【論 文】 UDC ：624
．
074．
43 日 本 建築 学 会 構 造 系 論 文報 告 集 第 385 号・
昭和 63 年 3月薄 肉
リ
ブ付
円
筒
シ
ェル
構
面
の
鉛
直載
荷 実 験
一
薄肉
リ
ブ付 円筒
シェ ル構造物
に関
する実験的
研
究 （
その1
）
一
正 会 員 正 会 員 正 会 員笹
水
大
健
一
川
永
松
明
＊＿
＊ ＊実
＊ ＊ ＊ 序 本構造 物は，
厚さ1mm
以 下の薄鋼板コ イル （材質規 格 ：SS 34，
亜 鉛 めっ き仕上 げ〉を折 り曲げ加工 し た単 材を接合し， 全 体を円筒シェ ル状に し た もの で あ る。 す な わ ち，
薄鋼 板コイルを 図L1 （a）に示す よ う なU 』
1
字形断 面の折板に 1次 加 工 す る。
U 字形 断面の 自由辺 似 下，
リブと称す る）先端に は，
同 図に示す ような突 出部が設け ら れて いる。 次に，2
次 加工 に おい て，
図一
1（b）に示す よ うに U 字 形 断 面の 3辺に それぞれ材の長 さ方 向と直 角に凹 凸をつ け る と ともに，
材を任 意の半 径．
に曲げ加工 し たもの が単材ど な る。
この加工機械は ト ラ ッ ク で搬 送が可 能で あり，
建設 現 場で薄 鋼 板コイルを 加工 して部 材を製 作す ること がで き る。 構法は幅 約30cm
の単材を横に 並べ て隣り合う2
枚 の リブ 先端の突出部分 を 図一
2に 示 す よ うに重ねてか し め， は ぜ止め と する。 こ のよ う な接合を繰り返すことにiZ
；一
一一 一
箪 5−一
「 粋 m｛
一
（a＞ 1次 加 工 した単材の断 面 ）D5 r−一
一
一
一．
．
．
．
一
．
．
．
一
一
一
1 9P｛
（b） 2次 加 工 した 単 材の形 状 め ち E。9
− − t．
’
．
．
一一一一
Fl
’‘
江
》
（c ） 2 次 加工 し た単 杤の断 面 図一
1 単 材の断 面 形 状 本論 文の一
部は，
昭和62年 度日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 会で 発表し た。
＊ 信 州 大 学 教 授・
工博 ＃ 信 州 大 学 大 学 院 生 ＃ ＊ 信 州 大 学 研 究 生 ｛昭和 62 年 5 月 7日原 稿受 理 ） よ り，
単 材 を次々 に連 続させ て円 筒シェ ル状の構 造 物 を 形 成す る。
か し め と は ぜ 止 めに は自走 式の シー
マ を使 用 し て い る。
な お，
構 造 物の両 妻 面は，
1次 加工段 階の折 板 を縦に並べ，2
次 加工部 材と同 様，
リブ先 端の突 出部 分を重ねて か し め，
は ぜ 止 め と して いる。 こ の よ うに，
本 搆 造 物は，一
般に建築 構造用 鋼 材と し て は用い られて いない材 質 規 格 SS 34の 薄 鋼 板その も の を構 造 部 材と して い る だけでな く，
部 材 相 互の接 合 も フ ァスナー
を用い て い な い特 殊な構 造 物である た め， 各 種 外 力が作 用した と きの構 造 挙 動 を明ら かにする必 要が ある。
本 報告は， ス パ ン 9m （半 径4．
5m ）．
の大き さの部 分 構 面に実 荷 重 載 荷 を行い，
鉛 直 荷 重に対 する構 造 物の力 学 的 挙 動を把 握す る と と も に，
終 局荷重 設計法に よ り，
多雪 区 域に建 設 し た場 合，
どの 程 度の 雪荷重に耐 え得る かを推 測し たもの であ る。 §1．
試 験 体．
試 験 体の 名称を9V と し，
その形 状 寸法 を’
図一3
に示 27一
”［
gn
−「
図一
2 は ぜ止め部分の詳 細一
（a） 立 面 図嬰
（c） 鬩 面 図 （b） 平 面 図 （d） 基 礎 配 筋 詳 細 図 図一
3 試 験体 9V 形 状 寸法写 真
一
1 試 験 体 9V （手 前 側） す。
鋼 板は厚 さ1mm の ものを 使 用 しており， スパ ンは9m
で，
構 面の 桁行方向長さ は 3．
lm （単 材 10 枚分） と し た。 基 礎は同図 （d
）に示す よ うに，
長 方 形 断 面の 連 続 基 礎の上 部に コ ン ク リー
トベ ンチヒュー
ム管を置い て コ ン クリー
トを打 設し，
上 部 構 造の建 方 を終え た後に，
ヒュー
ム管内に コ ン ク リー
トを充てん して柱脚を固定し た。
な お，
試 験体は連 続す る 円筒シェ ル の一
部を取り出し た アー
チ状の部分構面であ り，
両妻面に は何 も設けて い ない （写真一1
｝。 §Z
載 荷 方 法 実 験では 1袋50kg の砂袋を実 荷重と して用い，
図一
4（a）， 〔b
