【
論文
】
UDC :624.
042 ;624.
072.
33 日本 建築 学会構造系論文報 告 集、
第385
号・
昭 和63
年3
月塑 性
崩壊荷重
係 数
と
コ
ン
プ
ラ
イ
ア
ン ス
に
制約
を
受
け
.
る
規
則 的 建 築
ラ
ー
メ
ン
の
最適
設
計
村
田
中
山
員 員 会 会 正、
正恒
善
*祐
司
* *1,
序
構 造 物
の最 適 設
計 問
題
に対 す
る現
在
ま での研 究 方 法
は,大
きく2 種類
に分
け ら れ る。一
つ は数 値 計
算
手 法 を
用
い る方 法
,
ほ か は最
適 性 条 件
を用
いた 解析 的
r4
方 法
であ
る。文 献
15
)
「
に は,客
々 の方 法
の長
所
,短 所
の比 較
が詳 細
に述
べ ら れてい る。
計 算 機
の発 達
に伴
い ,前 者
の方
法に よっ て解
くことの できる問 題
の範 囲
は, か な り広
く なっ て きて い る。
しか し,数 値 計 算
手
法
であるがゆ
えに,
最 適
設計
さ れ た構 造
物
は一
般
にど ん な特性
を有
する かといっ た 問に は答
え ら れ ない。
これに対
し後者
で は, まず構 造 力
学
に お ける最
小原
理に基
づい て,
最 適 設 計 さ
れ た構
造物
の構
成 要 素
が満
た すべき 条 件
,
す な わ ち最
適 性 条 件
を 導 き,.
次
に そ の条件
を満
たす 設 計 解
を与
え る公 式
を誘 導
し よ う と する。
もし,
あ る形
式,
あ る ク ラス の構 造
物
につ いて設 計 解 公
式 が導
かれ れ ば,
設
計
者
は そ の公
式に よっ てその構 造 物
の システ
ム的性能
を
制御
す
ること がで きる。
し かL
;一
般
の大 規 模 構 造
物
を対 象 と す
る場 合
に は最
適 性 条 件 を満
た す設 計 解 を解 析 的
に導
くことは困 難
であ り,
したがっ て設 計 解 公 式
に よっ て システム性 能
の制御
を
する こと も で きな い。
こ の た め,
最
適 性 条 件
を満
た す設 計 解 を数 値
.
的
に求
める方 法 も行
わ れて い る。
以
上の 研 究の流
れ の概
要
は文 献
1
)
−
6
)
.
に ま と め られ て いる。ところ が
,
考 察
の対
象 を建 築 構 造 物
に用
い られ る平 面
ラー
メ ン に限 定 す
る と, その形 状
の規
則性
のた めに,
最
適
性
条 件
を用
いた餌
析
的
な手 法
に よっ て も,主
と し て単
1
−・
・
の性 能 制 御
条件
の下
で,
実 用
上有
用 な解 が 簡 潔
な表 現
で得
ら れて いる。一
般
に,
建 築
骨組
の満
たす
べ き制 約 条 件
の内
で基本
的条 件
は強
度
お よ び剛 性
に関
す る もの である。 こ こ で は強
度
と して は塑性 崩 壊 荷 重 係
数 に,
剛性
と し て はコ ン フ フイ
アンス に制 約
を課
す もの とする。 こ こで コ ンプ
ライ
ア ン スと
は,
指 定 外
力 が その作 用 点
の作 用 方
向
変 位
に際
し て な す仮
想仕
事の 総 和 を意 味
する。
ま た 層間 相 対 変 位
の 重み つ き平均 値
の指 標
とみ な すこ と もで き る。
中 村 ら71 は,
塑 性
崩
壊 荷 重 係 数
に制 約
を受
け る多 層 多
ス パ ンラー
メ ン の最 小 重
量設 計 問 題
に対
して,
構
モー
メ ン トの概念
を導 入
す ること に よ り,実 用 上 重 要
な場
合
の正
解
の閉
型表 現
を導
い た。
さ らに文 献
7)
を基
に し て付 加 制 約
,
軸
方 向
力,
多 荷 重 時 を考 慮
し た研
究
9}−
12)も発 表 さ
れて い る。一
方
,
文 献
13
)
に おい て は等 階
高
ラー
メ ン の場 合
に限
定
さ れて はいるが
,
コ ンプ
ライ
アン スお よび変 位 制 約
の下
で の最適
剛性 を同
じ く構
モー
メ ン トの概 念 を用
い て導
い て いる。
以 上
の研 究
は文 献
15)
に ま と め られ て いる。こ こ では
強 度
,
剛 性
の2
制
約条件 下
で軸
方 向 力 を考 慮
し た場 合
の問 題 を取
り扱 う
。
これに関
し て は既
に以 下
の成 果
が得
ら れ てい る。中 村
