工学院大学建築系学科小野里研究室 2002 年度卒業論文梗概単層耐震壁の最大強度に関する研究 D2-99092 渡辺慎吾および縦横補強筋から構成される。軸力バネは引張域で 1.はじめに鉄筋コンクリート造耐震壁の最大強度の評価は，多く引張側主筋を，圧縮域で圧縮側主筋と柱断面の半分のコの場合，上下梁が剛強として扱うことのできる連層耐震ンクリートを表し，それぞれ主筋重心位置にある。また壁を対象としている。しかし，耐震壁が連層ではなく中完全弾塑性則にしたがうものとする[2]。間層に配置されることは設計上少なくないのにもかかわ N らず，上下梁が剛強として扱うことのできない単層耐震 M 上梁剛体 Q 壁についての研究は数が少ない。そこで本研究は，単層縦引張補強筋横引張補強筋せん断バネ耐震壁に対して弾塑性解析モデルを用いて最大強度の評 h' 価を行うことを目的としている。側柱側柱 ⊿h 剛体 θ 2.連層耐震壁と単層耐震壁下梁剛体軸力バネ 2.1 連層耐震壁圧縮ストラット D 連層耐震壁は，図-1 のように耐震壁が複数の層にわたって連続して配置されているもので，全体が非常に大き図-3 D ｌ ' 上下梁を剛体と扱った弾塑性解析モデル図２　弾塑性解析モデルな 1 個の構造体となる。靱性を確保することが容易で，上梁縦補強筋横補強筋ｈ' 側柱きるため単層耐震壁に比べて高い精度で最大強度を予測せん断バネ ⊿ｈできる。側柱場合，耐震壁は上梁と下梁が剛強であるという扱いがで BＤ地震力に対する剛性と強度を高めることができる。この 2.2 単層耐震壁剛体要素単層耐震壁は，図-2 のように耐震壁が連続しておらず， BＤ θ 設計の段階で周囲と比べて構造上弱い部分などに配置される。耐震壁の上下関係が考慮されずに配置されているため，上梁・下梁が剛強でない場合が多く，また配置に下梁圧縮ストラット ' CＤ ⊿ CＤ図-4 軸力バネ上下梁を分割した弾塑性解析モデルよっては柱・梁フレームの破壊にもとづく脆性破壊を起こしやすい。単層耐震壁は連層耐震壁に比べて設計上の自由度が高いが信頼性は低下してしまう。 4.単層耐震壁における弾塑性解析モデルの妥当性表-1 に試験体の形状と解析結果の一覧を示す。対象とした試験体は，上下梁の断面が柱と同程度またはそれ以下のもの 17 体である。圧縮ストラットの傾斜角は，柱梁の拘束に応じて変化する。このため，上下梁が剛強の場合に相応する元モデルによる角度を元モデルの角度，柱梁の拘束が小さい場合に観測されたひび割れから，柱梁フレームの対角線と等しい角度を対角線の角度と設定し解析を行うこととした。元モデルについては文献[3]に詳図-1 連層耐震壁図-2 単層耐震壁細に述べられている。表-1 の解析結果から，圧縮ストラットの角度を対角線の角度と設定したときにより高い解 3.弾塑性解析モデルの概要析精度を得られることがわかる。図-3 に上下梁を剛体と扱った弾塑性解析モデルを示す。このモデルは剛体要素，軸力バネ，せん断力バネ，圧縮ストラット，縦横補強筋で構成される[1]。 5.上下梁の主筋量をパラメータとした弾塑性解析連層耐震壁においては，上下梁が剛強であるという扱図-4 に上下梁を分割した弾塑性解析モデルを示す。弾塑いができる。しかし単層耐震壁の場合，剛強であるとい性解析モデルは，剛体要素とこれと連結する軸力バネ，う扱いができないため，上下梁の強度について考慮するせん断力バネからなる両側柱と上下梁，圧縮ストラット，必要がある。そこで上下梁の主筋量をパラメータとし， D2-99092 表-1 試験体の形状と解析結果 σB ps h’ t ’ Cgσy Bgσy sσy 梁のN0 破壊 Cpg Cpw Bpg Bpw pg cgσy 2Bpg ps N0 σB No. 試験体名 t 実験値 2 解析値 Cb CD Bb BD Bgσy s2σy ' h' 2 強度係数 No. 試験体名 (mm) 形式 (mm) (mm) C (%) (mm) (mm) (mm) (%) (%) (%) (%) (kN) (mm) (N/mm ) (N/mm ) (N/mm ) (N/mm 2 2 2 2 Qexp(kN) )元モデルの角度対角線の角度 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (%) (N/mm ) (%) (N/mm ) (%) (N/mm ) (kN) (N/mm ) C WSL 1 0.35FW-1 0.35 19.1 167.7 0.14 33.3 0.35FW-1 65 100 65 100 630 420 20 1.74 383.5 1.74 383.5 0.35 167.7 99.4 0.0 94.6 98.2 WSL 2 10.35FW-2 