(57)【要約】【課題】 従来タイプより軽量で、生産性に優れる木造家屋や低層構造物用に適した座屈拘束ブレース、並びに座屈拘束ブレースの製造方法及び、それを用いた耐震構造体を提供することを目的とする。【解決手段】  ブレース芯材２により二分されている中空を有し、長手方向両端が密閉されている鋼製の筒状構造を有する外部補剛材３の内部に、内部補剛材４として発泡または非発泡のポリウレタンが充填されている座屈拘束ブレースを特徴とする、【選択図】 図１
2005220637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレース芯材と該芯材の座屈拘束材と座屈拘束材を保持する外筒からなる座屈拘束ブレースにおいて、前記座屈拘束材が高分子物質であることを特徴とする座屈拘束ブレース。
【請求項２】
前記高分子物質がポリウレタンであることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
【請求項３】
前記ポリウレタンが発泡樹脂であ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。
【請求項４】
ポリウレタンが非発泡樹脂であ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。
【請求項５】
ブレース芯材により二分されている中空を有し、長手方向一端または両端が閉塞されている鋼製の筒状構造を有する外部補剛材の前記中空部に、内部補剛材としてポリウレタンが充填されていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
【請求項６】
構造物の主要骨組の層間に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースを架設することを特徴とする耐震構造体。
【請求項７】
ブレース芯材と該芯材の座屈拘束材と座屈拘束材を保持する外筒からなる座屈拘束ブレースの製造法であって、前記座屈拘束材は、液状の反応性組成物を前記芯材と前記外筒の間に注入して、反応硬化させることを特徴とする座屈拘束ブレースの製造方法。  
【請求項８】
前記液状の反応性組成物が、ポリウレタン形成性組成物であることを特徴とする請求項に７記載の座屈拘束ブレースの製造方法。
【請求項９】
ブレース芯材により二分されている中空を有し、長手方向の一方または両方が閉塞されている鋼製の筒状構造体を有する外部補剛材の開口部からポリイソシアネート液とポリオール液を混合した発泡性ウレタン反応性混合液を注入し、その後開口部を密閉して発泡性ウレタン反応性混合液を反応・硬化させて、該外部補剛材の内部に内部補剛材としての発泡ポリウレタンを充填させることを特徴とする座屈拘束ブレースの製造方法。
【請求項１０】
ブレース芯材により二分されている中空を有し、長手方向の一方が密閉されている鋼製の筒状構造体の開口部からポリイソシアネート液とポリオール液を混合した非発泡性ウレタン反応性混合液を注入し、その後開口部を密閉して非発泡性ウレタン反応性混合液を反応・硬化させて、該外部補剛材の内部に内部補剛材としての非発泡ポリウレタンを充填させることを特徴とする座屈拘束ブレースの製造方法。
【請求項１１】
凹みを有する鋼製部材に発泡性ウレタン反応性混合液を入れ、反応・硬化させたものを２つ製造し、この２つの発泡性ウレタンが充填された凹みを有する鋼製部材間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両鋼製部材の接合部を覆うように接続プレートを両鋼製部材に跨って配し、接続プレートと鋼製部材と接続して製造することを特徴とする、座屈拘束ブレースの製造方法。
【請求項１２】
構造物の主要骨組の層間に、請求項７から１１のいずれか１項に記載の方法で製造した座屈拘束ブレースを架設して構築することを特徴とする、耐震構造体の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の主要骨組の層間に組込まれ、大きな層間変形が生じたときに鋼板のブレース芯材が塑性変形することでエネルギーを吸収し、構造物の揺れを減少させる高分子物質を用いた座屈拘束ブレース、並びにその製造方法及びそれを用いた耐震構造体に関するものである。更に詳細には、従来タイプより軽量で、木造家屋や低層構造物用に適した座屈拘束ブレース、並びに生産性に優れる座屈拘束ブレースの製造方法及びそれを用いた耐震構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材をブレース芯材として用いる場合、圧縮荷重負担時の座屈を防止する必要から、実公平４−１９１２１号公報（特許文献１）に示されるように、ブレース芯材は両端部を除き、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。
【０００３】
このような座屈拘束ブレースは、長尺の筒体を長手方向に２分割した箱状の鋼板部材内にコンクリートを流し込んだものを２つ用意し、この２つのコンクリートを入れた箱状鋼板部材の間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、箱状鋼板部材の接合側を覆うように配置した接続プレートを箱状鋼板部材に溶接することで、該２つの箱状鋼板部材を一体化して製造していた。
【０００４】
従来の座屈拘束ブレースの諸例を図１３〜１５に示す断面図によって簡単に説明する。
【０００５】
