淺沼組技術研究報告№21(2009)

2. 不等辺 L 形鉄筋コンクリート造耐震壁の構造性能に関する実験研究
Experimental Study on Structural Performance of RC Scalene-L-shaped Shear Walls
敏樹 ＊

中澤要

山内豊英＊

菊地克典 ＊２

飛田喜則 ＊３

佐藤尚隆 ＊４

旨

コア壁構造に水平力が作用した場合の構造性能を把握することを目的として、比較的大規模なスケール 1/4.5とした不等辺Ｌ形コア壁の構造実験を行った。実験の結果、正負側加力時ともに R＝±0.10％までは線形なひずみ分布となったが、R＝±0.25％以降は平面保持を仮定できる線形なひずみ分布にならなかった。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、正負側加力時ともに小変形時から実験値を過大評価する結果となった。これは、圧縮柱の損傷をファイバーモデルでは適切に評価できていないことに起因すると考えられる。
キーワード：Ｌ形／コア壁／変動軸力／鉄筋コンクリート構造
１．はじめに
前報 1) において、Ｌ形コア壁の構造性能を把握するために、等辺のＬ形壁に対して直交する方向（90°方向）と 45°方向に加力した載荷実験を行った。実験結果をフNo.3

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した。
今回、両辺の長さが異なる L 形コア壁に水平力が作用した場合の構造性能を把握するために、形状を不等辺Ｌ形壁とした試験体に対して 45°方向に加力した載荷実験を行った。実験の目的は、不等辺 L 形コア壁の損傷状況を把握し、復元力特性を評価することである。
２．実験概要2.1

図－１

モデル建物表－１

試験体諸元

試験体No.

試験体

試験体の計画に際し、図－１に示すような建物中央部L形壁断面（コア部分）に平面形状が L 形の壁を 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。

No.3

壁厚D (mm)200

壁せいL (mm)1200×1600

内法高さh (mm)2480

加力点高さ H (mm)

試験体は、上記モデル建物の 1～3 階部分を想定したＬ形壁である。試験体形状は壁厚 200mm、一辺 1200mm、他辺 1600mm の不等辺のＬ形壁であり、隅角部および端柱断面(柱型A,B,C共通)部において 200mm×200mm の領域を柱型と考え、横拘束筋 D6 を囲型に配筋した。試験体各部の配筋は前報 1)(mm)

200×200

主筋

16-D13 (SD390)

横拘束筋（せん断補強筋）

4-D6 @80 (SD295A)
pw=0.79％

縦筋

3-D13 @63 (SD490)
pw=3.02％横筋

2-D10 @80 (SD390)
pw=0.89％

壁断面(W1,W2共通)の試験体と同一である。
試験体の諸元を表－１に、実験で用いた鉄筋とコンクリートの材料試験結果を表－２に、形状および配筋図を

3080

b×D

加力方向

図－２に示す。
＊技術研究所構造研究グループ＊４＊２

技術室技術部(独立行政法人科学技術振興機構（JST）出向)

東京本店設計部構造グループ

2-1

＊３

大阪本店設計部構造グループ

45°

淺沼組技術研究報告№21(2009)

柱型 A

W1

加力

方向

壁縦筋(3列)D13-@63(SD490)
壁横筋(ダブル)D10-@80(SD390)

30 45 50 45 302002130

3080

200
32 43 50 43 32

柱型 B

600

図－２σy

Es

SD295A 425.0

1.872.2

材質D10SD390 443.0

1.80

D13SD390 444.0

1.98

σy：降伏強度 (N/mm2)
Es：ヤング係数 (×105N/mm2)

No.3 試験体形状および配筋柱型（共通）b×D 200×200
主筋 16-D13(SD390)
HOOP
D6-@80(SD295A)

材料試験結果a) 鉄筋

293200表－２

呼び径1200(1600)

