23338 日本建築学会大会学術講演梗概集 （東海） 2012 年 9 月 東北地方太平洋沖地震において被災した RC 造建物の柱梁接合部の検証 正会員 柱梁接合部 軸力 東北地方太平洋沖地震 鉄筋コンクリート ○沖原圭佑* 正会員 塩原等** 柱梁曲げ強度比 概要 2012 年東北地方太平洋沖地震で被害を受けた旧基準で り大破と判断されている。地上 5 階以上は RC 造で最小の 設計された仙台市内の 9 階建 RC 造集合住宅と現行基準で は 3 階以上にも見られ RC 造の 5 階以上の桁行き方向の外 設計された 4 階建および 3 階建ての RC 造学校校舎を取り 周の十字形柱梁接合部に斜め亀裂が生じ仕上げのタイル 上げ、柱梁強度比が 1.0~1.5 の範囲では、柱梁接合部に架 の剥落と接合部中央部のコンクリート圧壊が見られた。 構変形が集中するという理論的予測*1 を考慮して柱梁接合 2.2 RC 造校舎 図 6 は 1985 年に竣工した 4 階建 RC 造の学校校舎(以下、 1. 部の被害要因を検証する。 2. 建物概要及び被害状況 2.1 SRC 造集合住宅 図 1 は、1969 年に竣工した SRC 造建物で、1・2 層は事 務所、3 階以上は中廊下形式の住宅の共用型集合住宅であ る。顕著な被害は SRC 造の 1 階柱脚部の破壊(図 3)であ Is 値は 0.3 程度であり、耐震補強は未実施であった。損傷 旧校舎という)、図 11 は 1992 年に増築された 3 階建 RC RFL 4FL 3ෳᾖ 3FL 3600 3600 2FL 1FL 3600 G.L. SRCㅧ㋕㛽 9FL Σ ΣU ΥU Σ Σ Σ Σ Σ Σ ΣU Σ Σ Σ Σ ΤU Τ ΤU Σ Σ Σ Σ Σ Σ 4500 ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ ޖ = ޖOO? X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X 10 X 11 X 12 X 13 X 14 X 15 X 16 12ෳᾖ ࿑2ෳᾖ RFL 図 6 旧校舎 Y1 通り軸組図 及び 損傷度 2800 8FL 2600 7FL 2600 & 6FL 2600 5FL 2700 4FL 2700 2750 3FL 3300 2FL 1FL G.L. ࿑10ෳᾖ 3600 ΦU ΦU ΦU ΤU Σ Σ ΣU ΣU Σ ޖ X7 ޖ X6 ޖ X5 ΣU Σ ޖ X4 & =OO? ᢿ㕙 ᩇᢿ㕙 ΦU 5400 X8 ΦU ΦU 3600 & & JQQR&" ΤU ޖ X3 ΣU Τ Τ Υ Τ ޖ X2 図 7 2F X10-Y1 柱梁 断面図 図 8 壁破壊 図 9 柱のせん断破壊 図 10 3F X10-Y1 接合部の損傷 ޖ X1 X0 =OO? 図 1 SRC 造集合住宅 Y4 通り軸組図 及び 損傷度 & & JQQRǾ" ᩇᢿ㕙 4ෳᾖ ࿑12ෳᾖ RFL 3FL & ᢿ㕙 [mm] 図 2 7F X4-Y4 柱梁 断面図 2FL 図 3 柱脚部の破壊 1FL G.L. 3600 3600 3600 X2 4500 ޖ X3 ޖ X4 ޖ X5 ޖ X6 ޖ X7 ޖ X8 [mm] ޖ X9 X 10 図 11 新校舎 Y11 通り軸組図 & 図 4 柱のせん断破壊 図 5 接合部の損傷 & JQQR ᩇᢿ㕙 & =OO? ᢿ㕙 図 12 X9-Y11 柱梁 軸組図 Analysis on Beam-Column Joints in Reinforced Concrete Buildings Damaged during the 2011 Tohoku-Chiho Taiheiyo-Oki Earthquake ― 723 ― 図 13 非構造壁のひび割れ OKIHARA Keisuke, SHIOHARA Hitoshi 造の校舎(以下、新校舎という)である。どちらも現行耐 構造の雑壁や完全スリットが設けられていない袖壁付き 震基準で設計されているが 4 階建て旧校舎の被災度は小 柱のせん断破壊が生じたものと考えられる。つまり、腰 破で、地震直後は継続使用できなかった。主な被害は袖 壁にスリットを設けた層にスリットの施していない非構 壁付き柱のせん断破壊、雑壁・柱のせん断破壊(図 8・9) 造の雑壁など剛性の高い要素が共存するとそこに著しい であった。また 3 階床レベルで十字形柱梁接合部に斜め 損傷が生じるので、構造設計上注意が必要である。 亀裂の発生が多く見られた(図 10)。一方同じ敷地内の 3 新校舎 2 階の柱及び梁の断面図と各部材強度及び曲げ 階建て新校舎は、旧校舎に似た平面を有するが被災度は 強度比を図 12 と表 4 に示す。新校舎の柱寸法と配筋量は 軽微で、非構造壁にひび割れ(図 13)が生じた程度で継続 旧校舎とほぼ同じであり梁の主筋量が少ないが、その結 使用されていた。 果柱梁強度比は 2.0 以上が確保された。そのため、架構の 3. 柱梁接合部の分析 3.1 集合住宅 7 階の柱及び梁の断面図を図 2 に、靱性保証型指針*3(以 剛性が確保され応答変位が減少し、旧校舎と同様に腰壁 に完全スリットが設けられ雑壁が存在するにも関わらず、 非構造壁の損傷の程度は軽微に留まった可能性がある。 下、「指針」という)で計算した部材強度と柱梁強度比を 表 1 と表 2 にそれぞれ示す。表 1 は床荷重を柱が全て負 表 3 各部材強度及び曲げ強度比(X10-Y1) 担するとして算定した軸力を用い、表 2 は戸境の連層耐 柱 (kN-m) 震壁も床荷重を負担するとした場合である。