粘弾性ダンパーを組み込んだ木造住宅の対風安全性・居住性に関する実験的研究

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一般に粘弾性体の力学特性は温度依存性を有するため、巨大台風などによる風力が長時間作用し続けると、粘弾性体の温度が上昇し、設計通りの制振効果が得られない恐れがある。本研究では、粘弾性ダンパー付き木造制振壁を製作し、長時間ランダム波の動的加力実験を行った。ランダム波は性質の異なる2種類を用意し、1つは戸建て住宅レベルの建物に作用する風方向風力のパワースペクトル密度を有する「模擬風力波」、もう1つは「ホワイトノイズ波」とした。両者の継続時間は100分間である。模擬風力波加力は、再現期間50年の風速を建物の弾性限界風速として、弾性限界風速に対して1〜1.25倍となるレベルで行った。また、ホワイトノイズ波加力は、風方向風力を考慮して、平均値成分と変動成分の足し合わせとし、その大きさを変動係数40%で最大力が1倍の模擬風力波と同じとなるよう作成した「平均値あり」の場合と、平均値成分のみを引いた「平均値なし」の2種類のランダム波で行った。実験結果から得られた知見は以下の通りである。1)模擬風力波に対しては、粘弾性体の温度上昇はわずかであるが、試験体の変形角は時間の経過とともに漸増する。2)ホワイトノイズ波加力に対しては、粘弾性体は摂氏2度程度温度が上昇し、また、平均値ありの揚合に試験体の変形角が時間の経過とともに漸増する。さらに加力実験と平行し、有限要素法による粘弾性体の熱解析を取り入れた制振壁の時刻歴挙動解析プログラムを開発した。ダンパーから空気への熱伝達率は、解析結果と正弦波加力実験結果が一致するよう試行錯誤的に決定した。そのため、試験体の振幅、変形速度によっては、解析結果と実験結果の粘弾性体温度は100分後には摂氏5度程度の差が生じ、制振壁の変形角は最大で1/500rad程度の差が生じた。挙動解析においては、ダンパーから空気への熱伝達率の定め方が今後の課題として残った。