三 重 大 学 大 学 院
-１０４工 学 研 究 科
-図 3.5.3短辺方向立面図
三 重 大 学 大 学 院
-１０５工 学 研 究 科
-張弦梁1本の負担荷重面積
長辺方向梁1本の負担荷重面積
天板
図 3.5.4各部材の負担荷重面
積
表 3.5.1各荷重の値
3.5.2想定荷重
地震時に、シェルターが負担する鉛直荷重は、3.1 節で算出した(表 3.1.2)。シェルター を構成する各部材による鉛直荷重の分担は図3.5.4のように考える。つまり、張弦梁と長辺 方向梁において各梁間距離の 2等分した範囲をそれぞれの梁が分担し、各梁の 4 等分点に 集中荷重として作用するものとする。ここで、張弦梁1本の負担荷重をP1（kN）、長辺方 向梁1本の負担荷重をP2（kN）とおく。また、水平荷重としては、鉛直荷重に0.1をかけ たものを水平荷重 Ph(kN)として長辺方向、短辺方向にそれぞれ作用するものとする。表
3.5.1にそれぞれの荷重の値を示す。
P1 P2 Ph
4.68 (kN) 4.68 (kN) 0.94 (kN)
三 重 大 学 大 学 院
-１０６工 学 研 究 科
-H
l l l l
a c d e b
f g h
P
1/3
図 3.5.5張弦梁モデル
3H/4
表 3.5.2張弦梁モデルの諸量
P
1/3 P
1/3
l l l l
P
2/3 P
2/3 P
2/3
a c d e b
図 3.5.6長辺方向梁モデル 表 3.5.3長辺方向梁モデルの諸量
3.5.3力学モデル
地震時に想定される荷重下において、シェルター構造体における各部材に作用する応力 を算出するため、力学モデルを作成する。なお、Xフレームモデル及び長辺方向ラーメンモ デルに作用する荷重としては、鉛直荷重のみが作用する場合と鉛直荷重と水平荷重が作用 する場合の2つの場合を想定している。それぞれのモデルを図3.5.5~10に示す。各モデル の諸量を表3.5.2~3.5.5に示す。
H (mm) 100
l (mm) 280
l (mm) 280
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-１０７工 学 研 究 科
-図 3.5.7X フレームモデル(鉛直荷重) 図 3.5.8X フレームモデル
(鉛直荷重+水平荷重)表 3.5.4X フレームモデルの諸量
図 3.5.9長辺方向ラーメンモデル
（鉛直荷重）
図 3.5.10長辺方向ラーメンモデル
（鉛直荷重+水平荷重）
h1(mm) 216.67
h2(mm) 433.33
l(mm) 300
l1(mm) 150
l2(mm) 600
!(°) 55.30
a b c d
e
f P1/2
l２
h1
h2
α g
l１ l l１
a b c d
e
f
l２ h1
h2
α g
l１ l l１
Ph
P1/2
P2/2 P2/2 P1/2 P2/2 P2/2 P1/2
a
b c
d e
f g h
i
P1/2 P2/3 P2/3 P2/3 P1/2 P1/2 P2/3 P2/3 P2/3 P1/2
b f g h c
e i
a d
Ph
h
l/4 l/4 l/4 l/4
l/4 l/4 l/4 l/4
h
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-１０８工 学 研 究 科
-表 3.5.5長辺方向ラーメンモデルの諸量
h(mm) 650
l(mm) 1120
ae
間長さ
(mm) 433.3 eb間長さ
(mm) 216.7三 重 大 学 大 学 院
-１０９工 学 研 究 科
-図 3.5.11張弦梁の許容応力度判定
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-./0#
区間
1# -./23#0/4#区間
1#許容圧縮応力度判定値 許容引張応力度判定値
3.5.4許容応力度設計での判定
許容応力度設計での判定を下に示す。判定における許容応力度は鋼構造設計規準におけ る短期許容応力度を衝撃荷重に対する安全係数で除した値を採用する。鋼構造設計規準に おける長期許容応力度の判定式と算出式を(3-3)~(3-26), (3-28)~(3-31)式に示す。張弦梁の ワイヤロープにおける許容応力度の算出式を(3.27)に示す。
張弦梁における許容応力度判定の結果を図 3.5.11 に示す。図中にある各許容応力度判定 値は、構成部材のうち最も大きな判定値のものを採用している。具体的には、許容圧縮応 力度判定ではa-b区間が、許容引張応力度判定ではa-f, b-h区間が最も大きな判定値となる。
全ての許容応力度判定において、判定値が 1 を超える事はないため、張弦梁の安全性が確 認できる。
