JP2008039580A - スチールハウスのトラス壁構造の解析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スチールハウスのトラス壁構造1について、当該トラス壁構造1に水平力Sが作用したときの弾塑性復元力特性を、構造解析装置20を用いて解析するスチールハウスのトラス壁構造の解析方法であって、部分的な試験体10を作成する試験体作成工程と、部分的な試験体10の荷重−変形関係を計測する試験体載荷工程と、構造解析装置20を用いて、試験体10の荷重−変形関係に基づいてトラス壁構造1を骨組解析モデル30にモデル化するモデル化工程と、骨組解析モデル30についてマトリックス変位法で解析することにより、弾塑性復元力特性を求める解析工程と、を備える。
【選択図】図5
Description
スチールハウスを構築するにあたっては、地震などの水平力に対する安全性を確認する必要がある。そのため、従来は、トラス壁構造の実物大の試験体を作成し、この試験体に水平力を載荷することにより、水平力とトラス壁構造の水平変位との荷重−変形関係(以下、「弾塑性復元力特性」という場合がある)を測定して、安全性を確認していた。
一方、マトリックス変位法によるコンピュータ解析のみでは、ブレース材と竪枠材との連結部分のモデル化の方法及びこの部分の荷重−変位関係の設定の方法が確立されておらず、実際のトラス壁構造の荷重−変位関係を精度良く解析することができなかった。
図1は、スチールハウスのトラス壁構造の正面図である。図2は、トラス壁構造の解析方法に用いる試験体の概略斜視図である。図3は、構造解析装置の概略構成を示すブロック図である。図4は、トラス壁構造の解析方法に用いる骨組解析モデルの正面図である。
図1に示すように、スチールハウスのトラス壁構造1(以下、単に「トラス壁構造1」という)は、建物の土台や梁等の上に立設される鋼製の壁下地であり、一対の竪枠材2,2と、この一対の竪枠材2,2の上端部同士を連結する上枠材3と、一対の竪枠材2,2の下端部同士を連結する下枠材4と、一対の竪枠材2,2の互いに向かい合う側面間に連結された複数のブレース材5,5,…と、によってトラス構造に構成されている。
図2に示すように、試験体10は、トラス壁構造1のブレース材5とガセット6との接合部分について部分的な試験を行うための試験体である。試験体10は、2本の試験用ブレース材11A,11Bと、この2本の試験用ブレース材11A,11Bのそれぞれの両端にピン接合された試験用ガセット12A,12A,12B,12Bと、この試験用ガセット12A,12Bの間に挟まれて溶接固定されたプレート13,13と、から構成されている。
図3は、構造解析装置の概略構成を示すブロック図である。
図4に示すように、骨組解析モデル30は、トラス壁構造1をコンピュータ上でモデル化したものであり、一対の竪枠材2をモデル化した一対の竪枠材モデル31,31と、上枠材3をモデル化した上枠材モデル32と、下枠材4をモデル化した下枠材モデル33と、複数のブレース材5をモデル化した複数のブレース材モデル34,34…と、ブレース材5と竪枠材2との連結部分、及び、ブレース材5と上枠材3又は下枠材4との連結部分を剛域としてモデル化した連結部モデル35,35…と、から構成されている。本実施形態においては、ブレース材5と竪枠材2との連結部分をモデル化した連結部モデル35は、横Y字形状の線状モデルとしてモデル化されている。
竪枠材モデル31と上枠材モデル32との接合点、竪枠材モデル31と下枠材モデル33との接合点、及び、竪枠材モデル31と連結部モデル35との接合点は、剛接合点としてモデル化されている。また、ブレース材モデル34と連結部モデル35との接合点は、ピン接合点Pとしてモデル化されている。また、竪枠材モデル31の下端部は、ヒンジ支点としてモデル化されている。
物性値入力部242は、竪枠材モデル31、上枠材モデル32、下枠材モデル33、ブレース材モデル34、及び、連結部モデル35、について、解析に必要な各部材の物性値を入力する機能を有する。必要な物性値としては、断面係数やヤング率などがある。また、物性値入力部242は、試験体10を用いて測定した荷重−変位関係に基づいて、連結部モデル35の荷重−変位関係を設定できるようになっている。
