1
研 究 論 文】 UDG ：624．
042．
71620．
1：624．
014．
2 ：725．
198 日本 建築 学 会 構 造 系 論 文報告集 第 356 号・
昭 和 60 年 IO 月筋
か
い
付 鉄 骨
その1
造 発電 所 建 家
の
耐 震 設
計
法
に
関
す
る
実 証
的
研
究
K
型筋
かい付
単位
骨 組
の弾
塑性 履
歴特性
の実 験的 検討
名 誉 会 員 正 会 員 正 会 員武
藤
清
＊遠
山
幸
三 ＊ ＊
後
藤
幸
義
＊ ＊＊1．
序本研 究 は
，
K 型筋かい付 鉄 骨 骨 組を主 要な耐 震 要素 と す る 火力発 電 所 本 館 建 家の合 理 的な耐 震 設 計 法 究 明 を 目的と して実 施し た実験お よ び解 析 的 研 究で ある。
火力発 電所 施 設は図1に示す ご と く本 館 建 家 （ター
ビ ン棟 ｝，
ボイラー
棟，
煙 突か ら構 成 され，
本 研 究で は，
本館 建家 （ター
ビン棟）を その研 究 対 象と し て い る。
火 力 発 電 所本 館建家は，
蒸 気ター
ビシ， 発電 機等の重 要な機器 類を収 容し，
鉄 骨 造を主 体 構 造と する建 物で あ る。 し た がっ て，
大 地 震 時に お い ても建 家 全 体と して機 能が保 持で き る よ う，
充 分な設 計 的 配 慮が望まれ る。
しか し，
現 状で は火 力 発 電 所 本 館 建 家の よ う な構 造 物 の動 力 学特性は不 明 確で，
合理的な耐 震 設 計 を行う事が 難しい た め，
ま ず大地震 時にお ける耐震 要 素の弾 塑 性 挙 動を 正確に把 握し，
種々 の入力に対 する建 家の弾 塑 性 応 答特性を検 討する こ と が 急務とな っ て い る。
この よ う な観 点か ら，
火 力 発 電 所 本 館 建 家の耐 震 設 計 法につ い て考え た場 合，
以 下に述べ る 2点の課 題 を解 決 す る 必要が あ ること が わか る。
K 型筋か い付鉄骨、
の 塑・
生： 課 題の一
っ と しては，
主 要 耐 震 要 素がK
型 に配 置さ れ た筋かい付 鉄 骨 骨 組で ある事が挙 げら れ る。
筋か い は 大 変 形に至 る弾塑性 挙動の正確な評 価が難しく，
特に発 電 所本館建 家の筋かいは，
水 平 力 分 担 率が非 常に大きい た め，
その地 震 時挙動は一
般の筋か い付構 造 物に比べ て 筋かいの特 性に大き く左 右さ れ ることにな る。
さ らに，
K
型 配 置 で あ る た め 圧縮筋 かい の座屈 後，
引 張 筋かい との負担 軸 力の絶 対 値の差に よ り，
上 部は り中 央 部に下 方 向へ の力が働き引 張 側 筋か い の水 平 力負 担 能 力を低下 さ せ る た め その弾 塑 性 挙 動は さ らに複 雑と なる。
この よ う な筋かい付 骨組の既 往 研 究につ い て み る と，
筋かい単材の 特性は，
多くの 研究者によっ て研究されて お り， 実 験的に も解 析 的に も解 明 され たといっ て よい。特に
，
柴 田， 若 林等の筋かい履 歴 特 性モデル 1 ） ， 加藤，
秋 山の単 純 化モ デル 2〕の提 案等は，
扱い上の簡 便さか ら その有効性は高く評価 され るもので あ る。
筋かいが骨 組に組み込 まれ た場 合の特性は
，X
型 も し くはK
型，
また は偏心配 置し たもの の 1〜2
層モ デル に よ る各 種模型実 験や解 析 的 研 究が近年進め ら れて い る。
実験 的研究と して は，
藤 本，
橋 本等の 1−
2層の 1／3縮尺模型実験3；41，
山 田 等の柱 軸 圧を考慮 し た1／4縮 尺模型実験5 〕，
加 藤 等の ユ／2縮 尺 模 型実験6） ， 柴 田 等のK
型を模擬 し た実験7等が行わ れてい るが，
接合部ディ テー
ル等の実情を 正確に模 擬し た もの は少ない。
解析 的研 究ば1 以上の 各 種 模 型 実 験の解析的評価と し て藤 本
・
橋本3） t 山 田・
辻 5｝1°1，
’
柴 田・
若 林8），
お よび鈴．
木・
玉 松」5等 に よっ て行わ れて お り，
周辺 骨組との相互 作 用の 少ないX
型 配 置や，
筋か い の水 平 力分担 率の小 さいK
型 筋かい付骨 組では実 験 値との対 応も良い こと が報 告されて いる。
し かし，
