1
論
文
】
UDC ：624．
074
日本 建 築 学 会構造系論 文報告集 第 402 号・
1989
年8
月不
慮
の
部材
破 壊
に よ る
不
静
定複層
立
体
ト
ラ
ス の
耐 力低
下
に
関 す
る
研 究
正会
員 正会
員和
王
田
章
＊竹
＊ ＊1．
序 論
構 造 物
の力 学 的 挙 動
は常
に多
くの不 確 定
な要 因
に影
響
さ れる。現 在
多
く研
究
さ れ，
実 用 化
に向 け
て進
め ら れ て い るLRFD
法
IY・
z）・
3） は荷
重
お よ び耐 力
の不 確
か さを確
率
統 計 論 的
な手
法で評価
し，
荷 重
の確 率 分 布
と耐 力
の確率
分
布
に基
づ き，
荷重
が耐 力 を上 回
る確 率 が あ
る十
分小
さ い値 以 下
に な る よ う に設 計
を行
う方 法
であ
る。
しか し，
実 際
の構 造物
の被 害 例
，
破 壊 例
を調
べ て み る と， その原
因
は必ず
し も設 計
の時 点
で考
えた破 壊
モー
ドと は な らず
，設 計
ミス，
部材 製作
ミス，
組 立
ミ ス，
メ ン テナ
ン ス ミ ス等
多 種の原
因に よ るこ と が少
な く な いd 〕。1
−
1 構
造 物
の破 壊 例
構 造
物
の破
壊 原 因
を究 明
する ために，破 壊
例
を 分析
し た研 究
が行
わ れて い る。
鷲 尾
・
高
橋
・
五十 嵐
ら「’
＋は過 去
の破 壊 例
を多 量
に収 集
し， そ れ らを
破壊
した構
造 物
の種
類
お よ び破 壊 原 因
ごと
にま と
め，
分析
を行
い，
構 造 設 計
の成 功
，
失 敗
と建 築
の安 全 性
につ い て論
じて い る。 そ れ に は地 震
・
台 風
・
豪 雪 等 過 酷
な荷 重 条
件
に よ る構 造 物
の破
壊 例 以 外
にも
，
設 計
にお け る仮 定
の誤
り，
部 材
の品 質
不 良，
ガス爆 発
の ような突 如
に発生
す る衝 撃 力
という よ
う な設 計 時 点
で は考
えて いなか っ た原
因 に よ る構 造 物
の破 壊 例
が多
く示 さ
れて い る。Ellingwoode
） は構
造 物
の 破 壊の大 部 分
は耐 力
，荷 重
の統計的
な ば らつ きの大 小 関
係
に よっ て発 生
すると
いう よ り も，計
画
・
設 計
ミ ス，
施
工 ミス お よ びメ ンテナ
ン ス ミス等
に よっ て発生
す る こ と が多
い こと を大 量
な文 献
レビュー
よ り指 摘
して い る。
こ こで は さ らに，
ユ987
年 と
1988
年
のENR
誌
T［ か ら，
最
近2
年 間
に報 告
さ れ た構 造 物
の破 壊
例
を調
べ，
表
一
1
に その破 壊 原 因
と とも
に ま と め た。破 壊
し た構 造 物
20
例
の内
，
設 計 時
に考
え た破
壊
モー
ドで壊
れ たの は わ ず か2
例
に と ど まっ ており，
そ の他
の大 部
分 は設
計
ミ ス，
施
工 時の ミス等
に よ る もの で あ る、
1
−
2
本
研究
の目的
本
論 文
で は上 述
の よ う な設
計
ミ ス，
施
工 ミ ス あ るいは突 如
に発 生 す る外 部 変 動
に よっ て構
造 物
の一
部
が早 期
に 申 東 京 工 業 大 学助 教 授
・
工博 艸 東．
京 工業 大学 大学 院 生q989
年1
月10
日原 稿 受理，
1989 年 5月29 凵 採 用 決定 ）不 慮
の破 壊
を起
こ した後
に，
構 造 物
が発揮
し得
る抵
抗 力 につ いて明
ら か に し たい と考
え る。
し か し，上 記
