特開 2024-85465 壁のせん断強度評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085465

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】壁のせん断強度評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/00 20060101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

G01N33/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199936

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(71)【出願人】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】緒方 大二郎

(72)【発明者】

【氏名】江村 勝

(72)【発明者】

【氏名】巻島 一穂

(72)【発明者】

【氏名】萩尾 浩也

(72)【発明者】

【氏名】杉本 訓祥

(57)【要約】

【課題】開口率が０．４を超える壁の耐震性能を適切に評価できる壁のせん断強度評価方法を提供する。
【解決手段】開口率が０．４以下の壁のせん断強度を評価する際に用いられる所定の診断基準式に対し、開口率に応じて大きくなる低減係数を乗算した設計耐力値に基づいて、壁のせん断強度を評価する。低減係数をα、開口率をηとするとき、低減係数は、α＝－１．５・η＋１．６によって算出される。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口率が０．４を超える壁を評価対象とする壁のせん断強度評価方法であって、
開口率が０．４以下の壁のせん断強度を評価する際に用いられる診断基準式を用いて算出したせん断終局強度と、開口率に応じた低減係数とを乗算した設計式耐力値に基づいて、前記評価対象のせん断強度を評価する
壁のせん断強度評価方法。

【請求項2】

前記低減係数は、試験体に対する実験結果に基づく試験体実験耐力値、前記試験体を解析モデルとして行ったＦＥＭ解析結果に基づくＦＥＭ解析耐力値、および、前記試験体とは異なる形状の実大寸法モデルを解析モデルとして行ったＦＥＭ解析結果に基づく実大解析耐力値に基づいて設定される
請求項１に記載の壁のせん断強度評価方法。

【請求項3】

前記低減係数は、前記試験体実験耐力値および前記実大解析耐力値の前記設計式耐力値に対する安全率が１．２５以上となるように設定される
請求項２に記載の壁のせん断強度評価方法。

【請求項4】

前記低減係数をα、開口率をηとするとき、前記低減係数が、
α＝－１．５・η＋１．６
によって算出される
請求項３に記載の壁のせん断強度評価方法。

【請求項5】

前記評価対象が複数の開口を有する場合、前記複数の開口を包含する１つの開口を有する壁として前記評価対象のせん断強度を評価する
請求項１～４のいずれか一項に記載の壁のせん断強度評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開口率が０．４を超える壁のせん断強度評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄筋コンクリート造の建築物を構成する既存壁に対する耐震補強として、例えば特許文献１には、Ｈ形鋼フレームを柱や梁に取り付けることにより壁耐力を向上させる技術が開示されている。また、耐震補強としては、既存壁に対して鉄筋コンクリート製の増打ち壁を増設する技術も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１６９５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、建築基準法においては、開口率が０．４を超える壁については耐震壁として扱われない。しかしながら、開口率が０．４を超える壁であっても十分な耐震性能を有している場合もある。そのため、既存壁の耐震補強において過剰な補強がなされることがある。これらのことから、開口率が０．４を超える壁の耐震性能を適切に評価できる方法が求められている。なお、こうした耐震性能を評価する方法は、既存壁に限らず、新設壁についても共通するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する壁のせん断強度評価方法は、開口率が０．４を超える壁を評価対象とする壁のせん断強度評価方法であって、開口率が０．４以下の壁のせん断強度を評価する際に用いられる診断基準式を用いて算出したせん断終局強度と、開口率に応じた低減係数とを乗算した設計式耐力値に基づいて、前記評価対象のせん断強度を評価する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、開口率が０．４を超える壁の耐震性能を適切に評価できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】壁のせん断強度評価方法の一実施形態について適用条件を満たす壁の概略構成を示す図である。

【図2】適用条件を満たす壁の一例を示す図である。

【図3】適用条件を満たす壁の一例を示す図である。

【図4】適用条件を満たす壁の一例を示す図である。

【図5】低減係数算出式の導出方法の一例を示すフローチャートである。

【図6】３つの試験体の正面構造を示す図である。

【図7】図６の７－７線における端面構造を示す図であり、（ａ）は試験体２Ｋの端面構造を示す図、（ｂ）は試験体３Ｍの端面構造を示す図、（ｃ）は試験体５ＭＳの端面構造を示す図である。

