ブレース付鋼架構に関するアンケート調査と構造特性係数の性能評価
Questionnaire Survey of Steel Braced Frame Design and Evaluation of Prescribed Structural
Characteristic Factors
建築都市空間デザイン専攻

空間防災講座 建築構造工学研究室 高田慎一郎

Abstract
The state of practice of steel braced frame design was examined by two approaches. First, a questionnaire survey
on the design choices for steel braced frames was conducted targeting registered professionals. The answers
indicated that steel brace frames are regarded as a viable choice for various building types, but the design
assumptions and procedure vary significantly within the profession. Second, the adequacy of the current design
standard was examined by comparing the cumulative energy dissipation of braces obtained from a number of cyclicloading tests against that implicitly assumed in the structural characteristic factor, Ds, specified in the design
standard. The factor Ds was found to be very conservative to represent the experimental performance of braces.
Keywords: Steel structures; Braced frames; Survey; Design; Structural characteristics factor; Connections
1. はじめにブレース付鋼架構の設計法は，現行基準 1)や指針 2),3)で明確に示されていないために，様々な設計が混在している。その実態を把握するために，
2014 年 4)と 2018 年に，建築構造設計者を対象にアンケート調査を実施し，設計の考え方や方法が，設計者によって異なっている実態を把握した。
本報告では，2018 年のアンケート調査をまとめ，また，構造特性係数に基づく現行規準 1)が，ブレースの耐震性能をどこまで正しく反映しているかを，実験データを通して検討する。
2. ブレース構造に関するアンケート調査
2018 年 11 月 30 日から，日本建築構造技術者協会や日本建築構造設計事務所協会の各支部の協力を仰ぎ，建築構造設計に従事される実務設計者を対象に，アンケート調査を実施した。2019 年
2 月 7 日までに，メールで 68 名，郵便で 6 名の合計 74 名から回答をいただいた。
アンケートは，①回答者，②適用範囲，配置方法と断面形状，③設計法，④接合部の型式，⑤接合部の設計の 5 項目，合計 26 の質問で構成された。

回答者 74 人の内訳は，構造設計を業務とする法人の代表者が 36%，構造設計を職業とする個人が 33%，法人内で構造設計を業務とする部署の代表が 26%，法人内で構造設計以外を業務とする部署の代表が 1%，その他（総括設計事務所の代表，複数業務を経験）が 11%で，業種は，設計事務所が 73%，ゼネコンが 20%，鉄工所・ファブリケー
ターが 1%，その他（研究機関，指定適判機関）が7%であった。なお，全体を通して，座屈拘束ブレースを採用するので，適切に回答できない，という回答も少なからずあった。
ブレース付鋼架構を採用する建築用途として，事務所建築，自走式駐車場，大規模店舗の 3 つに注目して質問した。これらにブレース付鋼架構を検討するかどうか，という質問に対して，採用するとの回答が 67，78，68%で，特に自走式駐車場で高かった。図 1 に，ブレースの細長比による部材種別を質問した結果を示す。BA 材の回答が多かったが，座屈拘束ブレースが廉価になってきたために，近年は BA、BB の採用例が少なくなった，あるいは，限られた構面で剛性を確保する目的で，大断面ブレースを使用する，などの追記があった。

）

59%

66%

BB材（）

63%

77%

BC材（） 27%

BA材（BB材（）

引張側の耐力を期待するため特に配慮しない
上記以外の条件や区分で検討する

60%
77%

25%

30%

39%

29%

34%

51%

41%

6%

2%
事務所建築
自走式駐車場
図 1 ブレースに採用する細長比

49%
2%
大規模店舗

Laboratory of Structural Engineering, Research Group of Structural and Urban Safety Design
Shinichiro TAKADA

