転倒降伏耐震壁を有する建物に関する解析的研究 [ PDF
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(2) 尚、表 1上の記号は図 2、図 3上の記号と対応している。. 角 1/200rad. 時にベースシアー係数 0.27と目標の 0.3を. 3. 解析概要. 若干下回っているのに対し、部材断面をランクアップ. 3.1 解析手法及び条件. しただけの B クラス建物は目標値の 0.3 を達成してい. 解析に用いたプログラムは、河野らにより組まれた、. る。図 5 にはプロトタイプ建物に関して、繋梁のせん. 幾何学的非線形を考慮したプログラムである。柱梁は. 断力と平均層間変形角の関係を示している。図より、. ファイバーモデル柱梁要素で、1 つの柱梁部材をヒン. 繋梁は平均層間変形角が1/400rad.の段階ですでに降伏. ジが形成される部材端部と中央の 3 つに分割する。骨. していることが分かる。同様に、プロトタイプ建物に. 組の各接合部は剛接とし、最下層柱脚は固定とする。. ついて耐震壁周辺柱の曲げモーメントと平均層間変形. 解析の対象とする建物の平面は上下対称であるため、. 角の関係を図 6 に示しているが、耐震壁脚部の CFT 柱. その半分について解析を行った。解析においては、図. は平均層間変形角 1/200rad. 程度で降伏を開始してい. 3のように骨組を3つ横に並べ、梁間方向の対応する節. る。図 7 の断面耐力との比較より分かるように、CFT. 点の変位が一致するように、軸方向剛性が非常に大き. 柱は断面耐力に達した後ひずみ硬化により耐力が上昇. く曲げ剛性を殆ど持たない要素により各節点を連結し. しているが、その際軸力が変化しており、繋梁と耐震. た。耐震壁部分は、富井らの提唱する方法 により、RC. 壁脚部のCFT柱の降伏が全体の挙動に与える影響が大. 壁と等価な剛性を持つ弾性ブレースに置換した。. きいと言うことが出来る。. 2). 3.2 材料の応力ーひずみ関係. 表 1 プロトタイプ建物の断面一覧. コンクリートに関しては、崎野・孫による拘束効果 を考慮した式 3) により鋼管横補強柱の圧縮強度を計算. C1. C3. TRC700×700 4-D38. し、解析の安定性確保のため最大耐力後の耐力劣化は、. TRC700×700 16-D35. 無拘束コンクリートに関しても考慮しないこととした。 C2. 鋼材については、ひずみ硬化後の勾配をヤング係数の. C4. TRC700×700 12-D38. TRC700×700 18-D41. 1/100 としたバイリニア型のモデルを採用した。 4. 静的解析. CFT □-700× 700×24. C5. 4.1 荷重 - 変形関係 解析は Ai 分布に従い、建物の平均層間変形角が 2/ 100rad. に達するまで水平力を漸増させて行った。図 4. B1. H-700×300 ×13×24. にベースシアー係数と平均層間変形角の関係を示す。 図には、プロトタイプ建物と B クラス建物の結果を同. B3. RC700×550 4-D32 4-D32. B2. RC700×550 5-D32 2-D32. B4. RC700×550 10-D32 3-D32. CG1. H-700×700 ×20×40. CG2. H-700×700 ×40×40. 時に示しているが、プロトタイプ建物が平均層間変形. 6000. 転倒降伏耐震壁. 6000. C1. C5. C5. B3. B1 CG1. B1. C1 C1. C2. C2. C2 C4. B1. B1. C2. B1 C1 C2. C2. C2. C4. C3. C3. 6000. 4.000. C3. 6000. B2. B1. B2. B3. B3. B1. B4. B4. B2. B1 C3. 6000. B1. B3. B2 C3. C1 C1. C2. 6000. C3. C3. 37.000. C3. C3. 6000. C3. B4. B1. C2. B1. 3.000 11. 6000. C2. B4. B1. B1. C3. C3. 図 2 解析平面図. C3. C3C3. C5. CG2. C5. 図 3 解析立面図. 43-2. C3 C3. C3. C3. C3.
