井澤です

No.332から334まで構造特性係数Ｄsがテーマでした。難しかったですね。
今回はあまり難しくない形状係数Ｆesです。

■問題
各階の保有水平耐力の計算による安全確認において、一般に、偏心率が所定の数値を上回る場合や、剛性率が所定の数値を下回る場合には、必要保有水平耐力を大きくする。（一級構造：平成25年No.25）

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■解答　正。

「保有水平耐力」が「大地震時の地震層せん断力Ｑud」以上であれば、大地震でも基本的には倒壊しないのですが、平面的な剛性分布のバランス（偏心率）や高さ方向の剛性分布のバランス（剛性率）が悪ければ、「保有水平耐力」として最低「必要」な値、すなわち「必要保有水平耐力」を大きくしなければなりません。そのための補正係数が「形状係数Ｆes」です。

―――――――――ポイント―――――――――

（必要保有水平耐力Ｑun）＝（構造特性係数Ｄs）×（形状係数Ｆes）×（Ｃ0＝1.0の大地震時の地震層せん断力Ｑud）
■大地震時の地震層せん断力Ｑud
必要保有水平耐力のベースとなる値。
■構造特性係数Ｄs
靱性が高ければ、必要保有水平耐力を「大地震時の地震層せん断力Ｑud」より小さくしてもよい。そのための係数。１以下。
■形状係数Ｆes
剛性のバランスが悪ければ、必要保有水平耐力を「大地震時の地震層せん断力Ｑud」より大きくしなければならない。そのための係数。１以上。
偏心率（平面的な剛性分布のバランス。剛心と重心のズレ。）が0.15を上回る場合や、剛性率（高さ方向の剛性分布のバランス）が0.6を下回る場合は、剛性のバランスが悪いため、形状係数Ｆesが大きくなり、必要保有水平耐力が大きくなる。
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なお、Ｆesのアルファベットの意味は次のとおりです。
Ｆ：Factor（係数）
e：eccentricity（偏心率）
s：stiffness（剛性率）

井澤です

■問題１
鉄筋コンクリート構造において、必要保有水平耐力の計算に当たり、付着割裂破壊する柱の部材種別をＦＢ材として構造特性係数Ｄsを算定した。（一級構造：平成20年No.14）
■問題２
鉄筋コンクリート造の建築物の保有水平耐力計算において、構造特性係数Ｄsを算定する際に必要となる部材種別の判定に当たり、メカニズム時において耐力壁部材がせん断破壊したので、部材種別はＷＤとした。（一級構造：平成22年No.14）
■問題３
ブレース構造とした鉄骨造の梁において、崩壊メカニズム時に弾性状態に留まることを確かめたので部材種別ＦＢの梁を採用した。（一級構造：平成24年No.18）
■問題４
鉄骨鉄筋コンクリート構造において、構造特性係数Ｄsの算定に当たって、耐力壁の想定される破壊モードがせん断破壊以外であったので、その耐力壁の種別をＷＡとした。（一級構造：平成24年No.19）

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■解答
■問題１　誤。付着割裂破壊（ＲＣ造において、異形鉄筋の節（ふし）が周囲のかぶりコンクリートを押し広げ、はく離させる破壊）は脆性破壊であり、脆性破壊する部材の種別はＤ。したがって、柱の部材種別はＦＤとする。
■問題２　正。せん断破壊は脆性破壊であり、脆性破壊する部材の種別はＤ。したがって、耐力壁の部材種別はＷＤとする。
■問題３　正。本来、梁の部材種別はＦＡが望ましいが、崩壊メカニズム時（崩壊機構を形成した時）に弾性状態に留まるならば、「塑性状態における変形性能を表す靱性」は関係ないので、ＦＢでも良い。
■問題４　正。ＳＲＣ造の耐力壁の種別は、ＷＡとＷＣしかなく、せん断破壊「以外」ならばＷＡ、せん断破壊ならばＷＣとする。
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この設問を理解する上で、はじめに「構造特性係数」と「部材種別」の関係を確認しておきましょう。
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構造特性係数Ｄsの値を決める要素に、「耐力壁・筋かいの水平力分担率βu」や「柱・梁の種別（ＦＡ～ＦＤ）」、「耐力壁の種別（ＷＡ～ＷＤ）」などがある。
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「耐力壁・筋かいの水平力分担率βu」については前回扱いました。
部材種別のＦはフレーム（＝柱・梁）のＦ。ＷはウォールのＷです。

