K型筋かい付鉄骨骨組の設計と終局耐力 : 筋かい付鉄骨造発電所建家の耐震設計法に関する実証的研究(その2)

【論　 文

1

UDC ：624

、

042

．

7 ：620

．

1：624

．

014

．

2 ：725

．

198 日本建 築 学会 構造 系論 文 報 告 集 第 360 号

・

昭和 61 年 2月

K

型

筋

か

い

付 鉄 骨 骨

組

の

設 計

と

終

局

耐

力

筋

かい

_付

鉄骨 造発

電所建家

の

_耐

震設

計

法

に

_関

する

実証 的研 究

（

その

2

_）

名誉会員 正 会 員 正 会 員

　

＊ 料 ネ 　 き 　 ホ

清

久

義

　

恒

幸

藤

川

藤

武

津

後

　

1

．

，

序

　

筋か い付 骨 組を主要な耐震 要 素と す る構造 物の設計は 筋か い材の細 長比 に依 存する筋か い の強 度と 周 辺 骨組の 強 度を考慮 し た 弾性設計が主 流を な し てい たが

，

近 年の 建 築 基 準 法の改 正や社 会 的 要 請 等によ り

，

こ の よ うな筋 かい_付骨組構造 物 も大 地 震 を想 定し た設計が要 求され る こと と な り

，

塑性を も考 慮する必要性 が 生じてき た。

　

し か し筋かい付 骨 組 構 造 物の弾塑性を考 慮した設 計は 筋かい材の座 屈 現 象 等の評 価の不確 実さ も手伝い容 易で は な い。

　

本 研 究は

，K

型 配 置の筋か 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 家を対象と し て その合 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 本 館 建 家の耐 震 設 計の大きな問題点の

一

つ と し て

，

前報 （その

1

）で詳 述 し た ご と く耐震要素の弾 塑 性 特 性の _{不 確 実}さが挙 げられる。

　

さ ら に耐震要素の弾 塑 性 特 性の定量的評価が可 能と な っ たと して も

，

い か にその結果を部材設 計， 建 家 設 計 に簡 便に反映さ せる かが重 要な課題 と な る

。

　

前 報 （そ の

1

）で は， 研 究の第 1ス テップと して， 火 力 発 電 所 本館建家の_耐震 要 素 を実 大に近い形状で取り出 し_， 筋か い の仕口条 件 と 細 長比 を変え て繰 返し載荷 実 験 を行い

，

実 験結果お よび若 干の計 算 結 果 を混え た検討か ら

，

  K型 筋か い付鉄 骨 骨組の水 平 荷 重 下の復元 力特 性 が_， 座 屈に よ る 耐 力劣化や上部は りの _変形等の影 響 を大 き く う け複雑で ある こと

，

  特に上 部は りが筋か い の断 面に見合っ た十 分な剛性

，

強度を有さ な けれ ば上 部は り 中 央 部の下 方 変 形が累積し骨組 耐 力が著し く劣 化す るこ と，   K型 筋か い付 鉄 骨骨組の保 有 耐 力を周 辺 骨 組 の耐 力と筋かい耐力の単 純な累 加に よっ て算定する場 合は保 有 耐 力を 過大に評 価する お それ が あ ること等の特 性 を確 　＊ _日 本学士 院 会員

・

工博 ＊ ＊ 鹿 島建 設 武藤記念研 究 室

・

工 博 牌 事 _{鹿 島建設武 藤 記念 研 究室} 　 〔昭和50年2月6日原 稿 受 理 ｝ 認し た。

　

本報 （その 2）では

，K

型 筋 かい付骨組の特 性 を支 配 す る上 部は り部 材と筋かい材の関係に注目し た各 種の解 析 的 検 討 を行い

，

上部は り と筋か いの_相関を定 量 的に明 らか に しK型 筋かい _付骨 組の設計 指 標と実 用 的な耐 力 評 価 手 法の提 案を行う もの で あ る

。

な お

，

本 報の内 容の

一

部はすで に文 献 7）

〜

文献 10 ）に発 表し て い る。 　

2．

弾 塑性 解 析法 　 2

．

1　 は じ め に 　筋か い付 骨 組の弾 塑 性 解析法と し て

，

筋かいの座 屈 現 象および座 屈 後の不安定挙動を

一

次 元履歴復元 力 特 性に よっ て考 慮し た塑性ヒ ン ジ 型 平 面 骨 組 解析 法 を採 用す る。 　骨 組の構 成要素と し て

，

柱

，

はり

，

接 合 部パ _ネルお よ び 筋 かい を考え る

。

柱

，

は り部 材には

，

曲げ変形

，

せ ん 断変形， 軸 方 向 変 形を考慮 す る

。

部 材の 降 伏は

，

両 材 端 で曲 げモ

ー

メ ン ト

ー

軸 力 相 関 降伏条 件に よ り判 定す るも の とし

，

降 伏 後の塑性剛性は

Von

　

Mises

の塑 性 流れ則

，

Zieglerに よ るPrager の移 動 硬 化の修 正 則1｝_{に基づい て} 評 価 するもの と す る。 　接 合 部パ ネル は

，

せ ん断 変 形のみ を考慮し

，

せ ん断 力 と せ ん断 変 形 角の 関 係は Bi

−

Linear と す る。 　筋かい材の復 元 力特 性は

，一

般に は そ の簡 便さ か ら圧 縮材と して の筋かい の抵 抗 を無 視し たス リッ プ形の も の を考え るこ とが 多い が

，

そ の特 性につ い て は多くの研究 者に よ り明らか に さ れて お り

，

すで に履 歴 特 性の_定式化 もな され応 用の段 階に あ る とい え る

。K

型 筋か い付 骨組 の復 元 力特性に対して は

，

上 部は りに働く筋か い不つ り 合 力が大き な支配要素の

一

つ と考え ら れ る ことか ら

，

特 に筋 かいの復元力 特 性の正 確さ が要 求さ れ る。 こ こ で は 既 往 研 究の成 果か ら扱い も簡 便な若 林

，

柴田2｝ ら に よっ て定 式 化され

，

精 度も良い履歴則に よ り復元 力特 性を定 め る

。

　解 析は

，

増 分 法によっ て行い

，

各ス テッ プの応 力

，

変 形は増分 量 を累 加 する ことによっ て得ら れ る。 　

2．

2

　

一

般 部 材の剛 性マ _{トリッ ク}ス

一

₄₄

一

　 （

1

） 弾 性 剛 性マ ト リックス 　 弾性 時の 剛性マ _{ト リ}ッ クス は

，

曲げ変形

，

せ ん断 変 形 軸 方 向変形 を考慮す る

。

　 （

2

）　塑 性 剛 性マ トリッ クス 　 柱

，

はり材は

，

部 材 端に

Ziegler

の修正則に従 う塑 性 ヒ ン ジ を持ち う る 弾 性 直 線 材 要素と考え るい わ ゆる ひず み硬 化

一

般 化 塑 性ヒ ンジ 理論に基づ い て評 価して いる。 こ の理 論は

，

柱， は り等の部 材にある塑性 化 領 域が生じ た場 合

，

そ の変 形を弾 性 変形と塑 性 変形 とに分 離 し， 後 者 を材 端の長さを持た ない点 （塑 性ヒン ジ）に_集約さ せ て取り扱おうと するもの で

，

その理 論

，

適 用 性について は花 井 博 士3｝

_，

_井

_一

_{ヒ博 士}4 〕 等の研 究 報 告に_詳述され て お り， 実際の挙 動との整 合 性も良 好で あ ること が確か め ら れ て い る

。

　 降 伏 条 件 　部 材 端の断 面 が 降 伏し て塑 性 変 形す る と き初期降伏曲 面は

，

そ の形と大きさを変え る ことな く中心点が移 動す る W

．Prager

の移 勤 硬 化 則が ある

。

よっ て後 続 降 伏 条 件 式は

，

次式の _{よ う}に表さ れ る。 　 　 　φ（

Q

，

一

α1，

Q2

一

α1

，

…，

　

