（その１ラーメン骨組）

(1)

鋼構造骨組の柱梁耐力比が損傷集中に及ぼす影響

（その１ラーメン骨組）

正会員○中原寛章＊同友澤悟史＊同小川厚治*＊

2.構造-10.鉄骨構造

柱梁耐力比，梁崩壊型，損傷集中，魚骨形骨組，

１.序柱梁耐力比が，ラーメン骨組の地震応答に及ぼす影響に関しては,既に多くの研究がある')2).これらの研究の目的は，柱の塑性変形を抑制することと，全体崩壊形を実現し各層の層間変位角を一様化することの２つがある．しかし，既往の研究では，この２つの目的を必ずしも明確に区別せずに行われているものも多い．本報では，柱材の塑性変形性能が比較的大きい場合を想定し3)鋤,各層の層間変位角を一様化することだけを目的として，柱梁耐力比の影響を検討する．

2.解析骨組重層骨組各層ａ奴

最大層間変位角

部の重量と全重量の比である．

部材の剛性，耐力は，現行の耐震規定を参考にして以下のように設定した．

・振動特性係数Ｒｔ算定用の固有周期は，建物の高きに0.03を乗じた値とする．

・層せん断力係数は，次式のＡ２分布に従う．

Ａ,=念（３）

・柱の反曲点位置を部材中央と仮定し，柱と梁の剛比を１とすると，標準せん断力係数ＣＯが０２に対応する層せん断力が作用したとき，全ての柱・梁は１／400の材端弾性回転角を生じる．

・柱梁耐力比が１の基準骨組では，標準せん断力係数ＣＯが０．３に対応する層せん断力が作用したとき,全ての部材端が全塑性モーメントに至る．

・柱・梁の復元力特性は，いずれもbnmear形とし，

歪硬化係数は００２とした.解析では,Ｐ△効果を考慮している.また粘性減衰は剛性比例型を仮定し，１次の減衰定数を0.02とした．

ａ入力地震波入力地震波はlaO1からla20と呼ばれる，ロサンゼルスでの５０年間の発生率が１０％の２０波の地震群（１０／５０地震波群)，および，１a21から la40と呼ばれる，５０年間の発生率が２％の２０波の地震群（２／５０地震波群)，計40波を用いた．４０波の入力地震は，骨組の応答レベルを揃えるために，損傷に寄与する地震入力エネルギーの速度換算値ｖａｍが一定となるように，個々の入力地震動の最大加速度

を調整している．４層，８層，１２層各骨組に，３種類の入力レベルＶａｍ＝１．５ｍ/ｓ，2.25ｍ/ｓ，３．０ｍ/ｓ，

それぞれを用いて解析を行ったＶａｍが１．５ｍ/ｓの地震は現行の耐震規定の２次設計で想定きれている程度の大地震であり，Ｖａｍが2.25ｍ/ｓ，3.0ｍ/ｓの地震は現行の耐震規定の想定を超える大地震である．

の最大層間変位角などの地工

震応答値は，魚骨形モデル

によって近似できることは71テ

既に報告している５)．した」－

がって，本報では，図１に＝

示す魚骨形骨組を解析対象竺上

△’八

蜜 ^j層

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にする．層数Ｎは４，８， ^{図１解析骨組} １２の３種類とし，階高ん

を全層４ｍ，重量も全層同じとしている．

柱梁耐力比がγの骨組では,柱と最上層の梁の全塑性モーメントは基準骨組のγ倍(γ＝１～２）とし，

他の梁は基準骨組と同じとする．すなわち，解析骨組のｊ層の柱の全塑性モーメントＣｐＺ，２層の梁の全塑性モーメントＢｐｉは次式で表きれる．

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上式でＱｊはｚ層の設計用層せん断力であり，次式で表ざれる．

