58-1
有限要素法解析による組積造建物の動的性能評価方法の検討
イラン
聖ス
ノス修遈院を対象として
横瀬 昂
序
ン 西部 東 ン州 建 歴
史的 組積造建築物，聖 ノ 修遈院 以 ，修
遈院 9 世紀 建設さ 以来，多く 震災 経験
，修復作業 経 日 姿 い ． 論文
， 限要素法解析 用い 動的解析 現 修
遈院 構造性能 把握 解析方法 検討 試 ．
固有値解析
2.1 解析 ルの概要
解析 汎用 限要素法解析ソ MSC Nastran1)
用い ．解析 現地調査 得 図
面 2) 作成 ． 面図 作成 解析
図1，図2 示 ．図1中A～D点 常時微動計測
観測点 あ ．解析 構造物 大局的 応答
把握 ，石 目地部 一体
，4節点 要素 ．基
礎 固定度 把握 充 無い ，底部 並進 3
方向 変 及 ，基礎 壁脚 境 水 2 方向 変
固定 ．
解析 入力 料定数 表 1 示 ． ン
係数 後述 固 値解析 求 ． ソン比ν
組 積造 建物 構造解析 一般 的 用い 値 3),4)
，質 密度 修遈院 補修用 石 測定
値 ．
限要素法解析 要素 複数 ッ 割
必要 あ ， ッ 解析結果 精
度 大 く影響 ． ッ 割数 対 解析結
果 十 束 確認 ， ッ
100～1000mm 解析 対 固 値解
析 行い， 割数 対 解析結果 変移 確認 ．
図 3 ッ 100mm 固 振動
数 各 固 振動数 除 結果 示 ．
， ッ 400mm以 あ ， 割数
解析結果 束 判断 ，解析
割数 決定 ．
2.2 固有値解析の結果
既往 研究 5) 行わ 常時微動計測 得 一次
固 振動数 固 値解析 一次固 振動数 合
2 解析 ル 単位：mm
1 解析 ル作成範
ポアソン比 質量密度 g/cm
3
要素数 節点数
石材 0.2 2.52 5,491 5,535 表1 材料定数
3 ッシュ分割数の検討
表2 固有値解析結果
東側外周塀と室 次 次 次
固有値解析 Hz 5.55 6.77 9.97
常時微動計測 Hz 5.6 6.7 9.3
58-2
う ン 係数 定 ．表2 固 値解析結果
，既往 研究 5) 得 東側外周塀 室 壁体面
外方向微動 比 図 4 示 ．凡
例 記 周波数 各計測点 主 固 振動数 あ
．一次固 振動数 5.6Hz 合わ 解析
ン 係数 定 結果， ン 係数 1,450N/mm2
．組積体 主 目地 使用さ 料
ン 係数 大 く異 6) ,7)， 目地 充填 十
く組積体内 間隙 多い場合 初期剛性 く
例 あ 8)． う 知見 修遈院 現状
照 合わ ， 研究 固 値解析 得
ン 係数 組積 料 ン 係数 ン 係数
小さ 値 十 考え ． ，
境界条件 実態 十 映 い い影響 解析
含 ， 検討 後 課題 あ ．
周波数応答解析 3.1 周波数応答解析の概要
周波数応答解析 ，異 振動数 対 構
造物 応答特性 把握 試 ．
料定数，支持条件 2.1節 様 あ ， ン 係
数 固 値解析 得 値 ．減衰定数 RD法
常時微動計測値 推定 ．荷 1Hz～
50Hz 0.5Hz間隔 単 加速度 与え，常時微動計
測 観測点 あ 節点 応答倍率 見 ．
， 解析 合わ 法 用い 行 ．
3.2 減衰定数の推定
RD 法 用い 自 振動波形 生
成 ， 減衰曲線 最小 乗法
ッ ン
減衰定数 推定 ． RD法
常 時 微 動 計 測 得
加 速 度 ワ
密度 求 ，卓越振動数
十 落 幅 ン
，減衰波形 生成
さ 手法 あ 9)．
図5 RD波形 示 ． ン 4.7
～7.3Hz 施 ， 合わ 波 数 2,000個 あ ．
推定さ 減衰定数 7.2％ あ ．
3.3 周波数応答解析の結果
東側外周塀 常時微動計測結果 図 4 ，解析
振動数 対 応答倍率 図 6 示 ．凡例
記 周波数 各計測点 主 固 振動数 あ ．常
時微動計測結果 EW方向 4.9～5.6Hz 顕著
見 ，解析結果 え ．
時 応答倍率 C点 66倍，D点 46倍程度
あ ，常時微動計測結果 比
概 近い値 得 ．B 点 常時微動計測結果
43.8Hz 見 ，周波数応答解析
得 ．解析 壁体脚部 変
完全 固定 い 対 ，実際 壁体脚部
風 ，石 崩落 ，隙間 い 箇所
あ ． ，固定度 弱 ，壁体 剛性
い 考え ．解析 局所的 剛性 高
く見 ，B 点 再現さ い
い 考察 ．
3.4 上部構造の応答
東側外周塀 B点付近 壁体脚部 損傷 解析結果
与え 影響 軽減 ， 部構造 応答 解析
．図７ EW方向 B点 対 C，D点
比 示 ．適 解析 作成 向
4 東側外周塀常時微動結果 5)
6 動的応答倍率
b EW方向
a NS方向
b EW方向
a NS方向
58-3
一資料 ，解析 3 ン 加速度
与え方 考え， B点 対 C，D点 応