の よ う な不
確 定 的
な要 因
は数 学 的
なモ デル と して理論的
に扱
う こと が 困難
で あ る。
本
研究
で は不 確 定
な要
因 に対
す る構
造 物
の抵 抗 力
の変
化
を調
べ る た め，
早 期
に不 慮
の部 材 破
壊
が起
き たと きの構
造系
全体
の挙 動
を考
えら れ る場 合
ご とに弾 塑 性 解 析
に よっ て調
べ，
耐
力の低 下
を統 計 的
にと ら え る方
法
を用
いる。1
−
3
解 析 対 象
解 析 対 象
と して 複 層 立体
トラ ス を用
い る。立 体 ト
ラス は高 次 不 静 定 構 造
であ る た め，
い くつかの部
材 も
し くは接 合 部 が
降
伏
，
破壊
し，
効 果
がな く なっ て も，
すぐ に は全 体
と して の安 定 性
を失
う こ と は ない とい われ
てい るs｝。
しか し，
実 際
に立 体 ト
ラスが破
壊
9た事 故 を
きっ か け と して，
そ の連 鎖 的
な破
壊 性 状 が 注目
さ れ るよ うに な り。
部 材
の座屈 後
の挙 動 を
考慮
し た トラ ス の非
線
形 解
析
法 の開 発
1°］−
14］や
，
連 鎖 的
な破 壊
につ い て の研 究
LSFが多
く な され る よ う に なっ た。
し か し，
これら の研 究
は健
全 な トラ スを対 象
に， そ の破壊
プ
ロセ スを解 明
し よ う と し た もの であ る。本 研 究
で は，
比
較
的 早 期
に不 慮
の部
材
破 壊
が生
じた場 合
，
すな わち，
他
の部 材
が弾 性 域
に あ る と きにある1
本
の部 材
が不
慮
の破 壊
を生 じ
た場 合
，残
存
して いる部 材
で形 作
ら れ る立 体
トラス の耐 力
が すべ ての部 材 が 健 全
で あ る 場合
に比べ，
どの程 度 低
下 す る か を明
ら か にす ることによっ て，
部 材
の早 期
の不慮破
壊
が立 体
トラス全
体
の力 学 的 挙 動
に与
える影 響 を 調
べ る 。2．
本
研 究
に用
い る立
体
トラスの設 計 方 法
お よ び設 計
例
立
体
トラス は不 静 定 構 造
で あるた め，
全
体
形
状
およ
び部 材
の組 方
が決
まっ て い ても，
1
本
1
本
の部材
の選 択
は一
義 的
には決
ま ら ない1％ 例
え ば使 用
す る部
材
の種 類
の数 を 多
く す る場 合
と少
な く す る場 合
，
ま
た長 方
形プ
ラン の立 体 ト
ラ ス の場 合
には その短
辺方 向
と長
辺方 向
の力の分 担 率
の設 定 等 設 計 者
の設 計 方 針に よっ て で き上
が る設
計
は変
わる。 その結 果 と
し て，立 体
トラ スが不 静 定 構
造 と して持
っ て い る余 力
の程 度
，部
材
の不 慮
の破 壊
に対
す る全 体
の抵
抗 力 も変
わ る こ と が 予 想で き る。
本 研 究
で は下 記
の設 計 方 法
に従
っ て、
正方 形 プ
ラ ン お よ び長 方
形プ
一
121
一
表
一
11987
年1
月〜
1988
年12
月の 間にENR
誌に報 告さ れ た構 造 物の破壊 例確 壌 した爾 造 枸 名 柵 遺 概 聲
」
確 壊 献 況 破 壊 原因 分顛拿 R●f
．
馳
bLa
rOOピof Iono且n8 1軽 量ケー
ブル ドー
ム屋 根。
＆ron己 1n Soou1 01y尠P 真じ ｝
P
毳rk，
Soutb恥【ga ケー
ブル及 びそれ を 支 える支柱の岡 整 中 に、
敏本の ケー
ブル が 切 れ、
