2011 Fiscal Year Annual Research Report
建築物全体挙動と局部風圧の相互作用を考慮したモノコック構造体や外装材等の耐風設計
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21360272
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| Research Institution | Tokyo Polytechnic University |
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Principal Investigator |
田村 幸雄 東京工芸大学, 工学部, 教授 (70163699)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 正宏 東京工芸大学, 工学部, 教授 (60350576)
吉田 昭仁 東京工芸大学, 工学部, 准教授 (90329219)
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| Keywords | モノコック構造 / 大スパン屋根 / 構造骨組用風荷重 / 外装材用風荷重 / 動的風応答 / ピーク部材応力 / 全体挙動 / ローカル風力 |
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| Research Abstract |
本研究では,外装仕上材から,それらを支持する2次部材に変動風圧力が伝達され,最終的に構造骨組を通じて地盤へ伝達されるプロセスを詳細に追い,従来の耐風設計で行われている構造骨組用風荷重と外装材用風荷重の妥当性を検討し,外装材と構造骨組の区別が付かないモノコック構造や,外装材を支持する2次部材と構造骨組との間の相互作用を考慮しなければならない大スパン屋根構造の合理的な耐風設計法を検討することを目的としている。モノコック構造の代表的なものとして直立した薄肉円筒シェルを対象とし,各部の最大応力に与える構造物全体の挙動とローカルな風力の影響を特定し,それぞれの寄与の度合いを検討した。解析に必要な風圧力は,多点同時風圧計測システムを用いた風洞実験により取得し,構造物の全体挙動および局所的な風力による挙動については,有限要素法を用いた時系列応答解析結果を詳細に吟味することによって分析した。有限要素モデルの各節点に作用させる風力に関しては,風洞実験での風圧記録をPOD解析し,得られたPOD基準座標とPOD基準モードを用いて効率よく再現した。得られた各部の最大応力と,多質点振動モデルによる時刻歴応答解析結果と有限要素モデルから抽出された構造物の全体挙動のみによる最大応力を比較検討し,ローカルな風力による最大応力を抽出した。以上により,構造物の全体挙動と両者が構造物全体の最大荷重効果が与える影響について比較検討を行った。大スパン屋根についても,構造物の全体挙動による最大応力とローカルな風力による最大応力を抽出し,同様の検討を行った。モノコックタイプでは,最も重要な荷重効果は軸方向垂直応力度であるが,局所的な振動モードが膜応力において重要な役割を果たすことが分かった。また,全体挙動のみを考慮した場合の最大荷重効果の,ローカルな風力による局所的な挙動をも考慮した場合の最大荷重効果に対する比率は,正側応力で65%～100%の間に入り,負側の応力で60%～90%の間に入ることが分かった。いずれにせよ,全体挙動だけをもとに構造部材への荷重効果を評価した場合には過小評価となることが明らかにされ,この種の構造物では両者を共に考慮して耐風設計を行う必要性が示された。
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