(57)【要約】【課題】多数回の繰り返し荷重が作用する場合や、揺れの振幅が大きな場合でも、建物の損傷を抑える効果が失われにくく、設置箇所の制約を受けにくい耐震性向上用弾性部材を提供する。【解決手段】耐震性向上用弾性部材としての芯材２は、平板状体Ｓを部分的に除去した形状の外形を有する。芯材２は、平板状体Ｓの延在方向（ｘ方向）両端部分に位置する一対の取り付け部２１及び２２と、一対の取り付け部２１及び２２間に配置される本体部２３と、を備える。本体部２３は、平板状体Ｓに対する平面視においてｘ方向と交差する方向に折り返された形状を有し、ｘ方向の荷重によってｘ方向に弾性的に伸縮可能な折り返しばね部２３１を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状体を部分的に除去した形状の外形を有する耐震性向上用弾性部材であって、
前記平板状体の延在方向両端部分に位置する一対の取り付け部と、
前記一対の取り付け部間に配置される本体部であって、前記平板状体に対する平面視において前記延在方向と交差する方向に折り返された形状を有し、前記延在方向の荷重によって前記延在方向に弾性的に伸縮可能な折り返しばね部を有する本体部と、
を備える耐震性向上用弾性部材。
【請求項２】
前記本体部が、前記平板状体の厚さ方向及び前記延在方向に直交する幅方向に、複数のセグメントに分割して構成され、各々の前記セグメントが前記折り返しばね部を有すると共に、前記セグメント同士が前記幅方向に互いに遠ざかる方向及び近づく方向に弾性的に変位可能に構成された請求項１に記載の耐震性向上用弾性部材。
【請求項３】
前記本体部が、前記折り返しばね部を前記延在方向に複数連結した構造を有する請求項１又は２に記載の耐震性向上用弾性部材。
【請求項４】
前記折り返しばね部が、前記平板状体の厚さ方向及び前記延在方向に直交する幅方向外方に矩形に折り返された形状を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の耐震性向上用弾性部材。
【請求項５】
前記一対の取り付け部と、前記本体部と、が一体に形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の耐震性向上用弾性部材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の耐震性向上用弾性部材と、
前記耐震性向上用弾性部材の、前記延在方向の圧縮荷重に対する、前記平板状体の厚さ方向の座屈変形を防止する座屈防止部材と、
を備える耐震性向上用構造体。
【請求項７】
前記座屈防止部材が、前記耐震性向上用弾性部材を、前記平板状体の厚さ方向に関して両側から挟み込んでいる請求項６に記載の耐震性向上用構造体。
【請求項８】
前記平板状体の、該平板状体の厚さ方向及び前記延在方向に直交する幅方向に向かい合う側面の位置よりも外方に、前記折り返しばね部が撓むことが可能に構成された請求項６又は７に記載の耐震性向上用構造体。
【請求項９】
平鋼を部分的に除去することにより、前記平鋼の長さ方向両端部分に、一対の取り付け部を形成する工程と、
前記平鋼を部分的に除去することにより、前記平鋼の長さ方向中間部分に、前記一対の取り付け部に接続される本体部であって、前記平鋼に対する平面視において前記長さ方向と交差する方向に折り返された形状を有し、前記長さ方向の荷重によって前記長さ方向に弾性的に伸縮可能な折り返しばね部を有する本体部を形成する工程と、
を含む耐震性向上用弾性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震性向上用弾性部材、耐震性向上用構造体、及び耐震性向上用弾性部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大地震が発生した場合に、建物の損傷を低減するためには、予め建物の柱や梁に、方杖や筋交い等として耐震性向上用構造体を取り付けておくことが有効である。
【０００３】
特許文献１に示されるように、鋼板の平面視中央部分にスリットを形成してなる芯材と、この芯材の座屈変形を防止する部材と、を備える耐震性向上用構造体が知られている。
【０００４】
特許文献２に示されるように、板ばねを備える耐震性向上用構造体も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１４１００号公報
【特許文献２】特開２００５−３５０９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の耐震性向上用構造体は、芯材が塑性変形することで地震のエネルギを吸収する。芯材のスリットは、その部分を優先的に塑性変形させるために形成されたものであり、芯材に弾性復元力をもたせるためのものではない。
【０００７】
このような耐震性向上用構造体は、小規模の地震に対しては建物の損傷を抑える効果を示すが、揺れの継続時間が長く多数回の繰り返し荷重が作用する場合や、揺れの振幅が大きな場合は、かかる効果を発揮し難い。これは、芯材は、塑性変形後は剛性がほぼゼロとなり、弾性復元力による原点復帰の効果を発揮できないことによる。
【０００８】
特許文献２の耐震性向上用構造体は、板ばねによって弾性復元力を発揮できる。しかし、板ばねを、仕口を構成する柱と梁の双方の長手方向に直交する奥行方向に幅方向を向けた状態で設置する必要がある。このため、板ばねの幅に見合う奥行が確保できる箇所にしか設置することができない。
【０００９】