コ ン サ ルタ ント1人 と作 第 員2人 が56臼の高さ か ら 藷 ち て死 亡し た。
．
支柱が正位置になってお らず、
数 本のケー
プ ル が 引っ張 られ、
他 の ケー
ブ ル が 畷 んで いた ため、
不 釣 台い力 が 働い τ、
ケー
プルが 錫 物 か ら ぬ けた．
C4 」觚．
8L
蛇7 閧8腎
5 馳d踊 d8Gk of gu5ky St＆直正U国 of 口ni58τ5ity of 冒薗5h 置ngtonb So邑tt101 usA 上 層 ス タンドの増 築。
大 きい断面 形の鋼 管で 構 成 さ れるトラ ス構 遁で、
大 きい斜面スタン ド と片 掎の屋根か ら な る．
鉄 骨組 立 臓人 が 屋 根 トラスとハンチの接 続 部 に「小波」を 見 たL
時 間慢 に捌 遺 全 体 が 崩壊 した．
組立て中に用いた仮 の 屋檀 面プレ 「ス が安 定恠 を 保つ の に不 十分だ った。
C4 血r．
51987
Roof of ＆mller 5kahn πr 駄
，
艮重。h薗ou 亟．
r蘆．
，
凵SA25，
000ft3を覆うプレ ハブ 鉄 骨 切 妻屋 根
。
股 計 荷重の半分の荷 題 で は りが座 屈 し、
周 りを 引張り崩し
、
全体が崩壊 し た。
（原 因に関す る記 述無 し） 麗a【
．
51987F
邑br1ロ t3nslon r。or o 匠Shorolin8 肋phi電翫8a：gr 且n
Ca
亘i
正orn且＆，
囑 画 2っの塔で支えられ たシリコ ン コー
ティ ング ガラス緇 維 材の膜 厘 根 綱 造。
面 覆：21000fビ 突風の ため．
長 さ15ftの継目か ら 200正t の 屋根材 が 引 き裂かれ、
全 屡根 の 1！3が 破壊し、
構 造全 体に確 壊 が 進 む 恐 れを も たら した。
破 壊の8
つか け となつた継 目 は 現 場 で 接魯 剤で接着したも の で あっ た。
破 壌が発生 した時の荷重は わ ず か 謚 計 蒔 重の 且ハ0だつたoc6 “P【．
15 工987 「舳biano8
円昭a u瓸□r艦
onstr巳
ctlm 且臥8ri己gep。rt Com．
卩
us畳 プ レキャ ス トコ ンク リー
ト遵 の13
階 建コ ン ン プ レ ッ ク ス．
絢100謁ORの 長方形プラ ン の 2つの タ ワー
か ら な る こ の建牆は鉄 骨 粧、
コ ンク リー
トのせ ん 断 壁 と ポス トテン ション の ス ラ ブ か ら構成さ れ て い る o 工事の 6銘が完成 し た時点で、
ひび割 れ の音 がした す ぐ悽、
爆 発 的 に一
方 の タ ワー
が 期 壤した。
28
人が 死 亡 し た。
工事 中の仮 ブ レー
スが 不 十分だっ た。
5h8a【hoadの設計ミ ス，
c204 員pL301ga7 貞 瓢 nτ。鵬 d 。oncrgtoI
己partロεn 電
bull
己in8 洫 18
・1
・軌8
翩ii
I
コン クリー
トラー
メ ン構 造L3階建の アパー
ト建 築。
3年に渡る 工期の完成の聞 近に前 列の航 に水 カ ジャッ キを股置し て いたと こ ろ で 構造物 が 搖 れ て 胆 鰹 した．
地盤の 不 阿沈 下に対応でき る設 計 になつて いな かつた。
c2Aug．
201987
6y a5i堕 mof of 航 』ena 「面積4．
000正tヒを 覆 う木造”
ope晦一
”
ebn トラスE1晒ent己ry Schooi oτo
・
，
US醗屋 根。
接 台 部 は”
fi
or勹帆nゼ を 使 用9 突然 に起 きた 全 体 崩壊。
jolht
の接 雑が 不十分であった。
盆 属 プレー
トに よ る補 強 が ない。
c2S 巳P．
1019 巳7
〜 t■冨o【s in S皿 直ntonio，
層eK．