前回、次のポイントを説明しました。

これはあくまで一般的傾向としての分類であり、一般に「靱性部材」とされる「柱・梁」の中にも、靱性の高い部材もあれば低い部材もあり、また、一般に「脆性部材」とされる「耐力壁・筋かい」の中にも、靱性の高い部材もあれば低い部材もあります。それをＡからＤまででランク付けするのです。

―――ポイント：
構造特性係数Ｄsの算定における部材種別―――

柱・梁の種別にはＦＡ～ＦＤ、耐力壁の種別にはＷＡ～ＷＤがあり、
・靱性が高ければＡランク（ＦＡやＷＡ）。
・靱性が低く、脆性破壊のおそれが高ければＣランクやＤランク。
（構造種別、部位によっては、Ｃまでしかない、又はＡとＣしかないという場合もあります。）
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あとは、何が脆性破壊かが分かれば解けます。

――――――ポイント：脆性破壊―――――――
主な脆性破壊
・せん断破壊
・付着割裂破壊（ＲＣ造）
・局部座屈（Ｓ造）
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以上を踏まえて、いま一度、設問と解答を確認してみてください。

井澤です
今回は皆さんが特に苦手な構造特性係数Ｄsです。
苦手な人は、分かるまでじっくり３度読んでみてください。

■問題１
構造特性係数Ｄsは、架構が靱性に富むほど大きくなる。（一級構造：平成24年No.26）
■問題２
必要保有水平耐力Ｑunは、各階の変形能力を大きくすると小さくなる。（一級構造：平成26年No.24改）

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■解答
■問題１　誤。靱性が高いほど、構造特性係数Ｄsは小さくなる。
■問題２　正。変形能力が大きい（＝靱性が高い）ほど、構造特性係数Ｄsは小さくなり、必要保有水平耐力は小さくなる。
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まずは、問題１、２の中に出てくる用語「靱性」「変形能力」について確認しておきましょう。これもとっても大事な内容です。

―――――――――ポイント―――――――――
「靱性が高い」＝「粘り強い」＝「塑性変形能力が高い」＝「変形能力が高い」
すべて、同じ意味です。
すべて、降伏後に抵抗力が急激に低減することなく、塑性域でも変形し続ける能力が高い、という意味です。
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さて、本題の必要保有水平耐力Ｑunと構造特性係数Ｄsの話をしましょう。

前回説明したとおり、
「必要保有水平耐力」は、文字通り「保有水平耐力」として最低「必要」な値です。

具体的な算出方法は次のとおりです。
（必要保有水平耐力Ｑun）＝（構造特性係数Ｄs）×（形状係数Ｆes）×（Ｃ0＝1.0の大地震時の地震層せん断力Ｑud）

では、「必要保有水平耐力」は何を意味しているのか？
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必要保有水平耐力とは、ズバリ、「標準せん断力係数Ｃ0＝1.0の大地震のエネルギーを吸収するのに必要な力」です。
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「保有水平耐力」が「必要保有水平耐力」以上であれば、Ｃ0＝1.0の大地震のエネルギーを吸収できるので倒壊しないというわけです。

■「Ｃ0＝1.0の大地震時の地震層せん断力Ｑud」との違いは？
① 必要保有水平耐力Ｑunは「大地震のエネルギーを吸収するのに必要な力」
② Ｑudは「大地震時の地震層せん断力」
これは違うのか？　違うのです！



まず初めに、「保有水平耐力」が「② 大地震時の地震層せん断力Ｑud」以上であれば、大地震でも倒壊しません。
これが前回説明したとおり、必要保有水平耐力のベースが「② 大地震時の地震層せん断力Ｑud」である理由です。これは「力」だけで耐えている状態です。

一方、②ほどの「力」は無くても、「靱性＝変形能力」が高ければ、大地震のエネルギーを吸収でき、倒壊を防ぐことができます。
つまり、大地震のエネルギーを吸収するには、「力」で耐えるだけでなく「靱性＝変形能力」で吸収することもできるのです。
なぜなら、「力」×「変形」＝仕事＝エネルギーだからです。

したがって、
「靱性＝変形能力」が高ければ、「② 大地震時の地震層せん断力Ｑud」より小さな力でも、大地震のエネルギーを吸収できるのです。
その力が「① 大地震のエネルギーを吸収するのに必要な力」すなわち「必要保有水平耐力Ｑun」です。
そして、ベースである「② 大地震時の地震層せん断力Ｑud」からどれだけ小さくできるかを表すのが「構造特性係数Ｄs」です。

―――――――――ポイント―――――――――
靱性が高いと、
構造特性係数Ｄsは小さくなる。
必要保有水平耐力も小さくなる。
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