広島工業大学紀要研究編
第 ₄₆ 巻（₂₀₁₂）101 – 106

論文

露出柱脚を変数としたノンコンプレションブレース架構の解析的研究
高松隆夫*・山西央朗**・中村友一***（平成₂₃年₁₀月₂₇日受付）

Analyical study on non-compression braced frame with exposed column-baseTakao TAKAMATSU, Teruaki YAMANISHI and Yuuichi NAKAMURA(Received Oct. 27, 2011)

Abstract
Non-compression braced frames with slip-type exposed column-bases show various resistant mechanisms and lower elastic stiffness because of plastic elongation of anchor-bolts. Restoring force characteristics of the frames obtained from the experimental results can be predicted by suitable resistantmechanisms, though complicated resistant mechanisms need to be introduced. Therefore, non-slip-type
exposed column-bases are employed to eliminate slip behavior of the column-bases because of bolt
plastic elongation and cyclic curves of the braced frames can be evaluated by easy calculation.
Key Words: exposed collumn-base, non-compression brace, restoring force characteristics, resistancemechanism

め，それぞれ，弾塑性のスリップ型復元力特性を有する軸₁ ．はじめにバネ，回転バネとして架構に組込んで力学モデルを作製す

近年，低層鋼構造建築物の耐震改修には，耐力および剛る必要がある。
一方，著者等は，完全弾塑性型復元力特性を示すノンコ性の向上が容易に行えることから，ブレースの増設やブンプレションブレース₂︶～₆︶ （以降 NC ブレース）を研究・レース断面を増大させる工法が多く用いられている。
一般的に，柱脚は既存のブレースからの応力に対して降開発しており，従来の引張りブレース₁︶ （細長く，座屈現伏しないように弾性設計されている。また，柱脚には安価

象に伴いスリップ現象が発生するブレース）と比較して，で施工が容易なことから露出柱脚形式の接合工法が多く用エネルギー吸収効率が良いこと，また，スリップ型復元力いられている。露出柱脚は曲げによる抵抗が小さいことに特性を取り扱う必要がないため評価が非常に簡便であるこ基づいてピン支承として設計される。しかしながら，露出とを明らかにしている。

柱脚の曲げ抵抗は小さいものの架構の層間変形角が₁/₁₀₀

しかしながら，昨年度のスリップ型露出柱脚付きノンコ（rad）程度において，ブレース降伏耐力水平成分の ₁ ～ ₃ンプレションブレース架構の載荷実験₆︶ において，架構の割程度の層せん断力を保持する（弾性柱脚とした場合）こ層間変形角が₁/₁₀₀（rad）程度では，アンカーボルトが降ととなり，決して無視できるほど小さいものではないこと

伏・塑性伸びすること，ノンコンプレションブレースの抵が載荷実験により明らかにされている₁︶。更に，従来のブ抗特性によって，柱脚の抵抗機構が様々に変化し，架構のレースおよび柱脚は共にスリップ型復元力特性を示すた

復元力特性において弾性剛性が低下する現象が確認され* 広島工業大学工学部建築工学科** 東京工業大学都市工学地震センター*** 広島工業大学大学院工学系研究科建設工学専攻
─ 101 ─

高松隆夫・山西央朗・中村友一

た。柱脚の抵抗機構を考慮して架構の応答を追跡すること₅ に載荷装置・計測計画を，図 ₆ にミーゼスの降伏条件は可能だが，非常に複雑になる。

を，をそれぞれ，示す。

アンカーボルトの降伏・塑性伸びによる影響は大きいた

本実験で用いる露出柱脚付きブレース架構に使用する鋼め，柱脚の復元力特性がノンスリップ型の露出柱脚を用い材は，梁に SS₄₀₀，その他の部材は SN₄₉₀B とする。柱はることで，アンカーボルトの降伏・塑性伸びによる影響を弱軸方向とし H-₂₅₀×₂₅₀×₉×₁₄ を，梁に H-₂₅₀×₁₂₅×解消するのではないかと考えられる。

