構造体の強度分布と充填性確認のための試験

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1 1 S 造構造計算書 設計法概要 設計法の詳細理解が最も重要 (1) 構造特徴 (2) 設計フロー (3) 基本事項 (4) 筋かい破断防止 (5) 冷間成型角型鋼管 (6) 局部座屈 (7) 柱脚 (8) 筋かい応力割増 (9) 保証設計 (10) 許容応力度設計 ( 一次設計 ) (11) 保有水平耐力計算 ( 二次設計 )

2 (1) S 造の構造特徴 自重に比して高強度で靭性のある鋼材による構造体 超高層建物や大空間建物での利用価値が高い 使用部材の工場生産 現地組立による品質保証 ねばりのある構造物の設計可能 特徴 2 座屈や変形に対する検討が要求される 部材間の接合部に注意が必要 局部座屈による破壊等のため納まりに要注意 超高層建物や大空間建物では施工方法の検討が必要

3 設計フロー 3 (2) 設計フロー 構造計画仮定断面 スパン 6m 延べ面積 500m^2 YES Co 0.3 として許容応力度計算 筋かい端部 接合部の破断防止 BCR/BCP の応力割増 YES NO スパン 12m 階数 2 延べ面積 500m^2 平屋では 3000m^2 偏心率 0.15 屋根ふき材検討使用上支障防止 階数 3 高さ 13m 軒高さ 9m Co 0.3 として許容応力度計算 筋かい端部 接合部の破断防止 局部座屈等の防止 柱脚部の破断防止 BCR/BCP の応力割増 YES YES 層間変形角 1/200 高さ 31m NO YES 剛性率 0.6 偏心率 0.15 塔状比 4 筋かいの β による応力割増 *1: 層間変形角は 外装材との関連で 1/150 程度まで許容できる NO 筋かい端部接合部の破断防止 局部座屈等の防止 柱脚部の破断防止 BCR/BCP の耐力比確保 保有水平耐力の確認 Qu Qun Qun=Ds Fes Qud 転倒の防止 (H/B>4) ルート 1-1 ルート 1-2 ルート 2 ルート 3 *1 NO 構造特性係数 Ds 形状係数 Fes

4 (3) 基本事項 1 屋根ふき材の検討 屋根ふき材は平均速度圧 ( ) にピーク風力係数 ( ) を乗じた風圧力 (W) により安全確認 _ q W = q * C f ( 注 ) 個々の部材寸法が小さいため局部的な風圧力に対する検討が必要 ピーク風圧係数にガスト影響係数が考慮されている _ C f 基本 1 4 使用上の支障防止 ( たわみの検討 ) 1 部材寸法 (S 造 ) デッキプレート版 t / L > 1/25 D / L > 1/15 梁 D : 梁せい L : 有効長 t : 版厚 2 たわみの検討 (1 の条件を満足しない場合 ) δ E : 固定荷重と積載荷重による弾性たわみ α*δ E 1 L : 有効長さ L 250 α: 変形増大係数 S 造デッキ α= 1.5 S 造梁 α= 1

5 ( 施行令第 82 条 ) ( 告示第 1458 号 ) 基本 1 5 屋根ふき材等の耐風計算 ( 技術基準解説書 p406~411) [ 概要 ] 施行令第 82 条の 4 で屋根ふき材 外装材 野外に面する帳壁に対しは風圧力を計算しその安全性確認が要求されている 告示第 1458 号 ( 最終改正告示第 1231 号 ) では速度圧の計算式やピーク風圧係数の表が与えられている _ ^ _ ^ 風圧力 (W) は速度圧 ( q ) にピーク風力係数 ( C ) を乗じて求める _ f W = q * Cf 速度圧 ( q) は高さ方向分布係数 (Er) と基準風速 (Vo) から計算する 建物用風圧力計算と比較すると動的効果によるガスト影響係数は考慮されていない ピーク風力係数 ( C ) の外圧係数 内圧係数が表で与えられておりその差で評価する なお切妻屋根 f 等の正圧にあってはここでガスト影響係数の考慮 (Gpe) が行われている 帳壁用ガラスの許容耐力はこの告示第 1458 号で与えられている [ 注意事項 ] ^ 帳壁については高さ 13m 超の建物に適用される q = 0.6*E *V 屋根ふき材は個々の部材寸法が小さいため局部的な風圧力に対する検討が必要であることを考慮してピーク風力係数を採用している _ 2 r 2 0

