(57)【要約】【課題】  確率論的設計手法における応答と耐力の精度を向上させ、破壊確率算定の精度を向上させた耐震設計方法を提供することを目的とする。【解決方法】  部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における耐震設計方法であって、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う過程と、応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求める過程と、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める過程と、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルにおける応答を確率変数として求める過程と、建物の耐力を求める過程と、建物の耐力を構造指標に対応する確率変数として求める過程と、前記応答と前記耐力とを比較し、その差が許容値以下となっていることを確認する過程とを含む耐震設計方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における耐震設計方法であって、
多数の地震動と、該多数の地震動に対する建物の構造指標に関する応答との関係の統計処理により、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う過程と、
応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求める過程と、
相関が最も高くなる周期帯での平均加速度応答スペクトルを地震動強さ指標とし、該地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルと応答との関係を、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める過程と、
前記関係より、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルにおける応答を確率変数として求める過程と、
前記建物群に属する実験用建物に水平力を作用させ、建物の損傷状態の観察又は計測を行い、建物の耐力を求める過程と、
建物の耐力を構造指標に対応する確率変数として求める過程と、
前記応答と前記耐力とを比較し、その差が許容値以下となっていることを確認する過程とを含む耐震設計方法。
【請求項２】
部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における地震リスクアセスメント方法であって、
多数の地震動と、該多数の地震動に対する建物の各部位の応答との関係の統計処理により、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う過程と、
応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求める過程と、
相関が最も高くなる周期帯での平均加速度応答スペクトルを地震動強さ指標とし、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルと応答との関係を、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める過程と、
既存の地震波による統計処理を行い、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルの距離減衰を距離減衰式として設定する過程と、
該距離減衰式及び地震動の確率モデルより、建設地における地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルと地震動の発生確率の関係を求め、地震ハザード曲線を設定する過程と、
該地震ハザード曲線から、Ｘ年間超過確率に対応した地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルを求める過程と、
前記建物群に属する実験用建物に水平力を作用させ、水平力の大きさに応じた各部位の損傷状態の観察又は計測を行い、各部位毎に損傷モードを設定する過程と、
前記過程の結果に基づき、前記各部位毎の損傷モードに対して最も相関の高い構造指標を建物の各部位の最適構造指標として選定する過程と、
建物の各部位について、最適構造指標を変数とした確率分布関数として、損傷モード毎の損傷確率を求める過程と、
前記実験用建物に対し、地震波を入力した場合の各部位の応答と、前記地震波の解析により、地震波による地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルとを複数の地震波について求め、各部位についての最適構造指標と地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルとの関係を求める過程と、
前記過程によって得られた結果に基づき、建物の各部位について、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルを変数とした確率分布関数として、損傷モード毎の損傷確率を求める過程と、
想定される地震動の平均加速度応答スペクトルにおける各部位の損傷確率を求める過程とを含む地震リスクアセスメント方法。
【請求項３】
請求項２に記載の地震リスクアセスメント方法によって求められた損傷確率と、損傷確率許容値とを比較し、損傷確率が損傷確率許容値以下となるように構造体のベースシアー係数を設定する耐震設計方法。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の耐震設計方法によって設計された建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の耐震設計方法、地震リスクアセスメント方法、並びにこれらにより設計された建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
確率論的耐震設計論における従来の地震ハザードは、地表面最大加速度Ａ０、地表面最大速度Ｖ０、震度Ｉなどを地震動強さ指標としている。しかしながら、これらの地震動強さ指標と建物の損傷の相関は低いため、これらの地震動強さ指標と関連付けて、想定される地震動に対する応答あるいは建物の損傷を精度よく導き出すことは容易ではない。
