(57)【要約】【課題】安定したエネルギー吸収性能を確保しながら低廉な製造コストで製造することのできる鋼製デバイスを提供する。【解決手段】本発明を適用した鋼製デバイス１は、引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが作用する軸力部材２に設けられるものであり、軸力部材２の側面２５に取り付けられる定着部３と、定着部３から連続して設けられる折曲部４とを備える。折曲部４は、軸力部材２の側面２５より面外方向αに突出して形成されて、引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが軸力部材２に作用したときに、軸力部材２の軸方向Ｚに伸縮変形するものとなる。【選択図】図９
2017133282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材に設けられる鋼製デバイスであって、
軸力部材の側面に取り付けられる定着部と、前記定着部から連続して設けられる折曲部とを備え、
前記折曲部は、軸力部材の側面より面外方向に突出して形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、軸力部材の軸方向に伸縮変形するものとなること
を特徴とする鋼製デバイス。
【請求項２】
前記定着部に取り付けられる補剛材をさらに備え、
前記補剛材は、軸力部材の側面との間に前記定着部を挟み込んだ状態で設けられること
を特徴とする請求項１記載の鋼製デバイス。
【請求項３】
前記定着部は、前記折曲部の軸方向の両側で一対となって設けられて、軸力部材の側面に一対の前記定着部の各々がボルト接合で取り付けられること
を特徴とする請求項１又は２記載の鋼製デバイス。
【請求項４】
前記定着部は、前記折曲部の軸方向の両側で一対となって設けられて、
前記折曲部は、一対の前記定着部の各々から連続する２箇所、及び、一対の前記定着部の中間となる１箇所で、面外方向に折り曲げられた折り目が３箇所に形成されること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の鋼製デバイス。
【請求項５】
前記折曲部は、一対の前記定着部の各々から連続する２箇所の前記折り目で、軸力部材の軸直交方向に対して１５°以上、４３°以下の傾斜角度で傾斜して形成されること
を特徴とする請求項４記載の鋼製デバイス。
【請求項６】
前記定着部は、前記折曲部の軸方向の両側で一対となって設けられて、
前記折曲部は、一対の前記定着部の各々から連続する２箇所、及び、一対の前記定着部の中間となる２箇所で、面外方向に折り曲げられた折り目が４箇所に形成されること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の鋼製デバイス。
【請求項７】
前記折曲部は、面外方向に湾曲して折り曲げられた折り目が形成されて、前記折り目の内周側の曲率半径を、前記折曲部の板厚と同一以上の大きさとすること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載の鋼製デバイス。
【請求項８】
建築物の壁体として設けられる耐力壁であって、
引張荷重又は圧縮荷重が作用するブレース材となる軸力部材と、前記軸力部材の軸方向の一部に設けられる鋼製デバイスとを備え、
前記鋼製デバイスは、前記軸力部材の側面に取り付けられる定着部と、前記定着部から連続して設けられる折曲部とを有し、前記折曲部が、前記軸力部材の側面より面外方向に突出して形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が前記軸力部材に作用したときに、前記軸力部材の軸方向に伸縮変形するものとなること
を特徴とする耐力壁。
【請求項９】
前記軸力部材は、軸方向に分断させた一対の端部が互いに離間して配置されて、一方の前記端部から他方の前記端部まで連続して内挿される芯材が設けられること
を特徴とする請求項８記載の耐力壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材に設けられる鋼製デバイス、及び、建築物の壁体として設けられる耐力壁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、対向する方向に相対変位を生ずる構造部材間で効果的にエネルギー吸収して、また、構造部材間の偏心に伴う機能低下を解決するものとして、例えば、特許文献１、２に開示される鋼材ダンパー等が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、互いに切り離されて対向する方向に相対変位を生ずる構造部材間に跨設されて、構造部材間の相対変位時に軸方向力を受けて曲げ降伏するものである。特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、各構造部材に接続されて同一軸線上で距離をおいて対向する軸部と、両軸部間にその軸線を迂回して跨ってその両端が各軸部に接合されて曲げモーメントを負担する曲げ材とからなる。
【０００４】
特許文献２に開示された接合部の制震装置は、軸組の接合部を形成する一方の軸組材と他方の軸組材にそれぞれ固定される両側の固定部と、この両側の固定部間に軸組の構面内方向又は構面外方向に屈曲した形状に設けられるとともに、軸組の構面内方向又は構面外方向に変形することで軸組の接合部の変位を吸収する変形部とから形成されてなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６３５４９号公報
【特許文献２】特開２００２−２３５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、特に、軸力部材となる構造部材間に跨設されて、各々の構造部材の互いに対向する端面に、鋼材ダンパーの両軸部を接続することで設けられる。このとき、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、構造部材に接続するための軸部と曲げモーメントを負担する曲げ材とが別部材で構成されるため、各々の部材の製作コストや、軸部と曲げ材とを接合するための加工コストが増大する。