筋か い の水 平 力分担 率が 大 き く， 上部は り性 能の 小さい K 型 筋か い付骨組の研究 はいまのところ そ の例S｝ は少ない。 象 日本学 士 院会員・
工 博 聯 鹿 島建設 技 術 研 究 所・
工 博 ＃ ＊ 鹿 島建設武藤記 念 研 究室 （昭 和 59年12月lR 原 稿 受 理 日，
昭 和60年5月 16口改 訂 原 稿 受 理H，
討 論 朋 限 昭 和 61年 1月 末 日） 図一
1 火力 発電 所施設 概 観 図一 66 一
したがっ て， 既 往の研 究 成 果だけでは
，
火 力 発 電 所本 館 建 家のK
型 筋か い付 鉄 骨 骨 組の弾 塑 性 特 性の 定 量的 評 価は難しい もの と 思わ れ る。
火力発電戸 館建 の構造 上の複 さ ： 火力発電 所本館 建家の構 造は，
蒸 気ター
ビン，
発 電 機 や周辺機器類の配置の都合上， 大き な吹抜け や床の大 開 口 が多く耐 震 要 素や機 器 荷 重 が 偏 在して い る上に床の 剛 性 も限 定さ れ て非 常に複 雑 となって いる。
こ のよ うな質 量や剛性の分 布が不 均…
で， 剛 床 仮 定の 成り立た ない構 造 物で は平 面 架 構 間の床の水 平 力 伝 達 特 性 を考 慮し た立 体 的な検 討 を もとに耐 震 安 全 性を評 価す る必 要がある。
そこで筆 者 等は， 以 上の Zつ の課 題に着 目し， 以 下の 3項 目の実 験および解 析 的検 討を実 施し た もの であ る。
耐 震 要 素の構 造 実 験 耐 震 要 素の弾 塑 性 特 性の解 析 的 検 討 本 館 建 家の地 震 挙 動と耐 震 性の検 討 以上，
本 研 究の 目的，
背 景お よ び内容につ い て その概 要を述べた。 本 論 文は，
上記の3
つ の 項 目に対 応してそ の詳 細を報告す る も のであ る。 本報 （そ の1
）で ば，K
型筋かい付鉄骨 骨 組の実 験 的 検討 につ い てその詳 細を 示 し，
総 合 的な考 察を加え る ものであ る。 な お実 験は，
大 変形に至る筋かいの弾塑性 挙動 を 正 確に再現 す る た め，
通 常の建物で は実 大に相 当す る大型模型に よっ て実施 し た。 し た がっ て，
縮 小 模 型では把え に くい筋かい の面 外 座 屈 挙動，
上部は りの ね じ れ挙動，
筋かい接合部の挙 動，
接 合 部ボル トの 挙 動 等の詳 細な デー
タ を得るこ と がで き た。 本報の内容の一一
部は，
すで に文献17〜
文献18
に発表 して い る。
2．
実験概要2．1
実験供試体 供 試 体 は， 1層 1スパ ンのK
型 筋 かい付 鉄 骨 骨 組で 表1に示す 3種 類 各1体の計3体である。
3
体の供 試 体は，
実 際の本 館 建 家 （昭 和50
年 完 成） に用い ら れ ている形 状を有す る供 試 体 （以下No ．1
供試 体 ）に対し て， 改 正 建築基準法 施行 令 （昭和 56 年 6月 施行 ）に基づ く 応力の割 増 し を考 慮し筋 かい 断 面のみ を 増し た供試体 （以 下No ．
2
供試体 ），
お よび筋かい の仕 口形 式の影 響を と ら え る た め その 形 式 を ガ セッ トプレー
ト形 式から応 力 伝 達が明 解なブラケッ ト形 式に変え た供 試 体 〔以 下No．
3
供 試 体 ）であ る。 No．
2
供 試 体の筋か い断 面 積は，
No．
1供試体の約 1．
5倍と なっ てい る。
供 試 体は，
階 高3．
5m，
スパ ン長4．
45m で 図2
に示 す 形状を有す る1
／2
縮尺モ デル であ る。 柱，
は り，
筋か い部 材は，
すべ て板 材を溶 接 組 立して製作し た。
接 合部 は高 力ボル トのサイズ，
本 数を調 整して設 計 耐 力が実 物 の 1／4にな る よ う に し た。 使 用 鋼 材は，
現 状と同じSS
41と し た。
表2
に使 用 鋼 材の材 料 試 験 結 果を示 す。 2．
2 実 験 方 法 加 力 方 法を図3に，
加 力装 置を図4に示す。
実 験は，
試 験 床 上に リ ブ 付の H−
600鋼の矩 形フ レー
ム を2構 面 平 行に構 築 し，
そ の中に供 試 体を セッ ト して行っ た。 柱 脚 部2点 は ピンお よ びロー
ラー
支 持と し，
全体 回転は下 はり の 延 長上の ス タブをPC 鋼 棒で締め付けて防止 し た。 加力 は，
上部は りの軸心位 置に 正負 交 番 繰返 し水 平力 を加え る方 法で行っ た。 す な わ ち，