長辺方向梁における許容応力度判定の結果を図 3.5.12に示す。図中にある各許容応力度 判定値は、構成部材のうち最も大きな判定値のものを採用している。具体的には、許容曲 げ応力度判定ではc-d区間が、許容せん断応力度判定ではa-c区間が最も大きな判定値とな る。全ての許容応力度判定において、判定値が 1 を超える事はないため、長辺方向梁の安 全性が確認できる。
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-１１０工 学 研 究 科
-図 3.5.12長辺方向梁の許容応力度判定
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-./0#
区間
1# -2/.#区間
1#許容曲げ応力度判定値 許容せん断応力度判定値
鉛直荷重が作用する場合のXフレームにおける許容応力度判定の結果を図3.5.13に示す。
図中にある各許容応力度判定値は、構成部材のうち最も大きな判定値のものを採用してい る。具体的には、許容曲げ応力度判定ではb-e, c-e区間が、許容せん断応力度判定ではa-b, c-d区間が、許容圧縮応力度判定では、e-f, e-g区間が、許容引張応力度判定では、f-g区間 が、許容曲げ圧縮応力度判定では、b-e, c-e区間が、許容曲げ引張応力度判定では、b-e, c-e 区間が、ボルトの許容せん断応力度判定では、b, c点が、最も大きな判定値となる。全ての 許容応力度判定において、判定値が 1 を超える事はないため、X フレームの安全性が確認 できる。
鉛直荷重と水平荷重が作用する場合の X フレームにおける許容応力度判定の結果を図
3.5.14 に示す。図中にある各許容応力度判定値は、構成部材のうち最も大きな判定値のも
のを採用している。具体的には、許容曲げ応力度判定ではb-e区間が、許容せん断応力度判
定ではa-b, c-d区間が、許容圧縮応力度判定では、e-g区間が、許容引張応力度判定では、
f-g区間が、許容曲げ圧縮応力度判定では、b-e区間が、許容曲げ引張応力度判定では、b-e 区間が、ボルトの許容せん断応力度判定では、b1, b2 群が、最も大きな判定値となる。全 ての許容応力度判定において、判定値が 1 を超える事はないため、X フレームの安全性が 確認できる。
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-１１１工 学 研 究 科
-図 3.5.13X フレームの許容応力度判定（鉛直荷重下）
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-./012/0#
区間
3#-4/.12/5#
区間
3#-0/610/7#
区間
3#-6/7#
区間
3#-./012/0#
区間
3#-./012/0#
区間
3#-.
点
1#2点
3#-/3#
許容曲げ 応力度 判定値 許容せん 断応力 度判定値 許容圧縮応力度 判定値 許容引張応力度 判定値 許容曲げ 圧縮応 力度判定値 許容曲げ 引張応 力度判定値 ボ ルト 許容せん 断応力度判定値 ボ ルト 許容引張 応力度判定値
三 重 大 学 大 学 院
-１１２工 学 研 究 科
-図 3.5.14X フレームの許容応力度判定（鉛直荷重+水平荷重下）
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-./0#区間1#
-2/.34/5#
区間
1#-0/6#
区間
1#-7/6#区間1#
-./0#
区間
1#-./0#
区間
1#-.$3#.%群1#
-/1#
許容曲げ 応力度 判定値 許容せん 断応力 度判定値 許容圧縮応力度 判定値 許容引張応力度 判定値 許容曲げ 圧縮応 力度判定値 許容曲げ 引張応 力度判定値 ボ ルト 許容せん 断応力度判定値 ボ ルト 許容引張 応力度判定値
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-１１３工 学 研 究 科
-鉛直荷重が作用する場合の長辺方向ラーメンにおける許容応力度判定の結果を図 3.5.15 に示す。図中にある各許容応力度判定値は、構成部材のうち最も大きな判定値のものを採 用している。具体的には、許容曲げ応力度判定ではf-g, g-h区間が、許容せん断応力度判定
ではb-f, h-c区間が、許容圧縮応力度判定では、a-e, i-d区間が、許容曲げ圧縮応力度判定
では、f-g, g-h区間が、許容曲げ引張応力度判定では、f-g, g-h区間が、ボルトの許容せん断
応力度判定では、b, c点が、最も大きな判定値となる。全ての許容応力度判定において、判 定値が1を超える事はないため、長辺方向ラーメンの安全性が確認できる。
鉛直荷重と水平荷重が作用する場合の長辺方向ラーメンにおける許容応力度判定の結果
を図 3.5.16に示す。図中にある各許容応力度判定値は、構成部材のうち最も大きな判定値
