耐力框架 【技术领域】
本发明涉及用于形成建筑物的墙面的耐力框架。
背景技术
一般的耐力框架具有利用两根框架构件分别连结两根支柱构件的两端部从而形成的大致矩形的形状，而且是两根支柱构件使用多根斜构件倾斜地连结而成的桁架结构(例如，参照专利文献1、2)。在此，在现有的耐力框架中，配置在最上方及最下方的斜构件和支柱构件的连结点与框架的角部是一致的。在该结构的耐力框架中，力被平稳地传递，另一方面，在作用有过大的水平负荷时，由于在斜构件及连结部产生应力集中，因此，存在斜构件的纵向弯曲及连结部的破坏过早发生、框架整体的变形能量小的问题。为了解决该问题，一般的方法是增大斜构件的强度(断面特性)及连结部的刚性。不过，由于在该情况下虽然最大耐力增加，但是框架整体的变形能力(弹性能力)变小，因此，在达到最大载荷后框架整体会急速地崩溃。另外，作为解决上述问题的另一解决方法，一般是考虑将斜构件和支柱构件上下隔离开来(例如参考专利文献3)。在该结构的耐力框架中，在作用有水平负荷的情况下，由于斜构件在轴线方向产生塑性变形，并且支柱构件也产生弯曲塑性变形，所以能够提高框架整体的变形能力。
专利文献1：日本公开专利公报：2002-30745号(图1)；
专利文献2：日本公开专利公报：2004-116036号(图1)；
专利文献3：日本专利第2942481号说明书(图1)；
然而，在该结构的耐力框架中，在作用有过大的水平负荷时，由于是通过支柱构件弯曲而产生塑性变形，因此其支承垂直方向的负荷的耐力显著降低。所以，该耐力框架不能作为建筑物的主体结构使用，只能够配置在支承垂直方向负荷的另外的支柱构件的附近。
【发明内容】
因此，本发明的主要目的是提供一种耐力框架，其抑制斜构件的纵向弯曲及连结部的破坏的发生，同时具有高的变形能力。
本发明的耐力框架，其具有：第一支柱构件；第二支柱构件；连结所述第一支柱构件及所述第二支柱构件的各自的一端部的第一框架构件；连结所述第一支柱构件及所述第二支柱构件的各自的另一端部的第二框架构件，其特征在于，连结所述第一支柱构件的两端部以外的连结位置、和所述第二支柱构件的两端部以外的位置且比所述连结位置更靠近所述第二支柱构件的一端部侧的位置的第一斜构件，以及连结所述第一支柱构件的两端部以外的连结位置、和所述第二支柱构件的两端部以外的位置且比所述连结位置更靠近所述第二支柱构件的另一端部侧的位置的第二斜构件，被关联设置在一个或者多个连结位置上，配置在最靠近所述第二支柱构件的一端部侧的所述第一斜构件和所述第二支柱构件的连结点从所述第二支柱构件与第一框架构件的连结点分开，并且配置在最靠近所述第二支柱构件的另一端部侧的所述第一斜构件和所述第二支柱构件的连结点从所述第二支柱构件与所述第二框架构件的连结点分开。
在此，第一斜构件和第二支柱构件的连结点表示第一斜构件的中心轴线的延长线和第二支柱构件的中心轴线的交点；第二支柱构件和第一框架构件的连结点表示第二支柱构件的中心轴线和第一框架构件的中心轴线的交点；第二支柱构件和第二框架构件的连结点表示第二支柱构件的中心轴线和第二框架构件的中心轴线的交点。
根据该构成，即使在耐力框架上作用有水平负荷(与支柱构件垂直方向的负荷)，由于水平负荷不会直接传递到斜构件上，而是通过框架的角部和斜构件之间的支柱构件间接传递，因此也能够抑制在斜构件及连结部产生过大的应力。另外，与斜构件和支柱构件的连结点和框架的角部相一致的现有的框架相比较，由于框架的刚性变小而容易变形，所以能够防止达到最大负荷后的突然崩溃。因此，在本发明中，能够可抑制斜构件的纵向弯曲及连结部的破坏的过早发生，从而获得作为框架整体变形能优异的能量吸收性能。
