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建築物における地震外力抵抗要素であるH形断面鋼柱の構造性能評価

研究課題

研究課題/領域番号 19K04687
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分23010:建築構造および材料関連
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

佐藤 篤司  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00362319)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード鋼柱 / H形断面 / 曲げ面内挙動 / 曲げ面外挙動 / 耐力相関式 / 塑性変形能力 / 軸力比 / 細長比 / 曲げねじれ座屈 / H形断面鋼柱 / 最大耐力 / 全塑性モーメント / 細幅H形断面 / 変形性状 / 建築鋼構造 / H形鋼柱 / 細幅断面 / 耐力
研究開始時の研究の概要

建物の倒壊を防止するためには、柱の構造性能を明確にすることが重要である。細幅断面H形鋼柱は、現在でも工場・体育館などの柱として利用されており、その構造安全性を担保することは重要と言えるが、1980前半以降、実験データの蓄積は少なく、十分な結果に基づいた設計が利用されているとは言い難い。本研究では、鋼柱の実験データの更なる蓄積と、構造性能を適切に評価した設計式を提案すること目指す。

研究成果の概要

H形断面部材は、建物柱部材として利用されている。ラーメン架構では柱は水平外力に対しても抵抗するため,鉛直力である軸力と同時に水平力に抵抗する曲げモーメントを受けることになる。大地震に対しては、柱の鉛直支持能力を保持すると同時に、水平力に対する構造性能も保持する必要がある。そのような構造性能を保証するために設計規範が学会などから刊行されているが、現行設計式は1980年代までの研究にとどまっており、十分な評価出来ている状況では無かった。本研究では、実務設計で用いられるH形断面鋼柱を対象とした実部材実験と数値解析を実施し、より精緻にその構造性能(耐力と塑性変形能力)が評価できる評価式を提案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

建物の耐震安全性は人名の保護、財産の保全の観点から極めて重要である。建物の柱部材は居住空間を確保するために重要な構造部材であり、その機能は大地震時においても保持する必要がある。
H形断面部材は建物の柱部材として利用されているが、その安全性を保証する設計規範は1980年代の研究成果に基づくもので、十分な評価がなされているとは言えない状況であった。本研究では、実務設計で用いられる様々な断面形状を実部材実験、および数値解析で実施することで、その構造性能を定量的に評価する設計式を提案した。より実現象を捉えた本研究の成果は、建物の構造安全性に大きく貢献すると言える。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 一端曲げを受けるH形断面鋼柱の曲げねじれ座屈を考慮した構造性能評価手法2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤篤司,吉岡慎平
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集

      巻: 87 号: 796 ページ: 567-578

    • DOI

      10.3130/aijs.87.567

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • 年月日
      2022-06-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 曲げ面内不安定で終局限界状態に至る鋼柱の塑性変形能力2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤篤司,藤原羽教
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集

      巻: 87 号: 794 ページ: 381-392

    • DOI

      10.3130/aijs.87.381

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • 年月日
      2022-04-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 軸方向圧縮力と繰返し一端曲げモーメントを受けるH形断面鋼柱の実験的研究2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤 篤司, 吉岡 慎平
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集

      巻: 86 号: 789 ページ: 1558-1569

    • DOI

      10.3130/aijs.86.1558

    • NAID

      130008109747

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • 年月日
      2021-11-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 軸方向圧縮力と2軸曲げモーメントを受ける角形鋼管柱の実験的研究2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤篤司、小野木武司
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集

      巻: 85 号: 770 ページ: 595-605

    • DOI

      10.3130/aijs.85.595

    • NAID

      130007837658

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DEEP WIDE-FLANGE COLUMN TESTING UNDER COMBINED LOADING CONDITION2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Yoshioka, Atsushi Sato, Takeshi Onogi
    • 雑誌名

      The 2019 Japan-Korea-Taiwan Joint Seminar on Earthquake Engineering for Building Structures