また、特許文献２の耐震性向上用構造体は、複数の板ばねを束ねる複雑な構造を有するため、製造に手間を要する。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、多数回の繰り返し荷重が作用する場合や、揺れの振幅が大きな場合でも、建物の損傷を抑える効果が失われにくく、設置箇所の制約を受けにくい耐震性向上用弾性部材及び耐震性向上用構造体を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、本発明は、耐震性向上用弾性部材を容易に得ることができる耐震性向上用弾性部材の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点に係る耐震性向上用弾性部材は、
平板状体を部分的に除去した形状の外形を有する耐震性向上用弾性部材であって、
前記平板状体の延在方向両端部分に位置する一対の取り付け部と、
前記一対の取り付け部間に配置される本体部であって、前記平板状体に対する平面視において前記延在方向と交差する方向に折り返された形状を有し、前記延在方向の荷重によって前記延在方向に弾性的に伸縮可能な折り返しばね部を有する本体部と、
を備える。
【００１３】
前記本体部が、前記平板状体の厚さ方向及び前記延在方向に直交する幅方向に、複数のセグメントに分割して構成され、各々の前記セグメントが前記折り返しばね部を有すると共に、前記セグメント同士が前記幅方向に互いに遠ざかる方向及び近づく方向に弾性的に変位可能に構成されていてもよい。
【００１４】
前記本体部が、前記折り返しばね部を前記延在方向に複数連結した構造を有してもよい。
【００１５】
前記折り返しばね部が、前記平板状体の厚さ方向及び前記延在方向に直交する幅方向外方に矩形に折り返された形状を有していてもよい。
【００１６】
前記一対の取り付け部と、前記本体部と、が一体に形成されていてもよい。
【００１７】
本発明の第２の観点に係る耐震性向上用構造体は、
上記第１の観点に係る耐震性向上用弾性部材と、
前記耐震性向上用弾性部材の、前記延在方向の圧縮荷重に対する、前記平板状体の厚さ方向の座屈変形を防止する座屈防止部材と、
を備える。
【００１８】
前記座屈防止部材が、前記耐震性向上用弾性部材を、前記平板状体の厚さ方向に関して両側から挟み込んでいてもよい。
【００１９】
前記平板状体の、該平板状体の厚さ方向及び前記延在方向に直交する幅方向に向かい合う側面の位置よりも外方に、前記折り返しばね部が撓むことが可能に構成されていてもよい。
【００２０】
本発明の第３の観点に係る耐震性向上用弾性部材の製造方法は、
平鋼を部分的に除去することにより、前記平鋼の長さ方向両端部分に、一対の取り付け部を形成する工程と、
前記平鋼を部分的に除去することにより、前記平鋼の長さ方向中間部分に、前記一対の取り付け部に接続される本体部であって、前記平鋼に対する平面視において前記長さ方向と交差する方向に折り返された形状を有し、前記長さ方向の荷重によって前記長さ方向に弾性的に伸縮可能な折り返しばね部を有する本体部を形成する工程と、
を含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の観点に係る耐震性向上用弾性部材及び第２の観点に係る耐震性向上用構造体によれば、折り返しばね部が延在方向に弾性的に伸縮するため、塑性変形によって揺れを吸収する場合に比べると、多数回の繰り返し荷重が作用する場合や、揺れの振幅が大きな場合でも、建物の損傷を抑える効果が失われにくい。
【００２２】
また、耐震性向上用弾性部材が、平板状体を部分的に除去した形状の外形を有するため、例えば、柱と梁で構成される仕口に設置する場合、柱と梁の双方の長手方向に直交する奥行方向に、平板状体の厚さ方向を向けた状態で設置できる。即ち、厚さに見合う奥行さえ確保できれば設置できるため、設置箇所の制約を受けにくい。
【００２３】
本発明の第３の観点に係る耐震性向上用弾性部材の製造方法によれば、平鋼を部分的に除去するだけで、耐震性向上用弾性部材を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る耐震性向上用構造体の一設置態様を示す概念図である。
【図２】実施形態に係る耐震性向上用構造体の主要部を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る耐震性向上用構造体の芯材の平面図である。
【図４】実施形態に係る耐震性向上用構造体のｘ方向に垂直な部分断面図である。
【図５】実施形態に係る耐震性向上用構造体の製造方法のフローチャートである。
【図６】実施形態に係る耐震性向上用構造体の芯材の作用を示す概念図である。
【図７】実施形態に係る耐震性向上用構造体の芯材の作用を示す概念図である。
【図８】他の実施形態に係る耐震性向上用構造体の芯材の平面図である。
【図９】さらに他の実施形態に係る耐震性向上用構造体の芯材の平面図である。
【図１０】（Ａ）は、実施形態に係る耐震性向上用構造体の他の設置態様を示す概念図であり、（Ｂ）は取り付け部とプレートとの連結部分のｙ方向に垂直な断面図である。
【図１１】他の実施形態に係る耐震性向上用構造体のｘ方向に垂直な部分断面図である。
【図１２】実施例に係る耐震性向上用構造体の芯材に作用させたｘ方向荷重と、芯材のｘ方向変位量との関係を計測した結果のグラフである。
【図１３】実施例に係る耐震性向上用構造体の地震波に対する応答を求めるためのシミュレーションの条件を示す概念図である。