ブレース断面と接合部の決定要因を質問した
ところ，断面は，保有水平耐力計算（65%）または許容応力度設計（53%）との回答がほとんど（両方の回答が 17%）で，層間変形角 ≤ 1/200 の制限（4%），その他の細則（4%）はわずかだった。接合部は，保有耐力接合（92%）が多く，許容応力度設計（8%），その他の細則（4%）はわずかだった。図 2 に，2 次設計のルート 3 で保有水平耐力を算定する際に用いるブレースの圧縮耐力の算定方法を質問した結果を示す。座屈耐力との回答
が 多か ったが ，短 期許容 圧縮 応力度 に基 づく（43%），長期許容圧縮応力度に基づき安全率をν
= 1 にとる（18%），
『限界状態設計指針・同解説 2)』の座屈荷重（22%）と算定方法が一つに限らなかった。
『限界状態設計指針・同解説』の座屈後の安定耐力（38%）との回答も多かった。一方，現行基準の解説 1)で述べられる座屈耐力の 1/3（3%）との回答は少数だった。
ブレース接合部の仕様に関する，6 つの諾・否の質問に対して，ブレースが構面内に座屈するように工夫（諾が 26%）
，構面外に座屈するように工夫（同 11%）
，座屈方向は問わない（同 38%），接合部の損傷を抑える目的で接合部をなるべく剛強にする（同 51%）
，ブレースの変形に追従させる目的で接合部をなるべく柔らかくする（同 0%），ガセットプレートの変形を抑えるために縁に水平・鉛直補剛板をつける（同 63%）との回答を得た。図 3 に，H 形断面ブレースに，7 種の接合部のうちどの型式を採用するかを質問した結果を示す。接合部を水平・鉛直スチフナで補剛した Dと E が多く選ばれ，ブレースを構面内に座屈させる F や，ブレース端の変形拘束が小さな C や G はあまり選ばれなかった。スチフナの有無だけが異なる A と B のうち，A が全く選ばれなかったことは興味深い。諸外国で一般的に用いられる現場溶接式 G も，若干の回答者に選ばれた。レースの座屈長を質問したところ，回答が多かった接合部 B，D，E では，柱・梁・ブレースの節点間距離を材長にとり，有効座屈長さ係数を 1 とする回答が大多数だった。
「柱・梁に塑性化の恐れがなく，梁中央部の直行小梁の剛性が十分な場合は『柱・梁の面間距離』を材長にとり，逆の場合は『節点間距離』を材長にとる」などの追記があった。
柱・梁・ブレースの取り合いで，ブレースの軸線が柱・梁節点を通らず，偏心する場合を質問したところ，必ず柱と梁の節点または他の筋かいと梁の節点に一致させる（47%），解析モデルに偏心を表現する（14%），解析モデルに偏心を表現しないが，ブレース接合部の設計では付加曲げを考慮する（49%），詳細計算をしないが，偏心の影響を考慮してブレース接合部を補強する（21%），所定以下の偏心であれば無視する（3%）の回答を得た。
無視できる偏心量として「梁せいの 1/4～1/5 程度」との追記があった。図 4 に，Ｋ形ブレースにおける不釣合力への対策を質問した結果を示す。梁中央が塑性化しないように梁断面を決定する（46%），梁中央を補強して塑性化を制御する（37%），不釣合力が生じないように座屈拘束ブレースを採用する（53%）との回答が多かった。梁中央の塑性化をある程度許容する（24%）との回答には，「偏心ブレース構造とする」，「建物規模や種別，重要度によって設計方法を選択する」などの追記があった。Ｋ形ブレースで特に注意する事項を質問したところ，ブレースが付く位置で，梁に直交小梁
43%(A) 短期許容圧縮応力度(B) 長期許容圧縮応力度で ν ＝ 1 18%(C) 『限界状態』の座屈荷重 22%
Aの一定割合 3%

Bの一定割合 0%
Cの一定割合 0%零とする
座屈後の安定耐力

7%38%認定プログラムのデフォルト値 21%
補剛板

その他 4%

図 2 保有水平耐力の算定に用いるブレースの圧縮耐力

Ａ (0%)Ｂ (21%)Ｃ (18%)

Ｄ (52%)
梁中央が塑性化しない梁断面を決定

46%

梁中央の塑性化をある程度は許容 24%
梁中央を補強して塑性化を制御

37%

座屈拘束ブレースを採用

Ｅ (77%)
図3Ｆ (10%)

Ｇ (4%)

H 形断面ブレースに採用する接合部形式

53%

解析結果を確認して安全性を担保 19%

その他 3%

図 4 Ｋ形ブレースにおける不釣合力への対策

を配置する（66%），同位置で，日ノ字断面にする（7%），梁にダブラープレートを溶接する（21%），水平・鉛直の補剛板を入れる（68%），塑性化しない梁を選択しているので特に補強しない（15%）の回答を得て，設計者によってさまざまに工夫している様子が分かった。

