直置き型鋼構造建築物の構造性能と耐震設計

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25249078
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中島 正愛 京都大学, 防災研究所, 教授 (00207771)
• 研究分担者: 岡崎 太一郎 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (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)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 鋼構造 / 耐震設計 / 摩擦 / トライポロジー / 振動台実験

研究実績の概要

低層建築物を対象に、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、というコンセプトに基づく構造システムの構築をめざす。本年度は、鋼とモルタル間の繰返し摩擦特性の定量化、ストッパーを用いた変位制御に取り組んだ。
黒鉛潤滑によって摩擦係数にして約0.2を安定して得ることを一連の振動台実験から検証した。実際の構造物において柱脚部で滑りを許容するとすれば、振動台実験に用いる試験体の各柱脚には負担面積に対応する比較的均等な軸圧縮力が作用しなければならない。また実際の適用を考えれば、各柱脚の変形を同一にするための回し梁等の存在は現実的ではない。このような制約を満たすべく、各柱頂部に錘を設置し剛な柱と柔な梁からなる1層1スパン標準骨組を設計し、それに振動台実験を適用することから、滑り挙動に対するねじれの影響、滑りを許容する各柱脚変形の同一性、転倒モーメントの影響を詳細に検討した。その結果、設計骨組では柱の負担軸力が均等になること、その場合にはねじれの影響はほとんど消滅すること、また浮き上がりがない限り転倒モーメントの影響（変動軸力の影響）も僅かであることを確認することから、提案する構造システムの妥当性を明らかにすることができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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、本研究の射程とし，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課題に，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んでいる。今年度は主として(2)を一連の振動台実験を通じて検討した。本年度の研究は予定通りに実施できた。

今後の研究の推進方策

次年度は、ストッパーを用いた変位制御を検討するとともに、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。さらに極大地震下に被る最大変位については、特にパルス性の高い地震動における最大滑り変位を、地震動の最大変位に対する倍率として推定する手順を導く。