JP4581436B2

JP4581436B2 - 箱型状基礎の耐震評価装置及び方法、コンピュータプログラム、記録媒体、箱型状基礎の耐震設計方法

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Publication number: JP4581436B2
Application number: JP2004070865A
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Inventors: 健史藤森
Original assignee: Obayashi Corp
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Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2010-11-17
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Description

本発明は、地中連続壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震性能を評価するための装置及び方法、この方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、並びに、このプログラムを記録した記録媒体に関する。さらに、本発明は、箱型状基礎の耐震設計を行う方法にも関する。

建築構造物の基礎形式の一つとして、連続地中壁を箱型に構築してなる箱型状基礎が知られている。この箱型状基礎の地震動に対する応答特性の解析は、従来、箱型状基礎と基礎内部及び基礎外部の地盤とを、複数の質点と、それらを連結するばね（連結ばね）とでモデル化して剛性方程式を解くことにより行うのが一般的であった。この解析手法では、連結ばねを水平面外方向の受働抵抗ばねと、水平面内方向の摩擦ばねとに区別せず設定しているか、もしくは、箱型状基礎を構成する地中壁の各壁面について、水平面外方向の受働抵抗ばねと、水平面内方向の摩擦ばねとを別個に計算し、それらを足し合わせて連結ばねを求めている。なお、この箱型状基礎の耐震性評価に関して、水平面外方向の受働抵抗ばねと、水平面内方向の摩擦ばねとを別個に計算するそれらのばねの計算方法については、非特許文献１，２に記載されている。また、例えば非特許文献3には、水平面外方向の受働抵抗ばねと、水平面内方向の摩擦ばねとを区別せず設定し、地中連続壁と杭の複合基礎の地震応答を解析する手法が提案されている。
茶谷、「水平力を受ける壁杭の挙動について」、日本建築学会構造系論文報告集第４０６号、１９８９年１２月茶谷外、「壁杭の水平抵抗力の評価法について」、日本建築学会構造系論文報告集第４１１号、１９９０年５月増田外、「地中連続壁と杭の複合基礎の地震応答解析法」、日本建築学会構造系論文報告集第４３７号、１９９２年７月

上述したように、従来の箱型状基礎の耐震評価計算手法では、受働抵抗ばねと摩擦ばねを壁面毎に個別に計算しているため、計算の手間が大きくなってしまう。また、受働抵抗ばねや摩擦ばねは非線形性を有しているが、上記従来の計算手法では、受働抵抗ばねと摩擦ばねとをまとめて連結ばねとしてモデル化してしまうため、各ばねの非線形性を十分に評価することができず、その分、計算精度が低下することにもなる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、地中連続壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震性を効率的かつ高精度に評価できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、地中連続壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震性を評価するための装置であって、
前記箱型状基礎の形状を表す形状データと、前記箱型状基礎を構成するコンクリート及び当該箱型状基礎が構築される地盤の特性を表す特性データとを取得するデータ取得手段と、
前記取得した形状データ及び特性データに基づいて、前記箱型状基礎と地盤とを結ぶ連結ばね全体の剛性を計算する全体剛性計算手段と、
当該箱型状基礎を構成する壁面のうち、内部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、外部部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、内部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の摩擦ばねの剛性、及び、外部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の摩擦ばねの剛性を、それぞれ、前記全体剛性計算手段により計算された剛性を各剛性に対応する壁面の面積に応じて比例配分することにより計算する連結ばね計算手段と、
前記計算した各ばねの剛性に基づいて、前記箱型状基礎をばね−質点系のモデルとしてモデル化するモデル化手段と、
与えられた地震動に対する前記箱型状基礎の応答を、前記モデルを解くことにより計算する応答計算手段と、を備えることを特徴とする。

なお、本発明において、「コンクリート」は、鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、及び、鉄骨鉄筋コンクリートを含む。

