フジタ技術研究報告第号 1. はじめに吊り天井のこれまでの地震による被害を受け 1 年月 1 日に新たな天井の耐震性に関する告示 1) が施行された告示ではブレースにより水平力を負担しかつ天井の周囲に大きな隙間 ( クリアランス ) を設けて地震時の衝突を防ぐことを基本方針としているしか

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しょうじもてぎ
5 years ago
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1 フジタ技術研究報告第号 1 年クリアランスを有さない天井の地震応答性状その 1 振動台実験の概要および結果佐々木康人佐藤幸博 *1 田原健一佐々木聡概要吊り天井の耐震性を確保する方法のひとつとして天井面と周囲の壁などの構成要素の間にクリアランスを設けず天井面に作用する地震力をその周囲の構成要素に負担させる方法が検討されてきている既往の検討では天井面を周囲の構成要素に接触させようとしても通常の施工では施工上不可避的な隙間 ( ギャップ ) が生じこのギャップが大きいほど地震時の天井面の衝突による衝撃力が大きくなることが指摘されている本研究ではクリアランスを有さない天井を対象として特にギャップに着目した振動台実験を行い地震時の天井の応答性状について検討した主な実験変数は天井の受け部材 ( 梁 LGS 壁 ) 天井の方向 ( 野縁方向野縁受け方向 ) ギャップ寸法および地震動のレベルである実験の結果以下の知見が得られた 1) クリアランスを有さない天井は極めて稀な地震に対しても損傷は見られなかった ) 天井の加速度は衝突開始時と天井変形の最大時のつの時点でピークを示す 3) ギャップが大きいほど天井の最大加速度応答も大きくなる Seismic Performance of Ceiling without Artificial Spacing to Surrounding Object Part 1: Outline of Shaking Table Test Abstract A ceiling without artificial spacing to surrounding object (the non-clearance ceiling) is a kind of suspended ceiling, which uses walls, girders or other surrounding objects to support the seismic force of the ceiling. Some previous studies reported that the larger gaps between the ceiling and the surrounding objects cause a larger collision force for the ceiling. In this study, a shaking table test was carried out to investigate the seismic performance of the non-clearance ceiling. The main parameters of the tests are the type of the surrounding objects (girder or LGS-wall), axis of the ceilings, widths of the gaps and the scale of the input earthquake waves. The following results were obtained. 1) No damages can be seen on the non-clearance ceiling even under the level- input. ) The acceleration of the non-clearance ceiling shows two peaks at the moment of collision and at the maximum deformation of the ceiling. 3) Larger gaps between the ceiling and the surrounding objects cause larger collision forces for the ceiling. キーワード : 吊り天井軽量鉄骨下地壁衝突振動台実験 *1 首都圏支社建築技術部 --

その場合には十分な耐震性を確保できないことになる一方で天井の耐震性を確保する方法のひとつとして天井面と周囲の壁などの構成要素の間にクリアランスを設けず天井面に作用する地震力をその周囲の構成要素に負担させ天井の応答を抑制する方法が検討されてきている ) 文献 ) では通常の施工では天井面を周囲の構成要素に接触させようとしても施工上不可避的な隙間 ( ギャップ ) が生じ

受け部材加振方向接触部 (mm) B1 1 ボード B 梁 B3 野縁野縁方向 W1 1 ボード W LGS 壁 W3 野縁 W 野縁受け方向野縁受け. 実験の概要.