正加 力 用2台，
負 加 力用2
台 計4
台の100
tfオイル ジャ ッキ を用いそ れ ぞ れ 2台の ジャ ッ キ を連 動させて左右の柱 頭 部に等 荷 重の水 平 力を加え た。 柱の 作 用 軸 力は実 際におい て も小さい の で加え ない こと と し た。 加 力 手 順は，
表 3 に示す と お り，
最 初の 1サイク ル の み弾 性 範 囲 内で の荷 重 制 御で，
2サ イクル以 降は層 間変形 角R ＝
δ／h
（δ：柱 頭の 水 平 変 位，
h
：階高 ）に よ る変位 制御と し，
最 終的に はR ＝
＋1
／30
（δ 表一
1 供試 体の種 類 脇かい
1斬 向 供 試体i
寛」 象 原 腿 訂F．
尺lilμ 1恥 体 fl口 彫式．
’
1段．
II’
強 度卜
、m1 哩状建家で使わ れ て」
・
る 骨組 H 350×350 Xl2x l9H．
175XI75 ×6× lo ザセ・
トIr斌 口】肋．
い乍強1．
ぬ2 髄 櫨によll試1設，
吐した 欄 1 H4DOx408 ×2聖× 21H 200x204 ×10× 12 ガセ・
卜II斌．
且．
2細」か」．
i・
．
．
ヨq 刃α3 蹠1側t川II⊃
だ けをブラ ヶ・
彫 式とLセもの H・
350×350 ×12x l9H・
175×175 x6 × 10 ブ ラケ・
「・
片斌 1」肋．
．
希 強1
Na 1供 試 体嘩
1
Nα2供 試 体 図一
2 実 験 供 試 体．
−
67
一
表
一
2 鋼材の機械的性 質ll●
盈
降 伏・
11： 部 位 設 再1 板 ［享 採 取 方向 LL 力 度 σド
〔瞳 ／mm り ひずみ度ε
卜
〔x10−
6 〕 弓II脹 強 さ σ B ほ画m旧21 f叫i ぴ 〔％1 強i忤 係 数 E 〔X10辱
k直／mmり一
フ7ンジ 28．
0R27．
0158046．
83L32．
24 桝 R26．
7170442．
729．
42．
18 ウエ
プ 14．
0L268163042．
729．
72．
02‘
フ フ ンジ 16．
0R26．
1134043．
633．
62．
15 ま覃
←
r
レ
ウ L ブ R29，
7 王49042，
93L52．
12 9．
0L29．
7139043．
930．
12．
26一
ワ フ ンジ 100R297174043．
729．
5199 “．
．
か」
LI
櫑】ウェ
ブ 6．
DR33．
5 ユ75046．
631．
62．
21 L32．
4170046 湖 26．
82．
23一
フフ ンジ 12．
oR31．
3154042．
629．
72．
ll 砌 か LL 「Ma21ウJ
プ 10．
DR29．
7174043．
729．
51．
99 L30、
916LO46．
B27，
12．
14 輪 置．
316．
oR33、
3154045．
昼 24，
62，
19 山 llチ 鋼 ［Na2113．
0R30．
5140045．
927．
22．
16 套．
’
省．
「 ！ lNa置．
3〕 120R33517504663L62．
21 INo2112．
0R313154042629、
7211 ＊1：ト表は ポベてJ［Sl 」」・
」1張 試．
験 昌3篤’
「
の †均fllLて ある，
＊2：Rはロー
JLb 向，
Lはロー
ルに1貞角h向 を 表わす：
熱 3 加 力 手 順 廾イ クル＝
且 ±2〜
±ユ±4−
±5＝
6一
土7F ±8 ＋9 水 平荷重 Q ｛ ±且〆2Qc 層 間 変 形 角R 土1／300t1 ！200 ＋1〆100 ＋レ50 ＋1〆30 屑1瑚 変 粒 δ［
） 三1
、
17 上L75 ⊥3．
50 土7、
DO ＋互1．
67 繰 返 し 数 n ：一 ．
．
、
广
122 2ヒ
．
一
1−．
一
一
一一
1ピ2馳
動
．
11
一
一
一
4Qq．
ト→
2 175525」
「／
丶
蟻丶
1
蟻’
＼ ＼1
一
．
一
一
1．
．
一 1 4、
450→
3
一 O 司 「 1 ⊥｝
一
≒1L7cm ）まで変 形さ せ た。
2．
3 測 定 方 法 測 定は，
周 辺 骨 組，
筋かい各 部の変 形と ひ ず み につ い て行っ た。
特に，
筋かい の面外 変形，
軸方 向変形，
上 部 は り の鉛 直 変形，
ね じれ変形等に重点を 置 き，
変形につ い ては電 気 式 ダ イヤル ゲー
ジ（測 長20
mm− 50
mm ）で， ひずみ につ い て はW ．S．G ．
で測 定 し た。
荷 重の 検出 は ロー