また、本発明において、前記応答計算手段は、前記与えられた地震動に応じた力を前記箱型状基礎とその内部地盤の外力として与えることにより前記モデルを解き、その際、前記箱型状基礎と内部地盤との間の受働抵抗ばね及び摩擦ばねと、内部地盤のせん断剛性とに応じた割合で、内部地盤に与える外力を低減させることとしてもよい。

また、前記連結ばね計算手段は、内部地盤及び外部地盤の夫々から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面Ａ１及び壁面Ａ３の夫々の面積をＳ１及びＳ３、内部地盤及び外部地盤の夫々から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面Ａ２及びＡ４の夫々の面積をＳ２、Ｓ４とし、また、重み付け係数をＣとして、
Ｋ１＝Ｋ０・Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ２＝Ｋ０・Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ３＝Ｋ０・Ｃ・Ｓ３／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ４＝Ｋ０・Ｃ・Ｓ４／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
により、前記剛性Ｋ１〜Ｋ４を計算することを特徴とする。

また、前記モデル化手段は、前記受働抵抗ばね及び前記摩擦ばねの少なくとも一方に減衰要素を設けてモデル化することとしてもよい。

本発明によれば、地中壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震性を効率的かつ高精度に評価することができる。

図１は、本発明の一実施形態である箱型状基礎の耐震性評価装置１０（以下、単に、評価装置１０という）のハードウェア構成図である。同図に示すように、評価装置１０は、ＣＰＵ１２、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリやハードディスク装置等を含む記憶部１４、ディスプレイ装置１６、キーボードやマウス等の入力装置１８等を備えるコンピュータシステムにより構成されている。記憶部１４には、解析プログラム２０がインストールされており、ＣＰＵ１２がこの解析プログラム２０を実行することにより評価装置１０としての機能が実現される。解析プログラム２０は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の媒体を介して、あるいは、ネットワーク経由で外部サーバーからダウンロードされることにより、記憶部１４に格納される。

図２は、本実施形態での解析対象となる箱型状基礎の一例を示す平面図である。なお、図２中には、地震発生時に地盤から箱型状基礎Ａに作用する力も併せて示している。同図に示すように、箱型状基礎Ａは、箱型に構築された地中壁により構成される。なお、箱型状基礎Ａの内側の地盤を内部地盤、外側の地盤を外部地盤と称する。

図２に示すように、箱型状基礎Ａに図中矢印で示す向きの地震力が入力された場合に、箱型状基礎Ａの内壁面Ａ１には内部地盤から、また、外壁面Ａ２には外部地盤から、夫々、水平面外方向の受働抵抗力が作用する。また、箱型状基礎Ａの内壁面Ａ３には内部地盤から、外壁面Ａ４には外部地盤から、夫々、水平面内方向の摩擦力が作用する。これら内部地盤及び外部地盤からの受働抵抗力及び摩擦力は、箱型状基礎Ａの変位に応じた大きさとなるので、箱型状基礎と内部地盤及び外部地盤との間の受働抵抗ばね及び摩擦ばねとしてモデル化できる。なお、受動抵抗ばねと摩擦ばねを総称する場合は、連結ばねと称するものとする。

本実施形態の評価装置１０は、解析対象である箱型状基礎、内部地盤、及び外部地盤を離散化して質点系にモデル化し、上記した受働抵抗ばね及び摩擦ばねと、箱型状基礎、内部地盤、及び外部地盤の夫々が有するばね特性とから、ばね−質点系のモデルを作成する。

図３は、評価装置１０で作成されるばね−質点系のモデルの一例を示す。同図に示すように、箱型状基礎、内部地盤、及び、外部地盤が夫々質点１００，１０２，１０４にモデル化されている。そして、箱型状基礎の質点１００と内部地盤の質点１０２とが、互いに並列の内部地盤受働抵抗ばね１０６及び内部地盤摩擦ばね１０８により連結されると共に、箱型状基礎の質点１００と外部地盤の質点１０４とが、互いに並列の外部地盤受働抵抗ばね１０７及び外部地盤摩擦ばね１０９により連結されている。また、箱型状基礎の質点１００どうしの間は、箱型状基礎の曲げせん断剛性に対応したばね１１０で連結され、また、内部地盤の質点１０２どうし、及び、外部地盤の質点１０４どうしは、地盤のせん断剛性に対応したばね１１２，１１４で連結されている。