6 ( 施行令第 82 条 ) ( 告示第 1459 号 ) 基本 1 6 使用上の支障 ( 技術基準解説書 p290) 施行令第 82 条第四号では変形や振動により使用上の支障が起こらない確認が要求されている この具体的な確認方法が告示第 1459 号に示されている 告示第 1459 号による確認方法は 1 部材寸法を規定値以上にする 2 たわみの最大値が規定値以内に収まるのどちらか 1 部材寸法 代表的な部材寸法規定値 δmax t L 1 t/l > Limit or 2δmax * α /L 1/250 α: 変形増大係数 木造 梁 ( 床用 ) D/L >1/12 床版 ( 片持以外 ) t /Lx >1/30 S 造 デッキプレート版 梁 ( 床用 ) t /Lx >1/25 D/L >1/15 RC 造 床版 ( 片持 ) 梁 ( 床用 ) t /Lx >1/10 D/L >1/10 D: 梁せい L: 梁有効長 t : 床版厚 Lx: 床短辺有効長 2たわみ計算 固定荷重と積載荷重 ( 地震用で良い ) による弾性たわみ (*) を求めこれにクリープ等を考慮した変形増大係数を乗じたものがスパンの1/250 以下であることを確かめる (* 支持レベルからの鉛直変形量でむくりがある場合はその影響を考慮して良い ) 変形増大係数 (α) 木造 :α= 2 S 造梁 :α= 1 S 造デッキ :α= 1.5 RC 造梁 :α= 8 RC 造床版 :α= 16

7 (3) 基本事項 2 層間変形角 (γ) 1 次設計時の地震時応力解析結果より層間変形角を計算 階高 (h) は床版上面間の寸法 1 階部分は基礎梁の関係で計算モデルより階高がかなり減少するので注意が必要 γ = δ/h δ: 層間変位 h: 階高 基本 2 7 剛性率 (Rs) 層間変形角 (γ) を利用して剛性率 (Rs) を計算 1.0に近い方が各階均等な剛性になる R S: 各階の剛性率 γ :γ の平均値 R s = γ s /γ s 偏心率 (Re) γ : 各階層間変形角の逆数 s 各層毎に重心 (XG) と剛心 (XK) を計算 これから偏心距離 (ex) を求める 一方各部材の水平剛性 (Dxi) と剛心からの距離によりねじり剛性 (KT) を計算 ねじり剛性と各方向の水平剛性から弾力半径 (rex ) を求め 偏心距離を弾力半径で除したものが各方向の偏心率 (Rex) X G = ΣX*N ΣN X K = ΣX*D Y ex = X K -X G ΣD Y K T = Σ{D X *(Y - Y K ) 2 + D Y *(X - X K ) 2 } s s r ex = K T ΣD x e Y R ex = r ex ( 注 ) 偏心率の計算では雑壁を考慮した場合と無視した場合の両ケースについて検討 不利なものを採用

8 ( 施行令第 82 条 ) ( 告示第 594 号第 3) 基本 2 8 層間変形角の計算方法 ( 技術基準解説書 p294~296) [ 概要 ] 施行令第 82 条の 2 で層間変形角が定義され 1 次設計の地震力に対し 1/200( 条件により 1/120) 以下であることが要求されている 具体的な計算方法が告示第 594 号第 3 に定められている 地震被害の事例で 架構に損傷がなくてもその変形により仕上げ材が破損して建物の機能がなくなったり 避難経路のドアが開かなくなったりしたことから規定されたものである 仕上げがALC 版で縦壁ロッキング構法や横壁カバープレート構法の場合は1/120まで緩和できる また安全が確かめられた構法では1/150まで緩和出来る δ 告示第 594 号第 3 許容応力度計算で地震力による応力算定時の変形から求める (δ/ 階高のH) 層間変形角の計算時高さ (H) は階高を用いる 計算モデルの高さ ( 梁心 ) とは異なるので注意が必要である ( 右図参照 ) 計算モテ ルのH 全ての鉛直部材について計算し各階毎にその最大値を採用する [ 注意事項 ] 一次設計用地震に対する検討なので必要により安全率を考慮する 逆梁等により梁上面と床上面が一致しない場合は梁上面位置を用いる 階高の H 地震用の応力解析にあっては耐震壁の剛性低下率や地盤ばねの評価等を考慮しても良いが十分な検証が必要になる