）に示す範 囲に， 同 図 （c）に示す順序で載荷 し た。
すな わち， 最 初に 2袋の砂袋をロー
プで結び，
アー
チ 頂 部か ら30度 ずつの振 り分けに し て試 験体 中央部に載 荷 する。
同様 な 方 法で試験 体 中 央 部か ら桁 行 方 向 両 端 部 に向けて交互に載荷を進め る。 次に ロー
プを少しずつ 短 く し て同様な手順で アー
チ頂部に向けて載荷を進め，
載 荷 範 囲い っ ぱい に 1段 目 を積み終え る。
こ の 時点で載荷 範囲全体に等分布荷重が加わ ること に な る が，
全 荷重と し て は砂 袋70
袋 分の3．
5t
と な る。 2段 目以 降 も同 様な方 法で載 荷 を 進め た。
なお，試 験体上に は載荷 係 2 名が乗り， トラック クレー
ンでっ り上 げた砂 袋 を静か に降ろ して所定の場所に振り 分け， 荷 重が常にアー
チ頂部に対して左右対称に加わ る よ う留 意した。
さ らに， こ の種の実 荷 重 を載荷す る実験で は，
危 険防 止 対 策 を 十 分に施し て お く必要が ある。
本実験で ｝まオペ レー
ター
1 名と オペ レー
ター
補 助者 1 名が全 体 を監 視し な が らハ ン ドマイクを用いて全部の指示を行い，
クレー
ン運 転 士1名， 載 荷 係2名，
変位 測 定 係 6 名は，
常にオ ペ レー
ター
の指 示に従う態 勢 をとっ た。
崩 壊 時の危 険 防 止の た め，
試 験 体 下 部に は写 真一
2に 示す よ う な 足 場 を試 験体幅よ り も 長 く組み 上 げ，
崩 壊 時 に試 験 体と砂 袋の落下 が 足 場の 頂 部 で止 ま る よ うに し た。 載 荷係の転 落防止策と しては，
前述の足場の両 端を 利用 し て試 験 体 頂 部か ら 1m 位の 高さ で桁行方向に界
（b） 平 面図斗
T ⊂の 砂 袋の載 剛 頗 序 写 真一
2 トラッ ククレー
ンに ょ 図一
4 載 荷 範 囲 と 載 荷順 序 る砂袋の載 荷 ロー
プ を渡し， 載 荷 係が安 全ベ ル トをロー
プに結ん で転 落 防 止 をは かっ た。
ま た， 全 載 荷 段 階で，
載 荷 係は ク レー
ンか らの砂 袋 を 降ろ し て所 定の位 置にセ ッ ト し た後， 試 験 体 上か ら離れ て足 場に移 動したが，
変 位 測 定 係は，
載 荷 係が足 場に移っ て か ら オペ レー
ター
の 指 示で試 験 体 下に入り，
計 測 を 行っ た。
変 位 計 測 中 も オペ レー
ター
は地 上か ら，オペ レー
ター
補 助 者は足 場 上か ら常に試 験 体 を監 視し，
異 常 現 象 の兆 候が み ら れ た場 合は，
直ち に変 位 測 定 係を避 難さ せ る よ う気 を配っ た。
写真一
2は，
トラック クレー
ンを用い た砂 袋の載 荷 状 況 を示し た もの である。
§3．
測定方法 3．
1 変 位の測 定 試 験 体 各 部の 変位は， 図一
5に示す15か所につ い て， そ れ ぞ れ同 図 中に示すX
，Y
，Z
の3
方 向の変位 を測 定 し た。
測 定 方 法は， 各 測 定 点に おい て， 部 材 相 互の リ ブ先 端 をシー
ムす る際， 穴 あき薄鋼 板 ピー
ス を一
緒に はぜ止め して そこ か ら下 げ振りを 降ろ し， その下に測 定 架 台 を セ ッ トする。
測 定 架 台は，
スプライン軸と軸 受けを 利用 し て水平を維 持 しながら上 下す る機 構 となっ て お り， 測 定 板 上の 1mm 方眼紙でX
，Y
方 向の変 位 を読み取り，
Z
方 向は測 定 板と 下 げ振 り先 端の距離を1mm 単 位の ス ケー
ル で読み取る方 法とし た。
写真一3
にスプラインを利用し た測定架 台を示す。 基 礎につ い て は，
図一5
中の○ 印の か所，
合 計8
か所 に ダ イヤル ゲー
ジ （D ．
G ．
〉を 設置 し， それ ぞ れの基 礎 の鉛 直 方 向変 位 を測 定し た。
3．
2 ひず みの測 定ス ブラ イン に よ る 変 位 測 定 位 置 O印 ：ダ イ ヤ ルゲ
ー
ジに よ る 基 礎 の 鉛 直 変 位 測 定 位 置 図一
5 試 験 体 各 部の変位測定位置 写真一
3 スプラインを利 用し た測 定 架 台 ン ゲー
ジ 断 面 E 断 面 D 断 面 C 断面B 断 面A 断 面A， B，
D，
E （a ） ワ イ ヤー
フトL イ ン ゲー
シ 貼 市 億 置 （b） ワ イ ヤー
ス トレイン ケー
シ 蛄 布 状 况 図一
6 試 験 体各部の ひずみ 測定位置 σ （kg’rrvnD E （x℃丑） 図一
ア 使 用 材 料の応 カー
ひずみ関 係 En9 16 「’
19ぜ
署
16U丶一
・
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