なお、図３のモデルでは、外部地盤受働抵抗ばね１０７と並列に粘性要素１１６を設けている。これは、外部地盤からの受働抵抗力が、箱型状基礎の変位速度が大きいほど大きな値となる特性を示すことが実験的に確かめられたため、その特性を反映させるためである。なお、地盤の性状によっては、外部地盤受働抵抗ばね１０７だけではなく、内部地盤受動抵抗ばね１０６に粘性要素を設けてもよいし、摩擦ばね１０８、１０９に粘性要素を設けてもよく、又は、摩擦ばね１０８，１０９のみに粘性要素を設けてもよい。あるいは、粘性要素を一切設けないこととしてもよい。

本実施形態の評価装置１０は、図３に示すモデルを作成し、このモデルを表す剛性方程式を解くことにより、地震発生時に生ずる箱型状基礎の応力及びひずみを計算する機能を有している。

図４は、本実施形態の評価装置１０の機能ブロック図である。同図に示す如く、評価装置１０は、データ入力部５０、全体ばね計算部５２、連結ばね計算部５４、モデル作成部５６、低減係数計算部５８、応答計算部６０、非線形ばね設定部６２、応答出力部６４等の各機能部と、パラメータ記憶部６６、非線形係数記憶部６８等の各記憶部とを備えている。このうち、機能部５０〜６４はＣＰＵ１２が解析プログラム２０を実行することにより実現され、また、記憶部６６，６８は記憶部１４に設けられる。

データ入力部５０は、解析対象である箱型状基礎の形状を定義する形状データ、箱型状基礎を構成するコンクリート壁及び地盤の特性（具体的には、剛性及び密度）を表す特性データ、及び、地震動の加速度を表す加速度データの入力を受け付けて、パラメータ記憶部６６に格納する。この入力された加速度データに対する箱型状基礎の応答が計算されることとなる。なお、動的解析を行う場合には、加速度データとして加速度の時間信号を入力し、静的解析を行う場合には、加速度データとして、加速度を示す一定値を入力するものとする。

全体ばね計算部５２は、パラメータ記憶部６６に格納された形状データ及び特性データに基づき、公知の三次元ＦＥＭや薄層要素法等を用いて、箱型状基礎全体のばね剛性（以下、全体ばね剛性Ｋ０と称す）を計算する。この箱型状基礎全体のばね剛性は、図３に例示するモデルにおける受働抵抗ばね及び摩擦ばねの総計に相当することとなる。

連結ばね計算部５４は、パラメータ記憶部６６に記憶された箱型状基礎の形状データに基づいて、箱型状基礎が内部地盤及び外部地盤の夫々から受働抵抗及び摩擦を受ける壁面の面積を計算し、それらの面積に応じて、全体ばね計算部５２で計算された全体ばね剛性Ｋ０を配分することにより、内部地盤受働抵抗ばね１０６の剛性Ｋ１、外部地盤受働抵抗ばね１０７の剛性Ｋ２、内部地盤摩擦ばね１０８の剛性Ｋ３、及び、外部地盤摩擦ばね１０９の剛性Ｋ４を計算する。例えば、図２の例において、内部地盤から受働抵抗力及び摩擦力が作用する壁面Ａ１，Ａ３の面積Ｓ１，Ｓ３、並びに、外部地盤から受働抵抗及び摩擦が作用する壁面Ａ２，Ａ４の面積Ｓ２，Ｓ４の面積を求め、全体ばね剛性Ｋ０をこれら面積Ｓ１〜Ｓ４に応じて配分することにより、各ばねの剛性Ｋ１〜Ｋ４を求める。