9 (3) 基本事項 3 風荷重 (ⅰ) 評価方法 a) 地域から基準風速 (v0 m/s) 場所より地表面粗度区分(Ⅰ~Ⅳ) を定める 基本 3 9 (ⅱ) 留意事項 b) 基準風速 (v0 m/s) と風速高さ係数 (Er) 及び動的効果を考慮したガスト影響係数 (Gf) より速度圧 (q N/m^2) を求める H ) α q = 0.6*E*V 0 2 E = E r 2 *G f E r = 1.7*( ZG c) 速度圧 (q N/m^2) に風力係数 (Cf) を乗じたものが風圧力 (P N/m^2) で これに受圧面積 (A) を乗じたものが風荷重となる P = C f *q 風荷重 = P*A 基準風速 (v0 m/s) は平坦で開けた場所 ( 地表面祖度区分 Ⅱ) の高さ 10m での平均風速より定めたもので再現期間 50 年の値 地表面祖度区分で (Ⅰ) は海岸 (Ⅱ) は田園 (Ⅲ) は住宅地 (Ⅳ) は市街地 通常 (Ⅲ) が多い 高さ (H) は建物高さと軒高さの平均 ガスト影響係数 (Gf) や係数 ( ZG,α) は地表面粗度区分 (Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ) により表で与えられる 風力係数 (Cf) は高さ方向に異なる外圧係数 (Cpe) と建物内で一定な内圧係数 (Cpi) の差

10 ( 施行令第 87 条 ) ( 告示第 1454 号 ) 基本 3 10 風圧力 (1)( 技術基準解説書 P246~260) [ 概要 ] 施行令第 87 条と告示第 1454 号を紹介 その解説と注意事項が記述されている 1 施行令第 87 条 風圧力を速度圧 (q) と風力係数 (Cf) の積で定義 速度圧 (q) を速度圧高さ方向分布係数 (E) と基準風速 (Vo) で計算する評価式を提示 他の建物や防風林等による速度圧の 1/2 までの低減を容認している 風力係数 (Cf) は告示式あるいは風洞実験によって求める q = 0.6*E*V 告示第 1454 号 速度圧高さ方向分布係数 (E) を平均風速の高さ方向分布係数 (Er) とガスト影響係数 (Gf) で定義 2 E = E *G 平均風速の高さ方向分布係数 (Er) とガスト影響係数 (Gf) の評価式を提示いずれも建物高さと軒高さの平均 (H) と地表面粗度区分 (Ⅰ~Ⅳ) の関数になっている 基準風速 (Vo) は30~46m/sの範囲で各地区毎に表で与えられている ( 東京 23 区は34m/s) r f 風力係数 (Cf) は外圧係数 (Cpe) と内圧係数 (Cpi) の差として定義 Cf = Cpe - Cpi 外圧係数 (Cpe) 内圧係数(Cpi) を建物形状に応じて評価する図表が与えられている 風上壁面外圧係数 (Cpe) は評価位置 ( 地盤面からの高さ :Z) により変化する 地表面粗度区分 :(Ⅰ) は海岸 (Ⅱ) は田園 (Ⅲ) は住宅地 (Ⅳ) は市街地 通常 (Ⅲ) を用いることが多い