・
山 田
14 ) はSheu−Pragefi
}の導
い た最 適
性
条 件 を拡 張
し,
構
モー
メン トの概 念 と 併
せ考
え るこ とに よっ て崩 壊 荷 重 係 数
とコ ンプ
ライ
ア ンス に制 約
を受
け る多
層 多
ス パ ン ラー
メ ンの最 小 重 量 設 計 問
題 に対
して,
基 本 的
な正 解
の閉
型表
現導 出法
の概 略
を示
し た。 ま た 文献
15
)
で は若 干
の実
用 的
な制 約 条 件
を付加
し た場 合
の解
の改 修 方 法
の概 要 も
示
してい る。
ただ し,
荷 重 係 数
,
コ ンプ
ライ
ア ン ス の両 制約
が共
に活 動 的
* に な るの は,
両制 約 値
が ある特定
の関
係 式 を満
たす
一
つ の場 合
に限
ら れ て お り,両 制 約 活 動
的
の場合 独 自
の解 表 現
は得
られて いな かった
。
本 論 文
の 目的
は,
代 表 的
な単
位
建
築
ラー
メ ンを基 本
モ.
デ
ル と して,
次
の よ う な理 論
を提 示
す ることであ
る。(
1
)
崩壊
荷 重 係 数 制 約 条 件
お よ6
“
SU
性
コ ンプ
ライ
ア ン ス制 約 条 件
下の最 小
コ ス ト設
計
問 題 を定 式 化
し,
その最 適 性
条件
を導
く。
その際
,
柱 軸 方
向
カ
ー
曲
げモー
メ ント相 関 降
伏
条
件
を用
い る。(
2
)
1
制 約 条件
が活 動 的
,
他
方
が不 活 動 的
に満
た さ れ る場 合
の み な らず
,
2 制約条件
が共
に活 動 的
である場』
合
も含
めて閉型 解
を導 出
す る。
(
3
) 規 則
性
の強
い場 合
につ い て,.
上二記
の各種
の設 計
解
が適 用
さ れ る 設計 領 域 を明
ら か に し,
この種
の問 題
の設 計 解
の基本
的 特 性 を 明
らかにする。
本 論 文
で は上記
の基本
モ デルの み を詳 細
に解 析
してい 嘔 京 都 大 学教 授
・
Ph
.
D
,
工博 # 米 子工業 高 等 専門学 校講師 〔昭 和
6Z
年9
月21
日原稿 受理} *注 ) 活 動 的 (active )と は 制 約 条件式が等 号で満た さ れ る状態 をい う
。
不 等 号 で満たされ る場 合は不 活 動 的 (inactive
)と呼ぶ。
一
16
一
る
が
,
その成 果
は次
の よ う な意 義 を持
っ てい る。
(
a)
解
析 的
な解 法 手 順
と設 計
領域
法
の考
え方
には か な り一
般 性
があ
る。(
b
)
上
記 (
2
)
の設 計 解
と(3 )
の設 計 領 域 図
は,
こ の種
の 問 題の設 計 解
の基 本 的 特 性 を代 表
し ていて,問
題
の パ ラメ ター
が 層方 向
に緩
や かに変 動
し,
多
スパ ン建
築
ラー
メ ン におい て外 周 部 材
が改修
さ れる など,
規 則 性
が若 干
乱 さ れ る実 際
的
な問
題の設 計 解
の基 本 的 特 性 を推
定
す るの に役 立
て ら れ る。
(
c) 設 計 解
の システム パ ラメ ター
値
の指 定 を
通 じ て,
設 計 者
がラー
メ ンの弾性 変
形
状
態 や 塑 性 崩 壊 性 状 を
あ る程 度
の範 囲
で制 御
で き る。
(
d
)
本 論 文
で提 示
し た方 法
は,
最 小 原 理
の存 在
す る ほ か の2
個
の システム性
能 制 約 条 件 下
の最 適 設 計 問
題 にも適 用
でき
ると期
待
さ れ る。本 論 文
で は文 献
7
)
で展開
さ れて い る構
モー
メ ン トを用
い る方 法
と同様
な,次
の手 順
を採 用
する。
(
1
) 長 方 形
ラー
メ ンの幾
何 学 的 規 則
性
を 考 慮
して弾
性 変 形 時
,
塑 性 崩 壊 時
の曲
げモー
メ ン ト分 布
に あ る仮 定
を設
け,
正解 を
導
く、(
半 逆 解 法 )
(
2
) 上 記 (
1 )
の仮
定
が成 立
する ラー
メ ンの範
囲 を探
索 す
る。
(
設 計 領 域 法
IS))
こ の方 法
によれ ば, いっ た ん基 本 的
な ク ラス の解
が導
か れ,
そ の適 用 範
囲 が明
ら か に さ れ る と,
パ ラメ ター
特性
が隣 接
して い る よ う な問
題の解 表
現を
逐次
的に導 くこ と がで き る。
2.