”’
Lirs
図一
8 単材の仮 定 有 効 断 面委
4
V 図一
爭 解 析モ デル 試 験 体 各 部の ひずみ の測定には， ゲー
ジ長さ5mm の 単 軸ワイ ヤー
ス ト レインゲー
ジ （W ．S．
G ．
）を用いた 。 ひずみ測 定 位 置は， 図一
6（a）に 示す よ うに試験 体中 央 部の アー
チ 5 断面につ い て合計 23 点と し た が，
同 図 （b
｝に示す よ うにすべ て部材の アー
チ方向の ひずみ を 測 定し た。
§4．
材料の性質 試 験 体に使 用し た薄 鋼 板の機械 的性質と 亜鉛付着量 を 表一
1に示す。
また， 図一
7 に は ， 薄 鋼板の応 カー
ひず み関 係の一
部を示す。
な お，
基 礎コ ン クリー
トに は， 設 計 基準強 度F
。＝210
kg
／cm2 の レデー
ミクス トコ ン クリー
トを使 用し た。
§5．
理論 解 析 5，
1 解析仮定と方 法 表一
1 使用材料の機械 的性 質等 鋼板厘ざ （国ロ） 競 格 降 伏点 （k8r’鵬 旧z） 引張り強 さ （kgfノ■ 国り 伸 び （％》 亜 鮒 付 看 盈 〔罵’悶り 1．
05s34 34，
2 3駐．
6 39．
328 き一
般に薄 板 構 造物に 圧縮 力や曲げ圧 縮 力が作 用す る 場 合，
応 力に対し て有 効と考え ら れ る有 効 断 面 積 を用い た 検 討が必 要とな る。
本 構 造の場 合，
部 材は単 純な平 板の集り で は な く， 凹 凸のある複 雑な断 面 形 状 をしてい る ことか ら， リ ブ部お よびU
字 底 部の折り曲 げ部に どれ程の有 効 断 面 を 想 定 し得る かにつ いそ言 及 するた めに は，
有 効 幅の評 価に関 する基 礎 研 究 を行 う必 要がある。 ま た，
部 材の剛 性 評 価に関 して も 同様なこと が 言え る。
著 者 等は， 今 後，
部 材の曲 げ実 験 を実 施し てこれ らの 点につ い て検 討を加え る予 定であるが，
本 報で は，
構 造 物の全体挙 動を把 握す るこ と を 主 眼に，
以 下に示す仮 定 の も とに骨組 構 造 物と して の理論解析を行い，
実 験 値と の対 応 を 試み た。
5．
Ll 部 材の仮 定 断 面 性 能 単材の断 面 性能 は，
日本 建 築 学 会の 「軽 鋼 構 造 設 計 施 工指 針同解説」 （昭和 60年 10月）に規 定 する突出フ ラ ン ジの幅 厚 比 制 限 （b
／t≦16，
こ こ に，b
：有 効 幅，
t ：厚さ）に準 拠し， 図一
8に示す 断面の実線 部分 を有効 断 面と仮 定し て算 出し た。
iE−
2 単材の仮 定 断 面 性 能 等 単 位 重 量 ω （k8f！ロ） 断 面積 A（o即2 ） 断 面2次モー
メ ン ト 1（c田゜） 断 面 係数 Z（c剛3） 塑性 断 面 係 数 Zp （c鼠3＞ 4．
461．
28 33．
50 6．
D96．
53 表一
2に単 材の仮 定 断 面 性 能を示す。 な お，
試 験 体 9V
は単 材 10枚で構 成され て い る た め，
試 験 体 全 体とし て の断 面 性 能は，
表一2
の値を10
倍し たもの に な る。
5．1．2
構 造 物の モデル化試験体 構 面を図
一
9の よ うに線 材置 換し，
円弧アー
チ を 18分 割 し た剛 接 直 線 部 材の集 合にモデル化す る。5．L3
解析 方 法 図一
9に示 し た構 造モデル に対して，
部 材の曲げ変 形 と軸方 向 変 形 を 考 慮し た剛性マ ト リッ クス法による弾 塑 性解析を行っ た。解析方 法は
，
荷 重 増分法に よ り，
崩 壊に至るまで の塑 性ヒ ンジの形 成 過 程 を求め てい く単純 塑 性ヒ ンジ解 析 法 で あ る。 解 析上の主 要な仮 定は， 次の と おり である。
鋼 材の応 カ
ー
ひずみ関係は完 全 弾 塑 性と する。
す な わ ち，
部 材の曲 げモー
メ ン トが全 塑 性モー
メ ン ト Mp に達す る と，
そ の値を 保 持 し た ま ま曲 率は自 由 に増 大す るこ と がで き る。
塑性ヒ ンジ は
，
材 軸 上の1
点に発 生す る。
軸方向 力に よ る全 塑 性モ
ー
メン トの値の減 少は小 さい こと が予 想され る た め， これ を無 視 する。力のっ りあいは
，
変 形 前の位置で考え る。
5．
2 解 析 結 果 構 造モ デル の塑 性ヒンジ形 成過 程は，
図一
10に示 す よ う に なっ た。 な お，
計 算の結 果得ら れた各 部 材に生じ る軸 方 向 力の最 大 値は，
降 伏 軸力の 11％ 程 度であり， 前記 の 仮 定は差 しつ かえないも の と考え ら れるe §6．