₆×₉ を用いる。柱梁接合部はガセットプレート（PL-₂₅）

そこで本論文では，露出柱脚付き NC ブレース架構にノに梁ウェブのみを高力ボルト（M₂₄） ₂ 本により摩擦接合

ンスリップ型露出柱脚を用いた場合の復元力特性モデルおする。ベースプレートには載荷時において塑性変形しないよび柱脚の抵抗機構を検討し，スリップ型露出柱脚との差よう PL-₅₀を用いる。柱脚は，ベースプレートの隅角部に異について検討を行う。

アンカーボルト（M₁₆，軸部径 f＝₁₄.₅ mm）を ₁ 本ずつ計 ₄ 本配置した露出柱脚とする。尚，アンカーボルト，ブ₂ ．実験概要

レースには，それぞれ，降伏軸力の₃₀％および₅₀％を初期軸力として導入し，軸部の十分な塑性伸びが期待できる転表 ₁ に素材特性を，図 ₁ に試験体を，図 ₂ にアンカーボ造ねじ付丸鋼を使用する。

ルトを，図 ₃ にベースプレートを，図 ₄ にブレースを，図表₁
ヤング係数

素材特性

降伏応力度

降伏ひずみ

ひずみ硬化
引張強さ
開始ひずみ
₂εST（％） σ（N/mm）
U

部材名

材種

柱フランジ
柱ウェブ

SN₄₉₀
SN₄₉₀

₂₀₅₀₀₀₂₀₅₀₀₀₃₉₅₃₉₉

₀.₁₄
₀.₁₆

₂.₅₁
₂.₆₁

₄₉₁₄₈₇

梁フランジ
梁ウェブ

SS₄₀₀
SS₄₀₀

₂₀₅₀₀₀₂₀₅₀₀₀₂₉₅₃₁₈

₀.₁₅
₀.₁₇

₂.₈₄
₃.₆₂

₄₁₂₄₃₄

ベースプレート

SN₄₉₀

₂₀₅₀₀₀₃₄₇

₀.₁₈

₁.₉₄₄₈₇

ブレース M₂₄
ブレース M₃₀

SNR₄₀₀
SNR₄₀₀₂₀₅₀₀₀₂₀₅₀₀₀

₂₈₂
₃₀₃

₀.₁₃
₀.₁₃

₂.₃₈
₂.₂₄

₄₃₈
₄₇₀

アンカーボルト

ABR₄₀₀₂₀₅₀₀₀

₂₉₄

₀.₁₄

₂.₅₅

₄₃₅₂E（N/mm₂） σ（N/mm）
Yε（％）
Y

柱：H-₂₅₀×₂₅₀×₉×₁₄，梁：H-₂₅₀×₁₂₅×₆×₉，ベースプレート：PL-₅₀
ブレース：M₂₄ 軸部径 f＝₂₁.₉ mm，ABR＝₃₇₇ mm₂，M₃₀ 軸部径 f＝₂₇.₆ mm，ABR＝₅₉₉ mm₂
アンカーボルト：M₁₆ 軸部径 f＝₁₄.₅ mm，AAB＝₁₆₅ mm₂，lAB＝₃₈₂ mm

図₃

図₁

図₂

ベースプレート

試験体

図₄アンカーボルト─ 102 ─ブレース

露出柱脚を変数としたノンコンプレションブレース架構の解析的研究

図₅

載荷装置・計測計画

図₇

解析モデル

₃ ．復元力特性モデル
図 ₇ に解析モデルを示す。解析モデルは，ブレースに弾図₆

塑性の軸バネを，柱脚および柱梁接合部に弾塑性の回転バミーゼスの降伏条件ネを導入する。柱及び梁は弾性体として，曲げ剛性のみをブレースが引張抵抗すると，軸力とせん断力が同時にア考慮する。

ンカーボルトに作用する。このときアンカーボルトは組合一般的に柱脚はピン支承として設計されるが，実際にはせ応力状態となるため，ミーゼスの降伏条件式を用い降伏曲げによる抵抗が現れるため₇︶～₈︶，回転弾性剛性を以下の耐力および最大耐力を算出する。