【図8】試験体に対して行った実験の概要を示す図である。

【図9】載荷履歴計画図の一部を示すグラフである。

【図10】試験体２Ｋについての実験結果と解析結果を示すグラフである。

【図11】試験体３Ｍについての実験結果と解析結果を示すグラフである。

【図12】実大解析における解析モデルのパターンを示す図である。

【図13】実大解析の解析結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１～図１３を参照して、壁のせん断強度評価方法の一実施形態について説明する。
壁のせん断強度評価方法は、柱および梁に格子形あるいはラチス形の鉄骨断面を有する鉄骨鉄筋コンクリート製または鉄筋コンクリート製の建築物において、開口を有する壁（新設壁、既設壁、および、増厚壁）を評価対象としてせん断強度を評価する際に用いられる。なお、「２０１７年改訂版 既存鉄筋コンクリート造建築物の耐震診断基準・同解説」（一般財団法人日本建築防災協会）の付則２章に示される耐震壁のせん断終局強度式（開口率が０．４以下）を診断基準式という。また、診断基準式から算出される値をせん断終局強度Ｑｓｕという。

【0009】

具体的には、適用条件を満たす壁について、せん断終局強度Ｑｓｕに対して開口率に応じた低減係数αを乗じる「設計式」の算出値を設計式耐力値ＱｓｕＤ（＝α×Ｑｓｕ）として算出する。そして、設計式耐力値ＱｓｕＤに基づいてせん断強度を評価する。低減係数αは、壁の開口率をη、開口幅比をη１、開口周比をη２、開口高さ比をη３とするとき、下記の式にて算出される。なお、低減係数αの詳細については後述する。

【0010】

【数1】

【0011】

（適用条件：壁の形状）
図１～図４を参照して、開口を有する壁の形状についての適用条件について説明する。
図１に示すように、適用条件を満たす壁１０は、柱１１、梁１２、および、柱１１と梁１２とを互いに接続する仕口部１３、これらによって囲まれている。壁１０は、柱１１および梁１２に接するように設けられているとともに正面視において矩形の開口１５を有する。

【0012】

壁１０は、縦横比が１．０～２．５である。縦横比は、柱１１のスパンｌｗを階高ｈで除算した値である。
開口１５は、その中心位置が壁１０の中央位置Ｏにある。開口１５の中心位置は、開口高さｈｏの１／２、かつ、開口幅ｌｏの１／２の位置である。壁１０の中央位置Ｏは、壁内法高さｈｗの１／２、かつ、壁内法幅ｌｗｏの１／２の位置である。

【0013】

また、左側袖壁寸法ｌｗＬおよび右側袖壁寸法ｌｗＲは、４５０ｍｍ以上、かつ、ｌｗＬ＝ｌｗＲとする。垂れ壁高さｈｗＵおよび腰壁高さｈｗＤは、１／２・（階高ｈ－梁せいＤＧ－開口高さｈｏ）である。

【0014】

図２に示すように、偏在する開口１７を有する壁についても、上述した開口１５が開口１７を包含可能な場合には、開口１５を有する壁１０として取り扱う。
図３および図４に示すように、複数の開口１８，１９を有する壁についても、上述した開口１５が複数の開口１８，１９を包含可能な場合には、開口１５を有する壁１０として取り扱う。

【0015】

図１～図４に示す壁１０において、開口幅比η１、開口周比η２、および、開口高さ比η３は下記の式の通りである。また、開口幅比η１の適用条件は０．３≦η１≦０．５である。開口周比η２の適用条件は０．４≦η２≦０．５である。開口高さ比η３の適用条件はη３≦０．６である。また、上述した開口率ηは０．４＜η≦０．５の範囲である。

【0016】

【数2】

【0017】

（壁の形状以外の適用条件）
壁の形状を含めた適用条件を表１に示す。なお、新設壁についての適用条件は、厚さ、コンクリート強度、および、縦横筋比が増設壁とおなじである。また、以下において、各種材質に記載されている材料記号は、ＪＩＳに規定されている材料記号である。

【0018】

【表1】

【0019】

（低減係数について）
低減係数αについて説明する。低減係数αは、開口率ηが０．４＜η≦０．５の壁の耐力値について余裕度を確保するための係数である。

【0020】

図５に示すように、低減係数αは、実験工程（ステップＳ１０１）、試験体解析工程（ステップＳ１０２）、実大解析工程（ステップＳ１０３）を行うことで設定された係数である。以下、各工程について説明する。

【0021】

（実験工程）
実験工程（ステップＳ１０１）では、３つの試験体を用いた実験を行った。試験体は、既存壁および新設壁を模した１／３モデル、既存壁に増厚壁または増設壁を設けることを模した１／３モデルとした。図６に各試験体の正面構造を示す。図６に示す寸法値の単位は、ｍｍである。