(3) 4.2 塑性ヒンジの形成状況. 東北 NS（東北大学で記録された地震波）の 3波で、そ. 図 8に平均層間変形角が 0.005rad.∼ 0.010rad.までの. れぞれの記録地震波を、最大速度が25、50、75、100kine. 塑性ヒンジの形成状況を示す。これを見ると、平均層. の4種類に基準化して応答解析を行った。3種類の地震. 間変形角 1/200rad. の段階において、1 層柱の柱脚には. 波に対する最大応答層間変形角分布を図 9 に示す。図. 塑性ヒンジは形成されておらず、残りの部材にできた. を見ると、二つの建物は東北に関しては最大速度. ヒンジの数も少ない。故に、前節の結論からも分かる. 50kine の地震波に対して、El Centro、八戸に関しては. ように、この建物は中小地震程度の外力に対しては繋. 最大速度 100kine の地震波においても、全ての層の層. 梁及び耐震壁周辺柱の降伏により抵抗し、大地震時に. 間変形角が 1/100rad. 以内に収まっており、B クラスの. 対しては、残りのフレーム自体も塑性変形する事によ. クライテリアを満足している。また、プロトタイプ建. り外力に抵抗する事が分かる。. 物と B クラス建物の挙動を比較してみると、B クラス. 5. 動的解析. 建物については断面を大きくした分全体的に応答値は. 5.1 最大応答層間変形角分布. 減少している傾向にあるが、繋梁の耐力比による影響. 今回解析に用いた地震波は El Centro NS、八戸 NS、. を比較するために、上下の耐力比を1:1に変更している ため、中間層の応答値は若干 B クラス建物の方が大き. 0.5. い。このことから、やはり早期に降伏する下層側の繋 ベースシアー係数. 0.4. 梁の耐力を大きくしてやることにより、建物の応答を 一様化の方向に近づけることができると思われる。. 0.3. 5.2 耐震壁の負担せん断力 図10に、プロトタイプ建物の静的解析における平均. 0.2. 層間変形角1/100rad.時の耐震壁の高さ方向に沿っての 0.1. せん断力分布と共に、El Centro、八戸、東北の 3 波に プロトタイプ建物 Bクラス建物. 0.0 0.0. N ( kN). 40000. 0.5. 1.0. 1.5. 1層壁脚CFT柱 D=700mm t=24mm D/t=29.2 F =36MPa σ =300MPa c s y. 2.0 -2. 頂 点 変 位 /建 物 高 さ ( 10 r ad. ) 30000. 図 4 静的解析における建物の荷重−変形関係 14000. 繋 梁 の せ ん 断 力 ( kN). 5000 4000 3000 2000 1000 0. 11F 2F 0.0. 0.5. 1.0. 1.5 2.0 頂 点 変 位 /建 物 高 さ ( 10 - 2r ad. ). 耐 震 壁 上 下 柱 の 曲 げ モ ー メ ン ト ( kN・ m). 6000. 壁上部引張側柱 壁上部圧縮側柱 壁脚部引張側柱 壁脚部圧縮側柱. 12000 10000. 10000. 6000. 0. 4000 2000. -10000. 0 -2000 0.0. 0.5. 1.0. 418 70. 140. 2000. 3000. 4000. 2476. 4053. 12層 Prototype δ/h=0.01rad.. 731 666. 2191. 2556. 2663. 4141. 4623. 6000 7000 M ( kN・ m). 値と断面耐力の比較. 26. 2310 2889. 5000. 図 7 耐震壁脚部 CFT 柱の解析. 595 314. 3045. 4937. 1000. 12層 Prototype δ/h=0.0075rad.. 1983. 4453. 2.0. 0. 図 6 耐震壁周辺柱の応力状態. 1432 2399. 1.5. 頂 点 変 位 /建 物 高 さ ( 10 - 2r ad. ). 12層 Prototype δ/h=0.005rad.. 509. 20000. 8000. 図 5 繋梁の応力状態. 1498. 壁脚部引張側柱 壁脚部圧縮側柱. 2728 4229. 4723 5946. 5710 7034 8728. 7977 8968. 図 8 各ステップにおける塑性ヒンジの形成状況. 43-3. 8399 9343. (kN).