式で算出する。
K BS =₄₀₀×₁₃×₂₁ および油圧ジャッキにより構成されており，試験体の鋼製基礎を反力梁に，反力柱に取り付けた水平の油圧ジャッキをピンを介し試験体柱頭部に設置する。

nAB ⋅ AAB ⋅ E ⋅ ( dc + dt )2載荷装置は，反力梁 H-₄₀₀×₄₀₀×₁₃×₂₁，反力柱 H-₄₀₀×R ⋅ l AB

（₁）

ここに，nAB：アンカーボルト本数，AAB：アンカーボル
ト断面積，E：ヤング係数，d c：柱材軸と圧縮合力間の距

載荷方法は，正負交番漸増繰返し載荷とする。層間変形

離，dt：柱材軸と引張側アンカーボルト間の距離，lAB：ア角を制御値とし，₁/₁₀₀₀，₁/₅₀₀，₁/₂₅₀，₁/₂₀₀，₁/₁₀₀（rad）

ンカーボルトのナット間距離，R：基礎及びベースプレーを各 ₂ サイクル行う。

トの弾性変形を考慮した低減係数₉︶（＝ ₂ ）である。

計測には変位計，ロードセルを用いる。尚，変位計は，ノンコンプレションは座屈および塑性伸びによる緩みが鋼製基礎に設けた計測基準点に固定した治具へ設置してお生じず，X 型に配置することで完全弾塑性型の復元力特性

り，いずれの変位計も，基礎からの相対変位を計測していを示す。

る。

本試験体は柱梁接合部をピン接合としているが実際には柱の柱頭部に設置した変位計より，層間変位 δ を，ジャッキ先端に設置したロードセルより，水平荷重 P を計測・算ピン支承ではなく，摩擦抵抗力が柱に伝播するため，完全弾塑性型の復元力特性を用いる。

出する。
─ 103 ─

高松隆夫・山西央朗・中村友一（a）復元力特性モデル（b）抵抗機構

図₈

スリップ型露出柱脚の復元力特性と抵抗機構

図₉

露出柱脚付き NC ブレース架構の履歴にしてベースプレートが回転するため，弾性剛性が低下す

₄ ．スリップ型柱脚の抵抗機構と復元力特性モデル

る。

図 ₈ にスリップ型露出柱脚の復元力特性モデルと抵抗機

更に載荷が進むと，ベースプレートがアンカーボルト全構を，図 ₉ に露出柱脚付き NC ブレース架構の履歴を，そてと接触する。このように，ブレースからの応力に対してれぞれ，示す。

弾性設計した柱脚でも，柱の曲げモーメントの影響によ

復元力特性モデルは ₃ 章で示したモデルに，実験結果でり，アンカーボルトは降伏・塑性伸びする。更に，ブレースの応力により，柱脚部に引張軸力が作用すると，複数の得た柱脚の抵抗機構を考慮して得られるモデルとする。

抵抗機構が発生するため，評価が煩雑になる。
₄.₁

柱脚の抵抗機構の変化

今回の試験体は , 柱の曲げモーメントの影響でアンカー

₄.₂

実験結果との比較ボルトが降伏・塑性伸びする。更に，NC ブレースの抵抗

図₁₀に P-δ 関係を示す。図₁₀には ₄ 章₄.₁節で示した柱脚特性の影響で柱脚の抵抗機構が複雑に変化する。A 点ではの抵抗機構を考慮した復元力特性モデルを，図₁₀（b）にはブレースからの圧縮力が柱脚に作用するため，柱脚は離間アンカーボルトの破断位置も併せて示す。

することなくベースプレートが基礎と完全に接触してい実験結果の抵抗機構の変化（図 ₈（b）参照）を元に算出る。A ～ B 点の区間では逆方向載荷になり，もう一方のブした復元力特性モデルは，実験結果と良好に対応していレースが抵抗し始めるため，柱脚に作用する圧縮軸力は減る。柱脚のベースプレートと基礎間の接触離間による抵抗少していく。B 点では，両ブレースの軸力が等しくなるた機構の変化を考慮した弾性回転剛性，曲げ抵抗耐力の評価