図１３（１）の従来例１は、特許文献１と同じコンクリート充填型のアンボンドブレースで、座屈拘束材である角形鋼管１０の内部に鋼材のブレース芯材１１を挿入し両部材の空間にコンクリート（モルタル）１２を充填している。この例では、コンクリートの硬化までに時間が掛り施工性に劣ると共に、重量があるため取扱その他の点で問題がある。
【０００６】
図１３（２）の従来例２は、平板状のブレース芯材１１の両側面をＣ型鋼１３で挟んで座屈拘束し、左右のＣ型鋼１３のフランジに接合プレート１４を当てがい高力ボルト１５で接合することで両部材を一体化している。この例では、座屈拘束材が鋼材で製作時間は短くてすむが、Ｃ型鋼１３のウエブとブレース芯材１１の接触面積が正確になじむためには平坦度の高い製作精度が要求され、安定したブレース性能の確保が困難であるという問題がある。
【０００７】
図１３（３）の従来例３は、拘束材である角形鋼管１０の内部の対角線方向に平板状のブレース芯材１１を挿入している。この例では、ブレース芯材１１の形状に合った角形鋼管を用意し、制度よく製作する必要があり、安定したブレース性能の確保が困難である。
【０００８】
図１３（４）の従来例４は、断面十字状のブレース芯材１１の直角の外側面に座屈拘束用のアングル材１６を配置し、隣り合う各アングル材１６の間を高力ボルト１５で結合して互いに一体化するものである。この例では、従来例２、従来例３と同様に安定したブレース性能の確保が困難である。
【０００９】
図１４（５）の従来例５は、断面十字状のブレース芯材１１の直角の外側面に座屈拘束用の４つの小角形鋼管１７を配置し、隣り合う小角形鋼管１７の間を接合プレート１８で溶接接合するものである。この例では、従来例２〜従来例４と同様に安定したブレース性能の確保が困難であると共に、周辺の座屈補剛が十分でも、小角形鋼管１７の断面が変形する局部座屈が発生する可能性があり、高度な設計が要求される。
【００１０】
図１４（６）の従来例６は、平板状のブレース芯材１１の両側に座屈拘束用の長方形断面の鋼管１９を配置し、両鋼管１９を接合プレート１８で溶接接合するものである。その特性は従来例５と同じである。
【００１１】
図１４（７）の従来例７は、平板状のブレース芯材１１を鉄筋２０入りのコンクリート２１に埋設したものである。この例では、ブレース芯材１１の表面を満遍なく拘束することは可能であるが、鉄筋２０の組み立て、コンクリート打設のための型枠製作などの作業が生じ、座屈拘束ブレースの製作に手間取る問題がある。
【００１２】
図１５（８）の従来例８は、Ｈ形鋼をブレース芯材１１に使用し、ブレース芯材１１の外側を座屈拘束用の溶接角形鋼管２２で被覆した例である。この例では、H形鋼と角形鋼管の精度を確保することが難しく、またフランジ内側及びウエブ面など座屈拘束されていない部分があり、安定したブレース性能を得ることが困難である。
【００１３】
図１５（９）の従来例９は、内筒ブレース芯材１１の座屈拘束用の外筒２３で被覆したものである。この例では、内筒が座屈しようとするのを外筒が座屈拘束するものであるが、内筒と外筒の精度を確保することが難しく、また内筒の内側など座屈拘束されていない部分があり、安定したブレース性能を得ることが困難である。
【特許文献１】実公平４−１９１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術の諸例のうち実公平４−１９１２１号公報や図１３（１）の従来例１にみられる、ブレース芯材と座屈拘束材の間に充填材を充填する形式の座屈拘束ブレースは、図１３（２）〜図１５（９）に示す従来例２〜従来例９のブレース芯材の外側を直接鋼材で座屈拘束するものに較べて高い製作精度が要求されず、また安定したブレース性能の確保が容易であるなどの利点を有している。
【００１５】
しかし、従来の充填材タイプは、何れもコンクリート充填型のアンボンドブレースであるため、コンクリートの硬化までに時間が掛り施工性に劣ると共に、重量があるため取扱等の点で問題があった。また、これを木造家屋や低層構造物に用いた場合、コンクリートの高強度のため、従来の座屈拘束ブレースそのものが塑性変形しないため、むしろ構造体の主要骨組が変形するおそれがあった。更に、コンクリートの高密度のため座屈拘束ブレースそのものの質量が大きくなり、施工作業員の負担が大きいものであった。
【００１６】
本発明は、充填材を充填する形式の座屈拘束ブレースにおいて、従来タイプより軽量で、木造家屋や低層構造物用に適した座屈拘束ブレース、並びに生産性に優れる座屈拘束ブレースの製造方法及び、それを用いた耐震構造体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】
【００１７】
前記の目的を達成するため、本発明は以下の構成とする。
【００１８】
第１の発明は、ブレース芯材と該芯材の座屈拘束材と座屈拘束材を保持する外筒からなる座屈拘束ブレースにおいて、前記座屈拘束材が高分子物質であることを特徴とする。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、前記高分子物質がポリウレタンであることを特徴とする。
【００２０】
第３の発明は、第２の発明において、前記ポリウレタンが発泡樹脂であることを特徴とする。
【００２１】
第４の発明は、第２の発明において、前記ポリウレタンが非発泡樹脂であることを特徴とする。
【００２２】
第５の発明は、ブレース芯材により二分されている中空を有し、長手方向一端または両端が閉塞されている鋼製の筒状構造を有する外部補剛材の前記中空部に、内部補剛材としてポリウレタンが充填されている座屈拘束ブレースを特徴とする。
