(57)【要約】【課題】  確率論的設計すなわち、信頼性設計、地震リスクマネジメント手法の確立【解決方法】      部材規格及び構造特性が共通する建物の耐震設計方法であって、地震時における、前記建物群に属する建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ´を変数とする確率分布関数で表す過程と、前記部位の最適構造指標ｘ’と損傷確率Ｐｆと、別途求めた所定の地震動強さをもとに信頼性設計を行う過程を有する、耐震設計方法。【選択図】  図２
2011118510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材規格及び構造特性が共通する建物の耐震設計方法であって、
地震時における、前記建物群に属する建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、
上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、
当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ´を変数とする確率分布関数で表す過程と、
前記部位の最適構造指標ｘ’と損傷確率Ｐｆと、別途求めた所定の地震動強さをもとに信頼性設計を行う過程を有する、耐震設計方法。
【請求項２】
前記損傷状態を把握する過程は、前記建物群に属する実験用建物を建設する工程と、
当該実験用建物に水平力を作用させ、建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程とを含む請求項１に記載の耐震設計方法。
【請求項３】
前記損傷状態を把握する過程は、前記建物群に属する建物の解析用モデルを策定する工程と、
当該解析用モデルに水平力を作用させた際の、建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程とを含む請求項１に記載の耐震設計方法。
【請求項４】
前記信頼性設計を行う過程は、前記所定の地震動強さにおける前記部位の応答を求めることを含む請求項１ないし３のいずれかに記載の耐震設計方法。
【請求項５】
前記信頼性設計を行う過程は、最適構造指標ｘ’と地震動強さＩとの関係を求めることを含む請求項１ないし３のいずれかに記載の耐震設計方法。
【請求項６】
部材規格及び構造特性が共通する建物の耐震設計方法であって、
前記建物群に属する実験用建物を建設する工程と、
当該実験用建物に水平力を作用させ、建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、
上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、
当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ’を変数とする確率分布関数で表す過程と、
最適構造指標ｘ’と地震動強さＩとの関係を求める過程と、
前記部位の損傷確率Ｐｆを、地震動強さＩを変数とする確率分布関数で表す過程と、
別途求めた所定の地震動強さをもとに信頼性設計を行う過程を有する、建物の耐震設計方法。
【請求項７】
前記信頼性設計は、対象部位の損傷確立Ｐｆを所定の値以下とすることを目標とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の耐震設計方法。
【請求項８】
前記信頼性設計は、建物の部位を構造体、非構造部材、設備部材およびその他の部位に分類し、それぞれの部位について前記損傷確立Ｐｆを求め、部位ごとの損傷を独立事象と想定したイベントツリーに基づいて、所定のシーケンス群の発生確率が所定値以下になるようにおこなう請求項１ないし７のいずれかに記載の耐震設計方法。
【請求項９】
部材規格及び構造特性が共通する建物の地震リスクアセスメント方法であって、
地震時における、前記建物群に属する建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、
上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、
当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ´を変数とする確率分布関数で表す過程と、
前記部位の最適構造指標ｘ’と損傷確率Ｐｆと、別途求めた所定の地震動強さをもとに地震リスクを評価する過程を有する、地震リスクアセスメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の耐震信頼性設計方法および地震リスクアセスメント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の設計基準を規定する建築基準法等においては、主として、地震時の荷重を代表する所定の外力に対して発生する建物部材の応力が所定の値以下であることを基準に耐震設計を行うことが要求されているが、当該耐震計算においては荷重および耐力のばらつきについては明示的には表現されていないために、建物の損傷に対する余裕度が定量化できない。
