日本建築学会大会学術講演梗概集 （関東） 2015 年 9 月 22501 低層鉄骨造の損傷抑制用 DIY 制震補強に関する技術開発 -その 10- 既存 5 層鉄骨造建物に対する DIY 制震補強工法の施工実験 正会員 同 制震補強 時刻歴応答解析 1523 接続鋼管(外形:60.5 厚さ:7) 1760 φ23 方杖型② 2355 本体鋼管(外形:76.3 厚さ:7) 1035 方杖型① 粘弾性体=1100(厚さ13.65) 本体丸鋼(M35) 図 1 ダンパ詳細図 図 2 ダンパ設置型式 12000 5400 3000 2400 3000 12000 5400 3600 600 600 3000 6600 2400 3000 3600 600 3200 3200 150 600 6600 150 FL 150 FL 563 563 1600 150 1600 150 FL 13621 150 1600 563 563 563 563 ピロティFL 図 3 Y5 構面軸組図 400 FL 25 3200 563 3200 563 FL 150 150 FL 8645 8645 3620 563 3620 563 3200 563 1600 3200 563 FL 13621 563 FL 150 FL 400 563 3200 563 3200 563 FL ピロティFL 12000 600 5400 3000 2400 12000 12000 6600 3000 3600 600 600 5400 3000 2400 6600 3000 3600 600 600 5400 3000 2400 6600 3000 3600 600 600 ① ① 2000 1000 1. はじめに 本報告では、初めに既存の 5 層鉄骨造建物の DIY 補強 実験を実施し、施工の手順と作業をして得られた知見に ついて報告する。なお柱梁と取付け金物の接合には、前 報告(その 8、9)で力学性能について述べた接着剤 A を用 いる。また補強前後に実施した振動測定実験の結果と、 地震動に対する補強効果を時刻歴応答解析により検討し た結果を述べる。 2. 対象建物の概要と補強方法 補強対象とした建物は、5 階建ての鉄骨造建築物となって おり、鉄骨軸組にスラブ及び内外壁が取り付けられている状 態である。補強には図 1 に示す 100kN 級粘弾性ダンパを計 4 基使用し、Model1～3 の 3 通りの設置方法で補強を行う。な お、躯体と取付け金物の接合には接着剤 A を用いた接着剤接 合を採用する。図 2 には 2 種類の設置型式を示す。柱梁仕口 部からの柱側取付け長さを 1035[mm]とした型式を方杖型①、 2355[mm]とした型式を方杖型②とする。図 3～5 には主要軸 組図、主要階平面図を示し、ダンパ設置位置を各平面図に示 す。表 1 には各 Model のダンパ 4 基の設置方法を、表 2 には 主要部材断面を示す。施工実験はダンパメーカー、接着剤メ ーカー立会いの下実施した。 3000 DIY 振動測定実験 12000 3000 3000 3000 12001500 1500 1500 1500 低層鉄骨造 粘弾性ダンパ 曽田五月也*1 花井勉*2 ○佐藤剛生*3 皆川隆之*4 三須基規*5 井上雄貴*6 EV EV 1950 1950 Room EV EV EV Room Room ①②③ Garage ①②③ EV ②③ ②③ Garage Balcony ① Balcony Model1 でのダンパ配置位置 1 階平面図 2 階平面図 3 階平面図 図 5 主要階平面図 表 1 ダンパ設置方法 表 2 主要部材断面 設置型式 方杖型① Model1 方杖型② 方杖型① Model2 方杖型② 方杖型① Model3 方杖型② ダンパ設置基数[基] 1階 2階 3階 4 0 0 2 1 1 2 0 0 1 0 1 部材 大梁 小梁 柱 断面 H－350×175×7×11 H－250×125×6×9 □－200×200×12 3. 施工手順と作業性の検証結果 施工手順を写真 1 に示す。まず、メジャー等を用いて ダンパの納まる空間が確保されていることを確認する。 次にダンパ、取付け金物を発注し、それぞれの接合及び 養生に必要な材料、工具を準備する。接着剤に関しては 2 液混合型接着剤であることから、取付け箇所ごとに小分 けにしておくことで容易に施工を行うことができた。ま た、矩形の容器では角部に接着剤が残るおそれがあるた め、円形の容器にて混合することが望ましいという知見 が得られた。次に金物設置位置の墨出しを行い、ベルト サンダー、有機溶剤を用いて接合箇所の表面処理を行う。 その後、取付け金物に接着剤を塗布し、取付け金物の柱 梁への接着、養生を行う。1 週間の養生の後、ダンパの設 置を行う。まず梁側のピンを通し、次に柱側のピンを通 し、最後にダンパ接続部の高力ボルトをトルクレンチで 締めつけて設置完了となる。使用した接着剤 A は現場で の施工性が良く、本工法に適用可能であることが分かっ た。また、ダンパは延長鋼管を用いる仕様としたことで、 現場で取付け長さを容易に微調整することができ、DIY 工法に適したダンパであると言える。 図 4 Y2 構面軸組図 Development of DIY Seismic Retrofit of Low-rise Steel Structures Part10 Construction Experiment of DIY Seismic Retrofit for Five Stories of Existing Steel Structures ― 1001 ― SODA Satsuya, HANAI Tsutomu SATO Gousei, MINAGAWA Takayuki MISU Motoki, INOUE Yuki Maxwell Model と粘性率、弾性率を示す。質量は固定荷重 及び積算荷重から算定し、主構造の剛性、耐力は微動測 定実験の結果より得られた振動数を元に Ai 分布から決定 し BL モデルで模擬した。