【０００３】
また、ユニフォームハザードスペクトルは精度の良い地震応答を計算できる地震ハザードとして知られているが、導出が大変であり公共に公開された情報も極めて少ない。
地震動強さ指標と応答の対応を求める手段として力学理論に基づいた解析的手法が採られるが費用、時間、必要な技量の点で容易でない。
【０００４】
例えば、特許文献１には、地震による構造物の損傷確率を評価するための評価装置及び評価方法に関する記載がある。しかし、記載内容は評価に留まり、構造物の耐震設計にどのように活用するのか記載がない。
また、特許文献２には、経年劣化した構造物の信頼性を確率論的に評価する評価方法に関する記載があるが、これも維持管理計画を策定する際に用いることを目的としたものであり、構造物の設計に関する記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４‐３５４１１９号公報
【特許文献２】特開２００７‐１１３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、確率論的設計手法における応答と耐力の精度を向上させ、破壊確率算定の精度を向上させた耐震設計方法を提供すること、確率論的設計手法における地震動強さ指標に対応した応答算定を容易にした耐震設計方法を提供することを目的とする。
また、上記方法によって設計された建物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における耐震設計方法が提供される。
該耐震設計方法においては、多数の地震動と、該多数の地震動に対する建物の構造指標に関する応答との関係の統計処理により、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う過程と、応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求める過程と、相関が最も高くなる周期帯での平均加速度応答スペクトルを地震動強さ指標とし、該地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルと応答との関係を、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める過程と、前記関係より、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルにおける応答を確率変数として求める過程と、前記建物群に属する実験用建物に水平力を作用させ、建物の損傷状態の観察又は計測を行い、建物の耐力を求める過程と、建物の耐力を構造指標に対応する確率変数として求める過程と、前記応答と前記耐力とを比較し、その差が許容値以下となっていることを確認する過程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成からなる耐震設計方法においては、建物の損傷との相関が高い平均加速度応答スペクトルを用いているため、精度のよい応答計算が簡便にできる。
また、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルから、統計的手法により簡便に応答計算が可能であるため、力学理論の知識や高度なコンピュータープログラムが不要となる。
【０００９】
また、本発明によれば、部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における地震リスクアセスメント方法が提供される。
該地震リスクアセスメント方法においては、多数の地震動と、該多数の地震動に対する建物の各部位の応答との関係の統計処理により、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う過程と、応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求める過程と、相関が最も高くなる周期帯での平均加速度応答スペクトルを地震動強さ指標とし、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルと応答との関係を、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める過程と、既存の地震波による統計処理を行い、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルの距離減衰を距離減衰式として設定する過程と、該距離減衰式及び地震動の確率モデルより、建設地における地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルと地震動の発生確率の関係を求め、地震ハザード曲線を設定する過程と、該地震ハザード曲線から、Ｘ年間超過確率に対応した地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルを求める過程と、前記建物群に属する実験用建物に水平力を作用させ、水平力の大きさに応じた各部位の損傷状態の観察又は計測を行い、各部位毎に損傷モードを設定する過程と、前記過程の結果に基づき、前記各部位毎の損傷モードに対して最も相関の高い構造指標を建物の各部位の最適構造指標として選定する過程と、建物の各部位について、最適構造指標を変数とした確率分布関数として、損傷モード毎の損傷確率を求める過程と、前記実験用建物に対し、地震波を入力した場合の各部位の応答と、前記地震波の解析により、地震波による地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルとを複数の地震波について求め、各部位についての最適構造指標と地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルとの関係を求める過程と、前記過程によって得られた結果に基づき、建物の各部位について、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルを変数とした確率分布関数として、損傷モード毎の損傷確率を求める過程と、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルにおける各部位の損傷確率を求める過程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成からなる地震リスクアセスメント方法においては、建物の損傷との相関が高い平均加速度応答スペクトルを用いているため、精度のよい応答計算が簡便にできる。