【０００７】
また、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、両軸部間の軸線を迂回させてコ字型の曲げ材が形成されて、コ字型の曲げ材が軸方向に変形し易いものとなることで、軸方向の剛性を十分に確保できないものとなる。さらに、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、コ字型の曲げ材が軸直交方向にも変形し易く、曲げ材に厚い鋼板を用いて軸直交方向の変形を抑制することが必要であるため、曲げ材の製作に必要となる鋼材量が多くなることで、曲げ材の材料コストが増大する。
【０００８】
そして、特許文献２に開示された接合部の制震装置は、柱と梁とを互いに接合した軸組の接合部に設けられるものであり、特に、引張荷重又は圧縮荷重が作用するブレース材等の軸力部材に設けられるものではない。また、特許文献２に開示された接合部の制震装置は、変形部が変形することでエネルギー吸収性能を発揮するものの、軸組材に固定される固定部が補剛されていないため、エネルギー吸収性能が不安定となるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、安定したエネルギー吸収性能を確保しながら低廉な製造コストで製造することのできる鋼製デバイス及び耐力壁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係る鋼製デバイスは、引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材に設けられる鋼製デバイスであって、軸力部材の側面に取り付けられる定着部と、前記定着部から連続して設けられる折曲部とを備え、前記折曲部は、軸力部材の側面より面外方向に突出して形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、軸力部材の軸方向に伸縮変形するものとなることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る鋼製デバイスは、第１発明において、前記定着部に取り付けられる補剛材をさらに備え、前記補剛材は、軸力部材の側面との間に前記定着部を挟み込んだ状態で設けられることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係る鋼製デバイスは、第１発明又は第２発明において、前記定着部は、前記折曲部の軸方向の両側で一対となって設けられて、軸力部材の側面に一対の前記定着部の各々がボルト接合で取り付けられることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係る鋼製デバイスは、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記定着部は、前記折曲部の軸方向の両側で一対となって設けられて、前記折曲部は、一対の前記定着部の各々から連続する２箇所、及び、一対の前記定着部の中間となる１箇所で、面外方向に折り曲げられた折り目が３箇所に形成されることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係る鋼製デバイスは、第４発明において、前記折曲部は、一対の前記定着部の各々から連続する２箇所の前記折り目で、軸力部材の軸直交方向に対して１５°以上、４３°以下の傾斜角度で傾斜して形成されることを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係る鋼製デバイスは、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記定着部は、前記折曲部の軸方向の両側で一対となって設けられて、前記折曲部は、一対の前記定着部の各々から連続する２箇所、及び、一対の前記定着部の中間となる２箇所で、面外方向に折り曲げられた折り目が４箇所に形成されることを特徴とする。
【００１６】
第７発明に係る鋼製デバイスは、第１発明〜第６発明の何れかにおいて、前記折曲部は、面外方向に湾曲して折り曲げられた折り目が形成されて、前記折り目の内周側の曲率半径を、前記折曲部の板厚と同一以上の大きさとすることを特徴とする。
【００１７】
第８発明に係る耐力壁は、建築物の壁体として設けられる耐力壁であって、引張荷重又は圧縮荷重が作用するブレース材となる軸力部材と、前記軸力部材の軸方向の一部に設けられる鋼製デバイスとを備え、前記鋼製デバイスは、前記軸力部材の側面に取り付けられる定着部と、前記定着部から連続して設けられる折曲部とを有し、前記折曲部が、前記軸力部材の側面より面外方向に突出して形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が前記軸力部材に作用したときに、前記軸力部材の軸方向に伸縮変形するものとなることを特徴とする。
【００１８】
第９発明に係る耐力壁は、第８発明において、前記軸力部材は、軸方向に分断させた一対の端部が互いに離間して配置されて、一方の前記端部から他方の前記端部まで連続して内挿される芯材が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明〜第９発明によれば、地震又は風等の繰返し外力に起因して、軸力部材に引張荷重及び圧縮荷重が交互に作用したときに、軸力部材の軸方向で折曲部が伸縮変形することで、地震又は風等の繰返し外力に対して、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。
【００２０】
第１発明〜第９発明によれば、鋼製デバイスの座屈、破断等による顕著な耐力劣化を抑制できるため、定着部が取り付けられる軸力部材への負担を軽減させることで、軸力部材の損傷を防止することが可能となる。
【００２１】
第１発明〜第９発明によれば、温度依存性の高い粘弾性ダンパーが用いられることなく、面外方向への容易な折曲加工で折曲部が形成された鋼板等が用いられることで、低廉な製造コストで鋼製デバイスを製造することが可能となる。