(4) 25kine最大 25kine最小 50kine最大 50kine最小 75kine最大 75kine最小 100kine最大 100kine最小. -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. 部材角（％）. 0.5. 1. 1.5. 2. 25kine最大 25kine最小 50kine最大 50kine最小 75kine最大 75kine最小 100kine最大 100kine最小. Tohoku 最大応答層間変形角 12層 Prototype. 階. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1. 25kine最大 25kine最小 50kine最大 50kine最小 75kine最大 75kine最小 100kine最大 100kine最小. Hachinohe 最大応答層間変形角 12層 Prototype. 階. 階. El Centro 最大応答層間変形角 12層 Prototype. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1. 2.5. -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. 部材角（％）. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 部材角（％）. (a) プロトタイプ建物 25kine最大 25kine最小 50kine最大 50kine最小 75kine最大 75kine最小 100kine最大 100kine最小. -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. 部材角（％）. 0.5. 1. 1.5. 2. 25kine最大 25kine最小 50kine最大 50kine最小 75kine最大 75kine最小 100kine最大 100kine最小. Tohoku 最大応答層間変形角 12層 Bクラス. 階. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1. 25kine最大 25kine最小 50kine最大 50kine最小 75kine最大 75kine最小 100kine最大 100kine最小. Hachinohe 最大応答層間変形角 12層 Bクラス. 階. 階. El Centro 最大応答層間変形角 12層 Bクラス. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1. 2.5. -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0. 部材角（％）. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 部材角（％）. (b) B クラス建物 図 9 各地震波に対する最大応答層間変形角分布 階. ついてそれぞれ最大速度が 100kine の時の耐震壁最大. R. 応答せん断力分布を示す。図における値は、せん断力. 12. の絶対量を比較するため、全て絶対値をとったものを. 11. 静的解析 El centro Hachinone Tohoku. 10. 示しており、実際には静的解析の際、耐震壁の上層. 9. （11、12 層）には逆せん断力が生じている。. 8 7. 図を見ると、動的増幅効果により、全体的に耐震壁. 6. の負担せん断力は静的解析時と比較して大きくなって. 5. いる。動的増幅率だけを見ると、上層の方がかなり大. 4. きな値をとっているが、絶対量の方に注目すると、上. 3 2. 層の値は動的増幅があった場合でも静的における下層. 1 0. の負担せん断力に比べるとそれ程大きな値ではない。. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 層せん断力(* 103kN). 設計においては、むしろこの絶対量の方が重要であり、. 図 10 耐震壁のせん断力分布. 特に下層の動的増幅率の方に注目すべきである。. しては、最大応答層間変形角分布は 1/100rad. 以. 6. 結論. 内に収まっている。. 本研究では、転倒降伏耐震壁を有する 12層建物につ いての簡易設計法を示し、設計された建物に対して静. 参考文献. 的及び動的解析を行った。得られた結論を以下に纏め る。 1. 今回設計した建物は、繋梁と耐震壁周辺柱の降 伏を中心とした降伏機構を形成しており、想定. 1）日本建築学会：鉄筋コンクリート造建物の終局強度型耐震設 計指針・同解説、1990.10. 2）Masafumi Inoue, Masahide Tomii：Method of Estimation of Rotational Rigidity of the Corner Connections of Framed Shear Walls for Their Equivalent Diagonally-Braced Frames, 日本建築学会論文報 告集、第 336 号、pp53-65、1984.2. 3）崎野健治・孫玉平：直線型横補強材により拘束されたコンク リートの応力-ひずみ関係、日本建築学会構造系論文集、第461 号、pp.95-104、1994.7.. した通りの挙動を示していると言える。 2. 動的解析の結果、最大速度 50kine の地震波に対. 43-4.
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