め柱脚には軸力が作用しない。しかしながら，B 点以降方法は確立している₁₀～₁₂︶。このように，柱脚の抵抗機構の（図 ₉ の f 以降参照）から柱脚には引張軸力（図 ₈ の B 点以変化を考慮した詳細モデルを使用することによって，架構降参照）が作用する。アンカーボルトは柱の曲げによっての応答を精確に評価することは可能である。しかしなが降伏しているためブレースからの引張軸力を受けると，ら，このような抵抗機構の変化を考慮することが煩雑であベースプレートは離間する。更に，アンカーボルトを支点り，また，抵抗機構の変化を予測すること自体が容易では─ 104 ─

露出柱脚を変数としたノンコンプレションブレース架構の解析的研究（a）M₂₄ 試験体（b）M₃₀ 試験体
図₁₀P-δ 関係（a）復元力特性モデル
図₁₁（b）抵抗機構
ノンスリップ型露出柱脚の復元力特性と抵抗機構なった抵抗機構を示すことになる。E 点以降，スリップ型ない。
さらに，M₃₀ 試験体においては，アンカーボルトが正方と同様に柱脚には引張軸力が作用するが（図₉f 点以降参向載荷の ₂ サイクル目で破断している。これは，ブレース

照），ノンスリップ型露出柱脚は楔デバイスの機能によっての降伏耐力がアンカーボルトの降伏耐力以上であり，柱脚アンカーボルトがすぐに引張抵抗する。さらに，アンカーが離間することによって，アンカーボルトがすべてのせん

ボルト ₂ 列で抵抗しながら柱脚は回転する。スリップ型露断力を負担するためである。

出柱脚ではアンカーボルト ₁ 列を支点にして回転が進んで₅ ．ノンスリップ型柱脚の抵抗機構と復元力特性モデルいくが，ノンスリップ型露出柱脚では，常にアンカーボルトが抵抗することで，柱脚の離間量が低減されるため，早期に基礎とベースプレートが接触していくと考えられる。

図₁₁にノンスリップ型露出柱脚の復元力特性モデルと抵

このような抵抗を示すことで，スリップ型露出柱脚で確認された架構の弾性剛性の低下は解消されることが考えられ抗機構を示す。
柱脚をノンスリップ型露出柱脚にした場合には，アンる。そのため，スリップ型のような柱脚の抵抗機構を考慮

カーボルトの降伏・塑性伸びによる間隙に楔が貫入しスした非常に煩雑な復元力特性モデルを算出する必要がなくリップ現象を生じない。そのため，スリップ型露出柱脚のなるため，設計の際に非常に簡単に，架構の応答を評価すような抵抗機構ではなく，図₁₁（b）に示すような抵抗機構ることが可能になる。

を柱脚が示すと考えられる。D 点においては，柱脚は圧縮

さらに，M₃₀ 試験体においては図 ₆ に示すようにミーゼ領域で基礎とベースプレート間の摩擦力で抵抗する。E 点スの降伏条件以上であり，アンカーボルトが破断する。しまでは，スリップ型と同様に圧縮軸力は減少していく。しかしながら，ノンスリップ型露出柱脚を用いることで早期かしながら，E 点以降においてスリップ型露出柱脚とは異に基礎とベースプレートが接触し，接触間の摩擦力でせん─ 105 ─高松隆夫・山西央朗・中村友一

₂ ）高松隆夫，玉井宏章，小持明宏：ノンコンプレション

断力に抵抗することによって，ブレースが破断しない可能

ブレースの履歴性状とエネルギー吸収性について，鋼性がある。

構造年次論文報告集，第₁₁巻 pp. ₁₂₉ – ₁₃₆:₂₀₀₃.₁₁.

まとめ₃ ）玉井宏章，高松隆夫，松尾彰：ノンコンプレションブ
レースの耐震性能向上について，日本建築学会構造系

₂ 種類の露出柱脚におけるブレース架構の復元力特性モ

論文集，第₅₉₅号，pp. ₁₃₁ – ₁₃₈:₂₀₀₅.₉.