【0022】

図６に示すように、各試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳは、基礎スタブ２０、柱２１、梁２２、柱２１と梁２２とを互いに接続する上スタブ２３、および、これらによって囲まれた壁２４を有する。各試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳの壁２４は、基礎スタブ２０、柱２１、および、梁２２に接している。各試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳの壁２４には、開口位置が中央の矩形の開口２５を形成した。開口２５に基づく開口幅比η１は０．５、開口周比η２は０．５、開口高さ比η３は０．５である。また、壁形状（スパンｌｗ／階高ｈ）は、適用範囲１．０以上２．５以下の概ね中央値である１．５とした。

【0023】

図７（ａ）に示すように、試験体２Ｋは、既存壁あるいは新設壁を模したものであり、壁１０の厚さを５０ｍｍとした。
図７（ｂ）に示すように、試験体３Ｍは、既存壁に増打壁を設けることを模したものであり、既存壁の厚さを５０ｍｍ、増打壁の厚さを５０ｍｍとした。

【0024】

図７（ｃ）に示すように、試験体５ＭＳは、既存壁に増打壁を設けることを模したものであり、既存壁の厚さを５０ｍｍ、増打壁の厚さを８３ｍｍとした。
また、上記を含めた試験体諸元を表２に示す。表２において、寸法値を示す数値の単位はｍｍである。

【0025】

【表2】

【0026】

図８に示すように、この実験では、反力床３１に固定された嵩上げブロック３２に各試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳを圧着した。そして、各試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳに対し、鉛直加力機３３で軸力比０．１０（軸応力度＝１．８Ｎ／ｍｍ＾２）を加力した状態で、加力梁３４を介して水平加力機３５で繰り返し載荷を行った。水平加力機３５の加力点の高さを梁２２の中心とし、その高さにおける左右の柱梁仕口部中央点Ｇで測定した値の平均値を水平変位δとした。この水平変位δを加力点高さＨで除算した値（＝δ／Ｈ）を変形角Ｒという。

【0027】

図９は、横軸を時間、縦軸を変形角Ｒとした載荷履歴計画図の一部である。図９に示すように、変形角Ｒが１／１０００、２／１０００、４／１０００、１／１５０となる正負の載荷を各２回繰り返した。そして、繰り返し載荷の終了後、変形角Ｒが正方向に１／３０程度となるまで単調載荷した。この実験では、４／１０００変形時のせん断力を試験体実験耐力値ＱｓｕＥとした。

【0028】

（試験体解析工程）
試験体解析工程（ステップＳ１０２）では、試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳを解析モデルとしたＦＥＭ解析を行い、試験体実験耐力値ＱｓｕＥと同様に４／１０００変形時のせん断力をＦＥＭ解析耐力値ＱｓｕＡとした。ＦＥＭ解析は、非線形のＦＥＭ解析プログラム(FINAL Ver.11)を用いて以下の条件のもとで行った。

【0029】

試験体２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳのモデルは、立体モデルとした。柱・梁・壁は、せん断補強筋、壁筋を埋込み鉄筋として配置した六面体要素とした。柱主筋・梁主筋は、トラス要素とした。コンクリートのテンションスティフニング特性およびひび割れ後のせん断伝達特性は、ともに長沼モデルを用いた。応力～ひずみ曲線は、修正Ahmadモデルを用いた。鉄筋は、降伏後１％ひずみ硬化を有するバイリニアモデルとした。鉄筋とコンクリートは完全付着とした。柱主筋については付着を考慮し、接合材料の接合タイプは付着タイプ、付着応力－すべり関係モデルは、長沼モデルを採用した。付着強度τuは「靭性指針」により算出し、滑り量Ｓｕは１．０ｍｍとした。

【0030】

また、既存壁の柱梁への定着は、埋込鉄筋として考慮した。材料強度は、コンクリートは試験体ごとの材料実験の結果を用いた。引張強度は「靭性指針」の０．３３√Ｆｃとした。鉄筋はＳＤ２９５の１種類、鉄骨はＳＳ４００の１種類のみとし、各試験体に共通とした。基礎梁と柱梁接合部は弾性とした。解析における加力は、実験と同様、左右の柱と上梁の交点の中心位置となる節点の変位制御で繰り返し載荷とした。変形角Ｒを求める層の高さは、基礎梁上～上梁の芯＝１１００ｍｍとした。

【0031】

（実験結果および解析結果）
図１０に試験体２Ｋの実験結果および解析結果、図１１に試験体３Ｍの実験結果および解析結果を示す。また、表３に各種耐力値の比較結果を示す。