設 計 変 数
お よび
評価
関 数
本 論 文
で は鉄 骨 造
平
面
ラー
メ ンを,
完 全 塑 性 材 料
で構
成
さ れ た ラー
メ ンと み な して取
り扱
う。
要
素
の力学 的特
性
は断 面 積
A
,,断 面
2
次半
径
rl,
ヤ
ング係 数
E ,
降
伏
応 力
ay の4
個
の 量で規 定
さ れる。
こ こ でE
と σy は1
個
の ラー
メ ン全
体
に共 通
に,
r
、
は各 部 材
ご と, ま た は若 干 個 ず
つ の部 材
群
ご とにそ れぞれ指 定
さ れ る もの と す る。
共 通
の降 伏
ひず
み は ev=
σy/
E
で定 義
さ れ る。
ん
を設 計
変
数
と す る が,
以 下
の定 式 化
にお け る表
現
の都 合
で,次
の2
種
類
の力学 量
に変 換
して取
り扱
うこと にす る。
曲
げ剛 性
s、
ε、
=EAirl …・
…・
…・
・
……・
…・
…一 ・
・
…・
…
(
2.
1
>
全 塑
性
モー
メ ン トM
劉
、
断 面
の せ い の1
/
2
をd
‘,形 状 係 数 を
fi
と
す る と耀
』f
、s、σ./(
Ed
、)一 ・
・
・
………一 ……・
・
(
2
.
2
)
こ こ で
標
準
のH
形 鋼
,
角 形 鋼 管
につ いて調
べ ると,
大
部
分の場合
に,
実 用 上十 分
な精 度
で1
,
07
≡ αH
形 鋼
d
‘/
(
rtft
>
≒1.ll
≡ α角 形 鋼 管
と する こ と が で きる
。
し た がっ て〃 ’1
−
8
、
σ,/
〔aEr 、)
;
A
、r、a。
/
α………・
・
……
(2
.
3
)
(
2
.
3 )
式
は,部材
を断 面 積
の半 分
A
,/
2
が中
心軸
か ら 7ノ
α の位 置
に集 中
さ れ た理 想 化 サ
ンドイ
ッチ断
面
とみ な すこ と を示 唆
し て い る。
以 下
,塑性 側
につ い てはこ の よ う な サ ン ドイ
ッチ断 面
と し ての取
り扱
いをす
る。評 価
関数
と しては,
部 材 体 積
にコ スト係 数
を乗
じ た も の の総 和
を と るこ とに し,
曲
げ剛 性
Si の関 数
と して表
す とW
(
St
)
=
Σ
V
,A
,1
‘=
(
Σ}
り
己8
‘/
rl)
/
E
≡加
(
Si
)
/
E
−・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
…
一・
・
・
・
…
(
2.
4 )
こ こ で1
‘はi
部 材
の長
さ,V
,はi
部 材
の コス ト係数
であ
る。
ただ
し本論文
では,
はり全 体
にっ い てお よ び柱
全
体
につ い て各々共 通 な2
種
の コ ス ト係 数
が指
定
さ れ る場
合 を
考
える。3.
最小
コス ト設 計 問 題 お よ び 最 適 性
条件
本
論 文で取 り扱 うの はFig
.
