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RC 部材 略算終局耐力(曲げ・せん断)

実装本体は sepika_core::rc_capacity にあり、design-jp はこれを再エクスポートします。 全係数に「要・原典照合」のコメントが付されています。

記号・単位

記号意味単位
\( M_u \)曲げ終局モーメントN·mm
\( Q_{mu} \)曲げ終局時のせん断力N
\( Q_{su} \)終局せん断耐力N
\( a_t \)引張鉄筋断面積mm²
\( \sigma_y \)主筋の降伏強度N/mm²
\( d, d_e \)有効せいmm
\( h_0 \)梁の内法スパンmm
\( N \)柱の軸力(圧縮を正)N
\( N_{bal}, N_{max} \)釣合軸力・終局圧縮軸力N
\( b, D \)断面幅・断面せいmm
\( F_c \)コンクリートの設計基準強度N/mm²
\( p_t \)引張鉄筋比(荒川 mean 式系 rc_qsu_simple 用。\( 100 a_t/(b d_e) \))%
\( p_t \)引張鉄筋比(菅野式 rc_alpha_y_sugano 用。小数)-
\( p_w \)せん断補強筋比-
\( \sigma_{wy} \)せん断補強筋の降伏強度N/mm²
\( \sigma_0 \)軸方向応力度N/mm²
\( \alpha_y \)曲げ降伏時の剛性低下率-
\( n \)ヤング係数比-

曲げ終局モーメント(梁)

引張鉄筋降伏型の梁について、AIJ 非線形解析指針等の簡易式および技術基準解説書 P.623 に基づき、曲げ終局モーメントを略算します。

算定式(\( d = \text{有効せい} \)。技術基準解説書 P.623):

\[ M_u = 0.9 \cdot a_t \cdot \sigma_y \cdot d \]

引張鉄筋量・有効せい・降伏強度のいずれかが 0 以下の場合は 0 を返し、呼び出し側の部材ランク判定では判定不能=最不利側として扱います。

実装参照:sepika_core::rc_capacity::rc_mu_simple。

曲げ終局時せん断力(梁)

両端が曲げ降伏し反曲点が中央にあると仮定して、曲げ終局時のせん断力を略算します。

算定式:

\[ Q_{mu} = \frac{2 \cdot M_u}{h_0} \]

実装参照:sepika_core::rc_capacity::rc_qmu_simple。

柱の軸力考慮終局曲げ

柱の終局曲げモーメントは、2007 年版『建築物の構造関係技術基準解説書』付録1-3 の閉形式に基づき、軸力の大小に応じて算定します(要・原典照合)。

算定式(3 分岐、\( N_{bal} = 0.4 \cdot b \cdot D \cdot F_c \)):

\( N > N_{bal} \) のとき:

\[ M_u = (0.8 \cdot a_t \cdot \sigma_y \cdot D + 0.12 \cdot b \cdot D^2 \cdot F_c) \cdot (N_{max} - N)/(N_{max} - N_{bal}) \]

\( 0 \le N \le N_{bal} \) のとき:

\[ M_u = 0.8 \cdot a_t \cdot \sigma_y \cdot D + 0.5 \cdot N \cdot D \cdot (1 - N/(b \cdot D \cdot F_c)) \]

\( N < 0 \) のとき:

\[ M_u = 0.8 \cdot a_t \cdot \sigma_y \cdot D + 0.4 \cdot N \cdot D \]

実装参照:sepika_core::rc_capacity::rc_column_mu_simple。 柱の地震時設計用せん断力 \( Q_{D1} = \sum {}_c M_y/h' \) の算定に使用します。

終局せん断耐力(荒川 mean 式系)

梁のせん断終局耐力は、靭性保証型指針および技術基準解説書に基づき、荒川 mean 式系の略算式で算定します(要・原典照合)。

算定式:

\[ Q_{su} = \left\{ \frac{0.068\,p_t^{0.23}(F_c+18)}{M/(Q\,d_e)+0.12} + 0.85\sqrt{p_w \sigma_{wy}} + 0.1\,\sigma_0 \right\} b\,j \]

  • \( p_t = 100 \cdot a_t/(b \cdot d_e) \) [%]、\( j = 7 \cdot d_e/8 \)
  • せん断スパン比 \( M/(Q \cdot d_e) = h_0/(2d_e) \) を 1.0〜3.0 にクランプ
  • pw を 0〜0.012(1.2%)にクランプ、σ0 を 0〜0.4Fc にクランプ(引張は 0)

実装参照:sepika_core::rc_capacity::rc_qsu_simple。係数は 0.068/0.23/+18/+0.12/0.85/0.1。

曲げ降伏時剛性低下率 αy(菅野式)

トリリニア骨格の降伏点変形を求めるため、梅村魁『鉄筋コンクリート建物の動的耐震設計法』P.106-108 に基づき、曲げ降伏時の剛性低下率 αy を菅野式で算定します。

算定式(a/D 2 分岐、[1,5] クランプ):

\( 2 \le a/D \le 5 \) のとき:

\[ \alpha_y = (0.043 + 1.635 \cdot n \cdot p_t + 0.043 \cdot (a/D)) \cdot (d/D)^2 \]

\( 1 \le a/D < 2 \) のとき:

\[ \alpha_y = (-0.0836 + 0.159 \cdot (a/D)) \cdot (d/D)^2 \]

実装参照:sepika_core::rc_capacity::rc_alpha_y_sugano。 降伏点変形 \( \theta_y = \theta_e/\alpha_y \) に使用します。 非線形解析の材端曲げバネ(トリリニア骨格)にも配線されています。 実配筋を持つ RC 矩形梁(水平材)は、入力された引張主筋量と有効せいを用いて菅野式を適用します。梁の上下で異なる場合は少ない側を用います。SRC 矩形梁・柱、円形断面、鉄骨、CFT、情報不足時は既定値 0.3 を用います(sepika_element::factory::springs::flexural_alpha_y(crates/sepika-element/src/factory/springs.rs)、クレート内実装のため非公開)。