自己復原型骨組に関する解析的研究 [ PDF
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(2) 21600. 3600×6. 8000 9000. 26000. 9000. 2000. 図４ 解析対象建物軸組図. 6000×6. 寸法単位：m m. 36000. 耐力負担率を増加させると残留変形は大きくなり，. 図３ 解析対象建物梁伏図. 80W モデルにおいては SC モデルと RC モデルの差異は. 表１ 解析モデル一覧 フレーム部分 自己復原型 骨組. RC骨組. ベースシア係数 全体 制振壁 0 0.06 0.30 0.12 0.18 0.24 0 0.06 0.30 0.12 0.18 0.24. 制振壁の 耐力負担率 0% 20% 40% 60% 80% 0% 20% 40% 60% 80%. 図５ 制振壁構面軸組図. 殆どみられなくなる． モデル名称 6- SC- MRF 6- SC- 20W 6- SC- 40W 6- SC- 60W 6- SC- 80W 6- RC- MRF 6- RC- 20W 6- RC- 40W 6- RC- 60W 6- RC- 80W. ５ 動的解析 動的解析は Newmark のβ法（β＝ 1/4）によって行っ た．入力地震波は表２に示す観測波 5 波と模擬波 5 波 の計 10 波の最大地動速度を 50kine および 100kine に基 準化したものとした． ５．１ 最大応答層間変形角. ４ 静的解析. 各モデルの最大応答層間変形角の分布を図８に示す． １層 ２層 ３層 ４層 ５層 ６層 Rave＝0.005rad時 Rave＝0.01rad時. 図６には純フレームモデル（MRF モデル）と制振壁 の耐力負担率が 20％および 80％のモデルの各層のせん. 0.60. 断力と層間変形角の関係を示す．図中には平均層間変 の各層の耐力も併せてプロットしている．なお，グラ. 0.40. Qi/∑W. 形角 Rave ＝ 0.005（rad）時および Rave ＝ 0.01（rad）時 フの縦軸は各層の水平力 Qi を建物自重∑ W で除して 無次元化した値で表している．. 0.20. 0.0. SC 骨組においてはその構造上，最上層および最下層. 0. 0.5. 1. 1.5. においてのみ P C 鋼棒が曲げに抵抗する．そのため，. (a) 6-SC-MRF. 2. 2.5. 0. MRF モデル同士を比較すると，SC モデルにおいて大. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 層間変形角(×10-2rad.). 層間変形角(×10-2rad.). (b) 6-RC-MRF. 0.60. 変形時に中間層の変形が卓越する現象がみられる．一 モデルともに各層の層間変形角が一様化されているこ. 0.40. Qi/∑W. 方で，制振壁を組み込んだ場合は，SC モデルおよび RC とがわかる．特に，制振壁の耐力負担率の大きな 80W モデルにおいては制振壁の挙動が支配的となるため，. 0.20. 0.0. 各層の層間変形が一様化され，SC モデルと RC モデル. 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 0. 層間変形角(×10-2rad.). との間に挙動の差は殆どみられなくなっている．. (c) 6-SC-20W. 図７には静的繰返し解析から得られた履歴曲線を示. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 層間変形角(×10-2rad.). (d) 6-RC-20W. 0.60. す．MRF モデル同士を比較すると，除荷時に残留変形 残留変形が非常に小さく収まっており，SC 骨組のセル フセンタリング効果が明確に現れていることが確認で きる．. 0.40. Qi/∑W. がみられる RC モデルに対して，SC モデルにおいては. 0.20. 0.0. 制振壁を組み込んだ場合は SC モデルにおいてもや. 0. や残留変形がみられる．これは，早期に降伏する繋梁. (e) 6-SC-80W. を有する制振壁の影響であると考えられる．制振壁の 59-2. 0.5. 1. 1.5. 2. 層間変形角(×10-2rad.). 2.5. 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 層間変形角(×10-2rad.). (f) 6-RC-80W. 図６ 各層の荷重−変形関係. 2.5.
