ＢＲＩ－Ｈ２６講演会テキスト

長周期地震動に対する CFT 造超高層建築物の耐震安全性に関する研究
構造研究グループ 主任研究員

Ⅰ はじめに長谷川 隆状

表 1 CFT 柱試験体一覧（100N 級コンクリート試験体）

現在の鉄骨系の超高層建築物では、柱を CFT 構造として、の疲労性能は、必ずしも明らかにされていない。
そこで、長周期地震動を受ける CFT 柱を有する鉄骨系超高層建築物の部材が発揮する保有性能を明らかにするために、CFT 柱部材及び CFT 柱梁接合部の梁端部を対象に、多数回繰り返し載荷実験を行った。また、CFT 柱の載荷実験に基づいて CFT 柱の保有性能曲線を提示し、その保有性能曲線を用いて超高層建築物の CFT 柱の損傷を評価する方法を検討した。

HH-14M-C
HH-14M-C1
HH-14M-C2
HH-14M-C3
HH-14M-CH1
HH-14M-V0
HH-14M-V1
HH-14M-V2
HH-14M-VL1HH-14M-VL2
HH-14MU-V1
HH-14MU-V2
HH-14L-V1
HH-9M-V0
HH-9M-V1
HH-14M-V0D
LH-9M-V1

柱長さL(L/D )

加力方向

θh

N/N 0/1000
rad増101520106101510151015106106100.3

CK-BESTEN 590Y

動を受けた場合の CFT 柱及び梁端部の多数回繰り返し変形時

鋼管
板厚t(B/t )漸

かし、このような CFT 柱を有する超高層建築物が長周期地震

加力形式

形率

試験体名

梁はハンチ付きやノンスカラップとしている場合が多い。し材質
コンクリートﾔﾝｸﾞ
強度
4× 10鋼種
2N/mm
2N/mm
1044.391044.39
1094.55
1094.55
1034.341114.671114.671104.26105
4.41102
4.34
105
4.31105
4.31
105
4.24
103
4.38
103
4.05
103
4.38
SN400B 105
4.41
鋼管
鋼種

2240(8)14(20)

0°0.6
0.0~0.6
0.15~0.459(31)14 (20)9 (31)

3360(12)4200 (15)2240(8)
2240 (8)2240 (8)0°

0.0~0.60°

0.0~0.60°

0.0~0.645°0°

0.0~0.6
0.0~0.6状※鋼管外形は全て□-280x280※試験体名は (材質)-(形 )-(加力形式)(材質) HH: 590N 級鋼＋100N 級ｺﾝ，LH: 400N 級鋼＋100N 級ｺﾝ(形 )=(板厚，径長比) 板厚 14:14mm，9:9mm 径長比 M:8，MU:12，L:15(加力形式) 無印: 増載荷，0: 6/1000rad，1:10/1000rad，2:15/1000rad，3:20/1000rad ，0D: 6/1000rad(45°方向)

本稿では、それらについて紹介する。

状漸

Ⅱ CFT 柱部材の多数回繰り返し載荷実験目的として、定振幅繰り返し載荷時の耐力低下までの繰り返〜1/2 の断面の角形断面 CFT 柱試験体であり、鋼管に 590N 級及び 400N 級鋼材、充填材に 100N 級コンクリートを用いた試1）

験体 17 体 、鋼管に 490N 級鋼材、充填材に 60N 級コンクリ2）ートを用いた試験体 7 体 で、合計 24 体である。表 1 には、Q (kN)

し数に着目して曲げせん断実験を行った。試験体は、縮尺 1/310008006004002000-200-400-600-800-1000

100N 級コンクリートを用いた 17 体の試験体一覧を示す。本

HH-14M-C1・変位振幅10/1000rad・軸力比0.3（一定）P-∆ 効果考慮

0.8Q max時-441サイクル-30-20-100である。図 1 に実験から得られた荷重-変形関係の例を示す。
本実験から得られた知見は以下である。①図 2 に示すように、漸増載荷を除く全ての試験体の部材角振幅と繰り返し数の関係は対数軸上で右下がりに分布する。②試験体の耐力低

10θ (/1000rad)

実験の主な実験パラメーターは、幅厚比（20、30）、径長比（8、12、15）、軸力比（0.3(一定)、0〜0.6(変動)、0〜0.45(変動)）Q (kN)

多数回繰り返し変位を受ける CFT 柱部材の保有性能把握を

2030

1000
800
600
400
2000-200-400-600-800-1000HH-14M-C3・変位振幅20/1000rad・軸力比0.3（一定）P- ∆ 効果考慮

0.8Q max 時+21サイクル-30-20

導入軸力が大きいほど、また、最大導入軸力が同じ場合、変動よりも一定軸力の方が繰り返し数は少なくなる。

20

図 1 荷重-変形関係の例
0.030

θh (rad)
：仕口破断

0.025

：局部座屈

0.020

無印 ：ｺﾝｸﾘｰ ﾄ損傷

0.015
0.010

下の原因としては、仕口破断、局部座屈、コンクリート損傷の 3 つに分類される（図 2 参照）。③幅厚比が大きいか、最大-10 010
θ (/1000rad)

