2018 Fiscal Year Research-status Report
Methodology of performance-based design of tuned mass damper effective in reducing seismic response in steel structures
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17K14756
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金子 健作 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (00715279)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | TMD / 同調質量ダンパー / 応答スペクトル法 / 制振 / 床応答スペクトル / 非構造部材 / 長周期地震動 / 大振幅地震動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
南海トラフ地震をはじめとする巨大地震とそれに伴う長周期地震動の発生により，超高層建物を含む長周期構造物の広域な地震被害の可能性が懸念されている。
この対策として近年事例が増えてきている，同調質量ダンパー（TMD）による既存超高層建物の制振改修を想定し，吊り天井や天吊り設備（配管など）を対象とした建築非構造部材の地震被害抑制効果を定量的に評価できる手法を理論的に構築した。本研究で構築した手法は，時刻歴地震応答解析をせずに，加速度床応答スペクトルや建物に共振する場合の非構造部材の最大地震力を簡易に評価可能にする。これにより，建物躯体と室内の地震被害（物的・人的被害）の両者に対する低減度合いを耐震設計目標にして，試行錯誤することなく，既存建物に導入するTMDの必要な質量の合理的な見積もりが可能になった。さらに，既存建物の改修の目的だけではなく，より制振性能の高い建築を目指して，新築建物に対する地震対策用TMDが今後普及することを想定して，屋上や高層階にTMDを有する建物と層間にダンパーを有する通常の制振建物における地震層せん断力係数分布の違いを解析的に整理した。TMDでは高層階に減衰力が局所的に集中することを指摘し，従来から用いられるAi分布に代わる新たな設計用地震力を構築した。
これら複数の成果を組み合わせることにより，本研究が掲げるTMDを有する鋼構造建物の応答指定型設計法の枠組みを概ね完成した。
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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
TMD付き建物と中間層免震建物を質量比の異なる2自由度系と捉え，包括的にこれら建物の制振性能と最大地震応答を応答スペクトル法に基づいて予測する方法を構築した。つぎに，地震対策用にTMDを用いることの有用性を理論的に明らかにした。特に，地震動の継続時間が短く，建物の固有周期が長い場合について，TMDの制振性能を閉形式解で評価することを可能にした。さらに，建物の弾性限界を超える地震応答に対して，TMDの制振性能がどの程度喪失するかを定量的に明らかにし，TMDの復元力特性の点から制振性能を改善する方法を提案した。最後に，TMDによる非構造部材の地震被害低減や新築建物に導入するTMDの耐震設計方法など，実務的かつ多角的な観点から応答指定型設計法を構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
地震対策用TMDは新しい技術である。そのため，この制振技術が普及するためには，地震観測によるTMDの制振効果の実証が必要不可欠である。制振効果の指標として，TMDによる建物への等価付加減衰定数に着目し，建物の動的特性が不明な状態でも，建物とTMDに設けた数少ない振動計から等価付加減衰定数を推定する手法を構築する。
本研究で得られた成果を国際共同研究に結びつけ，国内のみならず，国外での地震対策用TMDの普及に貢献する。
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| Causes of Carryover |
これまで実施した研究は理論的アプローチに基づき，計算量が限定的であったため，どうにか所有のパソコンで対応可能であった。そのため，CPU世代の更新発表を踏まえ，計算機の必要性が急増する最終年度まで購入を延期したため，次年度使用額が生じた。残額は科学技術計算用計算機の購入に充てる予定である。
最終年度では，パラメトリックスタディやモンテカルロシミュレーションなど，大量の並列計算が必要となる時刻歴地震応答解析を計画しており，購入品はそれらに使用する。
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