箱型段差吊り天井を取り付けたコンサートホールの地震時天井脱落シミュレーション
Abstract
近年，東北地方太平洋沖地震や熊本地震などの大地震の度に，吊り天井が落下する様子が相次いで報告されている．国土交通省によって天井耐震化が義務化，耐震化に関する技術基準が策定されるなど，天井落下防止のためのガイドラインが整備されつつある．しかし，技術基準が対象としているのは一定の仕様を満たす一般的な天井のみで，ホールなどの音響性能が要求される施設の吊り天井は，天井面に凹凸が設けられることが多く，仕上げ材に高密度な材料が用いられるため，形状が複雑で重量が大きくなりやすい．そのような天井は技術基準が適用されず，有効な耐震化策が確立されていない上に，地震時における天井脱落性状にも未知な部分が多い．そこで本研究では，天井面に箱型の段差が設けられた吊り天井（以下，箱型段差吊り天井と記述する）付きのコンサートホールモデルを構築し，地震時における吊り天井の崩壊まで含めた挙動を有限要素法でシミュレートする．解析手法には最低限の要素分割数で正確に塑性ヒンジおよび破断が表現でき，幾何・材料非線形や部材同士の接触まで考慮できるASI-Gauss法を用いる．そして，得られた解析結果を基に，天井面の幾何形状と天井重量が天井脱落挙動に及ぼす影響を調査する．
In this study, a collapse analysis of a concert hall’s box-type suspended ceiling containing level gaps was performed. A numerical model of the concert hall and ceiling, constructed with linear Timoshenko beam elements, was simulated by applying a seismic wave. The adaptively shifted integration (ASI)-Gauss code, which can stably simulate such phenomena with strong nonlinearities such as fractures and contacts, was used in this analysis. The numerical results revealed that the collapse of the ceiling was caused by the detachment of clips connecting the ceiling joists to the ceiling joist receivers. The detachment of clips, in turn, was caused by the propagation of the impact force that was generated when the suspended ceiling collided with the wall. Furthermore, it was confirmed that the detachment progressed because the load distribution supported by the clips changed from its initial state. The results also showed that the locations of the clips detached by the collisions were strongly affected by the geometrical shape of the ceiling.