(57)【要約】【課題】建築物における板座屈を抑制する。【解決手段】板座屈抑制構造１１は、貫通孔１２を有する板状部１３と、板状部１３を補強する補強部１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する板状部と、
前記板状部を補強する補強部と、
を備える板座屈抑制構造。
【請求項２】
前記補強部は前記貫通孔に挿通される筒体である
ことを特徴とする請求項１に記載の板座屈抑制構造。
【請求項３】
前記板状部は四角形状をなし、
前記貫通孔内において、前記板状部の２つの対角線が交差する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板座屈抑制構造。
【請求項４】
前記板状部は鋼板であり、
前記補強部は前記貫通孔に接合される鋼管である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の板座屈抑制構造。
【請求項５】
前記鋼管の外周に接合されるリブを備える
ことを特徴とする請求項４に記載の板座屈抑制構造。
【請求項６】
前記板状部及び前記補強部は鋼材で構成され、
前記板状部及び前記補強部のうち一方は他方よりも降伏点の低い低降伏点鋼からなる
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の板座屈抑制構造。
【請求項７】
前記板状部は間柱の途中に配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の板座屈抑制構造。
【請求項８】
柱及び梁を有する建築物における板座屈抑制構造であって、
前記板状部は、前記柱と前記梁との接合部に配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の板座屈抑制構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の板座屈抑制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物の板座屈抑制構造の一例として、柱に対して水平方向にかかるせん断力を吸収するパネルダンパーがある。こうしたパネルダンパーには、中央部分に凹レンズ形状の窪みを設けて、塑性変形能力を向上させたものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パネルダンパーの塑性変形で吸収しようとする水平方向の変位が大きくなるほど、パネルダンパーを垂直方向にも長くする必要があるが、パネルの厚さを変えずに垂直方向に長くすると、座屈しやすくなる、という課題がある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、板座屈を抑制することができる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する板座屈抑制構造は、貫通孔を有する板状部と、前記板状部を補強する補強部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、板座屈を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】板座屈抑制構造の第１実施形態を示す斜視図。
【図２】図１の板座屈抑制構造の正面図。
【図３】図２における３−３線矢視断面図。
【図４】板座屈抑制構造の第２実施形態を示す斜視図。
【図５】板座屈抑制構造の第１実施形態の変更例を示す斜視図。
【図６】板座屈抑制構造の第２実施形態の変更例を示す斜視図。
【図７】板座屈抑制構造の変更例を示す斜視図。
【図８】板座屈抑制構造の変更例を示す斜視図。
【図９】板座屈抑制構造の変更例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、板座屈抑制構造の実施形態について、図面に従って説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の板座屈抑制構造１１は、鉄骨造、軽量鉄骨造、または鉄筋コンクリート造などの建築物の間柱２１の途中に配置される。間柱２１は、例えば、ウエブ２１ａ及びウエブ２１ａの両端から延びるフランジ２１ｂを有するＨ鋼であり、ウエブ高をＷｈ、フランジ幅をＤｈとする。
【００１０】