1
の ラー
メ ン で あ る。 こ れ は, は りのせ ん断 力
によ
る柱
の軸 方 向 力
の効 果
を考 慮
し ないと き に は,
部 材 中心 線 形 状
お よび断 面
2
次
半
径
の指 定
さ れ たスパ ン1
のノ
層 無 限
均等
ラー
メ ンの1
単 位
を 取
り出
し た もの に あた る。ノ
層
の階
高
をh
,,
ノ
は り(
(
j
+1
)
階
床
の は り)
,
ノ柱 (
j
階
の柱
)
の断
面
2
次 半 径
を そ れ ぞ れrBj
,
rC
」と する。
ま た,
は り,
柱
につ い て,
λ6戸〃
衡,
λCJ1hj/
r
,jを定
義
す る。 これ ら は座 屈
にお
け る細
長 比では ないが,
以 下
では は り,
柱
の細 長 比
と呼
ぶ。
設 計 用 荷 重
は(
ノ
+1
)階
の床
面
に加
わ る水 平 力 劫 と
,j
層
の柱 頭
に加
わる鉛 直 力
P
丿であ る。 は り中 間 荷 重 を
採 用 し ない の は次
の理 由
による。水
平 力
に よ るコ ンプ ライ
アン ス を制
約 条 件
とす
る。
塑
性崩壊
時
に はり中 間
に塑 性
ヒ ンジ が生
じ る の は,
たか だ か
最
上層
か ら数 層
の範
囲
であ る。IH
,1
より定
まるノ
層
の層
せ ん断 力
をQ
,,
IP
,1
よ り定
ま るノ
柱
の軸 力
を 納 と する、
設
計 変 数
とし て はノ
は り,
」柱
そ れぞれの全 塑 性
モー
メ ン トB
丿,C
,およ び
これ に対 応
す る曲 げ 剛 性
K
丿,
」, 軍噛
止−
」 ▼h
」 亨2i
下
号
+
暑
i
Fig
.
1
Fundamenta
且unitmulti
−
・t。ryf
・ame↓
「
一
馬
臼
「
法 」「
一
一
橘一
一
}
17h 止H
lp
Kl
6
ト
号
+詈
爿Fig
.
2
Unit
one・
storyframe
andthe
design
loads
を 用い る
。
こ の2
種
類
の変 数
は(
2
.
3
)
によ
り関 係
づ け ら れ て お り,
独 立
で は ない。
な お,単 純
な提 示
の た.
め(
2.
3
)
にお け
る a につ いて は,柱
の a値
と は りの α値
が等
し い場 合
を取
り扱
う。
曲 げ 剛 性 集 合
1
笛
,瑚
の ラー
メ ン におい て,
設計 用
荷 重 群
IHs
}
の下
で生
じ る(
ノ
+1
)階 床 面
の水
平
窄
位
を
.
Uj
,
対 応 す
るj
層
の層
間 相 対 変 位 を
δ丿 と す る。 こ のと
きの コ ンプ
ラ イ
アン スC
は∂=
Σユ
H
,u
,ニ
Σユ
Q
ノδゴ・
……
…・
・
……・
…・
・
…
(
3.
1 )
で表
され る。
こ のC
が指 定
コ ンプ
ライ
アン ス綽
C
を上
回 ら ない こと を第
一
の制約条件
と する。
す
な わ ち制約
条 件
1
δ
≦て
5
…
一・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
3。2
)
制 約
条 件
1
におい ては,
鉛
直荷
重
の コ.
ンプ
ライ
アン ス にお よ ぼす影 響
は考慮
し ない。
ま
た接 合 部 サ イズ も
考
慮
せず
,常 用
の たわみ角法
理論
に従 う
。
一
方
,全 塑 性
モー
メ ン ト集
合
IB
丿,CJ }
の ラー
メ ンが,
設
計
用水
平
力
H
, に崩 壊
荷
重
係
数
AF
を 乗
じた
荷 重 群
IA
,H
,,P
,1
の下
で崩
壊
す るも
のと す
る。
このA
,が指
定
崩壊荷
重 係 数 値
AD
.
を下 回
ら ない こと を第
二印
制 約 条 件
と す る。
す な わち
・
制 約 条 件
ll
/
1
,≧A
ガ・
…
曾
…
t・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
−s・
・
4−・
(
3・
3
)制約
条 件 皿
において は接合
部 サ イ
ズを考 慮
す る。
降
伏
条 件
に は次
のも
のを採
用 す る。
は りにつ い ては
無 限 均
等
ラー
メ ン な の で軸
力の影 響
は小
さ く,
曲 げ
モー
メン トのみによ
り降 伏 す
る もの と する
。
部 材
i
の最 大
曲
げモー
メ ントを
M
‘と す る とma
、1
=
Mlpt
・
…
1
− …・
・
…一 …・
・
……・
・
…一
(
3・
4 )
柱
につ い て は軸 方 向 カ
ー
曲 げ
モー
メ ント相 関 関
係
に基
づ く
次 式 を用
い る。iM
‘1
十1N
‘}
rt
/
a=MIA・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
(
3
.