【００２２】
特に、第２発明によれば、折曲部を軸方向に伸縮変形させて、安定したエネルギー吸収性能を発揮させると同時に、軸力部材の側面との間に定着部を挟み込んだ状態で補剛材が設けられることで、定着部の面外変形を補剛材で抑制して、十分な耐力及び剛性を確保することが可能となる。
【００２３】
特に、第３発明によれば、軸力部材の側面に一対の定着部の各々がボルト接合で取り付けられることで、折曲部が塑性変形等して損傷した古い鋼製デバイスを容易に取り外して、新しい鋼製デバイスへの交換を容易に実施することが可能となる。
【００２４】
特に、第４発明、第６発明によれば、略三角形状、略矩形状、略台形状又は略逆台形状の折曲部が、鋼板等の容易な折曲加工で形成されることで、鋼製デバイスの加工度を低減させることが可能となる。
【００２５】
特に、第５発明によれば、軸直交方向に対して折曲部の傾斜角度を１５°以上、４３°以下とすることで、鋼製デバイスの製造を容易にすると同時に、引張荷重に対しては鋼製デバイスの耐力上昇を抑制し、圧縮荷重に対しては鋼製デバイスの所定の変形性能を確保することが可能となることで、安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。
【００２６】
特に、第７発明によれば、折り目の曲率半径を十分に大きくすることで、折曲部が変形するときの塑性化領域を大きくするとともに、折り目を折曲加工するときと折曲部を変形させたときとを併せた累積歪みを小さくできるため、加工硬化による耐力上昇の抑制や、低サイクル疲労に対する抵抗特性の強化を図ることが可能となる。
【００２７】
特に、第８発明によれば、軸力部材となるブレース材に鋼製デバイスが設けられるため、引張荷重及び圧縮荷重が交互に作用するにもかかわらず、枠内空間のブレース材に安定したエネルギー吸収性能を発揮させて、耐震性能を向上させた建築物の壁体を提供することが可能となる。
【００２８】
特に、第９発明によれば、軸力部材の一方の端部から他方の端部まで連続させた芯材が設けられることで、幅方向又は奥行方向の鋼製デバイスの偏心した変形を抑制して、鋼製デバイス同士のずれを止めて、鋼製デバイスの全体座屈を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用した鋼製デバイスが導入される耐力壁を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明を適用した耐力壁に水平力が作用する前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、その水平力が作用した後の状態を示す正面図である。
【図３】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスが設けられる閉断面形状の軸力部材を示す平面図であり、（ｂ）は、その開断面形状の軸力部材を示す平面図である。
【図４】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスが設けられる平鋼の軸力部材を示す正面図であり、（ｂ）は、端部を略平坦に潰して加工した鋼管の軸力部材を示す正面図であり、（ｃ）は、接合金物の軸力部材を示す正面図である。
【図５】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスが設けられた軸力部材を示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図６】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスで面外方向の外側に突出した折曲部を示す正面図であり、（ｂ）は、その面外方向の内側に突出した折曲部を示す正面図である。
【図７】本発明を適用した鋼製デバイスで面外方向に湾曲して突出した折曲部を示す正面図である。
【図８】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスで略矩形状の折曲部を示す正面図であり、（ｂ）は、その略台形状の折曲部を示す正面図であり、（ｃ）は、その略逆台形状の折曲部を示す正面図である。
【図９】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスで引張荷重で伸長する折曲部を示す正面図であり、（ｂ）は、その圧縮荷重で縮長する折曲部を示す正面図である。
【図１０】本発明を適用した鋼製デバイスが４面の側面に設けられた軸力部材を示す平面図である。
【図１１】本発明を適用した鋼製デバイスの複数枚が互いに重ね合わされた状態を示す正面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスが設けられる軸力部材の端部に形成された縮径部を示す正面図であり、（ｂ）は、その軸力部材の端部に形成された拡径部を示す正面図である。
【図１３】本発明を適用した鋼製デバイスが設けられる軸力部材の端部に内挿された芯材を示す正面図である。
【図１４】本発明を適用した鋼製デバイスのＦＥＭ解析結果で引張荷重載荷時及び圧縮荷重載荷時の折曲部の伸縮変形量を示すグラフである。
【図１５】本発明を適用した鋼製デバイスのＦＥＭ解析結果で補剛材が設けられることで耐力及び剛性が向上することを示すグラフである。
【図１６】本発明を適用した鋼製デバイスのＦＥＭ解析結果で折曲部の傾斜角度と耐力上昇率との関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は、本発明を適用した鋼製デバイスが設けられる鉄骨材の軸力部材を示す正面図であり、（ｂ）は、その木製材の軸力部材を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を適用した鋼製デバイス１及び耐力壁７を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１に示すように、例えば、住宅、学校、事務所、病院施設等の建築物の軸力部材２に設けられる。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、プラント構造物、鉄塔等の建造物の軸力部材２に設けられてもよい。