【００２３】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、構造物の主要骨組の層間に、第１〜第５の発明のいずれかに記載の座屈拘束ブレースを架設してなる耐震構造体を特徴とする。
【００２４】
第７の発明は、ブレース芯材と該芯材の座屈拘束材と座屈拘束材を保持する外筒からなる座屈拘束ブレースの製造法であって、前記座屈拘束材は、液状の反応性組成物を前記芯材と前記外筒の間に注入して、反応硬化させる座屈拘束ブレースの製造方法を特徴とする。
【００２５】
第８の発明は、第７の発明における前記液状の反応性組成物が、ポリウレタン形成性組成物であることを特徴とする。
【００２６】
第９の発明は、ブレース芯材により二分されている中空を有し、長手方向の一方または両方が閉塞されている鋼製の筒状構造体を有する外部補剛材の開口部からポリイソシアネート液とポリオール液を混合した発泡性ウレタン反応性混合液を注入し、その後開口部を密閉して発泡性ウレタン反応性混合液を反応・硬化させて、該外部補剛材の内部に内部補剛材としての発泡ポリウレタンを充填させる座屈拘束ブレースの製造方法を特徴とする。
【００２７】
第１０の発明は、ブレース芯材により二分されている中空を有し、長手方向の一方が密閉されている鋼製の筒状構造体の開口部からポリイソシアネート液とポリオール液を混合した非発泡性ウレタン反応性混合液を注入し、その後開口部を密閉して非発泡性ウレタン反応性混合液を反応・硬化させて、該外部補剛材の内部に内部補剛材としての非発泡ポリウレタンを充填させる座屈拘束ブレースの製造方法を特徴とする。
【００２８】
第１１の発明は、凹みを有する鋼製部材に発泡性ウレタン反応性混合液を入れ、反応・硬化させたものを２つ製造し、この２つの発泡性ウレタンが充填された凹みを有する鋼製部材間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両鋼製部材の接合部を覆うように接続プレートを両鋼製部材に跨って配し、接続プレートと鋼製部材と接続して製造する座屈拘束ブレースの製造方法を特徴とする。
【００２９】
第１２の発明は、構造物の主要骨組の層間に、第７〜第１１の発明に記載の方法で製造した座屈拘束ブレースを架設して構築する耐震構造体の構築方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明した通り、本発明の座屈拘束ブレースは、低層建築物や木造建築物の耐震性能を向上させ、また大地震が発生した場合は、そのエネルギーを吸収して自分自身が破損し、このことにより構造物全体を保護することができ、特に、軽量で施工作業員の負担を軽減できと共に、生産性に優れた座屈拘束ブレースを実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の座屈拘束ブレースについて、図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１から図３に、本発明の座屈拘束ブレース１を示す。該座屈拘束ブレース１は、鋼板からなるブレース芯材２と、該ブレース芯材２により二分されている中空を有し、長手方向両端が連結部５の逃げとなる溝７ａを有した端板７で密閉されている鋼製の筒状構造を有する外部補剛材３と、その内部に充填されている内部補剛材としてのポリウレタン４から構成されている。なお「二分されている」とは実質的に二分されていることをいい、図４のように２つの外部補剛材３で構成される筒状構造体がブレース芯材２により完全に仕切られている場合、及び図５のように完全には仕切られていない場合をも含む概念である。
【００３３】
前記ブレース芯材２は、平板状の鋼板よりなり、その両端に連結部５を有しており、その連結部５はブレース芯材２と十字形に形成されている。この連結部５には、柱、梁のフレームに連結ボルト孔６が穿設されている。この連結部５は、従来の鋼管に比して、外部補剛材３の幅に制限を受けず、自由に設計が可能となる。即ち、ブレース芯材２及び連結部５の幅方向寸法が外部補剛材３の幅よりも大きく出来る利点を持たせることができ、連結部５の強度の向上が図られる。なお、外部補剛材３から伝わるエネルギーを遮断するために、内部補剛材４との密着性を低下させるアンボンド剤を塗布してもよい。アンボンド剤としては、ブチルゴム、ウレタン樹脂等が挙げられる。
【００３４】
筒状構造体は、外部補剛材３を２つ合わせることで形成される。この外部補剛材３は、１つの実施の形態として底面とその両端から立ち上る立面とよりなる細長い、上部開放箱状で図２のＡ−Ａにおける断面はコ字状になる。なお、外部補剛材３は断面コ字状以外にも、図６のように断面が円状、楕円状等であってもよい。内部には、ポリウレタン４が充填されている。このウレタン樹脂は、発泡体・非発泡体を問わない。なお、溝７ａは前記したブレース芯材２の連結部５が挿入される逃げである。
【００３５】
次に、本発明に用いられる座屈拘束材について説明する。本発明の座屈拘束材は、心材の座屈を適度に拘束する必要があり、かつ出来るだけ軽量なものが望まれている。本発明はこの拘束材として高分子物質を用いることが要件である。この高分子物質は、ＪＩＳ
Ａ ９５２６の圧縮試験における所期ヤング率が１００〜２００００ＭＰａである。この試験での圧縮強度は、２０〜２００ＭＰａ、より好ましくは、５０〜１５０ＭＰａである。ヤング率等が下限を下回ると、心材の座屈の拘束に効果が期待できない。また、上限を超えると、心材の座屈を許容しなくなり、地震のエネルギーをブレースが吸収できなくなるので、本発明の目的に合わない。
