工学院大学建築系学科卒業論文梗概集
久田嘉章研究室 2011 年度

津波による荷重が建築物に及ぼす影響について
D1-07010 飯塚章仁

基本式

1．はじめに2011 年 3 月 11 日に起きた東日本大震災では津波が甚大な被害をもたらした。東海・東南海地震が起きた際には同様に津波の被害が危惧されている。津波力は地震力とは違う外力が働く為に、ハード面・ソフト面の両方で

𝑧𝑄𝑧 = 𝜌𝑔𝐵 ∫𝑧 2 (3𝜂 − 𝑧) dz
1

1= 𝜌𝑔𝐵*(6𝜂𝑧2 − 𝑧2 2 ) − (6𝜂𝑧1 − 𝑧1 2 )+
2接地した壁・柱部分の算定式
3𝜂9

地震対策とは異なる手法を取らなければならない。また、

𝑄𝑧 = 𝜌𝑔𝐵 ∫0 (3𝜂 − 𝑧) dz = 𝜌𝑔𝐵𝜂2

適切な方法に基づいて対策を講ずれば充分に被害を抑え

𝑄𝑧 = 𝜌𝑔𝐵 ∫0 2 (3𝜂 − 𝑧) dz = 𝜌𝑔𝐵(6𝜂𝑧2 − 𝑧2 2 )ることができるものと考える。そこで津波による被害者𝑧

ることで、津波に対する建築の在り方、建築面でできる

1

接地していない壁・梁部分の算定式
13(𝜂𝜂′)2 +𝑧1𝑄𝑧 = 𝜌𝑔𝐵 ∫𝑧1

9{3(𝜂𝜂′)2 + 𝑧1 − 𝑧} dz = 𝜌𝑔𝐵𝜂𝜂′…③2112𝑧𝑄𝑧 = 𝜌𝑔𝐵 ∫𝑧 2 {3(𝜂𝜂′ ) + 𝑧1 − 𝑧} dz
1

津波対策について検討する。

…②2を最小限に抑える為に津波が建築物に与える影響について研究を行い、津波荷重と地震荷重との違いを明確にす…①2

11= 𝜌𝑔𝐵 {6(𝜂𝜂′ )2(𝑧2 − 𝑧1 ) − (𝑧2 − 𝑧1 )2}…④22．津波被害の概要 1)
東日本大震災で 建築物が受け た津波被害 について RC
造建築物は津波に完全に飲まれても躯体だけであるが残式①ったものも多く、基礎杭の引抜きやせん断破壊によって浸水深転倒・滑動の被害を受けたものの躯体の形を残したまま式②
津波荷重分布耐力部材の建物も数多く見られた。また津波の作用面の開口より反対側の開口が小さいことによって非構造壁に荷重が集中し破壊が起こるケースも見られた。洗掘では建築物を式③式④
図 1 建築物の形状による津波波圧分布傾斜させる例もあった。
S 造建築物は柱脚部の塑性域を超えて曲げ破壊を起こした建築物があり、柱頭部が引張力によって破断した例も見られた。また座屈によって建築物が傾斜する例もあったが、非構造部材などが流され骨組みのみが残ったものもあった。骨組みが残った建物でも柱脚部の移動などの被害も確認できた。
木造建築物は高い津波に対しては基礎のみが残っていたが基礎すらも流失した例も見られた。しかし 1・2m 程度なら耐えられる建築物も確認することができた。

4．津波荷重の計算
4．1

建物モデルの作成

簡易的なラーメンフレームモデルを作成し必要保有水平耐力を求めた。建物のデータを表 1 に示し、津波に対する受圧面の違いとして、無開口・ピロティ・ラーメンの 3 つのモデルを図 2 に示す。また単純ラーメンにおける必要保有水平耐力は 32978(kN)、内力仕事は 15415θ
(kNm)として津波による建築物への影響を比較する。
津波は長辺の面に作用すると仮定する。ただし受圧面となる壁は重量無しで津波荷重によって破壊されない耐3．津波荷重算定式 2)計算で用いる津波高さは気象庁で観測される津波高さ
ではなく図 1 に示すように地表面から水面までの高さである浸水深を用い、耐力部材の高さや浸水深の高さ・開力部材とし、単純ラーメンの構造計算結果をそれぞれのモデルの構造とする。また崩壊機構は梁端ヒンジ型のみで検討を行う。

