向井 洋一 | ![]() |
ムカイ ヨウイチ | |
大学院工学研究科 建築学専攻 | |
教授 | |
土木・建築工学関係 |
The Gorkha earthquake in 2015 was a recent large-scale earthquake that caused severe damage to many historic masonry buildings in the Kathmandu Valley, Nepal. The authors conducted a visual inspection survey of seismically damaged buildings after the earthquake in the historic town district of Bhaktapur in the Kathmandu Valley. The first part of this paper reports the distribution of the historic masonry buildings for each damage level in the surveyed area. A concentrating zone of severely-damaged buildings was explicitly found in the damage-level distribution map. Almost half of all the surveyed buildings were severely damaged during the earthquake, and most of these were historic masonry townhouse buildings. In the second part, the ambient vibration characteristics of the conventional historic masonry buildings in Bhaktapur are investigated. Typical dwelling houses in a historic town district in Nepal, which generally formed terraced houses built around a courtyard, were targeted for the measurement. Thus, the influence of adjacent buildings, which makes it difficult to identify the predominant natural frequencies from building vibration measurements, was also observed. Microtremor measurements using two accelerometers were conducted at 11 historic masonry buildings to investigate the discrimination degree for identifying the predominant natural frequency of conventional townhouse buildings. The estimated primary natural frequencies of these buildings were compared with the results of the screening model analysis. The advantages of using the proposed screening model analysis to improve the uncertainty of the first natural frequency identification by the microtremor measurement are discussed. Additional measurements of the microtremors at 4 of the 11 measured buildings were conducted using a different location combination of the two acceleration sensors. The sensors were placed between two different floors, and the transfer functions of each floor were investigated to observe the predominant vibration components on the floors in the entire building. Moreover, the coherence values observing the in-plane correlation of the floor responses were also analyzed for the dataset measured at two points separated on the same floor. Finally, an effective method for measuring the microtremors is discussed to improve the assessment of the vibration characteristics of conventional historic masonry buildings in Nepal.
Frontiers Media SA, 2022年08月31日, Frontiers in Built Environment, 8, 918960:1 - 18, 英語, 国際誌, 国際共著している[査読有り]
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Locally bendable solid plates were manufactured in a single 3D-printing operation, using a single material, i.e., short carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The locally bendable CFRP plates included solid and bendable parts, which were connected seamlessly using double-stepped lap configuration. A parallel cross shape structure and 100% infill structure was adopted for the bendable and solid parts, respectively. The bendability could be controlled by varying the girder angle of the parallel cross shape structure. The bending stiffness was reduced to nearly 98% compared to that of the solid plate. The cyclic bending tests indicated that the locally bendable CFRP plate underwent reversible bending deformation. The bending stiffness decreased by approximately 8–14%. However, visible damage was not observed even after 100 cycles of bending deformation.
Elsevier BV, 2021年10月, Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 4 (4), 264 - 269, 英語, 国際誌[査読有り]
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相続にともなう家屋の分割とそれによる外観の分割は、ネパールの歴史都市においては一般的にみられる事例である。こうした分割は、伝統的町家の保存には大きな障害となっている。分割されたそれぞれのパーツが個別に更新されると、構造的な一体性・連続性が失われる。外観では伝統的町家の特徴である。も木彫窓配置の対称性と、水平方向の連続性が失われ、町並み景観に大きな影響を及ぼす。本研究は、世界文化遺産登録都市でもあるバクタプルに対象地区を設定し、1934年地震以来の家屋の分割経過をおい、垂直分割が町家の外観に及ぼす影響を明らかにしようとした。その結果、当該時期の町家意匠の変遷が深く垂直分割に影響されていること、2015年地震以降の復興過程で、分割パートの更新が進み、町並み景観に重大な影響がでていること等が明らかになった。
公益社団法人 日本都市計画学会, 2019年10月, 都市計画論文集, 54 (3), 1022 - 1027, 日本語, 国際共著している[査読有り]
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The paper deals with the exterior design of townhouses in an urban block of the eastern part of Bhaktapur in Kathmandu Valley registered as a World Cultural Heritage site in 1979. The paper consists of following five steps.
1) First and the most important purpose is to provide analysis method to determine typical combination among exterior design elements of Nepali townhouses. By adopting the Multiple Correspondence Analysis (or Mathematical Quantification Theory Category III is equivalent also) and Cluster Analysis, 118 samples are grouped into 13 clusters.
2) Secondly, in the preceding paper, authors proposed the idea called "eaves types". It was meant to discern the developing process of Nepali townhouses between extension of storeys and total reconstruction. Although we showed the pitched eaves types and flat eaves experience different development, we had not yet reached to describe the concrete facade classification of eaves types. The paper tries to present variation of exterior design of eaves types.
3) Several clusters derived from analysis show different characteristics of facade though sometimes they belong to the same eaves type. For 3F, 4F pitched eaves type and 3F, 4F flat eaves type, the analysis results in finding both traditional sophisticated design and contemporary one. What's more, cluster 8 regarded as one with the most traditional style contains both typical old townhouses and newly rebuilt guesthouse-like ones. This may suggest that recent exterior design of guesthouses are similar to that of traditional townhouses
4) Every cluster properly corresponds to the structure excluded from item-category type data. Clusters with flat eaves correspond chiefly to confined masonry followed by mixed structure with masonry and RCC slabs. As for affected condition by 2015 earthquake, all the three clusters within 3F no eaves type came under the category "partially destroyed".
5) Finally after clustering, all samples were put into the original plots on the map. Facades of townhouses along streets tend to maintain traditional exterior design elements as opposed to the facades inside courtyards, which would normally take on modest external appearance. There are also several variations of facades ranging somewhere between traditional and simple modern exterior design. Townhouses with such marginal designs are scattered along streets, in alleys and inside courtyards.
In this way, most of clusters can be related to certain locations in correspondence with their exterior designs. This would help a designer/ planner to reflect how they should compose a proper facade once they get involved in reconstruction works of townhouses after the earthquake.
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The paper deals with the exterior design of town houses both inside and outside monument zone of the eastern part of Bhaktapur in Kathmandu Valley registered as a World Cultural Heritage site in 1979. This paper consists of following four steps.
1) Firstly, authors composed the original format of survey sheet for Nepali town houses. The categories of this sheet are grouped into four items, which are frame, silhouette, part and element, each of which contains more detailed categories. The survey sheet was completely made from scratch with reference to the several important existing researches. The number of samples are 104 buildings inside Monument Zone (core + buffer zone) of World Cultural Heritage and 73 buildings outside Monument Zone. More than 90 % of the total sample buildings are classified as townhouses.
2) Secondly, the paper tries to submit a hypothesis on that either a town house experienced the extension of the upper floors or totally reconstructed during the course of time. Authors propose ‘eaves types’ as the key idea in this hypothesis. Eaves types are classified into 8 types depending on which floor level eaves are attached to. Eaves types are classified into three upper level groupings, i.e. pitched eaves group, flat eaves group and without eaves group. As for structure, pitched eaves group are basically masonry construction as opposed to the RCC construction (confined masonry) or mixed structure (masonry wall + RCC beams, masonry + RCC rooftop) for flat eaves group. In addition, three-storey buildings of without eaves group turned out to be masonry construction and four-storey buildings of the same group chiefly consist of RCC construction. The former eaves type shows similar characteristic to pitched eaves group. So does the latter to flat eaves group.
Regarding the relations among eaves types, the paper made an attempt to establish a diagram that explains the transition among important eaves types whether an eaves type is reconstructed or just upper floors are extended.
3) Result of the exterior design survey is primarily compared between inside and outside Monument zone of world cultural heritage. Further analysis is conducted by two levels as needed, i.e. comparison among eaves group and that among eaves types. The items to be examined here are frontage, roof shapes, roofing materials, finishing on the first floor wall, openings on the first floor as well as on the third floor, wood carving, window lattice and cornice between the second and the third floor. The result turned out show distinct characteristics among eaves types or eaves groups that led authors to provisional proof of the hypothesis with eaves types.