【００３６】
また、拘束ブレースの製造面から、外部補剛材と心材の空間部分に液状で注入でき、注入後重合硬化する高分子物質が好ましい。このような高分子物質としては、ポリウレタン、エポキシ、フェノール等が挙げられる。これらのなかでは、反応性、取扱易さからポリウレタンが好ましい。
【００３７】
有機ポリイソシアネートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ジメチルジフェニルメタンジイソシアネート、ジベンジルジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、２−メチルペンタン−１，５−ジイソシアネート、３−メチルペンタン−１，５−ジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサヘチレン−１，６−ジイソシアネート、２，４，４−トリメチルヘキサヘチレン−１，６−ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加トリメチルキシリレンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート、これらのウレタン変性体、アロファネート変性体、ウレア変性体、ビウレット変成体、カルボジイミド変成体、ウレトンイミン変成体、ウレトジオン変成体、イソシアヌレート変成体等が挙げられる。これらは、単独又は２種類以上混合して用いることができる。本発明においては、反応性や作業環境等を考慮すると、蒸気圧が低く反応性の高いＭＤＩ、ＭＤＩとポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネートの混合物（ポリメリックＭＤＩ）、これらの変性体が好ましい。
【００３８】
活性水素基含有化合物は、数平均分子量２００〜１０，０００のいわゆる高分子ポリオール、及び（数平均）分子量２００未満の鎖延長剤と称されるものに大別される。
【００３９】
高分子ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール、動植物系ポリオール又はこれらのコポリオール等が挙げられる。これらの高分子ポリオールは単独で又は２種以上混合して使用してもよい。
【００４０】
ポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオールとしては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロオルソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、トリメリット酸等のポリカルボン酸（ポリカルボン酸から誘導される酸エステル、酸無水物を含む）の１種以上と、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、２−メチル−１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ネオペン
チルグリコール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール、２−ｎ−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、２−ｎ−ヘキサデカン−１，２−エチレングリコール、２−ｎ−エイコサン−１，２−エチレングリコール、２−ｎ−オクタコサン−１，２−エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、あるいはビスフェノールＡのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド付加物、水素添加ビスフェノールＡ、３−ヒドロキシ−２，２−ジメチルプロピル−３−ヒドロキシ−２，２−ジメチルプロピオネート、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリ
スリトール等の低分子ポリオール類、ヘキサメチレンジアミン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン等の低分子ポリアミン類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等の低分子アミノアルコール類の１種以上との脱水縮合反応で得られるものが挙げられる。また、低分子ポリオール、低分子ポリアミン、低分子アミノアルコールを開始剤として、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル（ラクトン）モノマーの開環重合で得られるラクトン系ポリエステルポリオールが挙げられる。
【００４１】
ポリカーボネートポリオールとしては、前述のポリエステルポリオールの合成に用いられる低分子ポリオールと、ジエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等との脱アルコール反応、脱フェノール反応等で得られるものが挙げられる。
【００４２】
