Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

実験 / 構造用鋼材 / 木材 / 座屈拘束ブレース / 地球環境問題 / 鋼構造 / 座屈 / 補剛

建築構造物の履歴型ダンパーの一つである座屈拘束ブレースは、細長比の大きな芯材を座屈補剛材で拘束することにより、圧縮力を受けた際でも耐力低下を生じることなく安定した履歴挙動を示すことが知られている。環境問題の観点においては、ブレース等のエネルギー吸収要素を用いることで建築物の長寿命化を図ると同時に、その構成材として循環材料や再生可能な自然材料を採用することは合理的であるといえる。
本年度の研究においては、まず前年度までの実験結果に基づき、環境負荷の低い循環材料ではあるが強度・剛性が低い木材のような材料で芯材を拘束した場合の座屈拘束ブレースの履歴特性をモデル化し、弾塑性応答解析によりこのような部材を装着した場合に、従来型の座屈拘束ブレースを用いた場合に比べ、耐震性能にどの様な変化が現れるかを調べた。解析結果から、拘束鋼管の強度・剛性が十分高いという条件下ではあるが、木材の繊維方向程度の強度・剛性がある材料で芯材を補剛すれば十分な耐震性能が得られること、さらには、繊維と直交方向程度の強度・剛性の材料で補剛した場合であっても、エネルギー吸収能力で従来型の半分以上の性能が得られることを駅等課にした。さらには、既往の研究ではほとんど解明されていない、繰り返し荷重のパターンと破断により決まる心材の終局エネルギー吸収能力の関係についても、基本的な要素実験による検討を行った。以上の研究成果により、循環材料や再生可能な自然材料を活用した座屈拘束ブレースの性能についての基礎資料が得られた。

鉄骨構造 / 環境負荷 / 廃棄物 / ライフサイクル / 構造駆体 / 耐震性能 / リユース / 損傷制御構造 / 柱梁接合部 / 座屈拘束ブレース / サステナブル / 実大実験 / 長寿命化 / 解析 / 半剛接合 / 実験 / リサイクル / CO_2排出量 / エネルギー

建築鉄骨構造のライフサイクルにおける環境負荷削減のシナリオとその評価を廃棄物重量とLCCO_2に着目して定量的に分析した。この結果から、建築構造の耐用年数を100〜150年程度にすると大幅な環境負荷低減ができる。それが叶わない場合には、CO_2排出量の観点から、鉄骨部材をリサイクルするのではなく、リユースするべきであることを明らかにした。
これらの研究成果を踏まえ、建築構造全体の長寿命化を第一に、それが叶わない時には部材のリユースを可能とする「サステナブルビル構造システム」の実現を図ることを提案した。この構造システムは、劣化した各部材、部品を取替えることにより、構造全体の持続性を図り、必要に際しては解体が容易で、リユースができる部材によって構成される損傷制御構造の一つの形式であり、重力を支持する柱梁からなる主架構を、たとえ大地震を受けても弾性域に留め、地震力を負担する制振部材のみに損傷を集約する。この構造システムの柱梁接合部には、大きな曲げモーメントが生じない新接合方法を採用し、柱と梁に制振部材としての座屈拘束ブレースを方杖のように設置する。この新柱梁接合方法の性能確認実験、部分架構実験を行い、構造特性を把握した。また、全体構造モデルの解析を行い、サステナブルビル構造システムの検証を行った。以下に得られた結論を記す。1)サステナブルビル構造システムの成立が可能である。2)この構造システムは、従来型の純ラーメン構造と同等以上の構造性能を有し、使用鋼材量を抑えることができる。

【研究分担者】
山田哲	東京工業大学	応用セラミックス研究所	助教授	(Kakenデータベース)
岩田衛	神奈川大学	工学部	教授	(Kakenデータベース)