【００３２】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、特に、引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが作用する軸力部材２に設けられる。本発明を適用した鋼製デバイス１は、柱材、梁材又はブレース材２０等の軸力部材２に設けられて、建築物の耐力壁７等に導入されるものとなる。
【００３３】
本発明を適用した耐力壁７は、スチールハウス、鉄骨プレハブ又は木造住宅等の建築物の壁体として設けられる。本発明を適用した耐力壁７は、例えば、一対の縦枠７１と一対の横枠７２とで四方が取り囲まれて、所定の枠内空間７０が形成されるものとなる。
【００３４】
本発明を適用した耐力壁７は、ブレース材２０となる軸力部材２と、軸力部材２の一部に設けられる鋼製デバイス１とを備える。本発明を適用した耐力壁７は、図２に示すように、例えば、高さ寸法Ｈを３０００ｍｍ程度、幅寸法Ｗを１０００ｍｍ程度とする。
【００３５】
本発明を適用した耐力壁７は、図２（ａ）に示すように、例えば、枠内空間７０の上部７０ａ及び下部７０ｂの各々に、ブレース材２０となる軸力部材２が傾斜して設けられる。このとき、枠内空間７０の上部７０ａでは、右上隅又は左上隅に向けてブレース材２０が傾斜して設けられるとともに、枠内空間７０の下部７０ｂでは、右下隅又は左下隅に向けてブレース材２０が傾斜して設けられる。
【００３６】
本発明を適用した耐力壁７は、図２（ｃ）に示すように、地震又は風等により水平力Ｆが作用することで、各々の縦枠７１が横方向に傾倒するように変位するものとなる。このとき、本発明を適用した耐力壁７は、例えば、枠内空間７０の上部７０ａではブレース材２０に引張荷重Ｐｔが作用するとともに、枠内空間７０の下部７０ｂではブレース材２０に圧縮荷重Ｐｃが作用するものとなる。
【００３７】
ここで、本発明を適用した耐力壁７は、例えば、水平力Ｆを２０ｋＮとして、層間変形角を１／５０とした場合に、各々のブレース材２０の耐力を３６ｋＮ以上、各々のブレース材２０の変形性能を１７ｍｍ以上確保する必要がある。このため、本発明を適用した耐力壁７は、各々のブレース材２０で所定の耐力及び変形性能を確保するために、図３に示すように、ブレース材２０となる軸力部材２の軸方向Ｚの一部に鋼製デバイス１が設けられる。
【００３８】
軸力部材２は、図３（ａ）に示すように、断面略矩形状の閉断面形状に形成された角形鋼管が用いられる。また、軸力部材２は、略六角形状又は略八角形状等の断面略多角形状の閉断面形状に形成された角形鋼管が用いられてもよく、図３（ｂ）に示すように、断面略Ｃ形状の開断面形状に形成された溝形鋼又はリップ付溝形鋼が用いられてもよい。
【００３９】
軸力部材２は、例えば、角形鋼管等の板厚ｔ２を１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、幅方向Ｘの外径Ｄ１を３０ｍｍ〜９０ｍｍ程度、奥行方向Ｙの外径Ｄ２を６０ｍｍ〜１８０ｍｍ程度とする。軸力部材２は、幅方向Ｘの片側又は両側に幅方向Ｘの側面２５ａが配置されるとともに、奥行方向Ｙの片側又は両側に奥行方向Ｙの側面２５ｂが配置されて、幅方向Ｘの側面２５ａ及び奥行方向Ｙの側面２５ｂに取り囲まれて中空部２６が形成される。
【００４０】
軸力部材２は、幅方向Ｘの側面２５ａが奥行方向Ｙに延びて形成されるとともに、奥行方向Ｙの側面２５ｂが幅方向Ｘに延びて形成される。軸力部材２は、幅方向Ｘの側面２５ａ及び奥行方向Ｙの側面２５ｂの各々と略直交する方向が、軸力部材２の側面２５の面外方向αとなる。そして、軸力部材２の側面２５は、軸力部材２の中空部２６側が面外方向αの内側Ａとなるとともに、軸力部材２の外部側が面外方向αの外側Ｂとなる。
【００４１】
なお、軸力部材２は、図４（ａ）に示すように、平鋼６０等が用いられてもよく、又は、図４（ｂ）に示すように、端部２７を略平坦に潰して加工した鋼管が用いられてもよい。また、軸力部材２は、図４（ｃ）に示すように、必要に応じて、枠材に取り付けられて軸力が作用する接合金物６等が用いられてもよい。
【００４２】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の側面２５に取り付けられる定着部３と、定着部３から連続して設けられる折曲部４とを備え、図５に示すように、軸力部材２の軸方向Ｚの一部に設けられるものとなる。そして、本発明を適用した鋼製デバイス１は、必要に応じて、定着部３に取り付けられる補剛材５をさらに備えるものとなる。
【００４３】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、図５（ａ）に示すように、軸力部材２を軸方向Ｚに分断させて、軸力部材２を分断させた一対の端部２７に架設される。本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２を分断させた一対の端部２７が軸方向Ｚで互いに対向して配置されて、軸力部材２の一方の端部２７から他方の端部２７まで連続して設けられる。
【００４４】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の軸方向Ｚで互いに対向させた各々の端部２７で、軸力部材２の各々の側面２５に定着部３が取り付けられる。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２を分断させた一対の端部２７が軸方向Ｚで互いに離間した離間部Ｓで、定着部３から軸方向Ｚに連続させた折曲部４が配置される。
【００４５】
定着部３は、折曲部４の軸方向Ｚの両側で一対となって設けられて、軸力部材２の一方の端部２７に一方の定着部３が取り付けられるとともに、軸力部材２の他方の端部２７に他方の定着部３が取り付けられる。定着部３は、軸力部材２の側面２５に当接させた状態で、軸力部材２の側面２５まで連続して貫通させたボルトナット３１が設けられることで、軸力部材２の側面２５に一対の定着部３の各々がボルト接合で取り付けられる。
【００４６】