5
>
評
価 関
数 (
2
.
4
)
は,VB,
V
。を
それ ぞ れ は り,
柱
す べ て に共
通 なコ スト係
数
と す ると次
のよ う
に書
け る。
w
=V
,1
Σ二(
K
,/
7
盞
」)
十Vc
Σユ
(
J
h
丿/
riJ
)
・
・
・
…
(
3
.
6
)
以 上
の記 号 を 用
い て次
の最 小
コ スト設
計
問 題
を考
え る。
〔
問題
CC
1
〕
制 約 条 件
1
(
3.
2
)
,制 約
条 件
ll
.
(
3
.
3
)
の下
で評 価 関数
(
3
.
6
)
を最
小
にする曲
げ剛 性 集
合
iK
,,謝
(
以 後
これを設 計
と呼
ぶ)
を見
い だ せ。〔
問 題
CC
1〕
に対
す るSheu・
Prager
型
8)の最 適 性 条
件
は,Appendix
のよ
うに誘 導
さ れ る。 こ こ では最
適 設 計 解
の み を 扱 うの でAppeadix
の1
瓦 }
の一
記 号 を省
略し,
IStl
を最 適
設計
と する。 また本 論 文
ではコス ト係
_
数
はy
.,.
Vc
の2
つ の値
の み を と る場 合
を考
、
(
a>
え る の で最
適 性 条件 (
A
.
6
)
は次
の よ うに書
け る。
は り :v・…
f
[
x・・(
・;XJ
)]
td :」+ v・1
・di
・・1
−
v
・A
・ ・(
ノ
=
0
,…
,ノ
)
……一 ・
……・
……・
…
:・
t・
…
(
3
。
7a )
柱
・v。・
。
、f
[
x。 、(
・…£j)
]
・d2
…
1
砺
・1
一
脇
(
j
;1,…
,
f
)
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
…
(
3.
7b
)
こ こ で XeJ(
8 ;XJ
)
, z。,(
s
;2
,)
は それ ぞ れ」
は り,ノ
柱
の曲 率 分
布
。1thS
」1
,
1abc
丿1
はそ れ ぞ れノ
は り,
ノ
柱
に発 生
する塑 性
ヒ ンジの回
転角
速 度
の絶 対 値
の総 和
。4.1
層
ラー
メ’
ンの最 小
コ スト
設計
本
章
で は,基 本 架 構
と し て のFig.
2
の1
層
ラー
メ ン(
工形
ラー
メ ン)
につ い て,
解 法
の基 本 的
な手 順
を詳 細
にわ たっ て示
す。
次章
で はノ 層
ラー
メンを取
り扱
う が,本章
の成
果に基
づ く簡 潔
な表
現
を採
用
し,
詳細
は示
さ な い。ま た
4.1
節
で は上 下
の は り細 長 比
が異
な る(
λB且〉 λe。 と す る)
一
般 的
な場 合
を扱 う
が,
4
.
2 節
以 下
で は表 現
の簡潔
化
の た め に は り細 長 比 が
一
定
の場 合
につ いて の み示
す
e〔
問
題
CC
2〕
Fig.
2
に示 す 部
材中
心線
形 状 と 断 面
2
次 半 径
の指
定
さ れた1
層
ラー
メ ン におい て ,制 約 条 件
1
(
3
.
2)
,
制 約 条
件
H
(
3
.
3
)
の下
で評
価 関
数 (
3
.
6
)
を最 小
にす る設 計 を
見
い だ せ。
万
とA
.がラー
メ ンの シス テム性 能
を代表
す る量
であ
る。
こ の2
個
の量 を直交
する2
軸
と す る 座標 平
面
を考
え ると
,
こ の平 面 上
の1
点
は,特 定
のC
値
,
ん
値
を
シス テム性 能 値
と して有
す る最 適 解
ラー
メ’
ンを表
す点
とみ な せ る。
そこ で こ の平 面
を設
計 領 域 平 面
と呼
ぶ18’
こ こ で は次
のR
,AD
を
2
軸
とす
る設 計 領
域平 面
を 考
え る。
R
≡1
ラ
/(
Hh
,)
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
マ
’
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
1
)
頁
は制 約 条 件
1
が活
動
的
な場 合
の柱 部 材 角
を表 レ
,C
と は1
対
1
に対
応 す る。
以 下で は,
設 計 領
域 平面
中
の位
置
によ
っ て シス テム性
能
が どのよ う
に分 類
さ れ るかを 明
らか に して い く。 な お設 計 領 域 平 面
上でR 一
定
の直線
を
等
コ ンブライ アン ス線
と呼
ぶ。
4
.