Ｑｊ＝CoRfAjcUiWT＝ＣＣＲ`J可Ｗｉ，（２）

上式でＷＭま骨組の全重量であり，ＣＵＩはｊ層より上

EffbctofColumn-to-beamStrengtllRatioonDamageConcentrationofSteelFrames

(Partl：MomentFrames）NAKAHARAHiroaki，TOMOZAWASatoslliandOGAWAKqji

－５９‐

(2)

4.解析結果図２はＶｂｌｍ＝１．５ｍ/ｓ，地震波laO1 を入力したときの，４層，８層，１２層骨組における各層の最大層間変位角Ｒｚが，柱梁耐力比γを増していくにつれ，どのように変化していくかを表したものである．γ＝１のとき，４層骨組では最下層で，８層骨組では６層で，１２層骨組では２層で，それぞれ最大層間変位角が大きくなっており，特定層で変形が集中している．変形が集中している層の最大層間変位角は，γの増大に伴い減少していくことがわかる．しかし，γを１．２までの増加きせると急激に減少するが，

それ以上γを大きくしても変化はほとんど認められな

る．図３は４層，８層，１２層の各骨組における,各層の最大層間変位角の最大値Ｒｍａｘと柱梁耐力比γとの関係を示したものである．図中の◇で示した点は，

,a０，から1a4Oの各地震波を用いたときの,γに対するＲｍａｘの応答値である.また’実線は，各骨組の応答値が対数正規分布すると仮定したときの中央値である．図４は，図３の実線で示した中央値について，柱

梁耐力比がγのときの値Rmaxγと柱梁耐力比が２の

ときの値RmaX2の比を示したものである.ただし，γ

＝２の骨組は柱が十分な耐力をもつ骨組と本報では考えている．

い、

４

柱梁耐力上上を大きくすることによって特定層への変形集３

中を抑制する目的は,全層に２

一様な変形を生じさせること

によって，最大層間変位角’

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各層の最大層間変位角Ｒｊ

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Rmaxを小きぐすることであ図２，

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（b)Ｖａｍ＝２．２５ｍ/ｓ (d)Ⅳ＝４，Ｗ,`＝２．２５ｍ/ｓ

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各層の最大層間変位角の最大値Ｅｍａｘ

１１．２１．４１．６１．８２

（c)Ｖａｍ＝3.0ｍ/ｓ

図４Rmaxγ／Rmax2

(9)Ⅳ＝４，Ｖ１２),,＝3.0ｍ/ｓ

図３

－６０‐

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(9)1Ｖ＝４，Ｖa,,L＝３．０ｍ/ｓ（h)Ⅳ＝８，Ｖ61,,`＝３．０ｍ/ｓ（i)１Ｖ＝１２，Ｖｔｌ",＝3.0.ｍ/ｓ（c)Ｗ,"＝３．０ｍ/ｓ

図５各層の最大層間変位角の平均値Ｅmean 図６Rmeanγ／Rmean2 図３，図４によると，γ＝１のとき，Ｒｍａｘは大きい

が,γの増大とともに減少し，γがある値を超えると Rmaxはほぼ一定の値となる．Ｒｍａｘが一定となるγ の値は，Ｖａｍが１．５ｍ/ｓのときは１．２，ＶｔＺｍが2.25 ｍ/ｓのときは１．４，Ｖａｍが3.0ｍ/ｓのときは１．５程

度である．

柱梁耐力比の増大に伴いRmaxが小きくなる現象には,各層の最大層間変位角が全体的に小きくなる場合と，全層の最大層間変位角が一様化することによって小きくなる場合とがある．図５は，各層の最大層間変位角の平均値Ｒmeanと，柱梁耐力比γとの関係を示したものである．ここで，最大層間変位角の平均値 Rmeanは，(4)式で示すように，設計用層モーメントＱｉｈｊを重み関数として定義している.