0.35FW-2 65 100 65 100 630 420 20 1.74 99.4 0.14 93.5 98.2 WSL 1.74 383.5 383.51.740.62383.5 1.74 0.35 383.5167.7 0.62 0.0 3 20.7FW-1 0.70 19.1 0.70FW-1 65 100 65 100 630 420 20 1.74 383.5 1.74 383.5 0.70 191.2 19.1 109.0 0.0 107.4 111.6 WSL 191.2 0.14 35.5 4 31.05FW-1 1.05 19.1 1.05FW-1 65 100 65 100 630 420 20 1.74 383.5 1.74 383.5 1.05 191.2 116.3 0.0 0.15 113.5 111.5 WSL 5 41.05FW-2 65 100 65 100 630 420 20 1.74 19.1 116.3 5 1.05FW-2 1.74 383.5 383.5 1.05 191.2 0.0 0.15 116.6 111.5 BSF 20 6 20W-0.2F-1 0.20393.3 0.35 217.4 0.20 0.0 20W-0.2F-1 65 100 65 100 630 420 20 1.97 393.3 1.97 19.1 107.0 0.18 90.6 101.0 BSF 7 620W-0.2F-2 65 65 100 420 20 1.97 259.4 1.97 393.3 0.35 217.4 0.0 0.0 20W-0.2F-2 100 6565 100 100 630 630 420 19.1 107.0 0.18 95.4 101.0 WSL 8 720W-0.6F-1 393.3 1.970.60393.3 0.35 393.3217.4 0.60 0.0 32.3 20W-0.6F-1 65 100 65 100 630 420 20 1.97 259.4 19.1 107.0 0.18 95.0 101.0 WSL 9 820W-0.6F-2 20W-0.6F-2 65 100 65 100 630 420 20 1.97 196.2 1.97 393.3 0.35 217.4 107.0 0.0 93.8 101.0 WSL 1.97 1.97 0.35 32.6 217.4 0.18 10 920W-1.2F-1 1.20393.3 0.35 217.4 1.20 0.0 20W-1.2F-1 65 100 65 100 630 420 20 1.97 196.2 1.97 32.6 107.0 0.18 110.6 101.0 WSL 111020W-1.2F-2 20W-1.2F-2 65 100 65 100 630 420 20 1.97 196.2 1.97 393.3 0.35 217.4 32.6 107.0 0.18 114.6 101.0 BSF 121135W-0.5F-1 0.48 0.48 0.0 28.5 35W-0.5F-1 65 100 65 100 630 420 35 1.97 196.2 1.97 394.8 0.35 217.4 32.6 139.5 0.12 122.2 BSF，WSL 137.8 35 394.8 0.76 394.8 0.76 0.0 131235W-0.8F-1 25.6 35W-0.8F-1 65 100 65 100 630 420 35 1.97 180.1 1.97 394.8 0.35 217.4 24.6 132.3 0.13 119.1 131.1 WSL 141335W-1.2F-1 1.24 1.24 0.0 21.0 35W-1.2F-1 65 100 65 100 630 420 35 1.97 180.1 1.97 394.8 0.35 217.4 24.6 120.6 0.0 110.6 115.2 BSF 15140.20-0.0-RCW 0.20 217.4 0.16 34.8 0.20-0.0-RCW 120 120 100 120 1080 600 40 24.6 370.3 0.08 180.1 BSF 1.98 180.1 403.92.370.66403.9 2.37 0.20 403.9217.4 0.6642.4 42.4 265.0 16150.35-0.0-RCW 120 120 100 120 1080 600 40 1.98 0.35 33.5 198.6 0.08 120 120 100 120 1080 600 40 1.98 180.1 2.37 403.9 0.35 198.6 42.4 24.6 