(57)【要約】【課題】  建物の損傷を精度良く知るために、地震波データタと建物構造特性の数学モデルを用いた時刻歴応答解析などの高度な手法によらず、同時に、前記震度、地表面最大加速度（PGA）等以上に建物の損傷と密接に関係した地震動強さの指標を提供すること【解決方法】  建物種別と、建物の１次固有周期Ｔ１に基づいて建物をカテゴリーＡに分ける過程と、建物種別毎に、建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λを決定する過程と、地震動の加速度応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値が前記指標Λと最も相関が高くなるｋ１とｋ２の値を、建物のカテゴリーＡ毎に決定する過程と、地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値を求める過程を含む、地震動強さの指標の決定方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物種別と、建物の１次固有周期Ｔ１に基づいて建物をカテゴリーＡに分ける過程と、
建物種別毎に、建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λを決定する過程と、
地震動の加速度応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値が前記指標Λと最も相関が高くなるｋ１とｋ２の値を、建物のカテゴリーＡ毎に決定する過程と、
地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値を求める過程を含む、地震動強さの指標の決定方法。
【請求項２】
前記建物種別は、地震応答による建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λによって決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記建物種別は、建物の構造形式によって決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の地震動強さの指標による建物の応答予測方法。
【請求項５】
前記建物が、所定の部材規格及び構造特性を有する建物群に属する建物である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の地震動強さの指標と、建物の耐震強度指標とを用いて評価を行う建物の損傷評価方法。
【請求項７】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の地震動強さの指標と、建物の耐震強度指標の分布とを用いて評価を行う建物の損傷分布評価方法。
【請求項８】
前記請求項４に記載の建物の応答予測方法に基づいて設計された建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の地震応答予測方法に関するものであり、特に、地震動に対して、当該地震動によって建物が受ける損傷を迅速かつ正確に予測することのできる方法に関する。本発明はさらに、一群の建物が地震動によって受ける損傷の迅速かつ正確な予測方法、および、一群の建物に対して地震動が与える損傷の程度の迅速かつ正確な予測方法にも関連する。本発明は、さらに上記方法に基づく建物の建物設計方法及び当該設計方法によって設計された建物にも関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震時に建物が受ける損傷の程度を数値解析によって予測するには、建物の形状・構造と各部材の力・変形関係を可能な限り厳密な数学モデルに置き換えた上で、想定される地震動に対する当該建物の応答を時刻歴で解析することが最も厳密な方法である。しかし、この方法は、実施に極めて大きな労力を要するだけでなく、建物構造が異なる度に建物の形状・構造および部材の力・変形の数学モデルを変更する必要があり、同時に、入力として想定する地震動が異なるたびに応答解析をやり直す必要がある。また、この種の個別の数値解析から、一群の建物の地震損傷や、一群の地震動が与える損傷の程度に関する包括的な知見を得ることは困難である。
【０００３】
これに対して、特定の地震動に対して、建物構造、形状等に関して共通の特徴を有する一群の建物がどの程度の損傷を受けるかについて、より簡易かつ正確な方法によって予測する要請がある。そのためには、特定の地震動（一般的には特定の時間刻みごとの加速度値の数列で与えられる時刻歴）と特定の建物構造特性の数学モデルを使った地震応答解析によらずとも、当該十振動が建物に与える損傷の程度を予測できる指標（地震動強さの指標）が必要である。地震動強さの指標は、地震動から導かれる指標であって、建物の損傷を代表する指標（建物応答の指標）との統計的相関が高いものであることが望まれる。さらに、地震動強さの指標は、地震動のもつ全情報である地震波の時刻歴から比較的容易に得られることが望ましい。
