淺沼組技術研究報告№22(2010)

３．L 形鉄筋コンクリート造耐震壁の構造性能に対する軸力の影響について
Experimental Study on Effect of Axial Force for Structural Performance of RC
L-shaped Shear Walls

要

中澤敏樹 ＊１

佐藤尚隆 ＊１

菊地克典 ＊２

飛田喜則 ＊３

山内豊英 ＊１

旨

コア壁構造に水平力が作用した場合の構造性能に対する軸力の影響を把握する目的で、軸力比を変えた等辺Ｌ形コア壁 2 体の構造実験を行った。実験の結果、両試験体共に正加力時では部材角 R＝+0.75％まで、負加力時では-2.00％までは線形なひずみ分布となり、平面保持が成立していたと考えられる。ファイバーモデルを用いた解析結果と実験結果を比較すると、低軸力試験体では R=+0.5％、高軸力試験体では R=±0.25％以降で実験値を過大評価する結果となった。
キーワード：Ｌ形／コア壁／軸力／ファイバーモデル／鉄筋コンクリート構造１．はじめに
前報 1) 2) において、Ｌ形コア壁の構造性能を把握する目的で行った等辺および不等辺のＬ形壁に対する載荷実験について報告した。実験結果をファイバーモデルによる解析結果と比較すると、45°方向加力の場合、平面保持が成立すると思われる変形の範囲内では実験値を精度良く評価できた。しかし、変形が大きくなり平面保持が成立しなくなると思われる変形域では、実験結果を過大評価する結果となった。
今回、Ｌ形コア壁の構造性能に対する軸力の影響を把図－1

モデル建物握するために、軸力比を変えた等辺Ｌ形コア壁 2 体の載表－1

試験体諸元荷実験を行った。実験の目的は、等辺 L 形コア壁の軸力試験体試験体の諸元を表－1 に、実験で用いた鉄筋とコンク

b×D(mm)

120×120

主筋

4-D13 (SD685)

横拘束筋（せん断補強筋）
縦筋

壁断面(W1,W2共通)

リートの材料試験結果を表－2 に示す。試験体の計画に際し、図－1 に示すような建物のコア部分に L 形の壁を横筋4 体組み合わせて配置した RC 造 40 階建て集合住宅を想定した。

表－2

試験体は、上記モデル建物の低層部 6 層を想定したＬ形壁 2 体であり、L45C は低軸力、L45D は高軸力の試験体である。2 体の試験体形状および配筋は同一であり、壁厚 120mm、各辺 720mm の等辺Ｌ形壁である。壁の隅角部および端部において 120mm×120mm の領域を柱型と考え、横拘束＊１

技術研究所構造研究グループ＊２a) 鉄筋
呼び径 材質720

L (mm)

壁せい

柱断面(柱型A,B,C共通)

２．実験概要120D (mm)

壁厚

L形壁断面することである。

2.1

L45C, L45D

試験体No.

による損傷状況の違いを把握し、荷重－変形関係を評価

2-D6 @60 (SD295A)
pw=0.88％
2-D10 @60 (SD685)
pw=1.98％
2-D6 @60 (SD295A)
pw=0.88％

材料試験結果b) コンクリート

σy

Es

試験体

σBEc

σT

D6SD295A 407

1.67L45C, D 76.5

34.1

4.16

D10SD685

701

1.85

D13SD685755

1.80

σB：圧縮強度 (N/mm )Ec：ヤング係数 (×104N/mm2)
σT：引張強度 (N/mm2)

σy：降伏強度 (N/mm2)
Es：ヤング係数 (×105N/mm2)

東京本店設計部構造グループ

3-1＊３

大阪本店設計部構造グループ

2淺沼組技術研究報告№22(2010)