また、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルから、統計的手法により簡便に応答計算が可能であるため、力学理論の知識や高度なコンピュータープログラムが不要となる。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、前記地震リスクアセスメント方法によって求められた損傷確率と、損傷確率許容値とを比較し、損傷確率が損傷確率許容値以下となるように構造体のベースシアー係数を設定する耐震設計方法が提供される。
上記構成からなる耐震設計方法によれば、住宅の所有者・使用者が望む耐用期間に起こると想定される大地震に対し、建物の修復性を高い確率で適切に確保することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の建物の耐震設計方法によって設計された建物が提供される。
【００１３】
ここで、建物とは、住宅等の建築物を意味する。特に、本発明に係る耐震設計方法は、躯体や外壁、建具・サッシ等の規格化された基本部材があらかじめ工場生産された、工業化住宅に適用されることが好ましい。
【００１４】
建物の１次固有周期とは、建物の固有周期のうちで最も長い周期である。なお、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。
【００１５】
また、構造体とは、柱や梁等の、建物の骨組みとなる部材を意味する。一方、非構造部材とは、壁、床、天井等の部材や設備部分を意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る耐震設計方法によれば、確率論的設計手法における応答と耐力の精度を向上させ、破壊確率算定の精度を向上させた耐震設計方法を提供することができる。
また、確率論的設計手法における地震動強さ指標に対応した応答算定を容易にした耐震設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】応答−ＡＳＡ関係の概念図
【図２】耐力Ｒ及び応答Ｓの正規分布の例
【図３】地震ハザード曲線の例
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、一実施形態に基づいて本発明を詳細に説明するが、本実施形態は本発明の理解を助けるために記載するものであって、本発明を記載された実施形態に限定する趣旨で無いことは自明である。
【００１９】
以下、図１ないし３を参照して、本実施形態に係る耐震設計方法について説明する。
【００２０】
本実施形態に係る耐震設計方法は、部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における耐震設計方法である。
【００２１】
［平均加速度スペクトル（ＡＳＡ）の決定］
本実施形態に係る耐震設計方法では、多数の地震動と、該多数の地震動に対する建物の構造指標に関する応答との関係の統計処理により、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う。
【００２２】
構造指標は、例えば、加速度や変位等の物理量である。特に、地震動に対する構造体の挙動を説明する場合には、水平加速度、あるいは水平変位を用いることが好ましい。また、構造体としては、例えば、地震動の挙動がよく現れる１階の梁、柱との接合部付近の梁等を選定することが特に好ましい。
【００２３】
図１は、応答−ＡＳＡ関係の概念図の一例であり、縦軸は加速度応答Ｓａ（ｇａｌ）、横軸は１質点系の弾性固有周期Ｔ（秒）を示している。
ここで、Ｔ１は対象となる建物（あるいは建物群）の弾性１次固有周期であり、ＡＳＡ（Ａ）及びＡＳＡ（Ｂ）は、それぞれ、ｋ１及びｋ２によって規定される周期帯（区間［ｋ１，ｋ２］）でのスペクトルＡ及びスペクトルＢに対応する平均加速度応答スペクトルである。
【００２４】
次に、応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求める。
【００２５】
ｋ１及びｋ２を試行錯誤的に変化させ、ばらつきを最小となるようなｋ１及びｋ２を求め、応答Ｓと平均加速度応答スペクトルＡＳＡとの関係を確定する。ばらつきが最小となるようにｋ１、ｋ２を規定することにより、応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなるｋ１、ｋ２が決定する。
【００２６】
なお、上記の方法によって、弾性１次固有周期Ｔ１が近接し、建物の構造種別、架構方法、納まり詳細等が共通な一群の建物群においても、同様にＳ−ＡＳＡ関係を得ることができる。
【００２７】
次に、相関が最も高くなる周期帯での平均加速度応答スペクトルを地震動強さ指標とし、該地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルと応答との関係を、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める。
そして、前記関係より、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルにおける応答を確率変数として求める。
【００２８】
ここで、想定される地震とは、建物等の建設予定地において、将来起こりうる地震であり、このような地震は、例えば、地震ハザード曲線等によって推測することができる。
【００２９】
［耐力の算出］
次に、前記建物群に属する実験用建物に水平力を作用させ、建物の損傷状態の観察又は計測を行い、建物の耐力を求める。そして、建物の耐力を構造指標に対応する確率変数として求める。
【００３０】
耐力の分布は、振動実験、静的載荷実験、又は地震応答解析等から損傷と構造指標の関係を計測・観測して求める。
【００３１】
また、耐力の分布については、修復限界をよく説明する構造指標を選定することが好ましい。このような構造指標としては、例えば、加速度や変位等の物理量である。特に、地震動に対する構造体の挙動を説明する場合には、水平加速度、あるいは水平変位を用いることが好ましい。また、構造体としては、例えば、地震動の挙動がよく現れる１階の梁、柱との接合部付近の梁等を選定することが特に好ましい。