デルの考察から以下の知見を得た。
₁ ）ノンスリップ型露出柱脚ではアンカーボルトが柱の曲₄ ）高松隆夫，玉井宏章，加藤孝昌，小畑寛行：ノンコンげモーメントによって降伏塑性伸びする。アンカーボル

プレションブレースで補強した鋼構造骨組の復元力特トの降伏・塑性伸び，ブレースの抵抗特性から柱脚は性，鋼構造年次論文報告集，第₁₄巻 pp. ₄₂₉ – ₄₃₆:₂₀₀₆.

様々な抵抗機構を示し，架構の弾性剛性が低下する。

₁₁.

₂ ）柱脚をノンスリップ型露出柱脚にすることによって，₅ ）高松隆夫，玉井宏章，加藤孝昌：ノンコンプレション

知見 ₁ ）による問題点を改善し，架構の復元力特性を，ブレースによる耐震補強工法に関する実験的研究，広簡便に算出できることが可能になる。

島工業大学紀要・研究編，第₄₂巻，pp. ₁₀₅ – ₁₁₁:₂₀₀₈.

₃ ）M₃₀ においてはスリップ型柱脚ではアンカーボルトが₂.

破断したが，基礎とベースプレート間の摩擦力でせん断

₆ ）高松隆夫，山西央朗，玉井宏章，竹本泰聖：露出柱脚力に抵抗し，ブレースが破断しない可能性がある。

を有するノンコンプレションブレース付き架構に関する研究，広島工業大学紀要，第₄₅巻，pp. ₈₅–₉₂，₂₀₁₁.

今後，ノンスリップ型露出柱脚付きブレース架構の載荷₂.

実験を行うことにより，アンカーボルトが降伏・塑性伸び₇ ）高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，松村高良，石原節

して以降の架構の復元力特性を今回検討した復元力特性モ夫，松尾彰：屋内運動場露出柱脚の復元力特性と楔デデルと比較検討をおこなう。さらに，スリップ型柱脚でのバイスによる耐震改修工法，日本建築学会構造工学論

実験結果との比較検討を行い，ノンスリップ型柱脚の利点

文集，Vol. ₅₄B，pp. ₂₉₃ – ₃₀₀，₂₀₀₈.₄.

および問題点について検討する。

謝₈ ）高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，石原節夫，松尾彰：
既存屋内運動場露出柱脚の復元力特性について，鋼構辞

造年次報告集，第₁₂巻，pp. ₂₈₁ – ₂₈₈，₂₀₀₄.₁₁.
₉ ）秋山宏：鉄骨柱脚の耐震設計，技報堂出版，₁₉₈₅.₃.

本研究は，広島工業大学「高性能構造システム開発研究センター」（代表者高松隆夫教授）のプロジェクト研究の₁₀）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松村高良，松尾彰：
一定引張軸力を受ける露出柱脚の抵抗機構と復元力特一環として実施されました。

性モデル，日本建築学会構造系論文集，第₇₄巻 第₆₃₇

また，試験体作成にあたりフルサト工業株式会社には，

号 pp. ₅₆₁ – ₅₆₇，₂₀₀₈.₁₂.

転造ねじアンカーボルト，並びに，建築用ターンバックル筋かいを提供して頂きました。ここに記して謝意を表しま₁₁）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松村高良，松尾彰：
引張軸力領域を含む変動軸力を受けるノンスリップ型す。

文

露出柱脚の抵抗特性，日本建築学会構造系論文集，第献₇₄巻 第₆₄₂号 pp. ₁₄₉₅ – ₁₅₀₂，₂₀₀₉.₈.

₁ ）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，竹本泰聖，松尾彰：

₁₂）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松村高良，松尾彰：露出柱脚付ブレース架構の復元力特性と崩壊機構につ

一定軸力を受けるアンカーボルト多数配列型露出柱脚のい て，鋼 構 造 年 次 報 告 集，第 ₁₈ 巻，pp. ₃₃₅ – ₃₄₂，

復元力特性，鋼構造年次論文報告集，第₁₆巻，pp. ₂₆₇ –₂₀₁₀.₁₁.

₂₇₄，₂₀₀₈.₁₁.

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