【図１４】（Ａ）は、骨組の地震波に対する応答を示すシミュレーション結果のグラフであり、（Ｂ）は、実施例に係る耐震性向上用構造体を取り付けた骨組の地震波に対する応答を示すシミュレーション結果のグラフである。
【図１５】芯材に生じるミーゼス応力の値を濃淡で表した濃淡グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図中、同一又は対応する部分に同一符号を付す。
【００２６】
図１に示すように、実施形態に係る耐震性向上用構造体１は、耐震性向上の対象となる建物９０の柱９１と梁９２とで構成される仕口に、方杖として斜めに架け渡された態様で使用可能である。耐震性向上用構造体１は、大略、板状を成しており、柱９１と梁９２の双方の長手方向に直交する奥行方向（図１では紙面に垂直な方向）に厚さ方向を向けた状態で設置されている。
【００２７】
耐震性向上用構造体１は、耐震性向上用弾性部材としての芯材２と、芯材２の座屈変形を防止する座屈防止部材３と、を備える。芯材２は、梁９２に固定されたプレート９３に取り付けられる取り付け部２１と、柱９１に固定されたプレート９４に取り付けられる取り付け部２２と、を有する。なお、図１では、芯材２の、座屈防止部材３の背後に位置する部分を破線（隠れ線）で示した。
【００２８】
芯材２の、一対の取り付け部２１及び２２が対向する方向（以下、対向方向という。）に、地震等に起因する荷重が加えられる。ここで荷重とは、引張荷重及び圧縮荷重を含む。
【００２９】
図２は、耐震性向上用構造体１の主要部を示す分解斜視図である。上記対向方向をｘ方向とし、上記厚さ方向をｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。図１の座屈防止部材３は、芯材２をｚ方向に関して、両側から挟み込む第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２を備える。
【００３０】
これら第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２は、図１に示す固定手段としてのボルト３３を用いて、芯材２を挟み込んだ状態で、固定される。第１、第２の座屈防止部材３１、３２には、夫々そのボルト３３が挿通するボルト挿通孔３１ａ、３２ａが複数形成されている。
【００３１】
なお、図２には、ｘ方向に荷重が加えられていない無荷重状態の芯材２を示す。芯材２は、無荷重状態においては、ｘ方向に延在する平板状体Ｓを部分的に除去した外形を有する。なお、平板状体Ｓは、ｘ方向を長手方向とするようにｘ方向に長尺に延在しており、平板状体Ｓの延在方向としてのｘ方向は、平板状体Ｓの長手方向でもある。
【００３２】
芯材２と同様、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２も、ｘ方向に長尺に延在する。但し、芯材２のｘ方向の長さは、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２のｘ方向の長さより長い。第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２が芯材２を挟み込んだ状態では、芯材２のｘ方向両端部分に位置する取り付け部２１、２２が、夫々第１、第２の座屈防止部材３１、３２よりもｘ方向外方に突出する。
【００３３】
取り付け部２１及び２２は、各々平板状体Ｓと平行な扁平状を成す。これら扁平な取り付け部２１、２２は、夫々その扁平な面（表面又は裏面）の略全域が、建物（具体的に図１のプレート９３、９４）に面接触した状態で、建物に固定される。取り付け部２１、２２には、夫々建物に固定するためのボルトが挿通するボルト挿通孔２１ａ、２２ａが複数形成されている。
【００３４】
芯材２は、一対の取り付け部２１及び２２間の、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２によって挟み込まれる部分に、本体部２３を有する。本体部２３は、一対の取り付け部２１及び２２と一体に形成されてなる。以下、本体部２３の構成について説明する。
【００３５】
図３に示すように、本体部２３は、図２の平板状体Ｓの厚さ方向（ｚ方向）及び延在方向（ｘ方向）に直交する幅方向（ｙ方向）に、２つのセグメント２３ａ及び２３ｂに分割されて構成されている。セグメント２３ａと２３ｂは、ｙ方向に離間している。
【００３６】
セグメント２３ａ及び２３ｂの各々は、平面視で互いに合同な外形をもつ複数の折り返しばね部２３１が、連結部２３２によってｘ方向に連結された周期的連結構造を有する。
【００３７】
各々の連結部２３２は、本体部２３のｙ方向ほぼ中央部分においてｘ方向に延在する。
【００３８】
各々の折り返しばね部２３１は、本体部２３の幅方向（ｙ方向）外方に矩形に折り返されたコ字形状を有する。具体的には、各々の折り返しばね部２３１は、本体部２３の幅方向（ｙ方向）最外方に位置する頂部２３１ａと、頂部２３１ａを連結部２３２に接続する一対の脚部２３１ｂと、を有する。頂部２３１ａは、ｘ方向に延在し、各脚部２３１ｂは、ｙ方向に延在する。
【００３９】
一方のセグメント２３ａの頂部２３１ａ、連結部２３２は、夫々他方のセグメント２３ｂの対応する頂部２３１ａ、連結部２３２とｙ方向に対向している。
【００４０】