【0032】

【表3】

【0033】

図１０および図１１に示すように、試験体２Ｋ，３Ｍについて、試験体実験耐力値ＱｓｕＥがＦＥＭ解析耐力値ＱｓｕＡに概ね近似していることが確認された。また、表３に示すように、試験体２Ｋ，３Ｍについて、低減係数αを０．８５とすることで試験体実験耐力値ＱｓｕＥの設計式耐力値ＱｓｕＤに対する安全率が１．２５以上確保できることが確認された。

【0034】

なお、試験体５ＭＳについても、試験体実験耐力値ＱｓｕＥがＦＥＭ解析耐力値ＱｓｕＡに概ね近似していることが確認された。また、低減係数αを０．８５とすることで試験体実験耐力値ＱｓｕＥの設計式耐力値ＱｓｕＤに対する安全率が１．２５以上確保できることが確認された。

【0035】

本発明者らは、こうした実験結果および解析結果、ならびに、開口率η＝０．４のときの低減係数αが１．０であることに基づき、低減係数算出式をα＝－１．５・η＋１．６とした。

【0036】

（実大解析工程）
実大解析工程（ステップＳ１０３）では、上述した適用条件を代表する増厚壁の実大寸法を用いた１２種類の解析モデル（解析体）のＦＥＭ解析を行い、設計式耐力値ＱｓｕＤに対し、０．４％変形時のせん断力である実大解析耐力値ＱｓｕＦの安全率を確認した。解析モデルの諸元を表４に示す。また、図１２に解析モデルのパターンを示す。なお、図１２において、各解析モデルの左上の番号はモデル番号を示している。

【0037】

【表4】

【0038】

図１３に実大解析の解析結果を示す。図１３に示すように、実大解析耐力値ＱｓｕＦの設計式耐力値ＱｓｕＤに対する安全率が１．３１～１．９６となることが確認された。すなわち、全ての解析モデルの安全率が１．２５以上確保できることが確認された。こうした実大解析により、過去論文における安全率よりも高い安全率を設計式耐力値ＱｓｕＤが有することが確認された。すなわち、上述した低減係数算出式の妥当性が確認された。なお、開口率等について１２種類の解析モデルの中間となる条件の安全率については、各解析モデルの解析結果を線形補完した値とした。

【0039】

本実施形態の作用および効果について説明する。
（１）開口率ηに応じた低減係数αを含む設計式によって算出される設計式耐力値ＱｓｕＤに基づいて壁のせん断強度を評価することにより、開口率ηが０．４を超える壁についての耐震性能を確認することができる。その結果、開口率ηが０．４を超える壁の耐震性能を適切に評価することができる。

【0040】

（２）低減係数αは、試験体実験耐力値ＱｓｕＥ、ＦＥＭ解析耐力値ＱｓｕＡ、および、実大解析耐力値ＱｓｕＦに基づいて設定される。これにより、低減係数αおよび設計式耐力値ＱｓｕＤの信頼度を高めることができる。

【0041】

（３）低減係数αは、試験体実験耐力値ＱｓｕＥおよび実大解析耐力値ＱｓｕＦの設計式耐力値ＱｓｕＤに対する安全率が１．２５以上となるように設定される。これにより、材料強度のばらつきなどを考慮したうえで壁のせん断強度をより安全側で評価することができる。

【0042】

（４）低減係数算出式をα＝－１．５・η＋１．６とした。これにより、開口率ηに応じた低減係数αを簡単な演算のもとで算出することができる。
（５）複数の開口を有する壁については、その複数の開口を包含する１つの開口を有する壁としてせん断強度が評価される。これにより、複数の開口を有する壁のせん断強度を安全側で評価することができる。

【0043】

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態においては、線形性を有する低減係数算出式によって低減係数αが設定されている。これに限らず、低減係数αは、開口率ηと低減係数とが非線形性の関係を有していてもよい。すなわち、低減係数αは、各開口率ηに対して個別に設定される構成であってもよい。

【0044】

・上記実施形態においては、試験体実験耐力値ＱｓｕＥおよび実大解析耐力値ＱｓｕＦの設計式耐力値ＱｓｕＤに対する安全率が１．２５以上となるように低減係数αが設定されている。これに限らず、低減係数αは、例えば設計式耐力値ＱｓｕＤの安全率が１．５以上となるように設定されてもよい。

【符号の説明】

【0045】

２Ｋ，３Ｍ，５ＭＳ…試験体、１０…壁、１１…柱、１２…梁、１３…仕口部、１５，１７，１８，１９…開口、２０…基礎スタブ、２１…柱、２２…梁、２３…上スタブ、２４…壁、２５…開口、３１…反力床、３２…嵩上げブロック、３３…鉛直加力機、３４…加力梁、３５…水平加力機。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】