(57)【要約】      （修正有）【課題】建物の耐震設計方法により、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確保する。【解決手段】耐用年数Ｘ年間の地震発生確率ａ％と、耐用年数Ｘ年内に、地震による修復可能な状態の損傷確率許容値ｂとを決定する過程と、建物の構造体の耐力Ｒを構造指標に対応する確率密度分布として求める過程と、建物の建設地の地震ハザード曲線に基づいて、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震の地震動強さＩを算出する過程と、建物の構造体の仮のベースシアー係数αを設定し、対応する応答値Ｓを構造指標に対応する確率密度分布として求める過程と、構造体の耐力Ｒと応答値Ｓとから、応答値Ｓが耐力Ｒを超過する確率である損傷確率Ｐｆを求める過程と、損傷確率Ｐｆと損傷確率許容値ｂとを比較し、（ａ）Ｐｆ＞ｂならば、αを再設定して再計算を行う、（ｂ）Ｐｆ≦ｂならば演算を終了してαを確定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の耐用年数Ｘと、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震として想定した地震発生確率ａと、耐用年数Ｘ年内に、地震によって建物が修復可能な状態を超える損傷を受ける確率の最大の許容値である損傷確率許容値ｂとを決定する過程と、
建物の構造体の耐力Ｒを構造指標に対応する確率密度分布として求める過程と、
建物の建設地における地震ハザード曲線に基づいて、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震の地震動強さＩを算出する過程と、
建物の構造体の仮のベースシアー係数αを設定し、地震動強さＩを満たす地震波を用いて応答解析を行い、ベースシアー係数αに対応する応答値Ｓを構造指標に対応する確率密度分布として求める過程と、
構造体の耐力Ｒと応答値Ｓとから、応答値Ｓが耐力Ｒを超過する確率である損傷確率Ｐｆを求める過程と、
損傷確率Ｐｆと損傷確率許容値ｂとを比較し、
（ａ）Ｐｆ＞ｂならば、αを再設定して再計算を行う
（ｂ）Ｐｆ≦ｂならば演算を終了してαを確定する
過程を含む建物の耐震設計方法。
【請求項２】
前記構造指標は、構造体の水平変位であることを特徴とする請求項１に記載の建物の耐震設計方法。
【請求項３】
前記損傷確率許容値は、複数設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の建物の耐震設計方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の建物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及びそれにより設計された建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅の設計は建築基準法等の規制で規定された耐力設定が行われているが、そのようにして設計された建物の耐用年数は明示されていない。
また、建築基準法等で定められているのは大地震における建物の安全性（非倒壊・非崩壊）の確保であるが、住宅の所有者、使用者の多くのニーズは、耐用年間における大地震での修復性の確保であり法規制と市民ニーズが乖離している。
【０００３】
また、建築基準法等で規定された耐震計算においては、地震動のばらつきや建物耐力のばらつきが明確な形で示されていないので、性能の達成度合いが定量化できないという問題があった。
【０００４】
例えば、特許文献１には、地震による建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、建物の耐震設計にどのように活用するのかについては記載がない。
また、特許文献２には、経年劣化した建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、建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、特定の耐用期間内の地震発生確率における損傷確率の許容値に対して、建物のベースシアー係数を適切な値に設定して建物の耐震設計を行うことにより、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、建物の耐用年数Ｘと、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震として想定した地震発生確率ａと、耐用年数Ｘ年内に、地震によって建物が修復可能な状態を超える損傷を受ける確率の最大の許容値である損傷確率許容値ｂとを決定する過程と、建物の構造体の耐力Ｒを構造指標に対応する確率密度分布として求める過程と、建物の建設地における地震ハザード曲線に基づいて、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震の地震動強さＩを算出する過程と、建物の構造体の仮のベースシアー係数αを設定し、地震動強さＩを満たす地震波を用いて応答解析を行い、ベースシアー係数αに対応する応答値Ｓを前記構造指標に対応する確率変数として求める過程と、構造体の耐力Ｒと応答値Ｓとから、応答値Ｓが耐力Ｒを超過する確率である損傷確率Ｐｆを求める過程と、損傷確率Ｐｆと損傷確率許容値ｂとを比較し、
（ａ）Ｐｆ＞ｂならば、αを再設定して再計算を行う
（ｂ）Ｐｆ≦ｂならば演算を終了してαを確定する
過程を含むことを特徴とする建物の耐震設計方法が提供される。
【０００８】
上記構成からなる建物の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、建物の修復性を意図した高い確率で適切に確保することができる。また、耐震性能を定量化することによって、複数建物の相互の耐震性を客観的に比較することができる。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
また、ベースシアー係数とは、建物の最下層における降伏せん断力係数を意味する。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、前記構造指標は、構造体の水平変位である。また、前記損傷確率許容値は、複数設定してもよい。損傷確率許容値を段階的に複数設定することにより、より精度の高い耐震性の評価を行うことが可能となる。
【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。このような建物は、建物の証券化や資産価値算定をする際に、耐震リスクを金額に反映することが容易になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る建物の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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る建物の耐震設計方法の流れを示すフロー図