ポリエーテルポリオールとしては、前述のポリエステルポリオールに用いられる低分子ポリオール、低分子ポリアミン、低分子アミノアルコールを開始剤として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン等を開環重合させたポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等、及びこれらを共重合したポリエーテルポリオール、更に、前述のポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールを開始剤としたポリエステルエーテルポリオールが挙げられる。
【００４３】
ポリオレフィンポリオールとしては、水酸基含有ポリブタジエン、水素添加した水酸基含有ポリブタジエン、水酸基含有ポリイソプレン、水素添加した水酸基含有ポリイソプレン、水酸基含有塩素化ポリプロピレン、水酸基含有塩素化ポリエチレン等が挙げられる。
【００４４】
動植物系ポリオールには、ヒマシ油系ポリオール、絹フィブロイン等が挙げられる。
【００４５】
なお、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ロジン樹脂等は、一般にポリウレタン工業において公知のもので、活性水素基等のイソシアネート基と反応しうる官能基を１個以上好ましくは２個以上含有するものであれば、活性水素基含有化合物の全部又は一部として使用することができる。
【００４６】
鎖延長剤としては、前記のポリエステルポリオールの原料である低分子ポリオール類、低分子ポリアミン類、低分子アミノアルコール類、水、尿素等が挙げられる。これらの鎖延長剤は、単独又は２種類以上混合して用いることができる。
【００４７】
本発明においては、反応性、物性発現性、ウレタン反応性液の流動性等を考慮すると、活性水素基含有化合物は、数平均分子量２００〜１，０００の、ポリエステルポリオール、及び／又はポリエーテルポリオールのいずれかを主成分（ポリオール液中に５０質量％以上）とすることが好ましい。
【００４８】
次に、この座屈拘束ブレースの製造方法について説明する。
【００４９】
図９、１０に示すように、外部補剛材３を作成する。外部補剛材３は角形の筒を２分割したコ字断面の箱状であり、一端側には溝７ａを有する端板７を配置して、長手方向の一端が開放されかつ上面が開放された箱形状になっている。その後、この外部補剛材３にブレース芯材２を配置し、該ブレース芯材２の連結部５が溝７ａに咬み込まれるようにして載置する。そして、その上からもう１つ同じ形状の外部補剛材３を用意し、逆さにして被せるように載置してブレース芯材２を挟みこむ。その後外部補剛材３の当接部を溶接してブレース芯材２に内部空間が二分された鋼製の筒状構造物が得られる。
【００５０】
このような筒状構造物に設けた開口部からウレタン反応性液を注入し、硬化させて座屈拘束ブレース１が製造される。
【００５１】
若しくは、図１１に示すように、外部補剛材３ａを２つ用意する。この外部補剛材３ａは、角形の筒を２分割したコ字断面の箱状であり、両端部に溝７ａを有する端板７を配置してあり、これらで囲まれる内側が凹部となっている。この凹部にウレタン反応性液を流し込んで、反応・硬化させる。その後、ウレタン樹脂が凹部に充填された外部補剛材３ａを向かい合わせ、その間にブレース芯材２を挟み込むと共に、その接合部を覆うように両外部補剛材３ａの外側に接続プレートを配置し、この接続プレートによって２つの外部補剛材３ａを一体化して座屈拘束ブレース１が製造される。なお、ここで接続プレートの「接続」のためには、公知の手段が用いられ、例えば、溶接、ビス止め、ネジ止め、接着等の方法が挙げられる。
【００５２】
用いられるポリウレタンが発泡体である場合、有機ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物を混合する前に、発泡剤を活性水素基含有化合物と配合しておく。もしくは有機ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物を混合する際に乾燥空気、窒素ガス、二酸化炭素等の不活性ガスも一緒に混合する。なお必要であれば、触媒や界面活性剤を活性水素基含有化合物に配合しておく。このようにしてウレタン化反応性液を調整し、これを開口部又は箱上面から注入して、座屈拘束ブレース内部にポリウレタンを形成させる。
【００５３】
前記発泡剤としては、水、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（以下、ＨＦＣ−２４５ｆａと略記する）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（以下、ＨＦＣ−３６５ｍｆｃと略記する）等のハイドロフルオロカーボン類、シクロペンタン等のハイドロカーボン類等が挙げられる。
【００５４】
用いられるポリウレタンが非発泡体である場合、有機ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物を混合し、脱泡してウレタン化反応性液を、開口部又は箱状面から注入して、座屈拘束ブレース内部にポリウレタンを形成させる。なお必要であれば、触媒を用いてもよい。
【００５５】
有機ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物を混合する際の、混合比はイソシアネート基と活性水素基のモル比が、１．５≦イソシアネート基／活性水素基≦２０のいわゆるウレタン変性イソシアヌレートが特に好ましい。その理由は、高ヤング率と難燃性が得やすいからである。この場合、イソシアヌレート化触媒を用いることが望ましい。なお、イソシアネート基と活性水素基のモル比は、このモル比に１００をかけた数値であるイソシアネートインデックスで表現することもある。