2 フジタ技術研究報告第号 1. はじめに吊り天井のこれまでの地震による被害を受け 1 年月 1 日に新たな天井の耐震性に関する告示 1) が施行された告示ではブレースにより水平力を負担しかつ天井の周囲に大きな隙間 ( クリアランス ) を設けて地震時の衝突を防ぐことを基本方針としているしかしながら天井裏設備や室の用途などの制約条件によりブレースやクリアランスを設けにくい場合がありその場合には十分な耐震性を確保できないことになる一方で天井の耐震性を確保する方法のひとつとして天井面と周囲の壁などの構成要素の間にクリアランスを設けず天井面に作用する地震力をその周囲の構成要素に負担させ天井の応答を抑制する方法が検討されてきている ) 文献 ) では通常の施工では天井面を周囲の構成要素に接触させようとしても施工上不可避的な隙間 ( ギャップ ) が生じこのギャップが大きいほど地震時の天井面の衝突による衝撃力が大きくなることが指摘されている本研究ではクリアランスを有さない天井を対象として天井面と周囲の構成要素との間のギャップに着目した振動台実験を行い地震時の性状について検討した本報では実験の概要と結果について示す天井試験体加振方向写真 1 実験状況フレーム表 1 試験体の一覧ギャップ No. 受け部材加振方向接触部 (mm) B1 1 ボード B 梁 B3 野縁野縁方向 W1 1 ボード W LGS 壁 W3 野縁 W 野縁受け方向野縁受け. 実験の概要.1 実験方法の概要実験状況を写真 1に示す 1 軸振動台のテーブル (m m) 上に鋼製のフレーム ( 幅 m 高さm 長さm) を設置しそのフレームに試験体となる鋼製下地在来工法天井を設置した天井試験体は幅が91mmで加振方向長さが ~98mmの部分モデルである吊り長さは 1mとし天井の重量はおもり ( 鋼板 ) により調整し約 3kg/m としたブレースは加振直交方向には設けたが加振方向には設けていない天井の両側には天井面に作用する地震力を負担させるH 形鋼の梁または軽量鉄骨下地壁 ( 以下 LGS 壁 ) の受け部材を設けた. 試験体試験体の一覧を表 1に示す例として試験体 B3 W3およびWの形状を図 1に示す主な実験変数は (1) 天井の方向 ( 野縁方向野縁受け方向 ) () 受け部材 ( 梁 LGS 壁 ) (3) 天井面の受け部材との接触部 ( ボード下地 ) () 天井面と受け部材の隙間 ( ギャップ ) であるギャップなしの試験体はボードを周囲の構成要素に接触させることが施工上難しいことを考慮し野縁または野縁受けを受け部材に接触させている野縁受け方 (a) B3 (b) W3 (c) W 図 1 試験体 LGS 壁角スタッド LGS 壁角スタッド野縁延長材野縁受け (a) 野縁方向 (b) 野縁受け方向写真天井面端部のディテール --

3 クリアランスを有さない天井の地震応答性状その 1 振動台実験の概要および結果向は端部のみ野縁受けに同じ部材 ( 延長材 ) を取り付け延長材を接触させるものとした延長材が取り付く部分は野縁のピッチを中央部分の1/としクリップは従来のクリップの上にかぶせるタイプの耐震クリップとした野縁受けと延長材はクリップごとビスで留めた受け部材がLGS 壁の場合には LGS 壁のボードの局部の損傷が生じないようにするため天井下地が接触する位置に角スタッド (.) を水平方向に取り付け LGS 壁のスタッドまでビスで留めた天井面端部のディテールを写真に示すいずれの試験体も野縁はCS-19およびCW-19(Wの一部 ) とし野縁受けおよび延長材はCC-とした天井およびLGS 壁のせっこうボードは普通せっこうボード t=1.mm とし天井は1 枚張り壁は天井側のみ片面 1 枚張りとした LGS 壁のスタッドはWS-とし本設置した.3 加振波加振波には固有周期. 秒減衰 % の建物 (1 自由度系 ) の時刻歴応答解析結果を用いた地震動はJMA-Kobe 199 NS 波とし稀な地震動 ( レベル1) として1% に縮小した地震波に対する応答波形をKobe L1 極めて稀な地震動 ( レベル) として% とした地震動に対する応答波形をKobe Lと称する振動台に入力する波形の加速度時刻歴と加速度応答スペクトルを図に示すなおフレームの振動数は充分に高く振動台とフレーム ( 天井吊元 ) の振動は概ね一致することを確認している. 計測フレームおよび天井試験体の加速度天井 -フレーム間および天井 - 受け部材間の変位天井下地材天井のボード壁下地材のひずみ梁への衝撃荷重などを計測した図 3に梁を受け部材とした試験体 Bシリーズの天井面の計測位置を示す天井面の加速度計下地材およびボードのひずみゲージは加振方向の分布を確認できるように配置した計測のサンプリング周波数はHz とした 3. レベル 1 に対する応答性状 3.1 全体挙動いずれの試験体も天井の損傷は見られなかった加速度 [m/s ] 8 - 加速度 [m/s ] ps A [m/s ] (a) フレームからの相対変位天井重心位置フレーム ( 吊り元 ) (b) フレームおよび天井の加速度図時刻歴応答波形の例 ( 試験体 B Kobe L1 加振 ) 1 1 (a) 加速度時刻歴 (Kobe L) 周期 [s] (b) 加速度応答スペクトル図加振波図 3 計測位置加速度 [m/s ] 変位 [mm] 荷重 [kn] Kobe L1 Kobe L h =% 3 1 加速度端部重心変位荷重図衝突時の応答 ( 試験体 B Kobe L1 加振 ) -7-