1
コ ン
プ
ライ
アン ス制 約
が活 動 的
,
荷
重係
数 制 約
は
不 活 動 的
な領 域
ま
ず
設計
用水 平 力
H
の下
で制 約 条 件
1
が活 動 的
で あ る と して最
適 解
ラー
メ ンの 諸 量の閉型 表 現 を 導
く。次
にご σ一
」
θ
一
beam
mechanism(
b
}combined mecharL 孟sm
(c)
column mechallism
Fig
.
3
in
un 重t
one曹
storyframes
の ラ
ー
メンが荷重
係 数
A
。を 乗
じ た荷 重
群
下
で崩
壊
す る と し た と き,
AF
が制 約 条 件 皿
を満
た す領 域
の境 界 式
を求
め る。崩 壊 形 式
とし て はFig.
3
(
a)
のは り崩 壊 型
,〈
c)
の柱 崩 壊 型
の2
種 を
考
え る。(
b
)
の場 合
は第
5
章
で述
べ る多
層
ラー
メ ンの最 適 解
の誘 導に は用
い ら れ な い の で,
こ こ では取
り扱
わ な い。設
計
用 水 平 力
H
の下
で生
じ る節点
回 転 角 を 畠
,e
,と
す る と,
た わ み角 法 公 式
に よ る 材端
曲率
の表 現
はκ 21
=
6
θ2/
1
κ54=
6
θ』/
1・
・
…
曾
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
2a
,b
)
これ を(
3.
7a
)
で Vp・
=
O
と
し積
分
を実
行
した 最 適 性 条
件
式
vε
rmx
葦
61/
3
=Vs
λm・
tt・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
3a
)
VErBoz
;
11/
3
=
VB
λBO・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
t・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
‘
3b
)
に代
入 する。
(
4
,
3
)
に おいて x、、,
x“ は正負
いず
れ の値
も とりうる。 し か し,(
4
.
3)
が最 適 性 条 件 と な
るのはポ
テ ンシャ ルエネ
ルギ
ー
を最 小
に す る曲
率 分 布
の選 択 を
し た と きの み であ
る ので,
x21,
π54 は同 符 号
とし な けれ ば な ら ない。 さら に λe)=l
/
rE
∫を用
いること
に よっ てrB且θ』
=
rBO
θ』・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4.
4)
釣 合 式
に周 知
の た わ み角 法 公式
を代
入 し た結
果
得
られ る式
を &,
柱 部 材 角
R
,」,を未
知 量
と して解
く。
た だ し, rl…K
,/
r81,
u。iK
。/
re
。。
・
λB、〉 λβ。の場 合 を 取
り扱
っ て い る の で(
4
.
7
)
よ り ro>τ1。
畠
;
Hh
,λ./
112
(
τb
十 τ1)
}
…
t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
一
・
・
(
4.5
’
)
・
一
警
鶴
警
・譱薯
、
)
一 ・
・
一
(
・.
・・
J,
=6h
,
(τo−
Ti)
/〔
)LSi
一
λ BO)
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
,
7
)
「
はり の材 端 曲 率 を (
4
.
2a
,
b
)
,
〔
4,
4
)
,
(
4
.
5
)
を用
い て表
す。
z21
=
Hh
,/
12reo
(
Te 十 TOI=
ψ/
rmo・
一・
一
…一
一
…
(
4
.
8a
)
κ54
=Hh
,/
12rel
(
To:十一
τ、)
1
=
ep
/
rSl・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
8b )
ただしep
=陬
(
4
.
8
)
よりτ
b
十 τ1=Hh
,/(
2p
)
・
・
・
…
一
一
・
・
・
・
…
一
一
・
・
・
…
4t…
−t・
・
(
4
.
9
)
一
方
,
柱
の材 端 曲 率
は(
4
.
7
)
,
(
4
.