364.9 16 0.35-0.0-RCW 288.1 200.5 WSL 17 0.70-0.0-RCW 0.70 30.5 Cb 17 0.70-0.0-RCW 【記号】Cb：柱幅 CD 120 120 Bb 100 CD：柱せい Cpg：柱全主筋比 BD 120 1080 Bb：梁幅 600 40 1.98 BD：梁せい Cgσy：柱主筋降伏強度 208.6 2.37 403.9 0.70 198.6 42.4 0.10 30.3 271.1 246.3 ’ ：壁板の内法幅 h’ ：壁板の内法高さ t：壁板の厚さ Cpw：帯筋比 Bpg：梁全主筋比 Bgσy：梁主筋降伏強度 Bpw：あばら筋比 ps：壁補強筋比 sσy：壁補強筋の降伏強度 N0：柱 1 本あたりの軸力 σB：コンクリート 1 軸圧縮強度 BSL：梁のせん断破壊 WSL：壁板のスリップ破壊表-2 349.0 平均標準偏差変動係数主筋量を変化させた解析値／元モデルの算定値弾塑性解析を行う。表-2 に解析の対象として設定した試験体モデルの形状と解析結果を示す。試験体モデルは上下梁の断面が柱の断面以下であるとして設定する。解析方法は，圧縮ストラットの傾斜角を元モデルから得られる角度と，対角線の角度の間の角度を用いて解析を行う。また上下梁の強さの指標として，梁の強度係数 C を設定する。C は次式から算定される。 C=M u/M s M u=0.9at・σ y・d M u ：梁の曲げ強度 0.96 0.95 0.96 1.02 1.05 0.90 0.94 0.94 0.93 1.10 1.14 0.89 0.91 0.96 1.47 1.44 1.10 1.038 0.173 0.167 対角線の角度 0.95 0.94 0.98 0.98 1.00 0.85 0.89 0.89 0.88 1.03 1.07 0.88 0.90 0.92 0.72 0.79 0.78 0.908 0.093 0.103 解析の対象として設定した試験体モデル cgσy ps σB b h' t 実験値元モデル '' Cpg B pg Bgσy sσ y CD Bb BD No. C (kN) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (%) (N/mm2) (%) (N/mm2) (%) (N/mm2) (N/mm2) (kN) 1 300 300 200 300 2400 1600 60 0.88 279.5 1.33 279.5 0.18 279.5 16.7 956.2 948.5 ここで, 解析精度元モデルの角度 M s=w・  '2 /8 破壊形式壁のせん断元モデル M s ：梁の曲げ応力 at ：梁の引張主筋断面積 σ y ：主筋の降伏強度 d ：梁の有効せい '2 ：梁の内法高さ w ：壁板が梁にあたえる単位長さあたりの垂直力 =(0.63σ B/2－p s・ sσ y)t 強度係数C 図-5 No.1 の試験体の解析結果 6.まとめ図-5 は圧縮ストラットの傾斜角を，対角線の角度から本研究では次のことを示した。元モデルの角度まで用いて解析した結果を示したもので 1) ある。図中の縦軸は主筋量を変化させ得られる解析値と対角線の角度を用いた弾塑性解析モデルは，単層耐震壁の最大強度を比較的精度よく評価できる。元モデルの算定値の比をとったもので，横軸は強度係数 2) 単層耐震壁の最大強度の解析を精度よく行うこと C をとったものである。強度係数 C=0.1～0.5 の間で解析のできる圧縮ストラットの傾斜角は，強度係数 C 値が最大となる角度は変化している。強度係数の小さいが小さい領域では対角線の角度である。また，強範囲では対角線の角度が最大の解析値となり，強度係数度係数 C が大きくなるにつれて元モデルの角度へが大きい範囲では元モデルから得られる角度を用いた解と移行する。析が最大の値となっている。このことから，圧縮ストラットの傾斜角を，対角線の角度からから元モデルの角度 [1] の間の角度とした解析値は，対角線の角度と元モデルの角度を用いて得られる解析曲線の折れ曲がり点を結んだ [2] 直線状にあることがわかる。 [3] D2-99092 参考文献鈴木章司他：連層耐震壁のスケルトンカーブの解析(その 2)，日本建築学会大会学術講演梗概集 ( 東北 ) ， C ，構造 Ⅱ ， 2992 ， pp.397-398,1991.9 小野里憲一他：マクロモデルによる単独耐震壁の弾塑性解析，コンクリート工学年次論文報告集，Vol.12，No.2，pp575～580，1990 望月洵他：連層耐震壁のマクロモデルとその解析法，コンクリート工学論文集，Vol.1，No.1，pp121～132，1990.1