另外，在本发明的耐力框架中，配置在最靠近所述第二支柱构件的一端部侧的所述第一斜构件和所述第二支柱构件的连结点，与所述第二支柱构件和所述第一框架构件的连结点之间的距离，以及配置在最靠近所述第二支柱构件的另一端部侧的所述第一斜构件和所述第二支柱构件的连结点，与所述第二支柱构件和所述第二框架构件的连结点之间的距离，为与所述第二支柱构件的总长度的5～20％相对应的距离。
根据该构成，能够抑制斜构件的纵向弯曲及连结部的破坏的过早发生，并且可以防止框架整体的耐力大幅度地降低。
另外，在本发明的耐力框架中，还具备连结所述第一框架构件的两端部以外的位置和所述第二框架构件的两端部以外的位置，并且与所述第一斜构件及第二斜构件接合的加强构件。
根据该构成，即使在斜构件的长度比框架高度(矩形框架高度)长的情况下(框架的宽大于高)，也能够提高斜构件的纵向弯曲耐力。因此，可以实现框架整体的耐力的提高。
另外，在本发明的耐力框架中，还具备配置在所述第一及第二支柱构件和所述第一及第二斜构件之间的连结构件，所述连结构件在从所述第一及第二支柱构件的柱棱部向内侧分开的固定位置固定在所述第一及第二支柱构件上。
根据该构成，即使是在向分开支柱构件的方向的力作用在斜构件的情况下，利用连结构件的塑性变形也能够吸收能量。因此，使得框架整体的耐力提高。
再有，在本发明的耐力框架中，上述第一及第二支柱构件的柱棱部与上述固定位置之间的距离也可以为与上述第一及第二支柱构件的侧面宽度的20～30％相对应的距离。
【附图说明】
图1是表示本发明的第一实施方式的耐力框架的概略构成的图，(a)是主视图，(b)是仰视图，(c)是侧视图；
图2是支柱构件和连结构件的连结部附近的放大图；
图3是图2的III-III线的剖面图；
图4是表示连结构件的变形状态的图；
图5是表示本发明的第二实施方式的耐力框架的概略构成的图，(a)是主视图，(b)是仰视图，(c)是侧视图；
图6是表示评价试验中的框架的固定条件及负荷条件的图；
图7是表示评价试验的结果的图。
符号说明
1、01耐力框架
2、3支柱构件
4、5框架构件
6、7、8、9斜构件
10连结构件
102、103加强构件
【具体实施方式】
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式的耐力框架的概略构成的图，(a)是主视图，(b)是仰视图，(c)是侧视图。图2是支柱构件和连结构件的连结部附近的放大图。在图2中，表示的是支柱构件3和连结构件10的连结部附近，支柱构件2和连结构件10的连结部附近的结构与其相同。图3是图2的III-III线的剖面图。
图1所示的耐力框架1(以下称为框架1)是在钢结构房屋中使用的钢制框架。框架1具有：两根支柱构件2、3；两根框架构件4、5；四根斜构件6、7、8、9。支柱构件2、3及框架构件4、5是具有矩形截面的方管构件(参照图2)，斜构件6～9是具有开放的截面形状的构件。
两根支柱构件2、3向上下方向延伸且分开规定间隔相互平行地配置。两根框架构件4、5水平配置，且连结支柱构件2、3各自的上端部或下端部。因而，框架1的外形是由支柱构件2、3及框架构件4、5构成的大致矩形的形状。
四根斜构件6～9通过连结构件10将支柱构件2、3的上端部及下端部以外的位置彼此连结。在此，斜构件6～9和连结构件10通过点焊来接合，在图1中，接合位置用圆圈(符号○)表示。另外，连结构件10和支柱构件2、3按照后面所述的方式通过螺纹连结而接合。