Qn

−

an）

＝

0

…・

…・

…・

・

（1） 　こ こ に _｛

Ql

−

IQ1

，

　

Q

，

，

…，

Q

_諾は

_，

部 材の

一

_{般 化}力で あ り， 本 解 析で は軸 応 力と曲げ応 力を考慮 し

，

降 伏に及ぼ す せん 断 応 力の影 響は無 視す る

。

ま た，

iaiiial

，　ab

…

， 婦「 は

，

降 伏 曲 面の中 心 点の総 移 動 量であ る

。

　こ の降 伏 曲 面の移 動に よる_変位増分

1

 α｝＝

1

_δa1 ，δα、

，

…，

δ婦7 は， H

，

　

Ziegler

の提 案によ り 　　 　

icra

｝

＝

δμ

IQ

−

a_ト

・

・

一一・

・

r・

− r・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

_（

2

_） 　こ こ に_， δ_μは正の_実数で増 分 間に_{応 力 点}が

，

ひ きつ づ き降 伏 曲 面 上にとどまっ てい る次の条件式 に よっ て求 め られ る

。

　　 　

1

φ円δ

Q

一

δalt

：

O

…・

…・

…・

…・

…・

…・

…・

・

…・

…

_{（3 ）} 　こ こ に

lill

＝

1

∂φ／∂

QI−

1

∂φ／∂

Q1．

∂ φ／∂

Q

，

，

… ，

∂φ／ ∂

Q

ボは

，一

般 化塑性ひずみ増 分で あ り塑 性 流れ 法則に よ り 降 伏曲面の外向き 法線ベ _{ク ト}ル で あ る

。

　ま た_， 部 材 端に お ける

一

般化 塑性 変 位 増 分δ_qρ _は

_，

Mises

の塑 性 流れ法 則に よっ て次 式で表さ れ る

。

　　 　

1

δq’ ｝

＝

δλ

1

∂¢／∂

Qi＝

δλ

ldil

・

・

…・

…・

・

…・

・

…

_∵

・

（4） こ こ

’

で δλ＞0である。 　 構 成 方 程 式 　

一

般 化 力の増 分，

一

_{般 化 変 位の増 分は} ， 部 材の両端で 弾 性 部 分 と塑 性 部 分に よっ て 　　 　

1

δ

Q

_｝

＝

1

δ

Qel

十

imQ

ρ ｝

・

…・

…・

……・

…

　

…・

・

・

…

　

…・

・

（5 _） 　　 　

1

δ（

il

＝

i

δ_qel十

1

δqP｝

……・

・

鹽

……・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

…

（

6

） 　また

，

弾 性 状 態にある部 材 端の

一

般 化 力の増 分と

一

般 化 変 位の増分の 関係は次式で表さ れ る。 　　 　

1

δ

Qe

_｝

竺

_［

Ke

_］

1

δqel　

7r…

　

r・

・

…

　

r・

_∵

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　_（7 _＞ こ こで・

K

・ ・

一

［

K

_KS『‘

K

∫， ‘ κジ」

］

囃 ・Tj

，

・… リ・ ク・ さ らに

，

ひずみ硬 化 係 数を

C

と して部 材 端の塑 性 変 位 増 分に よ る

一

般化力の_{増 分}は花 井 等3｝_{の提 案に基づき次} 式で表さ れ る

。

　 　　

1

δ

QP

｝

＝C

［

Ke

］

1

δqρ

1

…tt

・

・

・

・

……・

………・

……・

・

（8） 　以 上の関 係か ら， 弾 性変位増分によ る部 材 端

一

般 化 力 の増 分は次式で表さ れ る

。

　 　　

1

δ

Q

『

＝

16Ql

− C

［

Ke

］δλ

i

φ

1

・

…………

　

…・

…・

…

（

9

） こ こ に

1

φ

i

＝

1

∂φ／∂

M

，

，

∂φ／∂M，

，

　

O，

∂ φ／∂

NiJIT

であ る

。

（9 ）式を （7 ）式に代入 し て

，

（4） （6）式の 関 係 を 用い る と次 式が得ら れる

。

　　　

亅δ

QI

；

匚

Ke

］

1

δqI

−

（1

− C

）［Ke］

・

δλ

・

1

_φ｝

…・

…



一

…

（

10

） 　ま た

，

部 材 端

i，

j

にお ける弾 性 変 位の増分によ る

一

般 化 力の _{増 分}と降 伏 曲面 法 線ベ _{ク ト}ル の _直交性か ら次式 が得ら れ る。

　

　

　

［

1

φ、｝

00

｝φ丿｝

］

［

餐

i

：

餐

；

：

］

獻

1

：

黝

一

₁

_・

₁

　 　　　 　　　 　　　

…・

………・

……・

………・

・

・

…

（ユ

1

＞ こ こに

1

φ‘｝

，

1

両は そ れ ぞ れ

i

端

，

ノ端で の

一

般 化 力 状 態 に おける降 伏 曲面の外 向 き 法線ベ ク トル である

。

_（10 ）_， （ユ1）式よ り塑 性剛性マ ト リッ クス ［KP］を有する部 材 端

一

_{般 化 力の増}

翁

と部 材 端

一

般 化 変位の増 分との関 係が次 式のよ うに求まる

。

　　　

1

δ

Q

｝＝ ［Kρ_］

1

_δ

q

_｝

…・

・

…

　……・

_∵

・

・

………・

………

（ユ2_）

　

こ こ に［

KP

］は部 材 端 部の降 伏 状 態に対し て

4

つ の _異 なっ た形を と る塑 性 剛 性マ ト リッ クス で あ る （付 1参 照）

。

　

2．

3

筋かい材の剛 性マ トリックス 　 （1 ） 弾 性 剛 性マ トリックス 　弾 性 時の剛性マ _{ト リッ}ク ス は_， 軸 力と軸方向変形の _関 係か ら下式で表さ れ る。

　

　

　

畷

卜

擘

_［

1　

−

1

−

_{1　 1}

］

隴

：

｝

・

…・

・

・

… 3・ 　ここ で

E

：ヤング係 数， 」：筋かい部 材 長

，

As ：筋か 　 　 　 　 い断 面積

，

δU ：増 分 変 位

　

（2 ）

　

塑 性

剛

性マ トリックス

　

塑性時の_剛性マ _{トリッ ク}ス は， 弾 性剛性マ ト リッ クス に基づ き下 式で表さ れる。

　

　

　

開

・ ・

剄

11

∵

］

鷹

：

…・

… 4 ・ 　こ こ で ρe ：_{塑 性 時}の剛 性 低 下 率

　

本解析では

，

筋かい の剛 性 低 下 率 を

，

繰 返し加 力時の 履歴復元力特 性の接 線 剛性か ら評 価す る ものと す る。 　履歴復元 力特性は

，

若 林

，

柴 田らによっ て定 式 化さ れ た実 験 式2） を採用 す る。 定 式 化さ れた耐 力 曲線は

，

単 調 載 荷 時と 繰 返 し 載 荷 時では異なるが

，

こ こ で は処 女 座 屈 以降の繰 返し特 性を対 象と して い る の で繰返 し載 荷 時の 耐 力 曲 線に従 う もの とす る

。

し た が っ て

，

処 女座屈 時の 最大耐 力は考 慮さ れ な い

。

一

₄₅

一

　

2．

4

接 合部パ ネルの剛性マ _トリックス 　（1 ） 弾 性剛性マ ト リックス 　 弾性 時の剛 性マ ト リッ ク スは

，

下 式で表 さ れ る

。

　 　　δMP

；

4BD 診

G

δψ

…………・

・

・

…

　

