2016 Fiscal Year Research-status Report
単純な柱梁接合方法を多用した低コスト耐震鋼構造建物の構造設計法
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15K06301
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
高木 次郎 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 准教授 (90512880)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大崎 純 京都大学, 工学研究科, 教授 (40176855)
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| Project Period (FY) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | 鋼構造 / 構造設計 / 柱梁接合 / 耐震架構配置 / 最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋼構造建物の耐震架構配置は柱梁接合方式の組み合わせによって決定され、それによって柱の断面形状も変化する。本研究では、耐震設計規定を含む許容応力度設計および保有水平耐力の制約条件下の鋼材量最小化手法を応用した優良構造設計解導出手法を提示し、耐震架構配置に応じた優良設計解同士を経済性と弾塑性耐震性能の両面から定量的に比較分析する。これにより、単純な柱梁接合方法を多用した経済的で十分な耐震性能を備えた鋼構造建物の構造設計の可能性を探求する。
平成28年度は、標準設計された4、7、10階建の鋼構造事務所建物の耐震架構配置に着目し、ほぼ全ての柱梁接合部を曲げモーメントを伝達する剛接合として全体を耐震架構とする設計（全体型）と外周に耐震架構を限定する設計（集約型）を比較した。建物の桁行方向（X方向）はラーメン構造、張間方向（Y方向）はブレース架構（全体型ではブレース架構とロングスパン梁を含むラーメン架構）である。全体型では柱を角形鋼管、集約型ではH形鋼とした。両型式の建物の骨組に対して、部材断面寸法を設計変数とし、許容応力度設計と必要保有水平耐力の条件を満足させることを制約条件とした鋼材量最小化を行った。部材断面の大きさと板厚を設計変数として、それらの規格寸法を設計領域とする離散化設計変数に対する最適解を擬似焼きなまし法（SA）により得た。両型式の優良設計解同士を比較して、耐震架構配置が鋼構造事務所建物の構造性状に及ぼす影響を比較分析した。4，7，10階建ての全てで全体型の方が集約型よりも鋼材量が多かった。また、小梁や雑鉄骨などを含めた設計解の総鋼材量の概算値は、同規模の事務所建物の推定値よりも少なく、最適化の有用性を確認した。単純な柱梁接合方法を多用した経済的な鋼構造建物の設計の一例を示すことができた。
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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
平成27年度の研究で、建物の部材断面寸法を設計変数とした場合、変数の数が多くなり、最適化の計算負荷が大きくなることが確認された。また、巨大地震時の限界水平耐力（保有水平耐力）の検討に必要な非線形解析に対して、目的関数の感度を用いた最適化では対応が困難になることが確認された。そこで28年度の研究では、部材断面寸法を離散化変数として扱い、擬似焼きなまし法（SA）を導入することで、優良設計解を算出するアルゴリズムを構築した。概ね順調な進捗と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、検討建物の種類を増やすなどの対応により解析条件の設定を模索するとともに、計算機側の機能増強などにより計算負荷増大の問題を物理的に解決することを試みる。その上で、耐震架構形式が異なる建物の種類や規模に応じた優良設計解の変化や傾向を分析する。また、最適解は制約条件の設定に大きく依存することから、その影響を分析調査し、設計解の経済設計解としての妥当性を検証する。
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| Causes of Carryover |
ソフトウェアライセンスの購入を見送ったため次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
パーソナルワークステーションやソフトウェアライセンスの購入などに充当する。
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