Comprehensive Understanding on Continuous Column Effects and its Application toward Architectural Design
| Project/Area Number |
20K04783
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23010:Building structures and materials-related
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| Research Institution | Mukogawa Women's University |
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Principal Investigator |
田川 浩之 武庫川女子大学, 建築学部, 教授 (60422531)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 振動台実験 / 和風伝統構法 / 洋風在来工法 / 大黒柱 / 通し柱 / 動的安定性 / 最小固有値 / 瞬間固有値 / 弾塑性挙動 / ロッキング連層耐震壁 / 材料構成則 / von Mises則 / Drucker-Prager則 / 降伏曲面 / リターン・マッピング / 弾塑性整合接線行列 / 心棒効果 / 地震応答解析 / 崩壊メカニズム / 変形集中緩和 / 逆さ吊りシミュレーション / 建築設計 / 形態創生 / 有限要素法 / 耐震設計 |
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| Outline of Research at the Start |
多層建物を高さ方向に貫く柱材や連層耐震壁などの心棒は、地震外乱時にある特定層への変形集中を緩和し，層崩壊メカニズムを阻止し，建物全体に安定性を与える．この心棒効果は，定性的には広く認識されており，その重要性についても認識されている。ところが，個々のケースについては検討されているが，定量的，包括的に十分に解明されていない．現行の耐震設計規準でも、心棒効果は直接的には考慮されておらず、建築設計への適用も限られている．
本研究では，広範な入力地震動，懸垂式，互入式，ダンパー連結式など，様々な心棒の形式に対して時刻歴応答解析を実施し，心棒効果について包括的，体系的に解明し，建築設計や形態創生に応用する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は、実験ならびに解析の両面から、心棒効果に関する研究を進めて、各々論文に纏めた。
（1）振動台実験
大黒柱付きの和風伝統構法による軸組架構、通し柱付きの洋風在来工法による軸組架構の振動台実験を実施した。和風伝統構法試験体は、大断面の大黒柱を中央に配置し、貫で補強し、洋風在来工法試験体は、4本の隅柱を通し柱とし、筋交いで補強している。和風伝統構法試験体において、大断面の大黒柱は、軸組架構を高さ方向に貫いており、心棒効果が期待される。主な実験結果を以下に示す。1)筋交いありの洋風在来工法試験体は、非常に剛性が高く、JMA神戸波60%加振時の最大層間変形角は1.04%となった。2)筋交いなしの洋風在来工法試験体は、ホワイトノイズ波20%加振により推測される1次固有周期は0.461秒、最大層間変形角は7.84%となった。3)貫ありの和風伝統構法試験体の1次固有周期は0.271秒、最大層間変形角は2.83%であった。4)貫なしの和風伝統構法試験体の1次固有周期は0.401秒、最大層間変形角は5.03%であった。5)貫なしの和風伝統構法試験体と筋交いなしの洋風在来工法試験体の最大層間変形角は、5.03％と7.84％であり、大黒柱による心棒効果が明瞭に見られた。
（2）静的、動的安定性の観点からみた心棒効果
静定、動的安定性の観点から、串団子＋心棒モデルでの心棒効果について検討した。串団子、心棒モデル単体、串団子と心棒を連結させた串団子＋心棒モデルの剛性行列の行列式と固有値を求め、これらの静的安定性を評価した。心棒モデルはピン支持、完全固定した場合で検討した。全ての固有値、すなわち、最小固有値が零もしくは負になると、構造モデルは不安定になる。地震応答解析を行い、その時間刻みごとに接線剛性行列に対する固有値解析を行い、瞬間固有値を計算することで、地震外乱時の動的安定性について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は、実験と解析の両面からバランスよく、心棒効果に関する研究を進めることができた。具体的には、大黒柱付きの和風伝統構法による軸組架構、通し柱付きの洋風在来工法による軸組架構の振動台実験を実施できた。また、静的、動的安定性の観点から、心棒効果について定量的に評価することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで3年間に行った研究成果を学術論文に纏める。とくに、令和4年度に実施した振動台実験から得られた実験データをじっくりと細部まで検証し、実験結果を纏めて、論文で発表する。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
