンドブレース以外のダンパーを設けても構わない。
これら場合には、フレーム１の剛性はやや低くなるものの、それほど低くはならない範囲に設定され、地震時に前記フレーム１に加わる水平力に対して、フレーム１が水平方向の変形を生じる前に、前記アンカーボルト３が降伏する程度以上に、フレーム１の水平剛性は維持される。
【００３３】
以上の実施形態では、フレーム１の下の隅に設けられるアンカーボルト３を利用し構成されたアンボンドブレース１２によってダンパーが設けられるものであったが、他の実施形態では、フレーム１の上の隅に設けられるアンカーボルト３を利用し構成されたアンボンドブレースによってダンパーが設けられるものとしてもよい。
【００３４】
以上の実施形態では、基礎コンクリート１３の上に据えられる木製土台１５の上に設けられるフレーム１に対してダンパーが設けられるものであったが、他の実施形態では、基礎コンクリート１３や土台１５が存在しない、木造の2階に設けられるフレームに対してダンパーが設けられるものであってもよい。
【００３５】
以上の実施形態では、フレーム１の水平剛性を高めるための手段は、複数の斜め材１９であったが、他の実施形態では、フレーム１の材質自体に、強度の高いものを採用して、水平剛性を高めるものでもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１：フレーム、３：アンカーボルト、５：ホールダウン金物、７：縦部材、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ：ナット、１１：スリーブ、１３：基礎コンクリート、１５：土台、１７：枠、１９：斜め材、２１：柱側プレート、２３：取付プレート、２５：コの字金具、２７：水平ボルト、２９：雄ネジ。
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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