…・

…・

…・

…・

（

15

） 　こ こ で　 2B ：パ ネル幅

，

2D ；パ ネルせ い ，　M 尸 ：パ 　 　 　

’

ネル モ

ー

メ ン ト

，G

：せ ん断 弾 性 係 数

，

　 t：パ 　 　 　 　 ネル厚 　 （

2

）塑 性 剛 性マ トリック ス 　塑 性 時の剛性マ ト リック ス は

，

下 式で表さ れ る。 　 　　δ

MP ＝4BD

　

tp

_ρ

G

δψ

…・

………



……・

・

………・

（16） 　こ こ で Pp：剛 性 低 下 率

，

　op：せ ん断 変 形 角 　

3．

実 験 結 果の シ ミュ レ

ー

ション 　

3．

1

　 は じめ に 　こ こで は

，

2章で述べ た弾 塑 性 解 析 法の妥 当 性を検 証 す る た め， 前 報 （その 1）の K型 筋か い付 鉄 骨 骨組の繰 返し載荷実験 結 果の シミュ レ

ー

ショ ン解析を行っ た。 そ して実 験 結 果と解析 結 果を 比較 検討 し， 考察す る と と も 表

一

1 解 析モデル諸 元 　 　 　 試 験体 部 位 項 目 MaINa2N α3 全 塑性モ

ー

メン ト（Mp）t

●

cm2794

．

42794

．

4Z794

，

柱 降 伏 軸 力

・

〔Np）　 　 　 to“ 35523562356

．

2 全 塑性 モ

ー

メ ン ト_（Mp）t

・

cm395 ア

．

5395763957

．

6 梁 降 伏 軸 力1〔Np）　 　 　　 ton23B

．

623B

．

623B

．

6 巾　 　 　 　cm95

．

8 トlo

．

oZ8

．

0 上部 梁中 央パネ

ル

せい　 　 　 　cm44

．

o44

．

044

．

o 筋か い 降伏軸 力　 　 　 ton1351204

．

5135

．

1 表一 2_{繰 返し変 位 載 荷 条件 （シ ミュ レ}

ー

_ショ ン解析 ） サ イク

ル

No

．

＝1 士2r

・

土 ， 士4r士5 士5

卿

±7 土日 止9 層ll旨陵圧彡ゴ

「

IR

＝

1／30D

‡

1〆20D

＝

1／100 士且〆50 土 レm 層 隅咬 1「

・

．

δ　 〔

 

1 ±　L17 士　1

．

75 よ　3

．

50 士　7

．

oo 土1167 繰 返L 数　n 12221L ／2 H

−

456　 　 　 H

−

456 5

」

　　 　 　

ロ

ロ

ロ

“

_虜

_も

_早

8 鴇 受 　 　 　

工

4450 図

一

1　シ ミュ レ

ー

ショ ン解 析モデル （NQ

、

2供試体の例

1

NfNp

一

1

．

D 　

門『曹

F門一一

■

一

一一

；T

．

T2 lo 　 　 　 a 　 　 　 　 b 聖L憐

一

＿

　 　 　

．

0

−一一一

一

一g

　 MIMp

一

1

．

o 図

一

2　 柱

，

はりの初 期 降 伏 条 件

一 46 一

に筋かい接 合 部の固 定 度 を推 定 し

，

4章の解 析 的 検 討の 基 本 条 件と した

。

　3

．

2 解 析モ デル お よび解 析条件 　解 析モ デルは

，

実 験 条 件を考慮し て以下の ご と く設 定 し た

。

図

一

1は

，

実験供試体 （表

一

1）に対 応する解 析 モ デルの 諸 元 を No

．

2供 試 体を例に示し たもの で ある

。

モデルは柱

，

は り， 筋かい の他に接 合 部パ ネル を柱は り 接 合部お よび 上 部は り中 央 部に設 けた平 面 骨 組モデル で あ る

。

筋 かい はパ _ネル端 部に ピン接 合さ せ たが

，

実際は ガ セッ トプレ

ー

トお よびブ ラケッ トによる接 合であ り理 想的なピン支 持 状 態で は ない

。

　こ のよ う な筋かい の端 部 条 件が

，

ピン支 持 以 外の条件 下で の班 往 研 究と し て は若林， 松 井 等の実 験 報 告 5 ｝_が あ り

，

そ の_中で筋かい の 材 端 拘 束 効 果は有 効 座 屈 長 比と

一

次の相 関を 持つ と述べ _られ て いる

。

そ こ で本 検 討で は

，

筋かいの端部支持 条件の違いを有 効 座 屈 長 比の_{変 化}で考 慮して解 析した。 　モ デ ル の境 界 条件は

，

柱脚 部の左 右 両 節 点 をピン

，

V

一

ラ

ー

支 持と し た。 　加 力は

，

実 験と同じ条 件で行い _， 左右両 柱 頭に _等しい 繰返 し変位載 荷す る ものと し た （表

一2

参 照 ）

。

　柱

，

は り

，

筋 かいお よ び接合部パ ネル の降 伏 応 力 度 σy は

，

実 験 時の_{材 料 試 験 結 果}の_値一） を採用 した

。

_{鉄 骨}の ヤ ング係数は

，E ＝2100

　t／cmZ

_，

せ ん断 弾 性 係 数は

_，

　

G ＝

810　t_／cm2 と し た_。 ま た

，

_柱

，

は りの 初期 降 伏 条件は

，

図

一

2に示 すご と く各 象 限a

_，b

の

2

_直線12〕_{で近 似し}

_，

交 点の法 線ベ ク トル は簡 単の た め arb の いずれ かの法 線ベ ク トル を 取るもの と して いる

。

　柱

，

は りの ひずみ_硬化係 数

C

は_，

一

律0

．

02と仮 定し た

。

　3

．

3　シ ミュ レ

ー

シ ョ ン解 析 結果 　 実 験 結 果とシ ミュ レ

ー

ショ ン解 析 結 果の層せ ん断力

Q

一

層 間 変 位 δの関 係を比較して図

一3

に示す。 ま た

，

No ．

2供 試体に注目 し て

，

上部は り中央 部の 鉛直変 位の 比 較 を 図

一

4に

_，

層せ ん断 力

Q

と軸 方向変 位△の関係 を比較して_図

一

5に_示す。 以 上の結果か ら

，

次の こ と が いえ る

。

　 （1 ） 復 元 力 特 性と有 効 座屈長 比 　筋かいの_{端 部固定度}を等 価な有 効 座 屈 長 比 r と して 評価し た場合

，

ガ セッ トプレ

ー

ト形 式で は r

；O．9，

ブ ラ ケ ッ ト形 式では r

＝

0

．

7の解 析結果が実 験 結 果と良く

一

_{致してお り} ， 座屈 後の復元 力特性も2サイクル以 降 実 験 値と解 析 値が良く対 応し， 実 験で得ら れ た紡 錘 形の履 歴 曲 線 を 弾 性 除 荷 時の剛 性 低 下 を含めて良く追 跡 して い る

。

　ま た

，

各サ イ クル の_{最 大 耐 力}も処 女 座 屈 時を除き良く

一

_{致し てい る} 。 この こ と よ り

，

ガ セッ トプレ

ー

ト形 式は

，

材 端の 面 外 曲 げ 剛 性 が 小 さ く ピン 支 持 に近い_状況で あ

り

，

反 対に ブラケッ ト形 式は

，

材 端の _{面 外 曲}げ剛 性が大 き く 固定に近い状況であると推定でき る。

　

（

2

） 上部は り中 央 部 鉛直変位

　

上部はり中 央 部の鉛 直 変 位は

，

実 験 値に比べ _{解 析 値}が 大き く なっ て い る。こ れ は前報（その 1）で示し たよ うに_， 実験では引張 側 筋かい の下 端 部 ガセ ッ トプレ