𝑄𝐿,𝑏 = 𝛽𝑄𝐿 , 𝑄𝐿,𝑓 = ( − 𝛽)𝑄𝐿

ブレースと骨組の復元力特性がいずれも完全弾塑性と仮定すると，架構全体の降伏耐力𝑄𝑦 は，ブレースの降伏耐力を𝑄𝑦,𝑏 ,骨組の降伏耐力 𝑄𝑦,𝑓の和であり，式(5)が成立する。
𝑄𝑦 = 𝑄𝑦,𝑏 + 𝑄𝑦,𝑓𝑄𝑦,𝑏 = 𝐷𝑠,𝑏 ∙ 𝑄𝐿,𝑏 , 𝑄𝑦,𝑓 = 𝐷𝑠,𝑓 ∙ 𝑄𝐿,𝑓𝑄𝑦
𝑄𝐿(6)式(2)から(6)を用いて，式(7)が成立する。
𝐷𝑠 = 𝐷𝑠,𝑏 ∙ 𝛽 + 𝐷𝑠,𝑓 ∙ ( − 𝛽)(7)規準 1)は，𝐷𝑠 と𝐷𝑠,𝑓 を定義するが，𝐷𝑠,𝑏 をこのようには定義しないことに注意する。式(7)を𝐷𝑠,𝑏 について解くと，式(8)を得る。

(1)

ここで，𝑄𝑢 は該当する層の保有水平耐力，𝑄𝑢𝑛 は同層の必要保有水平耐力， 𝑒𝑠 は同層の剛性率と偏心率を考慮する係数，𝑄𝑢𝑑 は地震力によって同層に生ずるせん断力である。𝐷𝑠 は構造特性係数と称され，鋼構造の場合は，柱や梁，ブレースの部材ランク，および保有水平耐力にブレースが占める割合 𝛽 に基づいて求められる。柱や梁の部
材ランクは径厚比や幅厚比で定まり，ブレースの部材ランクは細長比で定まる。
図 5 の荷重・変形関係に、𝐷𝑠 値の基本原則である、エネルギー一定則の考え方を示す。 この法則にしたがうと，𝐷𝑠 は式(2)で定義される。
𝐷𝑠 =(5)ブレースの構造特性係数を𝐷𝑠,𝑏 ,骨組の構造特性係数を𝐷𝑠,𝑓 とおくと，ブレースと骨組の降伏耐力はそれぞれ式(6)のように表すことが出来る。

3. ブレースの構造特性係数𝐷𝑠,𝑏2 章のアンケート結果から，保有水平耐力計算に用いるブレースの圧縮耐力が, 設計者により異なることを確認した。本章では，ブレースの圧縮耐力の算定法にも注意して, ブレースの構造特性係数𝐷𝑠,𝑏 が，実験データにみる耐震性能をどこまで正しく反映しているかを検討する。
保有水平耐力計算の検定式 1)を、式(1)に示す。
𝑄𝑢 ≥ 𝑄𝑢𝑛 = 𝐷𝑠 ∙ 𝑒𝑠 ∙ 𝑄𝑢𝑑(4)𝐷𝑠,𝑏 =𝐷𝑠 − ( − 𝛽)𝐷𝑠,𝑓𝛽(8)図 7 に，規準 1)が規定する構造ランクと𝐷𝑠 ，𝐷𝑠,𝑓の関係に基づいて，式(8)から得た骨組ランクがFA または FC の場合の 𝐷𝑠,𝑏 を示す。
秋山ら 5)は，図 8 に示すように，最大線形弾性応答𝛿𝐿 で消費されたエネルギーは，振幅𝛿𝑐𝑦𝑐 の完全弾塑性の繰返しで消費されたエネルギーと等しいと仮定する設計法を提案した。塑性率𝜇𝑏 =𝛿𝑐𝑦𝑐 ⁄𝛿𝑦 と𝛿𝑐𝑦𝑐 に到達した回数 𝑛𝑒𝑞 を用いると，式(9)の関係を得る。
𝑛𝑒𝑞 =(2)𝐷𝑠,𝑏 2 (𝜇𝑏 − )(9)ブレース付鋼架構の最大線形応答 𝑄𝐿 ，骨組の最大線形応答 𝑄𝐿,𝑓 とブレースの最大線形応答 𝑄𝐿,𝑏 について，式(3)の関係が成立する。
𝑄𝐿 = 𝑄𝐿,𝑏 + 𝑄𝐿,𝑓(3)𝛽の定義により，式(4)が成立する。