セグメント２３ａ、２３ｂのｘ方向両端部分は、夫々取り付け部２１、２２に接続されている。その接続位置は、取り付け部２１及び２２のｙ方向端部である。具体的には、セグメント２３ａ及び２３ｂの各々は、そのｘ方向両端部分において、連結部２３２のｘ方向終端からｙ方向外方に延在する脚部２３３と、脚部２３３のｙ方向終端からｘ方向に延在し、取り付け部２１又は２２に接続される接続部２３４と、を有する。
【００４１】
図３中、破線で示す円Ｖは、図２のボルト挿通孔３１ａ及び３２ａに挿通される図１のボルト３３の挿通位置を示す。図示のように、ボルト３３は、ｘ方向に隣り合う折り返しばね部２３１の間を挿通される。なお、ボルト３３の挿通位置は、本体部２３に接触しない位置であれば、特に限定されるものではない。
【００４２】
図４は、耐震性向上用構造体１の、図３のＡ−Ａ線の位置における、ｘ方向に垂直な部分断面図である。第１の座屈防止部材３１は、平板状の底板部３１１と、底板部３１１の幅方向両側から垂直に立ち上がった、補剛リブとしての側板部３１２とを有する溝形鋼よりなる。同様に、第２の座屈防止部材３２も、底板部３２１と、側板部３２２と、を有する溝形鋼よりなる。
【００４３】
第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２は、互いの底板部３１１、３２１の底面を向かい合わせ、それら底板部３１１と３２１間に芯材２を挟み込んだ状態で、ボルト３３及びナット３４、３５で固定されている。
【００４４】
本体部２３と、底板部３１１及び３２１とは面接触している。芯材２にｘ方向の荷重が加えられた場合、本体部２３は、底板部３１１及び３２１との間の摩擦力に抗して、底板部３１１及び３２１に平行なｘｙ面内で弾性的に撓むことが可能である（図６及び図７参照）。
【００４５】
図５を参照し、以下、耐震性向上用構造体１の製造方法について説明する。
【００４６】
まず、得ようとする芯材２のｘ方向の長さと等しい長さ、ｙ方向の幅と等しい幅、及びｚ方向の厚さと等しい厚さをもつ平鋼を準備する（ステップＳ１１）。なお、図１に示した平板状体Ｓは、かかる平鋼を表したものである。平鋼（平板状体Ｓ）は、厚さ（ｚ方向の長さ）が幅（ｙ方向の長さ）及び長さ（ｘ方向の長さ）よりも小さい扁平形状をなす。
【００４７】
次に、平鋼を部分的に除去する除去加工を行う（ステップＳ１２）。このステップＳ１２は、除去加工により、平鋼の長さ方向両端部分に一対の取り付け部２１及び２２を形成する工程Ａと、平鋼の長さ方向中間部分に、一対の取り付け部２１及び２２に接続される本体部２３を形成する工程Ｂと、を含む。なお、工程Ａと工程Ｂの順序は任意であり、工程ＡとＢを同時に行うこともできる。
【００４８】
工程Ａでは、平鋼の長さ方向両端部分にボルト挿通孔２１ａ（図３参照）を形成すれば、取り付け部２１及び２２が得られる。この場合、除去加工としては、ボルト挿通孔２１ａを形成するための、穴あけ加工が用いられる。
【００４９】
工程Ｂでは、折り返しばね部２３１、連結部２３２、幅方向延在部２３３、及び軸方向延在部２３４が残されるように、これら以外の部分を除去すれば、本体部２３が得られる。この場合、除去加工としては、ワイヤ放電加工が用いられる。平鋼を一方の電極とし、放電ワイヤを他方の電極とする。放電ワイヤを平鋼の厚さ方向に送りながら、放電ワイヤの貫通位置を平鋼の表面に平行な面内で走査させることにより、所望の部分を除去できる。
【００５０】
なお、除去加工の方法は特に限定されず、ワイヤ放電加工の他、例えば、打ち抜き加工や切削加工等を用いてもよい。また、除去加工の後、平鋼の表面であった面や除去加工で形成された面の粗さを低減させる仕上げ加工を行ってもよい。また、得られた芯材２に、溶接等で他の部材を接続してもよい。
【００５１】
次に、平鋼の除去加工で得られた芯材２を、各々溝鋼よりなる第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２で挟み込み、ボルト３３とナット３４及び３５で固定することにより、耐震性向上用構造体１が完成する（ステップＳ１３）。
【００５２】
以下、図６及び図７を参照し、耐震性向上用構造体１の作用について説明する。
【００５３】
図６（Ａ）は、地震等に起因して芯材２にｘ方向の引張荷重が加えられた場合に、折り返しばね部２３１が弾性的に撓む様子を示す。この場合、折り返しばね部２３１は、その脚部２３１ｂがｘ方向に開くように撓む。これにより、図１の取り付け部２１及び２２が互いにｘ方向に遠ざかるように相対変位することが実現される。
【００５４】
図６（Ｂ）は、芯材２にｘ方向の圧縮荷重が加えられた場合に、折り返しばね部２３１が弾性的に撓む様子を示す。この場合、折り返しばね部２３１は、その脚部２３１ｂがｘ方向に閉じるように撓む。また、折り返しばね部２３１の頂部２３１ａが、図１の平板状体Ｓのｙ方向に向かい合う側面よりも外方に撓む。これにより、図１の取り付け部２１及び２２が互いにｘ方向に近づくように相対変位することが実現される。
【００５５】
なお、図３に示したように、図４のボルト３３は、本体部２３の撓みを妨げない位置に挿通されており、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２で挟み込まれた折り返しばね部２３１のｙ方向両側は開放されている。このため、図６（Ｂ）で、折り返しばね部２３１の頂部２３１ａは、図２の平板状体Ｓのｙ方向に向かい合う側面よりｙ方向外方に撓むことが可能である。
【００５６】