      巻: 1 ページ: 194-202

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Experimental Study on Deep-Column Subject to Compressive Axial Force with One End Cyclic Bending Moment2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Yoshioka, Atsushi Sato, Takeshi Onogi
    • 雑誌名

      The XII Conference on Steel and Composite Construction

      巻: 3 号: 5-6 ページ: 203-212

    • DOI

      10.1002/cepa.1195

    • NAID

      40022155715

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] EXPERIMENTAL STUDY ON BEAM-COLUMN SUBJECT TO COMPRESSIVE AXIAL FORCE WITH ONE END MONOTONIC BENDING MOMENT2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Yoshioka, Atsushi Sato, Takeshi Onogi, Masahiro Aoyama
    • 雑誌名

      The 12th Pacific Structural Steel Conference

      巻: 1 ページ: 000-000

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 曲げねじれ座屈を考慮した指標に基づく広幅 H 形断面鋼柱の塑性変形能力評価2022

    • 著者名/発表者名
      中塚 奏哉、佐藤 篤司
    • 学会等名
      日本建築学会九州支部研究集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 幅厚比が異なる軸方向圧縮力と繰返し一端曲げモーメントを受ける角形鋼管柱の塑性変形性能評価2022

    • 著者名/発表者名
      林 拓朗,佐藤 篤司
    • 学会等名
      日本建築学会東海支部研究集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 強軸まわりに曲げを受けるH形断面鋼柱の局部座屈あるいは曲げ面内不安定で決まる終局状態の一考察2021

    • 著者名/発表者名
      藤原羽教、佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 軸方向圧縮力と単調一端曲げモーメントを受けるH 形断面鋼柱の解析的研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉岡慎平,佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 幅厚比が異なる軸方向圧縮力と繰返し一端曲げモーメントを受ける角形鋼管柱の塑性変形性能2021

    • 著者名/発表者名
      林拓朗,佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 軸方向力と単調一端曲げモーメントが作用する広幅H形鋼柱における復元力モデルの構築2021

    • 著者名/発表者名
      中塚奏哉、佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Study of The Beam-Column with Different Width-to-Thickness Ratio2021

    • 著者名/発表者名
      Takuro Hayashi, Atsushi Sato
    • 学会等名
      The 22nd Japan-Korea-Taiwan Joint Seminar on Earthquake Engineering for Building Structures
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mathematical Modeling of Steel Beam-Column Under Compressive Axial Force with One End Monotonic Moment2021

    • 著者名/発表者名
      Soya Nakatsuka, Atsushi Sato
    • 学会等名
      The 22nd Japan-Korea-Taiwan Joint Seminar on Earthquake Engineering for Building Structures
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural performance evaluation of square hollow section column under compressive axial force with bending moment having different width-thickness ratio2021

    • 著者名/発表者名
      Takuro Hayashi, Atsushi Sato, Shimpei Yoshioka
    • 学会等名
      The 9th European Conference on Steel and Composite Structures (EuroSteel2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 軸方向圧縮力と繰返し一端曲げモーメントを受ける中幅 H 形断面鋼柱の実験的研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉岡慎平、佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会九州支部研究集会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 軸方向圧縮力と単調曲げモーメントを受ける鋼柱の曲げ面内挙動2021

    • 著者名/発表者名
      藤原羽教、佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会九州支部研究集会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 軸方向力と単調一端曲げモーメントが作用する広幅 H 形鋼柱における復元力モデルの構築2021

    • 著者名/発表者名
      中塚奏哉、佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会九州支部研究集会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 軸方向圧縮力と繰返し一端曲げモーメントを受ける細幅H形鋼柱に関する実験的研究2019

    • 著者名/発表者名
      吉岡慎平,佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会東海支部研究報告
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 軸方向圧縮力と単調一端曲げモーメントを受ける細幅H形断面鋼柱の耐力評価2019

    • 著者名/発表者名
      吉岡慎平,佐藤篤司
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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