2021 Fiscal Year Research-status Report
Earthquake Response Control of Wooden Structures by using High-damping Rubber
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20K04792
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
中村 豊 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (40830477)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 木造軸組構造 / 制振ダンパー / 層またぎ設置 / 中層木造建築 / 大断面集成材 / 鋼板挿入ドリフトピン接合 / 2016年熊本地震 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）層またぎ制振ダンパーによる木造住宅の耐震性向上に関する研究
２階建て木造住宅の2階天井梁と1階の床梁の間に設置する層またぎ制振ダンパーを考案し、各層間に設置する方法との比較や、ダンパーの設置台数による応答低減効果について地震応答解析により検討し、その有効性を明らかにした。層またぎ制震ダンパーは室内では吹抜箇所とし、残りのダンパーは外壁の外側に新たな枠組みを作ったうえで設置する方法とした。2016年熊本地震前震による解析結果から、層またぎ設置のオイルダンパー1台のエネルギー吸収量は各層間設置の2台分のエネルギー吸収量の約1.3~1.6倍と大きくなった。オイルダンパーを層またぎ設置することで応答低減効果が高まり、ダンパー設置台数が半数でも各層間設置と同等以上の応答低減効果を発揮することが分かった。
（２）大断面集成材を用いた中層木造建築物の地震時応答に関する研究
大断面集成材を用いた中層木造建築物の柱・梁接合部には、鋼板挿入ドリフトピンを用いたモーメント抵抗接合が多く使用されている。この鋼板挿入ドリフトピン接合部のバネ特性が地震時応答にどのように影響を与えるかについて、３階建ての木造オフィスビルの詳細な解析モデルを作成し、プッシュオーバー解析により検討を行った。その結果、柱―梁接合部バネよりも、柱―柱接合部バネの値が、地震時水平力に対する建物の層間変形に支配的であることが分かった。実施したプッシュオーバー解析の結果からは、通常の耐震２次設計で用いられる標準せん断力係数1.0の大地震に対しては、大破する可能性があることも判明した。この結果は、制振ダンパーの採用による耐震性向上の必要性を示唆するものとなった。
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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
１．制振ダンパーを層またぎ設置した場合の制振効果の確認： 耐震等級３の２階建て木造住宅の設計図書に基づき詳細な地震応答解析モデルを作成し、オイルダンパーを層またぎ設置した場合の地震応答低減効果を検討することができた。オイルダンパーを層またぎ設置した場合、ダンパー台数が半数でも各層間設置と同等以上の応答低減効果を発揮することを確認できた。
２．大断面集成材を用いた中層木造建築の構造設計法の現状の把握： 大断面集成材による中層木造建築物の構造設計法では、柱梁接合部に鋼板挿入ドリフトピンを用いたモーメント接合を採用している。その接合部の回転バネ剛性の評価法、非線形特性を既往の文献、研究から把握した。予備解析の結果から、柱―柱接合部の回転バネが地震時水平力に対する建物の層間変形に支配的であることを確認できた。
３．中層木造建築物の地震応答解析モデルの構築： 大断面集成材と鋼板挿入ドリフトピン接合を用いた木造ラーメン構造の３層建築物について、接合部回転バネ剛性を考慮した地震応答解析モデルを構築した。本構造解析モデルを用いて時刻歴応答解析、プッシュオーバー解析を実施する準備を整えた。
以上のことから、現在までの研究はおおむね順調に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）層またぎ制振ダンパーの付加減衰効果に関する理論的考察： 層またぎ制振ダンパーを付加した多質点系モデルの複素固有値解析により、付加減衰効果に関する理論的考察を行う。多質点系モデルの減衰定数の増大と、地震応答解析による応答低減効果の比較により、制振ダンパーの層またぎ設置の制振効果についての理論的な考察を行う。
（２）中層木造建築への層またぎ制振ダンパーの適用による応答低減効果の把握： 大断面集成材と鋼板挿入ドリフトピン接合を用いた木造ラーメン構造の３層建築物について、構造解析モデルによる時刻歴応答解析、プッシュオーバー解析を行い、その終局耐震性能を評価する。現状の耐震設計法において、地震時応答を支配する構造部材・要素を明らかにする。層またぎ制振ダンパー（オイルダンパー、高減衰ゴムダンパー）を設置した場合の地震応答低減効果について、地震応答解析により検討を行う。
（３）層またぎ制振ダンパーを用いた中層木造建築の構造設計法の提案： これまでの研究成果をまとめ、中層木造建築の制振構造設計法に関する提案を行う。
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| Causes of Carryover |
2021年9月に仙台で開催された第17回世界地震工学会議についてリモート参加としたため、旅費が不要となったこともあり、次年度使用が生じた。解析ソフトウェアの使用ライセンス継続のための費用に充てる計画である。
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