4 W B W3 W B - B1 フジタ技術研究報告第号 W 図天井重心位置での加速度変位関係 Kobe L1 加振図は試験体Bの天井とフレーム吊元の加速度波形衝突時と天井のフレームからの相対変位の時刻歴波形である以壁最大変形時後天井の応答は断りのない場合は重心位置の応答図 (b)を見ると衝突の際に大きな加速度が生じフレームの加速度の3.倍程度の最大値となっていることがわかる変位についてはギャップよりやや広い振幅となっているが衝突時の天井先端から重心位置までの軸変形に極めて小さいものの受け梁の変形が加わっているためであるな図 7 加速度のつのピークお試験体の施工誤差などにより正負のギャップが等しくなっていない場合がある天井下地を梁壁に接触させた試験体B3 W3 Wについても衝突現象が生じないわけではない天井の軸変形 3. 衝突時の応答や壁の変形によって天井が変位している方向と反対側の図に衝突の前後の時刻歴波形を示す横軸の時刻は天井端部は梁壁と離間するため変位が反転して戻っ最大変位時を示している実線は重心位置破線は端部かたときにその離間部が衝突する衝突時には加速度が生じら1mmの位置の加速度である時刻-.1秒付近で衝突るがギャップのある試験体と比べると小さいが開始しているが加速度や荷重は衝突開始直後に一度ピークを迎え低下した後最大変位時に再度ピークを迎えている 3. 天井のひずみ分布図8は天井の変位が最大となる半サイクルに注目しその間の加振方向の下地材野縁または野縁受け延長材 3.3 加速度変位関係とボードのひずみの最大値と衝突側先端からの距離の関係図は全試験体のKobe L1加振における天井の加速度変位関係である剛性の高い梁を受け部材とした試験体を示している天井のせっこうボードの先端が梁や壁に衝突するB1 B Bシリーズでは衝突後の加速度上昇が急激であり壁を受 W1 Wではせっこうボードの先端のひずみが最も大きくけ部材としたWシリーズより最大値も概して大きい Bシリー先端から離れるに従い減少する一方野縁は先端から増ズ Wシリーズともギャップが大きいほど最大値も大きくな加していき 1mmを超えたところで減少に転じるこれっているまた 3.で述べた衝突時と最大変形時のつのはせっこうボードの先端の衝撃荷重がビスを介して野縁に加速度のピークが加速度変位関係にも見られる図7参伝わっていくことと対応している照また野縁が梁や壁に接するB3 W3では野縁の先端が 8

クリアランスを有さない天井の地震応答性状その 1 振動台実験の概要および結果 1 8 B1 1 8 B 1 8 B3 野縁, 野縁受け延長材ボード W3 先端部のひずみ計測位置 1 3 1 3 1 3 W 先端部のひずみ計測位置 W1 W W3 W 3 3 3 3 1 1 1 1 1 3 1 3 1 3 図 8 最大ひずみの分布 (Kobe L1 加振 ) 1 3 最大となり

5 クリアランスを有さない天井の地震応答性状その 1 振動台実験の概要および結果 1 8 B1 1 8 B 1 8 B3 野縁, 野縁受け延長材ボード W3 先端部のひずみ計測位置 W 先端部のひずみ計測位置 W1 W W3 W 図 8 最大ひずみの分布 (Kobe L1 加振 ) 1 3 最大となり先端から離れるに従い減少するせっこうボードも先端が最も大きい野縁受けの延長材が壁に接するW では延長材先端のひずみが最大で野縁受けせっこうボードのひずみは列目の計測点で極大となる延長材先端の荷重が延長材をとめるビスを介して野縁受けに伝わり 1 列目と列目の計測点の間にある~ 列目のクリップと野 Bシリーズ - 縁からビスを介してせっこうボードへ伝わっていることが推 - 加速度察される荷重 - Wシリーズ - 加速度 - 3. 最大応答とギャップの関係 -1 - 図 9は重心位置の正負の最大加速度応答 ( ) B ギャップ [mm] シリーズについては正側にある梁のロードセルの最大荷重 1 応答 ( ) をギャップごとに示したものである左軸が加速度図 9 最大応答とギャップの関係 (Kobe L1 加振 ) 右軸が荷重であり左軸の値に天井の質量を乗じると右軸と一致するよう描かれているギャップが大きいほど最大応答は大きくギャップなしの場合とmm [] の場合の違いが特に大きい梁の場 1 合とLGS 壁の場合を比べると梁の方が [1] [][3] [] ビス抜け応答は大きいまた最大加速度に天井の質量を乗じると最大荷重とよく一 -1 [] 致することが確認できる 3 [] [] [3]. レベルに対する応答性状 1 [] [] [1] ひずみゲージ.1 全体挙動入力地震動はレベル1の倍である (a) 天井の重心位置変位とがいずれの試験体も天井の損傷は (b) LGS 壁の損傷状況 LGS 壁のスタッドのひずみ見られなかった図 1 試験体 W1 の破壊過程の応答と損傷状況最大加速度 [m/s ] 最大荷重 [kn] -9-

