本論は、現在設計されている一般的な高層鉄筋コンクリート構造物が、変位応答を中心に、最終的に設計で意図した耐震性能を有するように、構造設計の初期段階で耐震性を評価して断面を設定する手法について検討したものである。本論は「変位応答の傾向」、「所定の耐震性能を得るための耐力分布」を検討し、「適切な剛性分布の検討」の結果を用い、設計の初期段階での「断面設定の方法」、「応答値の推定法」を提案し、「具体例」を示したものである。
本論文は以下に示す全６章からなる。
第１章 序論 では、耐震設計の変遷の概要と、高層鉄筋コンクリート建物に関する既往の研究が目標としていた評価項目について述べた。そして、今後の耐震設計の目指すべき方向性と本論の位置づけについて述べた。
第２章 等価１質点形における鉄筋コンクリート建物の応答性状 では、梁降伏の全体降伏形となるよう設計された建物を対象とし、超高層建物の設計に一般的に用いられている設計用入力地震動波形を用いて、各種バイリニアーの復元力特性を持つ１質点系の弾塑性応答解析をパラメトリックに行い、弾塑性変位応答の検討を行った。１質点系の弾塑性変位応答と、弾性変位応答スペクトルとの関係を、強度、初期周期および地震動の周期特性によって定められる無次元パラメータにより定め、鉄筋コンクリート造建物の全体系としての変位応答の簡易な推定法を示した。また、これらの無次元パラメータにより地震動の種類によらず変位一定則が成り立つ領域が容易に判断できる事を示した。
第３章 設計用地震力分布 では、高層建物の耐震性の確認を行うために最終的に地震応答解析を行ったときに、建物の層間変形や、部材塑性率等の耐震性能目標が設計で想定する条件を満足することを目標とした耐力分布について検討した。まず、高層鉄筋コンクリートラーメン構造を対象に、2次モードの影響を考慮した弾性ベースシアー係数を加速度応答スペクトルより設定する手法の検討を行い、大地震時に設計で想定した耐震性能を得るのに必要なベースシアー係数の算定法を示した。次に、地震時の建物の平均的な固有モードと応答せん断力分布を検討し、変形集中を防止するための高さ方向の耐力分布を提案した。最後に、ここで提案する耐力分布を持つ建物の地震応答解析を行い、変形集中が生じないことを具体例で検証した。
第４章 弾性初期断面の設定法と応答値の推定法 では、フレームにおける曲げとせん断の変形成分を考慮して、適切な剛性分布についての検討を等価せん断型の質点系モデルにより行った。次に、この適切な剛性分布に基づく構造部材の断面寸法の設定法と、必要耐力分布を第３章に示した手法で設定して各部材耐力を定める手法の提案を行った。さらに、設定した断面を持つ建物の地震時の最大応答層間変位を、対象とする地震動の平滑化した弾性応答スペクトルと弾性断面による固有値解析結果を用いてSRSS (Square Root of Sum of Squares)法により推定する手法の提案を行った。さらに、この層間変位に対応する、設定した非線形荷重変形関係上での層せん断力等を求める手法を示した。
第５章 適用例と検証 では具体的な適用例として、15層、25層、40層、60層の4種の純ラーメン鉄筋コンクリート建物について、断面寸法、耐力設定を行った。つぎに、この試設計された建物の弾性剛性を用いて、設計に良く用いられる実際の地震動に対する層間変位応答の推定値を示した。最後に、各建物の実際の耐力に基づいて部材の復元力特性を定めたフレームモデルを用い、弾塑性地震応答解析を行って、その最大層間変形と本論で示した推定値の比較を行い、本手法の検証を行った。
６章 結論 では、各章で得られた結論を総括して述べた。
This paper proposes a primary design method oriented to the displacement response for high-rise reinforced concrete frame buildings subjected to earthquakes.
Chapter 1 describes an outline of an earthquake resistant design for high-rise reinforced concrete frame buildings. It is mentioned that displacement response should be the most important thing for earthquake resistant design of high rise buildings.
In chapter 2, nonlinear displacement response of reinforced concrete structure is investigated by a parametric study of SDOF system. The results show the nonlinear displacement response of the high-rise reinforced concrete buildings would be less than the spectral value with 2% damping. This is "the constant displacement response rule".
Chapter 3 investigates seismic shear load distribution considering higher mode contribution for multi-story buildings to avoid drift concentration. The seismic shear load is consisted with the base shear coefficient and seismic coefficient distribution. The base shear coefficient is established from the design response spectrum and the design criteria such as story drift limitation and allowable ductility factors of structural members. The seismic coefficient distribution obtained by the SRSS method using the elastic mode shapes is proposed after investigation of the time-invariable oscillatory mode shapes of the buildings designed with the appropriate story shear strength distribution. The results of response analyses show if the seismic coefficient distribution with disregard to higher mode effect is used for design, it leads to the drift concentration. The story shear strength should be within 1.2 times of the design shear force distribution to avoid the drift concentration caused by the discontinuous distribution.
Using these results, chapter 4 proposes the outline of primary design method and the method to estimate response values.
Chapter 5 shows the applications of this method to multistory buildings. In-story displacement responses during severe earthquakes are estimated and examined. The results satisfied the design criteria.
Chapter 6 is conclusion of this paper.