』s
直1
大き い旗を上げ るた めの 40ft を離 れ た2
つ の 高 さ150ftの 鋼 冒 タ ワー。
全体 崩 壊。
風 連45呻hに対し て設計を行って いたが、
破 壊 時の実瞭 風 速 は 55 叩hで あった。
c 且 S帥．
1719 凸7 貞 b呱Min3 in Heu暫。rki
6階 建壁 弍 組積柵造。
gar国 巳nt “Mn 。t，
聯1
構 造物の中央 部 分が破 壊し．
前部と後部 残 存 した。
許 可 なし の補 修で 20翼10ftの壁 レ ンガ が は ず され た．
c6 囲ov．
31 鵠7 A 圏anh昌tt to冨n hou59，
He冒
▽o τ髭，
ロSA 平 面プラ ン 50晒ft
の5
階 建 壁 式 組温 槽 遁。
1 年 前に建設 され た も のである。
全 体 崩 壊。
許可な し の縫 修で、
組 積構 這の基 礎 壁の補 強の方 法が閭 違っ
て い た。
C6 閣Oり．
19igB71
潔
ll
蜘 ”a 購1
雫
齶旨
漏緇
繚
36跏 別一
6
スパン の屋根 が 落 ちて、
コ ンク リー
ト の壁 が 外側 に押 し飛 ば さ れた．
榁の不 均 等配 囿。
積芻。
c2C1F 巳b
．
4 監鴨8 Eサent500n ヒre，
Hユ山i8anSt義tgロn 踊【8i 監y
，
鵬A
J
醇k
3
τ臼5ヨin
Stu4帥t l長 さ292ftの アリー
ナの ポ ヅ ク ス型屋根トラ ス はり。
5組のトラ ス はりか らなる アリー
ナの 展 楓の第 三 組 を持ち上 げ、
組ん で いたと こ ろ、
75ftの高 さか ら落下した。
クレー
ン の オー
バー
ロー
ド。
C4Kar．
31988
A sugonark 飢 n巳ar サancouror．
6C，
Can己d盈 鶴 面價 聞，
000f
匙『の鉄 骨フレー
ム構 遁。
スチー
ルデッ キ コ ンク リー
ト厘根o
90冨70ftの屋根が3肚tの高さ か ら遡れ鞜 ち た。
under一
伽 鍾即で、
301n．
の せいを 必要とする畉 骨はりが24二n．
しか 与 えられ なかっ
た，
c2 膩邑y51 田旧 薩 chLl6r8n「
5 ho5pita1 重nJ
己四u．
翼asb円ir
、
：n 己i自 1985年 竣工 した 蛛 骨フ レー
厶構 造、
コ ンク リー
トレ ン ガ佐 上 げ．
完 全 崩 姻。
標準に合 わ ない財 料の採 用．
c3 鬩ay 121968 画 電一
皿 己一
co冊： tonnel ol Into躅t4to 90 0ut ofS
彫己tt16，
鳳 5車道の トン ネルを 支 持 する長さ 85ft、
重さ38
．
5ton
のは り。 1本の コ ンク リー
トは りがスリップ した た ことに よっ
て佗の6本の はりが 連 領的 に礦 壊し、
それか らな る屋 根 が 期 れ た。
己iapb胆6ロでつな げ る よ うな 殴計 を していたが、
工事 中で そ の還り に していなかった。
C4Jun．
2193a
賦℃UO−
Tり π01的i5王on to”gr 量n じolonr．
膩o．
、
喝A コ ンク リー
ト基 礎の鋼管 トラス塔、
高 さ2000 ftで、
1100本の郎材（閥のか らなるg （直 径 は5！6−
3／4in） プレー
ス部 材 を 取 曽えたと き に、
下の部 分が 北向 專へ．
上 の 郎分 が 西向 きへ、
中 央の1000ftが良下へ
倒 れ、
磯 壊 したg プ レー
ス材 の 取 替 作藁中に、
安全 管理 を する専門家が いなかった9
カー
ボン含 有 量0．
艮〜
0．
1昭の鋼 材がO
．
33
箪の も の に なっていたた め部 材が非 常に龍く なって いた●
c3C4 」皿．