斜构件6～9从上向下方依次配置。而且，斜构件6、8以其左端比右端靠下的方式倾斜且相互平行地配置；斜构件7、9以其右端比左端靠下的方式倾斜且相互平行地配置。
更详细地说，斜构件6用于连结从支柱构件3和框架构件4的连结点41(支柱构件3的中心轴线和框架构件4的中心轴线的交点)向下方分开距离L1的支柱构件3的连结点43、和从支柱构件2和框架构件4的连结点42(支柱构件2的中心轴线和框架构件4的中心轴线的交点)向下方分开距离L1+L3的支柱构件2的连结点44。在此，例如斜构件6和支柱构件3在连结点43进行连结的状态，是表示支柱构件3的中心轴线和斜构件6的中心轴线的延长线的交点在连结点43相交的状态。
另外，斜构件7用于连结从连结点42向下方分开距离L1+L3的支柱构件2的连结点44、和从连结点41向下方分开距离L1+2×L3的支柱构件3的连结点45。同样，斜构件8用于连结从连结点41向下方分开距离L1+2×L3的支柱构件3的连结点45、和从连结点42向下方分开距离L1+3×L3的支柱构件2的连结点46。斜构件9用于连结从连结点42向下方分开距离L1+L3的支柱构件2的连结点46、和从支柱构件3和框架构件5的连结点48(支柱构件3的中心轴线和框架构件5的中心轴线的交点)向上方分开距离L2的支柱构件3的连结点47(与从连结点41向下方分开距离L1+4×L3的支柱构件3的连结点一致)。
在本实施方式中，支柱构件3和框架构件4的连结点41与配置在最上方的斜构件6和支柱构件3的连结点43之间的距离L1为与支柱构件3的总长度的8.8％相对应的距离。另外，支柱构件3和框架构件5的连结点48与配置在最下方的斜构件9和支柱构件3的连结点47之间的距离L2为与支柱构件的总长度的15.8％相对应的距离。在此，在距离L1、L2为小于支柱构件3的总长度的5％的距离的情况下，由于斜构件和支柱构件的连结部的应力过大，将导致斜构件的纵向弯曲及连结部的破坏过早地发生。另一方面，在距离L1、L2为大于支柱构件3的总长度的20％的距离的情况下，由于传递到斜构件的力过小，导致框架整体的耐力大幅度降低。因此，优选距离L1、L2为与支柱构件3的总长度的5～20％相对应的距离。
如图2所示，连结构件10是具有コ字截面的构件，在其一侧面形成有八个螺栓孔10a(参照图3)。另外，在支柱构件2、3的一侧面上安装连结构件10的位置，形成有与连结构件10的八个螺栓孔10a相对应的八个螺栓孔2a、3a(参照图3)。而且，如图3所示，连结构件10在其螺栓孔10a和支柱构件2的螺栓孔2a或支柱构件3的螺栓孔3a相一致的状态通过螺栓11进行连结。
另外，连结构件10将支柱构件2、3的一侧面及连结构件10的一侧面的宽度设为D，在从其两端向内侧分开距离C的位置进行螺纹连结。换言之，螺栓孔2a、3a、10a在从柱棱部分开距离C的位置形成。在此，柱棱部和连结位置的距离C优选与支柱构件2、3的内侧面的宽度D的20～30％相对应的距离。为此，如图4所示，在从柱棱部分开规定距离的位置将连结构件10进行螺纹连结，是因为向分开支柱构件2、3的方向(图4中的箭头方向)的力作用在斜构件上时，通过连结构件10进行塑性变形而吸收能量。图4中，用虚线表示塑性变形前的连结构件10，用粗实线表示塑性变形后的连结构件10。
下面，参照图5对本发明的第二实施方式的耐力框架进行说明。图5是表示本发明的第二实施方式的耐力框架的概略构成的图，(a)是主视图，(b)是仰视图，(c)是侧视图。
