OS8-Sat-PM1-6 第 14 回日本地震工学シンポジウム (2014) 耐震対策が施された鋼製下地在来天井の振動実験とシミュレーション呂志倫 1) 永野康行 2) 3) 辻岡静雄 4) 北村幸則 1) 兵庫県立大学大学院シミュレーション学研究科修士課程学生 sa13j0

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えみおおかわち
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1 OS8-Sat-PM1-6 第 14 回日本地震工学シンポジウム (2014) 耐震対策が施された鋼製下地在来天井の振動実験とシミュレーション呂志倫 1) 永野康行 2) 3) 辻岡静雄 4) 北村幸則 1) 兵庫県立大学大学院シミュレーション学研究科修士課程学生 sa13j019@sim.u-hyogo.ac.jp 2) 兵庫県立大学大学院シミュレーション学研究科教授博士 ( 工学 ) nagano@sim.u-hyogo.ac.jp 3) 福井工業大学建築生活環境学科教授工博 tsujioka@fukui-ut.ac.jp 4) 関包スチール株式会社執行役員 y-kitamura@kanpoh.co.jp 要約本論文では耐震対策が施された鋼製下地在来天井についての一連の振動実験を実施した結果と振動シミュレーションの概要を報告してその振動特性耐震補強を施した天井の地震時の安全性を検証し天井の耐震設計の基礎資料を得ることを目的としているキーワード : 吊り天井在来天井振動実験シミュレーション 1. はじめに従来の吊り天井では地震時に上下水平変形が生じそのため次々と落下する現象が注目されだしたのは特に 2001 年の芸予地震以降であるそれを防ぐために天井の耐震対策としては現在までのところ大きく二つの形態が採用されている一つは天井面と壁などの周辺との間に隙間を設けた上で天井面の揺れを抑制するためにブレースを設置する形態であるもう一つは天井面を周辺に接するように設置することで天井面の揺れを抑制しようとするものである本論文での耐震対策とは前者を指す平成 23 年の東北地方太平洋沖地震では首都圏を含む極めて広い地域において吊り天井落下の被害が顕著であったこの甚大な被害を受けて建築物の天井脱落対策を規定するために建築基準法施行令が改正されそれに基づき関連告示 1) が公布され日本建築学会では天井等の被構造材の落下事故防止ガイドライン 2) が策定されたそれに伴い総合建設業各社は天井脱落被害に関する実験的研究を開始し出している例えば 3)~5) それまでにも建材業者等や筆者 ( 第 2 第 3 著者 ) 等により鋼製天井下地を用いた吊り天井の耐震性に関する研究は数多くなされている例えば 6) 7) 近年では稲井ら 8) により大規模空間として体育館を想定した実験とそのシミュレーション解析も実施され出しているもののこれらの研究の歴史はまだ浅い 2013 年 1 月には E- ディフェンスにおいて実大規模の大規模空間に設置された吊り天井の脱落被害再現実験が実施され構造体と非構造部材の応答特性と天井の脱落被害メカニズムの解明に取り組まれているこれを受けて山本ら 9) は体育館天井の落下解析について報告しているがまだまだシミュレーションにおける課題は多い本論文では耐震対策が施された鋼製下地在来天井についての振動実験を実施した結果と振動シミュレーションの概要を報告してその振動特性耐震補強を施した天井の地震時の安全性を検証し天井の耐震設計の基礎資料を得ることを目的としている

所在地は神奈川県愛甲郡愛川町中津 4036-1) を使用した 2.2 天井試験体在来天井は耐震仕様で天井ふところ 1.

3 m2である写真 1 図 1 に試験体概要を示す鋼製下地については各方向とも吊りボルトを 900 ピッチとして V

ブレース周辺の吊りボルトにはビス付ハンガーとしたブレースの上部はブレース金具を野縁と野縁受けの結合には耐震クリップを用いた

2 2. 振動実験 2.1 試験装置及び試験架台天井の耐震性能を確認するための試験装置として大型三次元振動台 ( 日本国土開発株式会社技術センター所在地は神奈川県愛甲郡愛川町中津 ) を使用した 2.2 天井試験体在来天井は耐震仕様で天井ふところ 1.5m 天井の大きさは 4.25mx3.6m 総面積 15.3 m2である写真 1 図 1 に試験体概要を示す鋼製下地については各方向とも吊りボルトを 900 ピッチとして V 字型の二対のブレースを配置した野縁方向 (X 方向 ) のブレースは野縁受けを繋ぐ補強チャンネルにビス留めとしたまたブレース周辺の吊りボルトにはビス付ハンガーとしたブレースの上部はブレース金具を野縁と野縁受けの結合には耐震クリップを用いた下地材の野縁に石膏ボード ( 厚み 12.5 mm ) とロックウール不燃吸音天井板マイトン ( 厚み 12 mm ) を貼ったまた照明機器相当する追加重量 (3.1kg/ m2 ) を含めて天井の単位重量を 20kg/ m2程度に設定するため 112 枚の鋼板 ( 大きさ 250x275x0.8) を分散配置したちなみに総重量 315kg(20.3kg/ m2に相当 ) となった写真 1 在来天井試験体図 1 在来天井試験体

