Research

 「シェル・空間構造」と「超高層建物」を対象に「デジタルツールを駆使した設計アプローチの探求と実践(構造・防災の点から建築デザインを面白くしていく研究)」と「実験と解析に立脚した耐震設計法の高度化(ベーシックな構造・防災の研究)」を手広く研究しています。細かい分類は以下の通りですが,関連しそうな内容なら何でも(例えば木と鋼のハイブリッド構造,鉄塔など立体構造など)関わってきたので,お気軽にご相談ください。何かのお役に立てるかもしれません。

キーワード:シェル・空間構造,超高層建物,最適設計,コンピュテーショナルデザイン免震・制振,DS/AI,鋼構造


地震応答に効果的なシェル・空間構造の形態創生

GRSA-based form-finding of gridshells subjected to seismic loading

 構造形態創生とは「強くて美しい」構造形態を探索する研究分野です。ハインツ・イスラーの懸垂模型などで知られるように,構造形態創生は屋根形状の実験的な設計手法として誕生し,現在は数値解析手法として発展し,誰もが利用できる設計ツール(Rhinoceros + GrasshopperのKangarooやKaramba 3Dなど)が整備されています。一方,数値解析の計算時間が問題となって地震応答を考慮した手法は世界的にみて発展途上にあります。この問題に対して,寺澤は一般化応答スペクトル解析法(高速な地震応答評価手法)に基づく計算環境の開発と,地震応答に効果的な構造形態の解明に挑戦しています。Form-finding is to find an optimal structural shape of shell structures for a prescribed objective function and a given design load. However, the current methods are limited to finding a geometry under only a specific static load. This poses a challenge to achieving an efficient free-form shell structure considering seismic response. We are trying resolving this by presenting a generalized response spectrum analysis based form-finding method.

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超高層建物の応答制御構造の動的応答特性評価と最適設計法

Dynamic response characterization and optimal design of passively-controlled tall buildings

 超高層建物の世界的需要は現在も高騰し続けています。形状的に細長い片持ちの棒と見做せる超高層建物では,せん断より全体曲げによる地震応答が卓越するため,世界では,この全体曲げ応答を活用する応答制御構造が広く提案されています。寺澤は一般化応答スペクトル解析法(高速な地震応答評価手法)を用いてこれらの全体曲げ応答制御構造の動的応答特性(非比例減衰系の固有周期,減衰比,地震応答)を詳細に調査し,その最適設計法の提案に挑戦しています。また,現在の日本では,免震と制振を組合せた新しい応答制御構造が実物件に適用されることが多くなりつつあります。寺澤の研究は設計者の自由な発想を支援することがモチベーションにあり,このような新しい免・制震構造の動特性評価と最適設計法の知見拡充にも取り組んでいます。Our team is trying dynamic response characterization and proposing optimal seismic design method of damping modification system (damped outrigger system, damped braced tube and damped shear wall..etc) for tall buildings in high seismic zones.

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一般化応答スペクトル解析法に基づく最適設計アプローチの開発と実践

GRSA-based seismic optimization -Methodology and Applications-

 近年の設計現場では,コンピュテーショナルデザインの積極的な利用が急速に進んでおり,特に耐震技術が発達した日本では,任意形状の架構内で,免・制振部材の最適配置を迅速に探索できる最適設計アプローチが求められています。ただし,耐震設計の数値解析の計算コストがボトルネックとなるため,これまで同様な検討は簡易質点系レベルの提案にとどまっていました。この問題に対して,寺澤はダンパーを配置した立体モデルの地震応答を高速に評価する一般化応答スペクトル解析法に基づく最適設計アプローチの開発と実践を継続しています。Our team has been developing a generalized response spectrum analysis-based seismic optimization method for more creative structural design. This approach has been applied to real projects including a large arena, super tall building.

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AI/DSを活用した最適設計ツールの開発

Development of AI/DS-based interactive design tool for parametric damper design

 実際の耐震設計の現場では,コンピューターが求めた最適解とは異なる設計解が最終的に選択されることがよくあります。このようなことが起こるのは,設計者の工学的判断を事前に与条件として正確に最適化問題に組み込むことが未だ困難なためです。このような現実に対して,寺澤はある範囲内の免・制振部材の設計解を人工知能(DS/AI)を用いて総当り解析し,結果を各評価軸で分かりやすく整理したGUI上で表示し,設計者が解全体を俯瞰して部材配置を計画できるツールの開発も進めています。Seismic optimization are becoming to be actually used. Nevertheless, in fact, another (not optimal) design option is often adopted in design practice because it is still a challenge to include highly indeterminate engineering judgments into the procedure. Therefore, our team has been developing a novel design tools, where DS/AI models quickly evaluates seismic responses of a huge number of damper design options, and the results are organized on the clear graphical user interface, while combining the digital tools and engineering judgment.