11 (3) 基本事項 4 地震荷重 (ⅰ) 評価方法 a) 建物の1 次固有周期 (T) を建物高さ (h) より計算 T = h*( *α) 基本 4 11 b) 支持地盤の種別 ( 第 1 種 第 2 種 第 3 種 ) と建物固有周期 (T) より振動特性係数 (Rt) を設定 T 1.6*T c R t = 1 ( T<T c ) R t = 1-0.2*( -1) ( T c T<2*T c ) Tc R t = ( 2*T c T ) T c) 建物各階の重量 wj(n) を基本に層せん断力分布係数 (Ai) を求める A i = 1+( 1 α i 2*T -α i )* 1+3*T α i = W W i d) 振動特性係数 (Rt) と層せん断力分布係数 (Ai) 及び地域係数 (Z) ベースシア係数 (C0) をかけ合わせたものが各層の層せん断力係数 (Ci) C i = Z*R t *A i *C 0 e) 地下震度 (k) は地下深さ H(m) と地域係数 (Z) より計算 H k 0.1*(1- )*Z かつ k 0.05*Z 40 (ⅱ) 留意事項 建物高さ (h) は地盤面から構造躯体の最高高さまで (m) 振動特性係数 (Rt) 計算時の Tc は第 1 種 ( 岩盤 硬質砂礫等 ) で 0.4 秒 第 2 種 (1 種 3 種以外 ) で 0.6 秒 第 3 種 ( 粘土等の沖積層 ) で 0.8 秒 ベースシア係数 (C0) は 1 次設計用で 0.2( 木造で地盤が軟弱な場合は 0.3) 2 次設計 ( 必要保有耐力計算 ) 用で 1.0 この 1.0 は関東大震災クラスの大地震 ( 地震加速度 :300~400Gal) を想定 地下の定義は階高の 2/3 以上 外周側面の 75% 以上が地盤と接しているもの

12 ( 施行令第 88 条 ) ( 告示第 1793 号第 1 最終告示第 597 号 ) 基本 4 12 地震力 (2)( 技術基準解説書 P260~271) 振動特性係数 (Rt) の計算にあっては支持位置の地盤種別判定が必要になる 第 1 種地盤は岩盤や硬質砂れき層等第 3 紀以前の地層 第 3 種地盤は腐植土 泥土等による沖積層 第 2 種は第 1 種 第 3 種以外のもの 地盤種別判定の留意事項として 1 支持層の厚さは 5~10m 以上 2 沖積層の深さが 30m 以上になると第 3 種 3 地盤周期を常時微動測定やせん断波速度により定めることが記載されている 常時微動の測定上の留意事項やせん断波速度による地盤周期計算式が示されている 建物 1 次固有周期についても重力式や固有値解析の利用が可能だが初期剛性を使うこと 基礎や基礎杭の変形を認めないことが条件になっている 振動特性係数 (Rt) の算定にあって建築物の固有周期や地盤種別判定において告示式を使用しなかった場合 告示で示された計算式による値の 3/4 を下回らないものとする 各種地盤が混在する場合や長い支持杭のある場合の地盤種別判定例が掲載されている Ai 分布は建築物の上階になるほど大きくなり かつ建築物の 1 次固有周期が長いほどその傾向が著しくなる これは高層建物ほど大きくしなるように振動し層せん断力係数は上階にいくに従い大きくなることを考慮したものである Ai 分布は二乗和の平方根によって求めるモーダルアナリシスに従って計算して良い この時用いる加速度応答スペクトルは振動特性係数 もしくは超高層建築物に用いる加速度応答スペクトルに地盤増幅を考慮したもので良い T: 設計用 1 次固有周期 地震層せん断力係数の分布係数 Ai

13 ( 告示第 1791 号第 2) 変形能力確保 13 (4) 筋かい端部破断防止 ( 技術基準解説書 P584~ 589) [ 概要 ] 筋かい端部が 筋かい母材に先行して破断しないことを確認する 次の5 箇所について母材強度の1.2 倍以上の安全性 Aj σu 1.2Ag F があることを確認する 筋かい軸部 HTB はしあきカ セットフ レート溶接部 穴控除 筋かい カ セットフ レート 30 2/ 3L L (Ag-Ad) bσu 0.75n m fa fσu n be bt bσu (2/ 3L gt-ad) gσu 0.7S Le aσu/ 3 形状係数 bσu: 筋かいの破断強度 (N/mm 2 ) Ag: 筋かいの断面積 (mm 2 ) Ad: 筋かいの欠損断面積 (mm 2 ) n:htbの本数 fσu:htbの破断強度 (N/mm 2 ) fa:htbの断面積 (mm 2 ) n m:htbの本数とせん断面数 bσu: 筋かいの破断強度 (N/mm 2 ) be: 筋かいのはしあき (mm) bt: 筋かいの板厚 (mm) aσu: 溶接の破断強度 (N/mm 2 ) S: 隅肉溶接サイス (mm) Le: 隅肉溶接有効長さ (mm) gσu: カ セットフ レートの破断強度 (N/mm 2 ) L: 応力方向両端 HTB の距離 (mm) gt: カ セットフ レートの板厚 (mm) Ad: 破断面の欠損断面積 (mm 2 )