図７（Ａ）は、芯材２にｘ方向の引張荷重が加えられた場合に、連結部２３２が撓む様子を示す。この場合、一方のセグメント２３ａの連結部２３２と、他方のセグメント２３ｂの連結部２３２とが、互いにｙ方向に近づくように撓む。この撓みは、図６（Ａ）に示す折り返しばね部２３１の撓みと相まって、図１の取り付け部２１及び２２の、互いに遠ざかる方向の相対変位可能量を高めることに寄与する。
【００５７】
図７（Ｂ）は、芯材２にｘ方向の圧縮荷重が加えられた場合に、連結部２３２が撓む様子を示す。この場合、一方のセグメント２３ａの連結部２３２と、他方のセグメント２３ｂの連結部２３２とが、互いにｙ方向に遠ざかるように撓む。この撓みは、図６（Ｂ）に示す折り返しばね部２３１の撓みと相まって、図１の取り付け部２１及び２２の、互いに近づく方向の相対変位可能量を高めることに寄与する。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、例えば次の効果が得られる。
【００５９】
（１）芯材２に、ｘ方向の荷重が作用すると、折り返しばね部２３１がｘ方向に弾性的に伸縮すると同時に、建物９０に、ｘ方向の弾性復元力を作用させる。このため、塑性変形によって揺れを吸収する場合に比べると、多数回の繰り返し荷重が作用する場合や、揺れの振幅が大きな場合でも、建物の損傷を抑える効果が失われにくい。
【００６０】
（２）本体部２３がｙ方向にセグメント２３ａ及び２３ｂに分割して構成され、セグメント２３ａ及び２３ｂの各々が折り返しばね部２３１を有すると共に、セグメント２３ａ及び２３ｂの連結部２３２同士がｙ方向に互いに遠ざかる方向及び近づく方向に弾性的に変位可能に構成されている。このため、本体部２３がセグメント２３ａと２３ｂとに分割されてない場合に比べると、取り付け部２１及び２２のｘ方向の相対変位可能量を大きくすることができる。
【００６１】
（３）本体部２３が、折り返しばね部２３１をｘ方向に複数連結した構造を有する。このため、１つの折り返しばね部２３１のみを有する場合に比べると、取り付け部２１及び２２のｘ方向の相対変位可能量を大きくすることができる。
【００６２】
（４）第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２で挟まれた状態の折り返しばね部２３１が、平板状体Ｓのｙ方向に向かい合う側面よりも外方に撓むことが可能に構成されている。このため、取り付け部２１及び２２のｘ方向の相対変位可能量を大きくすることができる。
【００６３】
（５）芯材２が平板状体Ｓを部分的に除去した外形を有するため、図１に示すように、例えば、柱９１と梁９２で構成される仕口に設置する場合、柱９１と梁９２の双方の長手方向に直交する奥行方向にｚ方向、即ち平板状体Ｓの厚さ方向を向けた状態で設置できる。即ち、厚さに見合う奥行さえ確保できれば設置できる。このため、設置箇所の制約を受けにくい。また、このように耐震性向上用構造体１は、設置スペースが小さくて済むので、他の制振ダンパー等と併用することも容易に実現できる。
【００６４】
（６）芯材２は、平鋼を除去加工するだけで、容易かつ安価に得ることができる。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の変形が可能である。
【００６６】
上記実施形態では、座屈防止部材３を備えたが、芯材２の圧縮力による座屈を許容し、その圧縮抵抗力を無視して構造設計できる場合や、芯材２に引張荷重しか作用しない場合等には、座屈防止部材３は備えなくてもよい。芯材２のみを、耐震性向上用弾性部材として、建物９０に取り付ければよい。
【００６７】
上記実施形態では、無荷重状態において、セグメント２３ａと２３ｂとがｙ方向に離間した構成を示したが、セグメント２３ａと２３ｂが無荷重状態においてｙ方向に接触する部分を有していてもよい。例えば、セグメント２３ａと２３ｂの連結部２３２同士がｙ方向に接触していても、図７（Ｂ）に示すように、引張荷重が加わった際、それら連結部２３２同士が離れる弾性変位が実現される。
【００６８】
上記実施形態では、ボルト３３を折り返しばね部２３１の撓みを妨げない位置に挿通させたが、折り返しばね部２３１が一定以上撓んだ場合にボルト３３に接触するような位置にボルト３３を挿通させ、ボルト３３によって本体部２３の一定以上の撓みが規制されるようにしてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、図１に、耐震性向上用構造体１を方杖として仕口に設置した例を示したが、耐震性向上用構造体１又は芯材２は、相隣る柱と柱の間に筋交いとして設置することも可能であるし、梁と梁の間に設置すること等も可能である。また、耐震性向上用構造体１は、鉄骨構造だけでなく、木造構造やＲＣ構造にも取り付け可能である。また、耐震性向上用構造体１又は芯材２は、既存の建物に後付けすることもできるし、新築の際に建物に予め組み込むこともできる。
【００７０】
上記実施形態では、芯材２を平鋼から形成したが、芯材２の素材は、耐震性向上用に使用可能な弾性を示すものであれば、特に鋼に限定されない。例えば、芯材２の素材は、鋼以外の鉄であってもよいし、鉄以外の金属又は合金であってもよい。
【００７１】
図８（Ａ）〜（Ｅ）に、芯材２の本体部の変形例を示す。
【００７２】
図８（Ａ）に示すように、折り返しばね部をリング状部材２４１で構成し、複数のリング状部材２４１を連結部２４２で接続してもよい。このように、本体部は、必ずしもｙ方向に複数のセグメントに分割されていなくてもよい。
【００７３】