ただし、その際、摩擦ばねと受働抵抗ばねとは性質が異なるため、摩擦ばねと受働抵抗ばねとに異なった重み付けをして、面積に応じた比例配分を行う。すなわち、単位面積当たりの受働抵抗力と摩擦力との関係を測定すると、図５に示すような関係となり、摩擦力は受働抵抗力のＣ倍（同図の例では、ほぼ０．７倍）となる。そこで、受働抵抗力が作用する面積Ｓ１，Ｓ２と、摩擦力が作用する面積Ｓ３，Ｓ４とが同じ場合に、摩擦ばねの剛性が受働抵抗ばねの剛性のＣ倍となるように、面積Ｓ３，Ｓ４に対して重み付けを行う。具体的には、
Ｋ１＝Ｋ０・Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ２＝Ｋ０・Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ３＝Ｋ０・Ｃ・Ｓ３／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ４＝Ｋ０・Ｃ・Ｓ４／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
により、各ばねの剛性Ｋ１〜Ｋ４を計算する。

モデル作成部５６は、連結ばね計算部５４が計算した各ばねの剛性Ｋ１〜Ｋ４、パラメータ記憶部６６に記憶された地盤と箱型状基礎の特性データ、及び、加速度データに基づいて、図３に例示するようなモデルを表す方程式（次式（１））を作成する。

この方程式（１）において、［Ｍ］はモデル化した各質点の質量を表すマトリクスであり、地盤及び箱型状基礎の特性データに含まれる密度と、地盤及び箱型状基礎の離散化した各要素の体積とから求められる。ただし、外部地盤の各質点の質量は、内部地盤及び箱型状基礎の各質点の質量よりも十分に大きな値（例えば１００倍〜１０００倍）に設定する。

［Ｃ］は減衰マトリクスであり、地盤の特性データに含まれるせん断剛性と密度から求められる。また、［Ｋ］は弾性マトリクスであり、上記のように計算した各ばねの剛性Ｋ１〜Ｋ４と、箱型状基礎及び地盤のせん断剛性とにより構成される。なお、［ｆ］は外力ベクトルである。

応答計算部６０は、上記のようにモデル作成部５６が作成した方程式（１）を解くことにより、箱型状基礎の応力及び変形を計算する。その際、外力ベクトル［ｆ］を、静的耐震設計の場合と動的耐震設計の場合とで次のように設定する。

静的耐震設計計算の場合、上記モデルに、建物と箱型状基礎及び内部地盤の加速度に応じた慣性力と、外部地盤の変位に応じたばね力を外力ベクトル［ｆ］として与える。なお、箱型状基礎と内部地盤の慣性力を求める際の加速度の値は、箱型状基礎の質点については、パラメータ記憶部６６に記憶された加速度の値を用い、内部地盤の質点については、パラメータ記憶部６６に記憶された加速度の値に、後述する低減係数αを乗じた値を用いる。

一方、動的耐震設計計算の場合は、上記モデルの基部に、地震動の加速度が作用するものとして外力ベクトル［ｆ］を設定する。

ここで、低減係数αについて説明する。図６にモデル化して示すように、箱型状基礎の質点ｍ_ｊと、内部地盤の質点ｍ_ｉとの間の受働抵抗ばね定数及び摩擦ばね定数の和をＫ_ｉｊとし、また、内部地盤の質点ｍ_ｉのせん断剛性をＫｓ_ｉとすると、箱型状基礎の質点ｍｊに大きさ「１」の変位が入力された場合、内部地盤の質点ｍ_ｉには、Ｋ_ｉｊ／（Ｋｓ_ｉ＋Ｋ_ｉｊ）の変位が生ずることになる。すなわち、内部地盤の変位は、箱型状基礎の変位のＫ_ｉｊ／（Ｋｓ_ｉ＋Ｋ_ｉｊ）倍となる。そこで、低減係数計算部５８により低減係数α＝Ｋ_ｉｊ／（Ｋｓ_ｉ＋Ｋ_ｉｊ）を計算し、この低減係数αをパラメータ記憶部６６に記憶された加速度データの値に乗ずることにより、内部地盤の慣性力を低減させるのである。