【図２】本発明に係る建物の耐震設計方法の流れを示すフロー図
【図３】耐力Ｒ及び応答Ｓの正規分布の例
【図４】地震ハザード曲線の例
【図５】損傷確率Ｐｆの正規分布の例
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、当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。
【００１６】
以下、図１及び図２のフローチャートを用いて、本実施形態に係る建物の耐震設計方法を説明する。
【００１７】
（要求耐震性能の決定）
先ず、建物の耐用年数Ｘと、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震として想定した地震発生確率ａと、耐用年数Ｘ年内に、地震によって建物の構造体が損傷を受ける確率の最大の許容値である損傷確率許容値ｂとを決定する（図１のＳ１００〜Ｓ１０２）。
【００１８】
ここでは、建築予定の住宅の所有者又は使用者（オーナー・ユーザー）にアンケート調査を行い要求性能を定める。
設問は、「Ｘ年間住宅を供用するとき、ａ％の確率で起こる地震に関し、修復限界を超える確率をｂ％以下にする。」とし、目指す耐用年数Ｘと地震の発生確率ａ、破壊確率ｂの数値について問う。
【００１９】
ここでいう損傷とは、壁部に亀裂が入る程度、壁部が欠け落ちる程度、床部或いは天井部に亀裂が入る程度、構造体の変形が弾性変形の範囲内にとどまる程度、構造体が部分的に変形するが倒壊しない程度、修復限界を超える程度、建物が倒壊する程度、等の様々な損傷状態を含む。
【００２０】
また、修復限界とは、修復によって再使用が可能な限界状態である。修復限界において、構造体の修復は不要であり、非構造部材も多額の修繕費を必要としない程度の状態に留まっている。
【００２１】
例えば、１つの建物について、壁部に亀裂が入る程度の軽い損傷と、構造体が部分的に変形するが交換を必要としない程度の損傷といった、複数の段階的な損傷確率許容値を設定してもよい。このようにすれば、建物の具体的な損傷の状況をより高い精度で予測でき、より正確な耐震化費用を提示することができる。
【００２２】
（耐力Ｒの算出）
次に、建物の構造体の耐力Ｒを構造指標に対応する確率密度分布として求める（図１のＳ２００〜Ｓ２０４）。
耐力Ｒ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。
【００２３】
耐力Ｒ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。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。
【００２４】
図３は、耐力Ｒ、並びに以下に説明する応答Ｓの確率密度分布を表す正規分布のグラフである。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。
【００２５】
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や制震ダンパ等を選定することが特に好ましい。
【００２６】
（応答Ｓの計算）
次に、建物の建設地における地震ハザード曲線に基づいて、耐用年数Ｘ年間にａ％の確率で発生する地震の地震動強さＩを算出する（図２のＳ３００〜Ｓ３０２）。
【００２７】
図４は地震ハザード曲線の一例である。Ｐはある再現期間に対応する地震の年間超過確率（年間の発生確率）、Ｉは地震動強さを表す。
【００２８】
次に、建物の構造体の仮のベースシアー係数αを設定し、地震動強さＩを満たす複数の地震波を用いて応答解析を行い、ベースシアー係数αに対応する応答値Ｓを構造指標に対応する確率密度分布として求める（図２のＳ３０４〜Ｓ３１０）。
【００２９】
ここでは、仮のベースシアー係数αを設定する。ベースシアー係数αは最大値から入力を開始する。
【００３０】
次に、地震動強さＩを満たす多数の地震波を用いて、モンテカルロ・シミュレーション等の応答解析を行い、地震動強さIに対する仮のベースシアー係数αでの応答値Ｓ（α）を算出する。
そして、応答値Ｓを構造指標に対応する確率密度分布として求める。応答値Ｓは、地震活動度とそのばらつきを考慮した確率密度分布で表される。
【００３１】
ここで、地震動強さＩを満たす地震動には、含まれる周期の違い等によって種々の地震波があるため、地震動強さＩを満たす多数の地震波を考慮して解析を行う必要がある。
【００３２】
（損傷確率Ｐｆの算出）
次に、構造体の耐力Ｒと応答値Ｓとから、応答値Ｓが耐力Ｒを超過する確率である損傷確率Ｐｆを求める（図２のＳ４００〜Ｓ４０２）。
【００３３】
ここで、耐力Ｒと応答値Ｓが対数正規分布であるなら、その差である応答関数Ｚ（式（１））も対数正規分布であり、その平均と標準偏差は次の式（２），（３）式で表せる
【００３４】
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【００３５】
図５は、応答関数Ｚの確率密度分布を表す正規分布のグラフである。ここで、曲線、横軸及び縦軸（γ＜０）で囲まれた面積は損傷確率Ｐｆを表す。
【００３６】
（ベースシアー係数αの確定）
次に、損傷確率Ｐｆと損傷確率許容値ｂとを比較する。ここで、Ｐｆ＞ｂであれば、αを再設定して再計算を行う。そして、Ｐｆ≦ｂを満たす最小のαを決定する。また、Ｐｆ≦ｂならば演算を終了してベースシアー係数αを確定し、耐震設計用のベースシアー係数とする。
【００３７】
例えば、プレハブ住宅の場合、構造体には特定のモジュールが採用されているため、αはそれに対応した所定の値で変化させることが好ましい。
【００３８】
ベースシアー係数は、建物の最下層における層せん断力係数であるが、上記αは、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。
【００３９】
また、本発明によれば、上記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。本発明に係る建物の耐震設計方法によって設計された建物は、建物の証券化や資産価値算定をする際に耐震リスクを金額に反映することを可能とする。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る建物の耐震設計方法によれば、顧客（オーナー・ユーザー）が設定した特性値に対応して耐震化費用の変動を算定提示することができる。また、本発明に係る建物の耐震設計方法によれば、客観的かつ定量化された手法で長期耐用住宅の設計が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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