実験 結 果 と考 察 6．
1 実 験経過写真
一
4〜
写 真一
8に砂 袋に よ る実荷重 載 荷の過 程と 崩 壊 状 態 を 示すが，
1段 目の 砂 袋を積み 終えた 段 階 （3．
5t＞で は，
外 観 上の変 化はみ ら れ ない。
2段 目の載 荷 途 中 （約5．
5t
）で， 最 外 縁 部 材の柱 脚 近 傍 1か所で，
リブか ら突 出し たはぜ止め部分に曲がり がみ られ，
荷 重の上 昇につ れ て曲が り は顕 著になっ た。 2段 目の砂 袋 を積み終え （7．
Ot
），3
段 目の載 荷にな る と，
アー
チの立ち 上 がり角 度40度〜
50度 付近のは ぜ 止め部 分に反り が み ら れ る よ うに なっ た。
8．
7t を 載荷し た時 点まで，
試 験 体 各 部の変 位は漸 増 の傾 向 をたどっ てい た。
8．
8t
の載荷に移 り， 載 荷 係が 試 験 体上で クレー
ンから受けた砂 袋 を所 定の位置に置こ う と身 体を 動 か し た ところ，
アー
チ方 向の揺れ が試 験体 Pmm ） （a ） ） 図P Mp Pdiomemea Mp ） （b） ） M卩 Mp−
P一
P冨5．
5Tt P＝
7．
66t P＝
T．
9肌 Mp Mp 図一
10 崩壊機構の形 成 過 程 に生じ始め た。
直 ちに載 荷 係が 近 くの足場に身を移す と 同時に試験 体は崩 壊し，一
瞬のう ちにアー
チ内 面が足 場 に接す る まで沈 下し た。
試験 体の最 大 耐 力は
，
載 荷 係の 体重 100kg を加え 8．
9t と な る。
崩壊機 構は§5で求 めた構 造モデル の機 構と ほ ぼ
一
致 して い るこ と を実測に よ っ て確 認し た が， アー
チ 底部だ けは基 礎コ ン ク リー
トの拘 束 を受けるた め， 塑性ヒ ンジ は柱脚か ら20cm
程 立 ち上がっ た場所に発生し ている。
6．
2 降伏荷重と最 大 耐 力実験の 結 果
，
最 大 耐 力は 8．
90t と な り， 計算 値7．
98 t を11
％程 上ま わ る結 果 と なっ た。
降伏 荷重の計 算 値は
，
柱 脚に塑 性ヒ ンジ が発生 する と きの 荷 重 5．
57t である。
6．
3に示す試験 体 各 部の変 位 図 か ら は， 明 瞭な降 伏 荷 重は読み取れ ないが，
柱脚 近 傍の はぜ 止め部分の曲がりが約 5．
5t で発生して いることか ら， 降 伏 荷 重に関して は， 実 験 値と計算値は ほ ぼ一
致し てい る と考え ら れ る。以 上の こ と か ら
，
§5 で仮 定し た部 材 有効 断 面の 採り 方は， 今回の試験体に対し て は耐 力 評 加 上妥 当な もので あっ た と言え る。 6．
3 試 験体 各部の変位図
一
11（a）一
（o）に，
変 位 測 定 点15か所のX ，Y ，
Z3
方向変位を測定 点別に示 す。
同 図 中の計 算 値は，
§5で述べ た ように，
分布 荷 重が 全体とし て次 第に増えてい く と きの値であり，
実 際の砂 袋の載荷順 序に従っ たもので は ない。
実 験 値と計算値を 比較す る と
，
アー
チ中央 部の 砂袋を 載 荷し た範 囲の鉛 直変位の 値，
特に載 荷 端 部で の値は， 実 験 値が計 算 値 を2 倍程度上回る が，
そ の ほ か は，
実 験写 真
一4
1段 目の載 荷 （1｝ 写 真一
5 1段目の載 荷 （2＞ 写 真一
℃ 2段 目の載荷 写 真一
8 崩 壊時の柱 脚 値が計 算 値に か ら みつ く よ う な傾向をみ せ て， 両者が良 く一
致 して お り， §5
で仮定 し た有効 断 面は， 耐 力 評 価 だ けで な く，
剛性評 価につ いて も適 当なもの であっ たと 言 うこと ができ る。な お
，
試験 体は崩 壊 時に実 荷 重 を載せ た ま ま一
挙に大 変 形す る た め，
各 部の 変 形 量を追 跡す るこ と はで き な かっ た〔田。、
6．
4 試 験 体 各 部の ひずみ 試 験 体 各 部に貼 布したW ，
S ．G．
の ひずみ と荷 重の関 係の一
部 を 図一
12（a）一
（m ）に示す。同 図
．
（a）， （e），
（f
｝，
（j
）に示す よ う に， 有効 断 面 と 仮定し た リ ブ先 端はぜ止め部分の アー
チ方 向ひずみ は， 計算値に大 略一
致し ている。 しか し，
同 様に有効断面と 仮定し たU
字 底 部 折り曲 げ部につ い ては，同図（k
｝，（m ） に示 す う ち， 〔k
）で は ひずみ がほ と ん ど検出さ れ てお らず，
計算値と の対 応は良く ない。
一
方，
凹凸の付い た範 囲で は アー
チ方 向の ひずみ は ほ と ん ど生じて おらず，