W2柱型 C200
30 45 50 45 30柱型 A,C192＋－200
28 47 50 47 28

D6柱型 B
1200

3502001600b) コンクリート
Ec
σB

σT

No.3

5.56

試験体

89.1

3.96

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

載荷計画
2000kNジャッキ

載荷装置を図－３に示す。載荷方向は、隅角部が圧縮される方向

4000kNジャッキ

1000kN
ジャッキを正とした。
水平力は 3000kN ジャッキ、軸力は 4000kN ジャッキ 2 本により加力した。試験体の両側に配置した 8000kN ジャッキ 2 本によって、反曲点高さが試験体脚部から3000kN
ジャッキ

試験体

3000kNジャッキ

8000kNジャッキ

4260mm の位置（モデル建物におL 形コア壁
試験体立面

平面ける 6 階部分の高さに相当）とな
図－３る台形のモーメント分布となるよ載荷装置

うに制御した。また、試験体の面外変形を 1000kN ジャッキ 2 本と 2000kN ジャッキ 1 本に軸力は変動とし、モデル建物の地震応答解析の結果から、初期軸力比を 0.175、最大軸力比を 0.26、最小軸力より制御した。
載荷は、試験体脚部から 2130mm の位置（モデル建物比を 0 となるように制御した。

における 3 階部分の高さに相当）における水平変形角により制御した。水平力は正負交番繰り返し静的載荷とし、載荷履歴を部材角 R＝±0.10、±0.25、±0.5、±0.75、±1.0、±1.5、±2.0 で各 2 回とした。

2-2淺沼組技術研究報告

３．実験結果3.11500

実験経過

荷重－変形角関係を図－４に示す。参考として、前報

柱型 A

1000

せて示す。
No.3 では、R＝＋0.10％で柱型 A,C に、R＝－0.10％で柱型 B に曲げひび割れ発生した。R＝＋0.25％で柱型 B

柱型 B＋No.3の No.2（等辺Ｌ形壁、45°方向加力）の実験結果を併
水平荷重 (kN)1)№21(2009)

－500

柱型 C

0の圧縮縁に圧縮ひび割れが発生し、柱主筋が圧縮降伏した後、R＝－0.50％で柱型 C の主筋が圧縮降伏した。R＝

曲げひび割れ
圧縮降伏
引張降伏
圧壊発生
最大耐力

-500

＋0.75％で柱型 B の被りコンクリートが剥離し、柱型 Cの主筋が引張降伏した。R＝＋1.00％で柱型 A の主筋が-1000-3引張降伏し、正側最大耐力に達した。R＝－1.00％で負側最大耐力に達した後、R＝＋1.50％の手前で W1、W2 の-2No.2
水平荷重 (kN)のひずみ分布を図－６に示す。

－500

柱型 C0
曲げひび割れ
圧縮降伏
引張降伏
圧壊発生
最大耐力

-500

正負側加力時ともにR＝±0.10％まではほぼ線形なひずみ分布となっているが、R＝±0.25％以降の柱型B周辺-1000のひずみ分布は線形にはなっておらず、平面保持は成立-3-2-10変形角 (%)

していないと考えられる。特に、柱型Bの最外端では正図－４

加力時のR＝＋0.25％以降で大きな圧縮ひずみとなって260ひずみ（%）

1-2000＋図－５

荷重－変形関係+0.10%+0.25%+0.75%+1.0%(柱型 A)(柱型 B)+0.50%(柱型 C)-1No.3（正加力時）-1200-80022001－-4000400

800

1200-0.10%-0.25%-0.75%-1.0%-1(柱型 A)

-3-1600(柱型 B)(柱型 C)

No.3（負加力時）-1200-800

-400

0400

位置（mm）

ひずみゲージ位置

図－６2-3-0.50%

0-21200 1000

柱型 C

3位置（mm）

ひずみ（%）

加力

方

向

柱型 B

20-3-1600

600

柱型 A

1-20-8003＋

図－５に示す位置のひずみゲージについて、各変形角-1600 -1400

2柱型 B

1000

小変形時から発生しており、最大耐力時の変形角も小さ

断面のひずみ分布

1No.2
柱型 A

等辺 L 形試験体の No.2 と比較すると、No.3 の損傷は3.20
変形角 (%)