8
)
よりκ:5
;
ePTo
(
λBt−
JLBe
)
/}
3h
,(
To一
τ1
)
卜
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
10
a)
κ52
=
ψ τ1(
λBI一
λBO>
/
13
ん1(
TorTl>
}
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
,
10
b
)
柱
につ い て の最 適 性 条 件 式
レ・
r
。 、h
、1
(
x,、−
x,t)
z+x ,、z、、1
/
3・
=
V
、hi ……一
(
4
.
11 )
に(
4
.
10
>
を代 入
し整 理
す る とTo Tl
/(
ro一
τL)
’ =9
VcM
: i/
l
VB
(
)LEI
一
λEO)
2}
−
1
・
一
一
・
・
・
・
・
…
一
一
・
・
・
…
一…
一
・
・
・
・
…
tt
(
4
.
ユ2
)
(
4.9
)
,
(
4
.
12
)
を.
T。,
τ1 にっい て解
きK
。,
K
、を求
める。
Ko=HhirBO
(
1
十β1)
/(
4ep
)
・
……・
…………
(4
.
13a
)
K
,=Hh
,rBl
(
1一
β
,)
/(
4
q
}
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
t・
…
(
4
.
13
b
)
ただ しβ
,=
.
(
λel一
λM)
/(
3
λ1)
λL言
4
γ
;
λ乞
1−
(
λB1一
λEO)
2 /3
1
Vr=
》嘛
T。,
τ1を (
4
.
7 )
に代
入 す る とJ
,=Hh
菫
/(
ep
λ,)
・
・
・
・
・
・
…
;
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
凾
・
・
…
(
4
.
13c )
(
4
.
13
)
に お け る未 定 係 数
q
は,
制 約 条 件
1
を 活 動
的
とした式
C =
HRh
,’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
’
”t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
14
>
か ら求
める。
(
4
.
6
)
に(
4
.
13a,
b
)
を代
入 する とR
=
erri
/
12 ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4.
15
)
た だし 鮪=
λ且十λSi十 λeo(
4
.
14
)
,
(
4
.
15
)
よ り
OP
=12R
/7
,ep
を (
4
,
13 )
に代
入 して最
適 曲
げ剛 性
が次
の よ うに定 ま る。
κ。
=Hh
、7
「
m 乃(
1
+β
1}
/(
48R
)
……・
・
…・
…
(
4.16a
)
K1
=Hh
,r
、liri(
1
一
β1〕
/(
48R
)
………
(
4
.
16b
)
J
,=Hh
書
7
,/
(
12R
λ1)
…
J・
…
9・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
r・
(
4
.
16c
)
(
4
.
16 )
を
(
2.
3
)
に よっ て全 塑 性
モー
メ ン トに変換
す る。
Bo=Hhl
εy71
〔
1
十β1)
/(
48aR
)
・
…
一・
・
一・
・
…
(
4
.
17
a)
B
,=Hhi
εy7i(
1
一
β
1)
/(
48aR
)
・
………・
…・
(
4
.
17
b
)
C
匚=Hhi
εyri λti
/(
12aR
λ1)
∴・
r7・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
,
17c
)
以 上
で最 適 設
計
解
が求
め ら れ た。
次
に荷 重
群IAfiH
.
Pl
の下
で制 約 条件
il
が不 活 動 条
件
と し て満
た さ れ ること から,
設 計 領 域
平
面中
で(
4
.
17
)
が 最 適
解
であ
る領
域
の境 界 式 を 決 定
す る。
こ の領 域 は 次の
2
種
の領 域
に区
分
さ れ る。等
コ ンプ
ライ
ア ン ス線
上で,A
. が 現に指定
さ れて い る値
よ り大
き な値
の側
に制 約 条 件
ll
が は り崩 壊 型
で活 動 的
であ
る領
域
が隣 接
している
領域
制 約 条 件
ll
が柱崩壊
型で活 動 的
である領 域 が隣
接 してい る 領
域
〔1 〕
は り崩壊
領
域
に隣 接 す
る領 域
ま ず
Fig.3
(
a)
のよ うに は り崩 壊
す る と し た場 合
の崩
壊 荷 重 係
数AF
を 仮 想 仕事 式
か ら求
め る。
ノ
1sHhi
汐
=2
(
Bo
十B1
)
rE∂
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
9囓
・
・
(
4.18
)
こ こ に7n
=l
/(1−
2rCi
/
a)
は,
柱 を
サン ドイ
ッチ部 材
とみなしたと
きの は り内
法 長
さ
に対
す る は り全
長の比である。
(
4
.