【００５６】
なお、これらの実施の形態で用いられるポリウレタンに充填材、補強剤等を混ぜて強度を増加させることもできる。また、難燃性向上のため、リン系やアンチモン系等の難燃剤、ポリウレタンとブレース芯材との密着性を低下させるため、オレフィンワックス、炭素数１０以上の脂肪族カルボン酸金属塩、シリコン系、フッ素系等の離型剤を添加することができる。
【００５７】
図１２に低層建築物に対する座屈拘束ブレース１の配置例を示している。
【００５８】
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中において、特に断りのない限り、比率は質量比であり、「％」は「質量％」である。
【００５９】
〔筒状構造体の作成〕
ブレース芯材２（図７、８）を２つの外部補剛材３（図９、１０）で挟み込んで溶接し、ブレース芯材が貫通した筒状構造体を作成した。筒状構造体の内部は、ブレース芯材により完全に間仕切られている。また筒状構造体の長手方向の一方は開口している。
【００６０】
〔箱状構造体の作成〕
鋼板を図１１に示すような長手方向の側面に切り込みを入れた箱状構造体に加工した。接合面は溶接した。
【実施例１】
【００６１】
前記筒状構造体に、それぞれ８０℃に加熱したポリイソシアネート液（Ａ−１）とポリオール液（Ｂ−１）を混合・脱泡して、ウレタン反応性液を開口部から流し込んだ。なお、ウレタン反応性液のイソシアネートインデックス（イソシアネート基と活性水素基とのモル比で、イソシアネート基／活性水素基×１００で示される）は１１０とした。その後、座屈拘束ブレース全体を１３０℃のオーブンに１時間入れて、反応・硬化を完結させて、座屈拘束ブレースを得た。
また、同じ反応液を上部開放型の金型に流し込み、金型ごと１３０℃のオーブンに１時間入れて、反応・硬化を完結させた。形成されたポリウレタン発泡体をＦＴ−ＩＲにて分析したところ、ウレタン基、及びアロファネート基が確認されたが、イソシアヌレート基は確認されなかった。このサンプルの密度は１０５０ｋｇ／ｍ3 、圧縮強度は６０ＭＰａであった。
【実施例２】
【００６２】
液温：２５℃のポリオール液（Ｂ−２）を、ミキサーにより機械的に５分間攪拌して乾燥空気を混入し、その後液温：２５℃のポリイソシアネート液（Ａ−２）を混合して、更に１分間攪拌して乾燥空気を追加混入させたウレタン反応性液を、前記筒状構造体の開口部から流し込んだ。なお、ウレタン反応性液のイソシアネートインデックスは１１０とした。その後、座屈拘束ブレース全体を８０℃のオーブンに２時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させて、座屈拘束ブレースを得た。
また、同じ反応液を上部開放型の金型に流し込み、金型ごと８０℃のオーブンに２時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。形成されたポリウレタン発泡体をＦＴ−ＩＲにて分析したところ、ウレタン基、及びウレア基が確認されたが、イソシアヌレート基は確認されなかった。このサンプルの密度は９００ｋｇ／ｍ3 、圧縮強度は２１ＭＰａであった。
【実施例３】
【００６３】
液温：４０℃のポリオール液（Ｂ−３）と液温：４０℃のポリイソシアネート液（Ａ−３）を混合させたウレタン反応性液を、前記筒状構造体の開口部から流し込んで、反応・発泡・硬化させた。なお、ウレタン反応性液のイソシアネートインデックスは１１０とした。その後、座屈拘束ブレース全体を２５℃の恒温室に２４時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させて、座屈拘束ブレースを得た。
また、同じ反応液を上部開放型の金型に流し込み、金型ごと２５℃の恒温室に２４時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。形成されたポリウレタン発泡体をＦＴ−ＩＲにて分析したところ、ウレタン基、及びウレア基が確認されたが、イソシアヌレート基は確認されなかった。このサンプルの密度は８２０ｋｇ／ｍ3 、圧縮強度は４３ＭＰａであった。
【実施例４】
【００６４】
液温：２５℃のポリオール液（Ｂ−４）と液温：２５℃のポリイソシアネート液（Ａ−２）を混合させたウレタン反応性液を、前記筒状構造体の注入口から流し込んで、反応・発泡・硬化させた。ウレタン反応性液のイソシアネートインデックスは４７５とした。その後、座屈拘束ブレース全体を２５℃の恒温室に２４時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させて、座屈拘束ブレースを得た。
また、同じ反応液を上部開放型の金型に流し込み、金型ごと２５℃の恒温室に２４時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。形成されたポリウレタン発泡体をＦＴ−ＩＲにて分析したところ、ウレタン基、及びイソシアヌレート基は確認された。このサンプルの密度は８１０ｋｇ／ｍ3 、圧縮強度は８０ＭＰａ、ヤング率は１８００ＭＰａであった。
【実施例５】
【００６５】