4) Eaves types are finally confirmed with the construction period and upper floor extension period. In Nepal, for the past one century, prior to Nepal-Gorkha earthquake in April 2015 earthquake, two devastating earthquakes happened. They are Bihal-Nepal Earthquake in January 1934 and India-Nepal border region earthquake in August 1988. These years are applied to separation of periods for recovery from the disaster was the chances to reconstruct the affected buildings. The result of the comparison of reconstruction/extension periods with eaves types again very well explained the characteristics of each eaves type.
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This paper aims to discuss fundamental units forming urban settlement blocks and their development process which demarcate urban fabric with respect to the combination arrangement of urban dwellings types. Bhaktapur is known as one of the historic cities of the World Heritage Site in Kathmandu Valley. The analysis focuses on the house distributions that have common votary areas of the house guardian deity called chetrapatra and the aerial extent of the same surname (thar). Considering these into account, the authors classified urban dwellings into 9 types. We try to submit a hypothesis on the development process of planning type clusters of urban dwellings as fundamental units forming urban settlement blocks.
chetrapatra is an iconic ritual artifact made of stone slab carved in a form of eight-pealed lotus, and it is placed in front of a house entrance or in a courtyard. People worship this stone when they go out to the street from their house or a lane. There are also cases when this type of chetrapatra is common to inhabitants who go in and out at the lane. We classify chetrapatras into 7 types based on ownership and locations. The areal extent for worship to chetrapatra is sub-divisions in the areal extent for worship to Ganesh shrine. But they must be owned respectively on either side of the street.
The Newar population may be classified into various social status according to the traditional profession, caste, or other form of socio-religious associations. In Bhaktapur, their social status are divided into 3 categories. These are the Macrostatus system, thar and phuki. as proposed by Levy (1990). We conducted survey on the distribution of thar for our analysis to have information of kinship. We found five areal extent of a same thar in the case-study area. They all spread the both side of street but have the different plot depth perpendicular to the street.
Next we classify urban dwellings into 9 types whether they have a common chetrapatrs or individual one and their locations, which we call ‘Planning Types of Urban Dwellings’. It should be noted that ‘Courtyard Dwelling Units’ is relatively old compared to the other types of urban dwelling units. In addition, this type has one common chetrapatra shared by all the residences surrounding the same courtyard. chetrapatra is placed in front of the entrance of a ‘Courtyard Dwelling Units’. On the other hand, ‘Detached houses facing the street’ tend to have their own chetrapatra.
Finally, we analyze the distribution of ‘Planning Type Clusters of Urban Dwellings’ in the case-study area. The analysis indicated dominant arrangement patterns which are the one that include ‘Courtyard Dwelling Units’ on one side of the street and ‘Detached houses facing the street on the other side. Taking that into account, we found the particular arrangement patterns of ‘Planning Type clusters of Urban Dwellings’ developed across the street. Another important arrangement pattern is the one that ‘Incomplete Courtyard Dwelling Units’ often found on the plot backside of ‘Detached houses facing the street’. We regard them as two important typical cluster types of urban dwelling units. We suggest that the development process of such cluster types underwent 3 stages, giving great influence to the urban development in the earlier period.
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© 2017 National Technical University of Athens. All rights reserved. This paper reports a non-linear analysis of a steel structure using a large-scale and detailed finite element model considering fracture phenomenon. The shaking-table test results of a 3-story full-scale steel frame structure, which were carried out at E-defense in 2013, are evaluated analytically in this paper. The analytical model used in this study is intended to replicate adequately entire shape of target steel frame structure specimen, assembling huge numbers of tiny finite elements. The damage index is introduced as the fracture criterion on steel members model for execution of FE simulations. Elements whose damage index has been reached to 1.0 are eliminated in our way of FEM analyses. The damage index shows a good correlation with the occurrence of the fracture observed in the experimental test. The timing of the first fracture of the beam end in the analysis mostly match well to that of the experiment. In addition, the structural responses obtained by the analysis agree with those of the experiment.
European Community on Computational Methods in Applied Sciences (ECCOMAS), 2017年06月, Proc. 6th ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering (COMPDYN 2017), 2, 4920 - 4927, 英語, 国際誌[査読有り]
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This paper proposes a new damper that can change the damping force depending on the response displacement and response velocity. The proposed damper reduces the damage of seismic-isolated structures which undergo excessive deformation during huge earthquakes, without lowering the performance of the seismic-isolation system during medium to small magnitude earthquakes. We investigate the effects of using the proposed attenuator on the responses of a superstructure model to seismic motion that causes collision with retaining walls. An experiment using a shaking table is conducted, and the results from the test are compared with those from numerical analyses. The test results agree approximately with the numerical analysis results except for the absolute acceleration results in collision cases.
SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2017年04月, SENSORS AND SMART STRUCTURES TECHNOLOGIES FOR CIVIL, MECHANICAL, AND AEROSPACE SYSTEMS 2017, 10168, 1016810-1 - 12, 英語[査読有り]
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This paper aims to discuss the areal extent and spatial structure of neighborhood, called tol, which possibly demarcate urban fabric with respect to worship and funeral procedure. Bhaktapur is known as one of the historic cities of the World Heritage Site in Kathmandu Valley. The analysis focuses on the house distributions that have the common votary area of the guardian deities' shrine and the use of the same crossing for funeral procedure.
A tol is one of the traditional neighborhood units. But it is not clear how tols are structured and what tols have in common. First, we take a look into the existing studies on origin and outline of a tol, and pay special attention to the following two studies. A research done by Pant (2001) has taken the approach that the key to consider a tol is the areal extent of worship to the guardian deities, ganesh. Another research done by Gutschow (1975) has claimed that the clue to determine tol boundaries is the ways of the Dead to crematories. It consider a tol as equivalent to the areal extent of use of the same chwasa which is a stone found often at the crossings on the way to crematories from the diseased houses.
Ganesh is often considered as a guardian deity at various neighborhood levels. That of a tol is called Tol Ganesh. A Tol Ganesh is normally placed on the main square in a tol, except when there is a presence of a more prominent deity of wider importance in the main square. People in the same tol usually worship the same Tol Ganesh. We find out that those living urban dwellings in located on both sides of a street worship to the same Tol Ganesh, but the depth of its areal extent on one side of a street seems shallow than the other side.
Chwasa is an aniconic ritual artifact made of a single stone placed on the crossing. Various articles left by the diseased are disposed on the stone as a part of the funeral procedures, for example clothes, umbilical cord or inauspicious belongings of the dead. We found 7 chwasas in the case-study area to the east of Dattatraya square. However the inhabitants in the peripheral part of the old city do not use these chwasas but use the temples or the crematories outside the city area. People living in the midst of the city area after disposing articles of the dead on chvasa also use the temples afterwards.
Next we compare the areal extent of worship to Tol Ganesh with that of use of chwasa. Whether or not a ganesh shrine and chwasa are closely placed will determines overlapping extent of both votary areas. However it became clear that the areal extent of use of chwasa have the same character with that of worship to Tol Ganesh in terms of Ryogawa-cho structure explained below and the difference in horizontal depth perpendicular to the street.
Finally, our suevey located tol boundaries in the eastern part of Bhaktapur. It turned out that there were 2 types of tol boundaries. i.e. the more common type whose boundaries lying on the backside of houses (Ryogawa-cho type), and the other one with boundaries lying on the street (Katagawa-cho type). Compering these three boundaries, (Tol Ganesh, chwasa and tol), Katagawa-cho type tol boundaries seem to be an exception. But we will try to find particular meaning in them in the next paper on historic urban formation.
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Authors propoo real tune hybrid tt method using shaking table br emitiw control. 'Ibis test iiystem uses test qxctmen and a semiactivo damper on the shaking tabk and the lumped mass model in a computer. It is possible to apply fbr an experiment supposing midstrny isolated building. In this semi-active conthil, rotary inertia mass daniper encapsulating magnetorheological fluid is used. Send-active control can't avoid a control time lag. This time lag Ic also estimated by acsuming the firiconler delay system. Authors compare experimental results with analytical results considering a control time lag in this papeI The validity o(thii, IVal tinS' hybrid test is verified.