答倍率 求 ．加速度 入力 置 図8 示 ．
ン1 前節 く底部全体 加速度 入力 ，
ン2 2階 全体 加速度 入力 ．
ン3 壁体 2階 直交 箇所 加速度
入力 ．
3.5 上部構造の応答解析結果
ン1～3 応答倍率 図9 示 ．凡例 記
周波数 各計測点 主 固 振動数 あ ．常時
微動計測 比 4.9～5.6Hz
見 対 ， ン3 概
え い ． ン1，2 6.5Hz付近
出 ，常時微動計測結果 あ ．
ン 3 室 井部 加速度 入力 場合
応答倍率 常時微動計測結果 対応 良
，屋根 剛性 剛床 ほ 高く
い 考え ．現地 聞 調査 ，
屋根 石 ，陶器 破片 敷 ，
防水処理 ンガ 敷 並 構造 い
．以 ，屋根 壁体 程度 剛性
い い 考え，屋根 ン 係数 変更
再度，周波数応答解析 行 ．
3.6 スラ を軟化させた ルの周波数応答解析の結果
壁体 ン 係数 1,450N/mm2，屋根 ン
係数 80N/mm
2
，B点 対 C，D点 EW
方向 応答倍率 解析 結果 図10 a 示 ．解
析条件 ， ン 係数以外 料定数や支持条件
変更 無く，加速度 底部全体 入力 ．屋根
軟 さ ，壁体 固定度 弱 ，5.0
～5.5Hz 見 う ，常時微動計測
結果 対応 く ． ， 時 地盤面
対 B，C，D点 応答倍率 図10 b 見 ，
屋根 ン 係数変更前後 解析 挙動
大 差 見 い． ，修遈院東側
外周塀 壁体 挙動 対 屋根 影響 小さ
く，壁体 屋根 一体 い い 推測
さ ．
7 常時微動計測結果 C/B D/B
9 上部構造の応答倍率
10 応答倍率 屋根スラ 変更後
a パターン1
b 地盤面に対する応答倍率
b パターン2 c パターン3
a B点に対する応答倍率
a パターン1 b パターン2 c パターン3
58-4
限界状態におけるベ スシ 係数の推定
組積造 脆性的 構造 あ ，構造体 入
耐力 失い， 進展 ，組積体 目地
破壊 後 自 傾斜復元力 一定 耐
力 維持 変形 進行 10)． ，構造
体 割 直 構造物全体 倒壊 わ
い． 研究 ，構造物 損傷限界
安全限界 設定 係数
算出 ． ン 組積体 面内載荷実験 11)
，損傷限界変形角 0.06％ ．解析 い
壁体 損傷限界変形角 遉 時 損傷限界
，解析 全 壁体 損傷限界変形角 遉
時 安全限界 定 ，壁体 損傷限界変形角 遉
時，壁体脚部 働く 断力 各壁体 積算 ，
建物 除 ， 係数 算出 ．
一般的 荷 増 解析 ，構造骨組 床 や
質点 水 外力 与え，部 剛性 応 配 ，
構造物 応答 解析 ， 解析 水 外力 与
え 箇所近傍 変形 集中 いう問題 あ
，解析 底部 加速度 入力 安全限界
加速度 大 さ 漸増さ いう方法 ．
NS方向，EW方向 係数算定結果 表3
示 ．両方向 面外変形 壁体 早期 損傷限
界変形角 遉 ．各方向 最初 損傷限界変形角
遉 壁体 図11 示 ．壁厚 薄い壁体や ン
長い開口壁 最初 損傷限界 遉 い ． ，
解析 4節点 要素 用い ，面
外変形 対 抵抗力 小さく， い 係数
算出さ ．壁体脚部 剛性評価 適 行う
損傷限界時 係数 昇 思わ
．安全限界時 係数 NS方向 0.30，
EW方向 0.31 あ ，Seismic design code12) 修
遈院 求 係数0.25 回 ．
，安全限界到遉時 最 変形 進展 い 壁体
NS方向 変形角0.54％，EW方向 変形角0.56％ あ
，壁体 心 支点 超え 変形 ，
壁体 傾斜復元力 維持 い 考え ．
まとめ
ン 聖 ノ 修遈院 対象 限要
素法解析 ，動的性能 評価 解析方法 検討 試
．得 知見 以 示 ．
1)固 値解析 定 修遈院東側外周塀 室 ン
係数 1,450N/mm2 あ ．組積体 要素試験結
果 考慮 概 妥当 値 考え ．
2)常時微動 減衰定数 7.2％ 推測 ．
3)周波数応答解析 ，壁体 共振時 応答倍率
求 ， 実状 即 解析 検討 行 ．
4)常時微動計測結果 周波数応答解析結果 比較 ，
壁体脚部 剛性 い や，屋根
壁体ほ 剛性 ，屋根 壁
体 一体 い い可能性 指摘 ．
5)修遈院 係数 損傷限界時 0.04 程度，
安全限界時 0.30程度 考え ．
謝辞
研究 遂行 あ ，文部科学省科学研究費補助金 基盤研究(B)，
課題番号：26303007，研究代表者：宮島昌克 助成 ．構造
解析 主 九 州大学情報基盤研究開発 ン 研究用計算機
利用 ． 尾 記 謝意 示 ．
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表3 ベ スシ 係数
11 最初に損傷限界に遉する壁体
ベースシア係数 損傷限界時 安全限界時
NS方向 0.04 0.30