応答計算部６０は、方程式（１）の解を繰り返し計算する過程で、非線形ばね設定部６２が各ばねの剛性の値を変形量の値に応じて修正する。すなわち、図７に示すように、連結ばねの剛性Ｋの値は、ばね変形量ｙが大きくなるほど小さくなるような非線形を示すため、この非線形性を反映できるように、ばね変形量ｙに応じて連結ばねの剛性Ｋを修正するのである。なお、図７において、Ｋｄはばね剛性の初期値（つまり、連結ばね計算部５４により計算された剛性値）であり、Ｋｓは変形量ｙが所定量（例えば１ｃｍ）のときのばね剛性である。この所定量（例えば１ｃｍ）は、静的耐震設計を行う場合のばねの変形レベルであり、したがって、Ｋｓは、静的耐震設計を行う場合に用いられるばね剛性である。

本実施形態では、Ｋｄ，Ｋｓの値から求まる非線形係数βを
β＝（Ｋｄ／Ｋｓ）^２
により予め実験又は解析により求めて非線形係数記憶部６８に記憶しておく。
非線形ばね設定部６２は、この非線形係数βを用いて、各連結ばねの剛性Ｋを修正式
Ｋ’＝Ｋｄ（βｙ）^−０．５
により修正する。
この修正式から分かるように、ｙ＝１のときＫ’＝Ｋｓであり、修正されたＫ’は静的耐震設計を行う場合のばね剛性となる。
このように、本実施形態では、非線形係数βを用いて連結ばねを修正することにより、静的耐震設計を行う場合と動的耐震設計を行う場合とで、連結ばねのモデルを区別することが不要となる。

応答計算部６０は、連結ばねの剛性が修正された方程式（１）を解いて、箱型状基礎の地震応答としての応力及び変形を計算し、その結果が応答出力部６４により例えばディスプレイ装置１６に表示され、あるいは、記憶部１４の出力ファイルに出力される。これにより、計算された箱型状基礎の応力及び変形が許容値内であるかどうかを判断して、耐震設計を行うことができる。

図８は、上記したデータ入力部５０、全体ばね計算部５２、連結ばね計算部５４、モデル作成部５６、低減係数計算部５８、応答計算部６０、非線形ばね設定部６２、及び、応答出力部６４による処理の流れを示すフローチャートである。

先ず、データ入力部５０によりデータ入力が行われる（Ｓ１０２）。そして、計算ステップ数を表す変数Ｎが１に初期化され（Ｓ１０４）、次に、Ｎ回目の計算ステップでの加速度の値が決定される（Ｓ１０６）。具体的には、動的解析の場合は、Ｓ１０２で入力された加速度信号のＮ番目の値が今回の加速度値として決定される。一方、静的解析の場合は、Ｓ１０２で入力された静的な加速度値を所定のステップ数で刻んだ値のＮ倍が今回の加速度の値として計算される。例えば、入力された静的な加速度値をＡとして、この値ＡまでＭステップを掛けて増加させるとすれば、Ａ・Ｎ／Ｍが今回の加速度の値となる。

次に、全体ばね計算部５２により全体ばね剛性Ｋ０が計算され（Ｓ１０８）、連結ばね計算部５４により各連結ばねの剛性Ｋ１〜Ｋ４が計算され（Ｓ１１０）、モデル作成部５６により上記の方程式が作成される（Ｓ１１２）。次に、非線形ばね設定部６０により、現在の各連結ばねの変形量に基づいて、上記方程式中のばね剛性が修正される（Ｓ１１４）。そして、応答計算部６２により、静的耐震設計計算であるか動的耐震設計計算であるかに応じて（Ｓ１１６）、外力ベクトル［ｆ］が設定されて（Ｓ１１８，Ｓ１２０）、方程式の解が計算される（Ｓ１２２）。

次に、Ｎの値が「１」だけ増加され（Ｓ１２４）、増加後のＮの値が所定の最終値Ｎｅを超えていれば、計算は終了して、計算された解が応答出力部６４により出力される（Ｓ１２６→Ｓ１２８）。一方、Ｎが最終値Ｎｅを超えていなければ、Ｓ１０６に戻り、次のステップでの計算が繰り返される。