ド セ ル と荷重指示計によ り行っ た。 な お， 供 試 体表 面に は白色の オイルサー
フェー
サを吹付け塗装し た。
3．
実 験 結 果3．
1 実 験 経 過 （1＞ No，
1供 試 体 ＋ 2サイク ル の水 平 力Q
＝
105tfと一
2サ イ クルのQ
；−
120 tfで 2本の筋か いがそ れ ぞ れ逆 方 向の構 面 外に 座屈し た。 その後，
圧 縮 側 筋かい中 央 部の面 外変形は次 第に大き く な り一
4お よび＋ 5サイク ル で圧 縮 筋かい上 フ ラ ンジ中 央 部が局 部 座 屈し た。
こ の時 点に なると， ガ セッ トプレー
トの塗 料が筋かい端 部で円 狐 上には く離 し，
塑性 化と と もに面 外に曲げ変 形し て い る様子が顕 著 と なっ て きた（図5参 照 ）。＋ 5サイク ル に は，上 部ガセ ッ トプレー
ト側 面の補 強 リブ先 端か らクラッ クが発 生し， 最 終 的に は表裏 貫 通 し長 さ2cm に達し た。
実 験は， δ ≒11．
7cm （R
≒1／30）まで加 力し て終 了し た。
（2） No．
2供 試 体左 右 2本の筋か い は
，
そ れ ぞ れ ＋2サイク ルのQ
＝
148．
6tfと一
2サイク ル のQ
＝−
159．
7 tfで ともに 同じ 方 向の構 面 外に大き く わ ん曲し座 屈した。 座 屈 位 置は， いずれ も材の ほ ぼ中 央であっ た。
こ の部分の フ ラン ジ は ±4サイク ル の最 高 荷 重 （Q
＝
122．
2tf，
Q
‘−
122．
7 tf） 近 傍で局 部 座 屈を生じ た。 ま た，
こ の段 階になると上 部 は り中央パ ネル部な ら びにその外 端 部そ し て上部ガセ ッ トプレー
トな どの塑性 化が進み塗料の は く落が目立っ て 図一
3 加 力 方 法聾
「
肝
3
“
31 蓉，
摩
2．
7002．
30D2．
3002、
700屠
響
垂篋
，
レi．
齲 隠．
1．
蜘．
、肅 撒 1，
欝編 5 簫一
i
農1．
o譜 き一
」
帆
陣国
．
一
1陦
皿
馳
…
「
「
一
．
．
．
墨
§ 敦 」 14、
1
・
000‡
図一
4 加 力装 置 』、
1、
1
7，
図一
5 筋かい接 合 部ガゼッ トプレー
トの塑 性 化 状 況 （NQ．
1，
2）．
−
68
一
きた
。
特に上部ガセ ッ トプレー
トは， 面 外に曲げ られ，
十6サイクル のQ
＝
ユ22．9tf
時と一6
サ イクル のQ
＝−
122．
5 tf時に補 強リブ先 端 （No ．1
と 同じ位 置 ）か ら ク ラックが発 生し，次 第に完 全な割れへ と進 展し た。
ま た，
下 部ガセ ッ トプレー
トも±8サ イク ル の大 変 形にな る と 柱との 溶 接ビー
ト端か ら ク ラッ クが発生 し た （図 5 参 照 ）。 実 験は，
R＝
1／30まで加 力 して終了 し た。
〔3
） No．
3
供 試 体 ＋2サ イクル のQ
≡95
tf〜
100 tfで筋かい の 高 力 ボル ト接 合 部が 大 き な衝 撃音を伴っ てすべ り を生 じ変形 が急 増し た。この た めR − 1
／300
に至っ て も一
方の筋かい （正 加力で圧縮側の 筋かい ｝ は座 屈し な かっ た。
結局，
筋か い の 座 屈は＋ 6サ イクル のQ
＝ 125tfと一
2サ イクル のQ
＝− IZ4
tfで生じ ，座屈 は，同 じ方 向の構 面外で あっ た。
座屈位置は，
他の 2 供試体と異な り材の中央よ り若干上 の位 置で あっ た。
こ の影 響よ り筋か い の上端 接 合部の損 傷は下 端の接 合 部よ りも著しく，
士7サ イク ル の最 高 荷 重 （Q
＝
103．
6 tf，
Q
＝−
98．
3tf）近 傍で両 筋かい の上フ ランジ が 上部は りとの接 合端で局 部座屈 した。 高 力ボル ト接 合 部のすべ りに よる衝 撃 音は ＋2サ イクル 以 降 も断 続 的に何 回 も発 生した。 3．
2 水 平 力Q一
層 間 変 位δ関 係 各 供 試 体の 水 平 力 ｛Q
）と層 間 変 位 （δ）との関 係を 図6に，
そ れ らの結 果の包 絡 線を図 7に示す。 これ らの 結 果か ら以 下の こと がいえ る。
（1＞ 最 大 耐 力は，
圧 縮 筋かいの 面 外 座 屈で決 定して お り，
座 屈 後の耐 力上昇は み と め ら れ ない。 筋かい断 面 の同 じNo ．
1とNo ．
3とで は，
No ．