こ の範 囲が断 面性 能評 価に入 らな い こと を示し てい る。
な お
，
各 点の ひずみの最 終 値は崩壊 直前の値である。 い ずれに して も，
今 回の実験で は測 定 点が少ないため，
有効 断面の評 価につ い て は，
今 後の問 題と し て検討し た い。
6．
5
基 礎の回転基 礎の回転を 計 測し た結 果を図
一13
に示す。 基 礎コ ンク リー
ト下の地 盤 を 十 分に締め固め ること が で きな かっ た た め， 基 礎に は回転が生じ て，
柱脚完 全 固 定の仮 定は厳密に は成 立し ていない。しか し な が ら， 柱 脚に塑 性ヒ ンジ が発 生し た
6t
弱で の回 転 角の大きさ は，
柱 脚 ピンと して計算し た場 合の柱 脚 回転角の 1／6．
程 度で あるた め，
上部 構造へ の影 響は考 え ない こと とし た。§
7．
終 局 荷 重 設 計 法に よ る耐雪性 能の検討§
6
ま でに述べ た実 験の結 果，
鉛直荷重の作用に対 し て，
本 構 造 物は単 材を横 並び さ せ た アー
チの集 合 と考え ること が で き，
塑 性ヒ ンジ解 析 法に よっ て その崩 壊 荷 重 を推 定す ることができた。そこ で
，
本 構 造 物を多 雪 区 域に建設す る場 合 を 考え，
屋 根の積雪 量と し て，
どの程度までが許 容され る か を終 局 荷 重 設 計 法によっ て推定する。
7
．
1 作 用荷
重と荷 重 係 数 作用荷 重は，
』
日本 建 築 学 会の 「建 築物荷 重 指 針・
同 解 説雪 荷 重 」 （1986）に定め る 値 を 用いる
。
すな わ ち，
・
設 計 用 屋 根h
雪 荷 重 （S）を 式 （1 ）によっ て求め る。
S ＝S。
×EXR
×1……・
・
…・
…・
…・
…・
・
…・
…
（1
） （・
注｝ 最 大 耐 力 （8．
9t）時の変 位は計 測で き．
な かっ た た め，
図一
11では 8、
4t時の耐 力を保 持した ま ま 大 変 形 す る よ う な表 現を とった。
計算 値 （x方 向 ） 実 験 怛 ●
一
← 噌 x万 向 変 位 」「
一
＋一
△ Y万向 度 忸 9−−
o一
っ Z方 向 変 位 ） t9 （．
．
．
十−
．
．
．
雫 ー 4．
．
乳 辱 87554．
3 F−・
→ 吐 211
°
F ） t9 ‘ 十算 恒 Z方 向 ）一
駒 巳 76543 0 5em“ （a ） 測定点 （1，
1 ）一
田 0 6h 頑 t7−．
→，
1
厂
1 21 （b） 測 定 点 （2，
1 ）一
・
50 0 6回 （c ） 測 定 点 （3．
1 ） ｛t） 4 ＝ f ↓・
き−
「．
4，
，
本 覧 、 も、
．
≒．
、
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複
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｛ 0 5e m987654321 （d ） 測 定点 （1，
2 ）一
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、．
莞 ） 量 987 5 5 争．
1 今゜
「 与−
尋、
，
．
△卩
゜
」−
0 6 43．
21 （e ） 測定 点 （2．
2 ） 釦 0 6制 （f ） 測 定 点 （3，
2 ） ←A．
茂
丶
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丶
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田 ぐ鼠．
一’
．
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丶
1
OfieTTni・
■．
・
・
五 ： ρ一
m一
50 0 6掴 e−
K、
含『
丶
1
丶
1
ヤ
1
丶
l
x
’
丶
（9） 測定 点 （1，
3） 靭 ω 9376543z1 （h） 測定 点 （2，
3 ） ぜP 0 5岡 （i ） 漫哩定 点 （3．
3＞一 63 一
t9 ，
▽
説
讐
ヨ
＼
21 電 9 噸 8 ー駄
曇
細
、
ー
〈【
一
劔 0 59 6 rrO （J） 測 定 点 （1．
4＞ 321 量 9 そ『li
l
油
3認
幻 5 り一
（ 0 点 定 瀏 ヨQ響
） k （ 21一
駅） o 黝 5emD （】 ） 己則定 点、
（3 4＞ 量 9876543121戸
μ
t9 巳 765432t 0 5D 6em9 （m ＞ 測 定∫
di（1、
5） 广』
一
．
厂’
一
6ー
淳
蔦
が
9B 7 654321 o ヨ）6回 （n） 測 定
．
点 （2．
5＞ 図一11
試験 体9V 各部の変位 o so 5tmo （Q ） 測 定 点 （3，