【０００３】
また、建築基準法等では大地震における建物の「安全性（非倒壊・非崩壊）」と中地震における「構造体の無損傷」の２段階の照査を規定しているが、起こり得る地震動強さは無段階であり、建物の損傷状態も倒壊から無損傷まで中間的な状態をとりうるが、この各状態の建物の耐力は示されていない。
【０００４】
したがって、現実の建物が地震を受ける場合、地震動強さに応じて無損傷から倒壊までの様々な状態（例えば、軽微な補修で対応可能な状態、大掛かりな補修が必要な状態、主要部材の交換が必要な状態等）となりうるが、各状態に至る場合の建物の耐力は必ずしも明確ではない。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として確率論的設計（信頼性設計）という手法がある。
この手法は、例えば、建物の耐力や応答（荷重）を確率変数として、建物が損傷を受ける確率を地震動強さをパラメータとして示すものである。
建物の損傷状態（損傷モード）毎の損傷の発生確率を示すフラジリティ曲線（＝確率分布関数）を作成することによって、ある強さの地震動に対する損傷の程度を確率的に把握することができる。この場合、一般に地震動強さのパラメータとして用いられるのは、例えば地表面最大加速度である。
【０００６】
確率の精度を向上させるためには大量の実験データを必要とし、加速度をパラメータとした場合、様々な加速度の地震を建物（設計をする建物と同一カテゴリーの実験用建物）に実際に作用させて損傷状態を観察・計測する必要があり、膨大な時間と手間を要する、という問題があった。
【０００７】
この問題について扱った文献として、特開２００５−３１０１４６号公報がある。当該出願公開公報は、建物耐力（フラジリティー曲線）の構造指標にＩｓ値（構造耐震指標）を用いている。しかし、構造指標にＩｓ値（構造耐震指標）を用いることは、建物の構造種別、詳細納まりなどによっては適切でない場合がある。例えば、鉄筋コンクリート造の建物においてラーメン構造の建物と壁式構造の建物のＩｓ値が同じであった場合、耐力の低いラーメン構造に大きな層間変形が生じ、壁式構造よりも被害が大きくなる場合がある。本発明では、相関分析を行うことで、Ｉｓ値を含む複数の構造指標の候補の中から、建物の構造種別毎、部位毎の損傷状態と最も相関が高いものを選定することを想定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１０１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような技術の現状に鑑みてなされたものであって、建物が地震時にとり得る状態に対応した耐力を定め、応答を求めることによって損傷確率を定め耐震性能の定量化を可能にすること、確率論的設計すなわち、信頼性設計、地震リスクマネジメント手法を可能にすること、および、工業化住宅のような構造種別、建物各部詳細が類型化している建物に対して、建物耐力をデータベース化しコンピュータ内記録装置に記録しておくことにより効率よく確率論的耐震設計を可能とするを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、部材規格及び構造特性が共通する建物の耐震設計方法であって、
地震時における、前記建物群に属する建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、
上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、
当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ´を変数とする確率分布関数で表す過程と、
前記部位の最適構造指標ｘ’と損傷確率Ｐｆと、別途求めた所定の地震動強さをもとに信頼性設計を行う過程を有する、耐震設計方法を提案する。
【００１１】
ここで、部材規格とは、部材断面や長さ等に関する統一的な思想を意味しており、部材規格が共通する建物とは、工業化住宅に見られるように、統一またはユニット化された部材を前提とした一群の建物を言うものとする。構造特性とは、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等のような躯体構造の材料種別、あるいはラーメン構造、壁構造のような力学的区分等である。
【００１２】
建物の部位とは、特定の柱・梁のように個別具体的な部材の意味であっても良いが、第１層の耐力柱等のように、部材の集合を意味するものであっても良い。損傷とは、部材の降伏、亀裂の発生、許容値以上の変形等に伴って補修、交換等の修復を必要とする事象のことである。構造指標とは、前記損傷を力学的に表現する際に用いる指標であって、例えば、最大変形、最大発生応力、最大ひずみ、累積吸収エネルギー等である。