3の方が 正・
負の平 均で約 10％最 大 耐 力が高い。 ま た，
No．
2はNo．
1に 比べ 筋かいの断 面 積が約L5
倍で あ る に も か か わ らず，
最大 耐力は，
約ユ．
36 倍に と ど まっ てい る。
（2） 弾 性 剛性は，
No．
3がNo ．
1
に比べ 若 干 低い が，
これ は 筋 かい接 合部での高力ボル トの すべ り や ガ セッ ト プレー
トの大き さの 違い に よ る 周 辺 骨組へ の補剛効 果の 差 等の影 響によ る もの と考え られ る。 （3
） 圧縮筋かい座 屈後の挙動は， 筋かいの接合部が ガセ ッ ト形式のNo ．
1とNo ，
2
が急 激な耐力劣化を生じ て い るの に比べ，
ブ ラ ケッ ト形式のNo ．
3は耐力劣化の 進行が 比較的 緩や かであ る。
（4 ） いずれの 供 試 体とも筋かい の 座 屈 後は， 層 間 変 形角R ＝
1／50程 度の大 変 形に至る まで紡 錘 形の ルー
プ を描い てい る。
また，R ＝
1／250程 度 までは繰 返し加 力 に よる耐 力 劣 化 も少な く，
そ れ以 後の新し い変 位 振 幅に 対 し て は急 激な耐 力低 下は み られな い、
3．
3 変形 測定結 果 実験結果と して得ら れ た各部位ご との変形状態につ い て以 下に述べ る。
（1） 筋かいの変 形 性 状．
．
8子
1〆50 1・
100 1∫200 】’
300No．
1
供 試 体一
騰
“ Q一
2 ・一
8「
〆 te．
」
屠“
if ｝ 30 姻 12 ゆ．
蜘．
．
．
．
．
．
．
1、、，，．
， 1驪
螺
Nα2｛共試f
本 li50 鰰 1〆10D 1〆200レ300 圧 縮 応 ノ」度に達し た時に 全筋かい
が 鮒llす る水’
F丿丿｝N
α3
供 試 体 図一6
水平力Q
と層間変位δ の関 係 主 な層 間 変 形 角における圧 縮 筋かい全 体の面外変形 状 況 を図8に示す。
また，
面 外 変 形の最も大き な 筋 かい中 央部に関し測 定 結 果の一
例 （供 試 体No．
1） を図9
に 示 す と と も に，3
供試体の各変位 振 幅におけ る圧 縮 筋かい 中央 部の最 大 面 外 変形 を 比較して図10に示す。
図11は 筋か い の軸 方 向 変形に関す る測 定 結 果の一
例 （NQ．
2） を 示 したものであり， 図12
は3
供試体の軸 方 向 変 形を 層 間 変 位との関係で比 較し た もの であ る。
以 上の結 果か ら筋か い の変 形 性 状と し て以下の ことがいえ る。 面 外m ’ 形 ：図8か ら わか るように No．
1はNo ．
3
に 比一
69
一
u
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9 筋かい中 央 部の面 外 変 形 測定 結 果 例 （No．
1） 2 べ 変形が 全 般 的に大きい。 これは後述する よ うに No．
1 （No ．
2 も同じ で あ る）の筋かい接 合 部に おける ガ セッ トプレー
トの面外剛性が小さく， 筋かい 座 屈 後は面 外変 形に対し ピン に近い状 態に なっ て しまっ た た めである。
ま た 図 9に見られ る ように筋かい中央 部の変形は一
方 向 に累積 し ている。 こ の傾向は，
図10に み ら れ る よ う にNo ．
3よりもNo ．
1，
No ．
2の方が顕 著で あ る。
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図一
12 各 変 位 振 幅に お け る 圧縮 筋かい 最 大軸 方 向 変 形の比 較 面内変形 ：筋かい の面 内変形は， 面外変形と 比べ る と は る か に小さ く，R ＝
1／200 の時 点で最 大3cm 程 度で あ る。
軸方向変形 ：層 間 変 位の増 大に伴い軸 方 向 変 形は縮む 方 向に累 積して いる。
し か し図 12にみ ら れ る ように供 試 体 間に有 意の 差はな く，
圧 縮 筋 かい の 軸 方 向 変 形は R＝
・
1／200 で L5−
2，
0cm，
R；
1／100で 3．
0〜
4．
O cm で あ る。
（2） 筋か い接 合 部の変 形 性 状一70 一
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H 図一
