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構造計算の基本は許容応力度計算です。 限界耐力計算や時刻歴応答解析はより高度な方法なので、どんな建物に向くか(適用範囲)や、建物をどう単純化してモデル化するかに注意が必要です。 ■構造計算の検証方法 構造計算にはいくつか方法がありますが、一般に 許容応力度計算 →(より高度に)→ 限界耐力計算 → 時刻歴応答解析 の順で、扱う内容が複雑になります。 ここでは代表的な3つを説明します。
① 許容応力度計算(いちばん基本) もっとも標準的で、構造計算の土台になる方法です。 ●何をしている? ・建築基準法で決められた 荷重(重さや地震力など) を用意する ・建物を骨組みとしてモデル化して、その荷重をかける ・梁、柱、接合部などに発生する 応力(曲げ・軸力など) を計算する ・その値が 許容できる範囲(許容応力度)以下 かを確認する ・さらに、変形が大きすぎないか もチェックする ●地震について ・中地震レベルでは、壊れない(大きな損傷が出ない)ことを確認 ・保有水平耐力計算は、大地震レベルを確認する考え方で、許容応力度計算の延長にある検証と理解すると分かりやすい ② 限界耐力計算(建物を1つの塊として見る) 建物全体を、かなり単純化して評価する方法です。 ●何をしている? ・建物を 1つの振り子のようなモデル(=一質点系) に置き換える ・そのうえで、建設地の地盤特性を考慮した地震動を与え、揺れの大きさを計算する ・地震動は2段階 〇稀に発生する地震(中地震) 〇極めて稀に発生する地震(大地震) それぞれについて、建物の変形が、 ・損傷限界(あまり壊れてほしくない) ・安全限界(倒壊などの危険がない) の範囲内かを確認する。 ●注意点(ここが大事) この方法は、建物を1つの塊とみなすので、向いているのは 性質が比較的そろった建物 です。 逆に、次のような建物は単純化が難しいため、慎重な検討が必要です。 ・偏心が大きい(左右で壁量や剛性が偏っている) ・L字形・コの字形などの非対称な平面 ・セットバック(上階が引っ込む形)など形が複雑 ③ 時刻歴応答解析(地震波を時間で追いかける) より現実に近い形で、建物の揺れ方を細かく調べる方法です。 ●何をしている? ・建物を 複数の塊が連なるモデル(=多質点系、串団子みたいなイメージ) にする ・過去の実地震などの 特定の地震波 を入力する ・すると、時間ごとの、 〇変形(どれだけ揺れたか) 〇応答せん断力(内部に生じた力) を計算できる ・その最大値が、 〇中地震では損傷限界内(基本は弾性範囲) 〇大地震では安全限界内(目標値以内) に収まっているかを確認する ●②より精度が高い理由 一質点系よりも情報量が多い 多質点系モデル なので、建物の揺れ方をより細かく再現できます。 ■②③に共通して必要なもの:荷重ー変形曲線 限界耐力計算や時刻歴応答解析を行うには、建物が「どれくらいの力で、どれくらい変形するか」という関係(=荷重ー変形曲線)が必要です。 そして、その曲線を作るには基本的に 耐力壁などの試験データ(実験で得られた性能) が必要になります。 つまり、②③は、計算が高度というだけでなく、必要な前提データも多い方法です。
次回は、木造の構造計算ルートについて、お話します。
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