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

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ひでたつたにしき
5 years ago
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1 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 ( ギャップ ) が存在する場合があるがこのギャップが原因で衝突が生じ耐震性能が左右されることがわかっている本報ではそので示した振動台の結果について時刻歴応答による評価とスペクトル法による最大応答値の評価を行った結果については概ね良く結果と対応しており衝突の際の衝撃力についても対応したまた応答スペクトル法の適用性について検討を行いギャップをとした試験体については応答スペクトル法を充分な精度で適用可能であることが明らかになった Seismic Performance of Ceiling without Artificial Spacing to Surrounding Object Part : Analytical Study Abstract The non-clearance ceiling is a kind of suspended ceiling that uses walls, girder or other surrounding objects to support the seismic force of the ceiling. The previous paper reports the experimental results of the shaking-table-test and the seismic performance of the non-clearance ceiling. The results show that the gap width between the ceiling and the surrounding objects causes collisions and degrades the seismic performance of the ceiling. This paper reports the result of numerical analysis following the result of these shaking table tests. The analysis can closely replicate the results of the test, including the collision force. Then, the maximum response of the test was estimated by using the response-spectrum-method. The estimation of this method on the specimen with zero-gap was found to be accurate. キーワード : 吊り天井衝突地震応答応答スペクトル * 首都圏支社建築技術部 --

2 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ランスなし天井を対象として振動台を行い地震時の性状について検討を行っており本報そのではの概要と結果について述べている本報そのではこの振動台の結果について時刻歴応答による評価とスペクトル法による最大応答値の評価を行うでは稀に発生する地震を想定したレベルの場合と極めて稀に発生する地震を想定したレベルの場合の種類の大きさの入力を行っているレベルに関しては弾性範囲を超えている場合があり弾塑性挙動をモデル化するための基礎的が不十分であるため本報では材料特性を弾性範囲に限定しレベルの場合を対象として検討を行う. 減衰と剛性の評価. 衝突の概要衝突を行い天井の弾性時の軸剛性や壁の水平剛性減衰を評価する用いた試験体は本報そので振動台を行った試験体と同じであり ( 表 ) 試験体によって異なる受け部材との接触部 ( せっこうボードまたは野縁 ) な表パラメータと試験体名どが評価対象に影響する変数である天井試験体は幅が9mmで加振方向長さが6~98mmの部分モデルである吊り長さはmとし天井の重量はおもり ( 鋼板 ) により調整し約 kg/m とした振動台を行う前に片側の受け部材 ( 梁 LGS 壁 ) をはずし天井端部に伸縮性の少ない糸を接続し巻取り機構を用いて引くことで強制変位を与え糸を切断することで初速度を与えないよう変位を開放し受け部材に衝突させた ( 図 ). 天井試験体 Bの重心位置変位の時刻歴を図に示す衝突後自由振動となった状態の固有周期は.8 秒であった天井と梁の衝突をばねに置換することについて検討する天井の質量を重心位置の集中質量とみなしたとき接触部がせっこうボードの試験体についてはせっこうボードの全断面が重心位置から接触位置 ( 先端 ) まで均一に軸変形する ( 接触部が野縁の試験体では野縁のみが均一に軸変形する ) と仮定した場合の剛性は下式となる ( せっこうボードが接触する場合 ) ( 野縁が接触する場合 ) : せっこうボードのヤング率 : 下地用鋼材のヤング率 : せっこうボードの断面積 : 下地用鋼材の断面積 : 天井の重心位置から先端までの長さこの計算値はそれぞれN/mm 87N/mmとなる衝突において得られた梁の反力と天井の重心位 No. 受け部材加振方向接触部ギャップ (mm) B せっこう B 梁ボード B 野縁野縁方向 W せっこう W ボード LGS 壁 W 野縁 (a) 衝突の模式図 W 野縁受け方向野縁受け図衝突 (b) 糸の切断変位 [mm] - - 変位ギャップ衝突減衰振幅 :ae -h t (h =.%) 衝突区間自由振動区間図変位の時刻歴 (B) N/mm N/mm N/mm N/mm (a) 試験体 B (b) 試験体 B 試験体 B 図天井の軸剛性の評価図天井の軸剛性の評価 ( 衝突部がせっこうボードの場合 ) ( 衝突部が野縁の場合 ) 8,7,7 N/mm N/mm --

