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あゆみちゃわんや
4 years ago
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免震層の試設計例 1. はじめに意匠設計が完了した住宅の免震層の設計例を示す 2. 建物モデル 2.

外壁および屋根の仕様は重量タイプが暴風対策上からは有利であるがあえてサイデイング外壁

モデル建物概要延べ床面積 118 m 2 1 階床面積 58 m 2 2 階床面積 60 m 2 1 階階高

1 免震層の試設計例 1. はじめに意匠設計が完了した住宅の免震層の設計例を示す 2. 建物モデル 2.1 建物概要モデル建物は経済性を考慮して総 2 階建てとしたまた暴風対策を考慮して寄せ棟屋根とした外壁および屋根の仕様は重量タイプが暴風対策上からは有利であるがあえてサイデイング外壁スレート葺き屋根としたパースおよび 1,2 階平面図を以下に示すまた建物概要を表 -1 に示す表 1 モデル建物概要延べ床面積 118 m 2 1 階床面積 58 m 2 2 階床面積 60 m 2 1 階階高 3.0 m 2 階階高 3.0 m 軒高 6.6 m 最高高さ 8.1 m 図 1 モデル建物のパース図 3 1 階平面図図 2 2 階平面図 1

2 2.2 柱梁および耐震壁の配置 2 階 ( 屋根 ) および 1 階 (2 階床 ) の伏せ図を図 -4 5 にまたそれぞれの耐震壁の配置を図 -6 7 に示す図 3 2 階 ( 屋根 ) 伏せ図図 4 1 階 (2 階床 ) 伏せ図図 5 2 階耐力壁の配置図 6 1 階耐力壁の配置 2

3. 免震装置の配置計画 3.1 すべり支承の配置 1 階床 ( 免震層 ) 伏せ図およびすべり支承の配置長期軸力を図 -7 8 に示す図 7 1 階床 ( 免震層 ) 伏せ図図 8 すべり支承の長期軸力すべり支承の総使用数は 28 基である長期軸力は 6.8~29.8kN 平均値は 15.6±5.1kN となった許容軸力は標準タイプで長期 39.

3 3. 免震装置の配置計画 3.1 すべり支承の配置 1 階床 ( 免震層 ) 伏せ図およびすべり支承の配置長期軸力を図 -7 8 に示す図 7 1 階床 ( 免震層 ) 伏せ図図 8 すべり支承の長期軸力すべり支承の総使用数は 28 基である長期軸力は 6.8~29.8kN 平均値は 15.6±5.1kN となった許容軸力は標準タイプで長期 39.7kN である ( 表 -2 参照 ) 表 2 すべり支承の許容軸力種別長期許容軸力短期許容軸力標準タイプ ( すべり材幅 105 受け材幅 105) 39.7 kn 79.4 kn 広幅タイプ ( すべり材幅 105 受け材幅 120) 45.4 kn 90.7 kn 3.2 建物重量建物の総重量は構造計算ソフトを用いると下表のように出力される表 3 建物各階重量総重量 3

4 ただし一般の耐震構造用ソフトでは F 階の床荷重が抜けているので注意が必要である総重量は F 階の床荷重 1050 N/m 2 を考慮すると F 階床荷重 = kn 総重量 = kn となる 3.3 復元ゴム復元ゴムは昭和電線デバイステクノロジー製 ( 型式 R ) を使用する表 4 復元ゴムの仕様 ( 昭和電線デバイステクノロジー製 ) フランジ外形 φ290 mm 重量 15 kg ゴム外形 φ150 mm 水平剛性 kn/mm 製品高 155 mm 限界変形 520 mm 復元ゴムによる免震周期は 4 秒前後を目標とする復元ゴムによる水平剛性 K は復元ゴムの使用個数を 2 個とすると K = = 80 kn/m となる免震周期は M 352.1/ 9.8 T ( 秒 ) K 80 となるちなみに復元ゴムを 3 とすると免震周期は 3.4 秒になる復元ゴムはねじれ剛性 ( 水平面内の回転剛性 ) の観点からは 3 個が望ましいしかしここでは経済性を優先して 2 個とする 3.4 復元ゴムの配置復元ゴムの剛心は重心と一致させる必要がある許容偏心率は 0.03 以下であるが設計目標としては 0.01 以下とする重心位置を計算するためにはすべり支承の地震時軸力が必要であるしかし一般の構造計算ソフトでは軸力は長期の方が大きいため短期 ( 地震時軸力 ) の出力ができないそこでここでは長期の床荷重に地震時の床荷重を設定して地震時の軸力を算出した重心位置の算定表を表 -5 に示すまた比較のために長期軸力と地震時軸力を同表に列記した復元ゴムの設置位置配置と剛心の計算表を表 -6 に示す 4