13 筋 かい高力 ボル ト接 合部にお け るすべ り と水 平 力 の関 係 筋かいの高 力ボル ト摩擦接 合 部 分の すべ り測 定 結果を 図13に示 す。
こ の 図 は，
接 合 部に最 初に主すべ りが生 ずる ＋2
サ イ クルまで の結 果を接 合位 置 別に比 較し た も の である。
以 上の結果か ら接 合 部の変 形 性 状と して以下 の こと がい え る。
高 力ボル ト接△ 部のJIJ
”
形 ：いずれの供 試体と も引張筋 かい の下端 接合部で最初の主すべ りを生 じて いる。
こ の 時の荷 重はNo ．3
が最も低い。 これは；
No ．
3の 初 期固 定 度が高く， 大き な曲げ が作 用し，
低 荷 重で すべ っ たも の である。
な お，
測定 結 果か ら高 力ボル ト接 合 部はボル ト穴ク リ ア ランスを超え た変形 量 を示 しており，
筋かい のボル ト 穴 周辺 は支圧状態にあ るもの と推 測され る。
ガ セ ッ トプレ
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No．
2の場 合は，
座 屈直後か ら端部で円 弧 状に折れ曲が り， 面 外変形の履歴 を受け るにっ れ塑性化が進み，
次 第に ピン に 近い状態に なっ てい っ た。
こ の た め 上部ガセ ッ トプレー
トと その側 面にあ る補強リブ プレー
トとの溶 接 端 部や下部ガ セッ ト プ レー
トと柱フランジ との溶 接 端 部に は応力が集 中し，
ク ラック が発 生し た部 分 も あっ た。
この 損 傷 度は，
No ．
2の方が No．
1より大きかっ た。 （3） 周 辺 骨 組の変 形性 状 本 実 験の よ うなK
型 筋かい 付骨 組の場 合，
周 辺 骨 組 の中で は特に上部は り の挙 動が注 目さ れ る。 こ こ では，
上部は りの 鉛 直 変 形 性 状 と面 外へ の回転 （ね じれ）性 状 に注 目し て測定 結果 を概 説 する。
図14
は上部はり中央 部の鉛直変形と層 間 変 位の関係を示し たもの である。 図 15はぐ
の 結 果を包 絡 線で 3供 試体を 比較し たもの であ る。
図16
は同様に面 外へ の回 転 角と 層間変位の関 係を 不 し た もの である。
以 上の結果か ら上部は りの変形 性 状 につ い て は以 下の ことがいえ る。
上 は り 央。 の鉛直
1’
彡：図 14のNo ．
1，
No．
2に み ら れ る よ うに筋か い座 屈後に下方に変 形が急 増し， し か も変位 振 幅の増 大に伴い変 形が 下方に累積 してい く傾 向が 認 め ら れ る。
これ は座 屈に より圧縮筋かい の軸力が 急 激に低下し，
引 張り お よ び 圧縮筋かい の軸 力の絶 対 値 の差に対 応す る せ ん断 力がは り中央部に 正負 加 力 時とも 下 方に作 用す る た めで あ る。
各 供 試 体の比 較で はt／
図 15か らわ か る よ うにNo．
2の変形が最も大き くR
＝ ユ／100 で約 1．
5cm で，No ．
1，
No．
3の約 2倍に相 当し ている。 こ の上部ばり中央の鉛 直変形は，
筋か い と上部ばり の剛 性，
強度の相 対 的な関 係に よっ て支 配さ れ る もの で あり，
その詳 細は本 報 （その 2）の解 析 的検討で論ずる。’
上立 は り
央
の ね じ れ
”
彡：図16
に見ら れ る ご と く供試体に よりさ ま ざ まな性 状 を示 して いる。 これは上 部は りの面 外 拘 束 条 件 や2本の筋かい の面外の 座屈 方 向 が異な るこ と と筋かい接 合部の固 定 度の違い によ る ため一
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111L 図一
14 上 部はり中央 部の鉛 直 変 位と 層間 図一
15 変 位の関 係 上部は り中 央 部の鉛直変 位 の比 較・
除荷 時 図一
16 上部は り中 央 部の ね じれ変 形 測定 結 果一 71 ・
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完 全弾塑性 型へ の置 換 で ある 63 供 試 体の中で はNo ．
3が や や大きい がR ＝
1／100の時点で は変形 量はいずれの供試体も1
／50rad
以 下である。
3．
4 復 元 力特 性の安定 性 と 塑 性 率の 評 価復 元 力 特性の劣化は劣 化 層に地 震エ ネルギ
