アルミ材を使用した木造建築物用座屈拘束ブレースの開発
Deplopment of Aluminium Buckling Restrained Brace’s Performance for Wooden Building

吉田YOSHIDA

Keito

競人、小林健and KOBAYASHI Ken

E=177.3E03 N/mm2）である。試験体概要は図 1

１．序
これまで大規模な地震は関東或いは東海におに掲げる通りである。

いて生じると想定されていたが、先般東北地方

また、試験体数は アンボンド材としてポリ太平洋沿岸を襲った大地震は、住宅の耐震性向エチレンビニール厚さ 0.2mm を芯ブレース上の必要性は全国において想定される必要があに 2 重に巻き付けたもの（BF）と使用しないることを想起させる災害であった。

もの（BN）の 2 体とした。これは、アンボン

耐震性能の向上を図る技術としては、耐震工

ド材の有無が BRB の履歴特性に与える影響

法、免震工法および制震工法が開発され普及がを把握するためである。両者の座屈長さは図られてきた。このなかで主として住宅につい806mm である。て採用された工法は、費用が安価であるというｱﾙﾐﾊﾟｲﾌﾟφ20×2
ｱﾙﾐﾊﾟｲﾌﾟφ15×2

ことから耐震工法が主体であったが、今回の地ﾅｯﾄM10806
134 14 134 14 134 14 134 14 134 14 66

震は耐震工法のみでは地震のエネルギーに対処しきれない可能性を示し、更なる耐震向上の必要であることを示唆したといえる。制震工法は、

芯ﾌﾞﾚｰｽφ10（転造ねじ）それに対する有力な耐震技術の一つである。

鋼管φ27.2×2.8

本報告は、木造建築物の耐震性能を向上させ
図 1 木造用 BRB 試験体概要るために行ってきた一連の木造用座屈拘束ブレースの開発

1）、2）のひとつであり、今回は芯ブレースに低強度のアルミ材を使用し、エネルギー２．２

BRB 単体実験結果吸収性能の向上を図ることを目標とした座屈拘試験体加力図を写真 1 に示す。試験体取り付束ブレース（以下 BRB と称する。
）の実験報告け部はプレートを介し試験体治具に取り付けた。

である。

制振部材としての BRB 単体試験体の荷重-変形関係を求めるため

２．BRB 単体履歴特性実験に加力方法は変形２．１制御とし、軸歪をBRB 単体実験概要

本報告で取り扱う BRB の特徴は BRB を構成0.1％から 0.5％、する補剛材の一部であるモルタルやアンボンド1.0％、1.5％、2.0％材を使用しないことである。本実験においてはまで増大する正負モルタルの代わりにアルミ鋼管を使用し軽量化

交番繰り返し試験と施工の効率を図った。芯ブレース材は A5052、とした。加力サイ

引張強度 σu=251N/mm2 である。アルミ鋼管の材クルはそれぞれ 3

質は芯ブレース同様 A5052 である。また補剛材回である。図 2 とに使用した鋼管は 配管用炭素鋼鋼管（SGP）

図 3 は試験体 BF（ 引 張 強 度 σu=460N/mm 、 ヤ ン グ 係 数（フィルム有）と2

写真 1 試験体加力図

表 1 軸歪と等価減衰定数結果一覧

BN（フィルム無）の荷重－変位曲線の実験結果である。圧縮領域において両者共に荷重の低下が見られた。破壊は BF が 2％歪 3 回目の繰り返し引張時において生じ、BN は 2％歪 2 回目の繰り返し引張時において生じた。
20減衰定数
BF
10.0
19.3
37.8
43.049.8

軸歪(%)
0.1
0.5
1.0
1.5
2.0heq(%)
BN
11.0
18.0
35.0
44.052.0

BF/BN
0.909
1.07
1.08
0.977
0.958

15Load(kN)

10-18-12-65

表 2 軸歪と加速度低減率結果一覧

0軸歪(%)-5 0-1061218-15-20Disp(mm)

加速度低減率 FhBFBN0.710.720.50
0.480.32
0.32
0.26
0.26
0.25
0.24

0.1
0.5
1.0
1.5
2.0

BF/BN
0.986
1.04
1.00
1.001.04

図 2 BF（フィルム有）荷重－変形曲線
15105Load(kN)

0-18-12-6-5 0-1061218-15-20
Disp(mm)

等価減衰定数heq（％）

2060

50403020
BF(Film有)BN(Film無)1000

図 3 BN（フィルム無）荷重－変形曲線
２．３0.511.5軸歪（％）

2

図 4 軸歪－減衰定数

減衰定数および加速度低減率

両試験体の制振効果を検証するために下式により規定される減衰定数と加速度低減率を主要1な歪毎に算定した。それぞれの結果を表 1 と表1 W
4 W(1)