5 表 5 重心位置の算定表 Y 座標 X 座標長期軸力地震時軸力 y x P P*y P*x Σ 重心 Y 座標重心 Y 座標

6 表 6 復元ゴムの設置位置と剛心 Y 座標 X 座標水平剛性 Y X K K*y K*x K*(y-yo)^2+K*(x-xo)^ Σ 剛心 Y 座標剛心 Y 座標弾力半径復元ゴムが 2 個の場合は重心に対して点対称に配置すれば重心と剛心を一致させることが出来る重心の座標は表 -5 に示すように Xg = ΣXi Ni/ΣNi = / = [m] Yg = ΣYi Ni/ΣNi = / = [m] となる剛心の座標は復元ゴム単体の水平剛性 Kxi=Kyi= 40 [kn/m] とすると Xk = ΣXi Kyi/ΣKyi = 329.3/80 = [m] Yk = ΣYi Kxi/ΣKxi = 298.8/80 = [m] となる従って偏心距離は ex = Yg-Yk = [m] ey = Xg-Xk = [m] となり弾力半径を計算するまでもなく偏心率はゼロになるがねじり剛性および弾力半径は KT = Σ{Kxi (Yi-Yk) 2 +Kyi (Xi-Xk) 2 } = 1356 [kn/m] rex = (KT/ΣKxi) = (1356/80) = rey = (KT/ΣKyi) = (1356/80) = となる偏心率は Rex = ey/rex = 0.000/4.118 = < 0.03 OK Rey = ex/rey = 0.000/4.118 = < 0.03 OK となる 6

7 4. 免震層の応答計算 4.1 計算条件使用する免震材料の基本特性を表 -7 に特性の変化率を表 -8 に示す表 7 免震材料の基本特性復元ゴム昭和電線デバイステクノロジー株式会社軽量建物用復元ゴム 2 基呼称水平剛性 (kn/mm) 限界変形ゴム外径ゴム総厚高さ重量 (kg) RF-150BKS 層すべり支承免震ハウス株式会社木造住宅用すべり支承 28 基呼称摩擦係数限界変形内法幅長さ内法高重量 (kg) SL 表 8 免震装置の特性変化率環境温度経年変化製造誤差合計復元ゴム負 -5% 0-15% -20% 正 5% 10% 15% 30% すべり支承負 0% 0-20% -20% 正 0% 0 20% 20% 誤差解析の組合せと特性値および変化率を表 -9 に示す表 9 誤差解析の組合せと特性値および変化率標準値誤差プラス誤差マイナス復元ゴムの剛性 (kn/mm) すべり支承の摩擦係数建物質量は表 -3 の建物の重量から算定した結果を表 -10 に示す表 10 建物質量階層階高各層質量 (ton) 総質量 (ton) 2F 3, F 3, BF

8 4.2 計算結果 (1) 免震層の応答計算設計限界変位 δmax は m と仮定する ( 収束計算の結果から 0.238m とする ) max m d 復元ゴムの総剛性 K G は誤差プラス時の復元ゴムの剛性を 0.052kN/mm とすると KG 3 n k (kn/m) となる等価剛性 K は誤差プラス時のすべり支承の摩擦係数を建物の総質量 M を 35.9ton とすると KG max smg K 335 (kn/m) max となる設計限界周期 Ts は M 35.9 Ts (sec) K 335 となる等価粘性減衰定数 hd は smg hd KG max smg 従って加速度低減率 Fh は Fh hd となるただし Fh が 0.4 を下回るので Fh は 0.4 とする免震層に作用する地震力 Q は設計限界固有周期 Ts が 0.64 秒以上なので地域係数 Z を 1.0 地盤の増幅率 Gs をとすると 5.12MFhZG s Q 72.4 (kn) Ts 2.06 となる従って誤差プラス時の基準変位 δ + は Q (m) K 335 となる免震層の地震応答変位 δr は代表変位 δr を基準変位 δ + の値とすると ( 注 ) r (m) となるこの値は最初に仮定した設計限界変位 δmax に一致するのでこの値を誤差プラス時の免震層の地震応答変位とする注 ) 代表変位は ' となる δは基準変位 αは免震材料のばらつき環境及び経年変化に関する係数であるただしここでは誤差解析を行っているので α=1 とする 8