定着部３は、図５（ｂ）に示すように、例えば、奥行方向Ｙで２列に亘って設けられたボルトナット３１で、軸力部材２の幅方向Ｘの側面２５に一対の定着部３の各々がボルト接合で取り付けられる。なお、定着部３は、軸力部材２の側面２５に、ボルト接合で取り付けられるほか、ねじ接合、くぎ接合、ピン接合又は溶接接合等で取り付けられてもよい。定着部３は、必要に応じて、各々の定着部３とともに補剛材５がボルト接合等で取り付けられる。
【００４７】
なお、ボルトナット３１は、閉断面形状に形成された軸力部材２又は開断面形状に形成された軸力部材２の何れにおいても、図３（ａ）に示すように、軸力部材２の一方の側面２５から他方の側面２５まで連続してボルトが設けられてもよい。そして、ボルトが連続して設けられる場合には、ボルトに張力を導入することができるように、一方の側面２５と他方の側面２５との間にスペーサーが設けられることが望ましい。また、ボルトナット３１は、図３（ｂ）に示すように、軸力部材２の各々の側面２５に設けられてもよい。
【００４８】
折曲部４は、図５に示すように、軸力部材２の側面２５より面外方向αに突出して形成される。折曲部４は、例えば、軸方向Ｚの縦寸法ｂを１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、面外方向αの突出高ｈを１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、幅方向Ｘ又は奥行方向Ｙの横寸法ｗを３０ｍｍ〜１８０ｍｍ程度として、板厚ｔ１を１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度とする。
【００４９】
折曲部４は、図６に示すように、面外方向αに折り曲げられて形成された折り目４０が、一対の定着部３の間で３箇所以上の複数箇所に形成される。このとき、折曲部４は、図６（ａ）に示すように、軸力部材２の側面２５より面外方向αの外側Ｂに向けて突出して形成されてもよく、また、図６（ｂ）に示すように、軸力部材２の側面２５より面外方向αの内側Ａに向けて突出して形成されてもよい。
【００５０】
折曲部４は、折り目４０で湾曲又は屈曲させて折り曲げられるものとなる。折曲部４は、折り目４０で湾曲して折り曲げられる場合に、例えば、湾曲した折り目４０の内周側の曲率半径ｒ１を、折曲部４の板厚ｔ１と同一以上の大きさとして、湾曲した折り目４０の外周側の曲率半径ｒ２を、折曲部４の板厚ｔ１の２倍以上の大きさとする。
【００５１】
折曲部４は、主に、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が、一対の定着部３の間で３箇所に形成される。このとき、折曲部４は、一対の定着部３の各々から軸方向Ｚに連続する２箇所、及び、軸方向Ｚで一対の定着部３の中間となる１箇所で、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が３箇所に形成される。
【００５２】
折曲部４は、特に、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が３箇所に形成される場合に、軸力部材２の側面２５より面外方向αに突出して略三角形状に形成される。このとき、折曲部４は、一対の定着部３の各々から連続する２箇所の折り目４０で、軸力部材２の側面２５と直交する軸直交方向から略三角形状の傾斜面４ａが傾斜することで、軸力部材２の軸直交方向に対して１５°以上、４３°以下の傾斜角度θで形成される。
【００５３】
なお、折曲部４は、面外方向αに突出して略三角形状に形成されるもののほか、図７に示すように、面外方向αに湾曲して形成されてもよい。このとき、折曲部４は、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が２箇所に形成されて、これらの折り目４０と折り目４０との間で、略円弧状又は略楕円弧状等に湾曲して形成される。
【００５４】
折曲部４は、図８に示すように、必要に応じて、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が、一対の定着部３の間で４箇所に形成されてもよい。このとき、折曲部４は、一対の定着部３の各々から軸方向Ｚに連続する２箇所、及び、軸方向Ｚで一対の定着部３の中間となる２箇所で、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が４箇所に形成される。
【００５５】
折曲部４は、特に、面外方向αに折り曲げられた折り目４０が４箇所に形成される場合に、図８（ａ）に示す略矩形状に形成されてもよく、また、図８（ｂ）に示す略台形状に形成されて、又は、図８（ｃ）に示す略逆台形状に形成されてもよい。このとき、折曲部４は、必要に応じて、略台形状等の傾斜面４ａが、軸力部材２の軸直交方向に対して１５°以上、４３°以下の傾斜角度θで傾斜して形成されてもよい。
【００５６】
折曲部４は、図９に示すように、軸力部材２の側面２５より面外方向αに突出して形成されて、軸方向Ｚの引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが軸力部材２に作用したときに、軸力部材２の軸方向Ｚに伸縮変形するものとなる。
【００５７】
ここで、定着部３は、図９（ａ）に示すように、引張荷重Ｐｔが軸力部材２に作用したときに、軸力部材２を分断させた一対の端部２７とともに、一対の定着部３が軸方向Ｚで互いに離間する方向に変位する。このとき、折曲部４は、軸直交方向に対する折り目４０での傾斜角度θｔが大きくなって、軸方向Ｚに伸長する変形をするものとなる。
【００５８】
さらに、定着部３は、図９（ｂ）に示すように、圧縮荷重Ｐｃが軸力部材２に作用したときに、軸力部材２を分断させた一対の端部２７とともに、一対の定着部３が軸方向Ｚで互いに接近する方向に変位する。このとき、折曲部４は、軸直交方向に対する折り目４０での傾斜角度θｃが小さくなって、軸方向Ｚに縮長する変形をするものとなる。
【００５９】