ー

トが早 期 に引張降 伏し

，

引 張 筋か い の負 担軸 力 が低 減し

，

圧 縮 筋 かいの座 屈後 両者の_{負 担 軸 力}の差に よっ て生 ずる不つ _り 合 力が解 析に 比べ _{小さ く}

_，

_{は り中央 部の鉛直変位が小さ} 　 　 　 図

一

4 く なっ たもの と思わ れ る_。

一

_T2 δCcm） 圧 　 　 　 　館応力 度 に遠し た 時に禽 　 　 　 筋かいが_負担 す る_{水 平 力 ）} No

．

1 供 試 体 00 （ 5Q ー No

_．

_{2 供}試体

．

一

一

i

’

2 （cm ＞ Q 菖

一

守 　 　　

−　

　

　

一一

Q q〔DQC

　「

馳

1

！

．

耳　

．

圏

1

　．「

．

2　1 「　　 2loo ！

齟

　

　

凵

　

　

一

．

．

」

rrn

’

齟

L　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

−

　

　

　　

　　，」

　

　

　　

　　

　

　　

　1」

3

・

　3

F’

’

r

．

丶　

1

’

．

一

　

・

z

「

r

_一

_一

　

一

　

■

■

　

　

一

　

　

一

　

一

　

M

−’

皿　

　

一

ご

卩

齟

〜

・

5 ／ノ

泌

ご

卩

「

一

_．

．

_．

卩

「

一

5

一

4　 　 　

−

2

．

！

　　

「

　

．

r

・

／

74



_’

厂

， ’

躬

、

_嬲

　　

　

　　

’

　　

τ

卩

　

F

「

r

鶴

『

4

．

　 　 　 5　 　 　　 　 　 　　 10

一

一．

一

　

．

一

　’　

．

QD

‘

．

．

．

　

．

．

」

．

・

・

．

‘

．

「

　

　

　

　　

　「

ご

．

．

「

｛

．

」

_｝

　

齟

．

／

「

「

一

Ioo

一一

_一

_『

_’

_』

・

解_{析 値} 実 験値

一

i ．

一

．

r．

苧

f

」

−

QC

｝

’

．

F

　 12 δ〔_{cm ）} 　 　 　 No

．

3 供 試 体 図

一3

　層せん断 力

Q一

層間変 位δの関 係 （実 験と解析の比較〉

8

上 部は り中 央 部 鉛 直 変 位 （No

，

2供 試 体 ：実 験 と解 析の 比 較 ）

バ

リ o 〔 5Q1 Q（ t） 　 　 　 　 　 　

一

1601 図

一

5層せ ん断 力

Q 一

軸 方 向変 位Aの 関 係 （No

．

2供 試 体 ：実 　 　 　 験と解 析の比 較 ） 　（

3

） 筋かい の復元 力 特 性

　

層せん断 力

Q

一

軸 方向変位 4 の 関係も， 実 験 値と解 析 値が大 略

一

致してい る。

　

以 上よ り本 解 析が， 座 屈 現 象お よびその後 不 安 定 挙 動 を追 跡し う るこ と を確認 した

。

　 4

．

K型筋かい_{付 鉄 骨 骨 組の設 計 と終局 耐力} 　4

．

1　 は じ め に 　

K

型 筋かい付骨組は

，

圧縮 筋か い の座 屈後引 張 筋 かい との_軸力の_不つ り合い

_か

_{ら上 部}は り中 央 部に 下方向の 力 が働き

，

上 部は りに鉛 直変位を引き起こす。 鉛 直変 位は 引 張 筋かいの水 平 力 負 担 能 力を著し く低下さ せ る ため

，

復元力 特 性に大き な影 響を 及 ぼ す。 この鉛 直 変 位の大き さは ；上部は り性 能 と筋かい性 能の_相関に影 響を受 ける こと が推測 さ れ る。 　し た がっ て その_{影 響}量 を定 量 的にと ら え るこ と が合理 的な_耐震設計を行うために不 可 欠である

。

　

特に発 電所本館 建 家の

K

型 筋かい付 骨 組は

_，

水平力の 大 部分 を 筋 かい が 負 担 するよう設 計さ れ てい るた め， 筋 か い断 面性能に 比較し

，

周 辺 骨 組 特に はりの断 面 設計時 の配 慮は不足 が ち と な る

。

　ここで は

，

上部は り部 材 性 能の影響を

．

と ら え る た め

，

本 館 建 家の_代表的な架 構 形 状 と考え ら れ る

3

種 類の骨 組 を対 象と し て上 部は り部材 性 能と筋かい断 面 性 能 をパ ラ メ

ー

タ と し た解 析を行い

，

両者の相 関 と 復 元力 特 性の関

一

₄₇

一

匿

［

　 　 　 　 O 頃

門

区

コ

圜

EifWfi

巴

蟄

ESivel

基 本モデル_A モ_デルB 　 　 　 　 図

一

6　解析モデル モデルC 表

一

3 基 本 解 析モデル A

，

B

，

　C の 諸 元 　 　　 　　　 　 項 　 旧 澗：_く

・

_断

「

_lflr A瞥 　cm2As 　  2lx 　 

■

MPton

_・

cmNp 　ton 　 　　 　　柱 H

−

200×200x】4x28132 星520 」68705

．

124859317

．

2 　　　　 梁 H

−

456Xl50 ×9Xl686

，

艮538

，

1528959

，

3505

．

2206

，

8 　 　　 　　　 　 項 　 目 モ デ ル A 　cm饗 1 　 

層

l 　C

隅

N 　ton モデ

ル

　A44

．

3893

．

5414

、

7106

．

3 筋かい モデル　B44

．

31216

．

4483

．

6106

，

3 モデル C44

．

38 艮5

．

3396

．

1106

．

3 表

一

4　解析ケ

ー

ス

ー

覧 （パラメ

ー

タの_変動 幅 ）

パ

ラメ

ー

ク 基 本モデ

厂

レ

に吋し て変化さ せたパラ メ

ー

ダ L　 部 　 梁 　 性 能 敏

，

か い性 能 モ 　デ

ル

せ ん慚

’

断 面汽

’

［ 断llll

．

次モ

ー

メント 令_烈性モ

ー

メ ント 鞫II‡ヒ　 比 ll欲 催 大 ∫1とk ‘1走入 80cm

「

750000

。

m57500D

匸

・

cmi30 A

，

B

，

　

c 〜 〜 5 〜 jl

こ

　 　 憩 1

鬮

誕小 llと小 11と小 ll≒小 30

じ

m

『

10000

囓

m

°

looo【

・

聖

囲

30 係 を 明らか にする

。

さら に検 討結果に基づいて

K

型 筋か い付 骨 組の実 用 的な設計指標お よ び終局耐力 評 価 法 を導 くもの である

。

　 4

，

2 解析モデル の設 定 　 解析モ デル は

，

基 本 形 として図

一

6に示 す 3種 類の形 状を有す る

K

型筋かい付 鉄 骨 骨 組で

，

階 高

h

とス パ ン 長

L

の _{関 係}と して_{， 実 際}の本 館 建 家で採 用されて いる もの を設定し た。 基本モ デル

A

，

B

，　

C

の柱

，

は り

，

筋 か い諸元 を表

一

3に示 す

。

なお

，

基 本モ デル A はすで に 実験等によ り その_特性の明ら か なNo

．

1供試体と対応 し ている

。

解 析に際し

，

以 下の仮 定を設け た。 　

i

） 筋か い は ピン接 合と し有 効 座屈長 比 r は

．

シ 　 　　ミュ レ

ー

シ ョ ン解 析結果 よ り r＝

O．

9_を採 用_する

。

　　