【０００４】
従来から良く用いられる代表的な地震動強さの指標には震度、地表面最大加速度（PGA）、地表面最大速度（PGV）、SI値（スペクトラルインテンシティー）などがある。これらは、地震波から簡単に値を求められる点において優れているが、建物の損傷との相関が高いとはいえず、建物の損傷を予測する指標として用いるには不十分である。
【０００５】
従って、これらの指標は、将来起こり得る地震に対し事前に建物の被害の程度を推定する目的や、地震後に地域全体としての復旧活動の目安を得る目的に使用するには充分でない。例えば、震度６強とされているにも係わらず建物被害が非常に少ない事例が少なからず見うけられることなど、震度は建物被害を推定する指標として不十分であることが知られている。一方、建物についても、同一の地震を受けた場合にも、建物の構造種別によって被害の傾向が異なることが知られている。
【０００６】
建物の損傷を精度良く知るために、地震波テ゛ータと建物構造特性の数学モデルを用いた時刻歴応答解析などの高度な手法によらず、同時に、前記震度、地表面最大加速度（PGA）等以上に建物の損傷と密接に関係した地震動強さの指標が必要である。
【０００７】
本発明に関連する技術を開示した文献として特開２００８−３１７４９号公報、特開２００８−３２５７７号公報、特開２００８−３２５７９号公報、特開２００８−３２５８０号公報がある。
これら一連の文献は、「弾塑性エネルギー吸収体」の金属疲労による損傷判定技術に関するもので、地震後の建物の層間変形角γをなんらかの手段で得ておき、地震計が記録した地震波形をフーリエ変換して、得られたフーリエ位相スペクトルの隣合う周期の位相差分の分布を標準正規分布に当てはめ標準偏差σを求める。一方予め用意された（γ，σ）と金属疲労の指標である累積損傷値Ｄの被害関数と照合して、金属疲労の判定を行おうとするものである。これら先行技術においては、対象建物が「弾塑性エネルギー吸収体」の金属疲労によって建物の終局状態が決まることを前提としている。
したがって、上記文献によれば、層間変形γを現地観察や記憶機能付き計測装置に頼る必要があり、地震動に対して層間変形を推定する方法は提示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３１７４９号公報
【特許文献２】特開２００８−３２５７７号公報
【特許文献３】特開２００８−３２５７９号公報
【特許文献４】特開２００８−３２５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術が有する上記の課題を解決することを目的としたものであって、建物の損傷を精度良く知るために、地震波データと建物構造特性の数学モデルを用いた時刻歴応答解析などの高度な手法によらず、同時に、前記震度、地表面最大加速度（PGA）等以上に建物の損傷と密接に関係した地震動強さの指標を提供することを課題とする。
【００１０】
本発明は、さらに、本発明は、地震動に対して、当該地震動によって建物が受ける損傷を迅速かつ正確に予測することのできる方法を提供すること、一群の建物が地震動によって受ける損傷を迅速かつ正確に予測する方法、一群の建物に対して地震動が与える損傷の程度を迅速かつ正確に予測する方法、さらには、上記方法に基づく建物の建物設計方法及び当該設計方法によって設計された建物を提供することを課題とする。
【００１１】
本発明は、さらに、地震時の損傷または被害を知りたい建物に対して、地震発生前に地震動予測手法により作成した地震波による建物被害を、高度な解析的手法を用いず簡易・迅速・低廉に推定する方法と、地震発生後の地震計記録から得たASAを用い被害程度ごとの建物位置分布や個別建物の被害状態を簡易・迅速・低廉に把握する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明は、建物種別と、建物の１次固有周期Ｔ１に基づいて建物をカテゴリーａに分ける過程と、
建物種別毎に、建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λを決定する過程と、
地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値が前記指標Λと最も相関が高くなるｋ１とｋ２の値を、建物のカテゴリーａ毎に決定する過程と、
地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値を求める過程を含む、地震動強さの指標の決定方法を提案する。
【００１３】
本明細書において「建物種別」とは、地震応答による建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λによって決定される特徴、あるいは建物の構造形式によって決定される特徴の意味で用いる。ここで、「建物の損傷」との用語は、建物の構造体あるいは建物躯体が受ける損傷及び建物の非構造部材が受ける損傷を包括する概念として用いる。建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λは、例えば、1層の最大層間変形角γ、1層の累積塑性変形倍率η（塑性変形倍率：  最大変形÷弾性限変形−１、塑性化の程度を表す指標）、１層あるいは上層の累積吸収エネルギー、1層の最大層間変形角γと累積塑性変形倍率ηの組み合わせなどである。
