| Top | − | 【ktEStress-F2D】壁エレメントの壁柱位置 |
ktEStress-F2Dを用いて、壁エレメントにおける壁柱の位置が計算結果に与える影響について、基本的な1層1スパンの壁に対する計算モデルを用いて検討しました。
計算モデルは、1層1スパンの壁エレメントを含んだフレームを基本として、
を組み合わせた6種類としました。
図1 計算モデル
| B×D | ヤング係数 | ポアソン比 | 形状係数 | |
|---|---|---|---|---|
| (mm) | (N/mm2) | |||
| C | 500×500 | 21,000 | 0.2 | 1.2 |
| G | 300×600 | 21,000 | 0.2 | 1.2 |
| W | 150×4,000 | 21,000 | 0.2 | 1.2 |
| IA | IB | JA | JB | |
|---|---|---|---|---|
| Pat.1A | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
| Pat.2A | ||||
| Pat.1B | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
| Pat.2B | ||||
| Pat.1C | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
| Pat.2C |
| X方向 | Y方向 | 曲げ | |
|---|---|---|---|
| (kN) | (kN) | (kNm) | |
| P1 | 100 | 0 | 0 |
| P2 | 100 | 0 | 0 |
| P3 | 100 | 0 | 0 |
| P4 | 100 | 0 | 0 |
図2 曲げモーメントと支点反力(kN、kNm)
| n0 | n1 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| X | Y | M | X | Y | M | |
| (kN) | (kN) | (kNm) | (kN) | (kN) | (kNm) | |
| Pat.1A | -100.0 | -150.0 | 0.0 | -100.0 | 150.0 | 0.0 |
| Pat.1B | -100.0 | -150.0 | 0.0 | -100.0 | 150.0 | 0.0 |
| Pat.1C | -100.0 | -150.0 | 0.0 | -100.0 | 150.0 | 0.0 |
| Pat.2A | -100.0 | -150.0 | 0.0 | -100.0 | 150.0 | 0.0 |
| Pat.2B | -100.0 | -150.0 | 0.0 | -100.0 | 150.0 | 0.0 |
| Pat.2C | -100.0 | -150.0 | 0.0 | -100.0 | 150.0 | 0.0 |
| n2 | n3 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| X | Y | M | X | Y | M | |
| (mm) | (mm) | (rad) | (mm) | (mm) | (rad) | |
| Pat.1A | 0.187 | 0.031 | -0.0000153 | 0.187 | -0.031 | -0.0000153 |
| Pat.1B | 0.185 | 0.020 | -0.0000139 | 0.185 | -0.036 | -0.0000139 |
| Pat.1C | 0.157 | 0.057 | -0.0000161 | 0.157 | -0.007 | -0.0000161 |
| Pat.2A | 0.182 | 0.031 | -0.0000425 | 0.182 | -0.031 | -0.0000425 |
| Pat.2B | 0.180 | 0.020 | -0.0000413 | 0.180 | -0.035 | -0.0000413 |
| Pat.2C | 0.153 | 0.057 | -0.0000376 | 0.153 | -0.008 | -0.0000376 |
| I端 | J端 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 軸力 | 剪断力 | 曲げ | 軸力 | 剪断力 | 曲げ | |
| (kN) | (kN) | (kNm) | (kN) | (kN) | (kNm) | |
| Pat.1A | 0.0 | 200.0 | 385.7 | 0.0 | -200.0 | 214.3 |
| Pat.1B | -26.6 | 200.0 | 378.1 | 26.6 | -200.0 | 221.9 |
| Pat.1C | 184.1 | 117.6 | 287.0 | -184.1 | -117.6 | 137.2 |
| Pat.2A | 0.0 | 193.7 | 376.0 | 0.0 | -193.7 | 205.1 |
| Pat.2B | -26.6 | 193.7 | 368.5 | 26.6 | -193.7 | 212.6 |
| Pat.2C | 179.4 | 114.6 | 281.4 | -179.4 | -114.6 | 131.9 |
| e2 | e3 | e2 + e3 | e2 ： e3 | |
|---|---|---|---|---|
| (kN) | (kN) | (kN) | ||
| Pat.1A | -53.6 | 53.6 | 0.0 | 0.50 ： 0.50 |
| Pat.1B | -35.5 | 62.1 | 26.6 | 0.36 ： 0.64 |
| Pat.1C | -100.2 | 12.3 | -87.9 | 0.89 ： 0.11 |
| Pat.2A | -53.4 | 53.4 | 0.0 | 0.50 ： 0.50 |
| Pat.2B | -35.4 | 62.0 | 26.6 | 0.36 ： 0.64 |
| Pat.2C | -99.0 | 13.3 | -85.7 | 0.88 ： 0.12 |
支点反力について、6種類の計算モデルすべてが同じ値でした。これについて、鉛直方向に対しては静定なので反力が同じ値になります。一方、水平方向は不静定ですので、壁梁の軸方向に対する剛比の影響を受けます。今回の計算ではすべてのモデルにおいて軸方向の剛比を0.5：0.5としていますので、壁柱の位置に関係なくすべて同じ値になります。
壁全体としての水平剛性を比較したところ、壁柱を中心に配置したPat.1Aが最も水平剛性が小さくなり、Pat.1B、Pat.1Cの順で水平剛性が大きくなりました。
壁エレメントの応力は壁柱の位置の影響を受けます。Pat.1Aのように壁柱をスパンの中央に配置した場合は左右対称の曲げ応力になり、壁柱に軸力は生じません(フレームの柱に作用する軸力の合計(e2+e3)が0になります)。一方、Pat.1Bのように中心からずらした場合や、Pat.1Cのように斜めに配置した場合は、壁エレメントに軸力が生じます。
フレームの柱頭・柱脚をピン接合にした場合と剛接合にした場合を比較したところ、壁柱の位置に関わらず、剛接合にした方が、壁全体の水平剛性が高くなり、壁エレメントの応力が小さくなります。
「Microsoft」の「OneDrive」に計算を行ったExcelファイルを公開していますので、こちらの「esf2d_壁エレメントの壁柱位置」をご覧ください。