板座屈抑制構造１１は、貫通孔１２を有する板状部１３と、板状部１３を補強する補強部１４とを備える。本実施形態において、貫通孔１２は円形をなし、補強部１４は、貫通孔１２に挿通される筒体である。板状部１３の上端側と下端側は、例えば板状の接合部材１５を介して、ボルト等の固定部材１６で間柱２１のウエブ２１ａに固定される。板状部１３の本体部分の高さ寸法をＨｐ、横幅の寸法をＷｐとするときに、間柱２１であるＨ鋼のウエブ高Ｗｈが板状部１３の横幅Ｗｐより大きい場合、板状部１３の上端側と下端側を拡幅しつつ延長して、その拡幅した延長部分をウエブ２１ａに接合するとよい。
【００１１】
本実施形態において、板状部１３は間柱２１の途中に配置される鋼板であり、補強部１４は貫通孔１２に挿通される円筒状の鋼管である。鋼管からなる補強部１４は、位置がずれないように、貫通孔１２に挿通した状態で溶接しておくとよい。この場合、すみ肉溶接などの簡単な溶接でよいので、熱影響による品質低下は生じにくい。
【００１２】
板状部１３と補強部１４は、一方を普通鋼（例えば下降伏点が２３５Ｎ／ｍｍ２、上降伏点が３２５Ｎ／ｍｍ２）とし、他方を普通鋼より降伏点が低い低降伏点鋼（例えば下降伏点が１００Ｎ／ｍｍ２、上降伏点が２２５Ｎ／ｍｍ２）としてもよい。
【００１３】
板状部１３を低降伏点鋼とした場合、貫通孔１２を設けることによって実質的な座屈長さが短くなるので、板座屈が生じにくくなる。また、低降伏点鋼からなる板状部１３にかかる応力が、貫通孔１２に接合された普通鋼からなる補強部１４に分散するので、局所的な応力集中が起こりにくい。
【００１４】
一方、補強部１４を低降伏点鋼とした場合、補強部１４の局所変形を普通鋼からなる板状部１３が拘束するので、補強部１４が変形しにくくなる。このとき、補強部１４の周囲に応力が分散することによって、板座屈抑制構造１１の全体に応力を分散させることができる。なお、塑性変形能力を高めたい場合には板状部１３を低降伏点鋼にし、板状部１３の剛性を優先するときには補強部１４を低降伏点鋼にするとよい。
【００１５】
図２に示すように、板状部１３は四角形状（例えば、縦横比が１：１となる正方形状）をなし、貫通孔１２及び貫通孔１２の内縁に沿って配置される補強部１４の内周側で、２つの対角線１３ａ，１３ｂが交差することが好ましい。すなわち、補強部１４は対角線１３ａ，１３ｂと交差する位置に配置するとよい。
【００１６】
図３に示すように、板状部１３の厚さ寸法Ｄｐは、筒体である補強部１４の軸方向の長さ寸法Ｌｐよりも小さいことが好ましい。これにより、補強部１４である筒体を貫通孔１２に挿通した場合、筒体の両端は板状部１３の両面から突出する。補強部１４の長さ寸法Ｌｐは、間柱２１の幅以下とすることが好ましい。例えば、間柱２１がＨ鋼である場合には、長さ寸法Ｌｐをフランジ幅Ｄｈ（図１参照）以下にするとよい。
【００１７】
次に、本実施形態の板座屈抑制構造１１の作用について説明する。
四角形状の板状部１３に対して水平方向にせん断力がかかると、互いに交差する２つの対角線１３ａ，１３ｂのうちの一方に沿って引張力が、他方に沿って圧縮力が作用する。このとき、板状部１３が圧縮力により座屈すると、急激に耐力が低下する。特に、地震などの振動時により大きい変位を許容しようとすると、板状部１３の高さ寸法Ｈｐを長くする必要があり、こうした長尺化に伴って座屈が起きやすくなる。また、長尺化した板状部１３の座屈を抑制するために幅厚比（板幅／板厚）を大きくしようとすると、板状部１３の厚みが増すため、材料となる鋼材等の総量が増加して、コスト及び重量が増してしまう。
【００１８】
その点、板座屈抑制構造１１の板状部１３に貫通孔１２を設けると、対角線１３ａ，１３ｂに沿って延びる部分の幅厚比が実質的に小さくなり、また、細長比（座屈長さ／断面２次半径）が小さくなる。そして、補強部１４で板状部１３を補強することにより、板状部１３の耐力の低下が抑制される。そのため、板状部１３の厚みを増すことなく、座屈を抑制することができる。
【００１９】
そして、板座屈抑制構造１１においては、間柱２１にかかる引張力と圧縮力が板状部１３から円筒状の補強部１４に伝達され、円筒状の補強部１４の周方向に流れる。このように、板状部１３にかかるせん断応力を板座屈抑制構造１１の全体に分散させることによって、板状部１３の座屈が抑制される。
【００２０】
なお、貫通孔１２の形状及び補強部１４の断面形状を円形にすると、局所的な応力集中が起こりにくい。また、貫通孔１２の形状と補強部１４の断面形状とを一致させて、貫通孔１２の内縁（貫通孔１２が円形の場合は内周縁）の全体を補強部１４の外縁（補強部１４が筒体の場合は外周縁）と接触させると、両者の間で効率よく力が伝達される。
【００２１】
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）間柱２１に設けられた板座屈抑制構造１１がパネルダンパーとして機能することによって、間柱２１を備える建築物の制震性を向上することができる。