液温：２５℃のポリオール液（Ｂ−５）と液温：２５℃のポリイソシアネート液（Ａ−２）を混合させたウレタン反応性液を、前記筒状構造体の注入口から流し込んで、反応・発泡・硬化させた。ウレタン反応性液のイソシアネートインデックスは２，０００とした。その後、座屈拘束ブレース全体を２５℃の恒温室に２４時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させて、座屈拘束ブレースを得た。
また、同じ反応液を上部開放型の金型に流し込み、金型ごと２５℃の恒温室に２４時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。形成されたポリウレタン発泡体をＦＴ−ＩＲにて分析したところ、ウレタン基、及びイソシアヌレート基は確認された。このサンプルの密度は１，０００ｋｇ／ｍ3 、圧縮強度は５９ＭＰａであった。
【実施例６】
【００６６】
実施例１に用いたポリイソシアネート液（Ａ−１）とポリオール液（Ｂ−１）とをイソシアネートインデックス１１０で混合・脱泡して、得られた液を外部補剛材３ａに流し込み（２つ）、１３０℃のオーブンに１時間入れて、反応・硬化を完結させた。それからこの２つの非発泡性ウレタンが充填された凹みを有する鋼間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両凹みを有する鋼の接合側を覆うように接続プレートを両側に配し、そして、接続プレートと凹みを有する鋼を溶接して、座屈拘束ブレースを得た。
【実施例７】
【００６７】
液温：２５℃のポリオール液（Ｂ−２）を、ミキサーにより機械的に５分間攪拌して乾燥空気を混入し、その後液温：２５℃のポリイソシアネート液（Ａ−２）をイソシアネートインデックス１１０にて混合して、更に１分間攪拌して乾燥空気を追加混入させたウレタン反応性液を、外部補剛材３に流し込み（２つ）、８０℃のオーブンに２時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。それからこの２つの発泡性ウレタンが充填された凹みを有する外部補剛材３の間に、ブレース芯材２を挟みこむと共に、両外部補剛材３の接合側を覆うように接続プレートを両側に配し、そして、接続プレートと両外部補剛材３をビス止めして、座屈拘束ブレースを得た。
【実施例８】
【００６８】
液温：４０℃のポリオール液（Ｂ−３）と液温：４０℃のポリイソシアネート液（Ａ−３）をイソシアネートインデックス１１０にて混合させたウレタン反応性液を、外部補剛材３に流し込み（２つ）、８０℃のオーブンに２時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。それからこの２つの発泡性ウレタンが充填された凹みを有する外部補剛材３の間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両外部補剛材３の接合側を覆うように接続プレートを両側に配し、そして、接続プレートと両外部補剛材３を接着剤を用いて接着して、座屈拘束ブレースを得た。
【実施例９】
【００６９】
液温：２５℃のポリオール液（Ｂ−４）と液温：２５℃のポリイソシアネート液（Ａ−２）をイソシアネートインデックス４７５にて混合させたウレタン反応性液を、外部補剛材３に流し込み（２つ）、８０℃のオーブンに２時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。それからこの２つの発泡性ウレタンが充填された凹みを有する外部補剛材３の間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両外部補剛材３の接合側を覆うように接続プレートを両側に配し、そして、接続プレートと両外部補剛材３を接着剤を用いて接着して座屈拘束ブレースを得た。
【実施例１０】
【００７０】
液温：２５℃のポリオール液（Ｂ−５）と液温：２５℃のポリイソシアネート液（Ａ−２）をイソシアネートインデックス２，０００にて混合させたウレタン反応性液を、外部補剛材３に流し込み（２つ）、８０℃のオーブンに２時間入れて、反応・発泡・硬化を完結させた。それからこの２つの発泡性ウレタンが充填された凹みを有する外部補剛材３の間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両外部補剛材３の接合側を覆うように接続プレートを両側に配し、そして、接続プレートと両外部補剛材３を接着剤を用いて接着して座屈拘束ブレースを得た。
【００７１】
実施例１〜１０のポリイソシアネート液
Ａ−１：数平均分子量５００のポリブチレンアジペート（ＢＡ−５００）と、イソシアネート含量（ＮＣＯ含量）＝２９．０％のカルボジイミド変性ＭＤＩ（液状ＭＤＩ）を反応させて得られた、ＮＣＯ含量＝６．１％のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー
※ＢＡ−５００と液状ＭＤＩの反応比
ＢＡ−５００／液状ＭＤＩ＝１００／１００（質量比）
Ａ−２：アニリンとホルムアルデヒドとの重縮合から得られるポリアミン混合物をホスゲン化して得られるポリイソシアネート（いわゆるポリメリックＭＤＩ）
ＮＣＯ含量＝３１．５％
二核体含有量＝４０％
Ａ−３：アニリンとホルムアルデヒドとの重縮合から得られるポリアミン混合物をホスゲン化して得られるポリイソシアネート
（いわゆるポリメリックＭＤＩ）
ＮＣＯ含量＝３１．５％
二核体含有量＝４６％
なお、ポリオール液の配合比は表１に示す。
【００７２】
【表１】
2005220637.tif 000003
【００７３】
表１において
１，４−ＢＤ：１，４−ブタンジオール
ＴＭＰ      ：トリメチロールプロパン