日本建築学会, 2016年11月, 日本建築学会構造系論文集, 81 (729), 1821 - 1829, 英語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
An earthquake with a magnitude of 7.8 (Mw) occurred at 11:56 NST (local time) on 25 April 2015, in the central part of Nepal (Gorkha).We organized a damage survey team and dispatched it to the affected area for several periods following the earthquake (May 26 to June 3: first trip, June 17 to 24: second trip, August 16 to 21: third trip and October 27 to November 2: forth trip) to investigate the damage and collect data. We found traditional construction methods are stronger than imagined. Many traditional earthquake-resistance technologies exist in Nepal. The first and second surveys were to collect timely statistical information on the damage to brick and stone masonry buildings and to confirm the availability of data and their sources for subsequent surveys. We also carried out a first-hand building damage survey in selected areas. The investigation of the strong-motion data set from the USGS Center for Engineering Strong Motion Data includes information from stations in Nepal that continued to function throughout the main shock and the several subsequent strong aftershocks of the 2015 earthquake. The third and fourth surveys were to collect the every building damage survey in selected areas. The motivation behind the survey was to obtain ground truth data for the calibration and improvement of a wide-area damage estimation system that uses satellite data the system is currently under development by National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NEID) and the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). A survey of the degree of damage was conducted for every house in Sankhu and Khokana by the European Macroseismic Scale (EMS) -98. This report outlines the findings of this investigation team into various aspects of the earthquake disaster in the Kathmandu Valley. The motivation behind the survey was to obtain ground truth data for the calibration and improvement of a wide-area damage estimation system that uses satellite data. Field surveys confirmed that the severely damaged urban area was well detected by the decrease derived from the ALOS-2 satellite SAR data. The higher classification accuracy for non-damaged area helps to detect the damaged urban area using this technique, immediately after a disaster.
Springer International Publishing, 2016年08月, Geotechnical and Geological Engineering, 34 (4), 1223 - 1245, 英語, 国際誌[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
伝統的木造建築物の構造特性を評価する際は、建物の微振動計測データから振動特性を直接推定する手法が有効である。本研究では、解体修理中の重要文化財長福寺本堂に対して常時微動計測と加振実験を行い、固有振動数、振動モード形状、減衰定数等の振動特性を推定、解体過程における構造要素の構成の変化に伴う振動特性の変動を観測した。また、微振動計測から求めた実測値を再現するよう立体フレームモデルを構築し、柱梁接合部や小屋組の寄与する水平構面剛性を対象にパラメータスタディを実施、固有値解析により求めた振動特性と実測値との整合性を検証した。
日本地震工学会, 2016年08月, 日本地震工学会論文集, 16 (8), 110 - 122, 日本語[査読有り]
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研究論文(大学,研究機関等紀要)
建築構造物の数値解析精度を確認するために、数多くの実大震動台実験のシミュレーションが行われている。近年では、コンピュータの目覚ましい発展により建築構造物全体を詳細なメッシュで分割して解析を行う詳細有限要素解析に関する取り組みも報告され、高精度な解析が可能であることが示されている。ところで、通常の震動台実験では、複数回の加振が行われている。しかしながら鋼構造建物を対象とした詳細有限要素モデルで、加振履歴を考慮した数値解析例は筆者の知る限り存在しない。そこで本研究では実大震動台実験を対象として、高精度な解析が可能である詳細有限要素解析を用いて、加振履歴を考慮した数値解析を行い、実験と同様に加振履歴を考慮することが解析による実験結果再現性向上のために重要であることを示した。
日本地震工学会, 2016年01月, 日本地震工学会論文集, 16 (1), 217 - 227, 日本語, 国内誌[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
There have been some researches on analysis using finely-meshed FE model to understand in detail the behaviors of buildings during severe earthquakes. The accuracy of such analysis is often validated by comparing the results to the corresponding full-scale shaking table test. While they are highly successful in the accuracy, no researches take account of the effect of fracture of members. In this paper, numerical analysis isconducted for asteel structure subjected to multiple series of excitations in a full-scale shaking table test considering the fracture. The structure is modeled with planar and solid finite elements and the fracture is treated by mandatory deletion of elements at time when fracture was observed in the experiment. It is shown that, by considering fracture of steel members with deletion of elements the history of input excitations and caused damages, the behaviors can be simulated by analysis with much higher accuracy.
日本建築学会, 2016年01月, 日本建築学会構造系論文集, 81 (719), 61 - 70, 日本語[査読有り]
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本研究は、大地震により建築構造物が倒壊に至るような強非線形挙動について、構造物を詳細な有限要素モデルで応答解析した場合と通常の構造設計で用いられるフレームモデルで解析した場合の応答の相違を比較し、これらのモデル化の妥当性と、応答評価のための留意点について検証を行っている。
日本建築学会, 2014年03月, 構造工学論文集, 60B, 213 - 218, 日本語, 国内誌[査読有り]
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The differences in seismic responses in highly nonlinear ranges among various analytical models are not clear. These include such as frame models, and detailed Finite Element Method (FEM) models microscopically reproducing the individual components' shapes are not clear structures. In this study, the dynamic response of a detailed FEM model is compared to those of frame models. The FEM model was made to reproduce a building's shape as precisely as possible and analyzed by LS-DYNA that is commercial FE code equipped explicit method. The frame model was macroscopically composed of beam elements. Two frame models were considered; in one model, the P-delta effect was considered, and in the other model, it was neglected. The differences between those frame models and the detailed FEM model in highly non-linear ranges was investigated. As a result, it was assured that the frame model that neglected the P-delta effect tend to underestimate the deflection in these ranges, while the residual deflection of the frame model that considered the P-delta effect was larger than that of the detailed FEM model because of stiffness degradation.
National Committee for IUTAM, Science Council of Japan, 2014年03月, Theoretical and Applied Mechanics Japan, 62, 159 - 166, 英語[査読有り]
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MRダンパーを用いたセミアクティブ最適制御を対象として,制御パラメータと制御効果との直接的関係について述べた。
日本建築学会, 2013年07月, 日本建築学会構造系論文集, 78 (689), 1237 - 1245, 日本語[査読有り]
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現在,伝統的建造物の保存と活用は,町づくり,村づくりの手法として一般化してきたといえる。伝統的建造物の景観的価値を考えると,その外観保存はきわめて有効な考え方であるとされる一方で問題点も指摘されている。本稿では,重要で根本的な問題である,外観保存によって内部空間が制約される,あるいは内部空間を優先すると伝統的な外観に影響をおよぼすという点に着目し,4つの伝統的建造物群保存地区を対象に,民家の保存・活用の事例から伝統的外観保存と内部空間整備の整合性に関わる問題点を明らかにし,今後の伝統的建造物保存・活用のあり方を検討した。
住宅総合研究財団, 2012年03月, 住宅総合研究財団研究論文集, 38 (38), 125 - 136, 日本語, 国内誌[査読有り][招待有り]
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In this paper, microtremor measurements and on-the-spot investigations of anti-seismic efficiency are carried out at the traditional wooden housings including unoccupied houses located in Imai-Cho, Kashihara-City, Nara, Japan, one of a town built and prospered originally around a temple. This town, Imai-Cho has a lot of traditional wooden structures historically precious, most of those structures have been constructed since 18 or 19 century. Many structures in Imai-Cho are repaired and investigated to preserve to the next ages, on this purpose, in 1993, Imai-Cho has been specified as designated area of the important "Traditional Architectures Preservation District" in Japan. On the other hand of those conserving business, a lot of unoccupied houses are increasing in this area, and those houses are left to become their aging damages without repairs. In this study, to make assure structural properties for anti-seismic efficiencies, building weights and floor sizes, constructing year, natural periods and latent aseismic strength are investigated for various types of wooden houses in this town. Thorough those evaluations, it is found that natural periods in most of structures in this area could be indicated to the explicit interrelations with structural volumes or building ages.
