2012 Fiscal Year Annual Research Report
変形とリダンダンシーを考慮した鋼構造耐火設計の枠組構築
| Project/Area Number |
23360240
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
鈴木 弘之 筑波大学, 名誉教授 (20114093)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 淳一 独立行政法人建築研究所, 防火研究グループ, 研究員 (10453846)
河野 守 東京理科大学, 工学部, 教授 (60170205)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | リダンダンシー / 柱と梁の変形 / 間仕切り壁の変形 / 火災応答解析 / 限界状態設計 |
|---|
| Research Abstract |
研究目的として設定した課題に対して、次の成果を得ている。
１．鋼構造ラーメンの火災時における変形の、先ず、実態を架構の構造特性を踏まえて明らかにすることから始めて、次に、変形抑制に繋がる構造法を模索する研究を、解析的･理論的に進めた。火災時、柱と梁に囲われる非耐力壁が面内に過度に圧縮されないようにするためには、架構の応力再配分率や梁の柱に対する強度比を上げることの有効性が明らかになってきている。こうすると架構のベースシアー係数も自ずと向上する。架構と壁の火災時相互作用を制御することは架構の耐震性向上にも寄与するという認識が得られつつある。
２．火災時に強制変形を被る石膏ボード間仕切り壁の耐火性能は、高温化する下地鉄骨の圧縮性能に強く依存することが載荷加熱試験により分かってきている。これを踏まえて、C形および角形の鋼製下地のみからなる試験体、片面強化石膏ボード張り試験体、および両面石膏ボード張り試験体の面内圧縮による座屈試験を実施した。鋼製下地に小寸法の切り欠きを設け、これを壁全面に分散配置させると、留付け部を介しての下地材からボードへの圧縮力伝達は均等化される。これによって、壁の圧縮に対する変形性能は向上する可能性が見いだされている。
３．鋼架構の火災時挙動を確率論的に分析すべく、鋼の高温応力～歪関係のばらつきを、素材の高温引張試験と既往文献資料に基づいて定式化した。この素材物性モデルと火災応答解析を融合して、平面鋼架構の崩壊温度に対する確率解析法をほぼ完成に漕ぎつけ、当該確率解析による分析研究を推進している。すなわち、保有水平耐力値の異なる種々の鋼架構データを作成し，これに対する確率解析を進めて、素材のばらつきが崩壊温度のそれにどのように反映するか、架構の耐震性やリダンダンシーが材料物性のばらつきを吸収出来るかを検討中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時に設定した課題に対して、ほぼ予定通りといえる研究進捗状況である。
・架構の火災時変形に対する研究では、単なるパラメトリックスタディではなく、本年度は検討を方向付けることが出来るようになった。火災時の非耐力壁は、特に、面内の圧縮変位に対して、今のところ、大きな変形追随性能は期待できないという認識で架構の変形解析を進めており、梁のたわみを抑制出来る構造特性を見出し得ている。理論変形予測は、特定できるようになった構造特性を数式化するという方向で進めている。
・壁の変形追従性を把握する実験では、圧縮される下地材の大きな面外座屈変形が観察されている。これを抑止することが壁の当該性能向上に直結する。この研究では、当該抑止法の1つが試みられて、十分ではないが一定程度の性能向上が確認されている。今後、その他の抑止法も試す予定である。ただし、現状の断熱材料に軽微な下地材を添えるという工法の壁に飛躍的な変形性能向上を求めるのはそもそも不可能である。十分とは言えない性能向上取得が直ちに不十分な達成度であるとは考えていない。
・諸元のばらつきと崩壊温度の関係を把握する研究では、昨年度一旦完成した確率火災応答解析法に対して、解法のバージョンアップとバージョン毎のパラメトリックスタディーを何回か積み重ねた。並行して、鋼の高温素材試験と関連する既往文献調査を行った。最新バージョンの主要な改訂部分は、材料物性のばらつきに対するより信頼性の高いモデルの組み込みである。最新バージョンによるパラメトリックスタディーにも着手しており、一部成果を得ている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
予定通り3年目の研究に着手する計画であり、研究遂行上、特に計画を変更しなければならない点はない。
・変形解析では、変形抑制に寄与する特性値を明確に認識できる成果を求めて行きたい。
・壁の変形追従性を把握する実験研究では、工法改良が昨年度以来のテーマであるが、性能改善を見込み得る二三の新工法が今年度の成果から浮上しており、その有効性を実験によって検討する計画である。
・諸元のばらつきと崩壊温度の関係を把握する研究では、基礎となる鋼の高温応力～歪関係のばらつきモデルを整備することが重要であるが、現在、定式化は半ば完成している状況である。次年度は参考に出来る諸外国の研究をさらに検討し、当該物性モデルのポリッシュアップを計画している。この研究では、諸元のばらつきが架構の崩壊温度に如何に影響するか、如何なる性能と要因がばらつきを拡大させ、あるいは縮小させるかを解明することが主題である。架構の確率解析手段もほぼ完成しているので、この問題の解明に向けて、次年度は多くの試みと計算を行う計画である。
・次年度以降、変形解析、確率解析を進めるための思索ばかりでなく作業も増えることを踏まえて、鋼構造・耐火構造を専門とする研究分担者を1人追加する。
|
Research Products
(5 results)