天井の各方向の卓越振動数を評価した後各地震波を入力したその後再びランダム波を各方向に入力し損傷による影響を検証した本論文では No.3 及び No.4 の結果について記す表 1 試験一覧 2.

3 2.3 加振波加振波としてはホワイトノイズのランダム波形 1995 年兵庫県南部地震 (JMA 神戸 ) と 2011 年東北地方太平洋沖地震の各地震波形および正弦波形を用いた入力地震動に対して X 方向は EW 方向 Y 方向は NS 方向に対応する本論文では図 2 に示す JMA 神戸波の 40% 入力及びその後の 90% 入力に対する結果を示す図 2 入力地震動波形 ( 出展 : 気象庁 HP) 図 2 入力地震動波形 ( 出展 : 気象庁 HP) 試験体毎の試験順序を表 1 に示す各天井についてランダム波を振動台に入力することで架台天井の各方向の卓越振動数を評価した後各地震波を入力したその後再びランダム波を各方向に入力し損傷による影響を検証した本論文では No.3 及び No.4 の結果について記す表 1 試験一覧 2.4 計測方法時刻歴データはそれぞれ振動台架台および天井面の加速度架台と天井面の相対変位ブレースの軸歪を測定した本論文では天井面の加速度を示す 2.5 実験結果実験結果を以下に記す表 2 に固有振動数を示す図 3 図 4 にそれぞれ加速度応答フーリエ振幅スペクトルを JMA 神戸波の 40% 90% 入力に対する結果として示す表 2 固有振動数

4 図 3 加速度応答フーリエ振幅スペクトル (No.3 JMA 神戸 40%) 図 4 加速度応答フーリエ振幅スペクトル (No.4 JMA 神戸 90%)

5 3. 振動シミュレーション 3.1 モデル化本振動シミュレーションにおいて吊りボルトブレースハンガー野縁野縁受けクリップ等の部材を縮約し簡易モデルを作成するモデル図を図 5 に示す作成された一質点系弾性モデルを用い鋼製下地在来天井の性能を解析する図 5 モデル図 3.2 解析諸元一質点系弾性モデルに対して時刻歴応答解析を実施した時刻歴応答解析は DynamicPRO( ユニオンシステム株式会社 ) を使用し地震応答解析を実行した解析に用いた入力地震波は JMA 神戸波の 40% 及び同 90% である解析条件を表 3 に示す表 3 解析条件重量固有振動数弾性係数 3.09kN 10.5Hz 13.71kN/cm 重量が総質量の 315kg を用い換算し高さが試験体の仕様に従って設定した固有振動数は振動台実験時測定の 10.5Hz を用いた ( 表 2 参照 ) また固有周期 (T) と弾性係数 (k) 固有振動数 (f) の関係式 (1) (2) により次式が得られる (3) 総質量と固有振動数を (3) 式に代入し弾性係数は 13.71kN/cm とした 3.3 シミュレーション結果減衰定数をパラメータとし 3.2 節に示した解析条件を用い振動シミュレーションを行った結果を図 6 に示す図 6 は減衰定数をパラメトリックに変化させ X 方向の最大加速度をプロットし実験値となる減衰定数を求めた図であるこの図が示すように JMA 神戸波が 40% の場合減衰定数がで JMA 神戸波 90% の場合減衰定数がのとき解析における最大加速度が実験値とほぼ一致する図 7 と図 8 は減衰定数としてそれぞれを採用したときの解析結果と実験結果との比較図である

6 図 6 減衰定数 - 最大加速度関係図 (X 方向 ) 4. 実験結果とシミュレーション結果の比較加速度の実験結果と解析結果を図 7 に JMA 神戸波 40% に対する場合を図 8 に JMA 神戸波 90% に対する場合をそれぞれ示す X 方向については最大値があうように減衰定数を決定しているので当然よくあっているが Y 方向について最大値はやや異なる値となっている図 7 加速度応答 (JMA 神戸波 40%) 図 8 加速度応答 (JMA 神戸波 90%) 図 9に加速度と相対変位の関係を実験結果と解析仮定との比較として示す入力レベルが40% の場合は比較的良くあっているのに対して 90% では解析は弾性を仮定しているので比較的堅めの評価をしていることが分かる