012730048012上スタブ

120＋120480－

1300

加力方向

A-A 断面図

1300

A880

HOOP D6 @60A

30 60 60 60 60 60 60 60 30120
480120720主筋 4-D13120
25 70 252540

4000120
柱部 25 70 25

柱部配筋

幅止め筋 D6 @60

Z2領域

壁部

縦筋 D10 @60
390

横筋 D6 @60730120480720

Z1領域

柱部

壁部

柱部

120120480720120

断面詳細図
立面図

図－2

試験体形状および配筋（単位：mm）

筋 D6 を□型に配筋した。また、柱型に最も近い壁縦筋には幅止め筋を配筋した。試験体の形状および配筋図を
図－2 に示す。
2.2載荷計画2905

載荷装置を図－3 に示す。水平力は 1000kN ジャッキ、軸力は 8000kN ジャッキ 2 本により加力した。載荷は上スタブ中心（試験体脚部から高さ 2905mm の位置）における水平変位を同高さで除した変形角 R により制御した。
水平力は正負交番繰り返し静的載荷とし、載荷履歴を
図－3

部材角R＝±0.05、±0.10、±0.25、±0.5、±0.75、±1.0、±1.5、載荷装置±2.0で各2回とした。モデル建物の地震応答解析の結果か
ら図－4に示すような変動軸力を作用させ、最大軸力比がL45Cでは0.35、L45Dでは0.5となるようにした。同図におけるηはL形壁全断面に対する軸力比である。

η = N /( A ⋅ Fc) (N：軸力、A：断面積158400mm2、Fc：標準シリンダー圧縮試験強度76.5N/mm2)
また、基礎スタブ上面より0～390mmの区間をZ1 領域、390～1270mmの区間をZ2領域と称す。
図－43-2

変動軸力載荷ルール

淺沼組技術研究報告№22(2010)

400300L45C

200－＋水平荷重(kN)

1000-100
ひび割れ発生
-200

圧縮降伏
引張降伏

-300

最大耐力

-400-3-2-10123

R＝1.0％R＝2.0％a) L45C

変形角(%)
400
300

L45D200－＋水平荷重(kN)

1000-100
ひび割れ発生圧縮降伏-200

引張降伏
最大耐力-300-400-3-2-10123R＝1.0％b) L45D

変形角(%)

図－5

R＝2.0％

荷重－変形角関係

図－6

ひび割れ発生状況

３．実験結果3.1

実験経過

荷重－変形角関係を図－5に示す。変形角1.0％と2.0％
載荷サイクル終了時のひび割れ状況を図－6に、実験終了時の損傷状況を写真－1に示す。
(1)

試験体 L45C（低軸力）

正加力側では、R=+0.50%で端部に曲げひび割れが入り、

a) L45C

その後曲げひび割れの本数が増加した。R=+0.75%で、壁脚部の圧縮縁コンクリートに圧壊による縦ひび割れが入り、R=+1.00%で隅角部柱脚部主筋が圧縮降伏した。
負加力側では、R=-0.25%で曲げひび割れ、R=-1.50％でL 形断面の両端圧縮縁で圧壊による縦ひび割れが入った。
R=+2.42％で最大耐力 357kN に達したときに、壁脚圧縮領域（L 形隅角部）からコンクリートが圧壊した後、

b) L45D

斜めせん断ひび割れに沿ってせん断すべりが生じ、最終

写真－1

的に隅角部の柱がせん断破壊した。

3-3

実験終了時の損傷状況

淺沼組技術研究報告(2)№22(2010)

0試験体 L45D（高軸力）

0-120

正加力側では、R=+0.50%で端部に曲げひび割れが入り、それ以降本数が増加した。R=+1.00%で壁脚部の圧縮縁コ120-330

330

ンクリートに圧壊による縦ひび割れが入り、柱主筋が圧縮降伏した。隅角部柱の圧壊による縦ひび割れは、軸力-600

600-720の低いL45C では壁脚部から高さ600mmまでの範囲に発720生したのに対し、高さ800mmまでの範囲で発生した。

＋負加力側では、R=-0.25%で曲げひび割れが入り、－R=-1.00％で主筋の引張降伏が生じた。圧縮領域での圧壊

図－7

ひずみゲージ位置と主筋の圧縮降伏が、R=-2.00%で発生した。圧壊による
1縦ひび割れは、負側では軸力の低いL45C の400mm に比0.5

べて小さい高さ200mm までの範囲に発生した。

0歪(%)

