こちらの記事では、鉄骨造におけるブレース構造についてご紹介いたします。

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ブレースとは？

ブレースとは鉄骨材などで作られた建物の補強材の1種です。

ブレースは鉄骨造の建物を補強するもので、柱や梁などの四辺形の軸組を持った構造物の対角線上にタスキ掛けのように設けて使用します。

ブレースを入れることで水平方向からの力に強くなるため、建物の変形を防止することが可能です。また、建築以外でも自動車や鉄道車両、航空機、機械などにも用いられています。

ブレースがある場合

ブレースがある場合、地震や風といった水平方向からの力に対する強度が増します。

ブレースがある場合、地震発生時の横揺れでは斜めに設置されたブレースに水平力が流れます。さらにブレースが水平荷重に耐えるため、柱や梁などの部材が壊れにくくなります。そのため、真っ先に柱や梁などが壊れることはありません。

ブレースがない場合

ブレースがない場合、地震による水平加重を受け流すことができません。

ブレースのない構造としてラーメン構造がありますが、ラーメン構造では柱と梁が一体化しており、建物全体で地震などに耐える構造になっています。そのため、耐えられないほどの力がかかった場合、強度が弱い柱や梁などの部材が破断する可能性があります。

鉄骨造におけるブレース構造とは

ブレース構造とは柱と柱の間に斜め材を入れた構造です。

ブレース構造は筋交いなどのブレースを使用し、ブレースに地震力を負担させることで建物に耐久性を持たせる構造になっています。柱と梁はピンなどでジョイントされており、ブレースは片面だけに配置したり、タスキ掛けのように配置したりすることもあります。

また、ブレース構造は低層の鉄骨造だけでなく、日本の木造軸組工法にも用いられます。

ラーメン構造

ラーメン構造とは柱と梁で枠を作り、接合部を溶接などで一体化した構造です。

ラーメンとはドイツ語の「額縁」を意味する言葉で、強靭な枠を作る工法としてよく採用される建築構造です。ラーメン構造は柱と梁を剛接合することで、長期荷重や地震などに耐える構造になっています。

また、ラーメン構造はブレース構造のような斜め材がないため空間を広く使うことが可能です。しかし、ブレース構造よりもコストが高くなる傾向があります。

ブレース構造のポイント3つ

ブレース構造では留意しなければいけないポイントがあります。

ブレース構造はラーメン構造の次に採用される構造になっており、非常に合理的な構造でもあります。また、ブレース構造では断面算定、応力算定、保有耐力接合という3つの計算項目について留意することが必要です。

ここではブレース構造のポイント3つをご紹介しますので、どのようなポイントがあるのか参考にしてみてはいかがでしょうか。

ブレース構造のポイント1：断面算定

ブレースの断面算定では断面積と有効断面積を誤らないように気をつけましょう。

断面算定とは、断面に作用する断面応力をもとに、柱や梁の寸法、配筋、断面形状などを計算することです。有効断面積は断面積から偏心曲げやボルト穴などの影響を考慮し、断面積を小さく見積もります。

そのため、ブレースの断面算定では断面積ではなく有効断面積で検討するようにしましょう。

ブレース構造のポイント2：応力算定

ブレースの応力算定では水平力がベクトル分だけ割り増しになる点に注意しましょう。

応力算定とは、作用する荷重に対して発生する曲げモーメント、せん断力などを計算する部分のことです。

一般的な水平力はXもしくはY方向の水平な力ですが、ブレース構造の場合は斜め部材となっているため、「斜め長さ／水平長さ」の分だけ増えて地震力にかかります。

ブレース構造のポイント3：保有耐力接合

ブレースの接合部は保有耐力設計を行う必要がある保有耐力接合となっています。

保有耐力接合とは構造物が支えられるように、接合部の耐力が母材の耐力よりも増すように破断を検討することです。

ブレースは地震の際に水平力を負担する構造になっていますが、十分な能力を発揮するためには先に接合部が壊れないような設計にする必要があります。そのため、保有耐力接合を理解する必要があります。

ブレース構造の応力計算の例

ブレースの応力算定は比較的簡単に求められます。

水平力が作用しているブレース構造の応力算定を行う場合、「H」が構造物の高さ、「L」が構造物スパン、「P」が水平力だとすると、まず「α＝H／L」を先に求め、次に作用する水平力Pに対してブレースに発生する軸力を、「N＝P×α」で求めます。

筋交いとブレースの目的

筋交いもブレースも建物の耐震性を高めるために用いられるものです。

木造住宅では耐震壁と筋交いによって耐震性が保たれています。

木造建築では筋交いが多く入っていると高い耐震性を持つようになりますが、筋交いが少ない場合は地震に対して弱い建物になります。

筋交いとの違い

筋交いは木材、ブレースは鉄筋やアングルといった型鋼で作られた補強材です。

筋交いもブレースも地震などに対する建物の強度を保つために使用する補強材ですが、筋交いは木材でできており、木造建築で使用されます。

一方、ブレースも筋交いと同じように斜めに設置することで使用しますが、鋼材でできており、主に鉄骨造などで用いられます。

ブレース構造の耐震性について

ブレース構造は対角線上にブレースを設置しているため、一定の揺れなら受け流せるでしょう。

想定以上の力が加わった場合に壊れる可能性があるラーメン構造と違い、ブレース構造はブレースによって力を受け流します。

しかし実際に地震が発生した場合の被害は、建物自体の耐震強度と地盤によって変わります。そのため、特定の建築構造であれば地震発生時に絶対に被害を受けないというようなことはありません。

ブレース構造とラーメン構造を使い分けよう

ブレース構造はラーメン構造に次いでよく採用される建築構造です。

ブレース構造は斜め部材を入れることで地震の際に力を負担するため、柱や梁が先に壊れることはありません。

ぜひこの記事でご紹介したブレースの概要や鉄骨造におけるブレース構造、ブレース構造のポイント、筋交いとブレースの目的などを参考に、ブレース構造の特徴について理解を深めてみてはいかがでしょうか。

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