ー
の 集 中 を も た ら す。
し た がっ て，
骨組の地 震エ ネルギー
吸 収 能が 安定 性 評 価の一
つ の判断基準とな る。 エネル ギー
吸収能 は，
その層の耐 力と変形 能に依 存 する が，
劣化 型の場 合 耐 力の定義， 変 形 能の定 義に ま だ確 立し た ものは ない。
・
こ こで は1
， 劣化 型 復 元 力特性 を エ ネルギー
吸 収 量が そ れ と等しい完 全 弾 塑性型の復元 力特 性に置き換え て安定 性と塑性率を検 討す る。筋かい付 骨 組の劣 化 後の耐力は， 筋か い の細 長比 や 周 辺 骨 組の耐 力に よっ て塑性化 後の挙 動が異な る た め
一
義 的に決ま らな いが，
東 大加藤 博 士！1．
）ら の 研 究か ら，
緇長 比λ亭30〜
120 にあ る一
対の 引 張・
圧 縮 型 筋かい 材か ら 成る 骨組の劣 化 型復元 力特性は，
（激 震 時に生 ずる筋か い の 累積塑 性 変 形 倍 率η8 ＝ 25と す る と〕 最大 耐力BQy
’ が0．
75
×BQy
（BQY
：座屈時 耐 力 ｝の 完 全 弾塑 性型復元力 特 性に置き換え得る と して いる点に着 目し， 本 論 文では座 屈 時 耐 力の 75 ％の平 均 耐 力を安定 性 評 価 の判断基準とした。
以上の観 点か ら
，
3供試体の実 験 結 果を み た場合図17 に示す ご と く， その平均耐 力は いずれ もR
三 1／50 の大 変形に至る まで座 屈時耐力の 75％ 以上の 耐 力を保 持し てい る。
設 計 上， 大地震 時の最大 許 容 変 形量の 目安 を機 器 配 管 等の変 形 制 限お よ び著 者 等の既 往の高 層 骨 組の検 討 結 果 等か ら判 断し て
，R ；
1／100程度と考え ると，
3供 試 体 の いず れ もR
＝・
1／100つ まり，
塑性 率で 5．
o程 度まで∫よ 充 分耐 力を 期 待し得る。 3．
5 エ ネルギー
吸 収 能 力構造 物が水 平荷重 下で描 く履 歴ル
ー
プの大 き さは，
そ の構 造 物のエ ネル ギー
吸収 能力 を 表 し，
耐 震 上 極め て重 要な 意 味 を もつ。
こ こで は，
3供 試 体の各 変 位振 幅にお ける履 歴ルー
プ面 積 を比 較 する。 図18
は， 履 歴ルー
プ 面 積と 層 間変 形 角の関 係を示したもの であ る。 ルー
プ面一
一一
A一悶
II
・
．
積はNo ，
2が最も大きいが，
No ．
1と比べ ると筋か い断 面積 の 比 率 程の差は ない 。 筋かい断面 積の 同じ No．
1．
とNo ．
3を此べ る と，
No．
3
の方が平均20
％ ；ネル ギー
吸 収 能 力が大きい 。1
．
1
笠価噬 数：履 歴ル
ー
プの 大き さ か ら，一
般に 下 式に より等価粘 性 減 衰 定 数heq
が得ら れ る。ん・q一
岩
・望
．
．
、
こ こで、
AW
：1サ イク ル当りの損 失 舌 ネルギー
W
：最大ひずみエ ネルギー
・
、
図
19
に各供試体の等 価 減 衰 定 数を求φ層 間 変 形 角と の関係で示し たもの である。．
これに よれ ば，
全 般に変形 振幅が 大 き く な るにつ れheq
も 大き く な る傾 向が認め ら れ る が，R ＝
1／300〜
1／巨0の 範 囲で は 3供 試 体と もheqFO ．
18〜O．
30
の範 囲にあり明 瞭な差は ない。3．
6
水 平 力分担 割 合 供試体の柱頭、
柱脚に てん付したひず み ゲー
ジ か ら 左 右の柱が負担す るせ ん断 力 を求め，
周 辺 骨 組と筋かいの 水平力 分 担 割 合 を求め，
筋か いに注 目し て層 間変位との 関係で示し たの が 図20である。
こ の結 果から，
次の こ と がいえ る。
いずれの供 試 体 も座 屈 発 生 前は，
筋かいが 1ioo ムwL【
卜
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・
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iiW ！ノ
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図一
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プ面 積と変位振 幅の関 係 n3heq （。