0.005

1101001000

HH-14M-C1~3
HH-14M-CH1
HH-14M-V0~2
HH-14M-VL1~2
HH-14MU-V1~2
HH-14L-V1
HH-9M-V0~1
HH-14M-V0D
LH-9M-V1
MM-14M-C1~2
MM-14M-V1~2
MM-9M-VL1~2

N80% (cycle)

図 2 CFT 柱部材の部材角振幅-繰り返し数の関係－ 87 －30

R FL
4 .4 4 .6

Ⅲ 超高層建築物の CFT 柱部材の保有性能と損傷評価

3 5 FL3 0 FL
4 .6 4 .5 4 .3

CFT 柱を有する超高層建築物が長周期地震動を受けた場合

2 9 FL
2 8 FLの挙動を把握するため、
図 3 に示す 35 層モデルの地震応答解
2 0 FL

1 5 7 .6

析を行った。また、前述した CFT 柱部材の多数回繰り返し載荷実験から得られる保有性能を用いて、長周期地震動を受ける CFT 柱部材の損傷評価を行った 3）。

1 0 FL

図 4 に CFT 柱部材の実験結果に基づく柱の保有性能曲線を
5 FL

5 .5

1 FL

5 .5

2 FL

6 .9

3 FL

4 .34 FL示す。図 4 より、部材角振幅θと繰り返し回数 N80％は、コンクリート強度と軸力比毎に分類するとほぼ同一の傾きとなるため、図に示すような分類で性能曲線を提示した。この性能

図 3 35 層モデル建物

図 4 CFT 柱保有性能曲線

表 2 CFT 柱損傷評価結果

曲線を用いて、
図 3 の 35 層モデル建物の応答解析から得られる柱部材角の振幅頻度分布により損傷を評価した結果が表 2である。中柱では損傷度 D が 1 以上となり、この部材で耐力低下が生じる可能性があることがわかる。
Ⅳ CFT 柱梁接合部梁端部の多数回繰り返し載荷実験

表 3 梁端部試験体一覧

CFT 柱を有する柱梁接合部で、フランジ端部を拡幅した水平ハンチ梁の場合（CH シリーズ）とウェブ端のスカラップを省略したノンスカラップ梁の場合（CN シリーズ）について、梁端部の多数回繰り返し載荷実験を行った 4）。表 3 に実験を行った 4 体の試験体一覧を示す。図 5 に梁端接合部詳細を示
500無し梁端の設計式で安全側に評価できる。
謝辞
本研究は、平成 25 年度国土交通省建築基準整備促進事業の調査項
目「長周期地震動に対する CFT 造柱部材等の安全性検証方法に関する検討」の事業主体（竹中工務店、大成建設、小堀鐸二研究所、大林組、鹿島建設、清水建設）と（独）建築研究所との共同研究として実施したものです。ここに記して、関係各位に謝意を表します。

0200

22

PL-28(SN490B)
ノンスカラップ

600

したものである。CH シリーズと CN シリーズは、スカラップ

40 350 40

50R
PL-28(SN490B)
G.PL-16(SN490B)
6-M22(F10T)□-500×500×16×16(SN490C+Fc60)

いる鉄骨造梁端部の実験結果と性能曲線 5)の図中にプロット

200

30

100
50

300

500までの繰り返し回数（破断寿命）を、既往の研究で得られて50 1001502040 BH-600×200~300
40×12×19(SN490B)

600500す。図 6 は、実験から得られた 4 体の試験体の塑性率と破断BH-600×200×12×19(SN490B)

図 5 梁端接合部詳細参考文献
1） 宇佐美,他：長周期地震動に対する鉄骨造超高層建築物の安全性検証方法の検討,その 29〜31,日本建築学会大会学術講演梗概集,
構造 III,pp.1255-1260,2014.92） 成原,他：長周期地震動に対する鉄骨造超高層建築物の安全性検証方法の検討,その 27〜28,日本建築学会大会学術講演梗概集,
構造 III,pp.1251-1254,2014.93） 池嵜,他：長周期地震動に対する鉄骨造超高層建築物の安全性検証方法の検討,その 33,日本建築学会大会学術講演梗概集,構造III,pp.1263-1264,2014.94） 安田,他：長周期地震動に対する鉄骨造超高層建築物の安全性検証方法の検討,その 32,日本建築学会大会学術講演梗概集,構造III,pp.1261-1262,2014.95） 成原,他：長周期地震動に対する鉄骨造超高層建築物の安全性検証方法の検討,その 20,日本建築学会大会学術講演梗概集,構造III,pp.1087-1088,2013.8－ 88 －図 6 梁端塑性率-破断寿命関係