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持続可能な社会へ向けた超高層建物のレジリエント・デザインへの挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0266
補助金の研究課題番号 22J13566 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分23010:建築構造および材料関連
研究機関東北大学

研究代表者

福田 伊織  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード漸増捩れ倒壊 / 材料非線形性 / 幾何学的非線形性 / 非弾性座屈 / 捩れ / 数値解析 / 3D / Moment Resisting Frame
研究開始時の研究の概要

我が国の都市や超高層建築物は非常に高度な技術の下に成立している.しかしながら,過去の地震・豪雨等の経験から,それらには未だ潜在的な脆弱性も存在しうることが明らかになっている.災害に対し都市がレジリエントであるためには,まずハードウェアとしての建築が高いレジリエンスを有していなければならない.このような背景の中,これまでの耐震工学の知見では発生理由を説明することが難しい,超高層建築の新たな「漸増捩れ倒壊」が近年確認された.本研究の大目的はこの現象のメカニズムを解明し,発生を抑止することにある.

研究実績の概要

本研究課題では,既往の耐震工学の知見では発生理由を説明しにくい「漸増捩れ倒壊」のメカニズムを解明し,発生を抑止することを目指していた.これに対してR5年度は「漸増捩れ倒壊」の本質が塑性分岐現象であること,つまり幾何学的非線形性と材料非線形性の複合非線形効果が骨組に捩れを生じさせることを理論的・数値解析的検討によって明らかにした.加えて「漸増捩れ倒壊」では捩れが発生する際に骨組が不安定な状態になるとは限らないが,生じた捩れは急速に成長し得るためなお注意を要すること,また「漸増捩れ倒壊」の発生防止には地震によって骨組が損傷した場合においても骨組捩れ剛性を高く保つことが重要であることも理論的・数値解析的検討によって示唆された.
上記の成果は主に準静的な載荷条件の下で検討されて得られたが,研究期間全体ではこの他に地震動入力に代表される動的載荷を与える場合でも条件が揃えば漸増捩れ倒壊が生じるという結果も数値解析によって得られている.また,動的載荷に特有な要素(例: 減衰や捩れ方向の慣性モーメント等)が漸増捩れ倒壊の発生に影響を与えることも示唆されている.骨組が地震を受けた際,幾何学的非線形性と材料非線形性の複合非線形効果に起因する「漸増捩れ倒壊」が,既知の応答劣化要因による捩れとどのように相関するかは今後の研究でより一層明らかになると期待される.
本研究成果の一部は英国シェフィールド大学との共同研究により得られたものである.共同研究の成果は国際共著論文として査読付き国際ジャーナルに一篇発表しており,2024年度にも国際学会で発表を行う予定である(発表内定済).

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] The University of Sheffield(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Inelastic torsional buckling of simple three-dimensional moment resisting frame2024

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Iori、Ikago Kohju、Araki Yoshikazu、Wagg David J.
    • 雑誌名

      Frontiers in Built Environment

      巻: 10 ページ: 1333949-1333949

    • DOI

      10.3389/fbuil.2024.1333949

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] INELASTIC TORSIONAL BUCKLING OF A SYMMETRIC THREE-DIMENSIONAL MOMENT-RESISTING FRAME SUBJECTED TO HORIZONTAL FORCE IN THE DIAGONAL DIRECTION2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Iori、Ikago Kohju、Maeda Takahito、Nishimoto Atsushi、Araki Yoshikazu
    • 雑誌名

      COMPDYN Proceedings

      巻: 2023 ページ: 5089-5101

    • DOI

      10.7712/120123.10785.21142

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 幾何非線形効果の定式化が弾塑性三次元立体骨組の応答予測に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      前田 貴仁, 西本 篤史, 荒木 慶一, 福田 伊織, 五十子 幸樹
    • 雑誌名

      理論応用力学講演会 講演論文集

      巻: 66 号: 0 ページ: 47

    • DOI

      10.11345/japannctam.66.0_47

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Inelastic Torsional Buckling of Symmetric 3D Moment-Resisting Frames Caused by Combined Nonlinearity2024

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Iori、Ikago Kohju、Tsuruta Keisuke、Maeda Takahito、Nishimoto Atsushi、Araki Yoshikazu、Wagg David J.
    • 学会等名
      18th World Conference on Earthquake Engineering (WCEE2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 主軸 45 度方向の準静的繰返し載荷を受ける単純骨組モデルの漸増ねじれ挙動(その1:予備解析)2024

    • 著者名/発表者名
      前田 貴仁、荒木 慶一、西本 篤史、五十子 幸樹、福田 伊織、鶴田 圭祐
    • 学会等名
      2024年度日本建築学会大会(関東)学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 主軸45度方向の準静的繰返し載荷を受ける単純骨組モデルの漸増ねじれ挙動(その2:実証実験)2024

    • 著者名/発表者名
      西本 篤史、荒木 慶一、五十子 幸樹、福田 伊織、前田 貴仁、鶴田 圭祐
    • 学会等名
      2024年度日本建築学会大会(関東)学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 主軸45度静的繰り返し載荷を受ける履歴型制振ブレース付骨組の変形累積現象2024

    • 著者名/発表者名
      辻 航平、荒木 慶一、西本 篤史、福田 伊織
    • 学会等名
      2024年度日本建築学会大会(関東)学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Inelastic torsional buckling of a symmetric three-dimensional moment-resisting frame subjected to horizontal force in the diagonal direction2023

    • 著者名/発表者名
      Iori Fukuda, Kohju Ikago, Takahito Maeda, Atsushi Nishimoto, Yoshikazu Araki
    • 学会等名
      9th ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering (COMPDYN2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Column Base Hysteresis Models on the Seismic Response of a Low-Rise Steel Frame2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Araki, Keisuke Tsuruta, Atsushi Nishimoto, Iori Fukuda, Kohju Ikago
    • 学会等名
      26th Australasian Conference on Mechanics of Structures and Materials (ACMSM26)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 幾何非線形効果の定式化が弾塑性三次元立体骨組の応答予測に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      前田 貴仁, 西本 篤史, 荒木 慶一, 福田 伊織, 五十子 幸樹
    • 学会等名
      第66回理論応用力学講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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