R=+2.26%で最大耐力 331kN に達したとき、L45C と同様にせん断破壊した。

-0.5-1

L45C

3.2-1.5

断面のひずみ分布

正方向載荷時歪分布
位置(mm)-2-720 -600 -480 -360 -240 -120

図－7に示す柱主筋及び壁縦筋において、スタブ上面から50mm の高さ位置に貼付したひずみゲージにより測定2した各変形角時のひずみ分布を図－8に示す。横軸の位置

1.50120240360480600720L45C
負方向載荷時歪分布は隅角部からの距離を示す。

1歪(%)

正加力側では、両試験体共R=+0.75％まではひずみが線0.5形に分布しており、平面保持が概ね成立したと考えられ0る。これ以降の変形角においては、隅角部に近い領域の-0.5位置(mm)

圧縮ひずみが平面保持を仮定したひずみ分布に比べて大-1-720 -600 -480 -360 -240 -120きくなり、圧縮破壊が進展したと考えられる領域が隅角0120240360480600720

1部から徐々に広がっていく様子が観察された。圧縮ひず

0.5

みの急激な進展は、材料試験におけるコンクリートの最0歪(%)

大強度時ひずみεc(0.29%)を超えていた。圧縮域でのひずみは、高軸力のL45DがL45Cに比べて大きくなった。ま

-0.5-1た、引張側のひずみは終始概ね線形であった。

L45D-1.5

負加力側では、軸力が小さいため正側のように圧縮破正方向載荷時歪分布
位置(mm)

壊が顕著に進む様子は観察されず、R=-2.00％まで各サイ-2-720 -600 -480 -360 -240 -120

クルとも概ね平面保持と仮定できるひずみ分布を示した。

21.50120240360480600720600720L45D
負方向載荷時歪分布

４．解析結果歪(%)

1

解析は平面保持を仮定したファイバーモデルによって0.5行った。解析に用いたモデルを図－9 に、材料モデルを0

図－10 に示す。コンクリートの圧縮特性は、横拘束筋に-0.53)囲われた領域を拘束領域とみなして孫・崎野モデル で、その他の領域を非拘束領域とみなして Fafitis-Shah モデ

位置(mm)-1-720 -600 -480 -360 -240 -1200120ル 4)でそれぞれ評価した。コンクリートの引張特性に関R=±0.05%

R=±0.10%0

しては、応力を負担しないモデルとした。鉄筋は完全弾

R=±0.50%-2
R=±0.75%

R=±1.50%

R=±2.00%

塑性モデルとした。ファイバーモデルによる解析結果と図－8

実験結果との比較を図－11 に示す。

3-4-720240360480R=±0.25%
R=±1.00%
0720

最大耐力時

壁断面のひずみ分布

淺沼組技術研究報告№22(2010)

同図から、L45CでR=+0.5％、L45DでR=±0.25％以降、縮破壊後の損傷を適切に評価できていないことによると耐力および剛性の解析値が実験値を過大評価する結果と考えられる。このため、実設計においては、想定されるなった。

変形域において圧縮破壊が発生しないように、隅角部の次に、試験体脚部から390mmまでの領域（Z1領域）と横補強筋量を決める必要があると思われる。

390mm～1270mm（Z2領域）における平均モーメントMと平均曲率φとの関係を図－12、図－13に示す。

５．まとめ

同図から、Z2領域では実験値と解析値は高い精度で整超高層RC造40階建て集合住宅の低層6層部分を想定し合している。しかし、Z1領域では、L45Cで+400kN･m、た等辺L形コア壁について、軸力比を変動因子とした試L45Dで+600、-300ｋN･m以降で実験値と解析値が乖離し験体2体（L45C、L45D）の載荷実験を行い、復元力特性ている。この原因として、ファイバーモデルでは平面保や損傷状況の違いを把握した。また、ファイバーモデル持を仮定しているため、高軸力となる隅角部において圧を用いた解析を行い、実験結果と比較した。得られた知見を以下に示す。