7 解析仮定解析仮定実験結果 (cm) 実験結果 (cm) 解析仮定解析仮定実験結果 (cm) 実験結果 (cm) (a)no.3 JMA 神戸 40% (b)no.4 JMA 神戸 90% 図 9 加速度と相対変位の関係 ( 実験結果と解析仮定との比較 ) 5. おわりに本論文では耐震対策が施された鋼製下地在来天井についての振動実験を実施した結果と振動シミュレーションの概要を報告してその振動特性耐震補強を施した天井の地震時の安全性を検証し天井の耐震設計の基礎資料を得た 1 質点系弾性モデルを採用した地震応答解析では JMA 神戸波 40% レベルでは精度良くシミュレーション出来ていたが同 90% レベルではやや精度が悪い今後の課題としてより詳細なモデルを導入することにより地震動のレベルが大きくなった場合にも精度良く予測出来るシミュレーションを実施することが挙げられるさらに天井が落下する巨大レベルの地震動に対して耐震対策が施された在来天井の挙動シミュレーションについても今後の課題と言える謝辞本実験に際して和翔商事株式会社営業統括部箭内賢二氏に協力いただいたここに記し謝意を表す参考文献 1) 特定天井及び特定天井の構造耐力上安全な構造方法を定める件 ( 平成 25 年国土交通省告示第 771 号 ) 2013 年 2) 日本建築学会 : 天井等の被構造材の落下事故防止ガイドライン 2012 年 3) 奥田浩文時野谷浩良 : 防振ゴムを用いた在来工法天井の水平方向動特性大林組技術研究所報 No 年 pp.1-6 4) 鈴木健司金子美香半澤徹也神原浩櫻庭記彦 : 鋼製下地在来工法天井の耐震性能に関する実験的研究清水建設研究報告第 89 号 2012 年 pp ) 佐藤良介川崎健二郎中本康古川雄太小澤潤治 : 耐震補強された鋼製下地在来工法天井における吊りボルトの耐震性東急建設技術研究所報 No 年度 pp ) 小林俊夫由利隆行荒井智一 : 鋼製天井下地を用いた吊り天井の耐震性に関する研究日本建築学

8 会構造系論文集第 73 巻 630 号 2008 年 pp ) 寺本翔史永野康行辻岡静雄 : 耐震設計された天井の水平加力実験日本建築学会大会学術講演梗概集 ( 北陸 ) 2010 年 pp ) 稲井慎介藤堂正喜渡壁守正石岡拓桑泰彦 : 大規模空間を有する建築物の天井脱落被害に関する研究戸田建設技術研究報告第 36 号 2010 年 pp.7~7-8 9) 山本卓也田川浩之山下拓三磯部大吾郎 :ASI-Gauss 法を用いた体育館天井の落下解析計算工学講演会論文集 Vol 年 4 頁 Shake Table Test and Simulation of Aseismic Steel-Furring Conventional Suspended Ceilings LYU Zhilun 1), NAGANO Yasuyuki 2), TSUJIOKA Shizuo 3) and KITAMURA Yukinori 4) 1) Graduate student, Graduate School of Simulation Studies, University of Hyogo 2) Professor, Graduate School of Simulation Studies, University of Hyogo, Dr. Eng. 3) Professor, Department of Architecture and Environmental Engineering, Fukui Univ. of Technology, Dr. Eng. 4) KANPOH STEEL Co. Ltd., Corporate officer ABSTRACT To form the basis of the seismic design of the suspended ceilings, this paper compared the performance of the aseismic steel-furring conventional suspended ceiling in the simulation with its performance in the shake table test conducted in In the shake table test, the specimen was loaded with the seismic waves of Kobe (JMA, 1995) and the sine waves in sequence. The dynamic characteristics of the ceiling have been verified by the test. In order to provide a new approach to the seismic evaluation for aseismic ceilings, the mass-spring model was used to inspect the seismic performance of the specimen as the basic study. Keywords: Suspended ceilings, Conventional ceilings, Shake table test, Simulation

ブレースの配置と耐力

ブレースの配置と耐力システム天井新耐震基準平成 20 年 10 月制定平成 23 年 9 月改定 1 はじめに平成 13 年芸予地震平成 15 年十勝沖地震および平成 17 年宮城沖地震において天井の脱落被害が発生し大規模空間の天井の崩落対策についての技術的助言 1) 2) 3) が国土交通省から出されたことを契機に各方面で天井の耐震性に関する研究や実験が行われてきましたロックウール工業会においては