5） こ こに， S ：設 計 用屋根一
ヒ雪荷重 （kg
／mり S。：設 計 用地 上雪 荷 重 （kg
／mZ ） E ：環 境 係 数 R ：屋 根 形 状 係数 ∬：用 途 係 数 こ の うち，
設 計 用地上 雪 荷 重 （S。）は，
式 （2）に よ り求め る。
So
＝ ρ× 2s・
・
・
・
・
・
…
r・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
7・
r・
・
・
…
、
・
（2） こ こ に， p ：雪の設計用平 均 単 位 重 暈 （kg
／m2／cm ） z。：地 上最大積 雪深 （cm ） こ こ では，
屋根 形状係 数に関す る地域区 分B を 対象に 考え， こ れ ら諸 元の値と係 数を， 表一3
の よ うに設 定し た。
し たが っ て，
式 （1） （2）よ り，
設計用 屋根上雪 荷 重 S は，
S
ニ 3×zs ×1×0，
45×1＝ 1．
35 zs （kg
／m3 ） と な る。
次に荷 重 係 数は，
日本 建 築 学 会の 「鋼 構 造 塑 性 設 計 指 針」 （1975）の提 案す る過荷重 時の 値1．
65をとり，
終 局 荷重を， 1．
6SK
自重 ）＋（設計用屋根 上 雪 荷 重 ）｝とし た。 また，
使 用 鋼材SS
34
の 降伏 応 力 度は，
σ y＝
2．
1 t／cm2 とし た。
7．
2 屋 根 全 面 積 雪時の崩 壊 荷 重と許 容地 上最大積雪 深全面積雪 時は， 7
，
1で求め た設 計 用屋 根上 雪 荷 重S
と 自重G
を加え た鉛 直 荷重 が 図一
14（a＞に示すよ う に水 平 面 上に等 分 布す る ものと し， 図一
9の解 析モ デルの各 節 点に負 担 面 積 分の集 中荷重を作 用させ て解く と，
崩 壊 に至 る までの 過 程と崩壊荷重は 図一
14（b
）一
〔d
）に示す 結果と なっ た。し た がっ て， 表
一
2に示 す 自重を考 慮 して ， 終 局荷 重 と崩 壊 荷 重を等 置す る と，
一 64 一
10（
；
） B／
6 計 算 値 L 、 、 4 、 L 2i 、 、一
実験 瞳6t
） 8 6 4 2一
2 0 2−
2 ε（xlO’
s｝ （a ＞ 測 定 点 （1 ） （b） pCl） 8 6 4 2 O ε（、P“） 2−
2 測 定 点 （2） （C ）6t
） B 6 4 2 0 2−
2 t 〔xlo曽
3） 測 定 点 （3） （d） 10（；
） 4 8J 「 「 1 611 、 4 乱 i 2、 t o εα℃一
・）2 測定 点 （4 ）一
2 0 2 ε〔xlO’
3） （e ） 澱 定 点 （5 ） ω ℃ 8 6 4厂
一
一
一
一
一
一
一
一
唱
oC；
） 2 f 「 j ’ ’ ’ ’ 厂 ’ t ’ ’ 6 4 2 8 6 4 （t ） 2 0 2 4 6−
2 0 ε（x℃つ） （f） 測 定 点 （6） （g ＞2ε伝灯う 4
−
2 測 定 点 （7 ） （h） ω ℃ θ 5 4 2 0 2−
2 ε（xlaコ｝ 測 定 点 （8） （i ） 0 2 ε（xTO’
s） 測 定 点 （9 ） 10［；
） e 6 4 2 「 17 t ’ ， ’ ’ ’ ’厂
一
一
一
一
一
J ｛t） ℃ 8 4 2 0 24
−
2 E（xv3 ） （、
i＞ 測 定 点 （IO） ’ ’ 「 厂 ’ ’ 尸 ’ 厂 厂 广 11 ノ ’一
一
一
一
1
’ 〔t） B 6 4 2 ’ ’ 0 2 L−
2 巳（xl（戸〕 （k） 測 定 点 （11） （1） tj 「 ’ 厂 t 厂 厂 厂 1 ノ ’ ’ v一
一
一
一
胃
0 2−
2 0 ε（x℃’
3） 測 走 点 q2 ） （m ） 2 4 匸（xx〕−
3） 測 定 点 （且3） 図一
12 試 験体9V 各 部の ひ ずみ（t｝ 1 8 6 4 注 ：反 時 計回り を正 とす る
．
1層
ノ
2’
’ ’．
〆
．
．
！
0．
G．
一
一・
一一
・
−
D．
G．
0 10 注 ：反 時 計 回り を正 とす る D，
G．
，
一
．
・
・
甲
，
一
・
−
D，
G．
r LL．
、
20 tO 8 6 4．
°
、
、 iI、
8 卉ー
、
2 71 θ｛xlOrad．
｝一
20−
一
10 0 1 e〔XIO rad、
） 図一
13 基 礎の回転 表一
3 雪 荷重の設 定 条件 雪の平均 単 位 重 量 ρ（k呂〆叩2！c圃》 環 墳 係数 E 屋 根 形 状 係 数 R 用 途 慊数 1 3 1 o，
45 1 ＊ 荷亘 指 針 で は、
円 形 屋 根勾 配 40°
で R＝
O．
5，
同50’
でR＝
O．
4 と し ている。
本 構 造 物は 屋 樋 勾 配45囗
と な る の で直線補 間 し た 恆 を 採っ た．