17
)
を(
4
.
18
)
に代
入 し て ノ1F
を
求
め る と,
制 約
条 件
H
(
3.
3
)
が不 活 動 的
であ
る た めに は,A
.と万
は次 式 を満
た す範
囲になけ れ ばな ら ない。
Ap
≦εyXB7rlノ(
12aR
)・
・
・
…
一・
・
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
《
4
甲
19 >
一
方
,
Fig
.
3
(
a)
に対 応
す る曲
げモー
メ
ント
はFig.
4
(
a)
の よ う に な り,
柱 頭
,
柱 脚
のフ ェ イスモー
メ ン トは次式 と
な る。
M
、、
v=
εyrs
71
H
lh
、(
1一
β
,)
−
2rm
/
a}
/
(
24aR
)
・
・
■
一
・
・
・
・
・
・
・
・
…
+
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
20a
)
一 19 一
M1、
L= ey7B
r
、
Hlh1
(
1
十β
1)
−
2rm
/
α1
/(
24qR
)
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
20b )
柱 頭
,
柱
脚
が降伏
し ない条 件
は(
3
.
5
) よ
りMi.
u十PrCi
/
α≦Ci …’
…”………・
…
r
…
(
4
.
21
a)
Ml
,
1.
十PrCi
/
α≦Ci
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
21
b
)
(
4
.
21
)
に(
4,17
)
,(
4.
.
20
) を 代 入 す
ると
,R
は次
の2
式 を満
たす範
囲
にな け れば
な らな
い こと
が わ か る。
R
≦ey7、H
[
2
ん1λCLマ
rB
λ,lh
,(
1
一
β
,}
−
2rm
/
α日
/
(
24Prc
匚λ1)
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
,
22
a>
R
≦εy7,H
[
Zh
,
λc,
−
rB
λ,
lh
,(
1
+β
1)
−
2rm
/
α}
]
/
(
24PrCi
λi)
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
32
b
)
以
上 よ り,
(
4.19
)
,(
4.
22
)
の満
た さ れる領 域
に おい て(
4
.
16
)
は〔
問題
CC
2
〕
の制
約 条件
1
が 活 動 的
,
制
約
条 件
H
が不 活 動 的
な場 合
の解
で あ る。
こ の領 域
に隣接
し て,
等
iンプ
ライ
アン ス線
上
でん
の大
き な側
に,
は り崩 壊 型
で制 約 条 件
ll
が活動 的
に満
た さ れ る領 域
が存 在
す る。
〔
2
〕
柱 崩 壊 領 域
に隣 接
す る領
域
ま
ず
Fig.
3
(
c
)
の よ うに柱
崩 壊
す る と した場 合
の崩 壊
荷
重 係 数
/レを 仮 想 仕 事 式
か ら求
める。AFHh
,θ/
rCi
十2PrCi
θ/
a=2
(
Ci− PrCi
/
a>
θ十
2PrCi ∂
/
α・
.
一
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
23
)
こ こにrCi
=
h
,/(
h
,−
rfiO/
a−
rel/
α}
は
,
は り を サ ン ドイ
ッチ部 材
とみ な し た と きの柱 内 法 長
さに対
す る柱 全 長
の比
であ
る。(
4
.
17 )
を (
4
.
23
)
に代 入
してA
,を求
め る と,制
約
条件
ll
(
3
.
3
)
が不
活
動 的
で あるた め には,
ん とR
は次 式 を満
たす
範
囲
に な け れ ば な ら ない。Ap
≦ey λCi7Ct7i
/(6aR
λ1)
−
2PrCi/(
aH λc1}
・
一
・
・
・
…
−t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
24
)
一
方
,Fig.
3
(
c)
に対 応
す る曲 げ
モー
メン ト はFig
.
4
(
b
)
の よう
に な り,
.
は り端
の フェイ
ス モー
メ ント
は次
式 と な
る。晦
一
(
εy λCi7CiH
九1PrCi
12aR
λ1 α)
・
彎
辮
/α・
圭
・
・
…
t・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
…
(
4
.
25a )
M1.
L
M1 .
u
Ml
.
B
G1
BO
MO .
B
(a} 〔b )Fig
.
4
Face
moments andfully
plastic
momen しs一
一20 −.
一
M ・
s−(
εyλCi