補剛材５は、所定の板厚ｔ５の平鋼等が、各々の定着部３とともにボルト接合等で軸力部材２の側面２５に取り付けられる。補剛材５は、軸力部材２の側面２５との間に定着部３を挟み込んで、各々の定着部３に当接させた状態で設けられる。補剛材５は、定着部３及び軸力部材２の側面２５まで連続して貫通させたボルトナット３１が設けられることで、一対の定着部３の各々にボルト接合で取り付けられるものとなる。
【００６０】
補剛材５は、例えば、平鋼等の板厚ｔ５を定着部３及び折曲部４の板厚ｔ１の１．５倍〜５倍程度の大きさとして、各々の定着部３で折曲部４の近傍側に設けられる。補剛材５は、軸力部材２の側面２５との間に定着部３を挟み込んだ状態とすることで、折曲部４が軸方向Ｚに伸縮変形するときに、軸力部材２の側面２５から定着部３が面外方向αに離間しないように、所定の板厚ｔ５の平鋼等で定着部３を拘束するものとなる。
【００６１】
補剛材５は、必要に応じて、定着部３から離間して折曲部４の近傍となる部分で、平鋼等の角部が部分的に切り欠かれることで面取り５ａが形成される。補剛材５は、折曲部４の近傍となる部分に面取り５ａが形成されることで、折曲部４が軸方向Ｚに縮長する変形をしたときに、平鋼等の角部に折曲部４が干渉することを抑制することができる。
【００６２】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、図３に示すように、軸力部材２の２面の側面２５の各々に設けられる。このとき、本発明を適用した鋼製デバイス１は、特に、軸力部材２の幅方向Ｘ又は奥行方向Ｙに対向する２面の側面２５の各々に設けられることで、２枚の鋼製デバイス１が左右対称又は前後対称となるように配置されることが望ましい。
【００６３】
また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１０に示すように、軸力部材２の幅方向Ｘ及び奥行方向Ｙに対向する４面の側面２５の各々に設けられて、４枚の鋼製デバイス１が左右対称及び前後対称となるように配置されてもよい。本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の幅方向Ｘ及び奥行方向Ｙの何れか一方又は両方で対称に配置されることで、折曲部４が伸縮変形するときの軸方向Ｚに対する偏心を抑制することができる。
【００６４】
さらに、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１１に示すように、軸力部材２の各々の側面２５で、複数枚の鋼製デバイス１が重ね合わせて設けられてもよい。このとき、互いに重ね合わせた複数枚の鋼製デバイス１は、図１１（ａ）に示すように、各々の折曲部４をともに外側Ｂ又は内側Ａに突出させてもよい。また、互いに重ね合わせた複数枚の鋼製デバイス１は、図１１（ｂ）に示すように、内側Ａに突出した折曲部４同士が干渉しないように、内側Ａに突出した折曲部４と外側Ｂに突出した折曲部４とを組み合わせてもよい。
【００６５】
なお、本発明を適用した鋼製デバイス１は、偶数枚の鋼製デバイス１が用いられて左右対称又は前後対称となるように配置されることが望ましいが、奇数枚の鋼製デバイス１が用いられて左右対称又は前後対称とならないように配置されてもよい。本発明を適用した鋼製デバイス１は、左右対称又は前後対称とならないように配置されることで、軸力部材２の必要な側面２５で重点的に鋼製デバイス１を設けることができる。
【００６６】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、図５に示すように、軸力部材２を分断させた一対の端部２７が、軸方向Ｚで互いに離間して離間部Ｓが形成される。本発明を適用した鋼製デバイス１は、これに限らず、図１２に示すように、軸力部材２を軸方向Ｚに分断させた何れかの端部２７に、縮径部２７ａ又は拡径部２７ｂが形成されることで、軸力部材２の一対の端部２７が軸方向Ｚで互いに離間しなくてもよい。
【００６７】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１２（ａ）に示すように、軸力部材２の一方の端部２７に形成された縮径部２７ａが、軸力部材２の他方の端部２７に内挿された状態で、軸力部材２が軸方向Ｚに伸縮する。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１２（ｂ）に示すように、軸力部材２の一方の端部２７に形成された拡径部２７ｂに、軸力部材２の他方の端部２７が内挿された状態で、軸力部材２が軸方向Ｚに伸縮する。
【００６８】
また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１３に示すように、軸力部材２を軸方向Ｚに分断させた一対の端部２７が互いに離間して配置されて、一方の端部２７から他方の端部２７まで連続して内挿される芯材２９が設けられてもよい。このとき、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１２、図１３に示すように、軸力部材２の一対の端部２７が縮径部２７ａ等で接続されて、又は、軸力部材２の一方の端部２７から他方の端部２７まで連続させた芯材２９が設けられることで、幅方向Ｘ又は奥行方向Ｙの偏心した変形を抑制して、鋼製デバイス１の全体座屈を抑制することが可能となる。
【００６９】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、図９に示すように、地震又は風等の繰返し外力に起因して、軸力部材２に引張荷重Ｐｔ及び圧縮荷重Ｐｃが交互に作用したときに、折曲部４が弾性域及び塑性域で伸縮変形する。本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の軸方向Ｚで折曲部４が伸縮変形することで、地震又は風等の繰返し外力に対して、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。
【００７０】
ここでは、本発明を適用した鋼製デバイス１の安定したエネルギー吸収性能を検証するために、図５に示す板厚ｔ１を４．５ｍｍ、折曲部４の縦寸法ｂを３０ｍｍ、突出高ｈを２６ｍｍ、横寸法ｗを８０ｍｍとして、シェル要素モデルのＦＥＭ解析を実施した。なお、このＦＥＭ解析では、図１４に示すように、鋼製デバイス１の設計耐力Ｐｐを、板厚ｔ１、突出高ｈ、横寸法ｗ、及び、降伏応力σｙの関係で、下記（１）式から算出することで、ＦＥＭ解析の結果と設計耐力Ｐｐとを比較検討している。