はじめに、試験体10を作成する。具体的には、試験用ブレース材11A,11Bの両端に試験用ガセット12A,12A,12B,12BをボルトB及びナットNでピン接合し、この一方の試験用ブレース材11Aに取り付けられた試験用ガセット12Aと、他方の試験用ブレース材11Bに取り付けられた試験用ガセット12Bとで、プレート13を両面から挟み、各試験用ガセット12A,12Bのウェブ部12Aa,12Baを前記プレート13に溶接固定することにより、試験体10を作成する。
つぎに、作成した試験体10を載荷試験器15にセットするとともに、試験用ガセット12A,12A間に変位センサー14を取り付け、試験体10の軸方向に引張力を載荷することにより、試験体10の荷重−変位関係を測定する。
つぎに、構造解析装置20を用いて、トラス壁構造1をコンピュータ上で骨組解析モデル30にモデル化する。
このモデル化工程S3においては、まず、竪枠材2と上枠材3と下枠材4とブレース材5とをその中心を通る直線としてモデル化する。つぎに、ブレース材5がガセット6に連結された連結点をピン接合点Pとしてモデル化するとともに、竪枠材2と上枠材3との連結点及び竪枠材2と下枠材4との連結点を剛接合点としてモデル化する。そして、ピン接合点Pと竪枠材モデル31、上枠材モデル32又は下枠材モデル33との間の領域を連結部モデル35として剛域にモデル化する。つぎに、各部材の物性値を設定する。このとき、試験体載荷工程S2で求めた荷重−変形関係に基づいて、連結部モデル35の荷重−変形関係を設定する。そして、竪枠材モデル31の上端に水平力S,Sを設定する。
つぎに、骨組解析モデル30についてマトリックス変位法で解析することにより、トラス壁構造1の荷重−変位関係、すなわち、弾塑性復元力特性を求める。
比較例として、「MW23」、「MHW23」、「MW32」という3種類のトラス壁構造の実物大の試験体(図1参照)を作成し、水平荷重を載荷して弾塑性復元力特性を求める試験を行った。図6に実物大の試験体の構成を示す。なお、「MW23」と「MW32」についてはそれぞれ4つの試験体で、「MHW23」については3つの試験体で試験を行った。竪枠材の間隔は455mmとした。
実施例として、部材厚の異なる2種類の部分的な試験体10(図2参照)について荷重−変位関係を測定するとともに、前記した「MW23」、「MHW23」、「MW32」をモデル化した骨組解析モデル30に当該荷重−変位関係を適用して、トラス壁構造1の荷重−変位関係(すなわち弾塑性復元力特性)を解析した。
10 試験体
20 構造解析装置
30 骨組解析モデル
S1 試験体作成工程
S2 試験体載荷工程
S3 モデル化工程
S4 解析工程
Claims (2)
- 互いに間隔を隔てて立設された一対の竪枠材と、前記一対の竪枠材の上端同士を連結する上枠材と、前記一対の竪枠材の下端同士を連結する下枠材と、前記一対の竪枠材の向かい合う側面に取り付けられた複数のガセットと、前記一対の竪枠材の向かい合う側面間に前記ガセットを介して連結された複数のブレース材と、によってトラス構造に構成されるスチールハウスのトラス壁構造について、当該トラス壁構造に水平力が作用したときの弾塑性復元力特性を、構造解析装置を用いて解析するスチールハウスのトラス壁構造の解析方法であって、
断面寸法及び材質が前記ブレース材と同一の部材の両端に、断面寸法及び材質が前記ガセットと同一の部材をピン接合で連結することによって試験体を作成する試験体作成工程と、
前記試験体の軸方向に引張力を載荷して、前記引張力と前記試験体の変形量との荷重−変形関係を計測する試験体載荷工程と、
前記構造解析装置を用いて、前記試験体の荷重−変形関係に基づいて前記トラス壁構造を骨組解析モデルにモデル化するモデル化工程と、
前記骨組解析モデルについてマトリックス変位法で解析することにより、前記弾塑性復元力特性を求める解析工程と、を備えることを特徴とするスチールハウスのトラス壁構造の解析方法。 - 前記モデル化工程は、
前記竪枠材と前記上枠材と前記下枠材と前記ブレース材とを直線でモデル化する工程と、
前記ブレース材が前記ガセットに連結された連結点をピン接合点としてモデル化するとともに、前記竪枠材と前記上枠材との連結点及び前記竪枠材と前記下枠材との連結点を剛接合点としてモデル化する工程と、
前記竪枠材をモデル化した直線と前記ピン接合点との間の領域を剛域としてモデル化する工程と、
前記試験体載荷工程で求めた前記荷重−変形関係に基づいて、前記剛域の荷重−変形関係を設定する工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のスチールハウスのトラス壁構造の解析方法。
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