日本建築学会, 2010年03月, 構造工学論文集, 56B, 351 - 358, 日本語, 国内誌[査読有り]
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Partial repairing way of wooden frame elements with notch on the side loaded tension stress is investigated and experimental tests to assure reinforcing effect on the repairing part by using carbon fiber (CF) sheet is carried out. When the notches appear on the bottom edge of beams at reconstructing site of an existing wooden house and those beams with notches can not be removed or replaced, proposing repairing way will be considered to be usefully adopted. Cut-out area of beam is plugged up with wooden peace and covered by wooden plate on the bottom. Those wooden peace and plate are stuck on beams via adhesive layer and CF sheet is rolled up to the repairing part. Stress concentrations and deformations of the repaired and un-repaired beams with notch are calculated by comparison of parametric survey through FEM analyses. Proposing repairing way of wooden beam with notch is also experimentally examined by bending loaded tests. As a result, while notched beam is abruptly broken from the local position around the corner of notch, it is observed that CF sheet reinforced beam is splitted away at the plane covering whole section area, and also that mechanical property of the CF sheet reinforced beam was almost fully at stiffness and about 70% at strength of the non-lacked beam.
日本建築学会, 2008年03月, 構造工学論文集, 54B, 177 - 182, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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研究論文(学術雑誌)
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研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
The optimal allocation of damping in coupled buildings and its control efficiencies are discussed in this research. For a given total damping, the optimal connecting damping and connecting stiffness that result minimum magnification factors for stable vibrations are searched from numerical computation. It was found that allocation of total damping for connecting damping gives maximum control efficiencies when the total damping is smaller. While for larger total damping, the required connecting damping decreases, and more damping should be allocated within buildings. The efficiency of coupling decreases with the increase of total damping, and is defined by an equivalent damping factor. Using equivalent damping factor and equivalent vibration periods, earthquake response of the coupled buildings may be satisfactorily evaluated by response spectra of single degree freedom system.
日本建築学会, 2006年10月, 日本建築学会構造系論文集, 71 (608), 29 - 36, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
研究論文(大学,研究機関等紀要)
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研究論文(国際会議プロシーディングス)
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研究論文(学術雑誌)
In this study, evaluation for seismic behaviors of inter-story isolated building structures and proposition of effective synthesis for inter-story isolating systems are focused. Emphases are put on following items: 1) To make assure fundamental characteristics of seismic responses of inter-story isolated buildings, 2) To estimate influences of aseismic behaviors of inter-story isolated buildings under considering soil-structure interactions. Through parametrically numerical simulations, those items are investigated in detail. As more advantageous idea to improve efficiency of inter-story isolating systems, additional installations of hysteretic damping devices are pointed out and estimated. As a result, it is assured that more effective response reductions can be gained by introducing the additional hysteretic devices on the lower stories below isolating floor.
日本建築学会, 2005年05月, 日本建築学会構造系論文集, 70 (591), 35 - 42, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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研究論文(国際会議プロシーディングス)
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研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
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研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
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研究論文(研究会,シンポジウム資料等)
To propose optimum design shear force distridutions for high-ductility response controlled structures, numerical parametric studies are executed. Various cases of ductility factors, natural periods and inelastic stiffness of whole frames are evaluated to investigate for dispersions on characteristic of response shear force distributions. As a result, significant relations of each parameter to assemble optimum shear force distributions are confirmed. Moreover, by considering dispersions of shear force response, design shear force distributions are proposed to design effective aseismic structural system by installing hysteretic devices.
日本建築学会, 2000年03月, 構造工学論文集, 46B, 385 - 374, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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研究論文(学術雑誌)
In this paper, inelastic seismic behaviors of "stiffness and strength" asymmetric frame structures are investigated. The effectiveness and importance of "high ductility" design for asymmetric structures are emphasized to reduce dispersion of structural response caused by eccentricity. Comparative studies by using various kinds of asymmetric frame models which make different values of "maximum ductility factor response" are executed through numerical simulations. Analytical procedures are operated by extraction of each hysteretic model according to each value of maximum ductility factor response which is targeted on the frame model. Various cases of maximum ductility factor response are evaluated. As a result, it is assured that high performance of energy absorption is operated by introducing high ductility efficiency to asymmetric frame model.
日本建築学会, 2000年02月, 日本建築学会構造系論文集, 65 (528), 59 - 66, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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研究論文(国際会議プロシーディングス)
研究論文(国際会議プロシーディングス)
To improve structural safety under seismic excitations, a new type of active response control system which is named an 'active air-bag control system' is proposed. The argument of this paper is put on the upgrade of the system efficiency from the pilot model of the active air-bag. At first, the following two improvements are carried out as the hardware progress: 1) installing friction-less type of air-cylinders, 2) replacement of air pressure regulators into high-speed response type. By those progress, high performance of the control system is actualized. To accomplish effective aseismic response control by making the most of those progress, modification of the control algorithm is investigated. Emphases are put on the response prediction methods and the index functions. Active control tests are executed for the experimental model of the active air-bag system on the shaking table. As a result, the suitable condition of the control algorithm to actualize effectiveness of the active air-bag are assured.
日本建築学会, 1999年03月, 構造工学論文集, 45B, 7 - 14, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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To reduce structural responses caused by earthquake excitations, various kinds of damper systems are introduced to building structures. However, most of structural design for installing damper systems have been investigated only for symmetric frame structures. To avoid large displacements at the flexible-edge caused by torsional responses, reductions of eccentricity are aimed on general design of asymmetric structures. The concepts of those structural design are based on syntheses to make dynamic behaviors of building structures as to be within elastic region, so inelastic behaviors of stiffness and strength asymmetric frame structures have not been considered sufficiently. In this paper, an emphasis is put on investigations for effectiveness of hysteretic dampers introduced to stiffness and strength asymmetric frame structures. To investigate inelastic behaviors of hysteretic dampers installed to asymmetric frame structures, numerical simulations are executed. As a result, it is assured that, by adequatly locating hysteretic dampers to the asymmetric frame structures, inelastic structural responses regarding to the maximum displacements can be reduced to the same level with that of symmetric frame structures.
日本建築学会, 1998年03月, 構造工学論文集, 44B, 283 - 294, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
In this paper, an emphasis is put on investigations for effectiveness of hysteretic dampers introduced to stiffness and strength asymmetric frame structures. To avoid large displacements caused by torsional responses al the flexible-edge of the structures, reductions of eccentricity are aimed on general designs of the asymmetric structures. The concepts of those structural design are based on what dynamic behaviors of building structures limited within elastic regions, so that, inelastic behaviors of stiffness and strength asymmetric frame structures are not considered sufficiently. To consider to inelastic behaviors of asymmetric frame structures by installing hysteretic dampers, numerical simulations are executed, As a result, it is assured that, by adequately locating of hysteretic dampers to the asymmetric frame structures, inelastic structural responses regarding to the maximum displacements can be reduced to the same level of those of symmetric frame structures.
SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 1997年12月, SMART MATERIALS, STRUCTURES, AND INTEGRATED SYSTEMS, 3241, 280 - 288, 英語[査読有り]
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研究論文(国際会議プロシーディングス)
A new type of active control system named an 'active air-bag control system' is proposed for reducing responses of building structures under various kinds of external disturbances. And also, the active air-bag system aims to control maximum inter-story displacements of building structures for shock motions. Main concept of the active air-bag system for building structures is introduced from the idea of human safety system of automobiles. In order to investigate control effects of this system, an experimental apparatus was developed and preliminary experimental tests are executed. Air cylinders which can generate the active control force are adopted as control devices of active air-bag system, and those are located on the lowest story of the structural model. As testing results, remarkable reduction of vibrations can be observed on the response control of free vibrations and also for harmonic excitations.