（実 際の建 家の 筋 かい接 合 部はほ と んどガセ ッ トプ 　 　 　レ

ー

ト形式が 用い られ てい る）

。

また

，

曲げ剛 性は 　 　 弱軸で評 価 し， 座屈は構 面 外に起る もの と す る

。

　 の 　モ デル は柱， は り， 筋かい か ら成る平 面 骨 組と 　 　 す る

。

　 iii

）鉄 骨の 降 伏応 力 度σy は

，

σy

＝

2

．

4　t／cm2 と す る。 　以上の解 析 仮定に基づ き， 左 右柱頭に等しい繰 返し変 位 載 荷をか け て解 析を行っ た

。

　解 析ケ

ー

ス は

，

表

一3

の各基 本モデル

A ，B ，

　

C

の諸 元に対し上 部は り性 能の せ ん断 断 面

ac

　

A

。 ，断 面二次モ

ー

メン ト1

，

全 塑 性モ

ー

メ ン ト

Mp

お よび 筋か い の細 長 比 λを表

一

4に示 す範囲で お の お の独 立に変 化さ せ て パ ラ

一

₄₈

　

一

（

_＝

Q ご 　 α

【

、

崟 ぐ 掣 1 　 　 0　 1／200　1ilOO　 　 　 1／50 　 　 　 　 刷 問 費 形 角R 100 °_{断 面二次モ}

ー

_{メントのvave} 　 　 　 　 （1｝ 80 0 　 0

　

0 6 　 4 　 2

ー

（

5 ご α R 甃 ぐ 宰

枦

謹

蒙

≡

1

OO ● 口　a ▲ x 　 　 　 　 　工_小 　 60 　 觚 　 20

　

〔

_ロ

2

）

α R 善 健 宰 芯 　 　 　 R 　 O 　　　l／200 　1／100　　　　　　T／50 　 　 　 　層 悶資 形角 R 　 q 全塑 性モ

ー

メ ントの影 響 1oo ・ ‘

rX

°

昌

ヨ

　 　 　 ム ◎ 0● 口 △ ▲ Mp小 　 R 　 　 　 　0　　　1！20G　l／100　　　　　1／50 　 　 　 層閏変彫角R 図

一

フ 層せん 断 力

Q

層 間 変 形 角 R の_{関係 〔}モデル A

，

上部は 　 　 　 り性 能の影 響の検 討 ） メ

ー

タスタ ディを行っ た

。

　4

．

3

解析結果 　（1 ）上部は り部 材性能の

一

般 的 影 響 特 性 　まず上 部 はり性 能の

一

般 的 影 響 特 性をみ る た め

，

筋か い の細 長 比 λ

＝

83 （No

．

ユ供 試 体の λ〉の ケ

ー

ス に注 目 し た。 解 析 結 果の うちモ デル

A

を例に， 繰返 し載荷 時の 層せん断 力

Q

と層 問変形 角

R

の関係か ら

，

正 方 向 加 力 時の処 女 座 屈 時 （2

．

3で_定義し たごとく通 常の処 女 座屈 と は異な る），

R ＝

1／

200

，　

R ＝

1／100

，

　 R

＝

1／50に おけ る値 を プロ ッ トして図

一

7に示 す

。

　以 上の モデル A_， B_，　

C

の結 果か ら次の こ と がい え る。 せ ん断 断 面 積の影 響 ：

R ・

＝

1／200

−

1／50で若 干の差は み ら れ るが

，

有 意の差は ないといえ る

。

し た がっ て

，

せ ん 断 断 面積の_{復元力特性}に_与え る_影響は無 視しうる

。

断 面二次モ

ー

メ ン トの_影響 ：

R ＝

1／200

−

1／50 で その負 担せん断力が大き く異な り

，

復 元 力 特 性に影 響 を及ぼす こと が確 認さ れ た

。

特に

，1

が小さい 場 合 処 女 座屈時の 負 担せ ん断 力よ り も， 劣化す る傾 向 がみ られ る

。

全

塑性一

：R

＝

1／200

〜

1／50で そ の

負 担 せ ん 断力が大 き く異 な り

，

その 差 は 層間 変位 が 大な る程顕著とな る傾向が表れ てお り

，1

と同 様に復元 力特 性に影 響を及ぼ すこと が確認さ れ た。 　（2 ） 上 部は り部 材 性 能と復元力 特 性 　上記 （1 _）の_結果か らt 上部は り部材性能の う ち， 断 面 二次モ

ー

メン ト

1

と全 塑性モ

ー

メン ト

Mp

が 復 元 力 特 性に大き く 影 響 す るこ と が 分っ た

。

こ こ で は

，

以 上の 2 つ の_{要 因}に_{注 目}し， 定量的評価を行う

。

解析 結果 を整 理 す る に あ た り

，

以下の点 を考 慮し たe 実在

H

鋼の

1

と

M

（

Z

）の相 関につ い て 　 H鋼の ∬と M。につ い て下 式で そ の相 関を表す と

，

そ の相 関 係 数 α は

一

般に 1

．

0くα〈1

，

15の範 囲に収ま る。

　　　

・

− Zp

・

｛

チ

／

∬

・

…・

…・

・

…・

・

…・

・

一 ……・

…一

・

（17） 　こ こで

Z

ρ：塑 性 断 面 係 数，

H

：

H

鋼の せい 　し た がっ て ， 全パ ラメ

ー

_{タ解 析 結 果か ら}

_，

_{大 略この範} 囲にあ る ケ

ー

スを選 び出し検 討の対 象と す る

。

基準耐力の算定と耐 力特性 　筋かい付 骨 組の終 局 耐 力は

_，

通 常 周辺 骨組の負 担せ ん 断 力 と 筋 かい の負 担せん 断 力の和で表され る

。

しか し， 両 者の和と し た 場合

K

型 筋かい付 骨 組の特性は， 層 間変 位の大き さ お よび上 部は りの変形の大き さによ り両 者の せ ん断 力分担 割 合が変 動し て複 雑とな り上 部は りと筋か い の相 関の究 明 を 難しくする原因 とな っ て いる

。

　そこ で

，

筋かい の み の負 担せん 断 力に着 目し

，

層 間 変 形 角 R

＝

1／100

_．

程 度の レ ベ ル を終 局 時の変 形の 目安とし て考え

，

本 解 析 結 果の層せ ん断 カ

ー

層 間 変 位の関 係か ら

R ＝1

／100の変形 レベ _{ルの筋かい負担分の耐 力と その特} 性を明ら かに す る

。

　 耐 力 特 性を示す指 標と して

，R

・・1_／

100

_にお け る_筋か い_負担せ ん断 力

Q

。を基準 耐 力

Q

，で割っ た下 式で表さ れる指標 a を考える

。

　　 　α

＝

Q

．

IQ

，

・

……・

・

……・

∴

……・

・

……・

…・

……

（18 ＞ 　 基 準 耐 力

Q

，は

，

圧 縮 筋かい の座 屈 荷 重 N。の水 平 方 向 成 分の 2倍と し て評 価する。 こ こで座屈 荷重 Nc は

，

若 林

，

柴 田によ る繰 返し時の_筋かい耐 力 曲 線にお け る座 屈耐力で， オイラ

ー

荷重

iVE

と引張 降伏軸力

Ny

との関 係か ら 図

一

8を用いて簡 単に求まる ti 　また_， 部 材 断 面に係る_{設 計 指 標 ξ}は図

一

9に示す ご と く上 部は _り中 央に鉛 直下 向きの 力が加っ た時の上 部はり 曲 げ耐 力を筋かい材の頂 部に鉛 直上向きの力が加っ た時 の 引 張降 伏耐 力で割っ た 値 で

，

下式で表 さ れる

。

　

　

　

ξ

一8

鬻

L

_、

霧

_、

・

…

_∵

・

−7…………一・

一

（19） 　こ こ で

h

：は り／柱剛比

　