図９は、本実施形態の評価装置１０による計算例として、地表面加速度と箱型状基礎に生ずるせん断力との関係の計算結果を示す。なお、図９には、比較のため、従来法（水平面外方向の受働抵抗ばねと水平面内方向の摩擦ばねとを区別せず、まとめてモデル化する方法）による計算結果と、実験結果とを併せて示している。この実験結果は、計算の対象とした箱型状基礎を縮小した模型を作成し、その支持層下部から加振する遠心実験により得られたものである。

図９に示すように、本実施形態の評価装置１０による計算結果は、従来法による計算結果に比べて、実験結果によく近似しており、箱型状基礎の応答を精度良く計算できていることがわかる。

以上説明したように、本実施形態の評価装置１０によれば、箱型状基礎の全体ばね剛性を計算し、その全体ばね剛性を各壁面の面積に応じて配分することにより各連結ばねの剛性を計算するので、従来法のように、各壁面について受働抵抗ばねと摩擦ばねを計算するのに比べて、計算効率が向上すると共に、各壁面の受働抵抗ばねと摩擦ばねを足し合わせるのに比べて計算精度も向上する。

また、本実施形態では、非線形ばね設定部６２が受働抵抗ばね及び摩擦ばねの各々について、その非線形性に応じてばね剛性を修正する。このため、各ばねの非線形性を考慮した計算を行うことができ、評価装置１０による計算精度は一層向上する。また、その際、例えば、連結ばねの変形が１ｃｍのときに、連結ばねが静的耐震設計で用いるばねの値となるように非線形係数βを設定しているので、静的耐震設計の場合と動的耐震設計の場合とで異なるモデルを用いることが不要となり、モデル作成の手間も省ける。

また、低減係数計算部５８が計算した低減係数αの分だけ、内部地盤の変位量を低減させることで、地震時の内部地盤と箱型状基礎との挙動の差異を反映した計算を行うことができる。このため、内部地盤の慣性力を過大に評価して計算することがなくなり、合理的な耐震設計を行えるようになる。

本発明の一実施形態である箱型状基礎の耐震性評価装置１０のハードウェア構成図である。本実施形態での解析対象となる箱型状基礎の一例を示す平面図である。本実施形態の評価装置で作成されるばね−質点系のモデルの一例を示す本実施形態の評価装置の機能ブロック図である。単位面積当たりの受働抵抗力と摩擦力との関係を示すグラフである。内部地盤の慣性力を低減させるための低減係数を説明するための図である。連結ばねの非線形性を示す図である。本実施形態における処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態の評価装置による計算結果を、従来法による計算結果及び実験結果と共に示す図である。

符号の説明

１０耐震性評価装置（評価装置）
１２ＣＰＵ
２０解析プログラム
５２全体ばね計算部
５４連結ばね計算部
５６モデル作成部
５８低減係数計算部
６０応答計算部
６２非線形ばね設定部
６４応答出力部
１００，１０２，１０４質点
１０６内部地盤受働抵抗ばね
１０７外部地盤受働抵抗ばね
１０８内部地盤摩擦ばね
１０９外部地盤摩擦ばね
１１０，１１２，１１４ばね
１１６粘性要素