日本建築学会, 1997年03月, 構造工学論文集, 43B, 177 - 184, 日本語[査読有り]
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研究論文(学術雑誌)
A 'multi-located active control system' using active braces is investigated as a structural response control system for seismic excitations. In this paper, emphasis is put on optimal arrangements of active control force of each control device. To control the multi-located active braces system, a 'digital-optimizing control method' is installed as a control algorithm. On the point that the aseismic active control algorithm should be simple and effective, the digital-optimizing control method is fairly advantageous and applicable for practical use of active control system. Through numerical simulations, optimal arrangements of control force of each control device of active brace are examined, and also the effectiveness of this control algorithm is examined. As a result, it appeared that the control forces of lowest story is very important for response control by multi-located active braces, and more effective reductions of response can be gained by introducing optimal arrangements of the control forces of higher stories.
日本建築学会, 1997年03月, 構造工学論文集, 43B, 151 - 164, 日本語[査読有り]
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A 'digital-optimizing control method' is proposed as a new practical method for active control systems of building structures. To investigate this control method, a 'multi-located active control system' using active braces is adopted. In this paper, an emphasis is put on the active structural response control for earthquake excitations. On the point that the aseismic active control algorithm should be simple and effective, the digital- optimizing control method is fairly advantageous and applicable for practical use of active control system. To control multi-devices efficiently, a 'digital index function' is introduced onto the optimization of control performance. Through numerical simulations, the effectiveness of this algorithm is examined. As a result, it appeared that remarkable control effects are obtained by introducing the digital-optimizing control method into multi-located active control system.
日本建築学会, 1996年03月, 構造工学論文集, 42B, 583 - 594, 日本語[査読有り]
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建築物の構造設計では「想定」した大地震時に建物を倒壊させないようにして人命を保護することが基本理念となっている。しかし、換言すると、万一「想定外」の地震が発生した場合に建物が大損傷を受け、その時に何が起こるかを予測することは現在の構造設計の範疇にないと言える。
東日本大震災以降、我が国では「防災」から「減災」へ、災害に対する備えの認識が変化しつつある。そのため建築構造においても、従来の設計の範囲を越える事象に対して、その潜在的リスクを明らかに備えることは極めて重要である。そのためには、まず建物が倒壊に至るまでの状況を正確に把握することが必要である。本研究では、建物の形状を詳細部までFEMモデルで構築することにより局部的な挙動から建物全体が倒壊に至るまでの挙動を再現可能とし、そのモデルを用いて大地震時の建物倒壊挙動の把握を行った。
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会議報告等
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学術書
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調査報告書
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シンポジウム・ワークショップパネル(指名)
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(社)日本建築学会
1991年04月 - 現在Japan Association for Earthquake Engineering
Japan Wood Research Society
日本地震工学会
関西地震観測研究協議会
(社)日本建築学会近畿支部構造力学部会
(社)日本鋼構造協会
(社)日本免震構造協会
(社)大阪府建築士会1級学科構造分科会
(社)日本建築協会編集委員会構造分科会
(社)日本建築学会近畿支部木造部会
日本木材学会
本研究は、アクティブ・セミアクティブ制御を用いて、大振幅地震動に対して、人命保護のみならず、建物の損傷を制御し、重要な機能を維持する方法を提案することを目的とする。構造部材(骨組や免震積層ゴム)が非線形化した後の挙動に対してもアクティブ・セミアクティブ制御の効果を検証するために、2つの加振装置によるリアルタイム・ハイブリッドシミュレーション(RTHS)による検証システム(デュアルRTHSシステム)を提案した。研究項目は、1)デュアルRTHSシステムの開発、2)非線形セミアクティブ免震構造の提案、3)大質量比アクティブマスダンパー(大質量比AMD)制振構造の提案である。 これに対し平成30年度は、1)デュアルRTHSシステムを開発し、その動作を確認し、続いて2)非線形セミアクティブ免震構造の提案を行った。 構築したデュアルRTHSとは、コンピュータ(DSP)内の建物モデルに地震動を入力し時刻歴応答解析を行い、得られた免震層の応答変位をアクチュエータで再現し積層ゴムを加振し、振動台で再現しセミアクティブ制御ダンパー(MRダンパー)を加振するものである。このときアクチュエータへは振動台側のコントローラからLANケーブルを通じて指令が送られる。そして積層ゴムの復元力とMRダンパーの減衰力をロードセルでそれぞれ計測し、DSP内建物モデルの運動方程式に代入して応答解析と制御演算を行う。これらの操作は500Hz間隔で繰り返される。 このデュアルRTHSを使用し、積層ゴムがハードニングを生じる非線形領域で応答する免震構造の応答をセミアクティブ制御で低減する実験を行った。その結果、積層ゴムの非線形挙動時において、提案したセミアクティブ制御則によって、線形挙動時と同等またはそれ以上のセミアクティブ制御の効果が得られることが確認できた。
競争的資金