以上の_{無 次}元指数 α

，

ξ を用い て モデル A

，

B

，

　

C

の パ ラ メ

ー

タ解 析 結 果 を整 理し

，

図

一

10に示 す。 　 以上の結果 か ら 次の こと がい える

。

）

1L

　

ll

i

ゼ

』

11

｝

°

・

6

潔

・

・

4

辞

。 ・ 0 　12345578910 　 　 　 筋かい「1ゴ彪nf_／工Nf／Nv） 　 繰ゴ区し覗〜荷貼

・

の履 歴子夏丿O力牡

’

1

．

＃iに_{お け る}「甑F「r粫トr力 図

一

8　圧縮筋かいの基準座屈耐 力の算定 　 　 PG 　　　　　　 2P

ロ

N

／

＼

｝

L

−＿

＿

」

＿＿

」　 　」

＿

L

＿ 9

．

ヒ部梁醐 P

，

．

−

8〔2k＋3｝蜘 “s；h

・

い

弓1張ntJ」P

。

．

N

。

i

。

e 　 　 　 4k十3 　 　 　 L 　 　 　 　

、

ILLai

’

術 擦 ξtPc／PILl 　 　 　 8工2k

〒

3｝　 Zr

・

2 　 　 　 ξ

＝

　 　 　 司k十3　　八 H

・

ト

．

L 　 　 　 　図

一

9　 設 計 指 標 ξの考え方 架 構 形 状の影 響 MI

，

．

降r，こ毛

一

メ

ントZ

，

・

・

f

、

、

計

1

繍

1

「

燈

度 N 　

．

砺か い十11／JAI1

・

rI AI1：肪か い断 而 樋 il：

．

m

・

容

・

11

・

iu「乏

・

’」1

．

E 　架 構 形 状の大き く異な るモデル

A ，B ，

　

C

の解 析 結 果 は

，

同 じ細長 比 λ に対し て い ずれ も同じ直 線上に載る 結果と して得ら れた。 つ まり a

一

ξの 関 係は

，

架 構 形 状 に は無関係で あ る。 耐 力特性

，

設 計 指標お よび細 長 比の関 係 　耐力特 性， 設計指標お よび細長 比 の関係は以 下に示す 簡 単な関 係 とし て得られ る

。

　つ まり

，

同じ細 長 比で_{設 計 指 標 ξ を小}→ 大へ _{変 化さ} せ た場 合， 基 本 的に は 2直線で表さ れ る

。

例と し て λ

＝

：

83の ケ

ー

ス につ いて見ると， α と ξの関 係は図

一

_llに 示 すa＝ a_。

，

_ξ＝ 　

6

，で折 点 を持つ

bi−linear

型の 2直線で 表され る_。 　折点 ξ

；

　

e

_，よ り大きい範囲 （直線矼）は a の増 加 率が 急 激に鈍 化し

，

上 部は り性 能 を増 加させ て も耐 力の 向上 は そ れ程 期 待で きない

。

こ れ は

．

こ の範囲の骨

_緝

は

，

引 張 筋か いが引 張 降 伏に達し

，

すで に筋かい の性 能が最 大 限 発 揮さ れて いることに よ る。 　また

，

初 期こう配の直線

1

は細 長 比によらず 下 式で表 さ れる直 線と して近似さ れ

，

細 長比 λ の違い は第 2 こ う配の 直線

II

に表れる。 　　　a＝ 1

．

32_ξ＋O

．

4 　（直線

1

）

一 ・

……一 ・

……

（

20

） 　つ ま り折 点の _（a。

，

鉛 は 細 長 比 λに よっ て異な り

，

λが小さい程 早 期に第

2

こ う配に入 り

，

λが大き く な る に_従い_直線

1

上を 上方に

，

_直

Wt

　

ll

の_傾き を変えずに平行 移 動す る

。

し か し

，

直線

H

の こう配は非 常に小さ く

，

工 学 的に み て 0と仮 定して も さ しつ か え ないと思わ れ るの で

，

最 終 的に は耐 力 特 性

，

設 計 指 標およ び細 長 比の関 係

一

₄₉

一

2

．

1 斟 〃 特 性

「

α 力 笥 判 2

．

O 1

，

1 0

・

50 2

、

耐 1

・

丿丿 特 ff1 0

、

2

，

1

．

D　　 　 　 　2

．

O 　 I没嗣

．

指 標 ξ モデルA 3

．

0 　設lil指標 ξ モデル B e 2

．

0 　 　 　 1

．

52 　 耐 　 力 　 特 　 性　1

．

0 　 α （

Q

，

fQ

，） o 20 　 1

，

酬 丿∫ 符 t

’

Ia 　 1

．

e5 モデル　A 図

一

11 塵75

國

6gEO

＝

63 1 1

・

岡 丿 オ   o o

、

　 　 　 　 l段lrl

』

指 標 ξ α

一

_{ξ関 係}の概 念 （細長 比λ

；

83の 場合 ｝ 0

．

5 ・ 繝 ・ ・

（

8（2k＋3） 　 　 λ 1

．

2（144） 1

．

1（121） 1

．

0（100）　細 o

．

9_（81） 長 0

．

8_（64）上ヒ 0

．

7（49）　　イ系 0

．

6（36）　　数 1

．

　

．

訟

、

II指 標ξ モデルC 0

．

50

．

40

．

30

．

2

，

1 o

．

0

．

85　1

．

0 図

一

12 　 　 　 4k十3　An

・

_h

・

L 上部はりお よ び筋かい の設計 指 標 ZP

‘

e

）

喘

）

　 　 　 I次lrl寸旨標 ξ 　 　 　 　 モ デ ルA

，

B

，

　

C

図

一

10　耐 力特 性 α と設 計 指 標ξの関 係 は図

一

12に示す直 線

1

（

20

）式 と細長 比 λ に_依存す る 点 （a。， 鉛 の 関 係とし て得ら れ る

。

な お a。値と細長 比 λ は下 式の関 係で表 され る。

　　　

α o

＝

1

．

52

×v廊

・

・

…

　一・

・

・

・

・

・

…

　t・

・

tt・

−t・

・

・

・

・

…

　

（21） 　し た がっ て

，

筋かい の 断面が決ま りλが与え られ る と 折 点の指 標

e

，が図

一

12か ら求ま る

。

その時の設 計 指 標 ξがξ〈蟲な らば 上部は り性 能 を上 げる ことによっ て 終 局耐力は上 昇するが

，

ξ≧ _螽な らばすで に引 張 筋かい の_{耐 力}は十 分に発 揮さ れ る状 態にある。 　この こ とは

，

終 局 的に期 待す る耐 力を設 定す れば

，

α

一

_{ξ関係図を利 用す}るこ とによ り効率 的に筋かい の _{最 大} 耐 力 を発 揮 しうる 上部は りの_{断 面 性 能}を簡単に_決める こ と がで き る と と も に， 上部は り性能 だけで復 元 力 特 性お よ び終 局耐力を か な りコ ン トロ

ー

ル で き ること を示 して い る。 　 4

．

4　K型 筋かい付 骨 組の_{終 局 耐 力} 　 K 型 筋か い付 骨 組の終 局耐力につ いて は

，

若 林

，

柴 田5］ ら が その研 究 報 告の中では りの塑 性 化の機 構にっ い て考 察し

，

繰 り返しに伴う耐 力劣化 を予 測し得る耐 力 評 価 式 を導い ている

。

その中で著 者らの実 験 結 果を含め た実 験

一

₅₀

一

結 果との比 較 検 討を 行い“ その

一

般的な適 用 性を論じて い る

。

評 価式は工 学 的な意 味では耐 力を評 価し得る も の と思わ れ る が

，

著 者ら が注目 して い る R

＝

1／100程 度の 変 形レ ベ ル では実験 との対 応にば らつ き がみ られ

，

ま た 筋かい仕口条 件の_違いを表せ な い等の若干の_問題点を有 す る

。

し た がっ て

，

こ こ で は本 論 文で提 案し た r ξ指 標 を用い た簡 単な終局 耐 力 評 価 法 を示す

。

　