図８（Ｂ）に示すように、ｙ方向最外方に位置する頂部２４３ａと、頂部２４３ａを連結部２４３ｃに接続する一対の脚部２４３ｂ−１及び２４３ｂ−２と、を有する折り返しばね部２４３の、脚部２４３ｂ−１及び２４３ｂ−２の少なくともいずれか一方が、ｙ方向と交差する方向に延在していてもよい。図８（Ｂ）では、脚部２４３ｂ−２がｙ方向と交差する斜め方向に延在し、のこぎり波状の本体部が構成されている。
【００７４】
図８（Ｃ）に示すように、或る折り返しばね部２４４の形状及び／又は寸法が、他の折り返しばね部２４５のそれと異なっていてもよい。このように、折り返しばね部は、平面視において必ずしも互いに合同で無くてもよい。
【００７５】
図８（Ｄ）に示すように、ｙ方向に関して、一方のセグメント２４６における連結部２４６ｃが、一方のセグメント２４６における折り返しばね部の頂部２４６ａよりも、他方のセグメント２４７における折り返しばね部の頂部２４７ａに近い位置に配置されていてもよい。図８（Ｄ）では、一方のセグメント２４６における折り返しばね部の脚部２４６ｂと、他方のセグメント２４７における折り返しばね部の脚部２４７ｂとが、ｘ方向に対向している。そして、一方のセグメント２４６における折り返しばね部の頂部２４６ａと、他方のセグメント２４７における連結部２４７ｃとが、ｙ方向に対向している。
【００７６】
図８（Ｅ）に示すように、折り返しばね部２４８の脚部２４８ｂは、平面視において、頂部２４８ａとの接続部から、連結部２４８ｃとの接続部までの間に、略直角状の屈曲部が２箇所有するクランク状をなしていてもよい。図８（Ｅ）では、脚部２４８ｂは、頂部２４８ａ及び連結部２４８ｃの双方とｙ方向に対向する部分を有する。
【００７７】
図９（Ａ）〜（Ｅ）に、芯材２の本体部のさらに他の変形例を示す。
【００７８】
図９（Ａ）に示すように、折り返しばね部２４９は、ｙ方向外方を向く角部を有するよう平面視略Ｖ字状に折り返された形状を有していてもよい。
【００７９】
図９（Ｂ）に示すように、折り返しばね部２５０は、ｙ方向外方に向かって凸に湾曲するよう平面視略Ｕ字状に折り返された形状を有していてもよい。
【００８０】
図９（Ｃ）に示すように、一方のセグメントの折り返しばね部２３１と、他方のセグメントの折り返しばね部２３１とで、ｘ方向の位置にずれがあってもよい。
【００８１】
図９（Ｄ）に示すように、折り返しばね部２５１は、平面視において、ｘ方向及びｙ方向と交差する斜め方向に折り返された形状を有していてもよい。
【００８２】
図９（Ｅ）に示すように、一方のセグメントと、他方のセグメントとの間に、ｘ方向に延在する軸部材２５２を配置してもよい。軸部材２５２は、例えば、芯材２のｙ方向への曲がりを防止する効果を奏する。軸部材２５２のｘ方向両端と、取り付け部２１及び２２との間には間隙が確保され、軸部材２５２は、取り付け部２１及び２２の、互いに近づく方向の相対変位を妨げない。また、軸部材２５２のｙ方向両端と、折り返しばね部との間にも間隙が確保されている。軸部材２５２は、図２に示す第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２に厚さ方向に挟まれた状態で保持される。なお、軸部材２５２も、芯材を得るための平鋼と同一の平鋼から得ることができる。
【００８３】
図１０（Ａ）は、耐震性向上用構造体１の他の設置態様を示す概念図である。図示のように、取り付け部２１とプレート９３とを添板８１を用いて連結し、取り付け部２２とプレート９３とを添板８２を用いて連結してもよい。
【００８４】
図１０（Ｂ）は、取り付け部２１とプレート９３との連結部分の、ｘｚ平面に平行な断面図である。添板８１は、取り付け部２１とプレート９３とを厚さ方向（ｚ方向）に挟み込む表裏一対の添板８１ａ及び８１ｂで構成されている。添板８１ａ及び８１ｂによって取り付け部２１及びプレート９３を挟み込んだ状態で、添板８１ａ及び８１ｂと取り付け部２１、並びに添板８１ａ及び８１ｂとプレート９３とが、それぞれｚ方向に挿通されたボルトで結合されている。また、図示しないが、添板８２も表裏一対の添板で構成され、取り付け部２２とプレート９４との連結部分も、図１０（Ｂ）と同様に構成されている。
【００８５】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、耐震性向上用構造体１の他の変形例を示す。
【００８６】
図１１（Ａ）に示すように、芯材２と、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２との間に、介在物４を配置してもよい。介在物４としては、芯材２と、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２との摩擦力を調整するための摩擦力調整剤（例えば、オイルや粘着剤等）や、緩衝のための弾性体（例えば、ゴムパッキン）等が挙げられる。
【００８７】
図１１（Ｂ）に示すように、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２のｙ方向両側に側板５を配置し、その側板５と、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２とを、ｙ方向に挿通するボルト３３で固定してもよい。
【００８８】
なお、第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２の幅を、芯材２の幅より広くしておけば、芯材２のｙ方向外方への弾性変位は許容される。また、側板５の、折り返しバネ部２３１と対向する位置に、折り返しばね部２３１の突出を許容する開口を形成してもよい。