K

ブレースの構造特性係数

図 5 エネルギー一定則

図 6 架構全体のモデル

11BCBBBCBB0.350.25

BABA0(a)0.3

0.50.7

ブレース分担率10(b)0.30.50.71ブレース分担率

図 7 ブレースの構造特性係数 𝐷𝑠,𝑏 : (a) 骨組が FA の場合、(b) FC の場合

図 8 繰返しと一方向の関係）

100030000

エネルギー吸収量（以下、基準 1)で規定された，ブレース付鋼架構の Ds 値の妥当性を検討する。式(9)による𝑛𝑒𝑞 と𝜇𝑏を，幾つかの異なる繰返し載荷履歴による，松本ら 6) の実験結果と比較した。試験体は，H 形鋼
SN400B が 5 体，円形鋼管 STKR400 が 14 体，角形鋼管 BCR295 が 9 体であった。部材ランク BAと BB，あるいは BB と BC の境界に近いブレースが多かったが，13 体は BB ランク，15 体は BCランクと判定された。
松本ら 6)の試験体 H140-6.0-61 を例に、非線形な実験応答を，耐力𝑄𝑦,𝑏 に座屈耐力𝑁𝑐𝑟 をとった完全弾塑性履歴に置換する方法を説明する（図 9 参照）。基準 1)に基づく𝑁𝑐𝑟 を，実験的に得た弾性剛性で除して，降伏変位𝛿𝑦 を算出する。図 10 に示す
ように,実験的に測定したエネルギー吸収量𝑊𝑒𝑥𝑝と、同じ変形履歴に対する完全弾塑性モデルのエネルギー吸収量𝑊𝑐𝑟 が、最後に交差した載荷段階を、設計上のエネルギー吸収能力とする。その点までに到達した最大変位𝛿𝑏 を𝛿𝑦 で除した値を𝜇𝑏とし，𝑊𝑐𝑟 を，𝑁𝑐𝑟 と𝛿𝑏 で定義される平行四辺形の面積を１サイクル分のエネルギー吸収量で除した値を𝑛𝑒𝑞 とする。
図 11 の各点は，この手続きを全 28 体の試験体に対して実施して得た，𝑛𝑒𝑞 と𝜇𝑏 の関係である。図
9 の例のように圧縮耐力と引張耐力を𝑁𝑐𝑟 とした場合を〇印で，引張耐力に𝑁𝑦 をとり圧縮耐力に𝑁𝑢をとった場合を×印で示す。同図に，𝐷𝑠,𝑏 を，骨組ランクが FA の場合の（図 7(a)参照）の最大値20000）

500耐力（実験0-500-15-10-50
変位（510150

等価地震回数1
サイクル番号2

図 10 エネルギー関係
3最小の場合2211
最大の場合最大の場合
000(a)

謝辞
アンケートを実施するにあたって，日本建築構造技術者協会および日本建築構造設計事務所協会連合会の協力を仰ぎました。協力くださった関係者諸氏に深くお礼を申し上げます。

0）

が最小の場合4. まとめブレース付鋼架構の設計法に関するアンケー
ト調査を実施し、以下の結果を得た。
 事務所建築，自走式駐車場，大規模店舗にブレース付鋼架構を検討するかとの質問に対して，諾の回答が 7 割あった。
 保有水平耐力の算定に用いるブレースの圧縮耐力を質問したところ，座屈耐力をとるとの回答が多く，その算定法も一つでなかった。
 H 形断面ブレース接合部詳細を質問したところ，ブラケット形式を採用し，材長は節点間距離，有効座屈長さ係数は 1 を採用するとの回答が多かった。
現行の規準で定められている構造特性係数を松本ら 6)の実験データと比較して、ブレースの実際の保有エネルギー吸収能力は，部材ランクに関わらず，設計基準 1)の想定を大きく上回っていることを確認した。

10000

図 9 モデル化
3と最小値にとった式(9)の関係を示す。松本ら 6)の実験結果は，耐力の算定方法、部材ランクを問わず、式(9)と基準 1)の想定よりを遥かに上まわるエネルギー吸収能力を示した。𝑄𝑦,𝑏 のとり方は，𝑁𝑦と𝑁𝑢 の組合せの方が、𝑁𝑐𝑟 よりも実験結果に合う。

5010 15 20 25 30 35 40 45(b)塑性率

510 15 20 25 30 35 40 45
塑性率

図 11 部材ランクごとの分布: （a）BB ランク, (b) BC ランク

参考文献1) 建築行政情報センター：建築物の構造関係技術基準解説書，全国官報販売協同組合，
20152) 日本建築学会：限界状態設計指針・同解説，2010
3) 日本建築学会：鋼構造接合部設計指針，丸善出版，20124) 岡崎太一郎，緑川光正，麻里哲広：北海道のブレース付鋼架構の設計に関するアンケート調査，日本建築学会北海道支部
研究報告集，88，pp. 55-60，
2015.65) 秋山宏：エネルギーの釣合に基づく建築物の耐震設計，技報堂出版，1999
6) 後藤ほか：座屈後挙動を考慮したブレース付ラーメン骨組の耐震設計法に関する研究_その 1：ブレースの繰返し載荷実
験，日本建築学会大会学術講演
梗概集，pp. 753-754，2016.8