3 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 LGS 壁の変形 [mm] 図 LGS 壁の水平剛性の評価 ( 試験体 W) 置の変位の関係から天井の軸剛性を評価する図は試験体 BおよびBの結果でありギャップを有しせっこうボードの先端が梁に接触する場合である図は試験体 Bの結果であり野縁を延長して梁と接触させた場合である梁が剛と仮定し衝突中の剛性を天井の軸変形の影響によるものと仮定する結果から評価される天井の軸剛性はそれぞれN/mm N/mm 7N/mmとなった ( 図中太線 ) これらの値は計算値( 図中太破線 ) に対しせっこうボードが接触する試験体で約分の(%) 野縁が接触する試験体で約分の(%) となっている剛性が計算値より低い原因としては接触部分の不均一性やせっこうボードの非線形性ビスのずれや天井全体の面外への変形などが考えられる本報の以降の検討では天井の軸剛性には試験体 Bと Bのから得た値の平均値 ( 試験体 Bを対象としたではBのから得た値 ) を用いることとする減衰定数は自由振動となった状態での振幅比から評価しており.% 程度であった ( 図参照 ). LGS 壁 LGS 壁の水平剛性について検討する図は試験体 W で行った衝突において得られた LGS 壁の荷重変形関係である LGS 壁の変形は不動点から直接計測した値荷重は天井の加速度に天井の質量とLGS 壁の等価質量 ( 全体質量の/と仮定 ) を乗じたものであるスタッドのみ表評価したパラメータ (a) Bシリーズ天井の質量 (M C ). kg 天井の減衰 (C C ). %( 初期剛性比例型 ) 天井の剛性 ( K C ).7 N/mm 天井の軸剛性 W, W: N/mm ( K Imp ) W: 7 N/mm (b) Wシリーズ LGS 壁天井質量 (M C, M W, M W ).7 kg. kg 減衰 (C C, C W, C W ) %. % 剛性 ( K C, K W, K W ) 6 N/mm.7 N/mm 天井の軸剛性 (K Imp, K Imp ) W, W: W: 6 N/mm N/mm 7 N/mm を考慮し単純支持の仮定の次式で剛性を計算する : スタッドの断面次モーメント :LGS 壁の衝突部より上の長さ :LGS 壁の衝突部より下の長さ計算値は6N/mm となった ( 図中の太線 ) 結果と良好に一致していることがわかる LGS 壁の減衰については加振の前にLGS 壁を打撃するを行い自由振動を加速度計により計測してこの波形の振幅比から評価した減衰定数は% であった評価した各パラメータを表に示すなお表中の次剛性次剛性については次章のモデル化の説明で述べる. 時刻歴応答前章までに評価したパラメータを用いて時刻歴応答を行い結果の評価を行う受け部材が梁のBシリーズと LGS 壁のWシリーズでは異なるモデルを用いて検討を行いそれぞれのモデルの特徴を比較する Kobe L 入力 ( 稀に発生する地震動を想定し原波の% にしたJMA Kobe 99 NS 波に対する周期秒減衰 % の自由度系の応答波形を入力 ) のを対象としこので計測された入力波形をで用いる入力波形の時間刻みは - 秒とした. モデル () 質点モデル (Bシリーズ) 受け部材が剛な場合受け部材の振動を考慮しない単純なモデルが既往の研究 ) で用いられている本のB シリーズについては同様に質点系の単純なモデルで検討を行うモデルの概念図を図 6に示すモデルは天井を表す自由度系と天井単体の剛性および梁の衝突性状を表すばねからなる衝突に用いるばねの復元力特性としてHertzモデルを使用した等も行われているが ) 本報では簡便性を考慮して硬化型非線形弾性ばねとした履歴形状はバイリ図 6 質点モデルの概要図 7 質点モデルの概要 --