【００１４】
本明細書において「建物の構造形式」は、高強度・低靭性構造、低強度・高靭性構造の区別、鉄骨構造、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造の区別、壁式構造、ラーメン構造、ブレース月ラーメン構造の区別であっても良いし、これらの区別を組み合わせたものであっても良い。
【００１５】
最も相関の高い建物応答の指標Λは、複数の建物に関する地震応答解析に基づいて統計的手法によって決定するのが望ましい。建物の１次固有周期Ｔ１は、建物の剛性要素として構造部材のみを考慮したモデルに基づく固有周期であっても良い。
【００１６】
応答スペクトルは、加速度応答スペクトル、速度応答スペクトル、変位応答スペクトルのいずれかである。応答スペクトルを算出する際の減衰定数は、当該建物の線形あるいは非線形地震応答時の実効的な（等価な）減衰定数を用いることができるが、これに限定されず別途設定してもよい。その際、弾性応答時に想定される減衰定数に比較して大きな値、例えば、０．０５、０．１０、０．２０あるいはそれ以上の値を用いることもできる。以下に記載するように周期範囲を適切に選択することによって、結果的に、建物の損傷との間に高い相関を有するよう設定することが望ましい。
【００１７】
周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値が前記指標Λと最も相関が高くなるｋ１とｋ２の値は、建物のカテゴリーａ毎に決定されるが、例えば、０．５≦ｋ１≦２、２≦ｋ２≦４というような値が考えられる。ｋ１とｋ２の値は、複数の応答解析結果に基づいて、結果的に、建物の損傷との間に高い相関を有するよう設定することが望ましい。建物の構造体が塑性化することによる有効な固有周期（有効周期Te）の延長を考慮すると、例えば、鉄骨ラーメン構造建物に関しては、Ｔ１から４×Ｔ１の範囲（ｋ１＝１、ｋ２＝４）の応答加速度の平均値を取ることによって、建物応答あるいは建物応答の指標との間に高い相関が得られることが予想される。地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値に代えて、地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲の面積を用いることも可能である。
【００１８】
本発明の１実施例においては、前記建物種別は、地震応答による建物の損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λによって決定する。本発明の他の実施例においては、前記建物種別は、建物の構造形式によって決定する。
【００１９】
本発明はまた、前記の地震動強さの指標による建物の応答予測方法を提案する。すなわち、入力地震動に対して、建物種別と１次固有周期Ｔ１の関数として、あらかじめ地震動強さの指標が得られていれば、地震応答を求めようとする建物と同じ建物種別、同じ固有周期Ｔ１に対する地震動強さの指標が、当該建物の応答であるとみなすことができる。その際、指標が加速度応答スペクトルに基づくものであれば建物の応答加速度を推定することができ、指標が速度、変位応答スペクトルであれば、建物の応答速度、応答変位をそれぞれ直接推定することができる。
【００２０】
本発明はまた、前記建物が、所定の部材規格及び構造特性を有する建物群に属する建物である地震応答予測方法を提案する。建物が、所定の部材規格及び構造特性を有する、例えば、工業化住宅等である場合には、建物の構造特性が類似しているために、統計的手法で決定した上記手法に基づいて、個別の建物の地震応答を一層高い精度で予測しえるものと考えられる。
【００２１】
本発明はさらに、前記した地震動強さの指標と、建物の耐震強度指標とを用いて建物の損傷評価を行う方法を提案する。ここで、建物の耐震強度指標としては、降伏加速度、許容最大加速度、最大許容変位、累積エネルギー等、地震動強さの指標と同じ単位の指標を用いることができる。想定される地震の地震動強さの指標がＸ（加速度単位）であり、建物の許容最大加速度Ｙのとき、Ｘ＜Ｙであれば損傷はないと考えることができる。Ｘ＞Ｙの時は、損傷の程度はＸ／Ｙに関連する。地震動強さの指標の単位が速度、変位、あるいは累積エネルギー等である場合も同様である。
【００２２】
本発明はまた、前記地震動強さの指標と、建物の耐震強度指標の分布とを用いて建物の損傷分布を評価する方法を提案する。地震動を受ける一定の地域に含まれる複数の建物の損傷を評価するような場合、上記の手法を建物の耐震強度指標の分布と掛け合わせることによって、損傷分布を得ることができる。
【００２３】