【００７１】
【数１】
2017133282.tif 000003
【００７２】
図１４では、軸力部材２に引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが作用する前の状態を基準として、折曲部４の軸方向Ｚの伸縮変形量が０ｍｍ〜±１５ｍｍとなる範囲で、このＦＥＭ解析の結果を図示している。ここでは、引張荷重Ｐｔ（縦軸の正方向）及び圧縮荷重Ｐｃ（縦軸の負方向）と、折曲部４の引張荷重Ｐｔに対する伸縮変形量（横軸の正方向）及び圧縮荷重Ｐｃに対する伸縮変形量（横軸の負方向）の関係を図示している。
【００７３】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、このＦＥＭ解析の結果により、軸力部材２に引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃの何れが作用した場合であっても、伸縮変形量が増大する初期の段階で、設計耐力Ｐｐ以上の引張耐力又は圧縮耐力を確保できることがわかる。そして、本発明を適用した鋼製デバイス１は、引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが設計耐力Ｐｐを上回った以降、折曲部４の伸縮変形量の増大にかかわらず、顕著な耐力上昇や座屈による耐力低下等は見られず、引張耐力又は圧縮耐力が漸増するに留まることがわかる。
【００７４】
したがって、本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２に要求される所定の引張耐力、圧縮耐力及び変形性能を確保しながら、引張耐力又は圧縮耐力の必要以上の増大を抑制できることがわかる。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、横軸の正方向及び負方向で引張荷重Ｐｔ及び圧縮荷重Ｐｃの漸増傾向が類似するため、引張荷重Ｐｔ載荷時と圧縮荷重Ｐｃ載荷時とで伸縮変形の挙動差も小さいことがわかる。以上より、本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の軸方向Ｚで折曲部４が伸縮変形して、安定したエネルギー吸収性能が発揮されることがＦＥＭ解析の結果からも検証された。
【００７５】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、特に、図９に示す補剛材５が、軸力部材２の側面２５との間に定着部３を挟み込んだ状態で設けられることが望ましい。ここでは、本発明を適用した鋼製デバイス１の補剛材５による効果を検証するために、図５に示す板厚ｔ１を４．５ｍｍ、折曲部４の縦寸法ｂを３０ｍｍ、突出高ｈを２６ｍｍ、横寸法ｗを８０ｍｍとして、シェル要素モデルのＦＥＭ解析を実施した。
【００７６】
このＦＥＭ解析では、軸力部材２の側面２５と補剛材５とで定着部３を挟み込んだ状態を、折曲部４との境界となる折り目４０の位置で定着部３が面外方向αに拘束されるものと擬制した。そして、このＦＥＭ解析では、図１５に示すように、定着部３が面外方向αに拘束されるものを「補剛材あり」（実線）として示すとともに、定着部３が面外方向αに拘束されないものを「補剛材なし」（破線）として示して、両者を比較検討している。
【００７７】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、このＦＥＭ解析の結果により、軸力部材２に引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃの何れが作用した場合であっても、鋼製デバイス１の初期剛性が４０％程度上昇することがわかる。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、折曲部４の伸縮変形量が±５ｍｍとなったときに、引張耐力又は圧縮耐力が２０％程度上昇することがわかる。これにより、本発明を適用した鋼製デバイス１は、折曲部４を軸方向Ｚに伸縮変形させて、安定したエネルギー吸収性能を発揮させると同時に、定着部３の面外変形を補剛材５で抑制することで、十分な耐力及び剛性を確保することが可能となる。
【００７８】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、特に、引張荷重Ｐｔ又は圧縮荷重Ｐｃが作用する前の状態で、図６に示すように、軸直交方向に対して１５°以上、４３°以下の傾斜角度θで折曲部４が形成される。このとき、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図５に示す板厚ｔ１を４．５ｍｍ、折曲部４の縦寸法ｂを３０ｍｍ、突出高ｈを２６ｍｍ、横寸法ｗを８０ｍｍとして、シェル要素モデルのＦＥＭ解析を実施した結果が図１６に示される。なお、図１６では、表１の解析モデル一覧に示すように、様々な形状をパラメータにして解析をした結果が示される。
【００７９】
【表１】
2017133282.tif 000004
【００８０】
図１６では、折曲部４の伸縮変形量が±５ｍｍとなったときの引張荷重Ｐｔを圧縮荷重Ｐｃで除した値を耐力上昇率（Ｐｔ／Ｐｃ）として縦軸に示すとともに、折曲部４の傾斜角度θを横軸に示す。ここで、折曲部４の傾斜角度θが４３°超となるときは、図１６に示すように、耐力上昇率が急激に増大することから、引張荷重Ｐｔ載荷時と圧縮荷重Ｐｃ載荷時とで伸縮変形の挙動差が著しく大きくなる。また、折曲部４の傾斜角度θが１５°未満となるときは、傾斜角度θが小さすぎるため、鋼製デバイス１の製造が困難となる。
【００８１】
このため、本発明を適用した鋼製デバイス１は、折曲部４の傾斜角度θが４３°以下となることで、耐力上昇率を１．２程度以下の範囲で維持して、引張荷重Ｐｔ載荷時と圧縮荷重Ｐｃ載荷時とで伸縮変形の挙動差が大きくなることを回避することができる。これにより、本発明を適用した鋼製デバイス１は、折曲部４の傾斜角度θを１５°以上、４３°以下とすることで、鋼製デバイス１の製造を容易にすると同時に、引張荷重Ｐｔに対しては鋼製デバイス１の耐力上昇を抑制し、圧縮荷重Ｐｃに対しては鋼製デバイス１の所定の変形性能を確保することが可能となることで、安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。