第二实施方式的耐力框架101(以下称为框架101)与第一实施方式的框架1的不同点在于，其另外具有两个加强构件102、103。由于框架101的其他结构与框架1相同，因此，赋予其相同的符号且省略其详细的说明。
两个加强构件102、103为平板状构件。加强构件102配置在框架101的眼前面，连结框架构件4的中央部和框架构件5的中央部，且与斜构件6～9的中央部接合。同样地，加强构件103配置在框架101的后里侧的面上，连结框架构件4的中央部和框架构件5的中央部，且与斜构件6～9的中央部接合。
下面，参照图6及图7对框架1、101的评价试验的结果进行说明。图6是表示评价试验中的框架的固定条件及负荷条件的图，图7是表示试验结果的图，即剪切变形角和水平负荷的关系(剪切变形角-水平负荷曲线的包线)的图。在此，评价试验是在将框架1、101的下端部固定后的状态下，通过将水平负荷反复作用在框架1、101的上端部而进行的。另外，作为比较例，也对除框架1、101以外的有关现有的框架进行了同样的试验。
在现有框架中，以连结部产生破坏而结束。另一方面，在框架1中，连结部没有破坏，由图6的试验结果可知，与现有框架相比，变形能力及最大负荷大幅度提高。而且，框架1最终是以斜构件产生塑性纵向弯曲而结束。然而，在增加了加强构件的框架101中，无论连结部的破坏还是斜构件的纵向弯曲都没有发生，从而获得比框架1更高的能量吸收性能。
如以上说明所述，在本实施方式的框架1、101中，即使在作用有水平负荷的情况下，该水平负荷也不会直接传递到斜构件6～9上。由于水平负荷通过框架的角部和斜构件之间的支柱构件(对应支柱构件3的连结点41和连结点48之间的部分、以及对应支柱构件3的连结点47和连结的48之间的部分)间接传递，因此能够抑制在斜构件6～9及连结部产生过大的应力。另外，与斜构件和支柱构件的连结部和框架的角部相一致的现有框架相比较，由于框架的刚性变小而容易变形，所以能够防止在达到最大负荷后的突然崩溃。因此，在本发明中，能够抑制斜构件6～9的纵向弯曲及连结部的破坏的过早发生，从而作为框架整体，可获得变形能优异的能量吸收性能。
另外，本发明的框架1、101不是通过支柱构件的弯曲塑性变形来吸收能量的结构，而是通过斜构件的纵向弯曲及延迟连结部的破坏的发生，作为框架整体能够实现取得平衡的能量吸收性能。另外，由于对于垂直方向的负荷的耐力没有明显降低，因此，也可以作为建筑物的主要结构使用。
另外，由于距离L1、L2为与支柱构件3的总长度的5～20％相对应的距离，所以，可抑制斜构件的纵向弯曲及连结部的破坏的过早发生，并且，能够防止框架整体的耐力大幅度地降低。
另外，在框架101中，由于通过加强构件102、103得到加强，即使在斜构件6～9的距离比框架高度(矩形框架高度)长的情况下(框架的宽度和高度的比值较大的情况下)，也能够提高斜构件的弯曲耐力。因此，可以实现框架整体的耐力的提高。
另外，连结构件10在从支柱构件2、3的柱棱部向内侧分开规定间隔的螺纹连结与支柱构件2、3连结。所以，即使是向分开支柱构件2、3的方向的力作用在斜构件6～9的情况，通过连结构件10的塑性变形也能够吸收能量。因此，框架整体的耐力提高。
以上，是对本发明的实施方式的说明，但本发明不限于上述的实施方式，在所述权利要求项的范围内还可以进行各种设计变更。例如，在上述实施方式中，框架1、101具有四根斜构件6～9，但斜构件的根数也可以变更。另外，距离L1、L2也可以变更。