口の有無に応じて①から④の 4 つの場合に分けて計算を表1行う。
津波荷重： Q z [kN]

建物幅： B[m]海水密度： ρ=1.02[kg/m 2 ]浸水深： η [m]重力加速度： g =9.8[m/s 2]

開口がある場合に用いる浸水深： η ’[m]計算範囲： z1 ,z2 [m]建物パラメータ部位
柱梁寸法(mm)
650×650
400×700（0≦ z1 ≦ z 2 、 z1 ≦ z 2 ≦3η ）図2

平面図
建物モデル概要

た津波荷重算定式では水平力しか計算できないため一部の津波被害にしか適応できない。
今後の課題として、建物の浮力と基礎杭の強度・耐力から滑動・転倒の可能性についても研究を行い、被害建短辺面の立面図無開口物のデータが入手できればそれと比較した津波荷重算定式の妥当性に関する研究も重要である。また地震による建物への影響と併せて考えることで、より現実的なシミュレーションの作成が必要である。

ラーメンフレーム

ピロティ
図2

建物モデル概要

参考文献
1)建築研究所 平成 23 年東北地方太平洋沖地震調査研究
第 6 章 津波による建築物の被害

4．2

建物モデルに対する津波荷重計算①から④に示した津波荷重算定式をもとにプログラミ

2)内閣府 津波避難ビル等に係るガイドライン
巻末資料 2「構造的要件の基本的考え方」

ングを組み、図 2 に示す無開口・1 階ピロティ・ラーメ
ンフレームの 3 つの建物モデルに対して浸水深を徐々に上げ必要保有水平耐力に達するまでとし、津波荷重の変位を計算する。
シミュレーションの結果は図 3 に示す通りとなり、具体的な数値を表 2 に示した。無開口は津波荷重を受け流すことができないため低い浸水深で耐力に達してしまう。
ピロティとラーメンでも荷重の大きさに差が出たものの広がり方は小さかったために高さに大きな違いは見られなかった。
また、保有水平耐力に達したときの荷重で崩壊機構について検討を行った。崩壊機構を求めるに際し、津波の

図3
表2

一定荷重における建物別浸水深の比較
一定荷重における建物別浸水深の比較
無開口 １階ピロティ ラーメンフレーム
1.87
3.84
4.62

浸水深[m]

荷重は浸水深と開口に大きく左右されるため、無開口での浸水深を建物高さの 1/3 としたときの荷重分布を崩壊荷重の分布として比較する。図 4 には開口別の荷重比を示し、本研究では無開口の荷重比を用いる。また本来ならば三角形荷重または台形荷重から集中荷重を求めるが、計算の都合上、各床面の中間に線を引き、それによって分けられた津波荷重の合計を近似的に各階にかかる集中荷重とし、崩壊荷重を地震と津波それぞれ図 5・表 4 と図 6・表 5 に示した。
5．まとめと今後の課題
津波荷重は浸水深が高くなるにつれ二次関数的に増加

図4

浸水深 4m のモデル別荷重比

表3

浸水深 4m のモデル別荷重比
321していく。モデルの違いによって荷重の大きさ・分布に無開口
0.063
0.500
1.000

ピロティ
0.020
0.756
1.000

ラーメン
0.038
0.303
1.000

差異がある。受圧面に開口が多いほど浸水深が高くなっても耐える事ができ、特に下層における開口の津波荷重の軽減効果は高い。また必崩壊機構の比較をした場合、荷重の分布に大きく違いと地震力よりも大きな値を取る事が分かった。このことから津波に対しては１階における構造的な強度の重要性が指摘できる。そこで１階にお図5

地震時の崩壊荷重

図6

津波時の崩壊荷重

いて開口による荷重の軽減と構造的強度の両立が津波荷

表4

地震時の崩壊荷重

表5

津波時の崩壊荷重

重に対して重要と考えられる。東日本大震災で被害を受けた建物は様々な種類の被害がある。しかし今回使用しP1584kN

P21168kN

P31752kN

P14156kN

P22078kN

P3207.8kN