14 ( 告示第 593 号第 1 告示第 1791 号第 2 第 594 号第 4) 冷間成形角型鋼管応力割増 14 (5) 冷間成形角形鋼管の応力割増 ( 技術基準解説書 P319~327) BCR 及び BCP: 建築構造用冷間成形角形鋼管として 制定 ( 鉄鋼連盟規格 =JIS 規格外 ) 詳細は冷間成形角形鋼管設計 施工マニュアル ( 日本建築センター ) 兵庫県南部地震で一般構造用角形鋼管 STKR の破壊が 目立ち SN-B 材と同等性能をもつ BCR 及び BCP が規格化 BCR BCR295 BCP BCP235 BCP325 [ 注意事項 ] 設計には BCR,BCP を用いることとし 原則として STKR は用いない

15 ルート1 ルート2 ルート3 ( 告示第 593 号第 1 告示第 1791 号第 2 第 594 号第 4) 冷間成形角型鋼管応力割増 15 (5) 冷間成形角形鋼管の応力割増 ( 技術基準解説書 P319~327) [ 注意事項 ] 詳細は冷間成形角形鋼管設計 施工マニュアル ( 日本建築センター ) ルート1の場合は 柱の地震時応力 (Co=0.3) を下記に示す割増を行って許容応力度検討を行う ( 告示第 593 号第 1) 内タ イヤフラム形式 BCR:1.2 BCP:1.1 内タ イヤフラム形式以外 BCR:1.3 BCP:1.2 一般構造用角型鋼管 (STKR) の場合内ダイヤフラム型式 : 1.3 内ダイヤフラム型式以外 : 1.4 ルート3で全体崩壊とならない場合は 当該階及び最上階柱頭部及び1 階の柱脚について 下記に示す柱耐力の低減を行ったうえで 保有水平耐力の確認を行う ( 告示第 594 号第 4) 内タ イヤフラム形式 BCR:0.8 BCP:0.85 内タ イヤフラム形式以外 BCR:0.75 BCP:0.8 BCR 及び BCP

16 ルート 1 ルート 2 ルート 3 ( 告示第 593 号第 1 告示第 1791 号第 2 第 594 号第 4) 冷間成形角型鋼管接合部 16 (5) 角形鋼管の崩壊防止 ( 技術基準解説書 P319~327) 柱に冷間成形角形鋼管を用いた場合に 梁崩壊メカニズムであることを確認 ルート 2 の場合 Mpc 1.5Mpb 各節点ごとに Mpc=ν σy Zp ここに ν: 軸力比 n による低減係数 Mpb=σy Zp ルート 3 の場合 ( 除く最上階柱頭部及び 1 階の柱脚 ) Mpc min(1.5mpb,1.3mpp) 各層ごとに Mpp=ν σy/ 3 Ve ここに ν: 軸力比 n による低減係数 Ve: ハ ネルの体積 (mm3)=2 dc db tc ルート 2 では各節点毎に, ルート 3 では各層毎の確認に注意 dc Mpc Mpp Mpb 注 1) ルート 2 で STKR を使用した場合柱脚応力の割増必要 内ダイヤフラム型式 :1.3 内ダイヤフラム型式以外 :1.4 db 注 2) ルート 3 で STKR を使用した場合 上記の柱脚応力割増の他 梁耐力 1.5 倍で全体崩壊の確認必要

17 ( 告示第 1791 号第 2) 変形能力確保 17 (6) 局部座屈の防止 ( 技術基準解説書 P315~320) [ 概要 ] ルート 1 ルート 2 共使用部材は下記の部材種別のうち FA 適用が要求される 断面部位 FA FB FC FD 柱 H 形鋼 FLG /F /F /F WEB /F /F /F 角形鋼管 /F /F /F 円形鋼管 /F /F /F FA,FB,FC 以外 梁 H 形鋼 FLG 9 235/F /F /F WEB /F /F /F tf t t tw d FLG: b/tf WEB: (d-2tf)/tw B D [ 注意事項 ] b b B/t D/t 従来の 当面の緩和値 が廃止され ルート 2 では FA であることが求められることになった ( 告示第 1791 号第 2) 建築学会 S 規準の幅厚比は 概ね上記の FC に相当する