〃…臺図鶚=） ^（４）

図中の◇はγに対するＲmeanの応答値である.また，実線は，各骨組の応答値が対数正規分布すると仮定したときの中央値である．図６は，図５の実線で

示した中央値について，柱梁耐力比がγのときの値 Rmeanγと柱梁耐力比が２のときの値Rmean2の比を

示したものである．

図５，図６によると，Ｒｍａｘと同様にγの値が小さいときＲmeanは柱梁耐力比の影響を大きく受けており，γの増加とともにＲmeanは減少しほぼ一定の値になっていく．ここで，Ｒｍａｘ，Rmeanのいずれとも，

柱梁耐力比の増大にともない減少していく゛

各層の最大層間変位角の最大値ＥｍａＸを最大層間変位角の平均値Rmeanで除した値Rmax/Rmeanを，層間変位角の一様化に対する指標とする．ＲｍａＸの値が Rmeanの値に近付くことによって，すなわち，Ｒｍａｘ／

Rmeanの値が’に近付くことで層間変位角が￣様化する構造物，１から掛け離れることで変形集中が生じやすい構造物と考える．図７は各層の最大層間変位角の最大値／平均値,Rmax/IBmeanと柱梁耐力比γとの関係を示す.図中の◇はγに対するRmaX/Rmeanの応答値である．また，実線は，各骨組の応答値が対数正規分布すると仮定したときの中央値である.図８は,

－６１‐

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図７各層の最大層間変位角の最大値／平均値Rmax/Rmean 図8(Rmax/Rmean〃

（Rmax/Rmean)２図７の実線で示した中央値について,柱梁耐力比がγは図２にも認められる．

のときの値(Hmax/Ｒmean)γと柱梁耐力比が２のとき参考文献

１）中島正愛・澤泉紳一:鉄骨骨組の地震応答に及ぼす柱梁の値(Rmax/Ｒmean)２の比を示したものである．

耐力比の影響（その’；梁崩壊機構を形成するために必図７，図８によると，γの増大に伴いRmax/Rmean 要な柱梁耐力比)，日本鋼構造協会鋼構造論文集,第６巻

は小さくなっていくが,γがある値を超えるとRmax／第２３号，ｐｐ､１１７－１３２，１９９９．９

Rmeanはほぼ一定の値となる．RmaxjHmeanが一定と２)澤泉紳一・中島正愛:鉄骨骨組の地震応答に及ぼす柱梁

耐力比の影響（その２：柱の塑性化を許す鉄骨骨組の地なるγの値は，Ｖａｍが1.5ｍ/ｓのときは１．２，Ｖa、

震応答)，日本鋼構造協会鋼構造論文集,第６巻第23号，

が２．２５ｍ/ｓのときは１．４，Ｖａｍが３．０ｍ/ｓのときｐｐｌ３３＿148,1999.9

は１．５程度である．また，図６，図８を比較すると，３)中村敏治:充填型大口径鋼管コンクリート柱及び架構の Rmean，Rmax/Hmeanが柱梁耐力比によって受ける影力学的性状に関する研究，九州大学学位論文，1999.4

４)佐藤孝典・寺田岳彦・部立・西村拓也：粘弾性ダンパー響に極端な違いは認められない．

を用いた細柱制震構造（その３：細柱制震構造のコンセ以上述べてきたように,柱梁耐力比を増大きせるこプトと設計例)，鉄構技術(STRmEC)，ｐｐ６５－７１，

とにより，層間変位角が一様化するということに加20012

え,各層の最大層間変位角の平均値も減少する傾向が５)小川厚治･加村久哉･井上－朗:鋼構造ラーメン骨組の

あるこれは,柱梁耐力比を増大させると,変形集中鱒繍'１Wｉｆ舌;rWr欝壽会構造系論文報

層の過大な変形が小きくなるためであろう．その傾向

＊熊本大学大学院自然科学研究科大学院生＊GraduateSchoolofScienceandTeChnology,KumamotoUniv．

*＊熊本大学工学部教授工博＊＊Prof，FacultyofEng.，KumamotoUniv.，DrEng．

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（その１ラーメン骨組）

鋼構造骨組の柱梁耐力比が損傷集中に及ぼす影響