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【研究成果】巨大地震に対する高層ビルの新しい耐震補強法を開発~変位制御型ブレースの20階建て鋼構造骨組への適用~

本研究成果のポイント

  • 変位制御型ブレース※1を用いて補強した20階建て鋼構造骨組が巨大地震を受けるときの挙動をシミュレーションし、過大な変形を効果的に抑止できることを明らかにしました。
  • テンションロッド※2という比較的安価な部材を用いており、都市部に林立している高層ビルの耐震補強促進につながることが期待されます。
  • 今後、変位制御型ブレースと制振ダンパーを併用することによる補強法の高度化や、高層ビルのみならず様々な構造形式への応用が期待されます。

概要

 広島大学大学院工学研究科の田川浩教授の研究グループは、テンションロッドを用いた変位制御型ブレースを設置した20階建て鋼構造骨組の巨大地震時挙動を数値シミュレーションにより分析し、一般のブレース耐震補強時に見られる問題点を克服しつつ効果的に大変形を抑止できることを明らかにしました。ブレース設置により柱に作用する付加軸力を低減できること、応答加速度や残留変形を低減できることなどを確認しました。また,ブレース作用を遅らせ巨大地震時にもブレースが概ね弾性を維持することが、局所層の変形増大を効果的に抑止できる一因であることを明らかにしました。近年、設計時の想定を大きく超える地震動が観測されており、高層ビルに大変形が生じることの社会的影響は大きく効果的な補強方法の構築が喫緊の課題となっています。提案ブレースの挙動特性は、多数の骨組モデルに対し複数の地震動を用いた地震応答解析により検討したものであり、得られたデータは本ブレースを適用していく上で有用な資料となります。

 本研究成果をまとめた論文が、Wiley社の学術誌「The structural design of tall and special buildings」に採用され、2017年8月11日にWiley Online Libraryにオンライン掲載されました。

【用語解説】
※1 変位制御型ブレース:ブレースとは、構造物の横力に対する強度を持たせるための筋交のことです。変位制御型ブレースは、図1に示すように初期状態では弛めておき水平力が作用し層間変形が指定した量に達した時点で作用するブレースです。2008年に田川らにより日本建築学会論文集に基本モデルが発表されています。既往の研究において、ケーブルを用いたものや本研究で採用したテンションロッドを用いたものが載荷実験(図2参照)により性能確認されています。変位制御型ブレースは建物の揺れが小さいうちは作用せず、大地震時の大きな揺れに対して作用することで過大な変形を抑止します。ブレースが柱梁架構よりも早期に抵抗することによる既存架構への影響を軽減するとともに、大変形領域においてもブレースが弾性を維持することを可能にします。

※2 テンションロッド:体育館の屋根構造などで使用される引張力に抵抗する部材です。通常の耐震補強に用いられることもあります。端部の接合形式には複数種類がありますが、本研究ではリングジョイント(図2e参照)と呼ばれる部材を用いることでターンバックルによるブレース作用開始点の調整を容易にしています。

図1 変位制御型ブレース

図2 変位制御型テンションロッドブレースの載荷実験

論文情報

  • 論文題目:Prevention of story drift amplification in a 20-story steel frame structure by tension-rod displacement–restraint bracing
  • 著者:Hiroshi Tagawa and Katsuto Inooka
  • 掲載雑誌:The structural design of tall and special buildings
  • DOI:10.1002/tal.1411
【お問い合わせ先】
広島大学 大学院工学研究科
教授 田川 浩

TEL/Fax:082-424-7799
E-mail:htagawa*hiroshima-u.ac.jp (*は半角@に置き換えてください)


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