4 フジタ技術研究報告第号ニア型とし次剛性を天井の自由振動時の剛性折点変. 結果位はギャップ次剛性を天井の軸剛性の値前章で評価し () 時刻歴波形た値としたギャップについては試験体の設計値ではなく Bシリーズの結果の一例として試験体BのKobe L 結果から推定される実際の大きさとした減衰につい入力の場合の結果と結果を比較したものを図 8にては天井単体の減衰定数を初期剛性比例型として与え示す (a)は天井の重心位置の加速度 (b)は重心位置の相たの積分方法はNewmarkのβ法 β=/ とし時間対変位の時刻歴波形 (c)と(d)は重心位置の加速度変位 - 刻みは衝突の瞬間の安定性等を考慮して秒とした関係を示している時刻歴波形のグラフにおいてはと () ３質点モデル Wシリーズの時刻を揃えて示している受け部材の剛性が低く受け部材の振動が無視できない加速度波形については後半で位相や振幅のずれが見らと考えられるWシリーズでは質点系のモデルを用いるモれるものの概ねの応答性状をで表現できているとデルの概念図を図 7に示すモデルは天井及びつ言える変位波形についてはよく一致しているまた加速のLGS壁を表す合計つの自由度系と天井と受け部材の度変位関係についてはでは衝突中に生じている衝突性状を表すばねからなるつの１自由度系は弾性と履歴曲線のループ形状がで表現されていないが急仮定しそれぞれの剛性とそれぞれ単独での減衰係数を激な剛性増加と最大加速度などについては結果と解算定して設定した衝突ばねについては硬化型の非線形析結果が良く一致しているの値前章で評価した値とした衝突ばねの減衰定数はと結果を比較したものを図 9に示す時刻歴波形につとした完全弾性衝突に相当の積分方法時間刻みいては加速度変位いずれも結果と結果の振等は質点モデルと同様である幅や位相がよく一致していることがわかるまた加速度 Wシリーズの結果一例として試験体Wの結果弾性ばねとし次剛性をほぼ次剛性は天井の軸剛性最大値最大値. 最大値., 重心位置変位 [m/s ] (b) 変位時刻歴 (c) 加速度変位関係() (d) 加速度変位関係() (b) 変位時刻歴 (a) 加速度時刻歴重心位置変位 [m/s ] (a) 加速度時刻歴 - (c) 加速度変位関係() 図 8 結果と結果の比較試験体B (d) 加速度変位関係() 図 9 結果と結果の比較試験体W

5 クリアランスを有さない天井の地震応答性状最大加速度 [m/s ] するとギャップがmm程度以下の範囲ではギャップ増加 Bシリーズ Wシリーズ B に応じた加速度の増加の程度が大きいがそれ以上では B 緩やかに増加している W ４スペクトル法による W W B その的評価 6 ギャップ [mm] 8 本章では天井の最大応答について応答スペクトルを用いて簡便に推定することを目的として分析を行う図結果と結果の最大加速度の比較結果から得られた天井重心位置の加速度変位応変位関係を見ると衝突直後とLGS壁の最大変形時のつ答関係とで計測された入力波形から作成した擬似加の時点で加速度にピークが生じる現象がにも現れて速度変位応答スペクトルを比較したものを図に示すいることがわかるこのつのピークはそれぞれLGS壁の慣応答スペクトル作成の際の減衰定数はとしている性力 LGS壁のばね反力に起因しているが Bシリーズの解 (a) (b)と(d) (e)についてはそれぞれbとb WとW 析で用いたような質点モデルやLGS壁などのような受け部いずれもギャップのある試験体の結果を重ね書きしてい材の質量を無視した場合ではこのような現象は現れないるギャップのある試験体では最大応答が応答スペクトルを () 最大加速度応答大幅に上回っておりとくに接触後の剛性の高いBシリーズそれぞれから得られたギャップと最大加速の試験体の場合はその差異が顕著である度応答の関係を図に示すについてはギャップを一方 (c) (f)に示すギャップをとした試験体b Wの結変化させたケースについての結果を示している果についてはいずれも結果においても最大応答点 Bシリーズについて試験体Bでは結果が結果図中印は応答スペクトルとよく一致しているまた B を下回っているが概ね傾向は表現できていることがわかについては天井の軸剛性 WについてはLGS壁の剛性にる Wシリーズについては全ての試験体で結果と該当する直線を太実線で示し応答スペクトルとの交点を結果が良く一致している印で示しているがこれについても結果の最大応答点とよく一致している結果についてギャップと最大加速度の関係に注目剛性応答スペクトルの最大応答最大応答推定値 (a) 試験体B (b) 試験体B (c) 試験体B (d) 試験体W (e) 試験体W 図応答スペクトル法による最大応答の評価 (f) 試験体W