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鉄骨置屋根体育館(避難施設)の地震応答評価,改修構法の提案,振動台実験

Experimental and numerical investigation of seismic performance of RC gymnasia as disaster shelters

 鉄骨置屋根体育館(下部RC 造+鉄骨造屋根の体育館)では,アリーナ床から片持ちで支持されるRC架構(RC片持架構)が地震時に構面外に振動(構面外応答)し,特有の被害を生じることが知られています。体育館は避難施設として災害後も継続使用が求められるため,産官学が連携して耐震設計の高度化を進めてきました。寺澤もチームの一人として長くこのテーマに関わっており,崩壊解析による実体育館の地震被害分析,振動台実験を用いた終局崩壊挙動の解明,エネルギー吸収型型支承を用いた改修構法の検証,RC片持架構の構面外応答制御設計法の提案を行ってきました。The out-of-plane response of the cantilevered RC frame on the arena floor damaged a school gymnasium that was expected to function as a natural disaster shelter. It was composed of heavy RC substructure and a light steel roof, which partially collapsed, resulting in the facility’s permanent destruction in the 2016 Kumamoto earthquake. Our team has been struggling with experimental and numerical investigation of the collapse behavior, efficient seismic retrofit and design procedure of RC gymnasia.

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シェル・空間構造の耐震設計法の深度化

Experimental and numerical study of advanced seismic design of shell and spatial structures

 ライズを有するシェル・空間構造では,水平方向の地震動入力に対して屋根が上下鉛直方向に応答する性質があります。日本では,シェル・空間構造特有の地震応答特性の解明と静的解析による耐震設計に用いる等価静的地震荷重分布(屋根用のAi分布)が精力的に検討されています。この研究分野について,寺澤は屋根部応答の励起を考慮した地震荷重低減係数評価や振動台実験を用いた終局崩壊挙動の解明に挑戦しています。Static elastic analysis procedures with seismic force reduction factor remain the cornerstone of seismic design practice even now because it is simple to use and does not require engineers to have an understanding of structural dynamics. Our team has continued experimental and numerical study of advanced seismic design of shell and spatial structures by static analysis.

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構造実験とFEM解析に基づく鋼構造の性能評価

Experimental and numerical investigation of steel structures.

 都市防災の拠点を担う超超高層建物に用いられる鋼構造には,長周期・長時間地震動を含む様々な入力に対して変形性能をパラメトリックに検証する方法が求められています。この点について,寺澤は鋼構造の製品開発の過程で,部材や接合部単位の有限要素法解析(FEM解析)を用いて終局性能(疲労性能)を評価し,性能確認実験に適用すべき最終案を修練的に設計するというアプローチが有効であると考えています。この詳細な有限要素法解析を用いた部材局部の性能評価のキーは,ミクロな要素の応力状態に基づき,鋼材の疲労破壊を金属分子間に生じる空隙の成長として厳密評価する疲労破壊モデルにあり,寺澤はこのモデルを日本の鋼材規格に校正する素材実験,ならびに適切な有限要素法解析モデルの構築に向けた実大部材実験データベースの構築に取り組んでいます。I’m trying to calibrate the phenomenological micro model to evaluate ultra-low cycle fatigue fracture of steel structures to Japanese structural steel.

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点群データを用いたデジタルアーカイブ・デジタルツインの試み

Trial study of point cloud-based digital archive and digital twin

 点群データを用いた本学建物のデジタルツインやアーカイブの作成に取り組んでいます。将来的にはこのデータを用いた歴史・意匠と構造・防災のコラボレーションも模索したいと考えています。※現状は完全に趣味(笑)です。解体された大岡山キャンパス緑が丘地区(旧土木・建築学科棟)の点群データを閲覧できる環境を本学博物館との協同で構築しています。有効な活用方法のアイデアを大募集中(涙)です。I’m developing a digital archive and digital twin of Tokyo Tech building. This is currently just a hobby lol. I’m welcome to your idea how to use the data.

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