1500

壁コンクリートが圧壊し、急激に水平力が低下した。

くなった。

-1

壁断面のひずみ分布

800

1200

淺沼組技術研究報告№21(2009)

1600

おり、負加力時にもひずみは圧縮ひずみのままであった。
これは、小変形時から柱型 B に圧縮による損傷が進展したことに起因すると考えられる。
４．解析結果平面保持を仮定したファイバーモデルによって数値解析を行う。解析に用いたモデルを図－７に、材料モデル

拘束領域を図－８に示す。コンクリートの圧縮特性は、横拘束筋に囲われた領域を拘束領域とみなして孫・崎野モデル 2)
その他は非拘束領域で、その他の領域を非拘束領域とみなしてFafitis-Shahモデル 3)でそれぞれ評価した。コンクリートの引張特性に関しては、応力を負担しないモデルとした。鉄筋は完全

図－７

弾塑性モデルとした。

解析に用いたモデル

120

ファイバーモデルによる解析結果と実験結果との比較

コンクリート100
応力(N/mm2 )を図－９に示す。なお、同図は試験体脚部から780mmの領域における平均モーメントMと平均曲率φとの関係について示した。
正負側加力時ともに小変形時から耐力、剛性の解析値

8060
拘束領域
非拘束領域40が実験値を過大評価する結果となった。これは、試験体20脚部において鉄筋の抜け出しとめり込みの影響があった

000.0020.0040.006
歪みこと、隅角部および端部の柱型に圧壊が発生した後の圧縮柱の損傷をファイバーモデルでは適切に評価できてい0.008

0.01500ないことに起因すると考えられる。

鉄筋2応力(N/mm )

400

５．まとめ
超高層RC造建物の低層3層部分を想定した不等辺L形
コア壁の載荷実験を行い、復元力特性や損傷の進展を把

300
200

D13鉄筋100握した。また、ファイバーモデルを用いた解析を行い、0実験結果と比較した。得られた知見を以下に示す。

00.002

0.004

0.006

0.0080.01歪み1) 正負側加力時ともにR＝±0.10％まではほぼ線形な
図－８

ひずみ分布となったが、R＝±0.25％以降は柱型Bの材料の応力－ひずみ関係

圧縮ひずみが増大し、平面保持を仮定できる線形な6000ひずみ分布とはならなかった。
柱型 A2) ファイバーモデルを用いた解析結果を実験値と比較

No.3

［謝辞］
本研究は、京都大学の西山研究室と共同で実施しましモーメント（kN・m）

すると、正負側加力時ともに小変形時から実験値を過大評価する結果となった。

柱型 B

4000＋
2000

－
柱型 C

0-0.02-0.015-0.01-0.005

0-4000室の学生の方々にご協力を頂きました。関係者に深く謝

0.01

0.015

0.02-2000

た。本研究を行うにあたり京都大学の河野進准教授にご指導頂きました。また、本実験を行うにあたり西山研究

0.005

実験結果
ファイバーモデル解析-6000

意を表します。

平均曲率(1/m)

図－９2-4

ファイバーモデルによる解析値と実験値との比較

淺沼組技術研究報告［参考文献］
1) 中澤敏樹、他：Ｌ型鉄筋コンクリート造耐震壁の構造性能に関する実験研究、淺沼組技術研究報告、No.20、pp.7－11、2008
2) 孫玉平、崎野健治：高強度コンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱の靭性改善に関する実験的研究、
コンクリート工学年次論文報告集、Vol.15 No.2、pp.719－724、1993
3) Fafitis, A. and Shah, S.P.：Lateral Reinforcement for
High-Strength Concrete Columns, ACI SP-87-12, pp.213－232, 1999

2-5№21(2009)