(3) は SC 骨組も従来の RC 骨組に比して不利な崩壊形式と ベースシア係数. 0.4. はならないと考えられる．. 0.2. また，制振壁の耐力負担率が増加するとともに最大. 0. 応答量が減少している現象が見て取れる．最大応答を. -0.2. 制御するためには，優れたエネルギー吸収性能を有す る制振壁の耐力負担率を大きくすれば良いといえる．. -0.4 -1.5 -1 -0.5. 0. 0.5. 1. 1.5. -1.5 -1 -0.5. 平均層間変形角(×10-2rad.). 0. 0.5. 1. 1.5. 平均層間変形角(×10-2rad.). (a) 6-SC-MRF. ５．２ 残留変形. (b) 6-RC-MRF. 各モデルの最大残留層間変形角を図９に示す．図に ベースシア係数. 0.4. は参考のため，各モデルの最大応答層間変形角を 1/10. 0.2. 倍したものも併せて示している．. 0. SC モデルにおいては，制振壁の耐力負担率の増加に. -0.2. 伴って最大応答量は減少するものの残留変形量は増加. -0.4. するという結果が得られた．これは，フレームの耐力. -1.5 -1 -0.5. 0. 0.5. 1. 1.5. -1.5 -1 -0.5. 平均層間変形角(×10-2rad.). 0. 0.5. 1. 1.5. 負担率が小さくなり，提案骨組のセルフセンタリング. 平均層間変形角(×10-2rad.). (c) 6-SC-20W. 効果が機能しにくくなるためである．一方で，RC モデ. (d) 6-RC-20W. ルにおいては概ね制振壁の耐力負担率の増加に伴って ベースシア係数. 0.4. 残留変形量が減少している．. 0.2. PGV ＝ 50（kine）とした場合には，制振壁耐力負担. 0. 率が小さい領域においては SC モデルは RC モデルに比. -0.2. して残留変形が著しく小さく収まっていることがわか る．しかしながら，制振壁耐力負担率が 60％になると. -0.4 -1.5 -1 -0.5. 0. 0.5. 1. 1.5. -1.5 -1 -0.5. 平均層間変形角(×10-2rad.). 0. 0.5. 1. 1.5. SC モデルと RC モデルの残留変形に大きな差がみられ. 平均層間変形角(×10-2rad.). なくなる．. (e) 6-SC-80W (f) 6-RC-80W 図７ ベースシア係数−層間変形角関係. PGV ＝ 100（kine）とした場合には，制振壁耐力負担. 図には入力地震波 10 波による解析結果の平均値を示し. 率が大きい領域においても SC モデルの残留変形は RC. ている．純フレームモデルにおいては，SC モデルにお. モデルよりも小さく収まっており，提案骨組のセルフ. いて２層∼３層の変形が卓越しており，PGV ＝ 100kine. センタリング効果が有効に発揮されているといえる．. とした場合には RC モデルよりも最大応答量がやや大. 5. おいては各層の層間変形角を一様化する機能を有する. 4. 層. 要素が必要となることがわかる．一方で，有壁モデル. RC-MRF RC-20W RC-40W RC-60W RC-80W. SC-MRF SC-20W SC-40W SC-60W SC-80W. 6. きくなっている．静的解析の結果と同様に，SC 骨組に. 3. においては概して SC モデルと RC モデルとの間に応答. 2. 値の大きな差は見られず，制振壁を組み込んだ場合に. 1 0.0. 0.50. 1.0. 1.5. 2.0. 2.5. 0.0. 表２ 動的解析に用いた地震波一覧. 模 擬 波. PGV (cm/sec) 38.2 40.7 37.3 92.6 18.3 56.2 80.7 52.1 56.8 58.7. 1.0. 1.5. 2.0. 2.5. (a) SC モデル(50kine) (b) RC モデル(50kine). 継続時間 (s) 53.7 36.0 41.0 50.0 54.4 40.0 120 60.0 60.0 60.0. RC-MRF RC-20W RC-40W RC-60W RC-80W. SC-MRF SC-20W SC-40W SC-60W SC-80W. 6 5 4. 層. 観 測 波. PGA 地震波名 (cm/sec2) El Centro NS 342 八戸湾港 NS 225 東北大学 NS 258 JMA 神戸 NS 821 Taft N021E 153 313 横浜 BCJ-L2 356 JSCA 八戸 (EW) 438 JSCA 東北 (NS) 350 JSCA 神戸 (NS) 470. 0.50. 層間変形角(×10-2rad.). 層間変形角(×10-2rad.). 3 2 1 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 層間変形角(×10-2rad.). 5.0. 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0. 層間変形角(×10-2rad.). (c) SC モデル(100kine) (d) RC モデル(100kine) 図８ 最大応答層間変形角の分布. ※PGA，PGVは原波の値を示している. 59-3.
