2014 Fiscal Year Research-status Report
巨大長周期地震動に対する超高層建物の耐震性評価指標の構築と制振改修設計手法の提案
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26420574
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 大樹 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (40447561)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北村 春幸 東京理科大学, 理工学部, 教授 (20339112)
長江 拓也 名古屋大学, 減災連携研究センター, 准教授 (90402932)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 既存超高層建物 / 長周期地震動 / 制振改修 / 時刻歴応答解析 / 累積損傷評価 / 鋼構造 / 柱梁接合部 / 性能評価シート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1980年代までに設計された既存の超高層建物に対して，近年高い確率で発生が予測されている長周期地震動に対する耐震性評価は行われていない。本研究では，既存超高層建物に巨大な長周期地震動が作用した場合の被害・損傷状況を評価し，さらに制振装置（ダンパー）を用いた被害軽減対策を提案することを目的としている。
119編の論文から966体の試験体を対象に，柱梁接合部の塑性変形能力の評価指標として，梁端部の累積塑性変形倍率と実験方法に着目した調査を行なった。調査の結果，実験に採用される載荷履歴および接合部の評価指標は，歴史的背景に起因し，年代ごとに採用状況が異なることが分かった。
本研究では3.2mと6.4mスパンの異なる地上52階建ての超高層建物2棟を3次元部材レベルでモデル化し，鋼製ダンパーを用いた制振補強効果について，現在の設計で用いられている地震動と長周期地震動を想定した地震動を用いて応答評価を行なった。両建物で最大変形は同程度となるものの，3.2mスパンモデルの梁端の累積損傷に大きな損傷が発生し，6.4mスパンモデルとの違いが確認された。
現在想定されている長周期地震動に対する既存超高層建物の耐震性能を評価するため，1967年～1981年まで評定を取得した建物の資料を基に20階建ての3次元部材レベルモデルを作成した。
既存超高層建物の長周期地震動に対する耐震性を向上させるためには，ダンパーを用いた制振改修が有効であるが，改修工事期間の建物機能停止による経済的負担を勘案し，下層部のみにダンパーを設置する部分制振補強が有用である。本研究では1880年代を想定した21層の鋼構造建物の下層部にオイルダンパーを設置して制振効果を確認した。下層に十分なダンパーを設置することで非設置層においても応答を低減できることが確認された。
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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
今年度は，検討に用いる既存超高層建物の解析モデルを作成するために，評定資料などから，建物モデルに当時の状況を反映させるための情報を集めた。膨大な資料からの情報収集は困難ではあったが，モデル化に必要な情報を集めることができた。さらに収集した情報を分析し，建物の部材の損傷を検討することができる，3次元部材モデルの作成を行なった。さらに，制振部材（ダンパー）の部分配置による制振補強の検討も行なった。以上より，今年度の計画を概ね達成できたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，今年度に行なったオイルダンパーによる部分配置を，鋼材ダンパーによる部分配置と比較することで，両制振ダンパーの制振効果の違い等を明らかにし，部分制振補強の設計法・評価法の確立を目指す。
また，年代の異なる既存超高層建物モデルを複数作成する。超高層建物は時代や地域によって特徴が異なるため，既往研究を元にそれらの特徴を再現した3次元部材レベルでのモデル化を行なう。地震動についても時代とともに変化しているため，対象とする既存超高層建物が建設された当時の地震動で耐震性能は確認した後，現在超高層の設計に用いられている地震動や今後高い確率で発生が予測されている，想定長周期地震動を用いて，設計当時に想定していなかった地震動に対する耐震安全性の確認を行なう。
さらに，E-ディフェンス実験により得られた実験結果を詳細に分析し，オイルダンパーによる制振効果を，実大実験からも明らかにする。
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| Causes of Carryover |
研究は当初の計画とおり概ね順調に進展している。ただし，当初は任意形状立体フレームの弾塑性解析ソフトを初年度に購入することを計画していたが，解析モデルを作成するための調査データが膨大であったため，一貫構造計算ソフトによる解析モデルの作成に留まった。今年度に任意形状立体フレームの弾塑性解析ソフトを購入することも出来たが，維持費が無駄となってしまうため，購入を次年度に行なうことにした。そのため，次年度使用金額が生じた。しかし調査データの整理を重点的に行なった成果によって新たな知見を得ることができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度は，初年度に購入予定であった当初は任意形状立体フレームの弾塑性解析ソフトと当初の計画通り非線形有限要素解析プログラムを購入する予定である
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