91ga3 Abτi4‘●ofint肛s 星at810 a●ar 巨
L
P
邑50，
τo翼旦s，
USA
直径24inの コ ンク リー
ト柱に っく腕 木に一
嬉 が 支 え ら れ、
足 場 に悒 端が支 え られた長 さ40 r璽、
幅25ftのコンクリー
トT 字型はり。
コンク1丿一
トの打ち込み を行って い ると き、
はりの中 央か ら座 屈 した か、一
端 か らこわ れた．
型枠の欠 陥 ま たは、
足 場の過 ちが あっ た．
c4Jun．
231ga 臼03iΣing 色n ＆ じity hot81 in
翼e貿70rk
，
旧 昌 厚さV2inの 石膏 ポー
トと木 材、
6
−
in
の コ ン ク リー
トと18inの断 憩 材 か らな る天 井。
．
大 きさ6対2ft、
重さ数干ポンドの 天鉾 が 落 ちて、
客 L人が死亡 した。
水 道か らの 水 もれ に よってコンク リー
トの補強筋が 強度を 失い、
砥 壊に至った．
e5JuL71986 員mm 50叮臼
bo邑
r4 0f 開o”Cb
＆r三〇量t800115eu
コ 正n 鬨ort 」Ca【01ina，
USAド
さ’8ト ン の ス コ アポ冖
ド・
屋 根フ レー
ム から4本 の ケー
ブル で 吊 したス コア ポ
ー
ドを下 げ る時に一
台の替上げ 機 が 動 作 しなかった ため
．
屋根フ レー
ム に 衝突し 」 誕tの高 さか ら壌 れ 瀟 ち た
。
優 械の ミ スに よ る構 遣 物 の 破 壊gc3A 町
，
251988乱 ，【est【055e己 oon町etε
b
「id‘8 in Aschaf1εnb口r 『，
冒，
馳匸国any 全長1i33ft、
長 さが異 な る7っの桁から構成．
さ れ ている。
長さ256ftの7番目 の桁 を 瞠 置 した 時、
そ れが が 落 ち、
隣のMOft
の 桁 も落 ち た．
（原 因に関 する記述無 し）SOP
．
81986
＊ c1 ‘酸 計した崩 壊モー
ド c2 ；餒 計ミ ス c3
：部 材製 作 ミス C4 ：組立、
管 理ミ ス ランの立 体 ト
ラ ス につ い て，
使
用部 材
の種 類
の数 を 変
え，
各
々7
種 類
の設 計
を行
う。
2
−
1
使
用部 材
の種 類
トラスの
部 材
に はSTK
41
の鋼 管 材
を用
いるこ とにす る。
鋼 管
の外 径
，
厚
み等
の寸
法
は∫
IS
に決
め ら れ てい るもの を 参 考に，
図一
1
に示
す よ うに外 径
D
と厚
みt
の関
係 を 図中
に示
し た線 形 単 純 回 帰 関 数
で近似
し，
外 径と厚
み は．
1
対
1
に対 応
す る と して使
用部 材
の断
．
面 形
を決
め る。
ト ラス に用い得
る最
も細
い使 用 部 材
とし て細 長
比 c5 ：メ ン テ ナ ン ス ミ ス c6 富その他のミス が λ＝
2001
．
に なる断 面
形 を弦 材
，斜 材 別
に決
める。 その後
こ の部 材
の許 容 圧 縮 軸 力
N
，Dを 起 点
とし て部 材
の許 容
圧 縮 軸 力
が等 比 級 数
と な る よ う に，
部 材 断 面
形の リス トを弦 材
と斜 材
の た め に独 立
に用
意 す る。
等
比 級 数の比 を α とす
る と，
じ番 目
の圧縮 材
の許 容
圧縮 軸
力は（
1
）式
で表 せ る。
こ う して決
め た使 用 部 材 を引 張 材
とし ても用
いる。
許 容
圧縮 軸 力
は細 長
比 と断 面
積で決
ま り，
許 容 引
張 軸 力 は 断．
面 積だけに よっ て決
ま る た め，
同
じ長
さの部
材
で考
え ると，
許 容 引 張 軸 力
は隣 接
す る種 類
の間
で圧縮
一
122
一
厚 さ
t