【００２２】
（２）間柱２１の途中に板座屈抑制構造１１を入れることによって、板状部１３の塑性変形が限界を超えた場合には、板座屈抑制構造１１を交換することができる。
（３）貫通孔１２に挿通される筒体によって、貫通孔１２が変形しにくくなるので、板状部１３の破壊を抑制することができる。また、板状部１３が受けるせん断力が貫通孔１２を介して筒体である補強部１４に伝達されるので、せん断力を構造全体で効率よく吸収することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、板座屈抑制構造１１の第２実施形態について、図４を参照して説明する。
なお、第２実施形態において第１実施形態と同じ符号を付したものは第１実施形態と同様の構成を備えるので説明を省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明を行う。
【００２４】
本実施形態の板座屈抑制構造１１は、柱２２及び梁２３を有する建築物において、柱２２と梁２３が交差する部分に配置される点が上記実施形態と異なっている。柱２２及び梁２３がＨ鋼である場合、柱２２と梁２３が交差する部分には、柱２２のウエブ２２ａ及び梁２３のウエブ２３ａにつながる板状部１７ａと、柱２２のフランジ２２ｂ及び梁２３のフランジ２３ｂにつながる突縁部１７ｂとを有する仕口部材１７を配置するとよい。
【００２５】
仕口部材１７の板状部１７ａは、貫通孔１２を有して、板座屈抑制構造１１を構成する。すなわち、本実施形態の板状部１７ａは、柱２２と梁２３との接合部に配置される。また、板状部１７ａの貫通孔１２には、鋼管からなる補強部１４が挿通される。板状部１７ａ及び補強部１４は、柱２２及び梁２３と同様の鋼材（例えば普通鋼）により構成することができる。
【００２６】
仕口部材１７は、工場等において、板状部１７ａに貫通孔１２を設けて補強部１４を取り付け、さらに柱２２及び梁２３のうち何れか一方に接合した状態に加工して現場に搬入すると作業性がよい。なお、仕口部材１７は、建築物の施工現場において、柱２２及び梁２３に接合した後に、貫通孔１２を設けたり補強部１４を取り付けたりしてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の板座屈抑制構造１１の作用について説明する。
本実施形態において、板座屈抑制構造１１を構成する板状部１７ａは、架構を構成する仕口部材１７の一部であるので、耐震補強のために追加する部材は補強部１４を構成する鋼管のみで済む。そして、柱２２と梁２３の接合部分にかかるせん断力を、貫通孔１２を有する板状部１７ａと貫通孔１２に接合された補強部１４とに分散することにより、板状部１７ａのせん断座屈が抑制される。
【００２８】
以上詳述した実施形態によれば、上記（３）に加えて、次のような効果が発揮される。
（４）柱２２と梁２３との接合部に生じるせん断応力を板状部１７ａで吸収することができる。
【００２９】
上記実施形態は、以下に示す変更例のように変更してもよい。また、上記実施形態に含まれる構成と下記変更例に含まれる構成とを任意に組み合わせてもよいし、下記変更例に含まれる構成同士を任意に組み合わせてもよい。なお、以下の説明において、既出の構成要素と同様の機能を有するものには同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３０】
・図５及び図６に示すように、板座屈抑制構造１１は、複数（例えば３枚）の板状部１３，１７ａを備えてもよい。板状部１３，１７ａの数は、任意に変更することができる。この場合、補強部１４は複数の板状部１３，１７ａに設けられた貫通孔１２に挿通する１つの筒体としてもよい。
【００３１】
第１実施形態の間柱２１の途中に、複数の板状部１３を備える板座屈抑制構造１１を配置する場合、図５に示すように、板状部１３の上下端をそれぞれ板部材１８に接合し、この板部材１８を介して、板座屈抑制構造１１を間柱２１に接続するとよい。
【００３２】
・図７に示すように、板座屈抑制構造１１は、板状部１３の側端（両側端）に接合されるフランジプレート１９を備えてもよい。フランジプレート１９は、板状部１３の片面側にのみ突出してもよいし、両面側に突出してもよい。板座屈抑制構造１１が板状部１３の上下端に接合される板部材１８を備える場合、フランジプレート１９の上下端も板部材１８に溶接等により接合するとよい。フランジプレート１９により、板状部１３の水平方向への変形を許容しつつ、板状部１３の板座屈を抑制することができる。
【００３３】
・板部材１８の横幅の寸法は、板状部１３の横幅の寸法Ｗｐと同じでもよいし、板状部１３の横幅の寸法Ｗｐより小さくてもよい。この場合、フランジプレート１９は、板部材１８よりも上または下に延びてもよい。