【００３２】
図２は、耐力、並びに以下に説明する応答の確率密度分布を表す正規分布のグラフの一例である。ここで、縦軸は確率密度であり、横軸は構造指標である。確率密度の特性を表すパラメータμは中央値、パラメータσはばらつきを表す。これらのパラメータは、上記振動実験、静的載荷実験、又は地震応答解析等から算出される建物固有の値である。
【００３３】
次に、前記応答と前記耐力とを比較し、その差が許容値以下となっていることを確認する。
【００３４】
上記構成からなる耐震設計方法においては、建物の損傷との相関が高い平均加速度応答スペクトルを用いているため、精度のよい応答計算が簡便にできる。
また、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルから、統計的手法により簡便に応答計算が可能であるため、力学理論の知識や高度なコンピュータープログラムが不要となる。
【００３５】
次に、本発明に係る地震リスクアセスメント方法について説明する。以下において、前述した定義等は同様であるため、記載を省略する。
本実施形態に係る地震リスクアセスメント方法は、部材規格又は構造特性により規定される建物群に属する建物における地震リスクアセスメント方法である。
【００３６】
［平均加速度スペクトル（ＡＳＡ）の決定］
本実施形態に係る地震リスクアセスメント方法では、多数の地震動と、該多数の地震動に対する建物の各部位の応答との関係の統計処理により、応答と、建物の弾性１次固有周期をＴ１としたときのｋ１・Ｔ１からｋ２・Ｔ１までの周期帯の地表面の加速度応答スペクトルの平均値である平均加速度応答スペクトルとの相関解析を行う。
【００３７】
建物の各部位としては、例えば、地震動の挙動がよく現れる１階の梁、柱との接合部付近の梁等を複数選定することが特に好ましい。
【００３８】
次に、応答と平均加速度応答スペクトルとの相関が最も高くなる周期帯を規定するｋ１及びｋ２を求め、相関が最も高くなる周期帯での平均加速度応答スペクトルを地震動強さ指標とし、想定される地震動の平均加速度応答スペクトルと応答との関係を、平均加速度応答スペクトルに対応する確率変数として求める。
【００３９】
［ＡＳＡに関する距離減衰式の設定］
次に、既存の地震波による統計処理を行い、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルの距離減衰を距離減衰式として設定する。
【００４０】
距離減衰式の設定には、先ず、建物の建設予定地周辺の地震情報を収集する。そして、多変量解析、等の統計処理を行い、距離減衰式を設定する。距離減衰式は、少なくとも、モーメントマグニチュードＭＷ、震源深さＤ、断層からサイトまでの最短距離Ｘを変数とする関数によって表現されることが好ましい。
【００４１】
［地震ハザード曲線の決定］
次に、該距離減衰式及び地震動の確率モデルより、建設地における地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルと地震動の発生確率の関係を求め、地震ハザード曲線を設定する。
地震動の確率モデルとは、将来起こり得る建設予定地周辺地震についての、ＢＰＴモデル、ポワソン過程等である。
【００４２】
図３は地震ハザード曲線の一例である。ＰはＸ年間の超過確率（発生確率）、Ｉは地震動強さを表す。
【００４３】
次に、該地震ハザード曲線から、Ｘ年間超過確率に対応した地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルを求める。
【００４４】
前記地震ハザード曲線から、建設地における地震の強さとその発生確率（超過確率）との関係がわかるため、どの程度の頻度（確率）で起こる地震について検討するのかを定める。そして、前記地震ハザード曲線から、その確率に対応した地震動強さを求め、その地震動に対する応答を地震動強さと応答（の分布）の関係から確率変数として求める。
【００４５】
［損傷確率の算出］
次に、前記建物群に属する実験用建物に水平力を作用させ、水平力の大きさに応じた各部位の損傷状態の観察又は計測を行い、各部位毎に損傷モードを設定する。
【００４６】
次に、前述までの過程の結果に基づき、前記各部位毎の損傷モードに対して最も相関の高い構造指標を建物の各部位の最適構造指標として選定する。
そして、建物の各部位について、最適構造指標を変数とした確率分布関数として、損傷モード毎の損傷確率を求める。
【００４７】
構造指標は、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の組み合わせ等が好ましい。
【００４８】
次に、前記実験用建物に対し、地震波を入力した場合の各部位の応答と、前記地震波の解析により、地震波による地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルとを複数の地震波について求め、各部位についての最適構造指標と地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルとの関係を求める。
【００４９】
［想定される地震動に対する損傷確率の算出］
そして、前記過程によって得られた結果に基づき、建物の各部位について、地震動強さ指標となる平均加速度応答スペクトルを変数とした確率分布関数として、損傷モード毎の損傷確率を求める。
最適構造指標の平均加速度応答スペクトルにおける各部位の損傷確率を求める。
【００５０】
また、前記地震リスクアセスメント方法によって求められた損傷確率と、損傷確率許容値とを比較し、損傷確率が損傷確率許容値以下となるように構造体のベースシアー係数を設定してもよい。
【００５１】
ベースシアー係数とは、建物の最下層における層せん断力係数であるが、設計の指標として、最下層のせん断力係数のみならず、他の階層のせん断力係数を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る耐震設計方法又は地震リスクアセスメント方法によれば、地震被害に対応した耐震設計の合理化、定量化であり、無駄なコストをかけない耐震設計が実現される。また、安全性が過小な建物を生まない耐震設計の実現、安全余裕度のばらつきの少ない耐震設計の実現が可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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