【００８９】
図１１（Ｃ）に示すように、芯材２と、これを挟み込んだ第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２とを、角形鋼管よりなる中空管状体６内に挿入してもよい。この場合、ボルト３３とナット３４及び３５が不要となる。
【００９０】
〔実施例〕
以下、実施例について説明する。
【００９１】
日本鉄鋼連盟製品規格に規定される高強度鋼Ｈ‐ＳＡ７００よりなる平鋼を準備した。かかる平鋼の厚さは９ｍｍ、長さは１１４０ｍｍ、幅は１４０ｍｍである。この平鋼をワイヤ放電加工することにより、図３に示す形状の芯材２を得た。
【００９２】
得られた芯材２は、平鋼と同じ厚さ、長さ、及び幅をもつ。本体部２３のｘ方向の長さは７６０ｍｍである。各折り返しばね部２３１のｘ方向の長さは８０ｍｍである。各連結部２３２のｘ方向の長さは６０ｍｍ、幅は１０ｍｍであり、連結部２３２同士のｙ方向の間隔は１０ｍｍである。
【００９３】
次に、得られた芯材２を、各々溝鋼よりなる第１及び第２の座屈防止部材３１及び３２で挟み込み、手締めで軽くボルト締めし、耐震性向上用構造体１を得た。
【００９４】
得られた耐震性向上用構造体１の取付け部２１及び２２間に、ｘ方向に引張荷重と圧縮荷重とを交互に繰返し作用させ、ｘ方向の変位量を計測した。
【００９５】
図１２は、計測された変位量と荷重との関係を示すグラフである。横軸は、一対の取り付け部２１及び２２のｘ方向の相対変位量を示し、この値は変位計により計測した。縦軸は、芯材２に作用させたｘ方向の荷重を示し、この値はロードセルにより計測した。なお、荷重は、圧縮荷重を正とし、引張荷重を負とした。荷重は、ｘ方向変位量が、±５ｍｍ、±１０ｍｍ、±１５ｍｍとなるように段階的に変化させた。
【００９６】
図示のように、ｘ方向変位量約±１５ｍｍの範囲内で、弾性挙動が維持されることが確認された。グラフの傾きで表される芯材２の剛性は、約５ｋＮ／ｃｍである。グラフが示す若干の非線形挙動は、芯材２と座屈防止部材３との間の摩擦に起因すると考えられる。
【００９７】
芯材２に生じた最大ひずみは、１５／１１４０≒１／６７であり、この値は、大地震で一般的な建築物に強制されるひずみにほぼ等しい。このように、本実施例に係る耐震性向上用構造体１によれば、揺れが大きく、かつ多数回の繰り返し荷重が作用する場合でも、その弾性が維持されることが確認された。
【００９８】
〔シミュレーション１〕
上記実施例に係る耐震性向上用構造体１の地震に対する応答を求めるためのシミュレーションを行った。耐震性向上用構造体１の剛性は、５ｋＮ／ｃｍとした。
【００９９】
図１３に、シミュレーションの条件を示す。基礎９７、９７に夫々柱９５、９５が立設され、柱９５、９５間には梁９６が架設されてなる門型の骨組の四隅に、耐震性向上用構造体１を取り付ける。柱９５の高さは４００ｃｍ、梁９６の長さは８００ｃｍ、耐震性向上用構造体１の長さ（ｘ方向の長さ）は、約１４１．４ｃｍである。
【０１００】
柱９５は、肉厚１２ｍｍ、一辺角２５０ｍｍの角型鋼管とした。梁９６は、Ｈ寸法４５０ｍｍ、Ｂ寸法２００ｍｍ、ｔ１寸法９ｍｍ、ｔ２寸法１４ｍｍのＨ型鋼とした。柱９５と梁９６の材料の降伏強さは２３５Ｎ／ｍｍ２、ヤング係数は２．０５×１０５Ｎ／ｍｍ２とした。また、梁９６の両端に５０ｋＮの集中重量が存在し、梁９６の中央には１００ｋＮの集中重量が存在しているとした。
【０１０１】
上記構成の骨組に、地震波を与えた。地震波は、１９９５年神戸海洋気象台で観測された兵庫県南部地震の地震波（神戸ＮＳ波）と同一のものとした。地震波の最大地動加速度は８１８ｇａｌであり、継続時間は２９．６秒である。
【０１０２】
図１４（Ａ）は、比較例として、耐震性向上用構造体１が取り付けられて無い上記骨組に、上記地震波を与えた場合の応答を示すグラフである。横軸は、骨組みの、梁９６の位置の横方向（梁９６の長さ方向）の変位（以下、層間変位という。）を示し、縦軸は横方向のせん断力（以下、層せん断力という。）を示す。
【０１０３】
図示のように、ヒステリシスはみられるが、層間変位の正方向への偏りがみられる。正方向の最大変位は８．２８ｃｍであった。また、ヒステリシスを表すグラフの上部Ｃ１は、略水平であり、この部分では骨組の剛性がほぼゼロとなっていることを示す。
【０１０４】
図１４（Ｂ）は、実施例に係る耐震性向上用構造体１を四隅に取り付けた骨組の、同じ地震波に対する応答を示すグラフである。図示のように、層間変位の正方向への偏りが緩和されている。これは、耐震性向上用構造体１の弾性復元力による原点復帰の効果が発揮されたことを示す。正方向の最大変位は６．９３ｃｍへと減少した。さらに、ヒステリシスを表すグラフの上部Ｃ２の傾きは、比較例の対応する部分Ｃ１の傾きよりも大きい。このことは、骨組の剛性が維持されていることを示す。このように、実施例に係る耐震性向上用構造体１によれば、大地震が生じた場合でも建物の損傷を抑える効果が維持されることが確認された。
【０１０５】
〔シミュレーション２〕
同一の平鋼（Ｈ‐ＳＡ７００）よりなり、平面視での形状のみが異なる芯材の試験体Ａ〜Ｈの各々について、ｘ方向一端を固定し、他端にｘ方向の引張荷重を与えた場合に、試験体に生じるミーゼス応力を、弾性有限要素解析により算出した。
【０１０６】
図１５（Ａ）〜（Ｈ）に、ミーゼス応力の算出結果を、濃淡で表現した画像を示す。ミーゼス応力比が０の部分を白色で表現し、ミーゼス応力比が１の部分を黒色で表現し、ミーゼス応力比が０を超え１未満の部分は、１に近い程濃くなるよう灰色で表現した。色の濃い部分程、応力が集中していることを表す。