本発明はさらに、前記建物の応答予測方法に基づいて設計された建物を提案する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高精度で、簡易・迅速・低廉な地震発生前の被害想定が可能になる。また、地震後の被害状態の把握が、高精度かつ簡易・迅速・低廉になる。
本発明によれば、地震波テ゛ータと建物構造特性の数学モデルを用いた時刻歴応答解析などの高度な手法によらず、前記震度、地表面最大加速度（PGA）等以上に建物の損傷と密接に関係した地震動強さの指標が提供される。
【００２５】
さらに、本発明によれば、地震動に対して、当該地震動によって建物が受ける損傷を迅速かつ正確に予測することのできる方法、一群の建物が地震動によって受ける損傷を迅速かつ正確に予測する方法、一群の建物に対して地震動が与える損傷の程度を迅速かつ正確に予測する方法、さらには、上記方法に基づく建物の建物設計方法及び当該設計方法によって設計された建物が提供される。
【００２６】
さらに、地震時の損傷または被害を知りたい建物に対して、地震発生前に地震動予測手法により作成した地震波による建物被害を、高度な解析的手法を用いず簡易・迅速・低廉に推定する方法と、地震発生後の地震計記録から得た、地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値ASAを用い被害程度ごとの建物位置分布や個別建物の被害状態を簡易・迅速・低廉に把握する方法が提供される。
本発明の上記以外の効果は、明細書の記載と図面全体を通じて明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の概念を示すフローチャートである
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、実施例に基づいて本発明の具体的な態様を説明するが、実施例は発明の理解を助けるために記載するに過ぎないものであるから、本発明は以下に記載する実施例に限定されるものではないことはいうまでも無い。
【実施例】
【００２９】
図１は、本発明の１つの実施例に関するフローチャートである。当該実施例では、具体的な建物の地震応答・損傷を予測する前処理として、建物をカテゴリーに分類し、カテゴリーに対する建物の地震応答・損傷を最も層間の高い建物応答の指標Λ、および指標Λと最も相関の高い応答スペクトルの周期範囲を定めるパラメータｋ１とｋ２を決定しておく。
【００３０】
建物種別と、建物の１次固有周期Ｔ１に基づいて建物をカテゴリーａへの分類に関して、「建物種別」とは、地震時の建物応答・損傷を最もよく表す（建物応答あるいは損傷に最も相関の高い）建物応答の指標Λによって決定される特徴、あるいは建物の構造形式によって決定される特徴に基づく種別である。つまり、建物種別ごとに指標Λを決定する。建物の１次固有周期Ｔ１は、ある程度の幅のある周期と解釈しても良い。
【００３１】
一方、想定される地震動（地震波）を決定する。建物のカテゴリーａと地震動から、地震動の応答スペクトルの、周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔの範囲における平均値（ＡＳＡ）が決定される。そのためには、建物の応答・損傷に最も相関の高い建物応答の指標Λ、例えば、1層の最大層間変形角γ、1層の累積塑性変形倍率η（塑性変形倍率：  最大変形÷弾性限変形−１、塑性化の程度を表す指標）、１層あるいは上層の累積吸収エネルギー、1層の最大層間変形角γと累積塑性変形倍率ηの組み合わせなどを建物カテゴリーａについて決定し、当該指標Λと最も相関の高い周期ｋ１・Ｔ〜ｋ２・Ｔを、統計的な処理によって決定する。この統計処理は、同一のカテゴリーａに属し、１次固有周期が同じ又は近接する複数の建物の応答解析に基づくものであってもよい。さらに、複数の地震動についての複数の建物の応答解析に基づくものであっても良い。個別の建物の応答・損傷の予測を行う前にあらかじめ行われているのが望ましいが、個別の建物の応答・損傷予測を行うに際して必要な範囲で、つまり同一建物カテゴリーあるいは同一入力地震動について行っても良い。
【００３２】
具体的な建物の地震応答・損傷を評価するに対しては、例えば、当該建物の１次固有周期がＴ１、周期範囲を定めるパラメータがｋ１、ｋ２、地震応答を表す建物応答指標が１層の層間変形角γであるとすると、周期ｋ１・Ｔ１〜ｋ２・Ｔ１の範囲における応答スペクトルの平均値（ＡＳＡ（ａ））を読み取り、統計的に決定されたＡＳＡ（ａ）とγとの関係から、当該建物の地震応答をγによって表す。
【符号の説明】
【００３３】
１００  建物カテゴリーａの決定、建物カテゴリーａと建物固有周期Ｔ毎のｋ１、ｋ２の決定過程
２００  地震波（入力地震動）の決定過程
３００  地震波に対する地震動強さの指標ＡＳＡ（ａ）の読み取り過程
４００  ＡＳＡ（ａ）に基づく建物の層間変形角γの決定過程
【図１】
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