伝統的な「折紙」の技法を応用した構造システムの実用化に必要な要素技術検証を目的とし、本研究計画では、同期展開可能な代表的な剛体折紙の手法である「ミウラ折り」を応用した折畳・展開機構を有する構造物構築ための実用的な技術的課題の検討を進めた。2年目は、以下の3つの要素技術に関する問題に取組んだ。 ①構造システムの要素技術検討:建築物への適用のために、折版構造要素を外装面材等に使用することを想定し、こうした一般的な建築用外装材が受ける外力作用に対する折板構造システムの安全性の問題に着眼した。そこで、面外荷重作用を受ける板要素(セラミクスやガラス素材を想定)の破壊性状を明らかにするために、可視化実験の実施と構造解析モデルの構築に取組んだ。 ②可動機構と形状制御・安定化の要素技術検討:ミウラ折りを板構造に適用した展開板構造の展開状態において、幾何学的条件(辺の長さ、平行四辺形の内角、板厚)で決まる展開形状精度を機構解析により考察した。厚みがあること、また折り線が板厚方向に傾斜していることなど、厚みと折り線の複合的な作用により、面内方向の張力でのみ展開させた場合には、展開形状が幾何学的条件により一意に定まることが示された。また展開板構造の軌道上実証に向け、超小型衛星搭載用の展開板構造ミッション部を開発した。 ③変形追従性に関する要素技術検討:変形追従性に関する検討課題である剛体部と柔軟部との接合要素技術に対し、昨年度に開発した手法よりも更に耐久性の高いヒンジ機構を開発した。具体的には、剛体部と柔軟部とで同じ材料を用いるが、柔軟部については充填率を低下させ、メッシュ状の構造とすることで柔軟性を付与する方法を提案した。同一材料であることから剛体部と柔軟部とで接合強度を確保でき、機械的ヒンジを持たない折畳み可能なシェルを一工程にて製作が可能となった。
2018年度は、本研究で提案しているリンク式制振装置を設置した縮小3層フレームの振動台加振実験を実施し、地震応答低減に対する提案装置の有効性を検証した。交付申請書においては、2018年度は動的載荷実験による装置の詳細仕様の策定を予定していたが、予定よりも研究が順調に進行し、2017年度には実大2層フレームの振動台実験による性能検証が実施できたため、2018年度には装置を適用可能な建物規模の拡大を目的として、3層フレームに設置した場合について実験検討を行った。 理想は実大の3層フレームを用いることであったが、試験機の制約から高さ方向を約1/2に縮小した3層フレームを試験体として用いた。制振装置は、層間変形を一様化する役割を担うリンク部材と、地震入力エネルギーを吸収する粘弾性ダンパにより構成した。入力地震動には、これまでに国内で観測された震動7クラスの地震動を用い、それらの過酷な地震動に対する提案装置の有効性を検証した。また、実験結果を精度よく再現できる解析モデルを作成し実験の模擬解析を行うことで、実験では計測できなかった試験体細部の応答を検討した。 実験の結果から、3層の建築物に対しても、提案する装置が大地震時の建物の層崩壊を抑制し損傷を大幅に低減できることを実証できた。また、実験を模擬した時刻歴応答解析の結果からは、構築した解析モデルにより実現象を精度よく模擬できること、および、装置全体が意図通りの安定した挙動を示していることを確認した。これらの成果は、本研究で提案した制振装置が建物の耐震安全性の向上に極めて有効であることを実験および解析の両面から明らかにした点において重要である。
競争的資金
「構造シミュレータ」と「避難シミュレータ」の双方向検証に基づく人的被害軽減のための定量的評価のために、本研究で取組んできた非構造材の「損傷シミュレータ」を組込んだ統合シミュレーションを実施するための可視化ツールを作成した。「損傷評価オブザーバ」機能と「損傷制御オペレータ」機能の妥当性について、統合シミュレーションの結果に基づき検証を行った。構造シミュレータの解析結果に基づきこれとリンクさせた「損傷シミュレータ」からの損傷度評価を初期条件として、「避難シミュレータ」による避難障害検証を連続して行った。その結果より「損傷制御オペレータ」機能により、キーエレメントを特定した。
本研究では、世界文化遺産登録都市であるネパールのバクタプル旧市街について、現地調査を行い、その都市型住居と街区の形成過程を明らかにした。まず、ヒンドゥー教の神々の礼拝圏や職業姓によって、街区の単位となる都市型住居の範囲を確定した。この範囲で都市型住居の平面構成を調査し、その新旧から街区形成過程を明らかにした。 また、街路両側で都市型住居の外観が異なることを指摘し、これが歴史的な街区形成過程によって作られたネパールの都市景観である結論を得た。
衝突や爆発などの衝撃作用を受ける建築物の挙動の中で、人的被害の直接要因となりうる非構造材破壊や、部分的な構造要素損傷が建物の大部分の破壊を誘発するような連鎖崩壊に着目し、動画解析を用いて、こうした破壊現象の進行過程を定量的に検証することを研究目標とした。主たる研究成果として、多くの建物のファサードの一般的外装材料である板ガラスを扱い、飛来物の衝突実験を実施して、その衝撃破壊挙動を高速カメラで記録し、ガラス破片の飛散過程を動画解析により定量的に評価した。また、実験結果に関するFEMシミュレーションを行い、高速カメラで記録した破壊挙動の解析による再現が十分可能であることを確認した。
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パルス性地震動と長周期地震動に対する免震構造の安全性と機能性を高めるために、床応答加速度と応答変位を低減することを目的とした。磁気粘性流体(MR流体)を用いて粘性を可変にできる回転慣性質量ダンパー(MR回転慣性質量ダンパー)を製作し、解析およびリアルタイムハイブリッド実験によって、制御効果を検証した。 セミアクティブ制御により、標準的な入力地震動の他、断層近傍のパルス性地震動や長周期地震動など建築基準法の水準を超える多様な地震動に対して、最大床応答加速度を平均6%程度、最大応答変位を平均28%程度低減するなど、床応答加速度を抑制しながら、免震層の応答変位を低減できることが明らかになった。
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伝統構法木造建築物では、仕口・接合部や耐力壁など構造ディテールの性能評価を含めた総合的かつ合理的な構造設計法は、いまだ確立されていない。本研究では、木材のめり込みなどによる仕口・接合部の耐力発現のメカニズムおよび土塗り壁や木造軸組の力学特性や破壊性状を実験的かつ解析的に解明するとともに、構造ディテールに基づく伝統木造建築物の設計法に適用するための評価手法を開発した。
本研究では、連結振り子方式をパッシブ型制震装置として構成するために、擬似的な負剛性を有する連結材として「指向性反発型制震ダンパー」の開発を目指した。本課題研究では、指向性反発機構の実験用試験体を試作して、その特性・問題点を検証するとともに、本制震ダンパーの適用に有効性が見込まれるような構造物系の振動特性と構造条件について、数値シミュレーション、実測調査による分析・評価を行った。 1.連結振り子ダンパーの特性の有効な適用法として、免震構造物系の免震層ダンパーとして利用するハブリッドシステムの制震効果を検証した。免震層、上部構造物系の周期の条件と連結振り子による制震効果との関連を数値シミュレーションにより評価するともに、免震層の設置位置を建物中間部とする中間層免震構造への適用性についても検討を行った。 2.隣接建物連結方式の制御系において構造体の各部に減衰量を分散配置するケースを想定し、構造躯体各部分の周期、連結材の剛性に応じて、躯体ならびに連結材に分担させるべき減衰量の最適分配条件について検証するとともに、本制震ダンパーの適用性を検討した。 3.木質構造のように床構面において剛床仮定が成立しない構造物系において、隣接建物連結方式の制御システムと同様の振動制御法が適用可能との着眼から、床構面ないし壁構面に、指向性反発機構を適用する制震手法の適用性を検討するために、木質建物の実地加振による振動特性の分析調査を実施し、ダンパー設置の効果を評価するための立体振動解析モデルの作成を行った。 4.ワンサイドベアリングの利用により、押し引きの滑り抵抗に指向性を持たせた指向性摩擦機構の実験用試験体の設計・試作を行った。振動台を利用した予備実験を実施し、ダンパーの履歴性状に見られる擬似的な負剛性効果の再現性について検証を行うとともに、試作モデルの駆動性状に含まれる問題点を調べた。