【００３４】
・フランジプレート１９は、間柱２１のフランジ２１ｂまたは柱２２のフランジ２２ｂに接続してもよい。
・板部材１８を備える板座屈抑制構造１１を第２実施形態の柱２２と梁２３が交差する部分に配置する場合、板部材１８を梁２３のフランジ２２ｂに接続してもよい。
【００３５】
・フランジプレート１９を備える板座屈抑制構造１１は、板部材１８を備えなくてもよい。例えば、第１実施形態の間柱２１の途中にフランジプレート１９を備える板座屈抑制構造１１を配置する場合、板部材１８を介さず、板状部１３をウエブ２１ａにつなぐとよい。
【００３６】
・板状部１３の横幅の寸法Ｗｐは間柱２１または柱２２であるＨ鋼のウエブ高Ｗｈと同じでもよいし、ウエブ高Ｗｈより大きくてもよい。
・板座屈抑制構造１１は、木造建築物において採用してもよい。この場合、板座屈抑制構造１１を構成する板状部は、柱及び梁と同様の材料（木材）により構成するとよい。
【００３７】
・貫通孔１２の形状及び補強部１４の断面形状は円形に限らず、例えば楕円形または多角形など、任意に変更することができる。また、貫通孔１２の形状と補強部１４の断面形状とが異なっていてもよい。
【００３８】
・板状部１３に複数の貫通孔１２を設けてもよい。この場合、複数の貫通孔１２は、対角線１３ａ，１３ｂと交差する位置に配置するとよい。
・補強部１４は、貫通孔１２の開口に沿って板状部１３の外面に取り付けられる環状部材であってもよいし、貫通孔１２に沿って板状部１３の外面から突出する突縁部であってもよい。すなわち、補強部１４は、必ずしも貫通孔１２に挿通しなくてもよい。また、貫通孔１２に貫通する筒体と貫通孔１２に沿って突出する突縁部の両方を設けてもよい。
【００３９】
・補強部１４は、貫通孔１２と交差するように延びるリブであってもよい。例えば、対角線１３ａ，１３ｂに沿って延びる直線状のリブを補強部１４とすることもできる。この場合、リブは単独で設けてもよいし、貫通孔１２に貫通された筒体または貫通孔１２に沿って突出する突縁部と併せて設けてもよい。
【００４０】
・図８に示すように、板座屈抑制構造１１は、補強部１４としての鋼管の外周に接合する板状のリブ２０を備えてもよい。この構成によれば、リブ２０により、補強部１４の補強効果を高めることができる。このようなリブ２０は、複数（例えば３枚）の板状部１３を有する板座屈抑制構造１１に採用する場合、複数の板状部１３にそれぞれ設けるとよい。リブ２０は、板状部１３の片面にのみ設けてもよいし、両面に設けてもよい。また、リブ２０の板状部１３の面からの突出長さは、補強部１４としての鋼管と同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００４１】
リブ２０は、例えば、鋼管に対して水平に配置される水平リブ２０ｈであってもよいし、鋼管に対して垂直に配置される垂直リブ２０ｖであってもよいし、その両方であってもよい。その他、対角線１３ａ，１３ｂ（図２参照）に沿って延びる直線状のリブなど、鋼管の外周の任意の位置に、任意の数のリブ２０を配置することができる。リブ２０は、鋼管に溶接等により接合することが好ましく、さらに、板状部１３にも接合することが好ましい。
【００４２】
・図９に示すように、板座屈抑制構造１１は、板状部１３の上下端に接合される板部材１８と、板状部１３の側端に接合されるフランジプレート１９と、補強部１４としての鋼管の外周に接合する板状のリブ２０と、を備えてもよい。この場合、板状のリブ２０は、板部材１８に対しても接合することが好ましい。複数（例えば３枚）の板状部１３を有する板座屈抑制構造１１に採用する場合、リブ２０は、複数の板状部１３にそれぞれ設けるとよい。板部材１８及びフランジプレート１９は、複数の板状部１３にそれぞれ設けてもよいし、複数の板状部１３に対して１枚の板部材１８を接合してもよい。
【００４３】
・第１実施形態の間柱２１の途中に配置される板状部１３の外縁付近に、図４に示す突縁部１７ｂのようなフランジを設けて、このフランジを補強部１４としてもよい。この場合、フランジは単独で設けてもよいし、貫通孔１２に貫通された筒体または貫通孔１２に沿って突出する突縁部と併せて設けてもよい。この場合、フランジは、板状部１３の一面からのみ突出してもよいし、両面から突出してもよい。
【００４４】
・補強部１４は、中空部を有する筒体でなく、中空部を有さない棒状の部材であってもよい。例えば、補強部１４は、円形の貫通孔１２に挿通される棒状部材であってもよい。