【００１３】
損傷確率Ｐｆを表す、当該部位の最適構造指標ｘ´を変数とする確率分布関数とは、一般には、最適構造指標ｘ´の特定の値近傍で、実質的にゼロから１まで単調増加する分布関数である。地震動強さは、最大加速度、最大速度、ある周期帯の平均加速度応答スペクトル、スペクトラルインテンシティーＩｓ等さまざまな指標によって定量化することができる。
【００１４】
前記損傷状態を把握する過程は、前記建物群に属する実験用建物を建設する工程と、
当該実験用建物に水平力を作用させ、建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程とを含むものであっても良い。
【００１５】
建物群に属する実験用建物とは、共通する部材規格及び構造特性を有する一群の建物を代表する建物であって、例えば、規格化およびユニット化された鉄骨組部材と軽量コンクリート外壁材を有する２層または３層のラーメン構造からなる住宅建物の具体例のようなものである。実験用建物に採用させる水平力は、動的な力であっても静的な力であっても、あるいは擬動的な力であっても良い。
【００１６】
また、前記損傷状態を把握する過程は、前記建物群に属する建物の解析用モデルを策定する工程と、
当該解析用モデルに水平力を作用させた際の、建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程とを含むものであってもよい。
【００１７】
ここで、解析用モデルは、部材ごとに非線形の荷重・変形関係を表現した３次元モデルとすることができる。損傷状態は、荷重に対する解析モデルの応力または変形を通じて把握することができる。
【００１８】
前記信頼性設計を行う過程は、前記所定の地震動強さにおける前記部位の応答を求めるものであってもよい。すなわち、地震入力を表す所定の地震動（時刻歴）あるいは等価な静的外力に対する前記部位の変形、応力等を求めるものであっても良い。
【００１９】
さらに、前記信頼性設計を行う過程は、最適構造指標ｘ’と地震動強さＩとの関係を求めることを含むものであってもよい。複数の最適構造指標ｘ’の候補と地震動強さＩの候補との間で最も高い相関が得られるものを選択するのが望ましい。
【００２０】
本発明はさらに、部材規格及び構造特性が共通する建物の耐震設計方法であって、
前記建物群に属する実験用建物を建設する工程と、
当該実験用建物に水平力を作用させ、建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、
上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、
当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ’を変数とする確率分布関数で表す過程と、
最適構造指標ｘ’と地震動強さＩとの関係を求める過程と、
前記部位の損傷確率Ｐｆを、地震動強さＩを変数とする確率分布関数で表す過程と、
別途求めた所定の地震動強さをもとに信頼性設計を行う過程を有する、建物の耐震設計方法を提案する。
【００２１】
前記最適構造指標ｘ’と地震動強さＩとの関係は、確定論的な関係であることを排除しないが、確率論的関係であることが望ましい。
【００２２】
前記信頼性設計は、対象部位の損傷確率Ｐｆを所定の値以下とすることを目標とするものであってもよい。また、損傷確立Ｐｆは、部位ごとにさらに入力地震動ごとに定められるものであっても良い。
【００２３】
前記信頼性設計は、建物の部位を構造体、非構造部材、設備部材およびその他の部位に分類し、それぞれの部位について前記損傷確率Ｐｆを求め、部位ごとの損傷を条件付きで発生する事象と想定したイベントツリーに基づいて、所定のシーケンス群の発生確率が所定値以下になるようにおこなうものであってもよい。
【００２４】
本発明はさらに、部材規格及び構造特性が共通する建物の地震リスクアセスメント方法であって、
地震時における、前記建物群に属する建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程と、
上記建物部位の損傷状態に基づいて、当該建物部位の損傷と最も相関のある構造指標を選定して、当該部位の最適構造指標ｘ’とする過程と、
当該部位の損傷確率Ｐｆを、当該部位の最適構造指標ｘ´を変数とする確率分布関数で表す過程と、
前記部位の最適構造指標ｘ’と損傷確率Ｐｆと、別途求めた所定の地震動強さをもとに地震リスクを評価する過程を有する、地震リスクアセスメント方法を提案する。
【００２５】
ここでリスクアセスメント方法は、想定される地震に対して、特定の部位あるいは建物がどの程度の損傷受けるかを確率論的に評価する手法を言う。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の効果は以下の通りである。すなわち、
１）建物各部位の損傷状態を確率で定量的に知ることができる。
２）精度の良い確率論的設計（信頼性設計、地震リスクマネジメント）が可能になる。