ここで, W :履歴吸収エネルギーW :等価剛性による弾性エネルギー
12
W  ke max
2ke ( max ) Fh Q( max )

 max

1.5
1  10h

加速度低減率（Fh)heq ( max ) 

BF(Film有)BN(Film無)0.82 に、図示したものを図 4 と図 5 に掲げる。

0.60.4

0.2
00(2)
(3)
(4)

0.5

11.5

軸歪（％）

図 5 軸歪－加速度低減率2

表 1 と表 2、図 4 と図 5 からアンボンド材としてのフィルムによる減衰定数への影響はほとんど見られない。次に強度に及ぼす影響を把握

2
S = 0.235ε + 0.939

1.5するために歪毎に対する引張時と圧縮時の強度を一覧にしたものが表 3 である。この図からフ1ィルムが強度に及ぼす影響はやはり少ない。
また制振効果は歪度が 0.1%,0.5％,1％,1.5％おBF（Film有）BN（Film無）線形 (BF（Film有）)0.5

よび 2.0％に対し等価減衰定数はそれぞれ平均で 10.5％，18.7％,36.4％,43.5％及び 50.9％と高い性能を示した。

000.1
0.5
1.0
1.5
2.0

加力(kN)
引張
圧縮
引張圧縮
引張圧縮
引張
圧縮
引張圧縮

11.5

2軸歪み（％）

図 6 軸歪－強度増加率

表 3 歪毎の試験体最大強度
歪(%)

0.5

BF

BNBF/BN

3.14-2.39
10.29-10.2911.75-13.0911.84-14.3913.22-18.66

2.98-2.89
10.40-10.4911.86-14.5312.73-16.5313.31-18.551.05
0.827
0.9890.981
0.991
0.901
0.930
0.871
0.993
1.01

BRB は本来圧縮時剛性と引張時の強度と剛性が等しいものである。しかしこのように圧縮時と引張時におけるブレース強度に相違がみられる場合、この影響を避けるためには圧縮ブレースと引張ブレースを常に一対に配置することに可能である。圧縮時において強度が増大する理由は補剛材と芯ブレースとの間隙が寄与するものと考えられるが詳細は今後の課題である。

２．４

正負加力方向の荷重

図 2 や図 3 の復元力特性をみると正負同一歪において圧縮加力時の強度が増大する傾向が見

３．BRB を組み込んだ木造フレーム加力実験
３．１

木造フレーム実験概要られる。正負同一歪にたいする強度を調べるた

フレームの BRB を組み込んだ場合の制振性めに、歪毎の最大荷重を表 4 および図 6 にまと能を確認するために図 7 のように 1P の木造フめた。フィルムの有無にかかわらず、軸歪みのレームに BN タイプの BRB を 3 体取り付けて加増加と共に、荷重増加率(S)は下式で近似可能で力実験をおこなった。試験体数は芯ブレースをある。

8mm とした試験体（試験体名 M8-1P）1 体と10mm とした（試験体名 M10-1P）1 体の計 2 体
S=0.235ε+0.939(5)とした。M8-1P 試験体の構成は内部アルミ管がφ12×1.5 と φ15×1.0 とし補剛管は φ21.7×2.8 を使

表 4 圧縮強度と引張強度の比
歪(%)
0.10.51.01.52.0

種別
BF
BNBF
BNBF
BN
BF
BN
BF
BN

引張(kN)
3.14
2.98
10.29
10.40
11.75
11.86
11.84
12.73
13.22
13.31

圧縮(kN)-2.39-2.89-10.29-10.49-13.09-14.53-14.39-16.53-18.66-18.55

圧縮/引張
0.76
0.97
1.00
1.01
1.11
1.23
1.22
1.30
1.41
1.39

用した。試験方法は㈶建材試験センターが定めた「木造耐力壁及びその倍率の試験・業務方法書」に準拠した。

加力は正負交番繰り返し加力とし、繰り返し 履 歴 は 見 か け の せ ん 断 変 形 が 1/450 ，1/300,1/200,1/150,1/100,1/75,1/50rad の正負変形時に行った。繰り返し加力は、履歴の同一変形段階で 3 回の繰り返し加力を行った。最大荷重に達した後は試験体の見かけの変形角が 1/15rad 以上に達するまで加力した。

取り付け金物は十分な強度を有することが実験的に判明した。
BBR

図 8 と図 9 は、M8-1P と M10-1P 試験体の荷重－変形曲線である。M8-1P は比較的滑らかなBR

紡錘形状を示し、変位が 69.4mm の時中央部にB2730位置するブレースが 8.6kN で破断した。それにB

対し、M10-1P の試験体は、履歴に幾分スリッBRプ形状を含む紡錘形を示した。変位が 98mm で中央に位置するブレースが破断した。最大荷重は 11.3kN であった。