ポリオールＡ：ポリ（オキシプロピレン）ポリオール
平均官能基数＝３
数平均分子量＝２５０
ポリオールＢ：ポリ（オキシプロピレン）ポリオール
平均官能基数＝５
数平均分子量＝６２０
ポリオールＣ：ポリ（オキシプロピレン）ポリオール
平均官能基数＝４
数平均分子量＝５８０
ポリオールＤ：ジエチレングリコール／フタル酸から得られるポリエステルポリ
オール
平均官能基数＝２
数平均分子量＝３５０
触媒Ａ      ：錫系ウレタン化触媒
触媒Ｂ      ：アミン系ウレタン化触媒
触媒Ｃ      ：酢酸カリウム塩系イソシアヌレート化触媒
整泡剤Ａ    ：シリコン系整泡剤
ＴＣＰＰ    ：トリス（β−クロロプロピル）ホスフェート
密度        ：ＪＩＳ  Ａ−９５２６により測定
圧縮強度    ：ＪＩＳ  Ａ−９５２６により測定
圧縮ヤング率：ＪＩＳ  Ａ−９５２６により測定
【００７４】
〔低層建築物への応用〕
実施例４で得られた座屈拘束ブレース１を、図１２に示すように柱８と梁９の鉄骨架構からなる低層建築物２４に用いた。地震発生装置により人工的に地震を発生させて、座屈拘束ブレース１の地震後の状態、建築物骨格への影響を確認した。結果は以下の通りとなり、大型の地震では、座屈拘束ブレース１が破壊されることにより、建築物骨格に対する地震の影響を抑えることができた。
結果
〜震度４：座屈拘束ブレース、建築物骨格ともに変形なし。
震度５  ：座屈拘束ブレースは変形したが、建築物骨格に変形は認められない。
震度６〜：座屈拘束ブレース、建築物骨格ともに変形した。
【００７５】
内部補剛材がコンクリート製である座屈拘束ブレースについても同様に試験した。
〜震度３  ：座屈拘束ブレース、建築物骨格ともに変形なし。
震度４〜５：座屈拘束ブレースは変形しなかったが、建築物骨格に変形が認め
られた。
震度５〜  ：座屈拘束ブレース、建築物骨格ともに変形した。
前記から、座屈拘束材にポリウレタンを使うことで、コンクリートやモルタル製座屈拘束材に比べ、重さが軽量になり、ブレースの製作や建物への設置作業が容易になる利点がある。また、ブレース製作時に、モルタルやコンクリートであると硬化に少なくとも１ケ月を要するが、ポリウレタンでは硬化に高々１日を要するのみであり、短工期を実現できる。
【００７６】
以上説明した通り、本発明の座屈拘束ブレース１は、低層建築物や木造建築物の耐震性能を向上させ、また大地震が発生した場合は、そのエネルギーを吸収して自分自身が破損し、このことにより構造物全体を保護することができるものであった。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の座屈拘束ブレースの正面図である。
【図２】本発明の座屈拘束ブレースの上面図である。
【図３】本発明の座屈拘束ブレースの側面図である。
【図４】本発明の座屈拘束ブレースの図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】外部補剛材の内部空間がブレース芯材により不完全に二分された座屈拘束ブレースの断面図である。
【図６】外部補剛材が円筒状である座屈拘束ブレースの断面図である。
【図７】ブレース芯材の正面図である。
【図８】図７に示すブレース芯材の上面図である。
【図９】外部補剛材（長手方向一方側壁なし）の上面図である。
【図１０】２つの外部補剛材を向かい合わせた側面図である。
【図１１】外部補剛材（長手方向両方側壁あり）の上面図である。
【図１２】低層構造物に対する座屈拘束ブレースの配置例を示す概略側面図である。
【図１３】図（１）〜（４）は、座屈拘束ブレースの従来例１〜従来例４を示す断面図である。
【図１４】図（５）〜（７）は、座屈拘束ブレースの従来例５〜従来例７を示す断面図である。
【図１５】図（８）、（９）は、座屈拘束ブレースの従来例８、従来例９を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１：座屈拘束ブレース
２：ブレース芯材
３：外部補剛材（長手方向両片端密閉タイプ）
３ａ：外部補剛材（長手方向両末端密閉タイプ）
４：内部補剛材
５：連結部
６：連結ボルト孔
７：端板
７ａ：溝
８：柱
９：梁
１０：鋼管
１１：ブレース芯材
１２：コンクリート（モルタル）
１３：Ｃ型鋼
１４：接合プレート
１５：高力ボルト
１６：アングル材
１７：小角形鋼管
１８：接合プレート
１９：長方形断面の鋼管
２０：鉄筋
２１：コンクリート
２２：溶接角形鋼管
２３：円形の外筒
【図１】
2005220637.tif 000004
【図２】
2005220637.tif 000005
【図３】
2005220637.tif 000006
【図４】
2005220637.tif 000007
【図５】
2005220637.tif 000008
【図６】
2005220637.tif 000009
【図７】
2005220637.tif 000010
【図８】
2005220637.tif 000011
【図９】
2005220637.tif 000012
【図１０】
2005220637.tif 000013
【図１１】
2005220637.tif 000014
【図１２】
2005220637.tif 000015
【図１３】
2005220637.tif 000016
【図１４】
2005220637.tif 000017
【図１５】
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