・補強部１４が中空部を有する筒体の場合、筒体の端部に蓋を付けてもよい。また、補強部１４が中空部を有する場合、中空部に弾性体を入れて応力を吸収するようにしてもよいし、中空部にコンクリート等を入れて補強部１４及び貫通孔１２の変形を抑制してもよい。
【００４５】
以下に、上述した実施形態及び変更例から把握される技術的思想及びその作用効果を記載する。
［思想１］
貫通孔を有する板状部と、
前記板状部を補強する補強部と、
を備えることを特徴とする板座屈抑制構造。
【００４６】
上記［思想１］によれば、板状部は貫通孔がある分、幅厚比（板幅／板厚）が実質的に小さくなる（あるいは、細長比（座屈長さ／断面２次半径）が小さくなる）。そして、補強部で補強されることによって板状部の耐力の低下が抑制されるので、座屈が生じにくくなる。
【００４７】
［思想２］
前記補強部は前記貫通孔に挿通される筒体である
ことを特徴とする［思想１］に記載の板座屈抑制構造。
【００４８】
上記［思想２］によれば、貫通孔に挿通される筒体によって、貫通孔が変形しにくくなるので、板状部の破壊を抑制することができる。また、板状部が受けるせん断力が貫通孔を介して筒体に伝達されるので、せん断力を構造全体で効率よく吸収することができる。
【００４９】
［思想３］
前記板状部は四角形状をなし、
前記貫通孔内において、前記板状部の２つの対角線が交差する
ことを特徴とする［思想１］または［思想２］に記載の板座屈抑制構造。
【００５０】
上記［思想３］によれば、四角形状の板状部において、一方の対角線に沿って生じる引張力と、他方の対角線に沿って生じる圧縮力に起因する変位が貫通孔で吸収されるので、板状部の座屈を抑制することができる。また、貫通孔に筒体を挿通した場合には、上述の引張り力と圧縮力の両方が筒部に伝わるので、板状部にかかる引張力と圧縮力を筒部に分散して、せん断力を構造全体で効率よく吸収することができる。
【００５１】
［思想４］
前記板状部は鋼板であり、
前記補強部は前記貫通孔に接合される鋼管である
ことを特徴とする［思想１］から［思想３］のうちいずれか１つに記載の板座屈抑制構造。
【００５２】
上記［思想４］によれば、鉄骨造、軽量鉄骨造、または鉄筋コンクリート造などの建築物において、板座屈を抑制することができる。
［思想５］
前記鋼管の外周に接合されるリブを備える
ことを特徴とする［思想４］に記載の板座屈抑制構造。
【００５３】
上記［思想５］によれば、リブにより、補強部の補強効果を高めることができる。
［思想６］
前記板状部及び前記補強部は鋼材で構成され、
前記板状部及び前記補強部のうち一方は他方よりも降伏点の低い低降伏点鋼からなる
ことを特徴とする［思想１］から［思想５］のうちいずれか１つに記載の板座屈抑制構造。
【００５４】
上記［思想６］によれば、板状部が低降伏点鋼の場合、貫通孔を設けることによって、板座屈が生じにくくなる。また、貫通孔に鋼管を挿通することにより、貫通孔への局所的な応力集中が起こりにくいので、構造全体に応力を分散させることができる。一方、鋼管が低降伏点鋼の場合、鋼管の局所変形を板状部が拘束するので、鋼管が変形しにくくなるとともに、鋼管の周囲に応力が分散することによって、構造全体に応力を分散させることができる。そのため、塑性変形能力の向上による制震を優先する場合には板状部を低降伏点鋼にし、剛性を優先する場合には補強部を低降伏点鋼にすればよい。
【００５５】
［思想７］
前記板状部は間柱の途中に配置される
ことを特徴とする［思想１］から［思想６］のうちいずれか１つに記載の板座屈抑制構造。
【００５６】
上記［思想７］によれば、間柱の途中に板座屈抑制構造を入れることによって、板状部の塑性変形が限界を超えた場合には、板座屈抑制構造を交換することができる。
［思想８］
柱及び梁を有する建築物の板座屈抑制構造であって、
前記板状部は、前記柱と前記梁との接合部に配置される
ことを特徴とする［思想１］から［思想５］のうちいずれか１つに記載の板座屈抑制構造。
【００５７】
上記［思想８］によれば、柱と梁との接合部に生じるせん断応力を板状部で吸収することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１１…板座屈抑制構造、１２…貫通孔、１３…板状部、１３ａ…対角線、１３ｂ…対角線、１４…補強部、１５…接合部材、１６…固定部材、１７…仕口部材、１７ａ…板状部、１７ｂ…突縁部、２１…間柱、２１ａ…ウエブ、２１ｂ…フランジ、２２…柱、２２ａ…ウエブ、２２ｂ…フランジ、２３…梁、２３ａ…ウエブ、２３ｂ…フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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