３）工業化住宅のような類型化された建物を確率論的手法で設計するときに効率的である。
４）実際の建物で損傷状態を観察あるいは計測する際に用いる層間変形角γや累積損傷値Dなどの構造指標は、地震動強さの指標である加速度を説明変数とする場合に比べて、損傷の発生との相関が高く、損傷の発生に関する確率分布関数（ローカルサイズミックフラジリティ曲線）を精度良く作成できる。
５）一度実験、或いは被害地震の観察により各損傷モードの損傷発生確率と地震動強さの関係（フラジリティ曲線或いは地震損傷度曲線）を作ってしまえば、地震時の建物各部位の損傷モード毎の損傷確率が容易に推測できる。
６）損傷発生確率と当該損傷の修復費用との積であるリスクを算定することにより、構造強度や建物の各部詳細を合理的あるいは最適に決定する為の指標とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に基づく部位・損傷モードの分類手順を示すフロー図
【図２】本発明に基づく部位・損傷モードごとの損傷確率分布を求める手順を示すフロー図
【図３】イベントツリー図
【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、本発明に基づく、地震時における、前記建物群に属する建物の部位ごとの損傷状態を把握する過程を概念的に示すフロー図である。前記建物群に属する建物、好ましくは当該建物群を代表する建物を建設して、動的荷重又は静的荷重によって当該建物の地震応答実験を行い、その損傷を観察・計測する（図中１００）。
【００３０】
上記実験に基づいて被害部位の分類を行う。被害部位の分類は、力学的な構造あるいは経験によって行っても良い（図中１２０）。被害部位の分類及び損傷実験の結果に基づいて、部位の損傷状態を示す損傷モードを分類する。損傷モードとは、例えば、建物外壁であれば、ひび割れの発生、大きな亀裂発生、崩落等である。損傷モードを分類する際には、補修工法や部材交換の要、不要等の補修にかかる手間や費用を勘案するのが好ましい。
【００３１】
次に、図２に示すように、相関分析２００を行って建物部位に生じた損傷の内容、損傷の程度と相関の高い構造指標ｘを選定する（２２０）。損傷は例えば、外壁のひび割れ、脱落、室内内装クロスの切れ、制震ダンパーの破断又は耐力低下などである。これに対して、構造指標とは、例えば、層間変形角γ、ダンパーの累積損傷値Ｄなどである。
【００３２】
上記の解析に基づいて部位の損傷確率Ｐｆを構造指標ｘの関数として表す。同一部位であっても損傷の内容ごとに、例えば、外壁の亀裂発生と外壁の崩落それぞれに対して損傷確率Ｐｆをあらわす構造指標ｘの関数が得られる。図中には、部位・損傷モードごとの損傷確率分布関数２６０を概念的に示した。
【００３３】
さらに、解析用モデルの応答解析３００を通じて、地震動強さＩと構造指標ｘについて確率（または統計）的な関係を得ることができ、ｘを介して地震動強さＩと損傷確率Ｐｆが確率的に結び付けられることから、損傷確率Ｐｆを地震動強さＩを変数とした確率関数として表すことができる（４００）。地震動強さＩをパラメータとした部位・損傷モードごとの損傷確率分布関数を概念的に示したものが、図２中の５００である。
【００３４】
図３は、特定の地震動強さ（ここでは地震波の最大化速度Ａ０を指標とした）における部位ごとの損傷の有無に基づいて作成したイベントツリーの例を示したものである。部位としては、構造体、非構造部材、設備部材を選択したが、相互に排他的で漏れがないものであれば、これ以外の選択が可能であることは言うまでもない。ここでは、それぞれの可能性（例えば、構造体の損傷：yes、非構造部材の損傷：yes、設備部材の損傷：Noつまり図中のｂＰ２）をシーケンスと称することにする。すべてのシーケンスの発生確率の合計は１である。
【００３５】
例えば、構造体に損傷がなく、非構造部材と設備部材の損傷の有無を問わない場合、そのような事象の発生確率は、図において下から４つのシーケンスの確率の合計である。したがって、特定の地震動強さに対して構造体に損傷がない建物を設計するには、このような事象の発生確率が１に近い値となるような構造を選択すればよいことになる。また、上から４つのシーケンスの確率の合計は、対象建物の構造体に損傷を与えるという尺度で見た地震動の強さを表していると共に、当該地震動に対する建物構造体の損傷評価を表す値である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  損傷実験
１２０  損傷部位の分類
１４０  部位の損傷モードの分類
２００  相関分析
２２０  構造指標ｘの選定
２４０  Ｐｆ−ｘ関係の特定
３００  応答解析
４００  Ｐｆ−Ｉ関係の特定
【図１】
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【図２】
2011118510.tif 000004
【図３】
2011118510.tif 000005