筋かい の_{終 局 耐 力}

Qe

は

，

上 部は り と筋かいの関係か らξが決ま り

，

（

20

＞式によっ て α を求め る_。

　

次に基 準 座 屈 耐 力

Q

、 をオイラ

ー座

屈 荷 重醜 ， 引 張 降 伏 軸 力 碗〒んσ_y を用いて図

一8

か ら求め る

。

な お

IV

． の算 定に際し筋か い の有 効座屈 長比 r は

，

シ ミュ レ

ー

ショ ン解 析 結 果に基づ き

，

ガセ ヅ トプレ

ー

ト形 式は r

；

_O

_．

₉

_，

ブラケッ ト形 式は r

＝

0

．

7を採 用 す る。 　以上の値 を用い て

Q

，は下 式の ご と く得る

。

　 　 　

QB

＝ _α〉〈（〜b

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

一・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

一鹽

・

（22） 　周 辺 骨 組の_{終 局 耐 力}

Qs

は

，

柱， は り両 端に塑 性ヒ ン ジ を仮 定 し た_{単純 塑 性 理 論}に基づい て独 立に_求め る。 　崩 壊 機 構に対す る

「

Q

，

・

は次式で求め られ る

。

　 は り が 剛 強 な場 合

　

　

　

命

イ

（

糠

／々

1

忽

：

⊇

 

：

：

・

…一 ・

・

…

（・3・ 　は りが弱い場 合 （下 限 値と し て_）

　

　

　

1

・・

一

｛

（2

誓

麟

／

憶

Σ

雛

・

一 ……

_（24・ 　 こ こで

Mc，

　

Mc

は は り

，

_柱の全 塑 性モ

ー

メ ン ト

　

以 上よ り

K

型筋かい_{付 骨組}の終 局 耐 力は

，

α

一

_{ξ指 標}か ら求 まる筋か いの耐 力と 周 辺 骨組の 耐 力の単 純 和と して 下 式か ら求まる

。

　 　 　

Q ；Qe

十

QF ・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…



tt・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

_（25_） 　な お

，

α

一

ξ指 標の妥 当 性を前報 _（その 1）の実 験 結 果 を用い て検 証して み る。 実 験 値の

R ；

1／100 に おける筋 かい の負担せ ん断力は No

．

1Qn ≒62

．

9t

，

　No

．

2Q ，

＝

87

．

8t

，

No．

3Qe ＝

76

．

7tである

。

これに_対して α

一

ξ指 標を用い て 得る筋かい の負 担せ ん断 力は

No．

　l　

Qs

＝

・

63

．

Ot

，

　No

．

2Q ，

；

_84t

_，

　No

，

3Qn

ニ

77　tとな り

，

実験 値 と 良い

一

致を示し て いる。 　以上の結 果か ら

，

本 提 案 指 標が 十 分な精 度を有す るも のであるこ と が確 認さ れ た

。

　4

．

5　上部は りの_{設 計}と_{設 計 指 標 ξ} 　火 力 発 電 所の上部は りの設 計に おける適 正な設 計 指 標 ξとし て， 著 者は ξ≧0

．

3 をユつ の 目 安と考え て いる

。

これは_， 骨 組 全体と して_{基準 座 屈 耐 力}

Q

_， に対 し て劣 化 型の_{特 性}に な る こ とを 避け る とい う ク ライテ リア に基づ いて 工学的に判 断し たもの である

。

つ ま りξ＝ 0

．

3の_時

，

（20＞ 式 より耐 力 特 性 α

＝

O

、

8と なる

。

α＝

0．

8

は

，

_{終 局} 時の_筋かい の _{負 担}せ ん断 力が

Qe

に_対して

O．

8

_倍と

20

％程度 劣化す ること を示 す

。

しか し

，

終 局時

20〜30

％ の_{分 担 率}を保 持して いる周辺骨組分 を加え る と骨 組 金 体 と し て は基 準 値に対 し て LO

〜

L2 倍の耐 力を持つ こと にな り

，

最低 限と し て基 準 耐 力に対して劣 化 型の特 性を 避ける ことが可 能で ある。

　

ち な みに実験供 試 体の ξ値は

，No ．

1_ξ

＝0．43，

　

No ．

2

ξ

＝

0

．

28

，No ．

3

ξ

＝

O

．

　43とな っ て お り

，

　

No ．

2_{供 試 体 が} 若 干 下回 っ て いる が大 略 良 好な値で あるとい える

。

　

5．

結　論

　

筋か いのせ ん断 力 分 担 率の大きい K型筋かい付 鉄骨 骨 組を対 象と し た解析 的 検 討 を通じ て_， 復元力特性に大き な影 響 を及ぼ す上 部は り と筋かい の断 面 性 能の関係を明 らか に し

，H

形断 面 材か ら成る鉄骨造発 電所建 家の

K

型 筋かい付 単 位骨 組の設 計指 標の考 察を行っ た

。

本検討 結 果 を要 約す る と以下 の と お りであ る。 　 1

．

　筋かい 材の端 部支持条件は

，

面 外 曲 げ 剛 性の小さ い ガセ ッ トプレ

ー

ト形 式 で は有 効 座屈 長比 r

＝

σ

．

9， 面 外 曲げ剛 性の大き いブ ラ ケッ ト形 式で は r

＝

0

．

7 とし た 場 合実験結果と良い

一

致が得られた

。

　 　

・

　 2

． ．

上部は り の部 材 性 能の う ち断面二次モ

ー

メ ン ト∬ と 全 塑性モ

ー

メ ン _トM ρの大き さ が

K

型 筋 かい付 骨組の 復元力特性お よ び耐 力に与え る影 響は非常に大きい。 し た がっ で

，

復 元 力特 性の改 善_， 耐 力の向 上 は 上_部は り の 断 面 性 能で効 果 的に行え る

。

　

3．

　

K

型 筋かい付 骨 組の終局時の筋かい_{負 担}せ ん断 力 は

，

上部はりと筋かい の断 面 性 能お よ び その相 対関 係に よっ て

一

義 的に決 まり

，

その関 係も今 検 討結_果か ら_図

一

12

に示す簡 単な無 次 元 指 標と して得ら れ た

。

　4

．

以 上の関係か ら必要な耐 力を得る骨 組の設 計 を 効 率 的に行うこと がで き

，

かつ復 元力特性およ び終局耐 力 の制 御 を上 部は り性能だ けで簡 単に行え るの で

，

使 用鋼 材の合 理 化や地 震 応 答 解 析 結果の設 計へ _{の フ ィ}

ー

ド バ ッ ク が容 易とな る

。

　 5

．

　火 力 発 電 所 建 家 を対 象と し た本 検討結果は

，一

般 の

K

型 筋かい付 骨 組へ の応 用も可 能と思わ れる の で今 後 さら に検 討を進めてゆ き たい、 　 謝 　 辞 　本 研 究の遂 行にあた り実験デ

ー

タ を使 用さ せ て戴きま し た東 京 電 力 （株）技術開 発 研 究 所に_{感 謝}い たしま す

。

ま た本 論 文の作 成に あ た り東電 設計 （株）青 柳 隆之氏

，

鹿 島 建設（株 ）森 川 博 司

，

竹 中 康 雄 氏に は有 益な る批 判と助言 をい た だいた

。

各 位に心か ら の謝 意を表す もの であ る。 　 付1 　塑 性 剛性マ ト リッ ク ス _［K

ρ

_］は次の 4つ の_{降 伏 状 態}に対してそ れぞれ異 なっ た 形 を と る

。

　i＞部 材 端i

_，

ノがと もに弾性 　ii　） 部 材 端 i_{が弾 性}

，

_{部 材 端 ノが塑 性} 　

ii

　_{） 部 材 端} iが塑 性

，

部材端 ノが弾 性 　

D

　部 材 端 i

，

ノが ともに塑性 　以下に部材端 iが弾 性

，

部 材 端 ノが塑 性の場 合 を例に塑 性剛

一 51 − ．

性マ トリッ クスを導 く

。

　部 材 端 iが弾 性な ので Oλ，

＝

O

，

部 材 端 ノが塑 性なの で δん≠0 の条件と な るe こ の条 件 を （11） 式に代入 し δλ

，

一

を求め る と次 式の よ うにな る

。

　