表 6 には入力地震動を示す。 事前準備物 納まりの確認 接着剤の小分け 25.6[t] 25.6[t] BL 25.6[t] BL 97.6[t] BL 97.6[t] BL BL 124.5[t] 2 BL γ 2 1 接着剤の塗布 金物の接着 梁側のピン挿入 127.3[t] BL 接続部の締付 写真 1 施工手順 設置完了 伝達倍率 4. 微動測定実験 表 3 微動測定概要 ダンパが建築物に与える 速度計基数 6基 補強効果の検証を目的と 計測方向 X方向 して微動測定実験を行う。 サンプリング周波数 200Hz 表 3 に実験概要を示す。 常時微動測定 計測時間 10分間 計測回数 2回 図 6 には 5 階で計測した 加振振動数 1.75Hz 人力加振実験 加振人数 6人 データのフーリエ振幅 80 無補強 方杖型①Model1 70 を地動で計測したデー 方杖型①Model2 方杖型②Model1 60 方杖型②Model2 Model3 50 タのフーリエ振幅で除 40 30 した伝達関数を示す。 20 10 ダンパ 4 基による補強 0 0 1 2 3 4 5 6 では固有振動数の大き 固有振動数[Hz] な変化は見られなかっ 図 6 伝達関数 た。図 7 には方杖型②Model2 での補強前後の人力加振実 験での自由振動波形と RD 法より算出した減衰定数及び減 衰曲線を示す。波形はいずれもピーク値を 1 に規準化し た。補強後には減衰定数が増加していることが見て取れ るが、より補強効果の高い設置基数にて地震動に対する 補強効果を解析的に検討する。 1.2 0.8 0.4 0 -0.4 -0.8 -1.2 速度[kine] 5. 5 4 3 2 1 h=1.03[%] η：粘性率 γ：弾性率 Model2・3 図 9 Maxwell Model 階高 [mm] 3200 3200 3200 3620 3200 5 10 1940年Imperial Valley地震El centro観測波 el_ns_lv2 NS成分の最大速度を50kineに規準化した地震動 第2種地盤の安全限界検証用 模擬地震動 スペクトルに対応する模擬地震動 1/50[rad] 1/50[rad] 時刻歴応答解析 対象建物を 5 質点系せん断モデルに置換し時刻歴応答 解析を行う。図 8 には解析モデル図を、表 4 には建築物 諸元を、図 9、表 5 には粘弾性ダンパを模擬した 3 本の *1 早稲田大学創造理工学部建築学科教授 工博 *2 えびす建築研究所代表取締役 博士(工学) *3 早稲田大学創造理工学研究科建築学専攻 (現 *4 えびす建築研究所 *5 昭和電線デバイステクノロジー *6 早稲田大学創造理工学研究科建築学専攻 (現 50.0 542.1 88.1 1/50[rad] 1/50[rad] 5層 4層 3層 2層 1層 -0.08 -0.04 0 0.04 0.08 適切設置基数 時刻[s] 15 507.0 表 7 にはダンパ設置基数を、図 10 には補強前後の最大 層間変形角を示す。適切設置基数とは模擬地震動 50 波に 対して最大層間変形角を本工法の設計クライテリアであ る 1/50[rad]程度に低減できるダンパ設置基数を示す。適 切なダンパ設置基数を設置する 表 7 ダンパ設置基数 ダンパ設置基数[基] ことで全層の最大層間変形角を 階 適切設置基数 実験時設置基数 5 3 0 5 0 概ね 1/50[rad]に低減できており、 4 3 5 1 2 8 1 十分な補強効果が見込める。 1 10 2 el_ns_lv2 入力時 10 最大加速度 最大速度 [gal] [kine] 略称 層間変形角[rad] 5 = 40[𝑘𝑁𝑠/𝑚2] 𝜂 = 370[𝑘𝑁𝑠/𝑚2] 2 2 3𝜂 = 11[𝑘𝑁𝑠/𝑚 ] 2 𝛾 = 150[𝑘𝑁/𝑚 ] 1 2 2𝛾 = 130[𝑘𝑁/𝑚 ] 2 3𝛾 = 2060[𝑘𝑁/𝑚 ] 1𝜂 表 6 入力地震動 入力地震波名 -0.12 図 7 自由振動波形 表 5 粘弾性ダンパ諸元 初期剛性 降伏耐力 [kN/m] [kN] 10088 214.3 48548 633.6 97698 1015 147772 1296 198803 1483 方杖型②Model2 h=1.42[%] γ BL 速度[kine] 1.2 0.8 0.4 0 -0.4 -0.8 時刻[s] -1.2 15 0 無補強 0 質量 [t] 25.6 97.6 124.5 127.3 129.5 階 3 129.5[t] BL 無補強 Model1 図 8 解析モデル 表 4 建築物諸元 柱側のピン挿入 γ BL 129.5[t] BL η 127.3[t] BL 129.5[t] 3 124.5[t] BL 127.3[t] η BL 124.5[t] BL η 1 97.6[t] 5層 4層 3層 2層 1層 0.12 -0.12 -0.08 -0.04 0 0.04 0.08 0.12 層間変形角[rad] 模擬地震動入力時 実験時設置基数 無補強 図 10 最大層間変形角 6. まとめ 施工実験より、非専門業者でも 5 層鉄骨建築物に対し て簡易に DIY 制振補強工法を行えることを示した。また、 微動測定実験及び時刻歴応答解析により本工法の制振効 果を示した。 三菱地所設計) 清水建設) ― 1002 ― *1Prof., Dept. of Architecture, Waseda Univ., Dr. Eng. *2President,Ebisu Building Laboratory Co.,Dr.Eng. *3Graduate Student, Waseda Univ. *4 Ebisu Building Laboratory Co *5SWCC Showa Device Technology Co., Ltd. *6Graduate Student, Waseda Univ.
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