．
1
．
65 （4，
46×π×4．
5
× 10十9×3．
1×1．35Xzs
＞＝
9486 とな り，
これ よ りz8；136
cm の結 果が得られ る。すな わ ち
，
屋 根 全 面 載荷
時の許 容 地上最大 積雪 深は 136cm と な る。7
．
3
屋根 片 側積雪 時 の 崩 壊 荷 重と許 容地 上最 大積雪 深日照
，
風等の 影響で ， 図一
14（a）の屋根雪 荷重の う ち アー
チの半 分の雪が無く，
片 側だ けに偏在し た場 合につ いて， 7．
2と同 様な検 討を加え る と， 図一
15に示 す結 果 と な る。 した がっ て，
1．
65
（4．46
＞＜n ×4．
5×10十4．
5×3．
1×1．
35
＞くzs）＝
5468 とな り，
これ よ り．
z。
＝
142 『m の結 果が得られ る。
す な わち， 屋 根 片 側 載 荷 時の 許 容地上 最 大 積 雪 深は 142cm と な り
，
全 面 積 雪 時の方が若 干 低い値と なっ た。
−
66
一
u aCOmammadieamtu （a ） w 一 Mp Mp ） （b） ） w 一 Σω
＝
5946kg Mp．
Mp Σw＝
9216k8 ＼．
”
／ MpliM
［ Mp ） （c ） ） ω 一M・
Mp
M・ Σ h’
＝
948fiks 。PM
； ／ 。1
） （の 崩 壊時 ） 図一
14 屋 根 全 面 積 雪 時の崩 壊過程と崩 壊機構 ω nm ） a （ 止 Mp （b＞ ） ω ocaoacmeca wemmaaaoca p 。， （d） ） ω pmeaeaeaba Σω＝
3423kg Σω＝
4939kg ΣL｝＝
525翊k8 Σ凵＝
546Bkg。， （e ）rmMJI
．
） 図一
15 屋 根 片側 積雪時の崩 壊 過 程と崩 壊 機 構§8
．
結 び 薄 肉 リブ付 円 筒シェ ル の形 態 をし た本 構 造 物に関し て，
部 分 構 面 を作 製し て実 荷 重に よる鉛 直 載 荷 実 験 を行 う と ともに， 多 雪 区 域に おける建 設の可能性につ い て検 討 を加え， 次の よ う な結 果 を得た。
厚さ1mm の単 材の 断 面4隅につ いて， 日本 建 築 学 会の 「軽 鋼 構 造 設 計 施 工 指 針 同 解 説」に規 定す る幅厚 比 制 限 ｛
b
／t
≦16，
こ こ に，b
：有 効 幅，
t：厚さ）を準 用し て求め た有 効 断 面は， 耐 力 評 価 上も 剛 性 評 価上も適 当で ある。 し か し
，
単材断 面の折り曲 げ部は凹 凸の ある複 雑 な形状をして いる．
こ と から，
・
有効幅の評価に関し て は， 今後， さ らに検 討を加え たい。 鉛直荷重に対して， 本 構 造 物は単 材アー
チ を横 並 べ し た構 造と考え ること がで き，
塑 性ヒン ジ解 析 法 によっ て耐 力 評 価 を行 うこと ができる。
使用 鋼材SS
34
は，一
般に建 築 構 造 用 として は 用い ら れて い ない が，
，
の結 果か ら，
本 構 造 物 へ の適用は差しつ か え ない もの と判 断さ れ る。
日本建 築学会の 「建 築 物 荷 重 指 針・
同解 説 雪 荷 重」に規定す る設計用 屋 根上雪 荷 重と自重 を作 用 荷重と し， かつ
，
荷 重 係 数 を1．
65とし て， 終 局 荷 重 設計法に よ り多雪 区 域にお け る耐 雪 性 能につ い て検 討し た結 果，
地域区 分B
にお ける許 容 地 上 最 大 積 雪深は 136cm と なっ た。 な お， は あ く まで も1
つ の ケー
ス ス タディ の結 果に すぎない。
雪 荷 重につ い て は，
環 境 条 件，
雪 質な ど地 域 差によ る 違いが大き く，
ま た，
半 円形 屋 根の形 状 係 数の 値につ いて も慎重に考え る 必要が あ るもの と思わ れ る。 そ のた め，
著者 等は奥信 濃の多 雪 区域 （垂 直最 深 積 雪 量 ：2m ）に，
ス パ ン9m ，桁 行 22 m の試 験棟を建 設し， 屋 根上の積 雪 状 況，
落 下 状 況 を観 測 する と と もに， 地 上 積雪 深，
雪の密 度 分 布 等を計 測 中で あ り，
今 後，
長 期聞 にわ た る計 測 を予 定して い る。
次 報 （その 2）で は，
本 構 造 物 がは り間 方 向に水 平 力 を受けたと きの挙 動につ い て報 告する。
謝 辞 本 実 験の実 施に当たっ て は，
本 学の田 守 伸一
郎 助 手， 原 山浩一
技官，
な ら びに，
荒井 幹 雄 （現，
日本 鋼 管ライ トスチー
ル （株 ）），
小 沢 和 弥 （本 学 大 学 院 生〉 ， 羅 亮 民 （本学大学 院 生），
武 井 勉 （現，