本研究は崩壊という観点からピロティ建物の耐震安全性を検討するとともに、変形配分型構造システムを開発し、建物崩壊を防止するための一つの方策を提示しようとするものである。 (1)ピロティ建物の崩壊メカニズムの解明:ピロティ建物の崩壊をもたらす第1階の柱の崩壊性状を検討するために、本研究ではまず収束計算が必要とはしない数値積分法を開発し、鉄筋コンクリート橋脚の動的崩壊性状を検討した。また、ピロティ階の柱について崩壊解析を実施し、柱の動的崩壊は水平耐力のほかに長期軸力比や上下動の影響が大きいことを明らかにした。建物の崩壊は水平復元力の負勾配と耐力の喪失に特徴付けられるので、負勾配の程度と地震動レベルとの関係も検討した。更に、直下型地震動の破壊力を検討するために、それをピーク値(PGA,PGV,PGD)のみに基づく正負地動パルスで単純化し、1自由度弾塑性系の最大応答や必要耐力などを簡単な解析式より予測できる可能性を示した。 (2)変形配分型構造の基本性状:ピロティ建物の崩壊を防止するために、変形集中を防ぐ必要がある。変形配分型構造は建物にRCD機構を組み込んだものである。RCD機構は第1階において、上層階の耐震壁に斜柱を追加したもので、そのメカニズム的な変形によって変形の配分を行う。本研究では、まず変形配分型構造のモデル化を行い、その耐震設計法や耐震性能を検討し、新築建物や既存建物の耐震補強への適用を検討した。次に、模型振動台実験を行い、建物の高さ方向での変形配分はRCD機構の斜柱の傾きのみに依存し、RCD機構による変形配分の有効性を確認し、1次モードの応答変位を幾何学的配分する効果及び挺子機構による内力の再配分効果を検証した。
本研究計画では、アクティブパワードマスカプラ(連結振り子)式制震(振)システムの開発を目指し、最終年度は、本制震システムの特性を生かした具体的な応用手法を提案するための研究に取組んだ。アクティブパワードマスカプラは、構造物に設置した動吸振器の付加質量部を、地盤面等の固定面とも別途連結し、アクチュエータでこの連結材のふるまいが、みかけ上負剛性を有するように制御を行うシステムであり、動吸振器に要求される付加質量を大幅に低減しても、同等の減衰性能を維持可能なような改良が加えられる。前年度の研究では、実験装置の試作によりアクティブパワードマスカプラの性能評価を行ったが、模型レベルでは制御装置の減衰調整がフレキシブルに行えないため、実験条件は限定されていたが、免震構造のような長周期の振動系の特性改善のための本システムを利用の有望性が指摘された。 そこで本年の研究では、この成果を裏付けるため、免震構造物系を対象とし、その特性改善にアクティブパワードマスカプラを利用するための設計法の提案を目指し、数値実験を中心とした検証を行った。得られた成果を概述すると以下のようになる。 (1)免震構造物系に設置される粘性減衰要素は、免震化領域の周波数成分をもつ外乱入力に対し、免震効果を損なうが、アクティブパワードマスカプラを代置することで、その特性は改善可能であることが示された。 (2)定点理論に基づき誘導したパワードマスカプラ式制震システムの調整式を連結振り子付きハイブリッド式免震構造物に適用するための設計法を提案し、数値実験により地震時挙動のシミュレーションを行った結果、提案手法の有効性が示された。 (3)パワードマスカプラ式制震装置を免震構造物の支承部に設置することにより、長周期成分を含む外乱に対しても、免震層の加速度応答増加が抑制されると同時に、免震層の変形抑制効果もあるが示された。
本研究では、建築構造物の耐震性能向上のために免震・制震(振)等の構造制御技術を適切に導入するための新しい耐震設計法の開発を目的として、従来の枠組みの耐震設計建物の具備する性能と動的応答制御システムによってもたらされる付加性能とを適切に結び付けるアダプティブインターフェースの基本構成を定量的に明らかにして行くために、まずこの分野の研究の現況把握が重要であると位置づけ、文献を中心として免震・制震(振)構造システムの研究・開発についての資料を収集し、現状の整理と分析を行った。 これを参考とし、これら個々の構造制御技術の適応性についての問題点の検討とともに、構造制御型耐震設計の基礎となる同定・ヘルスモニタリング・耐震補強に関する課題の抽出を行った。続いて、適応型免震構造の枠組みを構築するために、すべり支承型免震装置、上下衝撃緩和装置付免震支承、上部構造のねじれを考慮した免震装置について基本的な検討を行った。さらに、受動型制震システムに対して最大塑性率応答を評価指標とした適応型性能評価法の提案を行い、中間層免震に拡張した受動型制震構造設計法に関する詳細な検討を行った。 次に、能動型制震システムによるアダプティブインターフェースを実現するための制御アルゴリズムとして、準ニュートン法に基づくQN制御法、離散型最適制御法、モデル規範形適応制御法を用いた、制御系の設計法に関する詳細な検討を含め、適応型制御システムの全体構成についての定量的な検討を実施している。 これらの研究成果をふまえ、抽出された将来への研究課題を解明して行くために、さらに、継続して強力に研究を推進して行くことが重要と考えている。
本研究では、(1)耐力の不足する部分を有する建築構造物を適切に補強する手法の開発、(2)過大入力に対する制御装置の安全機構を備えつつも最大限度の駆動が可能な制御システムの開発を目的としており、(1)について、制震フレーム補強方式を提案し、これを(2)の条件を満足するような衝撃緩和装置として導入するために、新たな制震構造であるアクティブ・エアバッグシステムの提案を行うとともに、その有効性について解析ならびに実験による検証を行った。 1.エアシリンダを適用したアクチュエータ系、弾性補助支持による制震フレーム系、並びに離散型最適制御法を適用した制御アルゴリズムの基本性能評価を行い、数値解析、並びに実験的検証の結果の整合性について検討を行った。 2.エアシリンダの空圧の調整速度に関するシステムの追従特性を定量的に評価し、アクティブ・エアバッグシステムを対地震制震システムとして導入するためのアクチュエータ系の設計条件について明らかにした。 3.アクティブブレースを用いた制震構造システムとの性能比較により、アクティブ・エアバッグシステムにおける制御装置の安全機構の定量的特性について評価を行い、目標クライテリアに応じた制震フレーム系の設計条件について明らかにした。 4.種々の外乱に対するアクティブ・エアバッグの動特性の実験的計測結果に基づき、アクティブ・エアバッグを駆動するための制御アルゴリズムとしての離散型最適制御法の適用について、詳細な数値解析を行い、離散型最適制御法の適正なチューニング法について明らかにした。 5.以上の検証により得られたデータを分析し、アクティブ・エアバッグシステムを用いた制震フレーム補強方式を利用し、より有効な制御効果を得るための制御法・制御装置の今後の実用的改良についての重要な方向性についての提案を行った。
本研究では、免震構造物における外乱の入力効果の低減に対する特性、並びにフィードフォワード回路を導入した制御系による入力相殺効果を積極的に導入し、これらをシステマティックに設計するための入力絶縁制御構造システムの開発を行うことを目的としており、応答制御構造デバイスとして、免震支承に加え、耐震エレメント、制震構造デバイスを制御装置群として用い、これらのハイブリッド機構を構成することにより入力絶縁制御構造を実現するために、システムが具備すべき基本性能を明らかにするための検証を行った。 1.入力絶縁構造システムの構築に先立って、あらかじめ免震・制震構造の現況調査を行い、これらの問題点を明確化した上で、これらのハイブリッド化機構に考慮すべき問題点の検討・整理を行った。 2.入力絶縁構造システムの制御理論モデル化を行った上で、ハイブリッド免震機構への適用法を検討するために、数値実験によりシステム全体の性能評価を行った。 3.免震構造システムの特性を考慮した上で、補足的に制震制御系を複合化する設計的アプローチの有効性についての検討を行った。特に衝撃的外乱に対するシステムの動的挙動について、数値シミュレーションにより詳細な検証を行った。 4.制震構造システムの特性を考慮した上で、補足的に免震構造特性を複合化する設計的アプローチの有効性についての検討を行った。特に入力エネルギーの絶縁機構の構成に関する検討を数値ーチの有効性についての検討を行った。特に衝撃的外乱に対するシステムの動的挙動について、数値シミュレーションにより詳細な検証を行った。 5.以上の、検討項目に対して得られた検証結果を分析・検討し、入力絶縁制御構造の開発のための基礎的提案を行った。
本研究では、既往の対地震用制震構造では、せいぜい中小規模の地震動に対して有効であるに過ぎないという現況に立脚し、兵庫県南部地震の如く直下型地震において建築構造物に甚大な被害をもたらす要因の一つと考えられる巨大な水平動とほぼ同時に作用する上下動の影響による衝撃的な入力を考慮し、大地震を想定した「3次元衝撃吸収機構」を有する総合制震システムの開発を検討して行くために、まずこの分野の研究の現況把握が重要であると位置づけ、文献資料を中心として収集し、現状の整理と分析を行った。 これを参考とし、大地震を想定した場合に考慮すべき諸条件の詳細な検討と、これらの条件に適合した制御アルゴリズムの提案、並びに効果・損失の評価を実施した。すなわち、外乱の影響を速やかに除去し制御系の過渡応答特性を改善するためのフィードフォワード制御回路の導入、過大入力に対して制御装置の差動限界を超えるような場合においても安定な制御系を構成するための手法、並びに、構造物系全体の理論モデルに含まれる非線形性・不確定性に対応した制御インターフェースの構築といった諸問題を考慮したモデル規範形適応制御、並びに離散型最適制御法の提案を行った。 さらに、これらの成果を集約し、大地震を想定した衝撃的な入力を考慮した建築構造物の動的応答制御システムの開発に対する検討を行った。すなわち、制震構造システムの制御装置に対して大地震時の過大入力に対する衝撃緩和性能を具備させたアクティブ・エアバッグシステムの開発、並びに上下方向衝撃緩和装置を導入した免震支承の開発に着手し、数値解析、並びに実験的検証を実施することにより、大地震対応の諸性能に関する定量的な評価を実施している。 これらの研究成果をふまえ、抽出された将来への研究課題を解明して行くために、さらに、継続して強力に研究を推進して行くことが重要と考えている。