のものを採用している。具体的には、許容曲げ応力度判定ではc-i区間が、許容せん断応力 度判定ではh-c区間が、許容圧縮応力度判定では、i-d区間が、許容曲げ圧縮応力度判定で は、c-i区間が、許容曲げ引張応力度判定では、c-i区間が、ボルトの許容せん断応力度判定
では、c1, c2群が、ボルトの許容引張応力度判定では、c1群が最も大きな判定値となる。
全ての許容応力度判定において、判定値が 1 を超える事はないため、長辺方向ラーメンの 安全性が確認できる。
許容応力度判定結果より、張弦梁、長辺方向梁、Xフレーム、長辺方向ラーメンの各部材 において存在応力度が許容応力度を下回っているため、鉛直荷重及び水平荷重に対する一 定の安全性が確認できた。
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-１１４工 学 研 究 科
-図 3.5.15長辺方向ラーメンの許容応力度判定（鉛直荷重下）
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-./01#0/2#
区間
3#-4/.1#2/5#
区間
3#-6/71#8/9#
区間
3#-/3#
-./01#0/2#
区間
3#-./01#0/2#
区間
3#-4
点
1#5点
3#-/3#
許容曲げ 応力度 判定値 許容せん 断応力 度判定値 許容圧縮応力度 判定値 許容引張応力度 判定値 許容曲げ 圧縮応 力度判定値 許容曲げ 引張応 力度判定値 ボ ルト 許容せん 断応力度判定値 ボ ルト 許容引張 応力度判定値
三 重 大 学 大 学 院
-１１５工 学 研 究 科
-図 3.5.16長辺方向ラーメンの許容応力度判定（鉛直荷重+水平荷重下）
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-./0#区間1#
-2/.#区間1#
-0/3#
区間
1#-/1#
-./0#
区間
1#-./0#
区間
1#-.$4#.%
群
1#-.$
群
1#許容曲げ 応力度 判定値 許容せん 断応力 度判定値 許容圧縮応力度 判定値 許容引張応力度 判定値 許容曲げ 圧縮応 力度判定値 許容曲げ 引張応 力度判定値 ボ ルト 許容せん 断応力度判定値 ボ ルト 許容引張 応力度判定値
三 重 大 学 大 学 院
-１１６工 学 研 究 科
-第 4 章 結
4.1
まとめ
4.2
今後の課題
三 重 大 学 大 学 院
-１１７工 学 研 究 科
-第 4 章 結
4.1 まとめ
本研究では、地震時に家屋が倒壊しても、一定の空間を確保する事で住民の命を守る「耐 震シェルター」の開発のために、建築構造力学を適応した設計プロセスについて述べてい る。開発対象となる耐震シェルターは、「居室型耐震シェルター」と「机型耐震シェルター」
の2つのタイプのシェルターである。ここで、「居室型耐震シェルター」とは、一部屋と同 程度規模の構造体を設置し、部屋内の空間を確保するタイプのシェルターである。「机型耐 震シェルター」とは、日常生活時、机として使用し、地震時には、下に潜り込む事によっ て身の安全を確保するタイプのシェルターである。本研究では、各タイプのシェルターの 要求性能に基づいた設計方針の設定と力学的検証を行い、居室型耐震シェルターの開発研 究では、重量物落下実験を実施し、シェルター内の一定の安全性を確認した。ここで、各 章における要約を下に示す。
第 1 章では、本研究の背景、研究の目的及び研究の流れについて述べた後、開発におけ る参考にするために、耐震シェルターに関する既往の研究と各タイプのシェルターにおけ る既往製品の整理を行っている。
本研究の背景では、国や地方公共団体によって住宅耐震化を促進させようとする動きがあ るが、非耐震の住宅がまだまだ残っている事、住民が住宅耐震化をしない理由として「高 いコスト」、「住宅耐震化の効果に対する不信」等が挙げられる事、住宅耐震化に代わるア イデアとして耐震シェルターがあり、一部の地方公共団体によって耐震シェルター設置工 事のための補助制度を創設している事を述べている。
第 2 章では、居室型耐震シェルター開発のための設計プロセスについて述べている。具 体的にはまず、居室型耐震シェルターに求められる性能を整理した。下に示す。
⑴対荷重性能
⑵施工後における既存家屋の構造性能の維持
⑶施工後の生活利便性の維持
⑷製作、施工の簡素化
これらをふまえて、開発における設計の方針や構造体の形状を決定した。例えば、対荷重 性能については、地震時に家屋が全崩壊した場合にシェルターに作用すると想定される鉛 直荷重とその荷重に加えて鉛直荷重に0.3を乗じた水平荷重下において、シェルター内の安 全性を確保する事を目標とした。また、居室型耐震シェルターは、シェルター構造体の部 材が多少損傷しても、崩壊しなければシェルター内の安全性は確保できるものとし、最終 的な部材の決定には、塑性設計法を用いて行う事にした。