履歴減衰機構を有する建築物の耐震・耐風設計の最適化

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455248
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 田村 哲朗 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (90251660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 嘉晃 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (40272702) ; 和田 章 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (90158684)
• Keywords: 耐震設計 / 耐風設計 / 最適化 / 履歴減衰 / 空力減衰 / 空力振動 / 弾塑性 / 数値解析

Research Abstract

大震災後、建築物の耐震設計に関して、新しい方向が生まれてきており、たとえば異なる材料特性を有する鋼材を組み合わせ、そのうち低いレベルで降状する鋼材の履歴によってエネルギーを吸収するという、履歴減衰機構を有する建築物が度々登場することとなり、その耐震性能に関する研究は今後大いに発展するものと思われる。しかしながら、耐震性能を優先させて設計された建築物が耐風性能上の優れているとは必ずしも言えない。特に、超々高層建物などの大規模構造物の場合、耐風設計上の要求が最重要となることも考えられ、材料特性ならびに変形性能が異なる鋼材を組み合わせて作った建築構造物の耐風安全性はどのように確保されるかという課題が生じることになろう。本研究では、履歴減衰機構を有する建築物を対象に耐震および耐風設計の両面から最適に行うことが実現できるよう地震時ならびに強風時の建築構造物の応答性状を種々の角度から検討するものである。
得られた成果は、以下の通りである。
1.強風時における建築構造物の弾塑性挙動の数値解析と風洞実験による検証
強風時における建築構造物の弾塑性挙動に関して数値解析と風洞実験の両方を行い、両者の結果を比較して、初年度に把握された空力減衰および履歴減衰の特性を検証した。
2.種々の履歴減衰機構の性能評価
地震および強風時における履歴減衰機構の性能に関する検討を行った。動的な荷重とそれによる応答のレベルを設計的な観点から整理し、様々な設計荷重に対する種々のタイプの減衰システムの総合的な性能評価を行った。
3.履歴減衰機構を有する建築物の耐震・耐風設計資料作成およびその考察
それぞれの構造設計の必要事項に基づき、設計例の設計諸量に関する評価を行った。特に塑性化に伴う固有周期の変化の様子、あるいは減衰機構における粘性減衰、履歴減衰、空力減衰の分担の程度など、履歴減衰機構によって建築物の振動特性が受ける影響を詳細に明らかにし、設計最適化のための資料を作成した。

Research Products

• [Publications] 田村哲朗: "高精度・保存的流体計算法の耐風問題への適用性について(その1)" 日本建築学会構造系論文報告集. No.494. 43-49 (1997)
• [Publications] 田村哲朗: "3次元流体解析による角柱に発生する種々の空力弾性挙動の再現と精度検討" 日本建築学会構造系論文報告集、. No.497. 25-32 (1997)
• [Publications] 田村哲朗: "動力学特性値の変化による空力不安定振動の応答評価" 日本建築学会構造系論文報告集. No.504. 15-21 (1998)
• [Publications] 和田章: "建築物が寿命中に受ける総地震被害に注目した耐震設計に関する一考察" 日本建築学会構造系論文報告集. No.502. 165-171 (1997)
• [Publications] 和田章: "軸降状型履歴ダンパーの疲労特性に関する研究" 日本建築学会構造系論文報告集. No.503. 109-115 (1997)
• [Publications] 伊藤嘉晃: "振動する角柱まわりの流れと風圧力に関する3次元解析の予測精度" 日本建築学会構造系論文報告集. No.492. 29-36 (1997)
• [Publications] 田村哲朗: "構造物の耐風工学" 東京電機大学出版局, 688 (1997)
• [Publications] 田村哲朗: "乱流の数値流体力学" 東京大学出版会, 652 (1998)