Structural Performance and Seismic Design of Steel Building Structures without Base Anchorage

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25249078
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中島 正愛 京都大学, 防災研究所, 教授 (00207771)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡崎 太一郎 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20414964) ; 松宮 智央 近畿大学, 建築学部, 准教授 (20454639) ; 保木 和明 北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (70599026) ; 倉田 真宏 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70624592)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 鋼構造 / 耐震設計 / 摩擦 / トライポロジー / 振動台実験

Outline of Annual Research Achievements

低層建築物を対象に，①基礎と上部鋼構造を緊結せず，鋼構造柱脚を基礎上にモルタルを介して直置きする，②鋼ベースプレートとモルタルの間に材料を塗布し摩擦係数を低減・調節することによって，上部構造への損傷を抑える，③ストッパー機能を付加することによって，大地震下における過大水平変形や鉛直方向への浮き上がりを防ぐ．というコンセプトに基づく構造システムの構築を本研究お射程とし，それを実現するために，(1)鋼とモルタル間の繰返し摩擦特性の定量化，(2)摩擦係数の低減と制御，(3)ストッパーを用いた変位制御，(4)提案構造システムの設計法からなる4フェーズに，準静的実験，振動台実験，トライポロジー理論，弾塑性時刻歴応答解析を駆使することによって取り組む．本研究の3年度である本年度では、②の「摩擦係数低減と制御」に継続的に取り組むとともに、③の「ストッパーを用いた変位制御」の開発と検証に従事した。②に関しては、直置き型鋼構造建物を想定し、転倒モーメントによる変動軸力下における摩擦と摩擦低減特性と、多方向入力下のねじれ応答について、振動台実験を通じて必要な情報を獲得できた。さらに黒鉛塗布等による摩擦係数低減を反映させた骨組解析モデルを構築し、直置き型鋼構造建物の地震応答特性評価を可能にする解析技術を確実にした。また③に関しては、現行の耐震設計で想定する地震力を超す地震動に対して、滑り量が過大にならないように、ストッパー機能を付与することとし、具体的にはゴムを用いた緩衝材の配置、緩衝材の復元力特性、緩衝材との衝突による上部構造物応答の変化を、上記の解析と一部動的載荷実験によって検証した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は主として(2)と(3)の内容について、一連の数値解析と振動台実験を通じて検討した。鉛直方向の浮き上がりについては、それを阻止するためのストッパー機構の設計と検証を提案することができた。その一方で、実用的な観点からは、浮き上がりに伴う不具合を克服するために要する細かな技術を考えれば、浮き上がりがほぼ起こらないと考えられる低層・中低層建物に提案システムの適用を限ることが、当面は適切であるとの所見も得た。このように、本研究は概ね予定通りに推移している。

Strategy for Future Research Activity

最終年度であるH28年度は、ストッパーを用いた変位制御を継続するとともに、本研究で提案するシステムの実用設計を念頭においた設計法の構築に取り組む。特に設計法の構築については、地震動の大きさ、摩擦係数、質量比、最大ベースシェア係数、最大滑り（変位）を結びつける関係式を、滑りを許容する1自由度、2自由度系に対する支配方程式に基づいて導出する。また提案構造システムの最大の特徴である最大ベースシェア係数の上限値については、一連の時刻歴応答解析も援用して、実用的な設計式を導く。