D13D10拘束領域

908070

重心

拘束領域

700

コンクリート応力(N/mm2 )++-応力(N/mm2 )

拘束領域

800

605040302010

拘束領域
非拘束領域

鉄筋600500
400300200

D13鉄筋
D10鉄筋

1000000.002 0.004 0.006 0.008

00.010.0010.002

歪み

図－9

解析に用いたモデル

図－100.004

0.005

材料の応力－ひずみ関係

400

400
300

300

L45C－＋

L45D－

200
水平荷重(kN)

200
水平荷重(kN)

0.003

歪み

1000-100

100
0-100

-200

-200

-300

-300

-400＋

-400

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

-3.0

-2.0

-1.0

変形角(%)

0.0
変形角(%)

解析値

実験値

◆

コンクリート圧壊 (+)◇

コンクリート圧壊 (-)■

ひび割れ発生◆圧縮降伏■

主筋圧縮降伏 (+)□

主筋圧縮降伏 (-)

●

引張降伏

▲

最大耐力

▲

主筋引張降伏 (+)△

主筋引張降伏 (-)

図－11

ファイバーモデルによる解析値と実験値との比較

3-5

1.0

2.0

3.0

淺沼組技術研究報告

1000800
Z1区間平均モーメント(kN・m)

Z1区間平均モーメント(kN・m )

1000

L45C

800

№22(2010)

600
400
2000-200
解析値

-400

実験値

-0.02500.025600
400
2000-200

解析値
実験値-400-600
-800
-0.05

L45D

-600
-0.05

0.05

-0.025Z1区間平均曲率( /m )図－120.05

800

L45C

600
Z2区間平均モーメント(kN・m)

Z2区間平均モーメント(kN・m )0.025

Z1 領域におけるモーメント－曲率関係

800
600

0
Z1区間平均曲率( /m)400
2000-200
解析値

-400
-600
-0.015-0.00500.0050.01

400
2000-200
解析値

-400

実験値

-0.01

L45D0.015-600-0.015

実験値

-0.01

Z2区間平均曲率( /m )図－13-0.005

00.0050.010.015

Z2区間平均曲率( /m)Z2 領域におけるモーメント－曲率関係

1) 低軸力試験体 L45C、高軸力試験体 L45Dのいずれも、 ［参考文献］
正加力側ではR=+0.75％まで、負加力側では

1) 中澤敏樹、他：L 形鉄筋コンクリート造耐震壁の構R=-2.00％までひずみが線形に分布しており、平面保造性能に関する実験研究、淺沼組技術研究報告、持が概ね成立したと考えられる。

No.20、pp.7－11、2008.
2) 中澤敏樹、他：不等辺 L 形鉄筋コンクリート造耐震2) ファイバーモデルを用いた解析結果を実験値と比較
すると、L45CでR=+0.5％、L45DでR=±0.25％以降、解析値が実験値を過大評価する結果となった。これ

壁の構造性能に関する実験研究、淺沼組技術研究報
告、No.21、pp.2-1－2-5、2009.
3) 孫玉平、崎野健治：高強度コンクリートを用いた鉄は、高軸力となる隅角部において圧縮破壊後の損傷

筋コンクリート柱の靭性改善に関する実験的研究、をファイバーモデルでは適切に評価できていないこ

コンクリート工学年次論文報告集、Vol.15 No.2、とに起因すると考えられる。

pp.719－724、1993.
4) Fafitis, A. and Shah, S.P.：Lateral Reinforcement for［謝High-Strength Concrete Columns, ACI SP-87-12, pp.213

辞］－232, 1999.

本研究は、京都大学の西山研究室と共同で実施しまし5) 阪本康平、稲田和馬、坂下雅信、河野進：Ｌ型断面た。本研究を行うにあたり京都大学の河野進准教授にごを有する RC 造コア壁の曲げせん断性状、コンクリ指導頂きました。また、実験にあたり西山研究室の学生

ート工学年次論文報告集、Vol.32 No.2、pp.385－390、の方々にご協力を頂きました。関係者に深く謝意を表し

2010.

ます。

3-6