9 (2) 応答計算のまとめ誤差マイナス標準の場合も全く同様に計算することができる誤差解析および標準解析の結果をまとめて表 -11 に示すすべり支承の摩擦係数表 11 免震層の応答値の計算結果項目標準誤差 + 誤差 - s 復元ゴムの水平剛性 k 復元ゴムの総剛性 KG n k 設計限界変位 ( 収束結果 ) max KG max smg 等価剛性 K max M 設計周期 Ts K smg 等価粘性減衰係数 hs K Mg 加速度低減率免震層の地震力代表変位 ( 基準変位 ) G max s 1.5 Fh max(,0.4) 0.4(0.34) 0.4(0.33) 0.4(0.35) 1 10hd 5.12MFhZGs Q T s ' Q r K 応答変位 r ' r (3) 免震層の設計限界変位免震層の設計限界変位 δmax は δmax = m とする (4) 免震層の地震応答変位免震層の地震応答変位は誤差マイナス時の結果から δr = m となる (5) 減衰材の負担せん断力係数減衰材の負担せん断力係数は μ= ( 誤差マイナス時 ) 9

10 μ= ( 標準時 ) μ= ( 誤差プラス時 ) となるこの値は 0.03 を上回っていることを確認した (6) 免震建築物の接線周期免震建築物の接線周期は 35.9 Ts ( 秒 ) ( 誤差マイナス時 ) 64 Ts ( 秒 ) ( 標準時時 ) Ts ( 秒 ) ( 誤差プラス時 ) 104 となる接線周期は 2 秒以上になることを確認した (7) 上部構造の層せん断力係数上部構造の層せん断力係数は誤差プラス時の方が大きくなる誤差プラス時の減衰材の負担せん断力係数 μおよび復元材が負担する水平力 Qe は s (kn) Qe KG である上部構造の層せん断力係数を表 -12 に示す表 12 上部構造の層せん断力係数 Ai μai Qe/Mg Cri 2F F BF (8) 免震層に作用する地震力免震層に作用する地震力 Qiso は誤差プラス時の方が大きくなり Qiso Qk Qe (kn) である (9) 周辺クリアランスの検証 ( 告示第 2009 号第 6 第 3 項第五号 ) 免震層周辺の必要クリアランスδreq は応答変位 δγの最大値を誤差マイナス時の m として以下のようになる ⅰ) 通行の用に供する場合 ( 当該建築物の実況を知らない不特定多数の通行人の通路がある場合 ) δreq =δγ+0.80 = = [m] 該当部分無し 10

11 ⅱ) 人の通行のある場合 ( 住宅の周辺部のように実況に精通している居住者若しくは関係者のみが通行する場合 ) δreq =δγ+0.20 = = [m] > 0.50 ⅲ) 上記以外の場合 ( 免震層が隔離され人の接近が不可能な場合あるいは人に接触するおそれのない部分 ) δreq =δγ+0.10 = = [m] > 0.40 本建築物は通行の用に供する部分がないためⅱ) ⅲ) の場合でそれぞれ 0.529m 0.429m を必要クリアランスとする 5 風荷重に対する免震層の検討 ( 告示第 2009 号第 4 第一号ロ ) 5.1 基準風速時風荷重は粗度区分をⅢ 基準風速を 34m/s として構造計算ソフトで以下のように出力される表 13 風荷重の算定結果ただし免震建物では 1 階下部の壁が受ける風圧を考慮する必要があるので注意が必要であるこの点は建物重量における 1 階床荷重と同様である風荷重は上記の計算結果に 1 階下部の風荷重を加えて X 方向 = 49.2 kn 49.2/352 = > 0.13 Y 方向 = 55.4 kn 55.4/352 = > 0.13 となるまたこれらの値の建物総重量 352kN に対する比は上記のようにすべり支承の摩擦係数 0.13 をやや上回る従って設計基準風速で移動を起こす 11