【０１０７】
図１５（Ａ）は、試験体Ａの解析結果を示す。試験体Ａは、図３に示す形状のものとした。折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を１０ｍｍとした。
【０１０８】
図１５（Ｂ）は、試験Ｂの解析結果を示す。試験体Ｂは、試験体Ａと比べて、各セグメントが有する折り返しばね部の数が１つ少ない。
【０１０９】
図１５（Ｃ）は、試験体Ｃの解析結果を示す。試験体Ｃも、試験体Ａ及びＢと同様、図３に示す形状のものとした。但し、折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を２０ｍｍとした。
【０１１０】
図１５（Ｄ）は、試験体Ｄの解析結果を示す。試験体Ｄは、図８（Ａ）に示す形状のものとした。折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を１０ｍｍとした。
【０１１１】
図１５（Ｅ）は、試験体Ｅの解析結果を示す。試験体Ｅは、図８（Ｂ）に示す形状のものとした。折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を１０ｍｍとした。
【０１１２】
図１５（Ｆ）は、試験体Ｆの解析結果を示す。試験体Ｆは、図８（Ｃ）に示す形状のものとした。折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を１５ｍｍとした。また、ｘ方向中央の折り返しばね部の頂部のｘ方向の長さは、他の折り返しばね部のそれの２倍とした。
【０１１３】
図１５（Ｇ）は、試験体Ｇの解析結果を示す。試験体Ｇは、図８（Ｄ）に示す形状のものとした。折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を１５ｍｍとした。
【０１１４】
図１５（Ｈ）は、試験体Ｈの解析結果を示す。試験体Ｈは、図８（Ｅ）に示す形状のものとした。折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅を１５ｍｍとした。
【０１１５】
また、試験体Ａ〜Ｈの各々について、いずれかの箇所がミーゼス降伏条件にはじめて達するときのｘ方向の変位（降伏時変位）と、そのときの荷重（降伏荷重）とを算出した。
【０１１６】
表１に、算出結果を示す。表１中、幅とは、折り返しばね部を構成する頂部及び脚部並びに連結部の各々の幅のことを指す。
【０１１７】
【表１】
2017089714.tif 000003
【０１１８】
例えば、試験体Ａ及びＢと、試験体Ｄとの計算結果を比較すると、試験体Ａ及びＢの方が、試験体Ｄよりも、大きな降伏時変位を確保できることが分かる。これは、試験体Ａ及びＢにおいては、本体部がｙ方向に２つのセグメントに分割されており、図７（Ａ）を参照して説明したように、セグメント同士がｙ方向に互いに遠ざかる方向に弾性的に変位可能であることによる。
【０１１９】
また、のこぎり波状の本体部を有する試験体Ｅの降伏時荷重は、矩形状の折り返しばね部を有する他の試験体のそれに比べて著しく小さい。このことから、折り返しばね部は、矩形に折り返された形状を有する方が好ましいと言える。
【０１２０】
なお、試験体Ｃは、降伏時荷重は最も大きいが、降伏時変位は最も小さい。降伏時変位よりも大きな変位がもたらされると、弾性復元力を発揮できなくなる。このため、降伏時荷重と降伏時変位の双方が大きいことが好ましい。この観点から、試験体Ａ、Ｂ、Ｇ、及びＨが好ましいと言える。
【０１２１】
本発明は、その広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされる。上記実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【０１２２】
１…耐震性向上用構造体、２…芯材（耐震性向上用弾性部材）、３…座屈防止部材、４…介在物、５…測板、６…中空管状体、２１，２２…取り付け部、２１ａ，２２ａ…ボルト挿通孔、２３…本体部、２３ａ，２３ｂ…セグメント、３１…第１の座屈防止部材、３１ａ，３２ａ…ボルト挿通孔、３２…第２の座屈防止部材、３３…ボルト、３４，３５…ナット、８１，８１ａ，８１ｂ，８２，８２ａ，８２ｂ…添板、９０…建物、９１，９５…柱、９２，９６…梁、９３，９４…プレート、９７…基礎、２３１，２３５，２３６，２３８…折り返しばね部、２３２…連結部、２３３…幅方向延在部、２３４…軸方向延在部、２３１ａ…頂部、２３１ｂ，２３３…脚部、２３４…接続部、２４１…リング状部材、２４２…連結部、２４３…折り返しばね部、２４３ａ…頂部、２４３ｂ−１，２４３ｂ−２…脚部、２４３ｃ…連結部、２４４，２４５…折り返しばね部、２４６…セグメント、２４６ａ…頂部、２４６ｂ…脚部、２４６ｃ…連結部、２４７…セグメント、２４７ａ…頂部、２４７ｂ…脚部、２４７ｃ…連結部、２４８…折り返しばね部、２４８ａ…頂部、２４８ｂ…脚部、２４８ｃ…連結部、２４９，２５０，２５１…折り返しばね部、２５２…軸部材、３１１，３２１…底板部、３１２，３２２…側板部、Ｓ…平板状体。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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