500910500３．３図 7 試験体（木造フレーム）

木造フレーム減衰定数と加速度低減率

木造フレームに BRB を取り付けた場合の減衰定数と加速度低減率の一覧をそれぞれ図 10 と３．２

木造フレーム加力実験結果

11 に掲げる。

実 験 結 果 一 覧 を 表 5 に 示 す 。 M8-1P と変形角 1/200 で M8-1P、M10-1P 両試験体共にM10-1P の壁倍率はそれぞれ 3.6 と 2.5 を示した。

12％、1/100 では 23％と 16％となった。この時また、それぞれの木造フレーム試験体加力前後の加速度低減率は変形角 1/200 で両者ともにの写真を写真 2 から写真 3 に、ブレースの破壊0.68、1/100 時点で 0.45 と 0.58 となった。M8性状を写真 4 と写真 5 に示す。加力最終時の変を芯ブレースとして利用した試験体が高い減衰形状況をみると、木造柱に変形が生じているこ

定数を示したのは、取り付け金物と柱の偏心にとがわかる。この理由は、取り付け金物と柱のより柱に生じる曲げモーメントに対し柱が十分軸が一致せずに偏心したことにより柱に曲げモな曲げ剛性を有していいないため、BRB 軸力がーメントが生じたためである。写真 4 と写真 5大きいと柱変形が増大し、BRB の塑性変形量がに掲げる実験終了後の BRB の変形をみるとア増大しにくいためであると考えられる。

ルミ管内部において高次モードの座屈を生じていた。座屈モード次数は M8 径が M10 に比べ高４．結論かった。
降伏強度が鉄と比較して少ないアルミニウム表 5 木造フレーム実験結果一覧

壁倍率
降伏耐力 Py(kN)
終局耐力 Pu(kN)
120rad 時の P(kN)
2/3Pmax(kN)
初期剛性 K(kN/mm)
降伏変位 σy(mm)
終局変位 σu(mm)塑性率 μ構造特性係数 Ds

試験体
M8-1P
M10-1P
2.5
3.6
4.5
6.5
6.3
10.2
5.5
6.9
5.7
7.6
0.3
0.3
13.9
19.7
189.7
96.2
9.8
3.1
0.2
0.4

材を芯ブレースとして使用することによりエネルギー吸収の向上を図った BRB の実験を行った結果以下の知見が得られた。
1. アンボンド材としてのフィルムが BRB の強度および減衰定数へ及ぼす影響はほとんどない。
2. 制振効果は、単体は高いがフレームに取り付けると効果が低減される。特に、M8 よりも強度の高い M10 を使用した場合に見られる。

また、M8-1P と M10-1P の両試験体とも、BRB芯ブレースに破断が生じた場合においても、取り付け金物を含む接合部には損傷は見られず、3. 転造ねじを使用した BRB は圧縮時と引張時の強度が異なる傾向がある。

写真 3 M10-1P 試験体加力前（左）加力後（右）写真 4 M8-1P 試験体（上）ブレース座屈変形図（下）写真 5 M10-1P 試験体（上）ブレース座屈変形図（下）201515101055-35-10-515406590115140165190Load(kN)

200-600-60-10-590140

190-15-15-20-20Disp(mm)1300.8

加速度低減率（Fh）

3525201510M8-1PM10-1P

5010/1000

15/1000

20/1000Disp(mm)図 9 荷重－変位曲線（M10-1P）

図 8 荷重－変位曲線（M8-1P）

5/100040-10-10等価減衰定数（％）

Load(kN)

写真 2M8-1P 試験体加力前（左）加力後（右）0.6
0.40.2

M8-1P
M10-1P

05/1000

10/1000

15/1000

20/1000

変形角（rad）

変形角（rad）

図 10 変形角と減衰定数

図 11 変形角と加速度低減率

謝辞
本報告は、職業能力開発総合大学校東京校平成 22 年度グループ研究（研究名：「制震を目的とした木造建築物用座屈拘束ブレースの開発」）の成果の一部です。ご協力いただいた関係各位に深く感謝いたします。
参考文献
1)

吉田,栗山,「座屈拘束ブレース（BRB）を使用した木造フレームの耐震補強」,職業能力 開 発 総 合 大 学 校 東 京 校 紀 要 第 24号,PP37-42,2009 年 3 月2)

吉田,栗山,「座屈拘束ブレースを利用した耐震補強方法の開発」,職業能力開発総合大学校東京校紀要第 24 号,PP63-74,2010 年 3月