6 フジタ技術研究報告第号最大加速度 [m/s ] B シリーズ加速度荷重 W シリーズ加速度 -1-1 ギャップ [mm] 図 11 最大応答とギャップの関係 (Kobe L 加振 ) 試験体 W1 では LGS 壁に大きな損傷が生じせっこうボードが脱落した図 11に破壊に至るまでの状況を示す [1] ( 図 1(a) 中の番号 ) で最初の衝突が発生し [] ではスタッドの変形によるボードとスタッドの隙間が生じた [3] で曲げ捩れ座屈によると思われる変形が顕著になりビスが抜け始め [] その後完全に抜けた( 図 1(b)) [] では明瞭な残留変形が見られ [] でボードが脱落した試験体 WではLGS 壁の大きな損傷は生じなかったが LGS 壁のビスのめり込みが見られた最大荷重 [kn] ギャップが大きいほど天井の最大加速度応答も大きくなる下地を接触させた試験体は衝突時の加速度は小さく最大変形時の加速度もギャップがある場合より小さい極めて稀な地震に対して天井の応答によりLGS 壁が破壊した LGS 壁は天井からの荷重を考慮して適切に設計する必要がある謝辞東京工業大学大学院教授元結正次郎先生には終始懇切丁寧なご指導をいただきましたまた実験では元結研究室の学生の皆様に多大なご協力をいただきましたここに感謝の意を表します参考文献 1) 特定天井及び特定天井の構造耐力上安全な構造方法等を定める件 ( 平成年国土交通省告示第 771 号 ) 官報号外第 17 号 13 年 8 月 ) 元結正次郎佐藤恭章 : 天井の動的性状を踏まえた設計地震力について-クリアランスを有さない天井の動的挙動その1- 日本建築学会大会学術講演梗概集構造 Ⅰ pp 年 8 月. 最大応答とギャップの関係図 11は Kobe L 加振の場合について図 9と同様に重心位置の正負の最大加速度応答 ( ) Bシリーズについては正側にある梁のロードセルの最大荷重応答 ( ) をギャップごとに示したものである最大応答とギャップの関係や梁 LGS 壁の違いはレベル1の場合とほぼ同様の傾向を示しているレベル1の場合と比較すると BシリーズやW3 Wでの最大加速度は~ 倍の最大応答であるが W1 Wでは3 倍程度となっている試験体 W1 Wでは LGS 壁の損傷の影響と考えられるなお加速度に質量を乗じた値と荷重の整合がよくないが梁の振動などが計測値に影響していると思われる佐々木康人ひとことクリアランスなし天井は, ブレースやクリアランスを設けずに天井の耐震性を確保したいというニーズに応えるものです今後もニーズに応えられるよう技術開発を進めていきたいと思います. まとめクリアランスを有さない天井を対象として天井面と周囲の構成要素との間のギャップに着目した振動台実験を行い梁およびLGS 壁との衝突現象の分析や最大応答とギャップの関係を考察した得られた知見を以下に示すクリアランスを有さない天井は極めて稀な地震に対しても損傷は見られなかった天井の加速度は衝突開始時と天井変形の最大時のつの時点でピークを示す -3-

フジタ技術研究報告第号. はじめに天井に生じる地震力を吊りボルト上端と野縁受けの間に設置したブレースではなく周囲の壁等に負担させることで耐震性を確保するクリアランスなし天井についてはこれまでいくつかの研究がなされている例えば ) が特に的検討については例が少なく条件も限定的であるこのクリア

フジタ技術研究報告第号. はじめに天井に生じる地震力を吊りボルト上端と野縁受けの間に設置したブレースではなく周囲の壁等に負担させることで耐震性を確保するクリアランスなし天井についてはこれまでいくつかの研究がなされている例えば ) が特に的検討については例が少なく条件も限定的であるこのクリアフジタ技術研究報告第号年クリアランスを有さない天井の地震応答性状その的評価田原健一佐藤幸博 * 佐々木康人佐々木聡概要吊り天井と周囲の壁等との間のクリアランスを設けず天井に生じる地震力を周囲の壁等に負担させるクリアランスなし天井について地震時の応答性状を明らかにすることを主な目的として振動台を行いこの結果について前報で報告している天井と壁との間には施工上生じるわずかな隙間