18 (7) 柱脚の破断防止 1 露出型柱脚 ( 技術基準解説書 P597~604) 兵庫県南部地震での露出型柱脚被害により規定 露出型柱脚は従来ヒ ンとして設計 柱脚の持つ固定度により 破壊され 多くの被害 設計の仮定 実際の応力 柱脚の破断防止 18 反曲点高比 実際の固定度に対応した応力で柱脚を設計する必要あり M E nt Ab (dt+dc) K 2 BS = = θ 2 Lb 柱脚が破壊 [ 注意事項 ] 秋山式と呼ばれる実験式で 計算ルートや露出柱脚の形状にかかわらず本式によって回転剛性を評価する

19 (7) 柱脚の破断防止 1 露出型柱脚 ( 技術基準解説書 P597~604) ルート 1-1 ルート 1-2 ルート 2 柱脚の破断防止 ( ルート 3 を除き記載 ) 19 露出柱脚の固定度を適切に評価して 建物及び柱脚の許容応力度検討 簡略なヒ ン柱脚 ( タイフ Ⅰ) では反曲点高比を 0.3 としてよい アンカーホ ルトの伸び能力 No 地震力 γ 倍にしてコンクリートとアンカーホ ルトの応力が F 値以下であることを確認 ABR,ABM 殆ど現実的でないフロー Yes 柱脚の保有耐力接合の判定 Yes No 地震力を γ 倍にして柱脚の終局耐力を確認 γ ルート ルート1-2 5/7 1 β 筋かい分担率 END

20 (7) 柱脚の破断防止 1 露出型柱脚 ( 技術基準解説書 P597~604) 柱脚の破断防止 20 ルート 3 ( ルート 1-1,1-2,2 を除き記載 ) 露出柱脚の固定度を適切に評価して 建物及び柱脚の許容応力度検討 ABR,ABM アンカーホ ルトの伸び能力 Yes 柱脚の保有耐力接合の判定 No No 履歴特性のスリッフ を考慮 柱脚の保有耐力接合の判定 出来るだけ避けるフロー No Yes Yes 保有水平耐力の確認 1 階 Ds を 0.05 割増して保有水平耐力の確認 保有水平耐力の確認 1 階 Ds を 0.55 として保有水平耐力の確認 殆ど現実的でないフロー END

21 (7) 柱脚の破断防止 2 根巻型柱脚 ( 技術基準解説書 P604~605) 根巻型柱脚の根巻高さと終局耐力の評価法 ヘ ースフ レート位置での鉄骨の曲げモーメントがゼロとなる根巻高さを下式により求める 最低値を S 柱径の 2.5~3 倍とする 柱脚の破断防止 21 squ bh= + 2( squ ) smu be F B be F B be F B smu squ smu bh S 曲げモーメント 根巻脚部の終局曲げモーメントは下式となる Mu=0.9at σu d RC 曲げモーメント [ 注意事項 ] この根巻高さを確保すれば アンカーホ ルトやヘ ースフ レートは 建方用の仮設でよい

22 (7) 柱脚の破断防止 3 埋込型柱脚 ( 技術基準解説書 P606~607) 埋込型柱脚の埋込深さと終局耐力の評価法 ヘ ースフ レート位置での鉄骨の曲げモーメントがゼロとなる埋込深さを 下式により求める 最低値を柱径の 2 倍とする 柱脚の破断防止 22 squ bh= + 2( squ ) smu be F B be F B be F B smu squ smu bh S 曲げモーメント 柱脚の終局曲げモーメントは S 柱の 終局曲げモーメントによることができる RC 曲げモーメント [ 注意事項 ] この埋込深さを確保すれば アンカーホ ルトやヘ ースフ レートは 建方用の仮設でよい

23 ( 告示第 1791 号第 2 ) 筋かい応力割増 23 (8) 筋かい応力割増 (S 造ルート 2) ( 技術基準解説書 P319~323) S 造ルート 2 における筋かいの地震応力割増し 筋かいの分担率に応じて 地震時応力を最大で 1.5 倍に割増す 筋かいの分担率 β β 5/7 筋かいの地震時応力の割増し 1+0.7β β>5/7 1.5 β: 一次設計地震力に対する各階の筋かいの分担率 [ 注意事項 ] 筋かいの破断 1995 兵庫県南部地震 筋かいの分担率は 一次設計地震力に対する設計分担率 筋かいの取付く全ての部材 ( 梁柱等 ) について 応力割増しを行う また下階への伝達にも配慮する ( 技術基準解説書 P580)