本研究では、特に都市直下型大地震時に予測される、過大な地震動入力ならびに衝撃入力を想定し、建築構造物が十分な耐震性能を発揮可能な装備として、構造物において耐力の不足する部分、あるいは地震動のエネルギーの集中する箇所に対して、衝撃緩和機構を持つ「柔制震構造システム」の開発を目的としており、柔制震構造システムの基本的な構成要素を定量的に明らかにするための検討を行った。 1.制震(振)構造システムの開発の現況についての資料を収集・分析した。 (1)免震構造システム (2)受動型制震(振)構造システム (3)能動型制震(振)構造システム 2.直下型地震動の特性ならびに構造物系の動特性の検討を行った。 (1)上下動成分を考慮した直下型地震動特性の検証 (2)地震動の上下動成分の影響を考慮した建築構造物系の動的応答特性の検討 (3)地盤特性や構造パラメータの非線形特性に関する検討と、これら未知パラメータを有するシステムへの適応性を有する制御アルゴリズムの構築 2.衝撃緩和機構を導入した制御系の特性評価を行った (1)免震構造システムの適用に関する検討・所要性能の定量化 (2)制震構造システムの適用に関する検討・所要性能の定量化 2.衝撃吸収機構を免震・制震構造に導入した具体的なシステム構成について検討を行った。 (1)上下衝撃吸収・水平免震機構を有する免震支承システム (2)アクティブ・エアバッグシステム 2.以上の検討結果を総合的に分析した上で、柔制震構造システムの基本的な構成要素に関する理論的・数値的検証を行い、柔制震構造システムの要求性能の定量化、さらに検討すべき点、並びに問題点の明示を行った。
本研究では、特に都市直下型地震を想定した場合においても、建築構造物が十分な耐震性能を発揮可能な装備として、信頼性の高い総合制震構造システムの開発を行うための基礎的資料を得ることを目的としており、総合制震構造システムの基本的な構成要素を定量的に明らかにするための検討を行った。 1.制震(振)構造システムの開発の現況についての試料を収集・分析した。 (1)免震構造システム (2)受動型制震(振)構造システム (3)能動型制震(振)構造システム 2.地盤・構造物相互作用系における動的連成問題を考慮した制震理論の検討を行った。 (1)地盤-構造物系の理論モデル化と制御系の理論的検証 (2)連成系の制震システムに対する数値的検証 3.直下型地震動の特性ならびに構造物系の動特性の検討を行った。 (1)上下動成分を考慮した直下型地震動特性の検証 (2)地震動の上下動成分の影響を考慮した建築構造物系の動的応答特性の検討 (3)構造物系の動特性の変動に対する自動同定システムの開発 4.総合制震構造システムにおける制御系の試設計を行った (1)免震構造システムの適用に関する検討・所要性能の定量化 (2)制震構造システムの適用に関する検討・所要性能の定量化 (3)地盤の特性を組み込んだ総合制震システムの制御系の所要性能の定量化 5.制震システムを組み込んだ構造物模型を含め、制御システムの全体構成について検討した。 (1)地盤・構造物模型-地盤動特性を組み込み可能な加震装置の使用。偏心のある構造物を想定した検証 (2)制御デバイスの検討-アクティブマスダンパ(AMD)、アクティブブレース。 (3)制御アルゴリズム-最適レキュレータ、離散型最適制御法。 6.総合制震構造システムの妥当性を検討するために、総合実験を行った。
本研究では、比較的中規模程度以下の建築構造物において、地震時におけるその動的挙動に大きな影響を及ぼす地盤連成作用に注目し、地盤-基礎-上部構造系の動的相互作用を考慮した制震システムの開発を検討して行くために、まずこの分野の研究の現況把握が重要であると位置づけ、文献資料を中心として収集し、現状の整理と分析を行った。 これを参考とし、システムの基本的な構成要素を定量的に明らかにして行くために、各種免震動・制震(振)システムの利点や短所などの特性に対する性能評価を実施するとともに、地盤連成作用の研究を概観し、本研究における制震システムに適用するための手法について調べた。 次に、地震動を想定した構造制御システムを構成する上で重要な問題となる地震外乱および構造物応答特性に関する検討を行った。すなわち、地盤および構造物系の動的構造特性などの制御系全体を構成する個々の要素を適切に評価するための同定手法の開発、地震動の上下動入力の影響を適切に評価するための解析モデル・解析手法の開発、ならびに耐力偏心、耐力不足箇所を有する構造物において、免震・制震構造システムの導入による耐震設計・耐震補強を可能とするための検討を行っている。 さらに、これらの成果を集約し、地盤・構造物連成系を考慮した建築構造物の動的応答制御システムの開発に対する検討を行っている。すなわち、地盤・構造物の動的連成を考慮した建築構造物モデルについて、制御系の定式化、並びに検証を行い、制震構造システムにおける動的連成問題の取り扱いに対する評価を定量的に示している。また、地盤連成を考慮した建築構造物の制震システムについて、構造物模型を用いた実証的な開発研究を行うために、地盤動特性を組み込むことを可能とする加振装置の設計・開発を行った。 これらの研究成果をふまえ、抽出された将来への研究課題を解明して行くために、さらに、継続して強力に研究を推進して行くことが重要と考えている。
可動翼を利用して風圧・風向を変化させ、風の力により構造物の揺れを制御する制振システムであるアクティブフィンシステムの実用化ための課題、特に有効な2方向制振を行うための制御アルゴリズムの開発についての検証を行った。 1.実験装置 (1)振動方向1自由度型構造物模型---構造物模型の振動方向と風向との関係をパラメータとし、アクティブフィンによる制御効果の変動を検証した。 (2)振動方向3自由度型構造物模型---水平2方向の振動成分とねじれ成分をもつ、より実構造物に近い形式の構造物模型に対して、風による揚力・抗力を有効に利用した2方向制振方式についての検証を行った。 2.可動翼の受ける受風圧の特性 (1)可動翼の種々の形状に対する翼の迎角と受風圧との関係について準静的な特性を調べた。 (2)可動翼の駆動にともなう受風圧の変動の動的な特性を調べた。 3.制御装置 (1)単一可動翼による制御システムの検証。 (2)補助可動翼を利用した制御システムの検証。 4.制御アルゴリズム (1)可動翼周辺の風の流れの変化と、可動翼の受ける受風圧の変動とをマクロな物理現象としてモデル化し、この力学的モデルに基づく制御力生成メカニズムを考慮した制御アルゴリズムを構築した。 (2)振動方向3自由度型構造物モデルに対して適用可能な、より実際的な2方向制振アルゴリズムを構築した。 5.制御システムの検証 (1)実構造物の風による振動の実地調査を行い、データを採集するとともに、実機レベルの制振装置による制御効果のバックデータを得た。 (2)風洞での、縮小モデルを用いた風振動制振実験を行うことにより、アクティブフィンの2方向制御アルゴリズムを、より最適なものとして修正した。 (3)可動翼による制御力の力学的モデルをもとに数値シミュレーションを行い、実験結果を検証した。
アクティブフィンを実機レベルの制振装置として実用化するための基礎的研究として、アクティブフィンの縮小モデルを作成し、風洞実験と数値シミュレーションにより、アクティブフィンシステムの有効な制御アルゴリズムの検証を行った。 1.制御デバイス (1)鉛直軸回転式1枚羽装置(Single-fin Type) (2)鉛直軸回転式2枚羽装置(Twin-fins Type) (3)水平開閉板型装置(Triplet Type) 2.アクティブフィンにより付加される制御力の検討 風洞実験により、以下のような視点からアクティブフィンにより実際に建物に付加される制御力を検証した。 (1)可動翼の見つけ面積と風圧力との関係を調べた。 (2)可動翼の状態変化に伴う風圧力の動的変化の特性の調べた。 (3)可動翼の形状、および駆動機構の違いによる制御力生成メカニズムの違いを調べた。 3.有効な制御アルゴリズムの検討 上記の検証実験の結果を基に、実機レベルのシステムに対応した2方向制振アルゴリズムを構築し、以下のような手法で制御効果を検証した。 (1)可動翼の形状や駆動機構の違いに対応した制御アルゴリズムを作成し、それぞれの制御効果の比較検討を行った。 (2)風向きと建物の揺れの向きとの関係を変化させ、種々の風速下での制御効果の違いを調べた。 4.制御システム設計のための検証 (1)風洞実験により得られたアクティブフィンの制御特性を検討し、さらに、数値シミュレーションによりその結果を検証した。 (2)実構造物の風による振動の実地調査を行い、実際の制御システム構築のための基礎的データを得た。