【００８２】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、引張耐力又は圧縮耐力が必要以上に増大することを抑制できるため、定着部３が取り付けられる軸力部材２への負担が軽減する。このため、本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の側面２５に先行させて、折曲部４を塑性変形等させることで、軸力部材２の損傷を防止することが可能となる。
【００８３】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、特に、図５に示すように、軸力部材２の側面２５に一対の定着部３の各々がボルト接合で取り付けられる。これにより、本発明を適用した鋼製デバイス１は、軸力部材２の側面２５に先行させて、折曲部４が塑性変形等して損傷した場合であっても、損傷した鋼製デバイス１を容易に取り外して、新しい鋼製デバイス１への交換を容易に実施することが可能となる。
【００８４】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、温度依存性の高い粘弾性ダンパー等を用いることなく、面外方向αに折り曲げて加工した鋼板等が用いられて、軸力部材２に安定したエネルギー吸収性能を付与することができる。これにより、本発明を適用した鋼製デバイス１は、鋼板等の折曲加工によって容易に折曲部４を形成することができるため、低廉な製造コストで鋼製デバイス１を製造することが可能となる。
【００８５】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、特に、図６に示すように、折曲部４が折り目４０で湾曲させて折り曲げられることで、折曲部４が変形するときの塑性化領域が大きくなる。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、折曲加工するときの歪みと折曲部４が変形するときの歪みとを併せた累積歪みが小さくなることで、加工硬化による耐力上昇を抑制するとともに、低サイクル疲労に対する抵抗特性を強化することが可能となる。
【００８６】
本発明を適用した耐力壁７は、図２に示すように、スチールハウス、鉄骨プレハブ又は木造住宅等の建築物の壁体として設けられて、軸力部材２となるブレース材２０に本発明を適用した鋼製デバイス１が設けられる。このため、本発明を適用した耐力壁７は、引張荷重Ｐｔ及び圧縮荷重Ｐｃが交互に作用するにもかかわらず、枠内空間７０のブレース材２０に安定したエネルギー吸収性能を発揮させて、耐震性能を向上させた建築物の壁体を提供することが可能となる。
【００８７】
本発明を適用した鋼製デバイス１は、スチールハウスの耐力壁７に導入される場合には、薄板軽量形鋼等の軸力部材２に設けられるものとなる。また、本発明を適用した鋼製デバイス１は、鉄骨プレハブの耐力壁７に導入される場合には、図１７（ａ）に示すように、軸力部材２として角形鋼管、溝形鋼又はＨ形鋼等の鉄骨材２１が用いられてもよい。さらに、本発明を適用した鋼製デバイス１は、木造住宅の耐力壁７に導入される場合には、図１７（ｂ）に示すように、軸力部材２として木製材２４が用いられてもよい。
【００８８】
このとき、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１７（ａ）に示すように、Ｈ形鋼等の鉄骨材２１に設けられる場合に、鉄骨材２１のフランジ２２の側面２５又はウェブ２３の側面２５に、定着部３が取り付けられる。そして、本発明を適用した鋼製デバイス１は、図１７（ｂ）に示すように、木製材２４に設けられる場合に、木製材２４の端部２７で外側の側面２５に定着部３が取り付けられるほか、木製材２４の端部２７で部分的に切り欠いた切欠溝２８等の内側の側面２５に、定着部３が取り付けられてもよい。
【００８９】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００９０】
１      ：鋼製デバイス
２      ：軸力部材
２０    ：ブレース材
２１    ：鉄骨材
２２    ：フランジ
２３    ：ウェブ
２４    ：木製材
２５    ：側面
２６    ：中空部
２７    ：端部
２７ａ  ：縮径部
２７ｂ  ：拡径部
２８    ：切欠溝
２９    ：芯材
３      ：定着部
３１    ：ボルトナット
４      ：折曲部
４ａ    ：傾斜面
４０    ：折り目
５      ：補剛材
５ａ    ：面取り
６      ：接合金物
６０    ：平鋼
７      ：耐力壁
７０    ：枠内空間
７０ａ  ：上部
７０ｂ  ：下部
７１    ：縦枠
７２    ：横枠
Ｘ      ：幅方向
Ｙ      ：奥行方向
Ｚ      ：軸方向
【図１】
2017133282.tif 000005
【図２】
2017133282.tif 000006
【図３】
2017133282.tif 000007
【図４】
2017133282.tif 000008
【図５】
2017133282.tif 000009
【図６】
2017133282.tif 000010
【図７】
2017133282.tif 000011
【図８】
2017133282.tif 000012
【図９】
2017133282.tif 000013
【図１０】
2017133282.tif 000014
【図１１】
2017133282.tif 000015
【図１２】
2017133282.tif 000016
【図１３】
2017133282.tif 000017
【図１４】
2017133282.tif 000018
【図１５】
2017133282.tif 000019
【図１６】
2017133282.tif 000020
【図１７】
2017133282.tif 000021