フジタ技術研究報告第号. まとめクリアランスを有さない吊り天井に関して行った振動台について時刻歴応答による評価とスペクトル法による最大応答値の評価について検討した本報では稀に発生する地震を想定したレベルのを検討の対象としている本報から得られた知見に関するまとめを以下に示す.

6 フジタ技術研究報告第号. まとめクリアランスを有さない吊り天井に関して行った振動台について時刻歴応答による評価とスペクトル法による最大応答値の評価について検討した本報では稀に発生する地震を想定したレベルのを検討の対象としている本報から得られた知見に関するまとめを以下に示す. 衝突の結果から天井の軸剛性 LGS 壁の弾性剛性を評価した天井の軸剛性についてはせっこうボードが衝突する試験体では計算値の/ 野縁が衝突する試験体では計算値の/ 程度の値となった LGS 壁の剛性については軽量鉄骨下地材のみ考慮した計算値とから評価した値は概ね一致した. 受け部材の剛性が充分に高いBシリーズの試験体については梁の変形を無視した質点系を用い受け部材の剛性の低いWシリーズの試験体ではLGS 壁と天井をつの質点としたモデルを用いそれぞれ時刻歴応答を行った結果と結果は概ね良好に一致し Wシリーズの試験体で見られた衝突時とLGS 壁の変形時のつの加速度のピークが発生する状況もは良好に対応した. ギャップをとした場合については最大応答点と応答スペクトルは概ね一致したギャップは最大加速度応答に対して影響が大きくギャップを適切に管理することが耐震性能の確保に対して重要となることは本報そのから明らかになっているまたギャップをとみなせる場合について応答スペクトル法による最大応答の推定について弾性範囲ではあるが本報で一例を示したなお弾性範囲を超える場合についての天井や LGS 壁等の部材の履歴特性や塑性化を考慮した的な検討については今後の課題である天井の耐震性に関する告示 ) で示されている設計法はレベル地震を対象とした弾性設計が基本でありまた応答スペクトルを用いた設計荷重の評価法についても示されている本報の結果からもギャップをとした天井については応答スペクトル法により簡便に設計荷重を算定することができると考えられる本報ので試験体に用いたような下地材の延長等により確実にギャップを担保する工法を用いることで耐震性の優れる吊り天井の簡便な設計法による実現が期待できる謝辞東京工業大学大学院教授元結正次郎先生にはの実施や本報の執筆にいたるまで懇切丁寧なご指導をいただきましたここに感謝の意を表します本社設計エンジニアリングセンター管理部の薦野氏にはにおいて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 ) 石原直脇山善夫森田泰弘渡壁守正稲井慎介喜々津仁密 : 周囲の壁等に慣性力を負担させる水平な在来工法天井の耐震性に関する的研究その~ その日本建築学会学術講演梗概集( 近畿 ) 構造 I pp 年 9 月 ) 角友太郎元結正次郎金子健作菅野嵩晃 : 不可避的な隙間を有する天井の地震時衝突挙動に関する検討そのその日本建築学会学術講演梗概集( 近畿 ) 構造 I pp 年 9 月 ) 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 77 号 ) ほか官報号外第 7 号年 8 月日ひとことクリアランスなし天井が充分な耐震性を有していることは本報からも明らかになっています耐震性と利便性経済性を両立した本工法の大臣認定を取得し広く普及させていきたい田原健一と思っております -6-

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

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