24 変形能力確保 24 (9) 保証設計 1( 保有耐力接合と保有耐力横補剛 ) (P581~582,P589~596) S 造建物全体が崩壊メカニズムに達しても 耐力を失わない保証 S 部材は柱梁の座屈あるいは仕口部 継手部の破断で 耐力を失う恐れ Mu α Mp Mu: 仕口部や継手部の破断耐力 (kn m)=azp σu Mp: 母材の全塑性モーメント (kn m) =Zp σy M 接合部係数 :α ここに σu: 破断強度 (N/mm 2 ) M 部位応力 400 級 490 級 仕口部曲げ 継手部曲げ せん断 1.3 ( * ) 1.2 ( * ) *: 継手部が部材の塑性化領域 ( 材端からスハ ンの 1/10 または梁せいの 2 倍以内 ) の範囲外の場合は 0.1 ずつ減じることが出来る [ 注意事項 ] 保証設計は ルート 2 及びルート 3 において適用が必要

25 変形能力確保 25 16S 造の保証設計 2( 仕口部の保有耐力接合 ) ( 技術基準解説書 P589~593) S 造の保証設計のうち柱梁の仕口部 ( 溶接部 ) の保有耐力接合検討 仕口部 tf r S 母材 tf H tw サイス S tw H B Mu=aZp σu B Mp=Zp σy [ 注意事項 ] σu: 溶接の破断強度 (N/mm 2 ) σy: 梁鉄骨の降伏点強度 (N/mm 2 ) Mu α Mp 仕口部の保有水平耐力の検討は 仕口の最大曲げ強さの検討 とも呼ばれる

26 変形能力確保 26 (9)S 造の保証設計 3( 継手部の保有耐力接合 ) ( 技術基準解説書 P589~591) S 造の保証設計のうち継手部の保有耐力接合検討 鋼構造接合部設計指針 ( 日本建築学会 ) 継手部 母材 tf H tw H B 母材 ( 穴控除 ) HTB 母材 ( はしあき ) スフ ライスフ レートについて Mu=aZp σu σu: 母材 スフ ライスフ レートの破断強度 (N/mm 2 ) B Mp=Zp σy σy: 梁鉄骨の降伏点強度 (N/mm 2 ) [ 注意事項 ] Mu α Mp 鉄骨構造標準接合部 SCSS ( 鉄骨構造標準接合部委員会編 ) に多くの種類が掲載

27 S 造の保証設計 ( 保有耐力横補剛 ) ( 技術基準解説書 P593~596) 変形能力確保 27 [ 概要 ] S 梁端部が塑性状態に達する前に 横座屈が生じないように横補剛を設ける 梁のスパン内に n 箇所の横補剛を均等間隔に設ける方法をしめす 400 級 λy n 490 級 λy n ここに λy=l/iy L: 梁の長さ (mm) iy: 弱軸まわりの断面 2 次半径 (mm) ここに横補剛材の剛性は下記による ( 鋼構造限界状態設計指針 P239~244) 圧縮側フランシ に設けられる横補剛材 Stud 小梁などによるねじれ拘束 1 2 n L 横補剛 h h 梁の全塑性モーメントを梁せいで除した値 (Nf)3%(*1) の耐力と Nf の 5 倍の力を横補剛区間長さで除した剛性 [ 注意事項 ] (*1) 技術基準解説書では 2% 梁の全塑性モーメントを梁せいで除した値 (Nf) に h を乗じた曲げ耐力と Nf*h^2 の 20 倍の力を横補剛区間長さで除した曲げ剛性 梁全長にわたって均等間隔で横補剛を設ける方法 以外に 梁端部に近い部分に設ける方法 もある

28 (10) 許容応力度計算 ( 一次設計 ) 応力の割増 一次設計 28 地上 4 階建以上 または高さ 20m を超えるもので常時荷重の 20% 以上の荷重を支持する柱が端部にある場合 (4 本柱等 ) は斜め方向地震を考 えるかあるいは地震力を 1.25 倍する 地上 4 階建以上 または高さ 20m を超えるもので屋上から突出する部分で高さが 2m を超えるものは水平震度 1.0Z 以上とする なお支持部分の検討も必要 外壁から突出する部分の長さが 2m を超えるものは鉛直震度 1.0Z 以上とする なお支持部分の検討も必要