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二「
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断
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19 等 価 粘 性 減 衰 定 数と 変 位 振幅の関係一 72 一
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R［rad、 図一
20 筋か い水平 力分担率と層 間 変 位の関 係 90〜
95％ の水 平 力を負 担し てい る が，
座 屈 発 生 後は変 形に ほ ぼ 比例 してその割 合 も低 下し，R ＝
1／200 で 80〜
85％，R ；
1／100で は 70〜
75％ と なっ て い る。
4．
実験 結 果の考 察 こ こ で は，
「建 築 耐 震 設計にお け る保 有 耐 力 と変 形 性 能」〔日本建 築 学 会，
1981）に示 さ れて い る筋か い付 骨 組の 保有耐 力 算 定 方 法に準じ た簡単な計 算によ り，K
型筋かい付 骨 組の復 元 力 特性を求め，
実 験 結 果の水 平 カー
層間変位 関 係 （弾 性剛性， 座屈荷重，
終 局 時 荷 重）と 比較し考 察を行っ た。
4．1
復元 力 特 性の算 定筋かい付骨組の復 元 力 特性の算 定に あ たっ て は， 最 も 簡 単な方法の
一
つ とし て周辺骨組の特性と筋かい の特 性 を別々に算出し，
単 純に加え て求め る もの と する。
周 辺 骨 組の復 元 力特 性 と筋かいの復元力特性の算 出は以 下の 仮 定 条 件に従うもの と す る。il
骨組は柱お よ び はり軸 芯を通る線材に置 換し，
筋 か いは周辺骨組にピン支 持 され るもの と す る。i
け 筋かい付 骨組の荷 重一
変 形 特 性は，
同一
変形にお け る引 張 筋かい，
圧縮 筋かいおよび周辺骨組の特性の和 と して表す。
iiD
繰 返し載 荷に伴う 圧縮筋か い，
引張 筋 かい の 剛性，
耐 力の低 下は無 視す る。
iv
）周辺骨組の復元 力 特 性は， 完 全弾塑性と し上 部は り の下 方 変形は無視す る。V ）引 張 筋かい の 復元力特 性は， 完 全弾塑 性と し高 力 ボル ト摩擦接 合部で の すべ り は無い もの と す る
。
Vの 圧縮筋かい の復 元 力 特 性は， 座 屈までは弾 性とし
，
座屈後は， 若林，
柴 田ら に よ り定式 化さ れ た特 性 曲 線に 従うもの と す る。Vの 柱
，
は り お よ び筋か い部 材の 降伏 応 力度ag
は， 材 料 試 験 結果 を も とに柱2．
7’
tf／cmz ， は り2．
6 tf／cm2，
筋かい3．
0
tf／cm2 （た だし，
No ．
2は3．1tf
／cmz ）とする。
ヤン グ率はいずれの材もE ＝
2100tf／cm2 と す る。 4．
2 実 験結果と計 算 結 果の比 較実 験結果と計算 結 果の
Q
一
δ包絡線の比較を図21
に Ptす。
実 験にお ける ひずみ分布か ら求め た＋ 2サイク ル の座屈 までの筋かい の軸 力 を計算結果と比 較して図22 表一
4 実験値と計算値の比 較 頻「
性 剛・
1曁』
座．
lllt 荷 重．
実 馴直 （tf／ ） 計 算 殖 （If／ ） 実 験 値 供 試体 計 算 値 実 験1『1 〔Qc）T （t の 計 算値 （Qc〕c＾ （tf ） lQ・．
址 （Qc＞cへ
No．
11751381，
27112．
71061．
06 No．
22522061．
22154．
21780．
87 NQ．
314 呂 1381．
07124．
51061．
17 Ml．
実 験 値はすべて 正・
負加 力 時の平均値。
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1供試体己
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I Na 2供 試 体 図
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21Q 一
δ曲線に 関 す る実 験 結 果 と計 算 値の 比較く
賊 3’
一
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mt Nα3供試 体 8一一73 一