Claims

地中連続壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震性を評価するための装置であって、
前記箱型状基礎の形状を表す形状データと、前記箱型状基礎を構成するコンクリート及び当該箱型状基礎が構築される地盤の特性を表す特性データとを取得するデータ取得手段と、
前記取得した形状データ及び特性データに基づいて、前記箱型状基礎と地盤とを結ぶ連結ばね全体の剛性を計算する全体剛性計算手段と、
当該箱型状基礎を構成する壁面のうち、内部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、外部部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、内部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の摩擦ばねの剛性、及び、外部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の摩擦ばねの剛性を、それぞれ、前記全体剛性計算手段により計算された剛性を各剛性に対応する壁面の面積に応じて比例配分することにより計算する連結ばね計算手段と、
前記計算した各ばねの剛性に基づいて、前記箱型状基礎をばね−質点系のモデルとしてモデル化するモデル化手段と、
与えられた地震動に対する前記箱型状基礎の応答を、前記モデルを解くことにより計算する応答計算手段と、を備えることを特徴とする箱型状基礎の耐震性評価装置。
前記応答計算手段は、前記与えられた地震動に応じた力を前記箱型状基礎とその内部地盤の外力として与えることにより前記モデルを解き、その際、前記箱型状基礎と内部地盤との間の受働抵抗ばね及び摩擦ばねと、内部地盤のせん断剛性とに応じた割合で、内部地盤に与える外力を低減させることを特徴とする請求項１記載の箱型状基礎の耐震性評価装置。
前記連結ばね計算手段は、内部地盤及び外部地盤の夫々から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面Ａ１及び壁面Ａ３の夫々の面積をＳ１及びＳ３、内部地盤及び外部地盤の夫々から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面Ａ２及びＡ４の夫々の面積をＳ２、Ｓ４とし、また、重み付け係数をＣとして、
Ｋ１＝Ｋ０・Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ２＝Ｋ０・Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ３＝Ｋ０・Ｃ・Ｓ３／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
Ｋ４＝Ｋ０・Ｃ・Ｓ４／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｃ・Ｓ３＋Ｃ・Ｓ４）
により、前記剛性Ｋ１〜Ｋ４を計算することを特徴とする請求項１又は２記載の箱型状基礎の耐震性評価装置。
前記モデル化手段は、前記受働抵抗ばね及び前記摩擦ばねの少なくとも一方に減衰要素を設けてモデル化することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の箱型状基礎の耐震性評価装置。
地中連続壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震性を評価するための方法であって、コンピュータが、
前記箱型状基礎の形状を表す形状データと、前記箱型状基礎を構成するコンクリート及び当該箱型状基礎が構築される地盤の特性を表す特性データとを取得するステップと、
前記取得した形状データ及び特性データに基づいて、前記箱型状基礎全体の剛性を計算するステップと、
当該箱型状基礎を構成する壁面のうち、内部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、外部部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、内部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の摩擦ばねの剛性、及び、外部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の摩擦ばねの剛性を、それぞれ、前記全体剛性計算手段により計算された剛性を各剛性に対応する壁面の面積に応じて比例配分することにより計算するステップと、
前記計算した各ばねの剛性に基づいて、前記箱型状基礎をばね−質点系のモデルとしてモデル化するステップと、
与えられた地震動に対する前記箱型状基礎の応答を、前記モデルを表す方程式を解くことにより計算するステップと、を実行することを特徴とする箱型状基礎の耐震性評価方法。
コンピュータに請求項５記載の方法を実行させるためのプログラム。
請求項６記載のプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記録媒体。
地中連続壁を箱型に構築してなる箱型状基礎の耐震設計方法であって、
前記箱型状基礎の形状を表す形状データと、前記箱型状基礎を構成するコンクリート及び当該箱型状基礎が構築される地盤の特性を表す特性データとを取得するステップと、
前記取得した形状データ及び特性データに基づいて、前記箱型状基礎全体の剛性を計算するステップと、
当該箱型状基礎を構成する壁面のうち、内部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、外部部地盤から水平面外方向の受働抵抗力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の受働抵抗ばねの剛性、内部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と内部地盤との間の摩擦ばねの剛性、及び、外部地盤から水平面内方向の摩擦力が作用する壁面における前記箱型状基礎と外部地盤との間の摩擦ばねの剛性を、それぞれ、前記全体剛性計算手段により計算された剛性を各剛性に対応する壁面の面積に応じて比例配分することにより計算するステップと、
前記計算した各ばねの剛性に基づいて、前記箱型状基礎をばね−質点系のモデルとしてモデル化するステップと、
与えられた地震動に対する前記箱型状基礎の応答を、前記モデルを表す方程式を解くことにより計算するステップと、を備えることを特徴とする箱型状基礎の耐震設計方法。