(4) 残留層間変形角(×10-2rad.). 力度は断面の諸量（例えば，PC 鋼棒プレストレス値や. 0.2 ※最大応答変形角は 1/10倍表示としている. ※最大応答変形角は 1/10倍表示としている. 配置形状）に影響されるため，本解析の結果のみによっ. 残留変形角 最大応答変形角. 残留変形角 最大応答変形角. て一概に骨組の許容応答量等を設定することはできな. 0.15 0.1. いが，提案骨組は設計時において PC 鋼棒に作用する引 張応力度に対して十分注意する必要があるといえる．. 0.05 0. 0. 20. 40. 60. 80. 制振壁耐力負担割合(％). 0. 20. 40. 60. ６ 結論. 80. 制振壁耐力負担割合(％). 本論では，フレームを自己復原型骨組および従来の. 残留層間変形角(×10-2rad.). (a) SC モデル(50kine) (b) RC モデル(50kine). RC 骨組の２通りで設計した制振壁を有する建物モデル. 0.8 0.7. ※最大応答変形角は 1/10倍表示としている. ※最大応答変形角は 1/10倍表示としている. 残留変形角 最大応答変形角. 残留変形角 最大応答変形角. 0.6 0.5. の数値解析を行い，両者の比較検討を行った．得られた 結論を以下に列記する．. 0.4. 1) 自己復原型骨組は，制振壁と組み合わせることによ. 0.3 0.2. り各層の変形が一様化され，従来の RC 骨組と同程. 0.1. 度の応答を示す．. 0. 0. 20. 40. 60. 80. 制振壁耐力負担割合(％). 0. 20. 40. 60. 2) 自己復原型骨組は，従来の RC 骨組と比して残留変. 80. 制振壁耐力負担割合(％). 形が小さく収まる．. (c) SC モデル(100kine) (d) RC モデル(100kine) 図９ 最大残留層間変形角の推移. 3) 制振壁の耐力負担率を増加させた場合，地震時の最 大応答量は自己復原型骨組および従来の RC 骨組と. ５．３ P C 鋼棒に作用する最大引張応力度. もに減少する．. SC モデルの PC 鋼棒に作用する最大引張応力度を図. 4) 制振壁の耐力負担率を増加させた場合，地震後の残. １０に示す．図には参考のため，JIS 規格による PC 鋼. 留変形量は自己復原型骨組においては増加し，従来. 棒（C 種）の降伏点下限値 1080（MPa）および引張強. の RC 骨組においては概ね減少する．. 度の下限値 1230（MPa）も併せて示している．. 5) 制振壁の耐力負担率が小さい場合，PGV＝100（kine）. 制振壁の耐力負担率の増大に伴い，PC 鋼棒に作用す. の極大地震時には提案骨組の PC 鋼棒に作用する引. る引張応力が減少していることがわかる．これは，高. 張応力度が降伏点に近くなる場合がある．. いエネルギー吸収能力を有する制振壁の耐力負担率が. ＜参考文献＞. 増加することによって，建物の最大応答量が抑えられ. 1） 崎野健治，上枝豊，日高桃子：転倒降伏耐震壁に関す る実験的研究，日本建築学会構造系論文集，No.584，. るためであると考えられる．PGV ＝ 50（kine）程度の 地震時には PC 鋼棒の挙動は弾性範囲内に収まってい るが，PGV ＝ 100（kine）の極大地震時には，制振壁の. pp.177-184，2004.10. 2） 日高桃子，崎野健治：転倒降伏耐震壁の 1 層部におけ るせん断性状に関する実験的研究，日本建築学会構造 系論文集，No.586，pp.163-170，2004.12.. 耐力負担率が小さい領域において PC 鋼棒に作用する 引張応力度が降伏点に近くなっている．. 3). 損傷制御とセルフセンタリング機能に特化した提案 骨組においては PC 鋼棒の破断は勿論のこと，降伏につ いても許容すべきではない．PC 鋼棒に作用する引張応. PC鋼棒引張応力度(MPa). 築学会構造系論文集，No613, pp81-87, 2007.3. 4） Kawano, A, Griffith M. C., Joshi, H.R. and Warner, R.F,: Analysis of the Behavior and Collapse of Concrete Frames Subjected to Severe Ground Motion, Research Report. JIS G 3109による ＰＣ鋼棒（ C種） の 引張強度下限値. 1500. No.R163, Department of Civil and Environmental Engineering, The University of Adelaide, Australia, 1998.11.. 1250. 5). 1000 750 500. 0. 0. 20. 40. 60. 80. 制振壁耐力負担割合(％). (a) 50kine. 0. 20. 40. 孟令樺，大井謙一，高梨晃一：鉄骨骨組地震応答解析 のための耐力劣化を伴う簡易部材モデル，日本建築学. 会構造系論文集，第 437 号，pp.115-124，2002.8 6） Popovics, S.,: Numerical Approach to Complete Stress-. JIS G 3109による ＰＣ鋼棒（ C種） の 降伏点下限値. 250. 日高桃子，二木秀也，崎野健治：制振壁フレームの必 要変形能力と設計用応力に関する解析的研究，日本建. 60. Strain Curve of Concrete, Cement and Concrete Research, Vol. 3, pp.583-599, 1973.. 80. 制振壁耐力負担割合(％). 7). (b) 100kine. 図１０ P C 鋼棒に作用する最大引張応力度 59-4. 日本建築学会：鉄筋コンクリート造建物の終局強度型 耐震設計指針・同解説，1990.
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