29 (11) 保有水平耐力計算 ( 二次設計 ) 保有水平耐力検討 (ⅰ) 検討方法 二次設計 29 a) 各部材の非線形特性を仮定し Ai 分布による外力を順次増加させながら増分解析を行い保有水平耐力 (Qu) 時を設定 b) 幅厚比や細長比により部材別種別 (FA~FD) を定め さらに部材群としての種別を決定し 筋かいの耐力比により各層毎に構造特性係数 (Ds) を決定 c) 一次設計時に求めた偏心率 (Re) 剛性率 (Rs) から形状係数 (Fes) を設定 d) 必要保有水平耐力 (Qun) を C0=1.0 で求めた 2 次設計用層せん断力 (Qud) に形状係数 (Fes) 及び構造特性係数 (Ds) を乗じて計算 保有水平耐力 (Qu) が上回っていることを確認 Q un = D s *F es *Q ud Q ud :C 0 = 1.0 の層せん断力 (ⅱ) 留意事項 Q u > Q un D : 構造特性係数 s F : 形状係数 es 保有耐力時の変形角としては 2007 年版 : 技術基準解説書 によると階高の 1/75 まで 保有耐力の確保するために保証設計といわれる条件の満足が必要

30 (ⅱ) 留意事項 二次設計 30 形状係数 (Fes) の計算では剛性率が 0.6 以下 偏心率が 0.15 以上になった場合 1.0 より大きくなる 構造特性係数 (Ds) は部材毎に種別を判定した後それらの割合から部材群としての種別を定める この部材群種別と筋交の保有水平耐力割合から各層の Ds を決定 構造特性係数 (Ds) は S 造で 0.25~0.50 の範囲 S 造の場合構造特性係数 (Ds) は柱 梁で幅厚比 筋交では細長比により一義的に定まる 構造特性係数 (Ds) は構造体が降伏後に塑性変形することが前提 塑性変形能力の確認が必要 せん断力 弾性応答 Qe Qy 完全弾塑性応答 塑性率 (μ) Q y = Q e 2μ-1 μ: 塑性率

31 ( 施行令第 82 条 ) ( 告示第 594 号第 4 第 1792 号第 1 第 7 ) 保有水平耐力 31 保有水平耐力検討 ( 技術基準解説書 p301~313) 1 告示第 594 号第 4 [ 注意事項 ] 脆性部材を持つ建物の保有水平耐力は原則として脆性部材破壊時における各部材の負担せん断力の和 (Qun1) とする なお脆性部材が破壊しても他部材により鉛直力の負担が出来る場合は脆性部材を無視し 靱性部材のみで Ds 値を定め保有水平耐力 (Qun2) を計算することが出来る せん断力せん断力せん断力 変形 + 変形 脆性部材靭性部材両部材の混在架構 = Qun1 Qun2 変形 保有水平耐力の計算は建物の直行する 2 方向についてそれぞれ正負の地震力について行う 保有水平耐力の算定にあたって上下地震の影響は考慮しなくて良い 耐力壁の脚部については浮き上がりや圧縮沈下の影響を考慮して保有水平耐力を検討するが 全体に及ばない限り部分的な浮き上がりや圧縮沈下は許容される 中高層共同住宅のような板状建物では浮き上がりによって保有水平耐力が支配されることがある この様な場合は浮き上がりが生じない条件で保有水平耐力を求めた後塔状比が 4.0 以上では転倒防止の検討を行えば良い これは地震により転倒被害の起こった事例は少ないこと等を考慮したものである

32 Ds 評価法 Ds 評価 32 柱 梁の各部位毎の部材種別 筋かいの部材種別 部材郡種別 部材の耐力の割合 γa 0.5 かつ γc 0.2 γc<0.5 ( 部材群としての種別がAの場合を除く ) γc 0.5 部材群としての種別 A B C A 割合 B 割合 C 割合 < 層毎方向毎の Ds 筋かい BA BB 柱 梁 または βu < βu=0 βu 0.7 BC βu>0.7 βu < βu 0.7 βu>0.7 FA FB FC FD