接合部せん 断余裕度は 2~3 であり指針で接合部破壊は説明できない。 柱が全荷重を負担するとして求めた柱梁強度比を計算す ると 2.0 以上となり、戸境の連層耐震壁も床荷重を負担す るとした場合、柱梁強度比は 1.3~1.7 程度となった。既往 の研究では、柱梁強度比が 1.0 に近い値のときに柱梁接合 RF 4F 3F 2F 1F 表れることが実験*2 により確かめられており、このことも 柱梁接合部の損傷が大きい原因であると考えられる。 表 1 強度及び曲げ強度比(柱が軸力を全て負担)(X4-Y4) 柱 (kN-m) 9F 8F 7F 6F 5F 767.0 946.8 1103.1 1208.1 1463.2 梁 上端引張 (kN-m) 401.8 526.1 555.1 740.9 778.1 梁 下端引張 (kN-m) 279.9 404.1 434.3 541.2 778.1 接合部 柱梁 設計用応力 強度比 (kN) 2.51 324.1 2.20 445.3 2.34 432.9 2.08 571.4 1.97 667.1 接合部 強度 (kN) 1205.4 1205.4 1259.4 1349.4 1764.2 接合部 余裕度 3.72 2.71 2.91 2.36 2.64 表 2 強度及び曲げ強度比(壁の軸力負担を考慮)(X4-Y4) 柱 (kN-m) 9F 8F 7F 6F 5F 663.5 747.7 820.9 859.0 1025.9 梁 上端引張 (kN-m) 401.8 526.1 555.1 740.9 778.1 梁 下端引張 (kN-m) 279.9 404.1 434.3 541.2 778.1 接合部 柱梁 設計用応力 強度比 (kN) 2.07 324.1 1.69 445.3 1.70 432.9 1.47 571.4 1.36 667.1 接合部 強度 (kN) 1205.4 1205.4 1259.4 1349.4 1764.2 接合部 余裕度 3.72 2.71 2.91 2.36 2.64 梁 下端引張 (kN-m) 285.2 480.4 593.8 593.8 接合部 柱梁 設計用応力 強度比 (kN) 0.73 469.4 1.07 1149.1 1.00 1580.8 1.09 1580.0 接合部 強度 (kN) 1562.8 2232.6 2232.6 2232.6 接合部 余裕度 3.33 1.94 1.41 1.41 表 4 各部材強度及び曲げ強度比(X9-Y11) 柱 (kN-m) 部の破壊が生じると予測されており*1、一つの要因となる。 また、偏心接合部では、柱梁接合部の破壊がより顕著に 414.6 613.2 667.9 721.2 梁 上端引張 (kN-m) 285.2 480.4 684.9 684.9 RF 3F 2F 1F 594.6 648.0 700.1 梁 上端引張 (kN-m) 280.5 280.5 280.5 梁 下端引張 (kN-m) 280.5 280.5 280.5 接合部 柱梁 設計用応力 強度比 (kN) 1.06 380.8 2.21 419.5 2.40 319.9 接合部 強度 (kN) 1542.0 2202.9 2202.9 接合部 余裕度 4.05 5.25 6.89 4. まとめ 2012 年東北地方太平洋沖地震で被害を受けた建物の地震 被害と柱梁接合部の設計の分析から以下の知見を得た。 1. 現行設計基準の柱梁接合部のせん断余裕度が 2 から 3 程度と十分に規定を満たしていても柱梁接合部に 破壊が生じることがある。 2. 靭性骨組の設計では、腰壁にスリットを設ける一方 で同じ層に対策を施していない非構造の雑壁など剛 性の高い部分が共存するとそこに著しい損傷が生じ 注意が必要である。 謝辞 本研究を行うに当たって独立行政法人都市再生機構東日本支 社及び仙台市に構造図面、耐震診断結果、耐震改修基本設計結果を ご提供いただいた。ここに記して関係各位に謝意を表する。 参考文献 *1 塩原等：鉄筋コンクリート柱梁接合部：梁曲げ降伏型接合部の耐 3.2 学校校舎 旧校舎 2 階の柱と梁の断面図を図 7 に、この建物の各 部材強度及び柱梁曲げ強度比を表 3 にそれぞれ示す。柱 に対して梁の鉄筋が比較的多いが、接合部せん断余裕度 は 1.4~3.3 と大きい。一方、十字形柱梁接合部の柱梁強度 震設計. 日本建築学会構造系論文集,第 74 巻第 640 号,2009 年 6 月,pp. 1145-1154. *2 楠原文雄,松土智史,塩原等,壁谷澤寿一,福山洋：柱幅か 大きく柱 梁曲け 強度比か 小さい鉄筋コンクリート造十字形柱梁接合部の実 験. 日本建築学会大会学術講演梗概集 (関東) 2011 年 8 月, pp. 531532. 比は 0.7~1.0 である。そのため柱梁接合部に変形が集中し *3 鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐震設計指針・同解説：日 て架構剛性が低くなり、同じ層で相対的に剛性の高い非 本建築学会 * 東京大学大学院工学系研究科 修士課程 ** 東京大学大学院工学系研究科 准教授 * Graduate Student, School of Engineering, The University of Tokyo ** Associate Prof., School of Engineering, The University of Tokyo ― 724 ―
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