12 参考のためすべりが生じる風速は基準風速が 34m/s なので X 方向 v m Y 方向 v m となりいずれも風速 30m/s を越えているすべり支承の摩擦抵抗を越えた風圧は復元ゴムが負担する従ってその場合の移動量は X 方向 v m < m *352 Y 方向 v m < m 80 となるこれらの値は免震層の地震時最大応答 0.329m 以下である 5.2 暴風時極めて稀に発生する暴風時は風荷重を 1.6 倍して ( 告示第 2009 号第 6 の 2 の六イ ) X 方向 Qv kn Y 方向 Qv kn となるまた変位はすべり支承の摩擦抵抗力を考慮すると X 方向 v m > m *352 Y 方向 v m > m 80 となる両方向ともすべり支承の限界変形 0.372m を越えているそこで風拘束装置を設置する風用設計限界変位は極めて稀に発生する暴風時に免震層の変位 δw が免震材料認定範囲の限界変形以下となるように 360 mm に設定する表 14 免震材料の限界変位と免震層の設計限界変位免震材料限界変形 [mm] 地震時応答変位 [mm] 設計用風荷重時変位 [mm] 風用設計限界変位 [mm] すべり支承 372 復元ゴム風荷重に対して抵抗する力としてすべり支承の摩擦力と復元ゴムの復元力が考えられるがここでは安全側を考慮し摩擦力は考慮せず復元力だけを考慮する従って風拘束装置に作用する荷重は X 方向 Qs kn Y 方向 Qs kn となる Y 方向が大きいので以下 Y 方向の値で設計する 12

風荷重と免震層の復元特性の関係を図 -9 に示す 120 100 水平荷重 (kn) 80 60 40 20 基準風速暴風 (1.6 倍 ) 地震最大応答風拘束復元力特性 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 水平変位 (m) 図 9 風荷重と復元特性の関係 5.

13 風荷重と免震層の復元特性の関係を図 -9 に示す水平荷重 (kn) 基準風速暴風 (1.6 倍 ) 地震最大応答風拘束復元力特性水平変位 (m) 図 9 風荷重と復元特性の関係 5.3 風拘束装置の設計突出ストッパー方式による風拘束装置を図 -10 に示すストッパーは X 方向 Y 方向とも 3 点で支持とするそれぞれに正負の 2 箇所ずつ合計 12 箇所に設置する 1 箇所あたりの風荷重は Y 方向 Qs 59.8 / kn となる接合は鋼製プレートとラグスクリューボルトとする図 -10 風拘束装置 ( 突出ストッパー方式 ) 図はすべり支承が設置された梁としたがすべり支承の設置されない梁でも良いストッパーはコンクリートの基礎に接触して停止するようにした 13

14 ラグスクリューボルトの短期許容耐力を 5.69kN/ 本とし使用本数を 4 本とすると kn > 19.9 kn OK となる鋼製プレートは板圧 2mm のステンレスとするステンレスの基準強度を 235N/mm 2 とすると 2 枚のプレートの短期許容せん断耐力は kn 3 > 19.9 kn OK となる 6 下部構造の検討 6.1 基礎形式基礎形式はべた基礎とし一体の鉄筋コンクリート造とする仕様は免震告示の規定を満足するものとし以下にその詳細を示すべた基礎の仕様 ( 免震告示第 2009 号第 3 第 1 項第四号 ) 底盤: 厚さ25cm 以上とし補強筋として径 12mm 以上の鉄筋を縦横 20cm 以下の間隔で複配筋で配置する根入れ深さ:15cm 以上としかつ凍結深度より深いものとする主筋として径 12mm 以上の異形鉄筋を立ち上がり部の上端に1 本以上かつ立ち上がり部の下部の底盤に2 本以上配置する補強筋としては径 9mm 以上の鉄筋を30cm 以下の間隔で縦に配置したものとするなお主筋と補強筋は必ず緊結すること 150 以上 D13 以上 ( 上端 1 本下端 2 本以上 ) GL D13 以内以上 250 図 -5.1 べた基礎の仕様 ( 免震告示第 2009 号第 3 第 1 項第四号に準拠 ) また段差部分については応力伝達に支障がないように450mm 以上のラップ長を確保し上下段の主筋を同径の補強筋以内 ) により相互に緊結するものとする 14

15 復元ゴム設置ベース平面外形を mm 袋ナット付きベースプレートまたは長さ90mm 以上の先付けM12 インサートを使用しレベルを確保する以内を基本とし鉛直筋は底盤内で90 に折り曲げ30d 以上定着させることを基本とする ( 下図参照 ) 450 袋ナット付きベースプレート等 D13-@150 以内 30d 以上定着 15

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<4D F736F F D208E9197BF A082C68E7B8D A815B82CC8D5C91A28AEE8F C4816A2E646F63> 資料 9 液化石油ガス法施行規則関係技術基準 (KHK0739) 地上設置式バルク貯槽に係るあと施工アンカーの構造等 ( 案 ) 地盤面上に設置するバルク貯槽を基礎と固定する方法としてあと施工アンカーにより行う場合の構造設計施工等は次の基準によるものとする 1. あと施工アンカーの構造及び種類あと施工アンカーとはアンカー本体又はアンカー筋の一端をコンクリート製の基礎に埋め込みバルク貯槽の支柱やサドル等に定着することで