清 水 建 設 （株 ））， 武藤 邦芳 （現，
旭化成ホー
ムズ （株 ）），
三枝 直樹 （現，
（株 ）類 設 計 室 ）等 諸 氏の協 力 を得た。
こ こに深く感 謝 致し ま す。 参 考 文 献 1＞ 日本 建築 学会編 ：“
軽 鋼構造 設計 施工指 針 同 解 説”
，
技 報 堂，
昭和60年 2｝ 日本建 築 学 会 編 ：“
建 築 物 荷 重 指 針・
同 解 説 雪 荷 重”
，
技韓堂，
昭和61年 3｝ 日本 建 築 学 会 編 ：‘
‘
鋼 構 造 塑 性 設 計 指 針”
，
技報堂，
昭和 51年．
4）関 谷 壮，
斉 藤 渥 ：“
薄 板 構造 力学”
，
共 立 出 版， 昭和 43年，
SYNOPSIS
,
UDC :624. 074.'43
VERTICAL
LOADING
EXPERIMENT
OF
CYLINDRICAL
SHELL
WITH
THIN
RIB
-Experimental
study onthe
cylindrical shell structure withthin
rib(Part
'
byDr, AKIRA SASAGAWA, ProfessorofShinsni
sity, KEN-ICHI MIZUNAGA,
'Graduate
Studentofshu Uniyersity,and KAZUMI OHMATSU. Research
dentof ShinshuUniversity,Mernbersof A.I.
J.
A papelwith thin rib was made of
SS34
galvanizedsheet steel which thickness and width aretess
than1
mmand
600
rnm respectively,The
stieet steelis
transformed to an archby
processingtwice,A
cylindrical shellstruc-ture is
built
by
being
seamed at mutual edge'flange
of the each arch.This
cylindrical shell structureis
con-structedby
simple connecting way "s,eaming", so thatitsstrengthfor
various externalforce
have
tobe
cleared.In
thisstudy, verticalioading
experimenthas
been
conductedin
order toinvestigate
strength of the shellstruc-ture
for
snowloading.
･
,
The vertical load was utilized
by
sacksfilled
with sand, The testmodel isone unit of the cylindrical shell, whichdiarneter
isgm. Plastichinge
methodhas
been
done
also and results obtainedby
the experiments and the analyses were compared, and theirresults are summarized asfollows;
･
1. Inorder to estimate the strength and regidity of the each panel,the effective section, which
is
calculated
from
panel'swidth-thickness ratio recomendedby
A.
I.
J.
issuitable..
'
The
strength and regidity of the shell structure caRbe
estimatedby
neglectingfriction
between
each 2.panel, and the strength of the shell structure
for
thevertical loadingcanbe
estimatedby
assttmingplastic
hinges.
'
･
3. SteelSS 34which employed
for
the panel,normallyhas
notbeen
usedfor
generalbuildings,
but
it
canbe
appricable forthisshell structure.
4,
The
allowable maximum snowdepth
of thisshell structure isestimatedby
the ultimateload
design
method, when the