　

　

…J

「

。

諾

］

1

，］［・，，

　

・

S

］

12g

：

得ら れ たδλ丿を （10）式に代入 する と 塑性 剛 性マ トリッ クスは次のよ うに_求ま る

。

　　　　　　　 ［κ詈丿］

1

φ，｝｝φ，｝

『

［

Kf

‘〕 　　　 ［κ幻

＝

［

Kf

‘］

一

（1

− C

） 　　　　　　

1

φ∬ 〔κ_∫丿］｛朔 　　　　　　　 匚鰐 訓φ訓φ濯 ［K制 　　　 ［

K

ヲ‘］＝ ［κ∫‘］

一

（1

− C

＞ 　　　　　　

1

φ諦7［

KX

］｛φ」 　　　　　　　 ［

KS

］

liPj

｝

1

φノ｝ T ［K∫∫］ 　　　 ［

Kb

］ニ ［

K

_『 ，］

一

（1

− C

） 　　　　　　

iiPIT

［KS，］

1il

／ 　　　　　　　 ［KX ］

1

φ訓φプ｝ 「 ［κゴ丿］ 　　　 ［κヲ，］

＝

［

K

∫」

一

（1

− C

） 　　　　　　

1il

｝T［Kゴ丿］

1il

，

1

他の 状 態に対し て も 同様の方 法で求まる

。

参考 文献

1｝H

．

Ziegler：AModlfication　of 　Prager

’

s　Hardening　Rule

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　　Ω

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　Vol

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　No

．

1

，

1959

，

　_pp

．

55

−

65

2） 柴田道 生

，

中 村 　 武

，

若 林 　 実 ：鉄 骨 筋か い の履 歴 特 性 　　の定 式 化 〔そ の1 定式 化 関 数の誘 導）

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日本建築学 会論 　　文 報 告 集

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第316号

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昭和 57年 6月

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24 3｝ 花 井 正 実

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賀 来 正 義

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松 藤

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昭和58年4月

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pp

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1

−

　 　 96 ） 若 林　実

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松 井 千 秋

，

三谷　勲 ：_{林 端}回転 拘 束を受け る 　　 鉄骨筋違い の繰返し弾塑 性 性 状に関す る研 究

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日本 建 築 　　 学会 論 文 報告 集， 第262号

，

昭 和52年12月

，

pp

．

83

−

₉₂ 7） 佐 藤 正二

，

津 川 恒 久

，

宮 下　丘

，

後藤 幸 義

，

森 川博 司

，

　　 竹中康 雄 ；筋 かい 付鉄 骨 骨 組構 造の耐震性に関 す る研 究 　 　 その 3

．

K型 筋か い付 鉄骨 骨組の水 平 加 力実 験シ ミュ レ

ー

　　 ショ ン

，

日本 建 築 学 会大 会 学 術 講 演 梗 概 集

，

昭 和56年9 　 　 月

，

PP

．

1959

−

1960 8｝ 津川恒久

，

後藤 幸 義

，

森 川 博 司

，

竹 中 康 雄 ：筋かい付 鉄 　 　 骨 骨 組 構 造の耐 震 性に関す る 研究 　その6

、

K型 筋 かい の 　　 復元 力 特 性に及 ぽ す 梁耐 力の影 響

，

日本 建 築 学 会 大 会学 　 　 術講 演 梗 概 集t 昭 和58年9月

，

pp

．

1433

−

1434 9） 後 藤 幸 義

，

吉 貝　滋：K型筋かい_{付 鉄}骨 骨組の終 局 耐 力 　　 に関す る検 討 （その 1｝1層 1ス パ ン平 面 骨 組の場 合

，

日 　 　 本 建 築 学 会 大会学術 講 演 梗 概 集

，

昭 和 59年 10月

，

pp

．

　 　 1463

−

1464 10） 後 藤 幸 義

，

吉 貝　滋：K 型筋かい付鉄骨 骨 組の終 局耐 力 　　 に関す る検討 （そ の 2）2層 1ス パン_平面 骨 組の場 合

，

日 　　 本 建築 学 会大会 学 術 講 演 梗 概 集

，

昭 和59年10月

，

pp

．

　 　 1465

−

1466 11_）武 藤　清

，

遠 山幸三

，

後 藤 幸 義 ：K型 筋 かい付鉄骨造 発 　　 電 所 建 家の耐震 設計 法に 関 す る実 証 的研究 （その 1）K 　 　 型 筋 かい 付単位骨組の弾 塑 性 履 歴 特 性の実 験 的 検 討

，

日 　　 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集

，

第365号

，

昭 和60年10 　 　 月 12｝　日本 建 築 学 会：_鋼構造 塑 性 設 計指針

，

昭和55年2月

，

一 52 −一

SYNOPSIS

'

UDC:624.042.7:620.1:624.014.2;725.198

A

DEMONSTRATIVE

STUDY

OF

ASEISMIC

DESIGN

ON

A

LARGE

TURBINE

BUILDING

WITH

K-TYPE

BRACED

FRAME

Part

2

Design

of

K-type

braced

frame

and

its

ultimate strength

by Dr.KIYOSHI MUTO, Member of

Japan

Academy,

ary Member of A,I.J.,Dr.TSUNEHISA TSUGAWA,

jima

Corp. and YUKIYOSHIGOTO, Kajima Cerp., Members of A,I.

J.

The

puTpose of this study

is

toestablish a Tatlonal aseismic

design

method,

by

means of experimental,and analytical research, applicable to the

large

turbine

building

of a therrnal _{power plant,}which accomodates many

irnportantequipment likesteam turbines and

generators,

and incorporatesaseismic elements composed of

K-type

'

braced

frame.

'

'

'

.An

elastic-plastic analysis was performed on the

hysteretic

behavior

of

K-type

braced

frames

subjected to repe-ated horizontalload. The hystereticbehavior isIargelyinfluencedby the elastic-plastic behavior of theupper

beam,

because

the

brace

isunable to

ho]d

it's

full

strength when the

beam

_yieldin

bending

by the veTtical force caused

by

the

braces

unbalanced

force.

.

Parametric

stud{es were condueted taking notice of elastic-plastic

inteTaction

behavior

between the upper

beam

and

braces

to

develop

the

design

indicator

of

beams

and

biaces

and alse to _propose the ultimate strength

formula

for

K-type

braced

frame.

The

analysis results are summerized as

folLows.

'

_Interaction

_effects

_largely

_{concerned with the}

_hysteretic

_behavior

_{were cLarified}

_by

_easy

_design

_indicator

formuLa.

*

The

hysteTetic

propertyof the system

depends

much on the upper beam _performance such as mement of

ertia and _plasticmoment.

*

_The

_{ultimate strength}

_formula

_is

_derived

_herein

_{using the}

_design

_indicator.

* A forcerestoring characteristic and the ultimate strength are easily controlled

by

only the upper

beam

performance, hence, rational aseismic design _procedures are easily conclucted using the ploposed

design

indicator