（
cm
）L5
1
．
0
0
．
5
゜
JIS
に決
め ら れて い る鋼 管
●
o●
●
●
●
● ●●
●
o●
o●
●
●
■
■
●●
．．
． ° ・：
：
：
・
●
● o ●●
コ
8
●t
＝0
．
17006
十 〇．
2159D
0．
10
．
20
．
30．
40
．
外 径
D
（
cm）
図一
1JIS
に決められて い るSTK41
の鋼 管の外 径と厚さ お よび本 研 究に 用いる外 径と厚さの関係
力 を
受
け る場 合
より近 接
す るの で，引
張 部 材
の許 容 軸 力
の比
は圧縮 材
の た めに考
え た値
よ り幾
分 小
さ い値
に な り，
小 刻
み に使
用 部 材
の種 類
を 用 意 し たこ とに な る。
Nc
尸 α、・
1V
， 、．
，（
i
；
1
〜
n）
・
………・
…・
・
（
1
）
N
、。：最
も細
い使 用 部 材
の許 容
圧縮軸
力
N
，t ：i
番
目
の使 用 部 材
の許 容
圧縮 軸 力
設 計 荷 重
時
に部 材
に生
じる軸 力
（
碗 ）
と許 容 軸 力 （
N
。）
の比 （
S ＝
・
Na
／
N
．）
を安 全 率
と す る と，
そ の上
限S．
．
xと 下 限
S
、、tn との比
Sma
．
／
Smt、
は や は り α とな る。
作
用
軸 力
が十 分
に小 さ く
，最 も
細
い使
用 部 材 を用
いる場 合 を
除
けば
．
他
のすべ て の部 材
は安 全 率
が 上限
と 下 限の聞に入
ることになる。
2
−
2
設
計
の方 法
立 体
トラス のすべ て の部 材
が弾性
域
にと どま るよ うに．
卜分 大
き な断
面 積
を有
し た同一
断 面 形の使 用 部 材 を全
部
材
に与
え，
設 計 荷 重 を作 用
さ せ て弾 性 解 析 を 行
う。
求
め ら れ た各 部材
の発 生 軸 力
に応
じて，
許
容 軸 力
が そ れ よ り大
き く， かつ最
も 近い部 材 を
2
−
1
で述べ た使 用 部 材
の リ ス トか ら 選 び その位 置
に採 用
す る。
こ う して修 正
さ れ た構 造 系
につ い て再
び弾 性 解 析 を行
う。
この結
果に基
づ き上 と 同
じ方 法
に より断 面 を変 更
す る。
この手 順 を断
面
形
の変
更
が 必要
な く なるま
で繰
り返 す。 こう し
て得
ら れ た部 材 配
置 を立 体
トラ ス の設 計 案
と す る。
図
一
2
に設 計 手
順
フロー
チ
ャー
トを
示
す。2−
3
立 体 ト
ラスの形 状
と荷 重 条 件
2
層
6
×6
ス パ ンの正方
形 立体
トラ ス（
以
下 トラスS
Ω
と称
す る）
と2
層
6
×9
スパ ン の 長 方形 立 体
トラス （以ド
トラスRE
と称
する） を設 計
す る。1
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一
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本
研究
に用いる立 体 トラ ス の設 計 手 順フロー
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図一
3
正 方 形 プラン立 体 ト ラス （トラ ス
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）の全 体形状
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図一
4
長 方 形 プラン立体トラス （トラ スRE
）の全体 形 状一
123
一
は
